特許 6519713 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6519713

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年5月29日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20190520BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20190520BHJP

   H03K 17/687 20060101ALI20190520BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

   H02M1/08 C

   H03K17/687 F

【請求項の数】15

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2018-533484(P2018-533484)

(86)(22)【出願日】2017年8月8日

(86)【国際出願番号】JP2017028705

(87)【国際公開番号】WO2018030381

(87)【国際公開日】20180215

【審査請求日】2018年7月27日

(31)【優先権主張番号】特願2016-156118(P2016-156118)

(32)【優先日】2016年8月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】平形 政樹

(72)【発明者】

【氏名】小高 章弘

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０８２８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０５８６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０６３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１４１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５６３８０７９（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ １／０８

Ｈ０３Ｋ １７／６８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一相分の上アームを構成するスイッチング素子を駆動する第１の駆動回路と、前記一相分の下アームを構成するスイッチング素子を駆動する第２の駆動回路と、前記第１，第２の駆動回路に対する制御信号を生成する第１の制御回路と、を有する電力変換装置において、
前記第１，第２の駆動回路に電源をそれぞれ供給する第１，第２の電源回路と、
前記第１，第２の電源回路のうちの一方に電源を供給する高圧電源と、
前記第１，第２の電源回路のうちの他方に電源を供給する低圧電源と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載した電力変換装置において、
前記第１，第２の駆動回路の電源電圧の異常を検出して異常検出信号を出力する異常検出手段と、前記異常検出信号を前記第１の制御回路に伝送する異常信号伝送回路と、を備え、
前記第１の制御回路は、前記異常検出信号による異常原因に応じて生成した制御信号を、制御信号伝送回路を介して前記第１または第２の駆動回路に伝送し、上アームまたは下アームを構成するスイッチング素子をオンさせることを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載した電力変換装置において、
前記高圧電源及び前記低圧電源の両方から電源が供給され、かつ、異常発生時に、前記第１または第２の駆動回路に対する制御信号を生成して制御信号伝送回路を介し前記第１または第２の駆動回路に伝送する第２の制御回路を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項4】

請求項３に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路は、
前記低圧電源を電源供給元とする低圧側電源生成回路により生成された電源によって動作可能であると共に、前記低圧側電源生成回路への供給電圧または前記第１の制御回路への供給電圧もしくは前記第１の制御回路自身の異常を検出して生成した異常検出信号を、前記第２の制御回路に出力することを特徴とする電力変換装置。

【請求項5】

請求項４に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路からの異常検出信号が入力された前記第２の制御回路は、
当該異常検出信号に基づいて前記低圧側電源生成回路への供給電圧の異常を認識した場合に、前記高圧電源を電源供給元とする前記第１または第２の電源回路を介して対応する駆動回路により対応するアームのスイッチング素子をオンさせる制御信号を生成することを特徴とする電力変換装置。

【請求項6】

請求項４または請求項５に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路からの異常検出信号が入力された前記第２の制御回路は、
当該異常検出信号に基づいて前記低圧側電源生成回路への供給電圧の異常以外の異常を認識した場合に、前記第１または第２の電源回路を介して対応する駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子をオンさせる制御信号を生成することを特徴とする電力変換装置。

【請求項7】

一相分の上下アームのうち一方のアームのスイッチング素子を駆動する第１の駆動回路と、前記上下アームのうち他方のアームのスイッチング素子を駆動する第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路に対する制御信号を生成する第１の制御回路と、前記第２の駆動回路に対する制御信号を生成する第２の制御回路と、
を有する電力変換装置において、
前記第１の駆動回路及び前記第１の制御回路に対する電源供給元である第１の電源と、
前記第２の駆動回路及び前記第２の制御回路に対する電源供給元である第２の電源と、
を備え、
前記第１，第２の電源のうち一方が高圧電源であり、他方が低圧電源であることを特徴とする電力変換装置。

【請求項8】

一相分の上下アームのうち一方のアームのスイッチング素子を駆動する第１の駆動回路と、前記上下アームのうち他方のアームのスイッチング素子を駆動する第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路に対する制御信号を生成する第１の制御回路と、前記第２の駆動回路に対する制御信号を生成する第２の制御回路と、
を有する電力変換装置において、
前記第１の駆動回路及び前記第１の制御回路に対する電源供給元である第１の電源と、
前記第２の駆動回路及び前記第２の制御回路に対する電源供給元である第２の電源と、
を備え、
前記第１の電源から所定の電源電圧を生成する電源生成回路の出力電圧が所定の閾値を下回ったときに、前記第１の電源を前記第２の電源に切り替える切替手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項9】

請求項８に記載した電力変換装置において、
前記第１の電源が高圧電源であり、前記第２の電源が低圧電源であることを特徴とする電力変換装置。

【請求項10】

一相分の上下アームのうち一方のアームのスイッチング素子を駆動する第１の駆動回路と、前記上下アームのうち他方のアームのスイッチング素子を駆動する第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路に対する制御信号を生成する第１の制御回路と、前記第２の駆動回路に対する制御信号を生成する第２の制御回路と、
を有する電力変換装置において、
電源供給元を共通にした第１の電源生成回路と第２の電源生成回路とを備え、
前記第１の電源生成回路により前記第１の制御回路に電源を供給すると共に、前記第２の電源生成回路により前記第２の制御回路に電源を供給することを特徴とする電力変換装置。

【請求項11】

請求項７〜請求項１０の何れか１項に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路は、自己の異常を検出した時に異常検出信号を前記第２の制御回路に送信する手段と、電力変換装置または負荷が所定の動作状態になったことを検出して前記第１の駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子を駆動して前記負荷を短絡させる手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項12】

請求項１１に記載した電力変換装置において、
前記第２の制御回路は、前記第１の制御回路から送信された前記異常検出信号を受信する手段と、電力変換装置または負荷が所定の動作状態になったことを検出した時に前記第１の制御回路によって生成された制御信号を遮断すると共に前記第２の駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子を駆動して前記負荷を短絡させる手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項13】

請求項７〜請求項９の何れか１項に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路は、前記第２の電源を電源供給元とする電源生成回路の出力電圧の異常を判定する手段と、当該出力電圧の異常を判定した時に、前記第１の駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子を駆動して負荷を短絡させる手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項14】

請求項７に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路及び前記第２の制御回路は、各制御回路へ電源を供給する電源生成回路の出力電圧の異常を検出する手段と、当該出力電圧の異常を判定した時に、当該異常が判定された一方の電源生成回路とは異なる他方の電源生成回路から電源が供給される駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子を駆動して負荷を短絡させる手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項15】

請求項７〜請求項１４の何れか１項に記載した電力変換装置において、
前記上下アームの直列回路の両端電圧である直流母線電圧が第１の閾値に達したら上アームまたは下アームのスイッチング素子をオンさせて負荷を短絡させる短絡動作と、当該短絡動作を、前記直流母線電圧が前記第１の閾値より低い第２の閾値に達したら解除する短絡解除動作と、前記直列回路に並列に接続された平滑コンデンサを放電させる放電動作と、を実行可能とし、
前記短絡動作により前記直流母線電圧が前記第２の閾値に達したら前記放電動作を停止してその停止状態を維持することを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば電動機等の回転電機を駆動するインバータ等の電力変換装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド自動車等の電動車両に用いられるインバータ及び回転電機からなる電機システムにおいて、システムを構成する部品に何らかの不具合が生じた場合には、システムを継続的な損傷から保護するために、インバータを構成する半導体スイッチング素子を操作して回転電機の巻線を短絡させる短絡モードに切り替える技術が知られている。

【0003】

ここで、インバータを構成するスイッチング素子を制御して回転電機の巻線を短絡する方法を説明する。回転電機の巻線を短絡するには、例えば、図８のように、直流電源１００、平滑コンデンサ２０１及び直流／交流変換部２０２からなる三相インバータ２００と、回転電機３００とを備えた電機システムにおいて、インバータ２００の下アームを構成する３つのスイッチング素子をオンし、上アームを構成する３つのスイッチング素子をオフすれば良い。また、各アームのスイッチング素子のオン・オフは上記の逆でも良い。

【0004】

さて、システムを構成する部品の不具合には、インバータ２００のスイッチング素子を駆動する駆動回路や制御回路、これらの回路に電源を供給する電源回路（何れも図示せず）等の不具合も含まれる。しかし、例えば電源回路に不具合が発生すると、前述した短絡モードに切り替えてシステムを保護しようとしても、スイッチング素子の制御が不可能であるため短絡操作を行うことができない。

【0005】

上記の問題を解決するための手段が、例えば特許文献１に記載されている。
図９は、特許文献１に記載された従来技術を示す回路図である。図９において、４０１はＤＣ／ＤＣコンバータ、４０２は作動状態検知装置、４０３は制御回路、４０４はスイッチ装置であり、その他の部分には図８と同一の符号を付してある。

【0006】

この従来技術において、通常時は外部電源からの直流電圧（低圧）Ｕ_１が電源として制御回路４０３に供給されている。作動状態検知装置４０２は、電圧Ｕ_１を含む各部の電圧、電流等を監視しており、電圧Ｕ_１の異常を検知した場合には、直流電源１００の電圧（高圧）Ｕ_２をＤＣ／ＤＣコンバータ４０１により所定値に変換して制御回路４０３に供給し、スイッチング素子の制御を継続させている。
すなわち、この従来技術では、制御回路４０３に対する供給電源を低圧電源及び高圧電源を用いて冗長化することにより、電源回路の故障に対処している。

【0007】

一般に、インバータを構成するスイッチング素子の駆動回路には、制御回路と絶縁された絶縁電源回路を設ける必要がある。
特許文献１では、この種の絶縁電源回路について何ら言及されておらず、供給電源を冗長化したとしても、電源回路が故障した場合には前述の短絡モードを実現することができない。

【0008】

これに対し、特許文献２には、駆動回路に対する電源の供給元を低圧電源及び高圧電源により冗長化すると共に、駆動回路への供給電源を生成する電源回路についても冗長化する技術が開示されている。

【0009】

図１０は、この従来技術を示すブロック図であり、回転電機を駆動するインバータの一相分の構成を示している。
図１０において、５０１は低圧電源としての給電ユニット、５０２は駆動回路用電源回路としての相給電ユニット、５０３は緊急動作時制御部、５０４は相給電ユニット５０２の出力電圧を監視する比較回路、５０５は駆動回路用補助電源回路５０７の出力電圧を監視する比較回路、５０６は高圧電源としてのエネルギー供給網、５０８はオア回路、５０９は制御ユニット、５１０は駆動回路、５１１は切替スイッチ、５１２はスイッチング制御手段、５１３は出力段としてのインバータ主回路である。なお、Ａ，Ｂは閾値、Ｃは緊急動作時制御信号を示す。

【0010】

この従来技術において、通常時は給電ユニット５０１から相給電ユニット５０２、オア回路５０８を介して駆動回路５１０に電源が供給されている。また、給電ユニット５０１や相給電ユニット５０２の故障時には、エネルギー供給網５０６から駆動回路用補助電源回路５０７、オア回路５０８を介して駆動回路５１０に電源が供給されるようになっている。

【0011】

図１１は、特許文献２に記載されたインバータの全体構成図であり、前記給電ユニット５０１や制御ユニット５０９を共通にして他の部分を三相分備えることにより、インバータ５００が構成されている。
図１１において、５１４Ｕ，５１４Ｖ，５１４Ｗは同一構成の出力段ユニット、５１５は高圧電源であるバッテリー、５１６はスイッチであり、他の部分については図１０と同一の参照符号を付してある。

【0012】

特許文献２においては、低圧電源が供給される相給電ユニット５０２及び高圧電源が供給される駆動回路用補助電源回路５０７等によって電源回路自体も冗長化されている。これにより、何れかの電源回路が故障した場合でも回転電機の短絡モードを実現可能とし、特許文献１が有する問題点を解決することができる。

【0013】

しかし、特許文献２では、低圧電源または高圧電源の何れか一方で所要の電力を賄えるように、インバータ５００の全相で電源回路を設計する必要があるので、図１１の出力段ユニット５１４Ｕ，５１４Ｖ，５１４Ｗの構成も複雑になり、インバータ５００の大型化、高コスト化を招くという問題があった。

【0014】

なお、特許文献１，２に記載されているように、システムに不具合が発生した場合には回転電機の巻線を短絡して回路を保護すると共に、特に電動車両の衝突等の緊急時には、乗員の安全を確保するために、メインのバッテリーを切り離してインバータの出力電圧を所定時間内に規定値以下に低下させることが要求される。
このような状態で回転電機の短絡モードを継続すると、主回路の直流母線にはエネルギーが供給されなくなり、正負の直流母線間に接続された平滑コンデンサの蓄積エネルギーを使い切ると、回転電機の巻線を短絡させるための巻線短絡制御回路を動作させる電源回路が停止してしまう。その結果、回転電機が発電状態であるにも関わらず、短絡モードが解除されて直流母線電圧が上昇することになり、巻線短絡制御回路の動作によって回転電機の巻線を再度短絡するまでの間に直流母線電圧が規定値を超えてしまう恐れがある。

【0015】

そこで、主回路の直流母線電圧を検出し、この電圧が予め設定した閾値（短絡オフ閾値）以下になったら回転電機の巻線短絡を解除し、直流母線電圧が再び上昇して閾値（短絡オン閾値）を超えた場合に巻線を再度短絡させるようにした技術が、特許文献３に記載されている。

【0016】

図１２は、特許文献３に記載されたインバータのブロック図である。
図１２において、６００はインバータ、６０１は１２［Ｖ］電源等の低圧電源、６０２はモータコントロール基板、６０３はゲートドライブ基板、６０４は高電圧分圧回路、６０５はマイコン、６０６は電源回路、６０７はドライバ回路、６０８は三相ブリッジ構成のＩＧＢＴモジュール、６０９はコンタクタ、６１０は高圧電源、６１１は平滑コンデンサである。
図示されていないが、ＩＧＢＴモジュール６０８の交流出力側には三相モータ等の回転電機が接続されている。

【0017】

この従来技術では、高圧電源６１０に接続された電源回路６０６が電源電圧を生成してドライバ回路６０７及びマイコン６０５に供給する。また、コンタクタ６０９がオフされた場合には、電源回路６０６が平滑コンデンサ６１１の電圧を用いて電源電圧を生成する。
高電圧分圧回路６０４は、正側の直流母線電圧を分圧してマイコン６０５に供給しており、マイコン６０５はこの電圧を検出することで高圧電源６１０または平滑コンデンサ６１１の電圧を測定可能となっている。

【0018】

更に、マイコン６０５には、低圧電源６０１からモータコントロール基板６０２に供給される制御電源電圧（例えば１２［Ｖ］）がカプラを介して入力されており、この電圧を検出して制御電源の正常／異常を監視している。
そして、制御電源の異常を判定した場合には、マイコン６０５がＩＧＢＴモジュール６０８の全相の下アームのＩＧＢＴをオンして回転電機の巻線を短絡させるために、ドライバ回路６０７に対して三相短絡信号を出力する。

【0019】

図１３は、上記インバータ６００における制御電源喪失時の動作を示すタイミングチャートである。以下、この動作を概略的に説明する。
時刻ｔ_１において制御電源（低圧電源６０１）が喪失すると、上位の制御装置からの信号によりコンタクタ６０９をオフする。このため、高圧電源６１０が遮断されてコンデンサ６１１から電源回路６０６に電圧が供給され、ＩＧＢＴモジュール６０８の各相各アーム及びマイコン６０５に電源電圧が供給される。また、モータコントロール基板６０２からの１２［Ｖ］active信号が「Ｌｏｗ」レベルとなり、下アームゲート制御信号は全てオフとなる。

【0020】

マイコン６０５は、時刻ｔ_１から遅延時間経過後の時刻ｔ_２に電源電圧が短絡オン閾値を超えていることを確認して三相短絡制御信号をactiveとし、三相短絡信号及び下アームゲート駆動信号をオンして回転電機の三相の巻線を短絡させる短絡モードに移行する。この短絡モードでは、回転電機からの回生電流が平滑コンデンサ６１１に流れないため、時刻ｔ_２以降、電源電圧は徐々に低下していく。

【0021】

電源電圧が時刻ｔ_３において短絡オフ閾値より低下したことを確認したマイコン６０５は、遅延時間経過後の時刻ｔ_４に三相短絡信号及び下アームゲート駆動信号をオフさせる。これによって電源電圧の低下が止まり、時刻ｔ_４以後は回転電機からの回生電流により平滑コンデンサ６１１が再び充電されて電源電圧が上昇していき、その後は上記の動作が繰り返される。すなわち、インバータ６００の主回路に供給する電源が遮断された状態で回転電機が発電状態であると、直流母線電圧は予め設定された短絡オン閾値と短絡オフ閾値との間の範囲に維持されることになる。

【0022】

一方、特許文献４には、放電抵抗とスイッチング素子との直列回路を平滑コンデンサに並列に接続し、電動車両を停止させた時に、コンタクタをオフすると共に上記スイッチング素子をオンして平滑コンデンサを急速放電させる技術が開示されている。
従って、特許文献３に記載された回転電機の巻線短絡手段と特許文献４に記載された急速放電手段とを組み合わせてインバータに実装すれば、主回路への供給電源が遮断されて回転電機が発電状態である場合でも、直流母線電圧を所定範囲に維持する安全対策を一層万全なものにすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0023】

【特許文献1】特開２０００−１４１８４号公報（段落［００２８］〜［００３９］、図１等）

【特許文献2】特許第５６３８０７９号公報（段落［００１９］〜［００２５］、図１，図２等）

【特許文献3】特許第５４３３６０８号公報（段落［００３２］〜［００３６］，［００４８］〜［００５６］、図４，図７等）

【特許文献4】特許第５６４８０００号公報（段落［００３３］〜［００３６］、図２，図３等）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0024】

さて、前述したごとく、半導体スイッチング素子の駆動回路の電源は絶縁する必要があるので、プリント基板上では相応の絶縁距離を確保することが求められる。
特許文献２に記載された技術では、電源供給元である低圧電源と高圧電源との間で所定の絶縁距離を確保する必要が生じ、更には、冗長化された電源回路の相互間でも所定の絶縁距離を確保する必要があるので、これらが装置全体の一層の大型化を招いていた。

【0025】

また、特許文献３に記載された巻線短絡手段と特許文献４に記載された急速放電手段とを組み合わせてインバータに実装した場合を想定すると、新たに以下のような課題が生じる。
すなわち、図１３における短絡オン閾値，短絡オフ閾値は、人が感電しないような低電圧（例えば、「ＪＩＳ Ｄ５３０５−３ 電気自動車−安全に関する仕様−第３部：電気危害に対する人の保護」に記載されているように、６０［Ｖ］以下）に設定される。ここで、特許文献４における急速放電を停止させる閾値（放電オフ閾値）についても、同様に人が感電しないような低電圧に設定される。そして、特許文献４の技術により最初に急速放電を行った後に、特許文献３の技術により巻線短絡が解除され、直流母線電圧が上昇しても再び急速放電することがないように、各閾値は次の関係を満たすように設定される。
・規定電圧（安全電圧）＞放電オフ閾値＞短絡オン閾値＞短絡オフ閾値

【0026】

図７は、直流母線電圧、上述した各閾値の大小関係、上（下）アーム短絡信号及び急速放電制御信号の一例を示している。
放電抵抗が焼損する危険を回避するため、短絡オン閾値と短絡オフ閾値とは、放電オフ閾値に対してマージンを十分にとる必要があるので、短絡オン閾値及び短絡オフ閾値は放電オフ閾値よりも低電圧側にそれぞれ設定されている。すなわち、直流母線を電源供給元として短絡モードを実現するための電源生成回路は、直流母線電圧が低い場合でも動作するように設計する必要がある。
一方、通常運転時の直流母線電圧の最大値が６００Ｖ以上になる装置も存在するので、主回路の直流母線を電源供給元とする電源生成回路の入力電圧は広くなる傾向にある。
このように広範囲の入力電圧に対応可能とするためには、電源生成回路の動作周波数の上限が制約されることになり、その結果、トランス等の周辺部品が大型化して電源生成回路の寸法が大きくなるという問題があった。

【0027】

そこで、本発明の解決課題は、電源や電源生成回路等の電源供給経路を必要最小限に冗長化しつつ、回路や装置全体の大型化、高コスト化を防ぎ、システムの異常発生時における短絡モードの実現を可能にした電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0028】

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、一相分の上アームを構成するスイッチング素子を駆動する第１の駆動回路と、前記一相分の下アームを構成するスイッチング素子を駆動する第２の駆動回路と、前記第１，第２の駆動回路に対する制御信号を生成する第１の制御回路と、を有する電力変換装置において、
前記第１，第２の駆動回路に電源をそれぞれ供給する第１，第２の電源回路と、
前記第１，第２の電源回路のうちの一方に電源を供給する高圧電源と、
前記第１，第２の電源回路のうちの他方に電源を供給する低圧電源と、を備えたものである。

【0029】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した電力変換装置において、
前記第１，第２の駆動回路の電源電圧の異常を検出して異常検出信号を出力する異常検出手段と、前記異常検出信号を前記第１の制御回路に伝送する異常信号伝送回路と、を備え、
前記第１の制御回路は、前記異常検出信号による異常原因に応じて生成した制御信号を、制御信号伝送回路を介して前記第１または第２の駆動回路に伝送し、上アームまたは下アームを構成するスイッチング素子をオンさせるものである。

【0030】

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載した電力変換装置において、
前記高圧電源及び前記低圧電源の両方から電源が供給され、かつ、異常発生時に、前記第１または第２の駆動回路に対する制御信号を生成して制御信号伝送回路を介し前記第１または第２の駆動回路に伝送する第２の制御回路を備えたものである。

【0031】

請求項４に係る発明は、請求項３に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路は、
前記低圧電源を電源供給元とする低圧側電源生成回路により生成された電源によって動作可能であると共に、前記低圧側電源生成回路への供給電圧または前記第１の制御回路への供給電圧もしくは前記第１の制御回路自身の異常を検出して生成した異常検出信号を、前記第２の制御回路に出力するものである。

【0032】

請求項５に係る発明は、請求項４に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路からの異常検出信号が入力された前記第２の制御回路は、
当該異常検出信号に基づいて前記低圧側電源生成回路への供給電圧の異常を認識した場合に、前記高圧電源を電源供給元とする前記第１または第２の電源回路を介して対応する駆動回路により対応するアームのスイッチング素子をオンさせる制御信号を生成するものである。

【0033】

請求項６に係る発明は、請求項４または請求項５に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路からの異常検出信号が入力された前記第２の制御回路は、
当該異常検出信号に基づいて前記低圧側電源生成回路への供給電圧の異常以外の異常を認識した場合に、前記第１または第２の電源回路を介して対応する駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子をオンさせる制御信号を生成するものである。

【0034】

請求項７に係る発明は、一相分の上下アームのうち一方のアームのスイッチング素子を駆動する第１の駆動回路と、前記上下アームのうち他方のアームのスイッチング素子を駆動する第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路に対する制御信号を生成する第１の制御回路と、前記第２の駆動回路に対する制御信号を生成する第２の制御回路と、
を有する電力変換装置において、
前記第１の駆動回路及び前記第１の制御回路に対する電源供給元である第１の電源と、
前記第２の駆動回路及び前記第２の制御回路に対する電源供給元である第２の電源と、
を備え、
前記第１，第２の電源のうち一方が高圧電源であり、他方が低圧電源であるものである。

【0036】

請求項８に係る発明は、一相分の上下アームのうち一方のアームのスイッチング素子を駆動する第１の駆動回路と、前記上下アームのうち他方のアームのスイッチング素子を駆動する第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路に対する制御信号を生成する第１の制御回路と、前記第２の駆動回路に対する制御信号を生成する第２の制御回路と、
を有する電力変換装置において、
前記第１の駆動回路及び前記第１の制御回路に対する電源供給元である第１の電源と、
前記第２の駆動回路及び前記第２の制御回路に対する電源供給元である第２の電源と、
を備え、
前記第１の電源から所定の電源電圧を生成する電源生成回路の出力電圧が所定の閾値を下回ったときに、前記第１の電源を前記第２の電源に切り替える切替手段を備えたものである。

【0037】

請求項９に係る発明は、請求項８に記載した電力変換装置において、
前記第１の電源が高圧電源であり、前記第２の電源が低圧電源であることを特徴とする。

【0038】

請求項１０に係る発明は、一相分の上下アームのうち一方のアームのスイッチング素子を駆動する第１の駆動回路と、前記上下アームのうち他方のアームのスイッチング素子を駆動する第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路に対する制御信号を生成する第１の制御回路と、前記第２の駆動回路に対する制御信号を生成する第２の制御回路と、
を有する電力変換装置において、
電源供給元を共通にした第１の電源生成回路と第２の電源生成回路とを備え、
前記第１の電源生成回路により前記第１の制御回路に電源を供給すると共に、前記第２の電源生成回路により前記第２の制御回路に電源を供給するものである。

【0039】

請求項１１に係る発明は、請求項７〜請求項１０の何れか１項に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路は、自己の異常を検出した時に異常検出信号を前記第２の制御回路に送信する手段と、電力変換装置または負荷が所定の動作状態になったことを検出して前記第１の駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子を駆動して前記負荷を短絡させる手段と、を備えたものである。

【0040】

請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載した電力変換装置において、
前記第２の制御回路は、前記第１の制御回路から送信された前記異常検出信号を受信する手段と、電力変換装置または負荷が所定の動作状態になったことを検出した時に前記第１の制御回路によって生成された制御信号を遮断すると共に前記第２の駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子を駆動して前記負荷を短絡させる手段と、を備えたものである。

【0041】

請求項１３に係る発明は、請求項７〜請求項９の何れか１項に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路は、前記第２の電源を電源供給元とする電源生成回路の出力電圧の異常を判定する手段と、当該出力電圧の異常を判定した時に、前記第１の駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子を駆動して負荷を短絡させる手段と、を備えたものである。

【0042】

請求項１４に係る発明は、請求項７に記載した電力変換装置において、
前記第１の制御回路及び前記第２の制御回路は、各制御回路へ電源を供給する電源生成回路の出力電圧の異常を検出する手段と、当該出力電圧の異常を判定した時に、当該異常が判定された一方の電源生成回路とは異なる他方の電源生成回路から電源が供給される駆動回路により上アームまたは下アームのスイッチング素子を駆動して負荷を短絡させる手段と、を備えたものである。

【0043】

請求項１５に係る発明は、請求項７〜請求項１４の何れか１項に記載した電力変換装置において、
前記上下アームの直列回路の両端電圧である直流母線電圧が第１の閾値に達したら上アームまたは下アームのスイッチング素子をオンさせて負荷を短絡させる短絡動作と、当該短絡動作を、前記直流母線電圧が前記第１の閾値より低い第２の閾値に達したら解除する短絡解除動作と、前記直列回路に並列に接続された平滑コンデンサを放電させる放電動作と、を実行可能とし、
前記短絡動作により前記直流母線電圧が前記第２の閾値に達したら前記放電動作を停止してその停止状態を維持するものである。

【発明の効果】

【0044】

請求項１〜６に係る発明によれば、電源生成回路の異常や電源回路または制御回路への供給電圧の異常発生時に、健全側の電源回路及び駆動回路を介してスイッチング素子を制御することにより、短絡モードを確実に実現してシステム及び人体を保護することができる。
また、駆動回路に電源を供給するための回路構成を必要以上に冗長化することもなく、最小限の回路規模、絶縁距離のもとで装置全体の小型化を図ることが可能である。

【0045】

請求項７，１０に係る発明は、第１の駆動回路及び第１の制御回路に対する電源供給元と、第２の駆動回路及び第２の制御回路に対する電源供給元とが分離され、あるいは、第１の電源生成回路と第２の電源生成回路との電源供給元を共通にして第１の電源生成回路から第１の駆動回路及び第１の制御回路に電源を供給し、かつ、第２の電源生成回路から第２の駆動回路及び第２の制御回路に電源を供給するものである。
このため、一方の電源供給元または電源生成回路に異常が発生した場合でも他方の電源供給元または電源生成回路により所定のアームのスイッチング素子に対する駆動回路及び制御回路に電源を供給することができ、負荷の短絡モードを確実に実現してシステムを保護することができる。
また、電源生成回路を相ごとに冗長化する必要がないため、装置の小型化、コストの低減を図ることができる。

【0046】

請求項７，９に係る発明によれば、二つの電源供給元のうち、高圧電源を電源供給元とする回路は高圧部に残存しているエネルギーがある限り電源が供給されるので、電源喪失等による保護動作の失効を回避して人体に対する安全性を向上させることができる。

【0047】

請求項８に係る発明によれば、第１の電源からの電源供給タイミングが第２の電源より遅れたとしても、第１の電源に代えて第２の電源から電源を供給することができる。これにより、第１の電源を電源供給元とする回路の起動遅れが解消され、電源投入後の電力変換装置の起動待ち時間を短縮することができる。

【0048】

請求項１１〜１４に係る発明によれば、電源生成回路の出力電圧の異常を検出した場合に健全な電源生成回路から電源を供給することにより、短絡モードを確実に実現してシステム及び人体を保護することができる。

【0049】

請求項１５に係る発明によれば、スイッチング素子をオンして負荷を短絡する動作を解除するための第２の閾値を直流母線電圧の規定電圧（安全電圧）近傍に設定することができ、直流母線から電源を生成する電源生成回路の動作最低電圧を高く設定可能として回路の小型化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0050】

【図1】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。

【図2】図１における主要部の構成図である。

【図3】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。

【図4】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。

【図5】本発明の第２，第３実施形態における直流母線電圧、各閾値の大小関係、上（下）アーム短絡信号及び急速放電制御信号の説明図である。

【図6】本発明の第４実施形態を示すブロック図である。

【図7】先行技術における直流母線電圧、各閾値の大小関係、上（下）アーム短絡信号及び急速放電制御信号の説明図である。

【図8】インバータ及び回転電機等からなる電機システムの構成図である。

【図9】特許文献１に記載された従来技術を示す回路図である。

【図10】特許文献２に記載されたインバータの一相分のブロック図である。

【図11】特許文献２に記載されたインバータの全体構成を示すブロック図である。

【図12】特許文献３に記載されたインバータの全体構成を示すブロック図である。

【図13】特許文献３に記載されたインバータにおける制御電源喪失時の動作を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0051】

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の主要部を示すブロック図である。
図１では、便宜的にインバータの主回路一相分とその制御装置とが示されており、例えば三相インバータにおける他の二相のスイッチング素子や負荷が省略されているが、他の二相のスイッチング素子の駆動回路に対しても、図１に示す制御装置から並列的に電源を供給することができる。
なお、図１では、後述する低圧側電源生成回路８及び下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂ以降の電源供給経路を太線にて示すこととする。

【0052】

図１において、高圧電源１の正負極間には、コンタクタ等の高圧電源用スイッチ２と平滑コンデンサ３とが直列に接続され、平滑コンデンサ３には、インバータの一相分のスイッチング素子４，５が直列に接続されている。また、１１ａは上アーム側駆動回路、１１ｂは下アーム側駆動回路である。
上アーム側駆動回路１１ａには、後述する上アーム側駆動回路用電源回路１２ａから電源が供給され、下アーム側駆動回路１１ｂには、平滑コンデンサ３の両端に接続された下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂから電源が供給されている。
各電源回路１２ａ，１２ｂは、それぞれの入力電圧を所定の電圧に変換して駆動回路１１ａ，１１ｂに供給する機能を備えている。

【0053】

一方、低圧電源６の正負極間には、低圧電源用スイッチ７を介して、低圧側電源生成回路８と上アーム側駆動回路用電源回路１２ａとが並列に接続されている。低圧側電源生成回路８からは、第１の制御回路９及び第２の制御回路１０に電源が供給されている。また、第２の制御回路１０には、平滑コンデンサ３の両端に接続された制御回路用補助電源８ｃからも電源が供給されている。
図示されていないが、低圧電源６を電源供給元とする電源回路１２ａを下アーム側駆動回路用電源回路として下アーム側駆動回路１１ｂに電源を供給し、高圧電源１を電源供給元とする電源回路１２ｂを上アーム側駆動回路用電源回路として上アーム側駆動回路１１ａに電源を供給しても良い。

【0054】

第１の制御回路９は、スイッチング素子４，５をオン・オフさせるための制御信号１５ａ，１５ｂと、低圧側電源生成回路８への供給電圧（低圧電源６の電圧）や第１の制御回路９への供給電圧または第１の制御回路９自身の異常を知らせる異常検出信号１７と、を生成する機能を有する。これらの信号１５ａ，１５ｂ，１７は、第２の制御回路１０に送られている。
上アームのスイッチング素子４に対する制御信号１５ａは、第２の制御回路１０及び制御信号伝送回路１３ａを介して駆動回路１１ａに送られ、下アームのスイッチング素子５に対する制御信号１５ｂは、第２の制御回路１０及び制御信号伝送回路１３ｂを介して駆動回路１１ｂに送られている。

【0055】

また、駆動回路１１ａ，１１ｂは、自己に供給される電源の異常を示す異常検出信号１６ａ，１６ｂを生成し、それぞれ、異常信号伝送回路１４ａ，１４ｂを介して第１の制御回路９に伝送する。
上記の「自己に供給される電源の異常」とは、各電源回路１２ａ，１２ｂを介して検出された低圧電源６や高圧電源１の異常、低圧側電源生成回路８の異常、電源供給線路の断線等による異常、電源回路１２ａ，１２ｂの異常等を含む。

【0056】

ここで、一般的に、制御回路の基準電位とスイッチング素子の基準電位とは異なるため、図１に示すように、回路を構成するブロックごとに基準電位が分離されている。
すなわち、Ｇ_０は低圧電源６、低圧側電源生成回路８、第１の制御回路９、第２の制御回路１０、及び、伝送回路１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの低圧側を含む基準電位、Ｇ_１は伝送回路１３ａ，１４ａの高圧側の基準電位、Ｇ_２は伝送回路１３ｂ，１４ｂの高圧側の基準電位、Ｇ_３は主回路の基準電位である。

【0057】

制御信号伝送回路１３ａ，１３ｂは、基準電位がＧ_０である制御信号１５ａ，１５ｂを絶縁してそれぞれ異なる基準電位Ｇ_１，Ｇ_２を持つ信号に変換し、駆動回路１１ａ，１１ｂに伝送する。また、異常信号伝送回路１４ａ，１４ｂは、それぞれ異なる基準電位Ｇ_１，Ｇ_２を持つ異常検出信号１６ａ，１６ｂを絶縁して同一の基準電位Ｇ_０を持つ信号に変換し、第１の制御回路９に伝送する。

【0058】

通常、伝送回路１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを構成する信号絶縁回路には、光絶縁手段や磁気絶縁手段を用いた回路部品が用いられるが、これらの回路部品には、絶縁部を介した高圧側と低圧側とに、それぞれ電源を供給する必要がある。
図１では、伝送回路１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの低圧側及び高圧側への電源供給手段が示されていないが、これらの電源供給手段は、例えば以下のように構成すれば良い。

【0059】

すなわち、伝送回路１３ａ，１４ａの低圧側は、低圧電源６から供給するか、あるいは、低圧電源６と高圧電源１とを供給元として（高圧電源１については絶縁したうえで）、両電源１，６から供給すれば良い。伝送回路１３ａ，１４ａの高圧側は、低圧電源６を供給元として絶縁して供給すれば良い。
また、伝送回路１３ｂ，１４ｂの低圧側は、高圧電源１を供給元として絶縁したうえで供給するか、あるいは、低圧電源６と高圧電源１とを供給元として（高圧電源１については絶縁したうえで）、両電源１，６から供給すれば良い。伝送回路１３ｂ，１４ｂの高圧側は、高圧電源１から供給すれば良い。
ここで、各伝送回路に対し、高圧電源１と低圧電源６との両方を電源供給元として電源を供給する手段としては、後述する第２の制御回路１０に対する電源供給手段と同様のものを適用することができる。

【0060】

次に、図２は、図１における主要部の構成図であり、主として第２の制御回路１０の構成を示している。
図２に示すように、低圧電源６を電源供給元として低圧側電源生成回路８により生成した電圧と、高圧電源１を電源供給元として制御回路用補助電源８ｃにより生成した電圧とを、ダイオード１８，１９により突き合わせて処理部１０ａに入力する。

【0061】

この時、例えば、低圧側電源生成回路８により生成される電圧Ｖ_８を５．０［Ｖ］、制御回路用補助電源８ｃにより生成される電圧Ｖ_８ｃを５．０［Ｖ］より低い電圧、例えば４．５［Ｖ］にしておけば、低圧側電源生成回路８の正常時にはこの低圧側電源生成回路８から処理部１０ａに電源を供給することができる。また、低圧電源６や低圧側電源生成回路８に異常が発生して電源供給が不能になった時には、制御回路用補助電源８ｃから処理部１０ａに電源を供給することができる。
図２において、２０は電圧Ｖ_８の検出信号、２１は電圧Ｖ_８ｃの検出信号、２２は低圧電源６の電圧の検出信号を示す。

【0062】

また、低圧側電源生成回路８及び制御回路用補助電源８ｃによる生成電圧をダイオード１８，１９によって突き合わせるだけでなく、以下のような方法を用いても良い。すなわち、低圧側電源生成回路８及び制御回路用補助電源８ｃにそれぞれスイッチ（図示せず）を設け、低圧側電源生成回路８による生成電圧に異常が検出された場合には上記スイッチを動作させて低圧側電源生成回路８からの電源供給を遮断し、制御回路用補助電源８ｃから処理部１０ａに電源を供給しても良い。

【0063】

ここで、処理部１０ａには、上述したように高圧電源１から制御回路用補助電源８ｃを介して電源を供給することができる。従って、仮に低圧電源６の異常や第１の制御回路９の異常、または、低圧側電源生成回路８から第１の制御回路９への供給電圧の異常等が発生した場合には、高圧電源１を電源供給元として、スイッチング素子４または５をオンさせて短絡モードを実現するための制御信号１５ａ，１５ｂを生成し、制御信号伝送回路１３ａ，１３ｂを介して駆動回路１１ａ，１１ｂに伝送することが可能になっている。

【0064】

次に、この実施形態の全体的な動作を説明する。
前述したように、本実施形態では、駆動回路１１ａ，１１ｂ用の電源回路１２ａ，１２ｂの電源供給元が、低圧電源６と高圧電源１とに分離されている。このため、各電源６，１や低圧側電源生成回路８、電源回路１２ａ，１２ｂを含む電源供給経路が何れも正常である場合には、駆動回路１１ａ，１１ｂがそれぞれ制御信号１５ａ，１５ｂに応じてスイッチング素子４，５をオン・オフ動作させる。

【0065】

また、例えば、上アーム側の電源回路１２ａに異常（低圧電源６との間の接続線の断線等による異常も含む）が発生した場合には、駆動回路１１ａに電源が供給されなくなってスイッチング素子４の制御は不能になるが、下アーム側の電源回路１２ｂが正常に動作していれば（電源回路１２ａ，１２ｂ等を含む電源供給経路が同時に異常となる確率は極めて低いという前提による）、駆動回路１１ｂの動作によってスイッチング素子５をオンさせることが可能である。よって、三相インバータの場合には、上記動作を行って三相全ての下アームのスイッチング素子５をオンさせれば、負荷である回転電機の巻線を短絡させる短絡モードを実現してシステムを保護することができる。
下アーム側の電源回路１２ｂを含む電源供給経路に異常が発生した場合には、正常な上アーム側の電源回路１２ａ及び駆動回路１１ａによりスイッチング素子４をオンさせれば、同様に短絡モードを担保することができる。

【0066】

電源回路１２ａ，１２ｂのうちのどちらに異常が発生したかについては、異常検出信号１６ａ，１６ｂが入力される第１の制御回路９によって判別可能であり、第１の制御回路９は、その結果に応じて適切な制御信号１５ａ，１５ｂを生成することができる。
これらの制御信号１５ａ，１５ｂは、低圧側電源生成回路８または制御回路用補助電源８ｃから電源が供給される第２の制御回路１０内の処理部１０ａにより中継され、制御信号伝送回路１３ａ，１３ｂを介して駆動回路１１ａ，１１ｂに送出される。

【0067】

また、第２の制御回路１０に、低圧電源６の電圧や第１の制御回路９への供給電圧または第１の制御回路９自身の異常を知らせる異常検出信号１７が入力された場合には、制御回路用補助電源８ｃから電源が供給されている処理部１０ａが、高圧電源１側の駆動回路１１ｂに対する制御信号１５ｂを生成してスイッチング素子５をオンさせるように制御すれば良い。
ここで、処理部１０ａが行う上記の処理は限定的なものであることから、処理部１０ａに対する電源の冗長化に必要な電源の容量も少なくて済み、回路規模が増加するおそれはない。

【0068】

なお、駆動回路１１ａ，１１ｂが電源回路１２ａ，１２ｂを含む電源供給経路の異常以外の異常を検出した場合でも、前記同様の動作によって短絡モードを実現することができる。

【0069】

以上のように、第１実施形態によれば、電源生成回路や電源回路の異常、電源回路または制御回路等への供給電圧の異常発生時に、健全側の電源回路及び駆動回路を動作させてスイッチング素子を制御することにより、負荷としての回転電機の巻線を短絡する短絡モードを確実に実現することができる。
また、電源や電源回路を必要以上に冗長化することもなく、最小限の回路規模、絶縁距離のもとで装置全体の小型化を図ることができる。

【0070】

次に、本発明の第２実施形態を説明する。図３は、この第２実施形態を示すブロック図である。図３において、図１と同じ機能を有する部分には同じ参照符号を付して説明を省略し、以下では図１との相違点を中心に説明する。

【0071】

図３には、負荷としての永久磁石同期電動機ＰＭの一相の固定子巻線に接続された上下アームのスイッチング素子及び制御装置が示されているが、他の二相のスイッチング素子の駆動回路に対しても、図３に示す制御装置から並列的に電源を供給すれば良い。
なお、以下の実施形態では、低圧側電源生成回路８及び後述の高圧側電源生成回路３５以降の電源供給経路を太線にて示すこととする。

【0072】

図３において、主回路の平滑コンデンサ３には電圧検出回路３１が並列に接続されている。また、平滑コンデンサ３には、スイッチング素子３３と放電抵抗３４とを直列に接続してなる放電回路が並列に接続されている。
スイッチング素子３３は放電用駆動回路３２によって駆動されるものであり、この放電用駆動回路３２には、制御信号伝送回路３７を介して放電制御信号２４が入力されている。放電用駆動回路３２の電源は、下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂから供給されている。

【0073】

主回路の正負の直流母線間には高圧側電源生成回路３５が接続され、その出力電圧は、第２の低圧側電源生成回路３８、及び、下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂに入力されている。
また、電圧検出回路３１から出力された電圧検出信号２３は、制御信号伝送回路３６を介して第１の制御回路９及び第２の制御回路１０に入力されている。
ここで、上アーム側駆動回路用電源回路１２ａ，下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂ、及び高圧側電源生成回路３５は、多出力トランスを用いて一つにまとめても良い。

【0074】

一方、低圧側の第１の制御回路９には、第１の低圧側電源生成回路８からの電源電圧が供給されると共に、高圧側電源生成回路３５及び第２の低圧側電源生成回路３８によりそれぞれ生成された電源電圧を検出する信号が入力されている。また、第１の制御回路９には、上位の制御装置から出力されるシステム構成機器や回路の異常検出信号が上位信号として入力されている。この上位信号には、図１と同様に、上アーム側駆動回路１１ａ及び下アーム側駆動回路１１ｂからの異常検出信号１６ａ，１６ｂを含めても良い。

【0075】

第２の制御回路１０には、第２の低圧側電源生成回路３８により生成された電源が供給されると共に、第１の低圧側電源生成回路８により生成された電源電圧を検出する信号が入力されている。また、第２の制御回路１０には、制御信号１５ａ，１５ｂ、電圧検出信号２３及び異常検出信号１７が入力され、第２の制御回路１０からは、３ステートバッファ３９に対する制御信号２５と、制御信号伝送回路３７に対する放電制御信号２４とが出力される。

【0076】

３ステートバッファ３９には、第１の低圧側電源生成回路８から電源が供給され、第２の制御回路１０からの制御信号２５に応じて、上アーム側駆動回路１１ａ用の制御信号１５ａを「Ｈｉｇｈ」レベル、「Ｌｏｗ」レベル、「Ｈｉｇｈインピーダンス状態」に切り替えて出力する。
第２の低圧側電源生成回路３８により生成された電源はオア回路４０にも供給され、オア回路４０は、第１の制御回路９または第２の制御回路１０から出力される下アーム側駆動回路１１ｂ用の制御信号１５ｂを出力する。

【0077】

次に、この第２実施形態の動作を説明する。
高圧電源１及び低圧電源６を含む全ての回路が正常である場合、上アーム側駆動回路１１ａには、第１の低圧側電源生成回路８、上アーム側駆動回路用電源回路１２ａを介して電源が供給され、下アーム側駆動回路１１ｂ及び放電用駆動回路３２には、高圧側電源生成回路３５、下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂを介して電源が供給されている。また、第１の制御回路９には第１の低圧側電源生成回路８から電源が供給され、第２の制御回路１０には第２の低圧側電源生成回路３８から電源が供給されている。

【0078】

第１の制御回路９または第２の制御回路１０は、電圧検出回路３１からの電圧検出信号２３に基づいて直流母線電圧が所定の閾値を超えたことを検出すると、上アーム側駆動回路１１ａまたは下アーム側駆動回路１１ｂによりスイッチング素子４，５を制御して同期電動機ＰＭの巻線を短絡させるための制御信号を生成する。また、第２の制御回路１０は、放電用駆動回路３２を介して放電回路（スイッチング素子３３及び放電抵抗３４）を動作させるための放電制御信号２４を生成する。

【0079】

仮に、高圧電源１の異常（電源喪失を含む）や高圧側電源生成回路３５の異常が発生したとしても、低圧電源６や第１の低圧側電源生成回路８、第１の制御回路９が正常である限り、第１の制御回路９を介して上アーム側駆動回路用電源回路１２ａにより上アームのスイッチング素子４を制御して同期電動機ＰＭの巻線を短絡させるための制御信号を生成することが可能である。更に、高圧電源１に異常が発生しても平滑コンデンサ３にエネルギーが残っている限り、高圧側電源生成回路３５及び下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂが正常であれば、下アーム側駆動回路１１ｂに電源を供給して下アームのスイッチング素子５を制御することができる。

【0080】

また、低圧電源６の異常（電源喪失を含む）や第１の低圧側電源生成回路８の異常が発生した場合には、上アーム側駆動回路用電源回路１２ａ及び上アーム側駆動回路１１ａに電源が供給されなくなり、上アームのスイッチング素子４は制御不能になる。
しかし、高圧電源１や高圧側電源生成回路３５、下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂ、下アーム側駆動回路１１ｂが正常である限り、下アームのスイッチング素子５は制御可能であるから、同期電動機ＰＭの巻線を短絡させる動作に支障は生じない。更に、下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂには、高圧電源１から間接的に電源を供給可能であるから、下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂが正常である限り、放電用駆動回路３２には常に電源を供給することができ、放電回路の動作による平滑コンデンサ３の放電も可能となっている。

【0081】

上記のように、この実施形態では、上アーム側駆動回路１１ａ及び下アーム側駆動回路１１ｂに対する電源供給経路が分離されている。また、高圧電源１による電源供給経路と低圧電源６による電源供給経路とが同時に異常となる確率は極めて低いので、電源生成回路等を必要以上に冗長化する必要がない。従って、スイッチング素子４または５による短絡モードを常に実現可能として信頼性や安全性を向上させることができる。
更に、三相インバータを構成する他の二相の上下アームのスイッチング素子の駆動回路に対しても図３の制御装置から並列的に電源を供給可能であるから、特許文献２（図１１）のように相ごとに電源生成回路を備える必要がなく、制御装置全体の小型化、低コスト化を図ることができる。

【0082】

次いで、本発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、この第３実施形態を示すブロック図であり、以下では図３との相違点を中心に説明する。
図４の第３実施形態では、第１の低圧側電源生成回路８の正側出力端子と高圧側電源生成回路３５の正側出力端子との間に、単方向スイッチ４２が接続されている。また、高圧側電源生成回路３５の正側出力電圧が所定の閾値を下回ったことを検出する電圧監視回路４１が設けられ、この電圧監視回路４１の出力信号によって単方向スイッチ４２がオンするように構成されている。

【0083】

この第３実施形態では、例えば高圧電源１や高圧側電源生成回路３５に異常が発生した場合や、これらの電源供給経路による電源供給のタイミング遅れによって高圧側電源生成回路３５の正側出力電圧が所定の閾値を下回った時に、単方向スイッチ４２がオンする。これにより、第１の低圧側電源生成回路８による電源電圧が単方向スイッチ４２を介して下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂに供給されるため、下アーム側駆動回路１１ｂに対する電源供給経路を確保することができる。
従って、高圧電源１側の異常発生時だけでなく、高圧電源投入後におけるインバータの起動待ち時間の短縮が可能である。

【0084】

ここで、図５は、本発明の第２，第３実施形態における直流母線電圧、各閾値の大小関係、上（下）アーム短絡信号及び急速放電制御信号の説明図である。図５において、短絡オン閾値は、上（下）アームのスイッチング素子をオンさせて同期電動機ＰＭの巻線を短絡させるための第１の閾値に相当し、短絡オフ閾値は、前記短絡動作を解除するための第２の閾値に相当する。
これらの実施形態では、短絡オフ閾値を規定電圧（安全電圧）の近傍に設定可能として、直流母線電圧（高圧電源１）から電源を生成する高圧側電源生成回路３５の動作最低電圧Ｖ_１を図７のＶ_２に比べて高く設定することができる。

【0085】

次に、本発明の第４実施形態を説明する。図６は、この第４実施形態を示すブロック図である。
第４実施形態では、第２，第３実施形態に比べて構成が簡略化されており、主回路における放電回路（図３，図４のスイッチング素子３３，放電抵抗３４）や放電用駆動回路３２、電圧検出回路３１のほか、制御装置における高圧側電源生成回路３５、制御信号伝送回路３６，３７、第１，第２の低圧側電源生成回路８，３８等が除去されている。

【0086】

図６において、低圧電源６には低圧電源用スイッチ７を介して上アーム側駆動回路用電源回路１２ａ及び下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂが接続されている。上アーム側駆動回路用電源回路１２ａによって生成された電源電圧は、上アーム側駆動回路１１ａ、第１の制御回路９、及び３ステートバッファ３９に供給され、更に、この電源電圧を検出する信号が第２の制御回路１０に入力されている。
下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂによって生成された電源電圧は、下アーム側駆動回路１１ｂ、第２の制御回路１０、及びオア回路４０に供給され、更に、この電源電圧を検出する信号が第１の制御回路９に入力されている。

【0087】

この実施形態においては、低圧電源６が正常である限り、上アーム側駆動回路用電源回路１２ａ及び下アーム側駆動回路用電源回路１２ｂが同時に異常になる確率は極めて低いため、上アーム側駆動回路１１ａまたは下アーム側駆動回路１１ｂの動作によりスイッチング素子４またはスイッチング素子５をオンさせて同期電動機ＰＭの巻線を短絡することができる。

【産業上の利用可能性】

【0088】

本発明は、上下アームのスイッチング素子を個別の駆動回路によってそれぞれ駆動するようにしたインバータやコンバータ等、各種の電力変換装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0089】

１：高圧電源
２：高圧電源用スイッチ
３：平滑コンデンサ
４，５：半導体スイッチング素子
６：低圧電源
７：低圧電源用スイッチ
８：低圧側電源生成回路
８ｃ：制御回路用補助電源
９：第１の制御回路
１０：第２の制御回路
１０ａ：処理部
１１ａ：上アーム側駆動回路
１１ｂ：下アーム側駆動回路
１２ａ：上アーム側駆動回路用電源回路
１２ｂ：下アーム側駆動回路用電源回路
１３ａ，１３ｂ：制御信号伝送回路
１４ａ，１４ｂ：異常信号伝送回路
１５ａ，１５ｂ：制御信号
１６ａ，１６ｂ，１７：異常検出信号
１８，１９：ダイオード
２０，２１，２２，２３：電圧検出信号
２４：放電制御信号
３１：電圧検出回路
３２：放電用駆動回路
３３：スイッチング素子
３４：放電抵抗
３５：高圧側電源生成回路
３６，３７：制御信号伝送回路
３８：低圧側電源生成回路
３９：３ステートバッファ
４０：オア回路
４１：電圧監視回路
４２：単方向スイッチ
ＰＭ：永久磁石同期電動機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】