(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023168707
(43)【公開日】2023-11-29
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 3/155 20060101AFI20231121BHJP
【ＦＩ】
H02M3/155 C
H02M3/155 W
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022079972
(22)【出願日】2022-05-16
(71)【出願人】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100146592
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100172188
【弁理士】
【氏名又は名称】内田 敬人
(72)【発明者】
【氏名】慶本 裕史
(72)【発明者】
【氏名】左右田 学
(72)【発明者】
【氏名】森川 竜一
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AA20
5H730AS05
5H730BB13
5H730BB57
5H730BB82
5H730BB88
5H730CC01
5H730DD03
5H730EE59
5H730FD01
5H730FD31
5H730FG05
5H730XX03
5H730XX12
5H730XX15
5H730XX23
5H730XX32
5H730XX35
5H730XX46
(57)【要約】
【課題】過電圧の印加からより確実に負荷回路を保護できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】実施形態の電力変換装置は、第１入力端子と、第２入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子と、入力される直流電圧を降圧して、他の直流電圧に変換して負荷回路に出力する電力変換のユニットと、前記負荷回路に供給する電圧および電流を制御するように前記ユニットにゲート信号を送信する制御装置と、前記ユニットの出力電流にもとづいて、前記ユニットの異常の兆候を判定してアクティブな判定信号を出力するユニット素子故障判定手段と、前記ユニット素子故障判定回路が出力した前記判定信号にもとづいて前記負荷回路に過電圧が印加されることを防止する過電圧保護手段と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態の電力変換装置は、第１入力端子と、第２入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子と、入力される直流電圧を降圧して、他の直流電圧に変換して負荷回路に出力する電力変換のユニットと、前記負荷回路に供給する電圧および電流を制御するように前記ユニットにゲート信号を送信する制御装置と、前記ユニットの出力電流にもとづいて、前記ユニットの異常の兆候を判定してアクティブな判定信号を出力するユニット素子故障判定手段と、前記ユニット素子故障判定回路が出力した前記判定信号にもとづいて前記負荷回路に過電圧が印加されることを防止する過電圧保護手段と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１入力端子と、
前記第１入力端子に印加される電位よりも低い電位が印加される第２入力端子と、
第１出力端子と、
前記第１出力端子よりも低い電位とされる第２出力端子と、
前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に印加される直流電圧を降圧して、他の直流電圧に変換して前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続された負荷回路に出力する電力変換のためのユニットと、
前記負荷回路に印加する電圧および前記負荷回路に流れる電流を制御するように前記ユニットにゲート信号を送信する制御装置と、
前記ユニットの出力電流にもとづいて、前記ユニットの異常の兆候を判定してアクティブな判定信号を出力するユニット素子故障判定手段と、
前記ユニット素子故障判定回路が出力した前記判定信号にもとづいて前記負荷回路に過電圧が印加されることを防止する過電圧保護手段と、
を備え、
前記ユニットは、
前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の低電位側に直列に接続された第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の短絡故障時に開放されるように設けられた第１ヒューズと、
前記第２スイッチング素子の短絡故障時に開放されるように設けられた第２ヒューズと、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続ノードと、前記第１出力端子と、の間に接続されたチョークコイルと、
を含み、
前記ユニット素子故障判定回路は、前記ユニットの出力電流にもとづいて、前記第１スイッチング素子の短絡故障の兆候を判定して前記判定信号を出力し、
前記過電圧保護手段は、前記第１スイッチング素子を含む電流経路を形成して前記第１ヒューズを溶断させる電力変換装置。
前記第１入力端子に印加される電位よりも低い電位が印加される第２入力端子と、
第１出力端子と、
前記第１出力端子よりも低い電位とされる第２出力端子と、
前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に印加される直流電圧を降圧して、他の直流電圧に変換して前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続された負荷回路に出力する電力変換のためのユニットと、
前記負荷回路に印加する電圧および前記負荷回路に流れる電流を制御するように前記ユニットにゲート信号を送信する制御装置と、
前記ユニットの出力電流にもとづいて、前記ユニットの異常の兆候を判定してアクティブな判定信号を出力するユニット素子故障判定手段と、
前記ユニット素子故障判定回路が出力した前記判定信号にもとづいて前記負荷回路に過電圧が印加されることを防止する過電圧保護手段と、
を備え、
前記ユニットは、
前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の低電位側に直列に接続された第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の短絡故障時に開放されるように設けられた第１ヒューズと、
前記第２スイッチング素子の短絡故障時に開放されるように設けられた第２ヒューズと、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続ノードと、前記第１出力端子と、の間に接続されたチョークコイルと、
を含み、
前記ユニット素子故障判定回路は、前記ユニットの出力電流にもとづいて、前記第１スイッチング素子の短絡故障の兆候を判定して前記判定信号を出力し、
前記過電圧保護手段は、前記第１スイッチング素子を含む電流経路を形成して前記第１ヒューズを溶断させる電力変換装置。
【請求項2】
前記過電圧保護手段は、前記判定信号にもとづいて前記第１出力端子と前記第２出力端子との間を短絡して前記電流経路を形成する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記過電圧保護手段は、前記判定信号にもとづいて前記第２スイッチング素子を常時オンとすることによって前記電流経路を形成する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記ユニットは、複数台設けられて並列に接続され、
前記ユニット素子故障判定手段は、
前記複数台のユニットの出力電流にもとづいて、前記複数台のユニットから異常の兆候のあるユニットである故障ユニットを判定して前記判定信号を出力し、
前記過電圧保護手段は、前記判定信号にもとづいて、前記複数台のユニットのうち２台以上のユニットの前記第１スイッチング素子を常時オフとし、前記第２スイッチング素子を常時オンとすることによって前記電流経路を形成する請求項１記載の電力変換装置。
前記ユニット素子故障判定手段は、
前記複数台のユニットの出力電流にもとづいて、前記複数台のユニットから異常の兆候のあるユニットである故障ユニットを判定して前記判定信号を出力し、
前記過電圧保護手段は、前記判定信号にもとづいて、前記複数台のユニットのうち２台以上のユニットの前記第１スイッチング素子を常時オフとし、前記第２スイッチング素子を常時オンとすることによって前記電流経路を形成する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記ユニット素子故障判定手段は、
前記判定信号の出力後も前記複数台のユニットの出力電流の値を監視し、
前記複数台のユニットの出力電流にもとづいて、前記第１ヒューズの溶断を判定して溶断完了信号を前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、前記溶断完了信号にもとづいて、前記複数台のユニットのうち正常なユニットの運転を再開させる請求項４記載の電力変換装置。
前記判定信号の出力後も前記複数台のユニットの出力電流の値を監視し、
前記複数台のユニットの出力電流にもとづいて、前記第１ヒューズの溶断を判定して溶断完了信号を前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、前記溶断完了信号にもとづいて、前記複数台のユニットのうち正常なユニットの運転を再開させる請求項４記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
過電圧の印加に敏感な負荷回路に電力を供給する電力変換装置がある。そのような負荷回路を保護するために、クローバー回路のような過電圧保護回路を電力変換装置に付加することが通常行われる。
【0003】
このような過電圧保護回路では、設定値のばらつき等により、過電圧の印加に敏感な負荷回路を保護するためには、十分でない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表２０２１－５２６７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の実施形態は、過電圧の印加からより確実に負荷回路を保護できる電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態は、第１入力端子と、前記第１入力端子に印加される電位よりも低い電位が印加される第２入力端子と、第１出力端子と、前記第１出力端子よりも低い電位とされる第２出力端子と、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に印加される直流電圧を降圧して、他の直流電圧に変換して前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続された負荷回路に出力する電力変換のためのユニットと、前記負荷回路に印加する電圧および前記負荷回路に流れる電流を制御するように前記ユニットにゲート信号を送信する制御装置と、前記ユニットの出力電流にもとづいて、前記ユニットの異常の兆候を判定してアクティブな判定信号を出力するユニット素子故障判定手段と、前記ユニット素子故障判定回路が出力した前記判定信号にもとづいて前記負荷回路に過電圧が印加されることを防止する過電圧保護手段と、を備える。前記ユニットは、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に接続された第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の低電位側に直列に接続された第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の短絡故障時に開放されるように設けられた第１ヒューズと、前記第２スイッチング素子の短絡故障時に開放されるように設けられた第２ヒューズと、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続ノードと、前記第１出力端子と、の間に接続されたチョークコイルと、を含む。前記ユニット素子故障判定回路は、前記ユニットの出力電流にもとづいて、前記第１スイッチング素子の短絡故障の兆候を判定して前記判定信号を出力する。前記過電圧保護手段は、前記第１スイッチング素子を含む電流経路を形成して前記第１ヒューズを溶断させる。
【発明の効果】
【0007】
実施形態によれば、過電圧の印加からより確実に負荷回路を保護できる電力変換装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
【図2】第１の実施形態に係る電力変換装置の一部であるユニットの構成を例示する模式的なブロック図である。
【図3】第１の実施形態に係る電力変換層装置の動作を説明するための模式的なブロック図である。
【図4】第２の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
【図5】第２の実施形態に係る電力変換装置の動作を説明するための模式的なブロック図である。
【図6】第３の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
【図7】第３の実施形態に係る電力変換装置の動作を説明するための模式的なブロック図である。
【図8】第３の実施形態に係る電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0010】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１０は、ユニット２０－１～２０－ｎと、制御装置４０と、ＯＶＰゲート回路４２と、過電圧保護回路５０と、を備える。
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１０は、ユニット２０－１～２０－ｎと、制御装置４０と、ＯＶＰゲート回路４２と、過電圧保護回路５０と、を備える。
【0011】
ユニット２０－１～２０－ｎは、直流電圧を入力して、他の直流電圧や直流電流に変換して出力する電力変換器である。ユニット２０－１～２０－ｎは、入力端子１２ａ、１２ｂと、出力端子１４ａ、１４ｂとの間で並列に接続されている。この例では、ｎ台のユニット２０－１～２０－ｎが並列に接続されている。入力端子１２ａ、１２ｂには、直流電圧が印加される。入力端子１２ａ、１２ｂを介して、ユニット２０－１～２０－ｎには、整流平滑回路等によって変換された直流電圧を供給してもよいし、太陽光発電装置や燃料電池等によって発電された直流電圧を供給してもよい。
【0012】
並列に接続されたユニット２０－１～２０－ｎは、出力端子１４ａ、１４ｂを介して、負荷回路１に接続される。負荷回路１は、たとえば電解槽を含んでおり、出力端子１４ａが電解槽の正極に接続され、出力端子１４ｂが電解槽の負極に接続される。
【0013】
本実施形態では、ユニット２０－１～２０－ｎは、同一の入出力電圧定格および出力電力定格を有している。ユニット２０－１～２０－ｎは、負荷回路１に供給するのに必要な直流電力を供給できる台数が並列に接続される。本実施形態では、ユニットは、複数台に限らず、１台であってもよい。
【0014】
ユニット２０－１～２０－ｎの構成について説明する。
図２は、第１の実施形態に係る電力変換装置の一部であるユニットの構成を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態および後述する他の実施形態では、ユニット２０－１～２０－ｎは、同一の入出力電圧定格および出力電力定格を有しており、複数のユニットを区別しない場合には、ユニット２０のように表記するものとする。図２では、ユニットを符号“２０”と表記し、かっこ書きで、区別されたユニットの符号“２０－１～２０－ｎ”を表記している。
図２は、第１の実施形態に係る電力変換装置の一部であるユニットの構成を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態および後述する他の実施形態では、ユニット２０－１～２０－ｎは、同一の入出力電圧定格および出力電力定格を有しており、複数のユニットを区別しない場合には、ユニット２０のように表記するものとする。図２では、ユニットを符号“２０”と表記し、かっこ書きで、区別されたユニットの符号“２０－１～２０－ｎ”を表記している。
【0015】
図２に示すように、ユニット２０は、入力端子２１ａ、２１ｂおよび出力端子２２ａ、２２ｂを有している。出力端子２２ｂは、入力端子２１ｂに同電位で接続されている。ユニット２０は、コンデンサ２３と、上アームスイッチング素子２４Ｕと、下アームスイッチング素子２４Ｌと、上アームヒューズ２５Ｕと、下アームヒューズ２５Ｌと、チョークコイル２６と、を含む。
【0016】
ユニット２０では、コンデンサ２３は、入力端子２１ａ、２１ｂの間に接続されている。入力端子２１ａには、入力端子２１ｂの電位よりも高い電位が印加される。コンデンサ２３は、たとえばフィルムコンデンサであり、入力端子２１ａ、２１ｂから入力されるリプル電流を流して、入力端子２１ａ、２１ｂ間に生じるリプル電圧を低減する。
【0017】
上アームスイッチング素子（第１スイッチング素子）２４Ｕおよび下アームスイッチング素子（第２スイッチング素子）２４Ｌは、入力端子２１ａ、２１ｂの間で直列に接続されている。上アームスイッチング素子２４Ｕおよび下アームスイッチング素子２４Ｌは、この例のように、複数個をそれぞれ並列に接続してもよい。上アームスイッチング素子２４Ｕおよび下アームスイッチング素子２４Ｌのそれぞれの並列数は、ユニット２０が出力する電力容量に応じて決定される。
【0018】
上アームスイッチング素子２４Ｕおよび下アームスイッチング素子２４Ｌは、自己消弧型の半導体スイッチング素子であり、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。上アームスイッチング素子２４Ｕおよび下アームスイッチング素子２４Ｌでは、ダイオードがＩＧＢＴに逆並列に接続される。
【0019】
上アームヒューズ（第１ヒューズ）２５Ｕは、この例では、入力端子２１ａと上アームスイッチング素子２４Ｕとの間に接続されている。下アームヒューズ（第２ヒューズ）２５Ｌは、下アームスイッチング素子２４Ｌと入力端子２１ｂとの間に接続されている。上アームヒューズ２５Ｕは、上アームスイッチング素子２４Ｕに短絡故障が生じたときに、上アームを開放するように設けられている。下アームヒューズ２５Ｌは、下アームスイッチング素子２４Ｌに短絡故障が生じたときに、下アームを開放するように設けられている。
【0020】
チョークコイル２６は、上アームと下アームとの接続ノードと、出力端子２２ａと、の間に接続されている。チョークコイル２６は、上アームスイッチング素子２４Ｕがオンの期間に電流を流してエネルギーを蓄積し、下アームスイッチング素子２４Ｌがオンの期間に蓄積されたエネルギーを出力端子２２ａ側に放出するように動作する。
【0021】
このように、ユニット２０は、降圧型の電力変換回路により構成されている。ユニット２０は、入力端子２１ａ、２１ｂ間に入力された直流電圧を、上アームスイッチング素子２４Ｕのオンデューティおよび出力電流に応じた直流電圧に変換して出力する。
【0022】
図１に戻って説明を続ける。
電流検出器３０－１～３０－ｎは、ユニット２０－１～２０－ｎの出力にそれぞれ接続されている。電流検出器３０－１～３０－ｎは、ユニット２０－１～２０－ｎのそれぞれの出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを検出する。電流検出器３０－１～３０－ｎの設置場所は、各ユニット２０－１～２０－ｎの出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを所望の精度で検出することができれば、ユニット２０－１～２０－ｎの外部に設ける場合に限らない。たとえば、電流検出器３０－１～３０－ｎは、ユニット２０－１～２０－ｎの内部に設けてもよい。
電流検出器３０－１～３０－ｎは、ユニット２０－１～２０－ｎの出力にそれぞれ接続されている。電流検出器３０－１～３０－ｎは、ユニット２０－１～２０－ｎのそれぞれの出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを検出する。電流検出器３０－１～３０－ｎの設置場所は、各ユニット２０－１～２０－ｎの出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを所望の精度で検出することができれば、ユニット２０－１～２０－ｎの外部に設ける場合に限らない。たとえば、電流検出器３０－１～３０－ｎは、ユニット２０－１～２０－ｎの内部に設けてもよい。
【0023】
制御装置４０は、ユニット２０－１～２０－ｎに接続されている。制御装置４０は、負荷回路１に印加される電圧や負荷回路１に流れる電流および制御装置４０にあらかじめ設定された条件等に応じてゲート信号ｖＧ１～ｖＧｎを生成して、ユニット２０－１～２０－ｎを制御する。
【0024】
ＯＶＰゲート回路（ユニット素子故障判定手段）４２は、制御装置４０、電流検出器３０－１～３０－ｎおよび過電圧保護回路５０に接続されている。ＯＶＰゲート回路４２は、負荷回路１に印加される電圧がＯＶＰしきい値以上となった場合、または、ユニット２０－１～２０－ｎが出力する電流が所定の条件を満たした場合に、トリガ信号を過電圧保護回路５０に出力する。
【0025】
ＯＶＰしきい値電圧は、ユニット２０－１～２０－ｎが出力する定格出力電圧の最大値よりも高い値にあらかじめ設定される。ＯＶＰしきい値電圧は、たとえば、定格出力電圧の最大値よりも５％～１５％高い電圧に設定される。
【0026】
ユニット２０－１～２０－ｎの出力電流に関する所定の条件は、ユニット２０－１～２０－ｎの故障または故障の兆候を示す条件であり、複数種類の条件が設定される。この例では、３種類の条件が設定される。なお、ユニット２０－１～２０－ｎの故障または故障の兆候は、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障または短絡故障の兆候である。
【0027】
出力電流に関する第１の条件は、過大電流条件である。ユニット２０－１～２０－ｎのそれぞれで設定される電流指令値のα（α＞１）倍以上の値が異常電流しきい値として設定される。ユニット２０－１～２０－ｎからの出力電流ＩＯ１～ＩＯｎのいずれかが、異常電流しきい値以上となった場合に、ＯＶＰゲート回路４２は、トリガ信号を出力する。係数αは、出力電流の設定精度にもとづいて設定される。たとえば、係数αは、異常電流しきい値が出力電流の設定精度の上限値よりも＋１０％となるように設定される。負荷回路１の種類や状態によって電流指令値が設定されない場合には、異常電流しきい値は、ユニット２０－１～２０－ｎの定格出力電流の最大値に対して設定される。
【0028】
出力電流に関する第２の条件は、出力電流ＩＯ１～ＩＯｎの波形異常に関する条件である。降圧型の変換器回路では、出力電流は、下アームスイッチング素子２４Ｌがオンする期間で、チョークコイル２６を介して出力されて、時間とともに低下傾向を示す。この期間において、出力電流の電流値が時間とともに増大する場合には、そのユニットの上アームスイッチング素子２４Ｕに異常が生じているものと考えられる。
【0029】
ＯＶＰゲート回路４２は、制御装置４０から各ユニット２０－１～２０－ｎに供給するゲート信号ｖＧ１～ｖＧｎを監視している。ＯＶＰゲート回路４２は、ユニット２０－１～２０－ｎのいずれかのゲート信号ｖＧ１～ｖＧｎのうち、下アームスイッチング素子２４Ｌのためのゲート信号がアクティブとなっている期間にわたって、出力電流の電流値が増大することを検出した場合に、トリガ信号を出力する。第２の条件では、ＯＶＰゲート回路４２は、スイッチング周期の１周期分の出力電流の変化に限らず、数周期分の出力電流の変化を取得して、継続して出力電流が増大することを判定条件としてもよい。このようにすることで、ノイズ等による誤検出を防止することができる。
【0030】
出力電流に関する第３の条件は、ｎ－１個の出力電流のそれぞれの値のばらつき範囲から、１個の出力電流の値がはずれていることを検出する条件である。たとえば、ＯＶＰゲート回路４２は、ｎ個の電流値のうち、ｉ番目の電流値ＩＯｉを記憶し、残りのｎ－１個の電流値の平均値ＩＯ（ｋ≠ｉ）を計算してその平均値ＩＯ（ｋ≠ｉ）を記憶する。ＯＶＰゲート回路４２は、これらの比ＩＯｉ／ＩＯ（ｋ≠ｉ）を計算して、計算結果があらかじめ設定されたしきい値β（＞１）以上の場合に、トリガ信号を出力する。ＯＶＰゲート回路４２は、ｉを１からｎまで順次変化させて、ｎ個の電流値中にしきい値βを超える出力電流を出力するユニットを特定する。
【0031】
ｎ－１個の出力電流のばらつき範囲の設定には、平均値を用いるほか、他の統計量を用いてももちろんよい。他の統計量は、たとえばｎ－１個の出力電流の中央値である。ユニット２０－１～２０－ｎが同時に複数台故障することはまれなので、ｎが十分に大きい場合には、ｎ個の出力電流の値を用いてばらつき範囲を計算するようにしてもよい。
【0032】
出力電流に関する第１～第３の条件は、少なくともいずれか１つがトリガ信号を出力するための判定条件とされる。本実施形態では、ＯＶＰゲート回路４２は、ユニット２０－１～２０－ｎが出力する電圧がＯＶＰしきい値以上の場合、第１の条件を満たす場合、第２の条件を満たす場合または第３の条件を満たす場合のいずれかの場合に、トリガ信号を過電圧保護回路５０に出力する。
【0033】
過電圧保護回路（過電圧保護手段）５０は、出力端子１４ａ、１４ｂの間に接続されている。過電圧保護回路５０は、出力端子１４ａ、１４ｂ間にサイリスタ５２が接続されている。過電圧保護回路５０は、負荷回路１の電源端に近い位置で電圧を検出して、電圧値をＯＶＰゲート回路４２に出力する。過電圧保護回路５０では、サイリスタ５２のゲート端子がＯＶＰゲート回路４２の出力に接続されている。
【0034】
ＯＶＰゲート回路４２がトリガ信号を過電圧保護回路５０に出力すると、サイリスタ５２がターンオンする。サイリスタ５２がターンオンすることによって、出力端子１４ａ、１４ｂ間が短絡される。過電圧保護回路５０は、ＯＶＰゲート回路４２が出力したトリガ信号により負荷回路１の電源端を短絡して、負荷回路１の電源端に過電圧が印加されることを防止する。
【0035】
過電圧保護回路５０は、サイリスタ５２に代えて、ＩＧＢＴ等の自己消弧型のスイッチング素子としてもよい。
【0036】
図３は、第１の実施形態に係る電力変換装置の動作を説明するための模式的なブロック図である。
本実施形態に係る電力変換装置１０の動作について説明する。
図３に示すように、図１に示したＯＶＰゲート回路４２が出力電圧ＶＯの過電圧、出力電流に関する第１～第３の条件のいずれかを満たすと、ＯＶＰゲート回路４２は、トリガ信号を過電圧保護回路５０に出力する。過電圧保護回路５０では、サイリスタ５２がターンオンする。
本実施形態に係る電力変換装置１０の動作について説明する。
図３に示すように、図１に示したＯＶＰゲート回路４２が出力電圧ＶＯの過電圧、出力電流に関する第１～第３の条件のいずれかを満たすと、ＯＶＰゲート回路４２は、トリガ信号を過電圧保護回路５０に出力する。過電圧保護回路５０では、サイリスタ５２がターンオンする。
【0037】
サイリスタ５２のターンオンにより、電流は、入力端子２１ａを介してユニット２０に流入し、上アームヒューズ２５Ｕ、短絡した上アームスイッチング素子２４Ｕ、チョークコイル２６を介して、出力端子２２ａから流出する。ユニット２０から流出した電流は、過電圧保護回路５０に流れる。この電流が上アームヒューズ２５Ｕの溶断条件に達することによって、上アームヒューズ２５Ｕが溶断し、上述の電流経路が遮断される。
【0038】
本実施形態に係る電力変換装置１０の効果について説明する。
本実施形態に係る電力変換装置１０では、ＯＶＰゲート回路４２を備えている。ＯＶＰゲート回路４２は、負荷回路１の電源端での電圧値だけでなく、ユニット２０－１～２０－ｎごとに出力電流に関する条件を満たすか否かを監視する。
本実施形態に係る電力変換装置１０では、ＯＶＰゲート回路４２を備えている。ＯＶＰゲート回路４２は、負荷回路１の電源端での電圧値だけでなく、ユニット２０－１～２０－ｎごとに出力電流に関する条件を満たすか否かを監視する。
【0039】
電力変換装置１０の出力電圧が過電圧となる原因は複数存在するが、その１つに、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障がある。上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の経過は、スイッチング素子の短絡耐量のばらつきや、ユニットの入出力の条件、電力変換装置が設置された環境条件等によって、異なることがある。たとえば、上アームスイッチング素子２４Ｕが一気に短絡して、出力電圧が入力電圧の大きさまで上昇する場合があり、上アームスイッチング素子２４Ｕに流れた過大な電流や印加された過大なサージ電圧によって遮断能力が劣化して次第に短絡に至る場合等さまざまである。
【0040】
負荷回路１には、たとえば、水素製造のための電解槽を含む場合がある。電解槽を構成する多数のセルのそれぞれには、正極、負極および正極と負極との間に電解膜が設けられている。電解膜は、たとえば固体高分子材料等により形成されている。固体高分子材料で形成された電解膜は、過大な電圧を印加されると、復帰不能な損傷を被る。直列セルの一部のセルが過大電圧で損傷を受けると、電解槽全体の機能に影響することがあり、操業の中断や停止に至るおそれがある。一方、セルに印加する電圧は、電気分解の効率に影響するため、十分高い電圧とする必要がある。
【0041】
このような負荷回路１に電力を供給する電力変換装置１０は、負荷回路１に十分高い直流電圧を供給しつつ、過電圧の印加に対して十分な保護が求められる。
【0042】
負荷回路１の電源端の電圧を監視して過電圧保護回路５０を構成する場合には、検出電圧の精度が問題となる場合がある。電力変換装置１０が出力できる定格電圧の上限ぎりぎりに過電圧検出値を設定すると、検出値の設定精度により、設定値が低くばらついた場合には、通常運転時に十分高い出力電圧が得られなくなるおそれがある。過電圧検出値を電力変換装置１０が出力できる定格電圧の上限から余裕をもって十分高い値に設定すると、電解膜の過電圧からの保護が不十分となるおそれがある。
【0043】
本実施形態に係る電力変換装置１０では、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障に至る過程において、上アームスイッチング素子２４Ｕに流れる電流に異常が生ずることを利用する。上アームスイッチング素子２４Ｕが短絡故障となる兆候として、電流指令値よりも大きな電流が流れることがあり、このような電流を監視することで、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出することが可能になる。本実施形態に係る電力変換装置１０では、出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを監視することによって、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出し、負荷回路１に過電圧が印加される前に、過電圧保護回路５０を機能させる。
【0044】
第１の条件は、各ユニットの出力電流を電流指令値のα倍の値を異常電流しきい値に設定するものである。これにより、簡便に、各ユニットの上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を監視することができる。
【0045】
第２の条件は、上アームスイッチング素子２４Ｕのオフ期間にわたって出力電流値の増大の有無を監視するものである。各ユニットの出力電流の検出精度以内の電流変動であっても、同一期間内の変化の割り合いを測定することによって、出力電流値の異常の有無をより高精度に検出することが可能である。
【0046】
第３の条件は、ｎ台のユニットを並列運転する場合に適用され、ｎ個またはｎ－１個の出力電流のデータを統計的に処理することによって、いずれかのユニットの上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出する。
【0047】
この条件を実行するために、上述の具体例のように、出力電流のデータの統計値として、ｎ個またはｎ－１個の出力電流の平均値を用いてもよいし、中央値を用いてもよい。並列台数が十分に多い場合には、ｎ台分の出力電流の標準偏差を逐次求めて、求めた標準偏差にもとづいて、しきい値を設定するようにしてもよい。この条件では、ｎ台のユニットの出力電流の値を統計的に処理することによって、異常値を精度よく検出することができ、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出することが可能になる。
【0048】
本実施形態に係る電力変換装置１０では、ＯＶＰゲート回路４２において、出力電流値の異常検出を第１～第３の条件を少なくとも１つ、好ましくは複数適用することによって、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡事故による負荷回路への過電圧印加をより確実に防止することができる。
【0049】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態に係る電力変換装置２１０では、第１の実施形態の場合の過電圧保護回路５０に代えて、ユニット２０の下アームスイッチング素子２４Ｌを用いる。なお、過電圧保護の多重化、冗長化のために、負荷回路１の電源端の近傍の電圧を検出して、検出電圧にもとづいて動作する過電圧保護回路５０を設けるようにしてももちろんよい。
本実施形態に係る電力変換装置２１０では、第１の実施形態の場合の制御装置４０に代えて制御装置２４０を備える点で第１の実施形態の場合と相違する。本実施形態に係る電力変換装置２１０は、第１の実施形態の場合のＯＶＰゲート回路４２に代えてユニット素子故障判定回路２４２を備える点で第１の実施形態の場合と相違する。本実施形態に係る電力変換装置２１０は、他の点では、第１の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図４は、第２の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態に係る電力変換装置２１０では、第１の実施形態の場合の過電圧保護回路５０に代えて、ユニット２０の下アームスイッチング素子２４Ｌを用いる。なお、過電圧保護の多重化、冗長化のために、負荷回路１の電源端の近傍の電圧を検出して、検出電圧にもとづいて動作する過電圧保護回路５０を設けるようにしてももちろんよい。
本実施形態に係る電力変換装置２１０では、第１の実施形態の場合の制御装置４０に代えて制御装置２４０を備える点で第１の実施形態の場合と相違する。本実施形態に係る電力変換装置２１０は、第１の実施形態の場合のＯＶＰゲート回路４２に代えてユニット素子故障判定回路２４２を備える点で第１の実施形態の場合と相違する。本実施形態に係る電力変換装置２１０は、他の点では、第１の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0050】
図４に示すように、本実施形態に係る電力変換装置２１０は、ユニット２０－１～２０－ｎと、制御装置２４０と、ユニット素子故障判定回路２４２と、を備える。ユニット２０－１～２０－ｎは、負荷回路１に供給するのに必要な直流電力を供給できる台数が並列に接続される。本実施形態では、ユニットは、複数台に限らず、１台であってもよい。制御装置２４０は、負荷回路１に印加される電圧や負荷回路１に流れる電流および制御装置２４０にあらかじめ設定された条件等に応じてゲート信号ｖＧ１～ｖＧｎを生成して、ユニット２０－１～２０－ｎを制御する。
【0051】
ユニット素子故障判定回路（ユニット素子故障判定手段）２４２は、制御装置２４０および電流検出器３０－１～３０－ｎに接続されている。ユニット素子故障判定回路２４２は、電流検出器３０－１～３０－ｎから出力された出力電流ＩＯ１～ＩＯｎのデータを入力する。ユニット素子故障判定回路２４２は、制御装置２４０から各ユニット２０－１～２０－ｎのためのゲート信号ｖＧ１～ｖＧｎを入力する。
【0052】
ユニット素子故障判定回路２４２は、第１の実施形態の場合と同様に、出力電流ＩＯ１～ＩＯｎにもとづいて、ユニット２０－１～２０－ｎごとに上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出する。上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出する場合には、ユニット素子故障判定回路２４２は、第１～第３の条件の少なくとも１つを用いる。第１～第３の条件は、第１の実施形態の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。
【0053】
ユニット素子故障判定回路２４２は、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出した場合には、その上アームスイッチング素子２４Ｕを有するユニットに対するヒューズ強制断指令を制御装置２４０に出力する。
【0054】
制御装置２４０は、ヒューズ強制断指令にもとづいて、短絡故障の兆候を検出したユニットに対して、下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとするゲート信号を送信する。制御装置２４０は、短絡故障の兆候を検出したユニット以外のユニットに対して、ゲートブロック（ＧＢ）とする指令を送信する。これにより、短絡故障の兆候を検出したユニットでは、上アームヒューズ２５Ｕを溶断させて故障処理を行い、他のユニットは停止する。
【0055】
図５は、第２の実施形態に係る電力変換装置の動作を説明するための模式的なブロック図である。
本実施形態に係る電力変換装置２１０の動作について説明する。
図５に示すように、ヒューズ強制断指令を受信した制御装置２４０からゲート信号を受信したユニット２０は、下アームスイッチング素子２４Ｌをターンオンさせ、常時オンとする。電流は、入力端子２１ａを介してユニット２０に流入し、上アームヒューズ２５Ｕ、短絡故障した上アームスイッチング素子２４Ｕ、下アームスイッチング素子２４Ｌおよび下アームヒューズ２５Ｌの電流経路で流れて、入力端子２１ｂから流出する。電力変換装置１０の出力端子１４ａ、１４ｂは、チョークコイル２６、下アームスイッチング素子２４Ｌおよび下アームヒューズ２５Ｌによって、短絡されている。
本実施形態に係る電力変換装置２１０の動作について説明する。
図５に示すように、ヒューズ強制断指令を受信した制御装置２４０からゲート信号を受信したユニット２０は、下アームスイッチング素子２４Ｌをターンオンさせ、常時オンとする。電流は、入力端子２１ａを介してユニット２０に流入し、上アームヒューズ２５Ｕ、短絡故障した上アームスイッチング素子２４Ｕ、下アームスイッチング素子２４Ｌおよび下アームヒューズ２５Ｌの電流経路で流れて、入力端子２１ｂから流出する。電力変換装置１０の出力端子１４ａ、１４ｂは、チョークコイル２６、下アームスイッチング素子２４Ｌおよび下アームヒューズ２５Ｌによって、短絡されている。
【0056】
上アームヒューズ２５Ｕに流れる電流が上アームヒューズ２５Ｕの溶断条件に達することによって、上アームヒューズ２５Ｕが溶断して、ユニット２０は負荷回路１から切り離される。したがって、負荷回路１には過電圧が印加されることがなく、負荷回路１は保護される。
【0057】
本実施形態に係る電力変換装置２１０の効果について説明する。
本実施形態に係る電力変換装置２１０は、ユニット素子故障判定回路２４２を備えている。ユニット素子故障判定回路２４２は、ユニット２０－１～２０－ｎごとに出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを監視している。ユニット素子故障判定回路２４２では、第１の実施形態の場合と同様に、出力電流に関する第１～第３の条件のうち、少なくとも１つの条件を用いて、ユニット２０－１～２０－ｎごとの上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出する。したがって、過電圧保護のための電圧検出値のばらつきを考慮することなく、確実に負荷回路１の過電圧保護を行うことができる。
本実施形態に係る電力変換装置２１０は、ユニット素子故障判定回路２４２を備えている。ユニット素子故障判定回路２４２は、ユニット２０－１～２０－ｎごとに出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを監視している。ユニット素子故障判定回路２４２では、第１の実施形態の場合と同様に、出力電流に関する第１～第３の条件のうち、少なくとも１つの条件を用いて、ユニット２０－１～２０－ｎごとの上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出する。したがって、過電圧保護のための電圧検出値のばらつきを考慮することなく、確実に負荷回路１の過電圧保護を行うことができる。
【0058】
本実施形態に係る電力変換装置２１０では、ユニットを構成する下アームスイッチング素子２４Ｌを負荷回路１の電源端の短絡に利用するので、保護回路のための部品数を削減することができる。
【0059】
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態に係る電力変換装置３１０では、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候が検出されたユニットの下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとするとともに、他のユニットの下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとする。これにより、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候が検出されたユニットの上アームヒューズ２５Ｕを確実に溶断させることができる。本実施形態に係る電力変換装置３１０は、第２の実施形態の場合の制御装置２４０に代えて制御装置３４０を備える点で第２の実施形態の場合と相違する。本実施形態に係る電力変換装置３１０は、第２の実施形態の場合のユニット素子故障判定回路２４２に代えて、ユニット素子故障判定回路３４２を備える点で、第２の実施形態の場合と相違する。本実施形態に係る電力変換装置３１０は、他の点では、上述の他の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図６は、第３の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態に係る電力変換装置３１０では、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候が検出されたユニットの下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとするとともに、他のユニットの下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとする。これにより、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候が検出されたユニットの上アームヒューズ２５Ｕを確実に溶断させることができる。本実施形態に係る電力変換装置３１０は、第２の実施形態の場合の制御装置２４０に代えて制御装置３４０を備える点で第２の実施形態の場合と相違する。本実施形態に係る電力変換装置３１０は、第２の実施形態の場合のユニット素子故障判定回路２４２に代えて、ユニット素子故障判定回路３４２を備える点で、第２の実施形態の場合と相違する。本実施形態に係る電力変換装置３１０は、他の点では、上述の他の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0060】
図６に示すように、本実施形態に係る電力変換装置３１０は、ユニット２０－１～２０－ｎと、制御装置３４０と、ユニット素子故障判定回路３４２と、を備える。制御装置３４０は、ユニット２０－１～２０－ｎに接続されている。制御装置３４０は、負荷回路１の状態およびユニット２０－１～２０－ｎの状態に応じてゲート信号ｖＧ１～ｖＧｎを生成して、ユニット２０－１～２０－ｎを制御する。本実施形態では、ユニット２０－１～２０－ｎは、複数台設けられる。
【0061】
ユニット素子故障判定回路（ユニット素子故障判定手段）３４２は、ユニット２０－１～２０－ｎごとに出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを監視し、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出して、ヒューズ強制断指令を制御装置３４０に送信する。
【0062】
制御装置３４０は、すべてのユニットに対して、上アームスイッチング素子２４Ｕを常時オフとし、下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとするゲート信号を送信する。これにより、電力変換装置１０は、負荷回路１の電源端から切り離される。また、上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出されたユニットの上アームヒューズ２５Ｕに大きな電流が流れて、上アームヒューズ２５Ｕの溶断条件に達することによって、そのユニットは、電力変換装置３１０から切り離される。
【0063】
なお、上述では、故障のユニット以外の他のすべてのユニットの下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとするとしたが、これに限るものではなく、全数のユニットのうちの一部の複数台のユニットであってもよい。下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとする複数のユニットに、故障の兆候を有するユニットを含んでもよいし、含まなくてもよい。
【0064】
また、故障の兆候を検出した場合に、ユニット２０－１～２０－ｎごとにマイナーな電流制御をしているときには、制御装置３４０は、ユニット２０－１～２０－ｎに対して、電流を吸い込むように負の電流指令値を設定する。これにより、下アームスイッチング素子２４Ｌのオン期間を長く設定するようにしてもよい。
【0065】
図７は、本実施形態に係る電力変換装置の動作を説明するための模式的なブロック図である。
図７に示すように、短絡故障の兆候を有するユニット２０－１の上アームスイッチング素子２４Ｕに流れる電流は、そのユニット２０－１の下アームスイッチング素子２４Ｌに流れるとともに、他のユニット２０－２～２０－ｎの下アームスイッチング素子２４Ｌにもそれぞれ流れる。これにより、ユニット２０－１の上アームヒューズ２５Ｕに十分に大きな電流を流すことが可能になり、電流は、容易に上アームヒューズ２５Ｕの溶断条件に達して、上アームヒューズ２５Ｕを溶断することが可能になる。
図７に示すように、短絡故障の兆候を有するユニット２０－１の上アームスイッチング素子２４Ｕに流れる電流は、そのユニット２０－１の下アームスイッチング素子２４Ｌに流れるとともに、他のユニット２０－２～２０－ｎの下アームスイッチング素子２４Ｌにもそれぞれ流れる。これにより、ユニット２０－１の上アームヒューズ２５Ｕに十分に大きな電流を流すことが可能になり、電流は、容易に上アームヒューズ２５Ｕの溶断条件に達して、上アームヒューズ２５Ｕを溶断することが可能になる。
【0066】
本実施形態では、上アームヒューズ２５Ｕを溶断させた後に、他のユニット２０－２～２０－ｎを再起動して、負荷回路１に再度電力を供給することができる。ユニット素子故障判定回路３４２は、ヒューズ強制断指令を出力後も、出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを監視する。
図８は、本実施形態に係る電力変換装置３１０の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図８は、本実施形態に係る電力変換装置３１０の動作を説明するためのフローチャートの例である。
【0067】
図８に示すように、ステップＳ１において、ユニット素子故障判定回路２４２は、第１～第３の条件（図８では、条件１～３と表記）を検出したか否かを判定する。ユニット素子故障判定回路３４２は、第１～第３の条件のいずれかを検出した場合には、処理をステップＳ２に遷移させる。ユニット素子故障判定回路３４２は、第１～第３の条件のいずれも検出しない場合には待機する。
【0068】
ステップＳ２において、第１～第３の条件のいずれかを検出したユニット素子故障判定回路３４２は、制御装置３４０にヒューズ強制断指令を出力する。制御装置３４０は、ヒューズ強制断指令にもとづいて、上アームスイッチング素子２４Ｕを常時オフとし、下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとするゲート信号を各ユニット２０－１～２０－ｎに送信する。
【0069】
ステップＳ３において、ユニット素子故障判定回路３４２は、各ユニット２０－１～２０－ｎの出力電流ＩＯ１～ＩＯｎの少なくともいずれかが所定のしきい値よりも小さい値となった場合には、ユニット２０－１の上アームヒューズ２５Ｕが溶断されたものと判定し、処理をステップＳ４に遷移させる。ユニット素子故障判定回路２４２は、出力電流ＩＯ１～ＩＯｎが所定のしきい値以上の場合には、電流値の監視を継続して待機する。
【0070】
ステップＳ４において、ユニット素子故障判定回路３４２は、ヒューズ断信号を制御装置３４０に出力する。
【0071】
ステップＳ５において、制御装置３４０は、ヒューズ断信号にもとづいて、ｎ－１台の正常なユニット２０－２～２０－ｎにゲート信号ｖＧ２～ｖＧｎをそれぞれ送信する。ゲート信号ｖＧ２～ｖＧｎを受信した正常なユニットは、再度正常な動作を開始して、負荷回路１に対する電力の供給を再開する。
【0072】
なお、上述では、上アームヒューズ２５Ｕの溶断状態を各ユニットの出力電流を監視することとしたが、上アームヒューズ２５Ｕが溶断すれば、すべての出力電流が遮断されるので、少なくとも１つの出力電流を監視するようにしてももちろんよい。また、上アームヒューズ２５Ｕの溶断有無をマイクロスイッチ等により直接監視している場合には、出力電流の監視に代えて、マイクロスイッチ等の監視をするようにしてもよい。
【0073】
本実施形態に係る電力変換装置３１０の効果について説明する。
本実施形態に係る電力変換装置３１０は、上述の他の実施形態の場合と同様の効果を奏する。すなわち、電力変換装置３１０は、ユニット素子故障判定回路３４２を備えており、ユニット素子故障判定回路３４２は、ユニット２０－１～２０－ｎの出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを監視して、出力電流ＩＯ１～ＩＯｎにもとづいて、いずれかのユニットの上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出することができる。そのため、過電圧検出のための電圧検出値の精度によらずに、負荷回路１の電源端の過電圧を防止することができる。
本実施形態に係る電力変換装置３１０は、上述の他の実施形態の場合と同様の効果を奏する。すなわち、電力変換装置３１０は、ユニット素子故障判定回路３４２を備えており、ユニット素子故障判定回路３４２は、ユニット２０－１～２０－ｎの出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを監視して、出力電流ＩＯ１～ＩＯｎにもとづいて、いずれかのユニットの上アームスイッチング素子２４Ｕの短絡故障の兆候を検出することができる。そのため、過電圧検出のための電圧検出値の精度によらずに、負荷回路１の電源端の過電圧を防止することができる。
【0074】
このほか、本実施形態の電力変換装置３１０では、複数のユニットの下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとすることによって、故障の兆候を有するユニットの上アームヒューズ２５Ｕに大電流を流すことを可能にする。そのため、迅速かつ確実に故障の兆候を有するユニットの上アームヒューズ２５Ｕを溶断させることができる。
【0075】
各ユニット２０－１～２０－ｎでは、上アームスイッチング素子２４Ｕおよび下アームスイッチング素子２４Ｌそれぞれの短絡故障が他のユニットや構成要素におよばないように、上アームヒューズ２５Ｕおよび下アームヒューズ２５Ｌをそれぞれ設けている。本実施形態では、複数のユニットの下アームスイッチング素子２４Ｌを常時オンとするので、故障の兆候を有するユニットの上アームヒューズ２５Ｕを迅速かつ確実に溶断させて、故障のユニットを負荷回路１から切り離すことが可能になる。
【0076】
また、本実施形態に係る電力変換装置３１０では、ユニット素子故障判定回路３４２は、出力電流ＩＯ１～ＩＯｎを継続的に監視することによって、上アームヒューズ２５Ｕの溶断を検出することができる。ユニット素子故障判定回路３４２は、ヒューズ断完了信号を制御装置３４０に出力し、制御装置３４０は、正常なユニットにゲート信号を送信して、正常な動作を再開させることができる。そのため、電解槽等により構成される負荷回路１を含む製造プラントの操業中断期間を短縮し、その製造プラントの生産性を実質的に向上させることが可能になる。なお、第２の実施形態において、複数台のユニットを並列に接続した場合に、ユニット素子故障判定回路３４２を適用することができる。その場合には、第２の実施形態の場合においても、故障の兆候を有するユニットを負荷回路１から切り離した後に、残りの正常なユニットを再起動させて、負荷回路１への電力供給を再開することができる。
【0077】
このようにして、過電圧の印加からより確実に負荷回路を保護できる電力変換装置を実現することができる。
【0078】
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。これら新規な実施形態は、その他のさまざま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ともに、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。
【符号の説明】
【0079】
１…負荷回路、１０…電力変換装置、２０…ユニット、２０－１～２０－ｎ…ユニット、２４Ｌ…下アームスイッチング素子、２４Ｕ…上アームスイッチング素子、２５Ｌ…下アームヒューズ、２５Ｕ…上アームヒューズ、３０－１～３０－ｎ…電流検出器、４０…制御装置、４２…ＯＶＰゲート回路、５０…過電圧保護回路、２１０…電力変換装置、２４０…制御装置、２４２…ユニット素子故障判定回路、３１０…電力変換装置、３４０…制御装置、３４２…ユニット素子故障判定回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】