JP5700062B2

JP5700062B2 - 電力変換システム

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Description

本発明は、スイッチング素子を備えた電力変換システムに関する。

例えば特許文献１には、電力変換器の入力電流もしくは出力電流を用いて、電力変換器に構成されるスイッチング素子の温度変化幅を推定し、スイッチング素子の劣化度を表示する技術が開示されている。

特開２００７−２８７４１号公報

入出力電流を用いてスイッチング素子の温度を推定する上述の従来技術は、スイッチング素子の温度を温度センサで検出する技術に比べて検出精度が低い。しかしながら、高圧で動作するスイッチング素子の温度等の物理量をセンサで検出して低圧回路に伝達するには、回路間を電気的に絶縁した状態で電気信号を伝達する絶縁素子が必要なため、回路基板のスペースを確保することが難しい。

本発明は、回路基板のスペースを容易に確保できる、電力変換システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
スイッチング素子と、
前記スイッチング素子の状態を表す物理量情報の伝送と前記スイッチング素子の異常情報の伝送とを兼ねた伝送信号を出力する出力回路と、
前記伝送信号を電気的に絶縁した状態で伝達する絶縁素子と、
前記絶縁素子を介して伝達された信号から前記物理量情報を取り除くフィルタと、
前記絶縁素子を介して伝達された信号が前記フィルタを経由せずに入力される制御回路と、
前記フィルタを経由した信号に基づいて、前記スイッチング素子の通電を遮断する遮断回路とを備える、電力変換システムを提供するものである。

本発明によれば、回路基板のスペースを容易に確保できる。

電力変換システムの一例を示した概略構成図絶縁素子からフィルタ回路を経由して遮断回路に至るまでの信号伝送回路の具体例伝送信号を構成する信号パルスの仕様の一例伝送信号の通信仕様の一例１又は０のデータを１ビットで表した場合の信号仕様の一例１又は０のデータを２ビット以上で表した場合の信号仕様の一例電力変換システムの具体例を示した構成図

図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換システム１を概略的に示した構成図である。電力変換システム１は、例えば、いわゆるハイブリッド車両等の電動モータを走行駆動源として備える車両に搭載されるシステムである。電力変換システム１は、例えば、電動モータを駆動するインバータ制御システムに使用される。

電力変換システム１は、スイッチング素子１１〜１６と、出力回路２１〜２６と、絶縁素子３１〜３６と、フィルタ５１〜５６と、制御回路４０と、遮断回路６０とを備えている。電力変換システム１は、複数のスイッチング素子１１〜１６それぞれに対して、出力回路、絶縁素子及びフィルタを備えている。

スイッチング素子１１〜１６は、インバータに構成される半導体素子であって、オンオフ動作するものである。例えば、スイッチング素子１１〜１６は、それぞれ、Ｕ相の上アーム、Ｖ相の上アーム、Ｗ相の上アーム、Ｕ相の下アーム、Ｖ相の下アーム、Ｗ相の下アームである。スイッチング素子１１〜１６は、例えば、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなどの絶縁ゲートによる電圧制御型パワー素子でもよいし、バイポーラトランジスタでもよい。

出力回路２１は、スイッチング素子１１の状態を表す物理量情報の伝送とスイッチング素子１１の異常情報の伝送とを兼ねた伝送信号Ｓｏｕｔを絶縁素子３１に対して出力する回路である。出力回路２２は、スイッチング素子１２の状態を表す物理量情報の伝送とスイッチング素子１２の異常情報の伝送とを兼ねた伝送信号Ｓｏｕｔを絶縁素子３２に対して出力する回路である。出力回路２３〜２６についても同様である。

スイッチング素子の状態を表す物理量情報として、例えば、スイッチング素子自体又はスイッチング素子周囲の温度情報、スイッチング素子に流れる電流値情報、スイッチング素子に印加される電圧値情報などが挙げられる。

スイッチング素子の異常情報として、例えば、スイッチング素子が過熱していることを表す温度異常情報、スイッチング素子に過電流が流れていることを表す電流異常情報、スイッチング素子に過電圧が印加されていることを表す電圧異常情報などが挙げられる。また、スイッチング素子の異常情報は、オン指令を受けたスイッチング素子がオフのままであることを表すオフ異常情報（オープン故障情報）、オフ指令を受けたスイッチング素子がオンのままであることを表すオン異常情報（ショート故障情報）などでもよい。

絶縁素子３１〜３６は、パワーグランド基準で動作する高電圧回路（スイッチング素子１１〜１６、出力回路２１〜２６）と、パワーグランド基準と異なるシグナルグランド基準で動作する低電圧回路（制御回路４０、フィルタ５１〜５６及び遮断回路６０）との間を、電気的に絶縁する素子である。絶縁素子３１〜３６は、パワーグランドを基準電位とする伝送信号Ｓｏｕｔを、シグナルグランドを基準電位とする伝達信号Ｆｏｕｔに等価的に変換する。絶縁素子３１〜３６の具体例として、フォトカプラなどの光結合方式の絶縁素子が挙げられる。

絶縁素子３１は、出力回路２１から出力された伝送信号Ｓｏｕｔを、電気的に絶縁した状態で、制御回路４０及びフィルタ５１に伝達し、絶縁素子３２は、出力回路２２から出力された伝送信号Ｓｏｕｔを、電気的に絶縁した状態で、制御回路４０及びフィルタ５２に伝達する。絶縁素子３３〜３６についても同様である。

フィルタ５１は、絶縁素子３１を介して伝達された伝達信号Ｆｏｕｔからスイッチング素子１１の物理量情報を取り除く手段であり、フィルタ５２は、絶縁素子３２を介して伝達された伝達信号Ｆｏｕｔからスイッチング素子１２の物理量情報を取り除く手段である。フィルタ５３〜５６についても同様である。フィルタ５１〜５６の具体例として、ローパスフィルタが挙げられる。

制御回路４０は、絶縁素子３１〜３６のそれぞれを介して伝達された各伝達信号Ｆｏｕｔがフィルタ５１〜５６を経由せずに入力される回路である。制御回路４０の具体例として、ＣＰＵを備えたマイクロコンピュータが挙げられる。

制御回路４０は、伝達信号Ｆｏｕｔから、スイッチング素子１１〜１６それぞれの物理量情報を取得し、取得した物理量情報に基づいて、所定の動作を実行する。例えば、制御回路４０は、取得した物理量情報に基づいて、スイッチング素子１１〜１６をスイッチング駆動させる指令信号を出力する動作を実行したり、スイッチング素子１１〜１６の劣化度を決定したり、取得した物理量情報を他の回路に転送する動作を実行したりする。

制御回路４０は、伝達信号Ｆｏｕｔから、スイッチング素子１１〜１６それぞれの異常情報を取得し、取得した異常情報に基づいて、所定の動作を実行する。例えば、制御回路４０は、取得した異常情報に基づいて、スイッチング素子１１〜１６をスイッチング駆動させる指令信号の出力を停止する動作を実行したり、取得した異常情報を他の回路に転送する動作を実行したりする。

遮断回路６０は、フィルタ５１〜５６それぞれを経由した各フィルタ出力信号Ｌｏｕｔに基づいて、スイッチング素子１１〜１６の一部又は全部の通電を遮断するためのシャットダウン信号ＳＤＯＷＮを出力する回路である。

遮断回路６０は、フィルタ出力信号Ｌｏｕｔにスイッチング素子の異常情報が含まれている場合、その異常情報に係るスイッチング素子の通電を遮断する回路である。例えば、遮断回路６０は、フィルタ５１を経由したフィルタ出力信号Ｌｏｕｔにスイッチング素子１１の異常情報が含まれている場合、スイッチング素子１１に電流が流れることを遮断する。

遮断回路６０は、各フィルタ出力信号Ｌｏｕｔに少なくとも一つのスイッチング素子の異常情報が含まれている場合、その異常情報に係るスイッチング素子だけでなく、他の正常なスイッチング素子の通電も遮断する回路でもよい。例えば、遮断回路６０は、フィルタ５１を経由したフィルタ出力信号Ｌｏｕｔにスイッチング素子１１の異常情報が含まれている場合、スイッチング素子１１〜１６全てに電流が流れることを遮断する。このように遮断することにより、例えば、一部のスイッチング素子の異常が他の正常なスイッチング素子に影響することを防止できる。

遮断回路６０は、フィルタ出力信号Ｌｏｕｔにスイッチング素子の異常情報が含まれている場合、その異常情報に係るスイッチング素子だけでなく、その異常情報に係るスイッチング素子に対向する正常なスイッチング素子の通電も遮断する回路でもよい。例えば、遮断回路６０は、フィルタ５１を経由したフィルタ出力信号Ｌｏｕｔにスイッチング素子１１（Ｕ相上アーム）の異常情報が含まれている場合、スイッチング素子１１及びスイッチング素子１４（Ｕ相下アーム）に電流が流れることを遮断する。このように遮断することにより、例えば、異常情報が上下アームのうちの一方のアームのショート故障情報である場合、もう一方のアームがオンすることで、上下の両アームに貫通電流が流れることを防止できる。

なお、遮断回路６０は、いずれのフィルタ出力信号Ｌｏｕｔにもスイッチング素子の異常情報が含まれていない場合、スイッチング素子１１〜１６のいずれの通電も遮断されないように、シャットダウン信号ＳＤＯＷＮを出力しなくてよい。

このように、本実施形態の電力変換システム１では、伝送信号Ｓｏｕｔがスイッチング素子の物理量情報と異常情報の両方の伝送を兼ねているので、絶縁素子３１〜３６を備えていても、回路基板のスペースを容易に確保できる。

つまり、スイッチング素子の物理量情報と異常情報とを別々の伝送経路で伝送する場合、絶縁素子も物理量情報伝送用と異常情報伝送用とで別々に用意する必要があるため、これらの絶縁素子が実装される回路基板のスペースを確保することが難しい。これに対し、本実施形態の電力変換システム１では、物理量情報と異常情報とを共通の伝送信号Ｓｏｕｔで伝送するので、物理量情報と異常情報を伝送するための伝送経路や絶縁素子も共通化でき、絶縁素子３１〜３６が実装される回路基板のスペースを容易に確保できる。また、回路簡素化によって回路基板を容易に小型化可能であり、部品共通化によって容易にコストダウンも可能である。

また、スイッチング素子の物理量情報がフィルタ５１〜５６によってフィルタ出力信号Ｌｏｕｔから取り除かれているため、遮断回路６０がフィルタ出力信号Ｌｏｕｔに含まれる物理量情報に基づいてスイッチング素子の通電を誤って遮断することを防止できる。

次に、本実施形態の電力変換システム１について更に詳細に説明する。

出力回路２１は、例えば、スイッチング素子１１の物理量情報を伝送する場合とスイッチング素子１１の異常情報を伝送する場合とで、伝送信号Ｓｏｕｔの周波数を変更する回路である。つまり、スイッチング素子１１の物理量情報を伝送しているときの伝送信号Ｓｏｕｔの周波数と、スイッチング素子１１の異常情報を伝送しているときの伝送信号Ｓｏｕｔの周波数とは、互いに異なっている。出力回路２２〜２６についても同様である。

これにより、制御回路４０は、制御回路４０に入力される伝達信号Ｆｏｕｔの周波数の違いに基づいて、伝達信号Ｆｏｕｔに含まれる情報を特定できるため、制御回路４０が物理量情報と異常情報を誤認することを防止できる。

例えば、出力回路２１〜２６は、スイッチング素子の物理量情報を伝送する場合よりも伝送信号Ｓｏｕｔの周波数を低くすることで、スイッチング素子の異常情報を伝送するとよい。特には、図１に示されるように、出力回路２１〜２６は、伝送信号Ｓｏｕｔの電圧レベルを所定時間以上固定することで、スイッチング素子の物理量情報の伝送を停止し、スイッチング素子の異常情報の伝送を開始するとよい。物理量情報よりも低い周波数で異常情報が伝送されることによって、異常情報よりもデータ量の大きい物理量情報を効率的に伝送できる。

出力回路２１〜２６は、例えば、スイッチング素子の異常が検出されていない正常状態では、スイッチング素子の物理量情報のみを伝送信号Ｓｏｕｔで伝送し、スイッチング素子の異常が検出されている異常状態では、スイッチング素子の異常情報のみを伝送信号Ｓｏｕｔで伝送する。

図２は、絶縁素子からフィルタ回路を経由して遮断回路に至るまでの信号伝送回路の具体例である。図２の信号伝送回路は、絶縁素子の出力側の回路であり、シグナルグランドＳＧＮＤを基準に動作する。電源電圧ＶＢの電圧値は、電源電圧ＶＣＣよりも高い。図２には、絶縁素子３１〜３５として、フォトカプラが示され、フィルタ５１〜５６として、ＲＣローパルフィルタが示されている。

絶縁素子３１の出力部は、ベース抵抗Ｒ１１及びＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１１を介して、フィルタ５１の入力部に接続される。絶縁素子３１の出力部とベース抵抗Ｒ１１との間のノードに、制御回路４０の入力部が接続されている。これにより、伝達信号Ｆｏｕｔを、フィルタ５１を介さずに、シリアル通信で制御回路４０の入力部に入力できる。フィルタ５１は、入力抵抗Ｒ２１とキャパシタＣ１１とを有するＲＣ回路と、キャパシタＣ１１に並列に接続された抵抗Ｒ３１とを有する平滑化回路である。絶縁素子３２〜３６及びフィルタ５２〜５６も、同一の回路構成を有している。

遮断回路６０は、フィルタ５１〜５６から出力されるフィルタ出力信号Ｌｏｕｔが入力されるベースを有するＮＰＮトランジスタＴ２１〜Ｔ２６を備えている。ＮＰＮトランジスタＴ２１〜Ｔ２６は、隣り合うトランジスタのコレクタとエミッタが接続されるように、直列に接続されている。ＮＰＮトランジスタＴ２１〜Ｔ２６の中で最もハイサイドに位置するＮＰＮトランジスタＴ２１のコレクタは、ダイオードＤ６０及び抵抗Ｒ６０，Ｒ６１を介して、電源電圧ＶＣＣにプルアップされている。

遮断回路６０は、抵抗Ｒ６０と抵抗Ｒ６１との接続ノードに接続されたベースと、電源電圧ＶＣＣに接続されたエミッタと、抵抗Ｒ６２を介してシグナルグランドＳＧＮＤに接続されたコレクタとを有するＰＮＰトランジスタＴ６０を備えている。シャットダウン信号ＳＤＯＷＮは、ＰＮＰトランジスタＴ６０のコレクタと抵抗Ｒ６２との間の接続ノードから出力される。

複数のパルスから構成された伝達信号Ｆｏｕｔは、フィルタ５１〜５６を経由することによって減衰し、減衰後の信号であるフィルタ出力信号Ｌｏｕｔが、ＮＰＮトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のベースに入力される。

伝送信号Ｓｏｕｔ（フィルタ５１〜５６に入力される前の伝達信号Ｆｏｕｔ）がスイッチング素子の物理量情報を伝送している状態では、シャットダウン信号ＳＤＯＷＮの電圧レベルが非アクティブレベル（例えば、ハイレベル）に固定されるように、信号伝送回路の回路定数は決定される。一方、伝送信号Ｓｏｕｔ（フィルタ５１〜５６に入力される前の伝達信号Ｆｏｕｔ）がスイッチング素子の異常情報を伝送している状態では、シャットダウン信号ＳＤＯＷＮの電圧レベルがアクティブレベル（例えば、ローレベル）に固定されるように、信号伝送回路の回路定数は決定される。シャットダウン信号ＳＤＯＷＮの電圧レベルがアクティブレベルのとき、スイッチング素子の通電が遮断され、シャットダウン信号ＳＤＯＷＮの電圧レベルが非アクティブレベルのとき、スイッチング素子の通電が遮断されない。

例えば、物理量情報の伝送状態では、減衰後のフィルタ出力信号ＬｏｕｔがＮＰＮトランジスタＴ２１〜Ｔ２６をオンオフしても、ＰＮＰトランジスタＴ６０が常時オンするように（シャットダウン信号ＳＤＯＷＮがハイレベルに固定されるように）、信号伝送回路の回路定数は決定される。一方、異常情報の伝送状態では、減衰後のフィルタ出力信号ＬｏｕｔがＮＰＮトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のいずれかを所定時間以上オフ状態に固定することで、ＰＮＰトランジスタＴ６０が常時オフするように（シャットダウン信号ＳＤＯＷＮがローレベルに固定されるように）、信号伝送回路の回路定数は決定される。

図３は、伝送信号Ｓｏｕｔを構成する信号パルスの仕様の一例である。伝送信号Ｓｏｕｔは、２値のデジタル信号である。伝送信号Ｓｏｕｔの最小パルス幅Ｔｐｗは、伝送信号Ｓｏｕｔが伝達信号Ｆｏｕｔに等価的に正しく変換されるように、絶縁素子の入出力間における伝達遅延時間Ｔｄ＿ｐｃ以上に設定される。また、１ビット通信周期Ｔｃｏｍは、伝送信号Ｓｏｕｔで１ビットの伝達情報（０又は１）を伝送するのに使用される時間である。１ビット通信周期Ｔｃｏｍは、同じ１又は０が連続しても電圧レベルが所定時間以上固定されないように、最小パルス幅Ｔｐｗの整数倍（例えば、１０倍）の時間に設定される。

図４は、伝送信号Ｓｏｕｔでの非同期式（調歩同期式）の通信仕様の一例である。例えば、１ビット通信周期Ｔｃｏｍが１ｍｓの場合、１０ビットのデータフレームの長さは１０ｍｓである。１０ビットのデータフレームは、１ビットのスタートビットと、１ビットのストップビットと、スタートビットとストップビットとの間に設定された８ビットのデータ部とを有している。例えば、８ビットで構成されたデータ部には、上位２ビットに物理量情報の種類（例えば、１０：電流情報、０１：温度情報）が格納され、下位６ビットに物理量情報のデータ内容（電流値や温度など）が格納される（分解能：２^６）。

また、フィルタ５１〜５６は、伝達信号Ｆｏｕｔに含まれる１パルスがカットオフされて伝達信号Ｆｏｕｔに含まれる物理量情報が精度良く取り除かれるように、伝送信号Ｓｏｕｔの最小パルス幅Ｔｐｗの逆数以下のカットオフ周波数を有している。

例えば、１又は０のデータを１ビットで表した図５のような通信仕様の場合、例えば０が続くと、ローレベルが継続する。そのため、図２に例示した回路では、ＮＰＮトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のいずれかが所定時間以上オフすることによって、シャットダウン信号ＳＤＯＷＮが誤ってアクティブ（ローレベル）になるおそれがある。

しかしながら、１又は０のデータを２ビット以上で表した図６のような通信仕様の場合（例えば、０１／００）、ローレベルの期間は０又は１の一つのデータ分の時間以下になり、０が続いた場合でも、ローレベルが継続しない。そのため、図２に例示した回路では、０が続いた場合でも、ＮＰＮトランジスタＴ２１〜Ｔ２６は必ずオンするため、シャットダウン信号ＳＤＯＷＮが誤ってアクティブ（ローレベル）になることを防止できる。

なお、例えば、最小パルス幅Ｔｐｗを３００μｓ、伝達遅延時間Ｔｄ＿ｐｃを３００μｓ、１ビット通信周期Ｔｃｏｍを１ｍｓと設定した場合、図２における回路定数は、Ｒ１１を５ｋΩ、Ｒ２１を１０ｋΩ、Ｒ３１を６０ｋΩ、Ｃ１１を０．１μＦ、Ｒ６０を５ｋΩ、Ｒ６１を５ｋΩ、Ｒ６２を１０ｋΩに設定されるとよい。

図７は、電力変換システム１の具体例を示した図である。図７の電力変換システム１は、複数のユニットから構成され、例えば、シグナルグランドＳＧＮＤを基準に動作する回路（制御回路４０と遮断回路６０とローパスフィルタ５０１〜５１４）を備えた電子制御ユニットと、パワーグランドＰＧＮＤを基準に動作する回路（アーム回路１０１〜１１４）を備えた電子制御ユニットとを有している。

図７の場合、電力変換システム１は、複数のアーム回路１０１〜１１４を備えている。電力変換システム１は、例えば、６個のアーム回路を含んで構成される三相ブリッジ回路を２個備えるとともに、ハイサイドとローサイドとを合わせた２個のアーム回路を含んで構成されるスイッチング電源回路を１個備えるため、計１４個のアーム回路１０１〜１１４を備えている。

アーム回路１０１〜１１４は全て同一の回路構成のため、代表して、アーム回路１０１について説明する。

アーム回路１０１は、絶縁素子７１と、駆動ＩＣ８１と、電流センス端子付きのＩＧＢＴ９１と、温度センサ８２と、電流センサ８３と、絶縁素子３１とを備えている。駆動ＩＣ８１と、ＩＧＢＴ９１と、温度センサ８２と、電流センサ８３は、同一チップ基板上に集積化されている。

制御回路４０から出力される電源電圧ＶＣＣは、遮断回路６０のＡＮＤ回路６１に入力される。アーム回路１０１〜１１４に構成されるＩＧＢＴ９１のいずれにも異常が検出されない場合には、遮断回路６０のＡＮＤ回路６２の出力はハイレベルに固定されている。そのため、絶縁素子７１の入力部の一方の入力端子には、ハイレベルの電源電圧ＶＣＣが印加されている。したがって、制御回路４０は、ハイレベルとローレベルに選択的に切り替わる指令信号Ｇ１を出力することによって、指令信号Ｇ１を絶縁素子７１により電気的に絶縁した状態で、駆動ＩＣ８１に伝達できる。駆動ＩＣ８１は、絶縁素子７１から供給された指令信号に従って、ＩＧＢＴ９１をオンオフ駆動する。ＩＧＢＴ９１がオンオフすることにより、ＩＧＢＴ９１が挿入された電流経路８６に所望の電流Ｉが流れる。

アーム回路１０１は、ＩＧＢＴ９１の状態を表す物理量情報の伝送とＩＧＢＴ９１の異常情報の伝送とを兼ねた伝送信号Ｓｏｕｔを出力する出力回路２１として、温度センサ８２及び電流センサ８３、並びに駆動ＩＣ８１を備えている。

温度センサ８２は、ＩＧＢＴ９１の温度を検出する。駆動ＩＣ８１は、温度センサ８２によって検出された電圧をモニタすることによって、ＩＧＢＴ９１の温度情報を取得する。電流センサ８３は、ＩＧＢＴ９１の主電極間（コレクタ−エミッタ間）に流れる電流Ｉを検出する。電流センサ８３は、ＩＧＢＴ９１のセンスエミッタ端子ＳＥに接続された抵抗８５の両端電圧がアンプ８４で増幅された検出電圧を出力する。駆動ＩＣ８１は、電流センサ８３によって検出された電圧をモニタすることによって、ＩＧＢＴ９１の電流値情報を取得する。

ＩＧＢＴ９１の温度情報及び電流値情報が、ＩＧＢＴ９１の状態を表す物理量情報である。駆動ＩＣ８１は、検出された温度情報及び／又は電流値情報を含んだ伝送信号Ｓｏｕｔを絶縁素子３１に対して出力する。

駆動ＩＣ８１は、検出された温度が所定温度以上の場合、ＩＧＢＴ９１が過熱状態であるとして、温度異常情報を含んだ伝送信号Ｓｏｕｔ（ローレベルの伝送信号Ｓｏｕｔ）を絶縁素子３１に対して出力する。又は、駆動ＩＣ８１は、検出された電流値が所定電流値以上の場合、ＩＧＢＴ９１に過電流が流れているとして、電流異常情報を含んだ伝送信号Ｓｏｕｔ（ローレベルの伝送信号Ｓｏｕｔ）を絶縁素子３１に対して出力する。

絶縁素子３１は、伝送信号Ｓｏｕｔを伝達信号Ｆｏｕｔに変換し、伝達信号Ｆｏｕｔは、ローパスフィルタ５０１に入力される一方で、制御回路４０の入力端子Ｆ１にも入力される。

ローパスフィルタ５０１は、伝達信号ＦｏｕｔからＩＧＢＴ９１の物理量情報を取り除いて、フィルタ出力信号Ｌｏｕｔを遮断回路６０のＡＮＤ回路６２に対して出力する。他のローパスフィルタ５０２〜５１４も同様である。ローパスフィルタ５０１〜５１４により、ＩＧＢＴ９１の異常が発生していないにもかかわらず、物理量情報を伝送する伝達信号Ｆｏｕｔのパルスが入力されることによって、遮断回路６０が誤ってＩＧＢＴ９１の動作をシャットダウンすることを防止できる。

制御回路４０は、入力端子Ｆ１に異常情報を含んだ伝達信号Ｆｏｕｔが入力されることにより、ＩＧＢＴ９１の異常を検出する。一方、異常情報を含んだ伝達信号Ｆｏｕｔは、ローパスフィルタ５０１に入力され、ＡＮＤ回路６２に入力されるフィルタ出力信号Ｌｏｕｔはローレベルに固定される。これにより、ローパスフィルタ５０１〜５１４のいずれかのフィルタ出力信号Ｌｏｕｔが所定時間以上のローレベルに固定されることをトリガーに、ＡＮＤ回路６２から出力されるシャットダウン信号ＳＤは、ローレベルに固定される。ローレベルに固定されたシャットダウン信号ＳＤがＡＮＤ回路６１に入力されると、ＡＮＤ回路６１から出力されるシャットダウン信号ＳＤＯＷＮはローレベルに固定される。

その結果、アーム回路１０１〜１１４に構成される各ＩＧＢＴ９１を駆動させる指令信号Ｇ１〜Ｇ１４が、制御回路４０から絶縁素子を介してアーム回路１０１〜１１４に構成される各駆動ＩＣ８１に供給されることが遮断される。これにより、ＩＧＢＴ９１の異常が検出されても、制御回路４０からＩＧＢＴ９１を停止させる指令信号を待つことなく、ＩＧＢＴ９１を速やかに停止する（ローカルシャットダウンする）ことができる。

以上、電力変換システムを実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば図１に示した形態とは異なる形態として、電力変換システムは、複数のスイッチング素子それぞれに対して、制御回路及び遮断回路を備えた形態でもよい。また、例えば、絶縁素子の結合方式は、フォトカプラで使われる光結合方式に限らず、磁気結合方式でもよいし、容量結合方式でもよい。また、スイッチング素子の異常情報には、アーム回路又は複数のアーム回路を備えた電力変換装置としての異常情報が含まれてよい。また、スイッチング素子の通電を遮断する方法は、スイッチング素子がオフするようにスイッチング素子のゲート等の制御電極に対して制御信号の供給を停止してもよいし、スイッチング素子がオフするように制御電極の電荷を制御してもよいし、電流経路８６（図７参照）を他のスイッチ等により遮断してもよい。

１電力変換システム
１１〜１６スイッチング素子
２１〜２６出力回路
３１〜３６，７１絶縁素子
４０制御回路
５１〜５６フィルタ
６０遮断回路
８１駆動ＩＣ
８２温度センサ
８３電流センサ
９１ＩＧＢＴ
１０１〜１１４アーム回路
５０１〜５１４ローパスフィルタ

Claims

スイッチング素子と、
前記スイッチング素子の状態を表す物理量情報の伝送と前記スイッチング素子の異常情報の伝送とを兼ねた伝送信号を出力する出力回路と、
前記伝送信号を電気的に絶縁した状態で伝達する絶縁素子と、
前記絶縁素子を介して伝達された信号から前記物理量情報を取り除くフィルタと、
前記絶縁素子を介して伝達された信号が前記フィルタを経由せずに入力される制御回路と、
前記フィルタを経由した信号に基づいて、前記スイッチング素子の通電を遮断する遮断回路とを備える、電力変換システム。
前記遮断回路は、前記フィルタを経由した信号に前記異常情報が含まれている場合、前記スイッチング素子の通電を遮断する、請求項１に記載の電力変換システム。
前記出力回路は、前記物理量情報を伝送する場合と前記異常情報を伝送する場合とで、前記伝送信号の周波数を変更する、請求項１又は２に記載の電力変換システム。
前記出力回路は、前記物理量情報を伝送する場合よりも前記伝送信号の周波数を低くすることで、前記異常情報を伝送する、請求項３に記載の電力変換システム。
前記出力回路は、前記伝送信号のレベルを固定することで、前記物理量情報の伝送を停止し前記異常情報の伝送を開始する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換システム。
前記フィルタは、前記伝送信号の最小パルス幅の逆数以下のカットオフ周波数を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換システム。
前記伝送信号の最小パルス幅は、前記絶縁素子における伝達遅延時間以上である、請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換システム。
前記スイッチング素子を駆動する駆動回路を備え、
前記遮断回路は、前記駆動回路が前記スイッチング素子を駆動することを停止させる、請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換システム。
前記遮断回路は、前記スイッチング素子を駆動させる指令信号が前記制御回路から前記駆動回路に供給されることを遮断する、請求項８に記載の電力変換システム。