(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両に搭載されている２レベルインバータにおいて、
半導体素子をオン又はオフをさせるゲート指令を出力する制御ユニットと、
前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第１のゲートドライブと、
前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第２のゲートドライブと、
前記制御ユニットから前記第１のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第１のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第１の故障判別不一致検知部と、
前記制御ユニットから前記第２のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第２の故障判別不一致検知部と、
前記第１のゲートドライブ及び前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理をとる故障判別短絡検知部を備え、前記第１の故障判別不一致検知部は、前記第１のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第１のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ１を立て、前記第２の故障判別不一致検知部は、前記第２のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ２を立て、前記故障フラグ１が立つときは前記第１のゲートドライブと前記第１のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定とし、前記故障フラグ２が立つときは前記第２のゲートドライブと前記第２のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ１及び前記故障フラグ２が立つときは前記制御ユニットが故障している可能性が高いと推定することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
鉄道車両に搭載される３レベルインバータにおいて、
半導体素子をオン又はオフをさせるゲート指令を出力する制御ユニットと、
前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第１のゲートドライブと、
前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第２のゲートドライブと、
前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第３のゲートドライブと、
前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードック信号を出力する第４のゲートドライブと、
前記制御ユニットから前記第１のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第１のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第１の故障判別不一致検知部と、
前記制御ユニットから前記第２のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第２の故障判別不一致検知部と、
前記制御ユニットから前記第３のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第３のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第３の故障判別不一致検知部と、
前記制御ユニットから前記第４のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第４のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第４の故障判別不一致検知部と、
前記第１のゲートドライブ及び前記第２のゲートドライブ及び前記第３のゲートドライブ及び前記第４のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理をとる故障判別短絡検知部を備え、前記第１の故障判別不一致検知部は、前記第１のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第１のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ１を立て、前記第２の故障判別不一致検知部は、前記第２のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ２を立て、前記第３の故障判別不一致検知部は、前記第３のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第３のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ３を立て、前記第４の故障判別不一致検知部は、前記第４のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第４のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ４を立て、前記故障フラグ１が立つときは前記第１のゲートドライブと前記第１のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定とし、前記故障フラグ２が立つときは前記第２のゲートドライブと前記第２のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ３が立つときは前記第３のゲートドライブと前記第３のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ４が立つときは前記第２のゲートドライブと前記第４のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ１及び前記故障フラグ２、前記故障フラグ３、前記故障フラグ４が立つときは前記制御ユニットが故障している可能性が高いと推定することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置の故障検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置の故障検知方法としては、特開平０７−９５７６１号に記載されて
いるように、制御ユニットから複数のゲートドライブに与えられるゲート指令同士の論理
と、半導体素子の動作状態を表すゲートフィードバック信号同士の論理から両方の半導体
素子がオンとなった場合に故障を判別する方法が知られていた。
【特許文献１】特開平０７−９５７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
鉄道車両用電力変換装置の故障の原因としては、制御ユニットの故障よりも、半導体素
子の異常が多い。しかし、従来の電力変換装置では、半導体素子異常が起きた場合に、ゲ
ート信号側かフィードバック信号側のどちらが異常であるかを判別することは出来るが、
どの半導体素子が異常であるかを判別することは出来なかった。
【０００４】
そのため、半導体素子異常の前後の故障記録を調べ、どの半導体素子が異常かを類推し、
その後に検査を開始していたので、作業時間が長くなる原因の一つとなっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、電力変換装置に異常が発生したときに、正確に異常を検知する
ことが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、鉄道車両に搭載されている２レベルインバータにおいて、半導体素子をオン又はオフをさせるゲート指令を出力する制御ユニットと、前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第１のゲートドライブと、前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第２のゲートドライブと、前記制御ユニットから前記第１のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第１のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第１の故障判別不一致検知部と、前記制御ユニットから前記第２のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第２の故障判別不一致検知部と、前記第１のゲートドライブ及び前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理をとる故障判別短絡検知部を備え、前記第１の故障判別不一致検知部は、前記第１のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第１のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ１を立て、前記第２の故障判別不一致検知部は、前記第２のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ２を立て、前記故障フラグ１が立つときは前記第１のゲートドライブと前記第１のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ２が立つときは前記第２のゲートドライブと前記第２のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ１及び前記故障フラグ２が立つときは前記制御ユニットが故障している可能性が高いと推定することによって達成することができる。
【０００７】
上記課題は、鉄道車両に搭載される３レベルインバータにおいて、半導体素子をオン又はオフをさせるゲート指令を出力する制御ユニットと、前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第１のゲートドライブと、前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第２のゲートドライブと、前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードバック信号を出力する第３のゲートドライブと、前記制御ユニットから出力されたゲート指令に基づき半導体素子を制御し、ゲートフィードック信号を出力する第４のゲートドライブと、前記制御ユニットから前記第１のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第１のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第１の故障判別不一致検知部と、前記制御ユニットから前記第２のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第２の故障判別不一致検知部と、前記制御ユニットから前記第３のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第３のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第３の故障判別不一致検知部と、前記制御ユニットから前記第４のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第４のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理を取る第４の故障判別不一致検知部と、前記第１のゲートドライブ及び前記第２のゲートドライブ及び前記第３のゲートドライブ及び前記第４のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号の論理をとる故障判別短絡検知部を備え、前記第１の故障判別不一致検知部は、前記第１のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第１のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ１を立て、前記第２の故障判別不一致検知部は、前記第２のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第２のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ２を立て、前記第３の故障判別不一致検知部は、前記第３のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第３のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ３を立て、前記第４の故障判別不一致検知部は、前記第４のゲートドライブへ出力されるゲート指令と前記第４のゲートドライブから出力されるゲートフィードバック信号が不一致である時、故障フラグ４を立て、前記故障フラグ１が立つときは前記第１のゲートドライブと前記第１のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定とし、前記故障フラグ２が立つときは前記第２のゲートドライブと前記第２のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ３が立つときは前記第３のゲートドライブと前記第３のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ４が立つときは前記第２のゲートドライブと前記第４のゲートドライブからの指令を受ける半導体素子の少なくともどちらか一方が故障している可能性が高いと推定し、前記故障フラグ１及び前記故障フラグ２、前記故障フラグ３、前記故障フラグ４が立つときは前記制御ユニットが故障している可能性が高いと推定することによって達成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、電力変換装置に異常が発生したときに、正確に異常を検知することが可
能な電力変換装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する
。
【００１２】
図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。図２は、
本発明に基づく第１の実施の形態の故障判別不一致検知部の構成図である。図３は、本発
明に基づく第１の実施の形態の短絡検知部の構成図である。
【００１３】
本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置は、制御ユニット１は、半導体素子を
オン・オフさせるためのゲート指令を第１の伝送路５を介してゲートドライブ２と故障判
別不一致検知部４へ伝送する。ゲートドライブ２は、制御ユニット１から送信されたゲー
ト指令に基づいて、半導体素子３を制御するとともに、半導体素子３の状態を表すゲート
フィードバック信号を第２の伝送路６を介して、故障判別短絡検知部７と故障判別不一致
検知部４に入力する。
【００１４】
このように構成された電力変換装置において、故障検知をするために、第１の故障判別
不一致検知部である故障判別不一致検知４Ａは、制御ユニット１から第１のゲートドライ
ブ２Ａに伝送されたゲート指令とゲートドライブ２Ａからのゲートフィードバック信号を
比較し、信号同士が不一致であった場合に故障と判定する。第２の故障判別不一致検知部
である故障判別不一致検知部４Ｂは、故障判別不一致検知４Ａと同様に、制御ユニット１
から第２のゲートドライブ２Ｂに伝送されたゲート指令５Ｂとゲートフィードバック信号
６Ｂを比較し、同様に判定をする。故障判別短絡検知７は、ゲートドライブ２Ａからのゲ
ートフィードバック信号とゲートドライブ２Ｂからのゲートフィードバック信号の両方が
ＯＮであった場合に、故障と判定する。故障判別不一致検知４ａが故障を検知した場合に
は、故障フラグとして１を立てる。故障判別不一致検知４ｂが故障を検知した場合には、
故障フラグ２を立てる。故障フラグの表示方法については、特に限定しない。
【００１５】
このように構成された電力変換装置において、故障判別不一致検知部４は、図２に示す
ように、入力されたゲート指令とゲートフィードバック信号のＯＲを取るＸＯＲ部８と、
ＸＯＲ部９から出力される異常信号が一定時間以上続いた場合に、不一致検知信号を出力
するＯＮＴＤ部９から構成されている。
【００１６】
このように構成された電力変換装置において、短絡検知部７は、入力されたゲートフィ
ードバック信号同士のアンドを取るアンド部１０と、アンド部１０から出力される異常信
号が一定時間続いた場合に、短絡検知信号を出力するＯＮＴＤ８部から構成されている。
【００１７】
このように構成された電力変換装置において、故障判別不一致検知４ａが異常を検知し
、故障フラグ１のみが立った場合には、半導体素子３ａ及びゲートドライブ２ａが故障が
予想されるため、直接電圧等の測定等の作業に入ることが出来る。故障判別不一致検知４
ｂが異常を検知し、故障フラグ２のみが立った場合には、半導体素子３ｂ及びゲートドラ
イブ２ｂの故障が予想される。また、故障フラグ１と故障フラグ２の両方が立った場合に
は、制御ユニット１の故障の可能性が高い。
【００１８】
このように構成された電力変換装置は、故障フラグの立ち方によって、故障する可能性
の高い部位の推定が可能なため、故障時には、効率的に作業を行うことが出来る。また、
ゲート指令とゲートフィードバックの論理を取り、ゲートフィードバック同士の論理も取
っているので、正確に異常を検知することが可能な電力変換装置を提供することが出来る
。
【００１９】
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する
。
【００２０】
図４は、本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。尚、図１
乃至図３に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する
。
【００２１】
本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置は、本発明を３レベルインバータに適
用したことを特徴としている。そのため、第１から第４の故障判別不一致検知部４が（４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）ある。
【００２２】
このように構成された電力変換装置において、故障判別不一致検知部４ａが異常を検出
した場合には、故障フラグとして、１を立てる。故障判別不一致検知部４ｂの場合は、２
を立て、故障判別不一致検知部４ｃの場合は、３を立て、故障判別不一致検知部４ｄの場
合は、４という故障フラグを立てる。この故障フラグから、故障部位を推定する事が可能
となる。
【００２３】
このように構成された電力変換装置は、故障フラグの立ち方によって、故障する可能性の
高い部位の推定が可能なため、故障時には、効率的に作業を行うことが出来る。また、ゲ
ート指令とゲートフィードバックの論理を取り、ゲートフィードバック同士の論理も取っ
ているので、正確に異常を検知することが可能な電力変換装置を提供することが出来る。
【００２４】
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。
【００２５】
図５は、本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。尚、図１
乃至図４に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する
。
【００２６】
本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置は、半導体素子をオン又はオフをさせる
ゲート指令を出力する制御ユニット１と、前記制御ユニット１から出力されたゲート指令
に基づき半導体素子３を制御し、ゲートフィードバック信号を出力するゲートドライブ２
と、前記制御ユニットから出力されるゲート指令とこのゲート指令に対応するゲートフィ
ードバック信号の論理を取る故障判別不一致検知部４とを有し、半導体素子３の故障を検
知することを特徴としている。
【００２７】
このように構成された電力変換装置は、故障判別不一致検知部４ａが故障を検知した場合
には、半導体素子３ａが故障をしたと判別し、故障判別不一致検知部４ｂが故障を検知し
た場合には半導体素子３ｂが故障をしたと判別する。
【００２８】
このように構成された電力変換装置は、どの半導体素子が故障をしたかを検知することが
出来るので、故障時には効率的な作業を行うことができる。
【００２９】
このように構成された電力変換装置は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の電力変
換装置よりも小型化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の故障判別不一致検知部の構成図である。
【図３】本発明に基づく第１の実施の形態の短絡検知部の構成図である。
【図４】本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。
【図５】本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    制御ユニット
２    ゲートドライブ
３    半導体素子
４    故障判別不一致検知部
５    第１の伝送路
６    第２の伝送路
７    故障判別短絡検知部
８    ＸＯＲ部
９    ＯＮＴＤ部
１０  ＡＮＤ部
【図１】
0004693362.tif 000002
【図２】
0004693362.tif 000003
【図３】
0004693362.tif 000004
【図４】
0004693362.tif 000005
【図５】
0004693362.tif 000006