JP7058764B1 - 電力変換装置、半導体スイッチ駆動装置及び制御方法 - Google Patents

電力変換装置、半導体スイッチ駆動装置及び制御方法 Download PDF

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Abstract

半導体スイッチ駆動装置（３）は、駆動部（１０）と、電源部（２０）と、スイッチ（３９）と、制御部（５０）とを備える。駆動部（１０）は、主回路（２）の半導体スイッチ（Ｑ）にその制御信号を供給して、半導体スイッチ（Ｑ）を駆動する。電源部（２０）は、駆動部（１０）に電力を供給する。スイッチ（３９）は、電源部（２０）の１次側の過電圧状態の検出により又は制御により電源部（２０）に対する電力の供給を遮断する。制御部（５０）は、半導体スイッチ（Ｑ）の制御端子の電圧に基づいて、スイッチ（３９）の導通状態を切り替える。

Description

本発明は、電力変換装置、半導体スイッチ駆動装置及び制御方法に関する。
電力変換装置に用いられる半導体スイッチは、半導体スイッチ駆動装置によって駆動される。半導体スイッチ駆動装置には、半導体スイッチの制御端子に、共通電位に対する負バイアス電圧をかけることで、半導体スイッチのオフ状態を安定化させるものがある。ところで、半導体スイッチが故障すると、半導体スイッチの制御端子と共通電位になる端子（２次側回路の一方の端子）とが短絡する故障状態（制御端子短絡故障）になることがある。例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の場合には、ゲートとエミッタとが短絡する故障状態（制御端子短絡故障）になることがある。この制御端子短絡故障が生じると、半導体スイッチ駆動装置に短絡故障による異常電流が流れることがあった。
特開２０１６－１２７７３７号公報
本発明の目的は、半導体スイッチの制御端子短絡故障による異常電流を遮断することができる電力変換装置、半導体スイッチ駆動装置及び制御方法を提供することである。
本発明の半導体スイッチ駆動装置は、駆動部と、電源部と、スイッチと、制御部とを備える。駆動部は、主回路の半導体スイッチにその制御信号を供給して、前記半導体スイッチを駆動する。前記電源部は、前記駆動部に電力を供給する。前記スイッチは、前記電源部の１次側の過電圧状態の検出により又は制御により前記電源部に対する電力の供給を遮断する。前記制御部は、前記半導体スイッチの制御端子の電圧に基づいた前記制御により、前記スイッチの導通状態を切り替える。
第１の実施形態の電力変換装置の構成図。 第１の実施形態の半導体スイッチの短絡故障について説明するための図。 第１の実施形態のゲート電源保護ユニットの構成図。 第１の実施形態の電力変換装置の主回路ユニットの構成図。 第２の実施形態の電力変換装置の概略構成図。
以下、実施形態の電力変換装置、半導体スイッチ駆動装置及び制御方法について説明する。なお、この明細書で言う「接続」とは、物理的に接続される場合に限定されず、電気的に接続される場合も含む。明細書で言う「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。さらに、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。また、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。
（第１の実施形態）
まず、実施形態の電力変換装置１について説明する。
図１Ａは、実施形態の電力変換装置１の概略構成図である。
電力変換装置１は、主回路ユニット２と、半導体スイッチ駆動装置３とを備える。
図１Ａに示す主回路ユニット２は、例えば一つ以上の半導体スイッチＱを含む。半導体スイッチＱの種類として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を例示するが、これに制限されず、他の種類の半導体スイッチであってよい。主回路ユニット２には、電極として用いられる端子ＴＣ、ＴＥ及びＴＧがそれぞれ設けられている。例えば、端子ＴＣ、ＴＥ及びＴＧは、主回路ユニット２の筐体の内部で、半導体スイッチ本体、例えば、ＩＧＢＴのコレクタ、エミッタ及びゲートにそれぞれ接続される。半導体スイッチＱのエミッタ電位、つまり主回路ユニット２の端子ＴＥの電位を基準電位とする。主回路ユニット２のより具体的な構成については、後述する。
半導体スイッチ駆動装置３は、ドライブ回路１０（駆動部）と、ゲート電源２０（電源部）と、ゲート電源保護ユニット３０と、制御部５０とを備える。例えば、半導体スイッチ駆動装置３は、信号端子ＴＧＰａとＴＧＰｂの対と、電源端子ＴＰＳＰとＴＰＳＮの対と、端子ＴＣＯＭと、端子ＴＧＯとを備える。信号端子ＴＧＰａとＴＧＰｂの対は、制御装置４の出力に接続され、ゲートパルスＧＰが供給される。電源端子ＴＰＳＰとＴＰＳＮの対は、直流電源５から直流電力（DC power）が供給される。端子ＴＣＯＭは、端子ＴＥに接続されて、半導体スイッチ駆動装置３の基準電位になる端子である。端子ＴＧＯは、端子ＴＧに接続されて、半導体スイッチ駆動装置３の出力信号を出力して、端子ＴＧに供給する。
例えば、直流電源５から電源端子ＴＰＳＰとＴＰＳＮの対に供給される直流電力は、ゲート電源保護ユニット３０とを経てゲート電源２０に供給される。ゲート電源２０は、安定化電源回路を含み、供給される直流電力に基づいて、正の電圧＋ＶＧＥと負の電圧－ＶＧＥの両極性の直流電力に変換する。ゲート電源２０は、正の電圧＋ＶＧＥと負の電圧－ＶＧＥとを、ドライブ回路１０の正極側電極ＬＤＣＰと負極側電極ＬＤＣＮとにそれぞれ供給する。このゲート電源２０の出力側は、主回路ユニット２の電源から絶縁されている。ゲート電源保護ユニット３０についての詳細は後述する。
ドライブ回路１０は、フォトカプラ１１と、レベル変換回路１２と、電力増幅回路１３と、抵抗１４と、コンデンサ１５Ｐと１５Ｎと、電圧検出部１６（図中の記載はVGED。)とを備える。
フォトカプラ１１の入力は、信号端子ＴＧＰａとＴＧＰｂの対に接続されている。フォトカプラ１１は、入力側のＬＥＤと出力側のフォトダイオードの組を含み、フォトカプラ１１の入力と出力が互いに絶縁されている。フォトカプラ１１は、信号端子ＴＧＰａとＴＧＰｂの対に供給されるゲートパルスＧＰを、ゲート電源２０からの電力を用いて出力用の電気信号に変換する。
レベル変換回路１２の入力は、フォトカプラ１１の出力に接続されている。フォトカプラ１１から出力される電気信号は、レベル変換回路１２によって出力インピーダンスと、信号レベルが変換される。
例えば、レベル変換回路１２は、正極側電極ＬＤＣＰと負極側電極ＬＤＣＮとにコレクタがそれぞれ接続されるプッシュプル型トランジスタ対を備える。プッシュプル型トランジスタ対の各ベースは、フォトカプラ１１の出力（フォトダイオードのアノード）に接続される。各ベースの電位は、正の電圧＋ＶＧＥからフォトダイオードの逆バイアス電圧だけ低い電位になる。これにより、レベル変換回路１２は、負の電圧－ＶＧＥの直流から正の電圧＋ＶＧＥまでの間の電圧に変換した電気信号を出力する。
電力増幅回路１３は、例えば、正極側電極ＬＤＣＰと負極側電極ＬＤＣＮに接続されるプッシュプル型トランジスタ対を備える。電力増幅回路１３の入力は、レベル変換回路１２の出力に接続されている。電力増幅回路１３によって出力インピーダンスの変換がなされ、レベル変換回路１２から出力される電気信号は、電力増幅される。電力増幅回路１３は、負の電圧－ＶＧＥから正の電圧＋ＶＧＥまでの間の振幅の電気信号を出力する。電力増幅回路１３の出力は、抵抗１４と端子ＴＧとを介して半導体スイッチＱのゲートに接続され、半導体スイッチＱのゲートに負の電圧－ＶＧＥの直流から正の電圧＋ＶＧＥまでの間の電圧で、フォトカプラ１１によって生成された電圧を出力する。
コンデンサ１５Ｐは、正極側電極ＬＤＣＰと端子ＴＧとに接続される。コンデンサ１５Ｎは、負極側電極ＬＤＣＮと端子ＴＧとの間に設けられている。コンデンサ１５Ｐと１５Ｎは、電源のバイパスコンデンサである。
電圧検出部１６は、端子ＴＣＯＭと端子ＴＧＯとの間（端子ＴＥと端子ＴＧとの間）の電位差、つまり、半導体スイッチＱのゲート電圧を検出する。電圧検出部１６は、半導体スイッチＱのゲート電圧の検出結果を、制御部５０に供給する。制御部５０は、半導体スイッチＱのゲート電圧の検出結果に基づいてゲート電源保護ユニット３０を制御する。
例えば、信号端子ＴＧＰａとＴＧＰｂにゲートパルスＧＰが供給されているとき、つまり信号端子ＴＧＰａとＴＧＰｂの対にゲートパルスＧＰに対応する所定の電位差が生じているときには、フォトカプラ１１は、これを検出して、基準電位に対して比較的高電位の電気信号を出力する。比較的高電位の電気信号とは、フォトカプラ１１のフォトダイードのアノード電位が基準電位に対して比較的高い状態を言う。レベル変換回路１２と電力増幅回路１３は、この比較的高電位の電気信号に応じた電位の電気信号を出力し、半導体スイッチＱのゲートに印加する。このとき、半導体スイッチＱのゲート電位が正にバイアスされて、半導体スイッチＱは、オンになる。
信号端子ＴＧＰａとＴＧＰｂにゲートパルスＧＰが供給されていないとき、つまり信号端子ＴＧＰａとＴＧＰｂの対に所定の電位差が生じていないときには、フォトカプラ１１は、これを検出して、比較的低電位の電気信号を出力する。レベル変換回路１２と電力増幅回路１３は、この比較的低電位の電気信号に応じた電位の電気信号を出力し、半導体スイッチＱのゲートに印加する。このとき、半導体スイッチＱのゲート電位が負にバイアスされて、半導体スイッチＱは、オフになる。
図１Ｂは、実施形態の半導体スイッチＱの短絡故障について説明するための図である。
半導体スイッチＱは、ゲートとエミッタの間、換言すれば、端子ＴＧ（制御端子）と端子ＴＥ（共通電位になる端子）間が短絡した故障状態（制御端子短絡故障という。）になることがある。半導体スイッチＱのゲートとエミッタの間が短絡すると、図１Ｂに示す矢印のように、ゲートパルスに応じて半導体スイッチＱをオンに制御するときも、ゲートパルスがなく半導体スイッチＱをオフに制御するときも短絡電流が流れることがある。
図２を参照して、実施形態のゲート電源保護ユニット３０について説明する。図２は、実施形態のゲート電源保護ユニット３０の構成図である。
ゲート電源保護ユニット３０は、フォトカプラ３１と、コンデンサ３２と、分圧抵抗３３と、過電圧検出ユニット３４と、電流増幅回路３５と、定電圧ダイオード３６と、バイアス回路３７と、定電圧ダイオード３８と、スイッチ３９とを備える。
フォトカプラ３１の入力は、制御部５０の出力に接続されている。フォトカプラ３１は、入力側のＬＥＤと出力側のフォトトランジスタの組を含み、フォトカプラ３１の入力と出力とが互いに絶縁されている。フォトカプラ３１は、制御部５０が出力する遮断制御信号を受け、遮断制御信号に基づいてフォトトランジスタのオン／オフを制御する。例えば、フォトトランジスタは、遮断制御信号の論理が１のときにオンになり、その論理が０のときにオフになる。
コンデンサ３２は、フォトカプラ３１の出力に並列に接続されており、フォトカプラ３１の出力のオン／オフ切り替え時の急峻な電圧変化を抑制する。
分圧抵抗３３は、直列に接続された抵抗３３ａから３３ｃを備える。分圧抵抗３３の両端は、端子ＴＰＳＰと端子ＴＰＳＮとにそれぞれ接続される。分圧抵抗３３は、端子ＴＰＳＰと端子ＴＰＳＮ間に掛かる電圧を分圧する。抵抗３３ｂの両端には、フォトカプラ３１の出力とコンデンサ３２が並列に接続される。分圧抵抗３３の分圧比によって、過電圧検出のための比較電圧が生成される。
過電圧検出ユニット３４は、例えば、抵抗３３ｃの両端に生じる電圧を検出して、その電圧を予め定められた閾値電圧を比較する。過電圧検出ユニット３４は、抵抗３３ｃの両端に生じる電圧が閾値電圧よりも高い場合に、過電圧と判定し、低い場合に平時の電圧と判定する。過電圧検出ユニット３４は、過電圧を検出したときにローレベル（０）を出力し、平時の電圧を検出したときにハイレベル（１）を出力する。
電流増幅回路３５は、ＮＰＮトランジスタを含む。電流増幅回路３５は、過電圧検出ユニット３４がハイレベル（１）を出力しているときに、ＮＰＮトランジスタがオンになり、その後段の回路にコレクタ電流を流す。電流増幅回路３５は、過電圧検出ユニット３４がローレベル（０）を出力しているときにはＮＰＮトランジスタがオフになりコレクタ電流を止める。上記のように電流増幅回路３５は、過電圧検出ユニット３４によって過電圧が検出されているときに、ＮＰＮトランジスタのコレクタ電流を止める。
定電圧ダイオード３６は、電流増幅回路３５がＮＰＮトランジスタのコレクタに直列に接続されている。電流増幅回路３５がＮＰＮトランジスタのコレクタ電流を流すと、定電圧ダイオード３６は、逆バイアスされている状態になり、両端に予め定められた降伏電圧が発生する。この電圧は、電源電圧の不足電圧状態を検出するための閾値として利用される。
バイアス回路３７は、例えば、分圧抵抗３７ａと３７ｂと、トランジスタ３７ｃと、分圧抵抗３７ｄと３７ｅとを備える。
分圧抵抗３７ａと３７ｂは、互いに直列に接続されて、分圧抵抗を形成する。分圧抵抗３７ａの一端は、端子ＴＰＳＰに接続される。分圧抵抗３７ｂの一端は、定電圧ダイオード３６のカソードに接続される。分圧抵抗３７ａと３７ｂの各他端の接続点には、トランジスタ３７ｃ（ＰＮＰトランジスタ）のベースが接続されている。例えば、電流増幅回路３５のＮＰＮトランジスタがオンであり、かつ、定電圧ダイオード３６の降伏電圧を超える電圧が、端子ＴＰＳＰと端子ＴＰＳＮ間に掛かるときに、電流増幅回路３５のＮＰＮトランジスタにコレクタ電流が流れて、トランジスタ３７ｃがオンになるベース電位が上記の接続点に発生する。これによって、トランジスタ３７ｃはオンになる。上記以外の条件では、トランジスタ３７ｃはオフになる。
分圧抵抗３７ｄと３７ｅは、互いに直列に接続されて、分圧抵抗を形成する。分圧抵抗３７ｄの一端が端子ＴＰＳＰに接続され、分圧抵抗３７ｅの一端が端子ＴＰＳＮに接続されている。分圧抵抗３７ｄと３７ｅは、他の回路素子に制限されないときには、端子ＴＰＳＰと端子ＴＰＳＮ間に掛かる電圧を分圧する。さらに分圧抵抗３７ｄは、トランジスタ３７ｃのエミッタ－コレクタ間、後述する定電圧ダイオード３８の両端、及びスイッチ３９のゲート－ソース間のそれぞれに並列に接続されている。
定電圧ダイオード３８は、スイッチ３９のゲート－ソース間の電圧がその降伏電圧を超えないようにスイッチ３９のゲート－ソース間の電圧を制限する。
スイッチ３９は、例えば、半導体スイッチであり、より具体的にはＭＯＳＦＥＴである。スイッチ３９のソースが、端子ＴＰＳＰに接続され、ドレインが後段のゲート電源２０に接続されている。このスイッチ３９のオン／オフ制御により、ゲート電源２０に対する電力供給の可否が決定する。スイッチ３９のゲートは、トランジスタ３７ｃのコレクタに接続されていている。
上記のようにスイッチ３９のゲート－ソース間の電圧は、トランジスタ３７ｃによって制御される。例えば、トランジスタ３７ｃがオフであるときには、スイッチ３９のゲート－ソース間の電圧は、分圧抵抗３７ｄと３７ｅとによる分圧比、又は定電圧ダイオード３８の降伏電圧によって定まる電圧によって負にバイアスされる。これにより、スイッチ３９のソース端子の電位よりもゲート端子の電位が低ければ、スイッチ３９はオフになる。ゲート端子の電位がスイッチ３９のソース端子の電位に等しいか、より高ければ、スイッチ３９はオンになる。後者の場合に、スイッチ３９は、ゲート電源２０に対して電力を供給可能な状態になる。
上記のように、半導体スイッチ駆動装置３は、電源電圧の不足電圧時と過電圧時に、ゲート電源保護ユニット３０によってゲート電源２０への給電を遮断する。さらに、半導体スイッチ駆動装置３は、ゲート電源保護ユニット３０を用いて、半導体スイッチＱの短絡故障時の給電を遮断する。以下、これについて説明する。
制御部５０からの遮断制御信号によって、フォトカプラ３１のフォトトランジスタがオン／オフ制御されると、分圧抵抗３３の分圧比が変化する。例えば、フォトカプラ３１のフォトトランジスタがオフであれば、分圧抵抗３３の分圧比は、抵抗３３ａから３３ｃによって決定される。これに対し、フォトカプラ３１のフォトトランジスタがオンであると、分圧抵抗３３の分圧比は、抵抗３３ａと抵抗３３ｃとによって決定される。上記のように、フォトカプラ３１のフォトトランジスタがオンであると、抵抗３３ａと抵抗３３ｃとによって決定される分圧比で分圧されたときの抵抗３３ｃの電圧は、上記のトランジスタがオフであるときより高くなる。
過電圧検出ユニット３４は、上記のように制御部５０からの遮断制御信号によって高くなるように設定された抵抗３３ｃの電圧を、過電圧状態ではないときであっても、あたかも過電圧状態が発生したときと同様に検出する。これにより、過電圧検出ユニット３４は、過電圧検出時と同様にスイッチ３９をオフさせるように、ローレベル（０）を出力する。以降の動作の説明は、過電圧検出時と同様である。これによって、スイッチ３９がオフに制御されて、半導体スイッチＱの制御端子に流れる電流を遮断することができる。
なお、ゲート電源２０は、平時に、パルストランス２２を介して交流電力を２次側に送るが、スイッチ３９がオフに制御されるとゲート電源２０の１次側に供給される電力が消失するため、２次側に送る電力も同様に消失する。これにより、半導体スイッチＱにおいて短絡故障が生じている故障点に、ドライブ回路１０から流れ込む電流を断つことができる。
上記の実施形態によれば、制御部５０は、半導体スイッチＱのゲート（制御端子）の電圧（ゲート電圧）に基づいて、ゲート電源保護ユニット３０のスイッチ３９の導通状態を切り替える。ゲート電源保護ユニット３０のスイッチ３９は、ゲート電源２０の１次側の過電圧状態の検出により、又は制御によりゲート電源２０に対する電力の供給を遮断する。これによって、半導体スイッチＱの制御端子短絡故障による異常電流を遮断することができる。
ドライブ回路１０は、半導体スイッチＱをオフにする場合に、半導体スイッチＱのゲート制御信号を負にバイアスさせる。制御部５０は、半導体スイッチＱをオフにする場合のゲート制御信号の電圧が、所定値よりも小さい場合に、スイッチ３９によってゲート電源２０に対する電力の供給を遮断させることにより、短絡故障が生じている半導体スイッチＱに対する制御を中断させることができる。
ドライブ回路１０は、平時に半導体スイッチＱをオフにする場合に、ゲート制御信号を負にバイアスする。制御部５０は、半導体スイッチＱをオフにする場合の、上記のゲート制御信号の電圧が、平時の電圧に対して定められた所定値よりも小さい場合に、スイッチによってゲート電源２０に対する電力の供給を遮断させる、電力変換装置を提供する。上記のゲート制御信号の電圧が所定値よりも小さい場合とは、上記のゲート制御信号の電圧の絶対値が、予め定められた所定値よりも小さい場合であってもよい。
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態において主回路ユニット２の概略構成について説明したが、本変形例では、より具体的な構成例を例示する。
図３は、変形例の主回路ユニット２の構成図である。
主回路ユニット２は、例えば、レグＬＵからＬＷを備える。主回路ユニット２は、直流電力を３相交流電力に変換する。レグＬＵからＬＷは、同様に構成されていて、それぞれが電動機ＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線（不図示）に対応づけられている。主回路ユニット２は、３相交流電力を電動機Ｍに供給する。
レグＬＵは、半導体スイッチＱＵとＱＸと、２つの半導体スイッチ駆動装置３とを備える。レグＬＶは、半導体スイッチＱＶとＱＹと、２つの半導体スイッチ駆動装置３とを備える。レグＬＷは、半導体スイッチＱＷとＱＺと、２つの半導体スイッチ駆動装置３とを備える。ここで、レグＬＵを代表して、各レグの構成について説明する。
半導体スイッチＱＵとＱＸは、同種のスイッチング素子であり、ここではＩＧＢＴを例示する。半導体スイッチＱＵとＱＸは、スイッチ側が互いに直列に接続されていて、半導体スイッチＱＵが正極側（ｐ側という。）に、半導体スイッチＱＸが負極側（ｎ側という。）に設けられている。
半導体スイッチＱＵとＱＸの各ゲート半導体スイッチＱＵとＱＸの各ゲートには、半導体スイッチ駆動装置３の出力がそれぞれ接続されている。
上記の構成例は、一例であり、図示した構成に制限されず、適宜変更してもよい。
（第２の実施形態）
図４は、実施形態の電力変換装置１Ａの概略構成図である。
図４に示す主回路ユニット２Ｕと２Ｖ（第１主回路と第２主回路と呼ぶ。）は、それぞれ１つのＩＧＢＴを含む主回路ユニット２の一例である。主回路ユニット２Ｕと２Ｖは、前述の主回路ユニット２に相当する。
主回路ユニット２Ｕと２Ｖは、それぞれ半導体スイッチＱＵ（第１半導体スイッチ）とＱＶ（第２半導体スイッチ）とを含む。
半導体スイッチ駆動装置３Ａは、ドライブ回路１０Ｕと１０Ｖ（第１駆動部と第２駆動部）と、ゲート電源２０Ａ（電源部）と、ゲート電源保護ユニット３０と、制御部５０Ａとを備える。半導体スイッチ駆動装置３Ａのドライブ回路１０Ｕと１０Ｖは、制御装置４の出力に接続され、ゲートパルスＧＰが供給される。
ドライブ回路１０Ｕは、半導体スイッチＱＵにそのゲート制御信号を供給して、半導体スイッチＱＵを駆動する。ドライブ回路１０Ｖは、半導体スイッチＱＶにそのゲート制御信号を供給して、半導体スイッチＱＶを駆動する。
ドライブ回路１０Ｕは、電圧検出部１６Ａを備える。電圧検出部１６Ａは、半導体スイッチＱＵのゲート（第１制御端子）の電圧（ゲート電圧）を検出する。なお、ドライブ回路１０Ｖは、電圧検出部１６Ａと同様の電圧検出部を備えていてもよく、備えていなくてもよい。半導体スイッチＱＶのゲートは、第２制御端子の一例である。
ゲート電源２０Ａは、ドライブ回路１０Ｕと１０Ｖに電力を供給する。
例えば、ゲート電源２０Ａは、ゲート電源本体２１と、パルストランス２２１と２２２（第１パルストランスと第２パルストランス）とを備える。
ゲート電源本体２１は、ゲート電源２０Ａの１次側回路を形成して、後段のパルストランス２２１と２２２に高周波パルスをそれぞれ供給する。
パルストランス２２１と２２２は、磁気結合され互いに絶縁された１次巻線と２次巻線とを備えて構成される。パルストランス２２１と２２２は、高周波パルスに対する応答性を有していて、所望の電力量を変換可能に形成される。
例えば、パルストランス２２１は、ゲート電源本体２１から供給される高周波パルスを、パルストランス２２１の１次巻線で受け、電力を変換して生成する。パルストランス２２１は、その２次巻線からドライブ回路１０Ｕに電力を供給する。パルストランス２２２は、ゲート電源本体２１から供給される高周波パルスを、パルストランス２２２の１次巻線で受け、電力を変換して生成する。パルストランス２２２は、その２次巻線からドライブ回路１０Ｖに電力を供給する。
ゲート電源保護ユニット３０は、ゲート電源２０Ａの１次側の過電圧状態の検出により、又は制御によりゲート電源２０Ａに対する電力の供給を遮断するスイッチを備える。
制御部５０Ａは、電圧検出部１６Ａによって検出された半導体スイッチＱＵのゲートの電圧（ゲート電圧）に基づいて、半導体スイッチＱＵ又は半導体スイッチＱＶの短絡故障を検出してもよい。制御部５０Ａは、半導体スイッチＱＵのゲートの電圧（ゲート電圧）の検出結果に基づいて、ゲート電源保護ユニット３０のスイッチの導通状態を切り替える。
上記のように構成されたゲート電源２０Ａは、ドライブ回路１０Ｕと１０Ｖとを負荷とする。ドライブ回路１０Ｕと１０Ｖとが、負荷としてのバランスがとれていて、それぞれの負荷の大きさが所定の範囲内に収まる場合には、ゲート電源２０Ａは、ドライブ回路１０Ｕと１０Ｖとを駆動するだけの電力を安定に供給するように構成される。
ただし、ドライブ回路１０Ｕと１０Ｖとがそれぞれ駆動する半導体スイッチＱＵとＱＶの何れかに短絡故障が発生すると、ドライブ回路１０Ｕと１０Ｖの負荷としてのバランスが崩れる。さらに、短絡故障によって、ゲート電源２０Ａは、過負荷状態になって、安定して電力を供給できなくなることがある。
例えば、半導体スイッチＱＶに短絡故障が発生すると、ドライブ回路１０Ｖの負荷電流が増大して、平時の電流よりも大きな電流が流れて、上記のとおり負荷のバランスが崩れる。ゲート電源２０Ａは、過負荷状態になり、短絡故障が生じていないドライブ回路１０Ｕに対して十分な電力を供給できなくなる。そのため、電圧検出部１６Ａによって検出された半導体スイッチＱＵのゲートの電圧（ゲート電圧）が、平時と異なる電位を示すようになる。電圧検出部１６Ａによって検出された半導体スイッチＱＵのゲートの電圧（ゲート電圧）を検出によって、系統が異なる半導体スイッチＱＶに生じた短絡故障を間接的に検出することが可能になる。
上記のように、ゲート電源２０Ａが電力を供給する範囲に含まれる範囲内の複数の系統の中に、少なくとも１つの半導体スイッチＱＵのゲートの電圧（ゲート電圧）を検出することによって、上記の範囲内の特定の系統の半導体スイッチＱに短絡故障が生じたとしても、これを間接的に検出することができる。
上記の実施形態によれば、半導体スイッチ駆動装置は、駆動部と、電源部と、スイッチと、制御部とを備える。駆動部は、主回路の半導体スイッチにその制御信号を供給して、前記半導体スイッチを駆動する。前記電源部は、前記駆動部に電力を供給する。前記スイッチは、前記電源部の１次側の過電圧状態の検出により又は制御により前記電源部に対する電力の供給を遮断する。前記制御部は、前記半導体スイッチの制御信号の電圧に基づいて、前記スイッチの導通状態を切り替える。これにより、半導体スイッチの制御端子短絡故障による異常電流を遮断することができる。
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。
例えば、半導体スイッチ駆動装置３が制御部５０を備えるものとして説明したが、これに制限されることなく、半導体スイッチ駆動装置３と制御部５０は、別体で構成されていてもよい。半導体スイッチ駆動装置３Ａと制御部５０Ａとについても、これと同様である。
１、１Ａ 電力変換装置、２ 主回路ユニット（主回路）、３ 半導体スイッチ駆動装置、１０ ドライブ回路（駆動部）、１６、１６Ａ 電圧検出部、２０、２０Ａ ゲート電源（電源部）、３０ ゲート電源保護ユニット、３９ スイッチ、５０、５０Ａ 制御部、Ｑ 半導体スイッチ、ＱＵ 第１半導体スイッチ、ＱＶ 第２半導体スイッチ

Claims (9)

  1. 主回路の半導体スイッチにその制御信号を供給して、前記半導体スイッチを駆動する駆動部と、
    前記駆動部に電力を供給する電源部と、
    前記電源部の１次側の過電圧状態の検出により又は制御により前記電源部に対する電力の供給を遮断するスイッチと、
    前記半導体スイッチの制御端子の電圧に基づいた前記制御により、前記スイッチの導通状態を切り替える制御部と
    を備える半導体スイッチ駆動装置。
  2. 前記駆動部は、
    前記半導体スイッチをオフにする場合に、前記制御信号を負にバイアスして、
    前記制御部は、
    前記半導体スイッチをオフにする場合の前記制御端子の電圧が、所定値よりも小さい場合に、前記スイッチによって前記電源部に対する電力の供給を遮断させる、
    請求項１に記載の半導体スイッチ駆動装置。
  3. 前記電源部の出力側は、前記主回路の電源から絶縁されている、
    請求項１に記載の半導体スイッチ駆動装置。
  4. 前記半導体スイッチは、ＩＧＢＴである、
    請求項１に記載の半導体スイッチ駆動装置。
  5. 前記半導体スイッチの制御端子の電圧を検出する電圧検出部
    を備える請求項１に記載の半導体スイッチ駆動装置。
  6. 第１制御端子に供給される第１制御信号によって制御される第１半導体スイッチを備える第１主回路と、
    前記第１制御端子に前記第１制御信号を供給して、前記第１半導体スイッチを駆動する第１駆動部と、
    前記第１制御端子の電圧を検出する電圧検出部と、
    第２制御端子に供給される第２制御信号によって制御される第２半導体スイッチを備える第２主回路と、
    前記第２制御端子に前記第２制御信号を供給して、前記第２半導体スイッチを駆動する第２駆動部と、
    前記第１駆動部と前記第２駆動部に電力を供給する電源部と、
    前記電源部の１次側の過電圧状態の検出により又は制御により前記電源部に対する電力の供給を遮断するスイッチと、
    前記第１制御端子の電圧に基づいた前記制御により、前記スイッチの導通状態を切り替える制御部と
    を備える電力変換装置。
  7. 前記電源部は、
    前記電源部の１次側回路と、
    前記１次側回路から供給される電力を変換して、前記第１駆動部に供給する電力を生成する第１パルストランスと、
    前記１次側回路から供給される電力を変換して、前記第２駆動部に供給する電力を生成する第２パルストランスと、
    を備える請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 前記制御部は、
    前記検出された前記第１制御端子の電圧に基づいて、前記第１半導体スイッチ又は前記第２半導体スイッチの短絡故障を検出する、
    請求項６に記載の電力変換装置。
  9. 主回路の半導体スイッチにその制御信号を供給して、前記半導体スイッチを駆動する駆動部と、
    前記駆動部に電力を供給する電源部と、
    前記電源部の１次側の過電圧状態の検出により又は制御により前記電源部に対する電力の供給を遮断するスイッチと、を備える半導体スイッチ駆動装置の制御方法であって、
    前記半導体スイッチの制御端子の電圧に基づいて、前記スイッチの導通状態を切り替える過程
    を含む制御方法。
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