JP2005304260A - 直並列コンバータの保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置構成の複雑化を抑制しつつ、直並列コンバータを過電流から有効に保護できるようにする。
【解決手段】 直列回路Ｋ１にはリアクトルＬ１を流れる電流を検出する電流検出器Ｅ１が設置されるとともに、直列回路Ｋ３にはリアクトルＬ２を流れる電流を検出する電流検出器Ｅ２が設置され、電流検出器Ｅ１にて検出された過電流に基づいてスイッチング素子Ｍ１、Ｍ２の動作を停止させることで、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２を保護し、電流検出器Ｅ２にて検出された過電流に基づいてスイッチング素子Ｍ５、Ｍ６の動作を停止させることで、スイッチング素子Ｍ５、Ｍ６を保護し、スイッチング素子Ｍ３、Ｍ４を保護する場合、電流検出器Ｅ１、Ｅ２にて検出された電流値に基づいて直列回路Ｋ２に過電流が流れたかを判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は直並列コンバータの保護回路に関し、特に、直並列コンバータに流れる過電流を検出する方法に適用して好適なものである。

ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子では、過電流による破壊を防止するため、例えば、特許文献１、２に開示されているように、過電流からスイッチング素子を保護するための保護回路が用いられている。
図３は、従来のパワー素子の過電流からの保護方法を示す回路図である。
図３において、パワー素子の保護回路には、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴからなるパワー素子１０１、パワー素子１０１のソースに接続され、パワー素子１０１ｂに流れる過電流Ｉ_Dを検出する抵抗Ｒｓ、非反転入力端子が抵抗Ｒｓの一端に接続されるとともに、反転入力端子が基準電圧Ｖｒｅｆを介して抵抗Ｒｓの他端に接続されたコンパレータ１０２、パワー素子１０１を制御する制御信号とコンパレータ１０２の出力との論理積をとる論理積回路１０３、論理積回路１０３からの出力をパワー素子１０１のゲートに印加するバッファ１０４が設けられている。

そして、コンパレータ１０２にて、パワー素子１０１に過電流Ｉ_Dが流れた時の抵抗Ｒｓの両端に発生する電圧が検出される。そして、コンパレータ１０２は、抵抗Ｒｓの両端に発生する電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、論理積回路１０３にオフ信号を出力することにより、論理積回路１０３に制御信号を遮断させ、パワー素子１０１をオフさせることにより、パワー素子１０１を破壊から保護する。

図４は、従来のインバータブリッジ回路における半導体スイッチング素子の過電流からの保護方法を示す回路図である。
図４において、過電流保護機能付分散型電源装置１１１には、直流電源１１２、昇圧回路１１３、平滑コンデンサ１１４、インバータブリッジ回路１１５、フィルタ回路１１６、中央演算処理装置１１７、駆動回路１１８、電流検出器１１９、過電流信号発生回路１２０およびＰＷＭ制御信号遮断回路１２１が設けられている。

そして、過電流信号発生回路１２０は、インバータブリッジ回路１１５からの出力電流Ｉが電流検出器１１９に出力されると、電流検出器１１９は、出力電流Ｉに比例する出力電流レベル信号を過電流信号発生回路１２０に出力する。そして、過電流信号発生回路１２０は、出力電流レベル信号と過電流基準レベルとを比較し、出力電流レベル信号が過電流基準レベルを超えると、過電流信号をＰＷＭ制御信号遮断回路１２１に出力する。そして、ＰＷＭ制御信号遮断回路１２１は、過電流信号を受けると、出力電流Ｉが停止されるようにＰＷＭ制御信号を遮断することにより、インバータブリッジ回路１１５を破壊から保護する。

また、電源から負荷に電力を安定して供給したり、負荷から電源への電力品質障害の波及を防止したりするため、例えば、特許文献３に開示されているように、電力系統補償装置として直並列コンバータを用いる方法がある。
図５は、直並列コンバータの概略構成の一例を示すブロック図である。
図５において、フィルタ１３１、インバータ１３２、コンデンサ１３３、インバータ１３４およびフィルタ１３５が縦列接続されている。そして、Ｕ１端子とＶ端子との間に電源を接続し、Ｕ２端子とＶ端子との間に負荷を接続することにより、単相交流系統に適用された直並列系補償装置を構成することができる。
特開２００３−８４１６号公報 特開２０００−１４１６３号公報 特開２００３−３３９１１９号公報

図４に示すような回路構成の場合は、インバータブリッジ回路１１５の全てのアームのＰＷＭ制御信号が遮断されるようにしても良いが、直並列コンバータを過電流から保護するために、全てのアームを遮断する構成にすると、直並列コンバータを構成する直列コンバータと並列コンバータのうちいずれか一方のみを停止させれば破壊を免れる場合においても、全てのアームが遮断されるため、直並列コンバータの運用効率が低下したり、全停止による過電流に無関係なアームの電流や電圧波形の歪みが発生したりするという問題があった。

また、直並列コンバータでは、各スイッチング素子の直列回路ごとに過電流保護装置を設け、各スイッチング素子の直列回路を別々に停止させることができるようにすると、３組の装置が必要となり、装置の大型化および高価格化を招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、装置構成の複雑化を抑制しつつ、過電流からの保護を有効に行うことが可能な直並列コンバータおよび直並列コンバータの保護回路を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の直並列コンバータの保護回路によれば、第１ダイオードが逆並列接続された第１スイッチング素子と第２ダイオードが逆並列接続された第２スイッチング素子とが第１直列接続点を介して互いに直列接続された第１直列回路と、第３ダイオードが逆並列接続された第３スイッチング素子と第４ダイオードが逆並列接続された第４スイッチング素子とが第２直列接続点を介して互いに直列接続されるとともに、前記第１直列回路に並列接続された第２直列回路と、第５ダイオードが逆並列接続された第５スイッチング素子と第６ダイオードが逆並列接続された第６スイッチング素子とが第３直列接続点を介して互いに直列接続されるとともに、前記第２直列回路に並列接続された第３直列回路と、前記第３直列回路に並列接続されたコンデンサと、を備え、前記第１直列回路および前記第２直列回路からなるフルブリッジ回路にて入力端子間に並列に接続される並列コンバータを構成するとともに、前記第２直列回路および前記第３直列回路からなるフルブリッジ回路にて入力端子と出力端子との間に直列に接続される直列コンバータを構成して動作する直並列コンバータの保護回路において、前記第１から第３直列接続点のうちのいずれか２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流の検出結果に基づいて、前記第１から第３直列回路の駆動を別個に制御する駆動制御手段を備えることを特徴とする。

これにより、２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流を検出することで、３列分の直列回路をそれぞれ個別に保護することが可能となる。このため、直並列コンバータのいずれかの直列回路に過電流が流れた場合においても、全ての直列回路を停止させる必要がなくなり、直並列コンバータを構成する直列コンバータと並列コンバータのうちいずれか一方のみを必要に応じて動作させることを可能として、直並列コンバータの運用効率を向上させることが可能となるとともに、全停止による過電流に無関係なアームの電流や電圧波形の歪みを防止することができる。また、３列分の直列回路をそれぞれ個別に保護する場合においても、電流検出器を２個で済ませることが可能となり、装置構成を簡潔化することを可能として、直並列コンバータの保護回路の小型化および低価格化を図ることができる。

また、請求項２記載の直並列コンバータの保護回路によれば、前記駆動制御手段は、前記第１から第３直列接続点のうちのいずれか２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流をそれぞれ検出する第１および第２電流検出手段と、前記第１電流検出手段にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第１過電流判定手段と、前記第１過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第１電流検出手段が設置された前記第１から第３のいずれかの直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第１駆動遮断手段と、前記第２電流検出手段にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第２過電流判定手段と、前記第２過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第２電流検出手段が設置された前記第１から第３のいずれかの直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第２駆動遮断手段と、前記第１および第２電流検出手段にてそれぞれ検出された電流値に基づいて、前記第１および第２電流検出手段のいずれも設置されていない直列回路の直列接続点から引き出される出力線を流れる電流を算出する電流演算手段と、前記電流演算手段にて算出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第３過電流判定手段と、前記第３過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第１および第２電流検出手段のいずれも設置されていない直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第３駆動遮断手段とを備えることを特徴とする。

これにより、２列分の直列回路の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流をそれぞれ検出することで、電流検出手段が設置されていない直列回路の直列接続点から引き出される出力線を流れる電流を算出することができる。このため、電流検出器を２個設けることで、直並列コンバータを構成する３列分の直列回路をそれぞれ個別に保護することが可能となり、直並列コンバータの保護回路の小型化および低価格化を図ることが可能となるとともに、直並列コンバータに過電流が流れた場合においても、３列分全ての直列回路を停止させる必要がなくなり、直並列コンバータの運用効率を向上させることが可能となる。

また、請求項３記載の直並列コンバータの保護回路によれば、第１ダイオードが逆並列接続された第１スイッチング素子と第２ダイオードが逆並列接続された第２スイッチング素子とが第１直列接続点を介して互いに直列接続された第１直列回路と、第３ダイオードが逆並列接続された第３スイッチング素子と第４ダイオードが逆並列接続された第４スイッチング素子とが第２直列接続点を介して互いに直列接続されるとともに、前記第１直列回路に並列接続された第２直列回路と、第５ダイオードが逆並列接続された第５スイッチング素子と第６ダイオードが逆並列接続された第６スイッチング素子とが第３直列接続点を介して互いに直列接続されるとともに、前記第２直列回路に並列接続された第３直列回路と、前記第３直列回路に並列接続されたコンデンサと、を備え、前記第１直列回路および前記第２直列回路からなるフルブリッジ回路にて入力端子間に並列に接続される並列コンバータを構成するとともに、前記第２直列回路および前記第３直列回路からなるフルブリッジ回路にて入力端子と出力端子との間に直列に接続される直列コンバータを構成して動作する直並列コンバータの保護回路において、前記第１から第３直列接続点のうちのいずれか２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流の検出結果に基づいて、前記第１または第２電流検出手段が設置された直列回路の駆動を別個に制御するとともに、前記第１または第２電流検出手段のいずれも設置されていない直列回路の駆動を制御する駆動制御手段を備えることを特徴とする。

これにより、２列分の直列回路の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流をそれぞれ検出することで、電流検出手段が設置されていない直列回路の保護を行うことが可能となる。このため、直並列コンバータに過電流が流れた場合においても、３列分全ての直列回路を停止させる必要がなくなり、直並列コンバータの運用効率を向上させることが可能となるとともに、装置構成を簡潔化することを可能として、直並列コンバータの保護回路の小型化および低価格化を図ることができる。

また、請求項４記載の直並列コンバータの保護回路によれば、前記駆動制御手段は、前記第１から第３直列接続点のうちのいずれか２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流をそれぞれ検出する第１および第２電流検出手段と、前記第１電流検出手段にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第１過電流判定手段と、前記第１過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第１電流検出手段が設置された前記第１から第３のいずれかの直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第１駆動遮断手段と、前記第２電流検出手段にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第２過電流判定手段と、前記第２過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第２電流検出手段が設置された前記第１から第３のいずれかの直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第２駆動遮断手段と、前記第１または第２駆動遮断手段にて遮断動作が行われた時に、前記第１および第２電流検出手段のいずれも設置されていない直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第３駆動遮断手段とを備えることを特徴とする。

これにより、電流検出器を２個設けることで、３列分の直列回路を保護することが可能となるとともに、直並列コンバータに過電流が流れた場合においても、３列分全ての直列回路を停止させる必要がなくなり、直並列コンバータの運用効率を向上させることが可能となるとともに、装置構成を簡潔化することを可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、電流検出器を２個設けることで、直並列コンバータを構成する３列分の直列回路をそれぞれ個別に保護することが可能となり、直並列コンバータの保護回路の小型化および低価格化を図ることが可能となるとともに、直並列コンバータに過電流が流れた場合においても、直並列コンバータを構成する直列コンバータと並列コンバータのうちいずれか一方のみを必要に応じて動作させることが可能となり、直並列コンバータの運用効率を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る直並列コンバータの保護回路について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る直並列コンバータの保護回路の概略構成を示す回路図である。
図１において、直並列コンバータには、直列回路Ｋ１〜Ｋ３が設けられている。ここで、直列回路Ｋ１には、直列接続点Ｓ１を介して互いに直列接続されたスイッチング素子Ｍ１、Ｍ２が設けられ、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２には、帰還ダイオードＤ１、Ｄ２がそれぞれ並列接続されている。また、直列回路Ｋ２には、直列接続点Ｓ２を介して互いに直列接続されたスイッチング素子Ｍ３、Ｍ４が設けられ、スイッチング素子Ｍ３、Ｍ４には、帰還ダイオードＤ３、Ｄ４がそれぞれ並列接続されている。また、直列回路Ｋ３には、直列接続点Ｓ３を介して互いに直列接続されたスイッチング素子Ｍ５、Ｍ６が設けられ、スイッチング素子Ｍ５、Ｍ６には、帰還ダイオードＤ５、Ｄ６がそれぞれ並列接続されている。そして、直列回路Ｋ１〜Ｋ３は互いに並列接続されるとともに、直列回路Ｋ１にはコンデンサＣ３が並列接続されている。なお、スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ６としては、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。

また、入力端子Ｔ１、Ｔ２間にはフィルタコンデンサＣ１が接続されるとともに、出力端子Ｔ３、Ｔ４間にはフィルタコンデンサＣ２が接続されている。また、入力端子Ｔ１は直列接続点Ｓ２に接続され、出力端子Ｔ３はリアクトルＬ２を介して直列接続点Ｓ３に接続され、入力端子Ｔ２および出力端子Ｔ４はリアクトルＬ１を介して直列接続点Ｓ１に接続されている。
そして、直列回路Ｋ１および直列回路Ｋ２からなるフルブリッジ回路にて入力端子Ｔ１、Ｔ２間に並列に接続された並列コンバータが構成されるとともに、直列回路Ｋ２および直列回路Ｋ３からなるフルブリッジ回路にて入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ３との間に直列に接続された直列コンバータが構成されている。

また、直列回路Ｋ１にはリアクトルＬ１を流れる電流を検出する電流検出器Ｅ１が設置されるとともに、直列回路Ｋ３にはリアクトルＬ２を流れる電流を検出する電流検出器Ｅ２が設置されている。そして、電流検出器Ｅ１、Ｅ２は、過電流判定回路Ｂ１、Ｂ３にそれぞれ接続されるとともに、電流演算回路Ｂ４に接続され、電流演算回路Ｂ４は過電流判定回路Ｂ２に接続されている。ここで、過電流判定回路Ｂ１、Ｂ３は、各電流検出器Ｅ１、Ｅ２にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する。また、電流演算回路Ｂ４は、電流検出器Ｅ１、Ｅ２にて検出された電流値に基づいて、直列回路Ｋ２の直列接続点Ｓ２から引き出される出力線を流れる電流を算出する。また、過電流判定回路Ｂ２は、電流演算回路Ｂ４にて算出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する。

また、駆動信号生成回路Ｂ５にて生成される各スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ６の駆動信号が論理積回路Ａ１〜Ａ６の一方の入力端子にそれぞれ入力されるとともに、過電流判定回路Ｂ１からの出力は論理積回路Ａ１、Ａ２の他方の入力端子に入力され、過電流判定回路Ｂ２からの出力は論理積回路Ａ３、Ａ４の他方の入力端子に入力され、過電流判定回路Ｂ３からの出力は論理積回路Ａ５、Ａ６の他方の入力端子に入力される。そして、論理積回路Ａ１〜Ａ６の出力は、各スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ６を駆動するゲートドライブユニットＵ１〜Ｕ６をそれぞれ介し、各スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ６のゲートにそれぞれ入力される。

ここで、例えば、入力端子Ｔ１、Ｔ２間には商用電源を接続し、出力端子Ｔ３、Ｔ４間には負荷を接続することができる。そして、正常動作時には、過電流判定回路Ｂ１〜Ｂ３から“Ｌ”レベルの信号が出力され、この“Ｌ”レベルの信号が“Ｈ”レベルに反転されて論理積回路Ａ１〜Ａ６に入力される。このため、駆動信号生成回路Ｂ５から出力された駆動信号が論理積回路Ａ１〜Ａ６をそれぞれ介して、ゲートドライブユニットＵ１〜Ｕ６に入力される。そして、駆動信号生成回路Ｂ５から出力された駆動信号は、各ゲートドライブユニットＵ１〜Ｕ６にてスイッチング素子Ｍ１〜Ｍ６を駆動できるレベルの信号にそれぞれ変換された後、スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ６のゲートにそれぞれ入力され、直並列コンバータを正常に動作させることができる。

ここで、直列回路Ｋ１および直列回路Ｋ２からなるフルブリッジ回路にて入力端子Ｔ１、Ｔ２間に並列に接続された並列コンバータを構成することにより、入力電圧に相当する対向電圧を発させることが可能となるとともに、直並列コンバータが正常に動作を維持できるように、変換器によるエネルギーロスなどによる直流電圧変動分を補償し、電圧を維持するための電圧を発生させることができる。

また、直列回路Ｋ２および直列回路Ｋ３からなるフルブリッジ回路にて入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ３との間に直列に接続された直列コンバータを構成することにより、入力電圧の定格値からのずれ分を分担させることができる。このため、出力端子Ｔ３、Ｔ４間に定格値の出力電圧を精度よく出力することが可能となり、負荷に良質の電力を供給することが可能となる。

そして、直列回路Ｋ１に過電流が流れると、電流検出器Ｅ１にて過電流が検出され、その電流値が過電流判定回路Ｂ１に送られる。そして、過電流判定回路Ｂ１は、電流検出器Ｅ１にて検出された電流値を受けると、電流検出器Ｅ１にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する。そして、電流検出器Ｅ１にて検出された電流値が設定値を超えた場合、過電流判定回路Ｂ１の出力信号を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化させ、“Ｈ”レベルの信号を出力する。そして、過電流判定回路Ｂ１から出力された“Ｈ”レベルの信号は“Ｌ”レベルに反転されて論理積回路Ａ１、Ａ２に入力される。そして、“Ｌ”レベルの信号が論理積回路Ａ１、Ａ２に入力されると、論理積回路Ａ１、Ａ２は、駆動信号生成回路Ｂ５から出力された駆動信号を遮断することにより、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２の動作を停止させ、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２を破壊から保護する。

また、直列回路Ｋ３に過電流が流れると、電流検出器Ｅ２にて過電流が検出され、その電流値が過電流判定回路Ｂ３に送られる。そして、過電流判定回路Ｂ３は、電流検出器Ｅ２にて検出された電流値を受けると、電流検出器Ｅ２にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する。そして、電流検出器Ｅ２にて検出された電流値が設定値を超えた場合、過電流判定回路Ｂ３の出力信号を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化させ、“Ｈ”レベルの信号を出力する。そして、過電流判定回路Ｂ３から出力された“Ｈ”レベルの信号は“Ｌ”レベルに反転されて論理積回路Ａ５、Ａ６に入力される。そして、“Ｌ”レベルの信号が論理積回路Ａ５、Ａ６に入力されると、論理積回路Ａ５、Ａ６は、駆動信号生成回路Ｂ５から出力された駆動信号を遮断することにより、スイッチング素子Ｍ５、Ｍ６の動作を停止させ、スイッチング素子Ｍ５、Ｍ６を破壊から保護する。

また、直列回路Ｋ２に過電流が流れると、直列回路Ｋ２に流れた電流値が電流演算回路Ｂ４にて算出され、その電流値が過電流判定回路Ｂ２に送られる。ここで、電流演算回路Ｂ４は、直列回路Ｋ２に流れた電流値を算出する場合、電流検出器Ｅ１にて検出された電流値および電流検出器Ｅ２にて検出された電流値を用いることにより、直列回路Ｋ１〜Ｋ３の電流経路についてのキルヒホッフの法則を適用することができる。

そして、過電流判定回路Ｂ２は、電流演算回路Ｂ４にて算出された電流値を受けると、電流演算回路Ｂ４にて算出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する。そして、電流演算回路Ｂ４にて算出された電流値が設定値を超えた場合、過電流判定回路Ｂ２の出力信号を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化させ、“Ｈ”レベルの信号を出力する。そして、過電流判定回路Ｂ２から出力された“Ｈ”レベルの信号は“Ｌ”レベルに反転されて論理積回路Ａ３、Ａ４に入力される。そして、“Ｌ”レベルの信号が論理積回路Ａ３、Ａ４に入力されると、論理積回路Ａ３、Ａ４は、駆動信号生成回路Ｂ５から出力された駆動信号を遮断することにより、スイッチング素子Ｍ３、Ｍ４の動作を停止させ、スイッチング素子Ｍ３、Ｍ４を破壊から保護する。

これにより、各直列回路Ｋ１、Ｋ３の直列接続点Ｓ１、Ｓ３からそれぞれ引き出された出力線を流れる電流をそれぞれ検出することで、電流検出器Ｅ１、Ｅ２が設置されていない直列回路Ｋ２の直列接続点Ｓ２から引き出される出力線を流れる電流を算出することができ、電流検出器Ｅ１、Ｅ２を２個設けることで、３列分の直列回路Ｋ１〜Ｋ３をそれぞれ個別に保護することが可能となる。このため、直並列コンバータのいずれかの直列回路Ｋ１〜Ｋ３に過電流が流れた場合においても、全ての直列回路Ｋ１〜Ｋ３を停止させる必要がなくなり、直並列コンバータを構成する直列コンバータと並列コンバータのうちいずれか一方のみを必要に応じて動作させることを可能として、直並列コンバータの運用効率を向上させることが可能となるとともに、全停止による過電流に無関係なアームの電流や電圧波形の歪みを防止することができる。また、３列分の直列回路Ｋ１〜Ｋ３をそれぞれ個別に保護する場合においても、電流検出器Ｅ１、Ｅ２を２個で済ませることが可能となり、装置構成を簡潔化することを可能として、直並列コンバータの保護回路の小型化および低価格化を図ることができる。

図２は、本発明の第２実施形態に係る直並列コンバータの保護回路の概略構成を示す回路図である。
図２において、直並列コンバータには、直列回路Ｋ１１〜Ｋ１３が設けられている。ここで、直列回路Ｋ１１には、直列接続点Ｓ１１を介して互いに直列接続されたスイッチング素子Ｍ１１、Ｍ１２が設けられ、スイッチング素子Ｍ１１、Ｍ１２には、帰還ダイオードＤ１１、Ｄ１２がそれぞれ並列接続されている。また、直列回路Ｋ１２には、直列接続点Ｓ１２を介して互いに直列接続されたスイッチング素子Ｍ１３、Ｍ１４が設けられ、スイッチング素子Ｍ１３、Ｍ１４には、帰還ダイオードＤ１３、Ｄ１４がそれぞれ並列接続されている。また、直列回路Ｋ１３には、直列接続点Ｓ１３を介して互いに直列接続されたスイッチング素子Ｍ１５、Ｍ１６が設けられ、スイッチング素子Ｍ１５、Ｍ１６には、帰還ダイオードＤ１５、Ｄ１６がそれぞれ並列接続されている。そして、直列回路Ｋ１１〜Ｋ１３は互いに並列接続されるとともに、直列回路Ｋ１１にはコンデンサＣ１３が並列接続されている。

また、入力端子Ｔ１１、Ｔ１２間にはフィルタコンデンサＣ１１が接続されるとともに、出力端子Ｔ１３、Ｔ１４間にはフィルタコンデンサＣ１２が接続されている。また、入力端子Ｔ１１は直列接続点Ｓ１１に接続され、出力端子Ｔ１３はリアクトルＬ１２を介して直列接続点Ｓ１３に接続され、入力端子Ｔ１２および出力端子Ｔ１４はリアクトルＬ１１を介して直列接続点Ｓ１１に接続されている。
そして、直列回路Ｋ１１および直列回路Ｋ１２からなるフルブリッジ回路にて入力端子Ｔ１１、Ｔ１２間に並列に接続された並列コンバータが構成されるとともに、直列回路Ｋ１２および直列回路Ｋ１３からなるフルブリッジ回路にて入力端子Ｔ１１と出力端子Ｔ１３との間に直列に接続された直列コンバータが構成されている。

また、直列回路Ｋ１１にはリアクトルＬ１１を流れる電流を検出する電流検出器Ｅ１１が設置されるとともに、直列回路Ｋ１３にはリアクトルＬ１２を流れる電流を検出する電流検出器Ｅ１２が設置されている。そして、電流検出器Ｅ１１、Ｅ１２は、過電流判定回路Ｂ１１、Ｂ１２にそれぞれ接続されている。ここで、過電流判定回路Ｂ１１、Ｂ１２は、各電流検出器Ｅ１１、Ｅ１２にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する。

また、駆動信号生成回路Ｂ１３にて生成される各スイッチング素子Ｍ１１〜Ｍ１６の駆動信号が論理積回路Ａ１１〜Ａ１６の一方の入力端子にそれぞれ入力されるとともに、過電流判定回路Ｂ１１からの出力は論理積回路Ａ１１、Ａ１２の他方の入力端子に入力され、過電流判定回路Ｂ１２からの出力は論理積回路Ａ１５、Ａ１６の他方の入力端子に入力される。また、過電流判定回路Ｂ１１からの出力は論理和回路Ｈ１の一方の入力端子に入力されるとともに、過電流判定回路Ｂ１２からの出力は論理和回路Ｈ１の他方の入力端子に入力され、論理和回路Ｈ１からの出力は論理積回路Ａ１５、Ａ１６の他方の入力端子に入力される。

そして、論理積回路Ａ１１〜Ａ１６の出力は、各スイッチング素子Ｍ１１〜Ｍ１６を駆動するゲートドライブユニットＵ１１〜Ｕ１６をそれぞれ介し、各スイッチング素子Ｍ１１〜Ｍ１６のゲートにそれぞれ入力される。
そして、正常動作時には、過電流判定回路Ｂ１１、Ｂ１２から“Ｌ”レベルの信号が出力され、この“Ｌ”レベルの信号が“Ｈ”レベルに反転されて論理積回路Ａ１１、Ａ１２、Ａ１５、Ａ１６に入力される。また、過電流判定回路Ｂ１１、Ｂ１２から出力された“Ｌ”レベルの信号は論理和回路Ｈ１を介して出力され、この“Ｌ”レベルの信号が“Ｈ”レベルに反転されて論理積回路Ａ１３、Ａ１４に入力される。

このため、駆動信号生成回路Ｂ１３から出力された駆動信号が論理積回路Ａ１１〜Ａ１６をそれぞれ介して、ゲートドライブユニットＵ１１〜Ｕ１６に入力される。そして、駆動信号生成回路Ｂ１３から出力された駆動信号は、各ゲートドライブユニットＵ１１〜Ｕ１６にてスイッチング素子Ｍ１１〜Ｍ１６を駆動できるレベルの信号にそれぞれ変換された後、スイッチング素子Ｍ１１〜Ｍ１６のゲートにそれぞれ入力され、直並列コンバータを正常に動作させることができる。

そして、直列回路Ｋ１１に過電流が流れると、電流検出器Ｅ１１にて過電流が検出され、その電流値が過電流判定回路Ｂ１１に送られる。そして、過電流判定回路Ｂ１１は、電流検出器Ｅ１１にて検出された電流値を受けると、電流検出器Ｅ１１にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する。そして、電流検出器Ｅ１１にて検出された電流値が設定値を超えた場合、過電流判定回路Ｂ１１の出力信号を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化させ、“Ｈ”レベルの信号を出力する。そして、過電流判定回路Ｂ１１から出力された“Ｈ”レベルの信号は“Ｌ”レベルに反転されて論理積回路Ａ１１、Ａ１２に入力される。そして、“Ｌ”レベルの信号が論理積回路Ａ１１、Ａ１２に入力されると、論理積回路Ａ１１、Ａ１２は、駆動信号生成回路Ｂ１３から出力された駆動信号を遮断することにより、スイッチング素子Ｍ１１、Ｍ１２の動作を停止させ、スイッチング素子Ｍ１１、Ｍ１２を破壊から保護する。

また、直列回路Ｋ１３に過電流が流れると、電流検出器Ｅ１２にて過電流が検出され、その電流値が過電流判定回路Ｂ１３に送られる。そして、過電流判定回路Ｂ１３は、電流検出器Ｅ１２にて検出された電流値を受けると、電流検出器Ｅ１２にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する。そして、電流検出器Ｅ１２にて検出された電流値が設定値を超えた場合、過電流判定回路Ｂ１３の出力信号を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化させ、“Ｈ”レベルの信号を出力する。そして、過電流判定回路Ｂ１３から出力された“Ｈ”レベルの信号は“Ｌ”レベルに反転されて論理積回路Ａ１５、Ａ１６に入力される。そして、“Ｌ”レベルの信号が論理積回路Ａ１５、Ａ１６に入力されると、論理積回路Ａ１５、Ａ１６は、駆動信号生成回路Ｂ１３から出力された駆動信号を遮断することにより、スイッチング素子Ｍ１５、Ｍ１６の動作を停止させ、スイッチング素子Ｍ１５、Ｍ１６を破壊から保護する。

また、過電流判定回路Ｂ１１または過電流判定回路Ｂ１２の出力信号が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化すると、論理和回路Ｈ１から“Ｈ”レベルの信号が出力される。そして、論理和回路Ｈ１から出力された“Ｈ”レベルの信号は“Ｌ”レベルに反転されて論理積回路Ａ１３、Ａ１４に入力される。そして、“Ｌ”レベルの信号が論理積回路Ａ１３、Ａ１４に入力されると、論理積回路Ａ１３、Ａ１４は、駆動信号生成回路Ｂ１３から出力された駆動信号を遮断することにより、スイッチング素子Ｍ１３、Ｍ１４の動作を停止させ、スイッチング素子Ｍ１３、Ｍ１４を破壊から保護する。

これにより、電流検出器Ｅ１１、Ｅ１２がそれぞれ設置された直列回路Ｋ１１、Ｋ１３のいずれか少なくとも一方を保護した時に、電流検出器Ｅ１１、Ｅ１２が設置されていない直列回路Ｋ１２を保護することが可能となり、電流検出器Ｅ１１、Ｅ１２を２個設けることで、３列分の直列回路Ｋ１１〜Ｋ１３を保護することが可能となる。このため、直並列コンバータに過電流が流れた場合においても、３列分全ての直列回路Ｋ１１〜Ｋ１３を停止させる必要がなくなり、直並列コンバータの運用効率を向上させることが可能となるとともに、装置構成を簡潔化することを可能として、直並列コンバータの保護回路の小型化および低価格化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る直並列コンバータの保護回路の概略構成を示す回路図である。 本発明の第２実施形態に係る直並列コンバータの保護回路の概略構成を示す回路図である。 従来のパワー素子の過電流からの保護方法を示す回路図である。 従来のインバータブリッジ回路における半導体スイッチング素子の過電流からの保護方法を示す回路図である。 直並列コンバータの概略構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

Ｋ１〜Ｋ３、Ｋ１１〜Ｋ１３ 直列回路
Ｍ１〜Ｍ６、Ｍ１１〜Ｍ１６ スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６、Ｄ１１〜Ｄ１６ 帰還ダイオード
Ｕ１〜Ｕ６、Ｕ１１〜Ｕ１６ ゲートドライブユニット
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１１、Ｃ１２ フィルタコンデンサ
Ｃ３、Ｃ１３ コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ１２ リアクトル
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ１１、Ｅ１２ 電流検出器
Ａ１〜Ａ６、Ａ１１〜Ａ１６ 論理積回路
Ｂ１〜Ｂ３、Ｂ１１、Ｂ１２ 過電流判定回路
Ｂ４ 電流演算回路
Ｂ５、Ｂ１３ 駆動信号生成回路
Ｈ１ 論理和回路
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２ 入力端子
Ｔ３、Ｔ４、Ｔ１３、Ｔ１４ 出力端子
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３ 直列接続点

Claims (4)

1. 第１ダイオードが逆並列接続された第１スイッチング素子と第２ダイオードが逆並列接続された第２スイッチング素子とが第１直列接続点を介して互いに直列接続された第１直列回路と、
   第３ダイオードが逆並列接続された第３スイッチング素子と第４ダイオードが逆並列接続された第４スイッチング素子とが第２直列接続点を介して互いに直列接続されるとともに、前記第１直列回路に並列接続された第２直列回路と、
   第５ダイオードが逆並列接続された第５スイッチング素子と第６ダイオードが逆並列接続された第６スイッチング素子とが第３直列接続点を介して互いに直列接続されるとともに、前記第２直列回路に並列接続された第３直列回路と、前記第３直列回路に並列接続されたコンデンサと、を備え、
   前記第１直列回路および前記第２直列回路からなるフルブリッジ回路にて入力端子間に並列に接続される並列コンバータを構成するとともに、前記第２直列回路および前記第３直列回路からなるフルブリッジ回路にて入力端子と出力端子との間に直列に接続される直列コンバータを構成して動作する直並列コンバータの保護回路において、
   前記第１から第３直列接続点のうちのいずれか２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流の検出結果に基づいて、前記第１から第３直列回路の駆動を別個に制御する駆動制御手段を備えることを特徴とする直並列コンバータの保護回路。
2. 前記駆動制御手段は、
   前記第１から第３直列接続点のうちのいずれか２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流をそれぞれ検出する第１および第２電流検出手段と、
   前記第１電流検出手段にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第１過電流判定手段と、
   前記第１過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第１電流検出手段が設置された前記第１から第３のいずれかの直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第１駆動遮断手段と、
   前記第２電流検出手段にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第２過電流判定手段と、
   前記第２過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第２電流検出手段が設置された前記第１から第３のいずれかの直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第２駆動遮断手段と、
   前記第１および第２電流検出手段にてそれぞれ検出された電流値に基づいて、前記第１および第２電流検出手段のいずれも設置されていない直列回路の直列接続点から引き出される出力線を流れる電流を算出する電流演算手段と、
   前記電流演算手段にて算出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第３過電流判定手段と、
   前記第３過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第１および第２電流検出手段のいずれも設置されていない直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第３駆動遮断手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の直並列コンバータの保護回路。
3. 第１ダイオードが逆並列接続された第１スイッチング素子と第２ダイオードが逆並列接続された第２スイッチング素子とが第１直列接続点を介して互いに直列接続された第１直列回路と、
   第３ダイオードが逆並列接続された第３スイッチング素子と第４ダイオードが逆並列接続された第４スイッチング素子とが第２直列接続点を介して互いに直列接続されるとともに、前記第１直列回路に並列接続された第２直列回路と、
   第５ダイオードが逆並列接続された第５スイッチング素子と第６ダイオードが逆並列接続された第６スイッチング素子とが第３直列接続点を介して互いに直列接続されるとともに、前記第２直列回路に並列接続された第３直列回路と、前記第３直列回路に並列接続されたコンデンサと、を備え、
   前記第１直列回路および前記第２直列回路からなるフルブリッジ回路にて入力端子間に並列に接続される並列コンバータを構成するとともに、前記第２直列回路および前記第３直列回路からなるフルブリッジ回路にて入力端子と出力端子との間に直列に接続される直列コンバータを構成して動作する直並列コンバータの保護回路において、
   前記第１から第３直列接続点のうちのいずれか２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流の検出結果に基づいて、前記第１または第２電流検出手段が設置された直列回路の駆動を別個に制御するとともに、前記第１または第２電流検出手段のいずれも設置されていない直列回路の駆動を制御する駆動制御手段を備えることを特徴とする直並列コンバータの保護回路。
4. 前記駆動制御手段は、
   前記第１から第３直列接続点のうちのいずれか２個の直列接続点から引き出された出力線を流れる電流をそれぞれ検出する第１および第２電流検出手段と、
   前記第１電流検出手段にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第１過電流判定手段と、
   前記第１過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第１電流検出手段が設置された前記第１から第３のいずれかの直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第１駆動遮断手段と、
   前記第２電流検出手段にて検出された電流値が設定値を超えたかどうかを判定する第２過電流判定手段と、
   前記第２過電流判定手段による判定結果に基づいて、前記第２電流検出手段が設置された前記第１から第３のいずれかの直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第２駆動遮断手段と、
   前記第１または第２駆動遮断手段にて遮断動作が行われた時に、前記第１および第２電流検出手段のいずれも設置されていない直列回路のスイッチング素子の駆動を遮断する第３駆動遮断手段とを備えることを特徴とする請求項３記載の直並列コンバータの保護回路。

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