(57)【要約】【課題】    ゲートドライブ回路のゲート指令部とゲート電源部内の高圧側と低圧側の絶縁を可能とし、さらにゲートドライブ回路の小型化を図ることができる鉄道車両用ゲートドライブ回路を提供することを目的とする。【解決手段】  実施形態の鉄道車両用ゲートドライブ回路は、架線と接続されるトランス１０３と、トランス１０３の架線側に接続され、鉄道車両の電力変換器のスイッチング素子を駆動する２つのスイッチ１０２ａ、１０２ｂと、トランスの架線とは反対側で接続する整流回路１０４を介してゲート電源を供給し、トランスの架線とは反対側で接続する信号検出回路１０６を介してゲート指令を出力する鉄道車両用ゲートドライブ回路を有している。【選択図】  図１
2012223080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線と接続されるトランスと、
前記トランスの架線側に接続され、鉄道車両の電力変換器のスイッチング素子を駆動する２つのスイッチと、
前記トランスの架線とは反対側で接続する整流回路を介してゲート電源を供給し、
前記トランスの架線とは反対側で接続する信号検出回路を介してゲート指令を出力する鉄道車両用ゲートドライブ回路。
【請求項２】
架線と接続されるトランスと、
前記トランスの架線側に接続され、鉄道車両の電力変換器のスイッチング素子を駆動する２つのスイッチと、
前記トランスの架線とは反対側で接続する整流回路を介してゲート電源を供給し、
前記トランスの架線とは反対側で接続する２つのダイオードと、
前記２つのダイオードから出力される信号が同じである場合に信号を出力するＡＮＤ回路と、
前記ＡＮＤ回路と接続され、信号検出回路を介してゲート指令を出力する鉄道車両用ゲートドライブ回路。
【請求項３】
架線と接続されるトランスと、
前記トランスの架線側に接続され、鉄道車両の電力変換器のスイッチング素子を駆動する２つのスイッチと、
前記トランスの架線とは反対側で接続する整流回路を介してゲート電源を供給し、
前記トランスの架線とは反対側で接続する２つの信号検出回路と、
前記２つの信号検出回路から出力される信号が同じである場合にゲート指令を出力するＡＮＤ回路と、
を備える鉄道車両用ゲートドライブ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、鉄道車両用ゲートドライブ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は架線から電力を取り入れ、鉄道車両内に搭載されている電力変換器で架線電力を変換する。電力変換器は複数のスイッチング素子で構成され、スイッチング素子のオン・オフ動作により電力を変換し、車両に搭載されている他装置への電力を供給する。このようなスイッチング素子のオン・オフ動作はゲートドライブ回路により行われている。
【０００３】
従来のゲートドライブ回路は、図５（ａ）（ｂ）に示すとおりの構成である。ゲートドライブ回路はスイッチング素子をオン・オフさせるための電圧を発生させるゲート電源部２０４と、制御ユニットからのオン・オフ指令でスイッチング素子をオン・オフさせるためのゲート指令部２０５を有している。
【０００４】
図５（ａ）に示すように、交流電源２０１とトランス２０２が接続される。トランス２０２は交流電源２０１とは反対側で整流回路２０３と接続される。整流回路２０３は直列に接続された平滑コンデンサ２０４ａ、２０４ｂと接続され、ゲート電源部２０４となる。また、図５（ｂ）に示すように制御ユニット２０５はフォトカプラ２０６と接続される。フォトカプラ２０６は第１、２のスイッチ２０７ａ、ｂを介して、スイッチング素子２０８に接続される。同図に示すように、ゲート電源部２０４はトランス２０２により、高圧側の交流電源２０１と低圧側の整流回路側に絶縁され、ゲート指令２０５部はフォトカプラ２０６により、高圧側のスイッチング素子２０８側と低圧側の制御ユニット２０５ａ側に絶縁されている。このように高圧側と低圧側の絶縁方法として、ゲート指令部２０５はフォトカプラを、ゲート電源部２０４はトランスを用いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７０５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したフォトカプラとトランスを用いたゲート電源部とゲート指令部内の高圧側と低圧側の絶縁方法においては、部品間が十分に絶縁するための距離を確保する必要がある。そのため部品間の隙間を多くとることで装置全体の外形が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するために、ゲートドライブ回路のゲート指令部とゲート電源部内の高圧側と低圧側の絶縁を可能とし、さらにゲートドライブ回路の小型化を図ることができる鉄道車両用ゲートドライブ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の鉄道車両用ゲートドライブ回路は、架線と接続されるトランスと、トランスの架線側に接続され、鉄道車両の電力変換器のスイッチング素子を駆動する２つのスイッチと、トランスの架線とは反対側で接続する整流回路を介してゲート電源を供給し、トランスの架線とは反対側で接続する信号検出回路を介してゲート指令を出力する鉄道車両用ゲートドライブ回路を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の鉄道用ゲートドライブ回路の構成図。
【図２】第１の実施形態の鉄道用ゲートドライブ回路のゲート指令をタイムチャート。
【図３】第２の実施形態の鉄道用ゲートドライブ回路の構成図。
【図４】第３の実施形態の鉄道用ゲートドライブ回路の構成図。
【図５】従来の鉄道用電力変換装置（形式的なことですが、従来図は最後としています）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明にかかるゲートドライブ回路の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
（構成）
以下、第１の実施形態について図１を参照して説明する。図１に示すように、直流電源１０１、第一スイッチ１０２ａ、第二スイッチ１０２ｂ、トランス１０３、整流回路１０４、平滑コンデンサ１０５ａ、１０５ｂ、信号検出回路１０６、ゲート電源部１０７、ゲート指令部１０８を有している。
【００１２】
直流電源１０１とトランス１０３は接続される。トランス１０３は直流電源１０１側に第１スイッチ１０２ａ、第２スイッチ１０２ｂを有している。トランス１０３は直流電源１０１とは反対側にゲート電源部１０７、ゲート指令部１０８と接続される。ゲート電源部１０７は整流回路１０４、平滑コンデンサ１０５ａ、１０５ｂを有しており、トランス１０３には整流回路１０４整流回路１０４が接続され、流回路１０４は直列に接続された平滑コンデンサ１０５ａ、１０５ｂと接続される。また、ゲート指令部１０８ではトランス１０３の３次側の直流電源１０１とは反対側に、信号検出回路１０６が接続される。信号検出回路１０６からの出力はゲート指令となる。トランス１０３に対して直流電源１０１側が低圧側となり、トランス１０３に対して整流回路１０４側を高圧側となる。
【００１３】
（作用）
次に本実施形態の作用について説明する。図２の（ａ）（ｂ）に示すように直流電源１０１からの電流は第１、２のスイッチ１０２ａ、ｂに交互に投入、開放を繰り返すことで逆位相の波形を形成する。このよう第１、２のスイッチ１０２ａ、ｂのスイッチング動作により生成される交流電力は、トランス１０３に供給される。ゲート電源部１０７では、トランス１０３を介して第１、２のスイッチ１０２ａ、ｂより生成された交流電力は整流回路１０４に供給される。交流電力を受け取った整流回路１０４は、交流電力を整流し、平滑コンデンサ１０５ａ、ｂへ供給する。平滑コンデンサ１０５ａ、ｂ整流された交流電力を平滑し、ゲート電源電圧を発生させる。
【００１４】
ゲート指令部１０８では、第１、２のスイッチ１０２ａ、ｂのスイッチング周波数を切り替え、信号検出回路１０６でスイッチング周波数の高低を検出し、ゲート指令とする。図２に示すように、第１のスイッチ１０２ａがＯＮしているときは、第２のスイッチ１０２ｂがＯＦＦしている。このとき、ア時点からイ時点（周波数ａ）では第１のスイッチ１０２ａと第２のスイッチ１０２ｂのスイッチング周波数が低周波のため、ゲート指令はゲートオフとなる。また、イ時点からウ時点（周波数ｂ）では、第１のスイッチ１０２ａと第２のスイッチ１０２ｂのスイッチング周波数が高周波となるため、ゲート指令はゲートオンとなる。
【００１５】
（効果）
以上述べた本実施形態のドライブ回路によれば、電力変換装置のスイッチング動作とゲート指令の電源を共通化することにより、ゲートドライブ回路のゲート指令部とゲート電源部内の高圧側と低圧側の絶縁を可能とし、さらにゲートドライブ回路を小型することが可能となる。
【００１６】
（第２の実施形態）
（構成）
以下に第２の実施形態について図３を参照して説明する。尚、図１乃至２と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００１７】
本実施形態は、第１の実施形態とはダイオード１０９ａ、ｂ、ＡＮＤ回路１１０ａ、ｂ、信号検出回路１１１を有している点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
【００１８】
（構成）
トランス１０３の３次側と４次側にダイオード１０９ａ、ｂが接続される。ダイオード１０９ａ、ｂはＡＮＤ回路１１０ａに接続される。トランス１０３の３次側と４次側のもう一方は、ＡＮＤ回路１１０ｂに接続される。ＡＮＤ回路１１０ａ、ｂは信号検出回路１１１に接続され、ゲート指令部１０８を構成する。
【００１９】
（作用）
本実施形態の作用は、トランス１０３の１次側と２次側は第１の実施形態の作用と同様である。トランス１０３の３次側と４次側のダイオード１０９ａ、ｂ側より出力される信号は、ＡＮＤ回路１１０ａにて積をとる。このため、同種の信号がＡＮＤ回路１１０ａに入力されなければ、ＡＮＤ回路１１０ａからの出力は発生しない。また、トランス１０３の３次側と４次側のもう一方より出力させる信号についても、ＡＮＤ回路１１０ｂに同種の信号が入力されなければ、ＡＮＤ回路１１０ｂからの出力は発生しない。
【００２０】
上記作用により、ＡＮＤ回路１１０ａ、ｂにそれぞれ同種の信号が入力された場合は、ＡＮＤ回路１１０ａ、ｂから出力され、信号検出回路１１１で信号検出され、ゲート指令が出力される。しかし、異種の信号が入力された場合は、ＡＮＤ回路１１０ａ、ｂからの出力されないため、ゲート指令は出力されない。
【００２１】
（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態のゲートドライブ回路によれば、電力変換装置のスイッチング動作とゲート指令の電源を共通化することにより、ゲートドライブ回路のゲート指令部とゲート電源部内の高圧側と低圧側の絶縁を可能とし、さらにゲートドライブ回路を小型することが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態ではＡＮＤ回路１１０ａ、ｂにそれぞれ同種の信号が入力された場合のみ、ゲート指令が出力されるため、第１の実施形態よりも信頼性が高まり、ゲートドライブ回路を小型にすることが出来る。
【００２３】
（第３の実施形態）
以下に第３の実施形態について図４を参照して説明する。尚、図１乃至３と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本実施形態は、第１の実施形態とはイオード１０９ａ、ｂ、信号検出回路１１２ａ、ｂ、ＡＮＤ回路１１３を有している点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
【００２５】
（構成）
トランス１０３の３次側と４次側にダイオード１０９ａ、ｂが接続される。ダイオード１０９ａ、ｂは信号検出回路１１２ａ、ｂに接続される。トランス１０３の３次側と４次側のもう一方も、信号検出回路１１２ａ、ｂに接続される。信号検出回路１１２ａ、ｂはＡＮＤ回路１１３に接続され、ゲート指令部１０８を構成する。
【００２６】
（作用）
本実施例３の作用は、トランス１０３の１次側と２次側は第１の実施形態と同様である。
【００２７】
トランス１０３の３次側と４次側からの出力はそれぞれ信号検出回路１１２ａ、ｂにより、信号検出される。信号検出回路１１２ａ、ｂより出力された信号は、ＡＮＤ回路１１３でそれぞれ同極の信号の積をとり、ゲート指令として出力される。
【００２８】
（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態のゲートドライブ回路によれば、電力変換装置のスイッチング動作とゲート指令の電源を共通化することにより、ゲートドライブ回路のゲート指令部とゲート電源部内の高圧側と低圧側の絶縁を可能とし、さらにゲートドライブ回路を小型することが可能となる。
【００２９】
また、ＡＮＤ回路１１３にそれぞれ同種の信号が入力された場合のみ、ゲート指令が出力されるため、第１の実施形態よりさらに信頼性を高め、ゲートドライブ回路を小型にすることが出来る。
【００３０】
上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。そのため、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１０１…直流電源
１０２ａ、ｂ…第１、２のスイッチ
１０３…トランス
１０４…整流回路
１０５ａ、ｂ…平滑コンデンサ
１０６…信号検出回路
１０７…ゲート電源部、
１０８…ゲート指令部
１０９ａ、ｂ…ダイオード
１１０ａ、ｂ…ＡＮＤ回路
１１１…信号検出回路
１１２ａ、ｂ…信号検出回路１，２
１１３…ＡＮＤ回路
２０１…交流電源
２０２…トランス
２０３…整流回路
２０４ａ、ｂ…平滑コンデンサ
２０５…制御ユニット
２０６…フォトカプラ
２０７ａ、ｂ…第１、２のスイッチ
２０８…スイッチング素子
【図１】
2012223080.tif 000003
【図２】
2012223080.tif 000004
【図３】
2012223080.tif 000005
【図４】
2012223080.tif 000006
【図５】
2012223080.tif 000007