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公開番号2025067140
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023176870
出願日2023-10-12
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社TMEIC
代理人弁理士法人iX
主分類H02M 7/49 20070101AFI20250417BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】直列に接続された複数の変換器のいずれかに異常が発生した際に、より簡単な構成で、異常の発生した変換器をバイパス状態に維持することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】直列に接続された複数の変換器を有する主回路部と、主回路部の動作を制御する制御装置と、を備え、複数の変換器のそれぞれは、一対の接続端子と、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、電荷蓄積素子の直流電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、複数の変換器のそれぞれは、バイパス状態を維持する際に、電荷蓄積素子の直流電圧が下限値未満となったことに応じて、電荷蓄積素子を短絡させるように、複数のスイッチング素子をオン状態に切り替え、複数のスイッチング素子を短絡故障させる電力変換装置が提供される。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
直列に接続された複数の変換器を有し、前記複数の変換器の動作により、電力の変換を行う主回路部と、
前記主回路部の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記複数の変換器のそれぞれは、
一対の接続端子と、
複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、
前記電荷蓄積素子の直流電圧を検出する電圧検出回路と、
を有し、前記一対の接続端子を介して直列に接続されるとともに、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記電荷蓄積素子の電圧を前記一対の接続端子間に出力する出力状態と、前記一対の接続端子間を導通させたバイパス状態と、前記複数のスイッチング素子をオフ状態とした停止状態と、を切り替え可能であり、
前記複数のスイッチング素子の過電流が流れた時の故障モードは、短絡故障であり、
前記複数の変換器のそれぞれは、前記バイパス状態を維持する際に、前記電圧検出回路によって検出された前記電荷蓄積素子の直流電圧が下限値未満となったことに応じて、前記電荷蓄積素子を短絡させるように、前記複数のスイッチング素子をオン状態に切り替え、前記電荷蓄積素子から供給される短絡電流によって前記複数のスイッチング素子を短絡故障させ、前記一対の接続端子間を短絡故障したスイッチング素子によって導通させることにより、前記バイパス状態を維持可能とする電力変換装置。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
前記複数の変換器のそれぞれは、前記電荷蓄積素子に蓄積された電荷を基に、前記複数のスイッチング素子を駆動するための駆動電源を生成する給電回路をさらに有する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数の変換器のそれぞれは、前記電荷蓄積素子の直流電圧の前記下限値を前記給電回路の動作下限の電圧に応じて設定する請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記複数の変換器のそれぞれは、前記変換器の異常の検出に応じて前記バイパス状態への切り替えを行い、前記バイパス状態を維持する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数の変換器のそれぞれは、制御回路と、複数の駆動回路と、をさらに有し、
前記制御回路は、前記制御装置から入力された制御信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のオン状態及びオフ状態を切り替えるための駆動信号を前記複数の駆動回路に入力し、
前記複数の駆動回路は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対応して設けられ、前記制御回路から入力された前記駆動信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のオン状態及びオフ状態を切り替え、
前記制御回路は、前記変換器の異常の検出を行い、前記変換器の異常の検出に応じて、前記バイパス状態に切り替えるための前記駆動信号を前記複数の駆動回路に入力することにより、前記バイパス状態への切り替えを行う請求項４記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
複数の変換器を直列に接続した電力変換装置がある。各変換器は、一対の接続端子と、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、を有する。各変換器は、一対の接続端子を介して直列に接続される。
【０００３】
また、各変換器は、例えば、給電回路をさらに有する。給電回路は、電荷蓄積素子に蓄積された電力を基に、各スイッチング素子などを駆動するための電源を生成し、生成した電源を変換器の各部に供給する。各スイッチング素子は、給電回路から供給された電源に基づいて駆動される。換言すれば、各スイッチング素子は、電荷蓄積素子に蓄積された電力に基づいて駆動される。このように、電荷蓄積素子に蓄積された電力を基に変換器の各部を駆動することにより、外部の電源などから変換器に電力を供給する場合と比べて、絶縁の構成などを簡単にし、電力変換装置の構成を簡単にすることができる。
【０００４】
こうした電力変換装置において、変換器に異常が発生した際に、異常の発生した変換器に設けられた電荷蓄積素子の放電経路がなくなり、電荷蓄積素子が充電され続けてしまう場合がある。この場合、電荷蓄積素子の過電圧が発生し、電荷蓄積素子やスイッチング素子が破損してしまう可能性がある。
【０００５】
このため、変換器に異常が発生した際に、異常の発生した変換器の一対の接続端子間を短絡させることが行われている。このように、一対の接続端子間を短絡させることは、例えば、バイパスと呼ばれている。一対の接続端子間を短絡させることにより、変換器に異常が発生した際にも、電荷蓄積素子が充電され続けてしまうことを抑制することができる。そして、複数の変換器を直列に接続した電力変換装置では、複数の変換器のうちの所定数の変換器に異常が発生した際にも、異常の発生した変換器をバイパス状態に切り替えることで、残りの変換器で運転を継続することができる。換言すれば、異常の発生した変換器をバイパス状態に切り替えることにより、残りの変換器で運転を継続した際にも、他の変換器の運転にともなう電流が、異常の発生した変換器の電荷蓄積素子に流入してしまうことを抑制し、電荷蓄積素子の過電圧を抑制することができる。
【０００６】
変換器のバイパス状態への切り替えは、複数のスイッチング素子によって行われる。また、一対の接続端子間を短絡させるための専用のバイパススイッチをさらに設けることにより、変換器のバイパス状態への切り替えを、バイパススイッチによって行う場合もある。
【０００７】
バイパス状態への切り替えをバイパススイッチによって行う構成では、バイパススイッチの分だけ部品点数が増加し、各変換器の大型化やコスト増の要因となってしまうことが懸念される。一方で、バイパス状態への切り替えを複数のスイッチング素子によって行う構成では、給電回路から電源を供給している場合に、バイパス状態への切り替えにともなって電荷蓄積素子の電圧が低下し、バイパス状態を維持できなくなってしまう可能性がある。
【０００８】
例えば、２つの変換器の給電回路を共通化することも提案されている。一方の変換器に異常が発生し、バイパス状態への切り替えにともなって給電を維持できなくなってしまった際に、他方の正常な変換器の給電回路から給電を行うことにより、異常の発生した変換器に対して給電を維持できるようにする。しかしながら、このように２つの変換器の給電回路を共通化する場合も、各変換器の構成が複雑になり、各変換器の大型化やコスト増の要因となってしまう。
【０００９】
このため、複数の変換器を直列に接続した電力変換装置では、より簡単な構成で、バイパス状態を維持できるようにすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０１５－１６２９９９号公報
特開２０２１－８７２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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