JP2003199352A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JP2003199352A
JP2003199352A JP2001390867A JP2001390867A JP2003199352A JP 2003199352 A JP2003199352 A JP 2003199352A JP 2001390867 A JP2001390867 A JP 2001390867A JP 2001390867 A JP2001390867 A JP 2001390867A JP 2003199352 A JP2003199352 A JP 2003199352A
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Tomonobu Kawamura
智信 川村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタル処理部のクロック喪失に伴いスイッ
チング素子が損傷に至る危険性を極力低減できる電力変
換装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 直流短絡保護回路11は各相毎に構成さ
れ、これら各相直流短絡保護回路11(U)(V)
(W)およびゲートパルス発生器2A、2Bの各デジタ
ル処理部にそれぞれ独立のクロック信号発生回路20を
備え、いずれかの直流短絡保護回路11でクロック信号
の喪失異常が発生するとクロック喪失信号CLKLSを
送出し、故障相の自己消弧素子(IGBT)をゲートフ
リーズ、他相をゲートオフさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、スイッチング素
子を用いた電力変換装置に係り、特に、そのデジタル処
理回路のクロック喪失に対処する技術に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図8は、例えば、特開2001−197
745号公報に示された、従来の3レベルの電力変換装
置に適用される直流短格保護回路を含めた主回路構成の
一例を示したものである。図8の主回路構成は公知の3
レベルの電力変換装置(コンバータ及びインバータ)の
代表1相分について示しており、6Pおよび6Nは平滑
コンデンサであり、直列接続されて正極P、負極Nおよ
び中性極(中点)Cを有する。GCl〜GC4は第1〜
4の自己消弧素子であり、この正極Pと負極Nとの間に
P側およびN側のアノードリアクトル7Pおよび7Nを
介して直列接続され、この自己消弧素子GC2とGC3
の中点から交流端子ACを得ている。DFl〜DF4は
第1〜4の還流ダイオードであり、各々自己消弧素子G
Cl〜GC4に逆並列に接続されている。DClおよび
DC2は第1および第2の結合ダイオード(クランプダ
イオードと呼ばれることもある)であり、各々自己消弧
素子GClとGC2との中間接続点と中性極Cとの間、
および自己消弧素子GC3とGC4との中間接続点と中
性極Cとの間に接続される。8P、8C及び8Nは直流
電流検出器であり、各々P側、C側およびN側の直流電
流IP、ICおよびINの検出信号をIp、Icおよび
Inとする。ここでの直流電流IP、ICおよびINの
極性を図示方向を正と定義する。
【0003】9は交流電流検出器であり、交流電流IA
Cの検出信号をIacとする。2A、2Bは3レベルの
電力変換装置のコンバータ(インバータ)の代表1相分
のゲートパルス発生器であり、自己消弧素子GCl〜G
C4へのゲートパルス信号GPl〜GP4を発生する。
3、4および5は各々電流レベル判別回路、故障判別回
路および保護処理回路であり、ここでの直流短格保護回
路1とはこれらの3回路によって構成されているものと
する。電流レベル判別回路3において、交流電流信号I
acのレベルはその設定値−βおよび+βに対して各々
比較器CMPlおよびCMP2により、直流電流信号I
pおよびInのレベルは互いに設定値+OClに対して
各々比較器CMP3およびCMP4により、また、両極
性電流である直流電流信号Icのレベルは設定値−OC
lおよび+OClに対して各々比較器CMP5およびC
MP6により比較され、これら各々の判別比較によって
出力される過電流判別信号Iac−β、Iac+β、I
p+OCl、In+OCl、Ic−OClおよびIc+
OClは故障判別回路4へ送られる。
【0004】次に、故障判別回路4において、入力には
電流レベル判別回路3からの各種の上記過電流判別信
号、保護処理回路5からのゲートパルス信号GPIA〜
GP4A、および自己消弧素子GCl〜GC4のゲート
駆動回路GDl〜GD4からの素子故障信号GDIFO
〜GD4FOが与えられ、判別された故障に対して最適
な保護処理モードが選択され、それに応じた出力となる
ゲートオフ信号B1〜B4、B12、B34およびB1
4(Bの後の数字は自己消弧素子GCl〜GC4の番号
に対応している)、一斉点弧信号CPOおよびCNO、
且つ故障信号FO(これらの信号はLレベルで有効)を
発生する。特に、一斉点弧信号CPOおよびCNO、故
障信号FOは他相の直流短格保護回路1の保護処理回路
4と共通化されており、これによって、任意の相の直流
短格保護回路1から出力された一斉点弧信号CPOおよ
びCNO、故障信号FOは他相全ての自己消弧素子GC
l〜GC4において、各々GClおよびGC2の一斉点
弧処理、GC3およびGC4の一斉点弧処理且つGCl
〜GC4のゲートオフ処理を行うことになる。
【0005】次に、保護処理回路5において、ゲートパ
ルス発生器2A、2Bからのゲートパルス信号GPl〜
GP4が各々の保持回路LAl〜LA4を通過した後の
信号をGPIA〜GP4Aとして、保持回路LAl〜L
A4は故障信号FOが有効(Lレベル)即ち故障が検出
された場合には各々同期して、ゲートパルス信号GPl
〜GP4を直前に保持した状態(ゲートフリーズ)で、
また、故障信号FOが無効(Hレベル)即ち正常な場合
には、ゲートパルス信号GPl〜GP4をそのままの状
態で、出力信号GPIA〜GP4Aを故障判別回路4お
よびゲート論理回路5Aへ送る。更に、ゲート論理回路
5Aは、故障判別回路4からのゲートオフ信号B1〜B
4、B12、B34およびB14、自相または他相から
の一斉点弧信号CPOおよびCNO、且つゲートパルス
信号GPIA〜GP4Aに基づき、自相または他相から
の一斉点弧信号CPOまたはCNOが有効(Lレベル)
即ち一斉点弧処理する場合には、各々自己消弧素子GC
l〜GC4のスイッチング状態における動作時間が最短
となるように、またゲートオフ信号Bl〜B4、B1
2、B34およびB14のいずれかまたは複数が有効
(Lレベル)即ち選択的或いは一斉的に自己消弧素子G
Cl〜GC4をゲートオフ処理する場合には、外側の自
己消弧素子GClおよびGC4を優先的にオフさせた後
に内側の自己消弧素子GC2およびGC3をオフさせる
ように論理回路が組まれており、その出力信号GP1B
〜GP4Bをゲート駆動回路GDl〜GD4に与えて、
自己消弧素子GCl〜GC4のゲートを制御している。
最後に、ゲート駆動回路GDl〜GD4は、各々自己消
弧素子GCl〜GC4のオフゲート電流の過電流レベル
或いはオフゲート電圧レベルの低下を監視して素子の故
障を検出するようにしており、この素子故障信号GD1
FO〜GD4FO(Lレベルで有効)を故障判別回略4
へ送る。
【0006】以上のように、直流短絡保護回路1は、電
力変換装置の自己消弧素子GCl〜GC4へのゲートパ
ルス信号GPl〜GP4の状態、各相の直流電流信号I
p、InおよびIcのレベル、交流電流信号Iacのレ
ベル、且つ自己消弧素子GCl〜GC4白身の故障信号
GD1FO〜GD4FOからなる直流短絡の発生の予測
手段、もしくは直流短絡初期における故障素子の特定お
よび健全素子の適切な保護手段、そして異系検出による
2重系の直流短格保護手段ないし他相への一斉点弧手段
を可能としている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したゲ
ートパルス発生器や直流短絡保護回路を構成するデジタ
ル処理部を動作させるためのクロック周波数がノイズ等
の影響で喪失した場合、従来の電力変換装置におけるク
ロック喪失対策では、必ずしも適切な保護機能を備えて
いないため、上記電力変換装置の暴走運転によってシス
テム全体に致命的な損害をもたらす可能性があった。以
下、このクロック喪失時の動作に着目し、従来の問題点
を図9、10を参照して説明する。
【0008】図9は、クロック信号発生回路に着目した
従来の電力変換装置の一例を示す回路図で、クロック信
号発生回路以外の図8と同等部分は適宜図示を省略し、
また3相分全体を簡略法で図示している。図において、
10は集中的に設けられたクロック信号発生回路で、そ
の水晶発振器OSCから各相のゲートパルス発生器2
A、2Bおよび故障判別回路4の、特にフリップフロッ
プ使用による順序回路にて実現し得るデジタル処理部に
クロック信号が供給される。10Aは水晶発振器OSC
からのクロック信号を監視し、同信号が途絶えたときこ
れを検出してクロック喪失信号CLKLS(喪失時Lレ
ベル)を出力するクロック監視回路である。このクロッ
ク喪失信号CLKLSと故障判別回路4内での故障信号
FO(故障時Lレベル)とのAND出力となる故障信号
FOA(故障時Lレベル)がゲートパルス発生器2A、
2Bに送出される。
【0009】今、水晶発振器OSCからのクロック信号
が途絶えると、クロック監視回路10Aがそれを検出し
クロック喪失信号CLKLSが有効(Lレベル)、従っ
て、故障信号FOAが有効(Lレベル)となって、全相
の自己消弧素子GC1〜GC4を一斉ゲートオフさせる
保護処理がなされる。しかるにこの場合、クロック喪失
発生から喪失検出までの期間において、クロック喪失発
生の影響が全相のデジタル処理部に及び、それに基づく
誤パルス状態が発生する可能性があり、最悪の場合、全
相直流短絡に至り上記本来の保護処理によるゲートオフ
動作が間に合わず、保護処理に失敗する危険性がある。
この危険性を減らすため、クロック喪失の検出速度を速
める対策が一応考えられるが、この場合、ノイズ等の影
響でクロック喪失を誤検出する機会が増え、装置本来の
動作が不安定なものとならざるを得ない。
【0010】図10は、同じくクロック信号発生回路に
着目した従来の電力変換装置であるが、図9とは異なる
回路構成のものである。なお、ここでもクロック信号発
生回路以外の図8と同等部分は適宜図示を省略してい
る。また、クロック信号発生回路10は図9のそれと同
様であるが、保護回路とともに各相毎に設けられており
図は主回路部分を除いて1相分を示している。
【0011】この装置において、任意の相でクロック信
号が喪失すると、クロック喪失信号CLKLSが有効
(Lレベル)となり、更に故障信号FOAが有効(Lレ
ベル)となってゲートパルス発生器2A、2Bに送ら
れ、例えば、故障相をゲートフリーズ、他相をゲートオ
フする保護処理が行われる。ところで、上記した保護処
理の場合、故障相のみを考えた場合、クロック喪失検出
に基づく故障信号FOAを、保護処理回路としては上流
側に位置するゲートパルス発生器2A、2Bに導入する
が、このゲートパルス発生器2A、2Bの下流側には、
図8で説明したように、個々の条件を加味することで健
全素子を適切に保護するための保護処理回路5が存在す
る。このため、この保護処理の過程でクロック喪失に基
づく誤パルスが発生すると、保護処理動作に失敗し、故
障相の健全なはずの素子が破壊される危険性がある。最
悪の場合、故障相で生じた直流短絡が、他相へ波及し被
害をもたらす事態ともなる。
【0012】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、デジタル処理部のクロック喪失
に伴いスイッチング素子が損傷に至る危険性を極力低減
できる電力変換装置を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電力変換
装置は、スイッチング素子を備え直流交流間で電力変換
を行う電力変換主回路、上記スイッチング素子をオンオ
フ制御する制御ゲート信号を発生し上記スイッチング素
子に送出する制御ゲート信号発生回路、上記電力変換主
回路の任意の相で発生する故障および自回路を構成する
デジタル処理部のクロック喪失を検出し、上記故障また
はクロック喪失を検出したとき上記スイッチング素子を
保護するための保護ゲート信号を作成し上記制御ゲート
信号に替わって上記スイッチング素子に送出する保護処
理回路を備えた電力変換装置において、上記保護処理回
路を各相毎に構成するとともに、上記各相の保護処理回
路および上記制御ゲート信号発生回路の各デジタル処理
部にそれぞれ独立のクロック発生回路を備え、上記保護
処理回路は、上記故障または上記各相保護処理回路のい
ずれかのクロック喪失を検出したとき上記保護ゲート信
号を作成し上記制御ゲート信号に替わって上記スイッチ
ング素子に送出するようにしたものである。
【0014】この発明に係る電力変換装置は、上記クロ
ック喪失を検出したとき上記スイッチング素子を保護す
るためのクロック喪失保護ゲート信号を作成し上記保護
ゲート信号に優先して上記スイッチング素子に送出する
クロック喪失保護回路を備えたものである。
【0015】この発明に係る電力変換装置は、上記保護
処理回路を各相毎に構成するとともに、上記各相の保護
処理回路および上記制御ゲート信号発生回路の各デジタ
ル処理部にそれぞれ独立のクロック発生回路を備え、上
記各相の保護処理回路では、自相のクロック喪失を検出
したとき上記制御ゲート信号発生回路または他相の保護
処理回路のクロック発生回路からクロック信号を取り込
むようにしたものである。
【0016】この発明に係る電力変換装置の電力変換主
回路を、正極、中性極および負極の各直流端子間に分割
して直列に接続された平滑コンデンサと、上記正極負極
直流端子間に直列接続された第1〜第4の自己消弧素子
と、上記第1〜第4の各自己消弧素子のそれぞれに逆並
列接続された第1〜第4の還流ダイオードと、上記第1
第2の自己消弧素子の接続点および第3第4の自己消弧
素子の接続点と上記中性極直流端子との間に接続された
第1、第2の結合ダイオードとから構成したものであ
る。
【0017】この発明に係る電力変換装置は、その電力
変換主回路を、正極、中性極および負極の各直流端子間
に分割して直列に接続された平滑コンデンサと、上記正
極負極直流端子間に直列接続された第1〜第4の自己消
弧素子と、上記第1〜第4の各自己消弧素子のそれぞれ
に逆並列接続された第1〜第4の還流ダイオードと、上
記第1第2の自己消弧素子の接続点および第3第4の自
己消弧素子の接続点と上記中性極直流端子との間に接続
された第1、第2の結合ダイオードとから構成した場
合、保護処理回路は、クロック喪失を検出した相の上記
第1〜第4の自己消弧素子は直前の制御ゲート信号を保
持(ゲートフリーズ)させ、他相の全自己消弧素子はオ
フさせる保護ゲート信号を送出するものである。
【0018】この発明に係る電力変換装置は、その電力
変換主回路を、正極、中性極および負極の各直流端子間
に分割して直列に接続された平滑コンデンサと、上記正
極負極直流端子間に直列接続された第1〜第4の自己消
弧素子と、上記第1〜第4の各自己消弧素子のそれぞれ
に逆並列接続された第1〜第4の還流ダイオードと、上
記第1第2の自己消弧素子の接続点および第3第4の自
己消弧素子の接続点と上記中性極直流端子との間に接続
された第1、第2の結合ダイオードとから構成した場
合、クロック喪失保護回路は、上記第1、第4の自己消
弧素子をオフさせるクロック喪失保護ゲート信号を送出
するものである。
【0019】この発明に係る電力変換装置は、クロック
喪失の検出を外部に表示するクロック喪失表示回路を備
えたものである。
【0020】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1における電力変換装置を示す回路構成図で
ある。図において、2A、2Bは、3レベルの電力変換
装置の主回路の自己消弧素子(スイッチング素子)をオ
ンオフ制御する制御ゲート信号を発生する制御ゲート信
号発生回路としてのゲートパルス発生器で、図示は省略
しているが、後述する各相の直流短絡保護回路1とは独
立のクロック信号発生回路を備えてそのクロック信号で
動作する。なお、上記主回路の内部構成は従来の図8の
ものと同一であるのでここでは図示を省略している。1
1は各相U、V、W毎に設けられた直流短絡保護回路
で、従来の図9のクロック信号発生回路10に相当する
クロック信号発生回路20と、電流レベル判別回路3に
相当する電流レベル判別回路13と、故障判別回路4に
相当する故障判別回路14と、保護処理回路15とから
構成されている。なお、この保護処理回路15は、従来
の図9のゲートパルス発生器2A、2Bに含有されてい
た機能の内、各相個別の部分を取り出した部分が相当す
る。GDは各相毎に設けられたゲート駆動回路である。
以上のように、各相のクロック信号発生回路20および
ゲートパルス発生器2A、2Bは、それぞれ個別の水晶
発振器OSCを内蔵し、各OSCからのクロック信号で
運転される構成である。なお、図示は省略しているが、
従来の場合と同様、クロック信号発生回路20でクロッ
ク信号が喪失して発せられるクロック喪失信号CLKL
Sは、故障判別回路14内での故障信号FOとのAND
出力がとられ故障信号FOAとしてゲートパルス発生器
2A、2Bに送出される。
【0021】次に、クロック信号喪失時の動作について
説明する。任意の相でクロック喪失異常が発生すると、
その故障相の故障信号FOAが有効(Lレベル)となっ
てゲートパルス発生器2A、2Bに送られ、全相の自己
消弧素子GC1〜GC4を一斉ゲートオフさせる保護処
理を行う。保護動作のより確実な達成を図る意味では、
故障相をゲートフリーズ(ゲートパルス信号を直前の状
態に保持する)、他相をゲートオフさせる保護処理を行
う。以上のように、この実施の形態1では、直流短絡保
護回路11のデジタル処理部が各相独立に設けられたク
ロック信号発生回路20からのクロック信号で動作する
ので、少なくとも故障相以外の他相の保護動作は正常に
処理され、最悪故障相の被害はあっても、他相の健全素
子は確実に保護できるという利点がある。故障相も、そ
の保護処理をゲートフリーズとすることで、無理なゲー
トオフ動作を強制することが無く被害を最小限に留める
ことができる。
【0022】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2における電力変換装置を示す回路構成図である。図
では電力変換装置の主回路以外は1相分を示す。図2に
おいて、20は水晶発振器OSCとクロック監視回路2
0Aとを備えたクロック信号発生回路で、従来の図10
のクロック信号発生回路10に相当し、直流短絡保護回
路21を構成する電流レベル判別回路13は電流レベル
判別回路3に相当し、故障判別回路14は故障判別回路
4に相当し、ゲート論理回路25Aはゲート論理回路5
Aに相当する。26は、保護処理回路25内の後段に設
けられたクロック喪失保護回路で、クロック喪失信号C
LKLSが有効(Lレベル)となると直ちに自己消弧素
子GC1およびGC4にゲートオフ信号(クロック喪失
保護ゲート信号)を送出する。
【0023】この実施の形態2の発明は、従来の図10
で示す電力変換装置の問題点を解決するものである。即
ち、故障相でクロック喪失異常が発生した場合、クロッ
ク監視回路20Aがこれを検出してクロック喪失信号C
LKLSを有効(Lレベル)とし、故障信号FOAが有
効(Lレベル)となって上流のゲートパルス発生器2
A、2Bに導入され、更に、その下流のゲート論理回路
25Aで保護処理が実行される過程でそのデジタル処理
部がクロック喪失により誤パルスを発生して直流短絡を
招く可能性が生じるが、この図2の場合は、クロック喪
失信号CLKLSが直接クロック喪失保護回路26に導
入され、ゲート論理回路25Aからのゲート信号に優先
して自己消弧素子GC1およびGC4をゲートオフさせ
るゲート信号を送出するので、故障相における直流短絡
が未然に防止され、故障相の健全素子も確実に保護され
ることになる。
【0024】実施の形態3.先の図1または図2のクロ
ック監視回路20Aの構成例を実施の形態3として図3
を参照して説明する。ここでは、単安定マルチバイブレ
ータ用IC(例えば、東芝製TC74HC4538A)
を用いて、その外付けコンデンサCxおよび抵抗Rxと
で表される時定数Cx・Rxが充分大きく、コンデンサ
Cxの放電時間とIC内部の遅延時間が無視出来る場
合、入力Aへの入力信号の立ち上がりエッジをトリガに
して出力Qからパルス幅tw=0.70・Cx・Rxの
パルスが出力されることを利用するものである。本回路
のように入力Aヘクロック信号を入力させると共に、出
力パルス幅より短いサイクルでトリガが継続されるよう
に時定数Cx・Rxを設定するならば、クロック信号が
連続的に入力される場合には出力QはHレベルを保ち、
クロック信号がある一定期間断絶ないし停止した場合に
は出力QはLレベルとなる。
【0025】また、出力Qからの信号に対して、保持回
路LBlは出力Qの信号が有効(Lレベル)即ちクロッ
ク信号の異常が検出された場合にはLレベルの保持状態
となり、出力Qの信号が無効(Hレベル)即ちクロック
信号が正常な場合にはそのままHレベルの状態となっ
て、クロック喪失信号CLKLSとして送出する。更
に、クロック喪失信号CLKLSを発光ダイオードLE
Dのカソードに、電源電圧VCCを発光ダイオードLE
Dのアノードに接続することによって、クロック喪失信
号CLKLSがLレベルの保持状態となった場合に発光
ダイオードLEDは導通して発光することになる(クロ
ック喪失信号CLKLSがHレベルを保っている場合は
発光ダイオードLEDは消灯している)。なお、この発
光ダイオードLEDの発光色は、故障または異常状態を
示すための赤色が望ましい。変形例として、クロック監
視回路20Aの保持回路LBlはなくてもよい。また、
保持回路LBlまたは発光ダイオードLEDはクロック
監視回路20A以外の回路に設けられてもよい。このよ
うに、直流短絡保護回路にクロック信号の喪失異常を認
知させるための表示機能を設けることで、クロック信号
の正常或いは異常の状態が一目で分かる、信頼性の高い
電力変換装置が得られる。
【0026】実施の形態4.図4はこの発明の実施の形
態4における電力変換装置を示す回路構成図である。先
の実施の形態1の図1を更に発展変形させたものであ
る。即ち、各相直流短絡保護回路41(U)(V)
(W)およびゲートパルス発生器2A、2Bはそれぞれ
独立にクロック信号発生回路を備えているが、更に、
(**)印で示すように、ゲートパルス発生器2A、2
Bで発生するクロック信号を各相の直流短絡保護回路4
1(U)(V)(W)に送出して二重系の構成としてい
る。
【0027】図5は、図4の直流短絡保護回路41の代
表1相分を示したものである。図において、各相のクロ
ック信号発生回路40内では、水晶発振器OSC1から
の第1のクロック信号はクロック監視回路40Aに入り
更に当該相の故障判別回路24および保護処理回路15
のデジタル処理部にに供給されるが、ゲートパルス発生
器2A、2B内の水晶発振器OSC2からの第2のクロ
ック信号がクロック監視回路40Aに取り込まれる。
【0028】図6はこのクロック監視回路40Aの内部
構成を示す図である。図において、上段の、水晶発振器
OSC1からの第1のクロック信号の喪失検出および喪
失時の表示機能に係る部分は、先の図3と同様であるの
で説明を省略する。同図下段は、水晶発振器OSC1か
らの第1のクロック信号とクロック喪失信号CLKLS
との論理積をとるAND1、水晶発振器OSC2からの
第2のクロック信号とクロック喪失信号CLKLSの反
転信号との論理積をとるAND2と、両AND1、2の
論理和をとるORとから構成されている。
【0029】次に動作について説明する。クロック喪失
信号CLKLSが無効(Hレベル)、即ち、自相の第1
のクロック信号が正常な場合は、AND2の出力は常時
Lレベルであり、AND1の出力、即ち、第1のクロッ
ク信号がそのままORのクロック出力信号CLKとして
各デジタル処理部に供給される。ここで、クロック喪失
信号CLKLSが有効(Lレベル)、即ち、自相の第1
のクロック信号が異常となった場合は、逆に、AND1
の出力が常時Lレベルとなり、AND2の出力、即ち、
第2のクロック信号がそのままORのクロック出力信号
CLKとして各デジタル処理部に供給される。従って、
この実施の形態4では、任意の相における直流短絡保護
回路41のデジタル処理部を動作させるクロック信号に
喪失異常が生じても、直ちに、ゲートパルス発生器2
A、2Bからのクロック信号が供給され、安定継続した
動作が得られる。
【0030】図7は、図6の変形例であるクロック監視
回路50Aの内部構成を示す図である。ここでは、クロ
ック喪失信号CLKLSによって動作するアナログスイ
ッチASを使用している。クロック喪失信号CLKLS
が無効(Hレベル)、即ち、自相の第1のクロック信号
が正常な場合は、スイッチSAがON(スイッチSBが
OFF)となり、第1のクロック信号がそのままASの
クロック出力信号CLKとして各デジタル処理部に供給
される。ここで、クロック喪失信号CLKLSが有効
(Lレベル)、即ち、自相の第1のクロック信号が異常
となった場合は、逆に、スイッチSBがON(スイッチ
SAがOFF)となり、第2のクロック信号がそのまま
ASのクロック出力信号CLKとして各デジタル処理部
に供給される。従って、先の図6のクロック監視回路4
0Aの場合と同様、完全な二重系によるクロック信号の
安定供給が得られ、常に確実な保護動作が確保されるわ
けである。
【0031】なお、上記図6、7では、自相の水晶発振
器OSC1からのクロック信号が喪失した場合、ゲート
パルス発生器2A、2Bの水晶発振器OSC2からのク
ロック信号に切り換えるようにしたが、他相の水晶発振
器OSC1からのクロック信号に切り換えるようにして
もよい。また、両発信器のクロック周波数が異なる場合
は、一方または両者の信号ラインに適宜分周回路を設け
ることで支障のないデジタル動作が確保される。
【0032】また、上記各実施の形態では、スイッチン
グ素子としてIGBTを使用した3レベル電力変換装置
に適用した場合について説明したが、この発明は、これ
に限られるものではなく、クロック信号で動作するデジ
タル処理部を有する制御機構を備えた、種々のスイッチ
ング素子からなる電力変換装置に広く適用でき同等の効
果を奏するものである。
【0033】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る電力変換
装置は、スイッチング素子を備え直流交流間で電力変換
を行う電力変換主回路、上記スイッチング素子をオンオ
フ制御する制御ゲート信号を発生し上記スイッチング素
子に送出する制御ゲート信号発生回路、上記電力変換主
回路の任意の相で発生する故障および自回路を構成する
デジタル処理部のクロック喪失を検出し、上記故障また
はクロック喪失を検出したとき上記スイッチング素子を
保護するための保護ゲート信号を作成し上記制御ゲート
信号に替わって上記スイッチング素子に送出する保護処
理回路を備えた電力変換装置において、上記保護処理回
路を各相毎に構成するとともに、上記各相の保護処理回
路および上記制御ゲート信号発生回路の各デジタル処理
部にそれぞれ独立のクロック発生回路を備え、上記保護
処理回路は、上記故障または上記各相保護処理回路のい
ずれかのクロック喪失を検出したとき上記保護ゲート信
号を作成し上記制御ゲート信号に替わって上記スイッチ
ング素子に送出するようにしたので、各相独立の保護処
理が行え、クロック喪失が発生しても、最悪故障相のみ
の被害でくい止められ他相の健全素子の保護が確保され
る。
【0034】この発明に係る電力変換装置は、上記クロ
ック喪失を検出したとき上記スイッチング素子を保護す
るためのクロック喪失保護ゲート信号を作成し上記保護
ゲート信号に優先して上記スイッチング素子に送出する
クロック喪失保護回路を備えたので、クロック喪失に伴
う保護処理回路内の誤動作に起因する直流短絡が未然に
防止され、故障相の健全素子も確実に保護される。
【0035】この発明に係る電力変換装置は、上記保護
処理回路を各相毎に構成するとともに、上記各相の保護
処理回路および上記制御ゲート信号発生回路の各デジタ
ル処理部にそれぞれ独立のクロック発生回路を備え、上
記各相の保護処理回路では、自相のクロック喪失を検出
したとき上記制御ゲート信号発生回路または他相の保護
処理回路のクロック発生回路からクロック信号を取り込
むようにしたので、二重系によるクロック信号の安定供
給が得られ、常に確実な保護動作が確保される。
【0036】この発明に係る電力変換装置の電力変換主
回路を、正極、中性極および負極の各直流端子間に分割
して直列に接続された平滑コンデンサと、上記正極負極
直流端子間に直列接続された第1〜第4の自己消弧素子
と、上記第1〜第4の各自己消弧素子のそれぞれに逆並
列接続された第1〜第4の還流ダイオードと、上記第1
第2の自己消弧素子の接続点および第3第4の自己消弧
素子の接続点と上記中性極直流端子との間に接続された
第1、第2の結合ダイオードとから構成したので、いわ
ゆる3レベル電力変換装置への本発明の適用が実現す
る。
【0037】この発明に係る電力変換装置は、その電力
変換主回路を、正極、中性極および負極の各直流端子間
に分割して直列に接続された平滑コンデンサと、上記正
極負極直流端子間に直列接続された第1〜第4の自己消
弧素子と、上記第1〜第4の各自己消弧素子のそれぞれ
に逆並列接続された第1〜第4の還流ダイオードと、上
記第1第2の自己消弧素子の接続点および第3第4の自
己消弧素子の接続点と上記中性極直流端子との間に接続
された第1、第2の結合ダイオードとから構成した場
合、保護処理回路は、クロック喪失を検出した相の上記
第1〜第4の自己消弧素子は直前の制御ゲート信号を保
持(ゲートフリーズ)させ、他相の全自己消弧素子はオ
フさせる保護ゲート信号を送出するので、3レベル電力
変換装置において、各相独立の保護処理が行え、クロッ
ク喪失が発生しても、最悪故障相のみの被害でくい止め
られ他相の健全素子の保護が確保される。
【0038】この発明に係る電力変換装置は、その電力
変換主回路を、正極、中性極および負極の各直流端子間
に分割して直列に接続された平滑コンデンサと、上記正
極負極直流端子間に直列接続された第1〜第4の自己消
弧素子と、上記第1〜第4の各自己消弧素子のそれぞれ
に逆並列接続された第1〜第4の還流ダイオードと、上
記第1第2の自己消弧素子の接続点および第3第4の自
己消弧素子の接続点と上記中性極直流端子との間に接続
された第1、第2の結合ダイオードとから構成した場
合、クロック喪失保護回路は、上記第1、第4の自己消
弧素子をオフさせるクロック喪失保護ゲート信号を送出
するので、3レベル電力変換装置において、クロック喪
失に伴う保護処理回路内の誤動作に起因する直流短絡が
未然に防止され、故障相の健全素子も確実に保護され
る。
【0039】この発明に係る電力変換装置は、クロック
喪失の検出を外部に表示するクロック喪失表示回路を備
えたので、クロック喪失の異常有無が直ちに判別でき、
電力変換装置の動作の信頼性向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における電力変換装
置を示す回路構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態2における電力変換装
置を示す回路構成図である。
【図3】 この発明の実施の形態3として説明するクロ
ック監視回路を示す回路構成図である。
【図4】 この発明の実施の形態4における電力変換装
置を示す回路構成図である。
【図5】 図4の代表1相分を中心に示す回路構成図で
ある。
【図6】 図5のクロック監視回路を示す回路構成図で
ある。
【図7】 図5のクロック監視回路の、図6とは異なる
例を示す回路構成図である。
【図8】 従来の電力変換装置における直流短絡保護回
路を中心に示す回路構成図である。
【図9】 従来の電力変換装置におけるクロック信号発
生回路を中心に示す回路構成図である。
【図10】 従来の電力変換装置におけるクロック信号
発生回路を中心に示す、図9とは異なる回路構成図であ
る。
【符号の説明】
11,21,41 直流短絡保護回路、2A,2B ゲ
ートパルス発生器、14,24 故障判別回路、15,
25 保護処理回路、15A,25A ゲート論理回
路、20,40 クロック信号発生回路、20A,40
A,50A クロック監視回路、26 クロック喪失保
護回路、OSC 水晶発振器、CLKLS クロック喪
失信号、FO,FOA 故障信号。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子を備え直流交流間で電
    力変換を行う電力変換主回路、上記スイッチング素子を
    オンオフ制御する制御ゲート信号を発生し上記スイッチ
    ング素子に送出する制御ゲート信号発生回路、上記電力
    変換主回路の任意の相で発生する故障および自回路を構
    成するデジタル処理部のクロック喪失を検出し、上記故
    障またはクロック喪失を検出したとき上記スイッチング
    素子を保護するための保護ゲート信号を作成し上記制御
    ゲート信号に替わって上記スイッチング素子に送出する
    保護処理回路を備えた電力変換装置において、 上記保護処理回路を各相毎に構成するとともに、上記各
    相の保護処理回路および上記制御ゲート信号発生回路の
    各デジタル処理部にそれぞれ独立のクロック発生回路を
    備え、上記保護処理回路は、上記故障または上記各相保
    護処理回路のいずれかのクロック喪失を検出したとき上
    記保護ゲート信号を作成し上記制御ゲート信号に替わっ
    て上記スイッチング素子に送出するようにしたことを特
    徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】 スイッチング素子を備え直流交流間で電
    力変換を行う電力変換主回路、上記スイッチング素子を
    オンオフ制御する制御ゲート信号を発生し上記スイッチ
    ング素子に送出する制御ゲート信号発生回路、上記電力
    変換主回路の任意の相で発生する故障および自回路を構
    成するデジタル処理部のクロック喪失を検出し、上記故
    障またはクロック喪失を検出したとき上記スイッチング
    素子を保護するための保護ゲート信号を作成し上記制御
    ゲート信号に替わって上記スイッチング素子に送出する
    保護処理回路を備えた電力変換装置において、 上記クロック喪失を検出したとき上記スイッチング素子
    を保護するためのクロック喪失保護ゲート信号を作成し
    上記保護ゲート信号に優先して上記スイッチング素子に
    送出するクロック喪失保護回路を備えたことを特徴とす
    る電力変換装置。
  3. 【請求項3】 スイッチング素子を備え直流交流間で電
    力変換を行う電力変換主回路、上記スイッチング素子を
    オンオフ制御する制御ゲート信号を発生し上記スイッチ
    ング素子に送出する制御ゲート信号発生回路、上記電力
    変換主回路の任意の相で発生する故障を検出し、上記故
    障を検出したとき上記スイッチング素子を保護するため
    の保護ゲート信号を作成し上記制御ゲート信号に替わっ
    て上記スイッチング素子に送出する保護処理回路を備え
    た電力変換装置において、 上記保護処理回路を各相毎に構成するとともに、上記各
    相の保護処理回路および上記制御ゲート信号発生回路の
    各デジタル処理部にそれぞれ独立のクロック発生回路を
    備え、上記各相の保護処理回路では、自相のクロック喪
    失を検出したとき上記制御ゲート信号発生回路または他
    相の保護処理回路のクロック発生回路からクロック信号
    を取り込むようにしたことを特徴とする電力変換装置。
  4. 【請求項4】 電力変換主回路を、正極、中性極および
    負極の各直流端子間に分割して直列に接続された平滑コ
    ンデンサと、上記正極負極直流端子間に直列接続された
    第1〜第4の自己消弧素子と、上記第1〜第4の各自己
    消弧素子のそれぞれに逆並列接続された第1〜第4の還
    流ダイオードと、上記第1第2の自己消弧素子の接続点
    および第3第4の自己消弧素子の接続点と上記中性極直
    流端子との間に接続された第1、第2の結合ダイオード
    とから構成したことを特徴とする請求項1ないし3のい
    ずれかに記載の電力変換装置。
  5. 【請求項5】 電力変換主回路を、正極、中性極および
    負極の各直流端子間に分割して直列に接続された平滑コ
    ンデンサと、上記正極負極直流端子間に直列接続された
    第1〜第4の自己消弧素子と、上記第1〜第4の各自己
    消弧素子のそれぞれに逆並列接続された第1〜第4の還
    流ダイオードと、上記第1第2の自己消弧素子の接続点
    および第3第4の自己消弧素子の接続点と上記中性極直
    流端子との間に接続された第1、第2の結合ダイオード
    とから構成した場合、 保護処理回路は、クロック喪失を検出した相の上記第1
    〜第4の自己消弧素子は直前の制御ゲート信号を保持
    (ゲートフリーズ)させ、他相の全自己消弧素子はオフ
    させる保護ゲート信号を送出することを特徴とする請求
    項1記載の電力変換装置。
  6. 【請求項6】 電力変換主回路を、正極、中性極および
    負極の各直流端子間に分割して直列に接続された平滑コ
    ンデンサと、上記正極負極直流端子間に直列接続された
    第1〜第4の自己消弧素子と、上記第1〜第4の各自己
    消弧素子のそれぞれに逆並列接続された第1〜第4の還
    流ダイオードと、上記第1第2の自己消弧素子の接続点
    および第3第4の自己消弧素子の接続点と上記中性極直
    流端子との間に接続された第1、第2の結合ダイオード
    とから構成した場合、 クロック喪失保護回路は、上記第1、第4の自己消弧素
    子をオフさせるクロック喪失保護ゲート信号を送出する
    ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。
  7. 【請求項7】 クロック喪失の検出を外部に表示するク
    ロック喪失表示回路を備えたことを特徴とする請求項1
    ないし6のいずれかに記載の電力変換装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008104064A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Omron Corp インタフェイス回路およびインタフェイス回路の動作方法
JP2011147316A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 3レベル電力変換装置
US11770066B2 (en) 2021-06-11 2023-09-26 Hamilton Sundstrand Corporation Protection circuitry for power converters

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