JP7363251B2 - 電力変換装置、電動車両、鉄道車両及びサーバ - Google Patents

Description

本発明は、入力側と出力側を絶縁する絶縁型ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）変換装置である電力変換装置、当該電力変換装置を備えた電動車両、鉄道車両及びサーバに関する。

特許文献１に開示される電力変換装置は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチ回路と、当該交流電圧が入力される１次側巻線と２次側巻線とを有するセンタータップ型のトランスと、２次側巻線に接続される整流回路とを備える。当該整流回路は、２次側巻線の一端側に並列接続される複数の整流用のダイオード（第１ダイオード群）と、２次側巻線の他端側に並列接続される複数の整流用のダイオード（第２ダイオード群）とを備える。また、特許文献１に開示される電力変換装置は、第１ダイオード群の内、１つのダイオードの隣りに設けられダイオードの温度を検出する温度センサ（第１温度センサ）と、第２ダイオード群の内、１つのダイオードの隣りに設けられダイオードの温度を検出する温度センサ（第２温度センサ）と、第１温度センサ及び第２温度センサのそれぞれで検出された温度の差分が所定の範囲外のとき、第１ダイオード群及び第２ダイオード群の内、何れかのダイオードに故障が生じたと判断する故障検出部とを備える。これにより、整流器として並列された複数のダイオードの故障をシンプルな構成で検出することができる。

特開２０１４－１０３７３２号公報

しかしながら、特許文献１に開示される従来技術では、ダイオード群の内、１つのダイオードの隣りに温度センサが設けられているため、ダイオード群の何れのダイオードが故障したのかを判断できない。また、何れかのダイオードが開放故障した場合、当該ダイオード以外の健全なダイオードに大電流が流れて、健全なダイオードの温度が上昇する。このとき、開放故障した時点から健全なダイオードの温度が上昇するまでにタイムラグがあるため、ダイオードの故障が検出されるまでに、健全なダイオードに大電流が流れ続けて破壊される虞がある。このように従来の電力変換装置では、複数のダイオードの故障を検出する上での改善の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ダイオードの故障を容易にかつ精度良く検出できる電力変換装置を得ることを目的とる。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、上アームスイッチング素子と当該上アームスイッチング素子に直列接続される下アームスイッチング素子とが相補的に動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子が接続される１次側巻線とセンタータップを有する２次側巻線とを有する絶縁トランスと、前記２次側巻線の一端に接続され前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第１ダイオードと、前記２次側巻線の他端に前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第２ダイオードとを有し、前記２次側巻線の電圧を整流する整流部と、前記第１ダイオードに流れる電流と前記第２ダイオードに流れる電流との総和を検出する電流検出器と、を備える。

本発明によれば、ダイオードの故障を容易にかつ精度良く検出できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す図 制御部の構成例を示す図 ダイオード故障検出部６０の構成例を示す図 ダイオード３０ａが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャート ダイオード３１ａが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャート ダイオード故障検出部６１の構成例を示す図 ダイオード３０ｂが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャート ダイオード３１ｂが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャート ダイオード故障検出部６２の構成例を示す図 ダイオード３０ｃが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャート ダイオード３１ｃが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャート 変形例に係るダイオード故障検出部６０Ａの構成例を示す図 変形例に係るダイオード故障検出部６１Ａの構成例を示す図 本実施の形態に係る電力変換装置１を備えるインバータ装置が搭載される車両の構成例を示す図 本実施の形態に係る電力変換装置１を備える列車推進装置が搭載される鉄道車両の構成例を示す図 本実施の形態に係る電力変換装置１を備えるサーバの構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置、電動車両、鉄道車両及びサーバを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。電力変換装置１の１次側には直流電源１００が接続され、電力変換装置１の２次側には直流負荷２００が接続される。電力変換装置１は直流電源１００からの直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換して直流負荷２００に入力するＤＣ／ＤＣコンバータ回路である。

電力変換装置１は、直列接続されるコンデンサ１１及びコンデンサ１２、パワーデバイス１３、センタータップ型絶縁トランス１４と、整流部４０、電流検出器３５ａ、電流検出器３５ｂ、直流電圧検出器１７、出力電流検出器１８、制御部１９、及びゲートドライブ回路２０を備える。

直流電源１００には、コンデンサ１１及びコンデンサ１２の直列接続体とパワーデバイス１３とが並列接続される。当該直列接続体の一端は、直流電源１００の正極とパワーデバイス１３の一端とに接続される。当該直列接続体の他端は、直流電源１００の負極とパワーデバイス１３の他端とに接続される。コンデンサ１１及びコンデンサ１２の互いの接続点２は、センタータップ型絶縁トランス１４の１次側巻線１４ａの一端に接続される。

パワーデバイス１３は、上アームスイッチング素子１３ａと上アームスイッチング素子１３ａに直列接続される下アームスイッチング素子１３ｂとが相補的に動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部である。

上アームスイッチング素子１３ａ及び下アームスイッチング素子１３ｂは、例えば、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。なお、上アームスイッチング素子１３ａ及び下アームスイッチング素子１３ｂは、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴに限定されず、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などでもよい。

上アームスイッチング素子１３ａ及び下アームスイッチング素子１３ｂの直列接続体の一端は、直流電源１００の正極とコンデンサ１１とに接続される。当該直列接続体の他端は、直流電源１００の負極とコンデンサ１２とに接続される。上アームスイッチング素子１３ａ及び下アームスイッチング素子１３ｂの互いの接続点３は、センタータップ型絶縁トランス１４の１次側巻線１４ａの他端に接続される。以下では、上アームスイッチング素子１３ａを単に「上アーム」と、下アームスイッチング素子１３ｂを単に「下アーム」と称する場合がある。

整流部４０は、複数の整流用の第１ダイオードであるダイオード３０ａ及びダイオード３０ｂと、複数の整流用の第２ダイオードであるダイオード３１ａ及びダイオード３１ｂとを備える。また整流部４０は、電流検出器３５ａ及び電流検出器３５ｂによる電流検出が行われておらず第１ダイオードと並列接続される第３ダイオードであるダイオード３０ｃと、電流検出器３５ａ及び電流検出器３５ｂによる電流検出が行われておらず第２ダイオードと並列接続される第４ダイオードであるダイオード３１ｃとを備える。また整流部４０は、第１ダイオード、第２ダイオード、第３ダイオード及び第４ダイオードで整流された電圧を平滑する平滑リアクトル１５と、平滑コンデンサ１６とを備える。以下では、ダイオード３０ａ、ダイオード３０ｂ、ダイオード３０ｃ、ダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ、及びダイオード３１ｃのそれぞれを区別しない場合、「整流ダイオード」と称する。また以下では、６つのダイオード３０ａ、ダイオード３０ｂ、ダイオード３０ｃ、ダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ、及びダイオード３１ｃを「複数の整流ダイオード」と称する場合がある。

ダイオード３０ａ、ダイオード３０ｂ及びダイオード３０ｃは、センタータップ型絶縁トランス１４の正極側出力端子Ｐと、平滑リアクトル１５の一端との間に、並列接続される。ダイオード３０ａ、ダイオード３０ｂ及びダイオード３０ｃのそれぞれのアノードは、センタータップ型絶縁トランス１４の正極側出力端子Ｐを介して、２次側巻線１４ｂの一端に接続される。ダイオード３０ａ、ダイオード３０ｂ及びダイオード３０ｃのそれぞれのカソードは、平滑リアクトル１５の一端に接続される。

ダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ及びダイオード３１ｃは、センタータップ型絶縁トランス１４の負極側出力端子Ｎと、平滑リアクトル１５の一端との間に、並列接続される。ダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ及びダイオード３１ｃのそれぞれのアノードは、センタータップ型絶縁トランス１４の負極側出力端子Ｎを介して、２次側巻線１４ｂの他端に接続される。

ダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ及びダイオード３１ｃのそれぞれのカソードは、平滑リアクトル１５の一端に接続される。

平滑リアクトル１５の他端は、平滑コンデンサ１６の一端と直流負荷２００の一端とに接続される。平滑コンデンサ１６の他端は、センタータップ型絶縁トランス１４のセンタータップに設けられる中間出力端子Ｍに接続される。

直流電圧検出器１７は、平滑コンデンサ１６に印加される電圧を検出し、検出した電圧の値を示す電圧検出値を制御部１９に入力する。

電流検出器３５ａは、並列接続される複数の第１ダイオードの一方（ダイオード３０ａ）に流れる電流と並列接続される複数の第２ダイオード（ダイオード３１ａ）の一方に流れる電流との総和を検出する第１電流検出器である。電流検出器３５ａは、検出した電流の総和を示す電流検出値を、制御部１９に入力する。以下では、当該電流検出値を「３５ａ電流検出値」と称する場合がある。

電流検出器３５ｂは、並列接続される複数の第１ダイオードの他方（ダイオード３０ｂ）に流れる電流と並列接続される複数の第２ダイオードの他方（ダイオード３１ｂ）に流れる電流との総和を検出する第２電流検出器である。電流検出器３５ｂは、検出した電流の総和を示す電流検出値を、制御部１９に入力する。以下では、当該電流検出値を「３５ｂ電流検出値」と称する場合がある。

次に図２を参照して制御部１９の構成について説明する。図２は制御部の構成例を示す図である。制御部１９は、電圧制御部５０、ダイオード故障検出部６０、ダイオード故障検出部６１、ダイオード故障検出部６２、及び故障処理部６３を備える。

電圧制御部５０は、電圧制御部であるＡＶＲ（Automatic Voltage Regurator）５１及びＰＷＭ信号生成部５２を備える。ＡＶＲ５１は、比較器及びＰＩ（Proportional Integral）制御器などにより実現される。ＡＶＲ５１は、例えば、直流電圧検出器１７で検出された電圧検出値と目標電圧との偏差を求め、この偏差がゼロになるような電圧指令を演算し、ＰＷＭ信号生成部５２へ入力する。

ＰＷＭ信号生成部５２は、例えば、プロセッサ等が、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で実現されたメモリに記憶されているプログラムを、ＲＡＭ等により実現されるメインメモリに読み出して実行することで実現できる。ＰＷＭ信号生成部５２は、入力した電圧指令とキャリア信号とを比較することによって、上アームをＯＮ状態にするＰＷＭ信号である上アームＯＮ信号と、下アームをＯＮ状態にするＰＷＭ信号である下アームＯＮ信号とを生成し、ゲートドライブ回路２０へ入力する。なお、ＰＷＭ信号は、ハイレベル又はローレベルの２値をとる矩形波信号であり、ＰＷＭ信号がハイレベルのときには上アーム及び下アームはＯＮ状態となるため、上アームＯＮ信号及び下アームＯＮ信号のそれぞれは、ＰＷＭ信号がハイレベルのときの信号を表す。

ゲートドライブ回路２０は、入力した上アームＯＮ信号を、上アームを動作可能な値の信号に増幅して上アームに入力する。またゲートドライブ回路２０は、入力した下アームＯＮ信号を、下アームを動作可能な値の信号に増幅して下アームに入力する。これにより上アーム及び下アームが相補的にＯＮ／ＯＦＦ動作を行い、直流電圧が交流電圧に変換される。

ダイオード故障検出部６０は、ＰＷＭ信号生成部５２からの上アームＯＮ信号及び下アームＯＮ信号と、出力電流検出器１８からの出力電流検出値と、電流検出器３５ａからの３５ａ電流検出値とに基づき、２つの故障判定信号を演算して、故障処理部６３へ入力する。２つの故障判定信号の内、一方は、ダイオード３０ａが開放故障したことを示す信号、他方は、ダイオード３１ａが開放故障したことを示す信号である。以下では、ダイオード３０ａが開放故障したことを示す信号を「３０ａ故障判定信号」と、ダイオード３１ａが開放故障したことを示す信号を「３１ａ故障判定信号」と称する場合がある。

図３を参照してダイオード故障検出部６０の構成例を説明する。図３はダイオード故障検出部６０の構成例を示す図である。ダイオード故障検出部６０は、コンパレータ３００ａ、コンパレータ３００ｂ、ＡＮＤ器３０１ａ、及びＡＮＤ器３０１ｂを備える。

コンパレータ３００ａは、３５ａ電流検出値と開放異常判定電流閾値４００とを比較する。開放異常判定電流閾値４００は、第１ダイオード及び第２ダイオードの開放故障による異常を判定するための閾値である。開放異常判定電流閾値４００は、例えば予めメモリに設定されており、定格ダイオード電流の３％の電流値に設定される。３５ａ電流検出値が開放異常判定電流閾値４００よりも高いとき、コンパレータ３００ａの出力は、ローレベルである。３５ａ電流検出値が開放異常判定電流閾値４００よりも低いとき、コンパレータ３００ａの出力は、ハイレベルである。

コンパレータ３００ｂは、出力電流検出値と出力状態判定電流閾値４０１とを比較する。出力状態判定電流閾値４０１は、例えば予めメモリに設定されており、定格出力電流の３％の電流値に設定される。出力電流検出値が出力状態判定電流閾値４０１よりも低いとき、コンパレータ３００ｂの出力は、ローレベルである。出力電流検出値が出力状態判定電流閾値４０１よりも高いとき、コンパレータ３００ｂの出力は、ハイレベルである。

ＡＮＤ器３０１ａは、上アームＯＮ信号が出力されているときに、コンパレータ３００ａの出力がハイレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｂの出力がハイレベルである場合、第１ダイオードの一方（ダイオード３０ａ）が開放故障していると判定する。このときのＡＮＤ器３０１ａの出力は、ハイレベルとなり、３０ａ故障判定信号が図２の故障処理部６３に入力される。これ以外の入力条件では、ＡＮＤ器３０１ａの出力は、ローレベルである。

ＡＮＤ器３０１ｂは、下アームＯＮ信号が出力されているときに、コンパレータ３００ａの出力がハイレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｂの出力がハイレベルである場合、第２ダイオードの一方（ダイオード３１ａ）が開放故障していると判定する。このときのＡＮＤ器３０１ｂの出力は、ハイレベルとなり、３１ａ故障判定信号が図２の故障処理部６３に入力される。これ以外の入力条件では、ＡＮＤ器３０１ｂの出力は、ローレベルである。

このように、ダイオード故障検出部６０では、出力電流検出値と出力状態判定電流閾値４０１との比較結果を用いることにより、ある程度の出力状態である事を判定することによって、誤検出を防止できる。

次に図４Ａを参照して、ＡＮＤ器３０１ａから３０ａ故障判定信号が出力される動作を具体的に説明する。図４Ａはダイオード３０ａが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャートである。

図４Ａには、上から順に、ダイオード３０ａ、ダイオード３０ｂ、ダイオード３０ｃ、ダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ、ダイオード３１ｃのそれぞれに流れる電流の値と、３５ａ電流検出値と、３５ｂ電流検出値と、上アームＯＮ信号と、下アームＯＮ信号と、３０ａ故障判定信号とが示される。図４Ａの横軸は時間である。

時刻ｔ１は、ダイオード３０ａが開放故障したタイミングを表す。時刻ｔ１以前の各電流値及び各信号の波形は、ダイオード３０ａが正常時、すなわちダイオード３０ａが開放故障していないときの波形である。

正常時において、３５ａ電流検出値は一定である。時刻ｔ１でダイオード３０ａが開放故障すると、ダイオード３０ａに流れる電流値が０［Ａ］となり、３５ａ電流検出値は、ダイオード３１ａに流れる電流値と同等となる。この時、ＡＮＤ器３０１ａは、上アームを駆動するＰＷＭ信号がローレベルからハイレベルに変化するタイミング（上アームＯＮ信号が入力されるタイミング）である時刻ｔ２で、ダイオード３０ａに流れる電流値が０［Ａ］になっていると判定することで、３０ａ故障判定信号を出力する。

次に図４Ｂを参照して、ＡＮＤ器３０１ｂから３１ａ故障判定信号が出力される動作を具体的に説明する。図４Ｂはダイオード３１ａが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャートである。

図４Ｂには、図４Ａの３０ａ故障判定信号の代わりに、３１ａ故障判定信号が示される。時刻ｔ３は、ダイオード３１ａが開放故障したタイミングを表す。時刻ｔ３以前の各電流値及び各信号の波形は、ダイオード３１ａが正常時、すなわちダイオード３１ａが開放故障していないときの波形である。

正常時において、３５ａ電流検出値は一定である。時刻ｔ３でダイオード３１ａが開放故障すると、ダイオード３１ａに流れる電流値が０［Ａ］となり、３５ａ電流検出値は、ダイオード３０ａに流れる電流値と同等となる。この時、ＡＮＤ器３０１ｂは、下アームを駆動するＰＷＭ信号がローレベルからハイレベルに変化するタイミング（下アームＯＮ信号が入力されるタイミング）である時刻ｔ４で、ダイオード３１ａに流れる電流値が０［Ａ］になっていると判定することで、３１ａ故障判定信号を出力する。

図２に示すダイオード故障検出部６１は、ＰＷＭ信号生成部５２からの上アームＯＮ信号及び下アームＯＮ信号と、出力電流検出器１８からの出力電流検出値と、電流検出器３５ｂからの３５ｂ電流検出値とに基づき、２つの故障判定信号を演算して、故障処理部６３へ入力する。２つの故障判定信号の内、一方は、ダイオード３０ｂが開放故障したことを示す信号、他方は、ダイオード３１ｂが開放故障したことを示す信号である。以下では、ダイオード３０ｂが開放故障したことを示す信号を「３０ｂ故障判定信号」と、ダイオード３１ｂが開放故障したことを示す信号を「３１ｂ故障判定信号」と称する場合がある。

次に図５を参照してダイオード故障検出部６１の構成例を説明する。図５はダイオード故障検出部６１の構成例を示す図である。ダイオード故障検出部６１は、コンパレータ３００ｃ、コンパレータ３００ｄ、ＡＮＤ器３０１ｃ、及びＡＮＤ器３０１ｄを備える。

コンパレータ３００ｃは、３５ｂ電流検出値と開放異常判定電流閾値４００とを比較する。開放異常判定電流閾値４００は、例えば予めメモリに設定されており、定格ダイオード電流の３％の電流値に設定される。３５ｂ電流検出値が開放異常判定電流閾値４００よりも高いとき、コンパレータ３００ｃの出力は、ローレベルである。３５ｂ電流検出値が開放異常判定電流閾値４００よりも低いとき、コンパレータ３００ｃの出力は、ハイレベルである。

コンパレータ３００ｄは、出力電流検出値と出力状態判定電流閾値４０１とを比較する。出力状態判定電流閾値４０１は、例えば予めメモリに設定されており、定格出力電流の３％の電流値に設定される。出力電流検出値が出力状態判定電流閾値４０１よりも低いとき、コンパレータ３００ｄの出力は、ローレベルである。出力電流検出値が出力状態判定電流閾値４０１よりも高いとき、コンパレータ３００ｄの出力は、ハイレベルである。

ＡＮＤ器３０１ｃは、上アームＯＮ信号が出力されているときに、コンパレータ３００ｃの出力がハイレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｄの出力がハイレベルである場合、第１ダイオードの他方（ダイオード３０ｂ）が開放故障していると判定する。このときのＡＮＤ器３０１ｃの出力は、ハイレベルとなり、３０ｂ故障判定信号が図２の故障処理部６３に入力される。これ以外の入力条件では、ＡＮＤ器３０１ｃの出力は、ローレベルである。

ＡＮＤ器３０１ｄは、下アームＯＮ信号が出力されているときに、コンパレータ３００ｃの出力がハイレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｄの出力がハイレベルである場合、第２ダイオードの他方（ダイオード３１ｂ）が開放故障していると判定する。このときのＡＮＤ器３０１ｄの出力は、ハイレベルとなり、３１ｂ故障判定信号が図２の故障処理部６３に入力される。これ以外の入力条件では、ＡＮＤ器３０１ｄの出力は、ローレベルである。

このように、ダイオード故障検出部６１では、出力電流検出値と出力状態判定電流閾値４０１との比較結果を用いることにより、ある程度の出力状態である事を判定することによって、誤検出を防止できる。

次に図６Ａを参照して、ＡＮＤ器３０１ｃから３０ｂ故障判定信号が出力される動作を具体的に説明する。図６Ａはダイオード３０ｂが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャートである。

図６Ａには、図４Ａの３０ａ故障判定信号の代わりに、３０ｂ故障判定信号が示される。時刻ｔ５は、ダイオード３０ｂが開放故障したタイミングを表す。時刻ｔ５以前の各電流値及び各信号の波形は、ダイオード３０ｂが正常時、すなわちダイオード３０ｂが開放故障していないときの波形である。

正常時において、３５ｂ電流検出値は一定である。時刻ｔ５でダイオード３０ｂが開放故障すると、ダイオード３０ｂに流れる電流値が０［Ａ］となり、３５ｂ電流検出値は、ダイオード３１ｂに流れる電流値と同等となる。この時、ＡＮＤ器３０１ｃは、上アームＯＮ信号が入力されるタイミングである時刻ｔ６で、ダイオード３０ｂに流れる電流値が０［Ａ］になっていると判定することで、３０ｂ故障判定信号を出力する。

次に図６Ｂを参照して、ＡＮＤ器３０１ｄから３１ｂ故障判定信号が出力される動作を具体的に説明する。図６Ｂはダイオード３１ｂが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャートである。

図６Ｂには、図６Ａの３０ｂ故障判定信号の代わりに、３１ｂ故障判定信号が示される。時刻ｔ７は、ダイオード３１ｂが開放故障したタイミングを表す。時刻ｔ７以前の各電流値及び各信号の波形は、ダイオード３１ｂが正常時、すなわちダイオード３１ｂが開放故障していないときの波形である。

正常時において、３５ｂ電流検出値は一定である。時刻ｔ７でダイオード３１ｂが開放故障すると、ダイオード３１ｂに流れる電流値が０［Ａ］となり、３５ｂ電流検出値は、ダイオード３０ｂに流れる電流値と同等となる。この時、ＡＮＤ器３０１ｄは、下アームＯＮ信号が入力されるタイミングである時刻ｔ８で、ダイオード３１ｂに流れる電流値が０［Ａ］になっていると判定することで、３１ｂ故障判定信号を出力する。

図２に示すダイオード故障検出部６２は、上アームＯＮ信号及び下アームＯＮ信号と、出力電流検出値と、３５ａ電流検出値と、３５ｂ電流検出値とに基づき、２つの故障判定信号を演算して、故障処理部６３へ入力する。２つの故障判定信号の内、一方は、ダイオード３０ｃが開放故障したことを示す信号、他方は、ダイオード３１ｃが開放故障したことを示す信号である。以下では、ダイオード３０ｃが開放故障したことを示す信号を「３０ｃ故障判定信号」と、ダイオード３１ｃが開放故障したことを示す信号を「３１ｃ故障判定信号」と称する場合がある。

次に図７を参照してダイオード故障検出部６２の構成例を説明する。図７はダイオード故障検出部６２の構成例を示す図である。ダイオード故障検出部６２は、除算器３０２、加算器３０３、コンパレータ３００ｅ、コンパレータ３００ｆ、コンパレータ３００ｇ、ＡＮＤ器３０１ｅ、ＡＮＤ器３０１ｆ、ＡＮＤ器３０２ａ、及びＡＮＤ器３０２ｂを備える。

除算器３０２は、出力電流検出値を、例えば複数の整流ダイオードの数を表す情報である整流ダイオード並列数４０３で除算することにより、複数の整流ダイオードのそれぞれに流れる電流の値を演算し、演算結果を加算器３０３に入力する。整流ダイオード並列数４０３は、例えば予めメモリに設定されており、並列接続される複数の第１ダイオード又は第２ダイオードの内、１つのダイオードに流れる理論平均電流である。

加算器３０３は、除算器３０２の演算結果に、開放異常判定電流加算値４０２を加算し、加算結果をコンパレータ３００ｅ及びコンパレータ３００ｆに入力する。開放異常判定電流加算値４０２は、例えば予めメモリに設定されており、定格ダイオード電流の３％の電流値に設定される。

コンパレータ３００ｅは、入力した加算結果と３５ａ電流検出値とを比較する。３５ａ電流検出値が加算結果よりも低いとき、コンパレータ３００ｅの出力は、ローレベルである。３５ａ電流検出値が加算結果よりも高いとき、コンパレータ３００ｅの出力は、ハイレベルである。

コンパレータ３００ｆは、入力した加算結果と３５ｂ電流検出値とを比較する。３５ｂ電流検出値が加算結果よりも低いとき、コンパレータ３００ｆの出力は、ローレベルである。３５ｂ電流検出値が加算結果よりも高いとき、コンパレータ３００ｆの出力は、ハイレベルである。

ＡＮＤ器３０１ｅは、上アームＯＮ信号が出力されているときに、コンパレータ３００ｅの出力がハイレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｆの出力がハイレベルである場合、ダイオード３０ｃが開放故障していると判定する。このときのＡＮＤ器３０１ｅの出力は、ハイレベルとなり、ＡＮＤ器３０２ａに入力される。これ以外の入力条件では、ＡＮＤ器３０１ｅの出力は、ローレベルである。

ＡＮＤ器３０１ｆは、下アームＯＮ信号が出力されているときに、コンパレータ３００ｅの出力がハイレベルであり、かつ、コンパレータ３００ｆの出力がハイレベルである場合、ダイオード３１ｃが開放故障していると判定する。このときのＡＮＤ器３０１ｆの出力は、ハイレベルとなり、ＡＮＤ器３０２ｂに入力される。これ以外の入力条件では、ＡＮＤ器３０１ｆの出力は、ローレベルである。

コンパレータ３００ｇは、出力電流検出値と出力状態判定電流閾値４０１とを比較する。出力状態判定電流閾値４０１は、例えば予めメモリに設定されており、定格出力電流の３％の電流値に設定される。出力電流検出値が出力状態判定電流閾値４０１よりも低いとき、コンパレータ３００ｇの出力は、ローレベルである。出力電流検出値が出力状態判定電流閾値４０１よりも高いとき、コンパレータ３００ｇの出力は、ハイレベルとなり、ＡＮＤ器３０２ａ及びＡＮＤ器３０２ｂに入力される。

ＡＮＤ器３０２ａは、ＡＮＤ器３０１ｅ及びコンパレータ３００ｇの出力がハイレベルである場合、すなわち、上アームＯＮ信号が出力されているときに、３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値のそれぞれが加算器３０３の演算結果より高く、かつ、出力電流検出値が出力状態判定電流閾値４０１より高い場合、ダイオード３０ｃが開放故障していると判定する。このときのＡＮＤ器３０２ａの出力は、ハイレベルとなり、３０ｃ故障判定信号が図２の故障処理部６３に入力される。

ＡＮＤ器３０２ｂは、ＡＮＤ器３０１ｆ及びコンパレータ３００ｇの出力がハイレベルである場合、すなわち、下アームＯＮ信号が出力されているときに、３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値のそれぞれが加算器３０３の演算結果より高く、かつ、出力電流検出値が出力状態判定電流閾値４０１より高い場合、ダイオード３１ｃが開放故障していると判定する。このときのＡＮＤ器３０２ｂの出力は、ハイレベルとなり、３１ｃ故障判定信号が図２の故障処理部６３に入力される。

このように、ダイオード故障検出部６２では、出力電流検出値と出力状態判定電流閾値４０１との比較結果を用いることにより、ある程度の出力状態である事を判定することによって、誤検出を防止できる。

次に図８Ａを参照して、ＡＮＤ器３０２ａから３０ｃ故障判定信号が出力される動作を具体的に説明する。図８Ａはダイオード３０ｃが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャートである。図８Ａには、図４Ａの３０ａ故障判定信号の代わりに、３０ｃ故障判定信号が示される。

時刻ｔ９は、ダイオード３０ｃが開放故障したタイミングを表す。時刻ｔ９以前の各電流値及び各信号の波形は、ダイオード３０ｃが正常時、すなわちダイオード３０ｃが開放故障していないときの波形である。

正常時において、３５ａ電流検出値と３５ｂ電流検出値は、それぞれ一定である。時刻ｔ９でダイオード３０ｃが開放故障すると、ダイオード３０ｃに流れる電流値が０［Ａ］となり、本来ダイオード３０ｃに流れるべき電流がダイオード３０ａとダイオード３０ｂとに分配される。そのため、ダイオード３０ｃが故障時にダイオード３０ａとダイオード３０ｂのそれぞれに流れる電流の値は、ダイオード３０ｃが正常時にダイオード３０ａとダイオード３０ｂのそれぞれに流れる電流の値よりも大きくなる。従って、ダイオード３０ｃが故障時に検出される３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値は、ダイオード３０ｃが正常時に検出される３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値よりも大きくなる。

この時、ＡＮＤ器３０２ａは、上アームＯＮ信号が入力されるタイミングである時刻ｔ１０以降の３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値が、時刻ｔ１０以前の３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値よりも大きくなっていると判定することで、３０ｃ故障判定信号を出力する。

次に図８Ｂを参照して、ＡＮＤ器３０２ｂから３１ｃ故障判定信号が出力される動作を具体的に説明する。図８Ｂはダイオード３１ｃが開放故障する前後の故障判定信号などの状態を説明するためのタイミングチャートである。図８Ｂには、図８Ａの３０ｃ故障判定信号の代わりに、３１ｃ故障判定信号が示される。

時刻ｔ１１は、ダイオード３１ｃが開放故障したタイミングを表す。時刻ｔ１１以前の各電流値及び各信号の波形は、ダイオード３１ｃが正常時、すなわちダイオード３１ｃが開放故障していないときの波形である。

正常時において、３５ａ電流検出値と３５ｂ電流検出値は、それぞれ一定である。時刻ｔ１１でダイオード３１ｃが開放故障すると、ダイオード３１ｃに流れる電流値が０［Ａ］となり、本来ダイオード３１ｃに流れるべき電流がダイオード３１ａとダイオード３１ｂとに分配される。そのため、ダイオード３１ｃが故障時にダイオード３１ａとダイオード３１ｂのそれぞれに流れる電流の値は、ダイオード３１ｃが正常時にダイオード３１ａとダイオード３１ｂのそれぞれに流れる電流の値よりも大きくなる。従って、ダイオード３１ｃが故障時に検出される３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値は、ダイオード３１ｃが正常時に検出される３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値よりも大きくなる。

この時、ＡＮＤ器３０２ｂは、下アームＯＮ信号が入力されるタイミングである時刻ｔ１２以降の３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値が、時刻ｔ１２以前の３５ａ電流検出値及び３５ｂ電流検出値よりも大きくなっていると判定することで、３１ｃ故障判定信号を出力する。

図２に示す故障処理部６３は、３０ａ故障判定信号、３１ａ故障判定信号、３０ｂ故障判定信号、３１ｂ故障判定信号、３０ｃ故障判定信号、及び３１ｃ故障判定信号を入力すると、例えば、上アームスイッチング素子１３ａ及び下アームスイッチング素子１３ｂのＯＮ／ＯＦＦ動作を停止させる停止信号、又は直流負荷２００へ供給される電力の出力を停止させる出力抑制信号を演算する。そして、故障処理部６３は、例えば演算した停止信号又は出力抑制信号を、電圧制御部５０のＰＷＭ信号生成部５２に入力すると共に、特定の整流ダイオードが故障したことを示す故障情報を生成して、上位装置２１に入力する。

停止信号は、例えば、電圧制御部５０のＰＷＭ信号生成部５２によるＰＷＭ信号の生成動作を停止させるローイネーブルの信号、すなわちローレベルのクロックイネーブル信号である。停止信号は、例えば、３０ａ故障判定信号～３１ｃ故障判定信号の何れか１つが入力された直後に出力される。そのため、停止信号を入力した電圧制御部５０のＰＷＭ信号生成部５２が、ＰＷＭ信号の生成動作を停止させることにより、故障した整流ダイオード（例えばダイオード３０ａ）と並列に接続される１又は複数の健全な整流ダイオード（例えばダイオード３０ｂ、ダイオード３０ｃ）などに大電流が流れ続けることを防止でき、健全な整流ダイオードが破壊されることを抑制できる。

故障情報を生成するには、例えば、複数の整流ダイオードのそれぞれを識別する識別情報と特定の整流ダイオードが故障したことを示す故障情報とを対応付けたテーブル情報を、例えば予めメモリに格納しておく。そして、故障処理部６３は、３０ａ故障判定信号～３１ｃ故障判定信号の何れかを入力したときに、テーブル情報を参照することにより、故障判定信号に対応する整流ダイオードを特定し、特定した整流ダイオードが故障したことを示す故障情報を読み出して、上位装置２１に入力する。これにより、例えば、上位装置２１が設置される監視センターなどにおいて、電力変換装置１の運転状態を監視する作業者は、複数の整流ダイオードの内、故障した整流ダイオードを容易に判別できる。従って、例えば、電力変換装置１の定期点検の周期よりも短周期で、整流ダイオードに開放故障が発生した場合でも、電力変換装置１を点検する作業者は、複数の整流ダイオードの内、故障した整流ダイオードのみ交換するなどの対策を臨時に行うことができる。

また、故障した整流ダイオードを容易に特定できるため、停止信号によってＰＷＭ信号の生成動作が停止している場合でも、迅速な復旧作業が可能になり、直流負荷２００の運転再開を早めることができる。

なお、本実施の形態では、３つのダイオード３０ａ、ダイオード３０ｂ及びダイオード３０ｃが並列接続され、さらに３つのダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ及びダイオード３１ｃが並列接続される構成例について説明したが、整流ダイオードの並列接続数は、２以下でも４以上でもよい。

以上に説明したように本実施の形態に係る電力変換装置１は、上アームスイッチング素子と当該上アームスイッチング素子に直列接続される下アームスイッチング素子とが相補的に動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が接続される１次側巻線とセンタータップを有する２次側巻線とを有する絶縁トランスと、２次側巻線の一端に接続され上アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第１ダイオードと、２次側巻線の他端に下アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第２ダイオードとを有し、２次側巻線の電圧を整流する整流部と、第１ダイオードに流れる電流と第２ダイオードに流れる電流との総和を検出する電流検出器とを備える。

この構成により、第１ダイオードに流れる電流と第２ダイオードに流れる電流との総和と、上アーム又は下アームのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態とを用いて、並列接続された複数の整流ダイオードの中から故障したダイオードを特定することができる。

また、本実施の形態によれば、並列接続される複数の第１ダイオード（例えばダイオード３０ａ、ダイオード３０ｂなど）及び第２ダイオード（例えばダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂなど）のそれぞれの並列数をＭ（Ｍは２以上の整数）とし、電流検出器の数をＮ（Ｎは１以上の整数）としたとき、電流検出器の数Ｎは、Ｎ＝Ｍ－１に設定される。

この構成により、複数の整流ダイオードのそれぞれに電流検出器が設けられる場合に比べて、電流検出器の数を減らすことができるため、電力変換装置１の構成が簡素化され、安価で信頼性の高い電力変換装置１を実現できる。

なお、本実施の形態に係る電力変換装置１は、開放異常判定電流閾値４００及び出力状態判定電流閾値４０１を、３５ａ電流検出値、３５ｂ電流検出値、出力電流検出値などに応じて変更するように構成してもよい。この構成例を図９及び図１０を参照して説明する。

図９は変形例に係るダイオード故障検出部６０Ａの構成例を示す図である。ダイオード故障検出部６０Ａは、図３に示す構成に加えて、第１閾値補正部３１０、及び第２閾値補正部３１１を備える。

第１閾値補正部３１０は、例えば、直流負荷２００が起動した時点から一定時間（例えば数十ｍｓ～数百ｍｓ）が経過したときに流れる３５ａ電流検出値を入力し、このときの所定の第１補正係数を演算し、メモリから読み出した開放異常判定電流閾値４００に第１補正係数を乗算することにより、補正後の開放異常判定電流閾値４００ａを算出してコンパレータ３００ａに入力する。

直流負荷２００が起動した時点から一定時間経過した後の３５ａ電流検出値を利用することにより、突入電流が抑制された状態で適切な閾値補正が可能になる。第１補正係数は、例えば、整流ダイオードの並列数、定格ダイオード電流などの対応関係を規定するマップ、関数などを用いることで演算される。

第１閾値補正部３１０を用いることにより、例えば、電力変換装置１の仕様が整流ダイオードの並列数、定格ダイオード電流などにより変更される場合でも、適切な開放異常判定電流閾値４００ａを自動的に設定できる。従って、開放異常判定電流閾値４００の設定変更などの作業が不要になり、電力変換装置１の製造が容易化され、製造コストを低減できる。また、適切な開放異常判定電流閾値４００ａを利用できるため、整流ダイオードの故障判定精度が向上し、信頼性の高い電力変換装置１を実現できる。

第２閾値補正部３１１は、例えば、直流負荷２００が起動した時点から一定時間（例えば数十ｍｓ～数百ｍｓ）が経過したときに流れる出力電流検出値を入力し、このときの所定の第２補正係数を演算し、メモリから読み出した出力状態判定電流閾値４０１に第２補正係数を乗算することにより、補正後の出力状態判定電流閾値４０１ａを算出してコンパレータ３００ｂに入力する。

直流負荷２００が起動した時点から一定時間経過した後の出力電流検出値を利用することにより、突入電流が抑制された状態で適切な閾値補正が可能になる。第２補正係数は、例えば、電力変換装置１への入力電流、直流負荷２００の定格などの対応関係を規定するマップ、関数などを用いることで演算される。

第２閾値補正部３１１を用いることにより、例えば、電力変換装置１に接続される直流負荷２００の定格、用途などで出力電流検出値が変動しても、適切な出力状態判定電流閾値４０１ａを自動的に設定できる。従って、直流負荷２００の定格、用途などが異なる場合でも、出力状態判定電流閾値４０１ａを設定し直す作業が不要になり、電力変換装置１の製造が容易化され、製造コストを低減できる。また、適切な出力状態判定電流閾値４０１ａを利用できるため、整流ダイオードの故障判定精度が向上し、信頼性の高い電力変換装置１を実現できる。

なお、ダイオード故障検出部６０Ａは、第１閾値補正部３１０及び第２閾値補正部３１１の双方を備えてもよいし、何れか一方のみ備えてもよい。第１閾値補正部３１０及び第２閾値補正部３１１の双方を備えることにより、何れか一方のみ備える場合に比べて、整流ダイオードの故障判定精度がより一層向上し、より信頼性の高い電力変換装置１を実現できる。

図１０は変形例に係るダイオード故障検出部６１Ａの構成例を示す図である。ダイオード故障検出部６１Ａは、図５に示す構成に加えて、第３閾値補正部３１２、及び第２閾値補正部３１１を備える。なお、第２閾値補正部３１１は、図９に示すものと同様であるため、以下では説明を省略する。

第３閾値補正部３１２は、例えば、直流負荷２００が起動した時点から一定時間（例えば数十ｍｓ～数百ｍｓ）が経過したときに流れる３５ｂ電流検出値を入力し、このときの所定の第３補正係数を演算し、メモリから読み出した開放異常判定電流閾値４００に第３補正係数を乗算することにより、補正後の開放異常判定電流閾値４００ｂを算出してコンパレータ３００ｃに入力する。

直流負荷２００が起動した時点から一定時間経過した後の３５ｂ電流検出値を利用することにより、突入電流が抑制された状態で適切な閾値補正が可能になる。第３補正係数は、例えば、整流ダイオードの並列数、定格ダイオード電流などの対応関係を規定するマップ、関数などを用いることで演算される。

第３閾値補正部３１２を用いることにより、例えば、電力変換装置１の仕様が整流ダイオードの並列数、定格ダイオード電流などにより変更される場合でも、適切な開放異常判定電流閾値４００ｂを設定できる。従って、開放異常判定電流閾値４００の設定変更などの作業が不要になり、電力変換装置１の製造が容易化され、製造コストを低減できる。また、適切な開放異常判定電流閾値４００ｂを利用できるため、整流ダイオードの故障判定精度が向上し、信頼性の高い電力変換装置１を実現できる。

なお、ダイオード故障検出部６１Ａは、第３閾値補正部３１２及び第２閾値補正部３１１の双方を備えてもよいし、何れか一方のみ備えてもよい。第３閾値補正部３１２及び第２閾値補正部３１１の双方を備えることにより、何れか一方のみ備える場合に比べて、整流ダイオードの故障判定精度がより一層向上し、より信頼性の高い電力変換装置１を実現できる。

なお、本実施の形態に係る電力変換装置１は、例えば電動車両、鉄道車両、サーバなどに用いることで、モータを駆動する回路の信頼性及びメンテナンス性を大幅に向上できると共に、モータの駆動が停止された場合でも故障した整流ダイオードの特定が容易になるため早期復旧が可能になる。図１１から図１３を参照して、電動車両、鉄道車両、サーバなどへの電力変換装置１の搭載例を説明する。

図１１は本実施の形態に係る電力変換装置１を備えるインバータ装置が搭載される車両の構成例を示す図である。

車両１６０は、例えばＥＶ（Electric Vehicle）である。車両１６０は、車両１６０の走行時の駆動力を発生させる同期回転電機、誘導回転電機などの主電動機であるモータ２０３と、モータ２０３を駆動するための電力を蓄える蓄電池である高圧バッテリ２０１と、高圧バッテリ２０１から入力される直流電圧を交流電圧に変換してモータ２０３に印加するインバータ装置１５０とを備える。

インバータ装置１５０は、本実施の形態に係る電力変換装置１と、制御部７０と、フォトカプラなどの信号絶縁部２０７とを備える。

制御部７０は、インバータ回路５４を統括的に制御するＥＣＵ７２を備える。ＥＣＵ７２は、低圧バッテリ７１から供給される電力で駆動する。ＥＣＵ７２は、モータ２０３を制御するとき、例えば、電流検出部２０４で検出されたＵ、Ｖ、Ｗ相のそれぞれの電流の内、少なくとも２つの電流（例えばＵ相とＷ相の電流）の値を示す電流検出信号に基づいて、モータ２０３に流れる三相の各電流が目標トルクに応じた目標値となるように、パルス幅変調信号を生成する。パルス幅変調信号は、信号絶縁部２０７を介してインバータ回路５４に入力される。パルス幅変調信号のオンデューティが変化することによって、インバータ回路５４の出力電流（交流電圧）の平均値が変化する。電流検出部２０４は、インバータ回路５４とモータ２０３とを間に設けられる三相交流配線に流れる電流を検出するシャント抵抗などの電流検出手段である。

なお車両１６０は、ＥＶに限定されず、高圧バッテリ２０１、インバータ装置１５０、及びモータ２０３を備えた電動車両であればよく、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車などでもよい。

図１２は本実施の形態に係る電力変換装置１を備える列車推進装置が搭載される鉄道車両の構成例を示す図である。

鉄道車両１７０は、列車推進装置１８０、列車制動装置１９１、自動列車運転装置１９２、列車保安装置１９３、車上無線装置１９４、及び主幹制御器であるマスコン１９５を備える。

列車推進装置１８０は、本実施の形態に係る電力変換装置１と、制御部１８２と、入力電圧ＥＳを検出する電圧検出器１８１と、インバータ１８３と、電動機１８４とを備える。

直流架線５からの直流電力が集電装置６を介して入力され、当該直流電力が電力変換装置１に供給される。このとき、電圧検出器１８１で検出された直流架線５の電圧の値を示す電圧値が制御部１８２に入力される。また、制御部１８２には、マスコン１９５からの運転指令が入力される。運転指令は、力行指令、ブレーキ指令、惰行指令などである。例えばマスコン１９５から力行指令が出力されると、電力変換装置１は、ＤＣ／ＤＣ変換器として動作することにより、直流架線５からの直流電圧を値の異なる直流電圧に変換して、インバータ１８３に入力する。そして、制御部１８２は、電圧検出器１８１で検出された電圧値、マスコン１９５から力行指令などに基づき、インバータ１８３内のスイッチング素子を制御する制御信号を生成してインバータ１８３へ入力する。これにより、インバータ１８３は、入力した直流電圧を交流電圧に変換して電動機１８４に入力する。

図１３は本実施の形態に係る電力変換装置１を備えるサーバの構成例を示す図である。サーバ５００は、本実施の形態に係る電力変換装置１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１と、記憶装置５０２と、ネットワークＩ／Ｆ５０３と、入力Ｉ／Ｆ５０４と、出力Ｉ／Ｆ５０５とを備える。

ＣＰＵ５０１は、電力変換装置１から供給される電力を駆動源として、各種処理及び各種制御を実現するための演算と各種データの加工とを行う演算装置である。記憶装置５０２は、データ、プログラム、及び設定値等を記憶する。

ネットワークＩ／Ｆ５０３は、インターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して接続される装置と各種データ等を送受信する。例えば、ネットワークＩ／Ｆ５０３は、ＮＩＣ（Network Interface Controller）及びＬＡＮケーブルを接続させるコネクタ等である。なお、ネットワークＩ／Ｆ５０３は、ネットワークを利用するＩ／Ｆに限られず、ケーブル、無線、又はコネクタ等によって外部装置と送受信するＩ／Ｆであってもよい。

入力Ｉ／Ｆ５０４は、システム管理者等が行う各種操作を入力するユーザインタフェースである。例えば、入力Ｉ／Ｆ５０４は、キーボード等の入力装置及び入力装置をサーバ５００に接続させるコネクタ等によって構成される。

出力Ｉ／Ｆ５０５は、サーバ５００を使うシステム管理者等とのインタフェースである。具体的には、出力Ｉ／Ｆ５０５は、サーバ５００が行う各種処理の処理結果等をシステム管理者等に出力する。例えば、出力Ｉ／Ｆ５０５は、ディスプレイ等の出力装置及び出力装置をサーバ５００に接続させるコネクタ等である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、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、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１：電力変換装置
２，３：接続点
５：直流架線
６：集電装置
１１，１２：コンデンサ
１３：パワーデバイス
１３ａ：上アームスイッチング素子
１３ｂ：下アームスイッチング素子
１４：センタータップ型絶縁トランス
１４ａ：１次側巻線
１４ｂ：２次側巻線
１５：平滑リアクトル
１６：平滑コンデンサ
１７：直流電圧検出器
１８：出力電流検出器
１９：制御部
２０：ゲートドライブ回路
２１：上位装置
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ：ダイオード
３５ａ，３５ｂ：電流検出器
４０：整流部
５０：電圧制御部
５１：ＡＶＲ
５２：ＰＷＭ信号生成部
５４：インバータ回路
６０，６０Ａ，６１，６１Ａ，６２：ダイオード故障検出部
６３：故障処理部
７０：制御部
７１：低圧バッテリ
７２：ＥＣＵ
１００：直流電源
１５０：インバータ装置
１６０：車両
１７０：鉄道車両
１８０：列車推進装置
１８１：電圧検出器
１８２：制御部
１８３：インバータ
１８４：電動機
１９１：列車制動装置
１９２：自動列車運転装置
１９３：列車保安装置
１９４：車上無線装置
１９５：マスコン
２００：直流負荷
２０１：高圧バッテリ
２０３：モータ
２０４：電流検出部
２０７：信号絶縁部
３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ，３００ｅ，３００ｆ，３００ｇ：コンパレータ
３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０１ｅ，３０１ｆ：ＡＮＤ器
３０２：除算器
３０２ａ，３０２ｂ：ＡＮＤ器
３０３：加算器
３１０：第１閾値補正部
３１１：第２閾値補正部
３１２：第３閾値補正部
４００，４００ａ，４００ｂ：開放異常判定電流閾値
４０１，４０１ａ：出力状態判定電流閾値
４０２：開放異常判定電流加算値
４０３：整流ダイオード並列数
５００：サーバ
５０１：ＣＰＵ
５０２：記憶装置
５０３：ネットワークＩ／Ｆ
５０４：入力Ｉ／Ｆ
５０５：出力Ｉ／Ｆ
ＥＳ：入力電圧

Claims (10)

1. 上アームスイッチング素子と当該上アームスイッチング素子に直列接続される下アームスイッチング素子とが相補的に動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、
   前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子が接続される１次側巻線とセンタータップを有する２次側巻線とを有する絶縁トランスと、
   前記２次側巻線の一端に接続され前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第１ダイオードと、前記２次側巻線の他端に前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第２ダイオードとを有し、前記２次側巻線の電圧を整流する整流部と、
   前記第１ダイオードに流れる電流と前記第２ダイオードに流れる電流との総和を検出する電流検出器と、
   を備え、
   並列接続される複数の前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードのそれぞれの並列数をＭ（Ｍは２以上の整数）とし、前記電流検出器の数をＮ（Ｎは１以上の整数）としたとき、
   前記電流検出器の数Ｎは、Ｎ＝Ｍ－１に設定される、電力変換装置。
2. 上アームスイッチング素子と当該上アームスイッチング素子に直列接続される下アームスイッチング素子とが相補的に動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、
   前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子が接続される１次側巻線とセンタータップを有する２次側巻線とを有する絶縁トランスと、
   前記２次側巻線の一端に接続され前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第１ダイオードと、前記２次側巻線の他端に前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第２ダイオードとを有し、前記２次側巻線の電圧を整流する整流部と、
   前記第１ダイオードに流れる電流と前記第２ダイオードに流れる電流との総和を検出する電流検出器と、
   を備え、
   前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに、
   並列接続される複数の前記第１ダイオードの一方に流れる電流と並列接続される複数の前記第２ダイオードの一方に流れる電流との総和を検出する前記電流検出器で検出された電流値が、前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードの開放故障による異常を判定する開放異常判定電流閾値よりも低い場合、
   並列接続される複数の前記第１ダイオードの一方が故障したと判定し、電力変換装置を停止又は電力変換装置の出力抑制を行う、電力変換装置。
3. 上アームスイッチング素子と当該上アームスイッチング素子に直列接続される下アームスイッチング素子とが相補的に動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、
   前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子が接続される１次側巻線とセンタータップを有する２次側巻線とを有する絶縁トランスと、
   前記２次側巻線の一端に接続され前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第１ダイオードと、前記２次側巻線の他端に前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第２ダイオードとを有し、前記２次側巻線の電圧を整流する整流部と、
   前記第１ダイオードに流れる電流と前記第２ダイオードに流れる電流との総和を検出する電流検出器と、
   を備え、
   前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに、
   並列接続される複数の前記第１ダイオードの一方に流れる電流と並列接続される複数の前記第２ダイオードの一方に流れる電流との総和を検出する前記電流検出器で検出された電流値が、前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードの開放故障による異常を判定する開放異常判定電流閾値よりも低い場合、
   並列接続される複数の前記第２ダイオードの一方が故障したと判定し、電力変換装置を停止又は電力変換装置の出力抑制を行う、電力変換装置。
4. 前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに、
   並列接続される複数の前記第１ダイオードの他方に流れる電流と並列接続される複数の前記第２ダイオードの他方に流れる電流との総和を検出する前記電流検出器で検出された電流値が、前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードの開放故障による異常を判定する開放異常判定電流閾値よりも低い場合、
   並列接続される複数の前記第１ダイオードの他方が故障したと判定し、電力変換装置を停止又は電力変換装置の出力抑制を行う請求項１から３の何れか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに、
   並列接続される複数の前記第１ダイオードの他方に流れる電流と並列接続される複数の前記第２ダイオードの他方に流れる電流との総和を検出する前記電流検出器で検出された電流値が、前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードの開放故障による異常を判定する開放異常判定電流閾値よりも低い場合、
   並列接続される複数の前記第２ダイオードの他方が故障したと判定し、電力変換装置を停止又は電力変換装置の出力抑制を行う請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置。
6. 上アームスイッチング素子と当該上アームスイッチング素子に直列接続される下アームスイッチング素子とが相補的に動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、
   前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子が接続される１次側巻線とセンタータップを有する２次側巻線とを有する絶縁トランスと、
   前記２次側巻線の一端に接続され前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第１ダイオードと、前記２次側巻線の他端に前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第２ダイオードとを有し、前記２次側巻線の電圧を整流する整流部と、
   前記第１ダイオードに流れる電流と前記第２ダイオードに流れる電流との総和を検出する電流検出器と、
   を備え、
   前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに、
   並列接続される複数の前記第１ダイオードの一方に流れる電流と並列接続される複数の前記第２ダイオードの一方に流れる電流との総和を検出する前記電流検出器で検出された電流値と、並列接続される複数の前記第１ダイオードの他方に流れる電流と並列接続される複数の前記第２ダイオードの他方に流れる電流との総和を検出する前記電流検出器で検出された電流値とが、並列接続される複数の前記第１ダイオード又は前記第２ダイオードの内、１つのダイオードに流れる理論平均電流よりも高い場合、
   前記電流検出器による電流検出が行われておらず前記第１ダイオードと並列接続される第３ダイオードが故障したと判定し、電力変換装置を停止又は電力変換装置の出力抑制を行う、電力変換装置。
7. 上アームスイッチング素子と当該上アームスイッチング素子に直列接続される下アームスイッチング素子とが相補的に動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、
   前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子が接続される１次側巻線とセンタータップを有する２次側巻線とを有する絶縁トランスと、
   前記２次側巻線の一端に接続され前記上アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第１ダイオードと、前記２次側巻線の他端に前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに導通状態になる整流用の第２ダイオードとを有し、前記２次側巻線の電圧を整流する整流部と、
   前記第１ダイオードに流れる電流と前記第２ダイオードに流れる電流との総和を検出する電流検出器と、
   を備え、
   前記下アームスイッチング素子がＯＮのときに、
   並列接続される複数の前記第１ダイオードの一方に流れる電流と並列接続される複数の前記第２ダイオードの一方に流れる電流との総和を検出する前記電流検出器で検出された電流値と、並列接続される複数の前記第１ダイオードの他方に流れる電流と並列接続される複数の前記第２ダイオードの他方に流れる電流との総和を検出する前記電流検出器で検出された電流値とが、並列接続される複数の前記第１ダイオード又は前記第２ダイオードの内、１つのダイオードに流れる理論平均電流よりも高い場合、
   前記電流検出器による電流検出が行われておらず前記第２ダイオードと並列接続される第４ダイオードが故障したと判定し、電力変換装置を停止又は電力変換装置の出力抑制を行う、電力変換装置。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載の電力変換装置を備えた電動車両。
9. 請求項１から７の何れか一項に記載の電力変換装置を備えた鉄道車両。
10. 請求項１から７の何れか一項に記載の電力変換装置を備えたサーバ。

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