特許 7173164 スイッチングモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】スイッチングモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02M 5/293 20060101AFI20221109BHJP

【ＦＩ】

H02M5/293 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020562911

(86)(22)【出願日】2019-11-15

(86)【国際出願番号】 JP2019044852

(87)【国際公開番号】W WO2020137237

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2021-06-17

(31)【優先権主張番号】P 2018242050

(32)【優先日】2018-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019089527

(32)【優先日】2019-05-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】野村 英明

(72)【発明者】

【氏名】森 倫也

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－０８６４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１０２１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－０２２２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６６６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１７６３３０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ５／００ － ５／４８

Ｈ０２Ｈ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも１つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第１双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第２双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第１電圧値を検出する第１電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第２電圧値を検出する第２電圧計と、
第１時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第１検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得し、取得した前記第１電圧値と前記第２電圧値との第１差分値が予め設定された第１電圧閾値以下のとき、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第１時刻から前記第１検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第１電圧値および前記第２電圧値に基づいて前記第１双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第１時刻から前記設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第２検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得し、取得した前記第１電圧値と前記第２電圧値との第２差分値が前記第１電圧閾値以下であれば、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える、
スイッチングモジュール。

【請求項2】

前記第１電圧計は、前記第１双方向スイッチの入力端と前記第２双方向スイッチの入力端とに接続され、
前記第２電圧計は、前記第１双方向スイッチの出力端と前記第２双方向スイッチの出力端とに接続されている、
請求項１に記載のスイッチングモジュール。

【請求項3】

前記第１検査期間および前記第２検査期間の長さは、前記設定周期の０．３倍以上０．５倍以下である、
請求項１または２に記載のスイッチングモジュール。

【請求項4】

前記第１双方向スイッチは、
一端が前記一対の入力端子の一方に接続された第１スイッチング素子と、
カソードが前記第１スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の一方に接続された第１ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の一方に接続された第２ダイオードと、
一端が前記第２ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の一方に接続された第２スイッチング素子と、を有し、
前記第２双方向スイッチは、
一端が前記一対の入力端子の他方に接続された第３スイッチング素子と、
カソードが前記第３スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の他方に接続された第３ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の他方に接続された第４ダイオードと、
一端が前記第４ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の他方に接続された第４スイッチング素子と、を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチングモジュール。

【請求項5】

前記判定部は、前記第１時刻から前記第１検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第１電圧値および前記第２電圧値に基づいて前記第１双方向スイッチが短絡故障と判定した場合、前記第２時刻において前記第１双方向スイッチの故障の有無の判定を回避する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のスイッチングモジュール。

【請求項6】

予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも１つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第１双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第２双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間を流れる電流の電流値を検出する電流計と、
第１時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第１検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が予め設定された第１電流閾値以上のとき、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第１時刻から前記第１検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記電流値に基づいて前記第１双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第１時刻から前記設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第２検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が前記第１電流閾値以上であれば、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える、
スイッチングモジュール。

【請求項7】

予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子との少なくとも１つの組み合わせを有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第１双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第２双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第１電圧値を検出する第１電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第２電圧値を検出する第２電圧計と、
前記第１双方向スイッチが短絡故障しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、第１時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第１検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして、前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得して前記第１電圧値と前記第２電圧値との第１差分値が予め設定された第１電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第１回数閾値以上継続して前記第１差分値が前記第１電圧閾値以下と判定されたとき、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する第１判定処理と、前記第１時刻から前記設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻から、前記設定周期の１／２以下の長さの第２検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして、前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得して前記第１電圧値と前記第２電圧値との第２差分値が前記第１電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第１回数閾値以上継続して前記第２差分値が前記第１電圧閾値以下と判定されたとき、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する第２判定処理と、を実行する、
スイッチングモジュール。

【請求項8】

前記判定部は、前記第１判定処理において、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定された場合、前記第２判定処理の実行を回避する、
請求項７に記載のスイッチングモジュール。

【請求項9】

前記判定部は、前記第１判定処理において、前記第１回数閾値よりも大きい第２回数閾値以上継続して前記第１差分値が前記第１電圧閾値よりも高いと判定され、且つ、前記第２判定処理において、前記第２回数閾値以上継続して前記第２差分値が前記第１電圧閾値よりも高いと判定された場合、前記第１双方向スイッチが正常であると判定する、
請求項７または８に記載のスイッチングモジュール。

【請求項10】

前記判定部は、前記第１判定処理において、前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得して前記第１電圧値と前記第２電圧値との第１差分値が予め設定された前記第１電圧閾値よりも高い第２電圧閾値よりも高いか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された前記第２回数閾値よりも小さい第３回数閾値以上継続して前記第１差分値が前記第２電圧閾値よりも高いと判定されたとき、次に、前記第２判定処理を実行し、前記第２判定処理において、前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得して前記第１電圧値と前記第２電圧値との第２差分値が前記第２電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第３回数閾値以上継続して前記第２差分値が前記第２電圧閾値よりも高いと判定されたとき、前記第１双方向スイッチが正常であると判定する、
請求項９に記載のスイッチングモジュール。

【請求項11】

前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第１検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第２電流閾値以下の場合、少なくとも前記第１回数閾値を予め設定された回数だけ増加させる、
請求項７から１０のいずれか１項に記載のスイッチングモジュール。

【請求項12】

前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第１検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第３電流閾値よりも高い場合、少なくとも前記第１回数閾値を予め設定された回数だけ減少させる、
請求項７から１１のいずれか１項に記載のスイッチングモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチングモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

３相の交流電力を出力する交流電源と負荷とを接続する３本の母線それぞれにサイリスタを備える交流電力制御装置について、サイリスタの故障を検出する素子故障検出装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この素子故障検出装置は、負荷に流れる電流を検出する変流器および加算器と、各相に対応するサイリスタに対して異なるタイミングで個別に素子オン信号を出力する制御回路と、素子オン信号と変流器および加算器の出力とに基づいて、各相に対応するサイリスタの故障の有無を判定する判定手段と、を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－２２４４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載された素子故障検出装置の場合、検査対象となるサイリスタを一旦オフ状態にするために、母線に流す電流を減少させる必要がある。そのため、この素子故障検出装置を使用する場合、サイリスタの故障の有無を判定する期間中は、交流電源から負荷へ供給される電力を低下させざるを得ない。従って、例えば負荷が常時運転状態を維持する必要があるサーバである場合、サイリスタの故障の有無の判定作業を行う度に、負荷への電力供給元を待機系の交流電源へ切り替える作業が発生してしまい、検査作業者の手間が増大してしまう虞がある。

【0005】

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、双方向スイッチの故障の有無の判定を行う際の交流電源から負荷へ供給される電力の低下を抑制できるスイッチングモジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係るスイッチングモジュールは、
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも１つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第１双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第２双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第１電圧値を検出する第１電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第２電圧値を検出する第２電圧計と、
第１時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第１検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得し、取得した前記第１電圧値と前記第２電圧値との第１差分値が予め設定された第１電圧閾値以下のとき、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第１時刻から前記第１検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第１電圧値および前記第２電圧値に基づいて前記第１双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第１時刻から前記設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第２検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得し、取得した前記第１電圧値と前記第２電圧値との第２差分値が前記第１電圧閾値以下であれば、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える。

【0007】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記第１電圧計が、前記第１双方向スイッチの入力端と前記第２双方向スイッチの入力端とに接続され、
前記第２電圧計が、前記第１双方向スイッチの出力端と前記第２双方向スイッチの出力端とに接続されている、ものであってもよい。

【0008】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記第１検査期間および前記第２検査期間の長さが、前記設定周期の０．３倍以上０．５倍以下であってもよい。

【0009】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記第１双方向スイッチが、
一端が前記一対の入力端子の一方に接続された第１スイッチング素子と、
カソードが前記第１スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の一方に接続された第１ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の一方に接続された第２ダイオードと、
一端が前記第２ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の一方に接続された第２スイッチング素子と、を有し、
前記第２双方向スイッチが、
一端が前記一対の入力端子の他方に接続された第３スイッチング素子と、
カソードが前記第３スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の他方に接続された第３ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の他方に接続された第４ダイオードと、
一端が前記第３ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の他方に接続された第４スイッチング素子と、を有する、ものであってもよい。

【0010】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記判定部は、前記第１時刻から前記第１検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第１電圧値および前記第２電圧値に基づいて前記第１双方向スイッチが短絡故障と判定した場合、前記第２時刻において前記第１双方向スイッチの故障の有無の判定を回避する、ものであってもよい。

【0011】

他の観点から見た本発明に係るスイッチングモジュールは、
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも１つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第１双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第２双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間を流れる電流の電流値を検出する電流計と、
第１時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第１検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が予め設定された第１電流閾値以上のとき、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第１時刻から前記第１検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記電流値に基づいて前記第１双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第１時刻から前記設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第２検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が前記第１電流閾値以上であれば、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える。

【0012】

他の観点から見た本発明に係るスイッチングモジュールは、
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子との少なくとも１つの組み合わせを有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された１つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第１双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第２双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第１電圧値を検出する第１電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第２電圧値を検出する第２電圧計と、
前記第１双方向スイッチが短絡故障しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、第１時刻から前記設定周期の１／２以下の長さの第１検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして、前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得して前記第１電圧値と前記第２電圧値との第１差分値が予め設定された第１電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第１回数閾値以上継続して前記第１差分値が前記第１電圧閾値以下と判定されたとき、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する第１判定処理と、前記第１時刻から前記設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻から、前記設定周期の１／２以下の長さの第２検査期間だけ前記第１双方向スイッチを開状態且つ前記第２双方向スイッチを閉状態にして、前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得して前記第１電圧値と前記第２電圧値との第２差分値が前記第１電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第１回数閾値以上継続して前記第２差分値が前記第１電圧閾値以下と判定されたとき、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する第２判定処理と、を実行する。

【0013】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記判定部は、前記第１判定処理において、前記第１双方向スイッチが短絡故障していると判定された場合、前記第２判定処理の実行を回避する、ものであってもよい。

【0014】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記判定部は、前記第１判定処理において、前記第１回数閾値よりも大きい第２回数閾値以上継続して前記第１差分値が前記第１電圧閾値よりも高いと判定され、且つ、前記第２判定処理において、前記第２回数閾値以上継続して前記第２差分値が前記第１電圧閾値よりも高いと判定された場合、前記第１双方向スイッチが正常であると判定する、ものであってもよい。

【0015】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記判定部は、前記第１判定処理において、前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得して前記第１電圧値と前記第２電圧値との第１差分値が予め設定された前記第１電圧閾値よりも高い第２電圧閾値よりも高いか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された前記第２回数閾値よりも小さい第３回数閾値以上継続して前記第１差分値が前記第２電圧閾値よりも高いと判定されたとき、次に、前記第２判定処理を実行し、前記第２判定処理において、前記第１電圧値と前記第２電圧値とを取得して前記第１電圧値と前記第２電圧値との第２差分値が前記第２電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第３回数閾値以上継続して前記第２差分値が前記第２電圧閾値よりも高いと判定されたとき、前記第１双方向スイッチが正常であると判定する、ものであってもよい。

【0016】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第１検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第２電流閾値以下の場合、少なくとも前記第２回数閾値を予め設定された回数だけ増加させる、ものであってもよい。

【0017】

また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第１検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第３電流閾値よりも高い場合、少なくとも前記第２回数閾値を予め設定された回数だけ減少させる、ものであってもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、第１双方向スイッチの短絡故障の有無の判定を行う際の交流電源から負荷へ供給される電力の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態１に係る電源システムの概略構成図である。

【図2】実施の形態１に係る電力変換ユニットの回路図である。

【図3】実施の形態１に係るモジュール本体の回路図である。

【図4】実施の形態１に係るスイッチングモジュールの動作を説明するためのタイムチャートである。

【図5A】実施の形態１に係るモジュール本体の２つのスイッチング素子の一方の短絡故障の有無を判定している状態を示す回路図である。

【図5B】実施の形態１に係るモジュール本体の２つのスイッチング素子の他方の短絡故障の有無を判定している状態を示す回路図である。

【図6】実施の形態１に係る判定部が実行する短絡故障判定処理を示すフローチャートである。

【図7】実施の形態１に係るスイッチングモジュールの動作を説明するためのタイムチャートである。

【図8】本発明の実施の形態２に係る電源システムの概略構成図である。

【図9】実施の形態２に係る判定部が実行する短絡故障判定処理を示すフローチャートである。

【図10】実施の形態２に係る判定部が実行する故障有無判定処理を示すフローチャートである。

【図11】変形例に係るモジュール本体の一部を示す回路図である。

【図12】変形例に係るスイッチングモジュールの動作を説明するためのタイムチャートである。

【図13】変形例に係るスイッチングモジュールの一部を示す回路図である。

【図14】変形例に係るスイッチングモジュールの一部を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係るスイッチングモジュールは、例えば３相の交流電源から負荷への交流電力の供給状態を制御するために使用されるものである。このスイッチングモジュールは、予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、第１双方向スイッチと、第２双方向スイッチと、第１電圧計と、第２電圧計と、第１電圧計、第２電圧計で検出される電圧値に基づいて、第１双方向スイッチの短絡故障の有無を判定する判定部と、を備える。ここで、第１双方向スイッチは、一対の入力端子の一方と、一対の出力端子の一方との間に直列に接続され、第２双方向スイッチは、一対の入力端子の他方と、一対の出力端子の他方との間に直列に接続されている。第１電圧計は、一対の入力端子の一方と第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、一対の入力端子の他方と第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第１電圧値を検出する。第２電圧計は、一対の出力端子の一方と第１双方向スイッチとの間に生じる電位と、一対の出力端子の他方と第２双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第２電圧値を検出する。判定部は、第１時刻において、設定周期の１／２以下の検査期間だけ、第１双方向スイッチを開状態且つ第２双方向スイッチを閉状態にして、前述の第１電圧値と第２電圧値との第１差分値が、予め設定された閾値以下であれば、第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する。また、判定部は、第１時刻において第１双方向スイッチが正常と判定した場合に、第１時刻から設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻において、前述の検査期間（設定周期の１／２以下）だけ第１双方向スイッチを開状態且つ第２双方向スイッチを閉状態にし、前述の第１電圧値と第２電圧値との第２差分値が、予め設定された閾値以下であれば、第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する。

【0021】

本実施の形態に係る電源システムは、例えばデータセンタのサーバへ電力を供給するいわゆる無停電電源システムである。例えば図１に示すように、この電源システム５００は、三相交流電源ＰＡまたは待機系の三相交流電源ＰＢから交流電力の供給を受けて出力端子ＴｅＯに接続されたサーバ（図示せず）のような負荷へ直流電力を供給する。三相交流電源ＰＡは、３つの交流電源をΔ結線したものであり、３つの電力線Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃを介して電源システム５００へ三相交流を供給する。また、三相交流電源ＰＢは、３つの交流電源をΔ結線したものであり、３つの電力線Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃを介して電源システム５００へ三相交流を供給する。また、電源線Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃには、それぞれ遮断器ＢＡＡ、ＢＡＢ、ＢＡＣ、ＢＢＡ、ＢＢＢ、ＢＢＣが介挿されている。

【0022】

電源システム５００は、２つのモジュール本体１００Ａ、１００Ｂと、６つの電力変換回路２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６と、これらの動作を制御する制御部３００と、を備える。そして、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂと、制御部３００と、から、スイッチングモジュール５０１が構成される。電力変換回路２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６は、それぞれ、例えば図２に示すように、整流回路ＤＢと、整流回路ＤＢの出力端間に接続された平滑用のコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１の両端間に生じる直流電圧を昇圧または降圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータ２１０と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０の出力端間に接続されたリップル電流軽減用のコンデンサＣ２と、を有する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０は、例えばインダクタとスイッチング素子とスイッチング素子を駆動する駆動回路とを有する。駆動回路は、制御部３００から入力される出力電圧の指令値を示す指令値情報に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号またはＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）信号をスイッチング素子へ出力することにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０の出力を制御する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０の出力端は、電源システム５００の一対の出力端子ｔｅＯに接続されている。

【0023】

図１に戻って、モジュール本体１００Ａは、入力端子ｔｅ１Ａ、ｔｅ１Ｂ、ｔｅ１Ｃと、出力端子ｔｅ３Ａ、ｔｅ３Ｂ、ｔｅ３Ｃと、を備える。ここで、入力端子ｔｅ１Ａ、ｔｅ１Ｂ、ｔｅ１Ｃには、それぞれ、三相交流電源ＰＡに接続された電源線Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃが接続される。また、出力端子ｔｅ３Ａ、ｔｅ３Ｂ、ｔｅ３Ｃには、電力変換回路２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６に接続された電源線Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂ、Ｌ３Ｃが接続される。また、モジュール本体１００Ｂも、入力端子ｔｅ２Ａ、ｔｅ２Ｂ、ｔｅ２Ｃと、出力端子ｔｅ４Ａ、ｔｅ４Ｂ、ｔｅ４Ｃと、を備える。入力端子ｔｅ２Ａ、ｔｅ２Ｂ、ｔｅ２Ｃには、それぞれ、待機系の三相交流電源ＰＢに接続された電源線Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃが接続される。出力端子ｔｅ４Ａ、ｔｅ４Ｂ、ｔｅ４Ｃには、電力変換回路２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６に接続された電源線Ｌ４Ａ、Ｌ４Ｂ、Ｌ４Ｃが接続される。また、モジュール本体１００Ａは、３つの双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、６つの電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃと、を備える。なお、モジュール本体１００Ｂも、モジュール本体１００Ａと同様の構成を有し、３つの双方向スイッチ（図示せず）と、６つの電圧計（図示せず）と、を備える。

【0024】

双方向スイッチ１Ａは、入力端子ｔｅ１Ａと出力端子ｔｅ３Ａとの間に直列に接続されている。双方向スイッチ１Ｂは、入力端子ｔｅ１Ｂと出力端子ｔｅ３Ｂとの間に直列に接続されている。双方向スイッチ１Ｃは、入力端子ｔｅ１Ｃと出力端子ｔｅ３Ｃとの間に直列に接続されている。双方向スイッチ１Ａは、図３に示すように、２つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａと２つのダイオードＤ１Ａ、Ｄ２Ａとを有する。スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子Ｑ１Ａは、一端が入力端子ｔｅ１Ａに接続されている。ダイオードＤ１Ａは、カソードがスイッチング素子Ｑ１Ａの他端に接続され、アノードが出力端子ｔｅ３Ａに接続されている。ダイオードＤ２Ａは、アノードが入力端子ｔｅ１Ａに接続されている。スイッチング素子Ｑ２Ａは、一端がダイオードＤ２Ａのカソードに接続され、他端が出力端子ｔｅ３Ａに接続されている。双方向スイッチ１Ｂは、２つのスイッチング素子Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂと２つのダイオードＤ１Ｂ、Ｄ２Ｂとを有する。スイッチング素子Ｑ１Ｂは、一端が入力端子ｔｅ１Ｂに接続されている。ダイオードＤ１Ｂは、カソードがスイッチング素子Ｑ１Ｂの他端に接続され、アノードが出力端子ｔｅ３Ｂに接続されている。ダイオードＤ２Ｂは、アノードが入力端子ｔｅ１Ｂに接続されている。スイッチング素子Ｑ２Ｂは、一端がダイオードＤ２Ｂのカソードに接続され、他端が出力端子ｔｅ３Ｂに接続されている。双方向スイッチ１Ｃは、２つのスイッチング素子Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃと２つのダイオードＤ１Ｃ、Ｄ２Ｃとを有する。スイッチング素子Ｑ１Ｃは、一端が入力端子ｔｅ１Ｃに接続されている。ダイオードＤ１Ｃは、カソードがスイッチング素子Ｑ１Ｃの他端に接続され、アノードが出力端子ｔｅ３Ｃに接続されている。ダイオードＤ２Ｃは、アノードが入力端子ｔｅ１Ｃに接続されている。スイッチング素子Ｑ２Ｃは、一端がダイオードＤ２Ｃのカソードに接続され、他端が出力端子ｔｅ３Ｃに接続されている。

【0025】

電圧計１２Ａは、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂの入力端Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ間に接続され、電圧計１２Ｂは、双方向スイッチ１Ｂ、１Ｃの入力端Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃ間に接続されている。また、電圧計１２Ｃは、双方向スイッチ１Ａ、１Ｃの入力端Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｃ間に接続されている。電圧計１２Ａは、入力端子ｔｅ１Ａと双方向スイッチ１Ａとの間に生じる電位と、入力端子ｔｅ１Ｂと双方向スイッチ１Ｂとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。電圧計１２Ｂは、入力端子ｔｅ１Ｂと双方向スイッチ１Ｂとの間に生じる電位と、入力端子ｔｅ１Ｃと双方向スイッチ１Ｃとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。電圧計１２Ｃは、入力端子ｔｅ１Ａと双方向スイッチ１Ａとの間に生じる電位と、入力端子ｔｅ１Ｃと双方向スイッチ１Ｃとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。

【0026】

電圧計１３Ａは、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂの出力端Ｏ１Ａ、Ｏ１Ｂ間に接続され、電圧計１３Ｂは、双方向スイッチ１Ｂ、１Ｃの出力端Ｏ１Ｂ、Ｏ１Ｃ間に接続されている。また、電圧計１３Ｃは、双方向スイッチ１Ａ、１Ｃの出力端Ｏ１Ａ、Ｏ１Ｃ間に接続されている。電圧計１３Ａは、出力端子ｔｅ３Ａと双方向スイッチ１Ａとの間に生じる電位と、出力端子ｔｅ３Ｂと双方向スイッチ１Ｂとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。電圧計１３Ｂは、出力端子ｔｅ３Ｂと双方向スイッチ１Ｂとの間に生じる電位と、出力端子ｔｅ３Ｃと双方向スイッチ１Ｃとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。電圧計１３Ｃは、出力端子ｔｅ３Ａと双方向スイッチ１Ａとの間に生じる電位と、出力端子ｔｅ３Ｃと双方向スイッチ１Ｃとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。

【0027】

図１に戻って、制御部３００は、例えばマイコンとメモリとを有し、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂの動作を制御する。制御部３００は、電源切替部３０１と判定部３０３とを有する。また、制御部３００は、判定部３０３が電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから電圧値を繰り返し取得する際の繰り返し回数を計数するカウンタ（図示せず）を有する。ここで、スイッチングモジュール５０１は、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂと、制御部３００と、が１つのパッケージ内に組み込まれているものであってもよいし、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂと、制御部３００と、がそれぞれ別のパッケージ内に組み込まれているものであってもよい。或いは、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂと、制御部３００の判定部３０３およびメモリと、が、１つのパッケージ内に組み込まれ、制御部３００の電源切替部３０１が、別のパッケージ内に組み込まれているものであってもよい。さらには、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂと、制御部３００の電源切替部３０１およびメモリと、が、１つのパッケージ内に組み込まれ、制御部３００の判定部３０３が、別のパッケージ内に組み込まれているものであってもよい。

【0028】

メモリには、フラグ記憶部３０４と、判定部３０３による双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無の判定結果を示す判定結果情報を記憶する判定結果記憶部３０５と、が設けられている。フラグ記憶部３０４は、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃについて短絡故障の有無の判定を完了したか否かを示す完了フラグと、後述する判定終了フラグと、を記憶する。また、メモリには、判定部３０３が電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから電圧値を繰り返し取得する際の繰り返し回数の上限値を示す情報も記憶されている。

【0029】

電源切替部３０１は、電源システム５００への電力供給元を三相交流電源ＰＡにする場合、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂへ制御信号を出力することにより、モジュール本体１００Ａの３つの双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを閉状態にし、モジュール本体１００Ｂの３つの双方向スイッチ（図示せず）を開状態にする。一方、電源切替部３０１は、電源システム５００への電力供給元を待機系の三相交流電源ＰＢにする場合、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂへ制御信号を出力することにより、モジュール本体１００Ａの３つの双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを開状態にし、モジュール本体１００Ｂの３つの双方向スイッチ（図示せず）を閉状態にする。電源切替部３０１は、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃのゲート端子へ制御信号を出力することにより、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃをオン状態またはオフ状態にする。

【0030】

判定部３０３は、後述する短絡判定処理を実行することにより、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無を判定する。判定部３０３が例えば双方向スイッチ１Ａの短絡故障の有無を判定するとする。図４に示すように、判定部３０３は、まず、第１時刻Ｔ１から三相交流電源ＰＡから供給される交流電流の予め設定された設定周期Ｔ０の１／２以下の長さの検査期間（第１検査期間）ΔＴＡ１だけスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａをオフ状態にし、スイッチング素子Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオン状態にする。即ち、判定部３０３は、交流電流Ｉｉｎの極性が正の期間に含まれる検査期間ΔＴＡ１において、双方向スイッチ１Ａを開状態且つ双方向スイッチ１Ｂを閉状態にする。なお、第１時刻Ｔ１は、例えば入力電流のゼロクロス点に対応する時刻Ｔ０から期間ΔＴ１だけ経過後の時刻である。また、検査期間ΔＴＡの長さは、三相交流電源ＰＡ、ＰＢから供給される交流電流の設定周期Ｔ０の０．３倍以上０．５倍以下に設定されている。この検査期間ΔＴＡの長さは、例えば電力変換回路２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６のコンデンサＣ１と電力変換回路２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６に接続された負荷の大きさとで定まるコンデンサＣ１の放電時定数に基づいて決定することができる。放電時定数とは、コンデンサＣ１に蓄電された電力を負荷に放電することが可能な期間を示す。これは、検査期間ΔＴＡ中にスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａはオフ状態となって低下する交流電源から負荷への電力を、コンデンサＣ１から負荷への放電によって補うためである。このような制御を行うことにより、短絡故障の有無の判定を行う際に、交流電源から負荷へ供給される電力の低下を抑制する。即ち、この時定数が大きくなるほど、その分、検査期間ΔＴＡの長さを長く設定することができる。また、検査期間ΔＴＡ１を、三相交流電源ＰＡ、ＰＢから供給される交流電流の設定周期Ｔ０の０．５倍に等しく設定する場合、電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとして、入力電流のゼロクロス点を検出するとゼロクロス点検出通知情報を制御装置３００へ送信する機能を有するものを採用すればよい。そして、判定部３０３は、電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから受信するゼロクロス点検出通知情報に基づいて、時間軸上で隣り合う２つのゼロクロス点の間の検出期間ΔＴＡ１中に検出された電圧値を特定するようにすればよい。そして、判定部３０３は、電圧計１２Ａにより検出される電圧値（第１電圧値）と電圧計１３Ａにより検出される電圧値（第２電圧値）との差分絶対値（第１差分値）が予め設定された第１電圧閾値以下のとき、双方向スイッチ１Ａが短絡故障していると判定する。例えば図５Ａに示すように、双方向スイッチ１Ａの第２スイッチング素子に相当するスイッチング素子Ｑ２Ａが短絡故障している場合、破線矢印ＡＲ１に示すように電流が流れて、電圧計１２Ａにより検出される電圧値と電圧計１３Ａにより検出される電圧値とがほぼ同じ値となる。電圧計１２Ａと電圧計１３Ａとで検出される電圧値の差分絶対値はゼロに近い値となるため、前述の第１電圧閾値をゼロに近い値に設定することにより、判定が可能となる。

【0031】

なお、スイッチング素子Ｑ２Ａが短絡故障していない場合は、スイッチング素子Ｑ２Ａが開状態となっているため、電圧計１２Ａにより検出される電圧値と電圧計１３Ａにより検出される電圧値とは異なる値となる。よって、電圧計１２Ａと電圧計１３Ａとで検出される電圧値の差分絶対値が第１電圧閾値より大きい値となっているときに、短絡故障していないと判定することができる。

【0032】

また、判定部３０３が、第１時刻Ｔ１から検査期間ΔＴＡだけ経過するまでの間に取得した電圧値に基づいて双方向スイッチ１Ａが正常と判定したとする。この場合、判定部３０３は、例えば、第１時刻Ｔ１から予め設定された設定周期Ｔ０の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数、本実施の形態の説明ではｎ＝１とする）の期間が経過するまでの間、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオン状態にして、コンデンサＣ１を蓄電する。そして、図４に示すように、第１時刻Ｔ１から設定周期Ｔ０の（１＋１／２）倍の期間ΔＴ０（１＋１／２）だけ経過後の第２時刻Ｔ２から２回目の検査を行う。２回目の検査期間（第２検査期間）ΔＴＡ２では、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａをオフ状態にし、スイッチング素子Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオン状態にする。そして、第２検査期間ΔＴＡ２中に低下する交流電源から負荷への電力を、コンデンサＣ１から負荷へ放電によって補い、電力の低下を抑制する。判定部３０３は、交流電流Ｉｉｎの極性が負の期間に含まれる検査期間ΔＴＡ２において、双方向スイッチ１Ａを開状態且つ双方向スイッチ１Ｂを閉状態にする。なお、検査期間ΔＴＡ２の長さも、三相交流電源ＰＡ、ＰＢから供給される交流電流の設定周期Ｔ０の０．３倍以上０．５倍以下に設定されている。検査期間ΔＴＡ２の長さは、検査期間ΔＴＡ１の長さと同じであってもよいし異なっていてもよい。そして、判定部３０３は、電圧計１２Ａにより検出される電圧値（第１電圧値）と電圧計１３Ａにより検出される電圧値（第２電圧値）との差分絶対値（第２差分値）が前述の第１電圧閾値以下のとき、双方向スイッチ１Ａが短絡故障していると判定する。例えば図５Ｂに示すように、双方向スイッチ１Ａの第１スイッチング素子に相当するスイッチング素子Ｑ１Ａが短絡故障している場合、破線矢印ＡＲ２に示すように電流が流れて、電圧計１２Ａにより検出される電圧値と電圧計１３Ａにより検出される電圧値との差分絶対値が第１電圧閾値以下となる。

【0033】

ここで、前述の判定終了フラグは、第１時刻Ｔ１から検査期間ΔＴＡ１が経過するまでの間に取得した電圧値に基づいて、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の短絡故障の有無の判定が終了した場合、「オン」状態となる。一方、判定終了フラグは、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が短絡故障していると判定した場合、或いは、第２時刻Ｔ２から検査期間ΔＴＡ２が経過するまでの間に取得した電圧値に基づいて、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の短絡故障の有無の判定が終了した場合に「オフ」状態となる。

【0034】

また、判定部３０３が、電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃにより電圧値を取得してから、短絡故障の有無の判定が完了するまでの時間は、制御部３００の処理速度に依存し、例えば１２５μｓｅｃである。

【0035】

なお、本実施の形態においては双方向スイッチ１Ａが請求項の第１双方向スイッチに相当し、双方向スイッチ１Ｂが請求項の第２双方向スイッチに相当し、電圧計１２Ａが請求項の第１電圧計に相当し、電圧計１３Ａが請求項の第２電圧計に相当する。そして、スイッチング素子Ｑ１Ａが請求項の第１スイッチング素子に相当し、スイッチング素子Ｑ２Ａが、請求項の第２スイッチング素子に相当する。また、スイッチング素子Ｑ１Ｂが請求項の第３スイッチング素子に相当し、スイッチング素子Ｑ２Ｂが請求項の第４スイッチング素子に相当する。ダイオードＤ１Ａが請求項の第１ダイオードに相当し、ダイオードＤ２Ａが請求項の第２ダイオードに相当する。ダイオードＤ１Ｂが請求項の第３ダイオードに相当し、ダイオードＤ２Ｂが請求項の第４ダイオードに相当する。しかし、本実施の形態の中で相当するものであり、請求項がこれに限定されるものではない。

【0036】

次に、本実施の形態に係る判定部３０３が実行する短絡故障判定処理について、図６および図７を参照しながら説明する。なお、この短絡故障判定処理の開始時において、モジュール本体１００Ａの双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは全て閉状態になっているものとする。また、判定対象となる双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）について、第１時刻から検査期間だけ双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）をオフにした状態での短絡故障の有無の判定が終了したか否かを示す判定終了フラグは、オフ状態に設定されているものとする。図６に示すように、まず、判定部３０３は、第１時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ１）。判定部３０３は、第１時刻が到来しない限り（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理を繰り返す。一方、判定部３０３は、第１時刻が到来したと判定すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ（Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃ）をオフする（ステップＳ２）。ここで、判定部３０３は、双方向スイッチ１Ａの短絡故障の有無を判定する場合、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａをオフし、双方向スイッチ１Ｂの短絡故障の有無を判定する場合、スイッチング素子Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオフする。また、判定部３０３は、双方向スイッチ１Ｃの短絡故障の有無を判定する場合、スイッチング素子Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃをオフする。

【0037】

次に、電圧計１２Ａ、１３Ａ（１２Ｂ、１３Ｂ、１２Ｃ、１３Ｃ）から電圧値を繰り返し取得する際の繰り返し回数のカウント値「ｉ」を「０」に設定する（ステップＳ３）。続いて、判定部３０３は、電圧計１２Ａ、１３Ａ（１２Ｂ、１３Ｂ、１２Ｃ、１３Ｃ）それぞれから電圧値を取得する（ステップＳ４）。ここで、判定部３０３は、双方向スイッチ１Ａの短絡故障の有無を判定する場合、電圧計１２Ａ、１３Ａそれぞれから電圧値を取得し、双方向スイッチ１Ｂの短絡故障の有無を判定する場合、電圧計１２Ｂ、１３Ｂそれぞれから電圧値を取得する。また、判定部３０３は、双方向スイッチ１Ｃの短絡故障の有無を判定する場合、電圧計１２Ｃ、１３Ｃそれぞれから電圧値を取得する。

【0038】

その後、判定部３０３は、取得した２つの電圧値の差分絶対値｜ΔＶ｜を算出する（ステップＳ５）。次に、判定部３０３は、電圧計１２Ａ、１３Ａ（１２Ｂ、１３Ｂ、１２Ｃ、１３Ｃ）から電圧値を「ｉ」回繰り返し取得していた場合、「ｉ」個の差分絶対値の最大値を算出する（ステップ６）。続いて、判定部３０３は、カウント値［ｉ］が予め設定された繰り返し回数の上限値「Ｎ」未満であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ここで、繰り返し回数の上限値「Ｎ」は、例えば「９」に設定される。判定部３０３は、カウント値「ｉ」が繰り返し回数「Ｎ」未満であると判定すると（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、再びステップＳ４の処理を実行する。

【0039】

一方、判定部３０３は、カウント値「ｉ」が繰り返し回数「Ｎ」以上であると判定すると（ステップＳ７：Ｎｏ）、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ（Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃ）をオンする（ステップＳ８）。このとき、判定部３０３は、カウンタのカウント値を「０」に初期化する。次に、判定部３０３は、フラグ記憶部３０４が記憶する判定終了フラグを変更する（ステップＳ９）。ここで、判定部３０３は、判定終了フラグが「オン」に設定されている場合、判定終了フラグを「オフ」に変更する。一方、判定部３０３は、判定終了フラグが「オフ」に設定されている場合、判定終了フラグを「オン」に設定する。

【0040】

続いて、判定部３０３は、差分絶対値の最大値｜ΔＶ｜ｍａｘが予め設定された第１電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。判定部３０３は、差分絶対値の最大値｜ΔＶ｜ｍａｘが第１電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ以下であると判定すると（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が短絡故障であると判定する（ステップＳ１１）。このとき、判定部３０３は、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が短絡故障していることを示す故障判定情報を、判定対象の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の識別情報と対応づけて判定結果記憶部３０５に記憶させる。その後、判定部３０３は、フラグ記憶部３０４が記憶する判定終了フラグをオフ状態にする（ステップＳ１２）。ここで、判定部３０３は、フラグ記憶部３０４が記憶する判定終了フラグが既にオフ状態である場合、判定終了フラグをオフ状態で維持する。次に、判定部３０３は、後述するステップＳ１６の処理を実行する。

【0041】

また、判定部３０３は、ステップＳ１０において、差分絶対値の最大値｜ΔＶ｜ｍａｘが第１電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈを超えていると判定すると（ステップＳ１０：Ｎｏ）、判定終了フラグがオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。判定部３０３は、判定終了フラグがオン状態であると判定すると（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、第２時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ１４）。判定部３０３は、第２時刻が到来しない限り（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１４の処理を繰り返す。一方、判定部３０３は、第２時刻が到来したと判定すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、再びステップＳ２以降の処理を実行する。

【0042】

また、判定部３０３は、ステップＳ１３において、判定終了フラグがオフ状態であると判定すると（ステップＳ１３：Ｎｏ）、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が正常であると判定する（ステップＳ１５）。このとき、判定部３０３は、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が正常であることを示す正常判定情報を、判定対象の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の識別情報と対応づけて判定結果記憶部３０５に記憶させる。

【0043】

続いて、判定部３０３は、フラグ記憶部３０４が記憶する完了フラグに基づいて、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が有るか否かを判定する（ステップＳ１６）。判定部３０３は、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が有ると判定すると（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、未判定の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）についてステップＳ１以降の処理を実行する。一方、判定部３０３は、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が無いと判定すると（ステップＳ１６：Ｎｏ）、判定結果記憶部３０５が記憶する判定結果情報を、外部機器（図示せず）へ出力する（ステップＳ１７）。そして、短絡故障判定処理が終了する。

【0044】

判定部３０３は、この短絡故障判定処理を実行することにより、例えば図７に示すように、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ２Ｃのオンオフ状態を切り替える。即ち、判定部３０３は、まず、電力線Ｌ１Ａを流れるＲ相の交流電流の極性が正の期間ΔＴＡ１と負の期間ΔＴＡ２において、双方向スイッチ１Ａのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａをオフ状態にして、双方向スイッチ１Ａの短絡故障の有無を判定する。次に、判定部３０３は、電力線Ｌ１Ｂを流れるＳ相の交流電流の極性が正の期間ΔＴＢ１と負の期間ΔＴＢ２において、双方向スイッチ１Ｂのスイッチング素子Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオフ状態にして、双方向スイッチ１Ｂの短絡故障の有無を判定する。その後、判定部３０３は、電力線Ｌ１Ｃを流れるＴ相の交流電流の極性が正の期間ΔＴＣ１と負の期間ΔＴＣ２において、双方向スイッチ１Ｃのスイッチング素子Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃをオフ状態にして、双方向スイッチ１Ｃの短絡故障の有無を判定する。

【0045】

以上説明したように、本実施の形態に係るスイッチングモジュール５０１によれば、判定部３０３が、第１時刻から予め設定された設定周期の１／２以下の長さの検査期間だけ双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃのうちの１つを開状態且つ他を閉状態にして双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの両側の電圧値を取得し、取得した２つの電圧値の差分絶対値が第１電圧閾値以下のとき、開状態にした双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃが短絡故障していると判定する。また、判定部３０３は、第１時刻から検査期間経過するまでの間に取得した電圧値に基づいて双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃが正常と判定した場合、第１時刻から設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻から検査期間だけ双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃのうちの１つを開状態且つ他を閉状態にして、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの両側の電圧値を取得し、取得した２つの電圧値の差分絶対値が第１電圧閾値以下であれば、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃが短絡故障していると判定する。これにより、三相交流電源ＰＡ、ＰＢから供給される交流電流の設定周期の１／２以下の長さの検査期間双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを開状態にするだけ、もしくは、この動作の後に設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎ＝正の整数）の期間を経過した後にもう一度繰り返すだけで、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無を判定することができる。従って、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無の判定を行う際の三相交流電源ＰＡ、ＰＢから負荷へ供給される電力の低下を抑制することができる。

【0046】

また、本実施の形態に係るスイッチングモジュール５０１によれば、電圧計１２Ａは、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂの入力端Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ間に接続され、電圧計１２Ｂは、双方向スイッチ１Ｂ、１Ｃの入力端Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃ間に接続されている。また、電圧計１２Ｃは、双方向スイッチ１Ａ、１Ｃの入力端Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｃ間に接続されている。電圧計１３Ａは、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂの出力端Ｏ１Ａ、Ｏ１Ｂ間に接続され、電圧計１３Ｂは、双方向スイッチ１Ｂ、１Ｃの出力端Ｏ１Ｂ、Ｏ１Ｃ間に接続されている。また、電圧計１３Ｃは、双方向スイッチ１Ａ、１Ｃの出力端Ｏ１Ａ、Ｏ１Ｃ間に接続されている。これにより、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃと電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとの間に介在する配線長が短くなり、配線間に生じる寄生インピーダンスが小さくなるので、電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃで検出される電圧値の精度を高めることができる。従って、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無の判定精度を高めることができる。

【0047】

更に、本実施の形態に係るスイッチングモジュール５０１では、前述の検査期間の長さが、三相交流電源ＰＡ、ＰＢから供給される交流電流の設定周期の０．３倍以上０．５倍以下に設定されている。検査期間が設定周期の０．３倍以上０．５倍以下とすることによってカウント数をふやすことができるので、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無の判定精度を向上させることができる。例えば、検査期間が設定周期の０．３倍であるとする。また、判定部３０３が、電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから電圧値を取得してから、短絡故障の有無の判定が完了するまでの時間が、例えば１２５μｓｅｃであるとする。この場合、判定部３０３は、４０回以上繰り返して判定を実行することができるので、十分な判定精度を確保できる。

【0048】

また、本実施の形態に係る判定部３０３は、第１時刻から前述の検査期間だけ経過するまでの間に取得した双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの両端の電圧値に基づいて双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃが短絡故障していると判定した場合、第２時刻における双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無の判定を回避する。これにより、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを開状態にする期間を短縮することができるので、その分、電源システム５００の出力低下が抑制されるという利点がある。

【0049】

（実施の形態２）
本実施の形態に係るスイッチングモジュールは、実施の形態１と同様に、一対の入力端子と一対の出力端子と第１双方向スイッチと第２双方向スイッチと第１電圧計と第２電圧計とを備える。但し、判定部が、第１時刻において、設定周期の１／２以下の検査期間だけ、第１双方向スイッチを開状態且つ第２双方向スイッチを閉状態にして、前述の第１電圧値と第２電圧値との第１差分値が、予め設定された第１電圧閾値以下であれば、第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する点が実施の形態１と相違する。また、判定部は、第１時刻において第１双方向スイッチが正常と判定した場合に、第１時刻から設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻において、前述の検査期間（設定周期の１／２以下）だけ第１双方向スイッチを開状態且つ第２双方向スイッチを閉状態にし、前述の第１電圧値と第２電圧値との第２差分値が、前述の第１電圧閾値以下であれば、第１双方向スイッチが短絡故障していると判定する点でも実施の形態１と相違する。

【0050】

本実施の形態に係る電源システムは、図８に示すように、実施の形態１に係る電源システムと同様のハードウェア構成を有する。なお、図８において、実施の形態１と同様の構成については、図１と同一の符号を付している。制御部２３００は、制御部３００と同様のハードウェア構成を有し、電源切替部３０１と判定部２３０３とを有する。そして、実施の形態１と同様に、モジュール本体１００Ａ、１００Ｂと、制御部２３００と、から、スイッチングモジュール２５０１が構成される。

【0051】

判定部２３０３は、後述する短絡判定処理を実行することにより、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無を判定する。判定部２３０３が例えば双方向スイッチ１Ａの短絡故障の有無を判定するとする。この場合、図４に示すように、判定部２３０３は、まず、第１時刻Ｔ１から三相交流電源ＰＡから供給される交流電流の予め設定された設定周期Ｔ０の１／２以下の長さの検査期間ΔＴＡ１だけスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａをオフ状態にし、スイッチング素子Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオン状態にする。そして、判定部２３０３は、電圧計１２Ａにより検出される電圧値と電圧計１３Ａにより検出される電圧値との差分絶対値（第１差分値）が予め設定された第１電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第１回数閾値以上継続して前述の差分絶対値が第１電圧閾値以下と判定されたとき、第１双方向スイッチ１Ａが短絡故障していると判定する第１判定処理を実行する。ここで、第１電圧閾値は、例えば１０Ｖに設定される。また、第１回数閾値は、例えば「１０」に設定される。

【0052】

また、判定部２３０３が、前述の第１判定処理において、双方向スイッチ１Ａが正常と判定したとする。この場合、判定部２３０３は、図４に示すように、第１時刻Ｔ１から予め設定された設定周期Ｔ０の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間が経過するまでの間、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオン状態にして、コンデンサＣ１を蓄電する。そして、判定部２３０３は、第１時刻Ｔ１から設定周期Ｔ０の（１＋１／２）倍の期間ΔＴ０（１＋１／２）だけ経過後の第２時刻Ｔ２から２回目の検査を行う。２回目の検査期間ΔＴＡ２では、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａをオフ状態にし、スイッチング素子Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオン状態にする。判定部２３０３は、交流電流Ｉｉｎの極性が負の期間に含まれる検査期間ΔＴＡ２において、双方向スイッチ１Ａを開状態且つ双方向スイッチ１Ｂを閉状態にする。そして、判定部２３０３は、電圧計１２Ａにより検出される電圧値と電圧計１３Ａにより検出される電圧値との差分絶対値（第２差分値）が前述の第１電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前述の第１回数閾値以上継続して差分絶対値が第１電圧閾値以下と判定されたとき、双方向スイッチ１Ａが短絡故障していると判定する第２判定処理を実行する。

【0053】

また、判定部２３０３は、前述の第１判定処理において、双方向スイッチ１Ａが短絡故障していると判定された場合、前述の第２判定処理の実行を回避する。更に、判定部２３０３は、前述の第１判定処理において、予め設定された第２回数閾値以上継続して差分絶対値が第１電圧閾値よりも高いと判定され、且つ、前述の第２判定処理において、第２回数閾値以上継続して差分絶対値が第１電圧閾値よりも高いと判定された場合、双方向スイッチ１Ａが正常であると判定する、ここで、第２回数閾値は、第１回数閾値よりも大きい値に設定され、例えば「４０」に設定される。

【0054】

更に、判定部２３０３は、前述の第１判定処理において、電圧計１２Ａにより検出される電圧値と電圧計１３Ａにより検出される電圧値との差分絶対値が予め設定された第２電圧閾値よりも高いか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第３回数閾値以上継続して差分絶対値が第２電圧閾値よりも高いと判定されたとき、次に、前述の第２判定処理を実行する。ここで、第２電圧閾値は、第１電圧閾値よりも高い電圧に設定され、例えば１５Ｖに設定される。また、第３回数閾値は、例えば「２０」に設定される。そして、判定部２３０３は、前述の第２判定処理において、電圧計１２Ａにより検出される電圧値と電圧計１３Ａにより検出される電圧値との差分絶対値が前述の第２電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前述の第３回数閾値以上継続して差分絶対値が前述の第２電圧閾値よりも高いと判定されたとき、双方向スイッチ１Ａが正常であると判定する。

【0055】

また、制御部２３００のメモリは、故障有判定回数記憶部２３０６と、故障無判定回数記憶部２３０７と、を有する。ここで、故障有判定回数記憶部２３０６は、前述の差分絶対値が第１電圧閾値以下と判定された回数である故障有判定回数を示す情報を記憶する。また、故障無判定回数記憶部２３０７は、前述の差分絶対値が第２電圧閾値よりも高くなったと判定された回数である故障無判定回数を示す情報を記憶する。

【0056】

次に、本実施の形態に係る判定部２３０３が実行する短絡故障判定処理について、図９および図１０を参照しながら説明する。なお、この短絡故障判定処理の開始時において、モジュール本体１００Ａの双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは全て閉状態になっているものとする。また、判定対象となる双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）について、第１時刻から検査期間だけ双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）をオフにした状態での短絡故障の有無の判定が終了したか否かを示す判定終了フラグは、オフ状態に設定されているものとする。図９に示すように、まず、判定部２３０３は、ステップＳ２０１乃至Ｓ２０３の処理を実行する、ステップＳ２０１乃至Ｓ２０３の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１乃至Ｓ３の処理と同様である。次に、判定部２３０３は、電圧計１２Ａ、１３Ａ（１２Ｂ、１３Ｂ、１２Ｃ、１３Ｃ）それぞれから電圧値を取得する（ステップＳ２０４）。続いて、判定部２３０３は、取得した２つの電圧値の差分絶対値を算出する（ステップＳ２０５）。

【0057】

その後、判定部２３０３は、算出した差分絶対値に基づいて、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の短絡故障の有無を判定する故障有無判定処理を実行する（ステップＳ２０６）。この故障有無判定処理では、図１０に示すように、まず、判定部２３０３が、差分絶対値｜ΔＶ｜が、前述の第１電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ここで、判定部２３０３が、差分絶対値｜ΔＶ｜が第１電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ１以下と判定すると（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、故障有判定回数記憶部２３０６が記憶する故障有判定回数Ｍを「１」だけインクリメントする形で更新し（ステップＳ３０２）、後述のステップＳ３０４の処理を実行する。一方、判定部２３０３が、差分絶対値｜ΔＶ｜が第１電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ１よりも高いと判定すると（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、故障有判定回数記憶部２３０６が記憶する故障有判定回数Ｍを「０」に初期化する（ステップＳ３０３）。次に、判定部２３０３は、差分絶対値｜ΔＶ｜が、前述の第２電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ２よりも高いか否かを判定する（ステップＳ３０４）。判定部２３０３は、差分絶対値｜ΔＶ｜が第２電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ２よりも高いと判定すると（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、故障無判定回数記憶部２３０７が記憶する故障無判定回数Ｓを「１」だけインクリメントする形で更新する（ステップＳ３０５）。一方、判定部２３０３は、差分絶対値｜ΔＶ｜が第２電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ２以下であると判定すると（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、故障無判定回数記憶部２３０７が記憶する故障無判定回数Ｓを「０」に初期化する（ステップＳ３０６）。その後、図９のステップＳ２０７の処理が実行される。

【0058】

判定部２３０３は、ステップＳ２０６の処理を実行した後、故障有判定回数記憶部２３０６を参照して、故障有判定回数Ｍが、前述の第１回数閾値Ｍｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。判定部２３０３は、故障有判定回数Ｍが、前述の第１回数閾値Ｍｔｈ以上であると判定すると（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ（Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃ）をオンする（ステップＳ２０８）。このとき、判定部２３０３は、カウンタのカウント値を「０」に初期化するとともに、故障有判定回数記憶部２３０６が記憶する故障有判定回数および故障無判定回数記憶部２３０７が記憶する故障無判定回数を共に「０」に初期化する。続いて、判定部２３０３は、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が短絡故障であると判定する（ステップＳ２０９）。このとき、判定部２３０３は、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が短絡故障していることを示す故障判定情報を、判定対象の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の識別情報と対応づけて判定結果記憶部３０５に記憶させる。その後、判定部２３０３は、フラグ記憶部３０４が記憶する判定終了フラグをオフ状態にする（ステップＳ２１０）。ここで、判定部２３０３は、フラグ記憶部３０４が記憶する判定終了フラグが既にオフ状態である場合、判定終了フラグをオフ状態で維持する。このようにして、判定部２３０３は、前述の第１判定処理において、双方向スイッチ１Ａが短絡故障していると判定された場合、前述の第２判定処理の実行を回避する。次に、判定部２３０３は、後述するステップＳ２１８の処理を実行する。

【0059】

また、判定部２３０３は、故障有判定回数Ｍが、前述の第１回数閾値Ｍｔｈ未満であると判定すると（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、故障無判定回数記憶部２３０７を参照して、故障無判定回数Ｓが、前述の第３回数閾値Ｓｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１１）。判定部２３０３により、故障無判定回数Ｓが、前述の第３回数閾値Ｓｔｈ以上であると判定されると（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、そのまま後述するステップＳ２１３の処理が実行される。一方、判定部２３０３は、故障無判定回数Ｓが、前述の第３回数閾値Ｓｔｈ未満であると判定されると（ステップＳ２１１：Ｎｏ）、カウント値［ｉ］が前述の第２回数閾値Ｎ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。判定部２３０３は、カウント値「ｉ」が第２回数閾値Ｎ未満であると判定すると（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）、再びステップＳ２０４の処理を実行する。

【0060】

一方、判定部２３０３は、カウント値「ｉ」が第２回数閾値Ｎ以上であると判定すると（ステップＳ２１２：Ｎｏ）、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ（Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃ）をオンする（ステップＳ２１３）。このとき、判定部２３０３は、カウンタのカウント値を「０」に初期化するとともに、故障有判定回数記憶部２３０６が記憶する故障有判定回数および故障無判定回数記憶部２３０７が記憶する故障無判定回数を共に「０」に初期化する。続いて、判定部２３０３は、フラグ記憶部３０４が記憶する判定終了フラグを変更する（ステップＳ２１４）。ここで、判定部２３０３は、判定終了フラグが「オン」に設定されている場合、判定終了フラグを「オフ」に変更する。一方、判定部２３０３は、判定終了フラグが「オフ」に設定されている場合、判定終了フラグを「オン」に設定する。

【0061】

その後、判定部２３０３は、判定終了フラグがオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ２１５）。判定部２３０３は、判定終了フラグがオン状態であると判定すると（ステップＳ２１５：Ｙｅｓ）、第２時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ２１６）。判定部２３０３は、第２時刻が到来しない限り（ステップＳ２１６：Ｎｏ）、ステップＳ２１６の処理を繰り返す。一方、判定部２３０３は、第２時刻が到来したと判定すると（ステップＳ２１６：Ｙｅｓ）、再びステップＳ２０２以降の処理を実行する。

【0062】

また、判定部２３０３は、ステップＳ２１５において、判定終了フラグがオフ状態であると判定すると（ステップＳ２１５：Ｎｏ）、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が正常であると判定する（ステップＳ２１７）。このとき、判定部２３０３は、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が正常であることを示す正常判定情報を、判定対象の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の識別情報と対応づけて判定結果記憶部３０５に記憶させる。

【0063】

続いて、判定部２３０３は、フラグ記憶部３０４が記憶する完了フラグに基づいて、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が有るか否かを判定する（ステップＳ２１８）。判定部２３０３は、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が有ると判定すると（ステップＳ２１８：Ｙｅｓ）、未判定の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）についてステップＳ２０１以降の処理を実行する。一方、判定部２３０３は、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が無いと判定すると（ステップＳ２１８：Ｎｏ）、ステップＳ２１９以降の処理を実行する。なお、ステップＳ２１９の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１７の処理と同様である。

【0064】

以上説明したように、本実施の形態に係るスイッチングモジュール２５０１によれば、判定部２３０３が、前述の故障有無判定処理において、第１回数閾値Ｍｔｈに相当する回数だけ短絡故障と判定したときに初めて、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）が短絡故障していると判定する。従って、電圧計１２Ａにより検出される電圧値と電圧計１３Ａにより検出される電圧値との差分絶対値の突発的な変動による影響を抑制することができるので、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の短絡故障の判定精度を高めることができる。

【0065】

また、本実施の形態に係るスイッチングモジュール２５０１によれば、判定部２３０３が、前述の第１判定処理において、双方向スイッチ１Ａが短絡故障していると判定された場合、前述の第２判定処理の実行を回避する。これにより、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）を開状態にする時間を短縮することができるので、負荷Ｒへ供給する電力の低下が抑制される。

【0066】

更に、本実施の形態に係るスイッチングモジュール２５０１によれば、判定部２３０３が、前述の第１判定処理において、第３回数閾値Ｓｔｈ以上継続して前述の差分絶対値｜ΔＶ｜が第２電圧閾値｜ΔＶ｜ｔｈ２よりも高いと判定されたとき、次に、前述の第２判定処理を実行する。これにより、第１判定処理が実行される頻度が低減されるので、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）を開状態にする時間を短縮することができる。従って、負荷Ｒへ供給する電力の低下が抑制されるとともに、電力変換回路２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６への突入電流も低減できるという利点がある。

【0067】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、制御部３００はスイッチングモジュールに含まれてもいてもよい。さらに、制御部３００の一部（電源切替部３０１）だけを含むように構成してもよい。或いは、一つのモジュール本体と一つの制御部とをセットにしたスイッチングモジュールにしてもよい。

【0068】

また、例えば図１１に示すように、双方向スイッチ２００１Ａ、２００１Ｂ、２００１Ｃが、リレースイッチＲｅＡ、ＲｅＢ、ＲｅＣを有するいわゆる複合双方向スイッチであってもよい。なお、図１１において、実施の形態と同様の構成については図３と同一の符号を付している。このスイッチングモジュールの場合、電源切替部３０１は、電源システム５００への電力供給元を三相交流電源ＰＡにする場合、モジュール本体１００Ａの３つの双方向スイッチ２００１Ａ、２００１Ｂ、２００１ＣおよびリレースイッチＲｅＡ、ＲｅＢ、ＲｅＣを閉状態にし、モジュール本体１００Ｂの３つの双方向スイッチ（図示せず）およびリレースイッチＲｅＡ、ＲｅＢ、ＲｅＣを開状態にする。一方、電源切替部３０１は、電源システム５００への電力供給元を待機系の三相交流電源ＰＢにする場合、モジュール本体１００Ａの３つの双方向スイッチ２００１Ａ、２００１Ｂ、２００１ＣおよびリレースイッチＲＥＡ、ＲＥＢ、ＲＥＣを開状態にする。リレースイッチＲｅＡ、ＲｅＢ、ＲｅＣが例えばコイルを有する電磁リレーである場合、電源切替部３０１は、リレースイッチＲｅＡ、ＲｅＢ、ＲｅＣのコイルへ流す電流を制御することにより、リレースイッチＲｅＡ、ＲｅＢ、ＲｅＣをオン状態またはオフ状態にする。

【0069】

本変形例に係る判定部３０３が実行する短絡故障判定処理では、実施の形態で説明した図６に示す短絡故障判定処理のステップＳ２において、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ（Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃ）をオフするとともに、リレースイッチＲｅＡ（ＲｅＢ、ＲｅＣ）を開状態にする。また、本変形例に係る短絡故障判定処理では、図６に示す短絡故障判定処理のステップＳ８において、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ（Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃ）をオンするとともに、リレースイッチＲｅＡ（ＲｅＢ、ＲｅＣ）を閉状態にする。

【0070】

判定部３０３は、この短絡故障判定処理を実行することにより、例えば図１２に示すように、双方向スイッチ２００１Ａ、２００１Ｂ、２００１Ｃのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ２Ｃのオンオフ状態とリレースイッチＲｅＡ、ＲｅＢ、ＲｅＣの開閉状態を切り替える。即ち、判定部３０３は、まず、電力線Ｌ１Ａを流れるＲ相の交流電流の極性が正の期間ΔＴＡ１と負の期間ΔＴＡ２において、双方向スイッチ２００１Ａのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａをオフ状態且つリレースイッチＲｅＡを開状態にして、双方向スイッチ２００１Ａの短絡故障の有無を判定する。次に、判定部３０３は、電力線Ｌ１Ｂを流れるＳ相の交流電流の極性が正の期間ΔＴＢ１と負の期間ΔＴＢ２において、双方向スイッチ２００１Ｂのスイッチング素子Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂをオフ状態且つリレースイッチＲｅＢを開状態にして、双方向スイッチ２００１Ｂの短絡故障の有無を判定する。その後、判定部３０３は、電力線Ｌ１Ｃを流れるＴ相の交流電流の極性が正の期間ΔＴＣ１と負の期間ΔＴＣ２において、双方向スイッチ２００１Ｃのスイッチング素子Ｑ１Ｃ、Ｑ２Ｃをオフ状態且つリレースイッチＲｅＣを開状態にして、双方向スイッチ２００１Ｃの短絡故障の有無を判定する。

【0071】

本構成によれば、リレースイッチＲｅＡ，ＲｅＢ，ＲｅＣを有する双方向スイッチ２００１Ａ、２００１Ｂ、２００１Ｃについても短絡故障の有無を判定することができる。

【0072】

実施の形態では、電圧計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃをスイッチングモジュールの例について説明した。但し、これに限らず、例えば図１３に示すように、スイッチングモジュールが、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃに直列に接続された電流計３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを備えるものであってもよい。ここで、電流計３１２Ａは、入力端子ｔｅ１Ａと双方向スイッチ１Ａとの間を流れる電流の電流値（第１電流値）を検出し、電流計３１２Ｂは、入力端子ｔｅ１Ｂと双方向スイッチ１Ｂとの間を流れる電流の電流値（第２電流値）を検出する。また、電流計３１２Ｃは、入力端子ｔｅ１Ｃと双方向スイッチ１Ｃとの間を流れる電流の電流値を検出する。

【0073】

また、本変形例に係る判定部３０３は、例えば双方向スイッチ１Ａの短絡故障の有無を判定するとする。そして、判定部３０３は、第１時刻から設定周期の１／２以下の長さの予め設定された検査期間だけ双方向スイッチ１Ａを開状態且つ双方向スイッチ１Ｂを閉状態にして電流計３１２Ａにより検出される電流値を取得する。双方向スイッチ１Ａが短絡故障している場合、電流計３１２Ａで測定される電流値が予め定められた第１電流閾値を超えることにより判定が可能となる。また、判定部３０３は、第１時刻から前述の検査期間だけ経過するまでの間に取得した電流値に基づいて双方向スイッチ１Ａが正常と判定した場合、第１時刻から設定周期の（ｎ＋１／２）倍（ｎは正の整数）の期間だけ経過後の第２時刻から前述の検査期間だけ双方向スイッチ１Ａを開状態且つ双方向スイッチ１Ｂを閉状態にして電流計３１２Ａにより検出される電流値が第１電流閾値以上であれば、双方向スイッチ１Ａが短絡故障していると判定する。

【0074】

なお、双方向スイッチ１Ａが短絡故障していない場合は、開状態となっているため、電流計３１２Ａにより検出される電流値が第１電流閾値より小さい値となっているときに、短絡故障していないと判定することができる。また、双方向スイッチ１Ａは、請求項の第１双方向スイッチに相当し、双方向スイッチ１Ｂが請求項の第２双方向スイッチに相当する。また、電流計３１２Ａが請求項の電流計に相当する。しかし、これらは本実施の形態の中で相当するものであり、請求項がこれに限定されるものではない。

【0075】

実施の形態２において、例えば図１４に示すように、スイッチングモジュール２５０１が、入力端子ｔｅ１Ａ、ｔｅ１Ｂ、ｔｅ１Ｃと、出力端子ｔｅ３Ａ、ｔｅ３Ｂ、ｔｅ３Ｃと、の間に流れる電流の電流値を検出する電流計４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃを備えるものであってもよい。この場合、判定部２３０３は、実施の形態１で説明した検査期間（第１検査期間）ΔＴＡ１の直前の時点において電流計４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃにより検出された電流値が、予め設定された第２電流閾値以下の場合、前述の第１回数閾値Ｍｔｈを予め設定された回数だけ増加させるようにしてもよい。例えば、第１回数閾値Ｍｔを「１０」から「１５」に増加させてもよい。このとき、判定部２３０３が、前述の第２回数閾値Ｎと前述の第３回数閾値Ｓｔｈとの少なくとも一方を予め設定された回数だけ増加させるようにしてもよい。例えば、第２回数閾値Ｎを「４０」から「６０」に増加させ、第３回数閾値Ｓｔｈを「２０」から「３０」に増加させてもよい。

【0076】

また、判定部２３０３は、前述の検査期間の直前の時点において電流計４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃにより検出された電流値が、予め設定された第３電流閾値よりも高い場合、前述の第１回数閾値Ｍｔｈを予め設定された回数だけ減少させるようにしてもよい。例えば、第１回数閾値Ｍｔを「１０」から「５」に減少させてもよい。このとき、判定部２３０３が、前述の第２回数閾値Ｎと前述の第３回数閾値Ｓｔｈとの少なくとも一方を予め設定された回数だけ減少させるようにしてもよい。例えば、第２回数閾値Ｎを「４０」から「３５」に減少させ、第３回数閾値Ｓｔｈを「２０」から「１５」に減少させてもよい。

【0077】

本構成によれば、電流計４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃにより検出された電流値が、前述の第２電流閾値以下の場合、即ち、負荷が比較的軽い場合に前述の第１判定処理または第２判定処理の繰り返し回数を増加させるので、双方向スイッチ１Ａ（１Ｂ、１Ｃ）の短絡故障の判定精度を向上させることができる。また、電流計４１２Ａ、４１２Ｂ、４１２Ｃにより検出された電流値が、前述の第３電流閾値よりも高い場合、即ち、負荷が比較的重い場合に前述の第１判定処理または第２判定処理の繰り返し回数を減少させるので、負荷への電力供給の低下を抑制できる。

【0078】

実施の形態では、電源システム５００が、三相交流電源ＰＡ、ＰＢから電力供給を受ける例について説明したが、これに限らず、電源システムが、例えば二相交流電源から２本の電源線を介して２相の交流電力の供給を受けるものであってもよい。或いは、電源システムが、例えば３相４線式で交流電力の供給を受けるものであってもよい。

【0079】

実施の形態において、電源システム５００が、外部機器と通信する通信部（図示せず）を備えるものであってもよい。この場合、制御部３００は、判定結果記憶部３０５から、双方向スイッチ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの短絡故障の有無の判定結果を示す判定結果情報を取得し、取得した判定結果情報を、通信部を介して外部機器へ送信する結果送信部を有するものであってもよい。

【0080】

以上、本発明の実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

【0081】

本出願は、２０１８年１２月２６日に出願された日本国特許出願特願２０１８－２４２０５０号および２０１９年５月１０日に出願された日本国特許出願２０１９－０８９５２７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１８－２４２０５０号の明細書、特許請求の範囲および図面全体と日本国特許出願特願２０１９－０８９５２７号の明細書、特許請求の範囲および図面全体とを参照として取り込むものとする。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本発明は、サーバ用の電源システムに好適である。

【符号の説明】

【0083】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２００１Ａ，２００１Ｂ，２００１Ｃ：双方向スイッチ、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ：電圧計、１００Ａ，１００Ｂ：モジュール本体、２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６：電力変換回路、２１０：ＤＣ－ＤＣコンバータ、３００,２３００：制御部、３０１：電源切替部、３０３,２３０３：判定部、３０４：フラグ記憶部、３０５：判定結果記憶部、３１２Ａ，３１２Ｂ，３１２Ｃ：電流計、５００：電源システム、５０１,２５０１：スイッチングモジュール、２３０６：故障有判定回数記憶部、２３０７：故障無判定回数記憶部、ＢＡＡ，ＢＡＢ，ＢＡＣ，ＢＢＡ，ＢＢＢ，ＢＢＣ：遮断器、Ｃ１，Ｃ２：コンデンサ、Ｄ１Ａ，Ｄ１Ｂ，Ｄ１Ｃ，Ｄ２Ａ、Ｄ２Ｂ，Ｄ２Ｃ：ダイオード、ＤＢ：整流回路、ＰＡ，ＰＢ：三相交流電源、Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ，Ｑ１Ｃ，Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ，Ｑ２Ｃ：スイッチング素子、ＲｅＡ，ＲｅＢ，ＲｅＣ：リレースイッチ、ｔｅ１Ａ，ｔｅ１Ｂ，ｔｅ１Ｃ，ｔｅ２Ａ，ｔｅ２Ｂ，ｔｅ２Ｃ：入力端子、ｔｅ３Ａ，ｔｅ３Ｂ，ｔｅ３Ｃ，ｔｅ４Ａ，ｔｅ４Ｂ，ｔｅ４Ｃ：出力端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】