特開 2024-110779 電力変換装置

(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】P2024110779

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20240808BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20240808BHJP

   H03K 17/08 20060101ALI20240808BHJP

   H03K 17/10 20060101ALI20240808BHJP

   H03K 17/567 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

H02M1/00 F

H03K17/08 Z

H03K17/10

H03K17/567

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023015572

(22)【出願日】2023-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】新井 卓郎

(72)【発明者】

【氏名】松本 脩平

(72)【発明者】

【氏名】金田 大成

(72)【発明者】

【氏名】森 淳二

【テーマコード（参考）】

5H740

5J055

【Ｆターム（参考）】

5H740BA11

5H740BB01

5H740BB05

5H740BB07

5H740BB09

5H740BC01

5H740BC02

5H740HH06

5H740JA01

5H740JB01

5H740MM01

5H740MM11

5J055AX08

5J055AX12

5J055AX32

5J055AX53

5J055AX56

5J055AX65

5J055BX16

5J055DX09

5J055DX42

5J055DX72

5J055DX83

5J055EY01

5J055EY10

5J055EY12

5J055FX05

5J055FX08

5J055FX13

5J055FX32

5J055GX02

(57)【要約】

【課題】スイッチング素子の端子間電圧にサージ電圧が含まれる場合にも、スイッチング素子が破壊されることを抑制可能である電力変換装置、駆動装置、及び駆動方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る電力変換装置は、スイッチング素子で構成される複数のアームが直列に接続された電力変換装置あって、スイッチング素子を駆動する駆動装置を備える。駆動装置は、ゲートアンプと、検知回路と、電流アンプと、を有する。ゲートアンプは、ゲート信号に応じて、スイッチング素子の抵抗状態を制御する。検知回路は、スイッチング素子の端子間電圧を検知する。電流アンプは、端子間電圧に基づいて、スイッチング素子のゲート端子に第１電流を供給する。電流アンプは、端子間電圧予め設定された電圧に達したときに、スイッチング素子のゲート端子に流れる電流がゼロに近づくように、ゲート端子に電流を供給する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング素子で構成される複数のアームが直列に接続された電力変換装置あって、
前記スイッチング素子を駆動する駆動装置を備え、
前記駆動装置は、
ゲート信号に応じて、前記スイッチング素子のゲート端子に直流電圧を印加して、前記スイッチング素子の抵抗状態を制御するゲートアンプと、
前記スイッチング素子の端子間電圧を検知する検知回路と、
前記端子間電圧に基づいて、前記ゲート端子に第１電流を供給する電流アンプと、
を有し、
前記電流アンプは、前記端子間電圧が予め設定された電圧に達したときに、前記ゲート端子に流れる電流がゼロに近づくように、前記第１電流を供給する、電力変換装置。

【請求項2】

前記電流アンプは、前記端子間電圧と予め設定された動作開始電圧との差分に比例する電流を前記ゲート端子に供給する、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記電流アンプは、ゲート抵抗に反比例した電流を前記ゲート端子に供給することで、前記ゲート端子に流れる電流をゼロに近づける、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記電流アンプは、ゲート端子電圧と負側ゲート駆動電圧源との和に比例する電流を前記ゲート端子に供給することで、前記ゲート端子に流れる電流をゼロに近づける、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記電流アンプは、ゲート電圧の変化に比例した電流を流すことで、前記ゲート端子に流れる電流をゼロに近づける、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記端子間電圧は、前記スイッチング素子の前記スイッチング素子のコレクタ－エミッタ間電圧である、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記電流アンプは前記検知回路の出力が予め設定されたクランプ電圧に達したときに、前記ゲート端子に流れる第２電流がゼロに近づくように、前記端子間電圧と前記第１電流との関係が設定される、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記ゲートアンプは、前記ゲート信号に応じて、正側ゲート駆動電圧源の正電位と負側ゲート電圧源の負電位を出力する、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記スイッチング素子のゲート端子と前記正側ゲート駆動電圧源の正電極との間に、電位をクランプするクランプ回路を更に備え、
前記電流アンプに電圧を供給する電流アンプ用電源は前記正側ゲート駆動電圧源の正電位より高い電位である、請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記ゲートアンプと、前記検知回路と、前記電流アンプと、を内包する導電性のケースを更に備え、
前記導電性のケースは前記スイッチング素子のエミッタ端子と同電位である、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項11】

前記スイッチング素子の短絡を検知する短絡検知回路を更に備え。
前記検知回路は、コンデンサと抵抗を並列接続した回路を直列に接続して構成され、第１の直列接続点に前記電流アンプが接続され、第２の直列接続点に前記短絡検知回路が接続される、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項12】

前記電流アンプは、継続したオフ信号が入力されたときに、前記第１電流を停止する、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項13】

前記スイッチング素子のそれぞれのオン、オフを制御する制御装置と、
前記アームに直流電圧を供給する直流コンデンサと、
を更に備え、
前記制御装置は、前記直流コンデンサの電圧が予め設定された過電圧値を超えた場合、又は交流出力端子に対応する前記アームの接続点の電流が予め設定された過電流値を超えた場合に、前記スイッチング素子それぞれをオフする遮断信号を出力する、請求項７に記載の電力変換装置。

【請求項14】

前記クランプ電圧は、前記スイッチング素子の耐圧より小さく、前記遮断信号により前記スイッチング素子が遮断された際のサージ電圧より大きい値に設定される、請求項１３に記載の電力変換装置。

【請求項15】

前記端子間電圧が、前記動作開始電圧と、予め設定されたクランプ電圧との間の第３の閾値より大きい場合に、クランプ動作信号を生成して、外部装置に出力する比較回路を更に備える、請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項16】

スイッチング素子で構成されるアームが２つ以上直列に接続された電力変換装置の駆動装置であって、
ゲート信号に応じて、前記スイッチング素子のゲート端子に直流電圧を印加して、前記スイッチング素子の抵抗状態を制御するゲートアンプと、
前記スイッチング素子の端子間電圧を検知する検知回路と、
前記端子間電圧に基づいて、前記スイッチング素子のゲート端子に第１電流を供給する電流アンプと、
を備え、
前記電流アンプは、前記端子間電圧が予め設定された電圧に達したときに、スイッチング素子のゲート端子に流れる電流がゼロに近づくように、前記ゲート端子に電流を供給する、駆動装置。

【請求項17】

スイッチング素子で構成されるアームが２つ以上直列に接続された電力変換装置の駆動方法であって、
ゲート信号に応じて、前記スイッチング素子のゲート端子に直流電圧を印加して、前記スイッチング素子の抵抗状態を制御する第１制御工程と、
前記スイッチング素子の端子間電圧を検知する検知工程と、
前記端子間電圧に基づいて、前記スイッチング素子のゲート端子に第１電流を供給する第２制御工程と、を備え、
前記第２制御工程では、前記端子間電圧が予め設定された電圧に達したときに、前記スイッチング素子のゲート端子に流れる電流がゼロに近づくように、前記ゲート端子に電流を供給する、駆動方法。

【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、駆動装置、及び駆動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電力変換装置の応用先拡大に伴い、電力変換装置のさらなる高電圧・大容量化が求められている。しかし、絶縁ゲート型バイポーラトランジスター（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及び絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに代表されるスイッチング素子の耐圧には実用上の限界がある。このため、さらなる高電圧化のために、スイッチング素子を複数直列化して高電圧化を実現している。

【0003】

このようなＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴは、オン・オフ状態を自己継続しないノンラッチ型のスイッチング素子であり、サイリスタなど、ラッチング型のスイッチング素子に比べて、高いゲート制御特性を有する。例えばスイッチング素子のコレクタ、エミッタ端子間に端子間電圧が印加されている状態で、スイッチング素子のゲート端子にゲート電圧を印加したとき、スイッチング素子をオンさせ、ゲート端子に印加していたゲート電圧を解除するだけで、スイッチング素子をオフすることが可能となる。

【0004】

また、このようなＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴは、スイッチング素子をターンオン、ターンオフする際のスイッチング過渡期において、ゲート電圧などを制御することにより、電力スイッチング素子から出力される電流、電圧などの特性を制御可能であることが知られている。このような制御方法として、スイッチング過渡期にある電力スイッチング素子などの出力電圧、出力電流をゲートにフィードバックして、スイッチング素子を制御する所謂アクティブゲート駆動技術が用いられる。また、このアクティブゲート駆動技術は、スイッチング素子を多直列とした変換器において、短絡事故が生じた際にも用いられる。この場合、スイッチング素子に印可されるコレクターエミッタ端子間電圧（以下コレクタ電圧と呼ぶ）を短絡事故中でもバランスさせるために、アクティブゲート駆動技術によりゲート端子に電流を供給し、スイッチング素子の飽和電流値を制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３９３２８４１号公報

【特許文献2】特許第４９０１０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、コレクタ電圧を直接的に制御しているわけではないため、ゲート端子に供給する電流量が少ないと、電流を遮断する際のサージ電圧によって素子の耐圧を超えて破壊されてしまう恐れがある。一方で、電流量が多いと、短絡事故ではない通常のスイッチング時でも、アクティブゲートが動作してしまい、損失を大幅に増加させる恐れがある。

【0007】

そこで、本実施形態では、スイッチング素子の端子間電圧にサージ電圧が含まれる場合にも、スイッチング素子が破壊されることを抑制可能である電力変換装置、駆動装置、及び駆動方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本実施形態に係る電力変換装置は、スイッチング素子で構成される複数のアームが直列に接続された電力変換装置あって、スイッチング素子を駆動する駆動装置を備える。駆動装置は、ゲートアンプと、検知回路と、電流アンプと、を有する。ゲートアンプは、ゲート信号に応じて、スイッチング素子のゲート端子に直流電圧を印加して、スイッチング素子の抵抗状態を制御する。検知回路は、スイッチング素子の端子間電圧を検知する。電流アンプは、端子間電圧に基づいて、スイッチング素子のゲート端子に第１電流を供給する。電流アンプは、端子間電圧予め設定された電圧に達したときに、スイッチング素子のゲート端子に流れる電流がゼロに近づくように、ゲート端子に電流を供給する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る電力変換装置の主要部を示す図。

【図2】第１実施形態に係るゲート駆動装置の構成例を示すブロック図。

【図3】電流アンプのゲイン特性例を示す図。

【図4】ゲート駆動装置のクランプ動作例を示す図。

【図5】第２実施形態に係るゲート駆動装置の構成を示すブロック図。

【図6】第２実施形態に係るゲート駆動装置の構成を示すブロック図。

【図7】ターンオン中に短絡検出された例を示すタイムチャート。

【効果】

【0010】

端子間電圧にサージ電圧が含まれる場合にも、スイッチング素子が破壊されることを抑制可能とする。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置、駆動装置、及び駆動方法ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

【0012】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る電力変換装置の主要部を示す図である。図１に示す様に、電力変換装置１は、制御装置２と、正側の第１アームＡ１０と、負側の第２アームＡ２０と、直流コンデンサＣ１０と、複数のゲート駆動装置５とを、備える。電力変換装置１は、例えば２直列接続された第１アームＡ１０と第２アームＡ２０とが３並列され、それぞれ直流電圧源である直流コンデンサＣ１０に接続される。図１では、接続点が交流系統のＵ端子に接続される第１アームＡ１０と第２アームＡ２０とを図示している。なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とも同一の構成であるため、Ｖ端子、Ｗ端子それぞれに接続される第１アームＡ１０と第２アームＡ２０との図示を省略している。

【0013】

第１アームＡ１０には複数のスイッチング素子Ｓ２２が直列に接続され、第２アームＡ２０には複数のスイッチング素子Ｓ２２が直列に接続される。なお、本実施形態に係るスイッチング素子Ｓ２２の直列数は、４であるが、これに限定されない。各スイッチング素子Ｓ２２には、ダイオードＤ２４が逆並列に接続される。スイッチング素子Ｓ２２は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスター（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。ダイオードＤ２４は、例えば逆並列ダイオードである。

【0014】

絶縁ゲート型バイポーラトランジスターは、例えば入力部がＭＯＳ、出力部がバイポーラー構造となっており、バイポーラーモードで動作するパワートランジスターの一種である。なお、本実ではＩＧＢＴを例に説明するが、これに限定されない。例えば、スイッチング素子Ｓ２２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及び電荷注入促進型絶縁ゲートトランジスタ（ＩＥＧＴ： Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｇａｔｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などで構成してもよい。また、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ： Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として、絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ： Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることが可能である。

【0015】

制御装置２は、ゲート駆動装置５を制御する。この制御装置２は、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により制御されたパルス信号をゲート信号として発生し、ゲート駆動装置５に出力する。なお、制御装置２による電力変換装置１の駆動制御は、ＰＷＭ制御などの一般的な制御方法を用いることが可能であり、詳細を省略する。また、電力変換装置１には、例えばＮＰＣ（Ｎｅｕｔｒａｌ－Ｐｏｉｎｔ Ｃｌａｍｐ）インバータ、或いは、ＮＰＣ（Ｎｅｕｔｒａｌ－Ｐｏｉｎｔ Ｃｌａｍｐ）コンバータを用いることも可能である。

【0016】

また、制御装置２は、直流コンデンサＣ１０の電圧値と、Ｕ端子、Ｖ端子及びＷ端子それぞれの電流値を、不図示の電圧測定器と、電流測定器とから取得している。この制御装置２は、直流コンデンサＣ１０の電圧値が予め設定された過電圧を超えた場合、又は、交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子及びＷ端子の電流が予め設定された過電流を超えた場合に、各スイッチング素子Ｓ２２に遮断信号を出力し、オフすることが可能である。これにより、各スイッチング素子Ｓ２２を過電圧、又は過電流から保護することが可能である。

【0017】

ここで、ゲート駆動装置５の詳細を説明する。図２は、第１実施形態に係るゲート駆動装置５の構成例を示すブロック図である。図２に示すようにゲート駆動装置５は、スイッチング素子Ｓ２２のゲート電流を駆動制御することにより、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ電圧をクランプ可能である装置である。より具体的には、このゲート駆動装置５は、ゲートアンプ１０と、正側ゲート駆動電圧源１２と、負側ゲート駆動電圧源１４と、ゲート抵抗１６と、検知回路（Ｖｃｅ検知回路）１８と、電流アンプ２０と、を備える。なお、本実施形態に係るゲート駆動装置５が駆動装置に対応する。

【0018】

ゲートアンプ１０は、入力端子が端子ｔ１０に接続され、出力端子がゲート抵抗１６に接続される。ゲートアンプ１０には、正側ゲート駆動電圧源１２と、負側ゲート駆動電圧源１４と、が接続される。この正側ゲート駆動電圧源１２は、ノードｎ２に負電位側が接続され、ゲートアンプ１０に正電位側が接続される。負側ゲート駆動電圧源１４は、ノードｎ２に正電位側が接続され、ゲートアンプ１０に負電位側が接続される。このような構成により、ゲートアンプ１０は、端子ｔ１０を介して制御装置２（図１参照）から送信されるゲート信号に応じて、正側ゲート駆動電圧源１２の正電圧、又は負側ゲート駆動電圧源１４の負電圧をパルス信号としてゲート抵抗１６に出力する。ゲートアンプ１０は、例えば、制御装置２のＰＷＭ制御により制御されたパルス信号を発生する。

【0019】

ゲート抵抗１６は、ノードｎ６を介して、端子ｔ１４に接続される。端子ｔ１４には、スイッチング素子Ｓ２２のゲート端子Ｇが接続される。

【0020】

このゲートアンプ１０は、制御装置２のゲート信号に応じて、ゲート抵抗１６を介して、スイッチング素子Ｓ２２のゲート端子Ｇへの電圧印加状態を制御する。これにより、ゲートアンプ１０は、スイッチング素子Ｓ２２のオン／オフを制御することが可能である。例えば、ゲートアンプ１０がハイレベル信号を出力する場合（ターンオン中）には、スイッチング素子Ｓ２２のゲート容量、及びミラー容量が充電され、オンとなる。

【0021】

一方で、ゲートアンプ１０がロウレベル信号を出力する場合（ターンオフ中）にはゲート容量、及びミラー容量が放電され、オフとなる。このように、スイッチング素子Ｓ２２は、ゲート端子Ｇの電圧、つまりゲート端子Ｇのゲート容量、及びミラー容量に存在する電荷量によって、オン状態・過渡状態・オフ状態を切り替えることが可能となる。換言すると、ＩＧＢＴやＩＥＧＴなどのゲート端子Ｇが絶縁されているスイッチング素子Ｓ２２は、ゲート端子Ｇの電圧、つまりゲート端子Ｇに存在する電荷量によって、オン状態・過渡状態・オフ状態を切り替えることが可能となる。なお、本実施形態では、オン状態、過渡状態、オフ状態を含むスイッチング素子Ｓ２２の状態を、抵抗状態と称する場合がある。すなわち、抵抗状態が変わると、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ端子Ｃと、エミッタ端子Ｅとの間の抵抗値が変わるものである。このように、このゲートアンプ１０は、ゲート信号に応じて、スイッチング素子Ｓ２２の抵抗状態を制御する。

【0022】

スイッチング素子Ｓ２２では、ゲート端子Ｇに流出入する電流を多くすると、ゲート端子の電圧を急峻に変化でき、過渡状態を短くすることが可能となる。この場合、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ端子Ｃに流れるコレクタ電流Ｉｃを急激に変化させることになるため、電力変換装置１内の寄生インダクタンスによってサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、コレクタ電圧Ｖｃｅに含まれる。

【0023】

オン状態・過渡状態・オフ状態（抵抗状態）を切り替える場合に、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ端子Ｃに流れるコレクタ電流Ｉｃの電流変化率をｄＩｃ／ｄｔ、寄生インダクタンスをＬｓ、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ端子Ｃ、エミッタ端子Ｅ間に直流電源が印可する電圧を直流電圧Ｖｄｃとすると、サージ電圧が含まれたコレクタ電圧Ｖｃｅは、（１）式となる。なお、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ端子Ｃ、エミッタ端子Ｅ間の電圧をコレクタ電圧Ｖｃｅと称する。

【数1】

（１）式で示すように、コレクタ電圧Ｖｃｅは、過渡的に直流電圧Ｖｄｃを超える。このため、スイッチング素子Ｓ２２のスイッチング動作が急峻にならないように、ゲート抵抗１６によってゲート端子Ｇに流れる電流を限流する。なお、ターンオンとターンオフでは、制御特性が変わるため、ゲート抵抗１６を変える構成としてもよい。また、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ２２の導通状態をオンと称し、スイッチング素子Ｓ２２の非導通状態をオフと称する。また、スイッチング素子Ｓ２２の非導通状態を遮断状態と称する場合がある。また、本実施形態に係るコレクタ電圧Ｖｃｅが端子間電圧に対応する。

【0024】

検知回路１８は、一端がノードｎ４を介して端子ｔ１６に接続される。端子ｔ１６には、スイッチング素子Ｓ２２のエミッタ端子Ｅが接続される。この検知回路１８は、他端が端子ｔ１２に接続される。端子ｔ１２には、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ端子Ｃが接続される。このような接続により、検知回路１８は、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間のコレクタ電圧Ｖｃｅを検知する。なお、検知回路１８は、一般的な電圧検知回路を用いることが可能である。また、本実施形態に係る検知回路１８は、電圧を検知するが、これに限定されない。例えば、検知回路１８は、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタＣに流れるコレクタ電流Ｉｃを検知してもよい。或いは、検知回路１８は、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタＣに流れるコレクタ電流Ｉｃと、コレクタ電圧Ｖｃｅとの双方を検知してもよい。

【0025】

電流アンプ２０は、ノードｎ６に接続され、アンプ用電源ＶＤＤの電圧が供給される。電流アンプ２０は、検知回路１８が検知したコレクタ電圧Ｖｃｅ、及びコレクタ電流Ｉｃのうちの少なくともコレクタ電圧Ｖｃｅに応じた電流アンプ電流Ｉ１４をノードｎ６、及び端子ｔ１４を介して、スイッチング素子Ｓ２２のゲート端子Ｇに供給する。電流アンプ電流Ｉ１４は、矢印の向きを正方向とする。また、図１には、ゲートアンプ電流Ｉ１２、及びゲート端子電流Ｉ１６が更に図示されている。ゲートアンプ電流Ｉ１２、及びゲート端子電流Ｉ１６は、矢印の向きを正方向とする。なお、本実施形態に係る電流アンプ電流Ｉ１４が第１電流に対応し、ゲート端子電流Ｉ１６が第２電流に対応し、ゲートアンプ電流Ｉ１２が第３電流に対応する。

【0026】

このように、本実施形態に係る電流アンプ２０は、ゲート信号に応じたゲートアンプ１０による制御とは独立に、ゲート端子電流Ｉ１６を制御可能である。なお、電流アンプ２０は、ゲート端子Ｇに直接的に接続される。このため、故障時の保護のために、電流アンプ２０とゲート端子Ｇの間に微小な抵抗を挿入してもよい。この場合、ゲート抵抗１６より小さな抵抗値に構成される。

【0027】

［電流アンプのゲイン特性例］
図３は、電流アンプ２０のゲイン特性例を示す図である。縦軸は電流を示し、横軸はコレクタ電圧Ｖｃｅを示す。なお、本実施形態では、コレクタ電圧Ｖｃｅと、電流アンプ電流Ｉ１４との関係を電流アンプ２０のゲイン特性と称する。

【0028】

ここで、電流アンプ２０のゲイン特性について説明する。コレクタ電圧Ｖｃｅは、短絡時においても、オン状態・過渡状態・オフ状態（抵抗状態）を切り替えるスイッチング時においても、スイッチング素子Ｓ２２の耐圧以下に収める必要がある。例えば、ターンオフの際にはサージ電圧によってコレクタ電圧Ｖｃｅが上昇する。コレクタ電圧Ｖｃｅを予め定められたクランプ電圧Ｖｃｌｐ以下に抑制するためには、スイッチング素子Ｓ２２のインピーダンスを下げる必要がある。つまり、電流アンプ２０が電流アンプ電流Ｉ１４をゲート端子Ｇに供給（注入）し、ゲート端子Ｇの電圧を上昇させる必要がある。

【0029】

このとき、電流アンプ電流Ｉ１４をゲート端子Ｇに必要以上に注入してしまうと、インピーダンスが下がりすぎて、必要以上にコレクタ電圧Ｖｃｅが下がり、損失が大幅に増大する恐れがある。最悪の場合、ターンオフができなくなってしまう恐れがある。また、電流アンプ電流Ｉ１４が小さいとコレクタ電圧Ｖｃｅの上昇が止められず、スイッチング素子Ｓ２２の破壊に至る。そこで、本実施形態では、電流アンプ２０が出力する電流アンプ電流Ｉ１４は、コレクタ電圧Ｖｃｅが予め設定したクランプ電圧Ｖｃｌｐになった際に、ゲート端子電流Ｉ１６が略ゼロとなるようなゲインに設定される。つまり、電流アンプ２０は、コレクタ電圧Ｖｃｅが予め設定されたクランプ電圧Ｖｃｌｐに達したときに、スイッチング素子Ｓ２２のゲート端子Ｇに流れるゲート端子電流Ｉ１６がゼロに近づくように、ゲート端子Ｇに電流アンプ電流Ｉ１４を供給する。

【0030】

ここで、ゲート端子電流Ｉ１６を略ゼロにする（ゼロに近づける）ことについて補足する。コレクタ電流ｉｃとゲート電圧ｖｇｅ、ゲート端子電流ｉｇとゲート電圧ｖｇｅとの間には、以下に示す関係式が成り立つ。

【数2】

【数3】

ただし、ＡｑとＢｑは素子固有の定数、Ｃｇはゲート容量である。（３）式に（２）式を代入すると、

【数4】

が得られる。さらに、（１）式をｄｉｃ／ｄｔについて整理して、（４）式に代入すると、

【数5】

（５）式となる。つまり、コレクタ電圧ＶｃｅをクランプしてＶｄｃに近づけるには、ｉｇをゼロに近づけることに他ならない。したがって、ゲート端子Ｇに流れるゲート端子電流Ｉ１６を略ゼロにすることで、所望のクランプ電圧に制御できる。また、（５）式からは、Ｃｇ、Ｂｑ、ｉｃなどによってゲート電流ｉｇを多少流す必要があることも示しており、本実施形態における略ゼロとは、このことを示している。

【0031】

例えば、電流アンプ２０は、ゲート抵抗１６に反比例したゲートアンプ電流Ｉ１２をゲート端子Ｇに供給することで、ゲート端子Ｇに流れる電流をゼロに近づけることが可能である。より具体的には、電流アンプ２０は、ゲート端子Ｇの電圧と負側ゲート駆動電圧源１４の電圧との和に比例するゲートアンプ電流Ｉ１２をゲート端子Ｇに供給することで、ゲート端子Ｇに流れる電流をゼロに近づけることが可能である。また、電流アンプ２０は、ゲート端子Ｇの電圧の変化に比例したゲートアンプ電流Ｉ１２を流すことで、ゲート端子Ｇに流れる電流をゼロに近づけることが可能である。

【0032】

コレクタ電圧Ｖｃｅを一定値であるクランプ電圧Ｖｃｌｐにクランプするには、（１）式で示すｄＩｃ／ｄｔを一定の値に制御する必要がある。ｄＩｃ／ｄｔを一定の値に制御する場合、予め設定されたクランプ電圧Ｖｃｌｐに達した際に、ゲート端子Ｇに流れるゲート端子電流Ｉ１６を略ゼロにすることで、つまりゲート端子Ｇの電圧を固定にする。これにより、ｄＩｃ／ｄｔを一定に保つことができる。したがって、検出回路１８の出力が予め設定されたクランプ電圧Ｖｃｌｐに達したときに、電流アンプ２０がゲート端子Ｇに流れる電流を略ゼロとなるようなゲインを有していれば、コレクタ電圧Ｖｃｅを所望のクランプ電圧Ｖｃｌｐに制御できる。

【0033】

より具体的には、電流アンプ２０は、図３に示すゲイン特性を有する。図３に示すように、電流アンプ電流Ｉ１４は、コレクタ電圧Ｖｃｅが、動作開始電圧Ｖｓを越えると、増加を開始する。例えば、電流アンプ電流Ｉ１４は、動作開始電圧Ｖｓとクランプ電圧Ｖｃｌｐとの差分に比例して増加するゲイン特性を有する。

【0034】

スイッチング素子Ｓ２２の過渡状態におけるゲート端子Ｇの電圧は、スイッチング素子Ｓ２２のスレッショルド電圧Ｖｔｈ付近である。このため、スイッチング素子Ｓ２２のターンオフ中にゲートアンプ１０へ流入するゲートアンプ電流Ｉ１２は、（６）式で示される。ここで、電圧Ｖｎは負側ゲート駆動電圧源１４の駆動電圧であり、抵抗値Ｒｇはゲート抵抗１６の抵抗値である。

【数6】

【0035】

すなわち、コレクタ電圧Ｖｃｅがクランプ電圧Ｖｃｌｐに達した際の電流アンプ２０の電流アンプ電流Ｉ１４は、（７）式で示される電流Ｉａｇとなる。このように、コレクタ電圧Ｖｃｅとクランプ電圧Ｖｃｌｐとが等しい時の電流アンプ電流Ｉ１４は、ターンオフ中のゲートアンプ電流Ｉ１２の絶対値と同じ大きさの注入電流Ｉａｇとなる。

【数7】

【0036】

このゲイン特性は一例であり、２次関数や指数関数などでゲイン特性を構成しても良い。ただし、２次関数や指数関数を利用したり、動作開始値を上げたりすることで、ゲイン特性の傾きを増加させることも可能である。しかしながら、電流アンプ２０の持つ遅延によって安定性が損なわれる恐れがあるので、クランプ電圧Ｖｃｌｐと動作開始電圧Ｖｓとの差分に比例する特性が望ましいと考えられる。なお、クランプ電圧Ｖｃｌｐは、スイッチング素子Ｓ２２の耐圧より小さく、スイッチング素子Ｓ２２が遮断信号により遮断された際のサージ電圧より大きい値に設定される。

【0037】

［ゲート駆動装置５のクランプ動作例］
図４は、ゲート駆動装置５のクランプ動作例を示す図である。図４は、図３のゲイン特性に従い、本実施形態に係るクランプ動作をシミュレーションした結果例である。

【0038】

図４（ａ）は、検知回路１８が検知したコレクタ電圧Ｖｃｅを示す図である。縦軸がコレクタ電圧Ｖｃｅを示し、横軸が時間を示す。

【0039】

図４（ｂ）は、ゲートアンプ電流Ｉ１２、電流アンプ電流Ｉ１４、及びゲート端子電流Ｉ１６の時間変化例を示す図である。縦軸が電流Ｉ１２、Ｉ１４、Ｉ１６を示し、横軸が時間を示す。

【0040】

図４（ｂ）に示すように、ゲートアンプ１０がターンオフ動作中には、スイッチング素子Ｓ２２のゲート容量、及びミラー容量が放電を開始する。これにより、ゲートアンプ電流Ｉ１２は、正側に流れ、スイッチング素子Ｓ２２のゲート容量、及びミラー容量内の電荷が減少する。このとき、図４（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｓ２２の抵抗が大きくなり、スイッチング素子Ｓ２２を流れるコレクタ電流Ｉｃｅを制限するので、スイッチング素子Ｓ２２のコレクタ電圧Ｖｃｅが上昇する。

【0041】

そして、時刻Ｔｉ１０で、動作開始電圧Ｖｓを越える。コレクタ電圧Ｖｃｅが動作開始電圧Ｖｓを上側に越えるタイミングＴｉ１０で、電流アンプ２０は、図３のゲイン特性に従い、電流アンプ電流Ｉ１４をスイッチング素子Ｓ２２のゲート端子Ｇに供給を開始する。すなわち、電流アンプ２０は、コレクタ電圧Ｖｃｅに応じて、コレクタ電圧Ｖｃｅがクランプ電圧Ｖｃｌｐとなるように、電流アンプ電流Ｉ１４の供給量を制御する。また、電流アンプ２０は、コレクタ電圧Ｖｃｅが動作開始電圧Ｖｓを下側にタイミングＴｉ１２で、電流アンプ電流Ｉ１４の供給を停止する。

【0042】

このように、電流アンプ２０は、電流アンプ電流Ｉ１４を、短絡時においてもスイッチング時においても、コレクタ電圧Ｖｃｅがスイッチング素子Ｓ２２の耐圧以下に収めるように制御する。例えば、ターンオフの際にはサージ電圧によってコレクタ電圧Ｖｃｅが上昇する。電流アンプ２０は、コレクタ電圧Ｖｃｅをクランプ電圧Ｖｃｌｐ以下に抑制するために、電流アンプ電流Ｉ１４により、スイッチング素子Ｓ２２のインピーダンスを下げる制御を行うことが可能である。すなわち、電流アンプ２０は、ゲートアンプ電流Ｉ１２を補償し、ゲート端子電流Ｉ１６を略ゼロにするように、電流アンプ電流Ｉ１４の供給量を制御する。こように、電流アンプ２０が電流アンプ電流Ｉ１４をゲート端子Ｇに注入し、ゲート端子Ｇの電圧を上昇させる。換言すると、ゲート信号に応じたゲートアンプ１０によるゲート端子Ｇの電圧低下を、電流アンプ２０が電流アンプ電流Ｉ１４をゲート端子Ｇに注入し抑制する。このとき、ゲート端子電流Ｉ１６が略ゼロであるので、上述のように、ゲート端子Ｇの電圧を固定にする。これにより、ｄＩｃ／ｄｔを一定に保つことができる。

【0043】

以上説明したように、電流アンプ２０は、コレクタ電圧Ｖｃｅに応じて、コレクタ電圧Ｖｃｅがクランプ電圧Ｖｃｌｐとなるように、電流アンプ電流Ｉ１４の供給量を制御することとした。これにより、コレクタ電圧Ｖｃｅにサージ電圧が含まれる場合にも、スイッチング素子Ｓ２２の耐圧以下に抑制可能となる。また、電流アンプ２０が供給する電流アンプ電流Ｉ１４の供給量は、コレクタ電圧Ｖｃｅがクランプ電圧Ｖｃｌｐに達する際に、ゲート端子Ｇに流れるゲート端子電流Ｉ１６を略ゼロにするように設定される。これにより、コレクト電流ＩＣの時間変化量ｄＩｃ／ｄｔを一定に保つように制御可能となり、コレクタ電圧Ｖｃｅをクランプ電圧Ｖｃｌｐにより安定して制御可能となる。このように、スイッチング素子Ｓ２２の端子間電圧であるコレクタ電圧Ｖｃｅにサージ電圧が含まれる場合にも、スイッチング素子Ｓ２２が破壊されることが抑制される。

【0044】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る電力変換装置１は、梯子回路を用いた短絡検知と、コレクタ電圧Ｖｃｅの検知が可能である点で、第１実施形態に係る電力変換装置１と相違する。以下では、第１実施形態に係る電力変換装置１と相違する点を説明する。

【0045】

図５は、第２実施形態に係るゲート駆動装置５ａの構成を示すブロック図である。図５に示すようにゲート駆動装置５ａは、検知回路１８ａと、短絡検知回路２２とを、有する点で第１実施形態に係るゲート駆動装置５と相違する。

【0046】

検知回路１８ａは、例えば梯子回路であり、検知コンデンサＣ１と検知抵抗Ｒ１を並列接続した回路を直列に接続して構成される。第１接続点ｎ１０に電流アンプ２０が接続され、第２接続点ｎ２０に短絡検知回路２２が接続される。検知回路１８ａは、検知コンデンサＣ１することで、スイッチングの過渡状態の時間（マイクロ秒）の電圧を正確に測定することができる。

【0047】

短絡検知回路２２は、接続点ｎ２０と、ノードｎ４との間の電圧Ｖ２を検知する。この電圧Ｖ２は、分圧されている。例えば電圧Ｖ２の値はコレクタ電圧Ｖｃｅの数百分の１とすることが可能である。短絡検知回路２２は、電圧Ｖ２が所定値を越える場合に、短絡が発生したことを示す検知信号を、端子ｔ１８を介して、制御装置２（図１参照）に出力する。制御装置２は、検知信号が入力されると、遮断信号を出力する。このように、制御装置２は、検知信号が入力されると、対応するスイッチング素子Ｓ２２（図１参照）を遮断する制御を行う。なお、短絡検知回路２２の検知した電圧Ｖ２を電流アンプ２０に供給することも可能である。

【0048】

電流アンプ２０は、第１接続点ｎ１０と、ノードｎ４との間の電圧Ｖ３を検知する。電流アンプ２０は、電圧Ｖ３に応じて、第１実施形態と同様の制御を行うことが可能である。このように、検知回路１８ａは、第１接続点ｎ１０と第２接続点ｎ２０を設け、それぞれ電流アンプ２０と短絡検知回路２２とに接続することで、検知回路１８ａの省略化を行うことができる。

【0049】

電力変換装置１の第１アームＡ１０、及び第２アームＡ２０（図１参照）のうち、一方で故障が発生した場合、他方の健全素子がターンオンすると、直流コンデンサＣ１０が短絡され大電流が流れてしまう。このため、他方の健全素子は短絡に伴う大電流を遮断する必要がある。上述のように、制御装置２は、検知信号が入力されると、例えば、対応するスイッチング素子Ｓ２２を遮断する制御を行う。この際に、ターンオンしているため、ゲート端子Ｇの電圧は正側ゲート駆動電圧源の電圧に近く、比較的高い状態となっている。このため、本実施形態に係る電流アンプ２０のアンプ電源ＶＤＤａの電位は、正側ゲート駆動電圧源１２の電位より高い値に設定される。これにより、電流アンプ２０は、必要な電流アンプゲインを確保することが可能となる。

【0050】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る電力変換装置１は、オフ継続回路２４、クランプ回路２６、及び比較回路２８を更に備え、ゲート駆動装置５ｂを導電性のケース３０で構成する点で、第２実施形態に係る電力変換装置１と相違する。以下では、第２実施形態に係る電力変換装置１と相違する点を説明する。

【0051】

図６は、第３実施形態に係るゲート駆動装置５ｂの構成を示すブロック図である。図６に示すようにゲート駆動装置５ｂは、オフ継続回路２４、クランプ回路２６、及び比較回路２８を更に備え、ゲート駆動装置５ｂを導電性のケース３０内に構成する点で第２実施形態に係るゲート駆動装置５ａと相違する。

【0052】

オフ継続回路２４は、制御装置２のゲート信号において、一定時間以上オフ状態が継続したら、電流アンプ２０からゲート端子Ｇへの電流アンプ電流Ｉ１４の供給を停止させる。すなわち、電流アンプ２０は、ゲート信号において、一定時間以上オフ状態が継続した場合に、電流アンプ２０のゲインをゼロにオフ継続回路２４により制御される。

【0053】

ゲートブロック（すべてのスイッチング素子をオフ状態にすること）などのオフ状態が継続する際に、何らかの原因によって直流コンデンサが過充電され、コレクタ電圧が上昇することがある。このとき、動作開始電圧Ｖｓ（図３参照）以上となると、電流アンプ２０が誤動作してしまう。或いは、電流アンプ２０から負側ゲート電圧源１４へと電流が継続的に流れるため、回路の破壊につながってしまう。これに対して本実施形態に係るオフ継続回路２４は、一定時間以上オフ状態が継続したら、電流アンプ２０からゲート端子へ電流を注入しないように電流アンプ２０のゲインをゼロに制御する。これにより、電流アンプ２０の誤動作などを抑制できる。なお、電流アンプ２０とノードｎ６との間に接続スイッチを構成し、接続スイッチを制御することにより、電流アンプ２０をノードｎ６から電気的に切り離してもよい。また、オフ継続回路２４は、ゲート信号とは別に、後述のクランプ動作信号に応じて、電流アンプ２０のゲインをゼロに制御することも可能である。或いはオフ継続回路２４は、ゲートブロックなどオフ状態の継続を知らせる信号を直接受信し、電流アンプ２０を制御してもよい。

【0054】

クランプ回路２６は、例えばダイオードであり、ゲート端子Ｇと正側ゲート駆動電圧源１２の正電極との間に接続される。このクランプ回路２６は、ゲート端子Ｇの電位を正側ゲート駆動電圧源１２の電位にクランプする。上述のように、電流アンプ２０のアンプ電源ＶＤＤの電位を正側ゲート駆動電圧源１２の電位より高い値に設定すると、ゲート端子Ｇの電圧がゲート駆動電圧源で想定された値より高くなり、短絡電流の増加を招く恐れがある。これにより、クランプ回路２６が無い場合には、短絡電流の増加を招き、短絡電流を遮断する前に、スイッチング素子Ｓ２２が熱的に破壊されてしまう恐れがある。これに対して、本実施形態に係るクランプ回路２６は、ゲート端子Ｇの電位を正側ゲート駆動電圧源１２の電位にクランプすることにより、スイッチング素子Ｓ２２の熱的破壊を抑制可能となる。

【0055】

比較回路２８は、動作開始電圧Ｖｓ（図３参照）と、クランプ電圧Ｖｃｌｐ（図３参照）との間の第３の閾値ｔｈ３と、電流アンプ２０の検知電位とを比較し、電流アンプ２０の検知電位が閾値ｔｈ３を越えた場合に、クランプ動作信号を、端子ｔ２０を介して、制御装置２（外部装置）に出力する。上述のように、制御装置２は、ゲートブロックなどのオフ状態に、クランプ動作信号が入力された際に、オフ継続回路２４に対して、電流アンプ２０からゲート端子へ電流を注入しないように電流アンプ２０のゲインをゼロに制御させる。この比較回路２８によっても、電流アンプ２０の誤動作が抑制される。

【0056】

導電性のケース３０は、スイッチング素子Ｓ２２のエミッタ端子Ｅに電気的に接続される。これにより、第１接続点ｎ１０、及び第２接続点ｎ２０からエミッタ端子Ｅまでの静電容量は大きくなり、寄生容量の影響が抑制され、正確なコレクタ電圧Ｖｃｅの検知が可能となる。

【0057】

一方で、エミッタ端子Ｅに電気的に接続される導電性のケース３０がない場合には、第１接続点ｎ１０、及び第２接続点ｎ２０とコレクタ端子Ｃとの間に検知コンデンサ以外の寄生容量があると、検知したコレクタ電圧Ｖｃｅにずれが生じてしまう。例えば、検知回路１８ａは、数ｋＶの電圧を数Ｖに降圧するものであるから、第１接続点ｎ１０、及び第２接続点ｎ２０からコレクタ端子Ｃまでの、検知回路１８ａの静電容量は、例えばピコファラッド（ｐＦ）のオーダであり、第１接続点ｎ１０、及び第２接続点ｎ２０からエミッタ端子Ｅまでの静電容量と比較して非常に小さくなる。この場合、コレクタ端子Ｃは、直流コンデンサＣ１０や他のスイッチング素子へとバスバーで接続されるため、ゲート駆動装置５ｂの位置関係などでも寄生容量が変わり、調整が非常に難しくなってしまう。

【0058】

これに対して、図６に示すように、本実施形態に係るゲート駆動装置５ｂは、導電性のケース３０で覆われ、スイッチング素子Ｓ２２のエミッタ端子Ｅに接続される。これにより、検知回路の寄生容量の多くは導電性のケース３０との間に発生する。導電性のケース３０はエミッタ端子Ｅに接続されており、検知回路１８ａの寄生容量はエミッタ端子Ｅとの間に発生することになる。第１接続点ｎ１０、及び第２接続点ｎ２０からエミッタ端子Ｅまでの検知回路１８ａの静電容量は大きいので、寄生容量の影響が抑制され、正確なコレクタ電圧Ｖｃｅの検知が可能になる。

【0059】

図７は、ターンオン中に短絡検出された例を示すタイムチャートである。縦軸は、上からゲート信号、ゲート電圧Ｖｇ、コレクタ電圧Ｖｃｅ１，コレクタ電流Ｉｃを示し、横軸は、時間を示す。なお、コレクタ電圧Ｖｃｅ２は、同一アームにおける故障がないスイッチング素子Ｓ２２のコレクタ電圧例であり、コレクタ電圧Ｖｃｅ１は何らかの故障ある場合のコレクタ電圧例である。図７中の破線が故障のないスイッチング素子Ｓ２２の一部動作例であり、実線が何らかの故障のあるスイッチング素子Ｓ２２の動作例である。例えば、コレクタ電圧Ｖｃｅ２は、故障がないスイッチング素子Ｓ２２のコレクタ電圧例であり、コレクタ電圧Ｖｃｅ１は何らかの故障ある場合のコレクタ電圧例である。

【0060】

図７に示すように制御装置２（図２参照）からタイミングｔ１０にオン制御の情報を含むハイレベル信号がゲート信号として、ゲートアンプ１０に入力される。これにより、ゲートアンプ１０は、各スイッチング素子Ｓ２２のゲート端子Ｇに印可するゲート電圧Ｖｇを負側ゲート駆動電圧源１４の負電位Ｖｇ２から正側ゲート駆動電圧源１２の正電位Ｖｇ１に切り替える。これにより、ゲート電圧Ｖｇは、負電位から正電位へ上昇を開始する。

【0061】

次に、タイミングｔ１２において、ゲート電圧Ｖｇが閾値電圧Ｖｔｈｐを越え、スイッチング素子Ｓ２２がターンオンを開始する。これにより、スイッチング素子Ｓ２２の抵抗が低下するので、コレクタ電流Ｉｃが上昇を開始する。通常であれば、抵抗の低下にともない、コレクタ電圧Ｖｃｅ２のようにコレクタ電圧Ｖｉｃｅは低下する。ところが、何らかの短絡故障が生じているスイッチング素子Ｓ２２のコレクタ電圧Ｖｃｅ１は上昇を開始してしまう。

【0062】

次に、タイミングｔ１４において、短絡検知回路２２は、コレクタ電圧Ｖｃｅ１が所定値を越えたことを検知し、短絡が発生したことを示す検知信号を、端子ｔ１８を介して、制御装置２に出力する。続けて、タイミングｔ１６において、制御装置２は、検知信号に基づき、同一アームの全スイッチング素子Ｓ２２に対して、遮断信号としてゲート信号をロウレベルにする。

【0063】

これにより、ゲートアンプ１０は、スイッチング素子Ｓ２２のゲート端子Ｇに印可するゲート電圧Ｖｇを正側ゲート駆動電圧源１２の正電位Ｖｇ１から負側ゲート駆動電圧源１４の負電位Ｖｇ２に切り替え、コレクタ電圧Ｖｃｅ１、及びコレクタ電流Ｉｃが下降する。このとき、遮断動作によりサージ電圧がコレクタ電圧Ｖｃｅ１、Ｖｃｅ２に含まれる。短絡故障をしているスイッチング素子Ｓ２２は、動作開始点電圧を超えるので、電流アンプ２０が動作し、コレクタ電圧Ｖｃｅ１は、クランプ電圧Ｖｃｌｐにクランプされる。そして、タイミングｔ１８にコレクタ電流Ｉｃが零となり、遮断が完了する。このように、電流アンプ２０が動作し、コレクタ電圧Ｖｃｅ１は、クランプ電圧Ｖｃｌｐにクランプされるので、遮断動作によりサージ電圧が含まれても、コレクタ電圧Ｖｃｅ１は、クランプ電圧Ｖｃｌｐにクランプされる。

【符号の説明】

【0064】

１：電力変換装置、２：制御装置、５：ゲート駆動装置、１０：ゲートアンプ、１２：正側ゲート駆動電圧源、１４：負側ゲート駆動電圧源、１６：ゲート抵抗、１８、１８ａ：検知回路、２０：電流アンプ、２２：短絡検知回路、２８：比較回路、３０：導電性のケース、Ａ１０：第１アーム、Ａ２０：第２アーム、Ｃ１０：直流コンデンサ、Ｉ１２：ゲートアンプ電流（第３電流）、Ｉ１４：電流アンプ電流（第１電流）、Ｉ１６：ゲート端子電流（第２電流）、Ｓ２２：スイッチング素子、Ｖｃｅ、Ｖｃｅ１、Ｖｃｅ２：コレクタ電圧（端子間電圧）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】