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公開番号2024085200
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-26
出願番号2022199600
出願日2022-12-14
発明の名称故障診断装置及び電力変換装置
出願人国立大学法人東京工業大学,三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 1/00 20070101AFI20240619BHJP(電力の発電,変換,配電)
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
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。
続きを表示（約 1,500 文字）【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。
【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。
【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。
【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。
【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。

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。
続きを表示（約 1,800 文字）【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】以降は省略されています）

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