(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチング素子と、
前記交流電力を一次側から二次側へ伝達する絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの出力を整流する整流回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、
前記直流電源の直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して負荷に出力する電力変換装置であって、
前記直流電源の電圧を測定する入力電圧測定部と、
前記複数の半導体スイッチング素子に流れる電流を測定する入力電流測定部と、
前記電力変換装置から出力される直流電力の出力パラメータを測定する出力パラメータ測定部とを有し、
前記制御回路は、前記入力電流測定部により測定した電流値が過電流閾値以上となった時の、前記出力パラメータ測定部の測定値および前記入力電圧測定部の測定値に応じて、前記絶縁トランスの偏磁を推定する過電流発生要因推定部を有する電力変換装置。
【請求項２】
前記過電流発生要因推定部は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となった時の、前記出力パラメータ測定部にて測定した測定値の変化量が第一閾値未満および前記入力電圧測定部にて測定した測定値の変化量が第二閾値未満である場合、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を継続する請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止する停止期間を設け、前記停止期間後に前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を再開する請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を再開する際に、前記複数の半導体スイッチング素子のオンデューティを徐々に上げてゆくソフトスタートを行う請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となったときの出力電力を上限として前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を継続する請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値未満となるまで出力電力を下げる請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御回路は、前記絶縁トランスの偏磁発生回数をカウントする偏磁発生回数カウント部を有し、前記偏磁発生回数カウント部が、予め定めた回数の偏磁発生をカウントすると、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止する請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記過電流発生要因推定部は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となったときの前記入力電圧測定部の測定値の変化量が第２閾値以上である場合、前記複数の半導体スイッチング素子のアーム短絡発生と推定する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記複数の半導体スイッチング素子のアーム短絡発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止する請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記過電流発生要因推定部は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となったときの前記出力パラメータ測定部の出力パラメータの変化量が第１閾値以上であれば、負荷短絡発生と推定する請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、負荷短絡発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止することを請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記入力電流測定部は、前記複数の半導体スイッチング素子の入力電流を測定し、測定した電流値が過電流閾値以上であれば、前記制御回路に入力過電流検知信号を送る入力過電流検知回路である請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
直流電源の直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチング素子と、
前記交流電力を一次側から二次側へ伝達する絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの出力を整流する整流回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、
前記直流電源の直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して負荷に出力する電力変換装置であって、
前記直流電源の電圧を測定する入力電圧測定部と、
前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれに流れる電流を測定する入力電流測定部と、
前記電力変換装置から出力される直流電力の出力パラメータを測定する出力パラメータ測定部とを有し、
前記制御回路は、前記入力電流測定部により測定した前記複数の半導体スイッチング素子のいずれかに流れる電流値が過電流閾値以上となった時の、過電流閾値以上となった半導体スイッチング素子の組み合わせと前記出力パラメータ測定部の測定値に応じて、前記絶縁トランスの偏磁を推定する過電流発生要因推定部を有する電力変換装置。
【請求項１５】
前記過電流発生要因推定部は、前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれかの電流値が過電流閾値以上となった場合であって、対角アームを構成する前記複数の半導体スイッチング素子の電流値が過電流閾値以上となった場合、前記出力パラメータ測定部の測定値の変化量が第１閾値未満である場合は、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定する請求項１４に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を継続する請求項１４または請求項１５に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止する停止期間を設け、前記停止期間後に前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を再開する請求項１４または請求項１５に記載の電力変換装置。
【請求項１８】
前記制御回路は、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を再開する際に、前記複数の半導体スイッチング素子のオンデューティを徐々に上げてゆくソフトスタートを行う請求項１７に記載の電力変換装置。
【請求項１９】
前記制御回路は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となったときの出力電力を上限として前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を継続する請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項２０】
前記制御回路は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値未満となるまで出力電力を下げる請求項１９に記載の電力変換装置。
【請求項２１】
前記制御回路は、前記絶縁トランスの偏磁発生回数をカウントする偏磁発生回数カウント部を有し、前記偏磁発生回数カウント部が、予め定めた回数の偏磁発生をカウントすると、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止する請求項１６から請求項２０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項２２】
前記過電流発生要因推定部は、前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれかの電流値が過電流閾値以上となった場合であって、上下アームを構成する前記複数の半導体スイッチング素子の電流値が過電流閾値以上の場合、前記複数の半導体スイッチング素子のアーム短絡発生と推定する請求項１４から請求項２１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項２３】
前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記複数の半導体スイッチング素子のアーム短絡発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止する請求項２２に記載の電力変換装置。
【請求項２４】
前記過電流発生要因推定部は、前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれかの電流値が過電流閾値以上となった場合であって、対角アームの前記複数の半導体スイッチング素子の電流値が過電流閾値以上の場合であり、かつ前記出力パラメータ測定部の測定値の変化量が第１閾値以上である場合、負荷短絡発生と推定する請求項１４から請求項２３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項２５】
前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、負荷短絡発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止する請求項２４に記載の電力変換装置。
【請求項２６】
前記複数の半導体スイッチング素子は、前記複数の半導体スイッチング素子の入力電流を測定し、測定した電流値が過電流閾値以上であれば、前記制御回路に入力過電流検知信号を送る入力過電流検知回路を実装している請求項１４から請求項２５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項２７】
前記出力パラメータ測定部は、出力電流および出力電圧のいずれかを測定する請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁トランスを有し、一次側の複数の半導体スイッチング素子のオン、オフを制御して電力変換動作をする電力変換装置では、回路を構成する部品を保護するために、半導体スイッチング素子に流れる電流を検出し、閾値以上の電流が流れた際に半導体スイッチング素子をオフさせて過電流を遮断する電力変換装置が開示されている（下記の特許文献１参照）。このような電力変換装置では、接続される負荷または半導体スイッチング素子の故障である出力短絡と半導体スイッチング素子のオン固着によるアーム短絡が発生した場合に、電力変換動作を停止させて、回路を構成する部品を保護し、二次故障を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２３９０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、電力変換装置は、後段に接続される負荷を可能な限り動作し続けることが要求される。上述した電力変換装置の回路保護動作において、電力変換動作を停止させなくても良い場合として、絶縁トランスの偏磁が発生した場合がある。
【０００５】
しかし、絶縁トランスの偏磁を検出しようとすると、絶縁トランスの正側電圧印加期間と負側電圧印加期間の電流を検出するとともに、アナログデジタル（ＡＤ）変換器と記憶装置及びその比較部が必要となり、絶縁トランスの偏磁を検出するための機器（ハードウエア）の追加によるコストアップが課題となっていた。
【０００６】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、絶縁トランスの偏磁を検出するための機器（ハードウエア）の追加によるコストアップ無しに、絶縁トランスの偏磁を推定することができる電力変換装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示される電力変換装置は、
直流電源の直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチング素子と、
前記交流電力を一次側から二次側へ伝達する絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの出力を整流する整流回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、
前記直流電源の直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して負荷に出力する電力変換装置であって、
前記直流電源の電圧を測定する入力電圧測定部と、
前記複数の半導体スイッチング素子に流れる電流を測定する入力電流測定部と、
前記電力変換装置から出力される直流電力の出力パラメータを測定する出力パラメータ測定部とを有し、
前記制御回路は、前記入力電流測定部により測定した電流値が過電流閾値以上となった時の、前記出力パラメータ測定部の測定値および前記入力電圧測定部の測定値に応じて、前記絶縁トランスの偏磁を推定する過電流発生要因推定部を有するものである。
【０００８】
また、本願に開示される電力変換装置は、
直流電源の直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチング素子と、
前記交流電力を一次側から二次側へ伝達する絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの出力を整流する整流回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、
前記直流電源の直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して負荷に出力する電力変換装置であって、
前記直流電源の電圧を測定する入力電圧測定部と、
前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれに流れる電流を測定する入力電流測定部と、
前記電力変換装置から出力される直流電力の出力パラメータを測定する出力パラメータ測定部とを有し、
前記制御回路は、前記入力電流測定部により測定した前記複数の半導体スイッチング素子のいずれかに流れる電流値が過電流閾値以上となった時の、過電流閾値以上となった半導体スイッチング素子の組み合わせと前記出力パラメータ測定部の測定値に応じて、前記絶縁トランスの偏磁を推定する過電流発生要因推定部を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される電力変換装置によれば、絶縁トランスの偏磁を検出するための機器（ハードウエア）の追加によるコストアップ無しに、絶縁トランスの偏磁を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による電力変換装置の一例を示す回路構成図である。
【図２】実施の形態１による入力過電流検知回路の一例を示す回路構成図である。
【図３】実施の形態１による出力短絡時の電流経路を示す図である。
【図４】実施の形態１による出力短絡時の波形を示す図である。
【図５】実施の形態１によるアーム短絡時の電流経路を示す図である。
【図６】実施の形態１によるアーム短絡時の波形を示す図である。
【図７】実施の形態１によるトランス偏磁時の電流経路を示す図である。
【図８】実施の形態１によるトランス偏磁時の波形を示す図である。
【図９】実施の形態１によるフローチャートである。
【図１０】実施の形態２による電力変換装置の一例を示す回路構成図である。
【図１１】実施の形態２による出力短絡時の波形を示す図である。
【図１２】実施の形態２によるアーム短絡時の波形を示す図である。
【図１３】実施の形態２によるトランス偏磁時の波形を示す図である。
【図１４】実施の形態２によるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１の電力変換装置について説明する。
図１は、本願の実施の形態１による電力変換装置の一例を示す回路構成図である。
図１に示すように、電力変換装置１００は、直流電源１の直流電圧Ｖｄｃを、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄで構成されたフルブリッジ回路４と、絶縁トランス５と、整流回路６を介して二次側直流電圧に変換して、例えばバッテリ等の負荷１１に直流電圧Ｖｏｕｔとして出力するものである。
【００１２】
すなわち、図１の電力変換装置１００は、直流電源１の直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換する、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのフルブリッジ回路４と、一次側巻線５ａに半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのフルブリッジ回路４が接続された絶縁トランス５と、絶縁トランス５の二次側巻線５ｂに接続され、整流素子（半導体素子）としてのダイオード６ａ〜６ｄをフルブリッジ構成した整流回路６を備える。また、整流回路６の出力には平滑用の平滑リアクトル７と平滑コンデンサ８が接続され、負荷１１へ直流電圧Ｖｏｕｔが出力される。なお、直流電源１は、例えば電解コンデンサ等であり、直流電源１の前段にＡＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換器が接続された構成であっても良い。
【００１３】
また、直流電源１と並列に接続され、直流電源１の直流電圧Ｖｄｃを測定する入力電圧センサ２と、直流電源１と半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのフルブリッジ回路４との間に接続され、直流電源１に流れる電流を測定し、測定した電流が過電流閾値以上であれば、入力過電流検知信号２２を生成する入力過電流検知回路３と、平滑コンデンサ８と並列に接続され、負荷１１の直流電圧Ｖｏｕｔを測定する出力電圧センサ９と、平滑コンデンサ８と負荷１１との間に接続され、負荷１１に流れる電流を測定する出力電流センサ１０とを備える。なお、特許請求の範囲において、入力電圧センサ２は入力電圧測定部、入力過電流検知回路３は入力電流測定部、出力電圧センサ９および出力電流センサ１０は出力パラメータ測定部、にそれぞれ相当する。
【００１４】
更に、電力変換装置１００は、制御回路２０を備えている。制御回路２０には、入力電圧センサ２により測定された直流電圧Ｖｄｃ、出力電圧センサ９により測定された出力電圧Ｖｏｕｔ、出力電流センサ１０により測定された出力電流Ｉｏｕｔ、入力過電流検知回路３により検出された入力過電流検知信号２２が入力されている。制御回路２０は、直流電圧Ｖｄｃ及び出力電圧Ｖｏｕｔを検出して、出力電流Ｉｏｕｔが目標電流になるように、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのゲートに対して制御信号２１を出力し、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのオンＤｕｔｙ（オン期間）を制御する。また、制御回路２０は、過電流発生要因推定部２３を備え、入力過電流検知回路３が過電流を検出した際の、入力電圧センサ２により測定された直流電圧Ｖｄｃ、出力電圧センサ９により測定された出力電圧Ｖｏｕｔに応じて、以下で説明する過電流発生要因を推定する。
【００１５】
図２は実施の形態１の入力過電流検知回路３の一例を示す回路構成図である。図２に示すように、入力過電流検知回路３は、シャント抵抗３１と、シャント抵抗３１の両端部の電圧差を増幅する増幅器３２と、増幅器３２の出力と過電流に相当する閾値電圧Ｖｒｅｆと比較する比較器３３を備える。なお、入力過電流検知回路３における電流の検出は、シャント抵抗を用いた構成に限らず、ホール素子を用いた電流センサでもよい。
【００１６】
また、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄは、ＭＯＳＦＥＴに限らず、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の自己消弧型半導体スイッチング素子、ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）またはＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）等のワイドバンドギャップ半導体でも良い。
【００１７】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置の過電流検知動作について、図３から図８に基づいて説明する。
【００１８】
まず、電力変換装置の出力短絡が発生したときの動作を説明する。図３（図３Ａおよび図３Ｂ）は、例えば出力短絡として、負荷１１に短絡が発生したときの電流経路を示し、図４は、その際の入力電圧Ｖｄｃ、出力電圧Ｖｏｕｔ、入力電流Ｉｄｃの波形を示している。
【００１９】
図３、図４に示すように、負荷１１に短絡が発生する時刻ｔ１より前は、通常の電力変換動作として、半導体スイッチング素子４ａ及び４ｄをオン、半導体スイッチング素子４ｂ及び４ｃをオフする期間Ｔａと、半導体スイッチング素子４ｂ及び４ｃをオン、半導体スイッチング素子４ａ及び４ｄをオフする期間Ｔｂとが設けられる。期間Ｔａでは、図３Ａの矢印実線に示すように、トランス一次側は、直流電源１→入力過電流検知回路３→半導体スイッチング素子４ａ→トランス一次側巻線５ａ→半導体スイッチング素子４ｄ→直流電源１の順に電流が流れ、トランス二次側は、トランス二次側巻線５ｂ→ダイオード６ａ→平滑リアクトル７→出力電流センサ１０→負荷１１→ダイオード６ｄ→トランス二次側巻線５ｂの順に電流が流れる。期間Ｔｂでは、図３Ａの矢印破線に示すように、トランス一次側は、直流電源１→入力過電流検知回路３→半導体スイッチング素子４ｃ→トランス一次側巻線５ａ→半導体スイッチング素子４ｂ→直流電源１の順に電流が流れ、トランス二次側は、トランス二次側巻線５ｂ→ダイオード６ｃ→平滑リアクトル７→出力電流センサ１０→負荷１１→ダイオード６ｂ→トランス二次側巻線５ｂの順に電流が流れる。そして、期間Ｔａと期間Ｔｂを交互に繰返し、期間Ｔａと期間Ｔｂの間に、所望のＤｕｔｙとなるように半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄをオフするオフ期間Ｔｄが設けられる。オフ期間Ｔｄでは、図３Ｂに示す通り、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄがオフであるため、トランス一次側には電流は流れず、トランス二次側に平滑リアクトル７の限流作用により、平滑リアクトル７→出力電流センサ１０→負荷１１→ダイオード６ｂ（６ｄ）→ダイオード６ａ（６ｃ）→平滑リアクトル７の順に電流が流れる。
【００２０】
ここでは、例として、時刻ｔ１経過後の期間Ｔａ（半導体スイッチング素子４ａ及び４ｄがオン、半導体スイッチング素子４ｂ及び４ｃがオフ）において負荷１１の短絡が発生した例を示す。負荷１１の短絡発生時の電流経路は、期間Ｔａと同じ（図３Ａの実線）である。時刻ｔ１経過後の期間Ｔａにおいて、負荷１１の短絡が発生した場合、出力電圧Ｖｏｕｔが低下し始める。トランス二次側巻線５ｂの電圧をＶ２、平滑リアクトル７のインダクタンスをＬｆｌａｔとすると、時刻ｔ経過後の出力電流変化量ΔＩｏｕｔは、以下の式（１）となる。
【００２１】
【数１】
0006858829.tif 000002
【００２２】
ここで、トランス二次側巻線５ｂの電圧Ｖ２は、トランスの巻数比をＮとすると、以下の式（２）となる。
【００２３】
【数２】
0006858829.tif 000003
【００２４】
出力電圧Ｖｏｕｔの低下に伴い、出力電流変化量ΔＩｏｕｔが増加し、出力電流Ｉｏｕｔも増加する。出力電流Ｉｏｕｔに対し、入力電流Ｉｄｃは、以下の式（３）となる。
【００２５】
【数３】
0006858829.tif 000004
【００２６】
出力電流Ｉｏｕｔの増加に伴い、入力電流Ｉｄｃも増加するため、例えば半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄが破壊しないように設定された電流値である過電流閾値に達し(時刻ｔ２)、入力過電流検知回路３により入力過電流検知信号２２が出力される。なお、入力過電流検知信号２２が出力される時刻ｔ２の前後では、負荷１１の短絡が発生しているので、出力電圧センサ９で測定される出力電圧Ｖｏｕｔには、電圧降下ΔＶが観測される。
【００２７】
次に、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄにアーム短絡が発生したときの動作を説明する。図５は半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄにアーム短絡が発生したときの電流経路を示し、図６は、その際の入力電圧Ｖｄｃ、出力電圧Ｖｏｕｔ、入力電流Ｉｄｃの波形を示している。半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄにアーム短絡が発生する時刻ｔ１より前は、通常の電力変換動作であり、図３Ａおよび図３Ｂにおいて説明した動作と同様である。
【００２８】
ここで、アーム短絡の例として、期間Ｔａ（半導体スイッチング素子４ａ及び４ｄがオン、半導体スイッチング素子４ｂ及び４ｃがオフ）にて、半導体スイッチング素子４ａ及び４ｂにアーム短絡が発生した例を示す。これは例えば、期間Ｔｂまたはオフ期間Ｔｄにおいて、半導体スイッチング素子４ｂにオン故障が発生した後、期間Ｔａにて半導体スイッチング素子４ａがオンした場合である。このとき、トランス一次側には、直流電源１→入力過電流検知回路３→半導体スイッチング素子４ａ→半導体スイッチング素子４ｂ→直流電源１の順でアーム短絡電流が流れる。一次側巻線５ａに電圧が印加されないため、トランス二次側は、オフ期間Ｔｄと同じ図３Ｂの経路で電流が流れる。トランス一次側の電流が過電流閾値に達して(時刻ｔ２)、入力過電流検知回路３により入力過電流検知信号２２が出力される。なお、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのアーム短絡の場合には、トランス一次側の経路には負荷が無いため、トランス一次側の電流が急峻に立ち上がるため、コンデンサ内部または回路パターン等の寄生インダクタンス成分により、入力電圧センサ２で測定される電圧に電圧降下ΔＶが観測される。
【００２９】
次に、絶縁トランス５に偏磁が発生したときの動作を説明する。図７は絶縁トランス５に偏磁が発生したときの電流経路を示し、図８は、その際の入力電圧Ｖｄｃ、出力電圧Ｖｏｕｔ、入力電流Ｉｄｃの波形を示している。絶縁トランス５に偏磁が発生する時刻ｔ１より前は、通常の電力変換動作であり、図３Ａおよび図３Ｂにおいて説明した動作と同じである。なお、図８において、絶縁トランス５の偏磁が発生している正方向の入力電流Ｉｄｃのみ、励磁電流の増加を強調して電流の傾きを増やした波形にしている。
【００３０】
ここで、トランスの偏磁の例として、期間Ｔａ（半導体スイッチング素子４ａ及び４ｄがオン、半導体スイッチング素子４ｂ及び４ｃがオフ）において、絶縁トランス５の偏磁が発生した例を示す。これは例えば、絶縁トランス５の冷却機構の冷却能力が低下した場合に、絶縁トランス５のコアの温度が上昇し、飽和磁束密度が低下して偏磁が発生しやすくなった状態、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのいずれか一つの冷却機能の冷却能力が低下した場合に、温度上昇によるオン抵抗値増に起因して期間Ｔａと期間Ｔｂに絶縁トランス５に印加される電圧が異なるようになった状態、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのスイッチング速度のばらついた状態、あるいは半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄの駆動回路がばらついた状態などに起因する。このとき、トランス一次側には、直流電源１→入力過電流検知回路３→半導体スイッチング素子４ａ→一次側巻線５ａ→半導体スイッチング素子４ｄ→直流電源１の順で電流が流れる。ここで、絶縁トランス５は偏磁しているため、トランスの一次側巻線５ａに電圧が印加されても、トランスの二次側巻線５ｂに電圧が誘導されない。そのため、トランスの二次側は、オフ期間Ｔｂと同じ図３Ｂの経路で電流が流れる。トランスの一次側の電流が過電流閾値に達して(時刻ｔ２)、入力過電流検知回路３にて入力過電流検知信号２２が出力される。なお、トランスの偏磁は、前述したアーム短絡に比べ、比較的緩やかに発生するため、入力電流の増加も緩やかになり、入力電圧センサ２の測定値に変動は少ない。
【００３１】
次に、実施の形態１での入力過電流が発生した場合の電力変換装置の制御方法を図９のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップＳ１０１において、入力電流が過電流閾値以上になり、入力過電流検知回路３により入力過電流検知信号２２が出力される。
次に、ステップＳ１０２において、入力過電流検知信号２２が検出された時の出力電圧変化量ΔＶｏｕｔと第１閾値Ｖ１とを比較し、出力電圧変化量ΔＶｏｕｔが第１閾値Ｖ１以上であれば、ステップＳ１０３において負荷短絡発生と推定する。
ステップＳ１０３において、負荷短絡発生と推定されれば、出力が短絡しているため、電力変換装置１００の後段に接続される負荷に電力を送ることはできず、また、過電流による電力変換装置を構成する回路部品の二次故障を防止するため、ステップＳ１０４において半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄをオフつまりスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止する。出力電圧変化量ΔＶｏｕｔを測定する時間は、例えば、出力短絡発生から過電流を検知するまでの時間の設計値を用いる。第１閾値Ｖ１は、例えば、出力短絡発生から過電流を検知するまでに変化する出力電圧Ｖｏｕｔの設計値の約１／２の値とする。
【００３２】
次に、ステップＳ１０２において、入力過電流検知信号２２が検出された時の出力電圧変化量ΔＶｏｕｔと第１閾値Ｖ１とを比較し、出力電圧変化量ΔＶｏｕｔが第１閾値Ｖ１未満であれば、ステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５において、入力過電流検知信号２２が検出された時の入力電圧変化量ΔＶｄｃと第２閾値Ｖ２とを比較し、入力電圧変化量ΔＶｄｃが第２閾値Ｖ２以上であれば、ステップＳ１０６においてアーム短絡発生と推定する。アーム短絡発生では、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのいずれかの素子がオン故障しているため、トランス二次側に電力を送ることはできず、また、過電流による電力変換装置を構成する回路部品の二次故障を防止するため、ステップＳ１０４に進み、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄをオフし、電力変換動作を停止する。入力電圧変化量ΔＶｄｃを測定する時間は、例えば、アーム短絡発生から過電流を検知するまでの時間の設計値を用いる。第２閾値Ｖ２は、例えば、アーム短絡発生時の一次側電流増加する傾きと、直流電源１等の回路の寄生インダクタンスを乗算した値の約１／２の値とする。
【００３３】
次に、ステップＳ１０５にて、入力過電流検知信号２２が検出された時の入力電圧変化量ΔＶｄｃと第２閾値Ｖ２とを比較し、入力電圧変化量ΔＶｄｃが第２閾値Ｖ２未満であれば、ステップＳ１０７に進み、絶縁トランス５の偏磁発生と推定する。
ステップＳ１０７において、絶縁トランス５の偏磁発生と推定すれば、ステップＳ１０８において、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのスイッチング動作を継続、つまり電力変換動作を継続する。絶縁トランス５の偏磁は、前述したように絶縁トランス５のコアの温度または半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄの温度が影響しており、出力電流を下げると部品温度も下がるため、ステップＳ１０９において出力電流を下げる。そして、ステップＳ１１０において入力過電流検知信号２２が検出されているかを判断し、入力過電流検知信号２２が検出されていれば、ステップＳ１０９に戻り、さらに出力電流を下げ、ステップＳ１１０にて入力過電流検知信号２２が検出されなければ、ステップＳ１０９において下げた出力電流を上限として、電力変換動作を継続する。すなわち、制御回路２０は、絶縁トランス５の偏磁発生と推定された場合、入力電流が過電流閾値以上となって入力過電流検知信号２２が検出されたときの出力電力を上限として電力変換動作を継続し、入力電流が過電流閾値以下となるまで出力電力を下げるようにする。
【００３４】
以上のように、実施の形態１の電力変換装置は、入力過電流を検出した際に、入力電圧変化量と出力電圧変化量のいずれもが閾値未満であれば、絶縁トランス５の偏磁が発生していると判定し、出力電流を下げて、電力変換動作を継続する。これにより、絶縁トランス５の偏磁を検出する高価な回路を追加することがない。さらに同時に入力過電流を検知して、電力変換動作不可となる出力短絡または半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのアーム短絡と区別し、絶縁トランス５の偏磁の発生を検出することができる。それにより、電力変換動作を継続させることができる。
【００３５】
実施の形態１では、入力過電流を検出した際に、入力電圧変化量と出力電圧変化量のいずれもが閾値未満であれば、絶縁トランス５の偏磁発生と推定し、電力変換動作を継続する例を示したが、入力過電流を検出した際に、一旦半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのスイッチング動作を停止する停止期間を設け、入力電圧変化量と出力電圧変化量がいずれも閾値未満になれば、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのスイッチング動作を再開し、電力変換動作を再起動してもよい。スイッチング動作の停止期間を設けることで、絶縁トランス５の偏磁が回復し、再起動後の電力変換動作で偏磁が発生しにくくなる。また、電力変換動作を再起動する際、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのオンＤｕｔｙを徐々に上げて目標電流に近づけていくソフトスタートを実施しても良い。ソフトスタートを行うことで、絶縁トランス５に印加される正電圧と負電圧の差が少なくなり、再起動後の電力変換動作で偏磁が発生しにくくなる。
【００３６】
実施の形態１では、入力過電流を検出した際に、入力電圧変化量と出力電圧変化量がいずれも閾値未満であれば、絶縁トランスの偏磁発生と推定し、出力電流を下げて電力変換動作を継続する例を示したが、制御回路２０に絶縁トランスの偏磁発生回数をカウントする偏磁発生回数カウント部を設け、偏磁発生回数カウント部が予め定めた回数の偏磁発生をカウントすると、半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止するようにしても良い。偏磁発生回数が多いと回路故障であるため電力変換動作が不可となる半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのオフ固着を検出することができる。
【００３７】
実施の形態１では、入力過電流を検出した際に、入力電圧変化量と出力電圧変化量の電圧変化量がいずれも閾値未満であれば、絶縁トランスの偏磁発生と推定し、出力電流を下げて電力変換動作を継続する例を示したが、出力電圧センサ９の電圧変化量の代わりに出力電流センサ１０の電流変化量を用いても良い。図３Ａおよび図３Ｂにて説明した通り、出力短絡として、負荷１１の短絡時には、出力電流センサ１０の電流が増加する。また、出力電流センサ１０の前段に位置する例えば平滑コンデンサ８の短絡時には、出力電流は、出力電圧と同様に減少する。いずれにおいても、出力短絡時には、出力電流の変化量が閾値以上となるため、出力電圧センサ９の代わりに出力電流センサ１０を用いて、入力過電流を検出した際に、入力電圧変化量と出力電流変化量がいずれも閾値未満であれば、絶縁トランス５の偏磁発生と推定し、出力電流を下げて電力変換動作を継続してもよい。
【００３８】
実施の形態１では、入力電流測定部として、直流電源１と半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのフルブリッジ回路４との間に接続され、直流電源１に流れる電流を測定し、測定した電流が過電流閾値以上であれば、入力過電流検知信号２２を生成する入力過電流検知回路３を備えた例を示したが、直流電源１と半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄのフルブリッジ回路４との間に接続されて直流電源１に流れる電流を測定する入力電流センサを設け、入力電流センサの測定値を制御回路２０に出力し、制御回路２０内で測定値と過電流閾値を比較し、過電流閾値以上であれば、入力過電流検知信号２２を生成するようにしても良い。
【００３９】
以上のように、実施の形態１の電力変換装置は、
直流電源の直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチング素子と、
前記交流電力を一次側から二次側へ伝達する絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの出力を整流する整流回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、
前記直流電源の直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して負荷に出力する電力変換装置であって、
前記直流電源の電圧を測定する入力電圧測定部と、
前記複数の半導体スイッチング素子に流れる電流を測定する入力電流測定部と、
前記電力変換装置から出力される直流電力の出力パラメータを測定する出力パラメータ測定部とを有し、
前記制御回路は、前記入力電流測定部により測定した電流値が過電流閾値以上となった時の、前記出力パラメータ測定部の測定値および前記入力電圧測定部の測定値に応じて、前記絶縁トランスの偏磁を推定する過電流発生要因推定部を有するので、
絶縁トランスの偏磁を検出するための高価な機器（ハードウエア）の追加することなく、絶縁トランスの偏磁を推定することができる。
【００４０】
また、前記過電流発生要因推定部は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となった時の、前記出力パラメータ測定部にて測定した測定値の変化量が第一閾値未満および前記入力電圧測定部にて測定した測定値の変化量が第二閾値未満である場合、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定するようにしたので、
簡単な構成および方法により絶縁トランスの偏磁を推定することができる。
【００４１】
また、前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を継続するようにしたので、
絶縁トランスの偏磁発生の場合、電力変換動作の停止をしなくてもよくなる。
【００４２】
また、前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記トランスの偏磁発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止する停止期間を設け、前記停止期間後に前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を再開するようにしたので、
絶縁トランスの偏磁が回復し、再起動後の電力変換動作で偏磁が発生しにくくなる。
【００４３】
また、前記制御回路は、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を再開する際に、前記複数の半導体スイッチング素子のオンデューティを徐々に上げてゆくソフトスタートを行うようにしたので、
再起動後の電力変換動作で偏磁が発生しにくくなる。
【００４４】
また、前記制御回路は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となったときの出力電力を上限として前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を継続するようにしたので、
電力変換動作を維持しつつ、電力変換装置の回路保護が行われる。
【００４５】
前記制御回路は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値未満となるまで出力電力を下げるようにしたので、
電力変換装置の回路保護が行われる。
【００４６】
また、前記制御回路は、前記絶縁トランスの偏磁発生回数をカウントする偏磁発生回数カウント部を有し、前記偏磁発生回数カウント部が、予め定めた回数の偏磁発生をカウントすると、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止するようにしたので、
電力変換装置の回路保護が行われる。
【００４７】
また、前記過電流発生要因推定部は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となったときの前記入力電圧測定部の電流値の変化量が第２閾値以上である場合、前記複数の半導体スイッチング素子のアーム短絡発生と推定するようにしたので、
高価な機器（ハードウエア）の追加することなく、アーム短絡発生を推定することができる。
【００４８】
また、前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記複数の半導体スイッチング素子のアーム短絡発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止するようにしたので、
アーム短絡発生の場合の電力変換装置の回路保護が行われる。
【００４９】
また、前記過電流発生要因推定部は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となったときの前記出力パラメータ測定部の出力パラメータの変化量が第１閾値以上であれば、負荷短絡発生と推定するようにしたので、
高価な機器（ハードウエア）を追加することなく、負荷短絡発生を推定することができる。
【００５０】
また、前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、負荷短絡発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止するようにしたので、
負荷短絡発生の場合の電力変換装置の回路保護が行われる。
【００５１】
また、前記入力電流測定部は、前記複数の半導体スイッチング素子の入力電流を測定し、測定した電流値が過電流閾値以上であれば、前記制御回路に入力過電流検知信号を送る入力過電流検知回路としたので、
高価な機器（ハードウエア）の追加を追加することなく、絶縁トランスの偏磁、アーム短絡発生、および負荷短絡発生を推定することができる。
【００５２】
実施の形態２．
以下、本願の実施の形態２の電力変換装置について説明する。
実施の形態１では、直流電源に流れる入力電流を検出して、入力過電流を検出した際に、入力電圧変化量と出力電圧変化量がいずれも閾値未満であれば電力変換動作を継続する例を示した。実施の形態２の電力変換装置では、複数の半導体スイッチング素子として、過電流検知回路が半導体スイッチング素子と同一パッケージに実装されている過電流検知機能付きの複数の半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄを用いてフルブリッジ回路４Ａを構成し、複数の過電流検知機能付き半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの過電流検知の組み合わせと出力電圧センサ９の電圧変化量に応じて、絶縁トランス５の偏磁発生を推定し、電力変換動作を継続するものである。
【００５３】
図１０は、実施の形態２による電力変換装置の一例を示す回路構成図である。図１０において、図１と同じ構成要素は同じ番号とし、図１との相違点のみを説明する。
【００５４】
図１０では、半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄとして、過電流検知機能付きの半導体スイッチング素子を用いる。この構成は、特に短絡耐量の小さいワイドバンドギャップを有する半導体スイッチング素子において、半導体スイッチング素子に流れる過電流を高速に遮断する場合に用いられることが多い。半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄと同一パッケージから出力される過電流検知出力信号２４は、それぞれ制御回路２０に入力される。
【００５５】
次に、入力過電流が発生した場合の回路動作について説明する。出力短絡（ここでは、負荷１１の短絡を例とする）が発生した場合の、電流経路は図３Ａおよび図３Ｂと同じであり、半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの電流波形を図１１に示す。半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｄがオンする期間Ｔａに出力短絡が発生した例では、出力短絡による電流が、図３Ａの実線の経路で、半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｄに流れるので（図１１参照）、半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｄにて入力過電流検知信号２４が出力される。なお、半導体スイッチング素子４０ｂ及び４０ｃがオンする期間Ｔｂに出力短絡が発生した例では、出力短絡による電流が、図３Ａの点線の経路で、半導体スイッチング素子４０ｂ及び４０ｃに流れるので、半導体スイッチング素子４０ｂ及び４０ｃにて入力過電流検知信号２４が出力される。つまり、フルブリッジ回路４Ａを構成する対角アームの半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄにおいて、入力過電流検知信号２４が出力される。
【００５６】
半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのアーム短絡が発生した場合の、電流経路は図５と同じであり、半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの電流波形を図１２に示す。期間Ｔｂもしくはオフ期間Ｔｄに半導体スイッチング素子４０ｂにオン故障が発生した場合では、半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｄがオンする期間Ｔａに、アーム短絡電流が図５の実線で示す経路で、半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｂに流れるので（図１２参照）、半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｂにて入力過電流検知信号２４が出力される。なお、同様に、期間Ｔｂもしくはオフ期間Ｔｄに半導体スイッチング素子４０ｃにオン故障が発生した場合では、半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｄがオンする期間Ｔａに、アーム短絡電流が、半導体スイッチング素子４０ｃ及び４０ｄに流れるので、半導体スイッチング素子４０ｃ及び４０ｄにて入力過電流検知信号２４が出力される。また、期間Ｔａもしくはオフ期間Ｔｄに半導体スイッチング素子４０ａもしくは４０ｄにオン故障が発生した場合も、期間Ｔｂにてそれぞれ、アーム短絡電流が半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｂもしくは半導体スイッチング素子４０ｃ及び４０ｄに流れる。つまり、フルブリッジ回路４Ａを構成する直列接続された上下アームの半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄにおいて、入力過電流検知信号２４が出力される。
【００５７】
絶縁トランス５の偏磁が発生した場合の、電流経路は図７と同じであり、半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの電流波形を図１３に示す。なお、図１３において、絶縁トランス５の偏磁が発生している正方向の入力電流Ｉｄｃのみ、励磁電流の増加を強調して電流の傾きを増やした波形にしている。半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｄがオンする期間Ｔａに絶縁トランス５の偏磁が発生した例では、絶縁トランス５の偏磁による電流が、図７の実線の経路で、半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｄに流れるので（図１３参照）、半導体スイッチング素子４０ａ及び４０ｄにて入力過電流検知信号２４が出力される。なお、半導体スイッチング素子４０ｂ及び４０ｃがオンする期間Ｔｂに絶縁トランス５の偏磁が発生した例では、絶縁トランス５の偏磁による電流が、半導体スイッチング素子４０ｂ及び４０ｃに流れるので、半導体スイッチング素子４０ｂ及び４０ｃにて入力過電流検知信号２４が出力される。つまり、フルブリッジ回路４Ａを構成する対角アームの半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄにおいて、入力過電流検知信号２４が出力される。
【００５８】
次に、複数の過電流検知機能付き半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの過電流検知の組み合わせと出力電圧センサ９の電圧変化量に応じて、絶縁トランス５の偏磁発生を推定する方法を、図１４のフローチャートを用いて説明する。図１４において、図９と同じステップは同じ番号とし、図９との違いのみを説明する。
【００５９】
まず、ステップＳ２０１において、半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのいずれかにおいて入力過電流が発生し、半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのいずれかにおいて入力過電流検知信号２４が出力される。
次に、ステップＳ２０２において、入力過電流検知信号２４が上下アーム、つまりフルブリッジ回路４Ａを構成する半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのうち直列接続されている組み合わせにおいて、入力過電流検知信号２４が発生しているかを判定する。ステップＳ２０２にてフルブリッジ回路４Ａを構成する半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの直列接続されている半導体スイッチング素子の組み合わせにて入力過電流検知信号２４が発生していれば、ステップＳ２０３にてアーム短絡発生と推定し、ステップＳ２２０において半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄをオフし、電力変換動作を停止する。
【００６０】
ステップＳ２０２において、入力過電流検知信号２４が上下アーム、つまりフルブリッジ回路４Ａを構成する半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの直列接続されている組み合わせにおいて入力過電流検知信号２４が発生していなければ、ステップＳ２０４においてフルブリッジ回路４Ａを構成する半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの対角アームの組み合わせにおいて、入力過電流検知信号２４が発生しているか判定する。
【００６１】
ステップＳ２０４において、フルブリッジ回路４Ａを構成する半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの対角アームの組み合わせにて入力過電流検知信号２４が発生していれば、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５において、出力電圧変化量ΔＶｏｕｔが第１閾値Ｖ１以上であれば、ステップＳ２０６において負荷短絡発生と推定し、ステップＳ２２０において半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄをオフし、電力変換動作を停止する。
また、ステップＳ２０５において出力電圧変化量ΔＶｏｕｔが第１閾値Ｖ１未満であれば、ステップＳ２０７において絶縁トランス５の偏磁発生と推定し、ステップＳ２０８において、電力変換動作を継続する。ステップ２０８以降のステップＳ２０９、ステップＳ２１０は、実施の形態１と同様である。
【００６２】
ステップＳ２０４においてフルブリッジ回路４Ａを構成する半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの対角アームの組み合わせにおいて、入力過電流検知信号２４が発生していなければ、ステップＳ２１６において過電流検知回路の故障と判定し、ステップＳ２２０において半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄをオフし、電力変換動作を停止する。
【００６３】
本実施の形態では、フルブリッジ回路４Ａを構成する複数の半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄとして、過電流検知回路が半導体スイッチング素子と同一パッケージに実装されている過電流検知機能付きの半導体スイッチング素子用いて、半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの過電流を検出した際に、複数の過電流検知機能付き半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの過電流検知がフルブリッジ回路の対角アームの組み合わせであることと出力電圧センサ９の電圧変化量が閾値未満であれば、絶縁トランス５の偏磁が発生していると判定し、出力電流を下げて、電力変換動作を継続する。
これにより、絶縁トランス５の偏磁を検出する高価な回路を追加することなく、同様に入力過電流検知され、電力変換動作不可となる出力短絡または半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのアーム短絡と区別し、絶縁トランス５の偏磁の発生を検出することができる。それにより、電力変換動作を継続させることができる。また、直接過電流が発生している半導体スイッチング素子が同定できるため、偏磁発生の精度を向上させることができる。
【００６４】
本実施の形態では、ステップＳ２０４においてフルブリッジ回路４Ａを構成する半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの対角アームの組み合わせにて、入力過電流検知信号２４が発生していなければ、ステップＳ２１６にて過電流検知回路の故障と判定し、ステップＳ２２０にて半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄをオフし、電力変換動作を停止する例を示したが、半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのいずれか一つにて、入力過電流検知信号２４が発生していれば、実施の形態１の図９のフローチャートに従い、絶縁トランス５の偏磁の発生を推定し、それにより、電力変換動作を継続させてもよい。半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄに搭載される過電流検知回路のばらつきが大きい場合にも、同様の効果が期待できる。
【００６５】
本実施の形態では、入力電流測定部として、複数の半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのそれぞれに過電流検知機能を有する回路を当該半導体スイッチング素子と同一パッケージに実装されている例を示したが、複数の半導体スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのそれぞれに入力電流センサを設け、それぞれの入力電流センサの測定値を制御回路２０に出力し、制御回路２０内で測定値と過電流閾値を比較し、過電流閾値以上であれば、入力過電流検知信号２４を生成するようにしても良い。
【００６６】
以上のように、実施の形態２によれば、
直流電源の直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチング素子と、
前記交流電力を一次側から二次側へ伝達する絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの出力を整流する整流回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、
前記直流電源の直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して負荷に出力する電力変換装置であって、
前記直流電源の電圧を測定する入力電圧測定部と、
前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれに流れる電流を測定する入力電流測定部と、
前記電力変換装置から出力される直流電力の出力パラメータを測定する出力パラメータ測定部とを有し、
前記制御回路は、前記入力電流測定部により測定した前記複数の半導体スイッチング素子のいずれかに流れる電流値が過電流閾値以上となった時の、過電流閾値以上となった半導体スイッチング素子の組み合わせと前記出力パラメータ測定部の測定値に応じて、前記絶縁トランスの偏磁を推定する過電流発生要因推定部を有するので、
絶縁トランスの偏磁を検出するための高価な機器（ハードウエア）の追加することなく、絶縁トランスの偏磁を推定することができる。
【００６７】
また、前記過電流発生要因推定部は、前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれかの電流値が過電流閾値以上となった場合であって、対角アームを構成する前記複数の半導体スイッチング素子の電流値が過電流閾値以上となった場合、前記出力パラメータ測定部の測定値の変化量が第１閾値未満である場合は、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定するので、
簡単な構成および方法により絶縁トランスの偏磁を推定することができる。
【００６８】
また、前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記絶縁トランスの偏磁発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を継続するので、
絶縁トランスの偏磁発生の場合、電力変換動作の停止をしなくてもよくなる。
【００６９】
また、前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記トランスの偏磁発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止する停止期間を設け、前記停止期間後に前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を再開するようにしたので、
絶縁トランスの偏磁が回復し、再起動後の電力変換動作で偏磁が発生しにくくなる。
【００７０】
また、前記制御回路は、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を再開する際に、前記複数の半導体スイッチング素子のオンデューティを徐々に上げてゆくソフトスタートを行うようにしたので、
再起動後の電力変換動作で偏磁が発生しにくくなる。
【００７１】
また、前記制御回路は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値以上となったときの出力電力を上限として前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を継続するようにしたので、
電力変換動作を維持しつつ、電力変換装置の回路保護が行われる。
【００７２】
また、前記制御回路は、前記入力電流測定部にて測定した電流値が過電流閾値未満となるまで出力電力を下げるようにしたので、
電力変換装置の回路保護が行われる。
【００７３】
また、前記制御回路は、前記絶縁トランスの偏磁発生回数をカウントする偏磁発生回数カウント部を有し、前記偏磁発生回数カウント部が、予め定めた回数の偏磁発生をカウントすると、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止するようにしたので、
電力変換装置の回路保護が行われる。
【００７４】
また、前記過電流発生要因推定部は、前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれかの電流値が過電流閾値以上となった場合であって、上下アームを構成する前記複数の半導体スイッチング素子の電流値が過電流閾値以上の場合、前記複数の半導体スイッチング素子のアーム短絡発生と推定するようにしたので、
高価な機器（ハードウエア）の追加することなく、アーム短絡発生を推定することができる。
【００７５】
また、前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、前記複数の半導体スイッチング素子のアーム短絡発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止するようにしたので、
アーム短絡発生の場合の電力変換装置の回路保護が行われる。
【００７６】
また、前記過電流発生要因推定部は、前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれかの電流値が過電流閾値以上となった場合であって、対角アームの前記複数の半導体スイッチング素子の電流値が過電流閾値以上の場合であり、かつ前記出力パラメータ測定部の測定値の変化量が第１閾値以上である場合、負荷短絡発生と推定するようにしたので、
高価な機器（ハードウエア）の追加することなく、アーム短絡発生を推定することができる。
【００７７】
また、前記制御回路は、前記過電流発生要因推定部が、負荷短絡発生と推定した場合、前記複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止し、電力変換動作を停止するようにしたので、
負荷短絡発生の場合の電力変換装置の回路保護が行われる。
【００７８】
また、前記複数の半導体スイッチング素子は、前記複数の半導体スイッチング素子の入力電流を測定し、測定した電流値が過電流閾値以上であれば、前記制御回路に入力過電流検知信号を送る入力過電流検知回路を実装しているので、
高価な機器（ハードウエア）の追加を追加することなく、絶縁トランスの偏磁、アーム短絡発生、および負荷短絡発生を推定することができる。
【００７９】
上記実施の形態では、絶縁型のハードスイッチング方式のフルブリッジＤＣ／ＤＣコンバータの例を示したが、絶縁型の位相シフトソフトスイッチング方式またはＬＬＣ等の共振方式のフルブリッジ構成をもつ電力変換装置に適用できることは言うまでもない。
【００８０】
本願は、様々な例示的な実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施例に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施例の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施例に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施例の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００８１】
１  直流電源、２  入力電圧センサ、３  入力過電流検知回路、
４  フルブリッジ回路、４ａ〜４ｄ  半導体スイッチング素子、５  絶縁トランス、
５ａ  一次側巻線、５ｂ  二次側巻線、６  整流回路、６ａ〜６ｄ  ダイオード、
７  平滑リアクトル、８  平滑コンデンサ、９  出力電圧センサ、
１０  出力電流センサ、１１  負荷、２０  制御回路、２１  制御信号、
２２，２４  入力過電流検知信号、２３  過電流発生要因推定部、３１  シャント抵抗、３２  増幅器、３３  比較器、４Ａ  フルブリッジ回路、
４０ａ〜４０ｄ  半導体スイッチング素子。
【要約】
【課題】絶縁トランスの偏磁を検出するための機器（ハードウエア）の追加によるコストアップ無しに、絶縁トランスの偏磁を推定することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】直流電源１の電圧を測定する入力電圧測定部２と、複数の半導体スイッチング素子４ａ〜４ｄに流れる電流を測定する入力電流測定部３と、直流電力の出力パラメータを測定する出力パラメータ測定部９、１０とを備え、制御回路２０は、入力電流測定部３により測定した電流値が過電流閾値以上となった時の、出力パラメータ測定部９、１０の測定値および入力電圧測定部２の測定値に応じて、絶縁トランス５の偏磁を推定する過電流発生要因推定部２３を有する。
【選択図】図１【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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【図１４】
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