JP2023172654A - 電力変換装置、電力変換装置のスイッチ故障検知方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電圧検出器を用いずに、突入電流抑制回路に用いられているスイッチの短絡故障及び開放故障を検出すること。【解決手段】電力変換装置１は、直流電源部２の直流母線に接続された平滑コンデンサ２１と、平滑コンデンサ２１に流れる突入電流を抑制するための抵抗２２と、抵抗２２と並列に接続されたスイッチ２３とを備える。電力変換装置１は、スイッチ２３と直列に接続され、スイッチ２３に流れる電流を検出する電流センサ２６と、運転開始時においてスイッチ２３を開放状態とし、その後、所定の条件を満たした場合にスイッチ２３を閉じるスイッチ制御部と、電流センサ２６の検出値に基づいて、スイッチの故障を検知する故障検知部とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電力変換装置、電力変換装置のスイッチ故障検知方法、及びプログラムに関するものである。

従来、電力変換装置では、直流電力の変動成分を平滑化するために、平滑コンデンサが設けられている。このような平滑コンデンサを備える電力変換装置では、電源の投入時において、平滑コンデンサを充電するために、短時間に定常状態よりもはるかに高い電流（以下「突入電流」という。）が発生する。

このような突入電流を抑制するために、電力変換装置には、突入電流抑制回路が設けられている。突入電流抑制回路は、例えば、平滑コンデンサの入力側に設けられた抵抗器と、その抵抗器と並列に接続されたスイッチとを備える構成とされている。そして、電力変換装置の起動時には、スイッチを開放状態として抵抗器を経由して平滑コンデンサを充電し、充電が完了した後に、スイッチを閉じ、通常運転に入ることとしている（特許文献１，２参照）。

ここで、突入電流抑制回路に用いられるスイッチが故障した場合には、電力変換装置の素子の劣化や損傷等を防ぐために、迅速にその故障を検知する必要がある。
例えば、特許文献１には、突入電流抑制回路を構成する抵抗器の両端の抵抗電圧又は抵抗器に流れる抵抗電流を検出し、スイッチを閉じてから予め決められた所定時間が経過しても、抵抗電圧又は抵抗電流が第２閾値以下にならない場合に、スイッチが故障していると判定することが開示されている。

また、特許文献２には、スイッチとしてＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ－Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）サイリスタ等の自己消弧形素子を採用するとともに、突入電流抑制回路の入力側の電圧と、出力側の電圧とをそれぞれ検出するための電圧検出器を設け、電圧センサによって検出された電圧と、スイッチのゲート制御信号とに基づいて、スイッチの短絡故障を検出する方法が開示されている。具体的には、特許文献２には、電力変換装置の停止時において、スイッチをオフした後に、電力変換装置を停止させることによって、スイッチがオフしている期間を設け、その期間において、電圧検出器によって検出された入力側電圧と出力側電圧とに電圧差が生じなかった場合に、スイッチの短絡故障を検出することが開示されている。

特開２０２０－１４５８０９号公報 特開２００１－２４５４０１号公報

特許文献１に開示されているスイッチの故障判定方法では、スイッチの開放故障は容易に検知することができるが、スイッチの半断線故障を判定することは難しかった。
また、特許文献２に開示されるスイッチの故障判定方法では、スイッチの短絡故障を迅速に検知できるが、突入電流抑制回路の入力側と出力側とに電圧検出器を設ける必要があった。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電圧検出器を用いずに、突入電流抑制回路に用いられているスイッチの短絡故障及び開放故障を検出することのできる電力変換装置、電力変換装置のスイッチ故障検出方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本開示の第１態様は、直流電源部の直流母線に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制するための抵抗と、前記抵抗と並列に接続されたスイッチとを備える電力変換装置であって、前記スイッチと直列に接続され、前記スイッチに流れる電流を検出する電流センサと、運転開始時において前記スイッチを開放状態とし、その後、所定の条件を満たした場合に前記スイッチを閉じるスイッチ制御部と、前記電流センサの検出値に基づいて、前記スイッチの故障を検知する故障検知部とを具備する電力変換装置である。

本開示の第２態様は、コンピュータを上記故障検知部として機能させるためのプログラムである。

本開示の第３態様は、直流電源部の直流母線に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制するための抵抗と、前記抵抗と並列に接続されたスイッチとを備える電力変換装置のスイッチ故障検知方法であって、前記スイッチと直列に接続された電流センサによって、前記スイッチに流れる電流を検出し、コンピュータが、運転開始時において前記スイッチを開放状態とし、その後、所定の条件を満たした場合に前記スイッチを閉じるように、スイッチの開閉を制御し、前記スイッチの開閉制御と、前記電流センサの検出値とに基づいて、前記スイッチの故障を検知する電力変換装置のスイッチ故障検知方法である。

電圧検出器を用いずに、突入電流抑制回路に用いられているスイッチの短絡故障及び開放故障を検出することができるという効果を奏する。

本開示の第１実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示した回路図である。 本開示の第１実施形態に係る制御装置によって実行される電力変換装置の起動時における制御の一例について説明するためのフローチャートである。 本開示の第１実施形態に係る制御装置によって実行される電力変換装置の起動時における制御の一例について説明するためのフローチャートである。 本開示の第１実施形態に係る電力変換装置が正常である場合を仮定した場合に、スイッチを開放のままメインコンタクタをオンしたときの電流の流れるルートを示した図である。 本開示の第１実施形態に係る電力変換装置が正常である場合を仮定した場合に、メインコンタクタがオンしている状態でスイッチを閉じたときの電流の流れるルートを示した図である。 本開示の第２実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示した回路図である。 本開示の第２実施形態に係る制御装置によって実行される電力変換装置の起動時における制御の一例について説明するためのフローチャートである。 本開示の第２実施形態に係る制御装置によって実行される電力変換装置の起動時における制御の一例について説明するためのフローチャートである。

〔第１実施形態〕
以下に、本開示の第１実施形態に係る電力変換装置、電力変換装置のスイッチ故障検知方法、及びプログラムについて、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る電力変換装置は、例えば、電動コンプレッサを駆動するモータ駆動に用いられる。また、電動コンプレッサの用途の一例として、陸上輸送用冷凍ユニットが挙げられる。
以下、本実施形態に係る電力変換装置を陸上輸送用冷凍ユニットに搭載された電動コンプレッサを駆動するためのモータ駆動装置に適用する場合を例示して説明する。
なお、本開示の電力変換装置は、以下に示す用途に限らず、電力変換を必要とする様々な装置に適用することが可能である。

図１は、本開示の第１実施形態に係る電力変換装置１の概略構成を示した回路図である。図１に示すように、電力変換装置１は、直流電源部２と、直流電源部２からの直流電力を交流電力に変換するインバータ３とを備える。インバータ３からの交流電力は、例えば、モータ４に印加され、モータ４を駆動する。更に、電力変換装置１は、電力変換装置１を構成する各素子を制御する制御装置５を備えている。

直流電源部２には、直流電力の変動成分を平滑化するための平滑コンデンサ２１が設けられている。平滑コンデンサ２１は、一端が直流電源部２の正極電路に、他端が直流電源部の負極電路に接続されている。また、直流電源部２には、電源投入時において、平滑コンデンサ２１に流れる突入電流を抑制するための突入電流抑制回路が設けられている。突入電流抑制回路は、例えば、平滑コンデンサ２１よりも電源側に設けられた抵抗２２と、抵抗２２と並列に接続されたスイッチ２３とを備えている。抵抗２２は、例えば、直流電源部２の正極電路に接続されている。スイッチ２３は、例えば、リレースイッチ等の機械式スイッチである。

また、直流電源部２は、抵抗２２と直列に接続されたコイル２４及びメインコンタクタ２５を備えている。メインコンタクタ２５のオンオフ（開閉）は、例えば、車両の制御装置（例えば、車両側ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））により制御される。コイル２４及び平滑コンデンサ２１により、フィルタ回路が構成される。フィルタ回路は、出力側へのノイズや高調波電流を抑制する。
スイッチ２３には、電流センサ２６が直列に接続されている。電流センサ２６は、スイッチ２３に流れる電流を検出し、その電流検出値を制御装置５に出力する。電流センサ２６は、例えば、絶縁電流センサである。絶縁電流センサの一例として、ホール素子、絶縁アンプ等が挙げられる。

インバータ３を構成するブリッジ回路のスイッチング及びスイッチ２３の開閉等は、制御装置５によって制御される。
制御装置５は、例えば、通信線を介して上位のＥＣＵと接続され、上位のＥＣＵとの間で制御信号を送受信する。制御装置５は、上位のＥＣＵからの制御信号に基づいてインバータ３を駆動することにより、モータ４に印加する交流電力を制御する。制御装置５は、上位のＥＣＵからの制御信号及び平滑コンデンサ２１の両端電圧に基づいて、スイッチ２３の開閉を制御する。
ここで、「上位のＥＣＵ」は、陸上輸送用冷凍ユニット内に設置されているメイン基板に搭載されているＥＣＵであってもよいし、車両側ＥＣＵであってもよいし、これら両方を含んでいてもよい。

また、制御装置５には、直流電源部２の正極電圧に応じた電圧検出値が出力される。電圧検出値は、例えば、平滑コンデンサ２１の両端電圧を所定の抵抗比で分圧した電圧検出値である。また、制御装置５には、電流センサ２６によって検出された電流検出値が出力される。

制御装置５は、上述の電圧検出値及び電流検出値を用いて、メインコンタクタ２５及びスイッチ２３の故障を検知する故障検知機能（故障検知部）を備えている。

制御装置５は、例えば、マイクロコンピュータである。制御装置５は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、キャッシュメモリ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の書き込み可能なメモリで構成された主記憶装置（Ｍａｉｎ Ｍｅｍｏｒｙ）、二次記憶装置（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｔｏｒａｇｅ：メモリ）などを備えている。二次記憶装置は、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）である。非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の一例として、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどが挙げられる。

次に、図２及び図３を参照して、制御装置５によって実行される電力変換装置１の起動時における制御について説明する。図２及び図３は、電力変換装置１の起動時における処理手順の一例を示したフローチャート図である。後述する一連の処理は、一例として、プログラムの形式で制御装置５の二次記憶装置に記憶されており、このプログラムをＣＰＵ（プロセッサ）が主記憶装置に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

まず、電力変換装置１は、電源投入前において、メインコンタクタ２５がオフ（開状態）、かつ、スイッチ２３が開状態とされている（ＳＡ１）。制御装置５は、この状態において、電圧検出値が第１電圧閾値Ｖｔｈ１よりも大きいか否かを判定する（ＳＡ２）。この結果、電圧検出値が第１電圧閾値Ｖｔｈ１よりも大きい場合には（ＳＡ２：ＹＥＳ）、メインコンタクタ２５の短絡故障と判定し（ＳＡ３）、ＥＣＵへ故障内容を含むエラー通知を行う（ＳＡ４）。これにより、メインコンタクタ２５とは異なるコンタクタ等によって電力変換装置１への電源供給が遮断される。また、スイッチ２３はオフ状態とされる。

一方、ステップＳＡ２において、電圧検出値が第１電圧閾値Ｖｔｈ１以下である場合には（ＳＡ２：ＮＯ）、電流検出値が所定の第１電流閾値（第１閾値）Ｉｔｈ１よりも大きいか否かを判定する（ＳＡ５）。この結果、電流検出値が第１電流閾値Ｉｔｈ１よりも大きい場合（ＳＡ５：ＹＥＳ）、電流が流れていないにもかかわらず電流を誤検知しているため、電流センサ２６の故障と判定し（ＳＡ６）、ＥＣＵに対して故障内容を含むエラー通知を行う（ＳＡ７）。このとき、メインコンタクタ２５は開放され、スイッチは開放された状態とされる。

次に、ステップＳＡ５において、電流検出値が所定の第１電流閾値Ｉｔｈ１以下である場合には（ＳＡ５：ＮＯ）、制御装置５は、スイッチ２３を開状態としたまま、メインコンタクタ２５をオンさせる（ＳＡ８）。これにより、正常な状態であれば、図４に示すように、電源（例えば、車載の高電圧バッテリ）３０からの直流電力が電力変換装置１に供給される。これにより、電源３０からメインコンタクタ２５、コイル２４、抵抗２２を経由して平滑コンデンサ２１に電流が流れる。このとき、抵抗２２により、突入電流は抑制される。

続いて、制御装置５は、電流検出値が第２電流閾値Ｉｔｈ２よりも大きいか否かを判定する（図３のＳＡ９）。この結果、電流検出値が第２電流閾値Ｉｔｈ２よりも大きい場合には（ＳＡ９：ＹＥＳ）、スイッチ２３の短絡故障を検知し（ＳＡ１０）、図２のステップＳＡ７に移行する。

一方、電流検出値が第２電流閾値Ｉｔｈ２以下である場合には（ＳＡ９：ＮＯ）、平滑コンデンサ２１の充電が完了したかを判定する（ＳＡ１１）。これは、例えば、電圧検出値が予め設定されている充電閾値以上であるか否かによって判定されてもよい。また、メインコンタクタ２５をオンしてからの時間で判定してもよい。この点については、公知の技術であるから、公知の技術を適宜採用すればよい。

続いて、平滑コンデンサ２１の充電が完了したと判定した場合には（ＳＡ１１：ＹＥＳ）、制御装置５は、メインコンタクタ２５をオン状態で維持したまま、スイッチ２３を閉じる（ＳＡ１２）。これにより、正常な状態であれば、図５に示すように、電源３０からメインコンタクタ２５、コイル２４、電流センサ２６、スイッチ２３を経由してインバータ３に電流が流れることとなる。

続いて、制御装置５は、電流検出値が第３電流閾値Ｉｔｈ３以下か否かを判定する（ＳＡ１３）。この結果、電流検出値が第３電流閾値Ｉｔｈ３以下である場合には（ＳＡ１３：ＹＥＳ）、スイッチ２３の開放故障を検知し（ＳＡ１４）、図２のステップＳＡ７に戻る。

一方、制御装置５は、電流検出値が第３電流閾値Ｉｔｈ３よりも大きい場合には（ＳＡ１３：ＮＯ）、スイッチ２３は正常と判断し（ＳＡ１５）、起動時の処理を終了する。この後、制御装置５は、通常の運転制御、すなわち、インバータ制御等を行うことにより、車両のＥＣＵからの制御信号に基づくモータ駆動制御を引き続き行う。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電力変換装置１、スイッチ故障検知方法、及びプログラムによれば、以下の作用効果を奏する。

電力変換装置１は、スイッチ２３と直列に接続され、スイッチ２３に流れる電流を検出する電流センサ２６と、電流センサ２６の検出値に基づいて、スイッチ２３の故障を検知する制御装置（故障検知部）５とを備えている。電流センサ２６は、スイッチ２３と直列に接続されているので、スイッチ２３に流れる電流を直接的に検出することができる。これにより、スイッチ２３の開放故障及び短絡故障の両方を迅速に検知することが可能となる。また、電圧センサを用いずに、スイッチ２３の故障検知を行うことができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る電力変換装置１ａ、電力変換装置１ａのスイッチ故障検知方法、及びプログラムについて図面を参照して説明する。本実施形態に係る電力変換装置１ａは、スイッチ２３ａとして半導体スイッチを用いる点で、上述した第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図６は、本開示の第２実施形態に係る電力変換装置１ａの概略構成を示した回路図である。図６に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１ａの直流電源部２ａは、スイッチ２３ａを備えている。スイッチ２３ａは、半導体スイッチであり、一例として、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等が挙げられる。

更に、電力変換装置１ａは、スイッチ２３ａを駆動するためのゲートドライバ（スイッチ駆動部）２８を備えている。ゲートドライバ２８は、例えば、絶縁ゲートドライバである。ゲートドライバ２８は、制御装置５ａ（例えばマイコン）からのスイッチ制御信号に基づいてスイッチ２３ａのオンオフを制御する。ここで、スイッチ２３ａのオン状態は、スイッチ２３ａが閉じた状態で電流が流れることを意味し、スイッチ２３ａのオフ状態は、スイッチ２３ａが開放された状態で電流が流れないことを意味する。

ゲートドライバ２８は、内部異常診断機能を備えている。例えば、ゲートドライバ２８は、入力電圧に対する出力電圧が所定の電圧値以外（入出力論理不一致）となった場合に、入出力異常と判定し、ＲＤＹ信号を「Ｌ」（ＬＯＷ）にして出力する。なお、内部異常が検知されていない場合、すなわち、正常状態では、ＲＤＹ信号は「Ｈ」（ＨＩＧＨ）とされる。

また、ゲートドライバ２８は、スイッチ２３ａが過電流状態であることを検知する機能を有しており、過電流状態であることを検知すると、ＦＬＴ信号を「Ｌ」（ＬＯＷ）にする。例えば、スイッチ２３ａに過電流が流れると、スイッチ２３ａ（ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ）のドレイン－ソース間に所定値以上の電圧（電位差）が発生する。この所定値は、スイッチ２３ａの電気的特性と分圧抵抗２９により設定される。所定値以上のドレイン－ソース間電圧が発生すると、分圧抵抗２９からゲートドライバ２８に出力される電圧が変化して所定の閾値以上となる。ゲートドライバ２８は、この電圧が閾値以上であることを検知すると、スイッチ２３ａの過電流を検知して、ＦＬＴ信号を「Ｌ」にして出力する。なお、スイッチ２３ａの過電流が検知されていない場合、すなわち、正常状態では、ＦＬＴ信号は、「Ｈ」（ＨＩＧＨ）とされる。

次に、図７及び図８を参照して、本実施形態に係る制御装置５ａによって実行される電力変換装置１の起動時における制御方法について説明する。図７及び図８は、電力変換装置１の起動時における処理手順の一例を示したフローチャート図である。後述する一連の処理は、一例として、プログラムの形式で制御装置５ａの二次記憶装置に記憶されており、このプログラムをＣＰＵ（プロセッサ）が主記憶装置に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

なお、ステップＳＢ１～ＳＢ７については、上述した第１実施形態に係るステップＳＡ１～ＳＡ７にそれぞれ対応するため、ここでの説明を省略する。

ステップＳＢ８において、制御装置５ａは、ゲートドライバ２８からのＲＤＹ信号が「Ｈ」、すなわち、正常状態を示しているか否かを判定する（ＳＢ８）。この結果、ＲＤＹ信号が「Ｌ」である場合には（ＳＢ８：ＮＯ）、ゲートドライバ内部異常と判定し（ＳＢ９）、ステップＳＢ７に移行する。一方、ＲＤＹ信号が「Ｈ」である場合には（ＳＢ８：ＹＥＳ）、続いて、ＦＬＴ信号が「Ｈ」、すなわち、正常状態を示しているか否かを判定する（ＳＢ１０）。

この結果、ＦＬＴ信号が「Ｌ」である場合には（ＳＢ１０：ＮＯ）、メインコンタクタ２５がオンしておらず電圧が印加されていないにもかかわらず、ゲートドライバ２８は、スイッチ２３ａに過電流が流れていると判定していることとなるから、ゲートドライバ２８の故障と判定し（ＳＢ１１）、ステップＳＢ７に移行する。一方、ＦＬＴ信号が「Ｈ」である場合には（ＳＢ１０：ＹＥＳ）、スイッチ２３ａは開状態とされたまま、メインコンタクタ２５がオンされる（図８のＳＢ１２）。これにより、正常な状態であれば、電源（例えば、車載の高電圧バッテリ）３０からの直流電力が電力変換装置１に供給される（図４参照）。

そして、続くステップＳＢ１３において、制御装置５ａは、電流検出値が第２電流閾値Ｉｔｈ２よりも大きいか否かを判定するとともに、ＦＬＴ信号が「Ｌ」であるか否かを判定する（ＳＢ１３）。この結果、両方の条件を満たしていた場合には、制御装置５ａは、スイッチ短絡故障と判定し（ＳＢ１４）、ステップＳＢ７（図７参照）に移行する。これにより、メインコンタクタ２５はオフ状態とされ、スイッチ２３ａはオフ状態が維持される。

ここで、実際にスイッチ２３ａに短絡故障が生じていた場合、電流検出値が第２電流閾値Ｉｔｈ２よりも大きく、かつ、ＦＬＴ信号も「Ｌ」になるはずである。つまり、ステップＳＢ１３の２つの条件は、両方満たされるはずである。したがって、２つの条件のアンドを取ることにより、スイッチ２３ａの短絡故障の検知精度を向上させることができる。
一方、上記２つの条件のうち、一方の条件しか満たしていない場合には、電流センサ２６及びゲートドライバ２８の検出結果に整合性が取れていないということになる。この場合には、スイッチ２３ａに短絡故障が生じているか否かが判定できず、更に、電流センサ２６又はゲートドライバ２８に故障が生じていると判定することができる。したがって、ステップＳＢ１３において、両方の条件がアンドで満たされていない場合には、スイッチ２３ａの短絡故障、電流センサ２６の故障、ゲートドライバ２８の故障の少なくともいずれか１つが発生していると判定する。

一方、ステップＳＢ１３において、いずれの条件も満たしていない場合には（ＳＢ１３：ＮＯ）、平滑コンデンサ２１の充電が完了したかを判定する（ＳＢ１５）。この判定条件については、第１実施形態のＳＡ１１と同様である。

続いて、平滑コンデンサ２１の充電が完了したと判定した場合には（ＳＢ１５：ＹＥＳ）、メインコンタクタ２５がオン状態で維持されたまま、制御装置５ａは、スイッチ２３ａをオン状態とする（ＳＢ１６）。具体的には、制御装置５ａは、ゲートドライバ２８に対してスイッチ２３ａをオンとするスイッチ制御信号を出力する。これにより、ゲートドライバ２８がスイッチ２３ａのゲートにゲート電圧を印加することにより、スイッチ２３ａがオン状態とされる。これにより、正常な状態であれば、電源３０からメインコンタクタ２５、コイル２４、電流センサ２６、スイッチ２３ａを経由して電流が流れることとなる（図５参照）。

続いて、制御装置５ａは、ゲートドライバ２８からのＲＤＹ信号が「Ｈ」、すなわち、正常状態を示しているか否かを判定する（ＳＢ１７）。この結果、ＲＤＹ信号が「Ｌ」である場合には（ＳＢ１７：ＮＯ）、ゲートドライバ内部異常と判定し（ＳＢ１８）、図７のステップＳＢ７に移行する。一方、ＲＤＹ信号が「Ｈ」である場合には（ＳＢ１７：ＹＥＳ）、続いて、電流検出値が第３電流閾値Ｉｔｈ３以下か否かを判定する（ＳＢ１９）。この結果、電流検出値が第３電流閾値Ｉｔｈ３以下である場合には（ＳＢ１９：ＹＥＳ）、スイッチ２３の開放故障を検知し（ＳＢ２０）、図７のステップＳＢ７に移行する。

一方、制御装置５は、電流検出値が第３電流閾値Ｉｔｈ３よりも大きい場合には（ＳＢ１９：ＮＯ）、スイッチ２３ａは正常と判断し（ＳＢ２１）、起動時の処理を終了する。この後、制御装置５ａは、通常の運転制御、すなわち、インバータ制御等を行うことにより、車両のＥＣＵからの制御信号に基づくモータ駆動制御を引き続き行う。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電力変換装置１ａ、スイッチ故障検知方法、及びプログラムによれば、以下の作用効果を奏する。

電力変換装置１ａにおいて、スイッチ２３ａは半導体スイッチとされており、半導体スイッチを駆動するためのゲートドライバ２８を備えている。ゲートドライバ２８は、スイッチ２３ａに過電流が流れているか否かを判定する機能（スイッチ２３ａの過電流検知部）、自身の異常を診断する異常診断機能（異常診断部）を備えている。したがって、制御装置５ａは、過電流が検知されたことを通知するためのＦＬＴ信号と、ゲートドライバ２８が異常であることを通知するためのＲＤＹ信号とに基づいて、スイッチ２３ａの故障判定、電流センサ２６の故障判定、ゲートドライバ２８の故障判定を行うことができる。

以上、本開示について実施形態を用いて説明したが、本開示の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。開示の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、上記実施形態で説明した起動時における処理の流れも一例であり、本開示の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

例えば、上述した実施形態では、電源３０から直流電力が供給される場合を例示して説明したが、この例に限られない。例えば、電源３０は、交流電源であってもよい。この場合、例えば、特許文献１に開示されているように、電力変換装置１，１ａは、交流電力を直流電力に変換するための整流器を更に備えていてもよい。

また、上述した各実施形態における第１電流閾値Ｉｔｈ１、第２電流閾値Ｉｔｈ２、第３電流閾値Ｉｔｈ３は、全て同じ値に設定されていてもよいし、一部が同じ値に設定されていてもよいし、全てが異なる値に設定されていてもよい。これらの閾値の決め方は、設計事項である。

また、上述した各実施形態では、電流センサ２６から電流値が出力される場合を例示して説明したが、これに限られない。例えば、電流センサ２６は、電流値を電圧値に変換する電流－電圧変換特性を有しており、この変換特性に基づいて電流値を電圧値に変換して、制御装置５、５ａに出力することとしてもよい。この場合、第１電流閾値Ｉｔｈ１、第２電流閾値Ｉｔｈ２、第３電流閾値Ｉｔｈ３についても、共通の電流―電圧変換特性を用いて電流を電圧に変換した後の値を用いればよい。

以上説明した実施形態に記載の電力変換装置１、電力変換装置のスイッチ故障検知方法、及びプログラムは、例えば以下のように把握される。

本開示の第１態様に係る電力変換装置（１，１ａ）は、直流電源部（２，２ａ）の直流母線に接続された平滑コンデンサ（２１）と、前記平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制するための抵抗（２２）と、前記抵抗と並列に接続されたスイッチ（２３，２３ａ）とを備える電力変換装置であって、前記スイッチと直列に接続され、前記スイッチに流れる電流を検出する電流センサ（２６）と、運転開始時において前記スイッチを開放状態とし、その後、所定の条件を満たした場合に前記スイッチを閉じるスイッチ制御部（５，５ａ）と、前記電流センサの検出値に基づいて、前記スイッチの故障を検知する故障検知部（５，５ａ）とを具備する。

本開示の電力変換装置によれば、電流センサは、スイッチと直列に接続されているので、スイッチに流れる電流を直接的に検出することができる。これにより、スイッチの開放故障及び短絡故障の両方を迅速に検知することが可能となる。また、電圧センサを用いずに、スイッチの故障検知を行うことができる。

本開示の第２態様に係る電力変換装置は、前記第１態様において、前記スイッチ（２３ａ）は、半導体スイッチとされ、前記電力変換装置は、前記スイッチ制御部からの指令に基づいて、前記半導体スイッチを駆動するスイッチ駆動部（２８）を備えることとしてもよい。

半導体スイッチを用いることにより、機械式スイッチを用いる場合に比べて反応速度を向上させることができる。また、耐電流特性の優れた機械式スイッチは大型化する上、高コストである。これに比べて、半導体スイッチを用いることにより、素子の小型化、コスト低減を図ることが可能となる。

本開示の第３態様に係る電力変換装置は、前記第１態様又は前記第２態様において、前記電流センサは、例えば、絶縁電流センサである。

絶縁電流センサとすることで、耐電流特性を向上させることができる。特に、車載の空気調和機等に用いられる電力変換装置の場合、電源は、車載の高圧バッテリから供給されるため、高電圧電源となる。このような場合でも、絶縁電流センサを用いることにより、スイッチに流れる電流を確実に検出することが可能となる。

本開示の第４態様に係る電力変換装置は、前記第１態様から前記第３態様のいずれかにおいて、前記故障検知部は、前記直流電源部に電圧が印加されていない状態において、前記電流センサの検出値が所定の第１閾値よりも大きい場合に、前記電流センサの故障を検知することとしてもよい。

直流電源部に電圧が印加されていない状態とは、すなわち、スイッチに電流が流れていない状態である。このような場合に、電流センサの検出値が第１閾値よりも大きい場合には、電流センサ自体の故障として判定する。

本開示の第５態様に係る電力変換装置は、前記第１態様から前記第４態様のいずれかにおいて、前記故障検知部は、前記直流電源部に電圧が印加されているとともに、前記スイッチ制御部によって前記スイッチが開放状態に制御されている場合において、前記電流センサの検出値が所定の第２閾値よりも大きい場合に、前記スイッチの短絡故障を検知することとしてもよい。

直流電源部に電圧が印加されている場合であって、スイッチが開放状態に制御されている場合には、スイッチに電流が流れていない状態を意味する。この場合において、電流センサによって第２閾値よりも大きい検出値が検出された場合には、スイッチが短絡故障していると判定する。

本開示の第６態様に係る電力変換装置は、前記第１態様から前記第４態様のいずれかにおいて、前記故障検知部は、前記直流電源部に電圧が印加されているとともに、前記スイッチ制御部によって前記スイッチが閉状態に制御されている場合において、前記電流センサの検出値が所定の第３閾値以下である場合に、前記スイッチの開放故障を検出することとしてもよい。

直流電源部に電圧が印加されている場合であって、スイッチが閉状態に制御されている場合には、スイッチに電流が流れている状態を意味する。この場合において、電流センサによって第３閾値以下の検出値が検出された場合には、スイッチが開放故障していると判定する。

本開示の第７態様に係る電力変換装置は、前記第２態様において、前記スイッチ駆動部は、異常診断部を備え、前記故障検知部は、前記スイッチ駆動部から出力される異常通知信号（ＲＤＹ信号「Ｌ」）に基づいて、前記スイッチ駆動部の異常を検知することとしてもよい。

スイッチ駆動部が異常診断部を備えているので、スイッチ駆動部の異常を容易に検知することができる。

本開示の第８態様に係る電力変換装置は、前記第２態様又は前記第７態様において、前記スイッチ駆動部は、前記スイッチ（２３ａ）に過電流が流れているかを検知する過電流検知部を備え、前記故障検知部は、前記スイッチ駆動部から出力される過電流通知信号（ＦＬＴ信号「Ｌ」）と前記電流センサの検出値に基づく故障検知との整合性を評価することにより、前記スイッチの故障を検知することとしてもよい。

スイッチに短絡故障が生じている場合、電流センサの検出値は第２閾値よりも大きく、かつ、スイッチ駆動部からの過電流通知信号も過電流を示す信号となる。したがって、これら２つの結果がアンドである場合に、スイッチの故障と判定することで、スイッチの短絡故障の検知精度を向上させることができる。
この一方で、これらの条件に整合性が取れていない場合には、スイッチの短絡故障、電流センサの故障、ゲートドライバの故障の少なくともいずれか１つが発生していると判定する。

本開示の第９態様に係る電力変換装置は、前記第８態様において、前記故障検知部は、前記直流電源部に電圧が印加されていない状態において、前記スイッチ駆動部から過電流通知信号が通知された場合に、前記スイッチ駆動部の故障を検知することとしてもよい。

直流電源部に電圧が印加されていない状態とは、すなわち、スイッチに電流が流れていない状態である。このような場合に、スイッチ駆動部から過電流を通知する過電流通知信号が通知された場合には、スイッチ駆動部自体の故障として判定する。

本開示のプログラムは、コンピュータを前記第１態様から前記第９態様のいずれかに係る故障検知部として機能させるためのプログラムである。

本開示の電力変換装置のスイッチ故障検知方法は、直流電源部の直流母線に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制するための抵抗と、前記抵抗と並列に接続されたスイッチとを備える電力変換装置のスイッチ故障検知方法であって、前記スイッチと直列に接続された電流センサによって、前記スイッチに流れる電流を検出し、コンピュータが、運転開始時において前記スイッチを開放状態とし、その後、所定の条件を満たした場合に前記スイッチを閉じるように、スイッチの開閉を制御し、前記スイッチの開閉制御と、前記電流センサの検出値とに基づいて、前記スイッチの故障を検知する。

１ ：電力変換装置
１ａ ：電力変換装置
２ ：直流電源部
２ａ ：直流電源部
３ ：インバータ
４ ：モータ
５ ：制御装置
５ａ ：制御装置
２１ ：平滑コンデンサ
２２ ：抵抗
２３ ：スイッチ
２３ａ ：スイッチ
２４ ：コイル
２５ ：メインコンタクタ
２６ ：電流センサ
２８ ：ゲートドライバ
２９ ：分圧抵抗
３０ ：電源
Ｉｔｈ１ ：第１電流閾値
Ｉｔｈ２ ：第２電流閾値
Ｉｔｈ３ ：第３電流閾値

Claims (11)

1. 直流電源部の直流母線に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制するための抵抗と、前記抵抗と並列に接続されたスイッチとを備える電力変換装置であって、
   前記スイッチと直列に接続され、前記スイッチに流れる電流を検出する電流センサと、
   運転開始時において前記スイッチを開放状態とし、その後、所定の条件を満たした場合に前記スイッチを閉じるスイッチ制御部と、
   前記電流センサの検出値に基づいて、前記スイッチの故障を検知する故障検知部と
   を具備する電力変換装置。
2. 前記スイッチは、半導体スイッチであり、
   前記スイッチ制御部からの指令に基づいて、前記半導体スイッチを駆動するスイッチ駆動部を備える請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電流センサは、絶縁電流センサである請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記故障検知部は、前記直流電源部に電圧が印加されていない状態において、前記電流センサの検出値が所定の第１閾値よりも大きい場合に、前記電流センサの故障を検知する請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記故障検知部は、前記直流電源部に電圧が印加されているとともに、前記スイッチ制御部によって前記スイッチが開放状態に制御されている場合において、前記電流センサの検出値が所定の第２閾値よりも大きい場合に、前記スイッチの短絡故障を検知する請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記故障検知部は、前記直流電源部に電圧が印加されているとともに、前記スイッチ制御部によって前記スイッチが閉状態に制御されている場合において、前記電流センサの検出値が所定の第３閾値以下である場合に、前記スイッチの開放故障を検出する請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記スイッチ駆動部は、異常診断部を備え、
   前記故障検知部は、前記スイッチ駆動部から出力される異常通知信号に基づいて、前記スイッチ駆動部の異常を検知する請求項２に記載の電力変換装置。
8. 前記スイッチ駆動部は、前記スイッチに過電流が流れているかを検知する過電流検知部を備え、
   前記故障検知部は、前記スイッチ駆動部から出力される過電流通知信号と前記電流センサの検出値に基づく故障検知との整合性を評価することにより、前記スイッチの故障を検知する請求項２に記載の電力変換装置。
9. 前記故障検知部は、前記直流電源部に電圧が印加されていない状態において、前記スイッチ駆動部から過電流通知信号が通知された場合に、前記スイッチ駆動部の故障を検知する請求項８に記載の電力変換装置。
10. コンピュータを請求項１に記載の故障検知部として機能させるためのプログラム。
11. 直流電源部の直流母線に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制するための抵抗と、前記抵抗と並列に接続されたスイッチとを備える電力変換装置のスイッチ故障検知方法であって、
    前記スイッチと直列に接続された電流センサによって、前記スイッチに流れる電流を検出し、
    コンピュータが、
    運転開始時において前記スイッチを開放状態とし、その後、所定の条件を満たした場合に前記スイッチを閉じるように、スイッチの開閉を制御し、
    前記スイッチの開閉制御と、前記電流センサの検出値とに基づいて、前記スイッチの故障を検知する電力変換装置のスイッチ故障検知方法。