JP7835002B2 - 駆動装置および電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置および電力変換装置に関する。

従来、直列に接続されたスイッチング素子が両方ともオン状態となるアーム短絡を防止する技術として、ターンオン対象のスイッチング素子の動作波形にアーム短絡の兆候が生じることに応じてターンオンを中止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１９－２１６５４０号公報

しかしながら、ターンオン対象の素子の動作波形に応じてスイッチングを制御する場合には、ターンオンの中止が間に合わずにアーム短絡が生じてしまう虞がある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、駆動装置が提供される。駆動装置は、第１スイッチング素子の制御端子に流れる端子電流に基づいて、第１スイッチング素子がオン状態およびオフ状態の何れであるかを検出する検出部を備えてよい。駆動装置は、入力される駆動信号に応じて第１スイッチング素子と直列に接続された第２スイッチング素子の制御端子を駆動する駆動部を備えてよい。駆動装置は、第１スイッチング素子がオン状態であることに応じて、第２スイッチング素子をオフ状態に維持する短絡防止部を備えてよい。

検出部は、端子電流に応じたパラメータを測定する測定部を有してよい。

測定部は、第１スイッチング素子の制御端子に設けられたロゴスキーコイルを有してよい。

検出部は、端子電流に応じたパラメータが第１の基準範囲外となったことに応じて、第１スイッチング素子がオン状態である旨の情報を保持し、端子電流に応じたパラメータが第２の基準範囲外となったことに応じて、第１スイッチング素子がオフ状態である旨の情報を保持するホールド部を有してよい。

端子電流に応じたパラメータは、端子電流によって生じる電圧であってよい。第１の基準範囲は、短絡が生じない状態で第１スイッチング素子がターンオフされる場合に端子電流によって生じる誘起電圧のピーク値よりも大きい上限値を有してよい。第２の基準範囲は、短絡が生じない状態で第１スイッチング素子がターンオンされる場合に端子電流によって生じる誘起電圧のピーク値よりも小さい下限値を有してよい。

短絡防止部は、第１スイッチング素子がオフ状態である場合には、第２スイッチング素子のオンオフを制御する制御信号に応じた駆動信号を駆動部に供給してよい。短絡防止部は、第１スイッチング素子がオン状態である場合には、制御信号に関わらず第２スイッチング素子をオフ状態とする旨の駆動信号を駆動部に供給してよい。

短絡防止部は、第２スイッチング素子をオフにする旨の制御信号と、第１スイッチング素子がオフ状態であると検出部に検出された旨の信号との論理積をとる演算部を有してよい。

駆動装置は制御信号と、駆動信号とが一致するか否かを示す報知信号を出力する出力部を備えてよい。

本発明の第２の態様においては、電力変換装置が提供される。電力変換装置は、直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えてよい。電力変換装置は、第１の態様の駆動装置を備えてよい。

第１スイッチング素子および第２スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子であってよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

実施形態に係る電力変換装置１を示す。 正常時における電力変換装置１の動作波形を示す。 第１スイッチング素子１１が故障によりオン状態となる場合の電力変換装置１の動作波形を示す。 誤った内容の制御信号により第１スイッチング素子１１がオン状態となる場合の電力変換装置１の動作波形を示す。 誤った内容の制御信号により第２スイッチング素子１２がオン状態となる場合の電力変換装置１の動作波形を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る電力変換装置１を示す。なお、図中、白抜きの矢印記号は電圧を示す。

電力変換装置１は、一例としてモータ駆動用または電力供給用に用いられる電力変換装置の１相分を示したものであり、正側電源線１０１および負側電源線１０２と、電源出力端子１０５との接続を切り換えることで、電源出力端子１０５から変換した電圧を出力する。

ここで、正側電源線１０１および負側電源線１０２の間には例えば６００～８００Ｖの直流電圧Ｅｄが印加される。

電力変換装置１は、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２と、第１スイッチング素子１１に対応付けられた駆動装置２と、第２スイッチング素子１２に対応付けられた駆動装置５とを備える。なお、駆動装置２の構成は駆動装置５と同様であるため、説明を省略する。

第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２は、正側電源線１０１および負側電源線１０２の間に直列に順次接続されている。第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２の中点には電源出力端子１０５が接続されてよい。

第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２は、それぞれ駆動装置２および駆動装置５によってオン／オフが切り換えられるスイッチング素子である。第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２は、電力変換装置１における上アームおよび下アームを構成してよい。

第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２の少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体素子でよい。ワイドバンドギャップ半導体素子とは、シリコン半導体素子よりもバンドギャップが大きい半導体素子であり、例えばＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド、窒化ガリウム系材料、酸化ガリウム系材料、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、または、ＺｎＯなどを含む半導体素子である。ワイドバンドギャップ半導体素子は、シリコン半導体素子よりもスイッチング速度を向上させることが可能である。

また、本実施例では第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２はＭＯＳＦＥＴであり、正側電源線１０１の側がカソードである寄生ダイオードを有している。なお、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２はＩＧＢＴまたはバイポーラトランジスタなど、他構造の半導体素子を適用することもでき、必要に応じて各々の半導体素子にダイオード、ショットキーバリアダイオード等が逆並列に接続される。

駆動装置５は、入力信号に基づいて第２スイッチング素子１２を駆動する。例えば、駆動装置５は駆動装置２と協働し、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２を交互にオン状態にする場合に、一方の素子をターンオフしてオフ状態に切り替えた後、他方の素子をターンオンする。駆動装置５は、駆動部５０と、検出部５１と、短絡防止部５２と、出力部５３とを備える。なお、駆動装置５の各部は、図示しないゲートドライブユニット（ＧＤＵ）基板上に設けられてよい。

駆動部５０は、第２スイッチング素子１２の制御端子（ゲート端子とも称する）に接続され、入力される駆動信号に応じて第２スイッチング素子１２のゲート端子を駆動する。これにより、第２スイッチング素子１２がターンオンまたはターンオフされる。なお、駆動信号は後述の短絡防止部５２から駆動部５０に入力されてよい。

検出部５１は、第１スイッチング素子１１の制御端子に流れる端子電流（ゲート電流とも称する）に基づいて、第１スイッチング素子１１がオン状態およびオフ状態の何れであるかを検出する。第１スイッチング素子１１がオン状態であるとは、第１スイッチング素子１１が正常な駆動制御によってオン状態になっていることであってもよいし、第１スイッチング素子１１や駆動装置２などに故障が生じることによって第１スイッチング素子１１が誤ってオン状態になっていることであってもよい。検出部５１は、測定部５１０と、ホールド部５１１とを有してよい。

測定部５１０は、ゲート電流に応じたパラメータを測定する。本実施形態では一例として、ゲート電流に応じたパラメータは、ゲート電流によって生じる電圧であってよい。測定部５１０は、第１スイッチング素子１１のゲート端子に設けられたロゴスキーコイルを有してよく、ゲート電流よって当該ロゴスキーコイルに生じる誘起電圧を測定してよい。測定される誘起電圧はゲート電流の微分値、つまり時間変化率を示してよい。測定部５１０は、測定結果をホールド部５１１に供給してよい。

ホールド部５１１は、測定部５１０による測定結果に基づいて、第１スイッチング素子１１の状態を示す情報を保持する。ホールド部５１１は、第１スイッチング素子１１がオン状態であることが測定部５１０の測定結果によって示された場合には、第１スイッチング素子１１がオフ状態であることが測定部５１０の測定結果によって示されるまで、第１スイッチング素子１１がオン状態であることを示す情報を保持してよい。同様に、ホールド部５１１は、第１スイッチング素子１１がオフ状態であることが測定部５１０の測定結果によって示された場合には、第１スイッチング素子１１がオン状態であることが測定部５１０の測定結果によって示されるまで、第１スイッチング素子１１がオフ状態であることを示す情報を保持してよい。

ホールド部５１１は、保持する情報に応じた信号を出力してよい。本実施形態では一例として、ホールド部５１１は、第１スイッチング素子１１がオン状態およびオフ状態の何れの状態であるかを示す信号（検出信号とも称する）を短絡防止部５２に供給してよい。

短絡防止部５２は、正側電源線１０１および負側電源線１０２の間の短絡、いわゆるアーム短絡を防止する。短絡防止部５２は、第２スイッチング素子１２のオンオフを制御する制御信号を外部から受信してよく、第２スイッチング素子１２を駆動するための駆動信号を駆動部５０に供給してよい。短絡防止部５２は、電力変換装置１を制御する制御装置（図示せず）から制御信号を受信してよい。

短絡防止部５２は、第１スイッチング素子１１がオン状態であることに応じて、第２スイッチング素子１２をオフ状態に維持してよい。短絡防止部５２は、第１スイッチング素子１１がオン状態である場合には、制御信号に関わらず、第２スイッチング素子１２をオフ状態とする旨の駆動信号を駆動部５０に供給してよい。

また、短絡防止部５２は、第１スイッチング素子１１がオフ状態である場合には、制御信号に応じた駆動信号を駆動部５０に供給してよい。制御信号に応じた駆動信号とは、制御信号で示されるオンオフの制御内容に応じた駆動信号であってよい。例えば、制御信号が第２スイッチング素子１２をオン状態とする内容である場合には、短絡防止部５２は、第２スイッチング素子１２をオン状態とする旨の駆動信号を駆動部５０に供給してよい。同様に、制御信号が第２スイッチング素子１２をオフ状態とする内容である場合には、短絡防止部５２は、第２スイッチング素子１２をオフ状態とする旨の駆動信号を駆動部５０に供給してよい。本実施形態では一例として、短絡防止部５２は、制御信号がハイレベルの場合にはハイレベルの駆動信号を駆動部５０に供給し、制御信号がローレベルの場合にはローレベルの駆動信号を駆動部５０に供給してよい。

短絡防止部５２は、第２スイッチング素子１２をオフにする旨の制御信号と、第１スイッチング素子１１がオフ状態であると検出部５１に検出された旨の信号との論理積をとる演算部５２０を有してよい。例えば演算部５２０はＡＮＤゲートであってよい。

本実施形態では一例として、制御信号はハイレベルの場合にオンを指示し、ローレベルの場合にオフを指示してよく、検出部５１の検出信号は、ハイレベルの場合に第１スイッチング素子１１がオン状態であることを示し、ローレベルの場合に第１スイッチング素子１１がオフ状態であることを示してよい。この場合に、演算部５２０は、制御信号と、検出信号の反転信号との論理積をとってよい。演算部５２０は、演算結果を示す信号を駆動信号として駆動部５０に供給してよい。

出力部５３は、駆動装置５に供給される制御信号と、駆動部５０に供給される駆動信号とが一致するか否かを示す報知信号を出力する。出力部５３は、演算部５３０と、ホールド部５３１とを有してよい。

演算部５３０は、ＸＯＲゲートであってよく、制御信号と、駆動信号との排他的論理和をとってよい。演算部５３０は、演算結果を示す信号をホールド部５３１に供給してよい。

ホールド部５３１は、制御信号と、駆動信号とが異なっていないことが演算部５３０からの信号によって示されている場合には、異常が生じていない旨を示す情報を保持する。また、ホールド部５３１は、制御信号と、駆動信号とが異なったことが演算部５３０からの信号によって少なくとも１時点で示された場合には、異常が生じている旨を示す情報を保持し続ける。ホールド部５３１は、保持する情報を示す信号を上述の制御装置（図示せず）に供給してよい。これにより、異常が生じている旨の情報がホールド部５３１に保持される場合には、その旨の報知信号が制御装置に供給される。

以上の電力変換装置１によれば、第１スイッチング素子１１がオン状態であることに応じて、第１スイッチング素子１１と直列に接続された第２スイッチング素子１２がオフ状態に維持される。従って、第１スイッチング素子１１がオン状態である場合に第２スイッチング素子１２がオン状態になることによるアーム短絡を防止することができる。
また、第２スイッチング素子１２のターンオン期間の動作波形にアーム短絡の兆候が生じることに応じて第２スイッチング素子１２のターンオンを中止する従来の場合と異なり、スイッチング速度に関わらずアーム短絡を確実に防止することができる。
また、第１スイッチング素子１１のゲート電流に基づいて第１スイッチング素子１１の状態が検出される。従って、第１スイッチング素子１１の素子電圧やゲート電圧に基づいて第１スイッチング素子１１の状態を検出する場合と異なり、第２スイッチング素子１２の制御電位に応じて絶縁回路などにより検出信号の電位をシフトする必要がない。従って、検出信号の電位をシフトすることによる遅延を無くして検出信号を速やかに伝送することができるため、より確実にアーム短絡を防止することができる。また、ゲート電流よりも大電流となる第１スイッチング素子１１の素子電流に基づいて第１スイッチング素子１１の状態を検出する場合と比較して測定部５１０を小型化することができるため、駆動装置５を小型化することができる。また、ゲートドライブユニット（ＧＤＵ）基板への測定部５１０の組み込みを容易に行うことができる。

また、第１スイッチング素子１１のゲート電流に応じたパラメータが測定されるので、第１スイッチング素子１１がオン状態およびオフ状態の何れであるかを確実に検出することができる。

また、第１スイッチング素子１１のゲート端子に設けられたロゴスキーコイルを有するので、第１スイッチング素子１１のゲート端子から電気的に絶縁された状態でゲート電流に応じたパラメータが測定される。従って、第２スイッチング素子１２の制御電位に応じて絶縁回路などにより測定信号の電位をシフトする必要がないため、電位をシフトすることによる遅延を無くして測定信号を速やかに伝送することができる。よって、第１スイッチング素子１１がオン状態およびオフ状態の何れであるかを速やかに検出して制御に用いることができる。
また、ロゴスキーコイルはコアを有さないため、コアを有する他の電流センサを用いる場合と比較して、駆動装置５を小型化することができる。また、ゲートドライブユニット（ＧＤＵ）基板への測定部５１０の組み込みを容易に行うことができる。

また、第１スイッチング素子１１がオフ状態である場合には、第２スイッチング素子１２の制御信号に応じた駆動信号が短絡防止部５２から駆動部５０に供給される。従って、第１スイッチング素子１１がオフ状態である場合には、制御信号で指示される通りに第２スイッチング素子１２が駆動される。また、第１スイッチング素子１１がオン状態である場合には、制御信号に関わらず第２スイッチング素子１２をオフ状態とする旨の駆動信号が短絡防止部５２から駆動部５０に供給される。従って、アーム短絡が生じない場合には第２スイッチング素子１２を制御信号に応じて駆動し、アーム短絡が生じる場合には第２スイッチング素子１２をオフ状態に維持することができる。

また、短絡防止部５２では第２スイッチング素子１２をオフにする旨の制御信号と、第１スイッチング素子１１がオフ状態であると検出部５１に検出された旨の信号との論理積がとられる。従って、第１スイッチング素子１１がオン状態およびオフ状態の何れであるかに基づいて、制御信号で指示される通りに第２スイッチング素子１２を駆動するか、制御信号に関わらず第２スイッチング素子１２をオフ状態に維持するかを確実に切り替えることができる。

また、制御信号と、駆動信号とが一致するか否かを示す報知信号が出力部５３から出力される。従って、電力変換装置１に異常が生じていることを報知することができる。

図２は、正常時における電力変換装置１の動作波形を示す。なお、本実施形態では一例として、制御信号および駆動信号は、ハイレベルの場合にオン状態を指示し、ローレベルの場合にオフ状態を指示する。また、検出信号は、ハイレベルの場合に第１スイッチング素子１１がオン状態であることを示し、ローレベルの場合に第１スイッチング素子１１がオフ状態であることを示す。

まず、時点Ｔ１において第１スイッチング素子１１に対する制御信号Ｓ１_＿１１、ひいては駆動信号（図示せず）がハイレベルとなることに応じて、第１スイッチング素子１１のゲート電流Ｉｇ_＿１１が増加し、第１スイッチング素子１１がターンオンされる。また、ゲート電流Ｉｇ_＿１１によって測定部５１０のロゴスキーコイルに正の誘起電圧Ｖｃｏｉｌが発生する。

次に、時点Ｔ２において誘起電圧Ｖｃｏｉｌが第１の基準範囲外となると、これに応じて、ホールド部５１１は、第１スイッチング素子１１がオン状態である旨の情報を保持する。本実施形態では一例として、第１の基準範囲は上限値Ｖ１を有してよく、誘起電圧Ｖｃｏｉｌが上限値Ｖ１を超えることにより第１の基準範囲外となってよい。上限値Ｖ１は、短絡が生じない状態で第１スイッチング素子１１がターンオフされる場合にゲート電流によって生じる誘起電圧Ｖｃｏｉｌのピーク値Ｖｓ１よりも大きくてよい。第１の基準範囲は、０以下の下限値を有してよい。

第１スイッチング素子１１がオン状態である旨の情報がホールド部５１１に保持されると、ホールド部５１１から出力される検出信号Ｓ２_＿１２は、第１スイッチング素子１１がオン状態であることを示すハイレベルとなる。これにより、検出信号Ｓ２_＿１２の反転信号Ｉｎｖ（Ｓ２_＿１２）と、第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２との論理積は制御信号Ｓ１_＿１２に関わらずローレベルとなる。その結果、短絡防止部５２から第２スイッチング素子１２に出力される駆動信号Ｓ３_＿１２は、制御信号Ｓ１_＿１２に関わらずローレベルとなり、第２スイッチング素子１２のターンオンによるアーム短絡が防止される。

なお、第１スイッチング素子１１のオン期間内の時点Ｔ３でゲート電流Ｉｇ_＿１１が減少し始めると、誘起電圧Ｖｃｏｉｌが負のピーク値Ｖｓ２となる。但し、ピーク値Ｖｓ２は、後述の第２の基準範囲内であるため、ホールド部５１１に保持される情報は変更されない。

次に、時点Ｔ５において第１スイッチング素子１１に対する制御信号Ｓ１_＿１１、ひいては駆動信号（図示せず）がローレベルとなることに応じて、第１スイッチング素子１１のゲート電流Ｉｇ_＿１１が減少し、第１スイッチング素子１１がターンオフされる。また、ゲート電流Ｉｇ_＿１１によって測定部５１０のロゴスキーコイルに負の誘起電圧Ｖｃｏｉｌが発生する。

次に、時点Ｔ６において誘起電圧Ｖｃｏｉｌが第２の基準範囲外となると、これに応じて、ホールド部５１１は、第１スイッチング素子１１がオフ状態である旨の情報を保持する。本実施形態では一例として、第２の基準範囲は下限値Ｖ２を有してよく、誘起電圧Ｖｃｏｉｌが下限値Ｖ２を下回ることにより第２の基準範囲外となってよい。下限値Ｖ２は、短絡が生じない状態で第１スイッチング素子１１がターンオンされる場合にゲート電流によって生じる誘起電圧Ｖｃｏｉｌのピーク値Ｖｓ２よりも小さくてよい。第２の基準範囲は、０以上の上限値を有してよい。

第１スイッチング素子１１がオフ状態である旨の情報がホールド部５１１に保持されると、ホールド部５１１から出力される検出信号Ｓ２_＿１２は、第１スイッチング素子１１がオフ状態であることを示すローレベルとなる。これにより、検出信号Ｓ２_＿１２の反転信号Ｉｎｖ（Ｓ２_＿１２）と、第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２との論理積は、制御信号Ｓ１_＿１２に応じた信号レベルとなる。その結果、短絡防止部５２は、制御信号Ｓ１_＿１２に応じた駆動信号Ｓ３_＿１２（ここではオフを指示するローレベルの信号）を第２スイッチング素子１２に出力する。

なお、第１スイッチング素子１１のオフ期間内の時点Ｔ７でゲート電流Ｉｇ_＿１１が増加し始めると、誘起電圧Ｖｃｏｉｌが正のピーク値Ｖｓ１となる。但し、ピーク値Ｖｓ１は、第１の基準範囲内であるため、ホールド部５１１に保持される情報は変更されない。

そして、時点Ｔ８において第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２がハイレベルになると、短絡防止部５２はハイレベルの駆動信号Ｓ３_＿１２を第２スイッチング素子１２に出力する。これにより、第２スイッチング素子１２がターンオンされる。

以上の動作によれば、誘起電圧Ｖｃｏｉｌが第１の基準範囲外となったことに応じて第１スイッチング素子１１がオン状態である旨の情報がホールド部５１１に保持され、ゲート電流Ｉｇ_＿１１によって生じる誘起電圧Ｖｃｏｉｌが第２の基準範囲外となったことに応じて第１スイッチング素子１１がオフ状態である旨の情報がホールド部５１１に保持される。従って、第１スイッチング素子１１がオン状態およびオフ状態の何れであるかを、誘起電圧Ｖｃｏｉｌの測定によって正確に検出することができる。

また、第１の基準範囲は、短絡が生じない状態で第１スイッチング素子１１がターンオフされる場合にゲート端子に生じる誘起電圧Ｖｃｏｉｌのピーク値Ｖｓ１よりも大きい上限値Ｖ１を有する。従って、第１の基準範囲の上限値Ｖ１が当該ピーク値Ｖｓ１以下である場合と異なり、第１スイッチング素子１１がターンオフされた場合の誘起電圧Ｖｃｏｉｌによって第１スイッチング素子１１がターンオン状態であると誤検出されてしまうのを防止することができる。
また、第２の基準範囲は、短絡が生じない状態で第１スイッチング素子１１がターンオンされる場合にゲート端子に生じる誘起電圧Ｖｃｏｉｌのピーク値Ｖ２よりも小さい下限値Ｖ２を有する。従って、第２の基準範囲の下限値Ｖ２が当該ピーク値Ｖｓ２以上である場合と異なり、第１スイッチング素子１１がターンオンされた場合の誘起電圧Ｖｃｏｉｌによって第１スイッチング素子１１がターンオフ状態であると誤検出されてしまうのを防止することができる。

図３は、第１スイッチング素子１１が故障によりオン状態となる場合の電力変換装置１の動作波形を示す。

まず、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２の両方がオフ状態の期間（デッドタイムとも称する）内の時点Ｔ１０において、第１スイッチング素子１１にゲートソース間短絡などの故障が生じると、第１スイッチング素子１１のゲート電流Ｉｇ_＿１１が増加して流れ続け、第１スイッチング素子１１がターンオンされる。

また、ゲート電流Ｉｇ_＿１１によって測定部５１０のロゴスキーコイルに正の誘起電圧Ｖｃｏｉｌが発生し、誘起電圧Ｖｃｏｉｌが上限値Ｖ１を超えて第１の基準範囲外となる。これに応じて、第１スイッチング素子１１がオン状態である旨の情報がホールド部５１１に保持される結果、ホールド部５１１から出力される検出信号Ｓ２_＿１２がハイレベルとなる。

次に、時点Ｔ１１において第１スイッチング素子１１に対する制御信号Ｓ１_＿１１、ひいては駆動信号（図示せず）がハイレベルとなる。但し、本動作例においては、既に第１スイッチング素子１１のゲート電流Ｉｇ_＿１１が増加し、第１スイッチング素子１１がオン状態である旨の情報がホールド部５１１に保持されているため、この制御信号Ｓ１_＿１１により第２スイッチング素子１２の制御は影響を受けない。

また、時点Ｔ１５において第１スイッチング素子１１に対する制御信号Ｓ１_＿１１、ひいては駆動信号（図示せず）がローレベルとなる。但し、本動作例においては、第１スイッチング素子１１の故障によりゲート電流Ｉｇ_＿１１が減少せず、第１スイッチング素子１１がオン状態に維持される。

そして、時点Ｔ１８において第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２がハイレベルになる。但し、本動作例では、ホールド部５１１から出力される検出信号Ｓ２_＿１２がハイレベルとなっているため、検出信号Ｓ２_＿１２の反転信号Ｉｎｖ（Ｓ２_＿１２）と、第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２との論理積はローレベルとなる。その結果、短絡防止部５２から第２スイッチング素子１２に出力される駆動信号Ｓ３_＿１２は、制御信号Ｓ１_＿１２に関わらずローレベルとなり、第２スイッチング素子１２のターンオンによるアーム短絡が防止される。また、報知信号Ｓ４_＿１２がハイレベルとなり、制御信号Ｓ１_＿１２と駆動信号Ｓ３_＿１２とが一致しない旨が報知される。

図４は、誤った内容の制御信号により第１スイッチング素子１１がオン状態となる場合の電力変換装置１の動作波形を示す。

まず、デッドタイム内の時点Ｔ２０（本動作例では一例として上述の時点Ｔ１～Ｔ７の後の時点）において制御装置の故障などにより、第１スイッチング素子１１に対する制御信号Ｓ１_＿１１がハイレベルになると、第１スイッチング素子１１のゲート電流Ｉｇ_＿１１が増加し、第１スイッチング素子１１がターンオンされる。

また、ゲート電流Ｉｇ_＿１１によって測定部５１０のロゴスキーコイルに正の誘起電圧Ｖｃｏｉｌが発生し、誘起電圧Ｖｃｏｉｌが第１の基準範囲外となる。これに応じて、第１スイッチング素子１１がオン状態である旨の情報がホールド部５１１に保持される結果、ホールド部５１１から出力される検出信号Ｓ２_＿１２がハイレベルとなる。

そして、時点Ｔ２８において第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２がハイレベルになる。但し、本動作例では、ホールド部５１１から出力される検出信号Ｓ２_＿１２がハイレベルとなっているため、検出信号Ｓ２_＿１２の反転信号Ｉｎｖ（Ｓ２_＿１２）と、第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２との論理積はローレベルとなる。その結果、短絡防止部５２から第２スイッチング素子１２に出力される駆動信号Ｓ３_＿１２は、制御信号Ｓ１_＿１２に関わらずローレベルとなり、第２スイッチング素子１２のターンオンによるアーム短絡が防止される。また、報知信号Ｓ４_＿１２がハイレベルとなり、制御信号Ｓ１_＿１２と駆動信号Ｓ３_＿１２とが一致しない旨が報知される。

図５は、誤った内容の制御信号により第２スイッチング素子１２がオン状態となる場合の電力変換装置１の動作波形を示す。

まず、第１スイッチング素子１１が既にオン状態となっている期間の時点Ｔ３０（本動作例では一例として上述の時点Ｔ１～Ｔ３の後の時点）において、制御装置の故障などにより第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２がハイレベルになる。但し、本動作例では、第１スイッチング素子１１が既にオン状態であり、ホールド部５１１から出力される検出信号Ｓ２_＿１２がハイレベルとなっているため、検出信号Ｓ２_＿１２の反転信号Ｉｎｖ（Ｓ２_＿１２）と、第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２との論理積はローレベルとなる。その結果、短絡防止部５２から第２スイッチング素子１２に出力される駆動信号Ｓ３_＿１２は、制御信号Ｓ１_＿１２に関わらずローレベルとなり、第２スイッチング素子１２のターンオンによるアーム短絡が防止される。また、報知信号Ｓ４_＿１２がハイレベルとなり、制御信号Ｓ１_＿１２と駆動信号Ｓ３_＿１２とが一致しない旨が報知される。

次に、時点Ｔ３１において第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２がローレベルになる。但し、本動作例においては、既に第２スイッチング素子１２がオフ状態であるため、この制御信号Ｓ１_＿１２により第２スイッチング素子１２の制御は影響を受けない。

次に、時点Ｔ３５において第１スイッチング素子１１に対する制御信号Ｓ１_＿１１、ひいては駆動信号（図示せず）がローレベルとなることに応じて、第１スイッチング素子１１のゲート電流Ｉｇ_＿１１が減少し、第１スイッチング素子１１がターンオフされる。また、ゲート電流Ｉｇ_＿１１によって測定部５１０のロゴスキーコイルに負の誘起電圧Ｖｃｏｉｌが発生する。

次に、時点Ｔ３６において誘起電圧Ｖｃｏｉｌが第２の基準範囲外となると、これに応じて、第１スイッチング素子１１がオフ状態である旨の情報がホールド部５１１に保持される結果、ホールド部５１１から出力される検出信号Ｓ２_＿１２がローレベルとなる。これにより、検出信号Ｓ２_＿１２の反転信号Ｉｎｖ（Ｓ２_＿１２）と、第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２との論理積は、制御信号Ｓ１_＿１２に応じた信号レベルとなる。

そして、時点Ｔ３８において第２スイッチング素子１２に対する制御信号Ｓ１_＿１２がハイレベルになると、短絡防止部５２はハイレベルの駆動信号Ｓ３_＿１２を第２スイッチング素子１２に出力する。これにより、第２スイッチング素子１２がターンオンされる。

なお、以上の実施形態においては、駆動装置５は出力部５３を有することとして説明したが、出力部５３を有しなくてもよい。また、出力部５３はホールド部５３１を有することとして説明したが、ホールド部５３１を有しなくてもよい。

また、測定部５１０はロゴスキーコイルを有することとして説明したが、ゲート電流に応じたパラメータを測定する他のセンサを有してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１ 電力変換装置
２ 駆動装置
５ 駆動装置
１１ 第１スイッチング素子
１２ 第２スイッチング素子
５０ 駆動部
５１ 検出部
５２ 短絡防止部
５３ 出力部
１０１ 正側電源線
１０２ 負側電源線
１０５ 電源出力端子
５１０ 測定部
５１１ ホールド部
５２０ 演算部
５３０ 演算部
５３１ ホールド部

Claims (8)

1. 第１スイッチング素子の制御端子に流れる端子電流に基づいて、前記第１スイッチング素子がオン状態およびオフ状態の何れであるかを検出する検出部と、
   入力される駆動信号に応じて前記第１スイッチング素子と直列に接続された第２スイッチング素子の制御端子を駆動する駆動部と、
   前記第１スイッチング素子がオン状態であることに応じて、前記第２スイッチング素子をオフ状態に維持する短絡防止部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記端子電流に応じたパラメータが第１の基準範囲外となったことに応じて、前記第１スイッチング素子がオン状態である旨の情報を保持し、前記端子電流に応じたパラメータが第２の基準範囲外となったことに応じて、前記第１スイッチング素子がオフ状態である旨の情報を保持するホールド部を有し、
   前記端子電流に応じたパラメータは、前記端子電流によって生じる電圧であり、
   前記第１の基準範囲は、短絡が生じない状態で前記第１スイッチング素子がターンオフされる場合に前記端子電流によって生じる誘起電圧のピーク値よりも大きい上限値を有し、
   前記第２の基準範囲は、短絡が生じない状態で前記第１スイッチング素子がターンオンされる場合に前記端子電流によって生じる誘起電圧のピーク値よりも小さい下限値を有する、駆動装置。
2. 第１スイッチング素子の制御端子に流れる端子電流に基づいて、前記第１スイッチング素子がオン状態およびオフ状態の何れであるかを検出する検出部と、
   入力される駆動信号に応じて前記第１スイッチング素子と直列に接続された第２スイッチング素子の制御端子を駆動する駆動部と、
   前記第２スイッチング素子のオンオフを制御する制御信号を受信すると共に、前記第１スイッチング素子がオフ状態であることに応じて、当該制御信号に応じた前記駆動信号を前記駆動部に供給し、前記第１スイッチング素子がオン状態であることに応じて、前記第２スイッチング素子をオフ状態とする旨の前記駆動信号を前記駆動部に供給して前記第２スイッチング素子をオフ状態に維持する短絡防止部と、
   前記制御信号と、前記駆動信号とが一致するか否かを示す報知信号を出力する出力部と、
   を備え、
   前記出力部は、前記制御信号と、前記駆動信号とが一致している場合に、異常が生じていない旨を示す情報を保持し、少なくとも一時点で一致しなかった場合に、異常が生じている旨を示す情報を保持するホールド部を有する、駆動装置。
3. 前記検出部は、前記端子電流に応じたパラメータを測定する測定部を有する、請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記測定部は、前記第１スイッチング素子の前記制御端子に設けられたロゴスキーコイルを有する、請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記短絡防止部は、
   前記第１スイッチング素子がオフ状態である場合には、前記第２スイッチング素子のオンオフを制御する制御信号に応じた前記駆動信号を前記駆動部に供給し、
   前記第１スイッチング素子がオン状態である場合には、前記制御信号に関わらず前記第２スイッチング素子をオフ状態とする旨の前記駆動信号を前記駆動部に供給する、請求項１から４の何れか一項に記載の駆動装置。
6. 前記短絡防止部は、前記第２スイッチング素子をオフにする旨の前記制御信号と、前記第１スイッチング素子がオフ状態であると前記検出部に検出された旨の信号との論理積をとる演算部を有する、請求項５に記載の駆動装置。
7. 直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の駆動装置と、
   を備える電力変換装置。
8. 前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子である請求項７に記載の電力変換装置。