JP6350422B2

JP6350422B2 - 電力変換装置

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Inventors: 健利行
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Description

本発明は、電力変換装置に係り、特に、スイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行うことができる電力変換装置に関する。

スイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出は迅速に行うことが好ましい。

例えば、特許文献１は、電力変換装置のスイッチング素子を流れる主電流の電流変化率の検出のためにロゴスキーコイルを設けることを開示している。

特開２００１−１６９５３３号公報

ロゴスキーコイルをスイッチング素子に直列に配置する方法は、ロゴスキーコイルに発生する誘起電圧は電流の時間微分であるので、短時間でスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かを検出することができる。ここで、外部磁界がノイズとしてロゴスキーコイルに入ると誤検出が生じる。しかし、ロゴスキーコイルでは、コイルで測定対象の電流経路にループを作らなくてはならず、それによってコストアップとなり、搭載面積アップとなる。

本発明は、外付にロゴスキーコイルを追加することなく、スイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を迅速に行うことができる電力変換装置を提供する。

本発明の１つの形態に係る電力変換装置は、電源とグランドとの間に上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが直列に接続されるインバータアームを含む電力変換装置であって、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子のいずれか一方側のスイッチング素子が短絡故障か否かを検出する短絡電流検出部を有し、短絡電流検出部は、一方側のスイッチング素子のゲート電圧をＬ０レベルとして一方側のスイッチング素子をオフし、他方側のスイッチング素子のゲート信号をＨｉレベルとして他方側のスイッチング素子をオン状態とし、他方側のスイッチング素子のコレクタ側に接続されるコレクタ側配線に電流が流れるときに生じる誘起電圧を検出する検出部と、検出部にて検出した誘起電圧と、予め定めた所定閾値電圧とを比較する比較部と、を備え、前記コレクタ側配線に生じる誘起電圧の検出は、前記コレクタ側配線における前記他方側のスイッチング素子の前記コレクタ側のコレクタ検出点よりも電位が高い第２検出点と、前記他方側のスイッチング素子のエミッタ側のエミッタ検出点との間で行われることを特徴とする。

本発明の１つの形態に係る電力変換装置は、スイッチング素子のエミッタ側に接続されるエミッタ側配線またはコレクタ側に接続されるコレクタ側配線に電流が流れるときエミッタ側配線またはコレクタ側配線の配線インダクタンスによって生じる誘起電圧を検出する。エミッタ側配線の配線インダクタンス、コレクタ側配線の配線インダクタンスとは、配線材料や配線配置が有するインダクタンス成分のことで、一般的に寄生インダクタンスと呼ばれ、外付のロゴスキーコイルのように追加したインダクタンス素子ではない。

一般的に配線のインダクタンス成分は数ｎＨから数１０ｎＨ程度であるが、スイッチング素子が短絡するときは、短時間に大電流が流れるので、電流の時間微分は大きな値となる。例えば、１μｓで１０ｋＡの短絡電流が流れるとき、５ｎＨの配線のインダクタンス成分によって生じる誘起電圧は５０Ｖとなり、検出が十分可能である。したがって、エミッタ側配線またはコレクタ側配線の配線インダクタンスによって生じる誘起電圧を検出し、これを所定閾値電圧と比較することで、外付にロゴスキーコイルを追加することなく、スイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かを迅速に検出できる。

本発明の１つの形態に係る電力変換装置は、コレクタ側配線に生じる誘起電圧の検出は、コレクタ側配線における他方側のスイッチング素子のコレクタ側のコレクタ検出点よりも電位が高い第２検出点と、他方側のスイッチング素子のエミッタ側のエミッタ検出点との間で行われる。例えば、スイッチング素子がオンのときにコレクタ側配線に生じる誘起電圧に基づいてスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かを検出する場合は、スイッチング素子のオン抵抗が小さい。例えば、コレクタ検出点の近傍に第２検出点を取れば、第２検出点の電位はほぼスイッチング素子のエミッタ検出点の電位と同じになる。例えば、スイッチング素子のコレクタ側にすでに他の目的のための端子が設けられているときには、既設の端子をそのまま第２検出点として用いることができ、誘起電圧検出のための端子を特別に用いる必要がないという利点がある。

本発明の１つの形態に係る電力変換装置において、比較部の比較結果に基づいて所定の信号を出力する出力部を備えてもよい。本発明の１つの形態に係る電力変換装置において、出力部は、誘起電圧が所定閾値電圧より大きいとき信号を出力してもよい。スイッチング素子に流れる電流が短絡電流であるときの誘起電圧を所定閾値電圧に設定することで、誘起電圧と所定閾値電圧との比較によって、スイッチング素子に流れる電流が短絡電流であるか否かを検出できる。そこで、誘起電圧が所定閾値電圧より大きいときに所定の信号を出力することで、スイッチング素子に流れる電流が短絡電流であることを迅速に検出できる。

本発明の１つの形態に係る電力変換装置において、他方側のスイッチング素子のゲート電圧をモニタするゲートモニタ回路を備え、ゲートモニタ回路により測定したゲート電圧が他方側のスイッチング素子のオン閾値電圧未満のとき、信号をマスクしてもよい。所定の信号は、誘起電圧と所定閾値電圧との比較結果を出力するので、例えば、スイッチング素子がオフからオンに立ち上がるときに、誤って所定信号が出力され得る。上記構成によれば、スイッチング素子がオフからオンに立ち上がるときに、誤って所定信号が出力されることを防止できる。

本発明の１つの形態に係る電力変換装置において、電源とグランドとの間に上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが直列に接続されるインバータアームを含み、上アームスイッチング素子のコレクタ側配線に生じる誘起電圧に基づいて上アームスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行う上アーム短絡電流検出部、または、下アームスイッチング素子のコレクタ側配線に生じる誘起電圧に基づいて下アームスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行う下アーム短絡電流検出部の少なくとも１つを備えてもよい。

インバータアームを構成する２つのスイッチング素子の一方側が短絡したことを検出するには、短絡した一方側のスイッチング素子をオフし、他方側のスイッチング素子をオンし他方側のスイッチング素子に流れる電流が過大かどうかを検出することがよい。そこで、上アームコレクタ側配線に生じる誘起電圧に基づいて上アームスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行うときは上アーム短絡電流検出部を用いる。下アームコレクタ側配線に生じる誘起電圧に基づいて下アームスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行うときは下アーム短絡電流検出部を用いる。同様に、上アームエミッタ側配線に生じる誘起電圧に基づいて上アームスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行うときは上アーム短絡電流検出部を用いる。アームエミッタ側配線に生じる誘起電圧に基づいて下アームスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行うときは下アーム短絡電流検出部を用いる。これにより、スイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かを的確にかつ迅速に検出できる。

本発明の１つの形態に係る電力変換装置によれば、外付にロゴスキーコイルを追加することなく、スイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を迅速に行うことができる。

本発明に係る実施の形態の電力変換装置としてのインバータアームにおいてエミッタ側配線の配線インダクタンスおよびその検出点を示す回路構成図である。図１Ａの構成を実装したときの平面構造図である。図１Ａの構成を実装したときの端子側側面図である。図１Ａの構成を実装したときの端子側とは反対側の側面図である。本発明に係る実施の形態の電力変換装置としてのインバータアームにおいてコレクタ側配線の配線インダクタンスおよびその検出点を示す回路構成図である。図２Ａの構成を実装したときの平面構造図である。図２Ａの構成を実装したときの端子側側面図である。図２Ａの構成を実装したときの端子側とは反対側の側面図である。本発明に係る実施の形態の電力変換装置としてのインバータアームにおいてエミッタ側配線の配線インダクタンスを利用して短絡電流検出を行うときの下アーム短絡電流検出部に関する回路構成図である。図３Ａに対応し、上アーム短絡電流検出部に関する回路構成図である。図３Ａの回路構成において、上アームスイッチング素子の短絡故障がない正常動作のときの各要素の動作状態を示すタイミングチャートである。図４Ａに対し、上アームスイッチング素子が短絡故障したときの各要素の動作状態を示すタイミングチャートである。本発明に係る実施の形態の電力変換装置としてのインバータアームにおいてコレクタ側配線の配線インダクタンスを利用して短絡電流検出を行うときの下アーム短絡電流検出部に関する回路構成図である。図５Ａに対応し、上アーム短絡電流検出部に関する回路構成図である。図５Ａの回路構成において、上アームスイッチング素子の短絡故障がない正常動作のときの各要素の動作状態を示すタイミングチャートである。図６Ａに対し、上アームスイッチング素子が短絡故障したときの各要素の動作状態を示すタイミングチャートである。図５Ａの回路構成における短絡電流検出の誤動作の可能性を示すタイミングチャートである。図５Ａに関連して、ゲート電圧検出を用いて短絡電流検出誤動作を防止するときの下アーム短絡電流検出部に関する回路構成図である。図８Ａに対応し、上アーム短絡電流検出部に関する回路構成図である。図８Ａの回路構成において、上アームスイッチング素子の短絡故障がない正常動作のときのマスク信号を含め各要素の動作状態を示すタイミングチャートである。図９Ａに対し、上アームスイッチング素子が短絡故障したときのマスク信号を含め各要素の動作状態を示すタイミングチャートである。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、電力変換装置として１つのインバータアームについて述べるが、これは説明のための例示であって、電力変換装置が複数のインバータアームで構成されていてもよい。例えば、並列に接続された３つのインバータアームで構成される電力変換装置として、三相回転電機の駆動回路に用いることができる。

インバータアームは、電源とグランドとの間に上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが直列に接続される回路装置である。グランドの電位は電源の電位より低いが、０Ｖとは限らない。例えば、グランドの電位をマイナス電位としてもよい。

以下では、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を説明するが、これは説明のための例示であって、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｉｌｉｃｏｎＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。

電力変換装置として、スイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を迅速に行うために、コレクタ側配線またはエミッタ側配線に電流が流れるときにコレクタ側配線またはエミッタ側配線に生じる誘起電圧を検出する。スイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行う方法としては、スイッチング素子をセンス端子付きとすることが知られている。センス端子は、スイッチング素子に流れる電流のごく僅かな部分を取り出す。例えばスイッチング素子に流れる電流の１０００分の１の電流をセンス端子から取り出して予め定めた閾値電流と比較することでスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かを検出する。この方法では、センス電流が小さいので感度が低く、また、センス電流が閾値電流まで立上がるのを待つので迅速な検出を行うことができない。そこで、本発明の１つの形態にかかる電力変換装置は、コレクタ側配線またはエミッタ側配線に電流が流れるときにコレクタ側配線またはエミッタ側配線に生じる誘起電圧を検出する。

なお、以下において、配線インダクタンスについてエミッタ側とコレクタ側とを分け、また、短絡電流検出部について上アーム側と下アーム側とを分けて述べ、説明が複雑にならないようにした。配線インダクタンスは元々エミッタ側とコレクタ側の両方に存在する。また、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが直列接続される構造において、いずれのスイッチング素子が短絡故障するかは不明のことが多い。構造上、上アーム側と下アーム側のいずれか一方に短絡故障が多いことが分かっている等の場合には、１つの短絡電流検出部でもよいと考えられるが、そのような場合を除き、短絡電流検出部は上アーム側と下アーム側の双方に設けることがよい。

以下では、全ての図面において、対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１Ａ〜図１Ｄ、図２Ａ〜図２Ｄは、電力変換装置としてのインバータアーム１０において配線の配線インダクタンスおよびその検出点を示す図である。

インバータアーム１０は、ＶＨと示す電源とＧＮＤと示すグランドとの間に、上アームスイッチング素子３０と下アームスイッチング素子４０とが直列に接続される回路装置である。

上アームスイッチング素子３０と下アームスイッチング素子４０は、いずれもＮチャネル型ＩＧＢＴであり、コレクタとエミッタ間のダイオードは、還流ダイオードである。還流ダイオードは、ＲＣ−ＩＧＢＴのようにＩＧＢＴと同一チップに作りこんだダイオードを利用することができ、あるいはＩＧＢＴ本体とは別個独立に作り込むこともできる。

上アームスイッチング素子３０および下アームスイッチング素子４０には、それぞれエミッタ側配線の配線インダクタンスとコレクタ側配線の配線インダクタンスがある。最初にエミッタ側配線の配線インダクタンスに関する説明を行い、次にコレクタ側配線の配線インダクタンスに関する説明を行う。

図１Ａ〜図１Ｄでは、上アームスイッチング素子３０および下アームスイッチング素子４０のそれぞれのエミッタ側配線の配線インダクタンス及びその検出点を示す。図１Ａは、インバータアーム１０の回路構成図である。図１Ｂは、インバータアーム１０の平面構造図である。図１Ｃは、インバータアーム１０の端子側側面図であり、図１Ｄは、端子側とは反対側の側面図である。端子側とは、電源に接続されＰと示す一方端子１２、グランドに接続されＮと示す他方端子１６、Ｏ（オー）と示す出力端子２０が配置される側である。

インバータアーム１０は、ＶＨと示す電源からＧＮＤと示すグランドへ向かう方向に沿って各要素が以下の順序で直列接続される。電源ＶＨ、一方端子１２、上アームスイッチング素子３０のコレクタ側配線１４、上アームスイッチング素子３０、中間バスバ２２、下アームスイッチング素子４０、下アームスイッチング素子４０のエミッタ側配線１８、他方端子１６、ＧＮＤの順である。中間バスバ２２は、上アームスイッチング素子３０のエミッタ側配線と下アームスイッチング素子４０のコレクタ側配線とが一体化された配線である。中間バスバ２２からインバータアーム１０の出力端子２０が引き出される。

一方端子１２、上アームスイッチング素子３０のコレクタ側配線１４、中間バスバ２２、下アームスイッチング素子４０のエミッタ側配線１８、他方端子１６、出力端子２０は、導電性の板材で、中間バスバ２２を除いて平坦板材である。

インバータアーム１０の物理的構造は、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄに示すように、下段と上段の段付構造である中間バスバ２２を用いた小型化構造である。すなわち、中間バスバ２２の上段の下面には上アームスイッチング素子３０のエミッタ（Ｅ）が接続され、中間バスバ２２の下段の上面には下アームスイッチング素子４０のコレクタ（Ｃ）が接続される。上アームスイッチング素子３０のコレクタ（Ｃ）は、コレクタ側配線１４の上面に接続され、このコレクタ側配線１４から一方端子１２が引き出される。下アームスイッチング素子４０のエミッタ（Ｅ）はエミッタ側配線１８の下面に接続され、このエミッタ側配線１８から他方端子１６が引き出される。中間バスバ２２からは出力端子２０が引き出される。

図１Ａ、図１Ｂにおいて、上アームスイッチング素子３０のエミッタ側における配線インダクタンス５０は、中間バスバ２２のうちの上アームスイッチング素子３０のエミッタ側配線部分のインダクタンス成分である。これに電流が流れるときに誘起電圧を発生する。誘起電圧の検出は、中間バスバ２２における上アームスイッチング素子３０のエミッタ側のエミッタ検出点５２と、中間バスバ２２の出力端子２０側の第１検出点５４との間で行われる。配線インダクタンス５０に対する第１検出点５４の電位は、エミッタ検出点５２の電位よりも低い。第１検出点５４は、図１Ｂに示すように、出力端子２０の中間バスバ２２側に設けてもよい。

下アームスイッチング素子４０のエミッタ側における配線インダクタンス６０は、エミッタ側配線１８のインダクタンス成分である。これに電流が流れるときに誘起電圧を発生する。誘起電圧の検出は、エミッタ側配線１８における下アームスイッチング素子４０のエミッタ検出点６２と、エミッタ側配線１８の他方端子１６側の第１検出点６４との間で行われる。配線インダクタンス６０に対する第１検出点６４の電位は、エミッタ検出点６２の電位よりも低い。第１検出点６４は、図１Ｂに示すように、他方端子１６のエミッタ側配線１８側に設けてもよい。

図１Ａにおいて、各端子及び各検出点を電圧の高い方から低い方に並べると以下の通りである。すなわち、一方端子１２、中間バスバ２２におけるエミッタ検出点５２、中間バスバ２２における第１検出点５４、出力端子２０、エミッタ側配線１８におけるエミッタ検出点６２、エミッタ側配線１８における第１検出点６４、他方端子１６の順である。

中間バスバ２２におけるエミッタ検出点５２と、中間バスバ２２における第１検出点５４とは、スイッチング素子３０のエミッタ側配線における誘起電圧を検出する検出部に相当し、それぞれ適当な引出線または端子が設けられる。同様に、エミッタ側配線１８におけるエミッタ検出点６２と、エミッタ側配線１８における第１検出点６４とは、スイッチング素子４０のエミッタ側配線における誘起電圧を検出する検出部に相当し、それぞれ適当な引出線または端子が設けられる。適当な引出線または端子は、誘起電圧の大きさを所定閾値電圧と比較する回路の接続端子に接続するためのもので、例えば、ワイヤボンディング用の金属ワイヤ等を用いることができる。

なお、配線インダクタンス５０，６０は、外付のロゴスキーコイルのように追加で設けた個別素子でなく、配線自体が固有に有するインダクタンス成分であることを示すため、図１Ａ、図１Ｂでは、配線インダクタンス５０，６０を破線で示した。以下の図でも同様である。

次に、コレクタ側配線の配線インダクタンスに関する説明を行う。図２Ａ〜図２Ｄは、図１Ａ〜図１Ｄに対応する図で、上アームスイッチング素子３０および下アームスイッチング素子４０のそれぞれのコレクタ側配線の配線インダクタンス及びその検出点を示す。図２Ａは、インバータアーム１０の回路構成図である。図２Ｂは、インバータアーム１０の平面構造図である。図２Ｃは、インバータアーム１０の端子側側面図であり、図２Ｄは、端子側とは反対側の側面図である。

図２Ａ、図２Ｂにおいて、上アームスイッチング素子３０のコレクタ側における配線インダクタンス７０は、コレクタ側配線１４のインダクタンス成分である。これに電流が流れるときに誘起電圧を発生する。また、下アームスイッチング素子４０のコレクタ側における配線インダクタンス８０は、中間バスバ２２のうちの下アームスイッチング素子４０のコレクタ側配線部分のインダクタンス成分である。これに電流が流れるときに誘起電圧を発生する。

誘起電圧の検出は、図１Ａ、図１Ｂで説明した内容と同様に、配線インダクタンス７０，８０のそれぞれについて、その両端の検出点の間の電圧検出で行うことができる。上アームスイッチング素子３０のコレクタ側における誘起電圧の検出は、上アームスイッチング素子３０のコレクタ検出点と、コレクタ検出点よりも高い電位の第２検出点７２とを用いる。下アームスイッチング素子４０のコレクタ側における誘起電圧の検出は、下アームスイッチング素子４０のコレクタ検出点と、コレクタ検出点よりも高い電位の第２検出点８２とを用いる。

上アームスイッチング素子３０のコレクタ側における誘起電圧の検出について、コレクタ検出点と第２検出点７２とを用いることに代えて、上アームスイッチング素子３０の第２検出点７２とエミッタ検出点７４との間で行うことができる。第２検出点７２とエミッタ検出点７４との間には上アームスイッチング素子３０が接続されるが、上アームスイッチング素子３０におけるインダクタンス成分はコレクタ側配線１４のインダクタンス成分に比べ小さい値である。したがって、エミッタ検出点７４の電位は、上アームスイッチング素子３０のコレクタ検出点の電位と実質上同じである。

同様に、下アームスイッチング素子４０のコレクタ側における誘起電圧の検出について、コレクタ検出点と第２検出点８２とを用いることに代えて、下アームスイッチング素子４０の第２検出点８２とエミッタ検出点８４との間で行うことができる。

図２Ａにおいて、各端子及び各検出点を電圧の高い方から低い方に並べると以下の通りである。一方端子１２、コレクタ側配線１４における第２検出点７２、上アームスイッチング素子３０のエミッタ検出点７４、出力端子２０、中間バスバ２２における第２検出点８２、下アームスイッチング素子４０のエミッタ検出点８４、他方端子１６の順に並ぶ。

以下では、配線インダクタンスの迅速な電流変化率検出能力を生かした短絡電流検出部付きの電力変換装置の回路構成とその動作におけるタイミングチャートを説明する。ここで、図１，２で示すインバータアーム１０の駆動制御では、一方側のスイッチング素子をオン動作させるとき、他方側のスイッチング素子をオフ動作させる。なお、貫通電流が流れることを避けるため一方側のオンオフタイミングと他方側のオンオフタイミングは一致しないように適当なデッドタイムが設けられる。

直列接続される上アームスイッチング素子３０と下アームスイッチング素子４０のいずれかが短絡故障するモードとして２通りある。１つは、一方側のスイッチング素子がオフ動作しているときに他方側のスイッチング素子が短絡故障した場合である。もう１つは、一方側のスイッチング素子がオン動作しているときに他方側のスイッチング素子が短絡故障した場合である。短絡故障の検出は、短絡故障していない側のスイッチング素子で行うことになるが、前者の方法では、短絡故障発生のときに検出すべき一方側のスイッチング素子がオフ状態であるので、そのスイッチング素子がオンするまでのデッドタイム分だけ検出が遅れる。後者の方法では、短絡故障発生のときに検出すべき一方側のスイッチング素子が既にオン状態であるので、短絡故障検出を迅速に行うことができる。

以下では、オン動作しているスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かを検出することで、短絡故障を検出するものとし、さらに検出を迅速に行うために、配線インダクタンスの高い電流変化率検出能力を利用する。すなわち、下アームスイッチング素子４０の配線インダクタンスを短絡電流検出用に用いて上アームスイッチング素子３０の短絡故障を検出する。上アームスイッチング素子３０の配線インダクタンスを短絡電流検出用に用いて下アームスイッチング素子４０の短絡故障を検出する。

図３Ａ、図３Ｂは、エミッタ側配線における配線インダクタンスを利用した短絡電流検出部付きの電力変換装置１０ａ，１０ｂの回路構成図である。図３Ａは、上アームスイッチング素子３０の短絡故障を検出するときの回路構成図であり、図３Ｂは、下アームスイッチング素子４０の短絡故障を検出するときの回路構成図である。上アームスイッチング素子３０が短絡故障するか下アームスイッチング素子４０が短絡故障するかは不明であるので、電力変換装置としては図３Ａの構成と図３Ｂの構成を合わせた構成を有するが、以下では、２つの短絡故障検出における構成の特徴事項を分説する。

図３Ａの電力変換装置１０ａにおいて、駆動回路９０は、インバータアーム１０の上アームスイッチング素子３０のゲートに接続され上アームスイッチング素子３０をオンオフ制御する回路である。短絡電流検出部９２は、駆動回路９４と、短絡電流検出用のコンパレータ９６を内部に含む。短絡電流検出部９２は、下アームスイッチング素子４０の側に設けられ、上アームスイッチング素子３０が短絡故障したときに下アームスイッチング素子４０に流れる短絡電流を検出する下アーム短絡電流検出部である。駆動回路９４は、駆動回路９０と同じ内容の回路で、下アームスイッチング素子４０のゲートに接続され下アームスイッチング素子４０をオンオフ制御する。ゲート抵抗９８は、下アームスイッチング素子４０のゲート抵抗を適当な値に調整する抵抗素子である。同様のゲート抵抗９９（図３Ｂ参照）が駆動回路９０にも設けられるが、図３Ａでは図示を省略した。回転電機１００は、電力変換装置１０ａの負荷の例である。平滑コンデンサ１０２は、インバータアーム１０の一方端子１２と他方端子１６との間の電圧の変動、電流の変動を抑制する容量素子である。

インバータアーム１０が正常動作するときは、スイッチング素子と回転電機１００との間に電流が流れるが、回転電機１００のインダクタンス成分で電流が制限されるため、電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）は比較的小さい。これに対し、スイッチング素子が短絡故障すると、平滑コンデンサ１０２からスイッチング素子へ直接的に電流が流れ込むので、電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）がかなり大きく、正常動作時の約１０００倍にもなる。したがって、スイッチング素子が短絡故障したことを迅速に検知し、インバータアーム１０の動作を停止する必要がある。

図３Ａにおいては、上アームスイッチング素子３０が短絡故障したものとするので、上アームスイッチング素子３０の駆動回路９０に入力される外部ゲート信号をＬｏレベルとする。そして下アームスイッチング素子４０の駆動回路９４に入力される外部ゲート信号をＨｉレベルとする。Ｌｏレベルは、スイッチング素子をオフとするゲート電圧であり、Ｈｉレベルは、スイッチング素子をオンとするゲート電圧である。

短絡電流検出用のコンパレータ９６は、配線インダクタンス６０に生じる誘起電圧を所定の閾値電圧Ｖ_REFと比較する比較部であり、さらに、比較の結果に基づいて所定の信号を出力する出力部でもある。コンパレータ９６の２つの入力端子のうち、プラス側入力端子には、配線インダクタンス６０の第１検出点６４が短絡電流検出用に所定の閾値電圧Ｖ_REFを与える基準電圧源を介して接続される。また、マイナス側入力端子には、配線インダクタンス６０のエミッタ検出点６２が接続される。コンパレータ９６は、第１検出点６４とエミッタ検出点６２との間の電圧が閾値電圧Ｖ_REF未満のときにＬｏレベルを出力し、閾値電圧Ｖ_REF以上のときにＨｉレベルを出力する。第１検出点６４とエミッタ検出点６２との間の電圧が閾値電圧Ｖ_REF以上のときは、下アームスイッチング素子４０に流れる電流が過大な短絡電流である。

閾値電圧Ｖ_REFは、配線インダクタンス６０に短絡電流が流れるときに発生する誘起電圧として定めることができる。短絡電流の電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）＝１０ｋＡ／μｓとし、配線インダクタンス６０の大きさを５ｎＨとすると、その誘起電圧は、｛（１０ｋＡ／μｓ）×５ｎＨ｝＝５０Ｖである。例えば、閾値電圧Ｖ_REF＝３０Ｖとすれば、下アームスイッチング素子４０に短絡電流が流れたときに、コンパレータ９６はＨｉレベルを出力する。このようにして、上アームスイッチング素子３０が短絡故障したとき、下アームスイッチング素子４０側に設けられるコンパレータ９６によって、下アームスイッチング素子４０に流れる短絡電流検出が行われる。

上記では配線インダクタンス６０の大きさが５ｎＨの例を述べたが、短絡電流を検出可能とするのに必要な配線インダクタンスの大きさＬｄｓは、以下のようにして求められる。コンパレータ９６の最小検出電圧をＶｄｍｉｎとし、短絡時に発生する電流変化率を（ｄｉ／ｄｔ）ｓｃとすると、短絡電流を検出可能とするのに必要な配線インダクタンスの大きさＬｄｓは、Ｌｄｓ＞｛Ｖｄｍｉｎ／（ｄｉ／ｄｔ）ｓｃ｝である。（ｄｉ／ｄｔ）ｓｃ＝１０ｋＡ／μｓとし、Ｖｄｍｉｎ＝閾値電圧Ｖ_REF＝３０Ｖの場合は、Ｌｄｓ＞｛３０Ｖ／（１０ｋＡ／μｓ）｝＝３ｎＨである。上記の例では、Ｌｄｓ＝５ｎＨであるので、この条件を満たす。別例として、Ｖｄｍｉｎ＝閾値電圧Ｖ_REF＝１０Ｖの場合は、Ｌｄｓは１ｎＨ程度で足りる。この大きさは、検出のために追加でロゴスキーコイルを設けるまでもなく、配線インダクタンスで十分まかなえる範囲である。

駆動回路９４は、図示しない外部制御回路からの外部ゲート信号と、コンパレータ９６の出力信号の反転信号とのＡＮＤを取り、下アームスイッチング素子４０のゲートに下アームゲート電圧ＬＧとして入力する。したがって、コンパレータ９６の出力信号がＬｏレベルであれば、外部ゲート信号に応じて下アームスイッチング素子４０が駆動される。外部ゲート信号がＨｉレベルのときに下アームゲート電圧ＬＧがＨｉレベルとなって下アームスイッチング素子４０はオン状態となる。一方、コンパレータ９６の出力信号がＨｉレベルであれば、外部ゲート信号に無関係に下アームゲート電圧ＬＧがＬｏレベルとなって下アームスイッチング素子４０がオフされる。このように、過大な短絡電流が下アームスイッチング素子４０に流れることを検出して迅速に下アームスイッチング素子４０をオフして保護する。

図３Ｂは、下アームスイッチング素子４０の短絡故障を検出するときの回路構成である。基本構成は図３Ａと同じであるので、対応する要素の符号を（＋１）して示した。ここでは、下アームスイッチング素子４０の駆動回路９１に入力される外部ゲート信号をＬｏレベルとし、上アームスイッチング素子３０の駆動回路９５に入力される外部ゲート信号をＨｉレベルとする。

短絡故障検出のために用いるのは、中間バスバ２２における上アームスイッチング素子３０のエミッタ側配線に対応する部分の配線インダクタンス５０である。短絡電流検出部９３は、上アームスイッチング素子３０の側に設けられ、下アームスイッチング素子４０が短絡故障したときに上アームスイッチング素子３０に流れる短絡電流を検出する上アーム短絡電流検出部である。短絡電流検出部９３におけるコンパレータ９７の２つの入力端子のうち、プラス側入力端子には、配線インダクタンス５０の第１検出点５４が短絡電流検出用の閾値電圧Ｖ_REFを与える基準電圧源を介して接続される。また、マイナス側入力端子には、配線インダクタンス５０のエミッタ検出点５２が接続される。

この構成において、下アームスイッチング素子４０が短絡して上アームスイッチング素子３０に過大な電流が流れると配線インダクタンス５０に誘起電圧が発生する。これを検出してコンパレータ９７の出力信号がＨｉレベルとなると、外部ゲート信号に無関係に上アームゲート電圧ＵＧがＬｏレベルとなって上アームスイッチング素子３０がオフされる。これによって、過大な短絡電流が上アームスイッチング素子３０に流れることを検出して迅速に上アームスイッチング素子３０をオフして保護する。

図３Ａの構成の作用と図３Ｂの構成の作用は同じであるので、図３Ａに代表させて、上記構成の作用について図４Ａ、図４Ｂを用いてさらに詳細に説明する。図４Ａは、上アームスイッチング素子３０の短絡故障がなくインバータアーム１０が正常動作しているときの各要素の状態を示すタイミングチャートである。図４Ｂは、上アームスイッチング素子３０が短絡故障したときの各要素の状態を示すタイミングチャートである。各図において、横軸は時間で、縦軸は各要素のレベル状態または電圧状態を示す。縦軸の最上段は、駆動回路９０に入力される上アーム外部ゲート信号のレベル状態を示し、上段側から２段目は駆動回路９４に入力される下アーム外部ゲート信号のレベル状態を示す。上段側から３段目は上アームゲート電圧ＵＧのレベル状態を示し、４段目は下アームゲート電圧ＬＧのレベル状態を示す。上段側から５段目は下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEの電圧レベルを示し、最下段はコンパレータ９６の出力レベルを示す。

インバータアーム１０が正常動作している図４Ａにおいて、時間ｔ１から時間ｔ７の間は、上アーム外部ゲート信号がＬｏレベルとされる期間で、時間ｔ２から時間ｔ６の間は、下アーム外部ゲート信号がＨｉレベルとされる期間である。時間ｔ１から時間ｔ２の間の期間と、時間ｔ６から時間ｔ７の間の期間がデッドタイムである。上アームゲート電圧ＵＧは、上アーム外部ゲート信号から駆動回路９０の回路処理遅れ時間だけ遅れて変化する。図４Ａでは回路処理遅れ時間を無視できるものとして、時間ｔ１から時間ｔ７の間で、上アームゲート電圧ＵＧをＬｏレベルとし、この期間で上アームスイッチング素子３０がオフする。同様に、下アームゲート電圧ＬＧは、下アーム外部信号から駆動回路９４の回路処理遅れ時間だけ遅れて変化する。図４Ａでは回路処理遅れ時間を無視できるものとして、時間ｔ２から時間ｔ６の間で、下アームゲート電圧ＬＧをＨｉレベルとし、この期間で下アームスイッチング素子４０がオンする。

下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEは、下アームスイッチング素子４０がオンしたとき、オン抵抗にオン電流を乗じた電圧である。オン電流の電流変化率の一例を挙げると、（ｄｉ／ｄｔ）＝１０Ａ／μｓ程度である。配線インダクタンス６０の大きさを５ｎＨとすると、配線インダクタンス６０に生じる誘起電圧＝｛（１０Ａ／μｓ）×５ｎＨ｝＝５０ｍＶである。この誘起電圧の分、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが持ち上がる。

コンパレータ９６は、この誘起電圧を閾値電圧Ｖ_REFと比較する。時間ｔ２から時間ｔ６の間における誘起電圧は、５０ｍＶとなる。コンパレータ９６の閾値電圧Ｖ_REF＝３０Ｖとして、コンパレータ９６の出力はＬｏレベルとなり、下アームスイッチング素子４０には短絡電流が流れていないと判断される。

図４Ｂは、上アームスイッチング素子３０に短絡故障が時間ｔ３において発生したときのタイミングチャートである。横軸、縦軸の内容は図４Ａと同じである。ここで、時間ｔ３の直前まではインバータアーム１０は正常動作し、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEは、５０ｍＶで、コンパレータ９６の出力はＬｏレベルである。時間ｔ３において上アームスイッチング素子３０に短絡故障が発生すると、その短絡電流が下アームスイッチング素子４０に流れるとほぼ同時に、配線インダクタンス６０に誘起電圧が生じる。短絡電流の電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）＝１０ｋＡ／μｓとし、配線インダクタンス６０の大きさを５ｎＨとすると、その誘起電圧は、｛（１０ｋＡ／μｓ）×５ｎＨ｝＝５０Ｖである。

図４Ａと同様に、誘起電圧と閾値電圧Ｖ_REFを比較すると、時間ｔ３において、誘起電圧は５０Ｖとなる。コンパレータ９６の閾値電圧Ｖ_REF＝３０Ｖとして、コンパレータ９６の出力はＨｉレベルとなり、下アームスイッチング素子４０に短絡電流が流れていると判断される。

コンパレータ９６には回路処理遅れ時間があるので、時間ｔ４においてＨｉレベルを駆動回路９４に出力する。駆動回路９４にも回路処理遅れ時間があるので、時間ｔ５で下アームスイッチング素子４０が強制的にオフされる。時間ｔ５は、下アーム外部ゲート信号がオフされる時間ｔ６よりも早いタイミングで、これにより、下アームスイッチング素子４０は短絡電流によって損傷することから保護される。時間ｔ６以後は図４Ａと同じである。このように、配線インダクタンス６０は高い電流変化率検出能力を有するので、迅速に短絡電流検出を行うことができる。

図５Ａ、図５Ｂは、コレクタ側配線における配線インダクタンスを利用した短絡電流検出部付きの電力変換装置１０ｃ，１０ｄの回路構成図である。図５Ａは、上アームスイッチング素子３０の短絡故障を検出するときの回路構成図であり、図５Ｂは、下アームスイッチング素子４０の短絡故障を検出するときの回路構成図である。図３Ａ、図３Ｂで述べたように、上アームスイッチング素子３０が短絡故障するか下アームスイッチング素子４０が短絡故障するかは不明であるので、以下では、２つの短絡故障検出における構成の特徴事項を分説する。

図５Ａにおいて、上アームスイッチング素子３０の短絡故障を検出する電力変換装置１０ｃでは、図３Ａの電力変換装置１０ａと異なる。ここでは、中間バスバ２２において下アームスイッチング素子４０のコレクタ側配線に対応する部分の配線インダクタンス８０を短絡電流検出に用いる。これに伴い、短絡電流検出部１１０に含まれる短絡電流検出用のコンパレータ１１２の２つの入力端子のうち、プラス側入力端子には、配線インダクタンス８０のエミッタ検出点８４が短絡電流検出用の閾値電圧Ｖ_REFを与える基準電圧源を介して接続される。マイナス側入力端子には、配線インダクタンス８０の第２検出点８２が接続される。ダイオード１０６は、高電圧で動作するインバータアーム１０と低電圧で動作する短絡電流検出部１１０の間を電圧的に分離する整流素子で、カソードが中間バスバ２２に接続され、アノードが短絡電流検出部１１０のＣＬ端子に接続される。ＣＬ端子はコンパレータ１１２のマイナス側入力端子である。その他の要素は図３Ａと同じである。

図３Ａで述べたエミッタ側配線における配線インダクタンス６０を用いるときは、配線インダクタンス６０に発生する誘起電圧の分だけ、インバータアーム１０におけるグランド側基準電圧と短絡電流検出部９２のグランド側基準電圧との間に電圧差が生じる。コレクタ側配線における配線インダクタンス８０を用いることで、インバータアーム１０におけるグランド側基準電圧と短絡電流検出部１１０のグランド側基準電圧とを同じにでき、短絡故障検出の精度を向上させることができる。また、ダイオード１０６が、例えば下アームスイッチング素子４０のコレクタ電位を監視する目的等で既に設けられている場合では、第２検出点８２からの引出線を特別に設けなくても済む。特に、電力変換装置が複数のインバータアームを含む構成のときは、第２検出点８２からの引出線が複数となるので、これらが不要になることは、電力変換装置の全体の小型化、低コストに貢献する。

図５Ｂは、下アームスイッチング素子４０の短絡故障を検出するときの回路構成図であるが基本構成は図５Ａと同じであるので、対応する用紙の符号を（＋１）して示した。下アームスイッチング素子４０の短絡故障を検出する電力変換装置１０ｄでは、図３Ｂの電力変換装置１０ｂと異なり、上アームスイッチング素子３０のコレクタ側配線１４の配線インダクタンス７０を短絡電流検出に用いる。これに伴い、短絡電流検出部１１１に含まれる短絡電流検出用のコンパレータ１１３の２つの入力端子のうち、プラス側入力端子には、配線インダクタンス７０のエミッタ検出点７４が短絡電流検出用の閾値電圧Ｖ_REFを与える基準電圧源を介して接続される。マイナス側入力端子には、配線インダクタンス７０の第２検出点７２が接続される。ダイオード１０７は、高電圧で動作するインバータアーム１０と低電圧で動作する短絡電流検出部１１１の間を電圧的に分離する整流素子で、カソードがコレクタ側配線１４に接続され、アノードが短絡電流検出部１１１のＣＵ端子に接続される。ＣＵ端子はコンパレータ１１３のマイナス側入力端子である。その他の要素は図３Ｂと同じである。

図３Ｂで述べたエミッタ側配線における配線インダクタンス５０を用いることに代えて、コレクタ側配線における配線インダクタンス７０を用いることの利点は、図５Ａで述べた内容と同じである。

図５Ａの構成の作用と図５Ｂの構成の作用は同じであるので、図５Ａに代表させて、上記構成の作用について図６Ａ、図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ、図６Ｂは、図４Ａ、図４Ｂに対応する図である。横軸、縦軸の内容は、図４Ａ、図４Ｂと同じである。

インバータアーム１０が正常動作している図６Ａにおいて、下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEは、下アームスイッチング素子４０がオンしたとき、オン抵抗にオン電流を乗じた電圧である。オン電流の電流変化率を（ｄｉ／ｄｔ）＝１０Ａ／μｓとし、配線インダクタンス８０の大きさを５ｎＨとすると、配線インダクタンス８０に生じる誘起電圧＝｛（１０Ａ／μｓ）×５ｎＨ｝＝５０ｍＶである。この誘起電圧の分、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが持ち上がる。

コンパレータ１１２は、この誘起電圧を閾値電圧Ｖ_REFと比較する。時間ｔ２から時間ｔ６の間における誘起電圧は、５０ｍＶとなる。コンパレータ１１２の閾値電圧Ｖ_REF＝３０Ｖとして、コンパレータ１１２の出力はＬｏレベルとなり、下アームスイッチング素子４０には短絡電流が流れていないと判断される。

上アームスイッチング素子３０に短絡故障が時間ｔ３において発生したときの図６Ｂにおいて、時間ｔ３の直前まではインバータアーム１０は正常動作し、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEは、５０ｍＶで、コンパレータ１１２の出力はＬｏレベルである。時間ｔ３において上アームスイッチング素子３０に短絡故障が発生すると、その短絡電流が下アームスイッチング素子４０に流れるとほぼ同時に、配線インダクタンス８０に誘起電圧が生じる。短絡電流の電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）＝１０ｋＡ／μｓとし、配線インダクタンス８０の大きさを５ｎＨとすると、その誘起電圧は、｛（１０ｋＡ／μｓ）×５ｎＨ｝＝５０Ｖである。

誘起電圧と閾値電圧Ｖ_REFを比較すると、時間ｔ３において、誘起電圧は５０Ｖとなる。コンパレータ１１２の閾値電圧Ｖ_REF＝３０Ｖとして、コンパレータ１１２の出力はＨｉレベルとなり、下アームスイッチング素子４０に短絡電流が流れていると判断される。

このように、コレクタ側配線における配線インダクタンス８０を用いても、図４Ａ、図４Ｂと同様なタイミングチャートとなって、エミッタ側配線における配線インダクタンス６０を用いるのと同様な作用効果を発揮する。

上記では、コンパレータ１１２，１１３は、配線インダクタンス８０，７０に発生する誘起電圧を閾値電圧Ｖ_REFと比較するものとした。図５Ａ、図５Ｂの回路構成図では、コンパレータ１１２，１１３は、スイッチング素子のコレクタ・エミッタ間電圧を検出している。そこで、外部ゲート信号からスイッチング素子に与えられるゲート信号までの間の時間遅れの程度によっては、コンパレータ１１２，１１３が短絡電流について誤検出し、短絡電流検出部が誤動作する可能性がある。

図７は、コンパレータ１１２について、誤検出の可能性を示すタイミングチャートである。図７の横軸は時間であり、縦軸は各要素のレベル状態または電圧状態である。縦軸の最上段は下アーム外部ゲート信号のレベル状態を示す。上段側から２段目は下アームスイッチング素子４０の下アームゲート電圧ＬＧに対する指令信号のレベル状態を示し、３段目は下アームスイッチング素子４０における実際の下アームゲート電圧ＬＧのレベル状態を示す。上段側から４段目は下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEの電圧状態を示し、最下段はコンパレータ１１２の出力レベルを示す。

図７において、時間ｔ１は、図６Ａ、図６Ｂのｔ１と同じで、下アーム外部ゲート信号がＬｏレベルからＨｉレベルに立上がった時間である。時間ｔ１０は、下アーム外部ゲート信号がＨｉレベルに立上がったことで下アームスイッチング素子４０の下アームゲート電圧ＬＧに対する指令信号が立上りを開始した時間である。時間ｔ２は、図６Ａ、図６Ｂのｔ２と同じである。時間ｔ１から時間ｔ１０までの間の時間は、駆動回路９４の内部における回路処理遅れ時間である。時間ｔ１０から時間ｔ２までの間の時間は、下アームスイッチング素子４０のゲート容量の充電時間である。

下アームスイッチング素子４０の下アームゲート電圧ＬＧは、時間ｔ１０のＬｏレベルから立上り開始し、ゲート容量の充電時定数に対応して立上り、時間ｔ２で立上りを完了する。これにより、下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEは、時間ｔ１０から立下りを開始し時間ｔ２で立下りが終了する。時間ｔ１２は、時間ｔ２に達する前の時間で、下アームスイッチング素子４０がオフからオンとなるオン閾値電圧に下アームゲート電圧ＬＧが達した時間である。なお、時間ｔ２は、時間t１２からさらに進んで、下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが十分に飽和状態になった時間に対応する。

コンパレータ１１２は、第２検出点８２とエミッタ検出点８４との間の電圧を検出する。したがって、配線インダクタンス８０に電流が流れなくても、下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが立下がって、誘起電圧について定めた閾値電圧Ｖ_REF未満となる時間ｔ１１まで、Ｈｉレベルを出力する。このＨｉレベル出力は、下アームスイッチング素子４０がオフからオンに遷移する状態を示すものであり、短絡電流検出を示すものではない。外部ゲート信号からスイッチング素子に与えられるゲート信号までの回路処理遅れの程度によっては、コンパレータ１１２は、下アームスイッチング素子４０に短絡電流が流れないにも関わらずＨｉレベルを出力するので、短絡電流について誤検出が生じる。コンパレータ１１２に誤検出が生じると、下アームスイッチング素子４０用の駆動回路が誤動作する。

図８Ａ、図８Ｂは、スイッチング素子がオフからオンへ遷移するときに生じ得る短絡電流検出部の誤動作を防止する電力変換装置の回路構成を示す図である。図８Ａは、上アームスイッチング素子３０の短絡故障を検出する短絡電流検出部１２０の誤動作を防止する電力変換装置１０ｅの回路構成図である。図８Ｂは、下アームスイッチング素子４０の短絡故障を検出する短絡電流検出部１２１の誤動作を防止する電力変換装置１０ｆの回路構成図である。

上アームスイッチング素子３０の短絡故障を検出する図８Ａにおいて、図６Ａと相違するのは、短絡電流検出部１２０にゲートモニタ回路１２４が設けられることと、短絡電流検出部１２０に含まれる駆動回路１２２にマスク部１２６が設けられることである。その他の要素は、図６Ａと同じである。

短絡電流検出部１２０に設けられるゲートモニタ回路１２４は、下アームスイッチング素子４０のゲート電圧を直接的に取得する。そして、取得したゲート電圧を予め定めたゲートオン閾値電圧を参照し、取得したゲート電圧がオン閾値電圧以上か否かを監視してその結果を出力する。直接的に取得とは、外部ゲート信号を取得するのではなく、外部ゲート信号に応じて駆動回路１２２が出力するゲート電圧指令信号を取得するのでもなく、下アームスイッチング素子４０における実際のゲート電圧を取得することである。監視結果の出力方法としては、取得したゲート電圧がオン閾値電圧未満のときにＨｉレベルを出力し、取得したゲート電圧がオン閾値電圧以上のときにＬｏレベルを出力する。

駆動回路１２２に設けられるマスク部１２６は、コンパレータ１１２からの出力信号と、ゲートモニタ回路１２４からの出力信号を用い、ゲートモニタ回路１２４からの出力信号がＨｉレベルであるときは、コンパレータ１１２の出力信号をマスクする。コンパレータ１１２の出力信号をマスクするとは、コンパレータ１１２の出力信号がＨｉレベルであっても、これを隠してＬｏレベルを出力する回路である。

マスク部１２６を用いれば、図７の時間ｔ１２までは、仮にコンパレータ１１２の出力信号がＨｉレベルであっても、駆動回路１２２においてはコンパレータ１１２の信号がＬｏレベルの信号とされ、短絡電流検出部１２０における誤動作が防止される。

下アームスイッチング素子４０の短絡故障を検出する図８Ｂの基本構成は図８Ａと同じであるので、対応する要素の符号を（＋１）して示した。ここでは、短絡電流検出部１２１にゲートモニタ回路１２５が設けられ、短絡電流検出部１２１に含まれる駆動回路１２３にマスク部１２７が設けられる。これらの内容は、図８Ａのゲートモニタ回路１２４とマスク部１２６と同様であるので、詳細な説明を省略する。

図８Ａの構成の作用と図８Ｂの構成の作用は同じであるので、図８Ａに代表させて、上記構成の作用について図９Ａ、図９Ｂを用いて説明する。図９Ａ、図９Ｂは、図６Ａ、図６Ｂに対応する図である。横軸は図６Ａ、図６Ｂと同様に時間であるが、図７で説明した時間ｔ１０とｔ１２を加えた。縦軸は図６Ａ、図６Ｂと同様に各要素の動作レベルまたは電圧状態であるが、マスク信号の動作レベルを最下段に加えた。また、下アームスイッチング素子４０の実際の下アームゲート電圧ＬＧの波形と、下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEの波形については、図７で説明した波形に合わせた。

インバータアーム１０が正常動作しているとき、図９Ａに示すように、下アームスイッチング素子４０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが誘起電圧について設定された閾値電圧Ｖ_REFに立下がるまで、コンパレータ１１２の出力はＨｉレベルを出力する。コンパレータ１１２のこの誤検出に対し、マスク信号は、時間ｔ１２までＨｉレベルを出力する。時間ｔ１２は、下アームスイッチング素子４０のゲート電圧が立上がってオン閾値電圧となる時間である。これにより、インバータアーム１０が正常動作しているときの下アームスイッチング素子４０がオフからオンに遷移するときにおいて、短絡電流検出部１２０の誤動作が防止される。

インバータアーム１０が時間ｔ３で短絡故障したときの図９Ｂでも、下アームスイッチング素子４０がオフからオンに遷移するときにおいて、短絡電流検出部１２０の誤動作が防止される。そして、時間ｔ３以後は、図６Ｂで述べたと同様に、配線インダクタンス８０は高い電流変化率検出能力を有するので、迅速に短絡故障検出を行うことができる。

１０インバータアーム、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ電力変換装置、１２一方端子、１４コレクタ側配線、１６他方端子、１８エミッタ側配線、２０出力端子、２２中間バスバ、３０（上アーム）スイッチング素子、４０（下アーム）スイッチング素子、５０，６０，７０，８０配線インダクタンス、５２，６２，７４，８４エミッタ検出点、５４，６４第１検出点、７２，８２第２検出点、９０，９１，９４，９５，１２２，１２３駆動回路、９２，１１０，１２０（下アーム）短絡電流検出部、９３，１１１，１２１（上アーム)短絡電流検出部、９６，９７，１１２，１１３コンパレータ、９８，９９ゲート抵抗、１００回転電機、１０２平滑コンデンサ、１０６，１０７ダイオード、１２４，１２５ゲートモニタ回路、１２６，１２７マスク部。

Claims

電源とグランドとの間に上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが直列に接続されるインバータアームを含む電力変換装置であって、
前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子のいずれか一方側のスイッチング素子が短絡故障か否かを検出する短絡電流検出部を有し、
前記短絡電流検出部は、
前記一方側のスイッチング素子のゲート電圧をＬ０レベルとして前記一方側のスイッチング素子をオフし、他方側のスイッチング素子のゲート信号をＨｉレベルとして前記他方側のスイッチング素子をオン状態とし、
前記他方側のスイッチング素子のコレクタ側に接続されるコレクタ側配線に電流が流れるときに生じる誘起電圧を検出する検出部と、
前記検出部にて検出した誘起電圧と、予め定めた所定閾値電圧とを比較する比較部と、
を備え、
前記コレクタ側配線に生じる誘起電圧の検出は、前記コレクタ側配線における前記他方側のスイッチング素子の前記コレクタ側のコレクタ検出点よりも電位が高い第２検出点と、前記他方側のスイッチング素子のエミッタ側のエミッタ検出点との間で行われることを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記比較部の比較結果に基づいて所定の信号を出力する出力部を備えることを特徴とする電力変換装置。
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記出力部は、前記誘起電圧が前記所定閾値電圧より大きいとき前記信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
請求項２または請求項３に記載の電力変換装置において、
前記他方側のスイッチング素子のゲート電圧をモニタするゲートモニタ回路を備え、
前記ゲートモニタ回路により測定した前記ゲート電圧が前記他方側のスイッチング素子のオン閾値電圧未満のとき、前記信号をマスクすることを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
電源とグランドとの間に上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが直列に接続されるインバータアームを含み、
前記上アームスイッチング素子の前記コレクタ側配線に生じる前記誘起電圧に基づいて前記上アームスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行う上アーム短絡電流検出部、または、
前記下アームスイッチング素子の前記コレクタ側配線に生じる前記誘起電圧に基づいて前記下アームスイッチング素子に流れる電流が短絡電流か否かの検出を行う下アーム短絡電流検出部の少なくとも１つを備えることを特徴とする電力変換装置。