JP6132728B2 - 交流直流変換装置および圧縮機駆動装置ならびに空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、交流直流変換装置および圧縮機駆動装置ならびに空気調和機に関する。

従来、交流電源にリアクタを介して並列接続された第１および第２の整流器と、前記第１の整流器の出力端子間に直列に接続された複数のコンデンサと、前記第２の整流器の正極側と前記複数のコンデンサの接続点との間に挿入された第１のスイッチング素子と、前記第２の整流器の負極側と前記複数のコンデンサの接続点との間に挿入された第２のスイッチング素子と、前記複数のコンデンサの両端間の電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記複数のコンデンサのうち低電位側に位置するコンデンサの電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前記複数のコンデンサのうち高電位側に位置するコンデンサの電圧を検出する第３の電圧検出手段と、交流電源の半周期中に第１および第２のスイッチング素子の双方を動作させて所望の出力電圧値に制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第２および第３の電圧検出手段の各検出電圧の差分が小さくなるように前記第１および第２のスイッチング素子を制御する交流直流変換装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−２６１０７７号公報

交流直流変換装置を構成する高電位側および低電位側のコンデンサとしては、一般に大容量の有極性の電解コンデンサが用いられる。上記従来技術によれば、第１および第２のスイッチング素子が正常に動作している場合においては、スイッチングのばらつきやコンデンサの容量ばらつき等に起因するコンデンサ電圧の不平衡、つまり、第２および第３の電圧検出手段の各検出電圧の差分が小さくなるように制御する（以下、「電圧バランス補正制御」という）」ことが可能であるが、第１もしくは第２のスイッチング素子がショート故障もしくはオープン故障している場合においては、上述した電圧バランス補正制御が正常に働かない。このため、後段の直流負荷を継続して動作させた場合、高電位側もしくは低電位側のコンデンサに通常とは逆の電圧が印加され、これらコンデンサの二次破壊を招く虞があり、このような二次破壊が発生した場合には、故障原因の究明が困難となる。また、このような逆電圧印加によるコンデンサの破壊を防止するために無極性のバイポーラコンデンサを用いることも考えられるが、一般に大容量の電解コンデンサは高価であるため、装置の高コスト化を招く要因となる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチング素子の故障に起因するコンデンサへの逆電圧印加を防ぐと共に、故障原因の究明が容易な交流直流変換装置および圧縮機駆動装置ならびに空気調和機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる交流直流変換装置は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流負荷に供給する交流直流変換装置であって、前記交流電源にリアクタを介して並列接続される第１および第２の整流器と、前記第１の整流器の前記直流負荷への出力端子間に直列に接続された２つのコンデンサと、前記第２の整流器の出力端子間に直列に接続され、該接続点が前記２つのコンデンサの接続点に接続された２つのスイッチング素子と、前記２つのスイッチング素子を制御して前記直流負荷への出力電圧値の昇圧制御を行うと共に、前記直流負荷を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記昇圧制御を行っている際の前記２つのコンデンサの各両端間電圧に基づいて、前記２つのスイッチング素子の故障判定を行い、前記２つのスイッチング素子のうちの一方が故障していると判定した場合に、前記２つのスイッチング素子をオフ制御して前記昇圧制御を停止すると共に、前記直流負荷を停止させることを特徴とする。

本発明によれば、スイッチング素子の故障に起因するコンデンサへの逆電圧印加を防ぐことができるので、高価なバイポーラ電解コンデンサを用いることなく安価に構成でき、故障原因の究明が容易となる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる交流直流変換装置の一構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる交流直流変換装置における過電流保護回路の一構成例を示す図である。 図３は、第１および第２のスイッチング素子が双方ともオンである場合の動作例を示す図である。 図４は、第１のスイッチング素子がオン、第２のスイッチング素子がオフである場合の動作例を示す図である。 図５は、第１のスイッチング素子がオフ、第２のスイッチング素子がオンである場合の動作例を示す図である。 図６は、第１および第２のスイッチング素子が双方ともオフである場合の動作例を示す図である。 図７は、電源ゼロクロス検出回路の動作例を示す図である。 図８は、交流電源１の電源力率が１００％のときの電源電圧Ｖｓとコンバータ電圧Ｖｃとの関係を示す図である。 図９は、目標直流電圧Ｖｄｃ＊が低い場合におけるコンバータ電圧ピーク付近の各駆動信号Ｓａ，Ｓｂの一例を示す図である。 図１０は、目標直流電圧Ｖｄｃ＊が高い場合におけるコンバータ電圧ピーク付近の各駆動信号Ｓａ，Ｓｂの一例を示す図である。 図１１は、第１および第２のコンデンサの電圧不平衡状態を示す図である。 図１２は、実施の形態１にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の判定結果に基づく動作フローチャートである。 図１３は、実施の形態２にかかる交流直流変換装置の一構成例を示す図である。 図１４は、インバータ主回路の一構成例を示す図である。 図１５は、実施の形態２にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の判定結果に基づく動作フローチャートである。 図１６は、実施の形態３にかかる交流直流制御装置の一構成例を示す図である。 図１７は、実施の形態３にかかる交流直流変換装置における過電流保護回路の一構成例を示す図である。 図１８は、実施の形態３にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の動作フローチャートである。 図１９は、実施の形態３にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の判定結果に基づく動作フローチャートである。 図２０は、実施の形態３にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の判定結果に基づく図１９とは異なる動作フローチャートである。 図２１は、実施の形態４にかかる交流直流変換装置の一構成例を示す図である。 図２２は、実施の形態４にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の動作フローチャートである。 図２３は、実施の形態４にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の図２２とは異なる動作フローチャートである。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる交流直流変換装置および圧縮機駆動装置ならびに空気調和機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる交流直流変換装置の一構成例を示す図である。図１に示す例では、実施の形態１にかかる交流直流変換装置１００は、交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換して直流負荷２２に供給する構成としている。直流負荷２２としては、例えば、交流直流変換装置１００から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ（図示せず）を駆動するインバータ等を想定している。

図１に示すように、実施の形態１にかかる交流直流変換装置は、交流電源１にリアクタ２を介して並列接続される第１の整流器３および第２の整流器４と、整流器３の直流負荷２２への出力端子間に直列接続された第１のコンデンサ７（高電位側）および第２のコンデンサ８（低電位側）と、整流器４の出力端子間に直列接続され、その接続点が第１のコンデンサ７および第２のコンデンサ８の接続点に接続された第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６と、第１のコンデンサ７に逆並列接続された逆電圧防止ダイオード９と、第２のコンデンサ８に逆並列接続された逆電圧防止ダイオード１０と、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２を検出する第１の電圧検出回路１１と、整流器３の出力端子間電圧（以下、単に「直流電圧」という）Ｖｄｃを検出する第２の電圧検出回路１２と、交流電源１の電圧ゼロクロスを検出する電源ゼロクロス検出回路１３と、交流電源１の電流（以下、単に「電源電流」という）Ｉｓを検出する電流検出部１４と、直流電圧Ｖｄｃが所望の出力電圧値（後述する「目標直流電圧Ｖｄｃ＊」と同義）になるように第１および第２のスイッチング素子５，６を制御する制御部１５と、制御部１５から出力される第１のスイッチング素子５の駆動信号Ｓａを、第１のスイッチング素子５を駆動できる電圧に変換する駆動回路１６と、制御部１５から出力される第２のスイッチング素子６の駆動信号Ｓｂを、第２のスイッチング素子６を駆動できる電圧に変換する駆動回路１７と、第１のスイッチング素子５に流れる電流を検出する電流検出部１８と、第２のスイッチング素子６に流れる電流を検出する電流検出部１９と、電流検出部１８，１９からの出力値に基づいて第１および第２のスイッチング素子５，６の過電流保護動作を行う過電流保護回路２０と、第１および第２のスイッチング素子５，６の故障を報知する故障報知手段２１とを備えている。なお、以下の説明では、交流電源１の実効電圧は２００Ｖであるものとして説明する。

整流器３は、ダイオード３ａ〜３ｄがフルブリッジ接続されて構成されている。より具体的には、ダイオード３ａのアノードとダイオード３ｂのカソードとが接続され、ダイオード３ｃのアノードとダイオード３ｄのカソードとが接続され、ダイオード３ａおよびダイオード３ｃのカソード同士が接続され、ダイオード３ｂおよびダイオード３ｄのアノード同士が接続されている。ダイオード３ａのアノードとダイオード３ｂのカソードとの接続点は、リアクタ２を介して交流電源１の一方端に接続され、ダイオード３ｃのアノードとダイオード３ｄのカソードとの接続点は、電流検出部１４を介して交流電源１の他方端に接続されている。

整流器４は、ダイオード４ａ〜４ｄがフルブリッジ接続されて構成されている。より具体的には、ダイオード４ａのアノードとダイオード４ｂのカソードとが接続され、ダイオード４ｃのアノードとダイオード４ｄのカソードとが接続され、ダイオード４ａおよびダイオード４ｃのカソード同士が接続され、ダイオード４ｂおよびダイオード４ｄのアノード同士が接続されている。ダイオード４ａのアノードとダイオード４ｂのカソードとの接続点は、リアクタ２を介して交流電源１の一方端に接続され、ダイオード４ｃのアノードとダイオード４ｄのカソードとの接続点は、電流検出部１４を介して交流電源１の他方端に接続されている。

第１の電圧検出回路１１は、整流器３の出力端子間に、高電位側から順に抵抗１１ａ、抵抗１１ｂ、抵抗１１ｃが直列接続され構成されている。抵抗１１ａと抵抗１１ｂとの接続点は、第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６との接続点、および第１のコンデンサ７と第２のコンデンサ８との接続点に接続されている。抵抗１１ａの抵抗値と抵抗１１ｂおよび抵抗１１ｃの合成抵抗値とが略一致するように構成され、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１と第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２とが平衡状態を保つためのバランス抵抗を兼用した構成としている。抵抗１１ｂと抵抗１１ｃとの接続点は、制御部１５に具備したＡ／Ｄ変換器１５ａに接続され、制御部１５は、この抵抗１１ｂと抵抗１１ｃとの接続点の電圧値から第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２を得る構成としている。なお、図１に示す例では、第１の電圧検出回路１１を３つの抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃで構成する例を示しているが、例えば、抵抗１１ｂおよび抵抗１１ｃと抵抗値が等しい２つの抵抗を直列接続して抵抗１１ａを構成していてもよいし、上述したバランス抵抗とは別の構成としてもよいし、さらには、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２の検出が可能な既知の構成であればよく、この第１の電圧検出回路１１の構成により本発明が限定されるものではない。

第２の電圧検出回路１２は、整流器３の出力端子間に、高電位側から順に抵抗１２ａ，抵抗１２ｂが直列接続され構成されている。抵抗１２ａと抵抗１２ｂとの接続点は、制御部１５に具備したＡ／Ｄ変換器１５ｂに接続され、制御部１５は、この抵抗１２ａと抵抗１２ｂとの接続点の電圧値から直流電圧Ｖｄｃを得る構成としている。なお、図１に示す例では、第２の電圧検出回路１２を２つの抵抗１２ａ，１２ｂで構成する例を示しているが、直流電圧Ｖｄｃの検出が可能な既知の構成であればよく、この第２の電圧検出回路１２の構成により本発明が限定されるものではない。

制御部１５は、第１の電圧検出回路１１の出力電圧値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１５ａ、第２の電圧検出回路１２の出力電圧値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１５ｂ、電流検出部１４の出力値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１５ｃ、および故障判定手段１５ｄを備えている。この制御部１５は、例えば、マイクロコンピュータにて実現することができる。

ここで、本実施の形態では、図１に示すように、制御部１５の基準グランドを直流電圧Ｖｄｃの負側電位と共通（非絶縁）にしているので、第１の電圧検出回路１１および第２の電圧検出回路１２の出力電圧値をそれぞれＡ／Ｄ変換器１５ａおよびＡ／Ｄ変換器１５ｂに入力してＡ／Ｄ変換することにより、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２および直流電圧Ｖｄｃを得ることができる。なお、図１に示す例では、抵抗１１ｂと抵抗１１ｃとの接続点とＡ／Ｄ変換器１５ａとを直接接続し、抵抗１２ａと抵抗１２ｂとの接続点とＡ／Ｄ変換器１５ｂとを直接接続する構成としているが、抵抗１１ｂと抵抗１１ｃとの接続点とＡ／Ｄ変換器１５ａとの間、および、抵抗１２ａと抵抗１２ｂとの接続点とＡ／Ｄ変換器１５ｂとの間に、抵抗とコンデンサとからなるローパスフィルタを挿入すると、ノイズによる電圧誤検知の影響を軽減できることは言うまでもないが、図１に示す例では、このローパスフィルタの図示表示を省略している。

また、制御部１５は、第１および第２のスイッチング素子５，６を制御する機能に加え、直流負荷２２を制御する機能も有している。

各電流検出部１４，１８，１９は、例えば、カレントトランスを用いて実現することができる。電流検出部１４の出力は、制御部１５に具備したＡ／Ｄ変換器１５ｃに接続され、制御部１５は、この電流検出部１４の出力値から電源電流Ｉｓを得る構成としている。電流検出部１８の出力値Ｉｓｗ１＿ｌｅｖｅｌおよび電流検出部１９の出力値Ｉｓｗ２＿ｌｅｖｅｌは、過電流保護回路２０に入力され、これら２つの出力値Ｉｓｗ１＿ｌｅｖｅｌ，Ｉｓｗ２＿ｌｅｖｅｌの少なくとも一方が後述する過電流保護レベルＯＣ＿ＬＥＶＥＬ以上になったとき、制御部１５から各駆動回路１６，１７に出力される第１および第２のスイッチング素子５，６の各駆動信号Ｓａ，Ｓｂを強制オフする。

本実施の形態では、図に示すように、第１および第２のコンデンサ７，８として有極性の電解コンデンサを用いて構成している。一般に、有極性の電解コンデンサは、逆電圧に対する耐力が１Ｖ程度と小さい。したがって、本実施の形態では、第１および第２のコンデンサ７，８にそれぞれ逆電圧防止ダイオード９，１０を逆並列接続し、逆電圧が第１および第２のコンデンサ７，８に印加されるのを防止している。なお、本実施の形態では、直流負荷２２が停止している場合において、第１および第２のコンデンサ７，８に逆電圧が印加されるのを防止することを目的としているので、逆電圧防止ダイオード９および１０には電流容量が小さい（例えば１Ａ程度）ものを選定すればよい。

また、図１に示す例では、第１および第２のスイッチング素子５，６としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いて構成した例を示しているが、他のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）を用いて構成してもよく、これら第１および第２のスイッチング素子５，６の構成により本発明が限定されるものではない。

故障報知手段２１は、例えば、ＬＥＤ等により構成される。制御部１５に具備された故障判定手段１５ｄにおいて、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障もしくはオープン故障していると判定した場合、制御部１５は、例えば、故障報知手段２１であるＬＥＤを点滅させることでその故障を報知する。第１および第２のスイッチング素子５，６が正常である通常時においては、制御部１５は、例えば、故障報知手段２１であるＬＥＤを点灯させることで、スイッチング素子５および６が正常であることを報知する。

つぎに、過電流保護回路２０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、実施の形態１にかかる交流直流変換装置における過電流保護回路の一構成例を示す図である。

図２に示す例では、過電流保護回路２０は、コンパレータ２０ａ、コンパレータ２０ｂ、ＡＮＤ回路２０ｃ、ラッチ回路２０ｄ、ＡＮＤ回路２０ｅ、およびＡＮＤ回路２０ｆを備え構成されている。

コンパレータ２０ａは、電流検出部１８の出力値Ｉｓｗ１＿ｌｅｖｅｌと予め規定した過電流保護レベルＯＣ＿ＬＥＶＥＬとを比較し、Ｉｓｗ１＿ｌｅｖｅｌ≧ＯＣ＿ＬＥＶＥＬである場合にはＬｏレベルを出力し、Ｉｓｗ１＿ｌｅｖｅｌ＜ＯＣ＿ＬＥＶＥＬである場合にはＨｉレベルを出力する。同様に、コンパレータ２０ｂは、電流検出部１９の出力値Ｉｓｗ２＿ｌｅｖｅｌと過電流保護レベルＯＣ＿ＬＥＶＥＬとを比較し、Ｉｓｗ２＿ｌｅｖｅｌ≧ＯＣ＿ＬＥＶＥＬである場合にはＬｏレベルを出力し、Ｉｓｗ２＿ｌｅｖｅｌ＜ＯＣ＿ＬＥＶＥＬである場合にはＨｉレベルを出力する。

ＡＮＤ回路２０ｃは、コンパレータ２０ａの出力とコンパレータ２０ｂの出力との論理積を出力する。つまり、コンパレータ２０ａの出力とコンパレータ２０ｂの出力とのうち、いずれか一方がＬｏレベルである場合にはＬｏレベルを出力し、両方共Ｈｉレベルである場合にはＨｉレベルを出力する。

ラッチ回路２０ｄは、通常時はＨｉレベルを出力しており、ＡＮＤ回路２０ｃの出力がＬｏとなった場合に自身の出力をＬｏレベルにラッチ（保持）する。このラッチ回路２０ｄの出力は、過電流検知信号ＯＣとして制御部１５に出力される。また、ラッチ回路２０ｄは、制御部１５からクリア信号ＣＬＲが入力された場合には、自身の出力をＨｉレベルにクリアする。

ＡＮＤ回路２０ｅは、ラッチ回路２０ｄの出力と制御部１５から出力される第１のスイッチング素子５の駆動信号Ｓａとの論理積を出力する。つまり、ラッチ回路２０ｄの出力がＬｏレベルである場合、駆動回路１６に出力する信号を強制的にＬｏレベルとする。同様に、ＡＮＤ回路２０ｆは、ラッチ回路２０ｄの出力と制御部１５から出力される第２のスイッチング素子６の駆動信号Ｓｂとの論理積を出力する。つまり、ラッチ回路２０ｄの出力がＬｏレベルである場合、駆動回路１７に出力する信号を強制的にＬｏレベルとする。なお、各駆動信号Ｓａ，ＳｂはＨｉアクティブ（Ｈｉレベルで第１および第２のスイッチング素子５，６がオン、Ｌｏレベルで第１および第２のスイッチング素子がオフ）であり、駆動回路１６，１７に出力する信号を強制的にＬｏレベルとすることで、第１および第２のスイッチング素子５，６が強制的にオフ制御される。

ここで、過電流保護回路２０による過電流検出時における制御部１５の動作について説明する。制御部１５は、過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルであることを検知した場合、第１のスイッチング素子５の駆動信号Ｓａおよび第２のスイッチング素子６の駆動信号Ｓｂをオフすると共に、直流負荷２２の運転範囲を制限する。そして、制御部１５は、必要に応じて所定時間（例えば、１０秒）経過後、ラッチ回路２０にクリア信号ＣＬＲを出力して第１および第２のスイッチング素子５，６の強制オフ制御を解除し、直流電圧Ｖｄｃの状態に応じて、第１のスイッチング素子５の駆動信号Ｓａおよび第２のスイッチング素子６の駆動信号Ｓｂを出力すると共に、直流負荷２２の運転範囲制限を解除する。

つぎに、第１および第２のスイッチング素子５，６の各状態における動作について、図３〜図６を参照して説明する。

図３は、第１および第２のスイッチング素子が双方ともオンである場合の動作例を示す図である。また、図４は、第１のスイッチング素子がオン、第２のスイッチング素子がオフである場合の動作例を示す図である。また、図５は、第１のスイッチング素子がオフ、第２のスイッチング素子がオンである場合の動作例を示す図である。また、図６は、第１および第２のスイッチング素子が双方ともオフである場合の動作例を示す図である。図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）は、電源電流Ｉｓ≧０のときの動作例を示し、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）は、電源電流Ｉｓ＜０のときの動作例を示している。なお、以下の説明では、交流電源１の電圧Ｖｓを単に「電源電圧」といい、整流器３の入力側の電圧Ｖｃを「コンバータ電圧」という。また、図３〜図６に示す例では、電源電流Ｉｓの流れる方向は、交流電源１からリアクタ２に流れる方向を正とし、電源電圧Ｖｓ、コンバータ電圧Ｖｃ、コンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１、コンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２、および直流電圧Ｖｄｃは、図３〜６に示す矢印の方向に電圧が印加されたときに正としている。

図３（ａ）に示す第１および第２のスイッチング素子５，６が双方ともオン、Ｉｓ≧０である場合には、交流電源１→リアクタ２→ダイオード４ａ→第１のスイッチング素子５→第２のスイッチング素子６→ダイオード４ｄ→交流電源１の経路で電源電流Ｉｓが流れる。また、図３（ｂ）に示す第１および第２のスイッチング素子５，６が双方ともオン、Ｉｓ＜０である場合には、交流電源１→ダイオード４ｃ→第１のスイッチング素子５→第２のスイッチング素子６→ダイオード４ｂ→リアクタ２→交流電源１の経路で電源電流Ｉｓが流れる。このとき、電源電流Ｉｓの極性に関係なく、整流器３の入力端子間が短絡された状態（電源短絡モード）になるため、ダイオード４ａ〜４ｄおよび第１および第２のスイッチング素子５，６の順方向電圧を無視すると、コンバータ電圧Ｖｃ＝０となる。

図４（ａ）に示す第１のスイッチング素子５がオン、第２のスイッチング素子６がオフ、Ｉｓ≧０である場合には、交流電源１→リアクタ２→ダイオード４ａ→第１のスイッチング素子５→第２のコンデンサ８→ダイオード３ｄ→交流電源１の経路で電源電流Ｉｓが流れる。また、図４（ｂ）に示す第１のスイッチング素子５がオン、第２のスイッチング素子６がオフ、Ｉｓ＜０である場合には、交流電源１→ダイオード４ｃ→第１のスイッチング素子５→第２のコンデンサ８→ダイオード３ｂ→リアクタ２→交流電源１の経路で電源電流Ｉｓが流れる。このとき、電源電流Ｉｓの極性に関係なく、整流器３の入力端子間が第２のコンデンサ８と接続された状態（第１の倍電圧整流モード）になる。ここで、ダイオード３ａ〜３ｄ，４ａ〜４ｄおよび第１のスイッチング素子５の順方向電圧を無視すると、Ｉｓ≧０の場合はコンバータ電圧Ｖｃ＝Ｖｃ２となり、Ｉｓ＜０の場合はコンバータ電圧Ｖｃ＝−Ｖｃ２となる。

図５（ａ）に示す第１のスイッチング素子５がオフ、第２のスイッチング素子６がオン、Ｉｓ≧０である場合には、交流電源１→リアクタ２→ダイオード３ａ→第１のコンデンサ７→第２のスイッチング素子６→ダイオード４ｄ→交流電源１の経路で電源電流Ｉｓが流れる。また、図５（ｂ）に示す第１のスイッチング素子５がオフ、第２のスイッチング素子６がオン、Ｉｓ＜０である場合には、交流電源１→ダイオード３ｃ→第１のコンデンサ７→第２のスイッチング素子６→ダイオード４ｂ→リアクタ２→交流電源１の経路で電源電流Ｉｓが流れる。このとき、電源電流Ｉｓの極性に関係なく、整流器３の入力端子間が第１のコンデンサ７と接続された状態（第２の倍電圧整流モード）になる。ここで、ダイオード３ａ〜３ｄ，４ａ〜４ｄおよび第２のスイッチング素子６の順方向電圧を無視すると、Ｉｓ≧０の場合はコンバータ電圧Ｖｃ＝Ｖｃ１となり、Ｉｓ＜０の場合はコンバータ電圧Ｖｃ＝−Ｖｃ１となる。

図６（ａ）に示す第１および第２のスイッチング素子５，６が双方ともオフ、Ｉｓ≧０である場合には、交流電源１→リアクタ２→ダイオード３ａ→第１のコンデンサ７→第２のコンデンサ８→ダイオード３ｄ→交流電源１の経路で電源電流Ｉｓが流れる。また、図６（ｂ）に示す第１および第２のスイッチング素子５，６が双方ともオフ、Ｉｓ＜０である場合には、交流電源１→ダイオード３ｃ→第１のコンデンサ７→第２のコンデンサ８→ダイオード３ｂ→リアクタ２→交流電源１の経路で電源電流Ｉｓが流れる。このとき、電源電流Ｉｓの極性に関係なく、整流器３の入力端子間に第１および第２のコンデンサ７，８が直列接続された状態（全波整流モード）になる。ここで、ダイオード３ａ〜３ｄの順方向電圧を無視すると、Ｉｓ≧０の場合はコンバータ電圧Ｖｃ＝Ｖｄｃ＝Ｖｃ１＋Ｖｃ２となり、Ｉｓ＜０の場合はコンバータ電圧Ｖｃ＝−Ｖｄｃ＝−（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）となる。

続いて、電源ゼロクロス検出回路１３の動作について、図７を参照して説明する。図７は、電源ゼロクロス検出回路の動作例を示す図である。図７（ａ）は電源電圧Ｖｓを示し、図７（ｂ）は電源ゼロクロス検出回路１３の出力である電源ゼロクロス信号ＺＣを示している。

図７に示すように、本実施の形態では、電源ゼロクロス検出回路１３は、電源電圧Ｖｓ≧０のときにＨｉレベル、電源電圧Ｖｓ＜０のときにＬｏレベルとなる電源ゼロクロス信号ＺＣを出力する。制御部１５は、電源ゼロクロス信号ＺＣがＬｏレベルからＨｉレベルに遷移するタイミングを電源電圧Ｖｓのゼロクロスタイミングとして検出する。

続いて、交流電源１の電源力率が１００％のときの電源電圧Ｖｓとコンバータ電圧Ｖｃとの関係について、図８を参照して説明する。図８は、交流電源１の電源力率が１００％のときの電源電圧Ｖｓとコンバータ電圧Ｖｃとの関係を示す図である。図８において、Ｉｓは交流電源１の電流ベクトル、Ｖｓは交流電源１の電圧ベクトル、Ｖｃは前記整流器３の入力端子間の電圧ベクトル、ωｓＬＩｓの「ωｓ」は交流電源１の角速度周波数（交流電源１の周波数がｆｓ［Ｈｚ］の場合、ωｓ＝２π×ｆｓ［ｒａｄ／ｓ］）、「Ｌ」はリアクタ２の容量である。

リアクタ２を純粋なＬ成分のみと考えた場合、交流電源１の電圧Ｖｓと電流Ｉｓとが同相のとき、ベクトルＶｓとωｓＬＩｓの位相差は９０度の関係になる。この関係を保つようにコンバータ電圧Ｖｃを略正弦波状に制御することで、高調波規制値を満足しつつ高力率な交流直流変換装置を得ることが可能となる。ここで、ベクトルＶｓとＶｃとの位相差θｃ［ｒａｄ］は、電源ゼロクロス信号ＺＣのゼロクロスタイミングを基準にコンバータ電圧Ｖｃの略正弦波波形をθｃ／ωｓ［ｓ］遅らせるように制御することで実現している。

制御部１５に入力される目標直流電圧Ｖｄｃ＊への昇圧制御について、図９、図１０を参照して説明する。図９は、目標直流電圧Ｖｄｃ＊が低い場合におけるコンバータ電圧ピーク付近の各駆動信号Ｓａ，Ｓｂの一例を示す図である。また、図１０は、目標直流電圧Ｖｄｃ＊が高い場合におけるコンバータ電圧ピーク付近の各駆動信号Ｓａ，Ｓｂの一例を示す図である。図９、１０において、Ｔｃは単位時間、ｔｚ＿１，ｔｚ＿２は単位時間Ｔｃ当たりの全波整流モード時間、ｔｂ１＿１，ｔｂ１＿２は単位時間Ｔｃ当たりの第１の倍電圧整流モード時間、ｔｂ２＿１，ｔｂ２＿２は単位時間Ｔｃ当たりの第２の倍電圧整流モード時間である。

目標直流電圧Ｖｄｃ＊が低い場合は、図９に示すようにコンバータ電圧ピーク付近の全波整流モードの比率が大きくなるように第１および第２のスイッチング素子５，６を制御し、目標直流電圧Ｖｄｃ＊が高い場合は図１０に示すようにコンバータ電圧ピーク付近の第１および第２の倍電圧整流モードの比率が大きくなるように第１および第２のスイッチング素子５，６を制御している。ここで、後述する第１および第２のコンデンサ７，８の両端間電圧が平衡になるように補正する制御（以下、「電圧バランス補正制御」という）を行なわない場合には、第１および第２の倍電圧整流モードの出力時間が単位時間Ｔｃ（例えば１００μｓ）当たりで同じ（ｔｂ１＿ｘ＝ｔｂ２＿ｘ×２、ｘ＝１，２）になるように制御することとなる。

続いて、電圧バランス補正制御について、図１１を参照して説明する。図１１は、第１および第２のコンデンサの電圧不平衡状態を示す図である。

上述したように、図４に示す第１のスイッチング素子５がオン、第２のスイッチング素子６がオフである場合には、電源電流Ｉｓの極性に関係なく、整流器３の入力端子間が第２のコンデンサ８と接続された状態（第１の倍電圧整流モード）となり、図５に示す第１のスイッチング素子５がオフ、第２のスイッチング素子６がオンである場合には、電源電流Ｉｓの極性に関係なく、整流器３の入力端子間が第１のコンデンサ７と接続された状態（第２の倍電圧整流モード）となる。このため、例えば、第１および第２のスイッチング素子５，６にスイッチングばらつきがあり、単位時間あたりの第１のスイッチング素子５のオン時間が第２のスイッチング素子６のオン時間より大きくなる場合は、図１１に示すように、目標直流電圧Ｖｄｃ＊への昇圧動作の開始後において、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２は直流電圧Ｖｄｃに近づき、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１は０に近づく。逆に、単位時間あたりの第１のスイッチング素子５のオン時間が第２のスイッチング素子６のオン時間より小さくなる場合は、目標直流電圧Ｖｄｃ＊への昇圧動作の開始後において、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２は０に近づき、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１は直流電圧Ｖｄｃに近づく。

したがって、本実施の形態では、電圧バランス補正制御として、Ｖｃ１＜Ｖｃ２となる場合は、第１のスイッチング素子５のオン時間を短くなるように駆動信号Ｓａを補正する制御、および、第２のスイッチング素子６のオン時間を長くなるように駆動信号Ｓｂを補正する制御のうちのいずれか一方あるいは両方を行い、Ｖｃ１＞Ｖｃ２となる場合は、第１のスイッチング素子５のオン時間を長くなるように駆動信号Ｓａを補正する制御、および、第２のスイッチング素子６のオン時間を短くなるように駆動信号Ｓｂを補正する制御のうちのいずれか一方あるいは両方を行うことで、Ｖｃ１＝Ｖｃ２となるように制御するようにしている。

ここで、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障もしくはオープン故障している場合は、上述した電圧バランス補正制御を行ったとしても、実際には故障したスイッチング素子はオープン状態もしくはショート状態で制御不可能となるため、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１と第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２との均衡を保つことはできない。

例えば、第１のスイッチング素子５がショート故障している状態で、交流電源１が印加された場合は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、第２のコンデンサ８のみに充電される形となり、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１＝０、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２＝Ｖｄｃとなる。この状態で直流負荷２２を継続して動作させた場合は、第１のコンデンサ７の逆電圧防止ダイオード９に電流容量以上の電流が流れて逆電圧防止ダイオード９も破損し、第１のコンデンサ７に逆電圧が印加される状態となり、第１のコンデンサ７も破損する虞がある。同様に、第２のスイッチング素子６がショート故障している状態で、交流電源１が印加された場合は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１のコンデンサ７のみに充電される形となり、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１＝Ｖｄｃ、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２＝０となる。この状態で直流負荷２２を継続して動作させた場合は、第２のコンデンサ８の逆電圧防止ダイオード１０に電流容量以上の電流が流れて逆電圧防止ダイオード１０も破損し、第２のコンデンサ８に逆電圧が印加される状態となり、第２のコンデンサ８も破損する虞がある。

また、例えば、第２のスイッチング素子６がオープン故障している状態で、直流電圧Ｖｄｃを目標直流電圧Ｖｄｃ＊になるように昇圧する制御を行った場合も、図４（ａ），（ｂ）に示すように、第２のコンデンサ８のみに充電される形となり、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１＝０、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２＝Ｖｄｃとなる。この状態で交流直流変換装置１００の昇圧動作を行い、直流負荷２２を継続して動作させた場合は、第１のコンデンサ７の逆電圧防止ダイオード９に電流容量以上の電流が流れて逆電圧防止ダイオード９も破損し、第１のコンデンサ７に逆電圧が印加される状態となり、第１のコンデンサ７も破損する虞がある。同様に、第１のスイッチング素子５がオープン故障している状態で、直流電圧Ｖｄｃを目標直流電圧Ｖｄｃ＊になるように昇圧する制御を行った場合も、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１のコンデンサ７のみに充電される形となり、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１＝Ｖｄｃ、第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２＝０となる。この状態で交流直流変換装置１００の昇圧動作を行い、直流負荷２２を継続して動作させた場合は、第２のコンデンサ８の逆電圧防止ダイオード１０に電流容量以上の電流が流れて逆電圧防止ダイオード１０も破損し、第２のコンデンサ８に逆電圧が印加される状態となり、第２のコンデンサ８も破損する虞がある。

したがって、本実施の形態では、制御部１５に故障判定手段１５ｄを具備し、この故障判定手段１５ｄを用いて、第１および第２のスイッチング素子５，６のショート故障およびオープン故障を判定し、第１もしくは第２のスイッチング素子５，６がショート故障もしくはオープン故障していると判定した場合には、交流直流変換装置１００の昇圧動作を停止させ、直流負荷２２の動作を停止させると共に、その故障を報知するようにしている。

ここで、故障判定手段１５ｄによる第１および第２のスイッチング素子５，６の故障判定手法について説明する。本実施の形態では、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障もしくはオープン故障した場合、上述した電圧バランス補正制御を行ったとしても、実際には故障したスイッチング素子はオープン状態もしくはショート状態で制御不可能となるため、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１と第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２との均衡を保つことはできないことを利用して、第１および第２のスイッチング素子５，６の故障判定を行う。

つまり、本実施の形態では、故障判定手段１５ｄは、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が予め規定した電圧値Ｖｘ（例えば、Ｖｘ＝５０Ｖ）以下になったことを故障判定条件とし、この故障判定条件を満たす場合に（Ｖｃ１≦ＶｘもしくはＶｃ２≦Ｖｘ）、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障もしくはオープン故障していると判定する。なお、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１は、第２の電圧検出回路１２の出力値から得た直流電圧Ｖｄｃと第１の電圧検出回路１１の出力値から得た第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２との差から得ることができる。

以下、故障判定手段１５ｄの判定結果に基づく動作について、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。図１２は、実施の形態１にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の判定結果に基づく動作フローチャートである。

図１２に示すフロー処理は、直流負荷２２を動作させている間の所定周期毎（例えば５０ｍｓ毎）に実施するものとする。なお、図示していないが、制御部１５は、運転指令の入力に伴い直流負荷２２を動作させ、直流負荷２２が予め規定した負荷（例えば５００Ｗ）以上の状態になったときに交流直流変換装置１００を動作開始、つまり、上述した目標直流電圧Ｖｄｃ＊への昇圧制御を行なう。また、この昇圧制御を行う際には、上述した電圧バランス補正制御を併用するものとする。なお、交流直流変換装置の昇圧動作開始前は、各駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベル出力しているものとする。ただし、直流負荷２２を動作させる前から第１もしくは第２のスイッチング素子５，６のどちらか一方がショート故障している場合は、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が０に近い状態になる。そのため、後述する図１２のステップＳＴ１０１の条件を満たすときは直流負荷２２の動作および昇圧動作を開始させないものとする。

故障判定手段１５ｄは、故障判定条件を満たしているか否か、つまり、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が予め規定した電圧値Ｖｘ（例えば、Ｖｘ＝５０Ｖ）以下（Ｖｃ１≦ＶｘもしくはＶｃ２≦Ｖｘ）であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０１）。

故障判定手段１５ｄにおける故障判定条件を満たしている、つまり、Ｖｃ１≦ＶｘもしくはＶｃ２≦Ｖｘを満たしている場合（ステップＳＴ１０１；Ｙｅｓ）、制御部１５は、各駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベル出力とし、交流直流変換装置１００の昇圧動作を停止させる（ステップＳＴ１０２）と共に、直流負荷２２の動作を停止させる（ステップＳＴ１０３）。そして、故障報知手段２１であるＬＥＤを点滅させて（故障表示）、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６が故障したことを報知する（ステップＳＴ１０４）。

続いて、故障判定手段１５ｄは、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障判定を行った回数（以下、「故障判定回数」という）をカウントし（ステップＳＴ１０５）、当該故障判定回数が規定値Ｎｘ（例えば、Ｎｘ＝３回）以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０６）。故障判定回数がＮｘ以上である場合には（ステップＳＴ１０６；Ｙｅｓ）、制御部１５は、直流負荷２２の動作および交流直流変換装置１００の昇圧動作開始を禁止する処理を行い（ステップＳＴ１０７）、本フロー処理を終了する。一方、故障判定回数がＮｘ未満である場合には（ステップＳＴ１０６；Ｎｏ）、制御部１５は、予め規定した時間Ｔｘ（例えば、Ｔｘ＝３分）後に直流負荷２２の動作および交流直流変換装置１００の昇圧動作を開始させるための処理を行い（ステップＳＴ１０８）、本フロー処理を終了する。

故障判定手段１５ｄにおける故障判定条件を満たしていない、つまり、Ｖｃ１≦ＶｘおよびＶｃ２≦Ｖｘのいずれも満たしていない場合（ステップＳＴ１０１；Ｎｏ）、故障判定手段１５ｄは、さらに直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊以上（Ｖｄｃ≧Ｖｄｃ＊）であるか否かを判定し（ステップＳＴ１０９）、直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊未満（Ｖｄｃ＜Ｖｄｃ＊）であれば（ステップＳＴ１０９；Ｎｏ）、本フロー処理を終了する。

直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊以上（Ｖｄｃ≧Ｖｄｃ＊）である場合（ステップＳＴ１０９；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄは、故障判定回数をクリアする（ステップＳＴ１１０）と共に、故障報知手段２１であるＬＥＤを点灯させ（正常表示）、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が正常であることを報知し（ステップＳＴ１１１）、本フロー処理を終了する。

なお、直流電圧Ｖｄｃおよび第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２の変動が大きい場合には、これらＶｄｃおよびＶｃ２を故障判定手段１５ｄにおける故障判定に支障のない程度にフィルタ処理（例えば、フィルタ時定数１０ｍｓ）した安定した値を用いて故障判定を行ってもよいことは言うまでもない。また、上述した図１２に示すフロー処理における故障判定回数のカウント（ステップＳＴ１０５）、故障判定回数の判定（ステップＳＴ１０６）、および昇圧動作開始処理（ステップＳＴ１０８）は、故障判定手段１５ｄにおける誤判定を想定したものであり、故障判定手段１５ｄにおける誤判定を考慮する必要がない場合には省略可能である。つまり、交流直流変換装置１００の昇圧動作および直流負荷２２の動作を停止し（ステップＳＴ１０２、ステップＳＴ１０３）、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障を報知した後（ステップＳＴ１０４）、直流負荷２２の動作および交流直流変換装置１００の昇圧動作開始を禁止する処理を行う（ステップＳＴ１０７）ようにすればよい。

なお、本実施の形態では、故障判定手段１５ｄは、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が予め規定した電圧値Ｖｘ（例えば、Ｖｘ＝５０Ｖ）以下になったことを故障判定条件とし、この故障判定条件を満たす場合に（Ｖｃ１≦ＶｘもしくはＶｃ２≦Ｖｘ）、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障もしくはオープン故障していると判定するようにしたが、例えば、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が第１および第２のコンデンサ７，８の最大定格電圧付近まで上昇した場合に、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障もしくはオープン故障していると判定することも考えられる。しかしながら、第１もしくは第２のスイッチング素子５，６がオープン故障している状態では、目標直流電圧Ｖｄｃ＊になるように昇圧制御を行ったとしても、適正な昇圧制御ができないため、上述したように第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が第１および第２のコンデンサ７，８の最大定格電圧近くになったことにより第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がオープン故障していると判定することは困難である。また、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障している状態では、目標直流電圧Ｖｄｃ＊になるように昇圧制御をした場合には、電源電圧Ｖｓが高いときにも電源短絡モードが発生するため、過電流保護回路２０により過電流が検出され、駆動信号Ｓａ，Ｓｂが出力されず強制的にＬｏレベル信号となり、第１および第２のスイッチング素子５，６が強制オフ制御されて昇圧制御が行えない状態となる。そのため、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障している場合においても、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が第１のおよび第２のコンデンサ７，８の最大定格電圧近くになったことにより第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障していると判定することは困難である。

以上説明したように、実施の形態１の交流直流変換装置によれば、交流電源にリアクタを介して並列接続される第１および第２の整流器と、第１の整流器の出力端子間に直列に接続された高電位側に位置する第１のコンデンサおよび低電位側に位置する第２のコンデンサと、第２の整流器の出力端子間に直列に接続され、その接続点が第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの接続点に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、第１および第２のスイッチング素子を制御して直流負荷への出力電圧値の昇圧制御を行うと共に、第１および第２のコンデンサの各両端間電圧を平衡状態に保つ電圧バランス補正制御を行う制御部を備え、昇圧制御を行っている際に、第１および第２のスイッチング素子の故障判定処理を行なう故障判定手段を具備し、第１および第２のコンデンサのうちの何れか一方の両端電圧が規定値以下となった場合に、第１もしくは第２のスイッチング素子がショート故障もしくはオープン故障していると判定して昇圧制御を停止するすると共に、直流負荷の動作も停止するようにしているので、第１および第２のスイッチング素子の故障に起因する第１および第２のコンデンサへの逆電圧印加を防ぎ、二次破壊の発生を抑制することができるので、高価なバイポーラ電解コンデンサを用いることなく、有極性の安価な電解コンデンサを用いて安価に構成でき、さらには、第１および第２のスイッチング素子の故障を早期に発見できるので、故障原因の究明が容易となる。

また、故障判定手段が第１もしくは第２のスイッチング素子の故障を誤判定することが想定される場合には、故障判定手段が第１もしくは第２のスイッチング素子のショート故障もしくはオープン故障していると判定した回数が規定値（例えば３回）未満である場合に、故障判定時以降の規定時間経過後に、第１および第２のコンデンサの両端間電圧が共に規定値（例えば、５０［Ｖ］）を超す電圧にあるときは、直流負荷の動作を開始すると共に、交流直流変換装置の昇圧動作を開始することも可能である。

また、制御部の基準グランドを第１の整流器の負極側出力端子に非絶縁で接続し、直流電圧Ｖｄｃの負側電位と共通にしているので、例えば制御部としてＡ／Ｄ変換器を備えたマイクロコンピュータを使用した場合に、第１および第２の電圧検出回路の出力電圧値（抵抗分圧値）をマイクロコンピュータに備えたＡ／Ｄ変換器にて直接検出することができ、安価な構成で実現することができる。

さらに、故障判定手段が第１もしくは第２のスイッチング素子がショート故障もしくはオープン故障していると判定した際に、その故障を報知する故障報知手段を備えることで、第１もしくは第２のスイッチング素子の故障が発生したことを容易に認識することができる。

なお、上述した実施の形態１では、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が予め規定した電圧値Ｖｘ（例えば、Ｖｘ=５０Ｖ）以下になったことを検出することにより第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障もしくはオープン故障していると判定するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、直流電圧Ｖｄｃの１／２の値と第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖc２の値との差の絶対値が予め規定した値（例えば、５０Ｖ）以上になったことを検出することにより、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障判定を行うようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、故障放置手段としてＬＥＤを具備した構成を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、ブザーなどで故障を報知するようにしてもよい。

実施の形態２．
図１３は、実施の形態２にかかる交流直流制御装置の一構成例を示す図である。なお、図１で説明した実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１３に示す例では、実施の形態１において説明した図１に示す構成に対し、直流負荷２２に代えて、インバータ主回路２３、三相の永久磁石電動機２４、および圧縮機２５を接続し、インバータ主回路２３に直流電力を供給する構成とし、交流直流制御装置１００ａとインバータ主回路２３とを含み圧縮機駆動装置２００が構成されている。

図１４は、インバータ主回路の一構成例を示す図である。図１４に示すように、インバータ主回路２３の入力端子Ｐ−Ｎ間に交流直流変換装置１００ａから直流電圧Ｖｄｃが印加され、インバータ主回路２３の出力端子Ｕ〜Ｗに接続された永久磁石電動機２４の各相巻線（図示せず）に三相交流電力を供給するように構成されている。

インバータ主回路２３は、絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子ＳＷａ〜ＳＷｆと、電力スイッチング素子ＳＷａ〜ＳＷｆにそれぞれ逆並列接続されたダイオードＤａ〜Ｄｆと、電力スイッチング素子ＳＷａ〜ＳＷｆを駆動する駆動回路ＧＤａ〜ＧＤｆとを含み構成されている。このインバータ主回路２３は、例えば、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）により構成することができる。

圧縮機２５は、三相の永久磁石電動機２４の回転子（図示せず）と機械的に接続されており、インバータ主回路２３により永久磁石電動機２４が駆動され、永久磁石電動機２４の回転子が回転することで圧縮動作を行う。

図１３に示すように、本実施の形態にかかる交流直流変換装置１００ａでは、第１のコンデンサ７に逆電圧が印加されるのを防止するために逆並列接続された逆電圧防止ダイオード９−１と、第２のコンデンサ８に逆電圧が印加されるのを防止するために逆並列接続された逆電圧防止ダイオード１０−１として、インバータ主回路２３に流し得る電流値よりも電流容量が大きい、例えば、整流器３を構成するダイオード３ａ〜３ｄと同等以上の電流容量を有し、同等以上の冷却（図示せず）を行うことを前提としている。ただし、ダイオード３ａ〜３ｄの電流容量がインバータ主回路２３に流し得る電流値に対して十分に余裕がある場合は、この限りではない。

また、本実施の形態にかかる交流直流変換装置１００ａでは、制御部１５−１は、インバータ主回路２３を制御する機能を有し、インバータ主回路２３の電力スイッチング素子ＳＷａ〜ＳＷｆを駆動するための６つの駆動信号をそれぞれ駆動回路ＧＤａ〜ＧＤｆに出力する構成としている。また、実施の形態１では、故障判定手段１５ｄにおいて第１もしくは第２のスイッチング素子５，６がショート故障もしくはオープン故障していると判定した場合、直流負荷２２の動作を停止させるようにしたが、本実施の形態では、圧縮機２５の運転範囲を制限するようにしている。この圧縮機２５の運転範囲制限については後述する。

つぎに、実施の形態２における故障判定手段１５ｄの故障判定結果に基づく動作について、図１５を参照して説明する。図１５は、実施の形態２にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の判定結果に基づく動作フローチャートである。なお、図１２で説明した実施の形態１における故障判定手段１５ｄの判定結果に基づく動作と同一または同等の処理には同一符号を付している。

図１５に示すフロー処理は、圧縮機２５を動作させている間の所定周期毎（例えば５０ｍｓ毎）に実施するものとする。なお、図示していないが、制御部１５−１は、運転指令の入力に伴い圧縮機２５を動作させ、圧縮機２５が予め規定した負荷（例えば５００Ｗ）以上の状態になったときに交流直流変換装置１００ａを動作開始、つまり、上述した目標直流電圧Ｖｄｃ＊への昇圧制御を行なう。また、この昇圧制御を行う際には、実施の形態１において説明した電圧バランス補正制御を併用するものとする。なお、交流直流変換装置１００ａの動作開始前は、各駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベル出力しているものとする。

故障判定手段１５ｄは、故障判定条件を満たしているか否か、つまり、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１もしくは第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２が予め規定した電圧値Ｖｘ（例えば、Ｖｘ＝５０Ｖ）以下（Ｖｃ１≦ＶｘもしくはＶｃ２≦Ｖｘ）であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０１）。

故障判定手段１５ｄにおける故障判定条件を満たしている、つまり、Ｖｃ１≦ＶｘもしくはＶｃ２≦Ｖｘを満たしている場合（ステップＳＴ１０１；Ｙｅｓ）、制御部１５−１は、各駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベル出力とし、交流直流変換装置１００ａの昇圧動作を停止させる（ステップＳＴ１０２）と共に、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１０３ａ）。そして、故障報知手段２１であるＬＥＤを点滅させて（故障表示）、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６が故障したことを報知する（ステップＳＴ１０４）。

続いて、故障判定手段１５ｄは、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障判定を行った回数（以下、「故障判定回数」という）をカウントし（ステップＳＴ１０５）、当該故障判定回数が規定値Ｎｘ（例えば、Ｎｘ＝３回）以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０６）。故障判定回数がＮｘ以上である場合には（ステップＳＴ１０６；Ｙｅｓ）、制御部１５−１は、交流直流変換装置１００ａの昇圧動作開始を禁止する処理を行い（ステップＳＴ１０７ａ）、本フロー処理を終了する。一方、故障判定回数がＮｘ未満である場合には（ステップＳＴ１０６；Ｎｏ）、制御部１５−１は、予め規定した時間Ｔｘ（例えば、Ｔｘ＝３分）後に交流直流変換装置１００ａの昇圧動作を開始させるための処理を行い（ステップＳＴ１０８ａ）、本フロー処理を終了する。

故障判定手段１５ｄにおける故障判定条件を満たしていない、つまり、Ｖｃ１≦ＶｘおよびＶｃ２≦Ｖｘのいずれも満たしていない場合（ステップＳＴ１０１；Ｎｏ）、故障判定手段１５ｄは、さらに直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊以上（Ｖｄｃ≧Ｖｄｃ＊）であるか否かを判定し（ステップＳＴ１０９）、直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊未満（Ｖｄｃ＜Ｖｄｃ＊）であれば（ステップＳＴ１０９；Ｎｏ）、本フロー処理を終了する。

直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊以上（Ｖｄｃ≧Ｖｄｃ＊）である場合（ステップＳＴ１０９；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄは、圧縮機２５の運転範囲制限を解除し（ステップＳＴ１１２）、故障判定回数をクリアする（ステップＳＴ１１０）と共に、故障報知手段２１であるＬＥＤを点灯させ（正常表示）、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が正常であることを報知し（ステップＳＴ１１１）、本フロー処理を終了する。

図１５に示す例において、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１０３ａ）とは、例えば、交流直流変換装置１００ａが昇圧動作を行わない、つまり、全波整流モードで出力される直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態とすることを示している。ここで、例えば、第１および第２のスイッチング素子５，６が双方ともショート故障した場合には、実施の形態において説明した図３に示す電源短絡モードとなり、コンバータ電圧Ｖｃ＝０となるが、第１および第２のスイッチング素子５，６が双方ともショート故障することは極めて稀であり、第１および第２のスイッチング素子５，６のうちの少なくとも一方が正常であるかオープン故障している状態であれば、全波整流モードでの電力供給が可能となる。また、第１および第２のスイッチング素子５，６の一方がショート故障している場合は、図５もしくは図６の状態となるが、各逆電圧防止ダイオード９−１，１０−１の電流容量を大きくすることで、継続して電力供給することが可能となるので、上述したように圧縮機２５の運転範囲を制限することで、圧縮機２５の継続運転が可能となる。

なお、直流電圧Ｖｄｃおよび第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２の変動が大きい場合には、これらＶｄｃおよびＶｃ２を故障判定手段１５ｄにおける故障判定に支障のない程度にフィルタ処理（例えば、フィルタ時定数１０ｍｓ）した安定した値を用いて故障判定を行ってもよいことは言うまでもない。また、上述した図１５に示すフロー処理における故障判定回数のカウント（ステップＳＴ１０５）、故障判定回数の判定（ステップＳＴ１０６）、および昇圧動作開始処理（ステップＳＴ１０８ａ）は、故障判定手段１５ｄにおける誤判定を想定したものであり、故障判定手段１５ｄにおける誤判定を考慮する必要がない場合には省略可能である。つまり、交流直流変換装置１００ａの昇圧動作を停止して（ステップＳＴ１０２）、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１０３ａ）と共に、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障を報知した後（ステップＳＴ１０４）、交流直流変換装置１００ａの昇圧動作開始を禁止する処理を行う（ステップＳＴ１０７ａ）ようにすればよい。

以上説明したように、実施の形態２の交流直流変換装置によれば、第１および第２のスイッチング素子のうちの少なくとも一方が正常であるかオープン故障している状態であれば、全波整流モードでの電力供給が可能であり、第１および第２のコンデンサに逆電圧が印加されるのを防止するためにそれぞれ逆並列接続された逆電圧防止ダイオードとして、直流負荷として接続されたインバータ主回路に流し得る電流値よりも電流容量が大きいものを用いるようにしたので、圧縮機の運転範囲を通常時よりも制限、つまり、全波整流モードで出力される直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態に制限することで、第１および第２のコンデンサの二次破壊の発生を抑制しつつ、圧縮機の継続運転が可能となる。したがって、圧縮機により冷媒が循環される空気調和機に適用した場合においては、故障修理が行なわれるまで空気調和機の運転が不可能となる状況を回避することができる。

なお、第１および第２のスイッチング素子が正常であり、電圧バランス補正制御が正常に動作し、第１および第２のコンデンサの両端電圧が平衡状態を保っている通常状態においては、各逆電圧防止ダイオードには電流が流れないため、実施の形態１と同等の損失で動作させることができるという効果もある。

実施の形態３．
図１６は、実施の形態３にかかる交流直流制御装置の一構成例を示す図である。なお、図１で説明した実施の形態１および図１３で説明した実施の形態２と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１６に示す例では、実施の形態１において説明した図１に示す構成に対し、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６の接続点と、第１のコンデンサ７および第２のコンデンサ８の接続点との間に保護スイッチ２６を備えると共に、制御部１５−２から出力される保護スイッチ２６の駆動信号Ｓｃを、保護スイッチ２６を駆動できる電圧に変換する駆動回路２７を備えた構成とし、過電流保護回路２０に代えて、過電流保護回路２０−１を備え、実施の形態２において説明した図１３に示す構成と同様に、インバータ主回路２３、三相の永久磁石電動機２４、および圧縮機２５を接続し、インバータ主回路２３に直流電力を供給する構成とし、交流直流制御装置１００ｂとインバータ主回路２３とを含み圧縮機駆動装置２００ａが構成されている。なお、インバータ主回路２３の構成は、実施の形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図１７は、実施の形態３にかかる交流直流変換装置における過電流保護回路の一構成例を示す図である。なお、図２で説明した実施の形態１における過電流保護回路２０と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１７に示す例では、過電流保護回路２０−１は、実施の形態１において説明した図２に示す構成に対し、ＡＮＤ回路２０ｇをさらに備えている。ＡＮＤ回路２０ｇは、ラッチ回路２０ｄの出力と制御部１５−２から出力される保護スイッチ２６の駆動信号Ｓｃとの論理積を出力する。つまり、ラッチ回路２０ｄの出力がＬｏレベルである場合、駆動回路２７に出力する信号を強制的にＬｏレベルとする。

制御部１５−２は、実施の形態１において説明した故障判定手段１５ｄに代えて、故障判定手段１５ｄ−１を備えている。この故障判定手段１５ｄ−１は、実施の形態１において説明した機能に加え、後述する故障判定処理において、過電流保護回路２０−１から出力される過電流検知信号ＯＣを監視し、この過電流検知信号ＯＣのＬｏ／Ｈｉレベルに応じて、第１および第２のスイッチング素子５，６のオープン故障およびショート故障を判定する機能を有している。

保護スイッチ２６は、制御部１５−２から出力される駆動信号ＳｃがＬｏレベルである場合にオフ制御され、Ｈｉレベルでオン制御されるように構成されている。この保護スイッチ２６としては、半導体スイッチング素子で構成されていてもよいし、機械的に開閉制御される常開接点として構成されていてもよい。

つぎに、実施の形態３における故障判定手段１５ｄ−１の故障判定処理について、図１８を参照して説明する。図１８は、実施の形態３にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の動作フローチャートである。

図１８に示すフロー処理は、交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作の停止中において、圧縮機２５が予め規定した負荷（例えば５００Ｗ）以上の状態になったときに実施するものとする。なお、交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作の開始前は、制御部１５−２は、各駆動信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃを全てＬｏレベル出力し、交流直流変換装置１００ｂが全波整流モードであるものとする。

交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作の停止中において、圧縮機２５が予め規定した負荷（例えば５００Ｗ）以上の状態になると、制御部１５−２は、過電流保護回路２０−１のラッチ回路２０ｄにクリア信号ＣＬＲを出力し（ステップＳＴ２０１）、ラッチ回路２０ｄの出力のラッチ状態をクリア（Ｈｉレベル）する。

続いて、制御部１５−２は、第１のスイッチング素子５の駆動信号ＳａをＨｉレベルとして（ステップＳＴ２０２）第１のスイッチング素子５をオン制御する。

ここで、第２のスイッチング素子６がショート故障している場合には、図３（ａ），（ｂ）に示す電源短絡モードとなり、電源電圧Ｖｓが高い状態のときに第１および第２のスイッチング素子５，６に過電流が流れ、過電流保護回路２０−１から出力される過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルとなる。一方、第２のスイッチング素子６が正常であるか、または、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がオープン故障している場合には、過電流検知信号ＯＣがＨｉレベルとなる。

したがって、故障判定手段１５ｄ−１は、過電流検知信号ＯＣがＨｉレベルであるか否かを判定し（ステップＳＴ２０３）、過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルである場合には（ステップＳＴ２０３；Ｎｏ）、第２のスイッチング素子６がショート故障しているものと判定する（ステップＳＴ２０４）。そして、制御部１５−２は、駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベルとして（ステップＳＴ２０５）第１および第２のスイッチング素子５，６をオフ制御し、本フロー処理を終了する。なお、このとき、交流直流変換装置１００ｂは全波整流モードとなる。

一方、過電流検知信号ＯＣがＨｉレベルである場合には（ステップＳＴ２０３；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄ−１は、第２のスイッチング素子６がショート故障していないものと判定する（ステップＳＴ２０６）。そして、制御部１５−２は、第１のスイッチング素子５の駆動信号ＳａをＬｏレベルとして（ステップＳＴ２０７）第１のスイッチング素子５をオフ制御し、第２のスイッチング素子６の駆動信号ＳｂをＨｉレベルとして（ステップＳＴ２０８）第２のスイッチング素子６をオン制御する。

ここで、第１のスイッチング素子５がショート故障している場合には、図３（ａ），（ｂ）に示す電源短絡モードとなり、電源電圧Ｖｓが高い状態のときに第１および第２のスイッチング素子５，６に過電流が流れ、過電流保護回路２０−１から出力される過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルとなる。一方、第１のスイッチング素子５が正常であるか、または、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がオープン故障している場合には、過電流検知信号ＯＣがＨｉレベルとなる。

したがって、故障判定手段１５ｄ−１は、過電流検知信号ＯＣがＨｉレベルであるか否かを判定し（ステップＳＴ２０９）、過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルである場合には（ステップＳＴ２０９；Ｎｏ）、第１のスイッチング素子５がショート故障しているものと判定する（ステップＳＴ２１０）。そして、制御部１５−２は、駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベルとして（ステップＳＴ２０５）第１および第２のスイッチング素子５，６をオフ制御し、本フロー処理を終了する。なお、このとき、交流直流変換装置１００ｂは全波整流モードとなる。

一方、過電流検知信号ＯＣがＨｉレベルである場合には（ステップＳＴ２０９；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄ−１は、第１のスイッチング素子５がショート故障していないものと判定する（ステップＳＴ２１１）。そして、制御部１５−２は、第１のスイッチング素子５の駆動信号ＳａをＨｉレベルとして（ステップＳＴ２１２）第１および第２のスイッチング素子５，６を双方ともオン制御する。

ここで、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が双方とも正常である場合には、図３（ａ），（ｂ）に示す電源短絡モードとなり、電源電圧Ｖｓが高い状態のときに第１および第２のスイッチング素子５，６に過電流が流れ、過電流保護回路２０−１から出力される過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルとなる。一方、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６のいずれか一方あるいは両方がオープン故障している場合には、過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルとなる。

したがって、故障判定手段１５ｄ−１は、過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルであるか否かを判定し（ステップＳＴ２１３）、過電流検知信号ＯＣがＨｉレベルである場合には（ステップＳＴ２１３；Ｎｏ）、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６のいずれか一方あるいは両方がオープン故障しているものと判定し（ステップＳＴ２１４）、駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベルとして（ステップＳＴ２０５）、本フロー処理を終了する。なお、このとき、交流直流変換装置１００ｂは全波整流モードとなる。

一方、過電流検知信号ＯＣがＬｏレベルである場合には（ステップＳＴ２１３；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄ−１は、第１および第２のスイッチング素子５，６が正常であるものと判定する（ステップＳＴ２１５）。そして、制御部１５−２は、駆動信号Ｓａ，Ｓｂを一旦Ｌｏレベルとして（ステップＳＴ２１６）第１および第２のスイッチング素子５，６をオフ制御し、過電流保護回路２０−１のラッチ回路２０ｄにクリア信号ＣＬＲを出力して（ステップＳＴ２１７）ラッチ回路２０ｄの出力のラッチ状態をクリア（Ｈｉレベル）し、保護スイッチ２６の駆動信号ＳｃをＨｉレベルとして（ステップＳＴ２１８）、交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作を開始し（ステップＳＴ２１９）、本フロー処理を終了する。

つぎに、実施の形態３における故障判定手段１５ｄ−１の故障判定結果に基づく動作について、図１９を参照して説明する。図１９は、実施の形態３にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の判定結果に基づく動作フローチャートである。なお、図１５で説明した実施の形態２における故障判定手段１５ｄの判定結果に基づく動作と同一または同等の処理には同一符号を付している。

図１９に示すフロー処理は、交流直流変換装置１００ｂが昇圧動作している間の所定周期毎（例えば５０ｍｓ毎）に実施するものとする。

故障判定手段１５ｄは、図１８に示す故障判定結果を用いて、第１および第２のスイッチング素子５，６が故障しているか否かを判定する（ステップＳＴ１０１ａ）。

第１および第２のスイッチング素子５，６が故障している場合（ステップＳＴ１０１ａ；Ｙｅｓ）、制御部１５−２は、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１０３ａ）。そして、故障報知手段２１であるＬＥＤを点滅させて（故障表示）、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６が故障したことを報知する（ステップＳＴ１０４）。

続いて、故障判定手段１５ｄ−１は、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障判定を行った回数（以下、「故障判定回数」という）をカウントし（ステップＳＴ１０５）、当該故障判定回数が規定値Ｎｘ（例えば、Ｎｘ＝３回）以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０６）。故障判定回数がＮｘ以上である場合には（ステップＳＴ１０６；Ｙｅｓ）、制御部１５−２は、交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作開始を禁止する処理を行い（ステップＳＴ１０７ａ）、本フロー処理を終了する。一方、故障判定回数がＮｘ未満である場合には（ステップＳＴ１０６；Ｎｏ）、制御部１５−２は、予め規定した時間Ｔｘ（例えば、Ｔｘ＝３分）後に交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作を開始させるための処理を行い（ステップＳＴ１０８ａ）、本フロー処理を終了する。

第１および第２のスイッチング素子５，６が故障していない場合（ステップＳＴ１０１ａ；Ｎｏ）、故障判定手段１５ｄ−１は、さらに直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊以上（Ｖｄｃ≧Ｖｄｃ＊）であるか否かを判定し（ステップＳＴ１０９）、直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊未満（Ｖｄｃ＜Ｖｄｃ＊）であれば（ステップＳＴ１０９；Ｎｏ）、本フロー処理を終了する。

直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊以上（Ｖｄｃ≧Ｖｄｃ＊）である場合（ステップＳＴ１０９；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄ−１は、圧縮機２５の運転範囲制限を解除し（ステップＳＴ１１２）、故障判定回数をクリアする（ステップＳＴ１１０）と共に、故障報知手段２１であるＬＥＤを点灯させ（正常表示）、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が正常であることを報知し（ステップＳＴ１１１）、本フロー処理を終了する。

図１９に示す例において、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１０３ａ）とは、例えば、交流直流変換装置１００ｂが昇圧動作を行わない、つまり、全波整流モードで出力される直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態とすることを示している。ここで、例えば、第１および第２のスイッチング素子５，６が双方ともショート故障した場合には、実施の形態において説明した図３に示す電源短絡モードとなり、コンバータ電圧Ｖｃ＝０となるが、第１および第２のスイッチング素子５，６が双方ともショート故障することは極めて稀であり、第１および第２のスイッチング素子５，６のうちの少なくとも一方が正常であるかオープン故障している状態であれば、全波整流モードでの電力供給が可能であるので、全波整流モードで出力される直流電圧Ｖｄｃで運転可能となるように、圧縮機２５の運転範囲を制限することで、圧縮機２５の継続運転が可能となる。

なお、直流電圧Ｖｄｃおよび第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２の変動が大きい場合には、これらＶｄｃおよびＶｃ２を故障判定手段１５ｄ−１における故障判定に支障のない程度にフィルタ処理（例えば、フィルタ時定数１０ｍｓ）した安定した値を用いて故障判定を行ってもよいことは言うまでもない。また、上述した図１９に示すフロー処理における故障判定回数のカウント（ステップＳＴ１０５）、故障判定回数の判定（ステップＳＴ１０６）、および昇圧動作開始処理（ステップＳＴ１０８ａ）は、故障判定手段１５ｄ−１における誤判定を想定したものであり、故障判定手段１５ｄ−１における誤判定を考慮する必要がない場合には省略可能である。つまり、交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作を停止して（ステップＳＴ１０２）、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１０３ａ）と共に、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障を報知した後（ステップＳＴ１０４）、交流直流変換装置１００ａの昇圧動作開始を禁止する処理を行う（ステップＳＴ１０７ａ）ようにすればよい。

図２０は、実施の形態３にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の判定結果に基づく図１９とは異なる動作フローチャートである。なお、図１９で説明した故障判定手段１５ｄ−１の判定結果に基づく動作と同一または同等の処理には同一符号を付している。

上述した図１９に示す例では、第１および第２のスイッチング素子５，６が故障している場合には、全波整流モードでの電力供給を行う例を示したが、図２０に示す例では、第１および第２のスイッチング素子５，６の故障状態に応じて、全波整流モードと電源短絡モードとを併用して昇圧動作を行い、電力供給を行う例について説明する。

図２０に示すフロー処理は、交流直流変換装置１００ｂが昇圧動作している間の所定周期毎（例えば５０ｍｓ毎）に実施するものとする。

故障判定手段１５ｄ−１は、図１８に示す故障判定結果を用いて、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がオープン故障しているか否かを判定する（ステップＳＴ１１３）。

第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がオープン故障している場合（ステップＳＴ１１３；Ｙｅｓ）、制御部１５−２は、全波整流モードで出力される直流電圧Ｖｄｃで運転可能となるように、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１０３ｂ）。そして、故障報知手段２１であるＬＥＤを点滅させて（故障表示）、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６が故障したことを報知する（ステップＳＴ１０４）。

続いて、故障判定手段１５ｄ−１は、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障判定を行った回数（以下、「故障判定回数」という）をカウントし（ステップＳＴ１０５）、当該故障判定回数が規定値Ｎｘ（例えば、Ｎｘ＝３回）以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０６）。故障判定回数がＮｘ以上である場合には（ステップＳＴ１０６；Ｙｅｓ）、制御部１５−２は、交流直流変換装置１００ａの昇圧動作開始を禁止する処理を行い（ステップＳＴ１０７ａ）、本フロー処理を終了する。一方、故障判定回数がＮｘ未満である場合には（ステップＳＴ１０６；Ｎｏ）、制御部１５−２は、予め規定した時間Ｔｘ（例えば、Ｔｘ＝３分）後に交流直流変換装置１００ｂの通常の昇圧動作を開始させるための処理を行い（ステップＳＴ１０８ａ）、本フロー処理を終了する。

第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がオープン故障していない場合（ステップＳＴ１１３；Ｎｏ）、故障判定手段１５ｄ−１は、図１８に示す故障判定結果を用いて、第１のスイッチング素子５がショート故障しているか否かを判定する（ステップＳＴ１１４）。

第１のスイッチング素子５がショート故障している場合（ステップＳＴ１１４；Ｙｅｓ）、制御部１５−２は、第２のスイッチング素子６の駆動信号ＳｂをＬｏ／Ｈｉ制御して、全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧動作を開始する（ステップＳＴ１１５）と共に、目標直流電圧値Ｖｄｃ＊を全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧動作で高調波規制値をクリアできる範囲の出力電圧範囲に制限し（ステップＳＴ１１６）、当該昇圧動作で得られる直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態となるように、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１１７）。そして、故障報知手段２１であるＬＥＤを点滅させて（故障表示）、第１のスイッチング素子５がショート故障したことを報知する（ステップＳＴ１１８）。

第１のスイッチング素子５がショート故障していない場合（ステップＳＴ１１４；Ｎｏ）、故障判定手段１５ｄ−１は、図１８に示す故障判定結果を用いて、第２のスイッチング素子６がショート故障しているか否かを判定する（ステップＳＴ１１９）。

第２のスイッチング素子６がショート故障している場合（ステップＳＴ１１９；Ｙｅｓ）、制御部１５−２は、第１のスイッチング素子５の駆動信号ＳａをＬｏ／Ｈｉ制御して、全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧動作を開始する（ステップＳＴ１２０）と共に、目標直流電圧値Ｖｄｃ＊を全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧動作で高調波規制値をクリアできる範囲の出力電圧範囲に制限し（ステップＳＴ１１６）、当該昇圧動作で得られる直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態となるように、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１１７）。そして、故障報知手段２１であるＬＥＤを点滅させて（故障表示）、第１のスイッチング素子５がショート故障したことを報知する（ステップＳＴ１１８）。

第２のスイッチング素子６がショート故障していない場合（ステップＳＴ１１９；Ｎｏ）、故障判定手段１５ｄ−１は、さらに直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊以上（Ｖｄｃ≧Ｖｄｃ＊）であるか否かを判定し（ステップＳＴ１０９）、直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊未満（Ｖｄｃ＜Ｖｄｃ＊）であれば（ステップＳＴ１０９；Ｎｏ）、本フロー処理を終了する。

直流電圧Ｖｄｃが目標直流電圧Ｖｄｃ＊以上（Ｖｄｃ≧Ｖｄｃ＊）である場合（ステップＳＴ１０９；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄ−１は、圧縮機２５の運転範囲制限を解除し（ステップＳＴ１１２）、故障判定回数をクリアする（ステップＳＴ１１０）と共に、故障報知手段２１であるＬＥＤを点灯させ（正常表示）、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が正常であることを報知し（ステップＳＴ１１１）、本フロー処理を終了する。

なお、直流電圧Ｖｄｃおよび第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２の変動が大きい場合には、これらＶｄｃおよびＶｃ２を故障判定手段１５ｄ−１における故障判定に支障のない程度にフィルタ処理（例えば、フィルタ時定数１０ｍｓ）した安定した値を用いて故障判定を行ってもよいことは言うまでもない。また、上述した図１５に示すフロー処理における故障判定回数のカウント（ステップＳＴ１０５）、故障判定回数の判定（ステップＳＴ１０６）、および昇圧動作開始処理（ステップＳＴ１０８）は、故障判定手段１５ｄ−１における誤判定を想定したものであり、故障判定手段１５ｄ−１における誤判定を考慮する必要がない場合には省略可能である。つまり、交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作を停止して（ステップＳＴ１０２）、全波整流モードで出力される直流電圧Ｖｄｃで運転可能となるように、圧縮機２５の運転範囲を制限する（ステップＳＴ１０３ｂ）と共に、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６の故障を報知した後（ステップＳＴ１０４）、交流直流変換装置１００ｂの昇圧動作開始を禁止する処理を行う（ステップＳＴ１０７ａ）ようにすればよい。

また、図２０における全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧動作は、既知の技術を用いて実現することができる。この全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧動作手法により本発明が限定されるものではない。

以上説明したように、実施の形態３の交流直流変換装置によれば、第１および第２のコンデンサの接続点と第１および第２のスイッチング素子の接続点との間に保護スイッチを挿入し、第１もしくは第２のスイッチング素子が故障していると判定した場合には、第１および第２のスイッチング素子および保護スイッチをオフ制御した状態で全波整流モードで運転を継続可能であるので、第１および第２のコンデンサの二次破壊の発生を招くことなく、実施の形態２と同様に、圧縮機の運転範囲を通常時よりも制限、つまり、全波整流モードで出力される直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態に制限することで、圧縮機の継続運転が可能となる。したがって、圧縮機により冷媒が循環される空気調和機に適用した場合においては、故障修理が行なわれるまで空気調和機の運転が不可能となる状況を回避することができる。

また、第１もしくは第２のスイッチング素子がショート故障していると判定した場合には、保護スイッチをオフ制御した状態で、第１および第２のスイッチング素子の故障していない方を制御して、全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧動作を開始すると共に、目標直流電圧値Ｖｄｃ＊を電源短絡モードと全波整流モードとを併用した昇圧動作で高調波規制値をクリアできる範囲の出力電圧範囲に制限し、当該昇圧動作で得られる直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態となるように、圧縮機の運転範囲を制限することで、上述した全波整流モードで運転を継続する場合よりも圧縮機の運転範囲を拡大して動作させることが可能となる。

実施の形態４．
図２１は、実施の形態４にかかる交流直流制御装置の一構成例を示す図である。なお、図１６で説明した実施の形態３と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図２１に示す例では、実施の形態３において説明した図１６に対し、第１の電圧検出回路１１−１を保護スイッチ２６に対して交流電源１側に接続し、第１のコンデンサ７および第２のコンデンサ８のバランス抵抗として、実施の形態１において説明した第１の電圧検出回路１１を構成する抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃに代えて、同一の抵抗値を有するバランス抵抗２８ａ，２８ｂをそれぞれ第１のコンデンサ７および第２のコンデンサ８に並列に接続した構成とし、実施の形態３において説明した図１６に示す構成と同様に、インバータ主回路２３、三相の永久磁石電動機２４、および圧縮機２５を接続し、インバータ主回路２３に直流電力を供給する構成とし、交流直流制御装置１００ｃとインバータ主回路２３とを含み圧縮機駆動装置２００ｂが構成されている。なお、インバータ主回路２３の構成は、実施の形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する。

第１の電圧検出回路１１−１は、整流器３の出力端子間に、高電位側から順に抵抗１１ａ−１、抵抗１１ｂ−１、抵抗１１ｃ−１が直列接続され構成されている。抵抗１１ａ−１と抵抗１１ｂ−１との接続点は、第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６と保護スイッチ２６の一方端との接続点に接続されている。第１のコンデンサ７および第２のコンデンサ８のバランス抵抗としては、上述したようにバランス抵抗２８ａ，２８ｂを具備しているが、通常運転時においては、保護スイッチ２６はオン制御されるため、第１のコンデンサ７の両端間電圧Ｖｃ１と第２のコンデンサ８の両端間電圧Ｖｃ２とが平衡状態を保てるように、抵抗１１ａ−１の抵抗値と抵抗１１ｂ−１および抵抗１１ｃ−１の合成抵抗値とが略一致するように構成されている。抵抗１１ｂ−１と抵抗１１ｃ−１との接続点は、制御部１５−３に具備したＡ／Ｄ変換器１５ａに接続され、制御部１５−３は、この抵抗１１ｂ−１と抵抗１１ｃ−１との接続点の電圧値から第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６との接続点の電圧Ｖｃ２’を得る構成としている。なお、図２１に示す例では、第１の電圧検出回路１１を３つの抵抗１１ａ−１，１１ｂ−１，１１ｃ−１で構成する例を示しているが、例えば、抵抗１１ｂ−１および抵抗１１ｃ−１と抵抗値が等しい２つの抵抗を直列接続して抵抗１１ａ−１を構成していてもよいし、さらには、第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６との接続点の電圧Ｖｃ２’の検出が可能な既知の構成であればよく、この第１の電圧検出回路１１−１の構成により本発明が限定されるものではない。

制御部１５−３は、実施の形態３において説明した故障判定手段１５ｄ−１に代えて、故障判定手段１５ｄ−２を備えている。

実施の形態３における故障判定手段１５ｄ−１では、過電流保護回路２０−１から出力される過電流検知信号ＯＣを監視し、この過電流検知信号ＯＣのＬｏ／Ｈｉレベルに応じて、第１および第２のスイッチング素子５，６のオープン故障およびショート故障を判定するものとしていたが、本実施の形態における故障判定手段１５ｄ−２では、交流直流変換装置１００ｃの昇圧動作の停止中において、保護スイッチ２６がオフ制御された状態で、第２の電圧検出回路１２の出力値から得た直流電圧Ｖｄｃと、第１の電圧検出回路１１−１の出力値から得た第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６との接続点の電圧Ｖｃ２’との関係に基づいて、第１および第２のスイッチング素子５，６のオープン故障およびショート故障を判定するようにしている。

つぎに、実施の形態４における故障判定手段１５ｄ−２の故障判定処理について、図２２および図２３を参照して説明する。図２２は、実施の形態４にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の動作フローチャートである。図２３は、実施の形態４にかかる交流直流変換装置における故障判定手段の図２２とは異なる動作フローチャートである。なお、図２２に示す故障判定処理においては、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６のショート故障を判定し、図２３に示す故障判定処理においては、第１のスイッチング素子５のショート故障と第２のスイッチング素子６のショート故障とを個別に判定する。

図２２および図２３に示すフロー処理は、交流直流変換装置１００ｃの昇圧動作の停止中において、圧縮機２５が予め規定した負荷（例えば５００Ｗ）以上の状態になったときに実施するものとする。なお、交流直流変換装置１００ｃの昇圧動作の開始前は、制御部１５−３は、各駆動信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃを全てＬｏレベル出力し、交流直流変換装置１００ｂが全波整流モードであるものとする。

ここで、図２２および図２３に示すフロー処理の初期状態、つまり、交流直流変換装置１００ｃの昇圧動作の停止中において、第１のスイッチング素子５、第２のスイッチング素子６、および保護スイッチ２６がオフ制御されている状態で、第１のスイッチング素子５がショート故障している場合には、図４（ａ），（ｂ）において、第１のコンデンサ７に代えて抵抗１１ａ−１が接続され、第２のコンデンサ８に代えて抵抗１１ｂ−１と抵抗１１ｃ−１とからなる直列回路が接続されている状態となる。そのため、電源電圧Ｖｓがピーク付近のとき、第１の電圧検出回路１１−１の出力値から得られる電圧Ｖｃ２’は、電源電圧Ｖｓの絶対値に近い値となり、第２の電圧検出回路１２の出力値から得られる直流電圧Ｖｄｃ以上の値となる。一方、第２のスイッチング素子６がショート故障している場合には、図５（ａ），（ｂ）において、第１のコンデンサ７に代えて抵抗１１ａ−１が接続され、第２のコンデンサ８に代えて抵抗１１ｂ−１と抵抗１１ｃ−１とからなる直列回路が接続されている状態となる。そのため、電源電圧Ｖｓがピーク付近のとき、第１の電圧検出回路１１−１の出力値から得られる電圧Ｖｃ２’は、直流電圧Ｖｄｃから電源電圧Ｖｓの絶対値を差し引いた値に近い値となり、０以下の値となる。

一方、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が何れも正常であるか、あるいは、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６の一方あるいは両方がオープン故障している場合には、第１の電圧検出回路１１−１の出力値から得られる電圧Ｖｃ２’は、第２の電圧検出回路１２の出力値から得られる直流電圧Ｖｄｃの半値と等しくなる。

つまり、第１の電圧検出回路１１−１の出力値から得られる電圧Ｖｃ２’が第２の電圧検出回路１２の出力値から得られる直流電圧Ｖｄｃの半値に予め規定した電圧値Ｖｙ（例えば、Ｖｙ＝５０Ｖ）を加えた値以上であれば（Ｖｃ２’≧Ｖｄｃ／２＋Ｖｙ）、第１のスイッチング素子５がショート故障しているものと見做すことができ、第１の電圧検出回路１１−１の出力値から得られる電圧Ｖｃ２’が第２の電圧検出回路１２の出力値から得られる直流電圧Ｖｄｃの半値から予め規定した電圧値Ｖｙ（例えば、Ｖｙ＝５０Ｖ）を差し引いた値以下であれば（Ｖｃ２’≦Ｖｄｃ／２−Ｖｙ）、第２のスイッチング素子６がショート故障しているものと見做すことができる。

したがって、図２２に示す例では、上記２つの条件式（Ｖｃ２’≧Ｖｄｃ／２＋Ｖｙ，Ｖｃ２’≦Ｖｄｃ／２−Ｖｙ）を変形し、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たせば、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障しているものと見做せ、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たさない、つまり、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜＜Ｖｙを満たせば、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６の何れもショート故障していないものと見做せることを利用している。

まず、故障判定手段１５ｄ−２は、圧縮機２５が予め規定した負荷（例えば５００Ｗ）以上の状態になると、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜＜Ｖｙを満たすか否かを判定し（ステップＳＴ３０１）、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜＜Ｖｙを満たさない、つまり、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙである場合には（ステップＳＴ３０１；Ｎｏ）、第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６がショート故障しているものと判定し（ステップＳＴ３０２）、本フロー処理を終了する。なお、このとき、交流直流変換装置１００ｃは全波整流モードとなる。

一方、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜＜Ｖｙを満たす場合には（ステップＳＴ３０１；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄ−２は、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６の何れもショート故障していないものと判定する（ステップＳＴ３０３）。そして、制御部１５−３は、第１のスイッチング素子５の駆動信号ＳａをＨｉレベルとして（ステップＳＴ３０４）第１のスイッチング素子５をオン制御する。

ここで、第１のスイッチング素子５が正常である（オープン故障していない）場合には、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６の何れもショート故障していないことから（ステップＳＴ３０３）、上述したように、電源電圧Ｖｓがピーク付近のとき、第１の電圧検出回路１１−１の出力値から得られる電圧Ｖｃ２’は、電源電圧Ｖｓの絶対値に近い値となり、第２の電圧検出回路１２の出力値から得られる直流電圧Ｖｄｃ以上の値となる。

つまり、Ｖｃ２’≧Ｖｄｃ／２＋Ｖｙ、また、これを変形した｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たせば、第１のスイッチング素子５が正常である（オープン故障していない）ものと見做せ、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たさない、つまり、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜＜Ｖｙを満たせば、第１のスイッチング素子５がオープン故障しているものと見做すことができる。

したがって、故障判定手段１５ｄ−２は、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たすか否かを判定し（ステップＳＴ３０５）、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たさない、つまり、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜＜Ｖｙである場合には（ステップＳＴ３０５；Ｎｏ）、第１のスイッチング素子５がオープン故障しているものと判定する（ステップＳＴ３０６）。そして、制御部１５−３は、駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベルとして（ステップＳＴ３０７）第１および第２のスイッチング素子５，６をオフ制御し、本フロー処理を終了する。なお、このとき、交流直流変換装置１００ｃは全波整流モードとなる。

一方、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たす場合には（ステップＳＴ３０５；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄ−２は、第１のスイッチング素子５が正常であるものと判定する（ステップＳＴ３０８）。そして、制御部１５−３は、第１のスイッチング素子５の駆動信号ＳａをＬｏレベルとして（ステップＳＴ３０９）第１のスイッチング素子５をオフ制御し、第２のスイッチング素子６の駆動信号ＳｂをＨｉレベルとして（ステップＳＴ３１０）第２のスイッチング素子６をオン制御する。

ここで、第２のスイッチング素子６正常である（オープン故障していない）場合には、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６の何れもショート故障していないことから（ステップＳＴ３０３）、上述したように、電源電圧Ｖｓがピーク付近のとき、第１の電圧検出回路１１−１の出力値から得られる電圧Ｖｃ２’は、直流電圧Ｖｄｃから電源電圧Ｖｓの絶対値を差し引いた値に近い値となり、０以下の値となる。

つまり、Ｖｃ２’≦Ｖｄｃ／２−Ｖｙまた、これを変形した｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たせば、第２のスイッチング素子６が正常である（オープン故障していない）ものと見做せ、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たさない、つまり、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜＜Ｖｙを満たせば、第２のスイッチング素子６がオープン故障しているものと見做すことができる。

したがって、故障判定手段１５ｄ−２は、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たすか否かを判定し（ステップＳＴ３１１）、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たさない、つまり、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜＜Ｖｙである場合には（ステップＳＴ３１１；Ｎｏ）、第２のスイッチング素子６がオープン故障しているものと判定する（ステップＳＴ３１２）。そして、制御部１５−３は、駆動信号Ｓａ，ＳｂをＬｏレベルとして（ステップＳＴ３０７）第１および第２のスイッチング素子５，６をオフ制御し、本フロー処理を終了する。なお、このとき、交流直流変換装置１００ｃは全波整流モードとなる。

一方、｜Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’｜≧Ｖｙを満たす場合には（ステップＳＴ３１１；Ｙｅｓ）、故障判定手段１５ｄ−２は、第２のスイッチング素子６が正常であるものと判定する（ステップＳＴ３１３）。そして、制御部１５−３は、駆動信号ＳｂをＬｏレベルとして（ステップＳＴ３１４）第２のスイッチング素子６をオフ制御し、過電流保護回路２０−１のラッチ回路２０ｄにクリア信号ＣＬＲを出力して（ステップＳＴ３１５）ラッチ回路２０ｄの出力のラッチ状態をクリア（Ｈｉレベル）し、保護スイッチ２６の駆動信号ＳｃをＨｉレベルとして（ステップＳＴ３１６）、交流直流変換装置１００ｃの昇圧動作を開始し（ステップＳＴ３１７）、本フロー処理を終了する。

つぎに、図２３に示す故障判定処理について説明する。図２２に示す例では、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６の何れがショート故障しているかは判別できないが、図２３に示す例では、第１のスイッチング素子５がショート故障していると見做せる条件式（Ｖｃ２’≧Ｖｄｃ／２＋Ｖｙ）、および、第２のスイッチング素子６がショート故障していると見做せる条件式（Ｖｃ２’≦Ｖｄｃ／２−Ｖｙ）から、第１のスイッチング素子５がショート故障していないと見做せる条件式（Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’＞−Ｖｙ）、および、第２のスイッチング素子６がショート故障していないと見做せる条件式（Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’＜Ｖｙ）を導出し、これらの条件式を用いて、第１のスイッチング素子５のショート故障、および、第２のスイッチング素子６のショート故障を判別する例を示している。

故障判定手段１５ｄ−２は、圧縮機２５が予め規定した負荷（例えば５００Ｗ）以上の状態になると、Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’＞−Ｖｙを満たすか否かを判定し（ステップＳＴ３０１ａ）、Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’＞−Ｖｙを満たさない、つまり、Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’≦−Ｖｙである場合には（ステップＳＴ３０１ａ；Ｎｏ）、第１のスイッチング素子５がショート故障しているものと判定し（ステップＳＴ３０２ａ）、本フロー処理を終了する。なお、このとき、交流直流変換装置１００ｃは全波整流モードとなる。

Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’＞−Ｖｙを満たす場合には（ステップＳＴ３０１ａ；Ｙｅｓ）、第１のスイッチング素子５がショート故障していないものと判定する（ステップＳＴ３０３ａ）。

また、故障判定手段１５ｄ−２は、Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’＜Ｖｙを満たすか否かを判定し（ステップＳＴ３０１ｂ）、Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’＜Ｖｙを満たさない、つまり、Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’≧Ｖｙである場合には（ステップＳＴ３０１ｂ；Ｎｏ）、第２のスイッチング素子６がショート故障しているものと判定し（ステップＳＴ３０２ｂ）、本フロー処理を終了する。なお、このとき、交流直流変換装置１００ｃは全波整流モードとなる。

Ｖｄｃ／２−Ｖｃ２’＜Ｖｙを満たす場合には（ステップＳＴ３０１ｂ；Ｙｅｓ）、第２のスイッチング素子６がショート故障していないものと判定する（ステップＳＴ３０３ｂ）。

以下の処理については、図２２に示す故障判定処理と同様であるので省略する。

なお、上述した図２２および図２３に示す故障判定処理は、交流直流変換装置１００ｃの昇圧動作の停止中において実施するものであるので、第２の電圧検出回路１２の出力値から得られる直流電圧Ｖｄｃは、電源電圧Ｖｓが一定である条件下では一定と見做すことができる。したがって、Ｖｄｃ／２−Ｖｙを第１の閾値、Ｖｄｃ／２＋Ｖｙを第２の閾値として規定すれば、第１のスイッチング素子５、第２のスイッチング素子６が共にオフ制御されている場合には、Ｖｃ２’が第１の閾値以下（Ｖｃ２’≦Ｖｄｃ／２−Ｖｙ）であれば、第２のスイッチング素子６がショート故障しているものと判定することができ、Ｖｃ２’が第２の閾値以上であれば（Ｖｃ２’≧Ｖｄｃ／２＋Ｖｙ）、第１のスイッチング素子５がショート故障しているものと判定することができる。

また、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が何れもショート故障していない条件下において（ステップＳＴ３０３，ステップＳＴ３０３ａ，ステップＳＴ３０３ｂ）、第１のスイッチング素子５の駆動信号ＳａをＨｉレベルとして（ステップＳＴ３０４）第１のスイッチング素子５をオン制御している場合には、Ｖｃ２’が第２の閾値以上（Ｖｃ２’≧Ｖｄｃ／２＋Ｖｙ）であれば、第１のスイッチング素子５が正常に動作しオープン故障していないものと判定することができる。さらに、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が何れもショート故障していない条件下において（ステップＳＴ３０３，ステップＳＴ３０３ａ，ステップＳＴ３０３ｂ）、第２のスイッチング素子６の駆動信号ＳｂをＨｉレベルとして（ステップＳＴ３１０）第２のスイッチング素子６をオン制御している場合には、Ｖｃ２’が第１の閾値以下（Ｖｃ２’≦Ｖｄｃ／２−Ｖｙ）であれば、第２のスイッチング素子６が正常に動作しオープン故障していないものと判定することができる。つまり、Ｖｃ２’が第１の閾値よりも大きく、且つ、第２の閾値よりも小さい場合には（Ｖｄｃ／２−Ｖｙ＜Ｖｃ２’＜Ｖｄｃ／２＋Ｖｙ）、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が何れもオープン故障しているものと判定することができる。

つぎに、実施の形態４における故障判定手段１５ｄ−２の故障判定結果に基づく動作について説明する。

図２２に示す故障判定動作により第１のスイッチング素子５もしくは第２のスイッチング素子６のショート故障を判定した場合には、実施の形態３において説明した図１９のフロー処理と同一の処理を行えばよい。また、図２３に示す故障判定動作により第１のスイッチング素子５のショート故障と第２のスイッチング素子６のショート故障とを個別に判定した場合には、同様に図１９のフロー処理と同一の処理を行うことも可能であるし、実施の形態３において説明した図２０のフロー処理と同一の処理を行うことも可能である。

なお、直流電圧Ｖｄｃおよび第１のスイッチング素子５と第２のスイッチング素子６との接続点の電圧Ｖｃ２’の変動が大きい場合には、これらＶｄｃおよびＶｃ２’を故障判定手段１５ｄ−２における故障判定に支障のない程度にフィルタ処理（例えば、フィルタ時定数１０ｍｓ）した安定した値を用いて故障判定を行ってもよいことは言うまでもない。

以上説明したように、実施の形態４の交流直流変換装置によれば、実施の形態３と同様に、第１および第２のコンデンサの接続点と第１および第２のスイッチング素子の接続点との間に保護スイッチを挿入し、第１もしくは第２のスイッチング素子が故障していると判定した場合には、第１および第２のスイッチング素子および保護スイッチを開制御した状態で全波整流モードで運転を継続可能であるので、第１および第２のコンデンサの二次破壊の発生を招くことなく、実施の形態２と同様に、圧縮機の運転範囲を通常時よりも制限、つまり、全波整流モードで出力される直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態に制限することで、圧縮機の継続運転が可能となる。したがって、圧縮機により冷媒が循環される空気調和機に適用した場合においては、故障修理が行なわれるまで空気調和機の運転が不可能となる状況を回避することができる。

また、第１もしくは第２のスイッチング素子がショート故障していると判定した場合には、保護スイッチをオフ制御した状態で、第１および第２のスイッチング素子の故障していない方を制御して、全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧動作を開始すると共に、目標直流電圧値Ｖｄｃ＊を電源短絡モードと全波整流モードとを併用した昇圧動作で高調波規制値をクリアできる範囲の出力電圧範囲に制限し、当該昇圧動作で得られる直流電圧Ｖｄｃで運転可能な状態となるように、圧縮機の運転範囲を制限することで、上述した全波整流モードで運転を継続する場合よりも圧縮機の運転範囲を拡大して動作させることが可能となる。

また、実施の形態３のように第１および第２のスイッチング素子のショート故障およびオープン故障を判定する際に第１および第２のスイッチング素子に過電流を流す必要がないため、第１および第２のスイッチングへの負担を軽減できるという効果もある。

なお、上述した実施の形態においては、交流電源の実効電圧は２００Ｖであるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、交流電源の実効電圧が１００Ｖの場合でも適用可能であることは言うまでもない。

また、上述した実施の形態の交流直流変換装置、および、交流直流変換装置から供給される直流電力を交流電力に変換して圧縮機の永久磁石電動機を駆動するインバータ主回路を直流負荷として具備した圧縮機駆動装置は、圧縮機により冷媒が循環する構成の空気調和機に適用して好適であり、上述した実施の形態において説明した各効果を得ることができる。

また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明は、交流直流変換装置のスイッチング素子の故障に起因するコンデンサへの逆電圧印加を防ぎ、二次破壊の発生を抑制する技術として有用であり、特に、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流負荷に供給する構成の交流直流変換装置、およびこの交流直流変換装置の直流負荷としてインバータ主回路を具備した圧縮機駆動装置、ならびに、この圧縮機駆動装置により駆動される圧縮機により冷媒が循環される空気調和機に適している。

１ 交流電源、２ リアクタ、３ 第１の整流器、３ａ〜３ｄ ダイオード、９，９−１，１０，１０−１ 逆電圧防止ダイオード、４ 第２の整流器、４ａ〜４ｄ ダイオード、５ 第１のスイッチング素子、６ 第２のスイッチング素子、７ 第１のコンデンサ、８ 第２のコンデンサ、１１，１１−１ 第１の電圧検出回路、１２ 第２の電圧検出回路、１３ 電源ゼロクロス検出回路、１４，１８，１９ 電流検出部、１５，１５−１，１５−２，１５−３ 制御部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ Ａ／Ｄ変換器、１５ｄ，１５ｄ−１，１５ｄ−２ 故障判定手段、１６，１７，２７ 駆動回路、２０，２０−１ 過電流保護回路、２０ａ，２０ｂ コンパレータ、２０ｃ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ ＡＮＤ回路、２０ｄ ラッチ回路、２１ 故障報知手段（ＬＥＤ）、２２ 直流負荷、２３ インバータ主回路、２４ 三相の永久磁石電動機、２５ 圧縮機、２６ 保護スイッチ、２８ａ，２８ｂ バランス抵抗。

Claims (13)

1. 交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流負荷に供給する交流直流変換装置であって、
   前記交流電源にリアクタを介して並列接続される第１および第２の整流器と、
   前記第１の整流器の前記直流負荷への出力端子間に直列に接続された２つのコンデンサと、
   前記第２の整流器の出力端子間に直列に接続され、該接続点が前記２つのコンデンサの接続点に接続された２つのスイッチング素子と、
   前記２つのコンデンサにそれぞれ逆並列接続され、前記直流負荷に流し得る電流値よりも電流容量が大きい２つの逆電圧防止ダイオードと、
   前記２つのスイッチング素子を制御して前記直流負荷への出力電圧値の昇圧制御を行うと共に、前記直流負荷を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記昇圧制御を行っている際の前記２つのコンデンサの各両端間電圧に基づいて、前記２つのスイッチング素子の故障判定を行い、前記２つのスイッチング素子のうちの一方が故障していると判定した場合に、前記２つのスイッチング素子をオフ制御して前記昇圧制御を停止すると共に、前記直流負荷の運転範囲を通常時よりも制限して動作させる
   ことを特徴とする交流直流変換装置。
2. 前記制御部は、前記故障判定を行う際に、前記２つのコンデンサのうちの何れか一方の両端間電圧が規定値以下となった場合に、前記２つのスイッチング素子のうちの一方が故障していると判定することを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
3. 交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流負荷に供給する交流直流変換装置であって、
   前記交流電源にリアクタを介して並列接続される第１および第２の整流器と、
   前記第１の整流器の前記直流負荷への出力端子間に直列に接続された２つのコンデンサと、
   前記第２の整流器の出力端子間に直列に接続された２つのスイッチング素子と、
   前記２つのコンデンサの接続点と前記２つのスイッチング素子の接続点との間に挿入された保護スイッチと、
   前記２つのスイッチング素子を制御して前記直流負荷への出力電圧値の昇圧制御を行うと共に、前記直流負荷を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記直流負荷が動作し、且つ、前記昇圧制御が停止している期間において、前記第２の整流器の出力端子間に流れる電流に基づいて、前記２つのスイッチング素子の故障判定を行い、前記２つのスイッチング素子の両方がショート故障している以外のスイッチング素子故障の場合に、前記保護スイッチをオフ制御し、前記２つのスイッチング素子をオフ制御した全波整流状態とすると共に、前記直流負荷の運転範囲を通常時よりも制限して動作させる
   ことを特徴とする交流直流変換装置。
4. 前記制御部は、前記故障判定を行う際に、前記２つのスイッチング素子をオン制御、且つ、前記保護スイッチをオフ制御した状態で、前記第２の整流器の出力端子間に流れる電流が規定値未満である場合に、前記第１および第２のスイッチング素子の何れか一方あるいは両方がオープン故障していると判定することを特徴とする請求項３に記載の交流直流変換装置。
5. 前記制御部は、前記故障判定を行う際に、前記２つのスイッチング素子の一方をオン制御し、他方をオフ制御し、且つ、前記保護スイッチをオフ制御した状態で、前記第２の整流器の出力端子間に流れる電流が規定値以上である場合に、前記２つのスイッチング素子の他方がショート故障していると判定し、前記保護スイッチをオフ制御し、前記２つのスイッチング素子の一方を用いて全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧制御を行なうと共に、当該昇圧制御の目標直流電圧を、高調波規制値をクリアできる範囲の出力電圧範囲に制限し、前記直流負荷の運転範囲を前記全波整流状態よりも拡大して動作させることを特徴とする請求項３に記載の交流直流変換装置。
6. 交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流負荷に供給する交流直流変換装置であって、
   前記交流電源にリアクタを介して並列接続される第１および第２の整流器と、
   前記第１の整流器の前記直流負荷への出力端子間に直列に接続された２つのコンデンサと、
   前記第２の整流器の出力端子間に直列に接続された２つのスイッチング素子と、
   前記２つのコンデンサの接続点と前記２つのスイッチング素子の接続点との間に挿入された保護スイッチと、
   前記第１の整流器の前記直流負荷への出力端子間に直列に接続され、該接続点が前記２つのスイッチング素子の接続点に接続された複数の抵抗と、
   前記２つのスイッチング素子を制御して前記直流負荷への出力電圧値の昇圧制御を行うと共に、前記直流負荷を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記直流負荷が動作し、且つ、前記昇圧制御が停止している期間において、前記第１の整流器の出力端子間の第１の電圧および前記第１の整流器の負極側出力端子を基準とした前記２つのスイッチング素子の接続点の第２の電圧に基づいて、前記２つのスイッチング素子の故障判定を行い、前記２つのスイッチング素子の両方がショート故障している以外のスイッチング素子故障の場合に、前記保護スイッチをオフ制御し、前記２つのスイッチング素子をオフ制御した全波整流状態とすると共に、前記直流負荷の運転範囲を通常時よりも制限して動作させる
   ことを特徴とする交流直流変換装置。
7. 前記制御部は、前記故障判定を行う際に、前記２つのスイッチング素子の一方をオン制御し、他方をオフ制御し、且つ、前記保護スイッチをオフ制御した状態で、前記第１の電圧の半値から前記第２の電圧を差し引いた値の絶対値が規定値未満である場合に、前記２つのスイッチング素子の一方がオープン故障していると判定することを特徴とする請求項６に記載の交流直流変換装置。
8. 前記制御部は、前記故障判定を行う際に、前記２つのスイッチング素子および前記保護スイッチをオフ制御した状態で、前記第１の電圧の半値から前記第２の電圧を差し引いた値の絶対値が規定値以上である場合に、前記２つのスイッチング素子の一方がショート故障していると判定し、前記保護スイッチをオフ制御し、前記２つのスイッチング素子の一方を用いて全波整流モードと電源短絡モードとを併用した昇圧制御を行なうと共に、当該昇圧制御の目標直流電圧を、高調波規制値をクリアできる範囲の出力電圧範囲に制限し、前記直流負荷の運転範囲を前記全波整流状態よりも拡大して動作させることを特徴とする請求項６に記載の交流直流変換装置。
9. 前記制御部は、前記故障判定において、連続して故障していると判定した回数が規定値未満である場合に、前記故障判定時以降の規定時間経過後において、前記故障判定で故障でないと判定したときは前記昇圧制御を開始することを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の交流直流変換装置。
10. 前記制御部の基準グランドが前記第１の整流器の負極側出力端子と非絶縁で接続されたことを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の交流直流変換装置。
11. 前記制御部が前記スイッチング素子がショート故障もしくはオープン故障していると判定した際に当該故障を報知する故障報知手段を備えることを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の交流直流変換装置。
12. 請求項１から１１の何れか一項に記載の交流直流変換装置と、
    前記直流負荷として、前記交流直流変換装置から供給される直流電力を交流電力に変換して圧縮機の永久磁石電動機を駆動するインバータ主回路と、
    を備えることを特徴とする圧縮機駆動装置。
13. 請求項１２に記載の圧縮機駆動装置を備え、当該圧縮機駆動装置により駆動される圧縮機により冷媒が循環されることを特徴とする空気調和機。

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