特許 6973675 電力変換装置の短絡保護装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6973675

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年12月1日

(54)【発明の名称】電力変換装置の短絡保護装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/00 20070101AFI20211118BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20211118BHJP

【ＦＩ】

   H02M1/00 H

   H02M1/00 L

   H02M1/08 341B

【請求項の数】6

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2021-43060(P2021-43060)

(22)【出願日】2021年3月17日

【審査請求日】2021年4月27日

【早期審査対象出願】

(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】110003177

【氏名又は名称】特許業務法人旺知国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100111763

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 隆

(72)【発明者】

【氏名】佐賀 翔直

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０４４９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第６１８７９０４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００１−１６９５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４３１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３２０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１２４７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２７８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１８９６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２３６９０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ１／００，１／０８，７／４８，Ｇ０１Ｒ３１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

並列接続された複数のスイッチング素子部を介して負荷に電力を供給する電力変換装置の短絡保護装置において、
前記複数のスイッチング素子部の個数Ｍよりも１だけ少ないＭａ個の電流検出器であって、前記複数のスイッチング素子部における２以上のスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出し、検出結果を示す検出信号を出力するＭａ個の電流検出器と、
前記Ｍａ個の電流検出器から得られる検出信号に基づき、前記複数のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断し、前記複数のスイッチング素子部のオンオフ駆動を停止させる遮断指示信号を出力する短絡判断部と、を有し、
前記Ｍａ個の電流検出器におけるＮ番目（Ｎは１〜Ｍａまでの整数）の電流検出器は、１番目からＭ番目までのスイッチング素子部のうちＮ番目のスイッチング素子部以外の全てのスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出するものであり、
前記短絡判断部は、前記Ｍａ個の電流検出器による電流検出値の全てが閾値を越えている場合に、前記Ｍ番目のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断し、前記Ｍａ個の電流検出器のうち１個の電流検出器の電流検出値が閾値を越えておらず、他のＭａ−１個の電流検出器の電流検出値が閾値を越えている場合に、当該１個の電流検出器において電流検出対象となっていないスイッチング素子部に短絡故障があったと判断する短絡保護装置。

【請求項2】

並列接続された複数のスイッチング素子部を介して負荷に電力を供給する電力変換装置の短絡保護装置において、
前記複数のスイッチング素子部の個数Ｍよりも１だけ少ないＭａ個の電流検出器であって、前記複数のスイッチング素子部における２以上のスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出し、検出結果を示す検出信号を出力するＭａ個の電流検出器と、
前記Ｍａ個の電流検出器から得られる検出信号に基づき、前記複数のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断し、前記複数のスイッチング素子部のオンオフ駆動を停止させる遮断指示信号を出力する短絡判断部と、を有し、
前記Ｍａ個の電流検出器におけるＮ番目（Ｎは１〜Ｍａまでの整数）の電流検出器は、１番目からＭ番目までのスイッチング素子部のうちＮ番目およびＮ＋１番目のスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出するものであり、
前記短絡判断部は、前記Ｍａ個の電流検出器のうち１番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越え、かつ、２番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越えていない場合に、１番目のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断し、前記Ｍａ個の電流検出器のうちＭａ番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越え、かつ、Ｍａ−１番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越えていない場合に、Ｍ番目のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断し、前記Ｍａ個の電流検出器のうちＮ番目の電流検出器による電流検出値とＮ＋１番目の電流検出器による電流検出値の両方が閾値を越えている場合に、Ｎ＋１番目のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断する短絡保護装置。

【請求項3】

前記電流検出器はロゴスキーコイルを含む請求項１または２に記載の短絡保護装置。

【請求項4】

前記ロゴスキーコイルとして第１のロゴスキーコイルと第２のロゴスキーコイルが基板に実装され、前記第１のロゴスキーコイルと前記第２のロゴスキーコイルの重なり部分における一方のロゴスキーコイルの戻り線が当該ロゴスキーコイルの中心軸よりも他方のロゴスキーコイルの戻り線から遠方に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の短絡保護装置。

【請求項5】

前記ロゴスキーコイルとして第１のロゴスキーコイルと第２のロゴスキーコイルが基板に実装され、前記第１のロゴスキーコイルと前記第２のロゴスキーコイルの重なり部分のコイルが互い違いに配置されたことを特徴とする請求項３または４に記載の短絡保護装置。

【請求項6】

前記スイッチング素子部はワイドギャップ半導体素子を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の短絡保護装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置の短絡保護装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータ等の負荷を駆動する電力変換装置では、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子に過大電流が流れる場合がある。このような過大電流が長時間に亙って流れると、半導体スイッチング素子が破壊に至る恐れがある。そこで、半導体スイッチング素子に流れる過大電流を検知し、電力変換装置を停止させる短絡保護装置が電力変換装置に設けられる。

【0003】

特許文献１に開示の技術では、電圧駆動型半導体素子を各々含む複数のアームに対して、各アームに流れる電流を検出する電流検出器を各々設け、各々が駆動する電圧駆動型半導体素子のアーム電流が所定値を越えたとき、ゲート駆動手段が出力するゲートパルスをオフすることで短絡保護を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−２３６９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、電力変換装置では、大容量化のために、複数のスイッチング素子を並列接続して個々のアームを構成する場合がある。この場合、各スイッチング素子に電流検出器が必要となるため、コストの増加・装置の大型化を招くことが懸念される。

【0006】

この発明は以上に説明した課題に鑑みてなされたものであり、複数のスイッチング素子を並列接続した場合に短絡保護のために発生する電力変換装置のコストの増加・装置の大型化を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明による電力変換装置の短絡保護装置は、並列接続された複数のスイッチング素子部を介して負荷に電力を供給する電力変換装置の短絡保護装置において、前記複数のスイッチング素子部の個数Ｍよりも少ないＭａ個の電流検出器であって、前記複数のスイッチング素子部における２以上のスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出し、検出結果を示す検出信号を出力するＭａ個の電流検出器と、前記Ｍａ個の電流検出器から得られる検出信号に基づき、前記複数のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断し、前記複数のスイッチング素子部のオンオフ駆動を停止させる遮断指示信号を出力する短絡判断部と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、電流検出器の個数をスイッチング素子部の個数よりも少なくすることができ、複数のスイッチング素子部を並列接続した場合に短絡保護のために発生する電力変換装置のコストの増加・装置の大型化を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】この発明の一実施形態である短絡保護装置を備えた電力変換装置の構成を示す回路図である。

【図2】同短絡保護装置の短絡判断部の構成例を示すブロック図である。

【図3】同実施形態の動作例を示す波形図である。

【図4】同実施形態の動作例を示す波形図である。

【図5】同実施形態の動作例を示す波形図である。

【図6】同短絡保護装置における２個のロゴスキーコイルの実装例を示す斜視図である。

【図7】同ロゴスキーコイルの構成例を示す平面図である。

【図8】同２個のロゴスキーコイルの重なり部の第１の実装例を示す斜視図である。

【図9】同２個のロゴスキーコイルの重なり部の第２の実装例を示す斜視図である。

【図10】同第２の実装例を示す側面図である。

【図11】この発明の他の実施形態におけるロゴスキーコイルの設置例を示す図である。

【図12】同設置例に対応した短絡判断部の構成を示すブロック図である。

【図13】この発明の他の実施形態におけるロゴスキーコイルの設置例を示す図である。

【図14】同設置例に対応した短絡判断部の構成を示すブロック図である。

【図15】同実施形態における他の設置例を示す図である。

【図16】同設置例に対応した短絡判断部の構成を示すブロック図である。

【図17】この発明の他の実施形態におけるロゴスキーコイルの設置例を示す図である。

【図18】同設置例に対応した短絡判断部の構成を示すブロック図である。

【図19】この発明の他の実施形態におけるロゴスキーコイルの設置例を示す図である。

【図20】同設置例に対応した短絡判断部の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１はこの発明の一実施形態である短絡保護装置５０を備えた電力変換装置１００の構成を示す回路図である。電力変換装置１００は、上位装置２００からの指令に従って電力変換装置１００の各部を制御する制御部１と、電力を変換する駆動部２ａおよび２ｂを備える。

【0011】

本実施形態において、電力変換装置１００は、インバータ１相分に相当する装置である。図１にはこのインバータにおける１相分の駆動部２ａおよび２ｂが図示されている。駆動部２ａは、図示しない直流電源の正極に接続された高電位電源線１０１と、図示しない負荷に接続された出力端子１０３との間に接続されている。また、駆動部２ｂは、同直流電源の負極に接続された低電位電源線１０２と、同出力端子１０３との間に接続されている。なお、電力変換装置１００は、複数相分の駆動部２ａおよび２ｂが高電位電源線１０１および低電位電源線１０２間に並列接続されることでインバータを構成する。

【0012】

以下、駆動部２ａの内部構成について説明する。駆動部２ｂについてはその内部構成が基本的に駆動部２ａと同一であるので、その説明は省略する。

【0013】

駆動部２ａは、並列接続された複数のスイッチング素子部２０ａ、２０ｂおよび２０ｃと、駆動制御部２４と、短絡保護装置５０とを含む。

【0014】

スイッチング素子部２０ａ、２０ｂおよび２０ｃは、パワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃを各々含む。これらのパワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃは、各々ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；金属酸化膜半導体構造の電界効果トランジスタ）であり、ＳｉＣ、ＧａＮ等のワイドギャップ半導体素子により構成されている。パワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃには、ダイオード２８ａ、２８ｂおよび２８ｃが各々逆並列接続されている。駆動部２ｂも、駆動部２ａと同様、並列接続された複数のスイッチング素子部を含む。電力変換装置１００は、これらの各駆動部２ａおよび２ｂにおいて並列接続された複数のスイッチング素子部を介して、出力端子１０３に接続された負荷に電力を供給する。

【0015】

駆動制御部２４は、制御部１から供給される制御信号Ｓｍ１に基づき、パワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃをオフからオンへまたはオンからオフへ切り換える駆動信号Ｓｏｎ／ｏｆｆを出力する。また、駆動制御部２４は、短絡保護装置５０から遮断指示信号Ｆｘが出力された場合に、パワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃをオフさせる駆動信号Ｓｏｎ／ｏｆｆを出力する。

【0016】

短絡保護装置５０は、並列接続されたスイッチング素子部２０ａ、２０ｂおよび２０ｃにおける短絡故障の発生を検知し、スイッチング素子部２０ａ、２０ｂおよび２０ｃを短絡故障から保護する装置である。図１に示すように、短絡保護装置５０は、ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２と、積分器２２＿１および２２＿２と、短絡判断部２３とを含む。スイッチング素子部２０ａ等における短絡故障には、パワースイッチング素子２７ａ等の誤オンや短絡故障と、ダイオード２８ａ等の短絡故障があり得る。

【0017】

ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２は、並列接続された複数のスイッチング素子部の個数Ｍ（この例ではＭ＝３）より少ないＭａ個、具体的にはＭａ＝Ｍ−１個（この例ではＭａ＝２）の電流検出器であって、複数のスイッチング素子部における２以上のスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出し、検出結果を示す検出信号を出力するＭａ個の電流検出器である。本実施形態において、ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２は、パワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃのソース側の電流路に設けられている。

【0018】

本実施形態において、Ｍａ個の電流検出器におけるＮ番目（Ｎは１〜Ｍａまでの整数）の電流検出器は、１番目からＭ番目までのスイッチング素子部のうちＮ番目のスイッチング素子部以外の全てのスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出する。

【0019】

具体的には、本実施形態において、1番目のスイッチング素子部はスイッチング素子部２０ｃ、２番目のスイッチング素子部はスイッチング素子部２０ａ、３番目のスイッチング素子部はスイッチング素子部２０ｂである。そして、１番目の電流検出器はロゴスキーコイル２１＿１、２番目の電流検出器はロゴスキーコイル２１＿２である。

【0020】

１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１＿１は、１番目のスイッチング素子部１０ｃを除いた他のスイッチング素子部２０ａおよび２０ｂに流れる電流の総和を検出し、検出結果を示す検出信号Ｖｉ１を積分器２２＿１に出力する。この検出信号Ｖｉ１は、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂに流れる電流の総和の時間微分を示す。積分器２２＿１は、検出信号Ｖｉ１を積分することにより、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂに流れる電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ１を生成し、短絡判断部２３に出力する。

【0021】

２番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１＿２は、２番目のスイッチング素子部２０ａを除いた他のスイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃに流れる電流の総和を検出し、検出結果を示す検出信号Ｖｉ２を積分器２２＿２に出力する。この検出信号Ｖｉ２は、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃに流れる電流の総和の時間微分を示す。積分器２２＿２は、検出信号Ｖｉ２を積分することにより、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃに流れる電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ２を生成し、短絡判断部２３に出力する。

【0022】

短絡判断部２３は、電流検出値Ｓｉ１およびＳｉ２に基づいて、スイッチング素子部２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの短絡故障に関する判断を行う。そして、短絡判断部２３は、スイッチング素子部２０ａに短絡故障が発生したと判断した場合には短絡故障信号Ｆａを、スイッチング素子部２０ｂに短絡故障が発生したと判断した場合には短絡故障信号Ｆｂを、スイッチング素子部２０ｃに短絡故障が発生したと判断した場合には短絡故障信号Ｆｃを制御部１に出力する。制御部１はこの短絡故障信号Ｆａ、ＦｂまたはＦｃを上位装置２００に送信する。これにより上位装置２００は、短絡故障が発生したスイッチング素子部２０ａ、２０ｂまたは２０ｃを特定する情報を例えば表示部に表示する、といった処理を行う。また、短絡判断部２３は、スイッチング素子部２０ａ、２０ｂまたは２０ｃのいずれかに短絡故障が発生したと判断した場合、駆動制御部２４に遮断指示信号Ｆｘを出力する。これにより駆動制御部２４は、パワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃのオンオフ駆動を停止する。

【0023】

図２は短絡判断部２３の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、短絡判断部２３は、コンパレータ３００ａおよび３００ｂと、ＯＲ演算子３０１と、ＡＮＤ演算子３０２ａ、３０２ｂおよび３０２ｃと、オンディレイ演算子３０３ａ、３０３ｂおよび３０３ｃと、ＮＯＴ演算子３０４ａおよび３０４ｂとを有する。オンディレイ演算子３０３ａ、３０３ｂおよび３０３ｃは、各々への入力信号の非アクティブレベルからアクティブレベルへの変化を所定時間遅らせて出力する演算子であり、短絡判断部２３の動作を安定化させる役割を果たす。

【0024】

コンパレータ３００ａは、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ１が短絡電流判定閾値ｔｈを越えない場合に出力信号を非アクティブレベルとし、越えた場合にアクティブレベルとする。コンパレータ３００ｂは、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ２が短絡電流判定閾値ｔｈを越えない場合に出力信号を非アクティブレベルとし、越えた場合にアクティブレベルとする。この場合、短絡電流判定閾値ｔｈは例えば定格パワースイッチング素子電流の３００％等にして良い。

【0025】

ＯＲ演算子３０１は、コンパレータ３００ａおよび３００ｂの各出力信号の少なくとも一方がアクティブレベルである場合、すなわち、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和と、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和のうちの少なくとも一方が短絡電流判定閾値ｔｈを越えている場合に、スイッチング素子部２０ａ、２０ｂまたは２０ｃのいずれかに短絡故障が発生したと判断し、遮断指示信号Ｆｘを駆動制御部２４に出力する。

【0026】

ＡＮＤ演算子３０２ｂは、コンパレータ３００ａの出力信号がアクティブレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｂの出力信号がアクティブレベルである場合、すなわち、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和が短絡電流判定閾値ｔｈを越えており、かつ、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和が短絡電流判定閾値ｔｈを越えている場合に、スイッチング素子部２０ｂに短絡故障が発生したと判断し、オンディレイ演算子３０３ｂを介して短絡故障信号Ｆｂを制御部１に出力する。このようにＡＮＤ演算子３０２ｂは、Ｍａ個の電流検出器による電流検出値（この例ではロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２により得られた電流検出値Ｓｉ１およびＳｉ２）の全てが閾値ｔｈを越えている場合に、Ｍ番目のスイッチング素子部（この例ではスイッチング素子部２０ｂ）に短絡故障があったと判断する。

【0027】

ＡＮＤ演算子３０２ａは、コンパレータ３００ａの出力信号がアクティブレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｂの出力信号をＮＯＴ演算子３０４ａにより反転した信号がアクティブレベルである場合、すなわち、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和が短絡電流判定閾値ｔｈを越えており、かつ、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和が短絡電流判定閾値ｔｈを越えていない場合に、スイッチング素子部２０ａに短絡故障が発生したと判断し、オンディレイ演算子３０３ａを介して短絡故障信号Ｆａを制御部１に出力する。このようにＡＮＤ演算子３０２ａは、Ｍａ個の電流検出器のうち１個の電流検出器の電流検出値（この例ではロゴスキーコイル２１＿２により得られた電流検出値Ｓｉ２）が閾値を越えておらず、他のＭａ−１個の電流検出器の電流検出値（この例ではロゴスキーコイル２１＿１により得られた電流検出値Ｓｉ１）が閾値を越えている場合に、当該１個の電流検出器において電流検出対象となっていないスイッチング素子部（この例ではスイッチング素子部２０ａ）に短絡故障があったと判断する。

【0028】

ＡＮＤ演算子３０２ｃは、コンパレータ３００ａの出力信号をＮＯＴ演算子３０４ｂにより反転した信号がアクティブレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｂの出力信号がアクティブレベルである場合、すなわち、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和が短絡電流判定閾値ｔｈを越えておらず、かつ、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和が短絡電流判定閾値ｔｈを越えている場合に、スイッチング素子部２０ｃに短絡故障が発生したと判断し、オンディレイ演算子３０３ｃを介して短絡故障信号Ｆｃを制御部１に出力する。このようにＡＮＤ演算子３０２ｃは、Ｍａ個の電流検出器のうち１個の電流検出器の電流検出値（この例ではロゴスキーコイル２１＿１により得られた電流検出値Ｓｉ１）が閾値を越えておらず、他のＭａ−１個の電流検出器の電流検出値（この例ではロゴスキーコイル２１＿２により得られた電流検出値Ｓｉ２）が閾値を越えている場合に、当該１個の電流検出器において電流検出対象となっていないスイッチング素子部（この例ではスイッチング素子部２０ｃ）に短絡故障があったと判断する。

【0029】

図３〜図５は、各々本実施形態における短絡故障検出時の動作例を示す波形図である。以下、これらの図を参照し、本実施形態の動作を説明する。

【0030】

図３に示す動作例では、スイッチング素子部２０ａに短絡故障が発生する。この短絡故障が発生する前の正常時において、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ１は短絡電流判定閾値ｔｈよりも低い。また、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ２も短絡電流判定閾値ｔｈよりも低い。

【0031】

スイッチング素子部２０ａに短絡故障が発生すると、スイッチング素子部２０ａに流れる電流が正常時よりも大きくなる。この場合、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ１のみが短絡電流判定閾値ｔｈを越え、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ２は短絡電流判定閾値ｔｈを越えない。このため、遮断指示信号Ｆｘと、短絡故障箇所としてスイッチング素子部２０ａを特定する短絡故障信号Ｆａがアクティブレベルとなる。

【0032】

図４に示す動作例では、スイッチング素子部２０ｂに短絡故障が発生する。この短絡故障が発生する前の正常時の動作は、図３の動作例と同様である。

【0033】

スイッチング素子部２０ｂに短絡故障が発生すると、スイッチング素子部２０ｂに流れる電流が正常時よりも大きくなる。この場合、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ１と、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ２の両方が短絡電流判定閾値ｔｈを越える。このため、遮断指示信号Ｆｘと、短絡故障箇所としてスイッチング素子部２０ｂを特定する短絡故障信号Ｆｂがアクティブレベルとなる。

【0034】

図５に示す動作例では、スイッチング素子部２０ｃに短絡故障が発生する。この短絡故障が発生する前の正常時の動作は、図３の動作例と同様である。

【0035】

スイッチング素子部２０ｃに短絡故障が発生すると、スイッチング素子部２０ｃに流れる電流が正常時よりも大きくなる。この場合、スイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ１は短絡電流判定閾値ｔｈを越えず、スイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和を示す電流検出値Ｓｉ２のみが短絡電流判定閾値ｔｈを越える。このため、遮断指示信号Ｆｘと、短絡故障箇所としてスイッチング素子部２０ｃを特定する短絡故障信号Ｆｃがアクティブレベルとなる。

【0036】

以上のように、本実施形態によれば、スイッチング素子部２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの並列数３よりも１個少ない２個のロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２により各スイッチング素子部の短絡故障を検出してスイッチング素子部２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの駆動を停止させ、かつ、短絡故障箇所であるスイッチング素子部を特定することができる。従って、複数のスイッチング素子部を並列接続した場合に短絡保護のために発生する電力変換装置１００のコストの増加・装置の大型化を低減することができる。また、本実施形態において、２個のロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２は、いずれも２個のスイッチング素子部の電流の総和を検出する。従って、各ロゴスキーコイルの電流検出精度を同じにすることができ、各スイッチング素子部の短絡故障を正確に判断することができる。

【0037】

次に本実施形態に好適なロゴスキーコイルの例を説明する。図６は基板４００に実装されたロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２を例示する斜視図である。この例では、ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２が重なり部分ＯＶにおいて重なった状態で基板４００に実装されている。

【0038】

この基板４００において、ロゴスキーコイル２１＿１により囲まれており、かつ、ロゴスキーコイル２１＿２により囲まれていない領域には貫通孔Ｈａが開口しており、この貫通孔Ｈａにスイッチング素子部２０ａの電流路が挿通される。また、基板４００において、ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２の両方に囲まれた領域、すなわち、重なり部分ＯＶの領域に貫通孔Ｈｂが開口しており、この貫通孔Ｈｂにスイッチング素子部２０ｂの電流路が挿通される。また、基板４００において、ロゴスキーコイル２１＿１により囲まれておらず、かつ、ロゴスキーコイル２１＿２により囲まれた領域に貫通孔Ｈｃが開口しており、この貫通孔Ｈｃにスイッチング素子部２０ｃの電流路が挿通される。この場合、ロゴスキーコイル２１＿１とロゴスキーコイル２１＿２はスイッチング素子部２０ｂの周辺で重なり合っている。

【0039】

ロゴスキーコイル２１＿１は、貫通孔ＨａおよびＨｂを囲っており、これらの貫通孔ＨａおよびＨｂに挿通された電流路に流れるスイッチング素子部２０ａおよび２０ｂの電流の総和を検出する。また、ロゴスキーコイル２１＿２は、貫通孔ＨｂおよびＨｃを囲っており、これらの貫通孔ＨｂおよびＨｃに挿通された電流路に流れるスイッチング素子部２０ｂおよび２０ｃの電流の総和を検出する。

【0040】

図７はロゴスキーコイル２１＿１を例示する平面図である。図７に示すように、ロゴスキーコイル２１＿１は、螺旋状に延びたコイル２１＿１＿Ｃと、このコイル２１＿１＿Ｃのコイル内をコイル２１＿１＿Ｃの終了点から開始点に戻る戻り線２１＿１＿Ｒとを有する。図示は省略したが、ロゴスキーコイル２１＿２もロゴスキーコイル２１＿１と同じ構成である。

【0041】

図８は図６の重なり部分ＯＶにおけるロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２の第１の実装例を示す斜視図である。図８では多層プリント基板４００ａにロゴスキーコイル２１＿１とロゴスキーコイル２１＿２が実装されている。

【0042】

多層プリント基板４００ａの第１層Ｌ１には、ロゴスキーコイル２１＿２のコイル２１＿２＿Ｃの下側水平部分が形成されている。第１層Ｌ１の上層の第２層Ｌ２には、ロゴスキーコイル２１＿２の戻り線２１＿２＿Ｒが形成されている。第２層Ｌ２の上層の第３層Ｌ３には、ロゴスキーコイル２１＿２のコイル２１＿２＿Ｃの上側水平部分が形成されている。そして、第３層Ｌ３と第１層Ｌ１とを繋ぐスルーホールＴＨ３−１を利用してコイル２１＿２＿Ｃの上側水平部分と下側水平部分とを繋ぐ垂直部分が形成されている。

【0043】

第３層Ｌ３の上層の第４層Ｌ４には、ロゴスキーコイル２１＿１のコイル２１＿１＿Ｃの下側水平部分が形成されている。第４層Ｌ４の上層の第５層Ｌ５には、ロゴスキーコイル２１＿１の戻り線２１＿１＿Ｒが形成されている。第５層Ｌ５の上層の第６層Ｌ６には、ロゴスキーコイル２１＿１のコイル２１＿１＿Ｃの上側水平部分が形成されている。そして、第６層Ｌ６と第４層Ｌ４とを繋ぐスルーホールＴＨ６−４を利用してコイル２１＿１＿Ｃの上側水平部分と下側水平部分とを繋ぐ垂直部分が形成されている。

【0044】

図８に示す例では、第２層Ｌ２および第３層Ｌ３間の間隔と、第４層Ｌ４および第５層Ｌ５間の間隔が、他の隣り合った２層間の間隔より広くなっている。このため、ロゴスキーコイル２１＿１の戻り線２１＿１＿Ｒはロゴスキーコイル２１＿２から遠方に離れており、ロゴスキーコイル２１＿２の戻り線２１＿２＿Ｒはロゴスキーコイル２１＿１から遠方に離れている。具体的には、ロゴスキーコイル２１＿１の戻り線２１＿１＿Ｒは。当該ロゴスキーコイル２１＿１の中心軸よりも、ロゴスキーコイル２１＿２から遠方に離れており、ロゴスキーコイル２１＿２の戻り線２１＿２＿Ｒは、当該ロゴスキーコイル２１＿２の中心軸よりも、ロゴスキーコイル２１＿１から遠方に離れている。

【0045】

この第１の実装例では、重なり部分ＯＶの全長に亙って、ロゴスキーコイル２１＿１の戻り線２１＿１＿Ｒと、ロゴスキーコイル２１＿２の戻り線２１＿２＿Ｒとが平行に延びる。従って、戻り線２１＿１＿Ｒおよび２１＿２＿Ｒが接近していると、一方の戻り線に電流が流れることによりその戻り線廻りに磁界が発生した場合に、この磁界と相殺する磁界を発生する電流が他方の戻り線に誘発され、電流計測の妨げとなる可能性がある。しかしながら、第１の実装例において戻り線２１＿１＿Ｒおよび２１＿２＿Ｒは互いに遠く離れており、各戻り線は他方の戻り線に流れる電流の影響を受け難い。このため、ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２による高精度な電流計測が可能である。

【0046】

図９は図６の重なり部分ＯＶにおけるロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２の第２の実装例を示す斜視図である。また、図１０は同実装例の側面図である。第２の実装例では多層プリント基板４００ｂにロゴスキーコイル２１＿１とロゴスキーコイル２１＿２が実装されている。

【0047】

図１０に示すように、第２の実装例では、ロゴスキーコイル２１＿１とロゴスキーコイル２１＿２の重なり部分ＯＶにおいて、ロゴスキーコイル２１＿１のコイル２１＿１＿Ｃとロゴスキーコイル２１＿２のコイル２１＿２＿Ｃは、互いの軸（あるいは戻り線）に沿った方向（図１０では水平方向）において互い違いに配置される。この第２の実装例の詳細は次の通りである。

【0048】

図９において、多層プリント基板４００ｂの第１層Ｌ１には、ロゴスキーコイル２１＿２のコイル２１＿２＿Ｃの下側水平部分が形成されている。第１層Ｌ１の上層の第２層Ｌ２には、ロゴスキーコイル２１＿２の戻り線２１＿２＿Ｒが形成されている。第２層Ｌ２の上層の第３層Ｌ３には、ロゴスキーコイル２１＿１のコイル２１＿１＿Ｃの下側水平部分が形成されている。第３層Ｌ３の上層の第４層Ｌ４には、ロゴスキーコイル２１＿２のコイル２１＿２＿Ｃの上側水平部分が形成されている。そして、第４層Ｌ４と第１層Ｌ１とを繋ぐスルーホールＴＨ４−１を利用してコイル２１＿２＿Ｃの上側水平部分と下側水平部分とを繋ぐ垂直部分が形成されている。

【0049】

第４層Ｌ４の上層の第５層Ｌ５には、ロゴスキーコイル２１＿１の戻り線２１＿１＿Ｒが形成されている。第５層Ｌ５の上層の第６層Ｌ６には、ロゴスキーコイル２１＿１のコイル２１＿１＿Ｃの上側水平部分が形成されている。そして、第６層Ｌ６と第３層Ｌ３とを繋ぐスルーホールＴＨ６−３を利用してコイル２１＿１＿Ｃの上側水平部分と下側水平部分とを繋ぐ垂直部分が形成されている。

【0050】

第２の実装例において、第５層Ｌ５に形成されたロゴスキーコイル２１＿１の戻り線２１＿１＿Ｒと、第２層Ｌ２に形成されたロゴスキーコイル２１＿２の戻り線２１＿２＿Ｒは、互いに遠方に離れている。具体的には、ロゴスキーコイル２１＿１の戻り線２１＿１＿Ｒは、当該ロゴスキーコイル２１＿１の中心軸よりも、ロゴスキーコイル２１＿２の戻り線２１＿２＿Ｒから離れており、ロゴスキーコイル２１＿２の戻り線２１＿２＿Ｒは、当該ロゴスキーコイル２１＿２の中心軸よりも、ロゴスキーコイル２１＿１の戻り線２１＿１＿Ｒから離れている。従って、第１の実装例と同様、ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２は、高精度の電流計測が可能である。

【0051】

また、第２の実装例では、ロゴスキーコイル２１＿１のコイル２１＿１＿Ｃとロゴスキーコイル２１＿２のコイル２１＿２＿Ｃを互い違いに配置するので、ロゴスキーコイルが実装された多層プリント基板４００ｂの厚みを低減し、同基板の低コスト化・小型化が可能になる。

【0052】

＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

【0053】

（１）上記実施形態では、並列接続された複数のスイッチング素子部の個数は３個であったが、この発明は４個以上のスイッチング素子部が並列接続された電力変換装置にも適用可能である。図１１は４個のスイッチング素子部２０＿１、２１＿２、２０＿３および２０＿４が並列接続された電力変換装置におけるロゴスキーコイルの設置例を示す図である。

【0054】

この適用例では、Ｍ＝４、Ｍａ＝３であり、スイッチング素子部２０＿１が１番目、スイッチング素子部２０＿２が２番目、スイッチング素子部２０＿３が３番目、スイッチング素子部２０＿４が４番目のスイッチング素子部である。そして、Ｎ番目（Ｎ＝１〜Ｍａ）の電流検出器は、Ｎ番目のスイッチング素子部を除いた他のスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出する。具体的には、１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ａ＿１は、１番目のスイッチング素子部２０＿１を除いた他のスイッチング素子部２０＿２、２０＿３および２０＿４に流れる電流の総和を検出する。また、２番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ａ＿２は、２番目のスイッチング素子部２０＿２を除いた他のスイッチング素子部２０＿１、２０＿３および２０＿４に流れる電流の総和を検出する。また、３番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ａ＿３は、３番目のスイッチング素子部２０＿３を除いた他のスイッチング素子部２０＿１、２０＿２および２０＿４に流れる電流の総和を検出する。

【0055】

図１２はこの態様における短絡判断部２３ａの構成を示すブロック図である。なお、この図１２では、図２におけるコンパレータ３００ａおよび３００ｂに相当するものとオンディレイ演算子３０３ａ〜３０３ｃに相当するものの図示は省略されている。

【0056】

図１２において、信号Ｄａ＿１はロゴスキーコイル２１ａ＿１による電流検出値が閾値を越えている場合にアクティブレベル、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。信号Ｄａ＿２はロゴスキーコイル２１ａ＿２による電流検出値が閾値を越えている場合にアクティブレベル、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。信号Ｄａ＿３はロゴスキーコイル２１ａ＿３による電流検出値が閾値を越えている場合にアクティブレベル、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。

【0057】

図１２に示す短絡判断部２３ａは、Ｍａ個の電流検出器による電流検出値の全てが閾値を越えている場合に、Ｍ番目のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断する。具体的には、短絡判断部２３ａのＡＮＤ演算子４２４は、ロゴスキーコイル２１ａ＿１、２１ａ＿２および２１ａ＿３による電流検出値の全てが閾値を越え、信号Ｄａ＿１、Ｄａ＿２およびＤａ＿３の全てがアクティブレベルである場合に、Ｍ番目のスイッチング素子部であるスイッチング素子部２０＿４を短絡故障箇所として特定する信号Ｅａ＿４をアクティブレベルにする。この信号Ｅａ＿４は、図示しないオンディレイ演算子を介すことにより短絡故障信号として出力される。後述する信号Ｅａ＿１〜Ｅａ＿３も同様である。

【0058】

また、短絡判断部２３ａは、Ｍａ個の電流検出器のうち１個の電流検出器の電流検出値が閾値を越えておらず、他のＭａ−１個の電流検出器の電流検出値の全てが閾値を越えている場合に、当該１個の電流検出器において電流検出対象となっていないスイッチング素子部に短絡故障があったと判断する。

【0059】

具体的には、例えばロゴスキーコイル２１ａ＿１による電流検出値が閾値を越えておらず、ロゴスキーコイル２１ａ＿２および２１ａ＿３による電流検出値の全てが閾値を越えている場合に、信号Ｄａ＿１をＮＯＴ演算子４１１により反転した信号と、信号Ｄａ＿２およびＤａ＿３がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子４２１が、ロゴスキーコイル２１ａ＿１において電流検出対象となっていないスイッチング素子部２０＿１を短絡故障箇所として特定する信号Ｅａ＿１をアクティブレベルにする。

【0060】

また、ロゴスキーコイル２１ａ＿２による電流検出値が閾値を越えておらず、ロゴスキーコイル２１ａ＿１および２１ａ＿３による電流検出値の全てが閾値を越えている場合、信号Ｄａ＿２をＮＯＴ演算子４１２により反転した信号と、信号Ｄａ＿１およびＤａ＿３がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子４２２が、ロゴスキーコイル２１ａ＿２において電流検出対象となっていないスイッチング素子部２０＿２を短絡故障箇所として特定する信号Ｅａ＿２をアクティブレベルにする。

【0061】

また、ロゴスキーコイル２１ａ＿３による電流検出値が閾値を越えておらず、ロゴスキーコイル２１ａ＿１および２１ａ＿２による電流検出値の全てが閾値を越えている場合、信号Ｄａ＿３をＮＯＴ演算子４１３により反転した信号と、信号Ｄａ＿１およびＤａ＿２がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子４２３が、ロゴスキーコイル２１ａ＿３において電流検出対象となっていないスイッチング素子部２０＿３を短絡故障箇所として特定する信号Ｅａ＿３をアクティブレベルにする。

【0062】

（２）上記実施形態では、並列接続された複数のスイッチング素子部の個数をＭとした場合、Ｍａ＝Ｍ−１個の電流検出器が各々Ｍａ個のスイッチング素子部の電流の総和を検出した。しかし、そのようにする代わりに、Ｍａ＝Ｍ−１個の電流検出器が各々２個のスイッチング素子部の電流の総和を検出するようにしてもよい。

【0063】

図１３はこの態様においてＭ＝４、Ｍａ＝３である場合のロゴスキーコイルの設置例を示す図である。この態様では、Ｍａ個の電流検出器におけるＮ番目（Ｎは１〜Ｍａまでの整数）の電流検出器は、１番目からＭ番目までのスイッチング素子部のうちＮ番目およびＮ＋１番目のスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出する。

【0064】

具体的には、図１３において、スイッチング素子部２０＿１〜２０＿４は、１番目〜４番目（Ｍ番目）のスイッチング素子部である。また、ロゴスキー２１ｂ＿１〜２１ｂ＿３は１番目〜３番目（Ｍａ番目）の電流検出器である。

【0065】

図１３に示すように、１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿１は、１番目のスイッチング素子部２０＿１および２番目のスイッチング素子部２０＿２の電流の総和を検出する。２番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿２は、２番目のスイッチング素子部２０＿２および３番目のスイッチング素子部２０＿３の電流の総和を検出する。３番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿３は、３番目のスイッチング素子部２０＿３および４番目のスイッチング素子部２０＿４の電流の総和を検出する。

【0066】

図１４はこの態様における短絡判断部２３ｂの構成を示すブロック図である。なお、この図１４では、図２におけるコンパレータ３００ａおよび３００ｂに相当するものとオンディレイ演算子３０３ａ〜３０３ｃに相当するものの図示は省略されている。

【0067】

図１４において、信号Ｄｂ＿１はロゴスキーコイル２１ｂ＿１による電流検出値が閾値を越えている場合にアクティブレベル、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。信号Ｄｂ＿２はロゴスキーコイル２１ｂ＿２による電流検出値が閾値を越えている場合にアクティブレベル、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。信号Ｄｂ＿３はロゴスキーコイル２１ｂ＿３による電流検出値が閾値を越えている場合にアクティブレベル、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。

【0068】

図１４に示す短絡判断部２３ｂは、Ｍａ個の電流検出器のうち１番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越え、かつ、２番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越えていない場合に、１番目のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断する。

【0069】

さらに詳述すると、１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿１による電流検出値が閾値を越え、かつ、２番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿２による電流検出値が閾値を越えていない場合に、信号Ｄｂ＿１と、信号Ｄｂ＿２をＮＯＴ演算子５１２により反転した信号がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子５２１が、１番目のスイッチング素子部２０＿１を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｂ＿１をアクティブレベルにする。

【0070】

また、短絡判断部２３ｂは、Ｍａ個の電流検出器のうちＭａ番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越え、かつ、Ｍａ−１番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越えていない場合に、Ｍ番目のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断する。

【0071】

さらに詳述すると、Ｍａ番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿３による電流検出値が閾値を越え、かつ、Ｍａ−１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿２による電流検出値が閾値を越えていない場合、信号Ｄｂ＿３と、信号Ｄｂ＿２をＮＯＴ演算子５１２により反転した信号がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子５２４が、４番目（Ｍ番目）のスイッチング素子部２０＿４を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｂ＿４をアクティブレベルにする。

【0072】

また、短絡判断部２３ｂは、Ｍａ個の電流検出器のうちＮ番目の電流検出器による電流検出値とＮ＋１番目の電流検出器による電流検出値の両方が閾値を越えている場合に、Ｎ＋１番目のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断する。

【0073】

さらに詳述すると、１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿１による電流検出値と２番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿２による電流検出値が閾値を越えている場合、信号Ｄｂ＿１と信号Ｄｂ＿２がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子５２２が、２番目のスイッチング素子部２０＿２を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｂ＿２をアクティブレベルにする。

【0074】

また、２番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿２による電流検出値と３番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｂ＿３による電流検出値が閾値を越えている場合、信号Ｄｂ＿２と信号Ｄｂ＿３がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子５２３が、３番目のスイッチング素子部２０＿３を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｂ＿３をアクティブレベルにする。

【0075】

図１５はこの態様においてＭ＝５、Ｍａ＝４である場合のロゴスキーコイルの設置例を示す図である。図１５において、スイッチング素子部２０＿１〜２０＿５は、１番目〜５番目（Ｍ番目）のスイッチング素子部である。また、ロゴスキー２１ｃ＿１〜２１ｃ＿４は１番目〜４番目（Ｍａ番目）の電流検出器である。前掲図１３と同様、Ｍａ個の電流検出器のうちＮ番目の電流検出器は、Ｎ番目のスイッチング素子部およびＮ＋１番目のスイッチング素子部の電流の総和を検出する。

【0076】

図１６は図１５の構成に対応した短絡判断部２３ｃの構成を示すブロック図である。なお、この図１６では、図２におけるコンパレータ３００ａおよび３００ｂに相当するものとオンディレイ演算子３０３ａ〜３０３ｃに相当するものの図示は省略されている。

【0077】

図１６において、信号Ｄｃ＿１〜Ｄｃ＿４は、各々ロゴスキーコイル２１ｃ＿１〜２１ｃ＿４による電流検出値が閾値を越えている場合にアクティブレベル、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。

【0078】

１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｃ＿１による電流検出値が閾値を越え、かつ、２番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｃ＿２による電流検出値が閾値を越えていない場合に、信号Ｄｃ＿１と、信号Ｄｃ＿２をＮＯＴ演算子５３２により反転した信号がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子５４１が、１番目のスイッチング素子部２０＿１を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｃ＿１をアクティブレベルにする。

【0079】

また、Ｍａ番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｃ＿４による電流検出値が閾値を越え、かつ、Ｍａ−１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｃ＿３による電流検出値が閾値を越えていない場合、信号Ｄｃ＿４と、信号Ｄｃ＿３をＮＯＴ演算子５３３により反転した信号がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子５４５が、５番目（Ｍ番目）のスイッチング素子部２０＿５を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｃ＿５をアクティブレベルにする。

【0080】

また、１番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｃ＿１による電流検出値と２番目の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｃ＿２による電流検出値が閾値を越えている場合、信号Ｄｃ＿１と信号Ｄｃ＿２がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ演算子５４２が、２番目のスイッチング素子部２０＿２を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｃ＿２をアクティブレベルにする。

【0081】

他の場合も同様であり、２番目と３番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越えている場合には、ＡＮＤ演算子５４３が３番目のスイッチング素子部２０＿３を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｃ＿３をアクティブレベルにする。また、３番目と４番目の電流検出器による電流検出値が閾値を越えている場合には、ＡＮＤ演算子５４４が４番目のスイッチング素子部２０＿４を短絡故障箇所として特定する信号Ｅｃ＿４をアクティブレベルにする。

【0082】

この態様によれば、上記実施形態（図１参照）と同様、並列接続されるスイッチング素子部の個数よりも電流検出器の数を減らすことができる。また、上記実施形態では、Ｍ個のスイッチング素子部に対し、Ｍａ＝Ｍ−１個のスイッチング素子部の電流の総和を検出するロゴスキーコイルをＭａ個設ける。このため、Ｍａ個のロゴスキーコイルを多層プリント基板に実装する場合において、スイッチング素子部の個数Ｍが増えた場合に、重なり部分ＯＶ（図６参照）において重なり合うロゴスキーコイルの個数が増え、必要な多層プリント基板の層数が増える問題がある。しかしながら、この態様では、複数のロゴスキーコイルを多層プリント基板に実装する場合、Ｎ番目の電流検出器であるロゴスキーコイルとＮ＋１番目の電流検出器であるロゴスキーコイルの２個のみが重なり部分Ｖ（図６参照）において重なり合う。従って、必要な多層プリント基板の層数を少なくし、製造コストを抑えることができる。

【0083】

（３）並列接続された複数のスイッチング素子部に対する複数の電流検出器の割り当て方法は、上記実施形態の方法に限定されるものではない。図１７に示す態様では、１６個のスイッチング素子部２０＿１１〜２０＿１４、２０＿２１〜２０＿２４、２０＿３１〜２０＿３４および２０＿４１〜２０＿４４に対し、第１群の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｘ＿１〜２１ｘ＿４と、第２群の電流検出器であるロゴスキーコイル２１ｙ＿１〜２１ｙ＿４を割り当てている。

【0084】

ここで、第１群の電流検出器は、Ｍ個のスイッチング素子部の第１の分割を行うことにより得られた重複部分のない複数のグループの各々における電流の総和を検出するものである。具体的には、第１群の電流検出器におけるロゴスキーコイル２１ｘ＿１は、スイッチング素子部２０＿１１、２０＿１２、２０＿１３および２０＿１４からなるグループにおける電流の総和を検出する。また、ロゴスキーコイル２１ｘ＿２は、スイッチング素子部２０＿２１、２０＿２２、２０＿２３および２０＿２４からなるグループにおける電流の総和を検出する。また、ロゴスキーコイル２１ｘ＿３は、スイッチング素子部２０＿３１、２０＿３２、２０＿３３および２０＿３４からなるグループにおける電流の総和を検出する。また、ロゴスキーコイル２１ｘ＿４は、スイッチング素子部２０＿４１、２０＿４２、２０＿４３および２０＿４４からなるグループにおける電流の総和を検出する。

【0085】

第２群の電流検出器は、第１の分割において同一グループに属した複数のスイッチング素子部が同一グループに属しないようにＭ個のスイッチング素子部について第２の分割を行うことにより得られた複数のグループの各々における電流の総和を検出するものである。具体的には、第２群の電流検出器におけるロゴスキーコイル２１ｙ＿１は、スイッチング素子部２０＿１１、２０＿２１、２０＿３１および２０＿４１からなるグループにおける電流の総和を検出する。また、ロゴスキーコイル２１ｙ＿２は、スイッチング素子部２０＿１２、２０＿２２、２０＿３２および２０＿４２からなるグループにおける電流の総和を検出する。また、ロゴスキーコイル２１ｙ＿３は、スイッチング素子部２０＿１３、２０＿２３、２０＿３３および２０＿４３からなるグループにおける電流の総和を検出する。また、ロゴスキーコイル２１ｙ＿４は、スイッチング素子部２０＿１４、２０＿２４、２０＿３４および２０＿４４からなるグループにおける電流の総和を検出する。

【0086】

図１８は図１７の構成に対応した短絡判断部２３ｄの構成を示すブロック図である。図１８において、信号Ｄｘ＿１〜Ｄｘ＿４は、第１群に対応したロゴスキーコイル２１ｘ＿１〜２１ｘ＿４による電流検出値が閾値を越えた場合にアクティブレベルとなり、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。信号Ｄｙ＿１〜Ｄｙ＿４は、第２群に対応したロゴスキーコイル２１ｙ＿１〜２１ｙ＿４による電流検出値が閾値を越えた場合にアクティブレベルとなり、そうでない場合に非アクティブレベルとなる。そして、短絡判断部２３ｄには、短絡故障箇所を特定する信号Ｅ＿１１〜Ｅ＿１４を出力するＡＮＤ演算子６１１〜６１３、信号Ｅ＿２１〜Ｅ＿２４を出力するＡＮＤ演算子６２１〜６２３、信号Ｅ＿３１〜Ｅ＿３４を出力するＡＮＤ演算子６３１〜６３３、および信号Ｅ＿４１〜Ｅ＿４４を出力するＡＮＤ演算子６４１〜６４３が設けられている。

【0087】

図１８に示す短絡判断部２３ｄは、第１群の電流検出器の中に電流検出値が閾値を越えているものがあり、第２群の電流検出器の中に電流検出値が閾値を越えているものがある場合に、当該第１群の電流検出器と当該第２群の電流検出器において共通して電流検出対象となっているスイッチング素子部に短絡故障があったと判断する。

【0088】

例えば第1群の中のロゴスキーコイル２１ｘ＿２による電流検出値が閾値以上であり、かつ、第２群の中のロゴスキーコイル２１ｙ＿３による電流検出値が閾値以上である場合、信号Ｄｘ＿２およびＤｙ＿３がアクティブレベルとなる。この場合、ＡＮＤ６２３が、ロゴスキーコイル２１ｘ＿２とロゴスキーコイル２１ｙ＿３において共通して電流検出対象となっているスイッチング素子部２０＿２３を短絡故障箇所として特定する信号Ｅ＿２３をアクティブレベルにする。

【0089】

この態様によれば、並列接続されるスイッチング素子部の数が多い場合に、上記実施形態よりも電流検出器の数を減らすことができる。

【0090】

（４）上記（３）の態様において、第１の分割では、電流検出の対象とならないグループを１つ生成し、当該グループ以外のグループを電流検出の対象としてもよい。この場合、短絡判断部２３（図１参照）は、第２群の電流検出器の中に電流検出値が閾値を越えているものがあり、第１群の電流検出器の中に電流検出値が閾値を越えているものがない場合に、電流検出値が閾値を越えた第２群の電流検出器の電流検出対象に属し、かつ、電流検出の対象となっていないグループに属するスイッチング素子部に短絡故障があったと判断すればよい。

【0091】

図１９はこの態様の構成例を示す図である。図１９では、前掲図１７において、スイッチング素子部２０＿４１、２０＿４２、２０＿４３および２０＿４４からなるグループを電流検出の対象にならないグループとし、ロゴスキーコイル２１ｘ＿４を削除している。

【0092】

図２０は図１９の構成に対応した短絡判断部２３ｅの構成を示すブロック図である。図２０では図１８における信号Ｄｘ＿４が削除されており、その代わりに負論理入力（あるいは入力ローアクティブ）のＡＮＤ演算子６５０が設けられている。このＡＮＤ演算子６５０は、第１群の電流検出器の中に電流検出値が閾値を越えているものがない場合、すなわち、信号Ｄｘ＿１、Ｄｘ＿２およびＤｘ＿３のいずれもが非アクティブレベルである場合に、ＡＮＤ演算子６４１〜６４４に供給する信号をアクティブレベルにする。

【0093】

この態様において、第１群の電流検出器の中に電流検出値が閾値を越えているものがある場合の動作は前掲図１９の短絡判断部２３ｄの動作と同じである。しかし、第１群の電流検出器の中に電流検出値が閾値を越えているものがない場合の動作は前掲図１９の短絡判断部２３ｄの動作と異なったものとなる。例えば第１群の電流検出器の中に電流検出値が閾値を越えているものがなく、第２群のうちロゴスキーコイル２１ｙ＿１による電流検出値が閾値を越えている場合、ＡＮＤ演算子６５０の出力信号がアクティブレベルとなり、信号Ｄｙ＿１がアクティブレベルとなる。この場合、電流検出値が閾値を越えたロゴスキーコイル２１ｙ＿１の電流検出対象に属し、かつ、電流検出の対象となっていないスイッチング素子部２０＿４１、２０＿４２、２０＿４３および２０＿４４のグループに属するスイッチング素子部２０＿４１が短絡故障個所となり、ＡＮＤ演算子６４１がこの短絡個所を特定する信号Ｅ＿４１をアクティブレベルにする。

【0094】

この態様によれば、上記（３）の態様よりも、さらに電流検出器の数を減らすことができる。

【0095】

（５）上記実施形態では、並列接続されたパワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃのソース側の電流路にロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２を設けたが、パワースイッチング素子２７ａ、２７ｂおよび２７ｃのドレイン側の電流路にロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２を設けてもよい。

【0096】

（６）上記実施形態では、ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２から得られる検出信号Ｖｉ１およびＶｉ２を積分して電流検出値Ｓｉ１およびＳｉ２を求め、この電流検出値Ｓｉ１およびＳｉ２を閾値ｔｈと比較することにより短絡故障に関する判断を行った。しかし、そのようにする代わりに、ロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２から得られる検出信号Ｖｉ１およびＶｉ２を閾値と比較することにより短絡故障に関する判断を行ってもよい。

【0097】

（７）上記実施形態において複数のスイッチング素子部のうち短絡故障が発生したスイッチング素子部を特定する必要がない場合には、全てのスイッチング素子部の電流の総和を１個のロゴスキーコイルにより検出してもよい。

【0098】

（８）この発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等、インバータ以外の電力変換装置に適用してもよい。

【0099】

（９）上記実施形態では、パワースインチング素子の例としてＭＯＳＦＥＴを挙げたが、パワースイッチング素子はこれに限定されるものではなく、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の他のパワースイッチング素子であってもよい。

【0100】

（１０）上記実施形態では、電流検出器としてロゴスキーコイルを用いたが、シャント抵抗、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；変流器）等、他の種類の電流検出器を用いてもよい。

【符号の説明】

【0101】

１００……電力変換装置、２００……上位装置、２ａ，２ｂ……駆動部、１……制御部、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０＿１〜２０＿５，２０＿１１〜２０＿１４，２０＿２１〜２０＿２４，２０＿３１〜２０＿３４，２０＿４１〜２０＿４４……スイッチング素子部、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ……パワースイッチング素子、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……ダイオード、２４……駆動制御部、５０……短絡保護装置、２１＿１，２１＿２，２１ａ＿１，２１ａ＿２，２１ａ＿３，２１ｂ＿１，２１ｂ＿２，２１ｂ＿３，２１ｃ＿１，２１ｘ＿２，２１ｃ＿３，２１ｃ＿４，２１ｘ＿１〜２１ｘ＿４，２１ｙ＿１〜２１ｙ＿４……ロゴスキーコイル、２１＿１＿Ｃ，２１＿２＿Ｃ……コイル、２１＿１＿Ｒ，２１＿２＿Ｒ……戻り線、２２＿１，２２＿２……積分器、２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ．２３ｄ，２３ｅ……短絡判断部、３００ａ，３００ｂ……コンパレータ、３０１……ＯＲ演算子、３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，４２１〜４２４，５２１〜５２４，５４１〜５４５，６１１〜６１４，６２１〜６２４，６３１〜６３４，６４１〜６４４……ＡＮＤ演算子、３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ……オンディレイ演算子、３０４ａ，３０４ｂ，４１１〜４１３，５１２，５３２，５３３……ＮＯＴ演算子、４００……基板、４００ａ，４００ｂ……多層プリント基板。

【要約】

【課題】 複数のスイッチング素子を並列接続した場合に短絡保護のために発生する電力変換装置のコストの増加・装置の大型化を低減する。
【解決手段】 並列接続された複数のスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃを介して負荷に電力を供給する電力変換装置１００の短絡保護装置５０を提供する。短絡保護装置５０は、スイッチング素子部より少ない個数のであって、複数のスイッチング素子部における２以上のスイッチング素子部に流れる電流の総和を検出し、検出結果を示す検出信号Ｖｉ１およびＶｉ２を出力するロゴスキーコイル２１＿１および２１＿２と、これらの検出信号に基づき、複数のスイッチング素子部に短絡故障があったと判断し、複数のスイッチング素子部のオンオフ駆動を停止させる遮断指示信号Ｆｘを出力する短絡判断部２３とを有する。
【選択図】図１

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】