JP6819249B2 - ３レベルチョッパ回路 - Google Patents

Description

この発明は、３レベルチョッパ回路に関し、特に、逆阻止通電制御素子を備える３レベルチョッパ回路に関する。

従来、逆阻止通電制御素子を備えるチョッパ回路が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載のチョッパ回路には、互いに直列に接続された第１双方向通電制御素子モジュールおよび第２双方向通電制御素子モジュールが設けられている。第１双方向通電制御素子モジュールは、第１逆阻止通電制御素子と、第１逆阻止通電制御素子に逆並列に接続された第１逆並列逆阻止通電制御素子とからなる。また、第２双方向通電制御素子モジュールは、第２逆阻止通電制御素子と、第２逆阻止通電制御素子に逆並列に接続された第２逆並列逆阻止通電制御素子とからなる。また、このチョッパ回路には、互いに直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサが設けられている。第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々は、第１双方向通電制御素子モジュールと第２双方向通電制御素子モジュールとの両端に、第１整流素子および第２整流素子を介して接続されている。また、第１双方向通電制御素子モジュールと第２双方向通電制御素子モジュールとの接続点と、第１コンデンサと第２コンデンサとの接続点とが互いに接続されている。また、チョッパ回路には、平滑リアクトルが設けられ、直流電源が、平滑リアクトルを介して、第１双方向通電制御素子モジュールおよび第２双方向通電制御素子モジュールに接続されている。そして、このチョッパ回路は、平滑リアクトルを用いて、直流電源の電圧を昇圧して、負荷に電力を供給するように構成されている。

特開２００９−２８４６３９号公報

ここで、上記特許文献１に記載のチョッパ回路では、第１整流素子または第２整流素子のうちの一方が逆回復時のサージ電圧（逆回復サージ）等に起因して短絡故障する場合がある。この時、上記特許文献１に記載のチョッパ回路のような従来のチョッパ回路では、第１双方向通電制御素子モジュールおよび第２双方向通電制御素子モジュールは、共に、オフされる制御が行われる。この時、電流の流れに対して順方向側のスイッチである第１逆阻止通電制御素子、および、第２逆阻止通電制御素子にはオフの信号が与えられる。一方、電流の流れに対して逆方向側のスイッチである第１逆並列逆阻止通電制御素子、および、第２逆並列逆阻止通電制御素子には、オンの信号が与えられる。逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流は逆阻止通電制御素子にオンの信号の与えられた状態の方が小さく、逆耐圧は逆阻止通電制御素子にオンの信号の与えられた状態の方が大きいためである。

しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来のチョッパ回路では、たとえば、第１整流素子が短絡故障した場合で、かつ、第１コンデンサの電圧値が直流電源の電圧値よりも大きい場合には、第１双方向通電制御素子モジュールおよび第２双方向通電制御素子モジュールをオフした場合でも、第１コンデンサからの電流が短絡した第１整流素子を通過して、直流電源に逆流する。そして、直流電源から第２双方向通電制御素子モジュールに電流が逆流して流れる。このように、第１整流素子の短絡故障した箇所に電流を流し続けると、故障が拡大するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、第１整流素子または第２整流素子の短絡故障の後の故障の拡大を抑制することが可能な３レベルチョッパ回路を提供することである。

この発明の一の局面による３レベルチョッパ回路は、リアクトルと、直流出力回路と、負荷に並列に接続されているコンデンサ回路と、コンデンサ回路に並列に接続されている回路であって、コンデンサ回路の正極に接続されているとともに直流出力回路の正極に接続されている第１逆阻止通電制御素子と、第１逆阻止通電制御素子と逆直列に接続されている第１整流素子と、コンデンサ回路の負極に接続されているとともに直流出力回路の負極に接続されている第２逆阻止通電制御素子と、第２逆阻止通電制御素子と逆直列に接続されている第２整流素子と、が直列に接続され、第１整流素子の出力端と第２整流素子の入力端とがコンデンサ回路の両端に接続されている半導体素子直列回路と、第１整流素子および第２整流素子の短絡を検出する短絡検出部と、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合に、第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御し、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合に、第１逆阻止通電制御素子のオンオフを制御することにより、コンデンサ回路から直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断する制御部と、を備える。なお、「回路」とは、一般的に導体を終端がないように接続したものをいうが、本願明細書では、「回路」を、終端がある場合も含む「電流の通路」を意味する広い概念として記載している。また、「オンする」とは、第１逆阻止通電制御素子、第１逆並列逆阻止通電制御素子、第２逆阻止通電制御素子または第２逆並列逆阻止通電制御素子を順導通状態にすることを意味し、逆電圧がかかる場合には逆漏れ電流を小さくし逆耐圧が高くなるようにするものとして記載している。

この発明の一の局面による３レベルチョッパ回路では、上記のように、第１整流素子または第２整流素子の短絡が検出された場合、制御部によりコンデンサ回路から直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断することによって、整流素子の短絡故障した箇所に電流が流れることを抑制することができる。その結果、第１整流素子または第２整流素子の故障の後の故障の拡大を抑制することができる。

上記一の局面による３レベルチョッパ回路において、好ましくは、コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御し、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、第１逆阻止通電制御素子のオンオフを制御するように構成されている。ここで、コンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、コンデンサ回路から直流出力回路側に電流が逆流する。したがって、コンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、第１逆阻止通電制御素子または第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御部により制御することによって、電流の逆流を適切に切断することができる。

上記一の局面による３レベルチョッパ回路において、好ましくは、短絡検出部は、コンデンサ回路と直流出力回路との間の電流の値および向きを検出する電流検出部を含み、制御部は、電流検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流検出部により検出された電流の向きが反転したことに基づいて、第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御し、電流検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流検出部により検出された電流の向きが反転したことに基づいて、第１逆阻止通電制御素子のオンオフを制御するように構成されている。このように構成すれば、電流の向きが反転したことに基づいて、第１逆阻止通電制御素子または第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御することによって、電流の逆流を直接的に検知して制御を行うことができるので、電流の逆流をより適切に切断することができる。

この場合、好ましくは、制御部は、電流検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流検出部により検出された電流の向きが、コンデンサ回路を充電する向きからコンデンサ回路を放電する向きに反転したことに基づいて、第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御し、電流検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流検出部により検出された電流の向きが、コンデンサ回路を充電する向きからコンデンサ回路を放電する向きに反転したことに基づいて、第１逆阻止通電制御素子のオンオフを制御するように構成されている。このように構成すれば、コンデンサ回路から直流出力回路側への電流の逆流を直接的に検知して制御を行うことができるので、コンデンサ回路から直流出力回路側への電流の逆流をより適切に切断することができる。

上記一の局面による３レベルチョッパ回路において、好ましくは、３レベルチョッパ回路は昇圧チョッパ回路であり、第１逆阻止通電制御素子に逆並列に接続される第１逆並列逆阻止通電制御素子と、第２逆阻止通電制御素子に逆並列に接続される第２逆並列逆阻止通電制御素子とをさらに備え、リアクトルは、直流出力回路と直列に接続されており、第１逆阻止通電制御素子および第２逆阻止通電制御素子は、リアクトルを介して直流出力回路の両端に接続されており、コンデンサ回路は、正極が第１整流素子のカソードに接続されているとともに、負極が第１逆阻止通電制御素子と第２逆阻止通電制御素子との接続点に接続されている第１コンデンサと、正極が第１逆阻止通電制御素子と第２逆阻止通電制御素子との接続点に接続されているとともに、負極が第２整流素子のアノードに接続されている第２コンデンサとを含み、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合に、第２逆阻止通電制御素子をオンするとともに第２逆並列逆阻止通電制御素子をオフし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合に、第１逆阻止通電制御素子をオンするとともに第１逆並列逆阻止通電制御素子をオフすることにより、コンデンサ回路から直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている。このように構成すれば、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合に、第２逆並列逆阻止通電制御素子をオフすることによって、第１コンデンサから直流出力回路側への電流の逆流が、第２逆並列逆阻止通電制御素子によって遮断される。この時、第２逆阻止通電制御素子をオンすることによって、逆電圧のかかる第２逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。また、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合に、第１逆並列逆阻止通電制御素子をオフすることによって、第２コンデンサから直流出力回路側への電流の逆流が、第１逆並列逆阻止通電制御素子によって遮断される。この時、第１逆阻止通電制御素子をオンすることによって、逆電圧のかかる第１逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。

この場合、好ましくは、コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出された第１コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合に、第２逆並列逆阻止通電制御素子をオンし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出された第２コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合に、第１逆並列逆阻止通電制御素子をオンするように構成されている。このように構成すれば、第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ第１コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合には、逆電圧のかかる第２逆並列逆阻止通電制御素子をオンすることにより、第２逆並列逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。なお、第１コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合は、直流出力回路に電流は逆流しないので、第２逆並列逆阻止通電制御素子をオンしても、第１整流素子の故障の拡大を抑制することができる。また、第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ第２コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合には、逆電圧のかかる第１逆並列逆阻止通電制御素子をオンすることにより、第１逆並列逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。なお、第２コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合は、直流出力回路に電流は逆流しないので、第１逆並列逆阻止通電制御素子をオンしても、第２整流素子の故障の拡大を抑制することができる。

上記第１整流素子の短絡時は第２逆阻止通電制御素子をオンするとともに第２逆並列逆阻止通電制御素子をオフし、第２整流素子の短絡時は第１逆阻止通電制御素子をオンするとともに第１逆並列逆阻止通電制御素子をオフする３レベルチョッパ回路において、好ましくは、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合、第２逆並列逆阻止通電制御素子をオンするときは第２逆阻止通電制御素子をオフするとともに、第２逆並列逆阻止通電制御素子をオフするときは第２逆阻止通電制御素子をオンし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合、第１逆並列逆阻止通電制御素子をオンするときは第１逆阻止通電制御素子をオフするとともに、第１逆並列逆阻止通電制御素子をオフするときは第１逆阻止通電制御素子をオンするように構成されている。このように構成すれば、第１（第２）逆阻止通電制御素子および第１（第２）逆並列逆阻止通電制御素子のうちの一方をオフすることにより電流の流れを遮断することによって、短絡箇所の故障の拡大を抑制することができるとともに、他方をオンすることにより逆漏れ電流を小さくすることができる。

上記一の局面による３レベルチョッパ回路において、好ましくは、３レベルチョッパ回路は昇圧チョッパ回路であり、リアクトルは、直流出力回路と直列に接続されており、第１逆阻止通電制御素子および第２逆阻止通電制御素子は、リアクトルを介して直流出力回路の両端に接続されており、コンデンサ回路は、正極が第１整流素子のカソードに接続されているとともに、負極が第１逆阻止通電制御素子と第２逆阻止通電制御素子との接続点に接続されている第３コンデンサと、正極が第１逆阻止通電制御素子と第２逆阻止通電制御素子との接続点に接続されているとともに、負極が第２整流素子のアノードに接続されている第４コンデンサとを含み、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合に、第２逆阻止通電制御素子をオンし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合に、第１逆阻止通電制御素子をオンすることにより、コンデンサ回路から直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている。このように構成すれば、第１整流素子が短絡故障して、第３コンデンサから直流出力回路に電流が逆流して流れようとし、第２逆阻止通電制御素子に逆電圧がかかる場合でも、第２逆阻止通電制御素子をオンすることで逆漏れ電流が小さくなって逆耐圧が高くなるので、第１整流素子の短絡故障した箇所に電流が流れることが抑制される。また、第２整流素子が短絡故障して、第４コンデンサから直流出力回路に電流が逆流しようとして第１逆阻止通電制御素子に逆電圧がかかる場合でも、第１逆阻止通電制御素子はオンされるので、第１整流素子と同様に、逆漏れ電流が小さくなり逆耐圧が高くなる。これらにより、第１整流素子または第２整流素子の故障の拡大が抑制される。

この場合、好ましくは、制御部は、コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出された第３コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合に、第２逆阻止通電制御素子をオフし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出された第４コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合に、第１逆阻止通電制御素子をオフするように構成されている。このように構成すれば、第３コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合には、第２逆阻止通電制御素子をオフすることにより、直流出力回路から第３コンデンサのみ充電する向きに電流が流れて第１整流素子の故障箇所に大きな電流が流れることを抑制することができる。なお、第１整流素子が短絡故障した場合に、第３コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合には、直流出力回路に電流は逆流しないので、第２逆阻止通電制御素子をオフしても、第１整流素子の故障の拡大を抑制することができる。また、第４コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合には、第１逆阻止通電制御素子をオフすることにより、直流出力回路から第４コンデンサのみ充電する向きに電流が流れて第２整流素子の故障箇所に大きな電流が流れることを抑制することができる。なお、第２整流素子が短絡故障した場合に、第４コンデンサの電圧値が直流出力回路の正極の電圧値以下の場合には、直流出力回路に電流は逆流しないので、第１逆阻止通電制御素子をオフしても、第２整流素子の故障の拡大を抑制することができる。

上記一の局面による３レベルチョッパ回路において、好ましくは、３レベルチョッパ回路は降圧チョッパ回路であり、第１逆阻止通電制御素子に逆並列に接続される第３逆並列逆阻止通電制御素子と、第２逆阻止通電制御素子に逆並列に接続される第４逆並列逆阻止通電制御素子とをさらに備え、リアクトルは、コンデンサ回路と直列に接続されており、第１整流素子および第２整流素子は、リアクトルを介してコンデンサ回路の両端に接続されており、直流出力回路は、正極が第１逆阻止通電制御素子に接続されているとともに、負極が第１整流素子のアノードに接続されている第１直流電源と、正極が第１直流電源の負極および第２整流素子のカソードに接続されているとともに、負極が第２逆阻止通電制御素子に接続されている第２直流電源とを含み、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合に、第２逆阻止通電制御素子をオンするとともに第４逆並列逆阻止通電制御素子をオフし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合に、第１逆阻止通電制御素子をオンするとともに第３逆並列逆阻止通電制御素子をオフすることにより、コンデンサ回路から直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている。このように構成すれば、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合に、第４逆並列逆阻止通電制御素子をオフすることによって、コンデンサ回路から第２直流電源への電流の逆流が、第４逆並列逆阻止通電制御素子によって遮断される。この時、第２逆阻止通電制御素子をオンすることによって、逆電圧のかかる第２逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。また、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合に、第３逆並列逆阻止通電制御素子をオフすることによって、コンデンサ回路から第１直流電源への電流の逆流が、第３逆並列逆阻止通電制御素子によって遮断される。この時、第１逆阻止通電制御素子をオンすることによって、逆電圧のかかる第３逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。

この場合、好ましくは、コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が第２直流電源の正極の電圧値以下の場合に、第４逆並列逆阻止通電制御素子をオンし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が第１直流電源の正極の電圧値以下の場合に、第３逆並列逆阻止通電制御素子をオンするように構成されている。このように構成すれば、第１整流素子の短絡が検出された場合でかつコンデンサ回路の電圧値が第２直流電源の正極の電圧値以下の場合には、逆電圧のかかる第４逆並列逆阻止通電制御素子をオンすることにより、第４逆並列逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。なお、コンデンサ回路の電圧値が第２直流電源の正極の電圧値以下の場合は、第２直流電源に電流は逆流しないので、第４逆並列逆阻止通電制御素子をオンしても、第１整流素子の故障の拡大を抑制することができる。また、第２整流素子の短絡が検出された場合でかつコンデンサ回路の電圧値が第１直流電源の正極の電圧値以下の場合には、逆電圧のかかる第３逆並列逆阻止通電制御素子をオンすることにより、第３逆並列逆阻止通電制御素子の逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。なお、コンデンサ回路の電圧値が第１直流電源の正極の電圧値以下の場合は、第１直流電源に電流は逆流しないので、第３逆並列逆阻止通電制御素子をオンしても、第２整流素子の故障の拡大を抑制することができる。

上記第１整流素子の短絡時は第２逆阻止通電制御素子をオンするとともに第４逆並列逆阻止通電制御素子をオフし、第２整流素子の短絡時は第１逆阻止通電制御素子をオンするとともに第３逆並列逆阻止通電制御素子をオフする３レベルチョッパ回路において、好ましくは、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合、第４逆並列逆阻止通電制御素子をオンするときは第２逆阻止通電制御素子をオフするとともに、第４逆並列逆阻止通電制御素子をオフするときは第２逆阻止通電制御素子をオンし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合、第３逆並列逆阻止通電制御素子をオンするときは第１逆阻止通電制御素子をオフするとともに、第３逆並列逆阻止通電制御素子をオフするときは第１逆阻止通電制御素子をオンするように構成されている。このように構成すれば、第１（第２）逆阻止通電制御素子および第３（第４）逆並列逆阻止通電制御素子のうちの一方をオフすることにより電流の流れを遮断することによって、短絡箇所の故障の拡大を抑制することができるとともに、他方をオンすることにより逆漏れ電流を小さくすることができる。

上記一の局面による３レベルチョッパ回路において、好ましくは、３レベルチョッパ回路は降圧チョッパ回路であり、リアクトルは、コンデンサ回路と直列に接続されており、第１整流素子および第２整流素子は、リアクトルを介してコンデンサ回路の両端に接続されており、直流出力回路は、正極が第１逆阻止通電制御素子に接続されているとともに、負極が第１整流素子のアノードに接続されている第３直流電源と、正極が第３直流電源の負極および第２整流素子のカソードに接続されているとともに、負極が第２逆阻止通電制御素子に接続されている第４直流電源とを含み、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合に、第２逆阻止通電制御素子をオンし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合に、第１逆阻止通電制御素子をオンすることにより、コンデンサ回路から直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている。このように構成すれば、第１整流素子が短絡故障して、コンデンサ回路から第４直流電源に電流が逆流して流れようとし、第２逆阻止通電制御素子に逆電圧がかかる場合でも、第２逆阻止通電制御素子をオンすることで逆漏れ電流が小さくなって逆耐圧が高くなるので、第１整流素子の短絡故障した箇所に電流が流れることが抑制される。また、第２整流素子が短絡故障して、コンデンサ回路から第３直流電源に電流が逆流しようとして第１逆阻止通電制御素子に逆電圧がかかる場合でも、第１逆阻止通電制御素子はオンされるので、逆漏れ電流が小さくなり逆耐圧が高くなる。これらにより、第１整流素子または第２整流素子の故障の拡大を抑制することができる。

この場合、好ましくは、コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、制御部は、短絡検出部により第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が第４直流電源の正極の電圧値以下の場合に、第２逆阻止通電制御素子をオフし、短絡検出部により第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が第３直流電源の正極の電圧値以下の場合に、第１逆阻止通電制御素子をオフするように構成されている。このように構成すれば、コンデンサ回路の電圧値が第４直流電源の正極の電圧値以下の場合には、第２逆阻止通電制御素子をオフすることにより、第４直流電源からコンデンサ回路を充電することが抑制されるため、第１整流素子の故障の拡大を抑制することができる。なお、この場合、コンデンサ回路から第４直流電源に電流は逆流しないので、第２逆阻止通電制御素子をオフしても、第１整流素子の故障の拡大を抑制することができる。また、コンデンサ回路の電圧値が第３直流電源の正極の電圧値以下の場合には、第１逆阻止通電制御素子をオフすることにより、第３直流電源からコンデンサ回路を充電することが抑制されるため、第２整流素子の故障の拡大を抑制することができる。なお、この場合、コンデンサ回路から第３直流電源に電流は逆流しないので、第１逆阻止通電制御素子をオフしても、第２整流素子の故障の拡大を抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、第１整流素子または第２整流素子の短絡故障の後の故障の拡大を抑制することが可能な３レベルチョッパ回路を提供することができる。

本発明の第１実施形態によるチョッパ回路の構成を示した図である。 本発明の第１実施形態によるチョッパ回路の動作制御のフローを説明するための図である。 本発明の第２実施形態によるチョッパ回路の構成を示した図である。 本発明の第２実施形態によるチョッパ回路の動作制御のフローを説明するための図である。 本発明の第３実施形態によるチョッパ回路の構成を示した図である。 本発明の第３実施形態によるチョッパ回路の動作制御のフローを説明するための図である。 本発明の第４実施形態によるチョッパ回路の構成を示した図である。 本発明の第４実施形態によるチョッパ回路の動作制御のフローを説明するための図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
まず、図１および図２を参照して、第１実施形態によるチョッパ回路１００の構成について説明する。図１では、チョッパ回路１００の電気回路図を示している。

（第１実施形態のチョッパ回路の構成）
図１に示すように、チョッパ回路１００は、直流出力回路１を備えている。チョッパ回路１００は、直流出力回路１の電圧を昇圧して負荷１０１に印加するように構成されている。また、チョッパ回路１００は、いわゆる３レベル昇圧チョッパ回路として構成されている。なお、「回路」とは、一般的に導体を終端がないように接続したものをいうが、本願明細書では、「回路」を、終端がある場合も含む「電流の通路」を意味する広い概念として記載している。また、チョッパ回路１００は、特許請求の範囲の「３レベルチョッパ回路」の一例である。

直流出力回路１は、直流電源またはコンデンサにより構成されている。そして、直流出力回路１がコンデンサにより構成されている場合には、さらに別個に、交流電源または直流電源が設けられていてもよい。たとえば、交流電源として回転電機が設けられている場合には、チョッパ回路１００は、回転電機からの電力を負荷１０１（たとえば、バッテリ等）に回生するように構成されている。

負荷１０１は、たとえば、バッテリー（直流電源）により構成されていてもよいし、複数のスイッチング素子を含むインバータおよび電動機の組み合わせにより構成されていてもよい。負荷１０１がバッテリーにより構成されている場合には、負荷１０１は、直流出力回路１からの電力（回生電力）を充電するように構成されている。また、負荷１０１が電動機を含む場合には、負荷１０１は、電力を消費して、駆動するように構成されている。

チョッパ回路１００は、リアクトル２を備えている。リアクトル２は、直流出力回路１と直列に接続されている。

チョッパ回路１００は、負荷１０１に並列に接続されているコンデンサ回路３を備えている。コンデンサ回路３は、直列に接続されている、コンデンサ３ａとコンデンサ３ｂとを含む。具体的には、コンデンサ３ａとコンデンサ３ｂとは、負荷１０１の両端に接続されている。すなわち、コンデンサ３ａの正極とコンデンサ３ｂの負極とがそれぞれ負荷１０１の両端に接続され、コンデンサ３ａの負極とコンデンサ３ｂの正極とが互いに接続されている。なお、コンデンサ３ａおよびコンデンサ３ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１コンデンサ」および「第２コンデンサ」の一例である。

チョッパ回路１００は、リアクトル２を介して直流出力回路１の両端に接続されている逆阻止ＩＧＢＴ部４を備えている。逆阻止ＩＧＢＴ部４は、コンデンサ３ａの正極に接続されているとともに直流出力回路１の正極に接続されている逆阻止ＩＧＢＴ４ａを含む。なお、逆阻止ＩＧＢＴ４ａは、後述する双方向ＩＧＢＴモジュール６ａを介して、コンデンサ３ａの正極に接続されている。また、逆阻止ＩＧＢＴ部４は、コンデンサ３ｂの負極に接続されているとともに直流出力回路１の負極に接続されている逆阻止ＩＧＢＴ４ｂを含む。なお、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂは、後述する双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂを介して、コンデンサ３ｂの負極に接続されている。なお、逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１逆阻止通電制御素子」および「第２逆阻止通電制御素子」の一例である。

具体的には、リアクトル２の一方端と逆阻止ＩＧＢＴ４ａのコレクタとが接続されている。また、逆阻止ＩＧＢＴ４ａのエミッタと逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのコレクタとが接続されている。また、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのエミッタと直流出力回路１の負極とが接続されている。また、直流出力回路１の正極とリアクトル２の他方端とが接続されている。

チョッパ回路１００は、逆阻止ＩＧＢＴ部４と逆並列に接続されている逆並列逆阻止ＩＧＢＴ部５を備える。逆並列逆阻止ＩＧＢＴ部５は、逆阻止ＩＧＢＴ４ａと逆並列に接続されている逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａを含む。また、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ部５は、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂと逆並列に接続されている逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂを含む。なお、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１逆並列逆阻止通電制御素子」および「第２逆並列逆阻止通電制御素子」の一例である。

チョッパ回路１００は、逆阻止ＩＧＢＴ部４および逆並列逆阻止ＩＧＢＴ部５と直列に接続されている整流素子部６を備える。整流素子部６は、逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａと直列に接続されている双方向ＩＧＢＴモジュール６ａを含む。双方向ＩＧＢＴモジュール６ａは、逆阻止ＩＧＢＴ４ｃと、逆阻止ＩＧＢＴ４ｃに逆並列に接続された逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｃとにより構成されている。また、整流素子部６は、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂと直列に接続されている双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂを含む。双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂは、逆阻止ＩＧＢＴ４ｄと、逆阻止ＩＧＢＴ４ｄに逆並列に接続された逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄとにより構成されている。なお、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａおよび双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１整流素子」および「第２整流素子」の一例である。

また、逆阻止ＩＧＢＴ４ａと逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａとにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃが構成されている。また、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂと逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂとにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄが構成されている。

コンデンサ３ａは、正極が双方向ＩＧＢＴモジュール６ａのカソードに接続されているとともに、負極が逆阻止ＩＧＢＴ４ａと逆阻止ＩＧＢＴ４ｂとの接続点Ａに接続されている。具体的には、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｃのエミッタとコンデンサ３ａの正極とが接続されている。なお、逆阻止ＩＧＢＴ４ａのコレクタと逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｃのコレクタとが接続されている。

また、コンデンサ３ｂは、正極が接続点Ａに接続されているとともに、負極が双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂのアノードに接続されている。具体的には、コンデンサ３ｂの負極と逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄのコレクタとが接続されている。なお、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄのエミッタは、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのエミッタに接続されている。

チョッパ回路１００は、コンデンサ回路３の電圧値を検出する電圧検出部７を備える。電圧検出部７は、コンデンサ３ａの正極、および、コンデンサ３ｂの正極に接続されており、コンデンサ３ａの正極の電圧値Ｖｃ１、および、コンデンサ３ｂの正極の電圧値Ｖｃ２を検出するように構成されている。そして、電圧検出部７は、検出した電圧値Ｖｃ１およびＶｃ２を後述する制御部９に伝達するように構成されている。

チョッパ回路１００は、コンデンサ回路３と直流出力回路１との間の電流の値および向きを検出する電流検出部８を備える。具体的には、電流検出部８は、リアクトル２に流れる電流の流れる向き（図１の矢印Ｃ１方向および矢印Ｃ２方向）と、リアクトル２に流れる電流の電流値ＩＬとを検出することが可能に構成されている。そして、電流検出部８は、検出した電流の流れる向きと、電流値ＩＬとを後述する制御部９に伝達するように構成されている。なお、電流検出部８は、特許請求の範囲の「短絡検出部」の一例である。

チョッパ回路１００は、電圧検出部７および電流検出部８からの信号を受信するとともに、各逆阻止ＩＧＢＴのオンオフを制御する制御部９を備える。なお、制御部９は、特許請求の範囲の「短絡検出部」の一例である。

〈制御部の構成〉
制御部９は、逆阻止ＩＧＢＴ４ａ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｃ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｄ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｃ、および、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄのゲートに接続されており、上記８つのＩＧＢＴ素子のオンオフを制御するように構成されている。制御部９は、逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオンオフ（スイッチング動作）の時比率（デューティ）を制御することにより、チョッパ回路１００の負荷１０１に対する、電圧値（昇圧）および電流値（リアクトル２に流れる電流値ＩＬ）が調整（制御）される。また、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａ、および、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂは、逆阻止ＩＧＢＴ４ａ、および、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオフ時に、逆電圧がかかるため、逆耐圧を高め逆漏れ電流が小さくなるように、オンの状態にされる。また、逆阻止ＩＧＢＴ４ｃおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｄはオフの状態にされ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｃおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄはオンの状態にされることにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａ、および、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂは、整流機能を示すようにされている。

制御部９は、電流検出部８の検出結果に基づいて、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡、および、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡を検出するように構成されている。具体的には、制御部９は、逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオンオフ動作に関わらず、リアクトル２に電流が流れている場合に、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａまたは双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂのいずれかにおいて短絡が生じていると判断する制御を行う。

たとえば、制御部９は、電流値ＩＬと予め記憶された所定のしきい値ＩＬｔとを比較して、電流値ＩＬが所定のしきい値ＩＬｔを超えた場合を、短絡として検出する。この場合、制御部９は、電流値ＩＬが所定のしきい値ＩＬｔを超えた時点と、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄの動作状態とを対応付けて、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａまたは双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂのいずれが短絡したかを検出する（判断する）ように構成されている。なお、所定のしきい値ＩＬｔは１つの値に限られず、複数の値設けられていてもよい。

ここで、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａが短絡故障した場合でかつコンデンサ３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路１の電圧値Ｖａよりも大きい場合には、コンデンサ３ａ、短絡した双方向ＩＧＢＴモジュール６ａ、リアクトル２、直流出力回路１、および、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄの順に、電流が逆流する。この時、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオンの状態にした場合には、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡故障した箇所を電流が流れることで故障の拡大の原因になる場合がある。また、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂが短絡故障した場合も、コンデンサ３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路１の電圧値Ｖａよりも大きい場合でかつ逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオンした場合には、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの故障の拡大の原因になる。なお、電圧値Ｖａの情報は、チョッパ回路１００に予め記憶されていてもよいし、電圧検出部を設けて取得されるように構成してもよい。

そこで、第１実施形態では、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂのオンオフを制御する。また、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａのオンオフを制御する。これらにより、制御部９は、コンデンサ回路３から直流出力回路１側に逆流する電流の経路を遮断する。

具体的には、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きい場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオフする（切断状態にする）とともに、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオンする。また、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きい場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオフする（切断状態にする）とともに、逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオンする。

また、第１実施形態では、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオンするときは逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオフするとともに、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオフするときは逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオンする。また、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオンするときは逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオフするとともに、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオフするときは逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオンするように構成されている。すなわち、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｂが両方ともオンまたはオフになることはない。また、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ａが両方ともオンまたはオフになることはない。

また、第１実施形態では、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きい場合に、電流検出部８により検出された電流の向きが反転したことに基づいて、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオフするとともに、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオンする。また、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きい場合に、電流検出部８により検出された電流の向きが反転したことに基づいて、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオフするとともに、逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオンする。

これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａが短絡故障した場合に、コンデンサ３ａから直流出力回路１に電流が逆流する時点までは、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂはオンされる。その結果、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂの逆漏れ電流を小さくすることが可能である。同様に、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂが短絡故障した場合には、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａの逆漏れ電流を小さくすることが可能である。

具体的には、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きい場合に、電流検出部８が検出する電流の流れる向きが、コンデンサ３ａを充電する向き（図１の矢印Ｃ１方向）からコンデンサ３ａから放電される向き（図１の矢印Ｃ２方向）に反転したことに基づいて（反転する時点に）、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオン（順導通状態）からオフ（切断状態）に切り替えるとともに、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオフ（切断状態）からオン（順導通状態）に切り替える制御を行うように構成されている。この時、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃを順方向オフの状態（逆阻止ＩＧＢＴ４ａはオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａはオンの状態）にしている。

これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合において、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂに逆流した電流が流れようとする際には、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂは、切断状態にされているので、電流が流れることがない。また、コンデンサ３ａを充電している間は逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオフするので、直流出力回路１からコンデンサ３ａのみを充電する向きに電流が流れることに起因して双方向ＩＧＢＴモジュール６ａに大きな電流が流れることを抑制することが可能である。

また、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂが逆流しようとする電流を阻止しているとき、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂには逆漏れ電流が流れる。逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオフ状態の時には逆漏れ電流は大きいため、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡故障した箇所を電流が流れることによる故障の拡大につながる可能性がある。また、オフ状態では逆耐圧も小さいため、降伏して電流が流れ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂの故障や双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの故障の拡大の可能性もある。そのため、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオンの状態にすることで逆耐圧を高め逆漏れ電流を小さくしている。

また、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きい場合に、電流検出部８が検出する電流の流れる向きが、コンデンサ３ｂを充電する向き（図１の矢印Ｃ１方向）からコンデンサ３ｂから放電される向き（図１の矢印Ｃ２方向）に反転したことに基づいて（反転する時点に）、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオン（順導通状態）からオフ（切断状態）に切り替えるとともに、逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオフ（切断状態）からオン（順導通状態）に切り替える制御を行うように構成されている。この時、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄを順方向オフの状態（逆阻止ＩＧＢＴ４ｂはオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂはオンの状態）にしている。

これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合において、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａに逆流した電流が流れようとする際には、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａは、切断状態にされているので、電流が流れることがない。また、コンデンサ３ｂを充電している間は逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオフするので、直流出力回路１からコンデンサ３ｂのみ充電する向きに電流が流れることに起因して双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂに大きな電流が流れることを抑制することが可能である。

また、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａが逆流しようとする電流を阻止しているとき、逆阻止ＩＧＢＴ４ａには逆漏れ電流が流れる。そのため、逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオンの状態にすることで逆耐圧を高め逆漏れ電流を小さくしている。

また、第１実施形態では、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ａの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合には、コンデンサ３ａから電流は逆流しないので、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオンする。また、この時、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオフすることによって、直流出力回路１からコンデンサ３ａのみを充電することに起因して双方向ＩＧＢＴモジュール６ａに大きな電流が流れることを抑制することが可能である。

また、制御部９は、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ｂの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合には、コンデンサ３ｂから電流は逆流しないので、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオンするように構成されている、また、この時、逆阻止ＩＧＢＴ４ａはオフすることによって、直流出力回路１からコンデンサ３ｂのみを充電することに起因して双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂに大きな電流が流れることを抑制することが可能である。

（昇圧チョッパ回路の動作）
〈通常運転時の動作〉
次に、図１を参照して、第１実施形態によるチョッパ回路１００の通常運転時の動作について説明する。チョッパ回路１００の動作は、制御部９の制御処理により実行される。

まず、逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオンされ、かつ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオフされると、直流出力回路１、リアクトル２、逆阻止ＩＧＢＴ４ａ、コンデンサ３ｂ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄの順で電流が流れる。

そして、逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオフされ、かつ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオンされると、直流出力回路１、リアクトル２、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｃ、コンデンサ３ａ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂの順で電流が流れる。

そして、逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオンされ、かつ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオンされると、直流出力回路１、リアクトル２、逆阻止ＩＧＢＴ４ａ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂの順で電流が流れる。

そして、逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオフされ、かつ、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオフされると、直流出力回路１、リアクトル２、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｃ、コンデンサ３ａ、コンデンサ３ｂ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄの順で電流が流れる。

チョッパ回路１００では、上記の動作のそれぞれの期間（時比率）が制御部９により制御されるとともに、上記の動作が繰り返されることにより、直流出力回路１の電圧から昇圧された（電力変換された）電力が負荷１０１に供給される。

〈短絡検出時の動作〉
次に、図１および図２を参照して、第１実施形態によるチョッパ回路１００の短絡検出時の動作について説明する。チョッパ回路１００の動作は、制御部９の制御処理により実行される。

図２に示すように、まず、ステップＳ１において、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡を検出したか否かが判断される。双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡を検出していない場合、ステップＳ２に進み、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡を検出した場合、ステップＳ３に進む。

そして、ステップＳ２において、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡を検出したか否かが判断される。双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡を検出した場合、ステップＳ８に進み、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡を検出していない場合、チョッパ回路１００の短絡検出時の動作は終了される。

なお、上記ステップＳ１およびＳ２を、上記の通常運転時の動作中に繰り返すことにより、通常運転時の動作中に短絡を検出することが可能である。

また、ステップＳ１において双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡を検出した場合に進むステップＳ３において、コンデンサ３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａよりも大きい場合には、ステップＳ４に進み、電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａ以下の場合には、ステップＳ７に進む。

そして、ステップＳ４において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きか否かが判断される。すなわち、リアクトル２に流れる電流の向きが、コンデンサ３ａを充電する向き（図１の矢印Ｃ１方向）か、コンデンサ３ａから放電される向き（矢印Ｃ２方向）かが判断される。そして、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きの場合、ステップＳ５に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きでない場合、ステップＳ６に進む。

そして、ステップＳ５において、逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｂが共にオフにされる。このとき、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂには逆電圧がかかるため、通常動作時同様に、それぞれオンの状態にされる。これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄは順方向オフの状態にされる。ここで、図１に示すように、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａが短絡故障した場合でも、しばらくの間は、コンデンサ３ａを充電する向き（直流出力回路１、リアクトル２、短絡故障した双方向ＩＧＢＴモジュール６ａ、コンデンサ３ａ、コンデンサ３ｂ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄの順）に電流が流れるので、直流出力回路１、コンデンサ３ａ、コンデンサ３ｂとリアクトル２との共振回路となる。逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオンにすると、コンデンサ３ａが短絡し放電してしまって、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの故障箇所に大きな電流が流れる。また、直流出力回路１とコンデンサ３ｂとリアクトル２との共振回路となり、コンデンサ３ｂの電圧が通常動作時よりも大きい電圧にまで充電されてしまう。逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオンにすると、直流出力回路１とコンデンサ３ａとリアクトル２との共振回路となり、コンデンサ３ａの電圧が通常動作時よりも大きい電圧にまで充電されてしまうとともに、充電の際に双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの故障箇所に流れる電流も大きなものとなる。逆阻止ＩＧＢＴ４ａと逆阻止ＩＧＢＴ４ｂを共にオンにすると、コンデンサ３ａが短絡し放電するとともに、直流出力回路１がリアクトル２を介して短絡して電流が増大してしまう。そこで、逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｂが共にオフにされる。

なお、ステップＳ５において、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄもオフすることで双方向ＩＧＢＴモジュール６ａに流れる電流を止めようとするのは、リアクトル２の電流を切断しようとすることになるため、困難である。そのため、リアクトル２の電流がコンデンサ３ａを充電する向きに流れている間は、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｄをオンの状態にしておく。

その後、ステップＳ４に戻る。すなわち、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きでない状態になるまで、ステップＳ４およびＳ５を繰り返し、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きから放電する向きに反転した時点に、ステップＳ６に進む。なお、コンデンサ３ａを充電する向きから放電する向きに反転した時点とは、電流が逆流を開始した時点である。

そして、ステップＳ６において、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃが順方向オフにされる一方、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄは、逆方向オフにされる。すなわち、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂはオン、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂはオフにされる。これにより、コンデンサ３ａ、短絡した双方向ＩＧＢＴモジュール６ａ、リアクトル２、直流出力回路１の順に逆流しようとする電流が流れなくなる。その後、チョッパ回路１００の短絡検出時の動作が終了される。

また、ステップＳ３において電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａ以下の場合に進むステップＳ７において、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄが共に順方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａがオン、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂがオン）にされる。この場合、電流は略逆流しないので、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄが共に順方向オフにされることにより、チョッパ回路１００の動作が停止される。その後、チョッパ回路１００の短絡検出時の動作が終了される。

そして、ステップＳ２において双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡を検出した場合に進むステップＳ８において、コンデンサ３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａよりも大きい場合には、ステップＳ９に進み、電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａ以下の場合には、ステップＳ１２に進む。

そして、ステップＳ９において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３ｂを充電する向きか否かが判断される。リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３ｂを充電する向きの場合、ステップＳ１０に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３ｂを充電する向きでない場合、ステップＳ１１に進む。

そして、ステップＳ１０において、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄが共に順方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａがオン、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂがオン）にされる。その後、ステップＳ９に戻る。

そして、ステップＳ１１において、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃが逆方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオン、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａがオフ）にされ、かつ、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄが、順方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂがオン）にされる。これにより、コンデンサ３ｂ、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃ、リアクトル２、直流出力回路１、短絡した双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの順に逆流しようとする電流が流れなくなる。その後、チョッパ回路１００の短絡検出時の動作が終了される。

また、ステップＳ８において電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａ以下の場合に進むステップＳ１２において、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール６ｄが共に順方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ４ａがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａがオン、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂがオン）にされる。その後、チョッパ回路１００の短絡検出時の動作が終了される。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、制御部９が、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオンオフを制御し、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ａのオンオフを制御することにより、制御部９によりコンデンサ回路３から直流出力回路１側に逆流する電流の経路を遮断するように、チョッパ回路１００を構成する。これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａまたは双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡故障した箇所に電流が流れることを抑制することができる。その結果、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａまたは双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの故障の後の故障の拡大を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９が、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路３の電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値よりも大きい場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオンオフを制御する。そして、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路３の電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値よりも大きい場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ａのオンオフを制御するように、チョッパ回路１００を構成する。ここで、コンデンサ回路３の電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値よりも大きい場合に、コンデンサ回路３から直流出力回路１側に電流が逆流する。したがって、コンデンサ回路３の電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値よりも大きい場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ａまたは逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオンオフを制御部９により制御することによって、電流の逆流を適切に切断することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９が、電流検出部８により双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路３の電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流検出部８により検出された電流の向きが反転したことに基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオンオフを制御する。そして、電流検出部８により双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路３の電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流検出部８により検出された電流の向きが反転したことに基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ４ａのオンオフを制御するように、チョッパ回路１００を構成する。これにより、電流の向きが反転したことに基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ４ａまたは逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオンオフを制御することによって、電流の逆流を直接的に検知して制御を行うことができるので、電流の逆流をより適切に切断することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９が、電流検出部８により双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路３の電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流検出部８により検出された電流の向きが、コンデンサ回路３を充電する向きからコンデンサ回路３を放電する向きに反転したことに基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂのオンオフを制御する。そして、電流検出部８により双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路３の電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流検出部８により検出された電流の向きが、コンデンサ回路３を充電する向きからコンデンサ回路３を放電する向きに反転したことに基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ４ａのオンオフを制御するように、チョッパ回路１００を構成する。これにより、コンデンサ回路３から直流出力回路１側への電流の逆流を直接的に検知して制御を行うことができるので、コンデンサ回路３から直流出力回路１側への電流の逆流をより適切に切断することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９が、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオンするとともに逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオフする。そして、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオンするとともに逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオフすることにより、コンデンサ回路３から直流出力回路１側に逆流する電流の経路を遮断するように、チョッパ回路１００を構成する。これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオフすることによって、コンデンサ３ａから直流出力回路１側への電流の逆流が、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂによって遮断される。この時、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオンすることによって、逆電圧のかかる逆阻止ＩＧＢＴ４ｂの逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。また、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオフすることによって、コンデンサ３ｂから直流出力回路１側への電流の逆流が、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａによって遮断される。この時、逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオンすることによって、逆電圧のかかる逆阻止ＩＧＢＴ４ａの逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９が、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ａの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオンする。そして、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ３ｂの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオンするように、チョッパ回路１００を構成する。

これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合でかつコンデンサ３ａの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合には、逆電圧のかかる逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオンすることにより、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂの逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。なお、コンデンサ３ａの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合は、直流出力回路１に電流は逆流しないので、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオンしても、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの故障の拡大を抑制することができる。また、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合でかつコンデンサ３ｂの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合には、逆電圧のかかる逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオンすることにより、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａの逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。なお、コンデンサ３ｂの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合は、直流出力回路１に電流は逆流しないので、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオンしても、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの故障の拡大を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９が、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出された場合、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオンするときは逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオフするとともに、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオフするときは逆阻止ＩＧＢＴ４ｂをオンする。そして、双方向ＩＧＢＴモジュール６ｂの短絡が検出された場合、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオンするときは逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオフするとともに、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａをオフするときは逆阻止ＩＧＢＴ４ａをオンするように、チョッパ回路１００を構成する。これにより、逆阻止ＩＧＢＴ４ａ（逆阻止ＩＧＢＴ４ｂ）および逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａ（逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂ）のうちの一方をオフすることにより電流の流れを遮断することによって、短絡箇所の故障の拡大を抑制することができるとともに、他方をオンすることにより逆漏れ電流を小さくすることができる。

[第２実施形態]
次に、図３および図４を参照して、第２実施形態によるチョッパ回路２００の構成について説明する。第２実施形態のチョッパ回路２００には、第１実施形態のチョッパ回路１００の構成から、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａと、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂとが省かれている。また、整流素子として双方向ＩＧＢＴモジュールが設けられていた第１実施形態とは異なり、整流素子としてダイオードが設けられている。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

図３を参照して、第２実施形態によるチョッパ回路２００の構成について説明する。図３では、チョッパ回路２００の電気回路図を示している。なお、チョッパ回路２００は、特許請求の範囲の「３レベルチョッパ回路」の一例である。

（第２実施形態によるチョッパ回路の構成）
図３に示すように、チョッパ回路２００は、コンデンサ回路１３を備える。コンデンサ回路１３は、コンデンサ１３ａと、コンデンサ１３ｂとを含む。なお、コンデンサ１３ａおよびコンデンサ１３ｂは、それぞれ、上記第１実施形態のコンデンサ３ａおよびコンデンサ３ｂと同様に構成されている。なお、コンデンサ１３ａおよびコンデンサ１３ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第３コンデンサ」および「第４コンデンサ」の一例である。

チョッパ回路２００は、逆阻止ＩＧＢＴ部１４を備える。逆阻止ＩＧＢＴ部１４は、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａと、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂとを含む。なお、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂは、それぞれ、上記第１実施形態の逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｂと同様に構成されている。なお、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１逆阻止通電制御素子」および「第２逆阻止通電制御素子」の一例である。

また、チョッパ回路２００は、逆阻止ＩＧＢＴ部１４と直列に接続されている整流素子部１６を備える。整流素子部１６は、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａと直列に接続されているダイオード１６ａを含む。また、整流素子部１６は、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂと直列に接続されているダイオード１６ｂを含む。なお、ダイオード１６ａおよびダイオード１６ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１整流素子」および「第２整流素子」の一例である。

ダイオード１６ａのカソードは、コンデンサ回路１３のコンデンサ１３ａの正極に接続されている。また、ダイオード１６ｂのアノードは、コンデンサ回路１３のコンデンサ１３ｂの負極に接続されている。

〈短絡検出時の動作〉
次に、図３および図４を参照して、第２実施形態によるチョッパ回路２００の短絡検出時の動作について説明する。チョッパ回路２００の動作は、制御部９ａの制御処理により実行される。なお、制御部９ａは、特許請求の範囲の「短絡検出部」の一例である。

図４に示すように、ステップＳ２１において、ダイオード１６ａの短絡を検出したか否かが判断される。ダイオード１６ａの短絡を検出していない場合、ステップＳ２２に進み、ダイオード１６ａの短絡を検出した場合、ステップＳ３に進む。

そして、ステップＳ２２において、ダイオード１６ｂの短絡を検出したか否かが判断される。ダイオード１６ｂの短絡を検出した場合、ステップＳ２８に進み、ダイオード１６ｂの短絡を検出していない場合、チョッパ回路２００の短絡検出時の動作は終了される。

なお、上記ステップＳ２１およびＳ２２を、上記の通常運転時の動作中に繰り返すことにより、通常運転時の動作中に短絡を検出することが可能である。

また、ステップＳ２１においてダイオード１６ａの短絡を検出した場合に進むステップＳ２３において、コンデンサ１３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａよりも大きい場合には、ステップＳ２４に進み、電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａ以下の場合には、ステップＳ２７に進む。

そして、ステップＳ２４において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ１３ａを充電する向きか否かが判断される。そして、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ１３ａを充電する向きの場合、ステップＳ２５に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ１３ａを充電する向きでない場合、ステップＳ２６に進む。

そして、ステップＳ２５において、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂが共にオフされる。これにより、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂをオフすることにより、直流出力回路１からコンデンサ１３ａのみを充電する向きに電流が流れることに起因してダイオード１６ａの故障箇所に大きな電流が流れることを抑制することが可能である。

その後、ステップＳ２４に戻る。すなわち、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ１３ａを充電する向きでない状態になるまで、ステップＳ２４およびＳ２５を繰り返し、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ１３ａを充電する向きから放電する向きに反転した時点に、ステップＳ２６に進む。

そして、ステップＳ２６において、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂはオンされる。この時、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂの逆耐圧が向上し、逆漏れ電流も略流れない。なお、この時、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａはオフされる。その後、チョッパ回路２００の短絡検出時の動作が終了される。

また、ステップＳ２３において電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａ以下の場合に進むステップＳ２７において、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂが共にオフされる。この場合、電流は略逆流しないので、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂが共にオフされることにより、チョッパ回路２００の動作が停止される。その後、チョッパ回路２００の短絡検出時の動作が終了される。

そして、ステップＳ２２においてダイオード１６ｂの短絡を検出した場合に進むステップＳ２８において、コンデンサ１３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路１の正極の電圧値Ｖａよりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａよりも大きい場合には、ステップＳ２９に進み、電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａ以下の場合には、ステップＳ３２に進む。

そして、ステップＳ２９において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ１３ｂを充電する向きか否かが判断される。リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ１３ｂを充電する向きの場合、ステップＳ３０に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ１３ｂを充電する向きでない場合、ステップＳ３１に進む。

そして、ステップＳ３０において、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂが共にオフされる。その後、ステップＳ２９に戻る。これにより、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａをオフすることにより、直流出力回路１からコンデンサ１３ｂのみを充電する向きに電流が流れることに起因してダイオード１６ｂの故障箇所に大きな電流が流れることを抑制することが可能である。

そして、ステップＳ３１において、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａがオンされる。この時、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａの逆耐圧が向上し、逆漏れ電流も略流れない。なお、この時、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂはオフされる。これにより、コンデンサ１３ｂ、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａ、リアクトル２、直流出力回路１、短絡したダイオード１６ｂの順に逆流しようとする電流が流れなくなる。その後、チョッパ回路２００の短絡検出時の動作が終了される。

また、ステップＳ２８において電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａ以下の場合に進むステップＳ３２において、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂが共にオフされる。その後、チョッパ回路２００の短絡検出時の動作が終了される。

また、第２実施形態によるチョッパ回路２００のその他の構成は、第１実施形態におけるチョッパ回路１００と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、制御部９ａが、ダイオード１６ａの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂをオンし、ダイオード１６ｂの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａをオンすることにより、コンデンサ回路１３から直流出力回路１側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている。これにより、ダイオード１６ａが短絡故障して、コンデンサ１３ａから直流出力回路１に電流が逆流して流れようとし、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂに逆電圧がかかる場合でも、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂをオンすることで逆漏れ電流が小さくなって逆耐圧が高くなるので、ダイオード１６ａの短絡故障した箇所に電流が流れることが抑制される。また、ダイオード１６ｂが短絡故障して、コンデンサ１３ｂから直流出力回路１に電流が逆流しようとして逆阻止ＩＧＢＴ１４ａに逆電圧がかかる場合でも、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａはオンされるので逆漏れ電流が小さくなり逆耐圧が高くなる。これらにより、ダイオード１６ａまたはダイオード１６ｂの故障の拡大を抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、制御部９ａが、ダイオード１６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ１３ａの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合に、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂをオフし、ダイオード１６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ１３ｂの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合に、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａをオフするように構成されている。これにより、コンデンサ１３ａの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合には、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂをオフすることにより、直流出力回路１からコンデンサ１３ａのみを充電する向きに電流が流れることに起因してダイオード１６ａの故障箇所に大きな電流が流れることを抑制することができる。なお、ダイオード１６ａが短絡故障した場合に、コンデンサ１３ａの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合には、直流出力回路１に電流は逆流しないので、逆阻止ＩＧＢＴ１４ｂをオフしても、ダイオード１６ａの故障の拡大を抑制することができる。また、コンデンサ１３ｂの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合には、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａをオフすることにより、直流出力回路１からコンデンサ１３ｂのみを充電する向きに電流が流れることに起因してダイオード１６ｂの故障箇所に大きな電流が流れることを抑制することができる。なお、ダイオード１６ｂが短絡故障した場合に、コンデンサ１３ｂの電圧値が直流出力回路１の正極の電圧値以下の場合には、直流出力回路１に電流は逆流しないので、逆阻止ＩＧＢＴ１４ａをオフしても、ダイオード１６ｂの故障の拡大を抑制することができる。

また、第２実施形態によるチョッパ回路２００のその他の効果は、第１実施形態におけるチョッパ回路１００と同様である。

[第３実施形態]
次に、図５および図６を参照して、第３実施形態によるチョッパ回路３００の構成について説明する。第３実施形態のチョッパ回路３００は、昇圧チョッパ回路である第１実施形態のチョッパ回路１００とは異なり、降圧チョッパ回路を構成している。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

図５を参照して、第３実施形態によるチョッパ回路３００の構成について説明する。図５では、チョッパ回路３００の電気回路図を示している。なお、チョッパ回路３００は、特許請求の範囲の「３レベルチョッパ回路」の一例である。

図５に示すように、チョッパ回路３００は、直流出力回路１１を備える。直流出力回路１１は、直流電源１１ａと、直流電源１１ｂとを含む。チョッパ回路３００は、互いに直列に接続された直流電源１１ａおよび直流電源１１ｂの電圧を降圧して負荷１０１に印加するように構成されている。すなわち、チョッパ回路３００は、直流電源１１ａの正極の電圧値と直流電源１１ｂの正極の電圧値との合計値よりも小さい電圧値を有する電圧を負荷１０１に印加するように構成されている。また、チョッパ回路３００は、いわゆる３レベル降圧チョッパ回路として構成されている。なお、直流電源１１ａおよび直流電源１１ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１直流電源」および「第２直流電源」の一例である。

チョッパ回路３００は、コンデンサ回路２３を備える。チョッパ回路３００では、リアクトル２は、コンデンサ回路２３と直列に接続されている。コンデンサ回路２３の正極および負極は、負荷１０１の両端に接続されている。なお、コンデンサ回路２３は、第３実施形態では１つのコンデンサにより構成されているが、複数のコンデンサにより構成されていてもよい。

チョッパ回路３００は、逆阻止ＩＧＢＴ部２４を備える。逆阻止ＩＧＢＴ部２４は、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａと、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂとを含む。逆阻止ＩＧＢＴ２４ａのコレクタは、直流電源１１ａの正極に接続されている。また、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂのエミッタは、直流電源１１ｂの負極に接続されている。なお、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂは、それぞれ、上記第１実施形態の逆阻止ＩＧＢＴ４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ４ｂと同様に構成されている。なお、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１逆阻止通電制御素子」および「第２逆阻止通電制御素子」の一例である。

チョッパ回路３００は、逆阻止ＩＧＢＴ部２４と逆並列に接続されている逆並列逆阻止ＩＧＢＴ部２５を備える。逆並列逆阻止ＩＧＢＴ部２５は、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａと逆並列に接続されている逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａを含む。また、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ部２５は、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂと逆並列に接続されている逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂを含む。なお、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第３逆並列逆阻止通電制御素子」および「第４逆並列逆阻止通電制御素子」の一例である。

チョッパ回路３００は、逆阻止ＩＧＢＴ部２４および逆並列逆阻止ＩＧＢＴ部２５と直列に接続されている整流素子部２６を備える。整流素子部２６は、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａと直列に接続されている双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａを含む。双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａは、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｃと、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｃに逆並列に接続された逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｃとにより構成されている。なお、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａのエミッタと、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｃのエミッタとは接続されている。なお、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａは、特許請求の範囲の「第１整流素子」の一例である。

また、整流素子部２６は、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂと直列に接続されている双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂを含む。双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂは、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｄと、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｄに逆並列に接続された逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄとにより構成されている。なお、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂのコレクタと、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄのコレクタとは接続されている。また、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａと双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂとは直列に接続されている。なお、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂは、特許請求の範囲の「第２整流素子」の一例である。

また、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａと逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａとにより、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃが構成されている。また、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂと逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂとにより、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄが構成されている。

また、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａのアノードは、直流電源１１ａの負極に接続されている。また、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂのカソードは、直流電源１１ｂの正極に接続されている。なお、直流電源１１ａの負極と直流電源１１ｂの正極とは接続されている。具体的には、直流電源１１ａの負極、および、直流電源１１ｂの正極は、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｃのコレクタと逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄのエミッタとに接続されている。

また、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａおよび双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂは、リアクトル２を介してコンデンサ回路２３の両端に接続されている。

具体的には、コンデンサ回路２３の正極とリアクトル２の一方端とが接続されている。また、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｃのコレクタと逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄのエミッタとが接続されている。そして、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｃのエミッタとリアクトル２の他方端とが接続されており、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄのコレクタとコンデンサ回路２３の負極とが接続されている。

電圧検出部７は、コンデンサ回路２３の正極に接続されており、コンデンサ回路２３の正極の電圧値Ｖｃを検出するように構成されている。

〈制御部の構成〉
制御部１９は、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｃ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｄ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｃ、および、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄのゲートに接続されており、上記８つのＩＧＢＴ素子のオンオフを制御するように構成されている。なお、制御部１９は、特許請求の範囲の「短絡検出部」の一例である。

ここで、第３実施形態では、制御部１９は、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路２３の電圧値Ｖｃが直流電源１１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きい場合に、電流検出部８が検出する電流の流れる向きが、コンデンサ回路２３を充電する向き（図５の矢印Ｃ１方向）からコンデンサ回路２３から放電される向き（図５の矢印Ｃ２方向）に反転したことに基づいて（反転する時点に）、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオン（順導通状態）からオフ（切断状態）に切り替えるとともに、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂをオフ（切断状態）からオン（順導通状態）に切り替える制御を行うように構成されている。この時、制御部１９は、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃを順方向オフの状態（逆阻止ＩＧＢＴ２４ａはオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａはオンの状態）にしている。

また、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路２３の電圧値Ｖｃが直流電源１１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも大きい場合に、電流検出部８が検出する電流の流れる向きが、コンデンサ回路２３を充電する向き（図５の矢印Ｃ１方向）からコンデンサ回路２３から放電される向き（図５の矢印Ｃ２方向）に反転したことに基づいて（反転する時点に）、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオン（順導通状態）からオフ（切断状態）に切り替えるとともに、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａをオフ（切断状態）からオン（順導通状態）に切り替える制御を行うように構成されている。この時、制御部１９は、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄを順方向オフの状態（逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂはオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂはオンの状態）にしている。なお、電圧値Ｖａ１および電圧値Ｖａ２の情報は、チョッパ回路３００に予め記憶されていてもよいし、電圧検出部を設けて取得されるように構成してもよい。

また、第３実施形態では、制御部１９は、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路２３の電圧値Ｖｃが直流電源１１ｂの正極の電圧値Ｖａ２以下の場合には、コンデンサ回路２３から直流電源１１ｂへ電流が逆流しないので、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオンする。

また、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路２３の電圧値Ｖｃが直流電源１１ａの正極の電圧値Ｖａ１以下の場合には、コンデンサ回路２３から直流電源１１ａへ電流が逆流しないので、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオンする。

（降圧チョッパ回路の動作）
〈通常運転時の動作〉
次に、図５を参照して、第３実施形態によるチョッパ回路３００の通常運転時の動作について説明する。チョッパ回路３００の動作は、制御部１９の制御処理により実行される。

まず、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａがオンされ、かつ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂがオフされると、直流電源１１ａ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａ、リアクトル２、コンデンサ回路２３、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄの順で電流が流れる。

そして、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａがオフされ、かつ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂがオンされると、直流電源１１ｂ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｃ、リアクトル２、コンデンサ回路２３、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂの順で電流が流れる。

そして、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａがオンされ、かつ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂがオンされると、直流電源１１ａ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａ、リアクトル２、コンデンサ回路２３、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂ、直流電源１１ｂの順で電流が流れる。

そして、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａがオフされ、かつ、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂがオフされると、リアクトル２、コンデンサ回路２３、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｃの順で電流が流れる。

チョッパ回路３００では、上記の動作のそれぞれの期間（時比率）が制御部１９により制御されるとともに、上記の動作が繰り返されることにより、直流電源１１ａおよび直流電源１１ｂの電圧から降圧された（電力変換された）電力が負荷１０１に供給される。

〈短絡検出時の動作〉
次に、図５および図６を参照して、第３実施形態によるチョッパ回路３００の短絡検出時の動作について説明する。チョッパ回路３００の動作は、制御部１９の制御処理により実行される。

図６に示すように、ステップＳ４１において、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡を検出したか否かが判断される。双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡を検出していない場合、ステップＳ４２に進み、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡を検出した場合、ステップＳ４３に進む。

そして、ステップＳ４２において、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡を検出したか否かが判断される。双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡を検出した場合、ステップＳ４８に進み、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡を検出していない場合、チョッパ回路３００の短絡検出時の動作は終了される。

なお、上記ステップＳ４１およびＳ４２を、上記の通常運転時の動作中に繰り返すことにより、通常運転時の動作中に短絡を検出することが可能である。

また、ステップＳ４１において双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡を検出した場合に進むステップＳ４３において、コンデンサ回路２３の電圧値Ｖｃが直流電源１１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２よりも大きい場合には、ステップＳ４４に進み、電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２以下の場合には、ステップＳ４７に進む。

そして、ステップＳ４４において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きか否かが判断される。すなわち、リアクトル２に流れる電流の向きが、コンデンサ回路２３を充電する向き（図５の矢印Ｃ１方向）か、コンデンサ回路２３から放電される向き（矢印Ｃ２方向）かが判断される。そして、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きの場合、ステップＳ４５に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きでない場合、ステップＳ４６に進む。

そして、ステップＳ４５において、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂが共にオフにされる。このとき、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａおよび逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂには逆電圧がかかるため、通常動作時同様に、それぞれオンの状態にされる。これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄは順方向オフの状態にされる。逆阻止ＩＧＢＴ２４ａをオンにすると、直流電源１１ａの両極が短絡することになり、短絡故障した双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａに短絡電流が流れ、故障の拡大のおそれがある。逆阻止ＩＧＴＢ２４ｂをオンにすると、直流電源１１ｂ、短絡故障した双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａ、リアクトル２、コンデンサ回路２３、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂの順に、直流電源１１ｂから電流が流れるので、短絡故障した双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの故障の拡大のおそれがある。そこで、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａおよび逆阻止ＩＧＴＢ２４ｂが共にオフにされると、短絡故障した双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａには、しばらくの間は、短絡故障した双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａ、リアクトル２、コンデンサ回路２３、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄの順に、コンデンサ回路２３を充電する向きに電流が流れるが、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａおよび逆阻止ＩＧＴＢ２４ｂをオンしたときよりも流れる電流は小さなものとなり、故障の拡大の可能性は減じられる。

なお、ステップＳ４５において、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄもオフすることで双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａに流れる電流を止めようとするのは、リアクトル２の電流を切断しようとすることになるため、困難である。そのため、リアクトル２の電流がコンデンサ回路２３を充電する向きに流れている間は、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｄをオンの状態にしておく。

その後、ステップＳ４４に戻る。すなわち、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きでない状態になるまで、ステップＳ４４およびＳ４５を繰り返し、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きから放電する向きに反転した時点に、ステップＳ４６に進む。

そして、ステップＳ４６において、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃが順方向オフにされる一方、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄは、逆方向オフにされる。すなわち、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂはオン、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂはオフにされる。これにより、コンデンサ回路２３、リアクトル２、短絡した双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａおよび直流電源１１ｂの順に逆流しようとする電流が流れなくなる。その後、チョッパ回路３００の短絡検出時の動作が終了される。

また、ステップＳ４３において電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２以下の場合に進むステップＳ４７において、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄが共に順方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ２４ａがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａがオン、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂがオン）にされる。この場合、電流は略逆流しないので、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄが共に順方向オフにされることにより、チョッパ回路３００の動作が停止される。その後、チョッパ回路３００の短絡検出時の動作が終了される。

そして、ステップＳ４２において双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡を検出した場合に進むステップＳ４８において、コンデンサ回路２３の電圧値Ｖｃが直流電源１１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１よりも大きい場合には、ステップＳ４９に進み、電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１以下の場合には、ステップＳ５２に進む。

そして、ステップＳ４９において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きか否かが判断される。リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きの場合、ステップＳ５０に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きでない場合、ステップＳ５１に進む。

そして、ステップＳ５０において、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄが共に順方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ２４ａがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａがオン、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂがオン）にされる。その後、ステップＳ４９に戻る。

そして、ステップＳ５１において、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃが逆方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ２４ａがオン、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａがオフ）にされ、かつ、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄが、順方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂがオン）にされる。これにより、コンデンサ回路２３、リアクトル２、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃ、直流電源１１ａ、短絡した双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの順に逆流しようとする電流が流れなくなる。その後、チョッパ回路３００の短絡検出時の動作が終了される。

また、ステップＳ４８において電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１以下の場合に進むステップＳ５２において、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｃおよび双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｄが共に順方向オフ（逆阻止ＩＧＢＴ２４ａがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａがオン、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂがオフ、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂがオン）にされる。その後、チョッパ回路３００の短絡検出時の動作が終了される。

また、第３実施形態によるチョッパ回路３００のその他の構成は、第１実施形態におけるチョッパ回路１００と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、制御部１９が、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂをオンするとともに逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオフし、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａをオンするとともに逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオフすることにより、コンデンサ回路２３から直流出力回路１１側に逆流する電流の経路を遮断するように、チョッパ回路３００を構成する。これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡が検出された場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオフすることによって、コンデンサ回路２３から直流電源１１ｂへの電流の逆流が、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂによって遮断される。この時、逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂをオンすることによって、逆電圧のかかる逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂの逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。また、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡が検出された場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオフすることによって、コンデンサ回路２３から直流電源１１ａへの電流の逆流が、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａによって遮断される。この時、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａをオンすることによって、逆電圧のかかる逆阻止ＩＧＢＴ２４ａの逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、制御部１９が、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路２３の電圧値が直流電源１１ｂの正極の電圧値以下の場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオンする。そして、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路２３の電圧値が直流電源１１ａの正極の電圧値以下の場合に、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオンするように、チョッパ回路３００を構成する。

これにより、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡が検出された場合でかつコンデンサ回路２３の電圧値が直流電源１１ｂの正極の電圧値以下の場合には、逆電圧のかかる逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオンすることにより、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂの逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。なお、コンデンサ回路２３の電圧値が直流電源１１ｂの正極の電圧値以下の場合は、直流電源１１ｂに電流は逆流しないので、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオンしても、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの故障の拡大を抑制することができる。また、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡が検出された場合でかつコンデンサ回路２３の電圧値が直流電源１１ａの正極の電圧値以下の場合には、逆電圧のかかる逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオンすることにより、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａの逆漏れ電流を小さくし、逆耐圧を向上させ、故障を抑制することができる。なお、コンデンサ回路２３の電圧値が直流電源１１ａの正極の電圧値以下の場合は、直流電源１１ａに電流は逆流しないので、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオンしても、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの故障の拡大を抑制することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、制御部１９が、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ａの短絡が検出された場合、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオンするときは逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂをオフするとともに、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂをオフするときは逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂをオンする。そして、双方向ＩＧＢＴモジュール２６ｂの短絡が検出された場合、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオンするときは逆阻止ＩＧＢＴ２４ａをオフするとともに、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａをオフするときは逆阻止ＩＧＢＴ２４ａをオンするように、チョッパ回路３００を構成する。これにより、逆阻止ＩＧＢＴ２４ａ（逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂ）および逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａ（逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂ）のうちの一方をオフすることにより電流の流れを遮断することによって、短絡箇所の故障の拡大を抑制することができるとともに、他方をオンすることにより逆漏れ電流を小さくすることができる。

また、第３実施形態によるチョッパ回路３００のその他の効果は、第１実施形態におけるチョッパ回路１００と同様である。

[第４実施形態]
次に、図７および図８を参照して、第４実施形態によるチョッパ回路４００の構成について説明する。第４実施形態のチョッパ回路４００には、第３実施形態のチョッパ回路３００の構成から、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ａと、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ２５ｂとが省かれている。また、整流素子として双方向ＩＧＢＴモジュールが設けられていた第３実施形態とは異なり、整流素子としてダイオードが設けられている。なお、上記第３実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

図７を参照して、第４実施形態によるチョッパ回路４００の構成について説明する。図７では、チョッパ回路４００の電気回路図を示している。なお、チョッパ回路４００は、特許請求の範囲の「３レベルチョッパ回路」の一例である。

（第４実施形態によるチョッパ回路の構成）
図７に示すように、チョッパ回路４００は、直流出力回路２１を備える。直流出力回路２１は、直流電源２１ａと、直流電源２１ｂとを含む。なお、直流電源２１ａおよび直流電源２１ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第３直流電源」および「第４直流電源」の一例である。

チョッパ回路４００は、逆阻止ＩＧＢＴ部３４を備える。逆阻止ＩＧＢＴ部３４は、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａと、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂとを含む。なお、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂは、それぞれ、上記第３実施形態の逆阻止ＩＧＢＴ２４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ２４ｂと同様に構成されている。なお、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１逆阻止通電制御素子」および「第２逆阻止通電制御素子」の一例である。

図７に示すように、チョッパ回路４００は、逆阻止ＩＧＢＴ部３４と直列に接続されている整流素子部３６を備える。整流素子部３６は、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａと直列に接続されているダイオード３６ａを含む。また、整流素子部３６は、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂと直列に接続されているダイオード３６ｂを含む。なお、ダイオード３６ａおよびダイオード３６ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１整流素子」および「第２整流素子」の一例である。

〈短絡検出時の動作〉
次に、図７および図８を参照して、第２実施形態によるチョッパ回路４００の短絡検出時の動作について説明する。チョッパ回路４００の動作は、制御部１９ａの制御処理により実行される。

図４に示すように、ステップＳ６１において、ダイオード３６ａの短絡を検出したか否かが判断される。ダイオード３６ａの短絡を検出していない場合、ステップＳ６２に進み、ダイオード３６ａの短絡を検出した場合、ステップＳ６３に進む。

そして、ステップＳ６２において、ダイオード３６ｂの短絡を検出したか否かが判断される。ダイオード３６ｂの短絡を検出した場合、ステップＳ６８に進み、ダイオード３６ｂの短絡を検出していない場合、チョッパ回路４００の短絡検出時の動作は終了される。

なお、上記ステップＳ６１およびＳ６２を、上記の通常運転時の動作中に繰り返すことにより、通常運転時の動作中に短絡を検出することが可能である。

また、ステップＳ６１においてダイオード３６ａの短絡を検出した場合に進むステップＳ６３において、コンデンサ回路２３の電圧値Ｖｃが直流電源２１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２よりも大きい場合には、ステップＳ６４に進み、電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２以下の場合には、ステップＳ６７に進む。

そして、ステップＳ６４において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きか否かが判断される。そして、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きの場合、ステップＳ６５に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きでない場合、ステップＳ６６に進む。

そして、ステップＳ６５において、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂが共にオフされる。逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂをオフすることにより、直流電源２１ｂからコンデンサ回路２３への充電が抑制される。

その後、ステップＳ６４に戻る。すなわち、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きでない状態になるまで、ステップＳ６４およびＳ６５を繰り返し、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きから放電する向きに反転した時点に、ステップＳ６６に進む。

そして、ステップＳ６６において、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂはオンされる。この時、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂの逆耐圧が向上し、逆漏れ電流も略流れない。なお、この時、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａはオフされる。その後、チョッパ回路４００の短絡検出時の動作が終了される。

また、ステップＳ６３において電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２以下の場合に進むステップＳ６７において、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂが共にオフされる。この場合、電流は略逆流しないので、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂが共にオフされることにより、チョッパ回路４００の動作が停止される。その後、チョッパ回路４００の短絡検出時の動作が終了される。

そして、ステップＳ６２においてダイオード３６ｂの短絡を検出した場合に進むステップＳ６８において、コンデンサ回路２３の電圧値Ｖｃが直流電源２１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１よりも大きい場合には、ステップＳ６９に進み、電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１以下の場合には、ステップＳ７２に進む。

そして、ステップＳ６９において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きか否かが判断される。リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きの場合、ステップＳ７０に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ回路２３を充電する向きでない場合、ステップＳ７１に進む。

そして、ステップＳ７０において、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂが共にオフされる。逆阻止ＩＧＢＴ３４ａをオフすることにより、直流電源２１ａからコンデンサ回路２３への充電が抑制される。その後、ステップＳ６９に戻る。

そして、ステップＳ７１において、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａがオンされる。この時、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａの逆耐圧が向上し、逆漏れ電流も略流れない。なお、この時、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂはオフされる。これにより、コンデンサ回路２３、リアクトル２、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａ、直流電源２１ａ、短絡したダイオード３６ｂの順に逆流しようとする電流が流れなくなる。その後、チョッパ回路４００の短絡検出時の動作が終了される。

また、ステップＳ６８において電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１以下の場合に進むステップＳ７２において、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａおよび逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂが共にオフされる。その後、チョッパ回路４００の短絡検出時の動作が終了される。

また、第４実施形態によるチョッパ回路４００のその他の構成は、第３実施形態におけるチョッパ回路３００と同様である。

（第４実施形態の効果）
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、上記のように、制御部１９ａが、ダイオード３６ａの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂをオンし、ダイオード３６ｂの短絡が検出された場合に、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａをオンすることにより、コンデンサ回路２３から直流出力回路２１側に逆流する電流の経路を遮断するように、チョッパ回路４００を構成する。これにより、ダイオード３６ａが短絡故障して、コンデンサ回路２３から直流電源２１ｂに電流が逆流して流れようとし、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂに逆電圧がかかる場合でも、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂをオンすることで逆漏れ電流が小さくなって逆耐圧が高くなるので、ダイオード３６ａの短絡故障した箇所に電流が流れることが抑制される。また、ダイオード３６ｂが短絡故障して、コンデンサ回路２３から直流電源２１ａに電流が逆流しようとして逆阻止ＩＧＢＴ３４ａに逆電圧がかかる場合でも、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａはオンされるので逆漏れ電流が小さくなり逆耐圧が高くなる。これらにより、ダイオード３６ａまたはダイオード３６ｂの故障の拡大を抑制することができる。

また、第４実施形態では、上記のように、制御部１９ａが、ダイオード３６ａの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路２３の電圧値が直流電源２１ｂの正極の電圧値以下の場合に、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂをオフする。そして、ダイオード３６ｂの短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路２３の電圧値が直流電源２１ａの正極の電圧値以下の場合に、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａをオフするように、チョッパ回路４００を構成する。これにより、コンデンサ回路２３の電圧値が直流電源２１ｂの正極の電圧値以下の場合には、逆阻止ＩＧＢＴ３４ｂをオフすることにより、直流電源２１ｂからコンデンサ回路２３を充電することが抑制されるため、ダイオード３６ａの故障の拡大を抑制することができる。また、コンデンサ回路２３の電圧値が直流電源２１ａの正極の電圧値以下の場合には、逆阻止ＩＧＢＴ３４ａをオフすることにより、直流電源２１ａからコンデンサ回路２３を充電することが抑制されるため、ダイオード３６ｂの故障の拡大を抑制することができる。

また、第４実施形態によるチョッパ回路４００のその他の効果は、第３実施形態におけるチョッパ回路３００と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、整流素子の短絡の検出を、電流検出部８および制御部９（９ａ、１９、１９ａ）により行う例を示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、本発明では、短絡検出用の専用の回路を、電流検出部８および制御部９（９ａ、１９、１９ａ）とは別個に設けてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、短絡が検出された場合でかつ電圧検出部７により検出されたコンデンサ回路３（１３、２３）の電圧値（Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ）に基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ素子（逆並列逆阻止ＩＧＢＴ素子）のオンオフを制御する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、短絡が検出された場合に、電圧検出部７により検出された電圧値を参照することなく、逆阻止ＩＧＢＴ素子（逆並列逆阻止ＩＧＢＴ素子）のオンオフを制御するように構成してもよい。たとえば、第１実施形態では、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出されたことのみに基づいて、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ６ｂをオフする制御を行うように構成してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、短絡が検出された場合に、電圧検出部７の検出値および電流検出部８の検出結果の両方に基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ素子（逆並列逆阻止ＩＧＢＴ素子）のオンオフを制御する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電圧検出部７の検出値、または、電流検出部８の検出結果のうちの一方に基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ素子（逆並列逆阻止ＩＧＢＴ素子）のオンオフの制御を行ってもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、電流検出部８が検出する電流の流れる向きが反転する時点に、逆阻止ＩＧＢＴ素子（逆並列逆阻止ＩＧＢＴ素子）のオンオフを制御する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、反転したことに基づいて、逆阻止ＩＧＢＴ素子（逆並列逆阻止ＩＧＢＴ素子）のオンオフを制御するように構成してもよい。すなわち、反転する時点とオンオフを制御する時点とが、完全に一致する必要はなく、電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きから反転するより前であってもよい。たとえば、第１実施形態では、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂの逆耐圧および逆漏れ電流が問題とならなければ、双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡が検出されたことのみに基づいて、電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きに流れているときでも、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂをオフする制御を行うように構成してもよい。また、電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きから反転した時点から遅れていてもよい。なお、電流の向きがコンデンサ３ａを充電する向きから反転する時点は、電流検出部８の検出値や双方向ＩＧＢＴモジュール６ａの短絡を検出した時点に基づいて予測することもできる。

また、上記第１〜第４実施形態では、逆阻止ＩＧＢＴ４ａ（１４ａ、２４ａ、３４ａ）、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂ（１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ）、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａ（２５ａ）、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂ（２５ｂ）、双方向ＩＧＢＴモジュール（６ａ、６ｂ、２６ａ、２６ｂ）、および、ダイオード（１６ａ、１６ｂ、３６ａ、３６ｂ）を、シリコン、または、ワイドバンドギャップ半導体のいずれから構成してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、逆阻止ＩＧＢＴ４ａ（１４ａ、２４ａ、３４ａ）、逆阻止ＩＧＢＴ４ｂ（１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ）、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ａ（２５ａ）、逆並列逆阻止ＩＧＢＴ５ｂ（２５ｂ）、および、双方向ＩＧＢＴモジュール（６ａ、６ｂ、２６ａ、２６ｂ）に代えて、ドレイン電極のショットキー障壁により逆耐圧を有する逆阻止ＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、説明の便宜上、本発明の制御の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１、１１、２１ 直流出力回路
２ リアクトル
３、１３、２３ コンデンサ回路
３ａ コンデンサ（第１コンデンサ）
３ｂ コンデンサ（第２コンデンサ）
４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ 逆阻止ＩＧＢＴ（第１逆阻止通電制御素子）
４ｂ、１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ 逆阻止ＩＧＢＴ（第２逆阻止通電制御素子）
５ａ 逆並列逆阻止ＩＧＢＴ（第１逆並列逆阻止通電制御素子）
５ｂ 逆並列逆阻止ＩＧＢＴ（第２逆並列逆阻止通電制御素子）
６ａ、２６ａ 双方向ＩＧＢＴモジュール（第１整流素子）
６ｂ、２６ｂ 双方向ＩＧＢＴモジュール（第２整流素子）
７ 電圧検出部
８ 電流検出部（短絡検出部）
９、９ａ、１９、１９ａ 制御部（短絡検出部）
１１ａ 直流電源（第１直流電源）
１１ｂ 直流電源（第２直流電源）
１３ａ コンデンサ（第３コンデンサ）
１３ｂ コンデンサ（第４コンデンサ）
１６ａ、３６ａ ダイオード（第１整流素子）
１６ｂ、３６ｂ ダイオード（第２整流素子）
２１ａ 直流電源（第３直流電源）
２１ｂ 直流電源（第４直流電源）
２５ａ 逆並列逆阻止ＩＧＢＴ（第３逆並列逆阻止通電制御素子）
２５ｂ 逆並列逆阻止ＩＧＢＴ（第４逆並列逆阻止通電制御素子）
１００、２００、３００、４００ チョッパ回路
１０１ 負荷

Claims (14)

1. リアクトルと、
   直流出力回路と、
   負荷に並列に接続されているコンデンサ回路と、
   前記コンデンサ回路に並列に接続されている回路であって、前記コンデンサ回路の正極に接続されているとともに前記直流出力回路の正極に接続されている第１逆阻止通電制御素子と、前記第１逆阻止通電制御素子と逆直列に接続されている第１整流素子と、前記コンデンサ回路の負極に接続されているとともに前記直流出力回路の負極に接続されている第２逆阻止通電制御素子と、前記第２逆阻止通電制御素子と逆直列に接続されている第２整流素子と、が直列に接続され、前記第１整流素子の出力端と前記第２整流素子の入力端とが前記コンデンサ回路の両端に接続されている半導体素子直列回路と、
   前記第１整流素子および前記第２整流素子の短絡を検出する短絡検出部と、
   前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合に、前記第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御し、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合に、前記第１逆阻止通電制御素子のオンオフを制御することにより、前記コンデンサ回路から前記直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断する制御部と、を備える、３レベルチョッパ回路。
2. 前記コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御し、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記第１逆阻止通電制御素子のオンオフを制御するように構成されている、請求項１に記載の３レベルチョッパ回路。
3. 前記短絡検出部は、前記コンデンサ回路と前記直流出力回路との間の電流の値および向きを検出する電流検出部を含み、
   前記制御部は、前記電流検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記電流検出部により検出された電流の向きが反転したことに基づいて、前記第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御し、前記電流検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記電流検出部により検出された電流の向きが反転したことに基づいて、前記第１逆阻止通電制御素子のオンオフを制御するように構成されている、請求項２に記載の３レベルチョッパ回路。
4. 前記制御部は、前記電流検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記電流検出部により検出された電流の向きが、前記コンデンサ回路を充電する向きから前記コンデンサ回路を放電する向きに反転したことに基づいて、前記第２逆阻止通電制御素子のオンオフを制御し、前記電流検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記電流検出部により検出された電流の向きが、前記コンデンサ回路を充電する向きから前記コンデンサ回路を放電する向きに反転したことに基づいて、前記第１逆阻止通電制御素子のオンオフを制御するように構成されている、請求項３に記載の３レベルチョッパ回路。
5. 前記３レベルチョッパ回路は昇圧チョッパ回路であり、
   前記第１逆阻止通電制御素子に逆並列に接続される第１逆並列逆阻止通電制御素子と、
   前記第２逆阻止通電制御素子に逆並列に接続される第２逆並列逆阻止通電制御素子とをさらに備え、
   前記リアクトルは、前記直流出力回路と直列に接続されており、
   前記第１逆阻止通電制御素子および前記第２逆阻止通電制御素子は、前記リアクトルを介して前記直流出力回路の両端に接続されており、
   前記コンデンサ回路は、正極が前記第１整流素子のカソードに接続されているとともに、負極が前記第１逆阻止通電制御素子と前記第２逆阻止通電制御素子との接続点に接続されている第１コンデンサと、正極が前記第１逆阻止通電制御素子と前記第２逆阻止通電制御素子との前記接続点に接続されているとともに、負極が前記第２整流素子のアノードに接続されている第２コンデンサとを含み、
   前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合に、前記第２逆阻止通電制御素子をオンするとともに前記第２逆並列逆阻止通電制御素子をオフし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合に、前記第１逆阻止通電制御素子をオンするとともに前記第１逆並列逆阻止通電制御素子をオフすることにより、前記コンデンサ回路から前記直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の３レベルチョッパ回路。
6. 前記コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記第１コンデンサの電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値以下の場合に、前記第２逆並列逆阻止通電制御素子をオンし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記第２コンデンサの電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値以下の場合に、前記第１逆並列逆阻止通電制御素子をオンするように構成されている、請求項５に記載の３レベルチョッパ回路。
7. 前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合、前記第２逆並列逆阻止通電制御素子をオンするときは前記第２逆阻止通電制御素子をオフするとともに、前記第２逆並列逆阻止通電制御素子をオフするときは前記第２逆阻止通電制御素子をオンし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合、前記第１逆並列逆阻止通電制御素子をオンするときは前記第１逆阻止通電制御素子をオフするとともに、前記第１逆並列逆阻止通電制御素子をオフするときは前記第１逆阻止通電制御素子をオンするように構成されている、請求項５または６に記載の３レベルチョッパ回路。
8. 前記３レベルチョッパ回路は昇圧チョッパ回路であり、
   前記リアクトルは、前記直流出力回路と直列に接続されており、
   前記第１逆阻止通電制御素子および前記第２逆阻止通電制御素子は、前記リアクトルを介して前記直流出力回路の両端に接続されており、
   前記コンデンサ回路は、正極が前記第１整流素子のカソードに接続されているとともに、負極が前記第１逆阻止通電制御素子と前記第２逆阻止通電制御素子との接続点に接続されている第３コンデンサと、正極が前記第１逆阻止通電制御素子と前記第２逆阻止通電制御素子との前記接続点に接続されているとともに、負極が前記第２整流素子のアノードに接続されている第４コンデンサとを含み、
   前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合に、前記第２逆阻止通電制御素子をオンし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合に、前記第１逆阻止通電制御素子をオンすることにより、前記コンデンサ回路から前記直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の３レベルチョッパ回路。
9. 前記コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記第３コンデンサの電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値以下の場合に、前記第２逆阻止通電制御素子をオフし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記第４コンデンサの電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値以下の場合に、前記第１逆阻止通電制御素子をオフするように構成されている、請求項８に記載の３レベルチョッパ回路。
10. 前記３レベルチョッパ回路は降圧チョッパ回路であり、
    前記第１逆阻止通電制御素子に逆並列に接続される第３逆並列逆阻止通電制御素子と、
    前記第２逆阻止通電制御素子に逆並列に接続される第４逆並列逆阻止通電制御素子とをさらに備え、
    前記リアクトルは、前記コンデンサ回路と直列に接続されており、
    前記第１整流素子および前記第２整流素子は、前記リアクトルを介して前記コンデンサ回路の両端に接続されており、
    前記直流出力回路は、正極が前記第１逆阻止通電制御素子に接続されているとともに、負極が前記第１整流素子のアノードに接続されている第１直流電源と、正極が前記第１直流電源の負極および前記第２整流素子のカソードに接続されているとともに、負極が前記第２逆阻止通電制御素子に接続されている第２直流電源とを含み、
    前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合に、前記第２逆阻止通電制御素子をオンするとともに前記第４逆並列逆阻止通電制御素子をオフし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合に、前記第１逆阻止通電制御素子をオンするとともに前記第３逆並列逆阻止通電制御素子をオフすることにより、前記コンデンサ回路から前記直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の３レベルチョッパ回路。
11. 前記コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記第２直流電源の正極の電圧値以下の場合に、前記第４逆並列逆阻止通電制御素子をオンし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記第１直流電源の正極の電圧値以下の場合に、前記第３逆並列逆阻止通電制御素子をオンするように構成されている、請求項１０に記載の３レベルチョッパ回路。
12. 前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合、前記第４逆並列逆阻止通電制御素子をオンするときは前記第２逆阻止通電制御素子をオフするとともに、前記第４逆並列逆阻止通電制御素子をオフするときは前記第２逆阻止通電制御素子をオンし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合、前記第３逆並列逆阻止通電制御素子をオンするときは前記第１逆阻止通電制御素子をオフするとともに、前記第３逆並列逆阻止通電制御素子をオフするときは前記第１逆阻止通電制御素子をオンするように構成されている、請求項１０または１１に記載の３レベルチョッパ回路。
13. 前記３レベルチョッパ回路は降圧チョッパ回路であり、
    前記リアクトルは、前記コンデンサ回路と直列に接続されており、
    前記第１整流素子および前記第２整流素子は、前記リアクトルを介して前記コンデンサ回路の両端に接続されており、
    前記直流出力回路は、正極が前記第１逆阻止通電制御素子に接続されているとともに、負極が前記第１整流素子のアノードに接続されている第３直流電源と、正極が前記第３直流電源の負極および前記第２整流素子のカソードに接続されているとともに、負極が前記第２逆阻止通電制御素子に接続されている第４直流電源とを含み、
    前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合に、前記第２逆阻止通電制御素子をオンし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合に、前記第１逆阻止通電制御素子をオンすることにより、前記コンデンサ回路から前記直流出力回路側に逆流する電流の経路を遮断するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の３レベルチョッパ回路。
14. 前記コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記第４直流電源の正極の電圧値以下の場合に、前記第２逆阻止通電制御素子をオフし、前記短絡検出部により前記第２整流素子の短絡が検出された場合でかつ前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記第３直流電源の正極の電圧値以下の場合に、前記第１逆阻止通電制御素子をオフするように構成されている、請求項１３に記載の３レベルチョッパ回路。

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