(57)【要約】【課題】  フォトカプラを単に絶縁手段としてオープンループで使用する場合においても、また、フォトカプラの発光ダイオードに流す電流を減少させて動作させるテストモードとすることなく、通常の動作中においても、フォトカプラの劣化を検出することができるフォトカプラの劣化検出手段および電力変換装置を提供する。【解決手段】  フォトカプラの出力電圧と予め設定された閾値とを比較する比較器３１と、該比較器の出力信号ＤＧとフォトカプラのドライブ信号ＤＰに基づいてフォトカプラが劣化しているか否かを判定する劣化判定手段３３とを備え、前記劣化判定手段３３は、前記フォトカプラのドライブ信号ＤＰがアクティブで、前記フォトカプラの出力電圧ＤＧが前記閾値より低いときに、フォトカプラの劣化と判定する。【選択図】図１
2009071928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化検出手段において、
フォトカプラの出力電圧と予め設定された閾値とを比較する比較器と、該比較器の出力信号とフォトカプラのドライブ信号に基づいてフォトカプラが劣化しているか否かを判定する劣化判定手段とを備え、前記劣化判定手段は、前記フォトカプラのドライブ信号がアクティブで、前記フォトカプラの出力電圧が前記閾値より低いときに、フォトカプラの劣化と判定することを特徴とするフォトカプラの劣化検出手段。
【請求項２】
前記劣化判定手段は、前記フォトカプラのドライブ信号と前記比較器の出力信号との排他的論理和に基づいてフォトカプラの異常と判定することを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラの劣化検出手段。
【請求項３】
前記比較器は、絶縁機能を有していることを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラの劣化検出手段。
【請求項４】
直流母線電圧をスイッチングして負荷に電力を供給するパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラと、制御演算を行い、スイッチング信号を発生し、該スイッチング信号を前記フォトカプラのドライブ信号として出力する制御部と、前記フォトカプラの劣化を検出するフォトカプラの劣化検出手段とを備えた電力変換装置において、
前記フォトカプラの劣化検出手段は、フォトカプラの出力電圧と予め設定された閾値とを比較する比較器と、該比較器の出力信号と前記フォトカプラのドライブ信号に基づいてフォトカプラが劣化しているか否かを判定する劣化判定手段とを備え、前記フォトカプラのドライブ信号がアクティブで、前記フォトカプラの出力電圧が前記閾値より低いときに、フォトカプラの劣化と判定することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記劣化判定手段は、前記フォトカプラのドライブ信号と前記比較器の出力信号との排他的論理和に基づいてフォトカプラの異常と判定することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記比較器は、絶縁機能を有していることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記フォトカプラの劣化をテストするテストパターンを発生するテストパターン発生手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項８】
負荷に電力を供給する電力供給線の線間電圧を検出する線間電圧検出回路と、前記線間電圧が予め設定された値以上の場合には、診断実施不可信号を出力する診断実施可否判定手段とを備え、前記診断実施不可信号が出力されると、前記テストパターン発生手段は、テストパターンを発生しないことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記直流母線電圧の負側に接続された複数のパワースイッチング素子をそれぞれ駆動するフォトカプラの劣化検出は、一つの劣化検出手段で行なうことを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に電力を供給するパワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化を検出するフォトカプラの劣化検出手段およびフォトカプラの劣化検出手段を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフォトカプラの劣化検出手段は、絶縁トランスの二次側から一次側にフォトカプラを介して帰還をかけ、直流電源出力の安定化を図るスイッチング電源装置において、発光ダイオードに流れる電流値からフォトカプラが劣化して寿命が近いことを判定している（例えば、特許文献１参照）。
また、受信回路内にフォトカプラの負荷抵抗の値を選択可能とする第１のスイッチ手段を設け、送信回路内にフォトカプラの順電流の値を選択可能とする第２のスイッチ手段を設け、通信制御回路は、診断時において第１，第２の各スイッチ手段をオン／オフに駆動すると共に、診断通信を実行しその受信状況から受信回路または送信回路のフォトカプラが劣化したかどうかを判断するように構成しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図１１は、従来技術のフォトカプラの劣化検出手段を適用したスイッチング電源装置である。図１１において、ＰＨはフォトカプラ、ＬＥＤはフォトカプラＰＨの発光ダイオード、ＱはフォトカプラＰＨのフォトトランジスタ、１０２は制御ＩＣ、Ｑ１はＭＯＳＦＥＴ、Ｔはトランスである。
フォトカプラＰＨの発光ダイオードＬＥＤに発光ダイオード電流ＩDが流れると、発光ダイオードＬＥＤが発光し、発光した光がフォトカプラＰＨのパッケージ内を伝送してフォトトランジスタＱに到達し、フォトトランジスタＱにフォトトランジスタ電流ＩCが流れる。
フォトトランジスタＱが制御ＩＣ−１０２からフォトトランジスタ電流ＩCを引き込むと、制御ＩＣ−１０２はフォトトランジスタ電流ＩCに対応したＰＷＭ信号をＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１に供給し、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１をＰＷＭ信号に応じたパルス幅で高周波のスイッチングを実行させ、一次直流電圧ＶD1をトランスＴの一次巻線ＬPを介して断続する。
トランスＴの一次巻線ＬPに発生した高周波のパルス電源がトランスＴの二次巻線ＬSに誘導し、ダイオードＤ６、平滑コンデンサＣ２およびチョークコイルＬOで整流・平滑ならびにリップルが除去されて直流出力電圧ＶD2が発生する。
発光ダイオード電流ＩD→フォトトランジスタ電流ＩC→ＰＷＭ信号発生→ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ1のスイッチング→トランスＴの一次巻線ＬPに高周波のパルス電源が発生→トランスＴの二次巻線ＬSに高周波のパルス電源の誘導→パルス電源の整流・平滑、リップルのフィルタリング→直流出力電圧ＶD2の発生を繰り返して直流出力電圧ＶD2が安定してフィードバック系が形成される。
【０００４】
次に、フォトカプラＰＨの劣化と直流出力電圧ＶD2の関係について説明する。例えば、発光ダイオード電流ＩDが１ｍＡ、フォトトランジスタ電流ＩCも１ｍＡでフォトカプラＰＨの初期の電流伝達比ＣＴＲ（Current Transfer Ratio）が１００％（ＩC×１００／ＩD）の時、直流出力電圧ＶD2が２４Ｖになるように、制御ＩＣ−１０２およびシャントレギュレータ４が設定されているとする。
フォトカプラＰＨの劣化は、電流伝達比ＣＴＲの低下となって現れ、直流出力電圧ＶD2（＝２４Ｖ）に保持するのに必要なフォトトランジスタ電流ＩC（＝１ｍＡ）を流すために、発光ダイオード電流ＩDが１ｍＡから増加する現象で捉えられる。
このように、従来のスイッチング電源装置のフォトカプラの劣化検出手段は、フォトカプラがフィードバック系を形成する要素であって、フォトカプラが劣化すると、直流出力電圧を一定に保持するのに必要なフォトトランジスタ電流を流すために、発光ダイオードに流れる電流が増加することを利用して、フォトカプラの劣化を検出している。
【０００５】
また、図１２は、従来技術のフォトカプラの劣化検出手段を適用した通信装置である。
通信装置２０２において、２０３は通信媒体２０１を介して送られた信号を受ける受信回路で、内部に信号絶縁用のフォトカプラＰＣ１を有している。２０４は通信媒体２０１へ信号を送りだす送信回路で、内部に信号絶縁用のフォトカプラＰＣ２を有している。２０５は受信回路２０３と送信回路２０４との動作を制御する通信制御回路である。
受信回路２０３において、Ｒ１はフォトカプラＰＣ１の順電流（ＩＦ１）を設定するための抵抗、Ｒ２，Ｒ３はフォトカプラＰＣ１の負荷抵抗、ＳＷ１は第１のスイッチ手段で、このスイッチ手段ＳＷ１を駆動することにより、負荷抵抗の値を選択できるようになっている。
送信回路２０４において、Ｒ４はフォトカプラＰＣ２の負荷抵抗、Ｒ５，Ｒ６はフォトカプラＰＣ２の順電流（ＩＦ２）を設定するための抵抗、ＳＷ２は第２のスイッチ手段で、このスイッチ手段ＳＷ２を駆動することにより、フォトカプラＰＣ２の順電流の値を選択できるようになっている。
通信制御回路５において、２５１はフォトカプラの劣化診断を行う時において、第１，第２の各スイッチ手段をオン／オフに駆動するスイッチ駆動手段、２５２はフォトカプラの劣化診断時において、診断通信を実行しその受信状況から受信回路または送信回路のフォトカプラが劣化したかどうかを判断する劣化判断手段である。
通常の動作時においては、  通信制御回路２０５内のスイッチ駆動手段２５１は、第１のスイッチ手段ＳＷ１をオフ状態に、第２のスイッチ手段ＳＷ２をオン状態に駆動している。
【０００６】
受信回路２０３において、フォトカプラＰＣ１の負荷抵抗は抵抗Ｒ２とＲ３の直列抵抗で構成されており、コレクタ電流Ｉｃ１は、（Ｒ２＋Ｒ３）の負荷抵抗値に応じて流れ、通信媒体２０１を介して送られたデータを電圧信号に変換する。コンパレータＵ４は、フォトカプラＰＣ１の出力端に得られた電圧信号を入力し、データの変化を検出する。検出されたデータの変化は、通信制御回路５に受信データとして取り込まれる。
送信回路２０４において、第２のスイッチ手段ＳＷ２はオン状態にあり、フォトカプラＰＣ２の順電流ＩＦ２は、並列接続される抵抗Ｒ５，Ｒ６の並列抵抗値で決定される。この状態で通信制御回路２０５から送信データが出力されると、フォトカプラＰＣ２内で順電流ＩＦ２に応じた光信号となり、データ絶縁が行われ通信ドライバＵ２を経て通信媒体２０１にデータが出力される。通信媒体２０１に出力された送信データは、受信回路２０３において読み返され、通信制御回路２０５は出力したデータと、読み返したデータとを照合チェックして、動作が正常に行われたか監視している。
フォトカプラの劣化診断を行う時には、スイッチ駆動手段２５１は、フォトカプラＰＣ１かＰＣ２かのいずれの劣化診断を行うかによって、第１のスイッチ手段ＳＷ１および第２のスイッチ手段ＳＷ２を、オン状態あるいはオフ状態に駆動すると共に診断通信を実行することとなる。
ここで、受信回路２０３において、第１のスイッチ手段ＳＷ１がオン状態に駆動されると、フォトカプラＰＣ１の負荷抵抗は抵抗Ｒ２だけとなり、コンパレータＵ４側から見たフォトカプラＰＣ１のＣＴＲは、通常の動作時の、Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）倍に減少したのと等価となる。
また、送信回路２０４において、第２のスイッチ手段ＳＷ２がオフ状態に駆動されると、抵抗Ｒ５だけを通ってフォトカプラＰＣ２の順電流ＩＦ２が流れることとなるので、この順電流ＩＦ２はＲ６／（Ｒ５＋Ｒ６）倍に減少し、通信ドライバＵ２側から見たフォトカプラＰＣ２のＣＴＲが、通常動作時のＲ６／（Ｒ５＋Ｒ６）倍に減少したのと等価になる。
【０００７】
このように、フォトカプラＰＣ１のＣＴＲおよびフォトカプラＰＣ２のＣＴＲを、片方ずつ等価的に、減少した状態にして、診断通信を送信回路４を経て送信し、この送信データを受信回路２０３を経て読み返す。
劣化判断手段２５２は、受信回路２０３を経て読み返したデータが正常であれば、フォトカプラＰＣ１またはフォトカプラＰＣ２のＣＴＲが通常の動作時より減少した状態でも正常に受信できるので、そのフォトカプラの劣化はないと判断する。これに対して、受信データが異常であればフォトカプラの劣化が検出されたと判断する。
第１のスイッチ手段ＳＷ１がオン状態に駆動されたか、また、第２のスイッチ手段ＳＷ２がオフ状態に駆動されかによって、フォトカプラＰＣ１の劣化か、フォトカプラＰＣ２の劣化かが区別できる。
このように、従来の通信装置におけるフォトカプラの劣化検出手段は、一定時間が経過するごとにあるいは通信媒体に接続されている上位の計算機からの指令を受けて、発光ダイオードに流す電流を減少させ、正常に動作しなくなったことを確認することによりフォトカプラの劣化を検出するのである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２４５０９２号公報（第５−６頁、図１）
【特許文献２】実開平５−２８１５８号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のスイッチング電源装置のフォトカプラの劣化検出手段は、フォトカプラがフィードバック系を形成する要素であって、フォトカプラが劣化すると、直流出力電圧を一定に保持するのに必要なフォトトランジスタ電流を流すために、発光ダイオードに流れる電流が増加することを利用して、フォトカプラの劣化を検出しているので、フォトカプラを単に絶縁手段としてオープンループで使用する場合には、フォトカプラが劣化しても発光ダイオードに流れる電流が増加することはなく、フォトカプラの劣化を検出できないという問題があった。
また、特許文献２の通信装置の劣化判断手段は、一定時間が経過するごとにあるいは通信媒体に接続されている上位の計算機からの指令を受けて、発光ダイオードに流す電流を減少させ、正常に動作しなくなったことを確認することによりフォトカプラの劣化を検出するので、フォトカプラの発光ダイオードに流す電流を減少させて動作させることができない場合においては、フォトカプラの劣化を検出できず、また、通常の動作中ではフォトカプラの劣化を検出できないという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、フォトカプラを単に絶縁手段としてオープンループで使用する場合においても、また、フォトカプラの発光ダイオードに流す電流を減少させて動作させるテストモードとすることなく、通常の動作中においても、フォトカプラの劣化を検出することができるフォトカプラの劣化検出手段および電力変換装置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】
【００１１】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化検出手段において、フォトカプラの出力電圧と予め設定された閾値とを比較する比較器と、該比較器の出力信号とフォトカプラのドライブ信号に基づいてフォトカプラが劣化しているか否かを判定する劣化判定手段とを備え、前記劣化判定手段は、前記フォトカプラのドライブ信号がアクティブで、前記フォトカプラの出力電圧が前記閾値より低いときに、フォトカプラの劣化と判定することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフォトカプラの劣化検出手段において、前記劣化判定手段は、前記フォトカプラのドライブ信号と前記比較器の出力信号との排他的論理和に基づいてフォトカプラの異常と判定することを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のフォトカプラの劣化検出手段において、前記比較器は、絶縁機能を有していることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、直流母線電圧をスイッチングして負荷に電力を供給するパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラと、制御演算を行い、スイッチング信号を発生し、該スイッチング信号を前記フォトカプラのドライブ信号として出力する制御部と、前記フォトカプラの劣化を検出するフォトカプラの劣化検出手段とを備えた電力変換装置において、前記フォトカプラの劣化検出手段は、フォトカプラの出力電圧と予め設定された閾値とを比較する比較器と、該比較器の出力信号と前記フォトカプラのドライブ信号に基づいてフォトカプラが劣化しているか否かを判定する劣化判定手段とを備え、前記フォトカプラのドライブ信号がアクティブで、前記フォトカプラの出力電圧が前記閾値より低いときに、フォトカプラの劣化と判定することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電力変換装置において、前記劣化判定手段は、前記フォトカプラのドライブ信号と前記比較器の出力信号との排他的論理和に基づいてフォトカプラの異常と判定することを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の電力変換装置において、前記比較器は、絶縁機能を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記フォトカプラの劣化をテストするテストパターンを発生するテストパターン発生手段を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電力変換装置において、負荷に電力を供給する電力供給線の線間電圧を検出する線間電圧検出回路と、前記線間電圧が予め設定された値以上の場合には、診断実施不可信号を出力する診断実施可否判定手段とを備え、前記診断実施不可信号が出力されると、前記テストパターン発生手段は、テストパターンを発生しないことを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明は、請求項４ないし８のいずれかに記載の電力変換装置において、前記直流母線電圧の負側に接続された複数のパワースイッチング素子をそれぞれ駆動するフォトカプラの劣化検出は、一つの劣化検出手段で行なうことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、フォトカプラを単に絶縁手段としてオープンループで使用する場合においても、フォトカプラの劣化を検出することができ、フォトカプラの発光ダイオードに流す電流を減少させるテストモードとすることなく、通常の動作中においても、フォトカプラの劣化を検出することができる。
また、請求項２および請求項５に記載の発明によると、フォトカプラのドライブ信号と前記比較器の出力信号との排他的論理和に基づいて判定するので、フォトカプラの劣化以外の異常も同時に検出することができる。
また、請求項３および請求項６に記載の発明によると、比較器が絶縁機能を有しているので、高電圧をスイッチングするパワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化を検出することができる。
また、請求項７に記載の発明によると、制御部２０は、テストパターン発生手段を備え、電力変換装置が負荷に電力を供給していないときに、テストパターンを発生させて、パワースイッチング素子を駆動することができるので、パワースイッチング素子を個別に、一つずつ順次オンさせるように、テストパターンを発生させることにより、負荷であるモータ３に電流を流すことなく、フォトカプラの劣化を検出することができる。
また、請求項８に記載の発明によると、負荷であるモータが回転しているときは、テストパターンを発生しないので、パワースイッチング素子が破壊されることはないという効果がある。
また、請求項９に記載の発明によると、母線電圧の負側にソースを接続した複数のパワースイッチング素子をそれぞれ駆動するフォトカプラの劣化検出を、一つの劣化検出手段３０ｎで行うことができるので、劣化検出手段の数を削減でき、コストダウンが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。また、同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明のフォトカプラの劣化検出手段の概要を説明する図である。図１において、２３はパワースイッチング素子、２４および４０はフォトカプラ、２５はゲートドライブ用電源、２６は反転バッファ、２７は抵抗器、３０は劣化検出手段、３１は比較器、３２は基準電圧、３３は劣化判定手段である。
パワースイッチング素子２３を駆動するための回路は、以下のとおりである。
反転バッファ２６の入力端子は、フォトカプラのドライブ信号ＤＰを入力し、反転バッファ２６の出力端は、フォトカプラ２４の発光ダイオードのカソードに接続し、フォトカプラ２４の発光ダイオードのアノードは、抵抗器２７を直列接続して制御用電源ＶＬに接続する。フォトカプラ２４のフォトトランジスタのコレクタはゲートドライブ用電源２５の正電位側に接続し、フォトカプラ２４のフォトトランジスタのエミッタはパワースイッチング素子２３のゲートに接続し、ゲートドライブ用電源２５の負電位側ＧＧはパワースイッチング素子２３のソースに接続する。
【００２１】
つぎに、パワースイッチング素子２３を駆動する動作について説明する。
（オン動作）
パワースイッチング素子２３をオンにするときは、フォトカプラのドライブ信号ＤＰを“Ｈ”（論理１）とすると、反転バッファ２６の出力端子は、“Ｌ”となり、フォトカプラ２４の発光ダイオードに電流が流れる。その電流値は、制御用電源ＶＬの電圧と抵抗器２７の抵抗値によって決まる。フォトカプラ２４の発光ダイオードに電流が流れると、フォトカプラ２４のフォトトランジスタに電流が流れる。フォトカプラ２４のフォトトランジスタに流れる電流値は、フォトカプラ２４の発光ダイオードに流れる電流値に比例し、その比例係数がＣＴＲ（電流伝達率）である。
フォトカプラ２４のフォトトランジスタに電流が流れると、パワースイッチング素子２３のゲート回路に電流が流れ、パワースイッチング素子２３はオンとなる。
通常は、フォトカプラ２４のフォトトランジスタが飽和した状態で、パワースイッチング素子２３のゲート回路に電流を流すように設計しているので、フォトカプラ２４（のフォトトランジスタ）の出力電圧ＤＧは、略ゲートドライブ用電源２５の電圧ＶＧとなる。
【００２２】
（オフ動作）
パワースイッチング素子２３をオフにするときは、フォトカプラのドライブ信号ＤＰを“Ｌ”（論理０）とすると、反転バッファ２６の出力端子は、“Ｈ”となり、フォトカプラ２４の発光ダイオードの電流が遮断される。フォトカプラ２４の発光ダイオードの電流が遮断されると、フォトカプラ２４のフォトトランジスタに流れる電流も遮断される。
フォトカプラ２４のフォトトランジスタの電流が遮断されると、パワースイッチング素子２３のゲート回路の電流も遮断され、パワースイッチング素子２３はオフとなる。
このようにして、フォトカプラのドライブ信号ＤＰを制御して、パワースイッチング素子２３をオン／オフする。
【００２３】
つぎに、本発明の劣化検出手段３０の動作について説明する。
本発明の劣化検出手段３０は、フォトカプラ２４のドライブ信号ＤＰとフォトカプラ２４の出力電圧ＤＧを入力し、ゲートドライブ用電源２５の負電位側ＧＧを基準点として出力電圧ＤＧを予め設定された閾値と比較して、フォトカプラ２４の劣化を検出し、劣化信号ＳＤを出力する。
本発明の劣化検出手段３０は、比較器３１、基準電圧３２、および劣化判定手段３３で構成している。
比較器３１は、フォトカプラ２４の出力電圧ＤＧを入力し、基準電圧３２を閾値として比較し、比較信号ＰＨを劣化判定手段３３に出力する。劣化判定手段３３は、フォトカプラのドライブ信号ＤＰと比較器３１の比較信号ＰＨを入力し、フォトカプラが劣化しているか否かを判定して、劣化信号ＳＤを出力する。
比較器３１は、フォトカプラ２４の出力電圧ＤＧが基準電圧３２よりも高い場合には比較信号ＰＨを“Ｈ”（論理１）にし、フォトカプラ２４の出力電圧ＤＧが基準電圧３２よりも低い場合には “Ｌ”（論理０）にして出力する。
劣化判定手段３３は、フォトカプラのドライブ信号ＤＰが“Ｈ”（論理１）のときに、比較器３１の比較信号ＰＨが“Ｌ”（論理０）だったら、劣化信号ＳＤを“Ｈ”（論理１）にして出力する。
【００２４】
つぎに、比較器３１の具体的な回路例について説明する。
図２は、本発明のフォトカプラの劣化検出手段の構成要素の比較器の具体的な回路例である。図２において、４０はフォトカプラ、４１は定電圧ダイオード、４２、および４４は抵抗器、４３はコンデンサ、４５は反転バッファである。
抵抗器４２の一端は定電圧ダイオード４１のカソードおよびコンデンサ４３の一端に接続し、抵抗器４２の他端はフォトカプラ２４ａの出力電圧ＤＧを入力し、コンデンサ４３の他端はゲートドライブ用電源２５ａの負電位側ＧＧおよびフォトカプラ４０の発光ダイオードのカソードに接続する。定電圧ダイオード４１のアノードはフォトカプラ４０の発光ダイオードのアノードに接続する。
フォトカプラ４０のフォトトランジスタのエミッタは制御用電源のグランドＧＬに接続し、フォトカプラ４０のフォトトランジスタのコレクタは抵抗器４４の一端および反転バッファ４５の入力に接続し、反転バッファ４５は比較信号ＰＨを出力する。抵抗器４４の他端は制御用電源ＶＬに接続する。
フォトカプラ４０は、比較機能および絶縁機能として機能する。また、定電圧ダイオード４１は比較器の閾値電圧として機能するが、その電圧は定電圧ダイオード４１の定格電圧よりもフォトカプラ４０の発光ダイオードの順方向電圧分が加算された値となるので、定電圧ダイオード４１の定格電圧は、基準電圧３２よりもフォトカプラ４０の発光ダイオードの順方向電圧分だけ低い電圧のものを選択すればよい。
フォトカプラ２４の出力電圧ＤＧは、抵抗器４２とコンデンサ４３で構成されるフィルタを介して、閾値電圧と比較されることになる。この抵抗器４２とコンデンサ４３で構成されるフィルタの時定数は、フォトカプラのドライブ信号ＤＰが変化する周期よりも十分小さな値とする。抵抗器４２は、フォトカプラ４０の発光ダイオードに流れる電流の制限するためのものである。
【００２５】
つぎに、この回路の動作を説明する。
フォトカプラ２４の出力電圧ＤＧが、（定電圧ダイオード４１の定格電圧＋フォトカプラ４０の発光ダイオードの順方向電圧分）よりも高くなると、フォトカプラ４０の発光ダイオードに電流が流れ、フォトカプラ４０のフォトトランジスタがオンする。すると、反転バッファ４５の入力は“Ｌ”（論理０）となり、反転バッファ４５の出力すなわち比較信号ＰＨは“Ｈ”（論理１）となる。
フォトカプラ２４が劣化すると、フォトカプラ２４のフォトトランジスタを流れる電流が減少して出力電圧ＤＧが、低下する。
フォトカプラ２４の出力電圧ＤＧが、（定電圧ダイオード４１の定格電圧＋フォトカプラ４０の発光ダイオードの順方向電圧分）とりも低くなると、フォトカプラ４０の発光ダイオードに電流が流れ、フォトカプラ４０のフォトトランジスタがオフする。すると、反転バッファ４５の入力は“Ｈ”（論理１）となり、反転バッファ４５の出力すなわち比較信号ＰＨは“Ｌ”（論理０）となる。
このようにして、図２に示す比較器は、フォトカプラ２４の出力電圧ＤＧが、予め設定された閾値である基準電圧３２よりも高くなると、比較信号ＰＨを“Ｈ”（論理１）にして出力する。
基準電圧３２は、パワースイッチング素子２３を駆動できる電圧の限界値以上にする。
【００２６】
このようにして、パワースイッチング素子２３を駆動するフォトカプラ２４の劣化を検出するので、テストモードなどの特定モードにすることなく、常時、フォトカプラ２４の劣化を検出できる。
また、フォトカプラ４０が絶縁機能を有していることで、高い電圧をスイッチングするパワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化を検出することができる。
【００２７】
また、劣化判定手段３３は、フォトカプラのドライブ信号ＤＰと比較器３１の比較信号ＰＨとの排他的論理和（ＸＯＲ）を劣化信号ＳＤとして出力することが好ましい。フォトカプラのドライブ信号ＤＰが“Ｌ”（論理０）のときに、比較器３１の比較信号ＰＨが“Ｈ”（論理１）だった場合は、フォトカプラの劣化とは限らないが、フォトカプラの異常と考えられるので、こうすることにより、フォトカプラの劣化以外の異常も同時に検出することができる。
【実施例２】
【００２８】
本実施例は、本発明の劣化検出手段を電力変換装置のパワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化検出に適用した例である。
実際の電力変換装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。
まず、本発明の電力変換装置の第１の例について概略を説明する。
図３は、本発明のフォトカプラの劣化検出手段を適用した電力変換装置の第１の例の概要を説明する図である。本実施例の電力変換装置は、三相交流の商用電源を入力して、電力変換し、三相電力をモータに供給する例としているが、これらに限定するものではない。
図３において、１は商用電源、２は電力変換装置、３はモータ、２０は制御演算部、２１は整流器、２２は平滑コンデンサ、２３ａはパワースイッチング素子、２４ａはフォトカプラ、３０ａは劣化検出手段、５２はテストパターン発生手段である。
【００２９】
電力変換装置２は、制御演算部２０、整流器２１、平滑コンデンサ２２、パワースイッチング素子２３ａ、フォトカプラ２４ａ、および劣化検出手段３０ａで構成されている。
整流器２１は、商用電源１を整流し、平滑コンデンサ２２で平滑して直流母線電圧とする。
制御演算部２０は、制御演算を行い、スイッチング信号を発生し、そのスイッチング信号をフォトカプラのドライブ信号（ＤＰｕｐ、ＤＰｖｐ、ＤＰｗｐ、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、ＤＰｗｎ）としてフォトカプラ２４ａおよび劣化検出手段３０ａへ出力する。
フォトカプラ２４ａはそのドライブ信号（ＤＰｕｐ、ＤＰｖｐ、ＤＰｗｐ、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、ＤＰｗｎ）を絶縁してパワースイッチング素子を駆動するゲート信号（ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、ＤＧｗｐ、ＤＧｕｎ、ＤＧｖｎ、ＤＧｗｎ）としてパワースイッチング素子２３ａに出力する。
パワースイッチング素子２３ａは、そのゲート信号（ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、ＤＧｗｐ、ＤＧｕｎ、ＤＧｖｎ、ＤＧｗｎ）に基づいて、前記直流母線電圧をスイッチングして、負荷であるモータ３へ電力を供給する。
劣化検出手段３０ａは、フォトカプラ２４ａの出力信号であるパワースイッチング素子２３ａのゲート信号（ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、ＤＧｗｐ、ＤＧｕｎ、ＤＧｖｎ、ＤＧｗｎ）の電圧を予め設定された閾値電圧と比較した信号と、フォトカプラ２４ａのドライブ信号（ＤＰｕｐ、ＤＰｖｐ、ＤＰｗｐ、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、ＤＰｗｎ）とに基づいてフォトカプラの劣化を検出し、劣化検出信号（ＳＤｕｐ、ＳＤｖｐ、ＳＤｗｐ、ＳＤｕｎ、ＳＤｖｎ、ＳＤｗｎ、）を制御演算部２０へ出力する。
本発明の電力変換装置の第１の例は、このような構成となっている。
【００３０】
つぎに、本発明の電力変換装置の第１の例の特徴部分であるＡ部について詳細に説明する。
図４は、図３のＡ部の詳細図である。
図４において、２３ｕｐ、２３ｖｐ、２３ｗｐ、２３ｕｎ、２３ｖｎ、２３ｗｎは、パワースイッチング素子である。図３におけるパワースイッチング素子２３ａは、パワースイッチング素子２３ｕｐ、２３ｖｐ、２３ｗｐ、２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎをまとめて表したものである。
また、２４ｕｐ、２４ｖｐ、２４ｗｐ、２４ｕｎ、２４ｖｎ、２４ｗｎは、フォトカプラである。図３におけるフォトカプラ２４ａは、フォトカプラ２４ｕｐ、２４ｖｐ、２４ｗｐ、２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎをまとめて表したものである。
また、２５ｕｐ、２５ｖｐ、２５ｗｐ、２５ｕｎ、２５ｖｎ、２５ｗｎは、ゲートドライブ用電源である。図３には図示していない。
また、２６ｕｐ、２６ｖｐ、２６ｗｐ、２６ｕｎ、２６ｖｎ、２６ｗｎは、反転バッファである。図３には図示していない。
また、２７ｕｐ、２７ｖｐ、２７ｗｐ、２７ｕｎ、２７ｖｎ、２７ｗｎは、抵抗器である。図３には図示していない。
また、３０ｕｐ、３０ｖｐ、３０ｗｐ、３０ｕｎ、３０ｖｎ、３０ｗｎは、劣化検出手段である。
劣化検出手段３０ａは、パワースイッチング素子２３ｕｐを駆動するフォトカプラ２４ｕｐの劣化を検出する劣化検出手段３０ｕｐ、パワースイッチング素子２３ｖｐを駆動するフォトカプラ２４ｖｐの劣化を検出する劣化検出手段３０ｖｐ、パワースイッチング素子２３ｗｐを駆動するフォトカプラ２４ｗｐの劣化を検出する劣化検出手段３０ｗｐ、パワースイッチング素子２３ｕｎを駆動するフォトカプラ２４ｕｎの劣化を検出する劣化検出手段３０ｕｎ、パワースイッチング素子２３ｖｎを駆動するフォトカプラ２４ｖｎの劣化を検出する劣化検出手段３０ｖｎ、およびパワースイッチング素子２３ｗｎを駆動するフォトカプラ２４ｗｎの劣化を検出する劣化検出手段３０ｗｎで構成している。
すなわち、劣化検出手段３０ａは、劣化検出手段３０ｕｐ、劣化検出手段３０ｖｐ、劣化検出手段３０ｗｐ、劣化検出手段３０ｕｎ、劣化検出手段３０ｖｎ、および劣化検出手段３０ｗｎをまとめて表している。
【００３１】
電力変換装置におけるパワースイッチング素子２３ａの構成は、以下に示すとおりである。
パワースイッチング素子２３ｕｐとパワースイッチング素子２３ｕｎとを直列接続し、パワースイッチング素子２３ｕｐのドレインを直流母線の正側Ｖｐに、パワースイッチング素子２３ｕｎのソースを母線電圧の負側Ｖｎに接続して、Ｕ相アームを構成し、パワースイッチング素子２３ｕｐとパワースイッチング素子２３ｕｎとの接続点を負荷への出力点Ｕとする。
また、パワースイッチング素子２３ｖｐとパワースイッチング素子２３ｖｎとを直列接続し、パワースイッチング素子２３ｖｐのドレインを直流母線の正側Ｖｐに、パワースイッチング素子２３ｖｎのソースを母線電圧の負側Ｖｎに接続して、Ｖ相アームを構成し、パワースイッチング素子２３ｖｐとパワースイッチング素子２３ｖｎとの接続点を負荷への出力点Ｖとする。
また、パワースイッチング素子２３ｗｐとパワースイッチング素子２３ｗｎとを直列接続し、パワースイッチング素子２３ｗｐのドレインを直流母線の正側Ｖｐに、パワースイッチング素子２３ｗｎのソースを母線電圧の負側Ｖｎに接続して、Ｗ相アームを構成し、パワースイッチング素子２３ｗｐとパワースイッチング素子２３ｗｎとの接続点を負荷への出力点Ｗとする。
【００３２】
各パワースイッチング素子の駆動回路は、すべて同じ構成とし、実施例１と同じ構成にしているので、その代表として、パワースイッチング素子２３ｕｐの駆動回路についてのみ説明する。
パワースイッチング素子２３ｕｐの駆動回路は、反転バッファ２６ｕｐの入力端子は、フォトカプラ２４ｕｐのドライブ信号ＤＰｕｐを入力し、反転バッファ２６ｕｐの出力端は、フォトカプラ２４ｕｐの発光ダイオードのカソードに接続し、フォトカプラ２４ｕｐの発光ダイオードのアノードは、抵抗器２７ｕｐを直列接続して制御用電源ＶＬに接続する。フォトカプラ２４ｕｐのフォトトランジスタのコレクタはゲートドライブ用電源２５ｕｐの正電位側に接続し、フォトカプラ２４ｕｐのフォトトランジスタのエミッタはパワースイッチング素子２３ｕｐのゲートに接続し、ゲートドライブ用電源２５ｕｐの負電位側ＧＧｕｐはパワースイッチング素子２３ｕｐのソースに接続する。
劣化検出手段３０ｕｐは、フォトカプラ２４ｕｐのドライブ信号ＤＰｕｐとフォトカプラ２４ｕｐの出力電圧ＤＧｕｐを入力し、ゲートドライブ用電源２５ｕｐの負電位側ＧＧｕｐを基準点として出力電圧ＤＧｕｐを予め設定された閾値と比較して、フォトカプラ２４ｕｐの劣化を検出して劣化信号ＳＤｕｐを出力する。
パワースイッチング素子２３ｕｐを駆動する動作、および本発明の劣化検出手段３０ｕｐの動作については、実施例１と同じであるので、説明は省略する。
【００３３】
このように、負荷に電力を供給するパワースイッチング素子を駆動するフォトカプラのすべてに独立して、それぞれ劣化検出手段を設けているので、個別にフォトカプラの劣化を検出することができるので、電力変換装置のパワースイッチング素子がドライブ電流不足により破壊されることを事前に回避することができる。
また、フォトカプラ４０が絶縁機能を有していることで、高い電圧をスイッチングするパワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化を検出することができる。
【００３４】
また、制御部２０は、テストパターン発生手段５２を備え、電力変換装置２が負荷に電力を供給していないときに、テストパターンを発生させて、パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化を検出してもよい。
テストパターン発生手段５２は、パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化をテストするテストパターンを発生する。
テストパターンは、パワースイッチング素子を個別に、一つずつ順次オンさせるように、フォトカプラのドライブ信号ＤＰｕｐ、ＤＰｖｐ、ＤＰｗｐ、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎを発生する。
また、テストパターン発生手段５２は、直流母線の負側に接続されているパワースイッチング素子すべてを同時にオンさせるように、フォトカプラのドライブ信号ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎを発生させてもよい。
劣化検出手段３０ａすなわち、劣化検出手段３０ｕｐ、３０ｖｐ、３０ｗｐ、３０ｕｎ、３０ｖｎ、および３０ｗｎは、フォトカプラ２４ａすなわち、フォトカプラ２４ｕｐ、２４ｖｐ、２４ｗｐ、２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化を検出する。
【００３５】
パワースイッチング素子を個別に、一つずつ順次オンさせるように、テストパターンを発生させることにより、負荷であるモータ３に電流を流すことなく、フォトカプラの劣化を検出することができ、直流母線の負側に接続されているパワースイッチング素子すべてを同時にオンさせるように、テストパターンを発生させることにより、それぞれのパワースイッチング素子を駆動するフォトカプラすべてを同時にテストすることもできる。
【実施例３】
【００３６】
本実施例が、実施例２と異なる点は、母線電圧の負側Ｖｎにソースを接続したパワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎをそれぞれ駆動するフォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化検出を、一つの劣化検出手段で行う点である。
図５は、本発明のフォトカプラの劣化検出手段を適用した電力変換装置の第２の例の概要を説明する図である。図５において、３０ｂは、劣化検出手段である。
図５が図３と異なる点は、劣化検出手段の構成が異なっている点である。
劣化検出手段３０ｂは、フォトカプラ２４ａの出力信号であるパワースイッチング素子２３ａのゲート信号（ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、ＤＧｗｐ、ＤＧｕｎ、ＤＧｖｎ、ＤＧｗｎ）の電圧を予め設定された閾値電圧と比較した信号と、フォトカプラ２４ａのドライブ信号（ＤＰｕｐ、ＤＰｖｐ、ＤＰｗｐ、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、ＤＰｗｎ）とに基づいてフォトカプラの劣化を検出し、劣化検出信号（ＳＤｕｐ、ＳＤｖｐ、ＳＤｗｐ、ＳＤｎ）を制御演算部２０へ出力する。
【００３７】
先ず、劣化検出手段３０ｂの構成について説明する。
図６は、図５のＢ部の詳細図である。図６において、３０ｎは、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化を検出する劣化検出手段である。
パワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎのソースは、直流母線電圧の負側Ｖｎを介して、共通になっており、ゲートドライブ用電源２５ｕｐ、２５ｖｐ、および２５ｗｐの負電位側ＧＧｕｎ、ＧＧｖｎ、ＧＧｗｎも、直流母線電圧の負側Ｖｎを介して、共通になっているので、パワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎをそれぞれ駆動するフォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化検出は、一つの劣化検出手段で行うことができる。
また、パワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎのゲートドライブ用電源２５ｕｐ、２５ｖｐ、および２５ｗｐも、一つのゲートドライブ用電源で共有することができる。
劣化検出手段３０ｂは、パワースイッチング素子２３ｕｐを駆動するフォトカプラ２４ｕｐの劣化を検出する劣化検出手段３０ｕｐ、パワースイッチング素子２３ｖｐを駆動するフォトカプラ２４ｖｐの劣化を検出する劣化検出手段３０ｖｐ、およびパワースイッチング素子２３ｗｐを駆動するフォトカプラ２４ｗｐの劣化を検出する劣化検出手段３０ｗｐ、ならびにパワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎをそれぞれ駆動するフォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化を検出する劣化検出手段３０ｎで構成している。
すなわち、劣化検出手段３０ｂは、劣化検出手段３０ｕｐ、劣化検出手段３０ｖｐ、劣化検出手段３０ｗｐ、および劣化検出手段３０ｎをまとめて表している。
劣化検出手段３０ｕｐ、３０ｖｐ、および３０ｗｐに関しては実施例２と同じであるので、説明は省略する。
【００３８】
劣化検出手段３０ｎは、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎのドライブ信号ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎのいずれかが“Ｈ”（論理１）となったときに、“Ｈ”（論理１）になるドライブ信号ＤＰｎと、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎのそれぞれの出力電圧ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、およびＤＧｗｐとを入力し、パワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎのゲートドライブ用電源２５ｕｐ、２５ｖｐ、および２５ｗｐの負電位側ＧＧｕｎ、ＧＧｖｎ、ＧＧｗｎのいずれかを基準点ＧＧｎとして、出力電圧ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、およびＤＧｗｐを予め設定された閾値と比較し、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化を検出し、劣化信号ＳＤｎを出力する。
本実施例では、パワースイッチング素子２３ｗｎのゲートドライブ用電源２５ｗｐの負電位側ＧＧｗｎを、基準点ＧＧｎとしている。
【００３９】
図７は、直流母線電圧の負側に接続された複数のパワースイッチング素子をそれぞれ駆動するフォトカプラの劣化検出を一つの劣化検出手段で行う場合の回路例の概要を説明する図である。
劣化検出手段３０ｎは、比較器３１ｎ、基準電圧３２、および劣化判定手段３３で構成する。
比較器３１ｎは、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎのそれぞれの出力電圧ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、およびＤＧｗｐを入力し、パワースイッチング素子２３ｗｎのゲートドライブ用電源２５ｗｐの負電位側ＧＧｗｎを基準点ＧＧｎとして、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎのそれぞれの出力電圧ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、およびＤＧｗｐを予め設定された閾値である基準電圧３２と比較して、出力電圧ＤＧｕｐ、ＤＧｖｐ、およびＤＧｗｐのいずれかが予め設定された閾値である基準電圧３２よりも高かったら、比較信号ＰＨｎを“Ｈ”（論理１）にして劣化判定手段３３に出力する。
【００４０】
つぎに、比較器３１ｎの具体的な回路例について説明する。
図８は、図７における比較器（タイプ２）の具体的な回路例である。図８において、２８ｕｎ、２８ｖｎ、および２８ｗｎは抵抗器、２９ｕｐ、２９ｖｐ、および２９ｗｐはダイオード、４１ｎは定電圧ダイオード、４６はトランジスタである。
比較器３１ｎは、抵抗器２８ｕｎ、２８ｖｎ、２８ｗｎ、および４４、ダイオード２９ｕｐ、２９ｖｐ、および２９ｗｐ、フォトカプラ４０、反転バッファ４５、トランジスタ４６で構成する。
ダイオード２９ｕｐのアノードを入力端ＤＧｕｎに接続し、ダイオード２９ｕｐのカソードは抵抗器２８ｕｎの一端に接続する。ダイオード２９ｖｐのアノードを入力端ＤＧｖｎに接続し、ダイオード２９ｖｐのカソードは抵抗器２８ｖｎの一端に接続する。ダイオード２９ｗｐのアノードを入力端ＤＧｗｎに接続し、ダイオード２９ｗｐのカソードは抵抗器２８ｗｎの一端に接続する。
抵抗器２８ｕｎの他端、抵抗器２８ｖｎの他端、および抵抗器２８ｗｎの他端、トランジスタ４６のコレクタ、およびトランジスタ４６のベースをそれぞれ接続し、基準電圧の入力端とする。
トランジスタ４６のエミッタはフォトカプラ４０の発光ダイオードのアノードに接続し、フォトカプラ４０の発光ダイオードのカソードは基準点ＧＧｎとする。
フォトカプラ４０のフォトトランジスタのエミッタは制御用電源のグランドＧＬに接続し、フォトカプラ４０のフォトトランジスタのコレクタは抵抗器４４の一端および反転バッファ４５の入力に接続し、反転バッファ４５は比較信号ＰＨｎを出力する。抵抗器４４の他端は制御用電源ＶＬに接続する。
このようにして、比較器３１ｎを構成している。
定電圧ダイオード４１ｎは、基準電圧として機能する。定電圧ダイオード４１ｎのカソードは、基準電圧の入力端、すなわち、抵抗器２８ｕｎ、抵抗器２８ｖｎ、抵抗器２８ｗｎ、トランジスタ４６のコレクタ、およびトランジスタ４６のベースがそれぞれ接続された点に接続し、定電圧ダイオード４１ｎのアノードは、基準点ＧＧｎに接続する。
【００４１】
つぎに、比較器３１ｎの動作について説明する。
入力端ＤＧｕｎ、ＤＧｖｎ、ＤＧｗｎのいずれか電圧が、（定電圧ダイオード４１ｎの定格電圧＋ダイオードの順方向電圧）よりも高くなると、トランジスタ４６に電流が流れて、フォトカプラ４０の発光ダイオードに電流が流れ、フォトカプラ４０のフォトトランジスタがオンする。すると、反転バッファ４５の入力は“Ｌ”（論理０）となり、反転バッファ４５の出力すなわち比較信号ＰＨｎは“Ｈ”（論理１）となる。
【００４２】
劣化判定手段３３は、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎのドライブ信号ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎのいずれかが“Ｈ”（論理１）となったときに、“Ｈ”（論理１）になるドライブ信号ＤＰｎと、比較信号ＰＨｎとを入力し、ドライブ信号ＤＰｎが“Ｈ”（論理１）のときに、比較信号ＰＨｎが“Ｌ”（論理０）であったら、劣化信号ＳＤｎを出力する。
このようにして、母線電圧の負側Ｖｎにソースを接続したパワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎをそれぞれ駆動するフォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化検出を、一つの劣化検出手段３０ｎで行う。
【００４３】
本実施例によれば、実施例２に加えて、母線電圧の負側Ｖｎにソースを接続したパワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎをそれぞれ駆動するフォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化検出を、一つの劣化検出手段３０ｎで行うことができるので、劣化検出手段の数を削減でき、コストダウンが可能になるという効果がある。
【００４４】
また、劣化判定手段３３は、フォトカプラのドライブ信号ＤＰと比較器３１の比較信号ＰＨとの排他的論理和（ＸＯＲ）を劣化信号ＳＤとして出力することが好ましい。フォトカプラのドライブ信号ＤＰが“Ｌ”（論理０）のときに、比較器３１の比較信号ＰＨが“Ｈ”（論理１）だった場合は、フォトカプラの劣化とは限らないが、フォトカプラの異常と考えられるので、こうすることにより、フォトカプラの劣化以外の異常も同時に検出することができる。
【００４５】
また、実施例２と同様に、制御部２０は、テストパターン発生手段５２を備え、電力変換装置２が負荷に電力を供給していないときに、テストパターンを発生させて、パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化を検出してもよい。
テストパターン発生手段５２は、パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化をテストするテストパターンを発生する。
テストパターンは、パワースイッチング素子を個別に、一つずつ順次オンさせるように、フォトカプラのドライブ信号ＤＰｕｐ、ＤＰｖｐ、ＤＰｗｐ、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎを発生するが、本実施例においては、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎのいずれかを発生させるときは、ＤＰｎを同時に発生させる。
また、テストパターン発生手段５２は、直流母線の負側に接続されているパワースイッチング素子すべてを同時にオンさせるように、フォトカプラのドライブ信号ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎを発生させてもよいが、本実施例においては、この時も、ＤＰｎを同時に発生させる。
劣化検出手段３０ｕｐ、３０ｖｐ、および３０ｗｐは、フォトカプラ２４ｕｐ、２４ｖｐ、および２４ｗｐの劣化を検出し、劣化検出手段３０ｎは、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化を検出する。
【００４６】
実施例２と同様に、パワースイッチング素子を個別に、一つずつ順次オンさせるように、テストパターンを発生させることにより、負荷であるモータ３に電流を流すことなく、フォトカプラの劣化を検出することができ、直流母線の負側に接続されているパワースイッチング素子すべてを同時にオンさせるように、テストパターンを発生させることにより、それぞれのパワースイッチング素子を駆動するフォトカプラすべてを同時にテストすることもできる。
ただし、直流母線の負側に接続されているパワースイッチング素子すべてを同時にオンさせるように、テストパターンを発生させる場合には、比較器３１ｎは、図９に示す比較器（タイプ３）に代える必要がある。比較器３１ｎは、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの出力電圧ＤＧｕｎ、ＤＧｖｎ、およびＤＧｗｎのいずれか所定の値以上であれば、比較信号ＰＨｎが“Ｈ”（論理１）となるので、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎのいずれか一つまたは二つが劣化していても検出できない。
図９は、比較器（タイプ３）の具体的な回路例である。図９において、３１ｍは比較器（タイプ３）である。比較器３１ｍが比較器３１ｎと異なる点は、比較器３１ｍにはダイオード２９ｕｐ、２９ｖｐ、および２９ｗｐがなく、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎのそれぞれの出力電圧ＤＧｕｎ、ＤＧｖｎ、およびＤＧｗｎが直接、抵抗器２８ｕｎ、２８ｖｎ、および２８ｗｎの一端に接続されている点である。
こうすることにより、出力電圧ＤＧｕｎ、ＤＧｖｎ、およびＤＧｗｎの和が、所定の電圧となったときに、比較器３１ｍの出力である比較信号ＰＨｎが“Ｈ”（論理１）となる。
したがって、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎのいずれか一つが劣化している場合でも検出できる。
しかし、比較器３１ｍでは、直流母線の負側に接続されているパワースイッチング素子を一つずつ順次オンさせて、フォトカプラの劣化を検出することはできない。
【００４７】
電力変換装置においては、通常の運転を行う場合には、直流母線の負側に接続されているパワースイッチング素子は、すべてが同時にオンすることはないので、劣化検出手段３０ｎの比較器は、比較器（タイプ３）、すなわち比較器３１ｍのみで構成することはできない。比較器３１ｍは、パワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎすべてを同時にオンさせるテストパターンを発生させる場合にのみ、有効である。
【実施例４】
【００４８】
本実施例が、実施例３と異なる点は、電力変換装置が、負荷に電力を供給する電力供給線の線間電圧を検出する線間電圧検出回路と、検出された線間電圧に基づいて診断実施可否判定手段とを備えた点である。
図１０は、本発明のフォトカプラの劣化検出手段を適用した電力変換装置の第３の例の概要を説明する図である。図１０において、５０は線間電圧検出回路、５１は診断実施可否判定手段、５２はテストパターン発生手段である。
線間電圧検出回路５０は、負荷に電力を供給する電力供給線の線間電圧を検出し、線間電圧値Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、およびＶｗｕを診断実施可否判定手段５１に出力する。
診断実施可否判定手段５１は、線間電圧値Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、およびＶｗｕを入力し、線間電圧値Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、およびＶｗｕのいずれかが予め設定された値以上の場合には、診断実施不可信号ＴＩＮＨを制御演算部２０のテストパターン発生手段５２へ出力する。
テストパターン発生手段５２は、電力変換装置２が負荷に電力を供給していないときに、パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化をテストするテストパターンを発生する。また、テストパターン発生手段５２は、診断実施不可信号ＴＩＮＨを入力すると、テストパターンの発生を行わない。
テストパターン発生手段５２は、パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラの劣化をテストするテストパターンを発生する。
テストパターンは、パワースイッチング素子を個別に、一つずつ順次オンさせるように、フォトカプラのドライブ信号ＤＰｕｐ、ＤＰｖｐ、ＤＰｗｐ、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎを発生する。本実施例においても実施例３同様、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎのいずれかを発生させるときは、ＤＰｎを同時に発生させる。
また、テストパターン発生手段５２は、直流母線の負側に接続されているパワースイッチング素子すべてを同時にオンさせるように、フォトカプラのドライブ信号ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎを発生させてもよい。本実施例においても実施例３同様、ＤＰｎを同時に発生させる。
劣化検出手段３０ｕｐ、３０ｖｐ、および３０ｗｐは、フォトカプラ２４ｕｐ、２４ｖｐ、および２４ｗｐの劣化を検出し、劣化検出手段３０ｎは、フォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化を検出する。
【００４９】
また、テストパターン発生手段５２は、診断実施不可信号ＴＩＮＨを入力すると、テストパターンの発生を行わない。すなわち、フォトカプラのドライブ信号ＤＰｕｐ、ＤＰｖｐ、ＤＰｗｐ、ＤＰｕｎ、ＤＰｖｎ、およびＤＰｗｎは発生しない。
負荷であるモータ３が回転しているときに、テストパターンを発生すると、モータ３の誘起電圧により、パワースイッチング素子に短絡電流が流れ、その短絡電流によってパワースイッチング素子が破壊されることがある。
例えば、線間電圧値Ｖｕｖが、Ｕ相が正電位、Ｖ相が負電位であったとする。その状態で、パワースイッチング素子２３ｕｎをオンすると、Ｕ相からパワースイッチング素子２３ｕｎを通り、パワースイッチング素子２３ｖｎのフリーホイールダイオードを通ってＶ相に短絡電流が流れる。
その短絡電流がパワースイッチング素子の許容値を超えると、パワースイッチング素子は破壊される。
したがって、そのパワースイッチング素子の許容電流値および負荷のインピーダンスに基づいて、診断実施不可信号ＴＩＮＨを出力する線間電圧値を設定しておけばよい。
他の相に関しても同様である。
【００５０】
本実施例では、実施例３と同様に、母線電圧の負側Ｖｎにソースを接続したパワースイッチング素子２３ｕｎ、２３ｖｎ、および２３ｗｎをそれぞれ駆動するフォトカプラ２４ｕｎ、２４ｖｎ、および２４ｗｎの劣化検出を、一つの劣化検出手段で行う例を示しているが、実施例２と同様に、各パワースイッチング素子にそれぞれ劣化検出手段を備えてもよい。
診断実施不可信号ＴＩＮＨを入力すると、テストパターン発生手段５２がテストパターンの発生を行わない動作以外の動作は、実施例３、または実施例２と同様であるので、省略する。
【００５１】
本実施例によれば、実施例３の効果に加えて、負荷であるモータ３が回転しているときは、テストパターンを発生しないので、パワースイッチング素子が破壊されることはないという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
パワースイッチング素子を駆動するフォトカプラのフォトトランジスタの出力電圧と予め設定された閾値とを比較することによってフォトカプラの劣化を検出することができるので、モータを制御するモータ制御装置、インバータ、可変周波数電源装置という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のフォトカプラの劣化検出手段の概要を説明する図
【図２】本発明のフォトカプラの劣化検出手段の構成要素の比較器の具体的な回路例
【図３】本発明のフォトカプラの劣化検出手段を適用した電力変換装置の第１の例の概要を説明する図
【図４】図３のＡ部の詳細図
【図５】本発明のフォトカプラの劣化検出手段を適用した電力変換装置の第２の例の概要を説明する図
【図６】図５のＢ部の詳細図
【図７】直流母線電圧の負側に接続された複数のパワースイッチング素子をそれぞれ駆動するフォトカプラの劣化検出を一つの劣化検出手段で行う場合の回路例の概要を説明する図
【図８】図７における比較器（タイプ２）の具体的な回路例
【図９】比較器（タイプ３）の具体的な回路例
【図１０】本発明のフォトカプラの劣化検出手段を適用した電力変換装置の実施例の概要を説明する図（その３）
【図１１】従来技術のフォトカプラの劣化検出手段を適用したスイッチング電源装置
【図１２】従来技術のフォトカプラの劣化検出手段を適用した通信装置
【符号の説明】
【００５４】
１  商用電源
２  電力変換装置
３  モータ
２０  制御演算部
２１  整流器
２２  平滑コンデンサ
２３、２３ａ、２３ｕｐ、２３ｖｐ、２３ｗｐ、２３ｕｎ、２３ｖｎ、２３ｗｎ  パワースイッチング素子
２４、２４ａ、２４ｕｐ、２４ｖｐ、２４ｗｐ、２４ｕｎ、２４ｖｎ、２４ｗｎ、４０  フォトカプラ
２５、２５ｕｐ、２５ｖｐ、２５ｗｐ、２５ｕｎ、２５ｖｎ、２５ｗｎ  ゲートドライブ用電源
２６、２６ｕｐ、２６ｖｐ、２６ｗｐ、２６ｕｎ、２６ｖｎ、２６ｗｎ、４５  反転バッファ
２７、２７ｕｐ、２７ｖｐ、２７ｗｐ、２７ｕｎ、２７ｖｎ、２７ｗｎ、２８ｕｎ、２８ｖｎ、２８ｗｎ、４２、４４  抵抗器
２９ｕｐ、２９ｖｐ、２９ｗｐ  ダイオード
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｕｐ、３０ｖｐ、３０ｗｐ、３０ｕｎ、３０ｖｎ、３０ｗｎ  劣化検出手段
３１、３１ｕｐ、３１ｖｐ、３１ｗｐ、３１ｎ  比較器
３２  基準電圧
３３  劣化判定手段
４１、４１ｎ  定電圧ダイオード
４３  コンデンサ
４６  トランジスタ
５０  線間電圧検出回路
５１  診断実施可否判定手段
【図１】
2009071928.tif 000003
【図２】
2009071928.tif 000004
【図３】
2009071928.tif 000005
【図４】
2009071928.tif 000006
【図５】
2009071928.tif 000007
【図６】
2009071928.tif 000008
【図７】
2009071928.tif 000009
【図８】
2009071928.tif 000010
【図９】
2009071928.tif 000011
【図１０】
2009071928.tif 000012
【図１１】
2009071928.tif 000013
【図１２】
2009071928.tif 000014