(57)【要約】【課題】電力用半導体素子への過電流を検出したとき速やかに、電力用半導体素子及びその駆動回路を切り放し、インバータ回路の一部を用いて可能な範囲で継続運転を行う。【解決手段】並列に接続したＩＧＢＴ３ａ及び３ｂを一つのスイッチング部ＳＷとし、これを用いてインバータ回路２を構成し、各ＩＧＢＴ３を駆動する各ゲート駆動回路５をゲート駆動用電源１１に並列に接続する。各ＩＧＢＴ３のコレクタ側にヒューズ３１、各ゲート駆動回路５の正側電源入力部にヒューズ３２を介挿する。例えばＩＧＢＴ３ａの異常に伴い過電流が流れるとヒューズ３１ａ、３２ａが溶断されＩＧＢＴ３ａがコレクタ側電位と絶縁され、そのゲート駆動回路５ａは正側電源電位と絶縁される。正常なＩＧＢＴ３ｂ及びそのゲート駆動回路５ｂ側は過電流の影響を受けず、通常動作が可能であるから、通常動作可能なＩＧＢＴ３ｂを用いてインバータ動作を継続することができる。【選択図】          図２
2005051901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング手段を含んで構成され、且つ当該スイッチング手段は、スイッチング素子と当該スイッチング素子駆動用の駆動回路とからなるスイッチング回路が複数並列に接続されて一つのスイッチング手段を構成している電力変換装置であって、
前記スイッチング回路は、前記スイッチング素子の入力側に介挿され規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第１の遮断手段と、
前記駆動回路の高電源電位入力側に介挿され規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第２の遮断手段とを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
スイッチング手段を含んで構成され、且つ当該スイッチング手段は、スイッチング素子と当該スイッチング素子駆動用の駆動回路とからなるスイッチング回路が複数並列に接続され且つ並列に接続された複数のスイッチング素子の制御端子間が短絡手段により短絡されて一つのスイッチング手段を構成している電力変換装置であって、
前記スイッチング回路は、前記スイッチング素子の入力側に介挿され規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第１の遮断手段と、
前記駆動回路の高電源電位入力側に介挿され規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第２の遮断手段とを備え、
前記スイッチング手段は、前記短絡手段に規定値以上の電流が流れるとき前記短絡手段による短絡を開放する短絡開放手段と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記短絡開放手段が作動する電流の規定値は、前記第２の遮断手段が作動する電流の規定値よりも小さな値に設定されることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記短絡開放手段は制御可能に構成され、
前記スイッチング手段は、当該スイッチング手段を構成する前記第１の遮断手段それぞれの動作状態を検出する動作状態検出手段と、
当該動作状態検出手段で前記第１の遮断手段の少なくとも何れか一つが非導通状態になったことを検出したとき前記短絡開放手段を開放状態に制御する短絡制御手段と、を備えることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１の遮断手段は、規定値以上の電流が流れるとき溶断する溶断手段であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第２の遮断手段は、規定値以上の電流が流れるとき溶断する溶断手段であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第２の遮断手段は、前記第１の遮断手段が非導通状態になったとき、これに連動して非導通状態となるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１の遮断手段全ての動作状態を検出する全動作状態検出手段と、
当該全動作状態検出手段で検出された第１の遮断手段全ての動作状態に応じて前記各駆動回路を駆動制御する制御手段と、
前記全動作状態検出手段で前記第１の遮断手段の何れかが非導通状態となったことを検出したとき、この非導通状態となった第１の遮断手段を含むスイッチング回路を除いて電力変換制御を行う異常時継続運転が可能かどうかを判定する判定手段を備え、
前記制御手段は、前記全動作状態検出手段で第１の遮断手段全てが導通状態であることが検出されるとき全てのスイッチング回路を用いて電力変換制御を行う通常運転手段と、
前記全動作状態検出手段で前記第１の遮断手段の何れかが非導通状態となったことを検出し且つ前記判定手段で異常時継続運転可能と判定されたとき前記異常時継続運転を行う異常時継続運転手段と、
前記判定手段で異常時継続運転不可と判定されたとき電力変換制御を停止する停止制御手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記判定手段は、非導通状態となった第１の遮断手段を備えたスイッチング回路を含むスイッチング手段において、他のスイッチング回路の第１の遮断手段が導通状態であるときには異常時継続運転可能と判定するようになっていることを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記スイッチング素子は、電力用半導体素子であることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を含んで構成されるインバータ等といった電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インバータやチョッパ等の電力変換装置は、ＩＧＢＴ等の電力用半導体素子により構成されている。
図８は、ＩＧＢＴを用いてインバータを構成した場合の主回路の一例を示す回路図である。図中１は直流電源、２は、インバータ回路である。なお、交流入力の場合には、直流電源１に替えて、整流器及び電解コンデンサ等を備える。
【０００３】
前記インバータ回路２は、例えば、電圧駆動型パワーデバイスであるＩＧＢＴ３及びこのＩＧＢＴ３に逆並列に接続されたダイオード４を６組備えて構成される。前記ＩＧＢＴ３は、ゲート駆動回路５により駆動され、このゲート駆動回路５は、前記ＩＧＢＴ３及びダイオード４からなる各組毎に設けられている。なお、図８においては、ゲート駆動回路５を一つのみ記載しているが、実際には、各ＩＧＢＴ３毎に、ゲート駆動回路５が設けられている。
【０００４】
そして、上位制御装置１０からの制御信号Ｓｃに応じてゲート駆動回路５が前記ＩＧＢＴ３をオンオフ制御し、これによって、インバータ回路５がインバータ動作して負荷としてのモータＭを駆動制御するようになっている。
図９は、前記ゲート駆動回路５の一例を示す回路図であって、ゲート駆動回路５用のゲート駆動用電源１１に、例えば、トランジスタ等で構成される、ターンオン用のスイッチング素子１２及びターンオフ用のスイッチング素子１３が直列に接続されている。そして、スイッチング素子１２及び１３間の電位とターンオフ用のスイッチング素子１３及びゲート駆動用電源１１間の電位とが、抵抗Ｒを介してＩＧＢＴ３のゲート及びエミッタ間に印加されるようになっている。
【０００５】
また、前記ゲート駆動用電源１１及び、直列に接続されたスイッチング素子１２及び１３と並列に、前記スイッチング素子１２及び１３を駆動制御するための信号作成装置１５が接続され、この信号作成装置１５は、前記上位制御装置１０からの制御信号Ｓｃに応じてスイッチング素子１２又は１３を制御し、これらの何れか一方がオン状態となることによって、スイッチング素子１２及び１３間の電位が変化し、すなわち、ＩＧＢＴ３のゲート端子への電位が変化することによって、ＩＧＢＴ３がオンオフ動作するようになっている。
【０００６】
また、図１０に示すように、インバータの大容量化を図る目的で、図８に示す、ダイオード４が逆並列に接続されたＩＧＢＴ３とこれを駆動するためのゲート駆動回路５とをスイッチング回路とし、ダイオード４ａが逆並列に接続されたＩＧＢＴ３ａとダイオード４ｂが逆並列に接続されたＩＧＢＴ３ｂとを並列に接続し、同様に、ゲート駆動回路５ａ及びゲート駆動回路５ｂとを並列に接続し、これを一つのスイッチング手段とみなし、このスイッチング手段６個を並列に接続して３相のインバータを構成するようにしたインバータ等も提案されている。
【０００７】
このように、二つのＩＧＢＴを並列に接続して一つのスイッチング手段を構成した場合、図１０に示すように、共通のゲート駆動用電源１１によって各ゲート駆動回路５（５ａ、５ｂ）を駆動し、また、各ゲート駆動回路５（５ａ、５ｂ）を上位制御装置１０によって駆動制御するようになっている。
また、このように、二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂを並列に接続した場合には、これらＩＧＢＴ３ａ及び３ｂどうしの、スイッチングのバランスを図るために、ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのゲート端子間を短絡線２０で接続するようにしている。
【０００８】
ところで、前記図８に示すインバータ主回路において、何れかのＩＧＢＴ３に異常が発生し故障或いは破壊した場合、場合によっては、ＩＧＢＴ３のゲート、コレクタ、エミッタ間が短絡状態となり、図１１（ａ）に破線Ｌ１で示すように、破壊した瞬間にＩＧＢＴ３のコレクタ−エミッタ間には直流電源１からの短絡電流が流れ、さらに、破線Ｌ２で示すように、ＩＧＢＴ３のゲート端子、抵抗Ｒ、スイッチング素子１２、ゲート駆動用電源１１を介して短絡電流がゲート駆動回路５に短絡電流が流れる場合がある。この破線Ｌ２で示す短絡電流は、ゲート駆動回路５内での許容電流に比較して十分大きいため、ゲート駆動回路５のスイッチング素子１２や１３が故障し、結果的にゲート駆動回路５の故障に至る場合がある。
【０００９】
さらに、このようにゲート駆動回路５が故障した場合、図１１（ｂ）に破線Ｌ３で示すように、ゲート駆動回路５を駆動するためのゲート駆動用電源１１、スイッチング素子１２及び１３の経路で短絡電流が流れる場合もあり、最終的にゲート駆動用電源１１の故障に至る場合もある。
また、前記図１０に示すように、二つのＩＧＢＴ３ａ及び３ｂを並列に接続しこれを一つのスイッチング手段としてインバータを構成するようにした場合、並列に接続したＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのうち、一方に異常が発生すると、図１２に示すように、前記図１１（ａ）と同様に、異常が発生したＩＧＢＴ、図１２の場合ＩＧＢＴ３ａのコレクタ−エミッタ間に短絡電流（破線Ｌ１）が流れ、さらにＩＧＢＴ３ａ、ゲート駆動回路５ａの抵抗Ｒ、スイッチング素子１２及びゲート駆動用電源１１の経路（破線Ｌ２）でゲート駆動回路５ａを短絡電流が流れる。
このため、スイッチング素子１２やスイッチング素子１３に異常が発生し、前述のようにやがて前記ゲート駆動用電源１１の故障に至る場合がある。
【００１０】
また、並列に接続したＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのゲート端子間を短絡するようにした場合には、図１３に示すように、破線Ｌ１及びＬ２で示す経路で短絡電流が流れると共に、さらに、破線Ｌ４で示すように短絡線２０を介して、正常なＩＧＢＴ３ｂのゲート駆動回路５ｂ側にも短絡電流が流れ、結果的に、正常なＩＧＢＴ３ｂのゲート駆動回路５ｂを構成するスイッチング素子１２ｂや１３ｂの故障を引き起こす場合もある。
【００１１】
ところで、通常一般的なインバータ装置にあっては、異常検出回路によって、過電流検出等の異常検出を行っており、過電流が検出された場合には、異常検出回路が作動し、インバータ運転を停止させ、被害の拡大を防止する等の処置を行うようにしている。
また、例えば、ＩＧＢＴの故障によって、ＩＧＢＴを流れる過電流によって溶断されるヒューズをＩＧＢＴのコレクタ側に設けると共に、このＩＧＢＴを駆動制御するＩＧＢＴ駆動回路の電源入力側にヒューズを設け、このヒューズが溶断されたときに、ＩＧＢＴをコレクタ側電位から切り離すと共に、そのゲート駆動回路をＩＧＢＴ駆動用の電源から切り離すようにしたインバータの保護回路等も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
実開平６−８８１９１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、インバータを構成する何れかのＩＧＢＴ３やゲート駆動回路５に異常が発生した場合、対向するアーム側において過電流が検出され、この結果、インバータ運転が停止されることになる。また、前記異常が発生したＩＧＢＴをＩＧＢＴ駆動用電源から切り離す保護回路を設けた場合も同様に、結果的にインバータ運転が停止されることになる。
【００１４】
ここで、インバータの用途によっては、１００％の機能を発揮することができなくても運転続行が望まれる場合がある。例えば、電気自動車等においては、インバータに何らかの異常が発生した場合、異常箇所に対して修理を行うまでの間等ある時間内であれば、１００％の完全な運転状態ではなくとも、運転続行や、運転再開を必要とする場合がある。
【００１５】
このため、ＩＧＢＴ等インバータの一部に異常が発生した場合等であっても、インバータとして１００％の完全な運転状態ではなくとも、できるだけ運転続行することの可能なインバータ装置が望まれていた。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の点に着目してなされたものであり、インバータ等を構成するＩＧＢＴ等、インバータの一部に異常が発生した場合であっても、継続運転を可能とする電力変換装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電力変換装置は、スイッチング手段を含んで構成され、且つ当該スイッチング手段は、スイッチング素子と当該スイッチング素子駆動用の駆動回路とからなるスイッチング回路が複数並列に接続されて一つのスイッチング手段を構成している電力変換装置であって、前記スイッチング回路は、前記スイッチング素子の入力側に介挿され規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第１の遮断手段と、前記駆動回路の高電源電位入力側に介挿され規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第２の遮断手段とを備えることを特徴としている。
【００１７】
この請求項１に係る発明では、スイッチング素子とこのスイッチング素子駆動用の駆動回路とからなるスイッチング回路が複数並列に接続された一つのスイッチング手段を構成し、このスイッチング手段を含んで例えばインバータ回路等が構成されている。このとき、スイッチング回路のスイッチング素子の入力側（例えば、スイッチング素子が、トランジスタ或いは、ＩＧＢＴ等で構成されている場合にはコレクタ側、サイリスタで構成されている場合にはアノード側）には、規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第１の遮断手段が介挿され、また、駆動回路の高電源電位入力側には規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第２の遮断手段が介挿されている。
【００１８】
ここで、スイッチング素子が破損し短絡した場合、過電流がスイッチング素子及びその駆動回路を流れ、その後場合によっては、駆動回路へ電源供給を行う電源に支障を来す場合がある。しかしながら、スイッチング素子の破損によりスイッチング素子及び駆動回路に過電流が流れることによって、第１の遮断手段及び第２の遮断手段が作動し、破損したスイッチング素子を含むスイッチング回路及びその駆動回路が、スイッチング素子の入力側及び駆動回路の高電源電位入力側で電力変換装置から切り離されることになるから、この破損が生じたスイッチング素子を含むスイッチング回路外に過電流が流れることが回避される。このため、電力変換装置の一部のスイッチング素子が破損した場合であっても、この破損したスイッチング素子を含むスイッチング回路を除いた部分については正常に動作させることが可能となり、このとき、スイッチング手段は、複数のスイッチング手段により一つのスイッチング手段を構成しているから、電力変換装置の一部が破損した場合であっても、電力変換装置として完全な機能を発揮することはできないものの、電力変換装置として駆動することが可能となる。
【００１９】
また、請求項２に係る電力変換装置は、スイッチング手段を含んで構成され、且つ当該スイッチング手段は、スイッチング素子と当該スイッチング素子駆動用の駆動回路とからなるスイッチング回路が複数並列に接続され且つ並列に接続された複数のスイッチング素子の制御端子間が短絡手段により短絡されて一つのスイッチング手段を構成している電力変換装置であって、前記スイッチング回路は、前記スイッチング素子の入力側に介挿され規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第１の遮断手段と、前記駆動回路の高電源電位入力側に介挿され規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第２の遮断手段とを備え、前記スイッチング手段は、前記短絡手段に規定値以上の電流が流れるとき前記短絡手段による短絡を開放する短絡開放手段と、を備えることを特徴としている。
。
【００２０】
この請求項２に係る発明では、スイッチング素子とこのスイッチング素子駆動用の駆動回路とからなるスイッチング回路が複数並列に接続された一つのスイッチング手段を構成し、このスイッチング手段を含んで例えばインバータ回路等が構成されている。また、各スイッチング回路のスイッチング素子の制御端子間は、短絡手段によって短絡されている。さらに、スイッチング回路のスイッチング素子の入力側（例えば、スイッチング素子が、トランジスタ或いは、ＩＧＢＴ等で構成されている場合にはコレクタ側、サイリスタで構成されている場合にはアノード側）には、規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第１の遮断手段が介挿され、また、駆動回路の高電源電位入力側には規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第２の遮断手段が介挿され、短絡手段による制御端子間の短絡を開放する短絡開放手段が設けられている。
【００２１】
ここで、スイッチング素子が破損し短絡した場合、過電流がスイッチング素子及びその駆動回路を流れ、場合によっては、駆動回路へ電源供給を行う電源に支障を来す場合があり、さらに、短絡手段を介して正常なスイッチング素子及びその駆動回路側へも過電流が流れる場合がある。
しかしながら、スイッチング素子の破損によりスイッチング素子及び駆動回路に過電流が流れることによって、第１の遮断手段及び第２の遮断手段が作動し、さらに、短絡手段に過電流が流れた場合には短絡開放手段が作動し、破損したスイッチング素子を含むスイッチング回路及びその駆動回路が、スイッチング素子の入力側及び駆動回路の高電源電位入力側で電力変換装置から切り離され、また、短絡開放手段により短絡手段による制御端子間の短絡が開放されるから、電力変換装置の他の部分に過電流が流れることが回避される。このため、電力変換装置の一部のスイッチング素子が破損した場合であっても、このスイッチング素子を含むスッチング回路を除いた部分については正常に動作させることが可能となり、このとき、スイッチング手段は、複数のスイッチング手段により一つのスイッチング手段を構成しているから、電力変換装置の一部が破損した場合であっても、電力変換装置として完全な機能を発揮することはできないものの、電力変換装置として駆動することが可能となる。
【００２２】
また、請求項３に係る電力変換装置は、前記短絡開放手段が作動する電流の規定値は、前記第２の遮断手段が作動する電流の規定値よりも小さな値に設定されることを特徴としている。
この請求項３に係る発明では、短絡開放手段が短絡手段による短絡を開放するときの電流の規定値は、第２の遮断手段が作動するときの電流の規定値よりも小さな値に設定され、第２の遮断手段よりも短絡開放手段の方が先に作動するように構成されている。ここで、あるスイッチング回路側で過電流が発生した場合、短絡手段を介して他の正常なスイッチング回路の駆動回路側にも過電流が流れることになり第２の遮断手段にも過電流が流れることになるが、短絡開放手段は、第２の遮断手段よりも先に作動するように構成されているから、他の正常なスイッチング回路の第２の遮断手段が作動することが回避され、正常なスイッチング回路は、正常に動作することが可能となる。
【００２３】
また、請求項４に係る電力変換装置は、前記短絡開放手段は制御可能に構成され、前記スイッチング手段は、当該スイッチング手段を構成する前記第１の遮断手段それぞれの動作状態を検出する動作状態検出手段と、当該動作状態検出手段で前記第１の遮断手段の少なくとも何れか一つが非導通状態になったことを検出したとき前記短絡開放手段を開放状態に制御する短絡制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００２４】
この請求項４に係る発明では、スイッチング手段を構成する第１の遮断手段の動作状態が動作状態検出手段によって検出され、何れかの第１の遮断手段が非導通状態となったことが検出されたときには、短絡制御手段によって、短絡開放手段が開放状態に制御される。つまり、第１の遮断手段の動作と連動して短絡開放手段が動作することになる。したがって、短絡手段に規定値以上の電流が流れる以前に、スイッチング素子の破損等による過電流の発生が検出された時点で短絡開放手段を作動させることが可能となり、短絡手段によるスイッチング回路間の短絡をより早い時点で開放することが可能となる。
【００２５】
また、請求項５に係る電力変換装置は、前記第１の遮断手段は、規定値以上の電流が流れるとき溶断する溶断手段であることを特徴としている。
この請求項５に係る発明では、第１の遮断手段は、溶断手段で構成されているから、過電流の発生に対し自動的に速やかにスイッチング素子をその入力側から切り離すことが可能となる。
また、請求項６に係る電力変換装置は、前記第２の遮断手段は、規定値以上の電流が流れるとき溶断する溶断手段であることを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、第２の遮断手段は、溶断手段で構成されているから、過電流の発生に対し自動的に速やかに駆動回路をその高電源電位入力側から切り離すことが可能となる。
【００２６】
また、請求項７に係る電力変換装置は、前記第２の遮断手段は、前記第１の遮断手段が非導通状態になったとき、これに連動して非導通状態となるように構成されていることを特徴としている。
この請求項７に係る発明では、第２の遮断手段は、第１の遮断手段が非導通状態となったときにこれに連動して非導通状態となるように構成されているから、第２の遮断手段を流れる電流が規定値以上となる以前に、第１の遮断手段が作動した時点で、第２の遮断手段を作動させることができ、スイッチング素子の破損に起因した過電流の発生に対し、速やかに第２の遮断手段を作動させ、駆動回路を高電源電位入力側から切り離すことが可能となる。
【００２７】
また、請求項８に係る電力変換装置は、前記第１の遮断手段全ての動作状態を検出する全動作状態検出手段と、当該全動作状態検出手段で検出された第１の遮断手段全ての動作状態に応じて前記各駆動回路を駆動制御する制御手段と、前記全動作状態検出手段で前記第１の遮断手段の何れかが非導通状態となったことを検出したとき、この非導通状態となった第１の遮断手段を含むスイッチング回路を除いて電力変換制御を行う異常時継続運転が可能かどうかを判定する判定手段を備え、前記制御手段は、前記全動作状態検出手段で第１の遮断手段全てが導通状態であることが検出されるとき全てのスイッチング回路を用いて電力変換制御を行う通常運転手段と、前記全動作状態検出手段で前記第１の遮断手段の何れかが非導通状態となったことを検出し且つ前記判定手段で異常時継続運転可能と判定されたとき前記異常時継続運転を行う異常時継続運転手段と、前記判定手段で異常時継続運転不可と判定されたとき電力変換制御を停止する停止制御手段とを備えることを特徴としている。
【００２８】
この請求項８に係る発明では、電力変換装置に含まれる第１の遮断手段全ての動作状態が全動作状態検出手段によって検出され、この全動作状態検出手段での検出結果に応じて各スイッチング回路を構成する駆動回路が制御手段によって駆動され、また、何れかの第１の遮断手段の非導通状態が検出されたとき、この非導通状態が検出された第１の遮断手段が含まれるスイッチング回路を除いて電力変換制御を行う異常時継続運転が可能かどうかが判定手段によって判定される。そして、第１の遮断手段全てが導通状態であるときには通常運転手段によって各駆動回路が制御されて通常運転が行われる。また、第１の遮断手段のうち何れかが非導通状態であることが検出された場合であっても判定手段により異常時継続運転が可能と判定されるときには、異常時継続運転手段によって異常時継続運転が行われて、過電流が発生したスイッチング回路を除いて電力変換制御が行われ、さらに、判定手段によって異常時継続運転が不可と判定された時点で停止制御手段によって電力変換制御が停止される。
【００２９】
したがって、過電流が発生した場合であっても、異常時継続運転が可能である間は、継続して電力変換制御を行わせることが可能となる。
また、請求項９に係る電力変換装置は、前記判定手段は、非導通状態となった第１の遮断手段を備えたスイッチング回路を含むスイッチング手段において、他のスイッチング回路の第１の遮断手段が導通状態であるときには異常時継続運転可能と判定するようになっていることを特徴としている。
【００３０】
この請求項９に係る発明では、前記判定手段は、非導通状態となった第１の遮断手段を備えたスイッチング回路を含むスイッチング手段において、他のスイッチング回路の第１の遮断手段が導通状態であるときには、異常時継続運転可能と判定する。ここで、スイッチング手段は、複数のスイッチング回路で構成されているから、これらのうち、何れかのスイッチング回路が正常であれば、その性能は低下するものの、スイッチング手段として動作させることが可能である。したがって、異常時継続運転可能かどうかを的確に判断することが可能となる。
さらに、請求項１０に係る電力変換装置は、前記スイッチング素子は、電力用半導体素子であることを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した電力変換装置の一例を示す概略構成図であって、３相のインバータを構成している。
このインバータは図１に示すように、ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂが並列に接続されて一つのスイッチング部ＳＷを構成し、このスイッチング部ＳＷが二つ直列に接続され、この直列に接続されたスイッチング部ＳＷが直流電源１の両端に３つ並列に接続され、合計６個のスイッチング部ＳＷ１１〜ＳＷ３２によって３相のインバータ回路２を構成している。
【００３２】
そして、各ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂは、図２に示すように、これらＩＧＢＴ３ａ、３ｂを駆動制御するためのゲート駆動回路５ａ及び５ｂをそれぞれ個別に備えている。図２では一つのスイッチング部ＳＷについてのみ記載しているが、各スイッチング部ＳＷ１１〜ＳＷ３２毎に、各ＩＧＢＴ３ａ、３ｂはそれぞれゲート駆動回路５ａ及び５ｂを備えている。
【００３３】
各スイッチング部ＳＷ１１〜ＳＷ３２のゲート駆動回路５ａ及び５ｂは、共通のゲート駆動用電源１１から電源供給が行われ、また、各ゲート駆動回路５ａ及び５ｂは、上位制御装置５０によって制御されるようになっている。
また、図２に示すように、各ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのコレクタ側には、ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂをコレクタ電位側と絶縁するためのヒューズ３１ａ及び３１ｂがそれぞれ介挿されている。また、ゲート駆動回路５ａの正側電源入力部にはゲート駆動回路５ａ、５ｂを、ゲート駆動回路５の正側電位と絶縁するためのヒューズ３２ａ、３２ｂがそれぞれ設けられている。
【００３４】
前記ヒューズ３１ａ、３１ｂは、対向するアーム側のＩＧＢＴ３が破壊したことに起因する過電流により溶断しないものを適用する。２並列システムにおいては、例えば、ＩＧＢＴ単体の短絡電流の２倍程度の定格動作電流値を有するヒューズを適用する。また、前記ヒューズ３２ａ、３２ｂは、正常時にヒューズ３２ａ、３２ｂを流れる電流値に応じて設定された規定値以上の電流が流れるとき溶断する定格動作電流値を有するヒューズを適用する。
【００３５】
また、前記ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのコレクタ側に設けられたヒューズ３１ａ及び３１ｂは、溶断したときこれを通知することの可能な溶断表示接点を有するヒューズで構成され、各ヒューズ３１ａ、３１ｂは、溶断されたときに、ＨＩＧＨレベルとなる作動信号を出力するようになっている。そして、各スイッチング部ＳＷ１１〜ＳＷ３２の各ヒューズ３１ａ、３１ｂの作動信号Ｓ１１ａ〜Ｓ３２ｂは、上位制御装置５０に入力される。
【００３６】
図３は、上位制御装置５０の機能構成を表す機能ブロック図である。
図３に示すように、上位制御装置５０は、各ＩＧＢＴ３に設けられたヒューズ３１の作動状況を表す作動信号Ｓ１１ａ〜Ｓ３２ｂを入力し、これに基づき、インバータ回路２を、正常運転させるか、１００％駆動することはできないものの可能な範囲で作動させる異常時継続運転を行うか、運転停止させるかを判断する動作モード判断部５１を備えている。そして、各ＩＧＢＴ３に設けられたヒューズ３１の作動状況を表す作動信号Ｓ１１ａ〜Ｓ３２ｂが、全てＬＯＷレベルであって、各スイッチング部ＳＷ１１〜ＳＷ３２の各ＩＧＢＴ３を流れる電流値が正常である場合には、動作モード判断部５１は、正常運転を行うと判断し、正常運転制御部５２によって正常運転処理を実行し、公知の手順で各ゲート駆動回路を制御するための制御信号を生成し、これを各ゲート駆動回路５に出力する。また、動作モード判断部５１は、各ヒューズ３１の作動信号Ｓ１１ａ〜Ｓ３２ｂのうち、何れかがＨＩＧＨレベルであって、インバータ回路２を構成する何れかのＩＧＢＴ３に過電流が流れたことを検出したときには、インバータを継続運転させることが可能かどうかを判定する。例えば、スイッチング部ＳＷを構成する二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂに対応するヒューズ３１ａ、３１ｂが共に溶断されてはおらず、一方のＩＧＢＴは駆動可能な状態であり、インバータとして１００％駆動することはできないものの、引き続き運転させることが可能であると判定される場合には、異常時継続運転を行うと判断し、異常時継続運転制御部５３によって異常時継続運転処理を実行し、インバータを稼働可能な範囲で作動させるための制御信号を生成し、これを各ゲート駆動回路５に出力する。また、各ヒューズ３１の作動信号Ｓ１１ａからＳ３２ｂのうち、スイッチング部ＳＷを構成する二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂに対応するヒューズ３１ａ、３１ｂが共に溶断されている場合には、動作モード判断部５１では、インバータとして作動不可であり運転停止と判断し、運転停止制御部５４によって、公知の手順でインバータを完全停止させるための制御信号を生成し、これを各ゲート駆動回路５に出力する。
【００３７】
なお、前記上位制御装置５０は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成し、図３に示す処理をソフトウェアで実行するようにしてもよく、また、ハードウェア、或いはソフトウェア、ハードウェアを組み合わせて構成するようにしてもよい。
また、ここでは、上述のように、並列に接続された二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂに対応するヒューズ３１ａ、３１ｂが共に溶断されたかどうかに基づいて異常時運転継続処理を行うかどうか、或いは運転停止させるかを判断するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、負荷の種類やその用途等に応じて、要求されるインバータの機能の程度に応じて異常時継続運転を実行するか或いは運転を停止するかを判断するようにすればよい。
【００３８】
次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。
今、図１に示すように、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂが並列に接続されたスイッチング部ＳＷによって構成される３相のインバータ回路２が、何ら異常が発生することなく正常に動作している場合には、各ＩＧＢＴ３に対応して設けられたヒューズ３１からの作動信号Ｓ１１ａ〜Ｓ３２ｂは全てＬＯＷレベルとなる。したがって、上位制御装置５０の動作モード判断部５１では、正常運転可能と判断し、正常運転制御部５２によって正常運転処理を実行し、公知の手順で各ゲート駆動回路５への制御信号Ｓｃを生成しこれを各ゲート駆動回路５に出力する。
【００３９】
各ゲート駆動回路５では、共通のゲート駆動用電源１１を電源として作動し、通知された制御信号Ｓｃに応じて公知の手順で、スイッチング素子１２及び１３をオンオフ制御して、ＩＧＢＴ３のゲート電圧を制御する。これによって、各ＩＧＢＴ３がオンオフ動作し、直流電源１の直流電力を交流電力に変換して負荷としてのモータＭに供給しモータＭを駆動制御する。また、このとき、各スイッチング部ＳＷ１１〜ＳＷ３２は、並列に接続された二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂで構成されているから、インバータの大容量化を図ることができる。
【００４０】
この状態から、例えば、何れかのスイッチング部例えばＳＷ１１において、一方のＩＧＢＴ、例えば３ａに異常が発生し、前記図１２で述べたように、ＩＧＢＴ３ａに過電流が流れると共に、ＩＧＢＴ３ａ、抵抗Ｒａ、スイッチング素子１２ａ、ゲート駆動用電源１１の経路で過電流が流れると、ＩＧＢＴ３ａのコレクタ側に設けたヒューズ３１ａが溶断され、また、ゲート駆動回路５ａの正側電源側に設けたヒューズ３２ａが溶断されることになる。このとき、対向アーム側のスイッチング部ＳＷ１２側にも過電流が流れることになるが、ヒューズ３１は、対向アーム側の異常に起因する過電流によっては作動しないように形成されているから、溶断されない。
【００４１】
このように過電流によってヒューズ３１ａ及び３２ａが溶断されると、異常が発生したＩＧＢＴ３ａが、そのコレクタ側電位と絶縁され、また、このＩＧＢＴ３ａを駆動するゲート駆動回路５ａがゲート駆動用電源１１の正側電源電位と絶縁されることになり、つまり、図４に示すように、異常が発生したＩＧＢＴ３ａ及びゲート駆動回路５ａがインバータ回路２及びゲート駆動用電源１１から電気的に切り離されることになる。
【００４２】
そして、ヒューズ３１ａが溶断されたことから、作動信号Ｓ１１ａがＨＩＧＨレベルとして出力されるため、これを受けた上位制御装置５０では、動作モード判断部５１において、継続運転が可能であるかどうかを判定する。この場合、スイッチング部ＳＷ１１を構成する二つのＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのうち、一方のＩＧＢＴ３ａのみが溶断され、他方のＩＧＢＴ３ｂは正常に動作可能であるから継続運転が可能と判断し、異常時継続運転処理を実行する。つまり、例えば、最大許容電流値を低減する等の対処を行い、異常が発生したＩＧＢＴ３ａは用いず、他の正常なＩＧＢＴを駆動することによりインバータ動作させる。
【００４３】
ここで、異常が発生したＩＧＢＴ３ａをインバータ回路２に接続したままの状態とした場合、前記図１２で説明したように、ＩＧＢＴ３ａ、スイッチング素子１２、ゲート駆動用電源１１を経由して過電流が流れることになり、場合によっては、ゲート駆動用電源１１の故障に至る場合もある。しかしながら、ヒューズ３１ａによって、異常が発生したＩＧＢＴ３ａをインバータ回路２から切り離すと共に、ヒューズ３２ａによって、異常が発生したＩＧＢＴ３ａに対応するゲート駆動回路５ａをゲート駆動用電源１１の正側電位と絶縁するようにしているから、異常が発生したＩＧＢＴ３ａ及びゲート駆動回路５ａによって、ゲート駆動用電源１１或いは他方のゲート駆動回路５ｂ、ＩＧＢＴ３ｂに悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００４４】
したがって、正常なＩＧＢＴ３については通常と同様に駆動制御を行うことができ、図４に示すように、スイッチング部ＳＷ１１のＩＧＢＴ３ａが除去された正常なＩＧＢＴ３で構成されるインバータ回路２として動作可能となる。よって、異常時継続運転を行うことによって、引き続きモータＭを駆動制御することができる。このとき、その最大許容電流値を低減する等の対処を行っているため、インバータとして１００％駆動させることはできないが、駆動可能な範囲でモータＭを駆動制御することができる。
【００４５】
この状態から、別のスイッチング部例えばＳＷ２２において一方のＩＧＢＴ例えば３ｂに異常が発生し過電流が流れると、上記と同様にまずＩＧＢＴ３ｂに対応するゲート駆動回路５ｂにおいて、ヒューズ３１ｂ、３２ｂが溶断され、ゲート駆動回路５ｂ及びＩＧＢＴ３ｂが絶縁される。また、ヒューズ３１ｂが溶断されたことから、その作動信号Ｓ２２ｂがＨＩＧＨレベルに切り替わり、これによって、上位制御装置５０では、スイッチング部ＳＷ２２のＩＧＢＴ３ｂに異常が発生し溶断されたことを認識する。
【００４６】
そして、上位制御装置５０では、他方のＩＧＢＴ３ａは正常であることから、継続運転可能と判断し、引き続き異常時継続運転を行う。このとき、スイッチング部ＳＷ１１のＩＧＢＴ３ａ及びスイッチング部ＳＷ２２のＩＧＢＴ３ｂがインバータ回路２から切り離されてはいるが、それぞれ他方のＩＧＢＴが正常であるからスイッチング部ＳＷ１１及びＳＷ２２としては動作可能である。したがって、正常時よりもその性能は低下するものの引き続きモータＭを駆動制御することができる。
【００４７】
さらにこの状態から、スイッチング部ＳＷ２２の他方のＩＧＢＴ３ａも異常となると、上記と同様にしてＩＧＢＴ３ａが絶縁されさらにそのゲート駆動回路３ａもゲート駆動用電源１１と絶縁される。そして、スイッチング部ＳＷ２２のＩＧＢＴ３ａに対応するヒューズ３１ａの作動信号Ｓ２２ａがＨＩＧＨレベルに切り替わる。したがって、スイッチング部ＳＷ２２のＩＧＢＴ３ａ及び３ｂに対応するヒューズ３１ａ、３１ｂの作動信号Ｓ２２ａ、Ｓ２２ｂが共にＨＩＧＨレベルとなるから、上位制御装置５０の動作モード判断部５１では、スイッチング部ＳＷ２２を構成するＩＧＢＴ３ａ、３ｂは共に異常であって以後インバータ回路２を動作させることは不可と判断し、運転停止処理を実行し、インバータを停止させる。したがって、この時点で、モータＭの駆動制御が停止される。
【００４８】
このように、二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂを並列に接続し、一方に異常が発生した場合でも、この異常が発生したＩＧＢＴ及びそのゲート駆動回路をインバータ回路２及びゲート駆動用電源１１と絶縁することで、ＩＧＢＴの異常に起因して、インバータの他の正常な箇所に悪影響が及ぶことを回避することができる。したがって、一方のＩＧＢＴが異常となった場合であっても他方のＩＧＢＴは有効であるから、これを用いてインバータ回路２を作動させることができる。したがって、並列に接続されたＩＧＢＴ３ａ、３ｂの一方に異常が発生した場合であっても他方のみを駆動させることによって、引き続きインバータとして動作させることができる。
【００４９】
よって、何れかのＩＧＢＴにおいて異常が発生した場合であっても、インバータとしての出力性能は低減されるものの、引き続き継続運転を行うことができる。したがって、特に、電気自動車等、１００％の機能を発揮することができなくてもできる限り継続運転が必要とされるシステムにおいて、好適である。
また、上述のように、ヒューズ３１ａ、３１ｂを、ＩＧＢＴ３のコレクタ側に設けるようにしているから、直流電源１の正側電位と、異常が発生したＩＧＢＴ及びそのゲート駆動回路とを絶縁することができる。
【００５０】
また、ヒューズ３２ａ、３２ｂを、ゲート駆動回路５ａ、５ｂの、正側電源入力側に設けるようにしているから、ゲート駆動用電源１１から異常が発生したＩＧＢＴのゲートを介して電流が流れることを回避することができ、スイッチング素子１２の破壊等といった、二次故障を防止することができる。
なお、さらに、ゲート駆動回路５の負側電源入力側にもヒューズを設け、ヒューズ３２と連動させるようにしてもよい。このようにすることによって、より確実にゲート駆動回路５をゲート駆動用電源１１から切り離すことができる。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図５は、第２の実施の形態における、ゲート駆動回路５及びＩＧＢＴ３部分のの構成を示したものである。
この第２の実施の形態におけるゲート駆動回路５は、上記図２に示す第１の実施の形態におけるゲート駆動回路５において、スイッチング部ＳＷを構成する一対のＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのゲート端子間を短絡する短絡線２０が設けられている。なお、前記図２と同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
【００５２】
そして、この第２の実施の形態においては、上記第１の実施の形態と同様に、各ＩＧＢＴ３ａ、３ｂのコレクタ側にヒューズ３１ａ、３１ｂがそれぞれ設けられ、ゲート駆動回路５ａ、５ｂの正側電源入力部にヒューズ３２ａ、３２ｂが設けられ、さらに、前記短絡線２０に、ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂ間の短絡を遮断するためのヒューズ３３が介挿されている。そして、前記ヒューズ３１ａ及び３１ｂの作動信号は上位制御装置５０に入力され、上位制御装置５０では、インバータ回路２を構成する各ＩＧＢＴ３に対応するヒューズ３２からの作動信号Ｓ１１ａ〜Ｓ３２ｂを入力し、上記第１の実施の形態と同様に、継続運転可能かどうかを判断しこれに基づいて各ゲート駆動回路５への制御信号を生成する。
【００５３】
ここで、前記ヒューズ３３は、その定格動作電流値は、前記ヒューズ３２の定格動作電流値よりも小さくなるように設定される。つまり、ゲート駆動回路５を正側電源電位と絶縁するためのヒューズ３２よりも先に遮断されるようになっている。
つまり、前記図１３で説明したように、スイッチング部ＳＷを構成する二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂのうち、一方例えば３ａに異常が発生しこれに起因して過電流が流れる状態となった場合、異常が発生したＩＧＢＴ３ａのゲート駆動回路５ａに過電流が流れると共に、短絡線２０を介して他方のゲート駆動回路５ｂにも過電流が流れることになる。このため、異常が発生したＩＧＢＴ３ａに対応するゲート駆動回路５ａのヒューズ３２ａだけでなく、他方のゲート駆動回路５ｂのヒューズ３２ｂも作動することになって、正常なゲート駆動回路５ｂもゲート駆動用電源１１から切り離されてしまうことになる。したがって、正常なゲート駆動回路５ｂに対応するヒューズ３２が作動する以前に短絡線２０を遮断し、正常なゲート駆動回路５ｂ側に過電流が流れないようにしている。
【００５４】
次に、第２の実施の形態の動作を説明する。
今、図１に示すように、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂが並列に接続されたスイッチング部ＳＷ１１〜ＳＷ３２によって構成された３相のインバータ回路２が、何ら異常が発生することなく正常に動作している場合には、各ＩＧＢＴ３に対応して設けられたヒューズ３１からの作動信号Ｓ１１ａ〜Ｓ３２ｂはＬＯＷレベルとなる。
したがって、上位制御装置５０の動作モード判断部５１では、正常運転可能と判断して、正常運転制御部５２によって正常運転処理を実行し、公知の手順で各ゲート駆動回路５への制御信号Ｓｃを生成しこれを各ゲート駆動回路５に出力する。
【００５５】
各ゲート駆動回路５では、共通のゲート駆動用電源１１を電源として作動し、通知された制御信号Ｓｃに応じて公知の手順で、スイッチング素子１２及び１３をオンオフ制御して、ＩＧＢＴ３のゲート電圧を制御する。これによって、各ＩＧＢＴ３がオンオフ動作し、直流電源１の直流電力を交流電力に変換して負荷としてのモータＭに供給しモータＭを駆動制御する。また、このとき、各スイッチング部ＳＷは、並列に接続された二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂで構成されているから、インバータの大容量化を図ることができる。
【００５６】
また、このとき、対をなすＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのゲート端子は、短絡線２０によって短絡されているから、ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂ間での動作タイミングを同期させることができ、高精度にインバータ制御を行うことができる。
この状態から、例えば、何れかのスイッチング部例えばＳＷ１１において、一方のＩＧＢＴ、例えば３ａに異常が発生すると、前記図１３で説明したように、ＩＧＢＴ３ａに過電流が流れ、また、ＩＧＢＴ３ａ、スイッチング素子１２、ゲート駆動用電源１１の経路で過電流が流れると共に、ＩＧＢＴ３ａから短絡線２０を介して他方のゲート駆動回路５ｂ側にも過電流が流れる。そして、ヒューズ３３を流れる過電流が、ヒューズ３３の動作電流値を超えると、ヒューズ３３が溶断され、短絡線２０が遮断される。これによって、短絡線２０からゲート駆動回路５ｂ及びゲート駆動用電源１１側への過電流の流れが遮断される。そして、さらにゲート駆動回路５ａ側に流れる過電流値が増加し、ヒューズ３１ａ、３２ａの動作電流値を超えると、ＩＧＢＴ３ａがそのコレクタ電位と絶縁され、また、ゲート駆動回路５ａがその正側電位と絶縁され、前記図４に示すように、ＩＧＢＴ３ａ及びゲート駆動回路５ａが、インバータから切り離されることになる。
【００５７】
このとき、対向アーム側のスイッチング部ＳＷ１２側にも過電流が流れることになるが、ヒューズ３１ｂは、対向アーム側の異常に起因する過電流によっては作動しないように形成されているから、溶断されない。
そして、ヒューズ３１ａが溶断状態となったことから、作動信号Ｓ１１ａがＨＩＧＨレベルとして出力されるため、これを受けた上位制御装置５０では、その動作モード判断部５１において、継続運転が可能であるかどうかを判定する。そして、この場合、スイッチング部ＳＷ１１を構成する二つのＩＧＢＴ３ａ及び３ｂのうち、一方のＩＧＢＴ３ａのみが溶断され、他方のＩＧＢＴ３ｂは正常に動作可能であるから、継続運転が可能と判断し、異常時継続運転処理を実行する。
つまり、例えば、最大許容電流値を低減する等の対処を行い、異常が発生したＩＧＢＴ３ａは用いず、他の正常なＩＧＢＴを駆動することによりインバータ動作を行う。
【００５８】
これによって、インバータが動作可能となるから、引き続き負荷としてのモータＭを駆動制御することができる。このとき、その最大許容電流値を低減する等の対処を行っているため、インバータとしての性能は低下するが、引き続きモータＭを駆動制御することが可能となる。
ここで、異常が発生したＩＧＢＴ３ａをインバータ回路２に接続したままの状態とした場合、前記図１３で説明したように、ＩＧＢＴ３ａ、スイッチング素子１２ａ、ゲート駆動用電源１１を経由して過電流が流れることになり、場合によっては、ゲート駆動用電源１１が故障する場合がある。しかしながら、ヒューズ３１ａによって、異常が発生したＩＧＢＴ３ａを絶縁すると共に、ヒューズ３２ａによって、異常が発生したＩＧＢＴ３ａに対応するゲート駆動回路５ａをゲート駆動用電源１１と絶縁するようにしているから、異常が発生したＩＧＢＴ３ａ及びゲート駆動回路５ａによって、ゲート駆動用電源１１或いは他方のゲート駆動回路５ｂ、ＩＧＢＴ３ｂに悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００５９】
また、このとき、短絡線２０によって、ゲート駆動回路５ａ及び５ｂが接続されているため、ゲート駆動回路５ｂ側にも過電流が流れることになるが、ヒューズ３３によって、短絡を遮断するようにしているから、短絡線２０を介して正常なゲート駆動回路５ｂ側に過電流が流れ、悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００６０】
したがって、この場合も、上記第１の実施の形態と同様に、異常が発生したＩＧＢＴ及びそのゲート駆動回路を切り離すことで、スイッチング回路ＳＷを構成する二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂのうち、異常の発生していないＩＧＢＴ及びゲート駆動回路については、正常に動作させることができる。したがって、スイッチング部ＳＷを構成する二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂのうち、何れか一方に異常が発生した場合であっても異常が発生していない方を引き続き駆動することで、インバータとしての出力性能は多少低下するものの、継続してインバータ動作を行うことができる。
【００６１】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
この第３の実施の形態は、図６に示すように、上記第１の実施の形態において、ヒューズ３２ａ、３２ｂに替えて、コンタクタ等の外部からの制御信号により開閉制御可能なリレー回路３５ａ、３５ｂを設けたものである。
このリレー回路３５ａ、３５ｂは、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂのコレクタ側に設けられたヒューズ３１ａ、３１ｂの作動信号に応じて動作し、ヒューズ３１ａが溶断状態となりその作動信号がＨＩＧＨレベルに切り替わったときに、前記リレー回路３５ａが開放状態に制御され、また、ヒューズ３１ｂが溶断状態となりその作動信号がＨＩＧＨレベルに切り替わったときに、前記リレー回路３５ｂが開放状態に制御されるようになっている。
【００６２】
したがって、この場合も上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができると共に、この第３の実施の形態においては、ヒューズ３１ａ、３１ｂの溶断と連動してそれぞれ対応するリレー回路３５ａ、３５ｂが開放状態に制御される。したがって、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂに異常が発生しヒューズ３１ａ、３１ｂが溶断された時点で、対応するゲート駆動回路もその正側電位と絶縁されることになるから、過電流の発生に伴ってより速やかにゲート駆動回路を絶縁することができ、インバータの他の正常な箇所に悪影響が及ぼされることをより速やかに回避することができる。
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
この第４の実施の形態は、図７に示すように、上記第２の実施の形態において、ヒューズ３２ａ、３２ｂ及びヒューズ３３に替えて、コンタクタ等の外部からの制御信号により開閉制御可能なリレー回路３５ａ、３５ｂ及び３６を設けたものである。
【００６３】
前記リレー回路３５ａ、３５ｂは、上記第３の実施の形態と同様に、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂのコレクタ側に設けられたヒューズ３１ａ、３１ｂの作動信号に応じて動作し、ヒューズ３１ａが溶断状態となりその作動信号がＨＩＧＨレベルに切り替わったときに、前記リレー回路３５ａが開放状態に制御され、また、ヒューズ３１ｂが溶断状態となりその作動信号がＨＩＧＨレベルに切り替わったときに、前記リレー回路３５ｂが開放状態に制御される。また、前記リレー回路３６は、前記ヒューズ３１ａ及び３１ｂの作動信号に応じて動作し、これらヒューズ３１ａ及び３１ｂの何れかの作動信号がＨＩＧＨレベルとなったときに開放状態に制御されるようになっている。具体的には、前記ヒューズ３１ａ及び３１ｂの作動信号が入力されるＯＲ回路３７が設けられ、このＯＲ回路３７の出力に応じてリレー回路３６が開放制御され、ＯＲ回路３７の出力がＨＩＧＨレベルのときにリレー回路３６は開放状態に制御されるようになっている。
【００６４】
したがって、この場合も上記第２の実施の形態と同等の作用効果を得ることができると共に、この第４の実施の形態においては、ヒューズ３１ａ、３１ｂの溶断と連動してリレー回路３６が開放状態に制御されると共に、それぞれ対応するリレー回路３５ａ、３５ｂが開放状態に制御される。したがって、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂに異常が発生しヒューズ３１ａ、３１ｂが溶断された時点で、短絡線２０が遮断されると共に、対応するゲート駆動回路もその正側電位と絶縁されることになるから、過電流の発生に伴ってより速やかにゲート駆動回路を絶縁することができ、インバータの他の正常な箇所に悪影響が及ぼされることをより速やかに回避することができる。
【００６５】
なお、上記各実施の形態においては、２つのＩＧＢＴ３ａ及び３ｂを並列に接続しスイッチング部ＳＷを構成するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、３つ或いはそれ以上のＩＧＢＴを並列に接続してスイッチング部ＳＷを構成するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態においては、３相のインバータに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、任意の相数のインバータに適用することができる。また、インバータに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、コンバータ、チョッパ回路等といった電力変換装置であっても適用することができ、また、ＩＧＢＴに関わらずＭＯＳＦＥＴや電力制御用に用いられる電力用半導体素子に適用することもできる。
【００６６】
また、上記各実施の形態においては、ゲート駆動用電源１１にスイッチング素子１２及び１３を直列に接続し、このスイッチング素子１２及び１３間の電位をＩＧＢＴ３に供給することにより、ＩＧＢＴ３を制御するようにしたゲート駆動回路に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、ＩＧＢＴ３を駆動制御することができればどのような回路構成のゲート駆動回路であっても適用することができる。
【００６７】
また、上記各実施の形態においては、ヒューズ３１〜３３、或いはヒューズ３１の作動信号によって開放制御されるリレー回路３５、３６を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、ヒューズ３１〜３３、リレー回路３５、３６に替えて、コンタクタや半導体スイッチ等の遮断回路を設け、各遮断回路を流れる電流値を例えばＣＴやシャント抵抗等を用いて計測し、この電流値が規定値を超えるときに、遮断回路を開放状態に制御するようにしてもよいことはいうまでもない。
また、上記第２及び第４の実施の形態においては、二つのＩＧＢＴ３ａ、３ｂのゲート端子間を短絡線２０によって短絡するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、短絡線２０に抵抗を介挿し、あるインピーダンスによって短絡するようにすることも可能である。
【００６８】
なお、上記各実施の形態において、ＩＧＢＴ３ａ及び３ｂがスイッチング素子に対応し、ゲート駆動回路５ａ及び５ｂが駆動回路に対応し、ＩＧＢＴ３及びそのゲート駆動回路５がスイッチング回路に対応し、ＩＧＢＴ３ａ、３ｂ及びそのゲート駆動回路５ａ、５ｂがスイッチング手段に対応し、ヒューズ３１が第１の遮断手段に対応し、ヒューズ３２又はリレー回路３５が第２の遮断手段に対応し、短絡線２０が短絡手段に対応し、ヒューズ３３又はリレー回路３６が短絡開放手段に対応し、各ＩＧＢＴ３がその作動信号を出力する処理及び図７のＯＲ回路３７が動作状態検出手段に対応し、また、動作状態検出手段が短絡制御手段に対応し、各ＩＧＢＴ３がその作動信号を出力する処理及び上記制御装置５０で各作動信号を入力する処理が全動作状態検出手段に対応し、図３の動作モード判断部５１が判定手段に対応し、正常運転制御部５２が通常運転手段に対応し、異常時継続運転制御部５３が異常時継続運転手段に対応し、運転停止制御部５４が停止制御手段に対応し、正常運転制御部５２、異常時継続運転制御部５３及び運転停止制御部５４が制御手段に対応している。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る電力変換装置によれば、スイッチング素子とこのスイッチング素子駆動用の駆動回路とからなるスイッチング回路が複数並列に接続された一つのスイッチング手段を構成し、このスイッチング手段を用いて電力変換装置を構成し、このとき、スイッチング回路のスイッチング素子の入力側及び駆動回路の高電源電位入力側に、それぞれ規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第１の遮断手段及び第２の遮断手段を介挿するようにしたから、スイッチング手段を構成する、あるスイッチング素子に過電流が発生した場合等には、第１の遮断手段及び第２の遮断手段によって、過電流が発生したスイッチング素子及びその駆動回路をスイッチング素子の入力側及び駆動回路の高電源電位入力側で電力変換装置から切り離すことで、電力変換装置の一部が破損した場合であっても、電力変換装置として完全な機能を発揮することはできないものの、電力変換装置として駆動させることができる。
【００７０】
また、請求項２に係る電力変換装置によれば、スイッチング素子とこのスイッチング素子駆動用の駆動回路とからなるスイッチング回路が複数並列に接続され且つスイッチング素子の制御端子間を短絡手段により短絡した一つのスイッチング手段を構成し、このスイッチング手段を用いて電力変換装置を構成し、このとき、スイッチング回路のスイッチング素子の入力側及び駆動回路の高電源電位入力側に、それぞれ規定値以上の電流が流れるとき非導通状態となる第１の遮断手段及び第２の遮断手段を介挿すると共に、短絡開放手段により、規定値以上の電流が流れるときに短絡手段による短絡を開放するようにしたから、スイッチング手段を構成する、あるスイッチング素子に過電流が発生した場合等には、第１の遮断手段、第２の遮断手段及び短絡開放手段によって、過電流が発生したスイッチング素子及びその駆動回路をスイッチング素子の入力側及び駆動回路の高電源電位入力側で電力変換装置から切り離すと共に、スイッチング回路間の短絡を開放することで、電力変換装置の一部が破損した場合であっても、電力変換装置として完全な機能を発揮することはできないものの、電力変換装置として駆動させることができる。
【００７１】
また、請求項３に係る電力変換装置によれば、前記短絡開放手段が作動する電流の規定値は、前記第２の遮断手段が作動する電流の規定値よりも小さな値に設定するようにしたから、短絡手段を介して正常なスイッチング回路側に過電流が流れることで第２の遮断手段が作動することを確実に回避することができ、正常なスイッチング回路が電力変換装置から切り離されることを確実に回避することができる。
【００７２】
また、請求項４に係る電力変換装置によれば、何れかの第１の遮断手段が非導通状態となったことが検出されたときには、短絡制御手段によって、短絡開放手段を開放状態に制御し、第１の遮断手段と連動して短絡開放手段を作動させるようにしたから、短絡手段によるスイッチング回路間の短絡をより早い時点で開放させることができる。
また、請求項５に係る電力変換装置によれば、前記第１の遮断手段を溶断手段で構成したから、過電流の発生に対し自動的に速やかにスイッチング素子をその入力側から切り離すことができる。
【００７３】
また、請求項６に係る電力変換装置によれば、前記第２の遮断手段を溶断手段で構成したから、過電流の発生に対し自動的に速やかに駆動回路をその高電源電位入力側から切り離すことができる。
また、請求項７に係る電力変換装置によれば、第２の遮断手段を、第１の遮断手段と連動して非導通状態に制御するようにしたから、スイッチング素子の破損に起因した過電流の発生に対し、速やかに第２の遮断手段を作動させ、駆動回路を高電源電位入力側から切り離すことができる。
【００７４】
また、請求項８に係る電力変換装置によれば、第１の遮断手段全ての動作状態を検出し、何れかの第１の遮断手段の非導通状態が検出されたとき、異常時継続運転が可能かどうかを判定手段によって判定し、第１の遮断手段全てが導通状態であるときには通常運転手段により通常運転を行い、第１の遮断手段のうち何れかが非導通状態であることが検出された場合であっても判定手段により異常時継続運転が可能と判定されるときには、異常時継続運転手段によって異常時継続運転を行い、判定手段によって異常時継続運転が不可と判定された時点で停止制御手段によって電力変換制御を停止するようにしたから、スイッチング素子に過電流が発生した場合であっても、異常時継続運転が可能である間は、継続して電力変換制御を行わせることができる。
【００７５】
また、請求項９に係る電力変換装置によれば、非導通状態となった第１の遮断手段を備えたスイッチング回路を含むスイッチング手段において、他のスイッチング回路の第１の遮断手段が導通状態であるときには異常時継続運転可能と判定するようにしたから、異常時継続運転可能かどうかを的確に判断することができる。
さらに、請求項１０に係る電力変換装置によれば、スイッチング素子として電力用半導体素子を用いるようにしたから、高電圧高電流の電力変換装置において、一部の電力用半導体素子が破損した場合であっても、継続運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したインバータの一例を示す概略回路図である。
【図２】第１の実施の形態における、図１のスイッチング部ＳＷ及びそのゲート駆動回路の一例を示す回路図である。
【図３】図１の上位制御装置５０の機能構成を示す機能構成図である。
【図４】第１の実施の形態の動作説明に供する説明図である。
【図５】第２の実施の形態における、図１のスイッチング部ＳＷ及びそのゲート駆動回路の一例を示す回路図である。
【図６】第３の実施の形態における、図１のスイッチング部ＳＷ及びそのゲート駆動回路の一例を示す回路図である。
【図７】第４の実施の形態における、図１のスイッチング部ＳＷ及びそのゲート駆動回路の一例を示す回路図である。
【図８】従来のインバータの一例を示す概略回路図である。
【図９】従来のゲート駆動回路の一例を示す回路図である。
【図１０】ＩＧＢＴ及びゲート駆動回路を対とし、これらを２対並列に接続した場合の一例である。
【図１１】従来のインバータにおける、過電流の流れる経路を表す説明図である。
【図１２】従来のインバータにおける、過電流の流れる経路を表す説明図である。
【図１３】従来のインバータにおける、過電流の流れる経路を表す説明図である。
【符号の説明】
１  直流電源
２  インバータ回路
３、３ａ、３ｂ  ＩＧＢＴ
４、４ａ、４ｂ  ダイオード
５、５ａ、５ｂ  ゲート駆動回路
１１  ゲート駆動用電源
１２、１２ａ、１２ｂ  スイッチング素子
１３、１３ａ、１３ｂ  スイッチング素子
１５、１５ａ、１５ｂ  信号作成装置
３１、３１ａ、３１ｂ  ヒューズ
３２、３２ａ、３２ｂ  ヒューズ
３３  ヒューズ
３５、３５ａ、３５ｂ  リレー回路
３６  リレー回路
３７  ＯＲ回路
１０、５０  上位制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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