JP2023010126A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換回路のスイッチング素子をオンオフ駆動する必要がない場合に、ゲート駆動回路の消費電力及び電磁ノイズを低減できる電力変換装置を提供する。【解決手段】ｎ個のゲート駆動回路の全て又は一部である対象ゲート駆動回路への電力供給をオンオフするゲート電源スイッチと、ｎ個のゲート駆動回路及びゲート電源スイッチを制御する制御回路と、を備え、制御回路は、スイッチング素子をオンオフ駆動するためにゲート駆動回路を制御する必要性がある動作モードであるか、必要性がない非動作モードであるかを判定し、動作モードであると判定した場合は、ゲート電源スイッチをオンし、非動作モードであると判定した場合は、ゲート電源スイッチをオフする電力変換装置。【選択図】図１

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。

特許文献１の技術では、インバータ装置が第２の動作モードで動作するようにインバータ装置を制御するとき、インバータ装置から発生する所定のノイズが、第１の動作モード時よりも低減するようにインバータ装置を制御するように構成されている。

特開２００８－００５６５９号公報

しかし、特許文献１の技術では、第２の動作モードで、インバータ装置のスイッチング素子をオンオフ制御するキャリア周波数を変更することで、スイッチングノイズを低減するように構成されている。また、特許文献１の技術では、第２の動作モードで、ゲート駆動回路のゲート抵抗を増加させることで、スイッチング速度を低下させ、スイッチングノイズを低減するように構成されている。よって、特許文献１の技術では、第２の動作モードにおいても、ゲート駆動回路を介して、インバータ装置のスイッチング素子をオンオフ駆動しており、ゲート駆動回路の動作によって発生する電磁ノイズを削減できない。

ところで、ゲート駆動回路は、インバータ等の電力変換回路のスイッチング素子をオンオフ駆動していない場合も、電力を消費し、電磁ノイズを発生している。

そこで、本願は、電力変換回路のスイッチング素子をオンオフ駆動する必要がない場合に、ゲート駆動回路の消費電力及び電磁ノイズを低減できる電力変換装置を提供することを目的する。

本願に係る電力変換装置は、
ｎ個（ｎは、１以上の自然数）のスイッチング素子を有する電力変換回路と、
ｎ個の前記スイッチング素子をそれぞれオンオフ駆動するｎ個のゲート駆動回路と、
ｎ個の前記ゲート駆動回路の全て又は一部である対象ゲート駆動回路への電力供給をオンオフするゲート電源スイッチと、
ｎ個の前記ゲート駆動回路及び前記ゲート電源スイッチを制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記スイッチング素子をオンオフ駆動するために前記ゲート駆動回路を制御する必要性がある動作モードであるか、必要性がない非動作モードであるかを判定し、前記動作モードであると判定した場合は、前記ゲート電源スイッチをオンし、前記非動作モードであると判定した場合は、前記ゲート電源スイッチをオフするものである。

本願に係る電力変換装置によれば、電力変換回路のスイッチング素子をオンオフ駆動するためにゲート駆動回路を制御する必要性がない非動作モードであると判定された場合に、ゲート電源スイッチがオフされることにより、ゲート駆動回路に電力が供給されなくなる。これにより、ゲート駆動回路の消費電力を低減することができ、ゲート駆動回路が発生する電磁ノイズを低減することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の概略構成図である。 実施の形態１に係るゲート駆動回路、ゲート電源スイッチ、及び制御回路の概略構成図である。 実施の形態１に係る制御回路のハードウェア構成図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の概略構成図である。 実施の形態２に係るゲート駆動回路、ゲート電源スイッチ、及び制御回路の概略構成図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の概略構成図である。 実施の形態３に係るゲート駆動回路、ゲート電源スイッチ、及び制御回路の概略構成図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る電力変換装置１について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る電力変換装置１の概略構成図である。

電力変換装置１は、ｎ個（ｎは、１以上の自然数）のスイッチング素子１１を有する電力変換回路１０、ｎ個のゲート駆動回路２０、ゲート電源スイッチ３０、及び制御回路４０を備えている。

＜電力変換回路＞
本実施の形態では、電力変換回路１０は、第１直流電源５０と、３相の電機子巻線を有する交流回転電機７０との間で電力変換を行う電力変換回路とされている。ｎ＝６とされており、電力変換回路１０は、６個のスイッチング素子１１を有している。

交流回転電機７０のステータには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電機子巻線が設けられている。交流回転電機７０のロータには、永久磁石が設けられている。交流回転電機７０は、車両の車輪の駆動力源とされており、電力変換装置１及び交流回転電機７０等は車両に搭載されている。

電力変換回路１０は、第１直流電源５０の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子１１Ｈと第１直流電源５０の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子１１Ｌとが直列接続された直列回路を、３相各相の電機子巻線に対応して３組設けている。電力変換回路１０は、３つの高電位側のスイッチング素子１１Ｈと、３つの低電位側のスイッチング素子１１Ｌとの、合計６つのスイッチング素子１１を備えている。そして、高電位側のスイッチング素子１１Ｈと低電位側のスイッチング素子１１Ｌとが直列接続されている接続点が、対応する相の電機子巻線に接続されている。平滑コンデンサ１２が、第１直流電源５０の高電位側と低電位側との間に接続される。

スイッチング素子１１には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又は逆並列接続されたダイオードの機能を有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子１１のゲート端子は、各ゲート駆動回路２０に接続されている。各スイッチング素子１１は、各ゲート駆動回路２０を介して、制御回路４０から出力される制御信号によりオン又はオフされる。

＜電源システム＞
第１直流電源５０は、電力変換回路１０に電力を供給する。第１直流電源５０は、第１蓄電装置５１を備えている。第１直流電源５０として、ＤＣ／ＤＣコンバータなどが備えられてもよい。第１直流電源５０と電力変換回路１０との接続経路には、コンタクタ５３が設けられており、電力変換回路１０に電力を供給する場合にオンにされ、電力変換回路１０に電力を供給しない場合、又は第１蓄電装置５１の異常を検出して過充電を防止する場合にオフにされる。第１蓄電装置５１は、外部の充電装置５５に接続され、充電可能である。

第２直流電源６０は、制御回路４０及びゲート駆動回路２０等に電力を供給する。第２直流電源６０は、第２蓄電装置６１を備えている。第２直流電源６０として、ＤＣ／ＤＣコンバータなどが備えられてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ６５が、第１直流電源５０（第１蓄電装置５１）と第２直流電源６０（第２蓄電装置６１）との間で電力伝送を行う。第１直流電源５０の第１直流電圧（例えば、１００Ｖから４００Ｖ程度）は、第２直流電源６０の第２直流電圧（例えば、１２Ｖから４８Ｖ程度）よりも高電圧になっている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６５は、第１直流電源５０の電力を降圧して、第２直流電源６０に伝送する。或いは、ＤＣ／ＤＣコンバータ６５は、第２直流電源６０の電力を昇圧して、第１直流電源５０に伝送する。

＜ゲート駆動回路、ゲート電源スイッチ＞
本実施の形態では、６個のスイッチング素子１１Ｈｕ～１１Ｌｗをそれぞれオンオフ駆動する６個のゲート駆動回路２０が設けられている。６個のゲート駆動回路２０には、ゲート電源スイッチ３０を介して、第２直流電源６０の電力が供給される。すなわち、６個のゲート駆動回路２０の全てが、ゲート電源スイッチ３０により電力供給がオンオフされる対象ゲート駆動回路２０ａとされている。

図２に、１つの対象ゲート駆動回路２０ａ、制御回路４０、ゲート電源スイッチ３０、及び第２直流電源６０等の概略回路構成を示す。他の対象ゲート駆動回路２０ａも同様に構成されている。他の対象ゲート駆動回路２０ａにも、ゲート電源スイッチ３０を介して、第２直流電源６０の電力が供給される。

ゲート駆動回路２０は、制御回路４０から出力されたパルス信号に応じて、スイッチング素子１１をオンオフするゲート駆動信号を生成する。ゲート駆動回路２０は、制御回路４０側に接続された第１回路群２１と、スイッチング素子１１側に接続された第２回路群２２と、を有しており、第１回路群２１と第２回路群２２との間は、信号を伝達するが、電気的に絶縁されている。第１回路群２１と第２回路群２２とは、ＩＣチップ化され、絶縁型ゲート駆動ＩＣ２３とされている。

第１回路群２１には、ゲート電源スイッチ３０を介して、第２直流電源６０から電力が供給され、供給された電力を用いて動作する。ゲート駆動回路２０は、第１回路群２１により制御され、第２回路群２２に電力を供給するスイッチング電源２４を有している。第２回路群２２には、スイッチング電源２４から電力が供給され、供給された電力を用いて動作する。

スイッチング電源２４は、第２直流電源６０の電力を昇圧して、出力する絶縁型の昇圧回路とされている。スイッチング電源２４は、フライバック方式とされている。スイッチング電源２４は、絶縁型のトランス２４ａを有している。トランス２４ａの一次巻線２４ｂの一端が、第２直流電源６０の高電位側にされており、一次巻線２４ｂの他端が、第１回路群２１に設けられたスイッチング電源用のスイッチング素子２１ａを介して第２直流電源６０の低電位側に接続されている。トランス２４ａの二次巻線２４ｃの一端がダイオード２４ｅを介して、第２回路群２２に接続されており、第２回路群２２に昇圧された高圧電圧Ｖｃｃ２が供給される。二次巻線２４ｃの他端は、コンデンサ２４ｆを介して、ダイオード２４ｅの出力側（カソード側）に接続されている。なお、スイッチング電源２４は、フライバック方式以外の種類のスイッチング電源とされてもよい。

第１回路群２１は、ゲート電源スイッチ３０を介して、第２直流電源６０の電力が供給されている場合に、第１回路群２１に設けられたスイッチング電源用のスイッチング素子２１ａをオンオフ駆動し、スイッチング電源２４に高圧電圧Ｖｃｃ２を生成させる。

ゲート電源スイッチ３０は、制御回路４０によりオン又はオフされる。ゲート電源スイッチ３０は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子、又は電磁スイッチとされる。ゲート電源スイッチ３０の一端は、降圧コンバータ３１を介して、第２直流電源６０の高電位側に接続されている。ゲート電源スイッチ３０の他端は、第１回路群２１に接続される。ゲート電源スイッチ３０の他端と第１回路群２１との接続経路の電位が、制御回路４０に入力されている。

ゲート電源スイッチ３０がオンされると、第１回路群２１に、第２直流電源６０の電圧が降圧コンバータ３１により降圧された低圧電圧Ｖｃｃ１（例えば、５Ｖ程度）が供給され、第１回路群２１が動作する。第１回路群２１が動作するとスイッチング電源用のスイッチング素子２１ａがオンオフ駆動され、スイッチング電源２４が動作し、高圧電圧Ｖｃｃ２が第２回路群２２に供給され、第２回路群２２が動作する。第２回路群２２が動作すると、制御回路４０のパルス信号に応じたゲート駆動信号が生成される。一方、ゲート電源スイッチ３０がオフされると、第１回路群２１に、第２直流電源６０の電力が供給されなくなり、第１回路群２１の動作が停止し、スイッチング電源用のスイッチング素子２１ａのオンオフ駆動が停止し、スイッチング電源２４の動作が停止し、高圧電圧Ｖｃｃ２が第２回路群２２に供給されなくなる。第２回路群２２の動作が停止すると、ゲート駆動信号が生成されなくなる。

ゲート駆動回路２０（絶縁型ゲート駆動ＩＣ２３）は、スイッチング素子１１の温度を検出する温度検出回路を有している。温度検出回路も、第１回路群２１と第２回路群２２とに分かれて設けられており、第２回路群２２はスイッチング素子１１側（温度センサ）に接続される。第１回路群２１は制御回路４０側に接続され、制御回路４０に検出した温度情報を伝達する。

＜制御回路＞
制御回路４０は、６個のゲート駆動回路２０及びゲート電源スイッチ３０を制御する。本実施の形態では、制御回路４０は、ゲート駆動回路２０及び電力変換回路１０を介して、交流回転電機７０を制御する。例えば、図３に示すように、制御回路４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０及び記憶装置９１を中核処理回路として備えている。処理回路として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、各種の信号処理回路等が備えられてもよい。制御回路４０は、入出力回路９２を備えており、入力回路に、各種のセンサ等が接続され、出力回路に、ゲート駆動回路２０及びゲート電源スイッチ３０等が接続される。また、制御回路４０は、他のＣＡＮ等の通信規格を用いて他の制御装置８０と通信を行う。制御回路４０の各処理は、ＣＰＵ９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、他のハードウェアと協働することにより実現される。

制御回路４０は、各スイッチング素子１１をオンオフさせるパルス信号を生成し、各ゲート駆動回路２０に出力する。本実施の形態では、制御回路４０は、公知の各種の交流回転電機の制御方法を用いて、トルク指令値等に基づいて、電圧指令値を算出し、電圧指令値に基づいて、各スイッチング素子１１をオンオフさせるパルス信号を生成する。

＜ゲート電源スイッチのオンオフ＞
制御回路４０は、スイッチング素子１１をオンオフ駆動するためにゲート駆動回路２０を制御する必要性がある動作モードであるか、必要性がない非動作モードであるかを判定する。そして、制御回路４０は、動作モードであると判定した場合は、ゲート電源スイッチ３０をオンし、非動作モードであると判定した場合は、ゲート電源スイッチ３０をオフする。

この構成によれば、スイッチング素子１１をオンオフ駆動するためにゲート駆動回路２０を制御する必要性がない非動作モードであると判定された場合に、ゲート電源スイッチ３０がオフされることにより、ゲート駆動回路２０に電力が供給されなくなる。これにより、ゲート駆動回路２０の消費電力を低減することができ、ゲート駆動回路２０が発生する電磁ノイズを低減することができる。

本実施の形態では、上述したように、ゲート駆動回路２０は、スイッチング電源２４を有しており、スイッチング電源２４は、ゲート駆動回路２０にゲート電源スイッチ３０を介して電力が供給されている場合に動作する。よって、非動作モードと判定され、ゲート電源スイッチ３０がオフされた場合に、ゲート駆動回路２０のスイッチング電源２４の動作が停止する。よって、スイッチング電源２４のスイッチング動作により発生する電磁ノイズを低減することができる。

制御回路４０は、第１蓄電装置５１に、外部の充電装置５５が接続された場合に、非動作モードであると判定する。制御回路４０は、充電装置５５が接続されたか否かを、第１蓄電装置５１の充電を制御する回路からの情報により検出する。外部の充電装置５５は、通常、静止物に設けられており、充電中は、車両は静止状態になり、交流回転電機７０はトルクを出力する必要がなく、電力変換回路１０は非動作状態になる。よって、充電中は、非動作モードと判定して、ゲート電源スイッチ３０をオフし、ゲート駆動回路２０及び電力変換回路１０の動作を停止しても問題なく、ゲート駆動回路２０の消費電力を低減し、ゲート駆動回路２０が発生する電磁ノイズを低減することができる。

また、制御回路４０は、車両の速度が停止し、交流回転電機７０の回転が停止しており、交流回転電機７０のトルク指令値が０の場合に、非動作モードであると判定してもよい。この場合も、ゲート電源スイッチ３０をオフし、ゲート駆動回路２０及び電力変換回路１０の動作を停止しても問題なく、ゲート駆動回路２０の消費電力を低減し、ゲート駆動回路２０が発生する電磁ノイズを低減することができる。

＜ゲート駆動回路の故障検知機能＞
制御回路４０は、ゲート駆動回路２０の異常を判定する異常判定機能を有している。例えば、制御回路４０は、ゲート駆動回路２０から温度情報が正常に伝達されているか否かにより、異常の有無を判定する。制御回路４０は、非動作モードであると判定した場合は、異常判定機能を停止し、動作モードであると判定した場合は、異常判定機能を有効にする。

この構成によれば、非動作モードであり、ゲート電源スイッチ３０がオフにされ、ゲート駆動回路２０の動作が停止している場合に、ゲート駆動回路２０に異常が生じたと誤判定されることを防止できる。

＜ゲート電源スイッチの故障検知機能＞
制御回路４０は、ゲート電源スイッチ３０が開放故障又は短絡故障したことを検出する故障検知機能を有している。本実施の形態では、制御回路４０は、ゲート電源スイッチ３０とゲート駆動回路２０との接続経路の電位を検出する。そして、制御回路４０は、検出電位、及びゲート電源スイッチ３０のオンオフ制御状態に基づいて、ゲート電源スイッチ３０の故障を判定する。この構成によれば、ゲート駆動回路２０の消費電力及び電磁ノイズの低減に必要なゲート電源スイッチ３０の故障を判定することができる。

例えば、制御回路４０は、ゲート電源スイッチ３０をオン制御している状態で、検出電位が、閾値よりも大きい場合は、ゲート電源スイッチ３０が正常にオンになっているので、ゲート電源スイッチ３０に故障が生じていないと判定し、検出電位が、閾値よりも小さい場合は、ゲート電源スイッチ３０が異常にオフになっているので、ゲート電源スイッチ３０に開放故障が生じたと判定する。一方、制御回路４０は、ゲート電源スイッチ３０をオフ制御している状態で、検出電位が、閾値よりも大きい場合は、ゲート電源スイッチ３０が異常にオンになっているので、ゲート電源スイッチ３０に短絡故障が生じたと判定し、検出電位が、閾値よりも小さい場合は、ゲート電源スイッチ３０が正常にオフになっているので、ゲート電源スイッチ３０に故障が生じていないと判定する。

２．実施の形態２
実施の形態２に係る電力変換装置１について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、６個のゲート駆動回路２０の一部が、ゲート電源スイッチ３０を介さずに、常に電力供給が行われるゲート駆動回路である非対象ゲート駆動回路２０ｂとされており、それに伴って制御回路４０の処理が変更されている点が、実施の形態１と異なる。図４に、本実施の形態に係る電力変換装置１の概略構成図を示す。

本実施の形態では、６個のゲート駆動回路２０の一部（本例では５個）が、ゲート電源スイッチ３０により電力供給がオンオフされるゲート駆動回路である対象ゲート駆動回路２０ａとされ、残り（本例では１個）のゲート駆動回路２０が、ゲート電源スイッチ３０を介さずに、常に電力供給が行われるゲート駆動回路である非対象ゲート駆動回路２０ｂとされている。

＜非対象ゲート駆動回路＞
図５に、１個の対象ゲート駆動回路２０ａ、１個の非対象ゲート駆動回路２０ｂ、制御回路４０、ゲート電源スイッチ３０、及び第２直流電源６０等の概略回路構成を示す。残りの対象ゲート駆動回路２０ａも同様に構成されている。

対象ゲート駆動回路２０ａ及び非対象ゲート駆動回路２０ｂは、ゲート駆動回路自体は、実施の形態１のゲート駆動回路２０と同様に構成されており、第１回路群２１、第２回路群２２、及びスイッチング電源２４を有している。

対象ゲート駆動回路２０ａには、実施の形態１と同様に、ゲート電源スイッチ３０を介して、降圧コンバータ３１により降圧された第２直流電源６０の電力が供給されている。非対象ゲート駆動回路２０ｂには、ゲート電源スイッチ３０を介さずに、降圧コンバータ３１により降圧された第２直流電源６０の電力が直接供給されている。非対象ゲート駆動回路２０ｂの第１回路群２１には、ゲート電源スイッチ３０のオンオフにかかわらず、常に電力が供給され、非対象ゲート駆動回路２０ｂのスイッチング電源２４は、ゲート電源スイッチ３０のオンオフにかかわらず、常に高圧電圧Ｖｃｃ２を生成する。

実施の形態１と同様に、制御回路４０は、スイッチング素子１１をオンオフ駆動するためにゲート駆動回路２０を制御する必要性がある動作モードであるか、必要性がない非動作モードであるかを判定する。そして、制御回路４０は、動作モードであると判定した場合は、ゲート電源スイッチ３０をオンし、非動作モードであると判定した場合は、ゲート電源スイッチ３０をオフする。

本実施の形態では、非動作モードであると判定され、ゲート電源スイッチ３０がオフされた場合も、非対象ゲート駆動回路２０ｂには電力が供給され、動作する。

＜スイッチ非連動の状態検出回路＞
電力変換装置１は、電力変換回路１０の状態を検出する状態検出回路を備えている。制御回路４０は、状態検出回路の検出情報に基づいて、電力変換回路１０の状態を検出する。そして、制御回路４０は、検出した状態に基づいて、電力変換回路１０の各種の制御を行ったり、電力変換回路１０の異常を判定したりする。

本実施の形態では、ゲート電源スイッチ３０のオンオフにかかわらず、非対象ゲート駆動回路２０ｂに供給された電力を用いて動作するスイッチ非連動の状態検出回路が設けられている。この構成によれば、非動作モードであり、ゲート電源スイッチ３０がオフにされている場合も、非対象ゲート駆動回路２０ｂに供給された電力を用いて、スイッチ非連動の状態検出回路を動作させ、電力変換回路１０の状態を検出させることができ、各種の制御、又は異常判定に用いることができる。

＜スイッチ非連動の温度検出回路＞
実施の形態１と同様に、各ゲート駆動回路２０は、スイッチング素子１１の温度を検出する温度検出回路を有している。本実施の形態では、非対象ゲート駆動回路２０ｂの温度検出回路は、ゲート電源スイッチ３０のオンオフにかかわらず、非対象ゲート駆動回路２０ｂに供給された電力を用いて動作するスイッチ非連動の状態検出回路である。

制御回路４０は、動作モードである場合は、各ゲート駆動回路２０の温度検出回路により検出された温度情報に基づいて、各スイッチング素子１１の温度状態をモニタする。例えば、制御回路４０は、いずれかのスイッチング素子１１の温度が、過熱判定値よりも大きくなった場合に、スイッチング素子１１の温度を低下させる公知の各種の制御を行う。一方、制御回路４０は、非動作モードである場合は、非対象ゲート駆動回路２０ｂの温度検出回路により検出された温度情報に基づいて、スイッチング素子１１の温度状態をモニタする。例えば、制御回路４０は、非動作モードである場合に、非対象ゲート駆動回路２０ｂの温度検出回路により検出された温度情報に基づいて、電力変換回路１０を冷却する冷却機構の動作を制御する。

非動作モードであり、ゲート電源スイッチ３０がオフにされている場合も、非対象ゲート駆動回路２０ｂに供給された電力を用いて、非対象ゲート駆動回路２０ｂの温度検出回路を動作させ、スイッチング素子１１の温度を検出させることができる。電力変換回路１０が動作していない状態では、各スイッチング素子１１は発熱しておらず、スイッチング素子１１間の発熱量の偏りがなく、温度差が小さくなっている。よって、非動作モードでは、非対象ゲート駆動回路２０ｂにより駆動されるスイッチング素子１１の検出温度情報により、全てのスイッチング素子１１の温度状態を推定することができる。よって、非動作モードにおいて、対象ゲート駆動回路２０ａの電力消費及び電磁ノイズを低減しつつ、非対象ゲート駆動回路２０ｂに電力を供給することで、スイッチング素子１１の温度情報を取得することができ、電力変換回路１０の温度状態をモニタすることができる。

＜スイッチ連動の状態検出回路＞
ゲート電源スイッチ３０がオンされたときに動作し、ゲート電源スイッチ３０がオフされたときに動作停止し、電力変換回路１０の状態を検出するスイッチ連動の状態検出回路が設けられている。制御回路４０は、非動作モードにおいて、ゲート電源スイッチ３０をオフ制御している状態で、スイッチ連動の状態検出回路により状態が正常に検出されている場合は、ゲート電源スイッチ３０が短絡故障であると判定する。一方、制御回路４０は、動作モードにおいて、ゲート電源スイッチ３０をオン制御している状態で、スイッチ連動の状態検出回路により状態が正常に検出されていない場合は、ゲート電源スイッチ３０が開放故障であると判定する。

スイッチ連動の状態検出回路の検出情報を用いることで、ゲート電源スイッチ３０の故障を検出する専用の回路を設けることなく、ゲート電源スイッチ３０の故障を検出することができる。なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、ゲート電源スイッチ３０とゲート駆動回路２０との接続経路の電位を検出する回路が設けられていない。

＜スイッチ連動の電圧検出回路＞
本実施の形態では、スイッチ連動の状態検出回路として、電力変換回路１０の電圧を検出する電圧検出回路１３が設けられている。本実施の形態では、電圧検出回路１３は、第１直流電源５０の電源電圧を検出する。平滑コンデンサ１２の両端子間の電圧を検出する電圧センサ１４が設けられている。電圧センサ１４の出力信号が電圧検出回路１３に入力される。電圧検出回路１３は、検出した電圧情報を処理し、制御回路４０に出力する。制御回路４０は、電圧検出回路１３の出力信号に基づいて、電源電圧を検出し、検出した電源電圧に基づいて、電力変換回路１０の各種の制御を行ったり、電力変換回路１０等の異常を判定したりする。なお、電圧検出回路１３は、電源電圧以外の電圧を検出する検出回路であってもよい。

電圧検出回路１３は、対象ゲート駆動回路２０ａに供給される第２直流電源６０の供給電圧（本例では、降圧コンバータ３１により生成された低圧電圧Ｖｃｃ１）、及び対象ゲート駆動回路２０ａのスイッチング電源２４により生成された高圧電圧Ｖｃｃ２を用いて動作する。従って、電圧検出回路１３は、ゲート電源スイッチ３０のオンになっているときに動作するスイッチ連動の状態検出回路である。電圧検出回路１３は、絶縁型の回路とされており、制御回路４０側に接続される第１回路群１３ａと、電圧センサ１４側に接続される第２回路群１３ｂとが絶縁されている。第１回路群１３ａには、低圧電圧Ｖｃｃ１が入力され、第２回路群１３ｂには、高圧電圧Ｖｃｃ２が入力される。例えば、電圧検出回路１３は、絶縁型のアンプを備えている。絶縁型のアンプの入力側回路が、第２回路群１３ｂとして電圧センサ１４側に接続され、高圧電圧Ｖｃｃ２が動作電圧として入力される。絶縁型のアンプの出力側回路が、第１回路群１３ａとして制御回路４０側に接続され、低圧電圧Ｖｃｃ１が動作電圧として入力される。

制御回路４０は、非動作モードにおいて、ゲート電源スイッチ３０をオフ制御している状態で、電圧検出回路１３の出力信号により検出した電源電圧が、閾値よりも大きい場合は、ゲート電源スイッチ３０が短絡故障であると判定し、検出した電源電圧が、閾値よりも小さい場合は、ゲート電源スイッチ３０に故障が生じていないと判定する。一方、制御回路４０は、動作モードにおいて、ゲート電源スイッチ３０をオン制御している状態で、電圧検出回路１３の出力信号により検出した電源電圧が、閾値よりも小さい場合は、ゲート電源スイッチ３０が開放故障であると判定し、検出した電源電圧が、閾値よりも大きい場合は、ゲート電源スイッチ３０に故障が生じていないと判定する。

３．実施の形態３
実施の形態３に係る電力変換装置１について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換装置１の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様である。実施の形態２と同様に、６個のゲート駆動回路２０の一部が、ゲート電源スイッチ３０を介さずに、常に電力供給が行われる非対象ゲート駆動回路２０ｂとされているが、実施の形態２と異なり、電圧検出回路１３が、スイッチ非連動の状態検出回路とされている。図６に、本実施の形態に係る電力変換装置１の概略構成図を示す。

実施の形態２と同様に、６個のゲート駆動回路２０の一部（本例では５個）が、ゲート電源スイッチ３０により電力供給がオンオフされるゲート駆動回路である対象ゲート駆動回路２０ａとされ、残り（本例では１個）のゲート駆動回路２０が、ゲート電源スイッチ３０を介さずに、常に電力供給が行われるゲート駆動回路である非対象ゲート駆動回路２０ｂとされている。

図７に、１個の対象ゲート駆動回路２０ａ、１個の非対象ゲート駆動回路２０ｂ、制御回路４０、ゲート電源スイッチ３０、及び第２直流電源６０等の概略回路構成を示す。残りの対象ゲート駆動回路２０ａも同様に構成されている。

＜スイッチ非連動の電圧検出回路＞
電圧検出回路１３自体は、実施の形態２と同様に構成されているので、説明を省略する。一方、実施の形態２と異なり、電圧検出回路１３は、非対象ゲート駆動回路２０ｂに供給された第２直流電源６０の供給電圧（本例では、降圧コンバータ３１により生成された低圧電圧Ｖｃｃ１）、及び非対象ゲート駆動回路２０ｂのスイッチング電源２４により生成された高圧電圧Ｖｃｃ２を用いて動作する。すなわち、電圧検出回路１３は、ゲート電源スイッチ３０のオンオフにかかわらず、非対象ゲート駆動回路２０ｂに供給された電力を用いて動作するスイッチ非連動の状態検出回路である。

制御回路４０は、動作モード及び非動作モードの双方において、電圧検出回路１３の出力信号に基づいて、電源電圧を検出することができ、電力変換回路１０の状態を検出できる。制御回路４０は、動作モード及び非動作モードの双方において、検出した電源電圧に基づいて、電力変換回路１０の各種の制御を行ったり、電力変換回路１０等の異常を判定したりすることができる。

＜スイッチ連動の温度検出回路＞
対象ゲート駆動回路２０ａの温度検出回路は、ゲート電源スイッチ３０がオンされたときに動作し、ゲート電源スイッチ３０がオフされたときに動作停止するスイッチ連動の状態検出回路である。

制御回路４０は、非動作モードにおいて、ゲート電源スイッチ３０をオフ制御している状態で、対象ゲート駆動回路２０ａの温度検出回路により温度情報が正常に検出されている場合は、ゲート電源スイッチ３０が短絡故障であると判定する。一方、制御回路４０は、動作モードにおいて、ゲート電源スイッチ３０をオン制御している状態で、対象ゲート駆動回路２０ａの温度検出回路により温度情報が正常に検出されていない場合は、ゲート電源スイッチ３０が開放故障であると判定する。

本実施の形態では、制御回路４０は、ゲート電源スイッチ３０をオン制御している状態及びオフ制御している状態のそれぞれにおいて、スイッチ非連動の状態検出回路である非対象ゲート駆動回路２０ｂの温度検出回路の出力情報に基づいて検出した温度情報と、スイッチ連動の状態検出回路である対象ゲート駆動回路２０ａの温度検出回路の出力情報に基づいて検出した温度情報と、を比較することにより、ゲート電源スイッチ３０が開放故障又は短絡故障したことを検出する。

制御回路４０は、非動作モードにおいて、ゲート電源スイッチ３０をオフ制御している状態で、対象ゲート駆動回路２０ａの温度検出回路による検出温度と非対象ゲート駆動回路２０ｂの温度検出回路による検出温度との温度偏差の絶対値が、許容判定値以下である場合は、ゲート電源スイッチ３０が短絡故障であると判定し、温度偏差の絶対値が、許容判定値よりも大きい場合は、ゲート電源スイッチ３０に故障が生じていないと判定する。制御回路４０は、動作モードにおいて、ゲート電源スイッチ３０をオン制御している状態で、対象ゲート駆動回路２０ａの温度検出回路による検出温度と非対象ゲート駆動回路２０ｂの温度検出回路による検出温度との温度偏差の絶対値が、許容判定値よりも大きい場合は、ゲート電源スイッチ３０が開放故障であると判定し、温度偏差の絶対値が、許容判定値以下である場合は、ゲート電源スイッチ３０に故障が生じていないと判定する。

＜転用例＞
（１）上記の各実施の形態では、電力変換回路１０は、第１直流電源５０と、３相の電機子巻線を有する交流回転電機７０との間で電力変換を行う電力変換回路とされている場合を例に説明した。しかし、電力変換回路１０は、ゲート駆動回路によりオンオフ駆動される１個以上のスイッチング素子を有する電力変換回路であれば、各種の電力変換回路とされてもよい。例えば、電力変換回路１０は、直流電圧を昇圧、降圧する各種のＤＣ／ＤＣコンバータ、又は直流モータを駆動するＨブリッジ回路等とされてもよい。また、電力変換回路１０は、２組の３相の電機子巻線が設けられた交流回転電機等、３相以外の電機子巻線が設けられた交流回転電機に供給する電力を変換する電力変換回路であってもよい。また、交流回転電機が、界磁巻線型の交流回転電機とされ、電力変換回路１０は、界磁巻線に供給する電力をオンオフするスイッチング素子を有する変換回路を含んでいてもよい。

（２）上記の各実施の形態では、非動作モードと判定され、ゲート電源スイッチ３０がオフされた場合に、対象ゲート駆動回路２０ａのスイッチング電源２４の動作が停止する場合を例に説明した。しかし、対象ゲート駆動回路２０ａのスイッチング電源２４にも、ゲート電源スイッチ３０を介して電力が供給され、非動作モードと判定され、ゲート電源スイッチがオフされた場合に、対象ゲート駆動回路２０ａのスイッチング電源２４への電源供給がオフされるように構成されてもよい。スイッチング電源２４への電源供給がオフされると、スイッチング電源２４の動作が停止し、スイッチング電源２４のスイッチング動作により発生する電磁ノイズを低減することができる。また、スイッチング電源２４は、絶縁型ゲート駆動ＩＣ２３と独立して、スイッチング素子を備え、供給された電力を用いて、絶縁型ゲート駆動ＩＣ２３から独立して動作するように構成されてもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 電力変換装置、１０ 電力変換回路、１１ スイッチング素子、１３ 電圧検出回路、２０ ゲート駆動回路、２０ａ 対象ゲート駆動回路、２０ｂ 非対象ゲート駆動回路、２１ 第１回路群、２２ 第２回路群、２４ スイッチング電源、３０ ゲート電源スイッチ、４０ 制御回路

Claims (14)

1. ｎ個（ｎは、１以上の自然数）のスイッチング素子を有する電力変換回路と、
   ｎ個の前記スイッチング素子をそれぞれオンオフ駆動するｎ個のゲート駆動回路と、
   ｎ個の前記ゲート駆動回路の全て又は一部である対象ゲート駆動回路への電力供給をオンオフするゲート電源スイッチと、
   ｎ個の前記ゲート駆動回路及び前記ゲート電源スイッチを制御する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記スイッチング素子をオンオフ駆動するために前記ゲート駆動回路を制御する必要性がある動作モードであるか、必要性がない非動作モードであるかを判定し、前記動作モードであると判定した場合は、前記ゲート電源スイッチをオンし、前記非動作モードであると判定した場合は、前記ゲート電源スイッチをオフする電力変換装置。
2. 前記ゲート駆動回路は、電源から電力が供給され、前記制御回路側に接続される第１回路群、及び前記スイッチング素子側に接続される第２回路群、及び前記第１回路群により制御され、前記第２回路群に電力を供給するスイッチング電源を有しており、前記対象ゲート駆動回路の前記第１回路群には、前記ゲート電源スイッチを介して電源から電力が供給され、
   前記非動作モードと判定され、前記ゲート電源スイッチがオフされた場合に、前記対象ゲート駆動回路の前記スイッチング電源の動作が停止する、又は前記対象ゲート駆動回路の前記スイッチング電源への電源供給がオフされる請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御回路は、前記電力変換回路に電力を供給する蓄電装置に、外部の充電装置が接続された場合に、前記非動作モードであると判定する請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記電力変換回路には、第１蓄電装置の電力が供給され、
   前記対象ゲート駆動回路には、前記ゲート電源スイッチを介して、第２蓄電装置の電力が供給され、
   前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間は、コンバータにより電力伝送が行われ、
   前記制御回路は、前記第１蓄電装置に、外部の充電装置が接続された場合に、前記非動作モードであると判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御回路は、前記ゲート駆動回路の異常を判定する異常判定機能を有し、
   前記非動作モードであると判定した場合は、前記対象ゲート駆動回路の前記異常判定機能を停止し、
   前記動作モードであると判定した場合は、前記対象ゲート駆動回路の前記異常判定機能を有効にする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. ｎ個の前記ゲート駆動回路は、前記ゲート電源スイッチを介して電力供給が行われる前記対象ゲート駆動回路と、前記ゲート電源スイッチを介さずに、常に電力供給が行われる非対象ゲート駆動回路と、からなり、
   前記ゲート電源スイッチのオンオフにかかわらず、前記非対象ゲート駆動回路に供給された電力を用いて動作し、前記電力変換回路の状態を検出するスイッチ非連動の状態検出回路が設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記ゲート駆動回路は、電源から電力が供給され、前記制御回路側に接続される第１回路群、及び前記スイッチング素子側に接続される第２回路群、及び前記第１回路群により制御され、前記第２回路群に電力を供給するスイッチング電源を有しており、前記非対象ゲート駆動回路の前記第１回路群には、前記ゲート電源スイッチのオンオフにかかわらず、常に電力が供給され、前記非対象ゲート駆動回路の前記スイッチング電源は、前記ゲート電源スイッチのオンオフにかかわらず、常に電圧を生成し、
   前記スイッチ非連動の状態検出回路として、前記電力変換回路の電圧を検出する電圧検出回路が設けられ、前記電圧検出回路は、前記非対象ゲート駆動回路に供給された供給電圧、及び前記非対象ゲート駆動回路の前記スイッチング電源により生成された電圧を用いて動作する請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記ゲート駆動回路は、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出回路を有し、前記非対象ゲート駆動回路の前記温度検出回路は、前記ゲート電源スイッチのオンオフにかかわらず、前記非対象ゲート駆動回路に供給された電力を用いて動作する前記スイッチ非連動の状態検出回路である請求項６又は７に記載の電力変換装置。
9. 前記制御回路は、前記ゲート電源スイッチが開放故障又は短絡故障したことを検出する請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記制御回路は、前記ゲート電源スイッチと前記ゲート駆動回路との接続経路の電位を検出し、検出電位、及び前記ゲート電源スイッチのオンオフ制御状態に基づいて、前記ゲート電源スイッチの故障を判定する請求項９に記載の電力変換装置。
11. 前記ゲート電源スイッチがオンされたときに動作し、前記ゲート電源スイッチがオフされたときに動作停止し、前記電力変換回路の状態を検出するスイッチ連動の状態検出回路が設けられ、
    前記制御回路は、前記非動作モードにおいて、前記ゲート電源スイッチをオフ制御している状態で、前記スイッチ連動の状態検出回路により状態が正常に検出されている場合は、前記ゲート電源スイッチが短絡故障であると判定し、
    前記動作モードにおいて、前記ゲート電源スイッチをオン制御している状態で、前記スイッチ連動の状態検出回路により状態が正常に検出されていない場合は、前記ゲート電源スイッチが開放故障であると判定する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
12. 前記ゲート駆動回路は、電源から電力が供給され、前記制御回路側に接続される第１回路群、及び前記スイッチング素子側に接続される第２回路群、及び前記第１回路群により制御され、前記第２回路群に電力を供給するスイッチング電源を有しており、前記対象ゲート駆動回路の前記第１回路群には、前記ゲート電源スイッチを介して電力が供給され、前記対象ゲート駆動回路の前記スイッチング電源は、前記ゲート電源スイッチがオンになっているときに電圧を生成し、
    前記スイッチ連動の状態検出回路として、前記電力変換回路の電圧を検出する電圧検出回路が設けられ、前記電圧検出回路は、前記対象ゲート駆動回路に供給される供給電圧、及び前記対象ゲート駆動回路の前記スイッチング電源により生成された電圧を用いて動作する請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 前記ゲート駆動回路は、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出回路を有し、前記対象ゲート駆動回路の前記温度検出回路は、前記ゲート電源スイッチがオンされたときに動作し、前記ゲート電源スイッチがオフされたときに動作停止する前記スイッチ連動の状態検出回路である請求項１１又は１２に記載の電力変換装置。
14. ｎ個の前記ゲート駆動回路は、前記ゲート電源スイッチを介して電力供給が行われる前記対象ゲート駆動回路と、前記ゲート電源スイッチを介さずに、常に電力供給が行われる非対象ゲート駆動回路と、からなり、
    前記制御回路は、前記ゲート電源スイッチをオン制御している状態及びオフ制御している状態のそれぞれにおいて、前記非対象ゲート駆動回路の前記温度検出回路により検出した温度情報と、前記対象ゲート駆動回路の前記温度検出回路により検出した温度情報とを比較することにより、前記ゲート電源スイッチが開放故障又は短絡故障したことを検出する請求項１３に記載の電力変換装置。

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