JP2009159671A - 電力用素子の故障検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】故障検出装置1Bは、電力用素子としてのIGBTQ1の主電極間の電圧を、ダイオードD7を介して検出する。そして、故障検出装置1Bは、ダイオードD7のアノード電圧が予め定める基準電圧V3より低電圧であるとき、IGBTQ1は短絡故障であると判定する。好ましくは、ダイオードD7のアノード電圧が予め定める基準電圧V4より高電圧であることを併せて判定すれば、フライホイールダイオードD1がオン状態である正常動作の場合を除外できる。
【選択図】図5
Description
実施の形態1では、IGBTが短絡故障したことを検出する故障検出装置1Aについて説明する。
図4は、図2の各部の電圧・電流波形の一例を模式的に示すタイミング図である。図4で縦軸は、上から順に、IGBTQ1のゲート電圧、IGBTQ1のコレクタ電圧、ダイオードD7のアノード電圧、コンパレータCA1の出力電圧、IGBTQ1のコレクタ電流(主電流)、フライホイールダイオードD1の電流を示す。横軸は経過時間である。
図5は、本発明の実施の形態2の故障検出装置1Bの構成を示す回路図である。図5の故障検出装置1Bは、実施の形態1の故障検出装置1Aを変形したものであり、IGBTQ1が短絡故障したことを検出する。図5の回路図において、電位の基準となる共通電位VN1は、IGBTQ1のエミッタ(ノードN1)の電位である。なお、IGBTQ1〜Q6にそれぞれ対応して、同一構成のゲート駆動回路および故障検出装置が設けられているので、以下では、IGBTQ1に設けられるゲート駆動回路GD1Bおよび故障検出装置1Bを代表として説明する。
図7は、本発明の実施の形態3の故障検出装置1Cの構成を示す回路図である。図7の故障検出装置1Cは、実施の形態2の故障検出装置1Bを変形したものであり、IGBTQ1が短絡故障したことを検出するものである。なお、IGBTQ1〜Q6にそれぞれ対応して、同一構成のゲート駆動回路および故障検出装置が設けられているので、以下では、IGBTQ1に設けられるゲート駆動回路GD1Cおよび故障検出装置1Cを代表として説明する。
実施の形態4では、電力用素子が寿命劣化したことを検出する故障検出装置について説明する。
図11を参照して、サンプル・ホールド回路26は、オペアンプ34,36と、スイッチSW1,SW2と、電圧保持用のコンデンサC2を含む。オペアンプ34,36は、出力端子と反転入力端子が直結されることによって、電圧フォロアとして用いられる。サンプル・ホールド回路26の入力端子30と出力端子32との間には、オペアンプ34、スイッチSW1、およびオペアンプ36がこの順で直列に接続される。オペアンプ36の非反転入力端子とノードN1との間にコンデンサC2およびスイッチSW2が互いに並列に接続される。
Claims (9)
- 制御信号に応じて第1の主電極から第2の主電極に流れる主電流が変化するスイッチング素子を含む電力回路における、電力用素子の故障検出装置であって、
カソードが前記第1の主電極に接続される第1の整流素子と、
一端が前記第1の整流素子のアノードに接続され、他端に前記第2の主電極に対して正の電圧が印加される第1の抵抗素子と、
前記スイッチング素子の故障を検出するための故障判定条件が成立するか否かを判定する故障判定部とを備え、
前記故障判定条件は、前記第1の整流素子のアノードおよび前記第2の主電極間の監視電圧が予め定める第1の基準電圧よりも低いという条件を含み、
前記第1の基準電圧は、オン状態の前記スイッチング素子の第1、第2の主電極間の電圧と、前記第1の整流素子の順方向電圧との和より低く、かつ、前記第1の整流素子の順方向電圧より高い電圧に設定される、電力用素子の故障検出装置。 - 前記故障判定条件は、前記スイッチング素子をオン状態にする前記制御信号が前記スイッチング素子に与えられているという条件をさらに含む、請求項1に記載の電力用素子の故障検出装置。
- 前記故障判定部は、
前記監視電圧と前記第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、
前記制御信号を前記スイッチング素子に出力する制御用コンピュータとを含み、
前記制御用コンピュータは、フォトカプラを介して前記第1のコンパレータの出力を受け、前記第1のコンパレータの出力および前記制御信号に基づいて、前記故障判定条件が成立するか否かを判定する、請求項2に記載の電力用素子の故障検出装置。 - 前記電力回路は、前記スイッチング素子と並列に接続され、前記第2の主電極から前記第1の主電極へ向かう方向が順方向である第2の整流素子をさらに含み、
前記故障判定条件は、前記監視電圧が予め定める第2の基準電圧よりも高いという条件をさらに含み、
前記第2の基準電圧は、前記第1の整流素子の順方向電圧から前記第2の整流素子の順方向電圧を減じた値より高く、かつ、前記第1の整流素子の順方向電圧よりも低い電圧に設定される、請求項1に記載の電力用素子の故障検出装置。 - 前記故障判定部は、
前記監視電圧と前記第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、
前記監視電圧と前記第2の基準電圧とを比較する第2のコンパレータとを含む、請求項4に記載の電力用素子の故障検出装置。 - 前記故障判定条件は、前記スイッチング素子をオン状態にする前記制御信号が前記スイッチング素子に与えられているという条件をさらに含む、請求項4に記載の電力用素子の故障検出装置。
- 前記故障判定部は、
前記監視電圧と前記第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、
前記監視電圧と前記第2の基準電圧とを比較する第2のコンパレータと、
前記第1、第2のコンパレータの出力、および前記制御信号に基づいて、前記故障判定条件が成立するか否かを判定する論理回路とを含む、請求項6に記載の電力用素子の故障検出装置。 - 制御信号に応じて第1の主電極から第2の主電極に流れる主電流が変化するスイッチング素子を含む電力回路における、電力用素子の故障検出装置であって、
カソードが前記第1の主電極に接続される第1の整流素子と、
一端が前記第1の整流素子のアノードに接続され、他端に前記第2の主電極に対して正の電圧が印加される第1の抵抗素子と、
前記スイッチング素子の劣化を判定するための劣化判定部とを備え、
前記劣化判定部は、前記主電流の大きさが予め定める基準電流に一致するときに、前記第1の整流素子のアノードと前記第2の主電極との間の監視電圧を検出し、検出した前記監視電圧が予め定める第3の基準電圧を超えるか否かを判定し、
前記基準電流は、前記主電流の大きさが第1の領域と第2の領域との境界である大きさに設定され、
前記第1の領域は、前記スイッチング素子の前記第1、第2の主電極間の電圧が負の温度依存性を有する領域であり、
前記第2の領域は、前記スイッチング素子の前記第1、第2の主電極間の電圧が正の温度依存性を有する領域である、電力用素子の故障検出装置。 - 前記スイッチング素子は、前記主電流の検出用のセンス電極を含み、
前記劣化判定部は、
前記センス電極と前記第2の主電極との間に接続され、前記主電流を計測するための第2の抵抗素子と、
前記第2の抵抗素子の両端に生じる電圧と前記基準電流に対応する電圧とを比較する第3のコンパレータと、
前記主電流が前記基準電流に一致するときに、前記監視電圧を保持するサンプル・ホールド回路と、
前記サンプル・ホールド回路によって保持された前記監視電圧と前記第3の基準電圧とを比較する第4のコンパレータとを含む、請求項8に記載の電力用素子の故障検出装置。
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