JP2008072865A - 電力供給回路 - Google Patents

Abstract

【課題】サージ電圧を低減して半導体スイッチにより交流電力線路を遮断することのできる電力供給回路を提案する。
【解決手段】交流電力線路に配置された少なくとも１つの半導体スイッチを、電流モニタのモニタ出力に基づき、交流電流がほぼゼロとなったタイミングでオフ状態とする。また、第１極性の電流を流す第１半導体スイッチと、第２極性の電流を流す第２半導体スイッチを備え、電流モニタまたは電圧モニタのモニタ出力に基づき、第１、第２の半導体スイッチの一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した後で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えば電気駆動自動車などに使用される電力供給回路、とくに直流電源に直流電力線路を通じて電力変換装置を接続し、この電力変換装置に交流電力線路を通じて交流負荷を接続した電力供給回路に関するものである。

近年、少なくとも一部の駆動源として電力を用いる電気駆動自動車、例えばハイブリッド自動車および電気自動車の開発が進んでいる。ハイブリッド自動車は、電力で駆動されるモータと内燃機関とを併用して、自動車を駆動する。電気自動車は、電力で駆動されるモータだけで自動車を駆動する。これらのハイブリッド自動車および電気自動車を総称して電気駆動自動車という。この電気駆動自動車は、直流電源に直流電力線路を通じて電力変換装置を接続し、この電力変換装置に交流電力線路を通じて交流負荷、例えばモータを接続した電力供給回路を使用する。

この種の電力供給回路として、特開２００５−２６０６１３号公報（特許文献１）には、ハイブリッド自動車または電気自動車のバッテリなどの電源と、負荷との間の電力回路に、回路遮断装置を配設するものが開示されている。この回路遮断装置では、電力回路を直接遮断する窒化物半導体デバイスが用いられる。

また、特開平８−１８２１０５号公報（特許文献２）には、複数の半導体スイッチにより構成された電力変換装置を使用する電気車制御装置が開示されている。この電気車制御装置では、パンタグラフと電力変換装置との間の直流電力線路に、電流の入切を行なう断流器が設けられる。また、電力変換装置を構成する１つの半導体デバイスが導通故障したときに、電動機の発電動作により発電された電圧が、導通故障した半導体スイッチを通じて相間短絡するのを防止するために、電力変換装置と負荷である電動機との間の交流電力線路を開放する開放手段が設けられる。この開放手段には、接触器、過電流ヒューズ、または半導体素子を用いた無接点式の回路遮断器が用いられる。

特開２００５−２６０６１３号公報 特開平８―１８２１０５号公報

特許文献１では、窒化物半導体により構成される窒化物半導体スイッチを使用することにより、その耐圧を高くすることができ、電力供給回路の電力線路に窒化物半導体スイッチを接続し、この窒化物半導体スイッチにより電力線路を直接遮断することができるが、この特許文献１の電力供給回路では、電力線路の遮断時における電流と負荷および配線のインダクタンスによるサージ電圧に対する配慮がなされていない。このため、特許文献１の電力供給回路をそのまま使用すると、負荷および配線のインダクタンスにより発生するサージ電圧に耐えられず、窒化物半導体デバイスを破壊する不都合がある。とくに、モータやトランスなどのインダクタンスが大きい負荷への電力供給、または発電機やトランスなどのインダクタンスが大きい電源からの電力を遮断する場合には、発生するサージ電圧が大きくなるため、半導体スイッチが過電圧により破壊する可能性が高い。

特許文献２では、電力変換装置に対する直流電力線路とともに、電力変換装置と負荷との間の交流電力線路も遮断することができるが、交流電力線路に設けられる開放手段に用いられる接触器は、接点開放時にアークを発生するため、安全を確保するための構成が複雑になり、さらに接点を動作させるために比較的大きなコイルが必要になるなど、低コスト化および小型化、軽量化が困難である。また、開放手段に用いられる過電流ヒューズは、電力変換装置を構成する半導体スイッチの導通故障時に、その溶断電流以下の電流が流れ続ける場合には作動しないため、電力変換装置の半導体デバイスの導通故障時に確実に電力線路を遮断する用途には不向きである。また、開放手段に用いられる半導体素子を用いた無接点式の回路遮断器については、詳細な記述がなされていない。

この発明は、例えば電力変換装置の半導体スイッチに導通故障などの異常が発生したときに、サージ電圧の発生を抑えながら、半導体スイッチにより確実に交流電力線路を遮断することのできる電力供給回路を提案するものである。

この発明の第１の観点による電力供給回路は、直流電源に直流電力線路を通じて電力変換装置を接続し、この電力変換装置に交流電力線路を通じて交流負荷を接続した電力供給回路であって、前記交流電力線路を遮断する回路遮断装置、および前記交流電力線路に流れる交流電流をモニタする電流モニタを備え、前記回路遮断装置は、前記電力線路に配設された少なくとも１つの半導体スイッチと、前記電流モニタのモニタ出力に基づいて前記半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、前記交流電流がほぼゼロとなるタイミングで、前記半導体スイッチがオフ状態とされることを特徴とする。

この発明の第２の観点による電力供給回路は、直流電源に直流電力線路を通じて電力変換装置を接続し、この電力変換装置に交流電力線路を通じて交流負荷を接続した電力供給回路であって、前記交流電力線路を遮断する回路遮断装置、および前記交流電力線路に流れる交流電流をモニタする電流モニタを備え、前記回路遮断装置は、前記交流電力線路に第１極性の電流を流す第１半導体スイッチと、前記交流電力線路に前記第１極性と逆極性の第２極性の電流を流す第２半導体スイッチと、前記電流モニタのモニタ出力に基づいて前記第１、第２半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、前記第１、第２半導体スイッチの一方を通じて前記交流電力線路に電流が流れている状態で、その他方がオフ状態とされ、またその他方がオフ状態とされた後、その一方を通じて前記交流電力線路に流れていた電流が消滅した状態で、その一方がオフ状態とされることを特徴とする。

この発明の第３の観点による電力供給回路は、直流電源に直流電力線路を通じて電力変換装置を接続し、この電力変換装置に交流電力線路を通じて交流負荷を接続した電力供給回路であって、前記交流電力線路を遮断する回路遮断装置を備え、前記回路遮断装置は、前記交流電力線路に第１極性の電流を流す第１半導体スイッチと、前記交流電力線路に前記第１極性と逆極性の第２極性の電流を流す第２半導体スイッチと、前記第１、第２半導体スイッチの電圧をモニタする電圧モニタ部と、この電圧モニタ部のモニタ出力に基づいて前記第１、第２半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、前記第１、第２半導体スイッチの一方を通じて前記交流電力線路に電流が流れている状態で、その他方がオフ状態とされ、またその他方がオフ状態とされた後、その一方を通じて流れていた電流が消滅した状態で、その一方がオフ状態とされることを特徴とする。

この発明の第１の観点による電力変換回路では、回路遮断装置が、交流電力線路に配設された少なくとも１つの半導体スイッチと、電流モニタのモニタ出力に基づいて半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、交流電流がほぼゼロとなるタイミングで、半導体スイッチがオフ状態とされるので、半導体スイッチがオフ状態とされたときのサージ電圧を小さくし、半導体スイッチの破壊を防止しながら、半導体スイッチにより確実に交流電力線路を遮断することができる。

この発明の第２の観点による電力供給回路では、回路遮断装置が、交流電力線路に第１極性の電流を流す第１半導体スイッチと、交流電力線路に前記第１極性と逆極性の第２極性の電流を流す第２半導体スイッチと、電流モニタのモニタ出力に基づいて第１、第２半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、前記第１、第２半導体スイッチの一方を通じて前記交流電力線路に電流が流れている状態で、その他方がオフ状態とされ、またその他方がオフ状態とされた後、その一方を通じて前記交流電力線路に流れていた電流が消滅した状態で、その一方がオフ状態にされるので、第１、第２半導体スイッチがオフ状態にされたときのサージ電圧を解消し、第１、第２半導体スイッチの破壊を防止しながら、第１、第２半導体スイッチにより確実に交流電力線路を遮断することができる。

この発明の第３の観点による電力供給回路では、回路遮断装置が、交流電力線路に第１極性の電流を流す第１半導体スイッチと、交流電力線路に第１極性と逆極性の第２極性の電流を流す第２半導体スイッチと、第１、第２半導体スイッチの電圧をモニタする電圧モニタと、この電圧モニタのモニタ出力に基づいて第１、第２半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、前記第１、第２半導体スイッチの一方を通じて前記交流電力線路に電流が流れている状態で、その他方がオフ状態とされ、またその他方がオフ状態とされた後、その一方を通じて流れていた電流が消滅した状態で、その一方がオフ状態とされるので、第１、第２半導体スイッチがオフ状態とされたときのサージ電圧を解消し、第１、第２半導体スイッチの破壊を防止しながら、第１、第２半導体スイッチにより確実に交流電力線路を遮断することができる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明による電力供給回路の全体を示す電気回路図、図２は、実施の形態１の電力供給回路に使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。

まず、図１を参照してこの発明による電力供給回路１０の全体構成について説明する。図１の電力供給回路１０は、実施の形態１の電力供給回路であるが、実施の形態１に限らず、他の実施の形態２〜１５の電力供給回路も同じに構成される。

図１に示す電力供給回路１０は、電気駆動自動車の駆動モータへの給電に使用される電力供給回路である。この電力供給回路１０は、直流電源１１と、交流負荷１３と、電力変換装置２０と、直流遮断器２５と、２つの回路遮断装置３０を備えている。直流電源１１は、例えば車載バッテリである。交流負荷１３は、例えば電気駆動自動車の駆動モータである。電力変換装置２０は、直流電力線路１５を通じて直流電源１１に接続され、また交流電力線路１７を通じて交流負荷１３に接続される。この電力変換装置２０は、直流電源１１からの直流電圧を交流電圧に変換して交流負荷１３に給電して、交流負荷１３を駆動するだけでなく、交流負荷１３が発生した交流電圧を直流電圧に変換して直流電源１１に供給し、直流電源１１の車載バッテリを充電する。

交流負荷１３は、例えば３相の交流駆動モータである。電力変換装置２０は、直流電源１１から交流負荷１３への給電時には、直流電源１１の直流電圧を３相交流電圧に変換し、交流負荷１３に給電する。また交流負荷１３から直流電源１１への給電時には、電力変換装置２０は、交流負荷１３に発生する３相交流電圧を直流電圧に変換し、直流電源１１に給電する。直流電力線路１５は、２本の直流線路１５Ｐ、１５Ｎを含み、交流電力線路１７は、３本の交流線路１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗを含む。直流電力線路１５の１本の直流線路１５Ｐには、直流遮断器２５が設けられる。交流電力線路１７の少なくとも２本の交流線路１７Ｕ、１７Ｗには、それぞれ回路遮断装置３０が設けられる。回路遮断装置３０は、一対の主端子３０１、３０２を有し、主端子３０１は電力変換装置２０に、また主端子３０２は、交流負荷１３に接続される。

電力変換装置２０は、直流線路１５Ｐ、１５Ｎの間に接続されたスイッチ回路２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗと、電力コンデンサ２３を含む。スイッチ回路２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗは、それぞれ正極側の半導体スイッチ２１１と負極側の半導体スイッチ２１２を直列に接続して構成される。各半導体スイッチ２１１、２１２には、逆電流をバイパスするダイオード２１３が接続される。スイッチ回路２１Ｕの半導体スイッチ２１１、２１２の間に交流線路１７Ｕが接続され、スイッチ回路２１Ｖの半導体スイッチ２１１、２１２の間の交流線路１７Ｕが接続され、またスイッチ回路２１Ｗの半導体スイッチ２１１、２１２の間に交流線路１７Ｗが接続される。電力コンデンサ２３は、交流負荷１３から直流電源１１への給電時に電力変換装置２０の直流出力電圧を平滑する。

回路遮断装置３０は、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗのそれぞれに配置され、電力変換装置２０における半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生した場合に、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。例えば、スイッチ回路２１Ｕの半導体スイッチ２１１に導通故障が発生すると、このスイッチ回路２１Ｕの半導体スイッチ２１１と、スイッチ回路２１Ｕ、２１Ｗのダイオード２１３と、交流負荷１３を通じて相間短絡などの異常交流電流が流れる。スイッチ回路２１Ｕの半導体スイッチ２１２に導通故障が発生した場合にも、また他のスイッチ回路２１Ｖ、２１Ｗの半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障が発生した場合にも、同様にダイオード２３１と交流負荷１３を通じて異常交流電流が流れる。回路遮断装置３０は、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断し、この異常交流電流を遮断する。この発明では、この回路遮断装置３０が、サージ電圧を発生することなく、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを半導体スイッチにより確実に遮断するように改良されている。なお、直流遮断器２５は、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生した場合に、直流電力線路１５を遮断する。

さて、実施の形態１では、回路遮断装置３０として、図２に示す回路遮断装置３０Ａを使用する。図２を参照して、この回路遮断装置３０Ａについて説明する。回路遮断装置３０Ａは、図２に示すように、回路遮断部３１と、電流モニタ３７と、制御部３９を含む。回路遮断部３１は、１つの半導体スイッチ３２を有し、この半導体スイッチ３２は、交流電力線路１７の交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、この交流線路１７Ｕ、１７Ｗを直接遮断する。回路遮断部３１と電流モニタ３７は、主端子３０１、３０２の間に接続される。

実施の形態１では、半導体スイッチ３２はＪＦＥＴ、すなわち接合型電界効果トランジスタで構成される。この接合型電界効果トランジスタで構成された半導体スイッチ３２は、交流線路１７Ｕ、１７Ｗに接続されるソースＳ、ドレインＤおよびゲートＧを有し、ゲートＧの電位を制御することにより、ソースＳとドレインＤとの間の導通、遮断を制御する。接合型電界効果トランスタで構成された半導体スイッチ３２は、双方向の交流電流ｉの導通、遮断を制御することができ、その交流電流ｉの通電、遮断を制御できる。交流線路１７Ｕ、１７Ｗを流れる交流電流ｉは、第１極性の電流ｉ１と、この第１極性と逆極性の第２極性の電流ｉ２を含む。第１極性の電流ｉ１は、半導体スイッチ３２のドレインＤからソースＳへ流れ、第２極性の電流ｉ２は、そのソースＳからドレインＤへ流れる。

電流モニタ３７は、電流センサ３７１と、モニタ回路３７２を含む。電流センサ３７１は、交流線路１７Ｕ、１７Ｗに結合し、交流線路１７Ｕ、１７Ｗに流れる交流電流ｉを検出して、センス出力を発生する。モニタ回路３７２は、電流センサ３７１からのセンス出力を受けてそれを増幅し、モニタ出力Ｓｍｉを発生する。このモニタ出力Ｓｍｉは、交流電流ｉの変化をモニタした信号である。

制御部３９は、半導体スイッチ３２のゲートＧにゲート制御信号ＳＧを供給し、半導体スイッチ３２の通電、遮断を制御する。この制御部３９は、電力変換装置２０から導通故障などの異常検出出力Ｓｆを受け、また電流モニタ３７からモニタ出力Ｓｍｉを受ける。回路遮断部３１が交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する場合には、交流負荷１３および交流線路１７Ｕ、１７ＷのインダクタンスＬに起因してサージ電圧Ｖｓが発生するおそれがある。このサージ電圧Ｖｓは、Ｖｓ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔで表わされる。ｄｉ／ｄｔは、遮断時の交流電流ｉの変化率である。

制御部３９は、異常検出出力Ｓｆを受けたときに、モニタ出力Ｓｍｉをリアルタイムに参照し、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを流れる交流電流ｉが最初にほぼゼロとなるタイミングで半導体スイッチ３２をオフ状態とし、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。具体的には、半導体スイッチ３２に第１極性の電流ｉ１が流れている状態において、タイミングｔ１で異常検出出力Ｓｆを受けると、モニタ出力Ｓｍｉをリアルタイムで参照し、タイミングｔ１の後で、最初に電流ｉ１がほぼゼロとなるタイミングｔ２で、半導体スイッチ３２をオフ状態とし、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。また、半導体スイッチ３２に第２極性の電流ｉ２が流れている状態において、タイミングｔ１で異常検出出力Ｓｆを受けると、モニタ出力Ｓｍｉをリアルタイムで参照し、タイミングｔ１の後で、最初に電流ｉ２がほぼゼロとなるタイミングｔ２で、半導体スイッチ３２をオフ状態とし、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。電流ｉ１、ｉ２がほぼゼロとなるタイミングは、電流ｉ１，ｉ２が交流電流ｉの定格値の１％以下の値になったタイミングとされる。

図３は、回路遮断装置３０の動作説明用波形図である。図３（ａ）は、交流電流ｉを示し、図３（ｂ）は、異常検出出力Ｓｆを示し、図３（ｃ）は、ゲート制御信号ＳＧを示す。例えば図３（ａ）に示すように第２極性の電流ｉ２が半導体スイッチ３２に流れている状態において、タイミングｔ１で、図３（ｂ）に示す異常検出出力Ｓｆが高レベルから低レベルに変化し、遮断指示Ｉｏｆｆが発令された場合、制御部３９は、遮断待機Ｗｏｆｆを与え、図３（ｃ）に示すように、第２極性の電流ｉ２が、遮断指示Ｉｏｆｆの後で、最初にほぼゼロとなるタイミングｔ２で、半導体スイッチ３２をオフ状態とし、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

このように実施の形態１の回路遮断装置３０では、交流電流ｉがほぼゼロとなるタイミングで半導体スイッチ３２をオフ状態とするので、半導体スイッチ３２がオフ状態とされたときのｄｉ／ｄｔを小さくすることができ、サージ電圧Ｖｓを小さくすることができる。したがって、サージ電圧Ｖｓにより、半導体スイッチ３２が破壊するのを防止することができ、電気駆動自動車で交流負荷１３がインダクタンスの大きな駆動モータとされても、電力変換装置の半導体スイッチ２１１、２１２の導通故障時などに流れる異常交流電流を半導体スイッチ３２により確実に遮断することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明による電力供給回路の実施の形態２において使用される回路遮断装置３０Ｂを示す電気回路図である。この図４に示す回路遮断装置３０Ｂも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｂも、交流電力線路１７の交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生した場合に、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図４に示す回路遮断装置３０Ｂでは、回路遮断部３１に、ＩＧＢＴ、すなわち絶縁ゲート型バイポーラトランジスタで構成された第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２が使用される。ＩＧＢＴで構成されたこれらの半導体スイッチ３３１、３３２は、それぞれコレクタＣと、エミッタＥと、ゲートＧを有し、ゲートＧの電位を制御することにより、コレクタＣとエミッタＥとの間の通電、遮断を制御する。第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２は、交流線路１７Ｕ、１７Ｗに、互いに直列に接続され、それぞれのエミッタＥは互いに直接接続される。ＩＧＢＴで構成された半導体スイッチ３３１、３３２は、接合型電界効果トランジスタと異なり、単一方向、すなわちコレクタＣからエミッタＥに向かう方向にしか通電することができず、この通電方向の電流を遮断する場合の耐圧は高いが、逆方向の耐圧は低いという特徴を持つ。

このＩＧＢＴで構成された第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２の特徴に関連して、第１半導体スイッチ３３１には、電流方向設定素子３３３が並列に接続され、また第２半導体スイッチ３３２には、電流方向設定素子３３４が並列に接続される。電流方向設定素子３３３、３３４はダイオードであり、それぞれアノードＡと、カソードＫを有し、電流方向設定素子３３３のアノードＡは第１半導体スイッチ３３１のエミッタＥに、また電流方向設定素子３３３のカソードＫは第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣに直接接続される。電流方向設定素子３３４のアノードＡは第２半導体スイッチ３３２のエミッタＥに、また電流方向設定素子３３４のカソードＫは第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣに直接接続される。

交流線路１７Ｕ、１７Ｗに流れる交流電流ｉは、第１極性の電流ｉ１と、この第１極性と逆極性の第２極性の電流ｉ２を含む。第１極性の電流ｉ１は、第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣ、そのエミッタＥ、電流方向設定素子３３４のアノードＡ、そのカソードＫを経由して流れる。第２極性の電流ｉ２は、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣ、そのエミッタＥ、電流方向設定素子３３３のアノードＡ、そのカソードＫを経由して流れる。このようにＩＧＢＴで構成された第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２を互いに直列に接続し、各半導体スイッチ３３１、３３２に電流方向設定素子３３３、３３４を並列に接続することにより、回路遮断部３１により、交流電流ｉを双方向に流すことができる。電流方向設定素子３３３、３３４は、半導体スイッチ３３１、３３２に、その通電方向と逆方向に印加される電圧に対して、半導体スイッチ３３１、３３２を保護する。

図４に示す回路遮断装置３０Ｂでは、電流モニタ３７は図２に示す電流モニタ３７と同じに構成され、モニタ出力Ｓｍｉを発生する。制御部３９は、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２の各ゲートＧに同じゲート制御信号ＳＧを供給し、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２を制御する。制御部３９は、図２に示す制御部３９と同様に、電力変換装置２０からの異常検出出力Ｓｆと、電流モニタ３７からのモニタ出力Ｓｍｉに基づき、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

制御部３９は、実施の形態１と同様にして、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２をオフ状態に制御する。具体的には、第１半導体スイッチ３３１がオンとなり、第１極性の電流ｉ１が流れている状態において、タイミングｔ１で遮断指令Ｉｏｆｆを受けると、モニタ出力Ｓｍｉをリアルタイムで参照し、遮断待機Ｗｏｆｆを与え、タイミングｔ１の後で、電流ｉ１が最初にほぼゼロとなるタイミングｔ２で、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２をオフ状態とし、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。また、第２半導体スイッチ３３２がオンとなり、第２極性の電流ｉ２が流れている状態において、タイミングｔ１で遮断指令Ｉｏｆｆを受けると、モニタ出力Ｓｍｉをリアルタイムで参照し、遮断待機Ｗｏｆｆを与え、図３に示すと同様に、タイミングｔ１の後で、この電流ｉ２が最初にほぼゼロとなるタイミングｔ２で、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２をオフ状態とし、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。電流ｉ１，ｉ２がほぼゼロとなるタイミングは、電流ｉ１，ｉ２が交流電流ｉの定格値の１％以下の値になったタイミングとされる。

このように実施の形態２の回路遮断装置３０Ｂでは、交流線路１７U、１７Ｗに流れる電流ｉ１、ｉ２がほぼゼロとなるタイミングで第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２をオフ状態とするので、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２がオフ状態とされるときのｄｉ／ｄｔを小さくすることができ、サージ電圧Ｖｓを小さくすることができる。したがって、サージ電圧Ｖｓにより、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２が破壊するのを防止することができ、電気駆動自動車で交流負荷１３がインダクタンスの大きな駆動モータとされても、電力変換装置の半導体スイッチ２１１、２１２の導通故障時などに流れる異常交流電流を半導体スイッチ３３１、３３２により確実に遮断することができる。

実施の形態３．
図５は、この発明による電力供給回路の実施の形態３において使用される回路遮断装置３０Ｃを示す電気回路図である。この図５に示す回路遮断装置３０Ｃも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｃも、交流電力線路１７の交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生した場合に、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図５に示す回路遮断装置３０Ｃでは、回路遮断部３１に、ＭＯＳＦＥＴ、すなわちＭＯＳ型電界効果トランジスタで構成された第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２が使用される。ＭＯＳＦＥＴで構成されたこれらの半導体スイッチ３４１、３４２は、それぞれソースＳと、ドレインＤと、ゲートＧを有し、ゲートＧの電位を制御することにより、ソースＳとドレインＤとの間の通電、遮断を制御する。第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２は、交流線路１７Ｕ、１７Ｗのそれぞれに、互いに直列に接続され、それぞれのソースＳは互いに直接接続される。なお、半導体スイッチ３４１、３４２を構成するＭＯＳＦＥＴには、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴが使用される。ＭＯＳＦＥＴで構成された半導体スイッチ３４１、３４２は、その構成上、寄生ダイオードが形成されるので、単一方向、すなわちドレインＤからソースＳに向かう方向にしか通電することができない。

このＭＯＳＦＥＴで構成された第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２の特徴に関連して、第１半導体スイッチ３４１には、寄生ダイオード３４３が並列に接続され、また第２半導体スイッチ３４２には、寄生ダイオード３４４が並列に接続されることとなり、これらの寄生ダイオード３４３、３４４が、電流方向設定素子として機能する。電流方向設定素子（寄生ダイオード）３４３、３４４は、それぞれアノードＡと、カソードＫを有し、電流方向設定素子（寄生ダイオード）３４３のアノードＡは第１半導体スイッチ３４１のソースＳに、電流方向設定素子（寄生ダイオード）３４３のカソードＫは第１半導体スイッチ３４１のドレインＤに直接接続され、また電流方向設定素子（寄生ダイオード）３４４のアノードＡは第２半導体スイッチ３４２のソースＳに、また電流方向設定素子（寄生ダイオード）３４４のカソードＫは第２半導体スイッチ３４２のドレインＤに直接接続されることとなり、電流方向設定素子としての機能を果たす。なお、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード３４３、３４４を補助する目的で、電流方向設定素子（寄生ダイオード）３４３、３４４のそれぞれと並列に、かつそれと同一極性で、別途ダイオードを接続することもある。これらのダイオードも、電流方向設定素子としての機能を果たす。

交流線路１７Ｕ、１７Ｗに流れる交流電流ｉは、第１極性の電流ｉ１と、この第１極性と逆極性の第２極性の電流ｉ２を含む。第１極性の電流ｉ１は、第１半導体スイッチ３４１のドレインＤ、そのソースＳ、電流方向設定素子３４４のアノードＡ、そのカソードＫを経由して流れる。第２極性の電流ｉ２は、第２半導体スイッチ３４２のドレインＤ、そのソースＳ、電流方向設定素子３４３のアノードＡ、そのカソードＫを経由して流れる。このようにＭＯＳＦＥＴで構成された第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２を互いに直列に接続し、各半導体スイッチ３４１、３４２に電流方向設定素子３４３、３４４を並列に接続することにより、回路遮断部３１により、交流電流ｉを双方向に流すことができる。電流方向設定素子３４３、３４４は、半導体スイッチ３４１、３４２に、その通電方向と逆方向に印加される電圧に対して、半導体スイッチ３４１、３４２を保護する。

図５に示す回路遮断装置３０Ｃでは、電流モニタ３７は図２に示す電流モニタ３７と同じに構成され、モニタ出力Ｓｍｉを発生する。制御部３９は、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２の各ゲートＧに同じゲート制御信号ＳＧを供給し、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２を制御するように構成され、電力変換装置２０からの異常検出出力Ｓｆと、電流モニタ３７からのモニタ出力Ｓｍｉに基づき、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

制御部３９は、実施の形態１と同様にして、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２を制御する。具体的には、第１半導体スイッチ３４１がオンとなり、第１極性の電流ｉ１が流れている状態において、タイミングｔ１で遮断指令Ｉｏｆｆを受けると、モニタ出力Ｓｍｉをリアルタイムで参照し、遮断待機Ｗｏｆｆを与え、この電流ｉ１が、タイミングｔ１後に最初にほぼゼロとなるタイミングｔ２で、第１半導体スイッチ３４１、３４２をオフ状態とし、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。また、第２半導体スイッチ３４２がオンとなり、第２極性の電流ｉ２が流れている状態において、タイミングｔ１で遮断指令Ｉｏｆｆを受けると、図３に示すと同様に、モニタ出力Ｓｍｉをリアルタイムで参照し、遮断待機Ｗｏｆｆを与え、タイミングｔ１後に電流ｉ２が最初にほぼゼロとなるタイミングｔ２で、第２半導体スイッチ３４１、３４２をオフ状態とし、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。電流ｉ１，ｉ２がほぼゼロとなるタイミングは、電流ｉ１，ｉ２が交流電流ｉの定格値の１％以下の値になったタイミングとされる。

このように実施の形態３の回路遮断装置３０Ｃでは、電流ｉ１、ｉ２がほぼゼロとなるタイミングで第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２をオフ状態とするので、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２がオフ状態とされるときのｄｉ／ｄｔを小さくすることができ、サージ電圧Ｖｓを小さくすることができる。したがって、サージ電圧Ｖｓにより、半導体スイッチ３４１、３４２が破壊するのを防止することができ、電気駆動自動車で交流負荷１３がインダクタンスの大きな駆動モータとされても、電力変換装置の半導体スイッチ２１１、２１２の導通故障時などに流れる異常交流電流を半導体スイッチ３４１、３４２により確実に遮断することができる。

以上説明した実施の形態１〜３は、すべて、電流ｉ１、ｉ２がほぼゼロとなるタイミングで半導体スイッチ３２、３３１、３３２、３４１、３４２をオフ状態とするタイプであり、各半導体スイッチがオフ状態となるときのｄｉ／ｄｔを小さくすることができ、サージ電圧Ｖｓを小さくすることができる。

実施の形態１〜３における半導体スイッチ３２、３３１、３３２、３４１、３４２は、各種の半導体材料を用いて構成される。これらの半導体スイッチは、例えば一般的なシリコンＳｉ、窒化ガリウムＧａＮ、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮなどの窒化物半導体、またはシリコンカーバイドＳｉＣ半導体を用いて構成することができ、それぞれの半導体材料の特徴を考慮して半導体スイッチを構成する半導体材料が選定される。窒化物半導体またはシリコンカーバイドＳｉＣは、一般にバンドギャップエネルギーが大きく、これらの半導体材料で構成された半導体スイッチは、一般に耐圧が数百ボルトと高く、また２００℃程度の高温雰囲気下でも安定して動作するので、半導体スイッチの放熱構造を簡略化または省略することが可能となり、回路遮断部３１を小型化、軽量化することができる。またシリコンＳｉで構成される半導体スイッチは、窒化物半導体またはシリコンカーバイドＳｉＣで構成された半導体スイッチと比較して、製造が容易で非常に安価であり、回路遮断装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの低コスト化を容易に実現できる。

なお、実施の形態１〜３では、電流モニタ３７は、電力変換装置２０に内蔵される場合もある。この場合には、回路遮断装置３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃには、電流モニタ３７を配置せずに、電力変換装置２０に内蔵された電流モニタ３７を使用する。

実施の形態４．
図６は、この発明による電力供給回路の実施の形態４で使用される回路遮断装置３０Ｄを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｄも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｄは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図６に示す回路遮断装置３０Ｄでは、回路遮断部３１に、ＪＦＥＴ、すなわち接合型電界効果トランジスタで構成された第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２が使用される。ＪＦＥＴで構成されたこれらの半導体スイッチ３２１、３２２は、それぞれソースＳと、ドレインＤと、ゲートＧを有し、ゲートＧの電位を制御することにより、ソースＳとドレインＤとの間の通電、遮断を制御する。第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２は、交流線路１７Ｕ、１７Ｗのそれぞれに、互いに直列に接続され、それぞれのソースＳは互いに直接接続される。

ＪＦＥＴで構成された第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２は、実施の形態１における半導体スイッチ３２と同様に、それぞれ双方向に通電できるが、この実施の形態４では、回路遮断部３１において、第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２を互いに直列に接続し、各半導体スイッチ３２１、３２２と並列にそれぞれ電流方向設定素子３２３、３２４を接続する。電流方向設定素子３２３、３２４はダイオードであり、電流方向設定素子３２３、３２４は、それぞれアノードＡと、カソードＫを有し、電流方向設定素子３２３のアノードＡは第１半導体スイッチ３２１のソースＳに、また電流方向設定素子３２３のカソードＫは第１半導体スイッチ３２１のドレインＤに直接接続される。電流方向設定素子３２４のアノードＡは第２半導体スイッチ３２２のソースＳに、また電流方向設定素子３２４のカソードＫは第２半導体スイッチ３２２のドレインＤに直接接続される。

半導体スイッチ３２１、３２２は、半導体スイッチ３２と同様に、各種の半導体材料を用いて構成される。この半導体スイッチ３２１、３２２は、例えば一般的なシリコンＳｉ、窒化ガリウムＧａＮ、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮなどの窒化物半導体、またはシリコンカーバイドＳｉＣ半導体を用いて構成することができ、それぞれの半導体材料の特徴を考慮して半導体スイッチ３２１、３２２を構成する半導体材料が選定される。窒化物半導体またはシリコンカーバイドＳｉＣは、一般にバンドギャップエネルギーが大きく、これらの半導体材料で構成された半導体スイッチ３２１、３２２は、一般に耐圧が数百ボルトと高く、また２００℃程度の高温雰囲気下でも安定して動作するので、半導体スイッチ３２１、３２２の放熱構造を簡略化または省略することが可能となり、回路遮断部３１を小型化、軽量化することができる。またシリコンＳｉで構成した半導体スイッチ３２１、３２２は、窒化物半導体またはシリコンカーバイドＳｉＣで構成された半導体スイッチ３２１、３２２と比較して、製造が容易で非常に安価であり、回路遮断装置３０Ｃの低コスト化を容易に実現できる。

交流線路１７Ｕ、１７Ｗに流れる交流電流ｉは、第１極性の電流ｉ１と、この第１極性と逆極性の第２極性の電流ｉ２を含む。第１極性の電流ｉ１は、第１半導体スイッチ３２１のドレインＤ、そのソースＳ、電流方向設定素子３２４のアノードＡ、そのカソードＫを経由して流れる。第２極性の電流ｉ２は、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤ、そのソース、電流方向設定素子３２３のアノードＡ、そのカソードＫを経由して流れる。

図６に示す回路遮断装置３０Ｄでは、電流モニタ３７は図２に示す電流モニタ３７と同じに構成され、モニタ信号Ｓｍｉを発生する。制御部３９Ａは、第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２の各ゲートＧにそれぞれゲート制御信号ＳＧ１、ＳＧ２を供給して、第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２を制御するように構成され、電力変換装置２０からの異常検出出力Ｓｆと、電流モニタ３７からのモニタ出力Ｓｍｉに基づき、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図７は、回路遮断装置３０Ｄの動作説明用波形図であり、図７（ａ）は交流線路１７Ｕ、１７Ｗに流れる交流電流ｉを示し、図７（ｂ）は異常検出信号Ｓｆを示し、図７（ｃ）は半導体スイッチ３２１のゲートＧに供給されるゲート制御信号ＳＧ１を示し、図７（ｄ）は半導体スイッチ３２２のゲートＧに供給されるゲート制御信号ＳＧ２を示す。

図７（ａ）に示すように、第２半導体スイッチ３２２に第２極性の電流ｉ２が流れている状態において、図７（ｂ）に示すタイミングｔ１で異常検出出力Ｓｆが高レベルから低レベルに変化し、電流遮断指令Ｉｏｆｆが発生すると、制御部３９Ａは、モニタ出力Ｓｍｉを参照し、タイミングｔ１では第２極性の電流ｉ２が流れていることを確認した上で、図７（ｃ）に示すように、ゲート制御信号ＳＧ１を高レベルから低レベルに変化させ、第１半導体スイッチ３２１を即時オフ状態ｔｏする。タイミングｔ１では、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３２３を通じて第２極性の電流ｉ２が流れており、第１半導体スイッチ３２１には、第１極性の電流ｉ１は流れておらず、ｉ１＝０である。第１半導体スイッチ３２１は、ｉ１＝０となっているタイミングｔ１で、電流遮断指令Ｉｏｆｆにより即時オフ状態とされるので、半導体スイッチ３２１がオフ状態とされても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。

第１半導体スイッチ３２１がタイミングｔ１で即時オフ状態とされた後も、制御部３９Ａは、図７（ｄ）に示すように、第２半導体スイッチ３２２のゲートＧに供給されるゲート制御信号ＳＧ２に遮断待機Ｗｏｆｆを与え、このゲート制御信号ＳＧ２を高レベルに維持する。このため、第２極性の電流ｉ２は、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３２３を通じて流れ続ける。制御部３９Ａは、モニタ出力Ｓｍｉを参照し、第２極性の電流ｉ２が消滅した後のタイミングｔ３において、ゲート制御信号ＳＧ２を高レベルから低レベルに変化させ、このタイミングｔ３で第２半導体スイッチ３２２をオフ状態に制御する。このタイミングｔ３では、第２半導体スイッチ３２２に流れていた第２極性の電流ｉ２は消滅し、Ｉ２＝０となっており、第２半導体スイッチ３２２がオフ状態に制御されても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。また、タイミングｔ３では、第１半導体スイッチ３２１が既にオフ状態とされているので、第１極性の電流ｉ１も流れない。

なお、第１極性の電流ｉ１が、第１半導体スイッチ３２１を通じて流れている状態において、タイミングｔ１で遮断指示Ｉｏｆｆが与えられる場合には、タイミングｔ１で第２半導体スイッチ３２２が即時オフ状態とされ、第１半導体スイッチ３２１は、タイミングｔ１の後、第１半導体スイッチ３２１に流れていた第１極性の電流ｉ１が消滅した後のタイミングｔ３で、オフ状態とされる。

このように実施の形態４の回路遮断装置３０Ｄでは、第１、第２の半導体スイッチ３２１、３２２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３２１、３２２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３２１、３２２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。したがって、電圧電気駆動自動車で交流負荷１３がインダクタンスの大きな駆動モータとされても、電力変換装置の半導体スイッチ２１１、２１２の導通故障時などに流れる異常交流電流を半導体スイッチ３２１、３２２により確実に遮断することができる。

なお、実施の形態４でも、電流モニタ３７は、電力変換装置２０に内蔵される場合もある。この場合には、回路遮断装置３０Ａには、電流モニタ３７を配置せずに、電力変換装置２０に内蔵された電流モニタ３７を使用する。

実施の形態５．
図８は、この発明による電力供給回路の実施の形態５で使用される回路遮断装置Ｅを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｅも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｅは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図８に示す回路遮断装置３０Ｅは、図４に示す実施の形態２で使用された回路遮断装置３０Ｂにおいて、制御部３９を制御部３９Ａに代え、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２のそれぞれに、ゲート制御信号ＳＧ１、ＳＧ２を供給するように変更し、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２を図７と同様に制御する。その他は、実施の形態２で使用された回路遮断装置３０Ｂと同じに構成される。

この実施の形態５でも、半導体スイッチ３３１、３３２は、図７と同様に制御される。具体的には、図７（ａ）に示すように、半導体スイッチ３３２に第２極性の電流ｉ２が流れている状態において、図７（ｂ）に示すタイミングｔ１で異常検出出力Ｓｆが高レベルから低レベルに変化し、電流遮断指令Ｉｏｆｆが発生すると、制御部３９Ａは、モニタ出力Ｓｍｉを参照し、タイミングｔ１では第２極性の電流ｉ２が流れていることを確認した上で、図７（ｃ）に示すように、ゲート制御信号ＳＧ１を高レベルから低レベルに変化させ、半導体スイッチ３３１を即時オフ状態とする。タイミングｔ１では、半導体スイッチ３３２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３３３を通じて第２極性の電流ｉ２が流れており、半導体スイッチ３３１には、第１極性の電流ｉ１は流れておらず、ｉ１＝０である。半導体スイッチ３３１は、ｉ１＝０となっているタイミングｔ１で、電流遮断指令Ｉｏｆｆにより即時オフ状態とされるので、半導体スイッチ３３１がオフ状態とされても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。

半導体スイッチ３３１がタイミングｔ１で即時オフ状態とされた後も、制御部３９Ａは、図７（ｄ）に示すように、半導体スイッチ３３２のゲートＧに供給されるゲート制御信号ＳＧ２に遮断待機Ｗｏｆｆを与え、このゲート制御信号ＳＧ２を高レベルに維持する。このため、第２極性の電流ｉ２は、半導体スイッチ３３２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３２３を通じて流れ続ける。制御部３９Ａは、モニタ出力Ｓｍｉを参照し、第２極性の電流ｉ２が消滅した後のタイミングｔ３において、ゲート制御信号ＳＧ２を高レベルから低レベルに変化させ、このタイミングｔ３で半導体スイッチ３３２をオフ状態に制御する。このタイミングｔ３では、半導体スイッチ３３２に流れていた第２極性の電流ｉ２は消滅し、ｉ２＝０となっており、半導体スイッチ３３２がオフ状態に制御されても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。また、タイミングｔ３では、半導体スイッチ３３１が既にオフ状態とされているので、第１極性の電流ｉ１も流れない。

なお、第１極性の電流ｉ１が、第１半導体スイッチ３３１を通じて流れている状態において、タイミングｔ１で遮断指示Ｉｏｆｆが与えられる場合には、タイミングｔ１で第２半導体スイッチ３３２が即時オフ状態とされ、第１半導体スイッチ３３１は、タイミングｔ１の後、第１半導体スイッチ３３１に流れていた第１極性の電流ｉ１が消滅した後のタイミングｔ３で、オフ状態とされる。

このように実施の形態５でも、第１、第２の半導体スイッチ３３１、３３２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３３１、３３２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３３１、３３２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。したがって、サージ電圧電気駆動自動車で交流負荷１３がインダクタンスの大きな駆動モータとされても、電力変換装置の半導体スイッチ２１１、２１２の導通故障時などに流れる異常交流電流を半導体スイッチ３３１、３３２により確実に遮断することができる。

実施の形態６．
図９は、この発明による電力供給回路の実施の形態５で使用される回路遮断装置Ｆを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｆも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｆは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などが発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図９に示す回路遮断装置３０Ｆは、図５に示す実施の形態３で使用された回路遮断装置３０Ｃにおいて、制御部３９を制御部３９Ａに代え、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２のそれぞれに、ゲート制御信号ＳＧ１、ＳＧ２を供給するように変更し、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２を図７と同様に制御する。その他は、実施の形態３で使用された回路遮断装置３０Ｃと同じに構成される。

この実施の形態６でも、半導体スイッチ３４１、３４２は、図７と同様に制御される。具体的には、図７（ａ）に示すように、半導体スイッチ３４２に第２極性の電流ｉ２が流れている状態において、図７（ｂ）に示すタイミングｔ１で異常検出出力Ｓｆが高レベルから低レベルに変化し、電流遮断指令Ｉｏｆｆが発生すると、制御部３９Ａは、モニタ出力Ｓｍをｉ参照し、タイミングｔ１では第２極性の電流ｉ２が流れていることを確認した上で、図７（ｃ）に示すように、ゲート制御信号ＳＧ１を高レベルから低レベルに変化させ、半導体スイッチ３４１を即時オフ状態とする。タイミングｔ１では、半導体スイッチ３４２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３４３を通じて第２極性の電流ｉ２が流れており、半導体スイッチ３４１には、第１極性の電流ｉ１は流れておらず、ｉ１＝０である。半導体スイッチ３４１は、ｉ１＝０となっているタイミングｔ１で、電流遮断指令Ｉｏｆｆにより即時オフ状態とされるので、半導体スイッチ３４１がオフ状態とされても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。

半導体スイッチ３４１がタイミングｔ１で即時オフ状態とされた後も、制御部３９Ａは、図７（ｄ）に示すように、半導体スイッチ３４２のゲートＧに供給されるゲート制御信号ＳＧ２に遮断待機Ｗｏｆｆを与え、このゲート制御信号ＳＧ２を高レベルに維持する。このため、第２極性の電流ｉ２は、半導体スイッチ３４２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３４３を通じて流れ続ける。制御部３９Ａは、モニタ出力Ｓｍｉを参照し、第２極性の電流ｉ２が消滅した後のタイミングｔ３において、ゲート制御信号ＳＧ２を高レベルから低レベルに変化させ、このタイミングｔ３で半導体スイッチ３４２をオフ状態に制御する。このタイミングｔ３では、半導体スイッチ３４２に流れていた第２極性の電流ｉ２は消滅し、ｉ２＝０となっており、半導体スイッチ３４２がオフ状態に制御されても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。また、タイミングｔ３では、半導体スイッチ３４１が既にオフ状態とされているので、第１極性の電流ｉ１も流れない。

なお、第１極性の電流ｉ１が、第１半導体スイッチ３４１を通じて流れている状態において、タイミングｔ１で遮断指示Ｉｏｆｆが与えられる場合には、タイミングｔ１で第２半導体スイッチ３４２が即時オフ状態とされ、第１半導体スイッチ３４１は、タイミングｔ１の後、第１半導体スイッチ３４１に流れていた第１極性の電流ｉ１が消滅した後のタイミングｔ３で、オフ状態とされる。

このように実施の形態６でも、第１、第２の半導体スイッチ３４１、３４２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３４１、３４２をオフ状態としたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３４１、３４２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。したがって、サージ電圧電気駆動自動車で交流負荷１３がインダクタンスの大きな駆動モータとされても、電力変換装置の半導体スイッチ２１１、２１２の導通故障時などに流れる異常交流電流を半導体スイッチ３４１、３４２により確実に遮断することができる。

実施の形態７．
図１０は、この発明による電力供給回路の実施の形態７で使用される回路遮断装置３０Ｇを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｇも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｇは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１０に示す回路遮断装置３０Ｇは、図６に示す回路遮断装置３０Ｄについて、互いに直列に接続された第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２を互いに並列に接続するように変更し、また電流方向設定素子３２３、３２４を、それぞれ第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２と直列に接続したものである。第１半導体スイッチ３２１のドレインＤは電流方向設定素子３２３を通じて電流モニタ３７の電流センサ３７１に接続され、そのソースＳは、主端子３０２に接続される。第２半導体スイッチ３２２のドレインＤは、電流方向設定素子３２４を通じて主端子３０２に接続され、そのソースＳは、電流センサ３７１に接続される。

電流方向設定素子３２３は、第１半導体スイッチ３２１のドレインＤ側に接続され、そのアノードＡは電流センサ３７１に接続されるとともに、第２半導体スイッチ３２２のソースＳにも接続される。電流方向設定素子３２３のカソードＫは、第１半導体スイッチ３２１のドレインＤに接続される。電流方向設定素子３２４は、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０２に接続されるとともに、第１半導体スイッチ３２１のソースＳに接続される。電流方向設定素子３２４のカソードＫは、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤに接続される。

交流電流ｉの第１極性の電流ｉ１は、電流方向設定素子３２３のアノードＡと、そのカソードＫと、第１半導体スイッチ３２１のドレインＤと、そのソースＳを経由して流れる。交流電流ｉの第２極性の電流ｉ２は、電流方向設定素子３２４のアノードＡと、そのカソードＫと、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤと、そのソースＳを経由して流れる。その他は、図６に示す回路遮断装置３０Ｄと同じに構成される。

この実施の形態７においても、図６に示す回路遮断装置３０Ｄと同様に、第１、第２の半導体スイッチ３２１、３２２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３２１、３２２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３２１、３２２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

実施の形態８．
図１１は、この発明による電力供給回路の実施の形態８で使用される回路遮断装置３０Ｈを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｈも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｈは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１１に示す回路遮断装置３０Ｈは、図８に示す回路遮断装置３０Ｅにおいて、互いに直列に接続された第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２を互いに並列に接続するように変更し、また電流方向設定素子３３３、３３４を、それぞれ第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２と直列に接続したものである。第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣは電流方向設定素子３３３を通じて電流モニタ３７の電流センサ３７１に接続され、そのエミッタＥは、主端子３０２に接続される。第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣは、電流方向設定素子３３４を通じて主端子３０２に接続され、そのエミッタＥは、電流センサ３７１に接続される。第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２には、それぞれと並列に、保護ダイオード３３５、３３６が接続される。保護ダイオード３３５、３３６の各アノードＡは第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２の各エミッタＥに、また保護ダイオード３３５、３３６の各カソードＫは、それらの各コレクタＣに接続される。

電流方向設定素子３３３は、第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣ側に接続され、そのアノードＡは電流センサ３７１に接続されるとともに、第２半導体スイッチ３３２のエミッタＥにも接続される。電流方向設定素子３３３のカソードＫは、第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣに接続される。電流方向設定素子３３４は、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０２に接続されるとともに、第１半導体スイッチ３３１のエミッタＥに接続される。電流方向設定素子３３４のカソードＫは、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣに接続される。

交流電流ｉの第１極性の電流ｉ１は、電流方向設定素子３３３のアノードＡと、そのカソードＫと、第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣと、そのエミッタＥを経由して流れる。交流電流ｉの第２極性の電流ｉ２は、電流方向設定素子３３４のアノードＡと、そのカソードＫと、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣと、そのエミッタＥを経由して流れる。その他は、図８に示す回路遮断装置３０Ｅと同じに構成される。

この実施の形態８においても、図８に示す回路遮断装置３０Ｅと同様に、第１、第２の半導体スイッチ３３１、３３２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３３１、３３２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３３１、３３２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

実施の形態９．
図１２は、この発明による電力供給回路の実施の形態９で使用される回路遮断装置３０Ｉを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｉも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｉは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１２に示す回路遮断装置３０Ｉは、図９に示す回路遮断装置３０Ｆにおいて、互いに直列に接続された第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２を互いに並列に接続するように変更し、また電流方向設定素子３４３、３４４を、それぞれ第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２と直列に接続したものである。第１半導体スイッチ３４１のドレインＤは電流方向設定素子３４３を通じて電流モニタ３７の電流センサ３７１に接続され、そのソースＳは、主端子３０２に接続される。第２半導体スイッチ３４２のドレインＤは、電流方向設定素子３４４を通じて主端子３０２に接続され、そのソースＳは、電流センサ３７１に接続される。第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２には、それぞれと並列に、寄生ダイオード３４５、３４６が接続される。寄生ダイオード３４５、３４６の各アノードＡは第１、第２半導体スイッチ３４１、３３２の各ドレインＤに、また保護ダイオード３４５、３４６の各カソードＫは、それらの各ソースＳに接続される。

電流方向設定素子３４３は、第１半導体スイッチ３４１のドレインＤ側に接続され、そのアノードＡは電流センサ３７１に接続されるとともに、第２半導体スイッチ３４２のソースＳにも接続される。電流方向設定素子３４３のカソードＫは、第１半導体スイッチ３４１のドレインＤに接続される。電流方向設定素子３４４は、第２半導体スイッチ３４２のドレインＤ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０２に接続されるとともに、第１半導体スイッチ３４１のソースＳに接続される。電流方向設定素子３４４のカソードＫは、第２半導体スイッチ３４２のソースＳに接続される。

交流電流ｉの第１極性の電流ｉ１は、電流方向設定素子３４３のアノードＡと、そのカソードＫと、第１半導体スイッチ３４１のドレインＤと、そのソースＳを経由して流れる。交流電流ｉの第２極性の電流ｉ２は、電流方向設定素子３４４のアノードＡと、そのカソードＫと、第２半導体スイッチ３４２のドレインＤと、そのソースＳを経由して流れる。その他は、図９に示す回路遮断装置３０Ｆと同じに構成される。

この実施の形態９においても、図９に示す回路遮断装置３０Ｆと同様に、第１、第２の半導体スイッチ３４１、３４２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３４１、３４２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３４１、３４２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

実施の形態１０．
図１３は、この発明による電力供給回路の実施の形態１０で使用される回路遮断装置３０Ｊを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｊも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｊは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１３に示す回路遮断装置３０Ｊは、図６に示す回路遮断装置３０Ｄにおいて、電流モニタ３７を電圧モニタ３８に代え、制御部３９Ａを制御部３９Ｂに代えたものである。電圧モニタ３８は、回路遮断装置３０Ｊに内蔵され、第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２のそれぞれの両端における電圧をモニタしたモニタ出力Ｓｍｖを出力する。制御部３９Ｂは、電力変換装置２０からの異常検出出力Ｓｆと、電圧モニタ３８からのモニタ出力Ｓｍｖに基づき、第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２のゲートＧに、それぞれゲート信号ＳＧ１、ＳＧ２を供給し、第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２を制御する。その他は、図６に示す回路遮断装置３０Ｄと同じに構成される。

図１４は、回路遮断装置３０Ｊの動作説明用波形図である。図１４（ａ）は交流電流ｉを示し、図１４（ｂ）は電圧モニタ３８のモニタ出力Ｓｍｖを示し、図１４（ｃ）は異常検出出力Ｓｆを示し、図１４（ｄ）は第１半導体スイッチ３２１に対するゲート制御信号ＳＧ１を示し、また図１４（ｅ）は第２半導体スイッチ３２２に対するゲート制御信号ＳＧ２を示す。電圧モニタ３８のモニタ出力Ｓｍｖは、図１４（ｂ）に示すように第１極性の電流ｉ１が第１半導体スイッチ３２１に流れるときに高レベルとなり、第２極性の電流ｉ２が第２半導体スイッチ３２２に流れるときに低レベルとなる。

図１４（ａ）に示すように、第２半導体スイッチ３２２に第２極性の電流ｉ２が流れ、図１４（ｂ）に示すようにモニタ出力Ｓｍｖが低レベルとなっている状態において、図１４（ｃ）に示すタイミングｔ１で異常検出出力Ｓｆが高レベルから低レベルに変化し、電流遮断指令Ｉｏｆｆが発生すると、制御部３９Ｂは、モニタ出力Ｓｍｖを参照し、タイミングｔ１では第２極性の電流ｉ２が流れていることを確認した上で、図１４（ｄ）に示すように、ゲート制御信号ＳＧ１を高レベルから低レベルに変化させ、第１半導体スイッチ３２１を即時オフ状態とする。タイミングｔ１では、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３２３を通じて第２極性の電流ｉ２が流れており、第１半導体スイッチ３２１には、第１極性の電流ｉ１は流れておらず、ｉ１＝０である。第１半導体スイッチ３２１は、ｉ１＝０となっているタイミングｔ１で、電流遮断指令Ｉｏｆｆにより即時オフ状態とされるので、半導体スイッチ３２１がオフ状態とされても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。

第１半導体スイッチ３２１がタイミングｔ１で即時オフ状態とされた後も、制御部３９Ｂは、図１４（ｅ）に示すように、第２半導体スイッチ３２２のゲートＧに供給されるゲート制御信号ＳＧ２に遮断待機Ｗｏｆｆを与え、このゲート制御信号ＳＧ２を高レベルに維持する。このため、第２極性の電流ｉ２は、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３２３を通じて流れ続ける。制御部３９Ｂは、モニタ出力Ｓｍｖを参照し、第２極性の電流ｉ２が消滅した後のタイミングｔ３において、ゲート制御信号ＳＧ２を高レベルから低レベルに変化させ、このタイミングｔ３で第２半導体スイッチ３２２をオフ状態に制御する。このタイミングｔ３では、第２半導体スイッチ３２２に流れていた第２極性の電流ｉ２は消滅し、Ｉ２＝０となっており、第２半導体スイッチ３２２がオフ状態に制御されても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。また、タイミングｔ３では、第１半導体スイッチ３２１が既にオフ状態とされているので、第１極性の電流ｉ１も流れない。

なお、第１極性の電流ｉ１が、第１半導体スイッチ３２１を通じて流れ、モニタ出力Ｓｍｖが高レベルとなっている状態において、タイミングｔ１で遮断指示Ｉｏｆｆが与えられる場合には、タイミングｔ１で第２半導体スイッチ３２２が即時オフ状態とされ、第１半導体スイッチ３２１は、タイミングｔ１の後、第１半導体スイッチ３２１に流れていた第１極性の電流ｉ１が消滅し、モニタ出力Ｓｍｖが高レベルから低レベルへ変化した後のタイミングｔ３で、オフ状態とされる。

このように実施の形態１０の回路遮断装置３０Ｊでは、第１、第２の半導体スイッチ３２１、３２２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３２１、３２２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３２１、３２２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

実施の形態１１．
図１５は、この発明による電力供給回路の実施の形態１１で使用される回路遮断装置３０Ｋを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｋも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｋは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流電力線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１５に示す回路遮断装置３０Ｋは、図８に示す回路遮断装置３０Ｅにおいて、電流モニタ３７を電圧モニタ３８に代え、制御部３９Ａを制御部３９Ｂに代えたものである。電圧モニタ３８は、回路遮断装置３０Ｋに内蔵され、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２のそれぞれの両端における電圧をモニタしたモニタ出力Ｓｍｖを出力する。制御部３９Ｂは、電力変換装置２０からの異常検出出力Ｓｆと、電圧モニタ３８からのモニタ出力Ｓｍｖに基づき、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２のゲートＧに、それぞれゲート信号ＳＧ１、ＳＧ２を供給し、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２を制御する。その他は、図８に示す回路遮断装置３０Ｅと同じに構成される。

この回路遮断装置３０Ｋにおいても、第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２は、図１４と同様に制御される。具体的には、図１４（ａ）に示すように、第２半導体スイッチ３２２に第２極性の電流ｉ２が流れ、図１４（ｂ）に示すようにモニタ出力Ｓｍｖが低レベルとなっている状態において、図１４（ｃ）に示すタイミングｔ１で異常検出出力Ｓｆが高レベルから低レベルに変化し、電流遮断指令Ｉｏｆｆが発生すると、制御部３９Ｂは、モニタ出力Ｓｍｖを参照し、タイミングｔ１では第２極性の電流ｉ２が流れていることを確認した上で、図１４（ｄ）に示すように、ゲート制御信号ＳＧ１を高レベルから低レベルに変化させ、第１半導体スイッチ３３１を即時オフ状態とする。タイミングｔ１では、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣとエミッタＥおよび電流方向設定素子３３３を通じて第２極性の電流ｉ２が流れており、第１半導体スイッチ３３１には、第１極性の電流ｉ１は流れておらず、ｉ１＝０である。第１半導体スイッチ３３１は、ｉ１＝０となっているタイミングｔ１で、電流遮断指令Ｉｏｆｆにより即時オフ状態とされるので、半導体スイッチ３３１がオフ状態とされても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。

第１半導体スイッチ３３１がタイミングｔ１で即時オフ状態とされた後も、制御部３９Ｂは、図１４（ｅ）に示すように、第２半導体スイッチ３３２のゲートＧに供給されるゲート制御信号ＳＧ２に遮断待機Ｗｏｆｆを与え、このゲート制御信号ＳＧ２を高レベルに維持する。このため、第２極性の電流ｉ２は、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣドとエミッタＥおよび電流方向設定素子３３３を通じて流れ続ける。制御部３９Ｂは、モニタ出力Ｓｍｖを参照し、第２極性の電流ｉ２が消滅した後のタイミングｔ３において、ゲート制御信号ＳＧ２を高レベルから低レベルに変化させ、このタイミングｔ３で第２半導体スイッチ３３２をオフ状態に制御する。このタイミングｔ３では、第２半導体スイッチ３３２に流れていた第２極性の電流ｉ２は消滅し、Ｉ２＝０となっており、第２半導体スイッチ３３２がオフ状態に制御されても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。また、タイミングｔ３では、第１半導体スイッチ３３１が既にオフ状態とされているので、第１極性の電流ｉ１も流れない。

なお、第１極性の電流ｉ１が、第１半導体スイッチ３３１を通じて流れ、モニタ出力Ｓｍｖが高レベルとなっている状態において、タイミングｔ１で遮断指示Ｉｏｆｆが与えられる場合には、タイミングｔ１で第２半導体スイッチ３３２が即時オフ状態とされ、第１半導体スイッチ３３１は、タイミングｔ１の後、第１半導体スイッチ３３１に流れていた第１極性の電流ｉ１が消滅し、モニタ出力Ｓｍｖが高レベルから低レベルへ変化した後のタイミングｔ３で、オフ状態とされる。

このように実施の形態１１の回路遮断装置３０Ｋでは、第１、第２の半導体スイッチ３３１、３３２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３３１、３３２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３３１、３３２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

実施の形態１２．
図１６は、この発明による電力供給回路の実施の形態１２で使用される回路遮断装置３０Ｌを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｌも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｌは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１６に示す回路遮断装置３０Ｌは、図９に示す回路遮断装置３０Ｆにおいて、電流モニタ３７を電圧モニタ３８に代え、制御部３９Ａを制御部３９Ｂに代えたものである。電圧モニタ３８は、回路遮断装置３０Ｌに内蔵され、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２のそれぞれの両端における電圧をモニタしたモニタ出力Ｓｍｖを出力する。制御部３９Ｂは、電力変換装置２０からの異常検出出力Ｓｆと、電圧モニタ３８からのモニタ出力Ｓｍｖに基づき、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２のゲートＧに、それぞれゲート信号ＳＧ１、ＳＧ２を供給し、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２を制御する。その他は、図９に示す回路遮断装置３０Ｆと同じに構成される。

この回路遮断装置３０Ｌにおいても、第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２は、図１４と同様に制御される。具体的には、図１４（ａ）に示すように、第２半導体スイッチ３４２に第２極性の電流ｉ２が流れ、図１４（ｂ）に示すようにモニタ出力Ｓｍｖが低レベルとなっている状態において、図１４（ｃ）に示すタイミングｔ１で異常検出出力Ｓｆが高レベルから低レベルに変化し、電流遮断指令Ｉｏｆｆが発生すると、制御部３９Ｂは、モニタ出力Ｓｍｖを参照し、タイミングｔ１では第２極性の電流ｉ２が流れていることを確認した上で、図１４（ｄ）に示すように、ゲート制御信号ＳＧ１を高レベルから低レベルに変化させ、第１半導体スイッチ３４１を即時オフ状態とする。タイミングｔ１では、第２半導体スイッチ３４２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３４３を通じて第２極性の電流ｉ２が流れており、第１半導体スイッチ３４１には、第１極性の電流ｉ１は流れておらず、ｉ１＝０である。第１半導体スイッチ３４１は、ｉ１＝０となっているタイミングｔ１で、電流遮断指令Ｉｏｆｆにより即時オフ状態とされるので、半導体スイッチ３４１がオフ状態とされても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。

第１半導体スイッチ３４１がタイミングｔ１で即時オフ状態とされた後も、制御部３９Ｂは、図１４（ｅ）に示すように、第２半導体スイッチ３４２のゲートＧに供給されるゲート制御信号ＳＧ２に遮断待機Ｗｏｆｆを与え、このゲート制御信号ＳＧ２を高レベルに維持する。このため、第２極性の電流ｉ２は、第２半導体スイッチ３４２のドレインＤとソースＳおよび電流方向設定素子３４３を通じて流れ続ける。制御部３９Ｂは、モニタ出力Ｓｍｖを参照し、第２極性の電流ｉ２が消滅した後のタイミングｔ３において、ゲート制御信号ＳＧ２を高レベルから低レベルに変化させ、このタイミングｔ３で第２半導体スイッチ３４２をオフ状態に制御する。このタイミングｔ３では、第２半導体スイッチ３４２に流れていた第２極性の電流ｉ２は消滅し、Ｉ２＝０となっており、第２半導体スイッチ３３２がオフ状態に制御されても、サージ電圧Ｖｓは発生しない。また、タイミングｔ３では、第１半導体スイッチ３４１が既にオフ状態とされているので、第１極性の電流ｉ１も流れない。

なお、第１極性の電流ｉ１が、第１半導体スイッチ３４１を通じて流れ、モニタ出力Ｓｍｖが高レベルとなっている状態において、タイミングｔ１で遮断指示Ｉｏｆｆが与えられる場合には、タイミングｔ１で第２半導体スイッチ３４２が即時オフ状態とされ、第１半導体スイッチ３４１は、タイミングｔ１の後、第１半導体スイッチ３４１に流れていた第１極性の電流ｉ１が消滅し、モニタ出力Ｓｍｖが高レベルから低レベルへ変化した後のタイミングｔ３で、オフ状態とされる。

このように実施の形態１２の回路遮断装置３０Ｌでは、第１、第２の半導体スイッチ３４１、３４２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３４１、３４２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３４１、３４２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

実施の形態１３．
図１７は、この発明による電力供給回路の実施の形態１３で使用される回路遮断装置３０Ｍを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｍも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｍは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１７に示す回路遮断装置３０Ｍは、図１３に示す回路遮断装置３０Ｊにおいて、互いに直列に接続された第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２を互いに並列に接続するように変更し、また電流方向設定素子３２３、３２４を、それぞれ第１、第２半導体スイッチ３２１、３２２と直列に接続したものである。第１半導体スイッチ３２１のドレインＤは電流方向設定素子３２３を通じて主端子３０１に接続され、そのソースＳは、主端子３０２に接続される。第２半導体スイッチ３２２のドレインＤは、電流方向設定素子３２４を通じて主端子３０２に接続され、そのソースＳは、主端子３０１に接続される。

電流方向設定素子３２３は、第１半導体スイッチ３２１のドレインＤ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０１に接続されるとともに、第２半導体スイッチ３２２のソースＳにも接続される。電流方向設定素子３２３のカソードＫは、第１半導体スイッチ３２１のドレインＤに接続される。電流方向設定素子３２４は、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０２に接続されるとともに、第１半導体スイッチ３２１のソースＳに接続される。電流方向設定素子３２４のカソードＫは、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤに接続される。

交流電流ｉの第１極性の電流ｉ１は、電流方向設定素子３２３のアノードＡと、そのカソードＫと、第１半導体スイッチ３２１のドレインＤと、そのソースＳを経由して流れる。交流電流ｉの第２極性の電流ｉ２は、電流方向設定素子３２４のアノードＡと、そのカソードＫと、第２半導体スイッチ３２２のドレインＤと、そのソースＳを経由して流れる。その他は、図１３に示す回路遮断装置３０Ｊと同じに構成される。

この実施の形態１３においても、図１３に示す回路遮断装置１０Ｊと同様に、第１、第２の半導体スイッチ３２１、３２２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３２１、３２２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３２１、３２２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

実施の形態１４．
図１８は、この発明による電力供給回路の実施の形態１４で使用される回路遮断装置３０Ｎを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｎも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｎは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１８に示す回路遮断装置３０Ｎは、図１５に示す回路遮断装置３０Ｋにおいて、互いに直列に接続された第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２を互いに並列に接続するように変更し、また電流方向設定素子３３３、３３４を、それぞれ第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２と直列に接続したものである。第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣは電流方向設定素子３３３を通じて主端子３０１に接続され、そのエミッタＥは、主端子３０２に接続される。第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣは、電流方向設定素子３３４を通じて主端子３０２に接続され、そのエミッタＥは、主端子３０１に接続される。第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２には、それぞれと並列に、保護ダイオード３３５、３３６が接続される。保護ダイオード３３５、３３６の各アノードＡは第１、第２半導体スイッチ３３１、３３２の各エミッタＥに、また保護ダイオード３３５、３３６の各カソードＫは、それらの各コレクタＣに接続される。

電流方向設定素子３３３は、第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０１に接続されるとともに、第２半導体スイッチ３３２のエミッタＥにも接続される。電流方向設定素子３３３のカソードＫは、第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣに接続される。電流方向設定素子３３４は、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０２に接続されるとともに、第１半導体スイッチ３３１のエミッタＥに接続される。電流方向設定素子３３４のカソードＫは、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣに接続される。

交流電流ｉの第１極性の電流ｉ１は、電流方向設定素子３３３のアノードＡと、そのカソードＫと、第１半導体スイッチ３３１のコレクタＣと、そのエミッタＥを経由して流れる。交流電流ｉの第２極性の電流ｉ２は、電流方向設定素子３３４のアノードＡと、そのカソードＫと、第２半導体スイッチ３３２のコレクタＣと、そのエミッタＥを経由して流れる。その他は、図１５に示す回路遮断装置３０Ｋと同じに構成される。

この実施の形態１４においても、図１５に示す回路遮断装置３０Ｋと同様に、第１、第２の半導体スイッチ３３１、３３２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３３１、３３２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３３１、３３２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

実施の形態１５．
図１９は、この発明による電力供給回路の実施の形態１５で使用される回路遮断装置３０Ｐを示す電気回路図である。この回路遮断装置３０Ｐも、図１に示す電力供給回路１０における回路遮断装置３０として使用される。回路遮断装置３０Ｐは、交流電力線路１７の２つの交流線路１７Ｕ、１７Ｗにそれぞれ配置され、電力変換装置２０の半導体スイッチ２１１、２１２に導通故障などの異常が発生したときに、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断する。

図１９に示す回路遮断装置３０Ｐは、図１６に示す回路遮断装置３０Ｌにおいて、互いに直列に接続された第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２を互いに並列に接続するように変更し、また電流方向設定素子３４３、３４４を、それぞれ第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２と直列に接続したものである。第１半導体スイッチ３４１のドレインＤは電流方向設定素子３４３を通じて主端子３０１に接続され、そのソースＳは、主端子３０２に接続される。第２半導体スイッチ３４２のドレインＤは、電流方向設定素子３４４を通じて主端子３０２に接続され、そのソースＳは、主端子３０１に接続される。第１、第２半導体スイッチ３４１、３４２には、それぞれと並列に、寄生ダイオード３４５、３４６が接続される。寄生ダイオード３４５、３４６の各アノードＡは第１、第２半導体スイッチ３４１、３３２の各ドレインＤに、また寄生ダイオード３４５、３４６の各カソードＫは、それらの各ソースＳに接続される。

電流方向設定素子３４３は、第１半導体スイッチ３４１のドレインＤ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０１に接続されるとともに、第２半導体スイッチ３４２のソースＳにも接続される。電流方向設定素子３４３のカソードＫは、第１半導体スイッチ３４１のドレインＤに接続される。電流方向設定素子３４４は、第２半導体スイッチ３４２のドレインＤ側に接続され、そのアノードＡは主端子３０２に接続されるとともに、第１半導体スイッチ３４１のソースＳに接続される。電流方向設定素子３４４のカソードＫは、第２半導体スイッチ３４２のドレインＤに接続される。

交流電流ｉの第１極性の電流ｉ１は、電流方向設定素子３４３のアノードＡと、そのカソードＫと、第１半導体スイッチ３４１のドレインＤと、そのソースＳを経由して流れる。交流電流ｉの第２極性の電流ｉ２は、電流方向設定素子３４４のアノードＡと、そのカソードＫと、第２半導体スイッチ３４２のドレインＤと、そのソースＳを経由して流れる。その他は、図１６に示す回路遮断装置３０Ｌと同じに構成される。

この実施の形態１５においても、図１６に示す回路遮断装置３０Ｌと同様に、第１、第２の半導体スイッチ３４１、３４２の一方を通じて電流が流れている状態で、その他方をオフ状態とし、この他方がオフ状態とされた後、その一方を流れていた電流が消滅した状態で、その一方の半導体スイッチをオフ状態とするので、半導体スイッチ３４１、３４２をオフ状態にしたときにサージ電圧Ｖｓが発生せず、半導体スイッチ３４１、３４２の破壊を防止しながら、交流線路１７Ｕ、１７Ｗを遮断することができる。

この発明による電力供給回路は、例えば電気駆動自動車の駆動モータに対する電力供給回路として利用される。

この発明による電力供給回路の全体を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態１で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 実施の形態１で使用される回路遮断装置の動作説明用波形図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態２で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態３で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態４で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 実施の形態４で使用される回路遮断装置の動作説明用波形図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態５で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態６で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態７で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態８で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態９で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態１０で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 実施の形態１０で使用される回路遮断装置の動作説明用波形図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態１１で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態１２で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態１３で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態１４で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。 この発明による電力供給回路の実施の形態１５で使用される回路遮断装置を示す電気回路図である。

符号の説明

１０：電力供給回路、１１：直流電源、１３：交流負荷、１５：直流電力線路、
１７：交流電力線路、２０：電力変換装置、３０Ａ〜３０Ｐ：回路遮断装置、
３２、３２１、３２２、３３１、３３２、３４１、３４２：半導体スイッチ、
３２３、３２４、３３３、３３４、３４３、３４４：電流方向設定素子、
３７：電流モニタ、３８：電圧モニタ、３９、３９Ａ、３９Ｂ：制御部。

Claims (7)

1. 直流電源に直流電力線路を通じて電力変換装置を接続し、この電力変換装置に交流電力線路を通じて交流負荷を接続した電力供給回路であって、
   前記交流電力線路を遮断する回路遮断装置、および前記交流電力線路に流れる交流電流をモニタする電流モニタを備え、
   前記回路遮断装置は、前記交流電力線路に配設された少なくとも１つの半導体スイッチと、前記電流モニタのモニタ出力に基づいて前記半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、
   前記交流電流がほぼゼロとなるタイミングで、前記半導体スイッチがオフ状態とされることを特徴とする電力供給回路。
2. 直流電源に直流電力線路を通じて電力変換装置を接続し、この電力変換装置に交流電力線路を通じて交流負荷を接続した電力供給回路であって、
   前記交流電力線路を遮断する回路遮断装置、および前記交流電力線路に流れる交流電流をモニタする電流モニタを備え、
   前記回路遮断装置は、前記交流電力線路に第１極性の電流を流す第１半導体スイッチと、前記交流電力線路に前記第１極性と逆極性の第２極性の電流を流す第２半導体スイッチと、前記電流モニタのモニタ出力に基づいて前記第１、第２半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、
   前記第１、第２半導体スイッチの一方を通じて前記交流電力線路に電流が流れている状態で、その他方がオフ状態とされ、またその他方がオフ状態とされた後、その一方を通じて前記交流電力線路に流れていた電流が消滅した状態で、その一方がオフ状態とされることを特徴とする電力供給回路。
3. 直流電源に直流電力線路を通じて電力変換装置を接続し、この電力変換装置に交流電力線路を通じて交流負荷を接続した電力供給回路であって、
   前記交流電力線路を遮断する回路遮断装置を備え、
   前記回路遮断装置は、前記交流電力線路に第１極性の電流を流す第１半導体スイッチと、前記交流電力線路に前記第１極性と逆極性の第２極性の電流を流す第２半導体スイッチと、前記第１、第２半導体スイッチの電圧をモニタする電圧モニタと、この電圧モニタのモニタ出力に基づいて前記第１、第２半導体スイッチを遮断する制御部とを含み、
   前記第１、第２半導体スイッチの一方を通じて前記交流電力線路に電流が流れている状態で、その他方がオフ状態とされ、またその他方がオフ状態とされた後、その一方を通じて流れていた電流が消滅した状態で、その一方がオフ状態とされることを特徴とする電力供給回路。
4. 請求項１〜３のいずれか一項記載の電力供給回路であって、前記半導体スイッチまたは前記第１、第２半導体スイッチが、窒化物半導体またはシリコンカーバイド半導体で構成されたことを特徴とする電力供給回路。
5. 請求項１〜３のいずれか一項記載の電力供給回路であって、前記半導体スイッチまたは第１、第２半導体スイッチが、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする電力供給回路。
6. 請求項２または３記載の電力供給回路であって、前記第１、第２半導体スイッチのそれぞれと並列に電流方向設定素子が接続されたことを特徴とする電力供給回路。
7. 請求項２または３記載の電力供給回路であって、前記第１、第２半導体スイッチのそれぞれと直列に電流方向設定素子が接続されたことを特徴とする電力供給回路。

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