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公開番号2024112496
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-21
出願番号2023017550
出願日2023-02-08
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20240814BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】数のスイッチング素子のいずれかが故障しても、短絡電流を抑制可能である電力変換装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子の直列回路により第1乃至第4アームをそれぞれ形成する。複数のスイッチング素子のそれぞれは、ゲート回路と、短絡検出回路と、を有する。ゲート回路は、スイッチング素子を導通状態、又は非導通状態に制御するゲート信号を、当該スイッチング素子のゲートに供給する。短絡検出回路は、スイッチング素子に短絡電流が流れている状態を検出した場合に、検出信号を出力する。短絡検出回路が対応するスイッチング素子の検出信号を出力する場合に、ゲート回路は、対応するスイッチング素子をオフするゲート信号を生成する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
複数のスイッチング素子の直列回路により第１乃至第４アームをそれぞれ形成する電力変換装置であって、
前記複数のスイッチング素子のそれぞれは、
スイッチング素子を導通状態、又は非導通状態に制御するゲート信号を、当該スイッチング素子のゲートに供給するゲート回路と、
前記スイッチング素子に短絡電流が流れている状態を検出した場合に、検出信号を出力する短絡検出回路と、を有し、
前記短絡検出回路が対応するスイッチング素子の検出信号を出力する場合に、前記ゲート回路は、前記対応するスイッチング素子を非導通状態にする前記ゲート信号を生成する、電力変換装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
正極側の第１アーム、及び第２アームの中間接続点と中性点の間と、負極側の第３アーム、及び第４アームの中間接続点と中性点の間と、に接続されるクランプダイオードを有する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１乃至第４アームのそれぞれは、直列に接続された複数のスイッチング素子を有し、
前記第１乃至第４アームのそれぞれが有する複数のスイッチング素子に対応するゲート回路に、オフさせる遮断信号を出力する短絡遮断信号生成回路を更に備え、
前記短絡遮断信号生成回路は、前記第１乃至第４アームのそれぞれが有する複数のスイッチング素子に対応する前記短絡検出回路のうちのいずれかの検出信号を受信した場合に、当該複数のスイッチング素子それぞれに対応する前記ゲート回路に対して遮断信号を出力する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１アームの一端は、第１直流電源の正極に接続され、他端は、前記第２アームの一端に接され、
前記第２アームの他端は、交流系統に接続され、
前記第４アームの一端は、第２直流電源の負極に接続され、他端は、前記第３アームの一端に接され、
前記第３アームの他端は、交流系統に接続される、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第２アーム、及び前記第３アームのスイッチング素子の直列数は、前記第１アーム、及び前記第４アームのスイッチング素子の直列数よりも多く構成される、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第２アーム、及び前記第３アームのスイッチング素子の合計耐圧を前記正極と前記負極の間の直流電圧より大きくする、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記短絡遮断信号生成回路は、前記第１アーム、及び前記第４アームのうちいずれの短絡故障を検出可能である、請求項４項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第２アーム、及び前記第３アームと前記交流系統の接続を遮断する遮断器を更に備え、
前記短絡検出回路が検出信号を出力する場合に、前記遮断器は、前記接続を遮断する、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項９】
複数のスイッチング素子の直列回路により第１乃至第４アームをそれぞれ形成する電力変換装置の制御装置であって、
スイッチング素子の導通状態、又は非導通状態を制御するゲート信号を、当該スイッチング素子のゲートに供給するゲート回路と、
前記スイッチング素子に短絡電流が流れている状態を検出すると検出信号を出力する短絡検出回路と、
前記短絡検出回路が対応するスイッチング素子の検出信号を出力する場合に、前記ゲート回路に前記対応するスイッチング素子をオフする前記ゲート信号を生成させる短絡遮断信号生成回路と、
を備える、制御装置。
【請求項１０】
複数のスイッチング素子の直列回路により第１乃至第４アームをそれぞれ形成する電力変換装置の制御方法であって、
スイッチング素子を導通状態、又は非導通状態に制御するゲート信号を、当該スイッチング素子のゲートに供給するゲート駆動工程と、
前記スイッチング素子に短絡電流が流れている状態を検出すると検出信号を出力する短絡検出工程と、
前記検出信号を出力する場合に、前記検出信号に対応するスイッチング素子を非導通状態にする前記ゲート信号を生成させる、制御方法。

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、制御装置、及び制御方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
高圧のモータドライブや系統連系インバータには、高電圧化のためにマルチレベル変換器を有する電力変換装置が実用化されている。この電力変換装置の一例であるＮＰＣインバータ（Ｎｅｕｔｒａｌ－ＰｏｉｎｔＣｌａｍｐ）は、鉄道や電力系統用の変換器に使用されている。このような電力変換装置は、直列化した複数のスイッチング素子を動作させることで、直流電力を交流電力又は、交流電力を直流電力に変換する。
【０００３】
一方で、変換器のさらなる高電圧・大容量化が求められている。ＮＰＣインバータの場合、レベル数を増やすと回路が煩雑になり、直流コンデンサのバランス回路が必要になるデメリットがある。そのため、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第１３１４９８７号公報
特開平９－１８２４６１号公報
特開２００５―１８５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、これらの複数のスイッチング素子で構成された電力変換装置は、スイッチング素子の１つが破損した場合に、直流短絡が誘発され、主回路が破損する恐れがある。
【０００６】
そこで、本実施形態では、複数のスイッチング素子のいずれかが故障しても、短絡電流を抑制可能である電力変換装置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】
【０００７】
本実施形態に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子の直列回路により第１乃至第４アームをそれぞれ形成する。複数のスイッチング素子のそれぞれは、ゲート駆動回路と、短絡検出回路と、を有する。ゲート駆動回路は、スイッチング素子を導通状態、又は非導通状態に制御するゲート信号を、当該スイッチング素子のゲートに供給する。短絡検出回路は、スイッチング素子に短絡電流が流れている状態を検出した場合に、検出信号を出力する。短絡検出回路が対応するスイッチング素子の検出信号を出力する場合に、ゲート駆動回路は、対応するスイッチング素子をオフするゲート信号を生成する。
【発明の効果】
【０００８】
複数のスイッチング素子のいずれかが故障しても、短絡電流を抑制可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る電力変換装置の概略的な全体構成を示すブロック。
制御装置とゲート駆動回路の構成例を示すブロック図。
クランプ回路の動作特性例を示す図。
短絡遮断信号生成回路のスイッチ部に関する回路例を示す図。
正側アームがオン状態で、負側アームがオフ状態である例を示す図。
正側アームがオン状態で、負側アームがオフ状態である故障例を示す図。
スイッチ部がオフ状態で、スイッチ部がオン状態の制御時を示す図。
短絡遮断信号生成回路がスイッチ部のゲート回路に短絡遮断信号を出力した状態を示す図。
短絡遮断しない場合に、スイッチ部に通常の２倍の電圧がかかる例を示す図。
制御装置の処理例を示すフローチャート。
第２実施形態に係る電力変換装置１ａの構成例を示す図。
スイッチ部が短絡故障している場合の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置、制御装置、及び制御方法ついて、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。
（【００１１】以降は省略されています）

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