JP6952544B2 - 電力変換システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力変換システムに関する。

電源から供給された電力を変換する電力変換装置が知られている。また、入力電源が一定時間以上の間、異常電圧になったときにアラーム信号を出力する直流安定化電源装置が知られている。

ところで、電力変換システムは、より高いレベルで健全性の判定を行うことができると好ましい。

特開昭６４−１２８１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、より高いレベルで健全性の判定を行うことができる電力変換システムを提供することである。

実施形態の電力変換システムは、変換部と、検出部と、遅延制御部と、判定部とを持つ。前記変換部は、電源から供給された電力を変換する。前記検出部は、前記変換部により変換された電力の電圧に関する情報を検出する。前記遅延制御部は、前記変換部の一部として、または前記変換部の外部に設けられ、前記電源から前記電力の供給が開始された供給開始時に対して前記変換部の変換動作開始を第１所定時間遅らせる。前記判定部は、前記供給開始時から前記第１所定時間経過前に前記検出部により検出された検出結果に基づき第１判定を行い、前記供給開始時から前記第１所定時間経過後に前記検出部により検出された検出結果に基づき第２判定を行う。

実施形態の電力変換システムを示すブロック図。 実施形態の電力変換システムの各種動作タイミングの一例を示すタイミングチャート。 実施形態の電力変換システムの処理の流れの一例を示すフローチャート。

以下、実施形態の電力変換システムを、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。また、本願でいう「接続された」とは、電気的に接続された場合を含む。

図１から図３を参照し、実施形態の電力変換システム１について説明する。
図１は、実施形態の電力変換システム１を示すブロック図である。電力変換システム１は、例えば、架線からパンタグラフを介して供給された直流電力を変換し、変換した電力を車両のモータ（不図示）に供給することで、車両に駆動力を発生させるものである。図１に示すように、電力変換システム１は、例えば、電源１０と、制御装置２０と、ゲート電源装置３０と、ゲートアンプ４０と、ファン電源装置５０と、ファン６０とを含む。

電源１０は、例えば、車両に搭載されたバッテリおよびリレー回路などを含む。電源１０は、電力線１ａを介して、制御装置２０、ゲート電源装置３０、およびファン電源装置５０に接続される。電源１０は、リレー回路が導通状態に制御されることで、バッテリに蓄電された直流電力を制御装置２０、ゲート電源装置３０、およびファン電源装置５０に供給する。電源１０は、リレー回路が導通状態から遮断状態に切り替えられることで、直流電力の供給を停止する。電源１０から各部に供給される直流電力の電圧値はＶ_Ｄである。Ｖ_Ｄは、例えば１００Ｖである。

次に、制御装置２０について説明する。制御装置２０は、例えば、電圧検出部２２と、ダイオード２４と、コンデンサ２６と、制御部２８とを含む。

電圧検出部２２は、電源１０から供給されている直流電力の電圧値を計測する電圧計である。電圧検出部２２は、電源１０から供給されている直流電力の電圧が印加される正極線２０ａと負極線２０ｂとの間に接続される。電圧検出部２２は、電源１０から供給されている直流電力の電圧値Ｖ_Ｄを検出する。電圧検出部２２は、検出した電圧値Ｖ_Ｄを示す信号Ｓ（Ｖ_Ｄ）を制御部２８に出力する。

ダイオード２４は、制御装置２０の電力入力側と制御部２８との間において正極線２０ａに設けられる。ダイオード２４は、カソードが制御部２８側に設けられることで、制御部２８側から電源１０側へ電流が流れることを阻止する。

コンデンサ２６は、電源１０から供給されている直流電力の電圧が印加される正極線２０ａと負極線２０ｂとの間に接続される。コンデンサ２６は、電源１０からの直流電力の供給が停止した場合に、所定の期間に亘り制御部２８が動作可能な電力を蓄電可能な容量を有する。すなわち、コンデンサ２６の容量は、制御部２８の単位時間当たりの消費電力と、電源１０からの直流電力の供給が停止した後に制御部２８を動作させる所定の期間とに基づいて算出される容量である。

制御部２８の全部または一部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサがメモリなどの記憶部に格納されたプログラムを実行することにより実現される機能部（以下、ソフトウェア機能部と称する）である。また、制御部２８の全部または一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェア機能部とハードウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。なお、以下の説明では、制御部２８がＣＰＵのようなプロセッサを含む例を取り上げて説明するが、実施形態の構成はこれに限定されない。

本実施形態の制御部２８は、停止状態から起動が開始されて起動が完了するまでに、数秒（例えば４〜６秒）の時間を必要とする。すなわち、制御部２８は、ＣＰＵ（プロセッサ）の起動（立ち上がり）が完了するまでに数秒（例えば４〜６秒）の時間を必要とする。このため、制御部２８は、電源１０から制御装置２０に電力の供給が開始された後、すぐには後述する判定処理などを開始することができない。「ＣＰＵの起動が完了する」とは、例えばＣＰＵが起動とは異なる処理を実行可能な状態になることを意味する。

本実施形態では、制御部２８は、電源１０から制御装置２０に電力の供給が開始された供給開始時と略同時に起動を開始する。なお、制御部２８の起動開始は、前記供給開始時と略同時に限定されるものではなく、前記供給開始時よりも後でもよい。

制御部２８は、電圧検出部２２から電圧値Ｖ_Ｄを示す信号Ｓ（Ｖ_Ｄ）を受信することで、電源１０から電力線１ａに電力が正常に供給されていることを認識することができる。

また、本実施形態の制御部２８は、判定部２８ａと、通知部２８ｂとを有する。判定部２８ａは、電力変換システム１の健全性を判定するために、第１判定および第２判定を行う。通知部２８ｂは、第１判定および第２判定のうちいずれかで異常があると判定された場合、所定の処理を実行する。なお、これら判定部２８ａおよび通知部２８ｂについては、詳しく後述する。

次に、ゲート電源装置３０について説明する。ゲート電源装置３０は、「電力変換装置」の一例である。ゲート電源装置３０は、例えば、抵抗３１と、入力側コンデンサ３２と、直流−交流変換部（変換部）３３と、遅延制御部３４と、出力側コンデンサ３５と、電圧検出部（検出部）３６とを含む。

抵抗３１は、電力線１ａと接続された正極線３０ａに設けられる。抵抗３１は、大きな突入電流が直流−交流変換部３３に流れることを抑制する。入力側コンデンサ３２は、抵抗３１よりも直流−交流変換部３３側において正極線３０ａと負極線３０ｂとの間に接続される。入力側コンデンサ３２は、抵抗３１を介して直流電力が供給される。入力側コンデンサ３２は、抵抗３１を介して供給された直流電力を蓄電する。入力側コンデンサ３２に蓄電された電力は、電源１０からの直流電力が遮断された場合に、直流−交流変換部３３により消費される。

直流−交流変換部３３は、複数の半導体スイッチング素子、および複数の半導体スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路（ドライバ）を備えるスイッチング回路である。直流−交流変換部３３は、電源１０から入力側コンデンサ３２を介して供給された直流電力を交流電力に変換する。直流−交流変換部３３は、例えば、１００Ｖの直流電力を、振幅が５０Ｖの交流電力に変換する。

遅延制御部３４は、電源１０からゲート電源装置３０に電力の供給が開始された供給開始時に対して直流−交流変換部３３の変換動作開始を第１所定時間Ｔ１_Ｇだけ遅らせる。第１所定時間Ｔ１_Ｇは、制御部２８（判定部２８ａ）の起動に必要な時間よりも長い時間である。本実施形態では、第１所定時間Ｔ１_Ｇは、制御部２８（判定部２８ａ）の起動に必要な時間（４〜６秒）よりも長い時間である１０秒に設定される。ただし、第１所定時間Ｔ１_Ｇの具体例は、上記例に限定されず、適宜設定可能である。

遅延制御部３４は、例えば、抵抗３１およびコンデンサ３２よりもゲート電源装置３０の電力入力側に設けられている。遅延制御部３４は、例えば、正極線３０ａに設けられて正極線３０ａを導通状態と遮断状態とに切り替えるスイッチング部品と、電源１０から電力が供給されるＲＣ回路（遅延回路）と、前記ＲＣ回路の出力が閾値を超えた場合に正極線３０ａを導通状態に切り替えるように前記スイッチング部品を制御する信号を出力する比較器などによって形成される。第１所定時間Ｔ１_Ｇの長さは、例えば、ＲＣ回路のコンデンサ容量などによって調整されている。ただし、遅延制御部３４の構成は、上記例に限定されない。例えば、遅延制御部３４は、正極線３０ａに設けられた前記スイッチング部品と、前記スイッチング部品を制御する各種のＩＣ（Integrated circuit）部品によって形成されてもよい。

また、遅延制御部３４は、直流−交流変換部３３の外部に設けられる場合に代えて、直流−交流変換部３３の内部に設けられてもよい。この場合、遅延制御部３４は、直流−交流変換部３３に含まれる上記制御回路（ドライバ）と一体に設けられてもよいし、上記制御回路とは別体に設けられてもよい。また、遅延制御部３４は、ゲート電源装置３０の内部に設けられる場合に限定されず、ゲート電源装置３０の外部に設けられてもよい（図１中の二点鎖線参照）。さらに、遅延制御部３４は、ハードウェアによって実現される場合に限定されず、ソフトウェア機能部によって実現されてもよいし、ソフトウェア機能部とハードウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。

出力側コンデンサ３５は、直流−交流変換部３３よりも出力端子３０ｃ側において正極線３０ａと負極線３０ｂとの間に接続される。出力側コンデンサ３５は、直流−交流変換部３３から出力された電力を蓄電する。

電圧検出部３６は、電圧計と、比較器とを有する。前記電圧計は、正極線３０ａと負極線３０ｂとの間に接続され、ゲート電源装置３０の出力電圧値Ｖ_Ｇを計測する。前記比較器は、前記電圧計が計測した電圧値Ｖ_Ｇを所定の閾値（第１閾値Ｓ１_Ｇ、第２閾値Ｓ２_Ｇ）と比較する。前記比較器による比較結果は、「直流−交流変換部３３により変換された電力の電圧に関する情報」の一例である。なお、本願でいう「電圧に関する情報」とは、比較器による比較結果に限定されず、電圧値そのものでもよく、抵抗値などと組み合わせることで電圧値を算出することができる電流値などでもよい。なお、以下の説明では、「電圧に関する情報」として前記比較器による比較結果が出力される例について説明する。

電圧検出部３６は、当該電圧検出部３６の検出結果として、前記比較器による比較結果を示す信号（電圧値Ｖ_Ｇが前記所定の閾値よりも上か下かを示す信号）Ｓ（Ｖ_Ｇ）を、例えば不図示のデジタル回線を介して制御装置２０の制御部２８の信号入力部に出力する。例えば、電圧検出部３６は、電源１０からゲート電源装置３０に電力の供給が開始された場合、直流−交流変換部３３が停止している状態（変換動作を開始する前の状態）でも、前記比較器による比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｇ）を制御装置２０の制御部２８に所定の周期で出力する。

次に、ゲートアンプ４０について説明する。ゲートアンプ４０には、直流−交流変換部３３により変換された交流電力が供給される。ゲートアンプ４０には、車両の駆動モータに駆動電力を供給するインバータ回路（不図示）が接続される。ゲートアンプ４０は、インバータ回路における半導体スイッチング素子のゲート端子に制御信号を供給することで、半導体スイッチング素子をオンオフ制御する。

次に、ファン電源装置５０について説明する。ファン電源装置５０は、「電力変換装置」の別の一例である。ファン電源装置５０は、例えば、抵抗５１と、入力側コンデンサ５２と、直流電圧変換部（変換部）５３と、遅延制御部５４と、出力側コンデンサ５５と、電圧検出部（検出部）５６とを含む。

抵抗５１は、電力線１ａと接続された正極線５０ａに設けられる。抵抗５１は、大きな突入電流が直流電圧変換部５３に流れることを抑制する。入力側コンデンサ５２は、抵抗５１よりも直流電圧変換部５３側において正極線５０ａと負極線５０ｂとの間に接続される。入力側コンデンサ５２は、抵抗５１を介して直流電力が供給される。入力側コンデンサ５２は、抵抗５１を介して供給される直流電力を蓄電する。入力側コンデンサ５２に蓄電された電力は、電源１０からの直流電力が遮断された場合に、直流電圧変換部５３により消費される。

直流電圧変換部５３は、例えばスイッチング素子などの回路部品を備えるＤＣ−ＤＣコンバータである。直流電圧変換部５３は、電源１０から入力側コンデンサ５２を介して供給された直流電力の電圧を変換する。直流電圧変換部５３は、例えば、１００Ｖの直流電圧を、ファン６０の定格電圧（例えば２４Ｖ）の直流電圧に変換する。

遅延制御部５４は、電源１０からファン電源装置５０に電力の供給が開始された供給開始時に対して直流電圧変換部５３の変換動作開始を第１所定時間Ｔ１_Ｆだけ遅らせる。第１所定時間Ｔ１_Ｆは、制御部２８（判定部２８ａ）の起動に必要な時間よりも長い時間である。本実施形態では、第１所定時間Ｔ１_Ｆは、制御部２８（判定部２８ａ）の起動に必要な時間（４〜６秒）よりも長い時間である１０秒に設定される。ただし、第１所定時間Ｔ１_Ｆの具体例は、上記例に限定されず、適宜設定可能である。なお、直流電圧変換部５３に関する第１所定時間Ｔ１_Ｆは、直流−交流変換部３３に関する第１所定時間Ｔ１_Ｇと同じ長さでもよく、異なる長さでもよい。

遅延制御部５４は、例えば、抵抗５１およびコンデンサ５２よりもファン電源装置５０の電力入力側に設けられている。遅延制御部５４は、例えば、正極線５０ａに設けられて正極線５０ａを導通状態と遮断状態とに切り替えるスイッチング部品と、電源１０から電力が供給されるＲＣ回路（遅延回路）と、前記ＲＣ回路の出力が閾値を超えた場合に正極線３０ａを導通状態に切り替えるように前記スイッチング部品を制御する信号を出力する比較器などによって形成される。第１所定時間Ｔ１_Ｆの長さは、例えば、ＲＣ回路のコンデンサ容量などによって調整されている。ただし、遅延制御部５４の構成は、上記例に限定されない。例えば、遅延制御部５４は、正極線５０ａに設けられた前記スイッチング部品と、前記スイッチング部品を制御する各種のＩＣ部品によって形成されてもよい。

また、遅延制御部５４は、直流電圧変換部５３の外部に設けられる場合に代えて、直流電圧変換部５３の内部に設けられてもよい。また、遅延制御部５４は、ファン電源装置５０の内部に設けられる場合に限定されず、ファン電源装置５０の外部に設けられてもよい（図１中の二点鎖線参照）。さらに、遅延制御部５４は、ハードウェアによって実現される場合に限定されず、ソフトウェア機能部によって実現されてもよいし、ソフトウェア機能部とハードウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。

出力側コンデンサ５５は、直流電圧変換部５３よりも出力端子５０ｃ側において正極線５０ａと負極線５０ｂとの間に接続される。出力側コンデンサ５５は、直流電圧変換部５３から出力された電力を蓄電する。

電圧検出部５６は、電圧計と、比較器とを有する。前記電圧計は、正極線５０ａと負極線５０ｂとの間に接続され、ファン電源装置５０の出力電圧値Ｖ_Ｆを計測する。前記比較器は、前記電圧計が計測した電圧値Ｖ_Ｆを所定の閾値（第１閾値Ｓ１_Ｆ、第２閾値Ｓ２_Ｆ）と比較する。前記比較器による比較結果は、「直流電圧変換部５３により変換された電力の電圧に関する情報」の一例である。電圧検出部５６は、当該電圧検出部５６の検出結果として、前記比較器による比較結果を示す信号（電圧値Ｖ_Ｆが前記所定の閾値よりも上か下かを示す信号）Ｓ（Ｖ_Ｆ）を、例えば不図示のデジタル回線を介して制御装置２０の制御部２８の信号入力部に出力する。例えば、電圧検出部５６は、電源１０からファン電源装置５０に電力の供給が開始された場合、直流電圧変換部５３が停止している状態（変換動作を開始する前の状態）でも、前記比較器による比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｆ）を制御装置２０の制御部２８に所定の周期で出力する。

次に、ファン６０について説明する。ファン６０は、電力変換システム１における発熱部品（例えばインバータ回路）に対する送風機構である。ファン６０には、直流電圧変換部５３により電圧が変換された直流電力が供給される。ファン６０は、直流電力を消費して送風動作を行うことで、発熱部品における温度上昇を抑制する。

次に、制御装置２０の判定部２８ａおよび通知部２８ｂについて説明する。具体的には、電力変換システム１において、電源１０から電力の供給が開始された供給開始時から第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ経過前に電圧検出部３６，５６により検出された検出結果に基づき第１判定が行われ、前記供給開始時から第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ経過後に電圧検出部３６，５６により検出された検出結果に基づき第２判定が行われることについて説明する。

ここで、本願でいう「電源１０から電力の供給が開始された供給開始時」とは、電源１０から特定の装置（例えば、ゲート電源装置３０またはファン電源装置５０）に電力の供給が開始された厳密な時刻を意味するものではなく、電力線１ａや正極線２０ａ，３０ａ，５０ａの内部抵抗、電力変換システム１に含まれる各種装置の内部機器や電気素子などの影響によってずれた時刻も含む概念である。例えば、本願では、「電源１０から電力線１ａに電力の供給が開始された時」と、「電源１０から制御装置２０に電力の供給が開始された時」と、「電源１０からゲート電源装置３０に電力の供給が開始された時」と、「電源１０からファン電源装置５０に電力の供給が開始された時」とは、互いに略同じ時刻と見做される。例えば、「電源１０からゲート電源装置３０に電力の供給が開始された時」および「電源１０からファン電源装置５０に電力の供給が開始された時」は、それぞれ、「電源から電力の供給が開始された供給開始時」の一例である。また、以下では、「電源から電力の供給が開始された供給開始時」を単に「電力供給開始時」と称する。

図２は、電力変換システム１の各種動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図２中の（ａ）は、電源１０から電力変換システム１に供給されている電力の電圧値を示す。この電圧値は、例えば、制御装置２０の電圧検出部２２により検出される電圧値Ｖ_Ｄに相当する。図２に示す例では、時刻ｔ_０が電力供給開始時である。

図２中の（ｂ）は、ゲート電源装置３０の直流−交流変換部３３により変換されてゲート電源装置３０から出力される出力電圧値Ｖ_Ｇを示す。この電圧値Ｖ_Ｇは、ゲート電源装置３０の電圧検出部３６で検出される電圧値Ｖ_Ｇである。図２に示す例では、時刻ｔ_２が直流−交流変換部３３の変換動作開始時である。すなわち、時刻ｔ_０と時刻ｔ_２との間の時間は、遅延制御部３４によって直流−交流変換部３３の変換動作開始が遅らさられた第１所定時間Ｔ１_Ｇに相当する。電源１０からゲート電源装置３０に直流電力が供給されると、まず入力側コンデンサ３２に電力が充電される。直流−交流変換部３３は、入力側コンデンサ３２に電力が蓄積されることに応じて、変換する電力の大きさが増加する。これにより、図２中の（ｂ）に示すように、直流−交流変換部３３から出力される交流電力の電圧値Ｖ_Ｇは、次第に増加する。

図２中の（ｃ）は、ファン電源装置５０の直流電圧変換部５３により変換されてファン電源装置５０から出力される出力電圧値Ｖ_Ｆを示す。この電圧値Ｖ_Ｆは、ファン電源装置５０の電圧検出部５６で検出される電圧値Ｖ_Ｆである。図２に示す例では、時刻ｔ_２が直流電圧変換部５３の変換動作開始時である。すなわち、時刻ｔ_０と時刻ｔ_２との間の時間は、遅延制御部５４によって直流電圧変換部５３の変換動作開始が遅らさられた第１所定時間Ｔ１_Ｆに相当する。電源１０からファン電源装置５０に直流電力が供給されると、まず入力側コンデンサ５２に電力が充電される。直流電圧変換部５３は、入力側コンデンサ５２に電力が蓄積されることに応じて、変換する電力の大きさが増加する。これにより、図２中の（ｃ）に示すように、直流電圧変換部５３から出力される直流電力の電圧値Ｖ_Ｆは、次第に増加する。

図２中の（ｄ）は、制御装置２０の制御部２８（判定部２８ａ）の動作状態を示す。図２に示す例では、制御部２８は、時刻ｔ_０に起動を開始して時刻ｔ_１に起動が完了する。これにより、制御部２８は、時刻ｔ_１以降に、後述する第１判定および第２判定を行うことができるようになる。

図２中の（ｅ）は、ゲート電源装置３０から出力される出力電圧値Ｖ_Ｇとして、異常電圧が検出される例を示す。この例では、電力供給開始時である時刻ｔ_０から第１所定時間Ｔ１_Ｇ経過前に、ある程度大きな出力電圧値Ｖ_Ｇが検出されている。

図２中の（ｆ）は、ファン電源装置５０から出力される出力電圧値Ｖ_Ｆとして、異常電圧が検出される例を示す。この例では、電力供給開始時である時刻ｔ_０から第１所定時間Ｔ１_Ｆ経過前に、ある程度大きな出力電圧値Ｖ_Ｆが検出されている。

次に、図２を参照して、ゲート電源装置３０の健全性の判定に関して説明する。
判定部２８ａは、まず、電力供給開始時（時刻ｔ_０）から第１所定時間Ｔ１_Ｇ経過前に電圧検出部３６により検出された検出結果に基づき第１判定を行う。すなわち、判定部２８ａは、直流−交流変換部３３が変換動作を開始していない状態で、第１判定を行う。

判定部２８ａは、第１判定として、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第１閾値Ｓ１_Ｇ以上であるか否かを判定する。本実施形態では、判定部２８ａは、電圧検出部３６から出力される前記比較器による比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｇ）に基づき、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第１閾値Ｓ１_Ｇ以上であるか否かを判定する。すなわち、本願でいう「電圧に関する値が閾値以上であるか否か（または超えるか否か）を判定する」とは、電圧値に直接的に基づいて判定する場合に限定されず、比較器によってすでに閾値と比較された結果を示す信号に基づいて判定する場合も含む。第１閾値Ｓ１_Ｇは、直流−交流変換部３３が変換動作を開始していない状態では出力されない電圧値が設定される。なお、第１閾値Ｓ１_Ｇは、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが実質的に０Ｖであるか否かを判定できる閾値であれば、特に限定されない。判定部２８ａは、第１判定において、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第１閾値Ｓ１_Ｇ未満である場合（電圧値Ｖ_Ｇが第１閾値Ｓ１_Ｇ未満であることを示す信号Ｓ（Ｖ_Ｇ）が電圧検出部３６から出力されている場合）に、異常がないと判定する。一方で、判定部２８ａは、第１判定において、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第１閾値Ｓ１_Ｇ以上である場合（電圧値Ｖ_Ｇが第１閾値Ｓ１_Ｇ以上であることを示す信号Ｓ（Ｖ_Ｇ）が電圧検出部３６から出力された場合）に、異常があると判定する。判定部２８ａは、第１判定において異常があると判定した場合、異常があることを示す信号を通知部２８ｂに出力する。

本実施形態では、判定部２８ａは、判定部２８ａの起動完了と略同時（時刻ｔ１）に、第１判定を行う。なお、判定部２８ａは、上記に代えて、判定部２８ａの起動完了から第２所定時間Ｔ２_Ｇ以内に第１判定を行ってもよい。第２所定時間Ｔ２_Ｇは、直流−交流変換部３３の変換動作が開始される前に上記第１判定を行うことができる時間であれば、特に限定されない。第２所定時間Ｔ２_Ｇは、判定部２８ａの起動に必要な時間に応じて、判定部２８ａが参照可能な記憶部に予め設定されている。

次に、判定部２８ａは、電力供給開始時（時刻ｔ_０）から第１所定時間Ｔ１_Ｇ経過後に電圧検出部３６により検出された検出結果に基づき第２判定を行う。すなわち、判定部２８ａは、直流−交流変換部３３が変換動作を開始した後に、第２判定を行う。なお、「第１所定時間Ｔ１_Ｇ経過後に第２判定を行う」とは、第１所定時間Ｔ１_Ｇ経過後にすぐに第２判定を行う場合に限定されず、第１所定時間Ｔ１_Ｇ経過後における所定のタイミングで第２判定を行うことも含む。

判定部２８ａは、第２判定として、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇを超えるか否かを判定する。本実施形態では、判定部２８ａは、電圧検出部３６から出力される前記比較器による比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｇ）に基づき、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇを超えるか否かを判定する。第２閾値Ｓ２_Ｇは、一定以上の大きさであるとともに、直流−交流変換部３３が正常に動作した場合、直流−交流変換部３３から出力される電圧値よりも小さい値が設定される。判定部２８ａは、第２判定において、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇを超える場合（電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇを超えたことを示す信号が電圧検出部３６から出力される場合）に、異常がないと判定する。一方で、判定部２８ａは、第２判定において、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇを超えない場合（電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇ未満であることを示す信号が電圧検出部３６から出力され続ける場合）に、異常があると判定する。判定部２８ａは、第２判定において異常があると判定した場合、異常があることを示す信号を通知部２８ｂに出力する。なお、第１閾値Ｓ１_Ｇと第２閾値Ｓ２_Ｇは、互いに同じでもよく、互いに異なってもよい。

本実施形態では、判定部２８ａは、第２判定として、直流−交流変換部３３の変換動作開始時（すなわち電力供給開始時から第１所定時間Ｔ１_Ｇの経過時、時刻ｔ_２）の後に設定される第３所定時間Ｔ３_Ｇ以内に、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇを超えるか否かを判定する。例えば、判定部２８ａは、電圧検出部３６の前記比較器による比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｇ）を所定の周期で監視し、第３所定時間Ｔ３_Ｇが経過する前に電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇを超えるか否かを判定することで、第２判定を行う。第３所定時間Ｔ３_Ｇは、判定部２８ａが参照可能な記憶部に予め設定されている。

なお、「第３所定時間Ｔ３_Ｇ以内に、電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇを超えるか否かを判定する」とは、上記例に限定されない。例えば、判定部２８ａは、上記に代えて、電圧検出部３６の前記比較器による比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｇ）を所定の周期で監視することをせず、第３所定時間Ｔ３_Ｇの経過時に電圧検出部３６により検出された電圧値Ｖ_Ｇが第２閾値Ｓ２_Ｇ以上であるか否かを判定することで、第２判定を行ってもよい。

次に、ファン電源装置５０の健全性の判定に関して説明する。
判定部２８ａは、まず、電力供給開始時（時刻ｔ_０）から第１所定時間Ｔ１_Ｆ経過前に電圧検出部５６により検出された検出結果に基づき第１判定を行う。すなわち、判定部２８ａは、直流電圧変換５３が変換動作を開始していない状態で、第１判定を行う。

判定部２８ａは、第１判定として、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第１閾値Ｓ１_Ｆ以上であるか否かを判定する。本実施形態では、判定部２８ａは、電圧検出部５６から出力される前記比較器の比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｆ）に基づき、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第１閾値Ｓ１_Ｆ以上であるか否かを判定する。第１閾値Ｓ１_Ｆは、直流電圧変換部５３が変換動作を開始していない状態では出力されない電圧値が設定される。なお、第１閾値Ｓ１_Ｆは、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが実質的に０Ｖであるか否かを判定できる閾値であれば、特に限定されない。判定部２８ａは、第１判定において、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第１閾値Ｓ１_Ｆ未満である場合（電圧値Ｖ_Ｆが第１閾値Ｓ１_Ｆ未満であることを示す信号Ｓ（Ｖ_Ｆ）が電圧検出部５６から出力されている場合）に、異常がないと判定する。一方で、判定部２８ａは、第１判定において、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第１閾値Ｓ１_Ｆ以上である場合（電圧値Ｖ_Ｆが第１閾値Ｓ１_Ｆ以上であることを示す信号Ｓ（Ｖ_Ｆ）が電圧検出部５６から出力された場合）に、異常があると判定する。判定部２８ａは、第１判定において異常があると判定した場合、異常あることを示す信号を通知部２８ｂに出力する。

本実施形態では、判定部２８ａは、判定部２８ａの起動完了と略同時（時刻ｔ１）に、第１判定を行う。なお、判定部２８ａは、上記に代えて、判定部２８ａの起動完了から第２所定時間Ｔ２_Ｆ以内に第１判定を行ってもよい。第２所定時間Ｔ２_Ｆは、直流電圧変換部５３の変換動作が開始される前に上記第１判定を行うことができる時間であれば、特に限定されない。第２所定時間Ｔ２_Ｆは、判定部２８ａの起動に必要な時間に応じて、判定部２８ａが参照可能な記憶部に予め設定されている。

次に、判定部２８ａは、電力供給開始時（時刻ｔ_０）から第１所定時間Ｔ１_Ｆ経過後に電圧検出部５６により検出された検出結果に基づき第２判定を行う。すなわち、判定部２８ａは、直流電圧変換部５３が変換動作を開始した後に、第２判定を行う。なお、「第１所定時間Ｔ１_Ｆ経過後に第２判定を行う」とは、第１所定時間Ｔ１_Ｆ経過後にすぐに第２判定を行う場合に限定されず、第１所定時間Ｔ１_Ｆ経過後における所定のタイミングで第２判定を行うことも含む。

判定部２８ａは、第２判定として、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆを超えるか否かを判定する。本実施形態では、判定部２８ａは、電圧検出部５６から出力される電圧検出部５６の比較器の比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｆ）に基づき、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆを超えるか否かを判定する。第２閾値Ｓ２_Ｆは、一定以上の大きさであるとともに、直流電圧変換部５３が正常に動作した場合、直流電圧変換部５３から出力される電圧値よりも小さい値が設定される。判定部２８ａは、第２判定において、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆを超える場合（電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆを超えたことを示す信号が電圧検出部５６から出力される場合）に、異常がないと判定する。一方で、判定部２８ａは、第２判定において、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆを超えない場合（電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆ未満であることを示す信号が電圧検出部５６から出力され続ける場合）に、異常があると判定する。判定部２８ａは、第２判定において異常があると判定した場合、異常があることを示す信号を通知部２８ｂに出力する。なお、第１閾値Ｓ１_Ｆと第２閾値Ｓ２_Ｆは、互いに同じでもよく、互いに異なってもよい。

本実施形態では、判定部２８ａは、第２判定として、直流電力変換部５３の変換動作開始時（すなわち電力供給開始時から第１所定時間Ｔ１_Ｆの経過時、時刻ｔ_２）の後に設定される第３所定時間Ｔ３_Ｆ以内に、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆを超えるか否かを判定する。例えば、判定部２８ａは、電圧検出部５６の前記比較器による比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｆ）を所定の周期で監視し、第３所定時間Ｔ３_Ｆが経過する前に電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆを超えるか否かを判定することで、第２判定を行う。第３所定時間Ｔ３_Ｆは、判定部２８ａが参照可能な記憶部に予め設定されている。

なお、「第３所定時間Ｔ３_Ｆ以内に、電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆを超えるか否かを判定する」とは、上記例に限定されない。例えば、判定部２８ａは、上記に代えて、電圧検出部５６の前記比較器による比較結果を示す信号Ｓ（Ｖ_Ｆ）を所定の周期で監視することをせず、第３所定時間Ｔ３_Ｆの経過時に電圧検出部５６により検出された電圧値Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｆ以上であるか否かを判定することで、第２判定を行ってもよい。

通知部２８ｂは、ゲート電源装置３０またはファン電源装置５０に関する第１判定または第２判定において異常があると判定された場合に、異常があることを示す信号を判定部２８ａから受信する。通知部２８ｂは、異常があることを示す信号を判定部２８ａから受信した場合、所定の処理を行う。所定の処理は、車両の乗務員または整備員などの鉄道関係者に対して、異常を知らせるための処理である。所定の処理は、例えば、所定の情報が表示装置（例えば、運転台のモニター装置）に表示されるように前記表示装置に対して制御指示を送ることや、所定の情報を乗務員に知らせるように運転台などのスピーカ装置に対して制御指示を送ることなどである。また、通知部２８ｂは、所定の処理の一例として、外部装置に通知信号を出力してもよい。

次に、本実施形態の電力変換システム１の処理の流れを説明する。
図３は、電力変換システム１の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、判定部２８ａは、電源１０から電力の供給が開始されるまで待機する（Ｓ１１）。判定部２８ａは、電源１０から電力の供給が開始されると、起動を開始する。判定部２８ａは、起動が完了した後、ゲート電源装置３０およびファン電源装置５０に関する上記第１判定を行う（Ｓ１２）。

判定部２８ａは、ゲート電源装置３０またはファン電源装置５０に関する第１判定において、電圧検出部３６，５６により検出された電圧の電圧値Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｆが第１閾値Ｓ１_Ｇ，Ｓ１_Ｆ以上である場合、異常があると判定する（Ｓ１３）。この場合、判定部２８ａは、異常があることを示す信号を通知部２８ｂに出力する。通知部２８ｂは、異常があることを示す信号を判定部２８ａから受信した場合、上述した所定の処理を行う（Ｓ１４）。

一方で、判定部２８ａは、ゲート電源装置３０またはファン電源装置５０に関する第１判定において、電圧検出部３６，５６により検出された電圧の電圧値Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｆが第１閾値Ｓ１_Ｇ，Ｓ１_Ｆ未満である場合、必要な時間だけ待機した後、ゲート電源装置３０およびファン電源装置５０に関する上記第２判定を行う（Ｓ１５）。

判定部２８ａは、ゲート電源装置３０またはファン電源装置５０に関する第２判定において、電圧検出部３６，５６により検出された電圧の電圧値Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｇ，Ｓ２_Ｆを超えない場合、異常があると判定する（Ｓ１３）。この場合、判定部２８ａは、異常があることを示す信号を通知部２８ｂに出力する。通知部２８ｂは、異常があることを示す信号を判定部２８ａから受信した場合、上述した所定の処理を行う（Ｓ１４）。

一方で、判定部２８ａは、ゲート電源装置３０またはファン電源装置５０に関する第２判定において、電圧検出部３６，５６により検出された電圧の電圧値Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｆが第２閾値Ｓ２_Ｇ，Ｓ２_Ｆを超える場合、電源１０、ゲート電源装置３０、ファン電源装置５０、および制御装置２０が正常であると判定する（Ｓ１６）。

以上のような構成の電力変換システム１によれば、より高いレベルで健全性の判定を行うことができる。ここで比較例として、電力供給開始時に対して変換部の変換動作開始を所定時間遅らせる遅延制御部を有しない電力変換システムについて考える。この比較例の電力変換システムでは、電源からの電力の供給開始と同時に変換部の変換動作が開始され、変換後の電圧が出力される。このため、変換部の出力電圧を検出する電圧検出部の検出結果として、電力供給開始時から比較的高い電圧値が検出される。このため、例えば、変換部が比較的高い電圧値を出力しているように見える状態で電圧検出部や制御部の信号入力部が故障した場合、電源や電圧検出部、制御装置の故障を容易に検出することが難しい場合がある。

一方で、本実施形態の電力変換システム１は、電源１０から供給された電力を変換する変換部３３，５３と、変換部３３，５３により変換された電力の電圧に関する情報を検出する検出部３６，５６と、電力供給開始時に対して変換部３３，５３の変換動作開始を第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ遅らせる遅延制御部３４，５４と、電力供給開始時から第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ経過前に検出部３６，５６により検出された検出結果に基づき第１判定を行い、電力供給開始時から第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ経過後に検出部３６，５６により検出された検出結果に基づき第２判定を行う判定部２８ａとを備えている。

このような構成によれば、変換部３３，５３の変換動作開始を第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ遅らせる遅延制御部３４，５４が設けられることで、変換部３３，５３の変換動作が開始される前の状態に基づく第１判定を行うことができる。これにより、変換部３３，５３が比較的高い電圧値を出力しているように見える状態で電圧検出部３６，５６や制御部２８の信号入力部が故障した場合でも、電源１０や、電圧検出部３６，５６、制御装置２０の故障を容易に検出することができる。これにより、より高いレベルで健全性の判定を行うことができる。

本実施形態では、制御装置２０は、前記第１判定において、前記電圧に関する値が第１閾値Ｓ１_Ｇ，Ｓ１_Ｆ以上である場合に、異常があると判定する。このような構成によれば、比較的簡単な処理によって上記第１判定を実現することができる。これにより、必要な追加コストを抑えつつ、より高いレベルで健全性の判定を行うことができる。

本実施形態では、制御装置２０は、前記第２判定において、電圧に関する値が第２閾値Ｓ２_Ｇ，Ｓ２_Ｆを超えない場合に、異常があると判定する、このような構成によれば、比較的簡単な処理によって上記第２判定を実現することができる。これにより、必要な追加コストを抑えつつ、より高いレベルで健全性の判定を行うことができる。

ここで、制御装置２０の判定部２８ａの起動に時間が必要な場合、プロセッサの起動が完了した時には、変換部３３，５３が比較的高い電圧値を出力している場合も想定される。この場合、電圧検出部や制御装置の故障を容易に発見することがより困難になる場合がある。しかしながら、本実施形態では、第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆは、判定部２８ａの起動に必要な時間よりも長い時間である。このような構成によれば、判定部２８ａの起動に時間が必要な場合であっても、判定部２８ａは、変換部３３，５３の変換動作を開始する前の状態に基づく第１判定を行うことができる。これにより、より高いレベルで健全性の判定をより確実に行うことができる。

本実施形態では、判定部２８ａは、電力供給開始時と略同時または電力供給開始時よりも後に起動を開始し、起動完了と略同時または起動完了から第２所定時間Ｔ２_Ｇ，Ｔ２_Ｆ以内に前記第１判定を行う。このような構成によれば、変換部３３，５３の変換動作を開始する前に、より確実に前記第１判定を行うことができる。これにより、より高いレベルで健全性の判定をより確実に行うことができる。

本実施形態では、判定部２８ａは、前記第２判定として、電力供給開始時、判定部２８ａの起動完了時、または変換部３３，５３の変換動作開始時のいずれかに続く第３所定時間Ｔ３_Ｇ，Ｔ３_Ｆ以内に前記電圧に関する値が閾値を超えるか否かを判定する。このような構成によれば、変換部３３，５３が変換動作を開始して一定以上の電圧値を出力するようになった後に、より確実に前記第２判定を行うことができる。これにより、より高いレベルで健全性の判定をより確実に行うことができる。

以上、ひとつの実施形態について説明したが、実施形態の構成は、上記例に限定されない。例えば、「第１所定時間経過前に検出部により検出された検出結果に基づき第１判定を行い」とは、第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ経過前に検出部による検出動作が行われていればよいことを意味し、判定部による第１判定は、第１所定時間Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ経過後に行われてもよい。

また、第１所定時間Ｔ１_Ｇと第１所定時間Ｔ１_Ｆとは、同じでもよく、異なってもよい。第２所定時間Ｔ２_Ｇと第２所定時間Ｔ２_Ｆとは、同じでもよく、異なってもよい。第３所定時間Ｔ３_Ｇと第３所定時間Ｔ３_Ｆとは、同じでもよく、異なってもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電源から電力の供給が開始された供給開始時に対して変換部の変換動作開始を第１所定時間遅らせる遅延制御部と、前記供給開始時から前記第１所定時間経過前に検出部により検出された検出結果に基づき第１判定を行い、前記供給開始時から前記第１所定時間経過後に前記検出部により検出された検出結果に基づき第２判定を行う判定部とを持つことにより、より高いレベルで健全性の判定を行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電力変換システム、１０…電源、２０…制御装置、２２…電圧検出部、２８…制御部、２８ａ…判定部、３０…ゲート電源装置（電力変換装置）、３３…直流−交流変換部（変換部）、３４…遅延制御部、３６…電圧検出部（検出部）、５０…ファン電源装置（電力変換装置）、５３…直流電圧変換部（変換部）、５４…遅延制御部、５６…電圧検出部（検出部）、Ｔ１_Ｇ，Ｔ１_Ｆ…第１所定時間、Ｔ２_Ｇ，Ｔ２_Ｆ…第２所定時間、Ｔ３_Ｇ，Ｔ３_Ｆ…第３所定時間、Ｓ１_Ｇ，Ｓ１_Ｆ…第１閾値、Ｓ２_Ｇ，Ｓ２_Ｆ…第２閾値。

Claims (6)

1. 電源から供給された電力を変換する変換部と、
   前記変換部により変換された電力の電圧に関する情報を検出する検出部と、
   前記変換部の一部として、または前記変換部の外部に設けられ、前記電源から前記電力の供給が開始された供給開始時に対して前記変換部の変換動作開始を第１所定時間遅らせる遅延制御部と、
   前記供給開始時から前記第１所定時間経過前に前記検出部により検出された検出結果に基づき第１判定を行い、前記供給開始時から前記第１所定時間経過後に前記検出部により検出された検出結果に基づき第２判定を行う判定部と、
   を備えた電力変換システム。
2. 前記判定部は、前記第１判定において、前記電圧に関する値が第１閾値以上である場合に、異常があると判定する、
   請求項１に記載の電力変換システム。
3. 前記判定部は、前記第２判定において、前記電圧に関する値が第２閾値を超えない場合に、異常があると判定する、
   請求項２に記載の電力変換システム。
4. 前記第１所定時間は、前記判定部の起動に必要な時間よりも長い時間である、
   請求項３に記載の電力変換システム。
5. 前記判定部は、前記供給開始時と略同時または前記供給開始時よりも後に起動を開始し、起動完了と略同時または起動完了から第２所定時間以内に前記第１判定を行う、
   請求項４に記載の電力変換システム。
6. 前記判定部は、前記第２判定として、前記第１所定時間の後に設定される第３所定時間以内に、前記電圧に関する値が前記第２閾値を超えるか否かを判定する、
   請求項３から請求項５のうちいずれか１項に記載の電力変換システム。

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