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(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】P2024085200
(43)【公開日】2024-06-26
(54)【発明の名称】故障診断装置及び電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 1/00 20070101AFI20240619BHJP
H02M 1/08 20060101ALI20240619BHJP
H02M 3/155 20060101ALI20240619BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20240619BHJP
【ＦＩ】
H02M1/00 C
H02M1/08 C
H02M3/155 C
H02M7/48 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022199600
(22)【出願日】2022-12-14
(71)【出願人】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(72)【発明者】
【氏名】浦壁 隆浩
(72)【発明者】
【氏名】原田 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】大井 健史
【テーマコード（参考）】
5H730
5H740
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H730AA12
5H730AS05
5H730BB13
5H730DD03
5H730DD04
5H730DD06
5H730DD13
5H730FD01
5H730FF09
5H730XX04
5H730XX23
5H730XX33
5H730XX50
5H740AA08
5H740BA11
5H740BA12
5H740BB01
5H740BB02
5H740BB05
5H740BC01
5H740BC02
5H740HH05
5H740JA01
5H740JB01
5H740KK01
5H770AA29
5H770CA06
5H770DA01
5H770DA41
5H770GA01
5H770GA07
5H770HA03Y
5H770LB05
5H770LB10
(57)【要約】
【課題】複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置において、電力用半導体素子の故障を短時間で容易に診断できる小型で低コストの故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を実現する。
【解決手段】複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００における電力用半導体素子の故障を診断する故障診断装置１は、電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給するゲート駆動部１１と、電力変換装置１００が出力する電圧または電流を検出する検出部１２と、検出部１２が検出した電圧または電流の値に基づき、電力用半導体素子の組の故障の有無を診断する診断部１３と、を備え、診断部１３による診断時にゲート駆動部１１から供給される診断用の正電圧は、電力変換装置１００による電力変換動作時にゲート駆動部１１から供給される駆動用の正電圧よりも小さい。
【選択図】図１
【解決手段】複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００における電力用半導体素子の故障を診断する故障診断装置１は、電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給するゲート駆動部１１と、電力変換装置１００が出力する電圧または電流を検出する検出部１２と、検出部１２が検出した電圧または電流の値に基づき、電力用半導体素子の組の故障の有無を診断する診断部１３と、を備え、診断部１３による診断時にゲート駆動部１１から供給される診断用の正電圧は、電力変換装置１００による電力変換動作時にゲート駆動部１１から供給される駆動用の正電圧よりも小さい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置における前記電力用半導体素子の故障を診断する故障診断装置であって、
前記電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給するゲート駆動部と、
前記電力変換装置が出力する電圧または電流を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記電圧または前記電流の値に基づき、前記電力用半導体素子の組の故障の有無を診断する診断部と、
を備え、
前記診断部による診断時に前記ゲート駆動部から供給される診断用の正電圧は、前記電力変換装置による電力変換動作時に前記ゲート駆動部から供給される駆動用の正電圧よりも小さい、故障診断装置。
前記電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給するゲート駆動部と、
前記電力変換装置が出力する電圧または電流を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記電圧または前記電流の値に基づき、前記電力用半導体素子の組の故障の有無を診断する診断部と、
を備え、
前記診断部による診断時に前記ゲート駆動部から供給される診断用の正電圧は、前記電力変換装置による電力変換動作時に前記ゲート駆動部から供給される駆動用の正電圧よりも小さい、故障診断装置。
【請求項2】
前記診断部による診断時に前記ゲート駆動部から供給される診断用の正電圧は、前記電力用半導体素子がオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きい、請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項3】
前記診断部は、前記ゲート駆動部が診断対象の組の前記電力用半導体素子に対して診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを供給して所定の時間経過したときに前記検出部が検出した前記電圧または前記電流の値と、予め規定された基準値と、の差が所定の範囲外である場合、当該診断対象の組の電力用半導体素子に故障が発生していると判定する、請求項２に記載の故障診断装置。
【請求項4】
前記ゲート駆動部が診断対象の組の前記電力用半導体素子に対して診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを供給しているときに前記検出部が検出した前記電圧または前記電流の値を入力データセットとして故障診断モデルを学習する機械学習部をさらに備え、
前記診断部は、前記機械学習部による学習済の前記故障診断モデルを用いて、前記ゲート駆動部が診断対象の組の前記電力用半導体素子に対して診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを供給しているときに前記検出部が検出した前記電圧または前記電流の値に基づいて、当該診断対象の組の電力用半導体素子の故障の有無を診断する、請求項２に記載の故障診断装置。
前記診断部は、前記機械学習部による学習済の前記故障診断モデルを用いて、前記ゲート駆動部が診断対象の組の前記電力用半導体素子に対して診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを供給しているときに前記検出部が検出した前記電圧または前記電流の値に基づいて、当該診断対象の組の電力用半導体素子の故障の有無を診断する、請求項２に記載の故障診断装置。
【請求項5】
前記ゲート駆動部は、
前記診断部による診断時に、診断対象の組の前記電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給する診断用ゲート駆動回路と、
前記電力変換装置による電力変換動作時に、前記電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、駆動用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給する電力変換動作用ゲート駆動回路と、
を有する、請求項１に記載の故障診断装置。
前記診断部による診断時に、診断対象の組の前記電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給する診断用ゲート駆動回路と、
前記電力変換装置による電力変換動作時に、前記電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、駆動用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給する電力変換動作用ゲート駆動回路と、
を有する、請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項6】
前記ゲート駆動部は、
診断用の正電圧を出力する診断用電源と、
駆動用の正電圧を出力する駆動用電源と、
前記電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に供給される正電圧の供給元を、前記診断用電源と前記駆動用電源とで選択的に切り替える切替部と、
を有する、請求項１に記載の故障診断装置。
診断用の正電圧を出力する診断用電源と、
駆動用の正電圧を出力する駆動用電源と、
前記電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に供給される正電圧の供給元を、前記診断用電源と前記駆動用電源とで選択的に切り替える切替部と、
を有する、請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項7】
複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を有し、前記電力用半導体素子がオンオフ動作することにより電力変換動作を行う電力変換回路部と、
前記電力変換回路部の出力部に設けられる平滑コンデンサと、
前記電力変換回路部の前記出力部に設けられるリアクトルと、
前記電力変換回路部の前記出力部に設けられ、前記平滑コンデンサに並列に接続される放電回路部と、
前記電力変換回路部の前記出力部と外部負荷との間を接続または遮断する連系スイッチと、
前記電力変換回路部による電力変換動作を制御する電力変換制御部と、
請求項１～６のいずれか一項に記載の故障診断装置と、
を備える、電力変換装置。
前記電力変換回路部の出力部に設けられる平滑コンデンサと、
前記電力変換回路部の前記出力部に設けられるリアクトルと、
前記電力変換回路部の前記出力部に設けられ、前記平滑コンデンサに並列に接続される放電回路部と、
前記電力変換回路部の前記出力部と外部負荷との間を接続または遮断する連系スイッチと、
前記電力変換回路部による電力変換動作を制御する電力変換制御部と、
請求項１～６のいずれか一項に記載の故障診断装置と、
を備える、電力変換装置。
【請求項8】
前記連系スイッチは、前記診断部による診断時に、前記電力変換回路部の前記出力部と前記外部負荷との間を遮断する、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記放電回路部は、放電抵抗と前記放電抵抗に直列に接続された電路を開閉する放電スイッチとを有し、
前記放電スイッチは、前記診断部による診断時に、前記電路を閉路する、請求項７に記載の電力変換装置。
前記放電スイッチは、前記診断部による診断時に、前記電路を閉路する、請求項７に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、故障診断装置及び電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数個並列に接続された電力用半導体素子を有するインバータやＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換装置が知られている。
【0003】
例えば、環流ダイオードが並列接続された絶縁ゲート形パワー半導体素子が直並列接続されて構成された電力変換器の点検対象の絶縁ゲート形パワー半導体素子のコレクタ－エミッタ間に試験電圧が印加された状態で点検対象の絶縁ゲート形パワー半導体素子のゲートにオンオフ信号を供給する点検用電源と、前記点検用電源から点検対象の絶縁ゲート形パワー半導体素子のゲートにオンオフ信号が入力されたときの点検対象の絶縁ゲート形パワー半導体素子のコレクタ－エミッタ間電圧やコレクタ電流に基づいて点検対象の絶縁ゲート形パワー半導体素子の断線故障または短絡故障もしくは環流ダイオードの短絡故障を判定する点検回路とを備え、前記点検回路は、点検対象の絶縁ゲート形パワー半導体素子のコレクタ－エミッタ間電圧を増加させたときに点検対象の絶縁ゲート形パワー半導体素子のコレクタ電流が飽和するときは点検対象の絶縁ゲート形パワー半導体素子の部分断線故障であると判定することを特徴とする電力変換器の点検装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許４９８４７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
複数個並列に接続された電力用半導体素子を有する電力変換装置において、電力用半導体素子の故障を短時間で容易に診断することができる小型で低コストの故障診断装置及びこれを備える電力変換装置の実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様によれば、複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置における電力用半導体素子の故障を診断する故障診断装置は、電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給するゲート駆動部と、電力変換装置が出力する電圧または電流を検出する検出部と、検出部が検出した電圧または電流の値に基づき、電力用半導体素子の組の故障の有無を診断する診断部と、を備え、診断部による診断時にゲート駆動部から供給される診断用の正電圧は、電力変換装置による電力変換動作時にゲート駆動部から供給される駆動用の正電圧よりも小さい。
【0007】
ここで、診断部による診断時にゲート駆動部から供給される診断用の正電圧は、電力用半導体素子がオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きくてもよい。
【0008】
また、診断部は、ゲート駆動部が診断対象の組の電力用半導体素子に対して診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを供給して所定の時間経過したときに検出部が検出した電圧または電流の値と、予め規定された基準値と、の差が所定の範囲外である場合、当該診断対象の組の電力用半導体素子に故障が発生していると判定してもよい。
【0009】
また、故障診断装置は、ゲート駆動部が診断対象の組の電力用半導体素子に対して診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを供給しているときに検出部が検出した電圧または電流の値を入力データセットとして故障診断モデルを学習する機械学習部をさらに備え、診断部は、機械学習部による学習済の故障診断モデルを用いて、ゲート駆動部が診断対象の組の電力用半導体素子に対して診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを供給しているときに検出部が検出した電圧または電流の値に基づいて、当該診断対象の組の電力用半導体素子の故障の有無を診断してもよい。
【0010】
また、ゲート駆動部は、診断部による診断時に、診断対象の組の電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、診断用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給する診断用ゲート駆動回路と、電力変換装置による電力変換動作時に、電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に、駆動用の正電圧と負電圧またはゼロ電圧とを交互に供給する電力変換動作用ゲート駆動回路と、を有してもよい。
【0011】
また、ゲート駆動部は、診断用の正電圧を出力する診断用電源と、駆動用の正電圧を出力する駆動用電源と、電力用半導体素子の制御端子と電流流出端子との間に供給される正電圧の供給元を、診断用電源と駆動用電源とで選択的に切り替える切替部と、を有してもよい。
【0012】
また、本開示の一態様によれば、電力変換装置は、複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を有し、電力用半導体素子がオンオフ動作することにより電力変換動作を行う電力変換回路部と、電力変換回路部の出力部に設けられる平滑コンデンサと、電力変換回路部の出力部に設けられるリアクトルと、電力変換回路部の出力部に設けられ、コンデンサに並列に接続される放電回路部と、電力変換回路部の出力部と外部負荷との間を接続または遮断する連系スイッチと、電力変換回路部による電力変換動作を制御する電力変換制御部と、上記故障診断装置と、を備える。
【0013】
ここで、連系スイッチは、診断部による診断時に、電力変換回路部の出力部と外部負荷との間を遮断してもよい。
【0014】
また、放電回路部は、放電抵抗と放電抵抗に直列に接続された電路を開閉する放電スイッチとを有し、放電スイッチは、診断部による診断時に、電路を閉路してもよい。
【発明の効果】
【0015】
本開示の一態様によれば、複数個並列に接続された電力用半導体素子を有する電力変換装置において、電力用半導体素子の故障を短時間で容易に診断することができる小型で低コストの故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本開示の第１の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【図2】電力用半導体素子のゲート－ソース間電圧とドレイン－ソース間電圧とドレイン電流との関係を例示する図である。
【図3】本開示の第１の実施形態による電力変換装置において電力用半導体素子のゲート端子に診断用の正電圧とゼロ電圧とをパルス状に印加した場合の電力変換装置の出力電圧とリアクトル電流のシミュレーション波形を例示する図である。
【図4】本開示の第１の実施形態による電力変換装置において電力用半導体素子のゲート端子に駆動用の正電圧とゼロ電圧とをパルス状に印加した場合の電力変換装置の出力電圧とリアクトル電流のシミュレーション波形を例示する図である。
【図5】本開示の第１、第３、第４及び第６の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置における故障診断処理を示すフローチャートである。
【図6】本開示の第２の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【図7】本開示の第３の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【図8】本開示の第４の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【図9】本開示の第５の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【図10】本開示の第６の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下図面を参照して、故障診断装置及び電力変換装置について説明する。各図面において、同様または類似の部材には同様の参照符号が付けられている。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図示される形態は実施をするための１つの例であり、これらの形態に限定されるものではない。ここで、スイッチの「オン」は、当該スイッチが設けられた電路の閉（クローズ）を意味し、すなわちスイッチがオン動作することで、当該スイッチが設けられた電路が接続され閉（クローズ）状態になる。また、スイッチの「オフ」とは、当該スイッチが設けられた電路の開（オープン）を意味し、すなわちスイッチがオフ動作することで、当該スイッチが設けられた電路が遮断され開（オープン）状態になる。
【0018】
本開示の各実施形態による電力変換装置は、複数個並列に接続された電力用半導体素子をオンオフ駆動することにより、電力変換動作を行う。電力用半導体素子の例としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、トランジスタなどがある。ＭＯＳＦＥＴはその端子としてゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を有する。ＩＧＢＴはその端子としてゲート端子、コレクタ端子及びエミッタ端子を有する。トランジスタはその端子としてベース端子、コレクタ端子及びエミッタ端子を有する。サイリスタ及びＧＴＯはその端子としてゲート端子、アノード端子及びカソード端子を有する。電力用半導体素子の「電流流入端子」は、ＭＯＳＦＥＴの「ドレイン端子」、ＩＧＢＴ及びトランジスタの「コレクタ端子」、サイリスタ及びＧＴＯの「アノード端子」がそれぞれ対応する。電力用半導体素子の「電流流出端子」は、ＭＯＳＦＥＴの「ソース端子」、ＩＧＢＴ及びトランジスタの「エミッタ端子」、サイリスタ及びＧＴＯの「カソード端子」がそれぞれ対応する。電力用半導体素子の「制御端子」は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ及びＧＴＯの「ゲート端子」、トランジスタの「ベース端子」がそれぞれ対応する。
【0019】
以下、一例として、電力用半導体素子がＭＯＳＦＥＴで構成される場合について説明するが、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、あるいはトランジスタであっても本開示の各実施形態は適用可能である。また電力用半導体素子をＩＧＢＴで構成する場合は、電流流入端子である「ドレイン」は「コレクタ」に、電流流出端子である「ソース」は「エミッタ」にそれぞれ読み替えられて本開示の各実施形態が適用される。また電力用半導体素子をトランジスタで構成する場合は、制御端子である「ゲート」は「ベース」に、電流流入端子である「ドレイン」は「コレクタ」に、電流流出端子である「ソース」は「エミッタ」にそれぞれ読み替えられて本開示の各実施形態が適用される。また。電力用半導体素子をサイリスタあるいはＧＴＯで構成する場合は、電流流入端子である「ドレイン」は「アノード」に、電流流出端子である「ソース」は「カソード」にそれぞれ読み替えられて本開示の各実施形態が適用される。
【0020】
＜第１の実施形態＞
【0021】
図１は、本開示の第１の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【0022】
本開示の第１の実施形態では、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００が非絶縁降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成される例について説明する。
【0023】
電力変換装置１００は、ゲート駆動部１１と、電圧検出部１２と、診断部１３と、診断用ゲート信号発生回路１４と、電力変換回路部２１と、電力変換制御部２６とを備える。ゲート駆動部１１内の診断用ゲート駆動回路４１と電圧検出部１２と診断部１３と診断用ゲート信号発生回路１４とで、故障診断装置１の機能が実現される。
【0024】
電力変換装置１００はＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されるので、電力変換回路部２１は、複数個並列に接続された電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの組を１組有する。電力用半導体素子ＳＨａがオン動作するときは電力用半導体素子ＳＨｂもオン動作し、電力用半導体素子ＳＨａがオフ動作するときは電力用半導体素子ＳＨｂもオフ動作する。電力変換回路部２１は、ゲート駆動部１１から供給された電圧に応じて電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂがオンオフ動作することにより電力変換動作を行い、入力された直流入力電圧を降圧して出力する。ここでは、一例として、電力変換回路部２１に設けられる１組の電力用半導体素子の並列数を２としたが、電力変換回路部２１に設けられる１組の電力用半導体素子の並列数を３以上としてもよい。
【0025】
電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂからなる並列回路の一端には、複数個並列に接続されたダイオードＤａ及びＤｂが接続される。ここでは、一例として、電力変換回路部２１に設けられるダイオードの並列数を２としたが、電力変換回路部２１に設けられるダイオードの並列数を３以上または１としてもよい。
【0026】
電力用半導体素子ＳＨａのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇａを介してゲート駆動部１１が接続される。電力用半導体素子ＳＨｂのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇｂを介してゲート駆動部１１が接続される。
【0027】
ゲート駆動部１１は、診断用ゲート駆動回路４１と、電力変換動作用ゲート駆動回路４２とを有する。
【0028】
電力変換動作用ゲート駆動回路４２は、電力変換装置１００による電力変換動作時に、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用の正電圧とゼロ電圧とを供給する。このため、電力変換動作用ゲート駆動回路４２は、駆動用電源３２と、駆動用正側スイッチＳｇＨと、駆動用負側スイッチＳｇＬとを有する。駆動用正側スイッチＳｇＨ及び駆動用負側スイッチＳｇＬの例としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トランジスタなどがある。駆動用正側スイッチＳｇＨ及び駆動用負側スイッチＳｇＬのオンオフ動作は、電力変換制御部２６により制御される。電力変換動作用ゲート駆動回路４２において、駆動用正側スイッチＳｇＨがオン動作を行いかつ駆動用負側スイッチＳｇＬがオフ動作を行うと、電力変換動作用ゲート駆動回路４２からは、駆動用のゲート信号のオン信号に対応する正電圧が出力される。電力変換動作用ゲート駆動回路４２において、駆動用正側スイッチＳｇＨがオフ動作を行いかつ駆動用負側スイッチＳｇＬがオン動作を行うと、電力変換動作用ゲート駆動回路４２からは、駆動用のゲート信号のオフ信号に対応するゼロ電圧が出力される。
【0029】
診断用ゲート駆動回路４１は、診断用電源３１と、診断用正側スイッチＳｓＨと、診断用負側スイッチＳｓＬとを有する。診断用正側スイッチＳｓＨ及び診断用負側スイッチＳｓＬの例としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トランジスタなどがある。診断部１３の診断時には、診断用ゲート信号発生回路１４が、診断用正側スイッチＳｓＨ及び診断用負側スイッチＳｓＬのオンオフ動作を制御する。診断用ゲート駆動回路４１は、診断部１３による診断時に、診断対象の組の電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に、診断用の正電圧とゼロ電圧とを交互に供給する。すなわち、診断用ゲート駆動回路４１において、診断用正側スイッチＳｓＨがオン動作を行いかつ診断用負側スイッチＳｓＬがオフ動作を行うと、診断用ゲート駆動回路４１からは、診断用のゲート信号のオン信号に対応する正電圧が出力される。診断用ゲート駆動回路４１において、診断用正側スイッチＳｓＨがオフ動作を行いかつ診断用負側スイッチＳｓＬがオン動作を行うと、診断用ゲート駆動回路４１からは、診断用のゲート信号のオフ信号に対応するゼロ電圧が出力される。
【0030】
診断用電源３１の正電圧は、駆動用電源３２の正電圧よりも小さい値に設定される。すなわち、診断部１３による診断時にゲート駆動部１１内の診断用ゲート駆動回路４１から供給される診断用の正電圧は、電力変換装置１００による電力変換動作時にゲート駆動部１１内の電力変換動作用ゲート駆動回路４２から供給される駆動用の正電圧よりも小さい。
【0031】
また、診断用電源３１の正電圧は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きい値に設定される。「正の所定値」とは、例えば閾値電圧の数％～５０％程度の値であってもよい。例えば、閾値電圧が２Ｖであるとき、「正の所定値」を１Ｖとすると、診断用電源３１の正電圧は３Ｖに設定される。なお、ここで挙げた数値は一例であって、これ以外の数値であってもよい。一方で、駆動用電源３２の正電圧については、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも十分に大きい値に設定される。
【0032】
電力変換回路部２１の出力部２０には、平滑コンデンサ２２と、リアクトル２３と、放電回路部２４と、連系スイッチ２５とが設けられる。電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂからなる並列回路とダイオードＤａ及びＤｂからなる並列回路との接続点には、リアクトル２３の一端が接続される。リアクトル２３の他の一端には、平滑コンデンサ２２、放電回路部２４、及び連系スイッチ２５の各々の一端が接続される。平滑コンデンサ２２と放電回路部２４とは互いに並列に接続される。放電回路部２４は、放電抵抗Ｒｄと放電抵抗Ｒｄに直列に接続された電路を開閉する放電スイッチＳＷとを有する。放電スイッチＳＷの例としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トランジスタなどがある。
【0033】
電力変換装置１００の電力変換動作の停止時においては、連系スイッチ２５はオフ動作をして電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間を遮断し、放電スイッチＳＷはオン動作（閉路動作）をして平滑コンデンサ２２と放電抵抗Ｒｄとを電気的に接続することで、平滑コンデンサ２２の電荷を放電抵抗Ｒｄで放電させて作業員の安全を確保する。また、電力変換装置１００が電力変換動作を行っている時は、連系スイッチ２５はオン動作をして電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間を電気的に接続し、放電スイッチＳＷはオフ動作（開路動作）をして平滑コンデンサ２２から放電抵抗Ｒｄを切り離す。
【0034】
診断部１３による診断時には、連系スイッチ２５はオフ動作をして電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間を遮断し、放電スイッチＳＷはオン動作をして平滑コンデンサ２２と放電抵抗Ｒｄとを電気的に接続する。診断部１３による診断時に放電スイッチＳＷはオン動作を行うことで平滑コンデンサ２２と放電抵抗Ｒｄとを電気的に接続するのは、平滑コンデンサ２２の電荷を放電抵抗Ｒｄで放電させることで、電圧検出部１２により検出される出力電圧の立ち上がりスピードを遅くし、電圧検出部１２のサンプリング周波数が遅くても電圧波形を取得できるようにするためである。なお、この変形例として、電圧検出部１２のサンプリング周波数を遅くする必要がない場合は、診断部１３による診断時において放電スイッチＳＷをオフ動作させたままにしておいてもよい。
【0035】
電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂからなる並列回路の両端のうち、ダイオードＤａ及びＤｂが接続されない側の一端には、正側入力端子Ｔ１Ｈが設けられる。ダイオードＤａ及びＤｂからなる並列回路の両端のうち、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂが接続されない側の一端には、負側入力端子Ｔ１Ｌ及び負側出力端子Ｔ２Ｌが設けられる。連系スイッチ２５の両端のうち、リアクトル２３が設けられる一端とは反対側の一端には、正側出力端子Ｔ２Ｈが設けられる。電力変換装置１００の入力側には入力コンデンサ２７が設けられる。電力変換装置１００には、正側入力端子Ｔ１Ｈ及び負側入力端子Ｔ１Ｌを介して直流入力電源３３が接続される。電力変換装置１００の正側出力端子Ｔ２Ｈと負側出力端子Ｔ２Ｌとの間には、外部負荷（図示せず）が接続される。電力変換回路部２１は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂがオンオフ動作することにより電力変換動作を行い、正側入力端子Ｔ１Ｈと負側入力端子Ｔ１Ｌとから入力された直流入力電圧を降圧する。電力変換回路部２１で降圧された直流電圧は、正側出力端子Ｔ２Ｈ及び負側出力端子Ｔ２Ｌから出力される。
【0036】
電圧検出部１２は、電力変換装置１００（の電力変換回路部２１）の出力電圧を検出する。電力変換装置１００の出力電圧は、正側出力端子Ｔ２Ｈと負側出力端子Ｔ２Ｌとの間の電位差であり、換言すれば平滑コンデンサ２２の正負両極端子に印加される電位差である。電圧検出部１２が検出した出力電圧の値は、電力変換制御部２６に送られて電力変換回路部２１の電力変換動作の制御に用いられるとともに、診断部１３に送られて診断部１３による故障診断に用いられる。
【0037】
電力変換制御部２６は、電力変換動作用ゲート駆動回路４２内の駆動用正側スイッチＳｇＨ及び駆動用負側スイッチＳｇＬのオンオフ動作を制御することで、電力変換回路部２１による電力変換動作を制御する。また、電力変換制御部２６は、放電回路部２４内の放電スイッチＳＷのオンオフ動作を制御することで、放電回路部２４による平滑コンデンサ２２の放電動作を制御する。また、電力変換制御部２６は、連系スイッチ２５のオンオフ動作を制御することで、電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間の接続及び遮断を制御する。
【0038】
故障診断装置１の一構成要素である診断部１３は、診断時に電圧検出部１２が検出した出力電圧の値に基づき、電力変換回路部２１内の電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの組の故障の有無を診断する。診断部１３による診断処理の詳細については後述する。
【0039】
電力変換装置１００内には、演算処理装置である少なくとも１つのプロセッサが設けられる。演算処理装置としては、例えばＩＣ、ＬＳＩ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰなどがある。演算処理装置は、電力変換制御部２６、診断部１３、診断用ゲート信号発生回路１４及びその他の処理回路を有する。演算処理装置が有するこれらの各部は、例えば、プロセッサ上で実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。例えば、電力変換制御部２６、診断部１３、診断用ゲート信号発生回路１４及びその他の処理回路をプログラム形式で構築する場合は、演算処理装置をこのプログラムに従って動作させることで、各部の機能を実現することができる。電力変換制御部２６、診断部１３、診断用ゲート信号発生回路１４及びその他の処理回路の各処理を実行するためのプログラムは、半導体メモリ、磁気記録媒体または光記録媒体といった、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形で提供されてもよい。またあるいは、電力変換制御部２６、診断部１３、診断用ゲート信号発生回路１４及びその他の処理回路を、各部の機能を実現するプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。
【0040】
また、電力変換装置１００内には、記憶装置である少なくとも１つのメモリが設けられる。メモリとしては、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどがある。また、記憶装置は、例えばＨＤＤやＳＳＤなどのような構成を有してもよい。メモリには、電力変換制御部２６、診断部１３、診断用ゲート信号発生回路１４及びその他の処理回路を動作させるためのプログラムが格納されてもよい。また、メモリには、電圧検出部１２により検出された出力電圧の値に関する情報が格納されてもよい。また、メモリには、診断部１３による診断結果が格納されてもよい。また、メモリには、電力変換装置１００に関連する各種データが格納されてもよい。
【0041】
続いて、診断部１３による診断処理の詳細について説明する。
【0042】
図２は、電力用半導体素子のゲート－ソース間電圧とドレイン－ソース間電圧とドレイン電流との関係を例示する図である。ここでは、電力用半導体素子として６００Ｖ耐圧／２０ＡのＭＯＳＦＥＴを例にとり説明する。図２に示すように、ゲート－ソース間電圧Ｖgs［Ｖ］が小さいほど（すなわち電力用半導体素子のゲート端子に印加される電圧が小さいほど）、ドレイン電流ＩD［Ａ］が抑制されるので、ＭＯＳＦＥＴの抵抗値が大きくなる。故障診断装置１内の診断部１３の故障診断処理では、ゲート－ソース間電圧Ｖgs［Ｖ］が小さいほど電力用半導体素子の抵抗値が大きくなる特性を利用している。
【0043】
上述したように、診断用電源３１の正電圧は、駆動用電源３２の正電圧よりも小さい値に設定される。また、駆動用電源３２の正電圧は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂがオン動作を開始する閾値電圧よりも十分に大きな値に設定される。一方、診断用電源３１の正電圧については、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂがオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きな値に設定される。「正の所定値」とは、例えば閾値電圧の数％～５０％程度の値であってもよい。例えば、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの閾値電圧が２Ｖの場合、診断用電源３１の正電圧を、２．５Ｖ～３Ｖ程度の値に設定する。なお、ここで示した数値は一例であってその他の数値であってもよい。
【0044】
図３は、本開示の第１の実施形態による電力変換装置において電力用半導体素子のゲート端子に診断用の正電圧とゼロ電圧とをパルス状に印加した場合の電力変換装置の出力電圧とリアクトル電流のシミュレーション波形を例示する図である。また、図４は、本開示の第１の実施形態による電力変換装置において電力用半導体素子のゲート端子に駆動用の正電圧とゼロ電圧とをパルス状に印加した場合の電力変換装置の出力電圧とリアクトル電流のシミュレーション波形を例示する図である。図３及び図４において、実線は電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂともに故障がない場合におけるリアクトル２３に流れるリアクトル電流及び電圧検出部１２により検出される出力電圧を示し、破線は電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのいずれか１つに断線故障がある場合におけるリアクトル２３に流れるリアクトル電流及び電圧検出部１２により検出される出力電圧を示す。
【0045】
シミュレーションで用いた各パラメータは次の通りである。ゲート－ソース間電圧Ｖgs［Ｖ］が十分に大きい場合（図２でいえば例えばＶgs＝１０Ｖ）を想定した電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのオン動作時の抵抗値を０．２Ωとしている。また、ゲート－ソース間電圧Ｖgs［Ｖ］が閾値電圧２Ｖよりも若干大きい場合（図２でいえば例えばＶgs＝３Ｖ）を想定した電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのオン動作時の抵抗値を１０Ωとしている。また、ダイオードＤａ及びＤｂはそれぞれ導通時の抵抗値を０．２Ω、リアクトル２３の導通時のインダクタンスを８００μＨ、平滑コンデンサ２２の容量を４．７μＦ、放電抵抗Ｒｄの抵抗値を１０ｋΩ、直流入力電源３３の電圧を４００Ｖとしている。
【0046】
上述したように、電力変換装置１００の診断部１３による診断時には、連系スイッチ２５はオフ動作を行うことで電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間を遮断し、放電スイッチＳＷはオン動作を行うことで平滑コンデンサ２２と放電抵抗Ｒｄとを電気的に接続する。
【0047】
診断用ゲート信号発生回路１４から診断用ゲート駆動回路４１に周期２５μ秒、オン期間６．２５μ秒、１６パルスのゲート信号を入力する。これにより、診断用ゲート駆動回路４１は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート－ソース間にパルス状のゲート信号に対応して診断用の正の電圧とゼロ電圧とを交互に印加する。この結果、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂはオンオフ動作を行う。図３に示すように、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂはオンオフ動作に伴い、平滑コンデンサ２２は徐々に充電され電圧が上昇する。図３に示すように、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの断線故障のあり／なしで、リアクトル電流及び出力電圧に差が生じることが分かる。
【0048】
一方で、図３のシミュレーションと同様の条件で、電力変換制御部２６から電力変換動作用ゲート駆動回路４２にオン期間６．２５μ秒、１６パルスのゲート信号を入力したときのリアクトル電流及び出力電圧を、図４は示している。図４において、電力変換動作用ゲート駆動回路４２は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート－ソース間にパルス状のゲート信号に対応して駆動用の正の電圧とゼロ電圧とを交互に印加する。この結果、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂはオンオフ動作を行う。図４に示すように、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂはオンオフ動作に伴い、平滑コンデンサ２２は徐々に充電され電圧が上昇する。図４に示すように、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの断線故障のあり／なしで、リアクトル電流及び出力電圧はともに重なりほぼ差が生じないことが分かる。
【0049】
このように、診断用ゲート駆動回路４１から供給される診断用の正電圧とゼロ電圧とが交互に電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子に印加されたときには電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの断線故障のあり／なしでリアクトル電流及び出力電圧に差が生じ、電力変換動作用ゲート駆動回路４２から供給される駆動用の正電圧とゼロ電圧とが交互に電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子に印加されたときには電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの断線故障のあり／なしでリアクトル電流及び出力電圧に差が生じない。この差の有無が生じる理由は、診断用ゲート駆動回路４１から供給される診断用の正電圧が、電力変換動作用ゲート駆動回路４２から供給される駆動用の正電圧よりも小さい値に設定されていることに起因している。これを詳しく説明すると次の通りである。
【0050】
図２を参照して説明したように、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂは、ゲート－ソース間電圧Ｖgs［Ｖ］が小さいほどその抵抗値が大きくなる特性がある。診断用ゲート駆動回路４１から供給される診断用の正電圧は、電力変換動作用ゲート駆動回路４２から供給される駆動用の正電圧よりも小さいので、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのオン動作時の抵抗値は、診断用の正電圧がゲート端子に印加されたときの方が駆動用の正電圧がゲート端子に印加されたときよりも大きくなる。図３のシミュレーションでは、診断用の正電圧としてゲート－ソース間電圧Ｖgs［Ｖ］が３Ｖのときの電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのオン動作時の抵抗値を１０Ωとした。このため、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂともに断線故障がないときは電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの並列回路の合成抵抗が５Ωとなるのに対し、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのうちのいずれか１つに断線故障があるときは電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの並列回路の合成抵抗が１０Ωとなる。このように、断線故障のあり／なしで並列回路の抵抗値が大きく変わることになることから、図３に示すようにリアクトル電流及び出力電圧に差が生じる。一方、図４のシミュレーションでは、駆動用の正電圧としてゲート－ソース間電圧Ｖgs［Ｖ］が１０Ｖのときの電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのオン動作時の抵抗値を０．２Ωとした。このため、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂともに断線故障がないときは電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの並列回路の合成抵抗が０．１Ωとなるに対し、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのうちのいずれか１つに断線故障があるときは電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの並列回路の合成抵抗が０．２Ωとなる。このように、断線故障のあり／なしで並列回路の抵抗値はあまり変わらないことから、図４に示すようにリアクトル電流及び出力電圧に差はほぼ生じない。リアクトル２３のインダクタンスと平滑コンデンサ２２の容量と電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのオン動作時の抵抗値との関係から、リアクトル電流及び出力電圧の差の有り無しが決まる。上記の回路条件において、１０Ωと５Ωとの差は大きいが、０．２Ωと０．１Ωとの差は小さいということである。
【0051】
上述の特性を踏まえ、本開示の各実施形態では、駆動用の正電圧よりも小さい診断用の正電圧を、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子に印加したときに、電圧検出部１２が検出した出力電圧の値に基づき、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの故障の有無を診断する。なお、診断用の正電圧は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きい値に設定するのは、診断時においても電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂをオン動作させるためのである。また、診断部１３による診断時に、電力用半導体素子のゲート端子に診断用の正電圧とゼロ電圧とをパルス状に印加するのは、電圧検出部１２により検出される出力電圧が徐々に上昇して断線故障のあり／なしにより当該出力電圧の差がより明確に現れるようにするためである。
【0052】
なお、平滑コンデンサ２２の正負両極端子に印加される電位差である電圧検出部１２で検出される出力電圧は、オームの法則により、平滑コンデンサ２２と放電回路部２４との接続点を流れる電流（以下、「電力変換装置１００（の電力変換回路部２１）の出力電流」と称することがある。）の値と放電抵抗Ｒｄの抵抗値とを乗算した値となる。よって、平滑コンデンサ２２と放電回路部２４との接続点を流れる電流についても、出力電圧の場合と同様に、断線故障のあり／なしにより差が生じる。したがって、本開示の各実施形態の変形例として、電圧検出部１２が検出した出力電圧の値に代えて、平滑コンデンサ２２と放電回路部２４との接続点を流れる電流に基づき、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの故障の有無を診断するようにしてもよい。この変形例では、平滑コンデンサ２２と放電回路部２４との接続点を流れる電流を検出する電流検出部（図示せず）を設けた上で、「電圧検出部１２で検出した出力電圧」を「電流検出部で検出した電流」に読み替えて各実施形態の各処理が適用される。
【0053】
また、ここでは電力用半導体素子の並列数を２としたが、電力用半導体素子の並列数が３以上であっても、上記と同様の傾向を示す。また、電力用半導体素子の断線故障について説明したが、電力用半導体素子のオープン故障についても、上記と同様の傾向を示す。
【0054】
上述のような故障のあり／なしで生じる出力電圧の差に基づいて故障診断を行うに際して、予め、故障のない正常な電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂを選定しておく。そして、正常な電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子に対して、診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給して所定の時間経過（例えば１６パルス経過）したときの出力電圧を、電圧検出部１２で検出し、これを基準電圧（すなわち基準値）として診断部１３内のメモリに記憶しておく。診断部１３は、ゲート駆動部１１の診断用ゲート駆動回路４１が診断対象の組の電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂに対して診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給して所定の時間経過（例えば１６パルス経過）したときに電圧検出部１２が検出した出力電圧の値と、予め規定された基準電圧の値とを比較する。比較の結果、電圧検出部１２が検出した出力電圧の値と基準電圧の値との差が所定の範囲外である場合、診断部１３は、当該診断対象の組の電力用半導体素子に故障が発生していると判定する。なお、故障診断に用いられる上記「所定の範囲」は、例えば基準電圧のプラスマイナス数％～プラスマイナス十数％程度の値に設定してもよい。なお、ここで挙げた数値は一例であって、これ以外の数値であってもよい。なお、基準電圧及び上記「所定の範囲」については、書き換え可能な記憶部（図示せず）に記憶されて外部機器によって書き換え可能であってもよく、基準電圧及び上記「所定の範囲」を一旦設定した後であっても、必要に応じて適切な値に変更することができる。
【0055】
診断部１３による診断結果を、例えば表示装置（図示せず）に表示させてもよい。表示装置の例としては、単体のディスプレイ装置、故障診断装置１またはこれを備える電力変換装置１００に付属のディスプレイ装置、並びに、パソコン及び携帯端末に付属のディスプレイ装置などがある。例えば、表示装置は、例えば「故障あり」または「故障なし」といった表示を行う。表示装置による上述の表示例は、あくまでも一例であって、これ以外の表現や絵に基づいて「故障あり」または「故障なし」などを表示してもよい。
【0056】
また、診断部１３による診断結果を、例えば音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響装置（図示せず）にて出力させてもよい。例えば故障あり」または「故障なし」の違いが区別できるように、音色、音階、リズム、あるいは曲調などを設定すればよい。また、音響装置は、「故障なし」である場合は無音とし、「故障あり」の場合のみ音を発するようにしてもよい。
【0057】
また、診断部１３による診断結果を、通信装置（図示せず）を用いて電力変換装置１００の外部の機器や作業者に報知するようにしてもよい。
【0058】
また、診断部１３による診断結果を、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。
【0059】
以上、診断部１３による診断結果の作業者に対する報知の例について述べたが、これらを適宜組み合わせて実現してもよい。また、診断部１３による診断結果が得られるたびにメモリに記憶して蓄積していき、データベース化することで故障予知や予防保全に役立ててもよい。
【0060】
本開示の第１の実施形態によれば、作業者は、報知された診断部１３による診断結果に基づき、数個並列に接続された電力用半導体素子を有する電力変換装置において、電力用半導体素子の故障を短時間で容易に診断することができる。よって、作業者は、診断部１３の診断結果により電力用半導体素子が故障していることが確認できた場合は例えば電力用半導体素子の交換または修理をするといった対応をとることができる。
【0061】
また、故障診断装置１の一構成要素である電圧検出部１２については、電力変換装置１００内の電力変換回路部２１の出力部２０に一般的に設けられている電力検出部を流用することができる。また、故障診断装置１の一構成要素である診断用ゲート駆動回路４１は、電力用半導体素子を駆動するために設けられている電力変換動作用ゲート駆動回路４２が設けられたゲート駆動部１１内に追加するだけで実現できる。したがって、本開示の第１の実施形態によれば、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００において、装置全体の大型化及び高コスト化を抑制しながら、電力用半導体素子の診断機能を設けることができる。
【0062】
図５は、本開示の第１、第３、第４及び第６の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置における故障診断処理を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、後述する第３、第４及び第６の実施形態による故障診断処理にも適用可能である。
【0063】
連系スイッチ２５はオフ動作を行うことで電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間を遮断し、放電スイッチＳＷはオン動作を行うことで平滑コンデンサ２２と放電抵抗Ｒｄとを電気的に接続している状態において、まずステップＳ１０１において、診断用ゲート駆動回路４１は、診断対象の組の電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に、診断用の正電圧とゼロ電圧とを交互に印加する。
【0064】
ステップＳ１０２において、電圧検出部１２は、電力変換装置１００の出力電圧を検出する。電圧検出部１２による検出結果は診断部１３に送られる。
【0065】
ステップＳ１０３において、診断部１３は、ゲート駆動部１１の診断用ゲート駆動回路４１が診断対象の組の電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂに対して診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給して所定の時間経過したときに電圧検出部１２が検出した出力電圧の値と、予め規定された基準電圧の値と、の差が所定の範囲外であるか否かを判定する。
【0066】
ステップＳ１０３において電圧検出部１２が検出した出力電圧の値と基準電圧の値との差が所定の範囲外であると判定された場合は、ステップＳ１０４において、診断部１３は、当該診断対象の組の電力用半導体素子に故障が発生していると判定する。
【0067】
ステップＳ１０３において電圧検出部１２が検出した出力電圧の値と基準電圧の値との差が所定の範囲外であると判定されなかった場合は、ステップＳ１０５において、診断部１３は、当該診断対象の組の電力用半導体素子に故障が発生していないと判定する。
【0068】
なお、後述するように、第３及び第４の実施形態では、電力変換装置１００は単相インバータであるので診断対象の電力用半導体素子の組は４組であり、したがって、上述のＳ１０１～Ｓ１０５の処理は診断対象の各組ごとに実行される。
【0069】
上述のステップＳ１０１～Ｓ１０５の処理は、連系スイッチ２５はオフ動作を行うことで電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間を遮断し、放電スイッチＳＷはオン動作を行うことで平滑コンデンサ２２と放電抵抗Ｒｄとを電気的に接続している状態において実行される。連系スイッチ２５がオフ動作し放電スイッチＳＷがオン動作する処理は、電力変換装置１００の電力変換動作の停止時においても行われる。したがって、故障診断装置１による故障診断処理は、電力変換装置１００の電力変換動作の停止から電力変換動作を開始する前までの間に実行されるのが効率的である。例えば、電力変換装置１００の電力変換動作を停止している状態から電力変換装置１００の電力変換動作を開始する際における一連の起動シーケンスの１つとして、故障診断装置１による故障診断処理を組み込むのが好ましい。このようにすれば、故障診断処理のために電力変換装置１００の電力変換動作を一旦停止させるといったことは不要になり、故障診断処理を必要最小限に確保することができるので、作業効率が上がる。また、電力変換装置１００の起動シーケンス中に故障診断装置１による故障診断処理を実行することで、電力変換装置１００の電力変換動作を開始する前に電力用半導体素子の故障を検出することができるので、安全性を確保することができる。
【0070】
なお、電力変換装置１００の出力側に接続される外部負荷が、電力変換装置１００の電圧出力の開始に連動して動作を開始するような負荷である場合は、連系スイッチ２５を省略してもよく、この場合は、外部負荷のインピーダンスが平滑コンデンサ２２とへ列に接続された状態で診断部１３による診断処理が行われることになる。
【0071】
また、電力変換動作用ゲート駆動回路４２及び診断用ゲート駆動回路４１は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用あるいは診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給するものとしたが、ゼロ電圧に代えてソース電位に対して負電圧を供給するようにしてもよい。
【0072】
＜第２の実施形態＞
本開示の第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例として、故障診断装置１に機械学習部を設けたものである。
本開示の第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例として、故障診断装置１に機械学習部を設けたものである。
【0073】
図６は、本開示の第２の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【0074】
本開示の第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００は、非絶縁降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータである電力変換装置１００は、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を１組有する。
【0075】
図６に示すように、電力変換装置１００は、ゲート駆動部１１と、電圧検出部１２と、診断部１３と、診断用ゲート信号発生回路１４と、電力変換回路部２１と、電力変換制御部２６と、機械学習部１５とを備える。ゲート駆動部１１内の診断用ゲート駆動回路４１と電圧検出部１２と診断部１３と診断用ゲート信号発生回路１４と機械学習部１５とで、故障診断装置１の機能が実現される。
【0076】
ゲート駆動部１１、電圧検出部１２、診断用ゲート信号発生回路１４、電力変換回路部２１、及び電力変換制御部２６については、第１の実施形態において説明した通りである。
【0077】
機械学習部１５は、入力されるデータの集合から、その中にある有用な規則や知識表現、判断基準などを解析により抽出し、その判断結果を出力すると共に、知識の学習を行う機能を有する。本開示の第２の実施形態では、機械学習部１５は、例えばサポートベクターマシン（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ：ＳＶＭ）を適用したものであり、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの組の故障の有無を診断する故障診断モデルを学習する。サポートベクターマシンでは、２つのクラス（故障ありクラスと故障なしクラス）にクラス分けされたトレーニングデータセットをまず用意し、入力データセットに基づいて２つのクラスをうまく分割する決定境界を学習していく。また、機械学習部１５は、サポートベクターマシンに代えて、例えば、ニューラルネットワーク、決定木（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｒｅｅ）、ロジスティック回帰などのアルゴリズムを用いてもよい。
【0078】
機械学習部１５は、ゲート駆動部１１が診断対象の電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの組に対して診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給しているときに電圧検出部１２が検出した出力電圧の値の時系列データをトレーニングデータセットとして、故障診断モデルを学習する。機械学習部１５に、ＧＰＧＰＵ（Ｇｅｎｅｒａｌ－Ｐｕｒｐｏｓｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）や大規模ＰＣクラスター等を適用すると、より高速な処理を実現することができる。
【0079】
診断部１３は、機械学習部１５による学習済の故障診断モデルを用いて、ゲート駆動部１１が診断対象の電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの組に対して診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給しているときに電圧検出部１２が検出した出力電圧の値の時系列データである入力データセットに基づいて、当該診断対象の電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの故障の有無を診断する。
【0080】
診断部１３による診断結果は、第１の実施形態と同様に、例えば、表示装置（図示せず）に表示させてもよく、音響装置（図示せず）にて出力させてもよく、紙面等にプリントアウトして表示してもよく、通信装置（図示せず）を用いて電力変換装置１００の外部（の機器や作業者）に報知してもよく、あるいはこれらを組み合わせて作業者に報知してもよい。また、診断部１３による診断結果が得られるたびにメモリに記憶して蓄積していき、データベース化することで故障予知や予防保全に役立ててもよい。
【0081】
なお、電力変換動作用ゲート駆動回路４２及び診断用ゲート駆動回路４１は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用あるいは診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給するものとしたが、ゼロ電圧に代えてソース電位に対して負電圧を供給するようにしてもよい。
【0082】
本開示の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【0083】
＜第３の実施形態＞
本開示の第３の実施形態は、第１の実施形態におけるゲート駆動部１１の変形例である。
本開示の第３の実施形態は、第１の実施形態におけるゲート駆動部１１の変形例である。
【0084】
図７は、本開示の第３の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【0085】
本開示の第３の実施形態は、第１の実施形態と同様に、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００が非絶縁降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータである電力変換装置１００は、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を１組有する。
【0086】
図７に示すように、電力変換装置１００は、ゲート駆動部１１と、電圧検出部１２と、診断部１３と、電力変換回路部２１と、電力変換制御部２６とを備える。ゲート駆動部１１内の診断用電源５１、正側スイッチＳＨ、負側スイッチＳＬ、切替部５３と、電圧検出部１２と、診断部１３と、電力変換制御部２６とで、故障診断装置１の機能が実現される。
【0087】
【0088】
ゲート駆動部１１は、診断用電源５１と、駆動用電源５２と、切替部５３と、正側スイッチＳＨと、負側スイッチＳＬとを有する。
【0089】
診断用電源５１は、診断用の正電圧を出力する。駆動用電源５２は、駆動用の正電圧を出力する。
【0090】
診断用電源５１の正電圧は、駆動用電源５２の正電圧よりも小さい値に設定される。また、駆動用電源５２の正電圧は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂがオン動作を開始する閾値電圧よりも十分に大きな値に設定される。一方、診断用電源５１の正電圧については、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂがオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きな値に設定される。「正の所定値」とは、例えば閾値電圧の数％～５０％程度の値であってもよい。例えば、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂの閾値電圧が２Ｖの場合、診断用電源５１の正電圧を、２．５Ｖ～３Ｖ程度の値に設定する。なお、ここで示した数値は一例であってその他の数値であってもよい。
【0091】
切替部５３は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元を、診断用電源５１と駆動用電源５２とで選択的に切り替える。切替部５３は、診断用電源５１につながる電路を開閉する診断用切替スイッチＳｓと、駆動用電源５２につながる電路を開閉する駆動用切替スイッチＳｇと、を有する。診断用切替スイッチＳｓ及び駆動用切替スイッチＳｇの例としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トランジスタなどがある。診断用切替スイッチＳｓ及び駆動用切替スイッチＳｇのオンオフ動作は電力変換制御部２６により制御される。
【0092】
診断部１３による診断時には、電力変換制御部２６が診断用切替スイッチＳｓがオン動作し駆動用切替スイッチＳｇがオフ動作するよう制御することで、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元が、診断用電源５１に設定される。電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元が診断用電源５１に設定されている状態において、電力変換制御部２６が正側スイッチＳＨと負側スイッチＳＬとを交互にオンオフ動作するよう制御することで、ゲート駆動部１１からは診断用の正の電圧とゼロ電圧とが交互に出力される。すなわち、電力変換制御部２６が正側スイッチＳＨをオン動作し負側スイッチＳＬをオフ動作するよう制御することで、ゲート駆動部１１からは診断用の正の電圧が出力される。また、電力変換制御部２６が正側スイッチＳＨをオフ動作し負側スイッチＳＬをオン動作するよう制御することで、ゲート駆動部１１からはゼロ電圧が出力される。
【0093】
電力変換装置１００による電力変換動作時には、電力変換制御部２６が診断用切替スイッチＳｓがオフ動作し駆動用切替スイッチＳｇがオン動作するよう制御することで、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元が、駆動用電源５２に設定される。電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元が駆動用電源５２に設定されている状態において、電力変換制御部２６が正側スイッチＳＨと負側スイッチＳＬとを交互にオンオフ動作するよう制御することで、ゲート駆動部１１からは駆動用の正の電圧とゼロ電圧とが交互に出力される。すなわち、電力変換制御部２６が正側スイッチＳＨをオン動作し負側スイッチＳＬをオフ動作するよう制御することで、ゲート駆動部１１からは駆動用の正の電圧が出力される。また、電力変換制御部２６が正側スイッチＳＨをオフ動作し負側スイッチＳＬをオン動作するよう制御することで、ゲート駆動部１１からはゼロ電圧が出力される。
【0094】
本開示の第３の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置における故障診断処理については、図５に示したフローチャートが適用される。
【0095】
なお、本開示の第３の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置に、第２の実施形態で説明した機械学習部１５を設けてもよい。
【0096】
診断部１３による診断結果は、第１の実施形態と同様に、例えば、表示装置（図示せず）に表示させてもよく、音響装置（図示せず）にて出力させてもよく、紙面等にプリントアウトして表示してもよく、通信装置（図示せず）を用いて電力変換装置１００の外部（の機器や作業者）に報知してもよく、あるいはこれらを組み合わせて作業者に報知してもよい。また、診断部１３による診断結果が得られるたびにメモリに記憶して蓄積していき、データベース化することで故障予知や予防保全に役立ててもよい。
【0097】
なお、ゲート駆動部１１は、電力用半導体素子ＳＨａ及びＳＨｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用あるいは診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給するものとしたが、ゼロ電圧に代えてソース電位に対して負電圧を供給するようにしてもよい。
【0098】
本開示の第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【0099】
＜第４の実施形態＞
本開示の第４の実施形態では、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００が単相インバータで構成される例について説明する。
本開示の第４の実施形態では、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００が単相インバータで構成される例について説明する。
【0100】
図８は、本開示の第４の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【0101】
電力変換装置１００は、第１のゲート駆動部１１－１と、第２のゲート駆動部１１－２と、第３のゲート駆動部１１－３と、第４のゲート駆動部１１－４と、電圧検出部１２と、診断部１３と、診断用ゲート信号発生回路１４と、電力変換回路部２１と、電力変換制御部２６とを備える。ゲート駆動部１１内の診断用ゲート駆動回路４１と電圧検出部１２と診断部１３と診断用ゲート信号発生回路１４とで、故障診断装置１の機能が実現される。
【0102】
電力変換装置１００は単相インバータとして構成されるので、電力変換回路部２１は、複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を４組有する。すなわち、電力変換回路部２１は、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂの組と、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂの組と、電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂの組と、電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂの組とを有する単相ブリッジ回路で構成される。同じ組に属する電力用半導体素子のオン動作及びオフ動作のタイミングは揃えられる。ここでは、一例として、電力変換回路部２１に設けられる１組あたりの電力用半導体素子の並列数を２としたが、電力変換回路部２１に設けられる１組あたりの電力用半導体素子の並列数を３以上としてもよい。
【0103】
電力変換回路部２１は、電力用半導体素子の各組が組ごとにオンオフ動作することにより電力変換動作を行い、入力された直流電圧を単相交流電圧に変換して出力する。すなわち、電力変換回路部２１による電力変換動作の際には、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂの組と電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂの組とがオンオフ動作するときは、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂの組と電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂの組とがオフ動作する。また、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂの組と電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂの組とがオフ動作するときは、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂの組と電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂの組とがオンオフ動作する。
【0104】
電力用半導体素子Ｓ１ａのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇ１ａを介して第１のゲート駆動部１１－１が接続される。電力用半導体素子Ｓ１ｂのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇ１ｂを介して第１のゲート駆動部１１－１が接続される。
【0105】
電力用半導体素子Ｓ２ａのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇ２ａを介して第２のゲート駆動部１１－２が接続される。電力用半導体素子Ｓ２ｂのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇ２ｂを介して第２のゲート駆動部１１－２が接続される。
【0106】
電力用半導体素子Ｓ３ａのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇ３ａを介して第３のゲート駆動部１１－３が接続される。電力用半導体素子Ｓ３ｂのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇ３ｂを介して第３のゲート駆動部１１－３が接続される。
【0107】
電力用半導体素子Ｓ４ａのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇ４ａを介して第４のゲート駆動部１１－４が接続される。電力用半導体素子Ｓ４ｂのゲート端子にはゲート抵抗Ｒｇ４ｂを介して第４のゲート駆動部１１－４が接続される。
【0108】
第１のゲート駆動部１１－１は、第１の診断用ゲート駆動回路４１－１と、第１の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１とを有する。
【0109】
第１の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１は、電力変換装置１００による電力変換動作時に、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用の正電圧とゼロ電圧とを交互に供給する。このため、第１の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１は、第１の駆動用電源３２－１と、第１の駆動用正側スイッチＳｇ１Ｈと、第１の駆動用負側スイッチＳｇ１Ｌとを有する。第１の駆動用正側スイッチＳｇ１Ｈ及び第１の駆動用負側スイッチＳｇ１Ｌの例としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トランジスタなどがある。第１の駆動用正側スイッチＳｇ１Ｈ及び第１の駆動用負側スイッチＳｇ１Ｌのオンオフ動作は、電力変換制御部２６により制御される。第１の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１において、第１の駆動用正側スイッチＳｇ１Ｈがオン動作を行いかつ第１の駆動用負側スイッチＳｇ１Ｌがオフ動作を行うと、第１の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１からは、駆動用のゲート信号のオン信号に対応する正電圧が出力される。第１の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１において、第１の駆動用正側スイッチＳｇ１Ｈがオフ動作を行いかつ第１の駆動用負側スイッチＳｇ１Ｌがオン動作を行うと、第１の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１からは、駆動用のゲート信号のオフ信号に対応するゼロ電圧が出力される。
【0110】
第１の診断用ゲート駆動回路４１－１は、第１の診断用電源３１－１と、第１の診断用正側スイッチＳｓ１Ｈと、第１の診断用負側スイッチＳｓ１Ｌとを有する。第１の診断用正側スイッチＳｓ１Ｈ及び第１の診断用負側スイッチＳｓ１Ｌの例としては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トランジスタなどがある。第１の診断用正側スイッチＳｓ１Ｈ及び第１の診断用負側スイッチＳｓ１Ｌのオンオフ動作は、診断用ゲート信号発生回路１４により制御される。第１の診断用ゲート駆動回路４１－１において、第１の診断用正側スイッチＳｓ１Ｈがオン動作を行いかつ第１の診断用負側スイッチＳｓ１Ｌがオフ動作を行うと、第１の診断用ゲート駆動回路４１－１からは、診断用のゲート信号のオン信号に対応する正電圧が出力される。第１の診断用ゲート駆動回路４１－１において、第１の診断用正側スイッチＳｓ１Ｈがオフ動作を行いかつ第１の診断用負側スイッチＳｓ１Ｌがオン動作を行うと、第１の診断用ゲート駆動回路４１－１からは、診断用のゲート信号のオフ信号に対応するゼロ電圧が出力される。
【0111】
第２のゲート駆動部１１－２は、第２の診断用ゲート駆動回路４１－２と、第２の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－２とを有する。第２の診断用ゲート駆動回路４１－２は、第２の診断用電源３１－２と、第２の診断用正側スイッチＳｓ２Ｈと、第２の診断用負側スイッチＳｓ２Ｌとを有する。第２の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－２は、第２の駆動用電源３２－２と、第２の駆動用正側スイッチＳｇ２Ｈと、第２の駆動用負側スイッチＳｇ２Ｌとを有する。
【0112】
第３のゲート駆動部１１－３は、第３の診断用ゲート駆動回路４１－３と、第３の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－３とを有する。第３の診断用ゲート駆動回路４１－３は、第３の診断用電源３１－３と、第３の診断用正側スイッチＳｓ３Ｈと、第３の診断用負側スイッチＳｓ３Ｌとを有する。第３の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－３は、第３の駆動用電源３２－３と、第３の駆動用正側スイッチＳｇ３Ｈと、第３の駆動用負側スイッチＳｇ３Ｌとを有する。
【0113】
第４のゲート駆動部１１－４は、第４の診断用ゲート駆動回路４１－４と、第４の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－４とを有する。第４の診断用ゲート駆動回路４１－４は、第４の診断用電源３１－４と、第４の診断用正側スイッチＳｓ４Ｈと、第４の診断用負側スイッチＳｓ４Ｌとを有する。第４の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－４は、第４の駆動用電源３２－４と、第４の駆動用正側スイッチＳｇ４Ｈと、第４の駆動用負側スイッチＳｇ４Ｌとを有する。
【0114】
第２の診断用ゲート駆動回路４１－２、第３の診断用ゲート駆動回路４１－３、及び第４の診断用ゲート駆動回路４１－４の機能及び動作は、第１の診断用ゲート駆動回路４１－１の機能及び動作と同様である。
【0115】
第２の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－２、第３の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－３、及び第４の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－４の機能及び動作は、第１の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１と同様である。
【0116】
第２の診断用電源３１－２、第３の診断用電源３１－３、及び第４の診断用電源３１－４の機能及び電圧等の条件は、第１の診断用電源３１－１の機能及び電圧等の条件と同様である。
【0117】
第２の診断用正側スイッチＳｓ２Ｈ、第３の診断用正側スイッチＳｓ３Ｈ、及び第４の診断用正側スイッチＳｓ４Ｈの機能及び動作は、第１の診断用正側スイッチＳｓ１Ｈの機能及び動作と同様である。
【0118】
第２の診断用負側スイッチＳｓ２Ｌ、第３の診断用負側スイッチＳｓ３Ｌ、第４の診断用負側スイッチＳｓ４Ｌの機能及び動作は、第１の診断用負側スイッチＳｓ１Ｌの機能及び動作と同様である。
【0119】
第２の駆動用電源３２－２、第３の駆動用電源３２－３、及び第４の駆動用電源３２－４の機能及び電圧等の条件は、第１の駆動用電源３２－１の機能及び電圧等の条件と同様である。
【0120】
第２の駆動用正側スイッチＳｇ２Ｈ、第３の駆動用正側スイッチＳｇ３Ｈ、及び第４の駆動用正側スイッチＳｇ４Ｈの機能及び動作は、第１の駆動用正側スイッチＳｇ１Ｈの機能及び動作と同様である。
【0121】
第２の駆動用負側スイッチＳｇ２Ｌ、第３の駆動用負側スイッチＳｇ３Ｌ、及び第４の駆動用負側スイッチＳｇ４Ｌの機能及び動作は、第１の駆動用負側スイッチＳｇ１Ｌの機能及び動作と同様である。
【0122】
第１の診断用電源３１－１の正電圧は、第１の駆動用電源３２－１の正電圧よりも小さい値に設定される。第２の診断用電源３１－２の正電圧は、第２の駆動用電源３２－２の正電圧よりも小さい値に設定される。第３の診断用電源３１－３の正電圧は、第３の駆動用電源３２－３の正電圧よりも小さい値に設定される。第４の診断用電源３１－４の正電圧は、第４の駆動用電源３２－４の正電圧よりも小さい値に設定される。
【0123】
第１の診断用電源３１－１の正電圧は、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きい値に設定される。第２の診断用電源３１－２の正電圧は、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きい値に設定される。第３の診断用電源３１－３の正電圧は、電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きい値に設定される。第４の診断用電源３１－４の正電圧は、電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きい値に設定される。「正の所定値」とは、例えば閾値電圧の数％～５０％程度の値であってもよい。例えば、閾値電圧が２Ｖであるとき、「正の所定値」を１Ｖとすると、第１の診断用電源３１－１、第２の診断用電源３１－２、第３の診断用電源３１－３、及び第４の診断用電源３１－４の正電圧は３Ｖに設定される。なお、ここで挙げた数値は一例であって、これ以外の数値であってもよい。一方で、第１の駆動用電源３２－１の正電圧は、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも十分に大きい値に設定される。第２の駆動用電源３２－２の正電圧は、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも十分に大きい値に設定される。第３の駆動用電源３２－３の正電圧は、電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも十分に大きい値に設定される。第４の駆動用電源３２－４の正電圧は、電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂの各々がオン動作を開始する閾値電圧よりも十分に大きい値に設定される。
【0124】
電力変換装置１００の電力変換動作時には、電力変換制御部２６が、第１の駆動用正側スイッチＳｇ１Ｈ、第１の駆動用負側スイッチＳｇ１Ｌ、第２の駆動用正側スイッチＳｇ２Ｈ、第２の駆動用負側スイッチＳｇ２Ｌ、第３の駆動用正側スイッチＳｇ３Ｈ、第３の駆動用負側スイッチＳｇ３Ｌ、第４の駆動用正側スイッチＳｇ４Ｈ、及び第４の駆動用負側スイッチＳｇ４Ｌのオンオフ動作を制御する。
【0125】
診断部１３の診断時には、診断用ゲート信号発生回路１４が、第１の診断用正側スイッチＳｓ１Ｈ、第１の診断用負側スイッチＳｓ１Ｌ、第２の診断用正側スイッチＳｓ２Ｈ、第２の診断用負側スイッチＳｓ２Ｌ、第３の診断用正側スイッチＳｓ３Ｈ、第３の診断用負側スイッチＳｓ３Ｌ、第４の診断用正側スイッチＳｓ４Ｈ、及び第４の診断用負側スイッチＳｓ４Ｌのオンオフ動作を制御する。
【0126】
電力変換回路部２１の出力部２０には、平滑コンデンサ２２と、リアクトル２３と、放電回路部２４と、連系スイッチ２５とが設けられる。電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂからなる並列回路と電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂからなる並列回路との接続点には、リアクトル２３の一端が接続される。リアクトル２３の他の一端には、平滑コンデンサ２２、放電回路部２４、及び連系スイッチ２５の各々の一端が接続される。平滑コンデンサ２２、放電回路部２４、及び連系スイッチ２５の各々の他の一端は、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂからなる並列回路と電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂからなる並列回路との接続点が接続される。平滑コンデンサ２２と放電回路部２４とは互いに並列に接続される。放電回路部２４は、放電抵抗Ｒｄと放電抵抗Ｒｄに直列に接続された電路を開閉する放電スイッチＳＷとを有する。
【0127】
電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂからなる並列回路と電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂからなる並列回路との接続点には、正側入力端子Ｔ１Ｈが設けられる。電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂからなる並列回路と電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂからなる並列回路との接続点には、負側入力端子Ｔ１Ｌが設けられる。連系スイッチ２５の両端のうち、リアクトル２３が設けられる一端とは反対側の一端には、第１の出力端子Ｔ３Ｈが設けられる。電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂからなる並列回路と電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂからなる並列回路と接続点には、第２の出力端子Ｔ３Ｌが設けられる。
【0128】
電力変換装置１００の入力側には入力コンデンサ２７が設けられる。電力変換装置１００には、正側入力端子Ｔ１Ｈ及び負側入力端子Ｔ１Ｌを介して直流入力電源３３が接続される。電力変換装置１００の第１の出力端子Ｔ３Ｈと第２の出力端子Ｔ３Ｌとの間には、外部負荷（図示せず）が接続される。
【0129】
電力変換回路部２１は、電力変換動作時には、電力用半導体素子の各組が組ごとにオンオフ動作を行い、入力された直流電圧を単相交流電圧に変換して出力する。電力変換動作時において電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂの組と電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂの組とがオンオフ動作するときは、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂの組と電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂの組とはオフ動作する。また、電力変換動作時において電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂの組と電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂの組とがオフ動作するときは、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂの組と電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂの組とはオンオフ動作する。電力変換動作時において電力変換回路部２１で生成された単相交流電圧は、第１の出力端子Ｔ３Ｈ及び第２の出力端子Ｔ３Ｌから出力される。
【0130】
電圧検出部１２は、電力変換装置１００の出力電圧を検出する。電力変換装置１００の出力電圧は、第１の出力端子Ｔ３Ｈと第２の出力端子Ｔ３Ｌとの間の電位差であり、換言すれば平滑コンデンサ２２の正負両極端子に印加される電位差である。電圧検出部１２が検出した出力電圧の値は、電力変換制御部２６に送られて電力変換回路部２１による電力変換動作の制御に用いられるとともに、診断部１３に送られて診断部１３による故障診断に用いられる。
【0131】
電力変換制御部２６は、第１の駆動用正側スイッチＳｇ１Ｈ、第１の駆動用負側スイッチＳｇ１Ｌ、第２の駆動用正側スイッチＳｇ２Ｈ、第２の駆動用負側スイッチＳｇ２Ｌ、第３の駆動用正側スイッチＳｇ３Ｈ、第３の駆動用負側スイッチＳｇ３Ｌ、第４の駆動用正側スイッチＳｇ４Ｈ、及び第４の駆動用負側スイッチＳｇ４Ｌのオンオフ動作を制御することで、電力変換回路部２１による電力変換動作を制御する。また、電力変換制御部２６は、放電回路部２４内の放電スイッチＳＷのオンオフ動作を制御することで、放電回路部２４による平滑コンデンサ２２の放電動作を制御する。また、電力変換制御部２６は、連系スイッチ２５のオンオフ動作を制御することで、電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間の接続及び遮断を制御する。
【0132】
故障診断装置１の一構成要素である診断部１３は、診断時に電圧検出部１２が検出した出力電圧の値に基づき、電力用半導体素子の各組について、組ごとの電力用半導体素子の故障の有無を診断する。すなわち、図５に示したＳ１０１～Ｓ１０５の処理が、電力用半導体素子の各組ごとに実行される。
【0133】
連系スイッチ２５はオフ動作を行うことで電力変換回路部２１の出力部２０と外部負荷との間を遮断し、放電スイッチＳＷはオン動作を行うことで平滑コンデンサ２２と放電抵抗Ｒｄとを電気的に接続している状態において、図５のステップＳ１０１では、電力用半導体素子の各組に対して、次のような電圧を印加する。
【0134】
電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂからなる組を診断対象とする場合は、図５のステップＳ１０１では、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間に、診断用の正電圧とゼロ電圧とを交互に印加する。その際、電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用の正電圧を印加する。また、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂのゲート端子とソース端子との間並びに電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂのゲート端子とソース端子との間に、ゼロ電圧を印加する。
【0135】
電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂからなる組を診断対象とする場合は、図５のステップＳ１０１では、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂのゲート端子とソース端子との間に、診断用の正電圧とゼロ電圧とを交互に印加する。その際、電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用の正電圧を印加する。また、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間並びに電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂのゲート端子とソース端子との間に、ゼロ電圧を印加する。
【0136】
電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂからなる組を診断対象とする場合は、図５のステップＳ１０１では、電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂのゲート端子とソース端子との間に、診断用の正電圧とゼロ電圧とを交互に印加する。その際、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用の正電圧を印加する。また、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間並びに電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂのゲート端子とソース端子との間に、ゼロ電圧を印加する。
【0137】
電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂからなる組を診断対象とする場合は、図５のステップＳ１０１では、電力用半導体素子Ｓ４ａ及びＳ４ｂのゲート端子とソース端子との間に、診断用の正電圧とゼロ電圧とを交互に印加する。その際、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間に、駆動用の正電圧を印加する。また、電力用半導体素子Ｓ２ａ及びＳ２ｂのゲート端子とソース端子との間並びに電力用半導体素子Ｓ３ａ及びＳ３ｂのゲート端子とソース端子との間に、ゼロ電圧を印加する。
【0138】
図２及び図３を参照して説明したように、診断対象の電力用半導体素子の組について、故障のあり／なしでリアクトル電流及び出力電圧に差が生じる。本開示の第４の実施形態においても、図５に示したＳ１０１～Ｓ１０５の処理を、電力用半導体素子の４組について組ごとに実行することで、電力用半導体素子の各組の故障の有無を診断する。
【0139】
診断部１３による診断結果は、第１の実施形態と同様に、例えば、表示装置（図示せず）に表示させてもよく、音響装置（図示せず）にて出力させてもよく、紙面等にプリントアウトして表示してもよく、通信装置（図示せず）を用いて電力変換装置１００の外部（の機器や作業者）に報知してもよく、あるいはこれらを組み合わせて作業者に報知してもよい。また、診断部１３による診断結果が得られるたびにメモリに記憶して蓄積していき、データベース化することで故障予知や予防保全に役立ててもよい。
【0140】
電力変換装置１００内には、演算処理装置である少なくとも１つのプロセッサが設けられる。演算処理装置が、電力変換制御部２６、診断部１３、診断用ゲート信号発生回路１４及びその他の処理回路を有する点については、第１の実施形態において説明した通りである。また、電力変換装置１００内には、記憶装置である少なくとも１つのメモリが設けられる。メモリには、電力変換制御部２６、診断部１３、診断用ゲート信号発生回路１４及びその他の処理回路を動作させるためのプログラムなどが格納される点については、第１の実施形態において説明した通りである。
【0141】
なお、第１～第４の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１～４２－４及び第１～第４の診断用ゲート駆動回路４１－１～４１－４は、電力変換回路部２１内の各電力用半導体素子のゲート端子とソース端子との間に、駆動用あるいは診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給するものとしたが、ゼロ電圧に代えてソース電位に対して負電圧を供給するようにしてもよい。
【0142】
本開示の第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【0143】
＜第５の実施形態＞
本開示の第５の実施形態は、第４の実施形態の変形例として、故障診断装置１に機械学習部を設けたものである。
本開示の第５の実施形態は、第４の実施形態の変形例として、故障診断装置１に機械学習部を設けたものである。
【0144】
図９は、本開示の第５の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【0145】
本開示の第５の実施形態では、第４の実施形態と同様に、複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有する電力変換装置１００が単相交流インバータで構成される。
【0146】
図９に示すように、電力変換装置１００は、第１のゲート駆動部１１－１と、第２のゲート駆動部１１－２と、第３のゲート駆動部１１－３と、第４のゲート駆動部１１－４と、電圧検出部１２と、診断部１３と、診断用ゲート信号発生回路１４と、電力変換回路部２１と、電力変換制御部２６と、機械学習部１５とを備える。第１のゲート駆動部１１－１内の第１の診断用ゲート駆動回路４１－１と第２のゲート駆動部１１－２内の第２の診断用ゲート駆動回路４１－２と第３のゲート駆動部１１－３内の第３の診断用ゲート駆動回路４１－３と第４のゲート駆動部１１－４内の第４の診断用ゲート駆動回路４１－４と電圧検出部１２と診断部１３と診断用ゲート信号発生回路１４と機械学習部１５とで、故障診断装置１の機能が実現される。
【0147】
第１のゲート駆動部１１－１、第２のゲート駆動部１１－２、第３のゲート駆動部１１－３、第４のゲート駆動部１１－４、電圧検出部１２、診断用ゲート信号発生回路１４、電力変換回路部２１、及び電力変換制御部２６については、第４の実施形態において図８を参照して説明した通りである。
【0148】
機械学習部１５は、入力されるデータの集合から、その中にある有用な規則や知識表現、判断基準などを解析により抽出し、その判断結果を出力すると共に、知識の学習を行う機能を有する。本開示の第５の実施形態では、機械学習部１５は、例えばサポートベクターマシン（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ：ＳＶＭ）を適用したものであり、電力用半導体素子の各組の組ごとの故障の有無を診断する故障診断モデルを学習する。故障診断モデルは、電力用半導体素子の各組ごとに生成される。サポートベクターマシンでは、２つのクラス（故障ありクラスと故障なしクラス）にクラス分けされたトレーニングデータセットをまず用意し、入力データセットに基づいて２つのクラスをうまく分割する決定境界を学習していく。また、機械学習部１５は、サポートベクターマシンに代えて、例えば、ニューラルネットワーク、決定木（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｒｅｅ）、ロジスティック回帰などのアルゴリズムを用いてもよい。
【0149】
診断部１３は、組ごとに機械学習部１５により学習済の故障診断モデルを用いて、ゲート駆動部１１が診断対象の電力用半導体素子の組に対して診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給しているときに電圧検出部１２が検出した出力電圧の値の時系列データである入力データセットに基づいて、当該診断対象の電力用半導体素子の組の故障の有無を診断する。
【0150】
診断部１３による診断結果は、第１の実施形態と同様に、例えば、表示装置（図示せず）に表示させてもよく、音響装置（図示せず）にて出力させてもよく、紙面等にプリントアウトして表示してもよく、通信装置（図示せず）を用いて電力変換装置１００の外部（の機器や作業者）に報知してもよく、あるいはこれらを組み合わせて作業者に報知してもよい。また、診断部１３による診断結果が得られるたびにメモリに記憶して蓄積していき、データベース化することで故障予知や予防保全に役立ててもよい。
【0151】
なお、第１～第４の電力変換動作用ゲート駆動回路４２－１～４２－４及び第１～第４の診断用ゲート駆動回路４１－１～４１－４は、電力変換回路部２１内の各電力用半導体素子のゲート端子とソース端子との間に、駆動用あるいは診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給するものとしたが、ゼロ電圧に代えてソース電位に対して負電圧を供給するようにしてもよい。
【0152】
本開示の第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【0153】
＜第６の実施形態＞
本開示の第６の実施形態は、第４の実施形態における第１のゲート駆動部１１－１、第２のゲート駆動部１１－２、第３のゲート駆動部１１－３、及び第４のゲート駆動部１１－４の変形例である。
本開示の第６の実施形態は、第４の実施形態における第１のゲート駆動部１１－１、第２のゲート駆動部１１－２、第３のゲート駆動部１１－３、及び第４のゲート駆動部１１－４の変形例である。
【0154】
図１０は、本開示の第６の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置を示す回路図である。
【0155】
図１０に示すように、電力変換装置１００は、第１のゲート駆動部１１－１と、第２のゲート駆動部１１－２と、第３のゲート駆動部１１－３と、第４のゲート駆動部１１－４と、電圧検出部１２と、診断部１３と、診断用ゲート信号発生回路１４と、電力変換回路部２１と、電力変換制御部２６とを備える。第１のゲート駆動部１１－１内の第１の診断用電源５１－1、正側スイッチＳ１Ｈ、負側スイッチＳ１Ｌ、及び第１の切替部５３－１と、第２のゲート駆動部１１－２内の第２の診断用電源５１－２、正側スイッチＳ２Ｈ、負側スイッチＳ２Ｌ、及び第２の切替部５３－２と、第３のゲート駆動部１１－３内の第３の診断用電源５１－３、正側スイッチＳ３Ｈ、負側スイッチＳ３Ｌ、及び第３の切替部５３－３と、第４のゲート駆動部１１－４内の第４の診断用電源５１－４、正側スイッチＳ４Ｈ、負側スイッチＳ４Ｌ、及び第４の切替部５３－４と、電圧検出部１２と、診断部１３と、電力変換制御部２６とで、故障診断装置１の機能が実現される。
【0156】
電圧検出部１２、診断部１３、電力変換回路部２１、及び電力変換制御部２６については、第４の実施形態において図８を参照して説明した通りである。
【0157】
第１のゲート駆動部１１－１は、第１の診断用電源５１－１と、第１の駆動用電源５２－１と、第１の切替部５３－１と、第１の正側スイッチＳ１Ｈと、第１の負側スイッチＳ１Ｌとを有する。
【0158】
第１の診断用電源５１－１は、診断用の正電圧を出力する。第１の駆動用電源５２－１は、駆動用の正電圧を出力する。
【0159】
第１の診断用電源５１－１の正電圧は、第１の駆動用電源５２－１の正電圧よりも小さい値に設定される。また、第１の駆動用電源５２－１の正電圧については、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂがオン動作を開始する閾値電圧よりも十分に大きな値に設定される。一方、第１の診断用電源５１－１の正電圧については、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂがオン動作を開始する閾値電圧よりも正の所定値だけ大きな値に設定される。「正の所定値」とは、例えば閾値電圧の数％～５０％程度の値であってもよい。例えば、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂの閾値電圧が２Ｖの場合、第１の診断用電源５１－１の正電圧を、２．５Ｖ～３Ｖ程度の値に設定する。なお、ここで示した数値は一例であってその他の数値であってもよい。
【0160】
第１の切替部５３－１は、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元を、第１の診断用電源５１－１と第１の駆動用電源５２－１とで選択的に切り替える。第１の切替部５３－１は、第１の診断用電源５１－１につながる電路を開閉する第１の診断用切替スイッチＳｓ１と、第１の駆動用電源５２－１につながる電路を開閉する第１の駆動用切替スイッチＳｇ１と、を有する。第１の診断用切替スイッチＳｓ１及び第１の駆動用切替スイッチＳｇ１のオンオフ動作は電力変換制御部２６により制御される。
【0161】
診断部１３による診断時には、電力変換制御部２６が第１の診断用切替スイッチＳｓ１がオン動作し第１の駆動用切替スイッチＳｇ１がオフ動作するよう制御することで、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元が、第１の診断用電源５１－１に設定される。電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元が第１の診断用電源５１－１に設定されている状態において、電力変換制御部２６が第１の正側スイッチＳ１Ｈと第１の負側スイッチＳ１Ｌとを交互にオンオフ動作するよう制御することで、第１のゲート駆動部１１－１からは診断用の正の電圧とゼロ電圧とが交互に出力される。すなわち、電力変換制御部２６が第１の正側スイッチＳ１Ｈをオン動作し第１の負側スイッチＳ１Ｌをオフ動作するよう制御することで、第１のゲート駆動部１１－１からは診断用の正の電圧が出力される。また、電力変換制御部２６が第１の正側スイッチＳ１Ｈをオフ動作し第１の負側スイッチＳ１Ｌをオン動作するよう制御することで、第１のゲート駆動部１１－１からはゼロ電圧が出力される。
【0162】
電力変換装置１００による電力変換動作時には、電力変換制御部２６が第１の診断用切替スイッチＳｓ１がオフ動作し第１の駆動用切替スイッチＳｇ１がオン動作するよう制御することで、電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元が、第１の駆動用電源５２－１に設定される。電力用半導体素子Ｓ１ａ及びＳ１ｂのゲート端子とソース端子との間に供給される正電圧の供給元が第１の駆動用電源５２－１に設定されている状態において、電力変換制御部２６が第１の正側スイッチＳ１Ｈと第１の負側スイッチＳ１Ｌとを交互にオンオフ動作するよう制御することで、第１のゲート駆動部１１－１からは駆動用の正の電圧とゼロ電圧とが交互に出力される。すなわち、電力変換制御部２６が第１の正側スイッチＳ１Ｈをオン動作し第１の負側スイッチＳ１Ｌをオフ動作するよう制御することで、第１のゲート駆動部１１－１からは駆動用の正の電圧が出力される。また、電力変換制御部２６が第１の正側スイッチＳ１Ｈをオフ動作し第１の負側スイッチＳ１Ｌをオン動作するよう制御することで、第１のゲート駆動部１１－１からはゼロ電圧が出力される。
【0163】
第２のゲート駆動部１１－２は、第２の診断用電源５１－２と、第２の駆動用電源５２－２と、第２の切替部５３－２と、第２の正側スイッチＳ２Ｈと、第２の負側スイッチＳ２Ｌとを有する。第２の切替部５３－２は、第２の診断用電源５１－２につながる電路を開閉する第２の診断用切替スイッチＳｓ２と、第２の駆動用電源５２－２につながる電路を開閉する第２の駆動用切替スイッチＳｇ２と、を有する。
【0164】
第３のゲート駆動部１１－３は、第３の診断用電源５１－３と、第３の駆動用電源５２－３と、第３の切替部５３－３と、第３の正側スイッチＳ３Ｈと、第３の負側スイッチＳ３Ｌとを有する。第３の切替部５３－３は、第３の診断用電源５１－３につながる電路を開閉する第３の診断用切替スイッチＳｓ３と、第３の駆動用電源５２－３につながる電路を開閉する第３の駆動用切替スイッチＳｇ３と、を有する。
【0165】
第４のゲート駆動部１１－４は、第４の診断用電源５１－４と、第４の駆動用電源５２－４と、第４の切替部５３－４と、第４の正側スイッチＳ４Ｈと、第４の負側スイッチＳ４Ｌとを有する。第４の切替部５３－４は、第４の診断用電源５１－４につながる電路を開閉する第４の診断用切替スイッチＳｓ４と、第４の駆動用電源５２－４につながる電路を開閉する第４の駆動用切替スイッチＳｇ４と、を有する。
【0166】
第２の診断用電源５１－２、第３の診断用電源５１－３、及び第４の診断用電源５１－４の機能及び電圧等の条件は、第１の診断用電源５１－１の機能及び電圧等の条件と同様である。
【0167】
第２の駆動用電源５２－２、第３の駆動用電源５２－３、及び第４の駆動用電源５２－４の機能及び電圧等の条件は、第１の駆動用電源５２－１の機能及び電圧等の条件と同様である。
【0168】
第２の切替部５３－２、第３の切替部５３－３、及び第４の切替部５３－４の機能及び動作は、第１の切替部５３－１の機能及び動作と同様である。
【0169】
第２の正側スイッチＳ２Ｈ、第３の正側スイッチＳ３Ｈ、及び第４の正側スイッチＳ４Ｈの機能及び動作は、第１の正側スイッチＳ１Ｈの機能及び動作と同様である。
【0170】
第２の負側スイッチＳ２Ｌ、第３の負側スイッチＳ３Ｌ、及び第４の負側スイッチＳ４Ｌの機能及び動作は、第１の負側スイッチＳ１Ｌの機能及び動作と同様である。
【0171】
第２の診断用切替スイッチＳｓ２、第３の診断用切替スイッチＳｓ３、及び第４の診断用切替スイッチＳｓ４の機能及び動作は、第１の診断用切替スイッチＳｓ１の機能及び動作と同様である。
【0172】
第２の駆動用切替スイッチＳｇ２、第３の駆動用切替スイッチＳｇ３、及び第４の駆動用切替スイッチＳｇ４の機能及び動作は、第１の駆動用切替スイッチＳｇ１の機能及び動作と同様である。
【0173】
本開示の第６の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置における故障診断処理については、図５に示したフローチャートが適用される。本開示の第６の実施形態においても、図５に示したＳ１０１～Ｓ１０５の処理を、電力用半導体素子の４組について組ごとに実行することで、電力用半導体素子の各組の故障の有無を診断する。
【0174】
診断部１３による診断結果は、第１の実施形態と同様に、例えば、表示装置（図示せず）に表示させてもよく、音響装置（図示せず）にて出力させてもよく、紙面等にプリントアウトして表示してもよく、通信装置（図示せず）を用いて電力変換装置１００の外部（の機器や作業者）に報知してもよく、あるいはこれらを組み合わせて作業者に報知してもよい。また、診断部１３による診断結果が得られるたびにメモリに記憶して蓄積していき、データベース化することで故障予知や予防保全に役立ててもよい。
【0175】
なお、本開示の第６の実施形態による故障診断装置及びこれを備える電力変換装置に、第５の実施形態で説明した機械学習部１５を設けてもよい。
【0176】
また、第１～第４のゲート駆動部１１－１～１１－４は、電力変換回路部２１内の各電力用半導体素子のゲート端子とソース端子との間に、駆動用あるいは診断用の正電圧とゼロ電圧とを供給するものとしたが、ゼロ電圧に代えてソース電位に対して負電圧を供給するようにしてもよい。
【0177】
本開示の第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【0178】
＜電力変換回路部の他の例＞
上述の各実施形態では、電力変換回路部２１が、非絶縁降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータまたは単相インバータで構成される例について説明した。電力変換回路部２１が複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有するものであれば、上述した以外の構成を有するものであってもよい。例えば、電力変換回路部２１は、非絶縁昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成されてもよい。この場合、非絶縁昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成される電力変換回路部２１は、複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を１組有し、診断部１３は、電力用半導体素子の１組の故障を診断する。また、例えば、電力変換回路部２１は、三相インバータで構成されてもよい。この場合、三相インバータで構成される電力変換回路部２１は、複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を６組有し、診断部１３は、電力用半導体素子の６組のうちの各組の故障を診断する。
上述の各実施形態では、電力変換回路部２１が、非絶縁降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータまたは単相インバータで構成される例について説明した。電力変換回路部２１が複数並列に接続された電力用半導体素子の組を有するものであれば、上述した以外の構成を有するものであってもよい。例えば、電力変換回路部２１は、非絶縁昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成されてもよい。この場合、非絶縁昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成される電力変換回路部２１は、複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を１組有し、診断部１３は、電力用半導体素子の１組の故障を診断する。また、例えば、電力変換回路部２１は、三相インバータで構成されてもよい。この場合、三相インバータで構成される電力変換回路部２１は、複数個並列に接続された電力用半導体素子の組を６組有し、診断部１３は、電力用半導体素子の６組のうちの各組の故障を診断する。
【0179】
以上、本開示について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、または、特許請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。また、これらの実施形態は、組み合わせて実施することもできる。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。
【符号の説明】
【0180】
１ 故障診断装置
１１ ゲート駆動部
１１－１ 第１のゲート駆動部
１１－２ 第２のゲート駆動部
１１－３ 第３のゲート駆動部
１１－４ 第４のゲート駆動部
１２ 電圧検出部
１３ 診断部
１４ 診断用ゲート信号発生回路
１５ 機械学習部
２０ 出力部
２１ 電力変換回路部
２２ 平滑コンデンサ
２３ リアクトル
２４ 放電回路部
２５ 連系スイッチ
２６ 電力変換制御部
２７ 入力コンデンサ
３１ 診断用電源
３１－１ 第１の診断用電源
３１－２ 第２の診断用電源
３１－３ 第３の診断用電源
３１－４ 第４の診断用電源
３２ 駆動用電源
３２－１ 第１の駆動用電源
３２－２ 第２の駆動用電源
３２－３ 第３の駆動用電源
３２－４ 第４の駆動用電源
３３ 直流入力電源
４１ 診断用ゲート駆動回路
４１－１ 第１の診断用ゲート駆動回路
４１－２ 第２の診断用ゲート駆動回路
４１－３ 第３の診断用ゲート駆動回路
４１－４ 第４の診断用ゲート駆動回路
４２ 電力変換動作用ゲート駆動回路
４２－１ 第１の電力変換動作用ゲート駆動回路
４２－２ 第２の電力変換動作用ゲート駆動回路
４２－３ 第３の電力変換動作用ゲート駆動回路
４２－４ 第４の電力変換動作用ゲート駆動回路
５１ 診断用電源
５１－１ 第１の診断用電源
５１－２ 第２の診断用電源
５１－３ 第３の診断用電源
５１－４ 第４の診断用電源
５２ 駆動用電源
５２－１ 第１の駆動用電源
５２－２ 第２の駆動用電源
５２－３ 第３の駆動用電源
５２－４ 第４の駆動用電源
５３ 切替部
５３－１ 第１の切替部
５３－２ 第２の切替部
５３－３ 第３の切替部
５３－４ 第４の切替部
Ｄａ、Ｄｂ ダイオード
Ｒｄ 放電抵抗
Ｒｇ１ａ、Ｒｇ１ｂ、Ｒｇ２ａ、Ｒｇ２ｂ、Ｒｇ３ａ、Ｒｇ３ｂ、Ｒｇ４ａ、Ｒｇ４ｂ、Ｒｇａ、Ｒｇｂ ゲート抵抗
Ｓｇ 駆動用切替スイッチ
Ｓｇ１Ｈ 第１の駆動用正側スイッチ
Ｓｇ２Ｈ 第２の駆動用正側スイッチ
Ｓｇ３Ｈ 第３の駆動用正側スイッチ
Ｓｇ４Ｈ 第４の駆動用正側スイッチ
ＳｇＨ 駆動用正側スイッチ
Ｓｇ１ 第１の駆動用切替スイッチ
Ｓｇ１Ｌ 第１の駆動用負側スイッチ
Ｓｇ２ 第２の駆動用切替スイッチ
Ｓｇ２Ｌ 第２の駆動用負側スイッチ
Ｓｇ３ 第３の駆動用切替スイッチ
Ｓｇ３Ｌ 第３の駆動用負側スイッチ
Ｓｇ４ 第４の駆動用切替スイッチ
Ｓｇ４Ｌ 第４の駆動用負側スイッチ
ＳｇＬ 駆動用負側スイッチ
ＳＨ 正側スイッチ
Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ、ＳＨａ、ＳＨｂ、 電力用半導体素子
Ｓ１Ｈ 第１の正側スイッチ
Ｓ１Ｌ 第１の負側スイッチ
Ｓ２Ｈ 第２の正側スイッチ
Ｓ２Ｌ 第２の負側スイッチ
Ｓ３Ｈ 第３の正側スイッチ
Ｓ３Ｌ 第３の負側スイッチ
Ｓ４Ｈ 第４の正側スイッチ
Ｓ４Ｌ 第４の負側スイッチ
ＳＬ 負側スイッチ
Ｓｓ 診断用切替スイッチ
Ｓｓ１ 第１の診断用切替スイッチ
Ｓｓ１Ｈ 第１の診断用正側スイッチ
Ｓｓ２ 第２の診断用切替スイッチ
Ｓｓ２Ｈ 第２の診断用正側スイッチ
Ｓｓ３ 第３の診断用切替スイッチ
Ｓｓ３Ｈ 第３の診断用正側スイッチ
Ｓｓ４ 第４の診断用切替スイッチ
Ｓｓ４Ｈ 第４の診断用正側スイッチ
ＳｓＨ 診断用正側スイッチ
Ｓｓ１Ｌ 第１の診断用負側スイッチ
Ｓｓ２Ｌ 第２の診断用負側スイッチ
Ｓｓ３Ｌ 第３の診断用負側スイッチ
Ｓｓ４Ｌ 第４の診断用負側スイッチ
ＳｓＬ 診断用負側スイッチ
ＳＷ 放電スイッチ
Ｔ１Ｈ 正側入力端子
Ｔ１Ｌ 負側入力端子
Ｔ２Ｈ 正側出力端子
Ｔ２Ｌ 負側出力端子
Ｔ３Ｈ 第１の出力端子
Ｔ３Ｌ 第２の出力端子
１１ ゲート駆動部
１１－１ 第１のゲート駆動部
１１－２ 第２のゲート駆動部
１１－３ 第３のゲート駆動部
１１－４ 第４のゲート駆動部
１２ 電圧検出部
１３ 診断部
１４ 診断用ゲート信号発生回路
１５ 機械学習部
２０ 出力部
２１ 電力変換回路部
２２ 平滑コンデンサ
２３ リアクトル
２４ 放電回路部
２５ 連系スイッチ
２６ 電力変換制御部
２７ 入力コンデンサ
３１ 診断用電源
３１－１ 第１の診断用電源
３１－２ 第２の診断用電源
３１－３ 第３の診断用電源
３１－４ 第４の診断用電源
３２ 駆動用電源
３２－１ 第１の駆動用電源
３２－２ 第２の駆動用電源
３２－３ 第３の駆動用電源
３２－４ 第４の駆動用電源
３３ 直流入力電源
４１ 診断用ゲート駆動回路
４１－１ 第１の診断用ゲート駆動回路
４１－２ 第２の診断用ゲート駆動回路
４１－３ 第３の診断用ゲート駆動回路
４１－４ 第４の診断用ゲート駆動回路
４２ 電力変換動作用ゲート駆動回路
４２－１ 第１の電力変換動作用ゲート駆動回路
４２－２ 第２の電力変換動作用ゲート駆動回路
４２－３ 第３の電力変換動作用ゲート駆動回路
４２－４ 第４の電力変換動作用ゲート駆動回路
５１ 診断用電源
５１－１ 第１の診断用電源
５１－２ 第２の診断用電源
５１－３ 第３の診断用電源
５１－４ 第４の診断用電源
５２ 駆動用電源
５２－１ 第１の駆動用電源
５２－２ 第２の駆動用電源
５２－３ 第３の駆動用電源
５２－４ 第４の駆動用電源
５３ 切替部
５３－１ 第１の切替部
５３－２ 第２の切替部
５３－３ 第３の切替部
５３－４ 第４の切替部
Ｄａ、Ｄｂ ダイオード
Ｒｄ 放電抵抗
Ｒｇ１ａ、Ｒｇ１ｂ、Ｒｇ２ａ、Ｒｇ２ｂ、Ｒｇ３ａ、Ｒｇ３ｂ、Ｒｇ４ａ、Ｒｇ４ｂ、Ｒｇａ、Ｒｇｂ ゲート抵抗
Ｓｇ 駆動用切替スイッチ
Ｓｇ１Ｈ 第１の駆動用正側スイッチ
Ｓｇ２Ｈ 第２の駆動用正側スイッチ
Ｓｇ３Ｈ 第３の駆動用正側スイッチ
Ｓｇ４Ｈ 第４の駆動用正側スイッチ
ＳｇＨ 駆動用正側スイッチ
Ｓｇ１ 第１の駆動用切替スイッチ
Ｓｇ１Ｌ 第１の駆動用負側スイッチ
Ｓｇ２ 第２の駆動用切替スイッチ
Ｓｇ２Ｌ 第２の駆動用負側スイッチ
Ｓｇ３ 第３の駆動用切替スイッチ
Ｓｇ３Ｌ 第３の駆動用負側スイッチ
Ｓｇ４ 第４の駆動用切替スイッチ
Ｓｇ４Ｌ 第４の駆動用負側スイッチ
ＳｇＬ 駆動用負側スイッチ
ＳＨ 正側スイッチ
Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ、ＳＨａ、ＳＨｂ、 電力用半導体素子
Ｓ１Ｈ 第１の正側スイッチ
Ｓ１Ｌ 第１の負側スイッチ
Ｓ２Ｈ 第２の正側スイッチ
Ｓ２Ｌ 第２の負側スイッチ
Ｓ３Ｈ 第３の正側スイッチ
Ｓ３Ｌ 第３の負側スイッチ
Ｓ４Ｈ 第４の正側スイッチ
Ｓ４Ｌ 第４の負側スイッチ
ＳＬ 負側スイッチ
Ｓｓ 診断用切替スイッチ
Ｓｓ１ 第１の診断用切替スイッチ
Ｓｓ１Ｈ 第１の診断用正側スイッチ
Ｓｓ２ 第２の診断用切替スイッチ
Ｓｓ２Ｈ 第２の診断用正側スイッチ
Ｓｓ３ 第３の診断用切替スイッチ
Ｓｓ３Ｈ 第３の診断用正側スイッチ
Ｓｓ４ 第４の診断用切替スイッチ
Ｓｓ４Ｈ 第４の診断用正側スイッチ
ＳｓＨ 診断用正側スイッチ
Ｓｓ１Ｌ 第１の診断用負側スイッチ
Ｓｓ２Ｌ 第２の診断用負側スイッチ
Ｓｓ３Ｌ 第３の診断用負側スイッチ
Ｓｓ４Ｌ 第４の診断用負側スイッチ
ＳｓＬ 診断用負側スイッチ
ＳＷ 放電スイッチ
Ｔ１Ｈ 正側入力端子
Ｔ１Ｌ 負側入力端子
Ｔ２Ｈ 正側出力端子
Ｔ２Ｌ 負側出力端子
Ｔ３Ｈ 第１の出力端子
Ｔ３Ｌ 第２の出力端子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】