JP2004357437A - Power converter and failure diagnosis method for the same - Google Patents

Power converter and failure diagnosis method for the same Download PDF

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Masafumi Nakamura
雅史 中村
Takuji Shimoura
拓二 下浦
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter that is relatively simple in constitution, does not break a sound power device and has an element fault diagnosis function high in reliability, and to provide a fault diagnosis method for the same. <P>SOLUTION: The power converter comprises a DC power supply 1, a smoothing capacitor 2 for smoothing an output voltage of the DC power supply 1, an inversion circuit 3 that is constituted by bridge-connecting the power devices of a positive side and a negative side for converting the smoothed DC voltage to an AC voltage, a voltage lowering means that lowers the DC voltage, and a diagnosis circuit 9 that diagnoses a fault of the power device. The diagnosis means selectively turns on the power device of the inversion circuit 3 when the DC voltage is not higher than a prescribed value, and detects a variation in the electrical quantity of the smoothing capacitor 2 or the inversion circuit 3, thus diagnosing the fault of the power device. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己消弧形パワーデバイスで構成される電力変換装置及びその故障診断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自励式電力変換装置に用いられるパワーデバイスの短絡故障またはオープン故障を自己診断するためには、通電状態で変換回路の上下アームのパワーデバイスを交互にオンオフし、そのときの各部の電圧の変化を検出する手法が知られているが、例えば何れかのパワーデバイスが短絡異常の状態でこの手法を用いると、過大電流が流れ、健全なパワーデバイスまでも破壊してしまう恐れがある。このため、個々のパワーデバイスの制御端子と第2端子間の電圧を検出し、この電圧が所定値を超えた場合に、対応する側のパワーデバイスを遮断させるようにし、短絡電流が流れる前にパワーデバイスを素早く保護するなどの対策が考えられている(例えば特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−23683号公報(第9−11頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような対策を行うと、パワーデバイスの制御端子と第2端子間に各々電圧検出器を設けなくてはならない為回路が複雑となるばかりでなく、個々の電圧検出器の信頼性や検出精度によっては、やはりパワーデバイスを過電流、あるいは電流遮断時の過電圧で破壊させてしまう恐れがあった。
【0005】
従って、本発明は上記問題を鑑み為されたもので、比較的簡単な構成で、且つ、健全なパワーデバイスを破壊することのない、信頼性の高い素子故障診断機能を備えた電力変換装置及びその故障診断方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、直流電源と、この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路と、前記直流電圧を低下させる電圧低減手段と、前記パワーデバイスの故障を診断する診断手段とを具備し、前記診断手段は、前記直流電圧が所定値以下のとき、前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする。
【0007】
また、上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置の故障診断方法は、直流電源と、この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路と、前記直流電圧を低下させる電圧低減手段とを具備した電力変換装置において、前記直流電圧が所定値以下のとき、前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、比較的簡単な電圧低減手段を付加することにより、健全なパワーデバイスを破壊することのない、信頼性の高い素子故障診断機能を備えた電力変換装置及びその故障診断方法を提供することが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下に、本発明による電力変換装置の第1の実施の形態を図1を参照して説明する。図1は本発明の電力変換装置のブロック構成図である。
【0010】
交流電圧をダイオードからなる整流回路1により直流電圧に変換し、変換された直流電圧は平滑コンデンサ2により平滑される。この平滑された直流電圧は、逆変換回路3により任意の周波数、電圧の交流電圧に変換される。逆変換回路3は、パワーデバイスIGBTU、IGBTX、IGBTV及びIGBTYをブリッジ接続たもので構成され、夫々のパワーデバイスはゲート制御回路4によりオンまたはオフするタイミングが制御される。パワーデバイスIGBTU及びIGBTVを正側のパワーデバイスと呼び、パワーデバイスIGBTX及びIGBTYを負側のパワーデバイスと呼ぶ。これらのパワーデバイスにはフライホイールダイオードが逆並列に接続されている。
【0011】
ゲート制御回路4には逆変換回路3の出力を制御するための信号が他の制御回路から入力されるが、ここでは図示を省略している。また、図1では簡単のため、逆変換回路3は単相出力としているが、3相出力でも以下の説明は変わらない。
【0012】
整流回路1と平滑コンデンサ2の間に設けられた、直流抵抗5とバイパス開閉器8で構成される並列回路はプリチャージ回路と呼ばれ、電力変換装置に交流入力電圧が供給されたときに、平滑コンデンサ2に流れる突入電流を抑制するための回路である。バイパス制御回路6は直流電圧検出器7で平滑コンデンサ2と放電抵抗器10で構成される並列回路の両端の電圧を検出し、平滑コンデンサ2が所定の電圧まで充電されてプリチャージが完了したときに、バイパス開閉器8をオンすることにより、直流抵抗5をバイパスする。診断回路9は逆変換回路3のパワーデバイスIGBTU、IGBTX、IGBTV及びIGBTYの故障診断を行う。
【0013】
以下、バイパス制御回路6及び診断回路9の動作について詳細に説明する。
【0014】
バイパス制御回路6は、バイパス開閉器8がオフの状態で直流抵抗5を通して充電中のまだ直流電圧が低い状態の時に、低電圧充電中の信号を診断回路9に出力する。診断回路9はこの低電圧充電中の信号がオンの時に、ゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTU、IGBTVに、または負側のパワーデバイスIGBTX、IGBTYに与え、その時の平滑コンデンサ2の両端にかかる直流電圧を監視する。この直流電圧が所定値以下になるか否かで、パワーデバイスの短絡故障の検出を行う。すなわち、診断回路9がゲートオン信号を例えば正側のパワーデバイスIGBTUに与えたとき、直流電圧が低下しなければ負側のパワーデバイスIGBTXは短絡していないと診断できる。逆にこの時、直流電圧が低下すれば、パワーデバイスIGBTXは短絡していると診断できる。同様の動作を順次行えば、全てのパワーデバイスについての短絡故障の検出が可能となる。
【0015】
また、診断回路9がゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUと負側のパワーデバイスIGBTXに同時に与えたとき、直流電圧が低下すれば、正側のパワーデバイスIGBTUおよび負側のパワーデバイスIGBTXはいずれもオープン故障していないと診断できる。逆にこの時、直流電圧が低下しなければ、正側のパワーデバイスIGBTUもしくは負側のパワーデバイスIGBTXの少なくとも1つがオープン故障していると診断できる。パワーデバイスIGBTVとパワーデバイスIGBTYについても同様にしてオープン故障の検出が可能となる。
【0016】
上記の動作原理について以下に詳しく説明する。
【0017】
各々のパワーデバイスのオン抵抗に相当する電圧ドロップが1V、低電圧充電中の信号は直流電圧3Vの近傍で充電中のとき出力され、いま直流電圧が3Vである場合を考える。このとき、全てのパワーデバイスが正常であれば、例えば正側のパワーデバイスIGBTUまたは負側のパワーデバイスIGBTXのいずれかをオンしても平滑コンデンサ2からの放電電流はない。逆に、正側のパワーデバイスIGBTUまたは負側のパワーデバイスIGBTXのいずれかが短絡故障していた場合には、平滑コンデンサ2は2V(直流電圧3V−電圧ドロップ1V)を短絡回路の抵抗で割った電流値を初期値として放電を開始し、直流電圧は急激に1V(電圧ドロップ1V)まで低下する。従って、直流電圧の低下を監視すれば、短絡故障の検出が可能となる。
【0018】
また、上記状態でゲートオン信号を、例えば正側のパワーデバイスIGBTUと負側のパワーデバイスIGBTXに同時に与えたときは、両方のパワーデバイスIGBTU及びIGBTXが正常であれば、平滑コンデンサ2は1V(直流電圧3V−電圧ドロップ1V×2)を短絡回路の抵抗で割った電流値を初期値として放電を開始し、直流電圧は急激に2V(電圧ドロップ1V×2)まで低下する。逆にパワーデバイスIGBTU及びIGBTXのいずれかがオープン故障していれば、短絡電流は流れることはなく、従って直流電圧の変化はない。
【0019】
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態によれば、直流電圧検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【0020】
(第2の実施の形態)
図2は本発明の第2の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第2の実施の形態の各部について、図1の第1の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第2の実施の形態が、第1の実施の形態と異なる点は、図1の診断回路9が、直流電圧を検出していたのに対し、図2の診断回路9Aは、パワーデバイスIGBTX及びIGBTY各々の電流検出用として新たに追加された電流検出器11A及び11Bの信号を検出するようにした点である。
【0021】
このような構成で、バイパス制御回路6が出力する低電圧充電中の信号がオンの時に、ゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTU、IGBTVに、または負側のパワーデバイスIGBTX、IGBTYに与え、電流検出器11Aおよび11Bにより正側、負側のパワーデバイスを流れる短絡電流を検出することにより、素子の短絡故障を検出することができる。ゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUに与えたとき、短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスIGBTXは短絡していないと診断できる。逆に短絡電流が流れた場合、パワーデバイスIGBTXは短絡していると診断できる。
【0022】
また、診断回路9Aがゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUと負側のパワーデバイスIGBTXに同時に与えた場合、短絡電流が流れれば、正側および負側のパワーデバイスはいずれもオープン故障していないと診断できる。短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも1つがオープン故障していると診断できる。
【0023】
以上の第2の実施の形態における故障診断の動作原理の定量的説明は、第1の実施の形態の説明で述べたことと基本的に同じであるので省略する。また、第3の実施の形態以降も同様に説明を省略する。
【0024】
尚、本実施の形態ではパワーデバイスを流れる短絡電流を電流検出器11A、11Bを用いて検出する方法を説明したが、平滑コンデンサ2に流れる電流や整流回路1の出力電流を検出しても良い。また、オンしたパワーデバイスのコレクタ−エミッタ間の電圧の上昇によりパワーデバイスに過電流が流れたことを間接的に検出する方法や、パワーデバイス自体に過電流を検出する機能を備えたものもあり、これらの方法を用いて短絡電流を検出することも可能である。
【0025】
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態によれば、低電圧充電時の直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【0026】
(第3の実施の形態)
図3は本発明の第3の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第3の実施の形態の各部について、図1の第1の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第3の実施の形態が、第1の実施の形態と異なる点は、図1のバイパス制御回路6が低電圧充電中の信号を診断回路9に出力するようにしていたのに対し、図3のバイパス制御回路6Aがこの信号を出力しない点、また平滑コンデンサ2が充電される前に、図3の診断回路9Bは、故障診断開始信号をバイパス制御回路6Aに出力し、バイパス制御回路6Aは、バイパス回路8を開放した状態でパワーデバイスの故障診断を開始する点である。診断回路9Bは、整流回路1が受電する前にゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUに与え、整流回路1が受電したあと所定時間経過後、直流電圧がパワーデバイスの電圧ドロップ以上に上昇すれば、負側のパワーデバイスIGBTXは短絡していないと診断できる。逆に直流電圧がパワーデバイスの電圧ドロップ以上に上昇しない場合は、パワーデバイスIGBTXは短絡していると診断できる。
【0027】
また、整流回路1が受電する前に、診断回路9Bがゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUと負側のパワーデバイスIGBTXに同時に与えたとき、整流回路1が受電後に直流電圧がパワーデバイスの電圧ドロップ以上に上昇しなければ、正側および負側のパワーデバイスIGBTU及びIGBTXはいずれもオープン故障していないと診断できる。逆に直流電圧がパワーデバイスの電圧ドロップ以上に上昇すれば、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも1つがオープン故障していると診断できる。
【0028】
以上の説明で、整流回路1が受電する前の状態を自動検出する機能、また、診断回路9Bが診断開始信号を出力したあと、自動的に整流回路1の受電を行う機能については触れていないが、勿論これらの二つの機能とも自動で行うように本発明の電力変換装置を構成することも可能である。例えば、直流電圧検出器7の出力と電力変換装置の運転指令によって前者の検出機能は実現可能であり、診断回路9Bが診断開始信号の出力と、電力変換装置の運転指令を連動させるようにすれば後者の機能は実現できる。
【0029】
以上説明したように、本発明の第3の実施の形態によれば、運転初期の直流電圧検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【0030】
(第4の実施の形態)
図4は本発明の第4の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第4の実施の形態の各部について、図3の第3の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第4の実施の形態が、第3の実施の形態と異なる点は、図3における診断回路9Bが、直流電圧を検出していたのに対し、図4の診断回路9Cは、パワーデバイスIGBTX及びIGBTY各々の電流検出用の電流検出器11A及び11Bの電流を検出するようにした点である。
【0031】
平滑コンデンサ2が充電される前に、診断回路9Cは、故障診断開始信号をバイパス制御回路6Aに出力し、バイパス制御回路6Aは、バイパス開閉器8を開放する。電流検出器11Aおよび11Bにより正側、負側のパワーデバイスを流れる短絡電流を検出することにより、パワーデバイスの短絡故障を検出する点は図2に示した第2の実施の形態と同様である。診断回路9Cは、整流回路1が受電する前にゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUに与え、整流回路1が受電したあとに短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスIGBTXは短絡していないと診断できる。逆に短絡電流が流れた場合、パワーデバイスIGBTXは短絡していると診断できる。
【0032】
また診断回路9Cは、整流回路1が受電する前にゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUと負側のパワーデバイスIGBTXに同時に与え、整流回路1が受電したあと所定の時間後に、短絡電流が流れれば、正側および負側のパワーデバイスはいずれもオープン故障していないと診断できる。逆に短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも1つがオープン故障していると診断できる。
【0033】
尚、本実施の形態ではパワーデバイスを流れる短絡電流を電流検出器11A、11Bを用いて検出する方法を説明したが、平滑コンデンサ2に流れる電流や整流回路1の出力電流を検出しても良い。また、オンしたパワーデバイスのコレクタ−エミッタ間の電圧の上昇で素子に過電流が流れたことを間接的に検出する方法や、パワーデバイス自体に過電流を検出する機能を備えたものもあり、これらの方法を用いて短絡電流を検出することも可能である。
【0034】
以上説明したように、本発明の第4の実施の形態によれば、運転初期の直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【0035】
(第5の実施の形態)
図5は本発明の第5の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第5の実施の形態の各部について、図4の第4の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第5の実施の形態が、第4の実施の形態と異なる点は、低電圧電源12及び直流電源切換回路13が追加された点、診断回路9Dの出力でバイパス制御回路6Bを介してバイパス開閉器8を短絡するようにした点、及び診断回路9Dの故障診断開始信号により、直流電源切換回路13が低電圧電源12を選択するようにした点である。
【0036】
上記構成において、診断回路9Dの診断開始信号が出力されると、バイパス制御回路6Bはバイパス開閉器8を短絡するとともに、直流電源切換回路13により低電圧電源12が選択され、低電圧が直接逆変換回路3に供給される。この状態で、診断回路9Dがゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUに与えた場合、電流検出器11Aおよび11Bに短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスIGBTXは短絡していないと診断できる。逆に短絡電流が流れた場合、パワーデバイスIGBTXは短絡していると診断できる。
【0037】
また、直流電源切換回路13により低電圧電源12が選択された後に、診断回路9Dがゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUと負側のパワーデバイスIGBTXに同時に与えた場合、短絡電流が流れれば、正側および負側のパワーデバイスはいずれもオープン故障していないと診断できる。逆に短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも1つがオープン故障していると診断できる。
【0038】
また、本実施の形態ではパワーデバイスを流れる短絡電流を電流検出器11A、11Bを用いて検出する方法を説明したが、第2、第4の実施の形態と同様、平滑コンデンサ2に流れる電流や低電圧電源12の出力電流を検出しても良く、またオンしたパワーデバイスのコレクタ−エミッタ間の電圧の上昇でパワーデバイスに過電流が流れたことを間接的に検出する方法や、パワーデバイス自体に過電流を検出する機能を備えたものもあり、これらの方法を用いて短絡電流を検出することも可能である。
【0039】
以上説明したように、本発明の第5の実施の形態によれば、他の低電圧電源を用いた直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【0040】
(第6の実施の形態)
図6は本発明の第6の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第6の実施の形態の各部について、図4の第4の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第6の実施の形態が、第4の実施の形態と異なる点は、診断回路9Eは診断開始信号をバイパス制御回路6Cには出力せず、代わりに新たに追加された入力開閉器15を開閉制御する入力開閉器制御回路14に与えるようにした点、及びバイパス制御回路6Cが低電圧放電中の信号を診断回路9Eに出力するようにした点である。診断回路9Eは、平滑コンデンサ2が充電されている状態で故障診断開始信号を入力開閉器制御回路14に出力し、入力開閉器制御回路14は、故障診断開始信号を受けると入力開閉器15を開放する。バイパス制御回路6Cは、平滑コンデンサ2の電圧が所定の電圧まで低下したことを検出し、低電圧放電中の信号を診断回路9Eに与える。そして診断回路9Eはゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTU、IGBTVに、または負側のパワーデバイスIGBTX、IGBTYに与え、電流検出器11Aおよび11Bにより正側、負側のパワーデバイスを流れる短絡電流を検出する。入力スイッチ15が開放すると、平滑コンデンサ2の電圧は、放電抵抗10により徐々に低下するので、直流電圧が十分低くなってから、パワーデバイスの故障診断を開始するようにする。
【0041】
ここでも、前述したように、ゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUに与えたとき、短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスIGBTXは短絡していないので健全であると診断できる。逆に短絡電流が流れたとき、パワーデバイスIGBTXは短絡していると診断できる。
【0042】
また、診断回路9Eがゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUと負側のパワーデバイスIGBTXに同時に与えたとき、短絡電流が流れれば、正側および負側のパワーデバイスはいずれも健全であると診断できる。短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも1つがオープン故障していると診断できる。
【0043】
尚、本実施の形態のおいても、電流検出器11A、11Bを用いてパワーデバイスを流れる短絡電流を検出する方法の代わりに、平滑コンデンサ2に流れる電流を検出しても良い。また、オンしたパワーデバイスのコレクタ−エミッタ間の電圧の上昇でパワーデバイスに過電流が流れたことを間接的に検出する方法や、パワーデバイス自体に過電流を検出する機能を備えたものもあり、これらの方法を用いて短絡電流を検出することも可能である。
【0044】
以上説明したように、本発明の第5の実施の形態によれば、低電圧放電中の直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【0045】
(第7の実施の形態)
図7は本発明の第7の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図である。この第7の実施の形態の各部について、図2の第2の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第7の実施の形態が、第2の実施の形態と異なる点は、診断回路9Fが出力するゲートオン信号を、図2の第2の実施の形態における診断回路6Aの通常のゲートオン信号の電圧に比べて低い値である低電圧ゲート信号とした点である。このようにゲートオン信号を通常の電圧より低い電圧で正側のパワーデバイスIGBTU、IGBTVに、または負側のパワーデバイスIGBTX、IGBTYに与えることにより、パワーデバイスのオン電流が制限される。
【0046】
ここでも同様に、ゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUに与えた場合、短絡電流が流れなければ負側のパワーデバイスIGBTXは短絡していないので健全であると診断できる。逆に短絡電流が流れた場合、パワーデバイスIGBTXは短絡していると診断できる。
【0047】
また、診断回路9Fがゲートオン信号を正側のパワーデバイスIGBTUと負側のパワーデバイスIGBTXに同時に与えた場合、短絡電流が流れれば、正側および負側の素子はいずれも健全であると診断できる。逆に短絡電流が流れなければ、正側もしくは負側のパワーデバイスの少なくとも1つがオープン故障していると診断できる。
【0048】
尚、本実施の形態では、パワーデバイスのゲートオン電圧を低下させて電流を抑制する方法について述べたが、電流を抑制する他の手法として短絡回路に制限抵抗を挿入する手法もある。これらの電流を制限する手法を用いれば、必ずしも回路電圧を数Vという微小電圧で診断を行う必要はない。
【0049】
更に、本実施の形態ではパワーデバイスを流れる短絡電流を電流検出器11A、11Bを用いて検出する方法を説明したが、他の直接あるいは間接的な電流検出によっても良いことは第2、第4乃至第6の実施の形態の説明と同様である。
【0050】
以上説明したように、本発明の7の実施の形態によれば、低電圧放電中の直接または間接的なパワーデバイス電流検出という比較的簡単な診断回路でパワーデバイスの故障診断を行うことができる。
【0051】
また、本発明の全ての実施の形態の共通の効果として、過電流が流れる恐れがないため、十分に長いゲートオン信号をパワーデバイスに与えて診断を行うことができ、診断用ゲートオン信号の発生も容易になり、故障診断の信頼性が向上するということがある。
【0052】
尚、以上の第1乃至第7の実施の形態の説明では、交流入力と整流回路1の出力で直流を得る構成の電力変換装置について説明したが、この代わりにバッテリーや燃料電池などの直流電源を用いても良い。また、可変電圧直流電源を使用する電力変換装置では、その制御によって電圧を低減すれば良い。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な構成で、且つ、健全なパワーデバイスを破壊することのない、信頼性の高い素子故障診断機能を備えた電力変換装置及びその故障診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図5】本発明の第5の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図6】本発明の第6の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図7】本発明の第7の実施の形態に係る電力変換装置のブロック構成図。
【符号の説明】
1 整流回路
2 平滑コンデンサ
3 逆変換回路
4 ゲート制御回路
5 直流抵抗
6、6A、6B、6C バイパス制御回路
7 直流電圧検出器
8 バイパス開閉器
9、9A、9B、9C、9D、9E 診断回路
10 放電抵抗器
11A、11B 電流検出器
12 低電圧電源
13 切換制御回路
14 入力開閉器制御回路
15 入力開閉器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device including a self-extinguishing type power device and a failure diagnosis method thereof.
[0002]
[Prior art]
In order to perform a self-diagnosis of a short-circuit fault or an open fault of a power device used in a self-excited power converter, the power devices of the upper and lower arms of the conversion circuit are alternately turned on and off in an energized state, and a change in the voltage of each part at that time. Although a detection method is known, for example, if this method is used in a state where one of the power devices has a short-circuit abnormality, an excessive current flows and even a healthy power device may be destroyed. For this reason, the voltage between the control terminal and the second terminal of each power device is detected, and when this voltage exceeds a predetermined value, the corresponding power device is cut off, and before the short-circuit current flows, Countermeasures such as quickly protecting a power device have been considered (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-23683 (pages 9-11, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if such measures are taken, a voltage detector must be provided between the control terminal and the second terminal of the power device, which not only complicates the circuit, but also increases the reliability and reliability of each voltage detector. Depending on the detection accuracy, the power device may be destroyed by an overcurrent or an overvoltage when the current is cut off.
[0005]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and has a relatively simple configuration and does not destroy a sound power device, and has a highly reliable element failure diagnosis function and a power conversion device. An object of the present invention is to provide a failure diagnosis method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a power converter of the present invention comprises a DC power supply, a smoothing capacitor for smoothing an output voltage of the DC power supply, and a positive side for converting the smoothed DC voltage to an AC voltage. And an inverse conversion circuit configured by bridge-connecting the power device on the negative side, voltage reducing means for reducing the DC voltage, and diagnostic means for diagnosing a failure of the power device, wherein the diagnostic means comprises: When the DC voltage is equal to or less than a predetermined value, a power device of the inversion circuit is selectively turned on, and a failure of the power device is diagnosed by detecting a change in the amount of electricity of the smoothing capacitor or the inversion circuit. It is characterized by the following.
[0007]
In order to achieve the above object, a failure diagnosis method for a power converter according to the present invention includes a DC power supply, a smoothing capacitor for smoothing an output voltage of the DC power supply, and converting the smoothed DC voltage to an AC voltage. In order to perform the conversion, in a power converter including a reverse conversion circuit configured by bridge-connecting a positive side power device and a negative side power device, and a voltage reducing unit configured to reduce the DC voltage, the DC voltage is equal to or less than a predetermined value. At this time, a failure of the power device is diagnosed by selectively turning on a power device of the inverse conversion circuit and detecting a change in the amount of electricity of the smoothing capacitor or the inverse conversion circuit.
[0008]
According to the present invention, there is provided a power conversion device having a highly reliable element failure diagnosis function and a failure diagnosis method thereof, which do not destroy a sound power device by adding a relatively simple voltage reduction means. Can be provided.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a power converter according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram of the power converter of the present invention.
[0010]
The AC voltage is converted into a DC voltage by a rectifier circuit 1 composed of a diode, and the converted DC voltage is smoothed by a smoothing capacitor 2. This smoothed DC voltage is converted into an AC voltage of an arbitrary frequency and voltage by the inverse conversion circuit 3. The inversion circuit 3 is configured by bridge-connecting the power devices IGBTU, IGBTX, IGBTV, and IGBTY, and the timing of turning on or off each power device is controlled by the gate control circuit 4. The power devices IGBTU and IGBTV are referred to as positive-side power devices, and the power devices IGBTX and IGBTY are referred to as negative-side power devices. Flywheel diodes are connected in anti-parallel to these power devices.
[0011]
A signal for controlling the output of the inverse conversion circuit 3 is input to the gate control circuit 4 from another control circuit, but is not shown here. Also, in FIG. 1, for the sake of simplicity, the inverse conversion circuit 3 has a single-phase output, but the following description does not change even with a three-phase output.
[0012]
A parallel circuit provided between the rectifier circuit 1 and the smoothing capacitor 2 and configured by the DC resistor 5 and the bypass switch 8 is called a precharge circuit, and when an AC input voltage is supplied to the power converter, This is a circuit for suppressing an inrush current flowing through the smoothing capacitor 2. The bypass control circuit 6 detects the voltage across the parallel circuit composed of the smoothing capacitor 2 and the discharge resistor 10 with the DC voltage detector 7, and when the smoothing capacitor 2 is charged to a predetermined voltage and precharge is completed. Then, the DC switch 5 is bypassed by turning on the bypass switch 8. The diagnostic circuit 9 performs a failure diagnosis of the power devices IGBTU, IGBTX, IGBTV, and IGBTY of the inverse conversion circuit 3.
[0013]
Hereinafter, the operations of the bypass control circuit 6 and the diagnostic circuit 9 will be described in detail.
[0014]
The bypass control circuit 6 outputs a low voltage charging signal to the diagnostic circuit 9 when the bypass switch 8 is off and the DC voltage being charged through the DC resistor 5 is still low. When the low-voltage charging signal is turned on, the diagnostic circuit 9 supplies a gate-on signal to the positive-side power devices IGBTU and IGBTV or to the negative-side power devices IGBTX and IGBTY and applies the signal to both ends of the smoothing capacitor 2 at that time. Monitor DC voltage. A short-circuit failure of the power device is detected based on whether the DC voltage is equal to or less than a predetermined value. That is, when the diagnostic circuit 9 supplies a gate-on signal to, for example, the positive power device IGBTU, it can be diagnosed that the negative power device IGBTX is not short-circuited unless the DC voltage decreases. Conversely, at this time, if the DC voltage decreases, it can be diagnosed that the power device IGBTX is short-circuited. If similar operations are sequentially performed, it is possible to detect short-circuit faults in all power devices.
[0015]
Further, when the diagnostic circuit 9 simultaneously supplies the gate-on signal to the positive power device IGBTU and the negative power device IGBTX, if the DC voltage decreases, the positive power device IGBTU and the negative power device IGBTX will either end. Can be diagnosed that there is no open failure. Conversely, at this time, if the DC voltage does not drop, it can be diagnosed that at least one of the positive power device IGBTU or the negative power device IGBTX has an open fault. Open faults can be detected similarly for the power device IGBTV and the power device IGBTY.
[0016]
The above operation principle will be described in detail below.
[0017]
A voltage drop corresponding to the ON resistance of each power device is 1 V, and a signal during low-voltage charging is output during charging near DC voltage 3 V. Consider a case where the DC voltage is 3 V now. At this time, if all the power devices are normal, there is no discharge current from the smoothing capacitor 2 even if, for example, either the positive power device IGBTU or the negative power device IGBTX is turned on. Conversely, if either the positive-side power device IGBTU or the negative-side power device IGBTX has a short-circuit fault, the smoothing capacitor 2 divides 2 V (DC voltage 3 V-voltage drop 1 V) by the resistance of the short circuit. The discharge is started with the current value as an initial value, and the DC voltage sharply drops to 1 V (voltage drop 1 V). Therefore, by monitoring a drop in the DC voltage, a short-circuit failure can be detected.
[0018]
Further, in the above state, when a gate-on signal is simultaneously applied to, for example, the positive power device IGBTU and the negative power device IGBTX, if both power devices IGBTU and IGBTX are normal, the smoothing capacitor 2 becomes 1 V (DC Discharge is started with a current value obtained by dividing the voltage of 3V-voltage drop of 1V × 2) by the resistance of the short circuit as an initial value, and the DC voltage sharply drops to 2V (voltage drop of 1V × 2). Conversely, if any one of the power devices IGBTU and IGBTX has an open fault, no short-circuit current flows, and thus no change in the DC voltage.
[0019]
As described above, according to the first embodiment of the present invention, a failure diagnosis of a power device can be performed by a relatively simple diagnostic circuit of DC voltage detection.
[0020]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a block diagram of a power conversion device according to a second embodiment of the present invention. Regarding each part of the second embodiment, the same parts as those of the power converter according to the first embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the diagnostic circuit 9 in FIG. 1 detects a DC voltage, whereas the diagnostic circuit 9A in FIG. 2 includes a power device IGBTX. And the current detectors 11A and 11B that are newly added for detecting the currents of the IGBTY and the IGBTY, respectively.
[0021]
With such a configuration, when the low-voltage charging signal output from the bypass control circuit 6 is on, the gate-on signal is supplied to the positive power devices IGBTU and IGBTV or to the negative power devices IGBTX and IGBTY, and By detecting the short-circuit current flowing through the positive-side and negative-side power devices by the detectors 11A and 11B, a short-circuit fault of the element can be detected. If a short-circuit current does not flow when the gate-on signal is given to the positive power device IGBTU, it can be diagnosed that the negative power device IGBTX is not short-circuited. Conversely, when a short-circuit current flows, it can be diagnosed that the power device IGBTX is short-circuited.
[0022]
When the diagnostic circuit 9A simultaneously supplies the gate-on signal to the positive power device IGBTU and the negative power device IGBTX, if a short-circuit current flows, both the positive power device and the negative power device have an open fault. If not, you can diagnose. If no short-circuit current flows, it can be diagnosed that at least one of the positive or negative power devices has an open fault.
[0023]
The quantitative description of the operation principle of the failure diagnosis in the above-described second embodiment is basically the same as that described in the description of the first embodiment, and will not be repeated. Further, the description of the third embodiment and thereafter will be omitted.
[0024]
In the present embodiment, the method of detecting the short-circuit current flowing through the power device using the current detectors 11A and 11B has been described. However, the current flowing through the smoothing capacitor 2 and the output current of the rectifier circuit 1 may be detected. . There are also a method of indirectly detecting that an overcurrent has flowed into the power device due to a rise in the voltage between the collector and the emitter of the power device that has been turned on, and a device having a function of detecting the overcurrent in the power device itself. It is also possible to detect a short-circuit current using these methods.
[0025]
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the failure diagnosis of the power device can be performed by the relatively simple diagnostic circuit of directly or indirectly detecting the power device current at the time of low voltage charging. it can.
[0026]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a block configuration diagram of a power converter according to a third embodiment of the present invention. Regarding each part of the third embodiment, the same parts as those of the power converter according to the first embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The difference between the third embodiment and the first embodiment is that the bypass control circuit 6 of FIG. 1 outputs a signal during low-voltage charging to the diagnostic circuit 9. 3 does not output this signal, and before the smoothing capacitor 2 is charged, the diagnostic circuit 9B in FIG. 3 outputs a failure diagnosis start signal to the bypass control circuit 6A, and the bypass control circuit 6A 5 is that the failure diagnosis of the power device is started with the bypass circuit 8 opened. The diagnosing circuit 9B provides a gate-on signal to the positive power device IGBTU before the rectifier circuit 1 receives power, and if the DC voltage rises above the voltage drop of the power device after a lapse of a predetermined time after the rectifier circuit 1 receives power. , It can be diagnosed that the power device IGBTX on the negative side is not short-circuited. Conversely, if the DC voltage does not rise beyond the voltage drop of the power device, it can be diagnosed that the power device IGBTX is short-circuited.
[0027]
When the diagnostic circuit 9B simultaneously supplies the gate-on signal to the positive power device IGBTU and the negative power device IGBTX before the rectifier circuit 1 receives power, the DC voltage becomes lower than the power device voltage after the rectifier circuit 1 receives power. If it does not rise above the drop, it can be diagnosed that neither the positive side power device nor the negative side power device IGBTU or IGBTX has an open fault. Conversely, if the DC voltage rises above the voltage drop of the power device, it can be diagnosed that at least one of the positive or negative power devices has an open fault.
[0028]
In the above description, the function of automatically detecting the state before the rectifier circuit 1 receives power and the function of automatically receiving power of the rectifier circuit 1 after the diagnostic circuit 9B outputs a diagnosis start signal are not described. However, it is of course possible to configure the power converter of the present invention so that these two functions are performed automatically. For example, the former detection function can be realized by the output of the DC voltage detector 7 and the operation command of the power converter, and the diagnostic circuit 9B is configured to link the output of the diagnosis start signal with the operation command of the power converter. If the latter function can be realized.
[0029]
As described above, according to the third embodiment of the present invention, a failure diagnosis of a power device can be performed by a relatively simple diagnostic circuit for detecting a DC voltage at an early stage of operation.
[0030]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a block diagram of a power conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. Regarding each part of the fourth embodiment, the same parts as those of the power converter according to the third embodiment of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The fourth embodiment differs from the third embodiment in that the diagnostic circuit 9B in FIG. 3 detects a DC voltage, whereas the diagnostic circuit 9C in FIG. 4 includes a power device IGBTX. And the currents of the current detectors 11 </ b> A and 11 </ b> B for detecting the current of each of the IGBTY and IGBTY.
[0031]
Before the smoothing capacitor 2 is charged, the diagnosis circuit 9C outputs a failure diagnosis start signal to the bypass control circuit 6A, and the bypass control circuit 6A opens the bypass switch 8. The point that the short-circuit fault of the power device is detected by detecting the short-circuit current flowing through the positive-side and negative-side power devices by the current detectors 11A and 11B is the same as that of the second embodiment shown in FIG. . The diagnostic circuit 9C supplies a gate-on signal to the positive power device IGBTU before the rectifier circuit 1 receives power, and the negative power device IGBTX is not short-circuited if a short-circuit current does not flow after the rectifier circuit 1 receives power. Can be diagnosed. Conversely, when a short-circuit current flows, it can be diagnosed that the power device IGBTX is short-circuited.
[0032]
The diagnostic circuit 9C also provides a gate-on signal to the positive-side power device IGBTU and the negative-side power device IGBTX simultaneously before the rectifier circuit 1 receives power, and a short-circuit current flows after a predetermined time after the rectifier circuit 1 receives power. Then, it can be diagnosed that none of the positive and negative power devices has an open failure. Conversely, if no short-circuit current flows, it can be diagnosed that at least one of the positive or negative power devices has an open fault.
[0033]
In the present embodiment, the method of detecting the short-circuit current flowing through the power device using the current detectors 11A and 11B has been described. However, the current flowing through the smoothing capacitor 2 and the output current of the rectifier circuit 1 may be detected. . In addition, there is also a method of indirectly detecting that an overcurrent has flowed into the element due to a rise in the voltage between the collector and the emitter of the power device that has been turned on, and a device having a function of detecting the overcurrent in the power device itself. It is also possible to detect a short-circuit current using these methods.
[0034]
As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the failure diagnosis of the power device can be performed by a relatively simple diagnostic circuit for directly or indirectly detecting the power device current at the beginning of operation.
[0035]
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a block diagram of a power conversion device according to a fifth embodiment of the present invention. Regarding each part of the fifth embodiment, the same parts as those of the power converter according to the fourth embodiment of FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The fifth embodiment is different from the fourth embodiment in that a low-voltage power supply 12 and a DC power supply switching circuit 13 are added, and the output of the diagnostic circuit 9D is bypassed via a bypass control circuit 6B. The point is that the switch 8 is short-circuited, and the DC power supply switching circuit 13 selects the low voltage power supply 12 according to the failure diagnosis start signal of the diagnostic circuit 9D.
[0036]
In the above configuration, when the diagnosis start signal of the diagnosis circuit 9D is output, the bypass control circuit 6B short-circuits the bypass switch 8, selects the low-voltage power supply 12 by the DC power supply switching circuit 13, and directly reverses the low voltage. It is supplied to the conversion circuit 3. In this state, when the diagnosis circuit 9D supplies the gate-on signal to the positive power device IGBTU, if no short-circuit current flows through the current detectors 11A and 11B, it can be diagnosed that the negative power device IGBTX is not short-circuited. Conversely, when a short-circuit current flows, it can be diagnosed that the power device IGBTX is short-circuited.
[0037]
If the diagnostic circuit 9D simultaneously supplies the gate-on signal to the positive power device IGBTU and the negative power device IGBTX after the low-voltage power supply 12 is selected by the DC power supply switching circuit 13, if a short-circuit current flows, It can be diagnosed that none of the positive and negative power devices has an open fault. Conversely, if no short-circuit current flows, it can be diagnosed that at least one of the positive or negative power devices has an open fault.
[0038]
Further, in the present embodiment, the method of detecting the short-circuit current flowing through the power device using the current detectors 11A and 11B has been described. However, as in the second and fourth embodiments, the current flowing through the smoothing capacitor 2 and the The output current of the low-voltage power supply 12 may be detected, a method of indirectly detecting that an overcurrent flows in the power device due to a rise in the voltage between the collector and the emitter of the turned on power device, or a method of detecting the power device itself. Some have a function of detecting an overcurrent, and it is also possible to detect a short-circuit current by using these methods.
[0039]
As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, a failure diagnosis of a power device is performed by a relatively simple diagnostic circuit of direct or indirect power device current detection using another low-voltage power supply. It can be carried out.
[0040]
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a block diagram of a power converter according to a sixth embodiment of the present invention. Regarding each part of the sixth embodiment, the same parts as those of the power conversion device according to the fourth embodiment of FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The difference of the sixth embodiment from the fourth embodiment is that the diagnostic circuit 9E does not output a diagnostic start signal to the bypass control circuit 6C, and instead uses the newly added input switch 15 instead. The difference is that the switching control is provided to the input switch control circuit 14, and the bypass control circuit 6C outputs a signal during the low voltage discharge to the diagnostic circuit 9E. The diagnostic circuit 9E outputs a failure diagnosis start signal to the input switch control circuit 14 while the smoothing capacitor 2 is charged, and the input switch control circuit 14 switches the input switch 15 when receiving the failure diagnosis start signal. Open. The bypass control circuit 6C detects that the voltage of the smoothing capacitor 2 has dropped to a predetermined voltage, and supplies a signal during low-voltage discharge to the diagnostic circuit 9E. Then, the diagnostic circuit 9E supplies a gate-on signal to the positive-side power devices IGBTU and IGBTV or to the negative-side power devices IGBTX and IGBTY, and the current detectors 11A and 11B detect a short-circuit current flowing through the positive-side and negative-side power devices. To detect. When the input switch 15 is opened, the voltage of the smoothing capacitor 2 is gradually decreased by the discharge resistor 10, so that the failure diagnosis of the power device is started after the DC voltage is sufficiently reduced.
[0041]
Here, as described above, when the gate-on signal is given to the positive-side power device IGBTU, if the short-circuit current does not flow, the negative-side power device IGBTX is not short-circuited, so that it can be diagnosed that the power device is sound. Conversely, when a short-circuit current flows, it can be diagnosed that the power device IGBTX is short-circuited.
[0042]
When the diagnostic circuit 9E simultaneously supplies a gate-on signal to the positive power device IGBTU and the negative power device IGBTX, if a short-circuit current flows, it is determined that both the positive power device and the negative power device are sound. Diagnose. If no short-circuit current flows, it can be diagnosed that at least one of the positive or negative power devices has an open fault.
[0043]
In this embodiment, the current flowing through the smoothing capacitor 2 may be detected instead of using the current detectors 11A and 11B to detect the short-circuit current flowing through the power device. There are also a method of indirectly detecting that an overcurrent has flowed into the power device due to a rise in the voltage between the collector and the emitter of the power device that has been turned on, and a device having a function of detecting the overcurrent in the power device itself. It is also possible to detect a short-circuit current using these methods.
[0044]
As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, the failure diagnosis of the power device can be performed by the relatively simple diagnostic circuit of directly or indirectly detecting the power device current during the low voltage discharge. it can.
[0045]
(Seventh embodiment)
FIG. 7 is a block diagram of a power conversion device according to a seventh embodiment of the present invention. Regarding each part of the seventh embodiment, the same parts as those of the power converter according to the second embodiment of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The seventh embodiment differs from the second embodiment in that the gate-on signal output from the diagnostic circuit 9F is changed to the voltage of the normal gate-on signal of the diagnostic circuit 6A in the second embodiment of FIG. This is a point that a low-voltage gate signal having a lower value than that of the first embodiment is used. By applying the gate-on signal to the positive-side power devices IGBTU and IGBTV or the negative-side power devices IGBTX and IGBTY at a voltage lower than the normal voltage, the on-state current of the power device is limited.
[0046]
Similarly, when a gate-on signal is given to the positive-side power device IGBTU, if the short-circuit current does not flow, the negative-side power device IGBTX is not short-circuited and can be diagnosed as sound. Conversely, when a short-circuit current flows, it can be diagnosed that the power device IGBTX is short-circuited.
[0047]
When the diagnostic circuit 9F simultaneously supplies the gate-on signal to the positive-side power device IGBTU and the negative-side power device IGBTX, if a short-circuit current flows, it is diagnosed that both the positive-side and negative-side elements are sound. it can. Conversely, if no short-circuit current flows, it can be diagnosed that at least one of the positive or negative power devices has an open fault.
[0048]
In the present embodiment, the method of suppressing the current by lowering the gate-on voltage of the power device has been described. However, as another method of suppressing the current, there is a method of inserting a limiting resistor in a short circuit. If a technique for limiting these currents is used, it is not always necessary to make a diagnosis with a very small circuit voltage of several volts.
[0049]
Furthermore, in the present embodiment, the method of detecting the short-circuit current flowing through the power device using the current detectors 11A and 11B has been described. However, the second and fourth embodiments may use other direct or indirect current detection. This is the same as the description of the sixth to sixth embodiments.
[0050]
As described above, according to the seventh embodiment of the present invention, a failure diagnosis of a power device can be performed by a relatively simple diagnostic circuit for directly or indirectly detecting a power device current during low-voltage discharge. .
[0051]
Further, as a common effect of all the embodiments of the present invention, since there is no possibility that an overcurrent flows, diagnosis can be performed by giving a sufficiently long gate-on signal to the power device, and generation of a gate-on signal for diagnosis can be performed. In some cases, it becomes easier and the reliability of the failure diagnosis is improved.
[0052]
In the above description of the first to seventh embodiments, the power converter having a configuration in which a DC is obtained from an AC input and the output of the rectifier circuit 1 has been described. However, a DC power supply such as a battery or a fuel cell may be used instead. May be used. In a power converter using a variable voltage DC power supply, the voltage may be reduced by controlling the power converter.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a power converter having a relatively simple configuration and having a highly reliable element failure diagnosis function that does not destroy sound power devices, and failure diagnosis thereof A method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block configuration diagram of a power conversion device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a power conversion device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block configuration diagram of a power conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a power converter according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a power converter according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of a power converter according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rectifier circuit 2 Smoothing capacitor 3 Inverting circuit 4 Gate control circuit 5 DC resistance 6, 6A, 6B, 6C Bypass control circuit 7 DC voltage detector 8 Bypass switch 9, 9A, 9B, 9C, 9D, 9E Diagnostic circuit 10 Discharge resistors 11A, 11B Current detector 12 Low voltage power supply 13 Switching control circuit 14 Input switch control circuit 15 Input switch

Claims (16)

直流電源と、
この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、
平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路と、
前記直流電圧を低下させる電圧低減手段と、
前記パワーデバイスの故障を診断する診断手段とを
具備し、
前記診断手段は、前記直流電圧が所定値以下のとき、
前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、
前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする電力変換装置。
DC power supply,
A smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the DC power supply,
In order to convert the smoothed DC voltage to an AC voltage, an inverting circuit configured by bridge-connecting the positive and negative power devices,
Voltage reducing means for reducing the DC voltage,
Diagnostic means for diagnosing a failure of the power device,
The diagnostic means, when the DC voltage is a predetermined value or less,
Selectively turning on the power device of the inverse conversion circuit,
A power converter, wherein a failure of the power device is diagnosed by detecting a change in the amount of electricity of the smoothing capacitor or the inverse conversion circuit.
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側または負側のパワーデバイスのいずれかをオンし、直流電圧の低下を監視することにより前記パワーデバイスの短絡故障を検出することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。The diagnostic means detects a short-circuit fault of the power device by turning on one of a power device on a positive side and a power device on a negative side of the inverse conversion circuit and monitoring a decrease in DC voltage. 2. The power converter according to 1. 前記診断手段は、前記逆変換回路の正側または負側のパワーデバイスのいずれかをオンし、アームを流れる直流電流を直接的にまたは間接的に監視することによりパワーデバイスの短絡故障を検出することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。The diagnostic means detects a short-circuit fault of the power device by turning on either the positive or negative power device of the inversion circuit and directly or indirectly monitoring the DC current flowing through the arm. The power conversion device according to claim 1, wherein: 前記診断手段は、前記逆変換回路の正側及び負側のパワーデバイスの両方をオンし、直流電圧を監視することによりパワーデバイスのオープン故障を検出することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。2. The electric power according to claim 1, wherein the diagnosis unit detects an open failure of the power device by turning on both the positive and negative power devices of the inverse conversion circuit and monitoring a DC voltage. Conversion device. 前記診断手段は、前記逆変換回路の正側及び負側のパワーデバイスの両方をオンし、アームを流れる直流電流を直接的にまたは間接的に監視することによりパワーデバイスのオープン故障を検出することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。The diagnostic means turns on both the positive and negative power devices of the inverse conversion circuit, and directly or indirectly monitors the direct current flowing through the arm to detect an open failure of the power device. The power converter according to claim 1, wherein: 前記電圧低減手段は、前記電力変換装置の初期充電開始直後の直流電圧が十分に低いことを利用する方法によることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。The power conversion device according to claim 1, wherein the voltage reduction unit uses a method that utilizes that the DC voltage immediately after the start of the initial charging of the power conversion device is sufficiently low. 前記電圧低減手段は、電圧の低い他の直流電源に切換えて利用する方法によることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。2. The power conversion device according to claim 1, wherein the voltage reduction unit uses a method of switching to another DC power supply having a low voltage for use. 前記電圧低減手段は、前記平滑回路の残留電圧を放電し、直流電圧を低下させる方法によることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。2. The power converter according to claim 1, wherein the voltage reducing unit discharges a residual voltage of the smoothing circuit to reduce a DC voltage. 直流電源と、
この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、
平滑された直流電圧を交流電圧に変換するためのパワーデバイスを備えた逆変換回路と、
前記逆変換回路の入力電流を抑制する電流抑制手段と、
前記パワーデバイスの故障を診断する診断手段とを
具備し、
前記診断手段は、前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、
前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする電力変換装置。
DC power supply,
A smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the DC power supply,
An inverse conversion circuit including a power device for converting the smoothed DC voltage to an AC voltage,
Current suppressing means for suppressing an input current of the inverting circuit;
Diagnostic means for diagnosing a failure of the power device,
The diagnostic means selectively turns on a power device of the inverse conversion circuit,
A power converter, wherein a failure of the power device is diagnosed by detecting a change in the amount of electricity of the smoothing capacitor or the inverse conversion circuit.
前記診断手段は、前記逆変換回路の正側または負側のパワーデバイスのいずれかをオンし、直流電圧の低下を監視することによりパワーデバイスの短絡故障を検出することを特徴とする請求項9記載の電力変換装置。10. The diagnostic device according to claim 9, wherein one of the power devices on the positive side and the negative side of the inverse conversion circuit is turned on, and a short-circuit fault of the power device is detected by monitoring a decrease in DC voltage. The power converter according to any one of the preceding claims. 前記診断手段は、前記逆変換回路の正側または負側のパワーデバイスのいずれかをオンし、アームを流れる直流電流を直接的にまたは間接的に監視することによりパワーデバイスの短絡故障を検出することを特徴とする請求項9記載の電力変換装置。The diagnostic means detects a short-circuit fault of the power device by turning on either the positive or negative power device of the inversion circuit and directly or indirectly monitoring the DC current flowing through the arm. The power converter according to claim 9, wherein: 前記診断手段は、前記逆変換回路の正側及び負側のパワーデバイスの両方をオンし、直流電圧を監視することによりパワーデバイスのオープン故障を検出することを特徴とする請求項9記載の電力変換装置。10. The electric power according to claim 9, wherein the diagnostic unit detects an open failure of the power device by turning on both the positive and negative power devices of the inverse conversion circuit and monitoring a DC voltage. Conversion device. 前記診断手段は、前記逆変換回路の正側及び負側のパワーデバイスの両方をオンし、アームを流れる直流電流を直接的にまたは間接的に監視することで、パワーデバイスのオープン故障を検出することを特徴とする請求項9記載の電力変換装置。The diagnostic unit detects an open failure of the power device by turning on both the positive and negative power devices of the inverse conversion circuit and directly or indirectly monitoring the DC current flowing through the arm. The power converter according to claim 9, wherein: 前記電流抑制手段は、制限抵抗により電流を制限する方法によることを特徴とする請求項9記載の電力変換装置。10. The power converter according to claim 9, wherein said current suppressing means is based on a method of limiting a current with a limiting resistor. 前記電流抑制手段は、前記パワーデバイスのゲートオン電圧を通常のスイッチング時より低下させる方法によることを特徴とする請求項9記載の電力変換装置。10. The power conversion device according to claim 9, wherein the current suppressing unit uses a method of reducing a gate-on voltage of the power device from that during normal switching. 直流電源と、
この直流電源の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサと、
平滑された直流電圧を交流電圧に変換するため、正側及び負側のパワーデバイスをブリッジ接続して構成した逆変換回路と、
前記直流電圧を低下させる電圧低減手段と
を具備した電力変換装置において、
前記直流電圧が所定値以下のとき、
前記逆変換回路のパワーデバイスを選択的にオンし、
前記平滑コンデンサまたは前記逆変換回路の電気量の変化を検出することにより、前記パワーデバイスの故障を診断することを特徴とする電力変換装置の故障診断方法。
DC power supply,
A smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the DC power supply,
In order to convert the smoothed DC voltage to an AC voltage, an inverting circuit configured by bridge-connecting the positive and negative power devices,
In a power conversion device including a voltage reducing unit configured to reduce the DC voltage,
When the DC voltage is below a predetermined value,
Selectively turning on the power device of the inverse conversion circuit,
A failure diagnosis method for a power conversion device, wherein a failure of the power device is diagnosed by detecting a change in an amount of electricity of the smoothing capacitor or the inverse conversion circuit.
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