JP2019030081A - Power conversion apparatus and failure diagnosis method - Google Patents

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Abstract

To provide a power conversion apparatus capable of discovering at least which fails among a plurality of switching elements connected with each other in parallel in a switching circuit in which the plurality of switching elements are connected in parallel, and a failure diagnosis method.SOLUTION: A power conversion apparatus includes a switching circuit 21 in which a plurality of switching elements 21a and 21b are connected in parallel, being provided with: an inverter circuit 2 for converting DC power to AC power; a voltage sensor for detecting an inter-terminal voltage V1 of a switching circuit 21; a drive unit 51 capable of inputting an ON signal for making the respective switching elements 21a and 21b an ON state to the respective plurality of switching elements 21a and 21b; and a diagnosis unit 52 for diagnosing open-circuit failure of at least one of the plurality of switching elements 21a and 21b in a case where the inter-terminal voltage V1 is equal to or larger than an open determination threshold value when the ON signal is input into the respective plurality of switching elements 21a and 21b.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、複数のスイッチング素子が並列接続されたスイッチング回路を含む電力変換装置および故障診断方法に関する。   The present invention relates to a power conversion device including a switching circuit in which a plurality of switching elements are connected in parallel, and a failure diagnosis method.

入力電力を所定の出力電力に変換する電力変換装置において、複数のスイッチング素子が用いられている。このような電力変換装置の一例として、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置が知られている。特許文献1には、従来のインバータ装置が開示されている。   In a power conversion device that converts input power into predetermined output power, a plurality of switching elements are used. As an example of such a power conversion device, an inverter device that converts DC power into AC power is known. Patent Document 1 discloses a conventional inverter device.

図7は、従来のインバータ装置の一例を示す図である。従来のインバータ装置は、インバータ回路2’および制御回路5’を備えている。従来のインバータ装置は、直流電源1から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷Lに供給する。インバータ回路2’は、図7に示すように、複数のスイッチング回路21’〜24’を有しており、これらがフルブリッジ接続されている。各スイッチング回路21’〜24’において、それぞれ2つのスイッチング素子が並列に接続されている。制御回路5’は、各スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り換えるための信号を生成し、これを各スイッチング素子のゲート端子に入力する。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a conventional inverter device. The conventional inverter device includes an inverter circuit 2 'and a control circuit 5'. The conventional inverter device converts the DC power input from the DC power source 1 into AC power and supplies it to the load L. As shown in FIG. 7, the inverter circuit 2 ′ has a plurality of switching circuits 21 ′ to 24 ′, and these are connected by a full bridge. In each of the switching circuits 21 ′ to 24 ′, two switching elements are connected in parallel. The control circuit 5 ′ generates a signal for switching between the on state and the off state of each switching element, and inputs this signal to the gate terminal of each switching element.

上記のように構成された従来のインバータ装置において、制御回路5’は、スイッチング回路21’,24’におけるスイッチング素子と、スイッチング回路22’,23’におけるスイッチング素子とを交互にスイッチング動作させる。これにより、インバータ回路2’は、直流電力を交流電力に変換している。   In the conventional inverter device configured as described above, the control circuit 5 ′ alternately performs switching operations of the switching elements in the switching circuits 21 ′ and 24 ′ and the switching elements in the switching circuits 22 ′ and 23 ′. As a result, the inverter circuit 2 'converts the DC power into AC power.

特開2013−55781号公報JP 2013-55781 A

図7に示すように、各スイッチング回路21’〜24’において、それぞれ2つのスイッチング素子が並列に接続されている。このため、各スイッチング回路21’〜24’に流れる電流は、当該スイッチング回路21’〜24’を構成する2つのスイッチング素子に分流される。しかしながら、例えば、スイッチング回路21’〜24’のいずれかにおいて、一方のスイッチング素子が開放故障し、他方のスイッチング素子が故障していない場合には、当該スイッチング回路に入力される電流がすべて、故障していないスイッチング素子に流れる。このため、インバータ回路2’において、一方のスイッチング素子が開放故障しても、直流電力から交流電力への変換が行われる。したがって、利用者は、スイッチング素子が開放故障していることに気付かない可能性がある。しかしながら、一方のスイッチング素子は開放故障しているので、他方のスイッチング素子に負担がかかる。この状態のままで利用を継続すると、故障していなかったスイッチング素子も故障してしまい、他の部品にも損害を与える要因となっていた。このような問題は、複数のスイッチング回路がフルブリッジ接続された場合に限られない。   As shown in FIG. 7, two switching elements are connected in parallel in each of the switching circuits 21 ′ to 24 ′. For this reason, the current flowing through each of the switching circuits 21 ′ to 24 ′ is divided into two switching elements that constitute the switching circuits 21 ′ to 24 ′. However, for example, in one of the switching circuits 21 ′ to 24 ′, when one switching element has an open failure and the other switching element has not failed, all currents input to the switching circuit are failed. It flows to the switching element that is not. For this reason, in the inverter circuit 2 ′, even if one of the switching elements fails to open, conversion from DC power to AC power is performed. Therefore, the user may not be aware that the switching element has an open failure. However, since one switching element has an open failure, the other switching element is burdened. If the use is continued in this state, the switching element that has not failed also fails, causing damage to other components. Such a problem is not limited to a case where a plurality of switching circuits are connected by a full bridge.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数のスイッチング素子が並列に接続されたスイッチング回路において、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子の少なくともいずれかが故障していることを発見できる電力変換装置および故障診断方法を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been created in view of the above problems, and its object is to provide at least one of a plurality of switching elements connected in parallel to each other in a switching circuit in which a plurality of switching elements are connected in parallel. It is an object of the present invention to provide a power conversion device and a failure diagnosis method that can detect that a failure occurs.

本発明の第1の側面によって提供される電力変換装置は、複数のスイッチング素子が互いに並列に接続されたスイッチング回路を含み、電力源からの入力電力を所定の出力電力に変換する主回路と、前記スイッチング回路の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記複数のスイッチング素子の各々に、当該各スイッチング素子をオン状態にするためのオン信号を入力可能な信号入力手段と、前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されているときの前記端子間電圧が、開放判定閾値以上の場合に、前記複数のスイッチング素子の少なくとも1つが開放故障していると診断する診断手段と、を備えることを特徴とする。この構成によると、前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されているときの前記端子間電圧と所定の開放判定閾値とを比較することで、前記複数のスイッチング素子の少なくともいずれかが開放故障しているか否かを診断できる。したがって、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子の少なくともいずれかが開放故障していることを発見できる。   The power conversion device provided by the first aspect of the present invention includes a switching circuit in which a plurality of switching elements are connected in parallel to each other, and converts a power input from a power source into a predetermined output power. Voltage detecting means for detecting a voltage between terminals of the switching circuit; signal input means capable of inputting an on signal for turning on each switching element to each of the plurality of switching elements; and the plurality of switching elements Diagnostic means for diagnosing that at least one of the plurality of switching elements has an open failure when the voltage between the terminals when the ON signal is input to each of the elements is equal to or higher than an open determination threshold; It is characterized by providing. According to this configuration, by comparing the voltage between the terminals when the ON signal is input to each of the plurality of switching elements and a predetermined open determination threshold, at least one of the plurality of switching elements is It is possible to diagnose whether an open failure has occurred. Therefore, it can be found that at least one of the plurality of switching elements connected in parallel with each other has an open failure.

上記電力変換装置の好ましい実施の形態においては、前記診断手段は、前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されていないときの前記端子間電圧が短絡判定閾値以下の場合に、前記複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障していると診断する。この構成によると、前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されていないときの前記端子間電圧と所定の短絡判定閾値とを比較することで、前記複数のスイッチング素子のいずれかが短絡しているか否かを診断できる。したがって、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子のいずれかが開放故障していることを発見できるとともに、短絡故障していることも発見できる。   In a preferred embodiment of the power conversion device, the diagnostic means includes the plurality of the plurality of switching elements when the voltage between the terminals when the ON signal is not input to each of the plurality of switching elements is equal to or less than a short circuit determination threshold. The switching element is diagnosed as having a short circuit failure. According to this configuration, any of the plurality of switching elements is short-circuited by comparing the voltage between the terminals when the ON signal is not input to each of the plurality of switching elements and a predetermined short-circuit determination threshold value. You can diagnose whether or not. Therefore, it is possible to discover that any of the plurality of switching elements connected in parallel to each other has an open fault, and it is also possible to discover that a short circuit has occurred.

上記電力変換装置の好ましい実施の形態においては、前記電力源は、直流電源であり、前記主回路は、各々が、前記直流電源の高電位側の出力端子に接続された高電位側の前記スイッチング回路と前記直流電源の低電位側の出力端子に接続された低電位側の前記スイッチング回路とを直列に接続した第1アームおよび第2アームを有し、前記第1アームと前記第2アームとが並列に接続されたインバータ回路である。この構成によると、前記主回路はフルブリッジ型のインバータ回路であり、当該インバータ回路における複数のスイッチング素子の故障を診断できる。   In a preferred embodiment of the power conversion device, the power source is a direct current power source, and the main circuit is connected to the high potential side switching terminal connected to the high potential side output terminal of the direct current power source. A first arm and a second arm connected in series to a low potential side switching circuit connected to a low potential side output terminal of the DC power supply, the first arm and the second arm, Is an inverter circuit connected in parallel. According to this configuration, the main circuit is a full bridge type inverter circuit, and a failure of a plurality of switching elements in the inverter circuit can be diagnosed.

上記電力変換装置の好ましい実施の形態においては、前記電圧検出手段は、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における第1の端子間電圧と前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における第2の端子間電圧を検出し、前記診断手段は、前記信号入力手段が、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子および前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子に前記オン信号を入力しており、かつ、前記第1アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子および前記第2アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子に前記オン信号を入力していないときに、前記インバータ回路から電流が出力されている場合、前記第1の端子間電圧と前記第2の端子間電圧とを比較して、これらが異なる場合に、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のいずれか、あるいは、前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のいずれかが開放故障していると診断する。この構成によると、前記第1の端子間電圧と前記第2の端子間電圧との比較によって、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のいずれか、あるいは、前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のいずれかが開放故障していることを発見できる。   In a preferred embodiment of the power conversion device, the voltage detecting means includes a first terminal voltage in the high potential side switching circuit of the first arm and a switching circuit on the low potential side of the second arm. A voltage between the plurality of switching elements in the switching circuit on the high potential side of the first arm and the low potential side of the second arm. The ON signal is input to the plurality of switching elements in the switching circuit, and the switching elements in the low potential side switching circuit of the first arm and the high potential side of the second arm When the ON signal is not input to the plurality of switching elements in the switching circuit, When a current is output from the inverter circuit, the first inter-terminal voltage and the second inter-terminal voltage are compared, and if they are different, the switching circuit on the high potential side of the first arm Or any one of the plurality of switching elements in the switching circuit on the low potential side of the second arm is diagnosed as having an open failure. According to this configuration, by comparing the first inter-terminal voltage and the second inter-terminal voltage, any one of the plurality of switching elements in the high-potential side switching circuit of the first arm, or the It can be found that any of the plurality of switching elements in the switching circuit on the low potential side of the second arm has an open failure.

上記電力変換装置の好ましい実施の形態においては、前記診断手段は、前記信号入力手段が、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子および前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子に前記オン信号を入力しており、かつ、前記第1アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子および前記第2アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子に前記オン信号を入力していないときに、前記インバータ回路から電流が出力されていない場合、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子の両方、あるいは、前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子の両方が開放故障していると診断する。この構成によると、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子の両方、あるいは、前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子の両方が開放故障していることを発見できる。   In a preferred embodiment of the power conversion device, the diagnostic means is configured such that the signal input means has the plurality of switching elements in the high-potential side switching circuit of the first arm and the low potential of the second arm. The ON signal is input to the plurality of switching elements in the switching circuit on the side, and the high potential side of the plurality of switching elements and the second arm in the switching circuit on the low potential side of the first arm When the ON signal is not input to the plurality of switching elements in the switching circuit, and no current is output from the inverter circuit, the switching in the switching circuit on the high potential side of the first arm Both of the elements or the low potential side of the second arm Both of the plurality of switching elements in the switching circuit is diagnosed as open-circuit failure. According to this configuration, both of the plurality of switching elements in the switching circuit on the high potential side of the first arm or both of the plurality of switching elements in the switching circuit on the low potential side of the second arm are opened. You can discover that it is out of order.

上記電力変換装置の好ましい実施の形態においては、前記信号入力手段は、前記各スイッチング素子を能動領域で動作させる前記オン信号を入力する。この構成によると、前記各スイッチング素子を能動領域で動作させた方が、前記スイッチング回路の前記複数のスイッチング素子のうち、少なくともいずれかが開放故障している場合といずれも故障していない場合とで、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧の差が大きくなる。したがって、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子の少なくともいずれかが開放故障しているか否かの診断において、誤診断を抑制できる。   In a preferred embodiment of the power conversion device, the signal input means inputs the ON signal that causes the switching elements to operate in an active region. According to this configuration, when each of the switching elements is operated in an active region, at least one of the plurality of switching elements of the switching circuit has an open failure and a case where none has failed. Thus, the difference in the voltage between the terminals detected by the voltage detecting means increases. Therefore, misdiagnosis can be suppressed in the diagnosis of whether or not at least one of the plurality of switching elements connected in parallel to each other has an open failure.

上記電力変換装置の好ましい実施の形態においては、前記信号入力手段は、前記スイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子だけに前記オン信号を入力可能である。この構成によると、前記信号入力手段は、前記スイッチング回路が開放故障あるいは短絡故障していると診断された場合に、当該スイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子だけに前記オン信号を入力する状態にでき、残りのスイッチング素子に前記オン信号を入力しない状態にできる。これにより、前記スイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のうちのいずれのスイッチング素子が開放故障しているかあるいは短絡故障をしているかを特定できる。   In a preferred embodiment of the power conversion device, the signal input means can input the ON signal only to any one of the plurality of switching elements in the switching circuit. According to this configuration, when the switching circuit is diagnosed as having an open failure or a short-circuit failure, the signal input means is provided only to any one of the switching elements in the switching circuit. An ON signal can be input, and the ON signal is not input to the remaining switching elements. Thereby, it can be specified which switching element of the plurality of switching elements in the switching circuit has an open fault or a short-circuit fault.

本発明の第2の側面によって提供される故障診断方法は、複数のスイッチング素子が互いに並列に接続されたスイッチング回路を含み、電力源からの入力電力を所定の出力電力に変換する主回路の故障診断方法であって、前記複数のスイッチング素子の各々に、当該各スイッチング素子をオン状態にするためのオン信号を入力する工程と、前記スイッチング回路の端子間電圧を検出する工程と、前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されているときの前記端子間電圧が、開放判定閾値以上の場合に、前記複数のスイッチング素子の少なくとも1つが開放故障していると診断する工程と、を有することを特徴とする。この構成によると、前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されているときの前記端子間電圧と所定の開放判定閾値とを比較することで、前記複数のスイッチング素子の少なくともいずれかが開放故障しているか否かを診断できる。したがって、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子の少なくともいずれかが開放故障していることを発見できる。   A failure diagnosis method provided by the second aspect of the present invention includes a switching circuit in which a plurality of switching elements are connected in parallel to each other, and a failure of a main circuit that converts input power from a power source into predetermined output power A diagnostic method, comprising: inputting a turn-on signal for turning on each switching element to each of the plurality of switching elements; detecting a voltage between terminals of the switching circuit; A step of diagnosing that at least one of the plurality of switching elements has an open failure when the voltage between the terminals when the ON signal is input to each of the switching elements is equal to or higher than an open determination threshold; It is characterized by having. According to this configuration, by comparing the voltage between the terminals when the ON signal is input to each of the plurality of switching elements and a predetermined open determination threshold, at least one of the plurality of switching elements is It is possible to diagnose whether an open failure has occurred. Therefore, it can be found that at least one of the plurality of switching elements connected in parallel with each other has an open failure.

本発明によれば、複数のスイッチング素子が並列に接続されたスイッチング回路において、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子の少なくともいずれかが故障していることを発見できる。   According to the present invention, in a switching circuit in which a plurality of switching elements are connected in parallel, it can be found that at least one of the plurality of switching elements connected in parallel with each other has failed.

一実施形態に係るインバータ装置の全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole inverter device composition concerning one embodiment. 図1に示すインバータ装置におけるインバータ回路および制御回路の詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the inverter circuit and control circuit in the inverter apparatus shown in FIG. 各スイッチング素子におけるコレクタ・エミッタ間飽和電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the collector-emitter saturation voltage characteristic in each switching element. 一実施形態に係る故障診断処理のフローチャート(その1)である。It is a flowchart (the 1) of the failure diagnosis processing concerning one embodiment. 一実施形態に係る故障診断処理のフローチャート(その2)である。It is a flowchart (the 2) of the failure diagnosis processing concerning one embodiment. 変形例に係るスイッチング回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the switching circuit which concerns on a modification. 従来のインバータ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional inverter apparatus.

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。本発明の電力変換装置として、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置に使用した場合を説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The case where it uses for the inverter apparatus which converts direct-current power into alternating current power as a power converter device of this invention is demonstrated.

図1は、インバータ装置の全体構成の一例を示している。同図に示すように、当該インバータ装置は、インバータ回路2、複数の電圧センサ31〜34、電流センサ41、および、制御回路5を備えている。図2は、インバータ回路2および制御回路5の詳細な構成の一例を示している。インバータ装置は、直流電源1から入力される直流電力を交流電力に変換し、負荷Lに供給する。インバータ装置は、例えば、モータの駆動制御装置や光源などの点灯制御装置、電磁誘導を利用して加熱を行う誘導加熱装置、パワーコンディショナ、プラズマ発生装置、非接触給電装置、溶接電源装置、DC/DCコンバータなど、各種装置に利用されている。なお、インバータ装置の利用形態は、上記したものに限定されない。インバータ回路2および制御回路5を合わせたものが、本発明の「電力変換装置」に相当する。   FIG. 1 shows an example of the overall configuration of the inverter device. As shown in the figure, the inverter device includes an inverter circuit 2, a plurality of voltage sensors 31 to 34, a current sensor 41, and a control circuit 5. FIG. 2 shows an example of a detailed configuration of the inverter circuit 2 and the control circuit 5. The inverter device converts DC power input from the DC power source 1 into AC power and supplies the AC power to the load L. Inverter devices include, for example, motor drive control devices and lighting control devices such as light sources, induction heating devices that perform heating using electromagnetic induction, power conditioners, plasma generators, non-contact power supply devices, welding power supply devices, DC Used in various devices such as DC / DC converters. The usage form of the inverter device is not limited to the above. A combination of the inverter circuit 2 and the control circuit 5 corresponds to the “power converter” of the present invention.

直流電源1は、直流電力を出力するものである。例えば、電力系統から入力される交流電流を整流する整流回路と、平滑する平滑コンデンサとを備えている。なお、直流電源1は、交流電流を直流電流に変換して出力するものに限られず、直流電流(直流電力)を出力するものであればよい。このような直流電源1としては、例えば、燃料電池、蓄電池、太陽電池などがある。直流電源1が本発明の「電力源」に相当する。   The DC power source 1 outputs DC power. For example, a rectifier circuit for rectifying an alternating current input from the power system and a smoothing capacitor for smoothing are provided. Note that the DC power source 1 is not limited to one that converts an alternating current into a direct current and outputs it, and may be any one that outputs a direct current (DC power). Examples of such a DC power source 1 include a fuel cell, a storage battery, and a solar cell. The DC power source 1 corresponds to the “power source” of the present invention.

インバータ回路2は、入力電力を所定の出力電力に変換する。本実施形態においては、インバータ回路2は、直流電源1からの直流電力を交流電力に変換し、負荷Lに出力する。インバータ回路2が本発明の「主回路」に相当する。   The inverter circuit 2 converts input power into predetermined output power. In the present embodiment, the inverter circuit 2 converts DC power from the DC power source 1 into AC power and outputs the AC power to the load L. The inverter circuit 2 corresponds to the “main circuit” of the present invention.

インバータ回路2は、4つのスイッチング回路21〜24を備えており、これら4つのスイッチング回路21〜24がフルブリッジ接続されている。すなわち、インバータ回路2は、フルブリッジ型のインバータ回路である。具体的には、直流電源1の高電位側の接続線と低電位側の接続線との間で、スイッチング回路21とスイッチング回路22とが直列に接続され、ブリッジ構造を形成している。スイッチング回路21とスイッチング回路22とで形成されるブリッジ構造をアーム20Aとする。当該アーム20Aにおいて、スイッチング回路21が直流電源1の高電位側の出力端子に接続され、スイッチング回路22が直流電源1の低電位側の出力端子に接続されている。また、直流電源1の高電位側の接続線と低電位側の接続線との間で、スイッチング回路23とスイッチング回路24とが直列に接続され、ブリッジ構造を形成している。スイッチング回路23とスイッチング回路24とで形成されるブリッジ構造をアーム20Bとする。当該アーム20Bにおいて、スイッチング回路23が直流電源1の高電位側の出力端子に接続され、スイッチング回路24が直流電源1の低電位側の出力端子に接続されている。アーム20Aとアーム20Bとは、図1に示すように、並列に接続されている。アーム20Aを本発明の「第1アーム」とすると、アーム20Bが本発明の「第2アーム」に相当し、アーム20Bを本発明の「第1アーム」とすると、アーム20Aが本発明の「第2アーム」に相当する。   The inverter circuit 2 includes four switching circuits 21 to 24, and these four switching circuits 21 to 24 are connected in a full bridge. That is, the inverter circuit 2 is a full bridge type inverter circuit. Specifically, the switching circuit 21 and the switching circuit 22 are connected in series between the connection line on the high potential side and the connection line on the low potential side of the DC power supply 1 to form a bridge structure. A bridge structure formed by the switching circuit 21 and the switching circuit 22 is referred to as an arm 20A. In the arm 20 </ b> A, the switching circuit 21 is connected to the output terminal on the high potential side of the DC power supply 1, and the switching circuit 22 is connected to the output terminal on the low potential side of the DC power supply 1. Further, the switching circuit 23 and the switching circuit 24 are connected in series between the connection line on the high potential side and the connection line on the low potential side of the DC power supply 1 to form a bridge structure. A bridge structure formed by the switching circuit 23 and the switching circuit 24 is referred to as an arm 20B. In the arm 20B, the switching circuit 23 is connected to the output terminal on the high potential side of the DC power supply 1, and the switching circuit 24 is connected to the output terminal on the low potential side of the DC power supply 1. The arm 20A and the arm 20B are connected in parallel as shown in FIG. When the arm 20A is the “first arm” of the present invention, the arm 20B corresponds to the “second arm” of the present invention, and when the arm 20B is the “first arm” of the present invention, the arm 20A is the “first arm” of the present invention. It corresponds to “second arm”.

アーム20Aのスイッチング回路21とスイッチング回路22との接続点aには、出力ラインが接続され、アーム20Bのスイッチング回路23とスイッチング回路24との接続点bにも、出力ラインが接続されている。そして、これらの出力ライン間に、負荷Lが接続されている。   An output line is connected to a connection point a between the switching circuit 21 and the switching circuit 22 of the arm 20A, and an output line is also connected to a connection point b between the switching circuit 23 and the switching circuit 24 of the arm 20B. A load L is connected between these output lines.

スイッチング回路21は、図2に示すように、互いに並列に接続された一対のスイッチング素子21a,21bを含む。本実施形態においては、スイッチング素子21a,21bはともに、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ)である。スイッチング素子21a,21bはともに、コレクタ端子が直流電源1の高電位側に接続され、エミッタ端子が接続点aに接続される。また、スイッチング素子21a,21bはともに、ゲート端子が制御回路5に接続されており、制御回路5から入力される信号(後述するオン信号およびオフ信号)に従い、オン状態とオフ状態とが切り換わる。スイッチング素子21a,21bがともにオフ状態のときに、スイッチング回路21が遮断状態となり、それ以外のとき、すなわち、スイッチング素子21a,21bのいずれか一方あるいは両方がオン状態のときに、スイッチング回路21が導通状態となる。   As shown in FIG. 2, the switching circuit 21 includes a pair of switching elements 21a and 21b connected in parallel to each other. In the present embodiment, the switching elements 21a and 21b are both IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). In both switching elements 21a and 21b, the collector terminal is connected to the high potential side of the DC power supply 1, and the emitter terminal is connected to the connection point a. In addition, the switching elements 21a and 21b have gate terminals connected to the control circuit 5, and are switched between an on state and an off state in accordance with signals (an on signal and an off signal described later) input from the control circuit 5. . When the switching elements 21a and 21b are both in the off state, the switching circuit 21 is cut off. In other cases, that is, when one or both of the switching elements 21a and 21b are in the on state, the switching circuit 21 is It becomes a conductive state.

スイッチング回路22は、図2に示すように、互いに並列に接続された一対のスイッチング素子22a,22bを含む。本実施形態においては、スイッチング素子22a,22bはともに、IGBTである。スイッチング素子22a,22bはともに、コレクタ端子が接続点aに接続され、エミッタ端子が直流電源1の低電位側に接続される。また、スイッチング素子22a,22bはともに、ゲート端子が制御回路5に接続されており、制御回路5から入力される信号(後述するオン信号およびオフ信号)に従い、オン状態とオフ状態とが切り換わる。スイッチング素子22a,22bがともにオフ状態のときに、スイッチング回路22が遮断状態となり、それ以外のとき、すなわち、スイッチング素子22a,22bのいずれか一方あるいは両方がオン状態のときに、スイッチング回路22が導通状態となる。   As shown in FIG. 2, the switching circuit 22 includes a pair of switching elements 22a and 22b connected in parallel to each other. In the present embodiment, the switching elements 22a and 22b are both IGBTs. In both switching elements 22 a and 22 b, the collector terminal is connected to the connection point a, and the emitter terminal is connected to the low potential side of the DC power supply 1. In addition, the switching elements 22a and 22b have gate terminals connected to the control circuit 5, and are switched between an on state and an off state in accordance with signals (an on signal and an off signal described later) input from the control circuit 5. . When the switching elements 22a and 22b are both in the off state, the switching circuit 22 is in the cut-off state. In other cases, that is, when one or both of the switching elements 22a and 22b are in the on state, It becomes a conductive state.

スイッチング回路23は、図2に示すように、互いに並列に接続された一対のスイッチング素子23a,23bを含む。本実施形態においては、スイッチング素子23a,23bはともに、IGBTである。スイッチング素子23a,23bはともに、コレクタ端子が直流電源1の高電位側に接続され、エミッタ端子が接続点bに接続される。また、スイッチング素子23a,23bはともに、ゲート端子が制御回路5に接続されており、制御回路5から入力される信号(後述するオン信号およびオフ信号)に従い、オン状態とオフ状態とが切り換わる。スイッチング素子23a,23bがともにオフ状態のときに、スイッチング回路23が遮断状態となり、それ以外のとき、すなわち、スイッチング素子23a,23bのいずれか一方あるいは両方がオン状態のときに、スイッチング回路23が導通状態となる。   As shown in FIG. 2, the switching circuit 23 includes a pair of switching elements 23a and 23b connected in parallel to each other. In the present embodiment, the switching elements 23a and 23b are both IGBTs. In both switching elements 23a and 23b, the collector terminal is connected to the high potential side of the DC power supply 1, and the emitter terminal is connected to the connection point b. In addition, both of the switching elements 23a and 23b have gate terminals connected to the control circuit 5, and are switched between an on state and an off state in accordance with signals (an on signal and an off signal described later) input from the control circuit 5. . When both of the switching elements 23a and 23b are in the off state, the switching circuit 23 is in the cut-off state. In other cases, that is, when one or both of the switching elements 23a and 23b are in the on state, It becomes a conductive state.

スイッチング回路24は、図2に示すように、互いに並列に接続された一対のスイッチング素子24a,24bを含む。本実施形態においては、スイッチング素子24a,24bはともに、IGBTである。スイッチング素子24a,24bはともに、コレクタ端子が接続点bに接続され、エミッタ端子が直流電源1の低電位側に接続される。また、スイッチング素子24a,24bはともに、ゲート端子が制御回路5に接続されており、制御回路5から入力される信号(後述するオン信号およびオフ信号)に従い、オン状態とオフ状態とが切り換わる。スイッチング素子24a,24bがともにオフ状態のときに、スイッチング回路24が遮断状態となり、それ以外のとき、すなわち、スイッチング素子24a,24bのいずれか一方あるいは両方がオン状態のときに、スイッチング回路24が導通状態となる。   As shown in FIG. 2, the switching circuit 24 includes a pair of switching elements 24a and 24b connected in parallel to each other. In the present embodiment, the switching elements 24a and 24b are both IGBTs. In both switching elements 24 a and 24 b, the collector terminal is connected to the connection point b, and the emitter terminal is connected to the low potential side of the DC power supply 1. The switching elements 24a and 24b have gate terminals connected to the control circuit 5, and switch between an on state and an off state in accordance with signals (an on signal and an off signal described later) input from the control circuit 5. . When both of the switching elements 24a and 24b are in the off state, the switching circuit 24 is in the cut-off state. In other cases, that is, when one or both of the switching elements 24a and 24b are in the on state, It becomes a conductive state.

スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bはそれぞれ、正常に動作していれば、入力される信号(オン信号およびオフ信号)に従い、オン状態とオフ状態とが切り換わる。しかし、開放故障していれば、常時オフ状態であり、短絡故障していれば常時オン状態である。   If each of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b operates normally, the on state and the off state are switched according to the input signals (on signal and off signal). However, if there is an open failure, it is always off, and if there is a short circuit failure, it is always on.

本実施形態においては、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bがすべて、IGBTである場合を説明するが、これに限定されず、他の半導体スイッチング素子であってもよい。このような他の半導体スイッチング素子には、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やバイポーラトランジスタなどがある。また、本実施形態においては、図2に示すように、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bのそれぞれに対して、フライホイールダイオードが逆並列に接続されている。さらに、スナバコンデンサなどを並列接続してもよい。また、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bのそれぞれに対してではなく、各スイッチング回路21〜24に対して、フライホイールダイオードやスナバコンデンサが接続されていてもよい。   In the present embodiment, a case where all the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b are IGBTs will be described. However, the present invention is not limited to this, and other semiconductor switching elements may be used. Examples of such other semiconductor switching elements include MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) and bipolar transistors. Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the flywheel diode is connected in antiparallel to each of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b. Further, a snubber capacitor or the like may be connected in parallel. In addition, a flywheel diode or a snubber capacitor may be connected to each of the switching circuits 21 to 24 instead of each of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b.

各電圧センサ31〜34は、それぞれスイッチング回路21〜24の端子間電圧を検出する。各電圧センサ31〜34は、それぞれ検出したスイッチング回路21〜24の端子間電圧V1〜V4を制御回路5に出力する。   Each voltage sensor 31-34 detects the voltage between the terminals of the switching circuits 21-24, respectively. The voltage sensors 31 to 34 output the detected voltages V1 to V4 between the switching circuits 21 to 24 to the control circuit 5, respectively.

本実施形態においては、各電圧センサ31〜34は、それぞれスイッチング回路21〜24の端子間電圧を検出する場合を説明するが、これに限定されない。例えば、電圧センサ31は、スイッチング回路21の端子間電圧ではなく、一対のスイッチング素子21a,21bのいずれか一方のコレクタ・エミッタ間電圧を検出してもよい。一対のスイッチング素子21a,21bは、互いに並列に接続されているので、これらに印加される電圧は同じ値になる。さらに、スイッチング回路21の端子間電圧に相当する。なお、他の電圧センサ32〜34についても同じことがいえる。したがって、電圧センサ31(32〜34)は、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のいずれか一方のコレクタ・エミッタ間電圧を検出しても、スイッチング回路21(22〜24)の端子間電圧を検出したことと同じである。   In this embodiment, although each voltage sensor 31-34 demonstrates the case where the voltage between terminals of the switching circuits 21-24 is detected, respectively, it is not limited to this. For example, the voltage sensor 31 may detect not the voltage between the terminals of the switching circuit 21 but the voltage between the collector and the emitter of one of the pair of switching elements 21a and 21b. Since the pair of switching elements 21a and 21b are connected in parallel to each other, the voltages applied to them have the same value. Further, it corresponds to the voltage between the terminals of the switching circuit 21. The same applies to the other voltage sensors 32-34. Therefore, even if the voltage sensor 31 (32 to 34) detects the collector-emitter voltage of one of the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b), the switching circuit 21 (22 ˜24) is the same as detecting the inter-terminal voltage.

電流センサ41は、インバータ回路2の出力電流を検出する。電流センサ41は、検出した出力電流Ioutを制御回路5に出力する。なお、電流センサ41は、負荷Lのいずれの端子側に設けていてもよい。   The current sensor 41 detects the output current of the inverter circuit 2. The current sensor 41 outputs the detected output current Iout to the control circuit 5. The current sensor 41 may be provided on any terminal side of the load L.

制御回路5は、インバータ装置の各種制御を行う。制御回路5は、例えばマイクロコンピュータなどによって実現される。本実施形態においては、制御回路5は、主に、電力変換制御と故障診断処理とを行う。電力変換制御においては、制御回路5は、インバータ回路2の出力が設定値になるように、インバータ回路2の出力を制御する。故障診断処理においては、制御回路5は、インバータ回路2が正常であるか否かを診断する。制御回路5は、故障診断処理を行うための機能ブロックとして、図2に示すように、駆動部51および診断部52を有する。なお、本実施形態においては、制御回路5が電力変換制御および故障診断処理の双方を行うものとするが、これらの制御を別の回路として実施してもよい。   The control circuit 5 performs various controls of the inverter device. The control circuit 5 is realized by, for example, a microcomputer. In the present embodiment, the control circuit 5 mainly performs power conversion control and failure diagnosis processing. In the power conversion control, the control circuit 5 controls the output of the inverter circuit 2 so that the output of the inverter circuit 2 becomes a set value. In the failure diagnosis process, the control circuit 5 diagnoses whether the inverter circuit 2 is normal. As shown in FIG. 2, the control circuit 5 includes a drive unit 51 and a diagnosis unit 52 as functional blocks for performing failure diagnosis processing. In the present embodiment, the control circuit 5 performs both power conversion control and failure diagnosis processing. However, these controls may be performed as separate circuits.

駆動部51は、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bに対して、オン状態にするためのオン信号(例えば、ハイレベル信号)およびオフ状態にするためのオフ信号(例えば、ローレベル信号)を入力可能である。本実施形態においては、オン信号とオフ信号との2つの状態があり、オフ信号はオン信号を入力していない状態の信号である。また、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bがIGBTであるため、オン信号およびオフ信号は電圧信号である。   The drive unit 51 turns on each of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b to turn on (for example, a high level signal) and turn off to turn off (for example, a low level signal). Can be entered. In the present embodiment, there are two states, an on signal and an off signal, and the off signal is a signal in a state where no on signal is input. Moreover, since each switching element 21a-24a, 21b-24b is IGBT, an ON signal and an OFF signal are voltage signals.

電力変換制御において、駆動部51は、オン信号とオフ信号とが交互に繰り返されるパルス信号を生成し、これを駆動信号として各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bに入力する。これにより、スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bのオン状態とオフ状態とが切り換わる。そして、各スイッチング回路21〜24の導通状態と遮断状態とが切り換わる。この電力変換制御において、駆動部51は、スイッチング素子21a,21b,24a,24bとスイッチング素子22a,22b,23a,23bとで互いに反転させたパルス信号(駆動信号)を入力することで、インバータ回路2に、直流電力を交流電力に変換させる。駆動部51は、電力変換制御において、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bが飽和領域と遮断領域とで切り換わるように、オン信号およびオフ信号(駆動信号)を生成する。   In the power conversion control, the driving unit 51 generates a pulse signal in which an ON signal and an OFF signal are alternately repeated, and inputs this to the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b as a driving signal. Thereby, the ON state and the OFF state of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b are switched. And the conduction | electrical_connection state and interruption | blocking state of each switching circuit 21-24 switch. In this power conversion control, the drive unit 51 receives a pulse signal (drive signal) that is inverted by the switching elements 21a, 21b, 24a, and 24b and the switching elements 22a, 22b, 23a, and 23b, so that the inverter circuit 2. DC power is converted into AC power. In the power conversion control, the drive unit 51 generates an on signal and an off signal (drive signal) so that the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b are switched between the saturation region and the cutoff region.

故障診断処理において、駆動部51は、スイッチング素子21a,21bおよびスイッチング素子24a,24bに対して、オン信号を入力し、スイッチング素子22a,22bおよびスイッチング素子23a,23bに対して、オフ信号を入力する。以下の説明において、駆動部51が、このようにオン信号およびオフ信号を入力している状態を「第1信号入力状態」とする。また、駆動部51は、スイッチング素子21a,21bおよびスイッチング素子24a,24bに対して、オフ信号を入力し、スイッチング素子22a,22bおよびスイッチング素子23a,23bに対して、オン信号を入力する。以下の説明において、駆動部51が、このようにオン信号およびオフ信号を入力している状態を「第2信号入力状態」とする。駆動部51は、故障診断処理において、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bが能動領域で動作するように、オン信号を生成する。すなわち、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bが能動領域と遮断領域とで切り換わるように、オン信号およびオフ信号を生成する。駆動部51が本発明の「信号入力手段」に相当する。なお、駆動部51は、上記第1信号入力状態と上記第2信号入力状態とを所定の間隔で交互に繰り返すことで、電力変換制御を行っているとも言える。   In the failure diagnosis process, the drive unit 51 inputs an on signal to the switching elements 21a and 21b and the switching elements 24a and 24b, and inputs an off signal to the switching elements 22a and 22b and the switching elements 23a and 23b. To do. In the following description, the state in which the drive unit 51 inputs the on signal and the off signal in this way is referred to as a “first signal input state”. The drive unit 51 inputs an off signal to the switching elements 21a and 21b and the switching elements 24a and 24b, and inputs an on signal to the switching elements 22a and 22b and the switching elements 23a and 23b. In the following description, the state in which the drive unit 51 inputs the ON signal and the OFF signal in this way is referred to as a “second signal input state”. In the failure diagnosis process, the drive unit 51 generates an ON signal so that the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b operate in the active region. That is, an on signal and an off signal are generated so that each switching element 21a to 24a and 21b to 24b is switched between the active region and the cutoff region. The drive unit 51 corresponds to the “signal input unit” of the present invention. It can be said that the drive unit 51 performs power conversion control by alternately repeating the first signal input state and the second signal input state at a predetermined interval.

本実施形態においては、駆動部51には4本の信号線511〜514が接続され、それぞれ分岐している。信号線511は、分岐したのち、スイッチング素子21a,21bに接続される。すなわち、スイッチング素子21a,21bには、同一の信号が入力される。同様に、信号線512は、分岐したのち、スイッチング素子22a,22bに接続される。すなわち、スイッチング素子22a,22bには、同一の信号が入力される。信号線513は、分岐したのち、スイッチング素子23a,23bに接続される。すなわち、スイッチング素子23a,23bには、同一の信号が入力される。信号線514は、分岐したのち、スイッチング素子24a,24bに接続される。すなわち、スイッチング素子24a,24bには、同一の信号が入力される。   In the present embodiment, four signal lines 511 to 514 are connected to the drive unit 51 and branched. The signal line 511 is branched and then connected to the switching elements 21a and 21b. That is, the same signal is input to the switching elements 21a and 21b. Similarly, the signal line 512 is branched and then connected to the switching elements 22a and 22b. That is, the same signal is input to the switching elements 22a and 22b. The signal line 513 is branched and then connected to the switching elements 23a and 23b. That is, the same signal is input to the switching elements 23a and 23b. The signal line 514 is branched and then connected to the switching elements 24a and 24b. That is, the same signal is input to the switching elements 24a and 24b.

診断部52は、上記第1信号入力状態および上記第2信号入力状態における、電圧センサ31〜34の検出値(端子間電圧V1〜V4)および電流センサ41の検出値(出力電流Iout)に基づいて、各スイッチング回路21〜24が正常であるか否かを診断する。具体的には、診断部52は、スイッチング回路21(22〜24)における一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)の少なくともいずれか一方が開放故障あるいは短絡故障しているか否かを診断する。   The diagnosis unit 52 is based on detection values (voltages V1 to V4 between terminals) and detection values (output current Iout) of the current sensor 41 in the first signal input state and the second signal input state. Thus, it is diagnosed whether each of the switching circuits 21 to 24 is normal. Specifically, the diagnosis unit 52 determines whether at least one of the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) in the switching circuit 21 (22 to 24) has an open failure or a short circuit failure. Diagnose whether or not.

本実施形態においては、診断部52は、上記第1信号入力状態であり、かつ、インバータ回路2から電流が出力されているときの上記端子間電圧V1(V4)と、予め設定された開放判定閾値Vopとを比較する。そして、当該比較結果に基づいて、スイッチング回路21(24)における一対のスイッチング素子21a,21b(24a,24b)のいずれか一方が開放故障しているか否かを診断する。なお、前記開放判定閾値Vopについての詳細は後述する。ただし、診断部52は、上記第1信号入力状態のときに、インバータ回路2から電流が出力されていても、当該電流が想定している方向(接続点aから負荷Lを通って接続点bに向かう方向)と逆向きに流れている場合には、次のように診断する。すなわち、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの両方が開放故障しており、かつ、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの両方が開放故障しており、かつ、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの少なくともいずれか一方が短絡故障しており、かつ、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの少なくともいずれか一方が短絡故障していると診断する。   In the present embodiment, the diagnosis unit 52 is in the first signal input state and when the current is output from the inverter circuit 2, the terminal voltage V1 (V4) and a preset open determination. The threshold value Vop is compared. Then, based on the comparison result, it is diagnosed whether one of the pair of switching elements 21a and 21b (24a and 24b) in the switching circuit 21 (24) has an open failure. Details of the opening determination threshold Vop will be described later. However, even if the current is output from the inverter circuit 2 when the diagnosis unit 52 is in the first signal input state, the direction of the current is assumed (from the connection point a through the load L to the connection point b If the flow is in the opposite direction, the diagnosis is as follows. That is, both of the pair of switching elements 21a and 21b in the switching circuit 21 have an open failure, and both of the pair of switching elements 24a and 24b in the switching circuit 24 have an open failure, and in the switching circuit 22 It is diagnosed that at least one of the pair of switching elements 22a and 22b has a short circuit failure and that at least one of the pair of switching elements 23a and 23b in the switching circuit 23 has a short circuit failure.

また、診断部52は、上記第2信号入力状態であり、かつ、インバータ回路2から電流が出力されているときの上記端子間電圧V2(V3)と、上記開放判定閾値Vopとを比較する。そして、当該比較結果に基づいて、スイッチング回路22(23)における一対のスイッチング素子22a,22b(23a,23b)のいずれか一方が開放故障しているか否かを診断する。ただし、診断部52は、上記第2信号入力状態のときに、インバータ回路2から電流が出力されていても、当該電流が想定している方向(接続点bから負荷Lを通って接続点aに向かう方向)と逆向きに流れている場合には、次のように診断する。すなわち、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの両方が開放故障しており、かつ、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの両方が開放故障しており、かつ、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの少なくともいずれか一方が短絡故障しており、かつ、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの少なくともいずれか一方が短絡故障していると診断する。   The diagnosis unit 52 compares the inter-terminal voltage V2 (V3) when the current is output from the inverter circuit 2 with the second signal input state, and the open determination threshold value Vop. Then, based on the comparison result, it is diagnosed whether one of the pair of switching elements 22a and 22b (23a and 23b) in the switching circuit 22 (23) has an open failure. However, even if the current is output from the inverter circuit 2 when the diagnosis unit 52 is in the second signal input state, the direction of the current is assumed (from the connection point b through the load L to the connection point a If the flow is in the opposite direction, the diagnosis is as follows. That is, both of the pair of switching elements 22a and 22b in the switching circuit 22 have an open failure, and both of the pair of switching elements 23a and 23b in the switching circuit 23 have an open failure, and in the switching circuit 21 It is diagnosed that at least one of the pair of switching elements 21a and 21b has a short circuit failure and that at least one of the pair of switching elements 24a and 24b in the switching circuit 24 has a short circuit failure.

さらに、診断部52は、上記第1信号入力状態であり、かつ、インバータ回路2から電流が出力されていないときの上記端子間電圧V2(V3)と、予め設定された短絡判定閾値Vshtとを比較する。そして、当該比較結果に基づいて、スイッチング回路22(23)における一対のスイッチング素子22a,22b(23a,23b)の少なくともいずれか一方が短絡故障しているか否かを診断する。なお、前記短絡判定閾値Vshtについての詳細は後述する。そして、上記第1信号入力状態であり、かつ、インバータ回路2から電流が出力されていないにも関わらず、スイッチング素子22a,22b,23a,23bのいずれも短絡故障していないと診断した場合には、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの両方が開放故障している、あるいは、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの両方が開放故障していると診断する。   Further, the diagnosis unit 52 calculates the inter-terminal voltage V2 (V3) when the first signal is input and no current is output from the inverter circuit 2, and the preset short-circuit determination threshold Vsht. Compare. Based on the comparison result, it is diagnosed whether at least one of the pair of switching elements 22a and 22b (23a and 23b) in the switching circuit 22 (23) is short-circuited. The details of the short circuit determination threshold value Vsht will be described later. When it is diagnosed that none of the switching elements 22a, 22b, 23a, and 23b has a short-circuit failure even though the first signal is input and no current is output from the inverter circuit 2. Diagnoses that both of the pair of switching elements 21a and 21b in the switching circuit 21 have an open failure, or that both of the pair of switching elements 24a and 24b in the switching circuit 24 have an open failure.

また、診断部52は、上記第2信号入力状態であり、かつ、インバータ回路2から電流が出力されていないときの上記端子間電圧V1(V4)と、上記短絡判定閾値Vshtとを比較する。そして、当該比較結果に基づいて、スイッチング回路21(24)における一対のスイッチング素子21a,21b(24a,24b)の少なくともいずれか一方が短絡故障しているか否かを診断する。そして、上記第2信号入力状態であり、かつ、インバータ回路2から電流が出力されていないにも関わらず、スイッチング素子21a,21b,24a,24bのいずれも短絡故障していないと診断した場合には、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの両方が開放故障している、あるいは、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの両方が開放故障していると診断する。   The diagnosis unit 52 compares the inter-terminal voltage V1 (V4) when the second signal is input and no current is output from the inverter circuit 2 with the short-circuit determination threshold Vsht. Based on the comparison result, whether or not at least one of the pair of switching elements 21a and 21b (24a and 24b) in the switching circuit 21 (24) is short-circuited is diagnosed. When it is diagnosed that none of the switching elements 21a, 21b, 24a, and 24b has a short-circuit fault although the second signal is input and no current is output from the inverter circuit 2. Diagnoses that both of the pair of switching elements 22a and 22b in the switching circuit 22 have an open failure, or that both of the pair of switching elements 23a and 23b in the switching circuit 23 have an open failure.

次に、開放判定閾値Vopの設定値について説明する。本実施形態においては、開放判定閾値Vopは、図3に示す各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bのコレクタ・エミッタ間飽和電圧特性に基づいて設定されている。なお、本実施形態においては、複数のスイッチング素子21a〜24a,21b〜24bはすべて、同じコレクタ・エミッタ間飽和電圧特性を有するものとする。図3において、横軸はゲート・エミッタ間電圧を示しており、縦軸はコレクタ・エミッタ間飽和電圧を示している。なお、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bは、ゲート・エミッタ間電圧がVa[V]のとき、能動領域で動作する。図3に示すコレクタ・エミッタ間飽和電圧特性とは、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bにおいて、ゲート・エミッタ間電圧が同じ値であっても、コレクタ電流Icが異なれば、コレクタ・エミッタ間飽和電圧が変化する特性のことである。   Next, the setting value of the open determination threshold value Vop will be described. In the present embodiment, the open determination threshold value Vop is set based on the collector-emitter saturation voltage characteristics of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b shown in FIG. In the present embodiment, it is assumed that the plurality of switching elements 21a to 24a and 21b to 24b all have the same collector-emitter saturation voltage characteristics. In FIG. 3, the horizontal axis represents the gate-emitter voltage, and the vertical axis represents the collector-emitter saturation voltage. Each of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b operates in the active region when the gate-emitter voltage is Va [V]. The collector-emitter saturation voltage characteristic shown in FIG. 3 is that the collector-emitter voltage is different between the switching elements 21a-24a and 21b-24b as long as the collector current Ic is different even if the gate-emitter voltage is the same. It is a characteristic that the saturation voltage changes.

図1および図2に示すインバータ装置において、直流電源1の出力電流がIa[A]であり、かつ、駆動部51が上記第1信号入力状態であるものとする。このときに、スイッチング回路21において、一対のスイッチング素子21a,21bがともに正常に動作している場合、これらはともにオン状態になる。すなわち、スイッチング回路21は導通状態となる。また、スイッチング回路21に、直流電源1の出力電流Ia[A]が入力され、各スイッチング素子21a,21bのそれぞれに分流する。よって、各スイッチング素子21a,21bには、Ia/2[A]の電流が流れるので、これらのコレクタ電流はそれぞれ、Ia/2[A]である。また、スイッチング素子21a,21bのゲート・エミッタ間電圧がともにVa[V]となるように、各スイッチング素子21a,21bのゲート端子にオン信号を入力しているとすると、図3に示すように、各スイッチング素子21a,21bのコレクタ・エミッタ間飽和電圧はそれぞれ、Vx[V]となる。   In the inverter apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2, it is assumed that the output current of the DC power supply 1 is Ia [A], and the drive unit 51 is in the first signal input state. At this time, in the switching circuit 21, when both of the pair of switching elements 21a and 21b are operating normally, both are turned on. That is, the switching circuit 21 becomes conductive. Further, the output current Ia [A] of the DC power supply 1 is input to the switching circuit 21 and is shunted to each of the switching elements 21a and 21b. Therefore, since the current of Ia / 2 [A] flows through each switching element 21a, 21b, these collector currents are Ia / 2 [A], respectively. Also, assuming that an ON signal is input to the gate terminals of the switching elements 21a and 21b so that the gate-emitter voltages of the switching elements 21a and 21b are both Va [V], as shown in FIG. The saturation voltage between the collector and emitter of each switching element 21a, 21b is Vx [V].

しかし、例えば、スイッチング素子21aが開放故障し、スイッチング素子21bが正常である場合、スイッチング素子21aには電流が流れないため、スイッチング素子21bにIa[A]の電流が流れることになる。すなわち、スイッチング素子21aのコレクタ電流は0[A]であり、スイッチング素子21bのコレクタ電流はIa[A]である。したがって、スイッチング素子21a,21bのゲート・エミッタ間電圧がともにVa[V]となるように、各スイッチング素子21a,21bのゲート端子にオン信号を入力しているとすると、図3に示すように、スイッチング素子21bのコレクタ・エミッタ間飽和電圧はVy[V]となる。上記するように、スイッチング回路21の端子間電圧は、スイッチング素子21bのコレクタ・エミッタ間飽和電圧と同じであるため、電圧センサ31の検出値は、Vy[V]となる。なお、反対に、スイッチング素子21aが正常であり、スイッチング素子21bが開放故障している場合も同様である。したがって、一対のスイッチング素子21a,21bがともに正常である場合、上記電圧センサ31が検出する端子間電圧V1がVx[V]であるが、一対のスイッチング素子21a,21bのいずれか一方が開放故障している場合、端子間電圧V1はVy[V]に上昇する。   However, for example, when the switching element 21a has an open failure and the switching element 21b is normal, no current flows through the switching element 21a, so that a current Ia [A] flows through the switching element 21b. That is, the collector current of the switching element 21a is 0 [A], and the collector current of the switching element 21b is Ia [A]. Therefore, if the ON signal is input to the gate terminals of the switching elements 21a and 21b so that the gate-emitter voltages of the switching elements 21a and 21b are both Va [V], as shown in FIG. The saturation voltage between the collector and the emitter of the switching element 21b is Vy [V]. As described above, since the voltage between the terminals of the switching circuit 21 is the same as the collector-emitter saturation voltage of the switching element 21b, the detection value of the voltage sensor 31 is Vy [V]. On the other hand, the same applies to the case where the switching element 21a is normal and the switching element 21b has an open failure. Therefore, when both the pair of switching elements 21a and 21b are normal, the voltage V1 between the terminals detected by the voltage sensor 31 is Vx [V], but one of the pair of switching elements 21a and 21b is an open failure. In this case, the inter-terminal voltage V1 rises to Vy [V].

本実施形態においては、このような変化に基づいて、開放判定閾値VopをVx[V]より大きい値であり、かつ、Vy[V]以下である値に設定する。そして、診断部52は、検出された端子間電圧V1が開放判定閾値Vop以上である場合に、一対のスイッチング素子21a,21bの少なくとも一方が開放故障していると診断する。すなわち、本実施形態では、コレクタ電流によって、コレクタ・エミッタ間飽和電圧が異なるという性質を利用して、スイッチング素子21a,21bの少なくとも一方が開放故障していると診断する。なお、上記例では、スイッチング回路21について説明したが、スイッチング回路24も同様である。また、駆動部51が上記第1信号入力状態である場合について説明したが、上記第2信号入力状態である場合も同様である。すなわち、駆動部51が上記第2信号入力状態である場合、スイッチング回路22,23において同様のことが言える。   In the present embodiment, based on such a change, the open determination threshold Vop is set to a value that is larger than Vx [V] and less than or equal to Vy [V]. The diagnosis unit 52 diagnoses that at least one of the pair of switching elements 21a and 21b has an open failure when the detected inter-terminal voltage V1 is equal to or higher than the open determination threshold Vop. That is, in the present embodiment, it is diagnosed that at least one of the switching elements 21a and 21b has an open failure by utilizing the property that the collector-emitter saturation voltage varies depending on the collector current. In the above example, the switching circuit 21 has been described, but the same applies to the switching circuit 24. Moreover, although the case where the drive unit 51 is in the first signal input state has been described, the same applies to the case where the drive unit 51 is in the second signal input state. That is, the same can be said in the switching circuits 22 and 23 when the drive unit 51 is in the second signal input state.

次に、短絡判定閾値Vshtの設定値について説明する。   Next, the setting value of the short circuit determination threshold Vsht will be described.

図1および図2に示すインバータ装置において、直流電源1の出力電流がIa[A]であり、かつ、駆動部51が上記第1信号入力状態であるものとする。このときに、スイッチング回路22において、一対のスイッチング素子22a,22bがともに正常に動作している場合、これらはともにオフ状態になる。すなわち、スイッチング回路22は遮断状態となり、電流が流れない。したがって、スイッチング回路22の端子間には、直流電源1の電源電圧が印加される。   In the inverter apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2, it is assumed that the output current of the DC power supply 1 is Ia [A], and the drive unit 51 is in the first signal input state. At this time, if both of the pair of switching elements 22a and 22b are operating normally in the switching circuit 22, they are both turned off. That is, the switching circuit 22 is cut off and no current flows. Therefore, the power supply voltage of the DC power supply 1 is applied between the terminals of the switching circuit 22.

しかし、例えば、スイッチング素子22aが短絡故障し、スイッチング素子22bが正常である場合、スイッチング素子22aに電流が流れるため、スイッチング回路22が導通状態となる。その結果、直流電源1の出力電流は、負荷Lに出力されず、スイッチング回路21,22を介して、直流電源1に戻る。よって、インバータ回路2の出力電流Ioutはゼロとなる。また、スイッチング回路22が導通状態であるため、スイッチング回路22の端子間電圧V2は、ゼロに近くなる。なお、反対に、スイッチング素子22aが正常であり、スイッチング素子22bが短絡故障している場合も同様である。したがって、スイッチング素子22a,22bがともに正常である場合、上記電圧センサ32が検出する端子間電圧V2が上記電源電圧と同じ値になるが、一対のスイッチング素子22a,22bのいずれか一方が短絡故障している場合、電流センサ41が検出する出力電流Ioutはゼロとなり、かつ、端子間電圧V2はゼロ[V]に低下する。   However, for example, when the switching element 22a is short-circuited and the switching element 22b is normal, a current flows through the switching element 22a, so that the switching circuit 22 becomes conductive. As a result, the output current of the DC power supply 1 is not output to the load L and returns to the DC power supply 1 via the switching circuits 21 and 22. Therefore, the output current Iout of the inverter circuit 2 becomes zero. Further, since the switching circuit 22 is in a conductive state, the voltage V2 between the terminals of the switching circuit 22 is close to zero. The same applies to the case where the switching element 22a is normal and the switching element 22b is short-circuited. Therefore, when the switching elements 22a and 22b are both normal, the voltage V2 between the terminals detected by the voltage sensor 32 has the same value as the power supply voltage, but one of the pair of switching elements 22a and 22b is short-circuited. In this case, the output current Iout detected by the current sensor 41 becomes zero, and the inter-terminal voltage V2 decreases to zero [V].

本実施形態においては、このような変化に基づいて、短絡判定閾値Vshtを0[V]より大きく、かつ、以下に示す所定値Vs[V]未満である値に設定する。当該所定値Vsは、例えば、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bが正常であるときのコレクタ・エミッタ間飽和電圧の値(Vx[V])あるいは上記電源電圧の値などである。そして、診断部52は、検出された端子間電圧V2が短絡判定閾値Vsht以下である場合に、一対のスイッチング素子22a,22bの少なくとも一方が短絡故障していると診断する。なお、上記例では、スイッチング回路22について説明したが、スイッチング回路23も同様である。また、駆動部51が上記第1信号入力状態である場合について説明したが、上記第2信号入力状態である場合も同様である。すなわち、駆動部51が上記第2信号入力状態である場合、スイッチング回路21,24において同様のことが言える。   In the present embodiment, based on such a change, the short circuit determination threshold Vsht is set to a value that is greater than 0 [V] and less than the predetermined value Vs [V] shown below. The predetermined value Vs is, for example, the value of the collector-emitter saturation voltage (Vx [V]) when the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b are normal, or the value of the power supply voltage. Then, the diagnosis unit 52 diagnoses that at least one of the pair of switching elements 22a and 22b has a short-circuit fault when the detected inter-terminal voltage V2 is equal to or less than the short-circuit determination threshold Vsht. In the above example, the switching circuit 22 has been described, but the same applies to the switching circuit 23. Moreover, although the case where the drive unit 51 is in the first signal input state has been described, the same applies to the case where the drive unit 51 is in the second signal input state. That is, the same can be said in the switching circuits 21 and 24 when the drive unit 51 is in the second signal input state.

診断部52は、電圧センサ31〜34から入力される端子間電圧V1〜V4を、以上のように設定された開放判定閾値Vopおよび短絡判定閾値Vshtと比較することで、各スイッチング回路21〜24における一対のスイッチング素子21a〜24a,21b〜24bの少なくともいずれか一方が開放故障あるいは短絡故障しているか否かを診断する。   The diagnosis unit 52 compares the inter-terminal voltages V1 to V4 input from the voltage sensors 31 to 34 with the open determination threshold value Vop and the short circuit determination threshold value Vsht set as described above, whereby the switching circuits 21 to 24 are compared. It is diagnosed whether at least any one of the pair of switching elements 21a to 24a and 21b to 24b in FIG.

次に、本実施形態に係るインバータ装置における故障診断方法について説明する。   Next, a failure diagnosis method in the inverter device according to this embodiment will be described.

図4および図5は、制御回路5が行う故障診断処理の一例を示している。なお、図4および図5においては、スイッチング素子を「SW」と記載している。当該故障診断処理は、例えば、インバータ装置の操作部に診断開始のための操作が入力されたときやインバータ装置が起動したときなどに行われる。なお、制御回路5が故障診断処理を行うタイミングは、上記したもの限定されない。例えば、インバータ装置を駆動中(電力変換制御中)に常時行うようにしてもよい。また、故障診断処理においては、インバータ回路2の出力ラインに、負荷Lを接続してもよいし、負荷Lを接続させず短絡させてもよいし、診断用の負荷を接続してもよい。   4 and 5 show an example of failure diagnosis processing performed by the control circuit 5. FIG. 4 and 5, the switching element is described as “SW”. The failure diagnosis processing is performed, for example, when an operation for starting diagnosis is input to the operation unit of the inverter device or when the inverter device is activated. Note that the timing at which the control circuit 5 performs the failure diagnosis process is not limited to the above. For example, it may be performed constantly while the inverter device is being driven (during power conversion control). Further, in the failure diagnosis process, the load L may be connected to the output line of the inverter circuit 2, or the load L may be short-circuited without being connected, or a diagnostic load may be connected.

制御回路5は、まず、図4に示すフローに従い、各種処理を実行する。具体的には、駆動部51は、スイッチング素子21a,21bおよびスイッチング素子24a,24bに対して、オン信号を入力し、スイッチング素子22a,22bおよびスイッチング素子23a,23bに対して、オフ信号を入力する(S101)。すなわち、駆動部51が上記第1信号入力状態となる。   First, the control circuit 5 executes various processes according to the flow shown in FIG. Specifically, the drive unit 51 inputs an on signal to the switching elements 21a and 21b and the switching elements 24a and 24b, and inputs an off signal to the switching elements 22a and 22b and the switching elements 23a and 23b. (S101). That is, the drive unit 51 enters the first signal input state.

次いで、診断部52は、上記第1信号入力状態であるにも関わらず、インバータ回路2から電流が出力されていないか否かを判断する。具体的には、診断部52は、電流センサ41の検出値(出力電流Iout)がゼロであるか否かを判断する(S102)。ステップS102にて、インバータ回路2から電流が出力されていない(出力電流Ioutがゼロである)と判断された場合(S102:YES)、続いて、診断部52は、端子間電圧V2が短絡判定閾値Vsht以下であるか否かを判断する(S103)。   Next, the diagnosis unit 52 determines whether or not a current is output from the inverter circuit 2 in spite of the first signal input state. Specifically, the diagnosis unit 52 determines whether or not the detection value (output current Iout) of the current sensor 41 is zero (S102). If it is determined in step S102 that no current is output from the inverter circuit 2 (the output current Iout is zero) (S102: YES), the diagnosis unit 52 determines that the voltage V2 between the terminals is a short circuit. It is determined whether or not it is equal to or less than a threshold value Vsht (S103).

ステップS103にて、端子間電圧V2が短絡判定閾値Vsht以下であると判断された場合(S103:YES)、診断部52は、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの少なくともいずれかが短絡故障していると診断する(S104)。反対に、端子間電圧V2が短絡判定閾値Vsht以下でないと判断された場合(S103:NO)、続いて、診断部52は、端子間電圧V3が短絡判定閾値Vsht以下であるか否かを判断する(S105)。   When it is determined in step S103 that the inter-terminal voltage V2 is equal to or lower than the short circuit determination threshold Vsht (S103: YES), the diagnosis unit 52 shorts at least one of the pair of switching elements 22a and 22b in the switching circuit 22. Diagnose that there is a failure (S104). On the other hand, when it is determined that the inter-terminal voltage V2 is not less than or equal to the short circuit determination threshold Vsht (S103: NO), the diagnosis unit 52 subsequently determines whether or not the inter-terminal voltage V3 is less than or equal to the short circuit determination threshold Vsht. (S105).

ステップS105にて、端子間電圧V3が短絡判定閾値Vsht以下であると判断された場合(S105:YES)、診断部52は、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの少なくともいずれかが短絡故障していると診断する(S106)。反対に、端子間電圧V3が短絡判定閾値Vsht以下でないと判断された場合(S105:NO)、診断部52は、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの両方、あるいは、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの両方が開放故障していると診断する(S107)。   When it is determined in step S105 that the inter-terminal voltage V3 is equal to or lower than the short circuit determination threshold Vsht (S105: YES), the diagnosis unit 52 shorts at least one of the pair of switching elements 23a and 23b in the switching circuit 23. Diagnose that there is a failure (S106). On the other hand, when it is determined that the inter-terminal voltage V3 is not equal to or less than the short-circuit determination threshold Vsht (S105: NO), the diagnosis unit 52 determines whether both of the pair of switching elements 21a and 21b in the switching circuit 21 or the switching circuit 24 It is diagnosed that both of the pair of switching elements 24a and 24b have an open failure (S107).

一方、ステップS102において、インバータ回路2から電流が出力されている(出力電流Ioutがゼロでない)と判断された場合(S102:NO)、続いて、診断部52は、インバータ回路2から出力される電流が上記第1信号入力状態において想定している方向(接続点aから負荷Lを通って接続点bに向かう方向)と逆向きに流れているか否かを判断する。本実施形態においては、接続点aから負荷Lを通って接続点bに向かう方向を正方向としているので、出力電流Ioutがゼロより小さいか否かを判断する(S108)。   On the other hand, when it is determined in step S102 that a current is being output from the inverter circuit 2 (the output current Iout is not zero) (S102: NO), the diagnosis unit 52 is subsequently output from the inverter circuit 2. It is determined whether or not the current flows in the direction opposite to the direction assumed in the first signal input state (the direction from the connection point a through the load L toward the connection point b). In the present embodiment, since the direction from the connection point a to the connection point b through the load L is the positive direction, it is determined whether or not the output current Iout is smaller than zero (S108).

ステップS108にて、インバータ回路2から出力される電流が逆向きに流れている(出力電流Ioutがゼロより小さい)場合(S108:YES)、診断部52は、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの両方が開放故障し、かつ、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの両方が開放故障し、かつ、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの少なくともいずれかが短絡故障し、かつ、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの少なくともいずれかが短絡故障していると診断する(S109)。反対に、出力電流が想定している方向に流れてる(出力電流Ioutがゼロより大きい)場合(S108:NO)、続いて、診断部52は、端子間電圧V1が開放判定閾値Vop以上であるか否かを判断する(S110)。   In step S108, when the current output from the inverter circuit 2 is flowing in the opposite direction (the output current Iout is smaller than zero) (S108: YES), the diagnosis unit 52 includes the pair of switching elements 21a in the switching circuit 21. , 21b both fail open, both the pair of switching elements 24a, 24b in the switching circuit 24 fail open, and at least one of the pair of switching elements 22a, 22b in the switching circuit 22 fails. In addition, it is diagnosed that at least one of the pair of switching elements 23a and 23b in the switching circuit 23 is short-circuited (S109). On the other hand, when the output current is flowing in the expected direction (the output current Iout is greater than zero) (S108: NO), the diagnosis unit 52 subsequently determines that the inter-terminal voltage V1 is equal to or greater than the open determination threshold Vop. It is determined whether or not (S110).

ステップS110にて、端子間電圧V1が開放判定閾値Vop以上であると判断された場合(S110:YES)、診断部52は、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの少なくともいずれか一方が開放故障していると診断する(S111)。反対に、端子間電圧V1が開放判定閾値Vop以上でないと判断された場合(S110:NO)、続いて、診断部52は、端子間電圧V4が開放判定閾値Vop以上であるか否かを判断する(S112)。   When it is determined in step S110 that the inter-terminal voltage V1 is equal to or greater than the open determination threshold Vop (S110: YES), the diagnosis unit 52 determines that at least one of the pair of switching elements 21a and 21b in the switching circuit 21 is It is diagnosed that an open failure has occurred (S111). On the other hand, when it is determined that the inter-terminal voltage V1 is not equal to or higher than the open determination threshold Vop (S110: NO), the diagnosis unit 52 subsequently determines whether or not the inter-terminal voltage V4 is equal to or higher than the open determination threshold Vop. (S112).

ステップS112にて、端子間電圧V4が開放判定閾値Vop以上であると判断された場合(S112:YES)、診断部52は、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの少なくともいずれか一方が開放故障していると診断する(S113)。反対に、端子間電圧V4が開放判定閾値Vop以上でないと判断された場合(S112:NO)、診断部52は、駆動部51が上記第1信号入力状態である場合、各スイッチング回路21〜24が正常に動作していると診断する(S114)。すなわち、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bおよびスイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bに開放故障はなく、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bおよびスイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bに短絡故障はないと診断する。   If it is determined in step S112 that the inter-terminal voltage V4 is greater than or equal to the open determination threshold Vop (S112: YES), the diagnosis unit 52 determines that at least one of the pair of switching elements 24a and 24b in the switching circuit 24 is It is diagnosed that an open failure has occurred (S113). On the other hand, when it is determined that the inter-terminal voltage V4 is not equal to or higher than the open determination threshold Vop (S112: NO), the diagnosis unit 52 determines that each of the switching circuits 21-24 when the drive unit 51 is in the first signal input state. Is diagnosed as operating normally (S114). That is, the pair of switching elements 21a and 21b in the switching circuit 21 and the pair of switching elements 24a and 24b in the switching circuit 24 have no open failure, and the pair of switching elements 22a and 22b in the switching circuit 22 and the pair of switching in the switching circuit 23 It is diagnosed that there is no short circuit failure in the elements 23a and 23b.

続いて、制御回路5は、図5に示すフローに従い、各種処理を実行する。具体的には、駆動部51は、スイッチング素子21a,21bおよびスイッチング素子24a,24bに対して、オフ信号を入力し、スイッチング素子22a,22bおよびスイッチング素子23a,23bに対して、オン信号を入力する(S201)。すなわち、駆動部51が上記第2信号入力状態となる。   Subsequently, the control circuit 5 executes various processes according to the flow shown in FIG. Specifically, the drive unit 51 inputs an off signal to the switching elements 21a and 21b and the switching elements 24a and 24b, and inputs an on signal to the switching elements 22a and 22b and the switching elements 23a and 23b. (S201). That is, the drive unit 51 enters the second signal input state.

次いで、診断部52は、第2信号入力状態であるにも関わらず、インバータ回路2から電流が出力されていないか否かを判断する。具体的には、診断部52は、電流センサ41の検出値(出力電流Iout)がゼロであるか否かを判断する(S202)。ステップS202にて、インバータ回路2から電流が出力されていない(出力電流Ioutがゼロである)と判断された場合(S202:YES)、続いて、診断部52は、端子間電圧V1が短絡判定閾値Vsht以下であるか否かを判断する(S203)。   Next, the diagnosis unit 52 determines whether a current is not output from the inverter circuit 2 in spite of being in the second signal input state. Specifically, the diagnosis unit 52 determines whether or not the detection value (output current Iout) of the current sensor 41 is zero (S202). When it is determined in step S202 that no current is output from the inverter circuit 2 (the output current Iout is zero) (S202: YES), the diagnostic unit 52 determines that the voltage V1 between the terminals is a short circuit. It is determined whether or not it is equal to or less than a threshold value Vsht (S203).

ステップS203にて、端子間電圧V1が短絡判定閾値Vsht以下であると判断された場合(S203:YES)、診断部52は、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの少なくともいずれかが短絡故障していると診断する(S204)。反対に、端子間電圧V1が短絡判定閾値Vsht以下でないと判断された場合(S203:NO)、続いて、診断部52は、端子間電圧V4が短絡判定閾値Vsht以下であるか否かを判断する(S205)。   If it is determined in step S203 that the inter-terminal voltage V1 is equal to or less than the short circuit determination threshold Vsht (S203: YES), the diagnosis unit 52 shorts at least one of the pair of switching elements 21a and 21b in the switching circuit 21. Diagnose a failure (S204). Conversely, when it is determined that the inter-terminal voltage V1 is not less than or equal to the short circuit determination threshold Vsht (S203: NO), the diagnosis unit 52 subsequently determines whether or not the inter-terminal voltage V4 is less than or equal to the short circuit determination threshold Vsht. (S205).

ステップS205にて、端子間電圧V4が短絡判定閾値Vsht以下であると判断された場合(S205:YES)、診断部52は、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの少なくともいずれかが短絡故障していると診断する(S206)。反対に、端子間電圧V4が短絡判定閾値Vsht以下でないと判断された場合(S205:NO)、診断部52は、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの両方、あるいは、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの両方が開放故障していると診断する(S207)。   When it is determined in step S205 that the inter-terminal voltage V4 is equal to or lower than the short circuit determination threshold Vsht (S205: YES), the diagnosis unit 52 shorts at least one of the pair of switching elements 24a and 24b in the switching circuit 24. Diagnose that there is a failure (S206). On the other hand, when it is determined that the inter-terminal voltage V4 is not less than or equal to the short circuit determination threshold Vsht (S205: NO), the diagnosis unit 52 determines whether both of the pair of switching elements 22a and 22b in the switching circuit 22 or the switching circuit 23 It is diagnosed that both of the pair of switching elements 23a and 23b have an open failure (S207).

一方、ステップS202において、インバータ回路2から電流が出力されている(出力電流Ioutがゼロでない)と判断された場合(S202:NO)、続いて、診断部52は、インバータ回路2から出力される電流が上記第2信号入力状態において想定している方向(接続点bから負荷Lを通って接続点aに向かう方向)と逆向きに流れているか否かを判断する。本実施形態においては、接続点aから負荷Lを通って接続点bに向かう方向を正方向としているので、出力電流Ioutがゼロより大きいか否かを判断する(S208)。   On the other hand, when it is determined in step S202 that a current is output from the inverter circuit 2 (the output current Iout is not zero) (S202: NO), the diagnosis unit 52 is subsequently output from the inverter circuit 2. It is determined whether or not the current is flowing in the direction opposite to the direction assumed in the second signal input state (the direction from the connection point b through the load L toward the connection point a). In the present embodiment, since the direction from the connection point a through the load L to the connection point b is the positive direction, it is determined whether or not the output current Iout is greater than zero (S208).

ステップS208にて、インバータ回路2から出力される電流が逆向きに流れている(出力電流Ioutがゼロより大きい)場合(S208:YES)、診断部52は、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの両方が開放故障し、かつ、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの両方が開放故障し、かつ、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの少なくともいずれかが短絡故障し、かつ、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの少なくともいずれかが短絡故障していると診断する(S209)。反対に、インバータ回路2から出力される電流が想定している方向に流れている(出力電流Ioutがゼロより小さい)場合(S208:NO)、続いて、診断部52は、端子間電圧V2が開放判定閾値Vop以上であるか否かを判断する(S210)。   In step S208, when the current output from the inverter circuit 2 is flowing in the opposite direction (the output current Iout is greater than zero) (S208: YES), the diagnosis unit 52 includes the pair of switching elements 22a in the switching circuit 22. , 22b both have an open fault, both the pair of switching elements 23a, 23b in the switching circuit 23 have an open fault, and at least one of the pair of switching elements 21a, 21b in the switching circuit 21 has a short circuit fault. In addition, it is diagnosed that at least one of the pair of switching elements 24a and 24b in the switching circuit 24 is short-circuited (S209). On the contrary, when the current output from the inverter circuit 2 is flowing in the assumed direction (the output current Iout is smaller than zero) (S208: NO), the diagnosis unit 52 then determines that the inter-terminal voltage V2 is It is determined whether or not it is equal to or greater than the opening determination threshold Vop (S210).

ステップS210にて、端子間電圧V2が開放判定閾値Vop以上であると判断された場合(S210:YES)、診断部52は、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの少なくともいずれかが開放故障していると判断する(S211)。反対に、端子間電圧V2が開放判定閾値Vop以上でないと判断された場合(S210:NO)、続いて、診断部52は、端子間電圧V3が開放判定閾値Vop以上であるか否かを判断する(S212)。   When it is determined in step S210 that the inter-terminal voltage V2 is equal to or higher than the open determination threshold Vop (S210: YES), the diagnosis unit 52 opens at least one of the pair of switching elements 22a and 22b in the switching circuit 22. It is determined that a failure has occurred (S211). On the other hand, when it is determined that the inter-terminal voltage V2 is not equal to or higher than the open determination threshold Vop (S210: NO), the diagnosis unit 52 subsequently determines whether or not the inter-terminal voltage V3 is equal to or higher than the open determination threshold Vop. (S212).

ステップS212にて、端子間電圧V3が開放判定閾値Vop以上であると判断された場合(S212:YES)、診断部52は、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの少なくともいずれかが開放故障していると診断する(S213)。反対に、端子間電圧V3が開放判定閾値Vop以上でないと判断された場合(S212:NO)、診断部52は、駆動部51が上記第2信号入力状態である場合、各スイッチング回路21〜24が正常に動作していると診断する(S214)。すなわち、スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bおよびスイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bに開放故障はなく、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bおよびスイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bに短絡故障はないと診断する。   When it is determined in step S212 that the inter-terminal voltage V3 is greater than or equal to the open determination threshold Vop (S212: YES), the diagnosis unit 52 opens at least one of the pair of switching elements 23a and 23b in the switching circuit 23. Diagnose that there is a failure (S213). On the other hand, when it is determined that the inter-terminal voltage V3 is not equal to or higher than the open determination threshold Vop (S212: NO), the diagnosis unit 52 determines that each of the switching circuits 21-24 when the drive unit 51 is in the second signal input state. Is diagnosed as operating normally (S214). That is, the pair of switching elements 22a and 22b in the switching circuit 22 and the pair of switching elements 23a and 23b in the switching circuit 23 have no open failure, and the pair of switching elements 21a and 21b in the switching circuit 21 and the pair of switching in the switching circuit 24 It is diagnosed that there is no short circuit failure in the elements 24a and 24b.

以上のようにして、制御回路5が故障診断処理を実行することで、インバータ回路2の故障診断が行われる。故障診断後は、制御回路5は、その診断結果を、例えば、図示しない表示部への表示やスピーカを介した音声出力などにより報知する。なお、第1信号入力状態において正常に動作しているとの診断結果(ステップS114)および第2信号入力状態において正常に動作しているとの診断結果(ステップS214)については、当該診断結果を報知してもよいし、報知しなくてもよい。そのほか、診断結果を報知するのではなく、図示しない記憶部に記憶してもよいし、図示しない通信部を介して、他の通信装置に送信してもよい。なお、診断結果の利用方法は、上記したものに限定されない。   As described above, the control circuit 5 executes the failure diagnosis process, whereby the failure diagnosis of the inverter circuit 2 is performed. After the failure diagnosis, the control circuit 5 notifies the diagnosis result by, for example, displaying on a display unit (not shown) or outputting sound through a speaker. In addition, about the diagnosis result (step S114) that it is operating normally in the first signal input state and the diagnosis result (step S214) that it is operating normally in the second signal input state, the diagnosis result is Notification may be performed or may not be performed. In addition, instead of notifying the diagnosis result, it may be stored in a storage unit (not shown) or transmitted to another communication device via a communication unit (not shown). In addition, the utilization method of a diagnostic result is not limited to what was mentioned above.

なお、図4および図5のフローチャートに示す故障診断処理は一例であって、上記したものに限定されない。例えば、制御回路5は、図4に示すフローチャートの完了後に、スイッチング回路21におけるスイッチング素子21a,21bおよびスイッチング回路24におけるスイッチング素子24a,24bの開放故障の有無、および、スイッチング回路22におけるスイッチング素子22a,22bおよびスイッチング回路23におけるスイッチング素子23a,23bの短絡故障の有無を報知してもよい。そして、図5に示すフローチャートの完了後に、制御回路5は、スイッチング回路22におけるスイッチング素子22a,22bおよびスイッチング回路23におけるスイッチング素子23a,23bの開放故障の有無、および、スイッチング回路21におけるスイッチング素子21a,21bおよびスイッチング回路24におけるスイッチング素子24a,24bの短絡故障の有無を報知してもよい。すなわち、制御回路5は、図4に示すフローチャートおよび図5に示すフローチャートが完了する毎に、診断結果を報知してもよい。また、ステップS104,S106,S107,S109,S111,S113,S204,S206,S207,S209,S211,S213において、開放故障しているあるいは短絡故障していると診断された場合、当該診断結果を報知し、続けて、残りの処理(各ステップ)を続行してもよいし、当該残りの処理を行わず、故障診断処理を終了してもよい。   Note that the failure diagnosis processing shown in the flowcharts of FIGS. 4 and 5 is an example, and is not limited to the above. For example, after completing the flowchart shown in FIG. 4, the control circuit 5 determines whether or not there is an open failure of the switching elements 21 a and 21 b in the switching circuit 21 and the switching elements 24 a and 24 b in the switching circuit 24, and the switching element 22 a in the switching circuit 22. , 22b and switching circuit 23 may be notified of the presence or absence of a short circuit failure in switching elements 23a, 23b. After the completion of the flowchart shown in FIG. 5, the control circuit 5 determines whether or not the switching elements 22 a and 22 b in the switching circuit 22 and the switching elements 23 a and 23 b in the switching circuit 23 have an open failure, and the switching element 21 a in the switching circuit 21. 21b and the switching element 24 in the switching circuit 24 may be notified of the presence or absence of a short circuit failure. That is, the control circuit 5 may notify the diagnosis result every time the flowchart shown in FIG. 4 and the flowchart shown in FIG. 5 are completed. Further, when it is diagnosed in step S104, S106, S107, S109, S111, S113, S204, S206, S207, S209, S211, or S213 that an open failure or a short-circuit failure has occurred, the diagnosis result is notified. Then, the remaining processing (each step) may be continued, or the failure diagnosis processing may be terminated without performing the remaining processing.

次に、本実施形態に係るインバータ装置および当該インバータ装置における故障診断方法の作用および効果について説明する。   Next, the operation and effect of the inverter device according to the present embodiment and the failure diagnosis method in the inverter device will be described.

本実施形態によれば、複数のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)が並列に接続されたスイッチング回路21(22〜24)において、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のいずれか一方が開放故障しているか否かを診断することができる。したがって、いずれか一方のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)が開放故障していることを発見できるので、インバータ回路2によって、直流電力を交流電力に変換されている状態であっても、スイッチング回路21(22〜24)が正常でないことを発見することができる。これにより、例えば、診断結果に基づいて部品の交換ができるので、スイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)の両方が開放故障し、他の部品にも損害を与えることを防止できる。   According to the present embodiment, in the switching circuit 21 (22-24) in which the plurality of switching elements 21a (22a-24a) and 21b (22b-24b) are connected in parallel, the pair of switching elements 21a (22a-24a) , 21b (22b-24b) can be diagnosed as to whether or not an open failure has occurred. Accordingly, since any one of the switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) can be found to be in an open failure, the inverter circuit 2 converts the DC power into AC power. Even if it exists, it can discover that the switching circuit 21 (22-24) is not normal. As a result, for example, parts can be replaced based on the diagnosis result, so that both of the switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) are prevented from being opened and damaged to other parts. it can.

本実施形態によれば、制御回路5は、故障診断処理においては、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bを、その能動領域を使って動作させている。図3に示すように、能動領域を使った場合のコレクタ・エミッタ間飽和電圧Vx,Vyの差は、飽和領域を使った場合のコレクタ・エミッタ間飽和電圧Vx’,Vy’の差より大きい。なお、図3におけるゲート・エミッタ間電圧Vb[V]のとき、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bは飽和領域で動作している。したがって、能動領域を使って動作させた場合の方が、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のいずれか一方が開放故障している場合と、それらの両方が故障していない場合とで、検出される端子間電圧V1(V2〜V4)の差が大きく現れる。これにより、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のいずれか一方が開放故障しているか否かの診断において、誤診断を抑制することができる。   According to this embodiment, the control circuit 5 operates each switching element 21a-24a, 21b-24b using the active area | region in failure diagnosis processing. As shown in FIG. 3, the difference between the collector-emitter saturation voltages Vx and Vy when the active region is used is larger than the difference between the collector-emitter saturation voltages Vx 'and Vy' when the saturation region is used. When the gate-emitter voltage Vb [V] in FIG. 3 is used, the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b operate in the saturation region. Therefore, when the operation is performed using the active region, when one of the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) has an open failure, both of them have failed. The difference between the detected terminal voltages V1 (V2 to V4) appears greatly depending on whether the voltage is not applied. Thereby, it is possible to suppress misdiagnosis in the diagnosis of whether one of the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) has an open failure.

本実施形態によれば、複数のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)が並列に接続されたスイッチング回路21(22〜24)において、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)の少なくともいずれか一方が短絡故障しているか否かを診断することができる。したがって、開放故障の診断だけでなく、短絡故障も診断することができる。   According to the present embodiment, in the switching circuit 21 (22-24) in which the plurality of switching elements 21a (22a-24a) and 21b (22b-24b) are connected in parallel, the pair of switching elements 21a (22a-24a) , 21b (22b to 24b) can be diagnosed as to whether or not a short circuit has occurred. Therefore, it is possible to diagnose not only an open fault but also a short-circuit fault.

上記実施形態においては、診断部52は、上記端子間電圧V1(V2〜V4)と開放判定閾値Vopとを比較することで、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のいずれか一方が開放故障しているか否かを判断したが、これに置き換えてあるいはこれに追加して、次のような判断手法を用いてもよい。なお、置き換える場合は、ステップS110,S112(S210,S212)の代わりに、以下に示す処理を行い、また、追加する場合は、ステップS108(S208)とステップS110(S210)との間に、以下に示す処理を追加すればよい。例えば、診断部52は、駆動部51が上記第1信号入力状態である場合の、端子間電圧V1と端子間電圧V4とを比較する。そして、これらの差が所定値以上である場合に、一対のスイッチング素子21a,21bのいずれか一方あるいは一対のスイッチング素子24a,24bのいずれか一方が開放故障していると診断してもよい。この場合、端子間電圧V1が本発明の「第1の端子間電圧」に相当し、端子間電圧V4が本発明の「第2の端子間電圧」に相当する。なお、この比較結果から端子間電圧V1と端子間電圧V4とで値の大きい方を特定し、当該大きい方のスイッチング回路における一対のスイッチング素子のいずれか一方が開放故障していると診断してもよい。また、診断部52は、駆動部51が上記第2信号入力状態である場合の、端子間電圧V2と端子間電圧V3とを比較することで、同様に、一対のスイッチング素子22a,22bのいずれか一方あるいは一対のスイッチング素子23a,23bのいずれか一方が開放故障していると診断してもよい。   In the embodiment described above, the diagnosis unit 52 compares the inter-terminal voltage V1 (V2 to V4) with the open determination threshold value Vop, so that the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b). It has been determined whether or not one of these has an open failure, but the following determination method may be used instead of or in addition to this. In the case of replacement, the following processing is performed in place of steps S110 and S112 (S210 and S212). In the case of addition, the following processing is performed between steps S108 (S208) and S110 (S210). What is necessary is just to add the process shown in. For example, the diagnosis unit 52 compares the inter-terminal voltage V1 and the inter-terminal voltage V4 when the driving unit 51 is in the first signal input state. When these differences are equal to or greater than a predetermined value, it may be diagnosed that either one of the pair of switching elements 21a and 21b or one of the pair of switching elements 24a and 24b has an open failure. In this case, the inter-terminal voltage V1 corresponds to the “first inter-terminal voltage” of the present invention, and the inter-terminal voltage V4 corresponds to the “second inter-terminal voltage” of the present invention. From this comparison result, the higher value is specified by the inter-terminal voltage V1 and the inter-terminal voltage V4, and one of the pair of switching elements in the larger switching circuit is diagnosed as having an open failure. Also good. Similarly, the diagnosis unit 52 compares the inter-terminal voltage V2 and the inter-terminal voltage V3 when the driving unit 51 is in the second signal input state, so that any of the pair of switching elements 22a and 22b is similarly detected. It may be diagnosed that either one or one of the pair of switching elements 23a and 23b has an open failure.

当該変形例においては、駆動部51が上記第1信号入力状態である場合に端子間電圧V1と端子間電圧V4とを比較し、駆動部51が上記第2信号入力状態である場合に端子間電圧V2と端子間電圧V3とを比較した場合を説明したが、これらの端子間電圧V1〜V4を比較してもよい。具体的には、診断部52は、駆動部51が第1信号入力状態である場合の端子間電圧V1,V4と、駆動部51が第2信号入力状態である場合の端子間電圧V2,V3を記録しておき、記録した端子間電圧V1〜V4を比較してもよい。このとき、4つの端子間電圧V1〜V4がすべて同じ場合には、複数のスイッチング素子21a〜24a,21b〜24bがすべて、正常であると診断できる。反対に、4つの端子間電圧V1〜V4の少なくとも1つ以上が異なる値である場合には、複数のスイッチング素子21a〜24a,21b〜24bの少なくともいずれかが開放故障していると診断できる。なお、この場合も、4つの端子間電圧V1〜V4のうち値の大きいものを特定し、当該値の大きいスイッチング回路における一対のスイッチング素子のいずれか一方が開放故障していると診断してもよい。   In the modification, the inter-terminal voltage V1 and the inter-terminal voltage V4 are compared when the driving unit 51 is in the first signal input state, and the inter-terminal voltage is compared when the driving unit 51 is in the second signal input state. Although the case where the voltage V2 and the inter-terminal voltage V3 are compared has been described, the inter-terminal voltages V1 to V4 may be compared. Specifically, the diagnosis unit 52 includes the inter-terminal voltages V1 and V4 when the driving unit 51 is in the first signal input state, and the inter-terminal voltages V2 and V3 when the driving unit 51 is in the second signal input state. May be recorded, and the recorded inter-terminal voltages V1 to V4 may be compared. At this time, when the four inter-terminal voltages V1 to V4 are all the same, it can be diagnosed that the plurality of switching elements 21a to 24a and 21b to 24b are all normal. On the other hand, when at least one of the four terminal voltages V1 to V4 has a different value, it can be diagnosed that at least one of the plurality of switching elements 21a to 24a and 21b to 24b has an open failure. In this case as well, even if one of the four inter-terminal voltages V1 to V4 having a large value is specified and one of the pair of switching elements in the switching circuit having the large value is diagnosed as having an open failure, Good.

上記実施形態においては、複数のスイッチング素子21a〜24a,21b〜24bの少なくともいずれかにおいて、開放故障および短絡故障を診断する場合を例に説明したが、短絡故障を診断しなくてもよい。例えば、制御回路5が行う故障診断処理(図4および図5参照)において、上記ステップS103,S105,S203,S205の処理を省略することで、実現される。この場合、ステップS102(S202)において、出力電流がゼロであると判断された場合に、ステップS107(S207)の診断を行えばよい。すなわち、スイッチング回路21における一対のスイッチング素子21a,21bの両方、あるいは、スイッチング回路24における一対のスイッチング素子24a,24bの両方が開放故障しているとの診断(スイッチング回路22における一対のスイッチング素子22a,22bの両方、あるいは、スイッチング回路23における一対のスイッチング素子23a,23bの両方が開放故障しているとの診断)を行えばよい。   In the said embodiment, although the case where the open fault and the short circuit fault were diagnosed was demonstrated to the example in at least any one of several switching element 21a-24a, 21b-24b, it is not necessary to diagnose a short circuit fault. For example, it is realized by omitting the processes of steps S103, S105, S203, and S205 in the fault diagnosis process (see FIGS. 4 and 5) performed by the control circuit 5. In this case, if it is determined in step S102 (S202) that the output current is zero, the diagnosis in step S107 (S207) may be performed. That is, it is diagnosed that both of the pair of switching elements 21a and 21b in the switching circuit 21 or both of the pair of switching elements 24a and 24b in the switching circuit 24 have an open failure (a pair of switching elements 22a in the switching circuit 22). , 22b, or both of the pair of switching elements 23a, 23b in the switching circuit 23 may be diagnosed).

上記実施形態においては、診断部52は、インバータ回路2から出力される電流が、上記第1信号入力状態および上記第2信号入力状態のそれぞれにおいて想定している方向と逆向きに流れているか否かを判断した(ステップS108,S208参照)が、当該判断を行わないようにしてもよい。この場合、ステップS108,S109,S208,S209の処理を省略すればよい。   In the above embodiment, the diagnosis unit 52 determines whether or not the current output from the inverter circuit 2 flows in the direction opposite to the direction assumed in each of the first signal input state and the second signal input state. (See steps S108 and S208), the determination may not be performed. In this case, steps S108, S109, S208, and S209 may be omitted.

上記実施形態においては、駆動部51は、故障診断処理において、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bを能動領域で動作させた場合を説明したが、これに限定されない。例えば、能動領域ではなく、飽和領域で動作させても、上記したように診断することができる。ただし、正確な診断のためには、上記実施形態のように、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bを能動領域で動作させる方がよい。なお、能動領域で動作させるか飽和領域で動作させるかは、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bに入力するオン信号を調整して、ゲート・エミッタ間電圧を変化させればよい。   In the above-described embodiment, the drive unit 51 has been described with respect to the case where the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b are operated in the active region in the failure diagnosis process. However, the present invention is not limited to this. For example, the diagnosis can be performed as described above even when the operation is performed in the saturation region instead of the active region. However, for accurate diagnosis, it is better to operate the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b in the active region as in the above embodiment. Whether the operation is performed in the active region or the saturation region may be performed by adjusting the ON signal input to each of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b and changing the gate-emitter voltage.

上記実施形態においては、各スイッチング回路21〜24において、2つのスイッチング素子が並列に接続された場合を説明したが、3つ以上のスイッチング素子が並列に接続されていてもよい。この場合も、同様に、各スイッチング回路21〜24において並列に接続された複数のスイッチング素子の少なくともいずれか1つが開放故障あるいは短絡故障しているか否かを診断することができる。例えば、各スイッチング回路において、3つのスイッチング素子が並列に接続されている場合について説明する。   In the above embodiment, the case where two switching elements are connected in parallel in each of the switching circuits 21 to 24 has been described, but three or more switching elements may be connected in parallel. In this case as well, it is possible to diagnose whether at least one of the plurality of switching elements connected in parallel in each of the switching circuits 21 to 24 has an open failure or a short-circuit failure. For example, the case where three switching elements are connected in parallel in each switching circuit will be described.

図6は、3つのスイッチング素子29a〜29cが並列に接続されたスイッチング回路29を示している。例えば、図6に示す3つのスイッチング素子29a〜29cに対して、オン信号が入力されているとする。このときのゲート・エミッタ間電圧はそれぞれVa[V]であるとする。また、スイッチング回路29への入力電流がIa[A]とする。   FIG. 6 shows a switching circuit 29 in which three switching elements 29a to 29c are connected in parallel. For example, it is assumed that an ON signal is input to the three switching elements 29a to 29c illustrated in FIG. The gate-emitter voltages at this time are assumed to be Va [V], respectively. Further, the input current to the switching circuit 29 is Ia [A].

上記条件下において、3つのスイッチング素子29a〜29cが正常に動作している(オン状態である)場合、スイッチング回路29への入力電流Ia[A]が3つに分流され、各スイッチング素子29a〜29cのそれぞれにIa/3[A]の電流が流れる。このとき、図3に示すように、コレクタ・エミッタ間飽和電圧はVz[V]となる。すなわち、スイッチング回路29の端子間電圧は、Vz[V]となる。しかし、3つのスイッチング素子29a〜29cうちのいずれか1つのスイッチング素子(例えばスイッチング素子29cとする)が、開放故障している場合、残りの2つのスイッチング素子(スイッチング素子29a,29b)のそれぞれにIa/2[A]の電流が流れる。このとき、図3に示すように、コレクタ・エミッタ間飽和電圧はVx[V]となる。すなわち、スイッチング回路29の端子間電圧は、Vx[V]となる。さらに、3つのスイッチング素子29a〜29cのうちのいずれか2つのスイッチング素子(例えばスイッチング素子29b,29cとする)が開放故障している場合、残りの1つのスイッチング素子(スイッチング素子29a)にIa[A]の電流が流れる。このとき、図3に示すように、コレクタ・エミッタ間飽和電圧はVy[V]となる。すなわち、スイッチング回路29の端子間電圧は、Vy[V]となる。   When the three switching elements 29a to 29c are operating normally (on state) under the above conditions, the input current Ia [A] to the switching circuit 29 is divided into three, and each switching element 29a to 29c A current of Ia / 3 [A] flows in each of 29c. At this time, as shown in FIG. 3, the collector-emitter saturation voltage is Vz [V]. That is, the voltage between the terminals of the switching circuit 29 is Vz [V]. However, when any one of the three switching elements 29a to 29c (for example, the switching element 29c) has an open failure, each of the remaining two switching elements (switching elements 29a and 29b) A current of Ia / 2 [A] flows. At this time, as shown in FIG. 3, the collector-emitter saturation voltage is Vx [V]. That is, the voltage between the terminals of the switching circuit 29 is Vx [V]. Further, when any two switching elements (for example, the switching elements 29b and 29c) of the three switching elements 29a to 29c are in an open failure, the remaining one switching element (switching element 29a) has Ia [ A] current flows. At this time, as shown in FIG. 3, the collector-emitter saturation voltage is Vy [V]. That is, the voltage between the terminals of the switching circuit 29 is Vy [V].

このような変化に基づいて、2つの上記開放判定閾値を設定し、診断部52は、当該2つの開放判定閾値とスイッチング回路29の端子間電圧とを比較することで、3のスイッチング素子29a〜29cの少なくともいずれか1つが開放故障しているか否かを診断することができる。具体的には、第1の開放判定閾値Vop1をVx以上Vy以下の値に設定し、第2の開放判定閾値Vop2をVz以上Vx未満に設定する。そして、3つのスイッチング素子29a〜29cにオン信号が入力されているときのスイッチング回路29の端子間電圧が、第1の開放判定閾値Vop1以上であれば、診断部52は、3つのスイッチング素子29a〜29cのうち2つが開放故障していると判断できる。また、第1の開放判定閾値Vop1未満であり、かつ、第2の開放判定閾値Vop2以上であれば、診断部52は、3つのスイッチング素子29a〜29cのうち1つが開放故障していると判断できる。さらに、第2の開放判定閾値Vop2未満であれば、診断部52は、3つのスイッチング素子29a〜29cがすべて正常であると判断できる。なお、3つのスイッチング素子29a〜29cがすべて開放故障している場合、スイッチング回路29に電流が流れない(出力電流がゼロとなる)ので、診断部52は、電流センサ41の検出値に基づいて、判断すればよい。また、3つのスイッチング素子29a〜29cの少なくともいずれか1つが短絡故障しているか否かは、これらにオフ信号が入力されているときのスイッチング回路29の端子間電圧と、短絡判定閾値との比較により、判断すればよい。このときの短絡判定閾値は、例えば、0以上Vz未満に設定すればよい。   Based on such changes, the two open determination thresholds are set, and the diagnosis unit 52 compares the two open determination thresholds with the voltage between the terminals of the switching circuit 29 to thereby switch the three switching elements 29a to 29a. It is possible to diagnose whether at least one of 29c has an open failure. Specifically, the first opening determination threshold value Vop1 is set to a value not less than Vx and not more than Vy, and the second opening determination threshold value Vop2 is set to not less than Vz and less than Vx. If the voltage between the terminals of the switching circuit 29 when the ON signal is input to the three switching elements 29a to 29c is equal to or higher than the first open determination threshold Vop1, the diagnosis unit 52 includes the three switching elements 29a. It can be determined that two of ˜29c have an open failure. Further, if it is less than the first opening determination threshold value Vop1 and not less than the second opening determination threshold value Vop2, the diagnosis unit 52 determines that one of the three switching elements 29a to 29c has an open failure. it can. Furthermore, if it is less than the second opening determination threshold value Vop2, the diagnosis unit 52 can determine that all the three switching elements 29a to 29c are normal. Note that when all of the three switching elements 29a to 29c have an open failure, no current flows through the switching circuit 29 (the output current becomes zero), so the diagnosis unit 52 is based on the detection value of the current sensor 41. You can judge. Whether at least any one of the three switching elements 29a to 29c is short-circuited or not is compared with the voltage between the terminals of the switching circuit 29 when the OFF signal is input to these and the short-circuit determination threshold value. Therefore, it is sufficient to make a judgment. What is necessary is just to set the short circuit determination threshold value at this time to 0 or more and less than Vz, for example.

以上のことから、3つ以上のスイッチング素子が並列に接続されたスイッチング回路において、当該3つ以上のスイッチング素子の電気的特性(コレクタ・エミッタ間飽和電圧特性)に基づいて、複数の上記開放判定閾値を設けておく。そして、診断部52が、当該複数の開放判定閾値とスイッチング回路の端子間電圧とを比較する。これにより、診断部52は、その比較結果に基づいて、3つ以上のスイッチング素子のうちの何個のスイッチング素子が開放故障しているか否かを診断することができる。また、短絡故障についても、上記したように診断することができる。   From the above, in a switching circuit in which three or more switching elements are connected in parallel, a plurality of open determinations are made based on the electrical characteristics (collector-emitter saturation voltage characteristics) of the three or more switching elements. A threshold is set. Then, the diagnosis unit 52 compares the plurality of open determination threshold values with the voltage across the terminals of the switching circuit. Thereby, the diagnosis part 52 can diagnose how many switching elements of the three or more switching elements have an open failure based on the comparison result. In addition, a short circuit failure can be diagnosed as described above.

上記実施形態においては、制御回路5に4本の信号線511〜514が接続され、それぞれ分岐させて各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24bに入力する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、制御回路5に8本の信号線を接続し、それぞれ1つずつスイッチング素子21a〜24a,21b〜24bのゲート端子に接続してもよい。このようにすることで、駆動部51は、各スイッチング素子21a〜24a,21b〜24b毎にそれぞれオン信号あるいはオフ信号のいずれかを入力することができる。これにより、例えば、診断部52は、上記故障診断処理において、いずれかが開放故障あるいは短絡故障していると診断された一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のどちらが、開放故障あるいは短絡故障しているかを特定することができる。具体的には、診断部52によって、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のいずれか一方が開放故障あるいは短絡故障していると診断された場合に、駆動部51が、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)の一方にオン信号を入力し、他方にオフ信号を入力する。そして、このときの端子間電圧V1(V2〜V4)および出力電流Ioutに基づいて、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のいずれが開放故障しているかあるいは短絡故障をしているかを特定できる。例えば、スイッチング素子21aが開放故障しており、スイッチング素子21bが正常であるときに、スイッチング素子21a,21bのいずれか一方が開放故障していると診断された場合、駆動部51は、スイッチング素子21aにオン信号を入力し、スイッチング素子21bにオフ信号を入力する。そうすると、スイッチング回路21が遮断状態となるため、インバータ回路2から電流が出力されない(出力電流Ioutはゼロとなる)。一方、スイッチング素子21aにオフ信号を入力し、スイッチング素子21bにオン信号を入力する。そうすると、スイッチング回路21が導通状態となるため、インバータ回路2から電流が出力される。したがって、スイッチング素子21aが開放故障していると診断できる。以上のようにすることで、診断部52は、各スイッチング回路21(22〜24)において、一対のスイッチング素子21a(22a〜24a),21b(22b〜24b)のどちらが開放故障あるいは短絡故障しているかを特定することができる。   In the above embodiment, the case where the four signal lines 511 to 514 are connected to the control circuit 5 and branched to input to the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, eight signal lines may be connected to the control circuit 5 and connected to the gate terminals of the switching elements 21a to 24a and 21b to 24b, respectively. By doing in this way, the drive part 51 can input either an ON signal or an OFF signal for each switching element 21a-24a, 21b-24b, respectively. Thereby, for example, the diagnosis unit 52 determines which one of the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) diagnosed as one of the open failure or the short circuit failure in the failure diagnosis process. It is possible to specify whether an open fault or a short-circuit fault has occurred. Specifically, when the diagnosis unit 52 diagnoses that any one of the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) has an open failure or a short circuit failure, the drive unit 51 However, an ON signal is input into one of a pair of switching elements 21a (22a-24a) and 21b (22b-24b), and an OFF signal is input into the other. Then, based on the inter-terminal voltage V1 (V2 to V4) and the output current Iout at this time, which of the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) has an open failure or a short circuit failure You can identify whether you are doing. For example, when the switching element 21a has an open failure and the switching element 21b is normal, when it is diagnosed that one of the switching elements 21a and 21b has an open failure, the drive unit 51 An ON signal is input to 21a, and an OFF signal is input to the switching element 21b. Then, since the switching circuit 21 is cut off, no current is output from the inverter circuit 2 (the output current Iout becomes zero). On the other hand, an OFF signal is input to the switching element 21a, and an ON signal is input to the switching element 21b. Then, since the switching circuit 21 is turned on, a current is output from the inverter circuit 2. Therefore, it can be diagnosed that the switching element 21a has an open failure. As described above, in the switching circuit 21 (22 to 24), the diagnosis unit 52 causes one of the pair of switching elements 21a (22a to 24a) and 21b (22b to 24b) to be open or short-circuited. Can be specified.

上記実施形態においては、インバータ回路2が4つのスイッチング回路21〜24を用いたフルブリッジ型のインバータ回路である場合を説明したが、これに限定されない。例えば、2つのスイッチング回路を用いたハーフブリッジ型のインバータ回路であってもよい。また、1以上のスイッチング回路の導通状態と遮断状態とを切り換えることで、入力電力を所定の出力電力に変換する回路であれば、適宜応用することができる。このような回路としては、例えば、チョッパ回路やコンバータ回路、アンプ回路などがある。これらのような場合であっても、スイッチング回路の端子間電圧および出力電流を検出し、これらに基づいて、スイッチング回路における複数のスイッチング素子の少なくとも1つが開放故障あるいは短絡故障しているか否かを診断することができる。なお、これらの場合は、上記した回路が本発明の「主回路」に相当する。   In the said embodiment, although the case where the inverter circuit 2 was a full bridge type inverter circuit using the four switching circuits 21-24 was demonstrated, it is not limited to this. For example, a half-bridge type inverter circuit using two switching circuits may be used. Further, any circuit that converts input power into predetermined output power by switching between a conduction state and a cutoff state of one or more switching circuits can be applied as appropriate. Examples of such a circuit include a chopper circuit, a converter circuit, and an amplifier circuit. Even in such cases, the inter-terminal voltage and output current of the switching circuit are detected, and based on these, it is determined whether or not at least one of the plurality of switching elements in the switching circuit has an open fault or a short-circuit fault. Can be diagnosed. In these cases, the circuit described above corresponds to the “main circuit” of the present invention.

本発明に係る電力変換装置および故障診断方法は、上記した実施形態に限定されるものではない。本発明の電力変換装置の各部の具体的な構成および故障診断方法の各工程の具体的な処理は、種々に設計変更自在である。   The power converter and the failure diagnosis method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. The specific configuration of each part of the power conversion device of the present invention and the specific processing of each step of the failure diagnosis method can be varied in design in various ways.

1 :直流電源(動力源)
2 :インバータ回路(主回路、電力変換装置)
20A :アーム
20B :アーム
21〜24,29 :スイッチング回路
21a〜24a,21b〜24b,29a〜29c:スイッチング素子
31〜34 :電圧センサ(電圧検出手段)
41 :電流センサ
5 :制御回路(電力変換装置)
51 :駆動部(信号入力手段)
52 :診断部(診断手段)
L :負荷
1: DC power supply (power source)
2: Inverter circuit (main circuit, power converter)
20A: Arm 20B: Arms 21-24, 29: Switching circuits 21a-24a, 21b-24b, 29a-29c: Switching elements 31-34: Voltage sensors (voltage detection means)
41: Current sensor 5: Control circuit (power converter)
51: Drive unit (signal input means)
52: Diagnostic unit (diagnostic means)
L: Load

Claims (8)

複数のスイッチング素子が互いに並列に接続されたスイッチング回路を含み、電力源からの入力電力を所定の出力電力に変換する主回路と、
前記スイッチング回路の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記複数のスイッチング素子の各々に、当該各スイッチング素子をオン状態にするためのオン信号を入力可能な信号入力手段と、
前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されているときの前記端子間電圧が、開放判定閾値以上の場合に、前記複数のスイッチング素子の少なくとも1つが開放故障していると診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
A main circuit including a switching circuit in which a plurality of switching elements are connected in parallel with each other, and converting input power from a power source into predetermined output power;
Voltage detecting means for detecting a voltage between terminals of the switching circuit;
A signal input means capable of inputting an on signal for turning on each of the switching elements to each of the plurality of switching elements;
Diagnosing that at least one of the plurality of switching elements has an open failure when the voltage between the terminals when the ON signal is input to each of the plurality of switching elements is greater than or equal to an open determination threshold value Means,
A power conversion device comprising:
前記診断手段は、前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されていないときの前記端子間電圧が短絡判定閾値以下の場合に、前記複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障していると診断する、
請求項1に記載の電力変換装置。
The diagnostic means has a short circuit failure in any of the plurality of switching elements when the voltage between the terminals when the ON signal is not input to each of the plurality of switching elements is equal to or less than a short circuit determination threshold. To diagnose,
The power conversion device according to claim 1.
前記電力源は、直流電源であり、
前記主回路は、各々が、前記直流電源の高電位側の出力端子に接続された高電位側の前記スイッチング回路と前記直流電源の低電位側の出力端子に接続された低電位側の前記スイッチング回路とを直列に接続した第1アームおよび第2アームを有し、前記第1アームと前記第2アームとが並列に接続されたインバータ回路である、
請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
The power source is a DC power source;
The main circuit includes the switching circuit on the high potential side connected to the output terminal on the high potential side of the DC power supply and the switching on the low potential side connected to the output terminal on the low potential side of the DC power supply. An inverter circuit having a first arm and a second arm connected in series with the circuit, wherein the first arm and the second arm are connected in parallel;
The power converter device of Claim 1 or Claim 2.
前記電圧検出手段は、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における第1の端子間電圧と前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における第2の端子間電圧を検出し、
前記診断手段は、前記信号入力手段が、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子および前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子に前記オン信号を入力しており、かつ、前記第1アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子および前記第2アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子に前記オン信号を入力していないときに、前記インバータ回路から電流が出力されている場合、前記第1の端子間電圧と前記第2の端子間電圧とを比較して、これらが異なる場合に、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のいずれか、あるいは、前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のいずれかが開放故障していると診断する、
請求項3に記載の電力変換装置。
The voltage detection means detects a first terminal voltage in the high-potential side switching circuit of the first arm and a second terminal voltage in the low-potential side switching circuit of the second arm,
The diagnostic means includes the signal input means connected to the plurality of switching elements in the switching circuit on the high potential side of the first arm and the switching elements in the switching circuit on the low potential side of the second arm. An ON signal is input, and the on-state is applied to the plurality of switching elements in the low-potential side switching circuit of the first arm and the plurality of switching elements in the high-potential side switching circuit of the second arm. When a current is output from the inverter circuit when no signal is input, the first inter-terminal voltage and the second inter-terminal voltage are compared. One of the plurality of switching elements in the high-potential side switching circuit of one arm, or , It is diagnosed that one of the plurality of switching elements in the switching circuit of the low-potential side of the second arm is open fault,
The power conversion device according to claim 3.
前記診断手段は、前記信号入力手段が、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子および前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子に前記オン信号を入力しており、かつ、前記第1アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子および前記第2アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子に前記オン信号を入力していないときに、前記インバータ回路から電流が出力されていない場合、前記第1アームの前記高電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子の両方、あるいは、前記第2アームの前記低電位側のスイッチング回路における前記複数のスイッチング素子の両方が開放故障していると診断する、
請求項3または請求項4に記載の電力変換装置。
The diagnostic means includes the signal input means connected to the plurality of switching elements in the switching circuit on the high potential side of the first arm and the switching elements in the switching circuit on the low potential side of the second arm. An ON signal is input, and the on-state is applied to the plurality of switching elements in the low-potential side switching circuit of the first arm and the plurality of switching elements in the high-potential side switching circuit of the second arm. When no signal is input and no current is output from the inverter circuit, both of the plurality of switching elements in the high-potential side switching circuit of the first arm, or the second arm The plurality of switchings in the switching circuit on the low potential side It is diagnosed that both of the child is open-circuit failure,
The power converter device of Claim 3 or Claim 4.
前記信号入力手段は、前記各スイッチング素子を能動領域で動作させる前記オン信号を入力する、
請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The signal input means inputs the ON signal for operating each switching element in an active region.
The power converter device as described in any one of Claims 1 thru | or 5.
前記信号入力手段は、前記スイッチング回路における前記複数のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子だけに前記オン信号を入力可能である、
請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The signal input means can input the ON signal only to any one of the plurality of switching elements in the switching circuit.
The power converter according to any one of claims 1 to 6.
複数のスイッチング素子が互いに並列に接続されたスイッチング回路を含み、電力源からの入力電力を所定の出力電力に変換する主回路の故障診断方法であって、
前記複数のスイッチング素子の各々に、当該各スイッチング素子をオン状態にするためのオン信号を入力する工程と、
前記スイッチング回路の端子間電圧を検出する工程と、
前記複数のスイッチング素子の各々に前記オン信号が入力されているときの前記端子間電圧が、開放判定閾値以上の場合に、前記複数のスイッチング素子の少なくとも1つが開放故障していると診断する工程と、
を有することを特徴とする故障診断方法。
A failure diagnosis method for a main circuit, which includes a switching circuit in which a plurality of switching elements are connected in parallel to each other, and converts input power from a power source into predetermined output power,
Inputting an on signal for turning on each switching element to each of the plurality of switching elements;
Detecting a voltage between terminals of the switching circuit;
A step of diagnosing that at least one of the plurality of switching elements has an open failure when the voltage between the terminals when the ON signal is input to each of the plurality of switching elements is equal to or higher than an open determination threshold value. When,
A failure diagnosis method comprising:
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