JP2022043665A - 電力変換装置 - Google Patents

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飛鳥 大野
Asuka Ono
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斌 何
Bin He
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Abstract

【課題】ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に本来の機能以外の機能を追加することなく、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に関係する異常を判定することが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１００において、制御ユニット１６は、ＧＤＵ（ゲートドライブユニット）１４とＧＤＵ電源１５（駆動電源部）との間の検出電流に基づいて、ＧＤＵ１４、ＧＤＵ電源１５およびインバータ部（電力変換部）１３のスイッチング素子１３ａに関係する異常が発生しているか否かを判定する。【選択図】図１

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、ゲートドライブユニットにおいて駆動電流を生成するための電力を供給する駆動電源部を備える電力変換装置に関する。
従来、スイッチング素子に対してスイッチング素子を制御するための駆動電流を出力するゲートドライブユニットにおいて駆動電流を生成するための電力を供給する駆動電源部を備える電力変換装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、半導体素子と、半導体素子に対するゲート駆動電力を供給するゲート駆動電源（駆動電源部）と、ゲート駆動電源から供給される電力を、制御回路から入力されるゲート駆動信号（制御信号）に基づいて半導体素子に出力するゲート駆動回路（ゲートドライブユニット）と、を備える電力変換装置が記載されている。上記特許文献１に記載の電力変換装置では、ゲート駆動電源から出力されたゲート駆動電力値に基づいて、ゲート駆動電源またはゲート駆動回路の故障、ゲート駆動電源から半導体素子までの配線経路における接触不良または配線間短絡、等の異常を判定するように構成されている。なお、上記特許文献１に記載の電力変換装置では、ゲート駆動電源にゲート駆動電力値を示す信号を発信する機能が追加されている。
特開２０００－１５２６３６号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来の電力変換装置では、ゲート駆動電源またはゲート駆動回路の故障、ゲート駆動電源から半導体素子までの配線経路における接触不良または配線間短絡、等の異常（以下、ゲートドライブユニット、ゲート駆動電源（駆動電源部）およびスイッチング素子に関係する異常）を判定するために、ゲート駆動電源（駆動電源部）にゲート駆動電力値を示す信号を発信する機能が追加されている。このため、上記特許文献１に記載のような従来の電力変換装置では、ゲート駆動電源（駆動電源部）は、駆動電流を生成するための電力を供給する機能（本来の機能）以外の機能が追加されている分だけ回路構成が複雑化するという不都合がある。このため、ゲート駆動電源（駆動電源部）に本来の機能以外の機能を追加することなく、ゲートドライブユニット、ゲート駆動電源（駆動電源部）およびスイッチング素子に関係する異常を判定することが可能な電力変換装置が望まれている。なお、本来の機能以外の機能を追加しない方が好ましい点は、ゲートドライブユニットおよびスイッチング素子も同様である。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に本来の機能以外の機能を追加することなく、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に関係する異常を判定することが可能な電力変換装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、スイッチング素子を含み、入力された電力を変換して負荷に出力する電力変換部と、スイッチング素子を制御するための駆動電流を前記スイッチング素子に対して出力するゲートドライブユニットと、ゲートドライブユニットに対して駆動電流を生成するための制御信号を出力する制御部と、ゲートドライブユニットにおいて駆動電流を生成するための電力を供給する駆動電源部と、を備え、制御部は、ゲートドライブユニットと駆動電源部との間の検出電流に基づいて、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に関係する異常が発生しているか否かを判定するように構成されている。
この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、制御部は、ゲートドライブユニットと駆動電源部との間の検出電流に基づいて、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に関係する異常が発生しているか否かを判定するように構成されている。これにより、制御部は、検出電流が異常な場合（たとえば、過少な状態や過大な状態が継続した場合）に、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子を含む回路における開放および短絡等の異常が生じていることを判定することができる。また、検出電流は、ゲートドライブユニットと駆動電源部との間の電流を計測することによって容易に取得することができる。その結果、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に本来の機能以外の機能を追加することなく、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に関係する異常を判定することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、制御部は、検出電流に基づいて、ゲートドライブユニットの内部における短絡、駆動電源部の故障、スイッチング素子の内部における短絡、および、スイッチング素子とゲートドライブユニットとの間の配線の接続不良の４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを判定するように構成されている。このように構成すれば、比較的故障率が高い部品が含まれる、ゲートドライブユニットの内部、駆動電源部、スイッチング素子の内部、および、スイッチング素子とゲートドライブユニットとの間の配線のうちの少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判定することができる。
この場合、好ましくは、表示部をさらに備え、制御部は、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定した場合、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを表示するように表示部を制御するように構成されている。このように構成すれば、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを、表示部に表示することによって、電力変換装置の保守点検を行う作業者等に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを、容易かつ迅速に認識させることができる。その結果、たとえば、作業者が計測機器を用いて４種類の異常に関する点検を行う場合と比較して、特定の専門知識を有さない場合でも、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを点検することができるとともに、保守点検の長期化に起因して電力変換装置のダウンタイム（装置が使用できない時間）が増加するのを抑制することができる。
上記制御部が４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを判定する構成において、好ましくは、検出電流、または、検出電流を電圧に変換した検出電圧に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを検出する異常検出用回路をさらに備え、異常検出用回路は、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出した場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号を制御部に出力するように構成されている。このように構成すれば、制御部は、異常検出用回路から入力された４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを容易に判定することができる。
この場合、好ましくは、異常検出用回路は、検出電流または検出電圧が、所定の第１閾値よりも小さい場合に、駆動電源部の故障、および、スイッチング素子とゲートドライブユニットとの間の配線の接続不良のうちの少なくとも一方を検出するとともに、検出電流または検出電圧が、第１閾値よりも大きい所定の第２閾値よりも大きい場合に、ゲートドライブユニットの内部における短絡、および、スイッチング素子の内部における短絡のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている。このように構成すれば、異常検出用回路は、駆動電源部の故障、または、スイッチング素子とゲートドライブユニットとの間の配線の接続不良に起因して検出電流または検出電圧が過小になった場合に、第１閾値に基づいて、駆動電源部の故障、および、スイッチング素子とゲートドライブユニットとの間の配線の接続不良のうちの少なくとも一方が発生しているか否かを適切に検出することができる。また、異常検出用回路は、ゲートドライブユニットの内部における短絡、または、スイッチング素子の内部における短絡に起因して検出電流または検出電圧が過大になった場合に、第２閾値に基づいて、ゲートドライブユニットの内部における短絡、および、スイッチング素子の内部における短絡のうちの少なくとも一方が発生しているか否かを適切に検出することができる。
上記検出電流または検出電圧が第２閾値よりも大きい場合にゲートドライブユニットの内部における短絡およびスイッチング素子の内部における短絡のうちの少なくとも一方を検出する構成において、好ましくは、１つのゲートドライブユニットから、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子の各々に対して共通の駆動電流を出力するように構成されており、第２閾値は、３つ以上のスイッチング素子の内部における短絡が同時に起きた状態に対応した値に設定されている。ここで、１つのゲートドライブユニットから、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子の各々に対して共通の駆動電流を出力する構成においては、検出電流または検出電圧は、内部における短絡が同時に起きたスイッチング素子の個数に概ね比例する。したがって、上記のように構成すれば、第２閾値を比較的高い値に設定することができるので、検出電流または検出電圧が、スイッチング素子の内部における短絡が発生していない場合に第２閾値を越えることによって、異常検出用回路がスイッチング素子の内部における短絡が発生しているか否かを誤検出してしまうのを抑制することができる。なお、上記の共通の駆動電流を出力する構成においては、複数のスイッチング素子が同時に短絡することが多いので、上記のように構成した場合でも、スイッチング素子の内部における短絡を概ね検出することができる。
上記異常検出用回路が４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出した場合に４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号を制御部に出力する構成において、好ましくは、異常検出用回路は、制御部がゲートドライブユニットに対してスイッチング素子をオンオフするためのパルス状の制御信号を継続して出力している状態において、検出電流または検出電圧に基づいて、４種類の異常のうちのいずれもが検出されていない場合に、パルス状の検出信号を継続して出力するとともに、４種類の異常のうちの少なくとも１つが検出されている場合に、非パルス状の検出信号を継続して出力するように構成されている。このように構成すれば、制御部は、異常検出用回路から継続して入力されるパルス状の検出信号および非パルス状の検出信号に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを一層容易に判定することができる。
この場合、好ましくは、異常検出用回路は、検出電流または検出電圧が、所定の第１閾値よりも小さい場合に、Ｌｏｗを出力するとともに、検出電流または検出電圧が、第１閾値よりも大きい第３閾値よりも大きい場合に、Ｈｉｇｈを出力するパルス発生回路と、検出電流または検出電圧が、第３閾値よりも大きい所定の第２閾値よりも小さい場合に、Ｈｉｇｈを出力するとともに、検出電流または検出電圧が、第２閾値よりも大きい場合に、Ｌｏｗを出力する過電流判定回路と、パルス発生回路の出力および過電流判定回路の出力が入力されるＡＮＤ回路と、を含む。このように構成すれば、制御部がゲートドライブユニットに対してパルス状の制御信号を継続して出力している状態において、検出電流または検出電圧が過大または過少にならない場合に、パルス発生回路および過電流判定回路から、それぞれ、（ＨｉｇｈとＬｏｗとが一定の周期で交互に繰り返される）パルス状の信号およびＨｉｇｈを継続して出力させることができるので、ＡＮＤ回路からパルス状の信号（パルス状の検出信号）を継続して出力させることができる。また、上記の制御信号を継続して出力している状態において、検出電流または検出電圧が過小な状態が継続した場合に、パルス発生回路および過電流判定回路から、それぞれ、ＬｏｗおよびＨｉｇｈを継続して出力させることができるので、ＡＮＤ回路からＬｏｗ（非パルス状の検出信号）を継続して出力させることができる。また、上記の制御信号を継続して出力している状態において、検出電流または検出電圧が過大な状態が継続した場合に、パルス発生回路および過電流検出部から、それぞれ、ＨｉｇｈおよびＬｏｗを継続して出力させることができるので、ＡＮＤ回路からＬｏｗ（非パルス状の検出信号）を継続して出力させることができる。これらの結果、４種類の異常のうちのいずれもが検出されていない場合、および、４種類の異常のうちの少なくとも１つが検出されている場合に、それぞれ、異常検出用回路から、パルス状の検出信号および非パルス状の検出信号を容易に継続して出力させることができる。
上記異常検出用回路が４種類の異常のうちの少なくとも１つが検出されている場合に非パルス状の検出信号を継続して出力する構成において、好ましくは、制御部は、異常検出用回路から非パルス状の検出信号がパルス状の制御信号の周期に基づいて設定された所定の第１期間に渡って継続して出力された場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定するように構成されている。このように構成すれば、異常検出用回路から非パルス状の検出信号が第１期間に渡って継続して出力された場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定するので、ノイズ等により一時的に非パルス状の検出信号が出力された場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると誤判定してしまうのを抑制することができる。また、第１期間がパルス状の制御信号の周期に基づいて設定されることによって、第１期間を、パルス状の制御信号の周期に対応するパルス状の検出信号の周期よりも十分長くなるように適切に設定することができる。
この場合、好ましくは、制御部は、異常検出用回路から、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号が、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かの判定を開始してから、少なくとも第１期間よりも長い所定の第２期間に渡って継続して出力されない場合に、４種類の異常のうちのいずれも発生していないと判定するように構成されている。このように構成すれば、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かは第１期間の間に判定されるので、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号が、第１期間よりも長い第２期間に渡って継続して出力されない場合に、４種類の異常のうちのいずれも発生していないと確実に判定することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、負荷は、誘導加熱により金属の溶解を行うための誘導加熱炉の誘導加熱コイルである。このように構成すれば、誘導加熱炉用の電力変換装置において、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に本来の機能以外の機能を追加することなく、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に関係する異常を判定することができる。
本発明によれば、上記のように、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に本来の機能以外の機能を追加することなく、ゲートドライブユニット、駆動電源部およびスイッチング素子に関係する異常を判定することができる。
本発明の一実施形態による電力変換装置の全体構成を示した図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置における異常検出回路の詳細を示したブロック図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置におけるスイッチング素子とゲートドライブユニットとの間の配線の接続不良を検出した場合の検出電流、検出電圧および検出信号を示した図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置におけるゲートドライブユニットの内部における短絡を検出した場合の検出電流、検出電圧および検出信号を示した図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置におけるスイッチング素子の内部における短絡を検出した場合の検出電圧および検出信号を示した図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置における故障診断のタイムチャートである。 比較例による電力変換装置におけるスイッチング素子の内部における短絡を検出した場合の検出電圧および検出信号を示した図である。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図１～図６を参照して、本発明の一実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。
図１に示すように、電力変換装置１００は、整流回路１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ部１３と、を備える。整流回路１１は、交流電源２００から入力される交流電圧を、直流電圧に変換して出力する。平滑コンデンサ１２は、整流回路１１から出力された直流電圧を平滑する。平滑コンデンサ１２に平滑された直流電圧は、インバータ部１３に入力される。インバータ部１３は、後述するスイッチング素子１３ａのスイッチングにより、入力された直流電圧（電力）を、交流電圧に変換して負荷３００に出力する。負荷３００は、誘導加熱により金属の溶解を行うための誘導加熱炉の誘導加熱コイルである。すなわち、電力変換装置１００は、誘導加熱炉用の電力変換装置である。なお、インバータ部１３は、特許請求の範囲の「電力変換部」の一例である。
インバータ部１３は、スイッチング素子１３ａを含む。スイッチング素子１３ａは、（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。インバータ部１３は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４とからなるフルブリッジ型の回路構成を有する。なお、図示しないが、電力変換装置１００では、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４は、各々、複数（６つ）のスイッチング素子１３ａが互いに並列に接続されている。
電力変換装置１００は、ゲートドライブユニット（ＧＤＵ）１４と、ＧＤＵ電源１５と、を備える。ゲートドライブユニット１４は、スイッチング素子１３ａを制御するための駆動電流（ゲート－エミッタ間に電圧を印加するための電流）をスイッチング素子１３ａに対して出力するように構成されている。また、ＧＤＵ電源１５は、ゲートドライブユニット１４において駆動電流を生成するための電力を供給するように構成されている。なお、ＧＤＵ電源１５は、特許請求の範囲の「駆動電源部」の一例である。
ゲートドライブユニット１４およびＧＤＵ電源１５は、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４に対して、それぞれ、１つずつ設けられている。なお、図１では、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４のそれぞれに対応するゲートドライブユニット１４およびＧＤＵ電源１５のうち、スイッチング素子Ｑ２に対応するゲートドライブユニット１４およびＧＤＵ電源１５のみを図示している。
電力変換装置１００では、１つのゲートドライブユニット１４から、（スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４の各々において）互いに並列に接続された複数（６つ）のスイッチング素子１３ａの各々に対して共通の駆動電流を出力するように構成されている。
電力変換装置１００は、電力変換装置１００の各部を制御する制御ユニット１６を備える。制御ユニット１６は、主制御部としての制御基板１６ａと、補助的な制御部としての補助基板１６ｂと、を含む。制御基板１６ａと補助基板１６ｂとは、互いに別個に設けられている。制御基板１６ａと補助基板１６ｂとは、電気的に接続されている。制御基板１６ａおよび補助基板１６ｂは、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む回路基板である。なお、制御ユニット１６は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。
制御ユニット１６は、ゲートドライブユニット１４に対して駆動電流を生成するための制御信号２１を出力するように構成されている。具体的には、制御基板１６ａは、スイッチング素子１３ａをオンオフするためのパルス状の制御信号２１を生成する。制御基板１６ａは、生成した制御信号２１を、補助基板１６ｂを介して、ゲートドライブユニット１４に出力する。なお、制御信号２１は、補助基板１６ｂから、スイッチング素子Ｑ１用のゲートドライブユニット１４、スイッチング素子Ｑ２用のゲートドライブユニット１４、スイッチング素子Ｑ３用のゲートドライブユニット１４およびスイッチング素子Ｑ４用のゲートドライブユニット１４の各々に出力される。
電力変換装置１００は、制御基板１６ａに制御されて、電力変換装置１００の各部の状態等が表示される表示部１７を備える。電力変換装置１００の保守点検等を行う作業者は、表示部１７に表示された情報に基づいて、電力変換装置１００の各部の状態を確認することが可能である。
ここで、本実施形態では、制御ユニット１６は、ゲートドライブユニット１４とＧＤＵ電源１５との間の検出電流３１（図３参照）に基づいて、ゲートドライブユニット１４、ＧＤＵ電源１５およびスイッチング素子１３ａに関係する異常が発生しているか否かを判定するように構成されている。詳細には、制御ユニット１６は、検出電流３１に基づいて、ゲートドライブユニット１４の内部における短絡、ＧＤＵ電源１５の故障、スイッチング素子１３ａの内部における短絡、および、スイッチング素子１３ａとゲートドライブユニット１４との間の配線の接続不良の４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを判定するように構成されている。
なお、本願明細書では、「ゲートドライブユニット１４の内部における短絡」は、ゲートドライブユニット１４の駆動用ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）の短絡を意味する。また、「スイッチング素子１３ａの内部における短絡」は、ＩＧＢＴのゲート－エミッタ間の短絡を意味する。また、「スイッチング素子１３ａとゲートドライブユニット１４との間の配線」は、ゲート配線を意味する。
以下に、制御ユニット１６が４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを判定するための構成について説明する。
本実施形態では、電力変換装置１００は、（ゲートドライブユニット１４とＧＤＵ電源１５との間の）検出電流３１（図３参照）を電圧に変換した検出電圧３２（図３参照）に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを検出する異常検出用回路４０を備える。具体的には、図２に示すように、異常検出用回路４０は、電流検出部４１と、電流電圧変換回路４２、パルス発生回路（電源断発生回路）４３と、過電流判定回路４４と、ＡＮＤ回路４５と、を含む。
電力変換装置１００では、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４のそれぞれに対応する異常検出用回路４０ａ、異常検出用回路４０ｂ、異常検出用回路４０ｃおよび異常検出用回路４０ｄが設けられている。なお、スイッチング素子Ｑ２用のＡＮＤ回路４５ｂは、スイッチング素子Ｑ１用の異常検出用回路４０ａとの間で併用されている。また、スイッチング素子Ｑ３用の異常検出用回路４０ｃのＡＮＤ回路４５ｃは、スイッチング素子Ｑ４用の異常検出用回路４０ｄとの間で併用されている。
電流検出部４１は、ゲートドライブユニット１４とＧＤＵ電源１５との間の電流を検出する。電流検出部４１は、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：（計器用）変流器）である。電流検出部４１により検出された検出電流３１（図３参照）は、電流電圧変換回路４２に入力される。電流電圧変換回路４２は、入力された検出電流３１を検出電圧３２（図３参照）に変換する。電流電圧変換回路４２により変換された検出電圧３２は、パルス発生回路４３および過電流判定回路４４の各々に入力される。
制御ユニット１６（図１参照）がゲートドライブユニット１４（図１参照）に対してスイッチング素子１３ａ（図１参照）をオンオフするためのパルス状の制御信号２１（図１参照）を継続して出力している状態（以下、制御信号出力状態）において、４種類の異常がいずれも発生していない場合、検出電流３１（図３参照）は、パルス状の制御信号２１に対応するように略パルス状に変化する。また、図３に示すように、制御信号出力状態において、ＧＤＵ電源１５（図１参照）の故障、および、スイッチング素子１３ａ（図１参照）とゲートドライブユニット１４との間の配線の接続不良が生じている場合、検出電流３１は過小な状態が継続する。また、図４および図５に示すように、制御信号出力状態において、ゲートドライブユニット１４（図１参照）の内部における短絡、および、スイッチング素子１３ａ（図１参照）の内部における短絡が生じている場合、検出電流３１は過大な状態が継続する。なお、検出電圧３２は、検出電流３１に比例して変化する。
図２に示すように、パルス発生回路４３は、検出電圧３２（図３参照）が、所定の第１閾値Ｖｔｈ１（図３参照）よりも小さい場合に、Ｌｏｗを出力するように構成されている。また、パルス発生回路４３は、検出電圧３２が、（第１閾値Ｖｔｈ１よりも大きい）第３閾値（図示しない）よりも大きい場合に、Ｈｉｇｈを出力するように構成されている。図３に示すように、第１閾値Ｖｔｈ１は、制御信号出力状態において、パルス状の制御信号２１（図１参照）がＬｏｗの状態に出力される検出電圧３２が、第３閾値よりも十分に小さく、かつ、第１閾値Ｖｔｈ１よりも大きくなるように設定される。また、第３閾値は、制御信号出力状態において、パルス状の制御信号２１がＨｉｇｈの状態に出力される検出電圧３２が、第１閾値Ｖｔｈ１よりも十分に大きく、かつ、第３閾値よりも小さくなるように設定される。なお、図３では、検出電圧３２が第１閾値Ｖｔｈ１を下回った状態が継続して検出信号２２（後述する）がＬｏｗの状態が継続する様子を示している。
これにより、図２に示すように、パルス発生回路４３は、制御信号出力状態において、検出電圧３２が過少でない場合、（ＨｉｇｈとＬｏｗとが一定の周期で交互に繰り返される）パルス状の信号を継続して出力する。また、パルス発生回路４３は、制御信号出力状態において、検出電流３１が過少な状態が継続した場合、Ｌｏｗを継続して出力する。すなわち、本実施形態では、異常検出用回路４０は、検出電圧３２が、第１閾値Ｖｔｈ１よりも小さい場合に、ＧＤＵ電源１５（図１参照）の故障、および、ゲート配線の接続不良のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている。
過電流判定回路４４は、検出電圧３２（図４参照）が、（第３閾値よりも大きい）所定の第２閾値Ｖｔｈ２（図４参照）よりも小さい場合に、Ｈｉｇｈを出力するように構成されている。また、過電流判定回路４４は、検出電圧３２が、第２閾値Ｖｔｈ２よりも大きい場合に、Ｌｏｗを出力するように構成されている。図４および図５に示すように、第２閾値Ｖｔｈ２は、制御信号出力状態において、パルス状の制御信号２１（図１参照）がＨｉｇｈの状態に出力される検出電圧３２よりも大きく設定される。なお、図４および図５では、時間軸の途中において、検出電圧３２が第２閾値Ｖｔｈ２を越えて検出信号２２（後述する）がＨｉｇｈからＬｏｗに変わるとともに、検出電圧３２が第２閾値Ｖｔｈ２を越えた状態が継続して検出信号２２がＬｏｗの状態が継続する様子を示している。
図５に示すように、本実施形態では、第２閾値Ｖｔｈ２は、３つ以上のスイッチング素子１３ａ（図１参照）の内部における短絡が同時に起きた状態に対応した値に設定されている。なお、１つのゲートドライブユニット１４から、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子１３ａの各々に対して共通の駆動電流を出力する構成においては、検出電圧３２は、内部における短絡が同時に起きたスイッチング素子１３ａの個数に概ね比例する。したがって、図７の比較例に示すように、第２閾値が、１つ以上のスイッチング素子１３ａの内部における短絡が同時に起きた状態に対応した値（第２閾値Ｖｔｈ１２）に設定された場合、第２閾値Ｖｔｈ１２は本実施形態の第２閾値Ｖｔｈ２と比較して小さな値（約（１／３））となる。この場合、制御信号出力状態において、パルス状の制御信号２１（図１参照）がＨｉｇｈの状態に出力される検出電圧３２との判別が困難となり、誤検出の要因となる。
これにより、図４および図５に示すように、過電流判定回路４４は、制御信号出力状態において、Ｈｉｇｈを継続して出力する。また、過電流判定回路４４は、制御信号出力状態において、検出電流３１が過大な状態が継続した場合、Ｌｏｗを継続して出力する。すなわち、本実施形態では、異常検出用回路４０は、検出電圧３２が、第２閾値Ｖｔｈ１２よりも大きい場合に、ゲートドライブユニット１４（図１参照）の内部における短絡、および、スイッチング素子１３ａ（図１参照）の内部における短絡のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている。
図２に示すように、ＡＮＤ回路４５は、パルス発生回路４３の出力および過電流判定回路４４の出力が入力されるように構成されている。そして、ＡＮＤ回路４５は、入力が全てＨｉｇｈの場合に、Ｈｉｇｈを出力するとともに、入力のうちの少なくとも１つがＬｏｗである場合に、Ｌｏｗを出力する。
これにより、検出電流３１がパルス状の制御信号２１に対応するように略パルス状に変化する状態が継続する場合（過小または過大な状態が継続しない場合）、ＡＮＤ回路４５には、パルス発生回路４３および過電流判定回路４４から、それぞれ、（ＨｉｇｈとＬｏｗとが一定の周期で交互に繰り返される）パルス状の信号およびＨｉｇｈが継続して入力され、ＡＮＤ回路４５は、（ＨｉｇｈとＬｏｗとが一定の周期で交互に繰り返される）パルス状の信号を継続して出力する。また、検出電流３１が過小な状態が継続した場合、ＡＮＤ回路４５には、パルス発生回路４３および過電流判定回路４４から、それぞれ、ＬｏｗおよびＨｉｇｈが継続して入力され、ＡＮＤ回路４５は、Ｌｏｗを継続して出力する。また、検出電流３１が過大な状態が継続した場合、ＡＮＤ回路４５には、パルス発生回路４３および過電流判定回路４４から、それぞれ、ＨｉｇｈおよびＬｏｗが継続して入力され、ＡＮＤ回路４５は、Ｌｏｗを継続して出力する。
上記の電流検出部４１からＡＮＤ回路４５までの回路構成により、本実施形態では、異常検出用回路４０は、制御信号出力状態において、検出電圧３２（図３参照）に基づいて、４種類の異常のうちのいずれもが検出されていない場合に、パルス状の検出信号２２ａ（図６参照）を継続して出力するように構成されている。また、異常検出用回路４０は、制御信号出力状態において、検出電圧３２に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが検出されている場合に、非パルス状の検出信号２２ｂ（図６参照）を継続して出力するように構成されている。なお、電力変換装置１００では、４種類の異常のうちのいずれの異常が発生したか否かを特定しない。
そして、本実施形態では、異常検出用回路４０は、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出した場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号２２（非パルス状の検出信号２２ｂ）（図６参照）を制御ユニット１６（図１参照）に出力するように構成されている。なお、以下に説明するように、スイッチング素子Ｑ１用の異常検出用回路４０ａの出力と、スイッチング素子Ｑ２用の異常検出用回路４０ｂの出力と、スイッチング素子Ｑ３用の異常検出用回路４０ｃの出力と、スイッチング素子Ｑ４用の異常検出用回路４０ｄの出力とが、論理回路において合流して制御ユニット１６に出力される。すなわち、電力変換装置１００では、４種類の異常がいずれのスイッチング素子１３ａ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）に関連する部分において発生したか否かは特定しない。
具体的には、異常検出用回路４０ａのパルス発生回路４３ａの出力と、異常検出用回路４０ａの過電流判定回路４４ａの出力と、異常検出用回路４０ｂのパルス発生回路４３ｂと、異常検出用回路４０ｂの過電流判定回路４４ｂの出力とが、ＡＮＤ回路４５ｂに入力される。同様に、異常検出用回路４０ｃのパルス発生回路４３ｃの出力と、異常検出用回路４０ｃの過電流判定回路４４ｃの出力と、異常検出用回路４０ｄのパルス発生回路４３ｄと、異常検出用回路４０ｄの過電流判定回路４４ｄの出力とが、ＡＮＤ回路４５ｃに入力される。
ＡＮＤ回路４５ｂの出力は、ＮＯＴ回路４６ｂに入力される。また、ＡＮＤ回路４５ｃの出力は、ＮＯＴ回路４６ｃに入力される。ＮＯＴ回路４６（４６ｂ、４６ｃ）は入力（ＨｉｇｈまたはＬｏｗ）を反転して出力する。ＮＯＴ回路４６ｂの出力、および、ＮＯＴ回路４６ｃの出力は、ＯＲ回路４７に入力される。ＯＲ回路４７は、入力のうちのいずれかがＨｉｇｈである場合に、Ｈｉｇｈを出力するとともに、入力の両方がＬｏｗである場合に、Ｌｏｗを出力する。ＯＲ回路４７の出力は、ＮＯＴ回路４８に入力される。ＮＯＴ回路４８は入力（ＨｉｇｈまたはＬｏｗ）を反転して出力する。そして、ＮＯＴ回路４８の出力は、検出信号２２（図６参照）として、制御ユニット１６（図１参照）の補助基板１６ｂに入力される。
そして、本実施形態では、図６に示すように、制御ユニット１６（図１参照）は、異常検出用回路４０（図１参照）から非パルス状の検出信号２２ｂがパルス状の制御信号２１（図１参照）の周期に基づいて設定された所定の第１期間Ｔ１に渡って継続して出力された場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定するように構成されている。また、制御ユニット１６は、異常検出用回路４０から、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号２２（非パルス状の検出信号２２ｂ）が、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かの判定を開始してから、少なくとも第１期間Ｔ１よりも長い所定の第２期間Ｔ２に渡って継続して出力されない場合に、４種類の異常のうちのいずれも発生していないと判定するように構成されている。
具体的には、図６（Ａ）に示すように、制御基板１６ａ（図１参照）は、作業者の操作に基づいて、補助基板１６ｂ（図１参照）に対して、故障診断を開始する信号（故障診断開始信号）を継続的に出力する。また、制御基板１６ａは、補助基板１６ｂを介して、パルス状の制御信号２１（図１参照）をゲートドライブユニット１４に継続的に出力する。すなわち、制御信号出力状態となる。なお、図６（Ａ）では、故障診断開始信号は、Ｈｉｇｈの状態およびＬｏｗの状態が、それぞれ、故障診断開始信号が入力されていない状態および入力されている状態となっているが、ＨｉｇｈとＬｏｗとは逆であってもよい。
図６（Ｂ）に示すように、制御信号出力状態において、パルス状の制御信号２１（図１参照）に対応するように略パルス状に変化する状態が継続する場合（過小な状態または過大な状態が継続しない場合）、補助基板１６ｂ（図１参照）には、パルス状の検出信号２２ａが継続して出力される。また、制御信号出力状態において、検出電流３１（図３参照）が過小または過大な状態が継続した場合、補助基板１６ｂには、Ｌｏｗ（非パルス状の検出信号２２ｂ）が継続して出力される。
図６（Ｃ）に示すように、補助基板１６ｂ（図１参照）は、入力された検出信号２２の立ち上がり（ＬｏｗからＨｉｇｈ）および立ち下がり（ＨｉｇｈからＬｏｗ）を検出する。補助基板１６ｂは、故障診断開始信号が入力されてから（時間を計測する）タイマを作動させる。そして、補助基板１６ｂは、検出信号２２の立ち上がりおよび立ち下がりの際にタイマをリセットする。そして、補助基板１６ｂは、タイマの時間が期間Ｔ１Ａに達したか否かを繰り返し判定する。期間Ｔ１Ａは、タイマがリセットされなくなってからの期間である。期間Ｔ１Ａは、パルス状の検出信号２２ａが非パルス状の検出信号２２ｂに変化してからの第１期間Ｔ１に対応する。すなわち、補助基板１６ｂは、検出信号２２の立ち上がりおよび立ち下がりに基づいて、間接的に、非パルス状の検出信号２２ｂが第１期間Ｔ１に渡って継続して出力されたか否かを判定するように構成されている。
なお、パルス状の検出信号２２ａの周期Ｔｓは、パルス状の制御信号２１（図１参照）の周期に対応している。したがって、期間Ｔ１Ａ（第１期間Ｔ１）は、期間が短すぎる場合の誤判定を回避するために、パルス状の制御信号２１（図１参照）の周期に基づいて設定されている。期間Ｔ１Ａ（第１期間Ｔ１）は、たとえば、パルス状の制御信号２１の周期の数十倍～数百倍である。
図６（Ｄ）に示すように、補助基板１６ｂ（図１参照）は、タイマの時間が期間Ｔ１Ａに達した場合、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生している（故障である）と判定する。補助基板１６ｂは、故障であると判定した場合、故障判定の出力をＨｉｇｈ（正常）の状態からＬｏｗ（異常）の状態に変更するとともに、Ｌｏｗ（異常）の状態を継続して出力する。
図６（Ａ）に示すように、制御基板１６ａ（図１参照）は、故障診断開始信号の出力を開始してから、第２期間Ｔ２が経過すると、故障診断開始信号の出力およびパルス状の制御信号２１の出力を停止して、補助基板１６ｂによる故障診断を終了させる。第２期間Ｔ２は、少なくとも第１期間Ｔ１よりは長い期間に設定される。第２期間Ｔ２は、たとえば、第１期間Ｔ１の数倍～数十倍である。なお、補助基板１６ｂは、第２期間Ｔ２に渡って、タイマの時間が期間Ｔ１Ａに達しなかった場合、４種類の異常のいずれも発生していない（故障していない）と判定する。
そして、図１に示すように、本実施形態では、制御ユニット１６は、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定した場合、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを表示するように表示部１７を制御するように構成されている。具体的には、補助基板１６ｂは、故障しているか故障していないかの判定結果を、制御基板１６ａに出力する。そして、制御基板１６ａは、故障しているか故障していないかの判定結果を、表示部１７に表示させる制御を行う。なお、上記の故障判定は、充電していない状態で行われる。
（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、上記のように、制御ユニット１６は、ゲートドライブユニット１４とＧＤＵ電源１５との間の検出電流３１に基づいて、ゲートドライブユニット１４、ＧＤＵ電源１５およびスイッチング素子１３ａに関係する異常が発生しているか否かを判定するように構成されている。これにより、制御ユニット１６は、検出電流３１が異常な場合（過少な状態や過大な状態が継続した場合）に、ゲートドライブユニット１４、ＧＤＵ電源１５およびスイッチング素子１３ａを含む回路における開放および短絡等の異常が生じていることを判定することができる。また、検出電流３１は、ゲートドライブユニット１４とＧＤＵ電源１５との間の電流を計測することによって容易に取得することができる。その結果、ゲートドライブユニット１４、ＧＤＵ電源１５およびスイッチング素子１３ａに本来の機能以外の機能を追加することなく、ゲートドライブユニット１４、ＧＤＵ電源１５およびスイッチング素子１３ａに関係する異常を判定することができる。
また、本実施形態では、上記のように、制御ユニット１６は、検出電流３１に基づいて、ゲートドライブユニット１４の内部における短絡、ＧＤＵ電源１５の故障、スイッチング素子１３ａの内部における短絡、および、スイッチング素子１３ａとゲートドライブユニット１４との間の配線の接続不良の４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを判定するように構成されている。これにより、比較的故障率が高い部品が含まれる、ゲートドライブユニット１４の内部、ＧＤＵ電源１５、スイッチング素子１３ａの内部、および、スイッチング素子１３ａとゲートドライブユニット１４との間の配線のうちの少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判定することができる。
また、本実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、表示部１７を備える。そして、制御ユニット１６は、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定した場合、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを表示するように表示部１７を制御するように構成されている。これにより、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを、表示部１７に表示することによって、電力変換装置１００の保守点検を行う作業者等に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを、容易かつ迅速に認識させることができる。その結果、たとえば、作業者が計測機器を用いて４種類の異常に関する点検を行う場合と比較して、特定の専門知識を有さない場合でも、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを点検することができるとともに、保守点検の長期化に起因して電力変換装置１００のダウンタイム（装置が使用できない時間）が増加するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、検出電流３１を電圧に変換した検出電圧３２に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを検出する異常検出用回路４０を備える。そして、異常検出用回路４０は、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出した場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号２２（非パルス状の検出信号２２ｂ）を制御ユニット１６に出力するように構成されている。これにより、制御ユニット１６は、異常検出用回路４０から入力された４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号２２に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを容易に判定することができる。
また、本実施形態では、上記のように、異常検出用回路４０は、検出電圧３２が、所定の第１閾値Ｖｔｈ１よりも小さい場合に、ＧＤＵ電源１５の故障、および、スイッチング素子１３ａとゲートドライブユニット１４との間の配線の接続不良のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている。また、異常検出用回路４０は、検出電圧３２が、第１閾値Ｖｔｈ１よりも大きい所定の第２閾値Ｖｔｈ２よりも大きい場合に、ゲートドライブユニット１４の内部における短絡、および、スイッチング素子１３ａの内部における短絡のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている。これにより、異常検出用回路４０は、ＧＤＵ電源１５の故障、または、スイッチング素子１３ａとゲートドライブユニット１４との間の配線の接続不良に起因して検出電圧３２が過小になった場合に、第１閾値Ｖｔｈ１に基づいて、ＧＤＵ電源１５の故障、および、スイッチング素子１３ａとゲートドライブユニット１４との間の配線の接続不良のうちの少なくとも一方が発生しているか否かを適切に検出することができる。また、異常検出用回路４０は、ゲートドライブユニット１４の内部における短絡、または、スイッチング素子１３ａの内部における短絡に起因して検出電圧３２が過大になった場合に、第２閾値Ｖｔｈ２に基づいて、ゲートドライブユニット１４の内部における短絡、および、スイッチング素子１３ａの内部における短絡のうちの少なくとも一方が発生しているか否かを適切に検出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、１つのゲートドライブユニット１４から、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子１３ａの各々に対して共通の駆動電流を出力するように構成されている。そして、第２閾値Ｖｔｈ２は、３つ以上のスイッチング素子１３ａの内部における短絡が同時に起きた状態に対応した値に設定されている。これにより、第２閾値Ｖｔｈ２を比較的高い値に設定することができるので、検出電圧３２が、スイッチング素子１３ａの内部における短絡が発生していない場合に第２閾値Ｖｔｈ２を越えることによって、異常検出用回路４０がスイッチング素子１３ａの内部における短絡が発生しているか否かを誤検出してしまうのを抑制することができる。なお、１つのゲートドライブユニット１４から、互いに並列に接続された複数のスイッチング素子１３ａの各々に対して共通の駆動電流を出力する構成においては、複数のスイッチング素子１３ａが同時に短絡することが多いので、上記のように構成した場合でも、スイッチング素子１３ａの内部における短絡を概ね検出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、異常検出用回路４０は、制御ユニット１６がゲートドライブユニット１４に対してスイッチング素子１３ａをオンオフするためのパルス状の制御信号２１を継続して出力している状態において、検出電圧３２に基づいて、４種類の異常のうちのいずれもが検出されていない場合に、パルス状の検出信号２２ａを継続して出力するとともに、４種類の異常のうちの少なくとも１つが検出されている場合に、非パルス状の検出信号２２ｂを継続して出力するように構成されている。これにより、制御ユニット１６は、異常検出用回路４０から継続して入力されるパルス状の検出信号２２ａおよび非パルス状の検出信号２２ｂに基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを一層容易に判定することができる。
また、本実施形態では、上記のように、異常検出用回路４０は、パルス発生回路４３と、過電流判定回路４４と、ＡＮＤ回路４５と、を含む。パルス発生回路４３は、検出電圧３２が、所定の第１閾値Ｖｔｈ１よりも小さい場合に、Ｌｏｗを出力するとともに、検出電圧３２が、第１閾値Ｖｔｈ１よりも大きい第３閾値よりも大きい場合に、Ｈｉｇｈを出力するように構成されている。また、過電流判定回路４４は、検出電圧３２が、第３閾値よりも大きい所定の第２閾値Ｖｔｈ２よりも小さい場合に、Ｈｉｇｈを出力するとともに、検出電圧３２が、第２閾値Ｖｔｈ２よりも大きい場合に、Ｌｏｗを出力するように構成されている。そして、ＡＮＤ回路４５は、パルス発生回路４３の出力および過電流判定回路４４の出力が入力されるように構成されている。これにより、制御ユニット１６がゲートドライブユニット１４に対してパルス状の制御信号２１を継続して出力している状態（制御信号出力状態）において、検出電圧３２が過大または過少にならない場合に、パルス発生回路４３および過電流判定回路４４から、それぞれ、（ＨｉｇｈとＬｏｗとが一定の周期で交互に繰り返される）パルス状の信号およびＨｉｇｈを継続して出力させることができるので、ＡＮＤ回路４５からパルス状の信号（パルス状の検出信号２２ａ）を継続して出力させることができる。また、制御信号出力状態において、検出電圧３２が過小な状態が継続した場合に、パルス発生回路４３および過電流判定回路４４から、それぞれ、ＬｏｗおよびＨｉｇｈが継続して出力されるので、ＡＮＤ回路４５からＬｏｗ（非パルス状の検出信号２２ｂ）を継続して出力させることができる。また、制御信号出力状態において、検出電圧３２が過大な状態が継続した場合に、パルス発生回路４３および過電流判定回路４４から、それぞれ、ＨｉｇｈおよびＬｏｗを継続して出力させることができるので、ＡＮＤ回路４５からＬｏｗ（非パルス状の検出信号２２ｂ）を継続して出力させることができる。これらの結果、４種類の異常のうちのいずれもが検出されていない場合、および、４種類の異常のうちの少なくとも１つが検出されている場合に、それぞれ、異常検出用回路４０から、パルス状の検出信号２２ａおよび非パルス状の検出信号２２ｂを容易に継続して出力させることができる。
また、本実施形態では、上記のように、制御ユニット１６は、異常検出用回路４０から非パルス状の検出信号２２ｂがパルス状の制御信号２１の周期に基づいて設定された所定の第１期間Ｔ１に渡って継続して出力された場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定するように構成されている。これにより、異常検出用回路４０から非パルス状の検出信号２２ｂが第１期間Ｔ１に渡って継続して出力された場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定するので、ノイズ等により一時的に非パルス状の検出信号２２ｂが出力された場合に、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると誤判定してしまうのを抑制することができる。また、第１期間Ｔ１がパルス状の制御信号２１の周期に基づいて設定されることによって、第１期間Ｔ１を、パルス状の制御信号２１の周期に対応するパルス状の検出信号２２ａの周期ＴＳよりも十分長くなるように適切に設定することができる。
また、本実施形態では、上記のように、制御ユニット１６は、異常検出用回路４０から、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号２２（非パルス状の検出信号２２ｂ）が、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かの判定を開始してから、少なくとも第１期間Ｔ１よりも長い所定の第２期間Ｔ２に渡って継続して出力されない場合に、４種類の異常のうちのいずれも発生していないと判定するように構成されている。これにより、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かは第１期間Ｔ１の間に判定されるので、４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号２２（非パルス状の検出信号２２ｂ）が、第１期間Ｔ１よりも長い第２期間Ｔ２に渡って継続して出力されない場合に、４種類の異常のうちのいずれも発生していないと確実に判定することができる。
また、本実施形態では、上記のように、負荷３００は、誘導加熱により金属の溶解を行うための誘導加熱炉の誘導加熱コイルである。これにより、誘導加熱炉用の電力変換装置１００において、ゲートドライブユニット１４、ＧＤＵ電源１５およびスイッチング素子１３ａに本来の機能以外の機能を追加することなく、ゲートドライブユニット１４、ＧＤＵ電源１５およびスイッチング素子１３ａに関係する異常を判定することができる。
［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、スイッチング素子Ｑ２用のＡＮＤ回路４５ｂが、スイッチング素子Ｑ１用の異常検出用回路４０ａとの間で併用され、スイッチング素子Ｑ３用の異常検出用回路４０ｃのＡＮＤ回路４５ｃが、スイッチング素子Ｑ４用の異常検出用回路４０ｄとの間で併用されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、スイッチング素子Ｑ２用のＡＮＤ回路４５ｂが、スイッチング素子Ｑ１用の異常検出用回路４０ａとの間で併用されていなくてもよいし、スイッチング素子Ｑ３用の異常検出用回路４０ｃのＡＮＤ回路４５ｃが、スイッチング素子Ｑ４用の異常検出用回路４０との間で併用されていなくてもよい。また、スイッチング素子Ｑ２用のＡＮＤ回路４５ｂが、スイッチング素子Ｑ１用の異常検出用回路４０ａ、スイッチング素子Ｑ３用の異常検出用回路４０ｃのＡＮＤ回路４５ｃおよびスイッチング素子Ｑ４用の異常検出用回路４０ｄとの間で併用されていてもよい。
また、上記実施形態では、ＡＮＤ回路４５と補助基板１６ｂとの間に、ＮＯＴ回路４６と、ＯＲ回路４７と、ＮＯＴ回路４８とが、この順に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＡＮＤ回路と補助基板との間に、ＯＲ回路のみが設けられていてもよい。
また、上記実施形態では、補助基板１６ｂを、検出信号２２の立ち上がりおよび立ち下がりに基づいて、間接的に、非パルス状の検出信号２２ｂが第１期間Ｔ１に渡って継続して出力されたか否かを判定するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、補助基板を、直接的に、非パルス状の検出信号が第１期間に渡って継続して出力されたか否かを判定するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、第２閾値Ｖｔｈ２が、３つ以上のスイッチング素子１３ａの内部における短絡が同時に起きた状態に対応した値に設定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２閾値が、２つ以上のスイッチング素子の内部における短絡が同時に起きた状態に対応した値に設定されてもよいし、Ｎ個（Ｎは４）以上のスイッチング素子の内部における短絡が同時に起きた状態に対応した値に設定されてもよい。
また、上記実施形態では、異常検出用回路４０を、検出電流３１を電圧に変換した検出電圧３２に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを検出するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、異常検出用回路を、検出電流自体に基づいて、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを検出するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、制御ユニット１６（制御部）が、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定した場合、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを表示するように表示部１７を制御するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御ユニットが、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定した場合、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを表示するように表示部を制御しないように構成してもよい。その場合、作業者が故障判定の結果を確認可能なように、制御部を、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを、音声によって通知するように構成してもよい。また、制御部を、４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを、電力変換装置の外部に通知するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、制御基板１６ａと補助基板１６ｂとが、互いに別個に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御基板と補助基板とが、一体的に設けられていてもよい。
また、上記実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４は、各々、複数（６つ）のスイッチング素子１３ａが互いに並列に接続されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４において、スイッチング素子が互いに並列に接続される個数は幾つであってもよい。
また、上記実施形態では、電力変換装置１００が、誘導加熱炉用の電力変換装置である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、「電力変換装置」が、誘導加熱炉用以外の電力変換装置であってもよい。
１３ インバータ部（電力変換部）
１３ａ スイッチング素子
１４ ゲートドライブユニット
１５ ＧＤＵ電源（駆動電源部）
１６ 制御ユニット（制御部）
１７ 表示部
２１ 制御信号
２２ 検出信号
２２ａ パルス状の検出信号
２２ｂ 非パルス状の検出信号
３１ 検出電流
３２ 検出電圧
４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ） 異常検出用回路
４３（４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ） パルス発生回路
４４（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ） 過電流判定回路
４５（４５ｂ、４５ｃ） ＡＮＤ回路
１００ 電力変換装置
３００ 負荷
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｖｔｈ１ 第１閾値
Ｖｔｈ２ 第２閾値

Claims (11)

  1. スイッチング素子を含み、入力された電力を変換して負荷に出力する電力変換部と、
    前記スイッチング素子を制御するための駆動電流を前記スイッチング素子に対して出力するゲートドライブユニットと、
    前記ゲートドライブユニットに対して前記駆動電流を生成するための制御信号を出力する制御部と、
    前記ゲートドライブユニットにおいて前記駆動電流を生成するための電力を供給する駆動電源部と、を備え、
    前記制御部は、前記ゲートドライブユニットと前記駆動電源部との間の検出電流に基づいて、前記ゲートドライブユニット、前記駆動電源部および前記スイッチング素子に関係する異常が発生しているか否かを判定するように構成されている、電力変換装置。
  2. 前記制御部は、前記検出電流に基づいて、前記ゲートドライブユニットの内部における短絡、前記駆動電源部の故障、前記スイッチング素子の内部における短絡、および、前記スイッチング素子と前記ゲートドライブユニットとの間の配線の接続不良の４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを判定するように構成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 表示部をさらに備え、
    前記制御部は、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定した場合、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していることを表示するように前記表示部を制御するように構成されている、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記検出電流、または、前記検出電流を電圧に変換した検出電圧に基づいて、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かを検出する異常検出用回路をさらに備え、
    前記異常検出用回路は、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出した場合に、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号を前記制御部に出力するように構成されている、請求項２または３に記載の電力変換装置。
  5. 前記異常検出用回路は、前記検出電流または前記検出電圧が、所定の第１閾値よりも小さい場合に、前記駆動電源部の故障、および、前記スイッチング素子と前記ゲートドライブユニットとの間の配線の接続不良のうちの少なくとも一方を検出するとともに、前記検出電流または前記検出電圧が、前記第１閾値よりも大きい所定の第２閾値よりも大きい場合に、前記ゲートドライブユニットの内部における短絡、および、前記スイッチング素子の内部における短絡のうちの少なくとも一方を検出するように構成されている、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. １つの前記ゲートドライブユニットから、互いに並列に接続された複数の前記スイッチング素子の各々に対して共通の前記駆動電流を出力するように構成されており、
    前記第２閾値は、３つ以上の前記スイッチング素子の内部における短絡が同時に起きた状態に対応した値に設定されている、請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 前記異常検出用回路は、前記制御部が前記ゲートドライブユニットに対して前記スイッチング素子をオンオフするためのパルス状の前記制御信号を継続して出力している状態において、前記検出電流または前記検出電圧に基づいて、前記４種類の異常のうちのいずれもが検出されていない場合に、パルス状の検出信号を継続して出力するとともに、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つが検出されている場合に、非パルス状の検出信号を継続して出力するように構成されている、請求項４～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記異常検出用回路は、
    前記検出電流または前記検出電圧が、所定の第１閾値よりも小さい場合に、Ｌｏｗを出力するとともに、前記検出電流または前記検出電圧が、前記第１閾値よりも大きい第３閾値よりも大きい場合に、Ｈｉｇｈを出力するパルス発生回路と、
    前記検出電流または前記検出電圧が、前記第３閾値よりも大きい所定の第２閾値よりも小さい場合に、Ｈｉｇｈを出力するとともに、前記検出電流または前記検出電圧が、前記第２閾値よりも大きい場合に、Ｌｏｗを出力する過電流判定回路と、
    前記パルス発生回路の出力および前記過電流判定回路の出力が入力されるＡＮＤ回路と、を含む、請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 前記制御部は、前記異常検出用回路から前記非パルス状の検出信号が前記パルス状の制御信号の周期に基づいて設定された所定の第１期間に渡って継続して出力された場合に、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生していると判定するように構成されている、請求項７または８に記載の電力変換装置。
  10. 前記制御部は、前記異常検出用回路から、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つを検出したことを示す検出信号が、前記４種類の異常のうちの少なくとも１つが発生しているか否かの判定を開始してから、少なくとも前記第１期間よりも長い所定の第２期間に渡って継続して出力されない場合に、前記４種類の異常のうちのいずれも発生していないと判定するように構成されている、請求項９に記載の電力変換装置。
  11. 前記負荷は、誘導加熱により金属の溶解を行うための誘導加熱炉の誘導加熱コイルである、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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JP3219081B2 (ja) * 1992-11-26 2001-10-15 富士電機株式会社 インバータの故障診断方法
JP4338721B2 (ja) * 2006-08-22 2009-10-07 株式会社日立製作所 電力変換装置及びその異常検出方法
JP5983274B2 (ja) * 2012-10-09 2016-08-31 富士電機株式会社 半導体スイッチ素子の故障検知回路を有したゲート駆動回路
JP2016101068A (ja) * 2014-11-26 2016-05-30 株式会社デンソー 負荷駆動装置
JP6459519B2 (ja) * 2015-01-06 2019-01-30 富士電機株式会社 電力変換装置の保護装置
JP6506644B2 (ja) * 2015-07-09 2019-04-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 駆動装置
JP2018061328A (ja) * 2016-10-04 2018-04-12 ダイキン工業株式会社 インバータ基板及びその故障検出方法

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