JP2023046477A

JP2023046477A - 電力変換装置およびその駆動方法

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Publication number: JP2023046477A
Application number: JP2021155090A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎田畑; Yoichiro Tabata; 正臣鎌倉; Masaomi Kamakura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2023-04-05

Abstract

【課題】故障検出の信頼性が高い電力変換装置を提供する。【解決手段】半導体スイッチング素子２ａ～２ｆで構成されたｎ相ブリッジ型のインバータ２と、インバータを制御する制御部３と、相電圧を検出する相電圧検出部４と、全ての半導体スイッチング素子にオフ指令を出力する全相オフ指令部６と、インバータの中性点に対してプルアップ動作およびプルダウン動作を行うプルアップ－プルダウン出力部５とを有しており、プルアップ－プルダウン出力部は、オフ指令を出力している間にプルアップ動作およびプルダウン動作を行い、制御部は、プルアップ動作およびプルダウン動作に対する相電圧に基づいて半導体スイッチング素子の故障を検出する。【選択図】図１

Description

本願は、電力変換装置およびその駆動方法に関する。

バッテリーなどの直流電力を交流電力に変換して回転電機を駆動する、あるいは回転電機が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリーなどの直流電源に供給するために、バッテリーと回転電機との間には電力変換装置が設置されている。このような電力変換装置には、パワー半導体を用いた半導体スイッチング素子が用いられている。半導体スイッチング素子の短絡故障などを検知することで電力変換装置の故障を未然に防ぐ技術が知られている。

例えば、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた電力変換装置において、ソースからドレインへ向かう方向に電流が流れようとする場合にスイッチオンの操作を行い、そのときのソースとドレインとの間の電圧が閾値電圧を超えたときにオフ機能故障が発生したと判定する判定部を備えた電力変換装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－１４０９０２号公報

しかしながら、従来の電力変換装置においては、スイッチオンの操作を行ってオフ機能故障の発生を検出しているので、オフ機能故障が発生しているにも関わらずオフ機能故障が発生していないと判定する可能性があり、故障検出の信頼性が低かった。

本願は、上述の課題を解決するためになされたもので、故障検出の信頼性が高い電力変換装置を提供することを目的とする。

本願の電力変換装置は、ｎを３以上の整数とし、ｎ相の巻線を有する回転電機とバッテリーとの間に設置される電力変換装置である。そして、この電力変換装置は、複数の半導体スイッチング素子で構成された上アームおよび下アームを有するｎ相ブリッジ型のインバータと、半導体スイッチング素子を制御する制御部と、インバータが出力する相電圧を検出する相電圧検出部と、全ての半導体スイッチング素子にオフ指令を出力する全相オフ指令部と、上アームと下アームとの中性点に対してプルアップ動作およびプルダウン動作を行うプルアップ－プルダウン出力部とを有しており、プルアップ－プルダウン出力部は、全相オフ指令部がオフ指令を出力している間にプルアップ動作およびプルダウン動作を行い、制御部は、相電圧検出部で検出されたプルアップ動作およびプルダウン動作に対する相電圧に基づいて半導体スイッチング素子の故障を検出する。

本願の電力変換装置においては、プルアップ－プルダウン出力部が全相オフ指令部がオフ指令を出力している間にプルアップ動作およびプルダウン動作を行い、制御部が相電圧検出部で検出されたプルアップ動作およびプルダウン動作に対する相電圧に基づいて半導体スイッチング素子の故障を検出しているので、オフ機能故障が発生しているにも関わらずオフ機能故障が発生していないと判定することがなく、故障検出の信頼性が向上する。

実施の形態１に係る電力変換装置の構成図である。実施の形態１に係るプルアップ－プルダウン出力部の構成図である。実施の形態１に係る電力変換装置における故障検出の手順を示すフローチャートである。実施の形態１の電力変換装置における故障検出のタイムチャートである。実施の形態１の電力変換装置における故障検出のタイムチャートである。実施の形態１の電力変換装置における故障検出のタイムチャートである。実施の形態１に係る制御部のハードウェアの一例を示す模式図である。

以下、本願を実施するための実施の形態に係る電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置の構成図である。図１に示すように、本実施の形態の電力変換装置１は、バッテリー１１と回転電機１２との間に設置されている。バッテリー１１は、充電および放電が可能な例えば二次電池である。回転電機１２は、星形結線された３相の巻線を備えた例えば同期回転電機である。電力変換装置１は、バッテリー１１の直流電力を交流電力に変換して回転電機１２を駆動するため、あるいは回転電機１２が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリー１１に供給するために備えられている。

電力変換装置１は、インバータ２と、制御部３と、相電圧検出部４と、プルアップ－プルダウン出力部５と、全相オフ指令部６とを備えている。また、インバータ２とバッテリー１１との間には平滑コンデンサ７が設けられている。インバータ２は、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成された半導体スイッチング素子２ａ～２ｆが２直列３並列に接続された３相ブリッジ型のインバータである。半導体スイッチング素子２ａと２ｂとは直列に接続されており、その直列接続の中性点ａが回転電機１２のＵ相の巻線に接続されている。半導体スイッチング素子２ｃと２ｄとは直列に接続されており、その直列接続の中性点ｂが回転電機１２のＶ相の巻線に接続されている。半導体スイッチング素子２ｅと２ｆとは直列に接続されており、その直列接続の中性点ｃが回転電機１２のＷ相の巻線に接続されている。インバータ２において、半導体スイッチング素子２ａ、２ｃおよび２ｅは上アーム、半導体スイッチング素子２ｂ、２ｄおよび２ｆは下アームと呼ばれる。このインバータ２は、２つの半導体スイッチング素子の直列接続の両端がバッテリー１１に接続されており、３並列の中性点がそれぞれ回転電機１２の３相巻線に接続されている。

半導体スイッチング素子２ａ～２ｆは、それぞれ第１の主端子（ドレイン）、第２の主端子（ソース）および制御端子（ゲート）を有している。これらの半導体スイッチング素子は、ゲート－ソース間の電圧によりオンオフ制御される。これらの半導体スイッチング素子は、オン時にはドレイン－ソース間を双方向に通電可能な抵抗素子となり、オフ時にはソースからドレインの方向のみに通電可能なダイオード素子となる。

制御部３は、インバータ２の半導体スイッチング素子２ａ～２ｆのオンオフ制御を行う。制御部３が制御する制御対象は、例えば回転電機１２のトルクである。制御部３は、半導体スイッチング素子２ａ～２ｆに対してスイッチのオン状態への切り替えを指示するオン指令、またはオフ状態への切り替えを指示するオフ指令のいずれかをデッドタイムを挟んで出力する。

制御部３は、回転電機１２を電動機として駆動させる力行制御を行なう場合は、バッテリー１１の直流電力を交流電力に変換して回転電機１２に供給するためにインバータ２の半導体スイッチング素子２ａ～２ｆの駆動信号を生成する。一方、制御部３は、回転電機１２を発電機として駆動させる回生制御を行なう場合は、回転電機１２から出力された交流電力を直流電力に変換してバッテリー１１に供給するためにインバータ２の半導体スイッチング素子２ａ～２ｆの駆動信号を生成する。

相電圧検出部４は、回転電機１２の各相の電圧のうち、少なくとも１相の相電圧を検出する。相電圧検出部４で検出された相電圧は制御部３に送られる。プルアップ－プルダウン出力部５は、インバータ２の中性点に出力される。

図２は、本実施の形態におけるプルアップ－プルダウン出力部５の構成図である。プルアップ－プルダウン出力部５は、プルアップ制御部５１とプルダウン制御部５２とを備えている。
プルアップ制御部５１は、ＮＰＮトランジスタ５１ａとＰＮＰトランジスタ５１ｂとを有している。ＮＰＮトランジスタ５１ａのベースとエミッタとの間には抵抗体５１ｃが接続されている。また、ＮＰＮトランジスタ５１ａのベースは抵抗体５１ｄを介して制御部３に接続されている。さらに、ＮＰＮトランジスタ５１ａのコレクタは抵抗体５１ｅを介してバッテリー１１に接続されると共に抵抗体５１ｆを介してＰＮＰトランジスタ５１ｂのベースに接続されている。ＰＮＰトランジスタ５１ｂのエミッタはバッテリー１１に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ５１ｂのコレクタにはダイオード５１ｇが接続されており、抵抗体５３を介してインバータ２の半導体スイッチング素子２ａと２ｂとの間の中性点ａに接続されている。

プルダウン制御部５２は、ＮＰＮトランジスタ５２ａを有している。ＮＰＮトランジスタ５２ａのベースとエミッタとの間には抵抗体５２ｂが接続されている。また、ＮＰＮトランジスタ５２ａのベースは抵抗体５２ｃを介して制御部３に接続されている。さらに、ＮＰＮトランジスタ５２ａのコレクタにはダイオード５２ｄが接続されており、抵抗体５３を介してインバータ２の半導体スイッチング素子２ａと２ｂとの間の中性点ａに接続されている。

全相オフ指令部６は、インバータ２に出力される。全相オフ指令部６は、制御部３からの指令に基づいて、インバータ２の全ての半導体スイッチング素子２ａ～２ｆにオフ指令を出力する。

次に、本実施の形態の電力変換装置における故障検出の手順について説明する。図３は、本実施の形態における故障検出の手順を示すフローチャートである。この故障検出の手順は、予め設定された時間周期で繰り返し実行されてもよい。また、この故障検出の手順は、回転電機が起動されるときに実行されてもよく、回転電機の力行制御あるいは回生制御が開始される前に実行されてもよい。

制御部３は、ステップＳ０１において、回転電機１２に対して力行制御または回生制御が実施されるか否かを判定する。この判定は、制御部３に指示を与える図示していない上位機器、例えば電力変換装置１、バッテリー１１および回転電機１２が車両に搭載されるものであれば上位機器のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）からの指示に基づいて判定できる。ステップＳ０１において、力行制御または回生制御が実施されると判定された場合は（ＹＥＳ）、制御部３はこの故障検出の手順を終了する。ステップＳ０１において、力行制御または回生制御が実施されないと判定された場合は（ＮＯ）、制御部３はステップＳ０２に進む。

ステップＳ０２において、全相オフ指令部６は、全相の半導体スイッチング素子にオフ指令を送信する。次にステップＳ０３において、プルアップ－プルダウン出力部５はプルダウン動作を実施する。プルダウン動作の詳細については後述する。次にステップＳ０４において、制御部３は中性点の電圧がバッテリー電圧と同じであるか否かを判定する。ここで、中性点の電圧がバッテリー電圧と同じであるとは、中性点の電圧がバッテリー電圧と厳密に同じであることに限定されず、電力変換装置の内部の配線抵抗などに起因するバッテリー電圧との誤差も含まれる。ステップＳ０４において、中性点の電圧がバッテリー電圧と同じと判定された場合は（ＹＥＳ）、制御部３はステップＳ０５に進む。ステップＳ０５において、制御部３は上アームの半導体スイッチング素子のオフ機能が故障していると判断し、上アームの半導体スイッチング素子のオフ機能故障の情報を例えば上位機器のＥＣＵに通知する。また、制御部３は、上アームの半導体スイッチング素子のオフ機能故障の情報を制御部３内に備えられたメモリに記憶させる。

一方、ステップＳ０４において、中性点の電圧がバッテリー電圧と同じでないと判定された場合は（ＮＯ）、制御部３はステップＳ０６に進む。次にステップＳ０６において、プルアップ－プルダウン出力部５はプルアップ動作を実施する。プルアップ動作の詳細については後述する。次にステップＳ０７において、制御部３は中性点の電圧が接地電圧と同じであるか否かを判定する。ここで、中性点の電圧が接地電圧と同じであるとは、中性点の電圧が接地電圧と厳密に同じであることに限定されず、電力変換装置の内部の配線抵抗などに起因する接地電圧との誤差も含まれる。ステップＳ０７において、中性点の電圧が接地電圧と同じと判定された場合は（ＹＥＳ）、制御部３はステップＳ０８に進む。ステップＳ０８において、制御部３は下アームの半導体スイッチング素子のオフ機能が故障していると判断し、下アームの半導体スイッチング素子のオフ機能故障の情報を例えば上位機器のＥＣＵに通知する。また、制御部３は、下アームの半導体スイッチング素子のオフ機能故障の情報を制御部３内に備えられたメモリに記憶させる。一方、ステップＳ０７において、中性点の電圧が接地電圧と同じでないと判定された場合は（ＮＯ）、制御部３はこの故障検出の手順を終了する。このとき全相の半導体スイッチング素子のオフ機能は正常であると判断される。

次に、本実施の形態の電力変換装置における故障検出の手順について、タイムチャートで説明する。図４は、本実施の形態の電力変換装置において、半導体スイッチング素子が正常なときの故障検出のタイムチャートである。図４において横軸は時間である。

半導体スイッチング素子２ａ、２ｂのゲートとソースとの間の電圧をそれぞれＶＧＳ＿ＵＨ、ＶＧＳ＿ＵＬとして示している。また、制御部３がプルアップ－プルダウン出力部５に送るプルダウン信号をＰＤ信号、プルアップ信号をＰＵ信号として示している。さらに、半導体スイッチング素子２ａと２ｂとの間の中性点の電圧をＶａとして示している。制御部３が故障検出を開始する時刻Ａ１以前は、インバータ２の中性点ａはフローティングしているため、中性点の電圧Ｖａは接地電圧とバッテリー電圧との間のある一定の電圧となっている。

時刻Ａ１において、制御部３は故障チェック指令を相電圧検出部４、プルアップ－プルダウン出力部５および全相オフ指令部６に送ることで故障検出を開始する。全相オフ指令部６は、故障チェック指令が出力されている間は全相の半導体スイッチング素子にオフ指令を送信する。このようにして、図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ０１およびステップＳ０２が終了する。

時刻Ａ１において、制御部３は、ＰＤ信号をプルアップ－プルダウン出力部５に送る。ステップＳ０３において、プルアップ－プルダウン出力部５はＰＤ信号を受けてプルダウン動作を実施する。プルダウン制御部５２は、ＮＰＮトランジスタ５２ａをオンにする。そのため、インバータ２の中性点ａの電圧Ｖａは接地電圧付近となる。相電圧検出部４は、中性点ａの電圧Ｖａが接地電圧付近となったことを検知して制御部３にその情報を送る。制御部３は、ステップＳ０４において、中性点の電圧がバッテリー電圧ではないと判定してステップＳ０６に進む。そして、制御部３は、相電圧検出部４からの情報を受け取ると時刻Ｂ１においてＰＤ信号の出力を停止する。このようにして図３に示すフローチャートにおけるステップＳ０３からステップＳ０４が終了する。

制御部３からのＰＤ信号の出力が停止されると、インバータ２の中性点ａの電圧Ｖａは再び接地電圧とバッテリー電圧との間のある一定の電圧となる。時刻Ｃ１において、制御部３は、ＰＵ信号をプルアップ－プルダウン出力部５に送る。ステップＳ０６において、プルアップ－プルダウン出力部５はＰＵ信号を受けてプルアップ動作を実施する。プルアップ制御部５１は、ＰＮＰトランジスタ５１ｂをオンにする。そのため、インバータ２の中性点ａの電圧Ｖａはバッテリー電圧付近となる。相電圧検出部４は、中性点ａの電圧Ｖａがバッテリー電圧付近となったことを検知して制御部３にその情報を送る。制御部３は、ステップＳ０７において、中性点の電圧が接地電圧ではないと判定して全相の半導体スイッチング素子は故障していないと判断する。そして、制御部３は、相電圧検出部４からの情報を受け取ると時刻Ｄ１においてＰＵ信号の出力を停止する。このようにして図３に示すフローチャートにおけるステップＳ０６からステップＳ０７が終了する。制御部３は、時刻Ａ１から時刻Ｄ１までの一連のプルダウン動作とプルアップ動作とが完了した時刻Ｅ１において故障チェック指令を停止する。このようにして、半導体スイッチング素子が正常なときの故障検出の手順は終了する。

なお、故障チェック指令の出力からプルダウン信号の出力までの間に時間の遅れがある場合には、その時間の遅れの間に相電圧検出部４が相電圧を検出することで故障を早めに検出することも可能である。

図５は、本実施の形態の電力変換装置において、半導体スイッチング素子に故障があるときの故障検出のタイムチャートである。図５は、下アームの半導体スイッチング素子２ｂのドレインとソースとの間が短絡故障している場合のタイムチャートである。図５において、下アームの半導体スイッチング素子２ｂのドレインとソースとの間の電圧をＶＤＳ＿ＵＬとして示している。

時刻Ａ２において、下アームの半導体スイッチング素子２ｂのドレインとソースとの間に短絡故障が発生したとする。この短絡故障によってインバータ２の中性点ａの電圧Ｖａは接地電圧付近となる。同時に、下アームの半導体スイッチング素子２ｂのドレインとソースとの間の電圧も接地電圧付近となる。時刻Ｂ２において、制御部３は故障チェック指令を相電圧検出部４、プルアップ－プルダウン出力部５および全相オフ指令部６に送ることで故障検出を開始する。全相オフ指令部６は、故障チェック指令が出力されている間は全相の半導体スイッチング素子にオフ指令を送信する。このようにして、図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ０１およびステップＳ０２が終了する。

時刻Ｂ２において、制御部３は、ＰＤ信号をプルアップ－プルダウン出力部５に送る。ステップＳ０３において、プルアップ－プルダウン出力部５はＰＤ信号を受けてプルダウン動作を実施する。プルダウン制御部５２は、ＮＰＮトランジスタ５２ａをオンにする。そのため、インバータ２の中性点ａの電圧Ｖａは接地電圧付近となる。相電圧検出部４は、ステップＳ０４において、中性点ａの電圧Ｖａが接地電圧付近となったことを検知して制御部３にその情報を送る。制御部３は、ステップＳ０４において、中性点の電圧がバッテリー電圧ではないと判定してステップＳ０６に進む。そして、制御部３は、相電圧検出部４からの情報を受け取ると時刻Ｃ２においてＰＤ信号の出力を停止する。このようにして図３に示すフローチャートにおけるステップＳ０３からステップＳ０４が終了する。

制御部３からのＰＤ信号の出力が停止されても、半導体スイッチング素子２ｂのドレインとソースとの間が短絡故障しているのでインバータ２の中性点ａの電圧Ｖａは接地電圧を維持する。時刻Ｄ２において、制御部３は、ＰＵ信号をプルアップ－プルダウン出力部５に送る。ステップＳ０６において、プルアップ－プルダウン出力部５はＰＵ信号を受けてプルアップ動作を実施する。プルアップ制御部５１は、ＰＮＰトランジスタ５１ｂをオンにする。半導体スイッチング素子２ｂが正常であればインバータ２の中性点ａの電圧Ｖａはバッテリー電圧付近となるはずであるが、半導体スイッチング素子２ｂのドレインとソースとの間が短絡故障しているので電圧Ｖａは接地電圧付近を維持することになる。相電圧検出部４は、中性点ａの電圧Ｖａが接地電圧付近となっていることを検知して制御部３にその情報を送る。制御部３は、ステップＳ０７において、中性点の電圧が接地電圧であると判定してステップＳ０８に進む。制御部３は、ステップＳ０８において、下アームの半導体スイッチング素子のオフ機能が故障している判断して、その情報を上位機器に通知する。そして、制御部３は、相電圧検出部４からの情報を受け取ると時刻Ｅ２においてＰＵ信号の出力を停止する。このようにして図３に示すフローチャートにおけるステップＳ０６からステップＳ０８が終了する。制御部３は、時刻Ａ２から時刻Ｅ２までの一連のプルダウン動作とプルアップ動作とが完了した時刻Ｆ２において故障チェック指令を停止する。このようにして、下アームの半導体スイッチング素子が故障しているときの故障検出の手順は終了する。制御部３は、下アームの半導体スイッチング素子２ｂが故障していることを検出した場合は、バッテリー１１からの電力供給を停止させる。

図６は、上アームの半導体スイッチング素子２ａのドレインとソースとの間が短絡故障している場合のタイムチャートである。図６において、上アームの半導体スイッチング素子２ａのドレインとソースとの間の電圧をＶＤＳ＿ＵＨとして示している。

時刻Ａ３において、上アームの半導体スイッチング素子２ａのドレインとソースとの間に短絡故障が発生したとする。この短絡故障によってインバータ２の中性点ａの電圧Ｖａはバッテリー電圧付近となる。同時に、上アームの半導体スイッチング素子２ａのドレインとソースとの間の電圧は接地電圧付近となる。時刻Ｂ３において、制御部３は故障チェック指令を相電圧検出部４、プルアップ－プルダウン出力部５および全相オフ指令部６に送ることで故障検出を開始する。全相オフ指令部６は、故障チェック指令が出力されている間は全相の半導体スイッチング素子にオフ指令を送信する。このようにして、図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ０１およびステップＳ０２が終了する。

時刻Ｂ３において、制御部３は、ＰＤ信号をプルアップ－プルダウン出力部５に送る。ステップＳ０３において、プルアップ－プルダウン出力部５はＰＤ信号を受けてプルダウン動作を実施する。プルダウン制御部５２は、ＮＰＮトランジスタ５２ａをオンにする。半導体スイッチング素子２ａが正常であればインバータ２の中性点ａの電圧Ｖａは接地電圧付近となるはずであるが、半導体スイッチング素子２ａのドレインとソースとの間が短絡故障しているので電圧Ｖａはバッテリー電圧付近を維持することになる。相電圧検出部４は、中性点ａの電圧Ｖａがバッテリー電圧付近となっていることを検知して制御部３にその情報を送る。制御部３は、ステップＳ０４において、中性点の電圧がバッテリー電圧であると判定してステップＳ０５に進む。制御部３は、ステップＳ０５において、上アームの半導体スイッチング素子２ａのオフ機能が故障している判断して、その情報を上位機器に通知する。そして、制御部３は、相電圧検出部４からの情報を受け取ると時刻Ｃ３においてＰＤ信号の出力を停止する。このようにして図３に示すフローチャートにおけるステップＳ０３からステップＳ０５が終了する。制御部３は、時刻Ａ３から時刻Ｃ３までの一連のプルダウン動作が完了した時刻Ｄ３において故障チェック指令を停止する。このようにして、上アームの半導体スイッチング素子が故障しているときの故障検出の手順は終了する。制御部３は、上アームの半導体スイッチング素子が故障していることを検出した場合は、バッテリー１１からの電力供給を停止させる。

このように構成された電力変換装置においては、全相オフ指令部が全ての半導体スイッチング素子にオフ指令を出力し、プルアップ－プルダウン出力部はオフ指令が出力されている間にプルアップ動作およびプルダウン動作を行い、制御部が相電圧検出部で検出されたプルアップ動作およびプルダウン動作に対する相電圧に基づいて半導体スイッチング素子の故障を検出しているので、オフ機能故障が発生しているにも関わらずオフ機能故障が発生していないと判定することがない。そのため、本実施の形態の電力変換装置は、故障検出の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態の電力変換装置は、回転電機が力行制御または回生制御で駆動する前にすべての半導体スイッチング素子をオフにして故障検出を行うことができるので、上アームと下アームとが上下短絡するような貫通電流を流さずに、回転電機のフェールセーフを実現できる。

なお、本実施の形態の電力変換装置においては、制御部とは別に全相オフ指令部を備えた構成としたが、制御部に全相オフ指令部が含まれた構成でもよい。同様に、制御部にプルアップ－プルダウン出力部が含まれた構成でもよい。

また、本実施の形態の電力変換装置として、３相の巻線を備えた回転電機とバッテリーとの間に設置される３相ブリッジ型のインバータを有する電力変換装置の例を示した。本実施の形態の構成は、ｎを３以上の整数とし、ｎ相の巻線を有する回転電機とバッテリーとの間に設置されるｎ相ブリッジ型のインバータを有する電力変換装置にも適用できる。

本実施の形態に係る電力変換装置１の制御部３は、ハードウェアの一例を図７に示すように、プロセッサ１００と記憶装置１０１とから構成される。記憶装置１０１は、図示していないが、ランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１００は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１００は、演算結果などのデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、およ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。
したがって、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が含まれるものとする。

１電力変換装置、２インバータ、２ａ～２ｆ半導体スイッチング素子、３制御部、４相電圧検出部、５プルアップ－プルダウン出力部、６全相オフ指令部、１１バッテリー、１２回転電機、５１プルアップ制御部、５１ａ、５２ａＮＰＮトランジスタ、５１ｂＰＮＰトランジスタ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５２ｂ、５２ｃ、５３抵抗体、５１ｇ、５２ｄダイオード、１００プロセッサ、１０１記憶装置。

本願の電力変換装置は、ｎを３以上の整数とし、ｎ相の巻線を有する回転電機とバッテリーとの間に設置される電力変換装置である。そして、この電力変換装置は、２つの半導体スイッチング素子の直列接続で構成された上アームおよび下アームがｎ個並列に接続されたｎ相ブリッジ型のインバータと、半導体スイッチング素子を制御する制御部と、ｎ個の前記上アームと前記下アームとの中性点は前記ｎ相の巻線にそれぞれ接続されており、少なくとも１つの前記中性点の電圧を相電圧として検出する相電圧検出部と、全ての半導体スイッチング素子にオフ指令を出力する全相オフ指令部と、１つの前記中性点に対してプルアップ動作およびプルダウン動作を行うプルアップ－プルダウン出力部とを有しており、プルアップ－プルダウン出力部は、全相オフ指令部がオフ指令を出力している間にプルアップ動作およびプルダウン動作を行い、制御部は、相電圧検出部で検出されたプルアップ動作およびプルダウン動作に対する相電圧に基づいて半導体スイッチング素子の故障を検出する。

本願の電力変換装置は、ｎを３以上の整数とし、ｎ相の巻線を有する回転電機とバッテリーとの間に設置される電力変換装置である。そして、この電力変換装置は、上アームの半導体スイッチング素子と下アームの半導体スイッチング素子とが直列に接続されたものがｎ個並列に接続されたｎ相ブリッジ型のインバータと、半導体スイッチング素子を制御する制御部と、上アームの半導体スイッチング素子と下アームの半導体スイッチング素子との直列接続のｎ個の中性点は前記ｎ相の巻線にそれぞれ接続されており、少なくとも１つの前記中性点の電圧を相電圧として検出する相電圧検出部と、全ての半導体スイッチング素子にオフ指令を出力する全相オフ指令部と、１つの前記中性点に対してプルアップ動作およびプルダウン動作を行うプルアップ－プルダウン出力部とを有しており、プルアップ－プルダウン出力部は、全相オフ指令部がオフ指令を出力している間にプルアップ動作およびプルダウン動作を行い、制御部は、相電圧検出部で検出されたプルアップ動作およびプルダウン動作に対する相電圧に基づいて半導体スイッチング素子の故障を検出する。

Claims

ｎを３以上の整数とし、ｎ相の巻線を有する回転電機とバッテリーとの間に設置される電力変換装置であって、
複数の半導体スイッチング素子で構成された上アームおよび下アームを有するｎ相ブリッジ型のインバータと、
前記半導体スイッチング素子を制御する制御部と、
前記インバータが出力する相電圧を検出する相電圧検出部と、
全ての前記半導体スイッチング素子にオフ指令を出力する全相オフ指令部と、
前記上アームと前記下アームとの中性点に対してプルアップ動作およびプルダウン動作を行うプルアップ－プルダウン出力部とを有し、
前記プルアップ－プルダウン出力部は、前記全相オフ指令部が前記オフ指令を出力している間に前記プルアップ動作および前記プルダウン動作を行い、
前記制御部は、前記相電圧検出部で検出された前記プルアップ動作および前記プルダウン動作に対する前記相電圧に基づいて前記半導体スイッチング素子の故障を検出することを特徴とする電力変換装置。
前記制御部は、前記プルアップ動作に対して前記相電圧検出部で検出された前記相電圧が接地電圧であった場合は、前記下アームの前記半導体スイッチング素子のオフ機能が故障していると判断することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記プルダウン動作に対して前記相電圧検出部で検出された前記相電圧がバッテリー電圧であった場合は、前記上アームの前記半導体スイッチング素子のオフ機能が故障していると判断することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記プルアップ動作に対して前記相電圧検出部で検出された前記相電圧が接地電圧ではなかった場合でかつ前記プルダウン動作に対して前記相電圧検出部で検出された前記相電圧がバッテリー電圧ではなかった場合は、全ての前記半導体スイッチング素子は正常であると判断することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
ｎを３以上の整数とし、ｎ相の巻線を有する回転電機とバッテリーとの間に設置され、複数の半導体スイッチング素子で構成され上アームおよび下アームを有するｎ相ブリッジ型のインバータを有する電力変換装置の駆動方法であって、
全ての前記半導体スイッチング素子をオフにするオフ指令ステップと、
前記上アームと前記下アームとの中性点に対してプルダウン動作を行うプルダウンステップと、
前記プルダウン動作に対する相電圧に基づいて前記上アームの前記半導体スイッチング素子の故障判定を行う第１判定ステップと、
前記上アームと前記下アームとの中性点に対してプルアップ動作を行うプルアップステップと、
前記プルアップ動作に対する相電圧に基づいて前記下アームの前記半導体スイッチング素子の故障判定を行う第２判定ステップとを備えたことを特徴とする電力変換装置の駆動方法。