(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で、且つ、健全なパワーデバイスを破壊することのない、信頼性の高い素子故障診断機能を備えた電力変換装置及びその故障診断方法を提供する。【解決手段】直流電源１と、この直流電源１の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサ２と、平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路３と、前記直流電圧を低下させる電圧低減手段と、前記パワーデバイスの故障を診断する診断回路９とを具備し、前記診断手段は、前記直流電圧が所定値以下のとき、前記逆変換回路３のパワーデバイスを選択的にオンし、前記平滑コンデンサ２または前記逆変換回路３の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断するように構成する。【選択図】  図１
2004357437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、
平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路と、
前記直流電圧を低下させる電圧低減手段と、
前記パワーデバイスの故障を診断する診断手段とを
具備し、
前記診断手段は、前記直流電圧が所定値以下のとき、
前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、
前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側または負側のパワーデバイスのいずれかをオンし、直流電圧の低下を監視することにより前記パワーデバイスの短絡故障を検出することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側または負側のパワーデバイスのいずれかをオンし、アームを流れる直流電流を直接的にまたは間接的に監視することによりパワーデバイスの短絡故障を検出することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側及び負側のパワーデバイスの両方をオンし、直流電圧を監視することによりパワーデバイスのオープン故障を検出することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側及び負側のパワーデバイスの両方をオンし、アームを流れる直流電流を直接的にまたは間接的に監視することによりパワーデバイスのオープン故障を検出することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電圧低減手段は、前記電力変換装置の初期充電開始直後の直流電圧が十分に低いことを利用する方法によることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電圧低減手段は、電圧の低い他の直流電源に切換えて利用する方法によることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電圧低減手段は、前記平滑回路の残留電圧を放電し、直流電圧を低下させる方法によることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】
直流電源と、
この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、
平滑された直流電圧を交流電圧に変換するためのパワーデバイスを備えた逆変換回路と、
前記逆変換回路の入力電流を抑制する電流抑制手段と、
前記パワーデバイスの故障を診断する診断手段とを
具備し、
前記診断手段は、前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、
前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側または負側のパワーデバイスのいずれかをオンし、直流電圧の低下を監視することによりパワーデバイスの短絡故障を検出することを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側または負側のパワーデバイスのいずれかをオンし、アームを流れる直流電流を直接的にまたは間接的に監視することによりパワーデバイスの短絡故障を検出することを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側及び負側のパワーデバイスの両方をオンし、直流電圧を監視することによりパワーデバイスのオープン故障を検出することを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側及び負側のパワーデバイスの両方をオンし、アームを流れる直流電流を直接的にまたは間接的に監視することで、パワーデバイスのオープン故障を検出することを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記電流抑制手段は、制限抵抗により電流を制限する方法によることを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記電流抑制手段は、前記パワーデバイスのゲートオン電圧を通常のスイッチング時より低下させる方法によることを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１６】
直流電源と、
この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、
平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路と、
前記直流電圧を低下させる電圧低減手段と
を具備した電力変換装置において、
前記直流電圧が所定値以下のとき、
前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、
前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする電力変換装置の故障診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己消弧形パワーデバイスで構成される電力変換装置及びその故障診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自励式電力変換装置に用いられるパワーデバイスの短絡故障またはオープン故障を自己診断するためには、通電状態で変換回路の上下アームのパワーデバイスを交互にオンオフし、そのときの各部の電圧の変化を検出する手法が知られているが、例えば何れかのパワーデバイスが短絡異常の状態でこの手法を用いると、過大電流が流れ、健全なパワーデバイスまでも破壊してしまう恐れがある。このため、個々のパワーデバイスの制御端子と第２端子間の電圧を検出し、この電圧が所定値を超えた場合に、対応する側のパワーデバイスを遮断させるようにし、短絡電流が流れる前にパワーデバイスを素早く保護するなどの対策が考えられている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２３６８３号公報（第９−１１頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような対策を行うと、パワーデバイスの制御端子と第２端子間に各々電圧検出器を設けなくてはならない為回路が複雑となるばかりでなく、個々の電圧検出器の信頼性や検出精度によっては、やはりパワーデバイスを過電流、あるいは電流遮断時の過電圧で破壊させてしまう恐れがあった。
【０００５】
従って、本発明は上記問題を鑑み為されたもので、比較的簡単な構成で、且つ、健全なパワーデバイスを破壊することのない、信頼性の高い素子故障診断機能を備えた電力変換装置及びその故障診断方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、直流電源と、この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路と、前記直流電圧を低下させる電圧低減手段と、前記パワーデバイスの故障を診断する診断手段とを具備し、前記診断手段は、前記直流電圧が所定値以下のとき、前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置の故障診断方法は、直流電源と、この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路と、前記直流電圧を低下させる電圧低減手段とを具備した電力変換装置において、前記直流電圧が所定値以下のとき、前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、比較的簡単な電圧低減手段を付加することにより、健全なパワーデバイスを破壊することのない、信頼性の高い素子故障診断機能を備えた電力変換装置及びその故障診断方法を提供することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明による電力変換装置の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。図１は本発明の電力変換装置のブロック構成図である。
【００１０】
交流電圧をダイオードからなる整流回路１により直流電圧に変換し、変換された直流電圧は平滑コンデンサ２により平滑される。この平滑された直流電圧は、逆変換回路３により任意の周波数、電圧の交流電圧に変換される。逆変換回路３は、パワーデバイスＩＧＢＴＵ、ＩＧＢＴＸ、ＩＧＢＴＶ及びＩＧＢＴＹをブリッジ接続たもので構成され、夫々のパワーデバイスはゲート制御回路４によりオンまたはオフするタイミングが制御される。パワーデバイスＩＧＢＴＵ及びＩＧＢＴＶを正側のパワーデバイスと呼び、パワーデバイスＩＧＢＴＸ及びＩＧＢＴＹを負側のパワーデバイスと呼ぶ。これらのパワーデバイスにはフライホイールダイオードが逆並列に接続されている。
【００１１】
ゲート制御回路４には逆変換回路３の出力を制御するための信号が他の制御回路から入力されるが、ここでは図示を省略している。また、図１では簡単のため、逆変換回路３は単相出力としているが、３相出力でも以下の説明は変わらない。
【００１２】
整流回路１と平滑コンデンサ２の間に設けられた、直流抵抗５とバイパス開閉器８で構成される並列回路はプリチャージ回路と呼ばれ、電力変換装置に交流入力電圧が供給されたときに、平滑コンデンサ２に流れる突入電流を抑制するための回路である。バイパス制御回路６は直流電圧検出器７で平滑コンデンサ２と放電抵抗器１０で構成される並列回路の両端の電圧を検出し、平滑コンデンサ２が所定の電圧まで充電されてプリチャージが完了したときに、バイパス開閉器８をオンすることにより、直流抵抗５をバイパスする。診断回路９は逆変換回路３のパワーデバイスＩＧＢＴＵ、ＩＧＢＴＸ、ＩＧＢＴＶ及びＩＧＢＴＹの故障診断を行う。
【００１３】
以下、バイパス制御回路６及び診断回路９の動作について詳細に説明する。
【００１４】
バイパス制御回路６は、バイパス開閉器８がオフの状態で直流抵抗５を通して充電中のまだ直流電圧が低い状態の時に、低電圧充電中の信号を診断回路９に出力する。診断回路９はこの低電圧充電中の信号がオンの時に、ゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵ、ＩＧＢＴＶに、または負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸ、ＩＧＢＴＹに与え、その時の平滑コンデンサ２の両端にかかる直流電圧を監視する。この直流電圧が所定値以下になるか否かで、パワーデバイスの短絡故障の検出を行う。すなわち、診断回路９がゲートオン信号を例えば正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵに与えたとき、直流電圧が低下しなければ負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していないと診断できる。逆にこの時、直流電圧が低下すれば、パワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していると診断できる。同様の動作を順次行えば、全てのパワーデバイスについての短絡故障の検出が可能となる。
【００１５】
また、診断回路９がゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵと負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸに同時に与えたとき、直流電圧が低下すれば、正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵおよび負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸはいずれもオープン故障していないと診断できる。逆にこの時、直流電圧が低下しなければ、正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵもしくは負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸの少なくとも１つがオープン故障していると診断できる。パワーデバイスＩＧＢＴＶとパワーデバイスＩＧＢＴＹについても同様にしてオープン故障の検出が可能となる。
【００１６】
上記の動作原理について以下に詳しく説明する。
【００１７】
各々のパワーデバイスのオン抵抗に相当する電圧ドロップが１Ｖ、低電圧充電中の信号は直流電圧３Ｖの近傍で充電中のとき出力され、いま直流電圧が３Ｖである場合を考える。このとき、全てのパワーデバイスが正常であれば、例えば正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵまたは負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸのいずれかをオンしても平滑コンデンサ２からの放電電流はない。逆に、正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵまたは負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸのいずれかが短絡故障していた場合には、平滑コンデンサ２は２Ｖ（直流電圧３Ｖ−電圧ドロップ１Ｖ）を短絡回路の抵抗で割った電流値を初期値として放電を開始し、直流電圧は急激に１Ｖ（電圧ドロップ１Ｖ）まで低下する。従って、直流電圧の低下を監視すれば、短絡故障の検出が可能となる。
【００１８】
また、上記状態でゲートオン信号を、例えば正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵと負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸに同時に与えたときは、両方のパワーデバイスＩＧＢＴＵ及びＩＧＢＴＸが正常であれば、平滑コンデンサ２は１Ｖ（直流電圧３Ｖ−電圧ドロップ１Ｖ×２）を短絡回路の抵抗で割った電流値を初期値として放電を開始し、直流電圧は急激に２Ｖ（電圧ドロップ１Ｖ×２）まで低下する。逆にパワーデバイスＩＧＢＴＵ及びＩＧＢＴＸのいずれかがオープン故障していれば、短絡電流は流れることはなく、従って直流電圧の変化はない。
【００１９】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、直流電圧検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、図１の診断回路９が、直流電圧を検出していたのに対し、図２の診断回路９Ａは、パワーデバイスＩＧＢＴＸ及びＩＧＢＴＹ各々の電流検出用として新たに追加された電流検出器１１Ａ及び１１Ｂの信号を検出するようにした点である。
【００２１】
このような構成で、バイパス制御回路６が出力する低電圧充電中の信号がオンの時に、ゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵ、ＩＧＢＴＶに、または負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸ、ＩＧＢＴＹに与え、電流検出器１１Ａおよび１１Ｂにより正側、負側のパワーデバイスを流れる短絡電流を検出することにより、素子の短絡故障を検出することができる。ゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵに与えたとき、短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していないと診断できる。逆に短絡電流が流れた場合、パワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していると診断できる。
【００２２】
また、診断回路９Ａがゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵと負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸに同時に与えた場合、短絡電流が流れれば、正側および負側のパワーデバイスはいずれもオープン故障していないと診断できる。短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも１つがオープン故障していると診断できる。
【００２３】
以上の第２の実施の形態における故障診断の動作原理の定量的説明は、第１の実施の形態の説明で述べたことと基本的に同じであるので省略する。また、第３の実施の形態以降も同様に説明を省略する。
【００２４】
尚、本実施の形態ではパワーデバイスを流れる短絡電流を電流検出器１１Ａ、１１Ｂを用いて検出する方法を説明したが、平滑コンデンサ２に流れる電流や整流回路１の出力電流を検出しても良い。また、オンしたパワーデバイスのコレクタ−エミッタ間の電圧の上昇によりパワーデバイスに過電流が流れたことを間接的に検出する方法や、パワーデバイス自体に過電流を検出する機能を備えたものもあり、これらの方法を用いて短絡電流を検出することも可能である。
【００２５】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、低電圧充電時の直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【００２６】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第３の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第３の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、図１のバイパス制御回路６が低電圧充電中の信号を診断回路９に出力するようにしていたのに対し、図３のバイパス制御回路６Ａがこの信号を出力しない点、また平滑コンデンサ２が充電される前に、図３の診断回路９Ｂは、故障診断開始信号をバイパス制御回路６Ａに出力し、バイパス制御回路６Ａは、バイパス回路８を開放した状態でパワーデバイスの故障診断を開始する点である。診断回路９Ｂは、整流回路１が受電する前にゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵに与え、整流回路１が受電したあと所定時間経過後、直流電圧がパワーデバイスの電圧ドロップ以上に上昇すれば、負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していないと診断できる。逆に直流電圧がパワーデバイスの電圧ドロップ以上に上昇しない場合は、パワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していると診断できる。
【００２７】
また、整流回路１が受電する前に、診断回路９Ｂがゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵと負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸに同時に与えたとき、整流回路１が受電後に直流電圧がパワーデバイスの電圧ドロップ以上に上昇しなければ、正側および負側のパワーデバイスＩＧＢＴＵ及びＩＧＢＴＸはいずれもオープン故障していないと診断できる。逆に直流電圧がパワーデバイスの電圧ドロップ以上に上昇すれば、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも１つがオープン故障していると診断できる。
【００２８】
以上の説明で、整流回路１が受電する前の状態を自動検出する機能、また、診断回路９Ｂが診断開始信号を出力したあと、自動的に整流回路１の受電を行う機能については触れていないが、勿論これらの二つの機能とも自動で行うように本発明の電力変換装置を構成することも可能である。例えば、直流電圧検出器７の出力と電力変換装置の運転指令によって前者の検出機能は実現可能であり、診断回路９Ｂが診断開始信号の出力と、電力変換装置の運転指令を連動させるようにすれば後者の機能は実現できる。
【００２９】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、運転初期の直流電圧検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【００３０】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第４の実施の形態の各部について、図３の第３の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第４の実施の形態が、第３の実施の形態と異なる点は、図３における診断回路９Ｂが、直流電圧を検出していたのに対し、図４の診断回路９Ｃは、パワーデバイスＩＧＢＴＸ及びＩＧＢＴＹ各々の電流検出用の電流検出器１１Ａ及び１１Ｂの電流を検出するようにした点である。
【００３１】
平滑コンデンサ２が充電される前に、診断回路９Ｃは、故障診断開始信号をバイパス制御回路６Ａに出力し、バイパス制御回路６Ａは、バイパス開閉器８を開放する。電流検出器１１Ａおよび１１Ｂにより正側、負側のパワーデバイスを流れる短絡電流を検出することにより、パワーデバイスの短絡故障を検出する点は図２に示した第２の実施の形態と同様である。診断回路９Ｃは、整流回路１が受電する前にゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵに与え、整流回路１が受電したあとに短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していないと診断できる。逆に短絡電流が流れた場合、パワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していると診断できる。
【００３２】
また診断回路９Ｃは、整流回路１が受電する前にゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵと負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸに同時に与え、整流回路１が受電したあと所定の時間後に、短絡電流が流れれば、正側および負側のパワーデバイスはいずれもオープン故障していないと診断できる。逆に短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも１つがオープン故障していると診断できる。
【００３３】
尚、本実施の形態ではパワーデバイスを流れる短絡電流を電流検出器１１Ａ、１１Ｂを用いて検出する方法を説明したが、平滑コンデンサ２に流れる電流や整流回路１の出力電流を検出しても良い。また、オンしたパワーデバイスのコレクタ−エミッタ間の電圧の上昇で素子に過電流が流れたことを間接的に検出する方法や、パワーデバイス自体に過電流を検出する機能を備えたものもあり、これらの方法を用いて短絡電流を検出することも可能である。
【００３４】
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態によれば、運転初期の直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【００３５】
（第５の実施の形態）
図５は本発明の第５の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第５の実施の形態の各部について、図４の第４の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第５の実施の形態が、第４の実施の形態と異なる点は、低電圧電源１２及び直流電源切換回路１３が追加された点、診断回路９Ｄの出力でバイパス制御回路６Ｂを介してバイパス開閉器８を短絡するようにした点、及び診断回路９Ｄの故障診断開始信号により、直流電源切換回路１３が低電圧電源１２を選択するようにした点である。
【００３６】
上記構成において、診断回路９Ｄの診断開始信号が出力されると、バイパス制御回路６Ｂはバイパス開閉器８を短絡するとともに、直流電源切換回路１３により低電圧電源１２が選択され、低電圧が直接逆変換回路３に供給される。この状態で、診断回路９Ｄがゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵに与えた場合、電流検出器１１Ａおよび１１Ｂに短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していないと診断できる。逆に短絡電流が流れた場合、パワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していると診断できる。
【００３７】
また、直流電源切換回路１３により低電圧電源１２が選択された後に、診断回路９Ｄがゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵと負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸに同時に与えた場合、短絡電流が流れれば、正側および負側のパワーデバイスはいずれもオープン故障していないと診断できる。逆に短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも１つがオープン故障していると診断できる。
【００３８】
また、本実施の形態ではパワーデバイスを流れる短絡電流を電流検出器１１Ａ、１１Ｂを用いて検出する方法を説明したが、第２、第４の実施の形態と同様、平滑コンデンサ２に流れる電流や低電圧電源１２の出力電流を検出しても良く、またオンしたパワーデバイスのコレクタ−エミッタ間の電圧の上昇でパワーデバイスに過電流が流れたことを間接的に検出する方法や、パワーデバイス自体に過電流を検出する機能を備えたものもあり、これらの方法を用いて短絡電流を検出することも可能である。
【００３９】
以上説明したように、本発明の第５の実施の形態によれば、他の低電圧電源を用いた直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【００４０】
（第６の実施の形態）
図６は本発明の第６の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第６の実施の形態の各部について、図４の第４の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第６の実施の形態が、第４の実施の形態と異なる点は、診断回路９Ｅは診断開始信号をバイパス制御回路６Ｃには出力せず、代わりに新たに追加された入力開閉器１５を開閉制御する入力開閉器制御回路１４に与えるようにした点、及びバイパス制御回路６Ｃが低電圧放電中の信号を診断回路９Ｅに出力するようにした点である。診断回路９Ｅは、平滑コンデンサ２が充電されている状態で故障診断開始信号を入力開閉器制御回路１４に出力し、入力開閉器制御回路１４は、故障診断開始信号を受けると入力開閉器１５を開放する。バイパス制御回路６Ｃは、平滑コンデンサ２の電圧が所定の電圧まで低下したことを検出し、低電圧放電中の信号を診断回路９Ｅに与える。そして診断回路９Ｅはゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵ、ＩＧＢＴＶに、または負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸ、ＩＧＢＴＹに与え、電流検出器１１Ａおよび１１Ｂにより正側、負側のパワーデバイスを流れる短絡電流を検出する。入力スイッチ１５が開放すると、平滑コンデンサ２の電圧は、放電抵抗１０により徐々に低下するので、直流電圧が十分低くなってから、パワーデバイスの故障診断を開始するようにする。
【００４１】
ここでも、前述したように、ゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵに与えたとき、短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していないので健全であると診断できる。逆に短絡電流が流れたとき、パワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していると診断できる。
【００４２】
また、診断回路９Ｅがゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵと負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸに同時に与えたとき、短絡電流が流れれば、正側および負側のパワーデバイスはいずれも健全であると診断できる。短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも１つがオープン故障していると診断できる。
【００４３】
尚、本実施の形態のおいても、電流検出器１１Ａ、１１Ｂを用いてパワーデバイスを流れる短絡電流を検出する方法の代わりに、平滑コンデンサ２に流れる電流を検出しても良い。また、オンしたパワーデバイスのコレクタ−エミッタ間の電圧の上昇でパワーデバイスに過電流が流れたことを間接的に検出する方法や、パワーデバイス自体に過電流を検出する機能を備えたものもあり、これらの方法を用いて短絡電流を検出することも可能である。
【００４４】
以上説明したように、本発明の第５の実施の形態によれば、低電圧放電中の直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【００４５】
（第７の実施の形態）
図７は本発明の第７の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第７の実施の形態の各部について、図２の第２の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第７の実施の形態が、第２の実施の形態と異なる点は、診断回路９Ｆが出力するゲートオン信号を、図２の第２の実施の形態における診断回路６Ａの通常のゲートオン信号の電圧に比べて低い値である低電圧ゲート信号とした点である。このようにゲートオン信号を通常の電圧より低い電圧で正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵ、ＩＧＢＴＶに、または負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸ、ＩＧＢＴＹに与えることにより、パワーデバイスのオン電流が制限される。
【００４６】
ここでも同様に、ゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵに与えた場合、短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していないので健全であると診断できる。逆に短絡電流が流れた場合、パワーデバイスＩＧＢＴＸは短絡していると診断できる。
【００４７】
また、診断回路９Ｆがゲートオン信号を正側のパワーデバイスＩＧＢＴＵと負側のパワーデバイスＩＧＢＴＸに同時に与えた場合、短絡電流が流れれば、正側および負側の素子はいずれも健全であると診断できる。逆に短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも１つがオープン故障していると診断できる。
【００４８】
尚、本実施の形態では、パワーデバイスのゲートオン電圧を低下させて電流を抑制する方法について述べたが、電流を抑制する他の手法として短絡回路に制限抵抗を挿入する手法もある。これらの電流を制限する手法を用いれば、必ずしも回路電圧を数Ｖという微小電圧で診断を行う必要はない。
【００４９】
更に、本実施の形態ではパワーデバイスを流れる短絡電流を電流検出器１１Ａ、１１Ｂを用いて検出する方法を説明したが、他の直接あるいは間接的な電流検出によっても良いことは第２、第４乃至第６の実施の形態の説明と同様である。
【００５０】
以上説明したように、本発明の７の実施の形態によれば、低電圧放電中の直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【００５１】
また、本発明の全ての実施の形態の共通の効果として、過電流が流れる恐れがないため、十分に長いゲートオン信号をパワーデバイスに与えて診断を行うことができ、診断用ゲートオン信号の発生も容易になり、故障診断の信頼性が向上するということがある。
【００５２】
尚、以上の第１乃至第７の実施の形態の説明では、交流入力と整流回路１の出力で直流を得る構成の電力変換装置について説明したが、この代わりにバッテリーや燃料電池などの直流電源を用いても良い。また、可変電圧直流電源を使用する電力変換装置では、その制御によって電圧を低減すれば良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な構成で、且つ、健全なパワーデバイスを破壊することのない、信頼性の高い素子故障診断機能を備えた電力変換装置及びその故障診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【符号の説明】
１  整流回路
２  平滑コンデンサ
３  逆変換回路
４  ゲート制御回路
５  直流抵抗
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  バイパス制御回路
７  直流電圧検出器
８  バイパス開閉器
９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ  診断回路
１０  放電抵抗器
１１Ａ、１１Ｂ  電流検出器
１２  低電圧電源
１３  切換制御回路
１４  入力開閉器制御回路
１５  入力開閉器
【図１】
2004357437.tif 000003
【図２】
2004357437.tif 000004
【図３】
2004357437.tif 000005
【図４】
2004357437.tif 000006
【図５】
2004357437.tif 000007
【図６】
2004357437.tif 000008
【図７】
2004357437.tif 000009