WO2021255928A1 - スイッチング素子の短絡検出方法、インバータ装置及び手乾燥装置 - Google Patents

スイッチング素子の短絡検出方法、インバータ装置及び手乾燥装置 Download PDF

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達也 藤村
勇輝 福田
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三菱電機株式会社
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches

Definitions

  • the present disclosure relates to an inverter device, a method for detecting a short circuit of a switching element provided in the inverter device, and a hand drying device equipped with the inverter device.
  • the inverter device has a switching element that is a driving element.
  • the inverter device is a power conversion device that converts a DC input into an AC output by controlling the switching element by pulse width modulation.
  • inverter device two switching elements are connected in series to each other to form a leg for one phase, and at least two legs connected in series are connected in parallel to each other to form a bridge circuit.
  • a DC power supply is connected to both ends of the bridge circuit.
  • the switching element connected to the positive side of the DC power supply is called the “upper arm switching element” or simply the “upper arm”, and the switching connected to the negative side of the DC power supply.
  • the element is referred to as a "lower arm switching element” or simply a "lower arm”.
  • the power supply for driving the switching element of the upper arm is configured to turn on the switching element of the lower arm for charging.
  • the switching element of the upper arm if the switching element of the upper arm is short-circuited, the arm is short-circuited.
  • the switching elements of the lower arms of each phase are turned on in order for a short time, and the presence or absence of a short circuit failure is confirmed by the overcurrent protection circuit. Then, when it is determined that there is no short-circuit failure, the power supply for driving the switching element of the upper arm is charged.
  • Patent Document 1 has a problem that even if a short-circuit failure of the switching element of the upper arm can be detected, a short-circuit failure of the switching element of the lower arm cannot be detected. Further, in the method of turning off the switching element by the overcurrent protection circuit as in Patent Document 1, there is a possibility that the switching element may fail before the switching element is turned off, depending on the load short-circuit withstand capacity of the switching element.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a method for detecting a short circuit of a switching element capable of reliably detecting a short circuit failure of the switching element of the upper arm and the lower arm.
  • the method for detecting a short circuit of a switching element applies to an inverter device provided with a capacitor as a power source for an inverter circuit, a drive circuit, and a drive circuit of a switching element of an upper arm.
  • the inverter circuit includes two or more legs in which a switching element of the upper arm connected to the positive electrode side of the DC power supply and a switching element of the lower arm connected to the negative electrode side of the DC power supply are connected in series. Two or more legs are connected in parallel to each other with respect to a DC power source.
  • the drive circuit drives each of the plurality of switching elements.
  • the method includes a first step of turning on the lower arm switching element for a shorter time than the load short circuit withstand of the lower arm switching element before driving the load by the inverter device. Further, in the same method, after confirming whether or not the first leg including the switching element of the lower arm is short-circuited, when confirming whether or not the second leg, which is a leg having a phase different from that of the first leg, is short-circuited, A second step of turning on the switching element of the lower arm of the first leg is included.
  • a circuit diagram showing a configuration example of the inverter device according to the embodiment A flowchart used to explain the operation of the inverter device according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of the inverter device 60 according to the embodiment.
  • the inverter device 60 is a power conversion device that converts the power supplied from the DC power supply 1 into AC power to the motor 30 which is a load and supplies the power to the motor 30.
  • the inverter device 60 includes a lower arm drive power supply 2, an inverter circuit 50, drive circuits 9 to 14, capacitors 15 to 17, diodes 18 to 20, a control unit 21, and a current detection circuit 22.
  • the DC power supply 1 may be included in the inverter device 60.
  • the inverter circuit 50 includes switching elements 3 to 8.
  • the switching elements 3 to 5 of the upper arm are connected to the positive electrode side of the DC power supply 1, and the switching elements 6 to 8 of the lower arm are connected to the negative electrode side of the DC power supply 1.
  • the switching element 3 and the switching element 6 are connected in series to form a leg 40.
  • the switching element 4 and the switching element 7 are connected in series to form a leg 41.
  • the switching element 5 and the switching element 8 are connected in series to form a leg 42.
  • the legs 40 to 42 are connected in parallel to the DC power supply 1.
  • the motor 30 shown in FIG. 1 is a three-phase motor. Each phase winding (not shown) in the motor 30 is connected to the wiring 44 drawn from each of the legs 40 to 42.
  • the motor 30 may be a single-phase motor. When the motor 30 is a single-phase motor, the inverter circuit 50 can operate on two legs. Further, the motor 30 may be a polymorphic motor. When the motor 30 is a polyphase motor, the inverter circuit 50 is configured to include a number of legs corresponding to the polyphase motor.
  • Capacitors 15 to 17 are used as a power supply for driving the switching elements 3 to 5 of the upper arm.
  • the capacitor 15 is connected to the lower arm driving power supply 2 via the diode 18.
  • the drive circuits 9 to 11 are drive circuits for the switching elements 3 to 5 of the upper arm, respectively.
  • the voltage of the capacitor 15 is applied to the drive circuit 9, and the voltage is used to drive the switching element 3.
  • the drive circuits 10 and 11 have the same configuration, and the drive circuit 10 drives the switching element 4 by using the voltage applied from the capacitor 16. Further, the drive circuit 11 drives the switching element 5 by using the voltage applied from the capacitor 17.
  • the drive circuits 12 to 14 are drive circuits for the switching elements 6 to 8 of the lower arm, respectively.
  • the voltage of the lower arm drive power supply 2 is applied to each of the drive circuits 12 to 14.
  • Each of the drive circuits 12 to 14 drives the switching elements 6 to 8 using the voltage applied from the lower arm drive power supply 2.
  • the current detection circuit 22 is connected between the connection points of the legs 40 to 42 and the negative electrode side of the DC power supply 1.
  • the current detection circuit 22 detects the current of the DC power supply 1, that is, the current flowing in and out of the DC power supply 1.
  • the control unit 21 includes a processor 23 and a memory 24.
  • the control unit 21 is connected to the drive circuits 9 to 14 and the current detection circuit 22.
  • the processor 23 is a processing unit that executes the functions of the control unit 21 described below.
  • a program read by the processor 23 is stored in the memory 24.
  • the memory 24 is also used as a work area when the processor 23 performs arithmetic processing.
  • the processor 23 may be referred to as a CPU (Central Processing Unit), a microprocessor, a microcomputer, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or the like.
  • the memory 24 is generally a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Project ROM), or an EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM).
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the inverter device 60 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a time chart for explaining the operation of the inverter device 60 according to the embodiment.
  • the output of the operation signal to each of the drive circuits 9 to 14 is indicated by “U upper output”, “V upper output”, “W upper output”, “U lower output”, and “V lower output”, respectively. It is described as “output” and “output under W”.
  • the operation signals to the drive circuits 9 to 14 are described as “U up”, “V up”, “W up”, “U down”, “V down” and “W down", respectively. There is.
  • step S11 the control unit 21 turns on the switching element 6 of the lower arm for a short time via the drive circuit 12.
  • the on-time is sufficiently shorter than the load short-circuit withstand capacity of the switching element 6 of the lower arm, and the time during which the current can be detected by the current detection circuit 22 when the arm is short-circuited is set in advance in the processor 23.
  • An example of the on-time is about 50% of the load short-circuit withstand capacity of each switching element.
  • the switching element 6 When the switching element 6 is turned on, the potential on the negative side of the capacitor 15 becomes almost the same potential as the potential on the negative side of the DC power supply 1. At this time, a charging current flows from the lower arm driving power supply 2 to the capacitor 15 via the diode 18. As a result, the capacitor 15 is charged to substantially the same potential as the lower arm driving power supply 2. After that, even if the switching element 6 of the lower arm is turned off, no current flows to the lower arm driving power supply 2 by the diode 18, and the electric charge of the capacitor 15 is retained.
  • the switching element 6 of the lower arm When the switching element 6 of the lower arm is on, the potential on the negative side of the capacitors 16 and 17 is also electrically connected via the motor 30, so that the potential on the negative side of the DC power supply 1 approaches. Since the capacitors 16 and 17 are charged via the motor 30, the charging speed is slower than the charging speed of the capacitors 15, but the charging voltage is the same as or equal to that of the capacitors 15.
  • step S12 the control unit 21 determines whether or not there is an arm short circuit in the leg 40 including the switching element 6 of the lower arm based on the current detection signal of the current detection circuit 22. If it is determined that the arm is short-circuited (step S12, Yes), the process proceeds to step S30 and all outputs are stopped. If it is determined that the arm is not short-circuited (steps S12 and No), the process proceeds to step S13.
  • step S13 the control unit 21 turns on the switching element 6 of the lower arm via the drive circuit 12, and also turns on the switching element 7 of the lower arm via the drive circuit 13 for a short time in the same manner as in step S11.
  • step S12 it has already been confirmed in step S12 that the leg 40 including the switching elements 3 and 6 of the upper and lower arms does not short-circuit even if the switching element 6 of the lower arm is turned on. Therefore, the control unit 21 keeps the switching element 6 on until the charging of the capacitors 15 to 17 is completed.
  • step S14 the control unit 21 determines whether or not there is an arm short circuit in the leg 41 including the switching element 7 of the lower arm based on the current detection signal of the current detection circuit 22. If it is determined that the arm is short-circuited (steps S14, Yes), the process proceeds to step S30 and all outputs are stopped. If it is determined that the arm is not short-circuited (steps S14 and No), the process proceeds to step S15.
  • step S15 the control unit 21 turns on the lower arm switching element 7 via the drive circuit 13 and turns on the lower arm switching element 8 via the drive circuit 14 for a short time.
  • the leg 41 including the switching elements 4 and 7 of the upper and lower arms does not short-circuit the arm even if the switching element 7 of the lower arm is turned on. Therefore, the control unit 21 keeps the switching element 7 of the lower arm on until the charging of the capacitors 15 to 17 is completed. That is, the switching elements 6 and 7 of the lower arm continue to be turned on until the charging of the capacitors 15 to 17 is completed.
  • step S16 the control unit 21 determines whether or not there is an arm short circuit in the leg 42 including the switching element 8 of the lower arm based on the current detection signal of the current detection circuit 22. If it is determined that the arm is short-circuited (step S16, Yes), the process proceeds to step S30 and all outputs are stopped. If it is determined that the arm is not short-circuited (steps S16, No), the process proceeds to step S17.
  • step S16 By the processing up to step S16, it has been confirmed that the arm is not short-circuited even if the switching elements 6 to 8 of the lower arm in each leg are turned on, that is, the switching elements 3 to 5 of the upper arm are not short-circuited. Further, after confirming that the leg 40 including the switching element 6 of the lower arm and the leg 41 including the switching element 7 of the lower arm are not short-circuited, the switching elements 6 and 7 of the lower arm are always on. Is controlled by. As a result, the capacitors 15 and 16 are naturally charged, and the capacitors 17 are also charged via the motor 30.
  • the control unit 21 turns on the switching element 8 of the lower arm via the drive circuit 14. As a result, the switching elements 6 to 8 of the lower arm are all turned on.
  • step S18 the control unit 21 determines whether or not the charging of the capacitors 15 to 17 is completed. If the charging of the capacitors 15 to 17 is not completed (steps S18 and No), the determination process of step S18 is repeated as appropriate. If the charging of the capacitors 15 to 17 is completed (steps S18 and Yes), the process proceeds to step S19.
  • the time until charging is completed is determined in advance based on the capacity of the capacitors 15 to 17, the motor constant in the motor 30, and the like, and is stored in the memory 24.
  • the control unit 21 determines that charging is complete after the lapse of the set time.
  • step S19 the control unit 21 turns off all the switching elements 6 to 8 of the lower arm, and turns on the switching element 3 of the upper arm for a short time via the drive circuit 9.
  • the meaning of the short time is the same as in steps S11, S13, and S15.
  • step S20 the control unit 21 determines whether or not there is an arm short circuit in the leg 40 including the switching element 3 of the upper arm based on the current detection signal of the current detection circuit 22. If it is determined that the arm is short-circuited (steps S20, Yes), the process proceeds to step S30 and all outputs are stopped. If it is determined that the arm is not short-circuited (steps S20, No), the process proceeds to step S21.
  • step S21 the control unit 21 turns on the switching element 4 of the upper arm for a short time via the drive circuit 10.
  • step S22 the control unit 21 determines whether or not there is an arm short circuit in the leg 41 including the switching element 4 of the upper arm based on the current detection signal of the current detection circuit 22. If it is determined that the arm is short-circuited (step S22, Yes), the process proceeds to step S30 and all outputs are stopped. If it is determined that the arm is not short-circuited (steps S22 and No), the process proceeds to step S23.
  • step S23 the control unit 21 turns on the switching element 5 of the upper arm for a short time via the drive circuit 11.
  • step S24 the control unit 21 determines whether or not there is an arm short circuit in the leg 42 including the switching element 5 of the upper arm based on the current detection signal of the current detection circuit 22. If it is determined that the arm is short-circuited (step S24, Yes), the process proceeds to step S30 and all outputs are stopped. When it is determined that the arm is not short-circuited (step S24, No), the processing flow of FIG. 2 is terminated.
  • step S24 If it is determined in step S24 that the arm is not short-circuited, it can be seen that there is no short-circuit failure in the switching elements 3 to 8. Further, since the completion of charging of the capacitors 15 to 17 has been confirmed by the determination in step S18, the inverter device 60 is in an operable state.
  • FIG. 3 shows the above operation with a timing chart.
  • FIG. 3 shows operation signals to the drive circuits 9 to 14 in order from the upper stage side.
  • the operation signals to the drive circuits 9 to 14 represent the states of the switching elements 3 to 8.
  • the switching elements 6 to 8 of the lower arm are turned on in this order, and after the charging of the capacitors 15 to 17 is completed, the switching elements 3 to 5 of the upper arm are turned on in this order.
  • the order in which each switching element is turned on may be arbitrarily changed.
  • the switching elements 6 to 8 of the lower arm and the switching elements 3 to 5 of the upper arm are turned on in order to identify the faulty part, but the present invention is not limited to this. If it is not necessary to specify the faulty part, two or three of the switching elements 6 to 8 of the lower arm may be turned on for a short time at the same time to check the presence or absence of an arm short circuit. Similarly, if it is not necessary to specify the faulty part, two or three of the switching elements 3 to 5 of the upper arm may be turned on at the same time for a short time to confirm the presence or absence of an arm short circuit. By operating in this way, the time until the inverter device 60 becomes operable can be further shortened.
  • the switching element of the lower arm is turned on for a shorter time than the load short-circuit withstand capacity of the switching element of the lower arm before the load is driven by the inverter device. Including the first step. Further, in the same method, after confirming whether or not the first leg including the switching element of the lower arm is short-circuited, when confirming whether or not the second leg, which is a leg having a phase different from that of the first leg, is short-circuited, A second step of turning on the switching element of the lower arm of the first leg is included.
  • the processing by these first and second steps includes two or more legs in which the switching element of the upper arm and the switching element of the lower arm are connected in series, and the two or more legs are connected to each other with respect to the DC power supply. It is applicable to inverter devices that are connected in parallel. As a result, it is possible to shorten the charging time of the capacitor that is the power source of the drive circuit of the switching element of the upper arm while detecting the short-circuit failure of the switching element of the upper arm.
  • the method of detecting a short circuit of the switching element includes a third step of confirming the completion of charging of the capacitor after the second step, and a load short circuit withstand capacity of the switching element of the upper arm and the switching element of the upper arm. It may include a fourth step of turning on for a shorter time and checking for a short circuit in the leg including the switching element of the upper arm. As a result, it is possible to shorten the time until the inverter device becomes operable while reliably detecting a short-circuit failure of the switching element of the lower arm.
  • a plurality of lower arm switching elements are simultaneously turned on for a time shorter than the load short circuit withstand capacity of each switching element before the load is driven by the inverter device. Including the steps of.
  • the method also includes, after the first step, a second step of checking for the presence or absence of individual short circuits in a plurality of legs including the switching element of each lower arm. If it is not necessary to identify the faulty part, this method may be used. According to this method, it is possible to further shorten the time until the inverter device becomes operable.
  • the short-circuit detection method of the switching element includes a third step of confirming the completion of charging of the capacitor after the second step, and a plurality of upper arm switching elements of each upper arm switching element. It may include a fourth step, which is simultaneously turned on for a time shorter than the load short circuit tolerance. This makes it possible to further shorten the time until the inverter device becomes operational while reliably detecting a short-circuit failure of the switching element of the lower arm.
  • the control unit turns on the switching element of the lower arm for a time shorter than the load short-circuit withstand of the switching element of the lower arm, and includes the switching element of the lower arm. Check if there is a short circuit in the leg. Further, the control unit turns on the switching element of the lower arm of the first leg when confirming whether or not the second leg, which is a leg having a phase different from that of the first leg, is short-circuited.
  • These controls include two or more legs in which the switching element of the upper arm and the switching element of the lower arm are connected in series, and the two or more legs are connected in parallel to the DC power supply. Applicable to devices. As a result, it is possible to shorten the charging time of the capacitor that is the power source of the drive circuit of the switching element of the upper arm while detecting the short-circuit failure of the switching element of the upper arm.
  • the control unit turns on the switching element of the upper arm for a shorter time than the load short-circuit withstand of the switching element of the upper arm, and the upper arm is turned on. Check if there is a short circuit in the leg including the switching element of. As a result, it is possible to shorten the time until the inverter device becomes operable while reliably detecting a short-circuit failure of the switching element of the lower arm.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of a hand drying device 90 on which the inverter device 60 according to the embodiment is mounted.
  • the hand drying device 90 includes a casing 91, a hand detection sensor 92, a water receiving unit 93, a drain container 94, a cover 96, a sensor 97, and an intake port 98.
  • the sensor 97 is either a gyro sensor or a motion sensor.
  • the hand drying device 90 has an electric blower (not shown) in the casing 91.
  • the electric blower includes the above-mentioned inverter device 60 and the motor 30.
  • the hand drying device 90 has a structure in which water is blown off by blowing air from an electric blower by inserting a hand into the hand insertion portion 99 at the upper part of the water receiving portion 93, and water is stored from the water receiving portion 93 into the drain container 94. It has become.
  • the hand drying device 90 is a product whose time to start is directly linked to the performance. According to the inverter device 60 according to the embodiment, it is possible to detect a short-circuit failure of a switching element in a short time. Further, according to the inverter device 60 according to the embodiment, the power supply for driving the switching element of the upper arm can be charged in a short time. Therefore, the hand drying device 90 equipped with the inverter device 60 according to the embodiment can enjoy these effects.
  • the configuration shown in the above embodiment is an example, and can be combined with another known technique, or a part of the configuration may be omitted or changed without departing from the gist. It is possible.

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Abstract

インバータ装置（６０）は、スイッチング素子（３～８）を備えたインバータ回路（５０）と、スイッチング素子（３～８）のそれぞれを駆動する駆動回路（９～１４）と、上アームのスイッチング素子（３～５）の駆動回路（９～１１）の電源となるコンデンサ（１５～１７）と、インバータ回路（５０）の動作を制御する制御部（２１）と、を備える。制御部（２１）は、下アームのスイッチング素子（６）を下アームのスイッチング素子（６）の負荷短絡耐量よりも短い時間オンし、下アームのスイッチング素子（６）を含むレグ（４０）の短絡有無を確認した後、レグ（４０）とは異なる相のレグ（４１）又はレグ（４２）の短絡有無を確認する際に、レグ（４０）の下アームのスイッチング素子（６）をオンにする。

Description

スイッチング素子の短絡検出方法、インバータ装置及び手乾燥装置
　本開示は、インバータ装置、インバータ装置に具備されるスイッチング素子の短絡検出方法、及びインバータ装置を搭載した手乾燥装置に関する。
　インバータ装置は、駆動素子であるスイッチング素子を有する。インバータ装置は、スイッチング素子をパルス幅変調制御することにより、直流入力を交流出力に変換する電力変換装置である。
　この種のインバータ装置では、２つのスイッチング素子が互いに直列接続されて１相分のレグを構成し、直列接続された少なくとも２つのレグが互いに並列に接続されてブリッジ回路を構成している。ブリッジ回路の両端には、直流電源が接続される。直列に接続されたスイッチング素子群のうち、直流電源の正極側に接続されるスイッチング素子は「上アームのスイッチング素子」又は単に「上アーム」と呼ばれ、直流電源の負極側に接続されるスイッチング素子は「下アームのスイッチング素子」又は単に「下アーム」と呼ばれる。
　上アーム又は下アームのスイッチング素子の何れかが短絡故障している場合、故障していないスイッチング素子をオン動作させるとアーム短絡となり、これらの２つのスイッチング素子を含む回路に大電流が流れてしまう。このため、下記特許文献１に示されるように、一般的なインバータ装置では、過電流保護回路が搭載される。
　特許文献１に示されるインバータ装置では、上アームのスイッチング素子の駆動用電源は、下アームのスイッチング素子をオンさせて充電するように構成されている。この構成の場合、上アームのスイッチング素子が短絡故障しているとアーム短絡となる。このアーム短絡を回避するため、特許文献１では、まず、それぞれの相の下アームのスイッチング素子を順に短時間オンし、過電流保護回路で短絡故障の有無を確認する。そして、短絡故障がないと判定された場合に、上アームのスイッチング素子の駆動用電源を充電するようにしている。
特許第３３９７６２０号公報
　しかしながら、特許文献１の方法では、上アームのスイッチング素子の短絡故障は検出できても、下アームのスイッチング素子の短絡故障は検出できないという課題がある。また、特許文献１のように、過電流保護回路でスイッチング素子をオフする方法では、スイッチング素子の負荷短絡耐量によっては、スイッチング素子をオフする前にスイッチング素子が故障してしまうおそれがある。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、上アーム及び下アームのスイッチング素子の短絡故障を確実に検出することができるスイッチング素子の短絡検出方法を得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、本開示に係るスイッチング素子の短絡検出方法は、インバータ回路、駆動回路及び上アームのスイッチング素子の駆動回路の電源となるコンデンサを備えたインバータ装置に適用可能である。インバータ回路は、直流電源の正極側に接続された上アームのスイッチング素子と直流電源の負極側に接続された下アームのスイッチング素子とが直列に接続されたレグを２つ以上備える。２つ以上のレグは、直流電源に対して互いに並列に接続される。駆動回路は、複数のスイッチング素子のそれぞれを駆動する。同方法は、インバータ装置によって負荷を駆動する前に、下アームのスイッチング素子を当該下アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンする第１のステップを含む。また、同方法は、下アームのスイッチング素子を含む第１のレグの短絡有無を確認した後、第１のレグとは異なる相のレグである第２のレグの短絡有無を確認する際に、第１のレグの下アームのスイッチング素子をオンにする第２のステップを含む。
　本開示に係るスイッチング素子の短絡検出方法によれば、上アーム及び下アームのスイッチング素子の短絡故障を確実に検出することができるという効果を奏する。
実施の形態に係るインバータ装置の構成例を示す回路図 実施の形態に係るインバータ装置の動作説明に供するフローチャート 実施の形態に係るインバータ装置の動作説明に供するタイムチャート 実施の形態に係るインバータ装置が搭載される手乾燥装置の構成例を示す斜視図
　以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係るスイッチング素子の短絡検出方法、インバータ装置及び手乾燥装置について詳細に説明する。
実施の形態．
　図１は、実施の形態に係るインバータ装置６０の構成例を示す回路図である。インバータ装置６０は、図１に示すように、直流電源１から供給される電力を負荷であるモータ３０への交流電力に変換して、モータ３０に供給する電力変換装置である。インバータ装置６０は、下アーム駆動用電源２と、インバータ回路５０と、駆動回路９～１４と、コンデンサ１５～１７と、ダイオード１８～２０と、制御部２１と、電流検知回路２２とを備える。なお、直流電源１は、インバータ装置６０に含まれていてもよい。
　次に、インバータ回路５０の構成について説明する。インバータ回路５０は、スイッチング素子３～８を備える。上アームのスイッチング素子３～５は直流電源１の正極側に接続され、下アームのスイッチング素子６～８は直流電源１の負極側に接続される。スイッチング素子３とスイッチング素子６は、直列に接続されてレグ４０を構成する。スイッチング素子４とスイッチング素子７は、直列に接続されてレグ４１を構成する。スイッチング素子５とスイッチング素子８は、直列に接続されてレグ４２を構成する。レグ４０～４２は、直流電源１に対して互いに並列に接続される。
　図１に示すモータ３０は、三相モータである。モータ３０における図示しない各相巻線は、レグ４０～４２のそれぞれから引き出された配線４４に接続される。なお、モータ３０は単相モータであってもよい。モータ３０が単相モータである場合、インバータ回路５０は、２つのレグで動作可能である。また、モータ３０は多相モータであってもよい。モータ３０が多相モータである場合、インバータ回路５０は、多相モータに対応した数のレグを備えるように構成される。
　コンデンサ１５～１７は、上アームのスイッチング素子３～５の駆動用電源として使用される。コンデンサ１５は、ダイオード１８を介して下アーム駆動用電源２に接続されている。コンデンサ１６，１７も同様であり、コンデンサ１６はダイオード１９を介して下アーム駆動用電源２に接続され、コンデンサ１７はダイオード２０を介して下アーム駆動用電源２に接続されている。
　駆動回路９～１１は、それぞれ上アームのスイッチング素子３～５の駆動回路である。駆動回路９にはコンデンサ１５の電圧が印加され、当該電圧を使用してスイッチング素子３を駆動する。駆動回路１０，１１も同様の構成であり、駆動回路１０はコンデンサ１６から印加される電圧を使用してスイッチング素子４を駆動する。また、駆動回路１１はコンデンサ１７から印加される電圧を使用してスイッチング素子５を駆動する。
　駆動回路１２～１４は、それぞれ下アームのスイッチング素子６～８の駆動回路である。駆動回路１２～１４のそれぞれには、下アーム駆動用電源２の電圧が印加される。駆動回路１２～１４のそれぞれは、下アーム駆動用電源２から印加される電圧を使用してスイッチング素子６～８を駆動する。
　電流検知回路２２は、レグ４０～４２の接続点と直流電源１の負極側との間に接続される。電流検知回路２２は、直流電源１の電流、即ち直流電源１に流出入する電流を検出する。
　制御部２１は、プロセッサ２３と、メモリ２４とを備える。制御部２１は、駆動回路９～１４及び電流検知回路２２に接続されている。プロセッサ２３は、下述する制御部２１の機能を実行する処理部である。メモリ２４には、プロセッサ２３によって読みとられるプログラムが保存される。メモリ２４は、プロセッサ２３が演算処理を行う際の作業領域としても使用される。なお、プロセッサ２３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイコン、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などと称されるものであってもよい。また、メモリ２４は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが一般的である。
　次に、実施の形態に係る実施の形態に係るインバータ装置６０の動作について、図１から図３の図面を参照して説明する。図２は、実施の形態に係るインバータ装置６０の動作説明に供するフローチャートである。図３は、実施の形態に係るインバータ装置６０の動作説明に供するタイムチャートである。なお、図２では、駆動回路９～１４のそれぞれに動作信号を出力することを、それぞれ「Ｕ上出力」、「Ｖ上出力」、「Ｗ上出力」、「Ｕ下出力」、「Ｖ下出力」及び「Ｗ下出力」と表記している。また、図３では、駆動回路９～１４への動作信号をそれぞれ「Ｕ上」、「Ｖ上」、「Ｗ上」、「Ｕ下」、「Ｖ下」及び「Ｗ下」と表記している。
　まず、ステップＳ１１において、制御部２１は、駆動回路１２を介して下アームのスイッチング素子６を短時間オンする。オン時間は、下アームのスイッチング素子６の負荷短絡耐量より十分短く、且つアーム短絡した場合に電流検知回路２２にて電流が検出可能な時間をあらかじめプロセッサ２３に設定しておく。オン時間の例は、各スイッチング素子の負荷短絡耐量の５０％程度である。
　スイッチング素子６をオンすると、コンデンサ１５の負側の電位は、直流電源１の負側の電位とほぼ同電位となる。このとき、コンデンサ１５には下アーム駆動用電源２からダイオード１８を介して充電電流が流れる。これにより、コンデンサ１５は、下アーム駆動用電源２とほぼ同電位に充電される。その後、下アームのスイッチング素子６をオフしてもダイオード１８により下アーム駆動用電源２へ電流が流れることはなく、コンデンサ１５の電荷は保持される。なお、下アームのスイッチング素子６がオンしているとき、コンデンサ１６，１７の負側の電位もモータ３０を介して電気的に接続されているので、直流電源１の負側の電位に近づく。コンデンサ１６，１７の充電はモータ３０を介するので、コンデンサ１５の充電速度よりも遅くなるが、充電電圧はコンデンサ１５と同一又は同等になる。
　次のステップＳ１２において、制御部２１は、電流検知回路２２の電流検知信号に基づいて、下アームのスイッチング素子６を含むレグ４０におけるアーム短絡の有無を判断する。アーム短絡と判断した場合（ステップＳ１２，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０に移行して全ての出力を停止する。アーム短絡ではないと判断した場合（ステップＳ１２，Ｎｏ）、ステップＳ１３に移行する。
　ステップＳ１３において、制御部２１は、駆動回路１２を介して下アームのスイッチング素子６をオンすると共に、ステップＳ１１と同様に駆動回路１３を介して下アームのスイッチング素子７を短時間オンする。ここで、上下アームのスイッチング素子３，６を具備するレグ４０は、ステップＳ１２において、下アームのスイッチング素子６をオンしてもアーム短絡しないことが既に確認できている。このため、制御部２１は、コンデンサ１５～１７の充電が完了するまでの間、スイッチング素子６のオンを継続させる。
　次のステップＳ１４において、制御部２１は、電流検知回路２２の電流検知信号に基づいて、下アームのスイッチング素子７を含むレグ４１におけるアーム短絡の有無を判断する。アーム短絡と判断した場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０に移行して全ての出力を停止する。アーム短絡ではないと判断した場合（ステップＳ１４，Ｎｏ）、ステップＳ１５に移行する。
　ステップＳ１５において、制御部２１は、駆動回路１３を介して下アームのスイッチング素子７をオンすると共に、駆動回路１４を介して下アームのスイッチング素子８を短時間オンする。ここで、上下アームのスイッチング素子４，７を具備するレグ４１は、ステップＳ１４において、下アームのスイッチング素子７をオンしてもアーム短絡しないことが既に確認できている。このため、制御部２１は、コンデンサ１５～１７の充電が完了するまでの間、下アームのスイッチング素子７のオンを継続させる。つまり、下アームのスイッチング素子６，７は、コンデンサ１５～１７の充電が完了するまでオンを継続する。
　次のステップＳ１６において、制御部２１は、電流検知回路２２の電流検知信号に基づいて、下アームのスイッチング素子８を含むレグ４２におけるアーム短絡の有無を判断する。アーム短絡と判断した場合（ステップＳ１６，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０に移行して全ての出力を停止する。アーム短絡ではないと判断した場合（ステップＳ１６，Ｎｏ）、ステップＳ１７に移行する。
　ステップＳ１６までの処理により、各レグにおける下アームのスイッチング素子６～８をオンしてもアーム短絡しないこと、即ち上アームのスイッチング素子３～５が短絡故障していないことが確認できている。また、下アームのスイッチング素子６を含むレグ４０と、下アームのスイッチング素子７を含むレグ４１とがアーム短絡していないことを確認して以降、下アームのスイッチング素子６，７は、常時オンに制御されている。これにより、コンデンサ１５，１６の充電は当然行われており、コンデンサ１７の充電もモータ３０を介して行われている。
　次のステップＳ１７において、制御部２１は、駆動回路１４を介して下アームのスイッチング素子８をオンする。これにより、下アームのスイッチング素子６～８は、全てオン状態となる。
　次のステップＳ１８において、制御部２１は、コンデンサ１５～１７の充電が完了したか否かを判断する。コンデンサ１５～１７の充電が完了していなければ（ステップＳ１８，Ｎｏ）、ステップＳ１８の判定処理を適宜繰り返す。コンデンサ１５～１７の充電が完了していれば（ステップＳ１８，Ｙｅｓ）、ステップＳ１９に移行する。なお、充電完了までの時間は、コンデンサ１５～１７の容量、モータ３０におけるモータ定数などに基づいて予め決定しておき、メモリ２４に記憶しておく。制御部２１は、設定した時間の経過をもって充電完了と判断する。
　次のステップＳ１９において、制御部２１は、下アームのスイッチング素子６～８を全てオフし、駆動回路９を介して上アームのスイッチング素子３を短時間オンする。短時間の意味は、ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１５と同じである。
　次のステップＳ２０において、制御部２１は、電流検知回路２２の電流検知信号に基づいて、上アームのスイッチング素子３を含むレグ４０におけるアーム短絡の有無を判断する。アーム短絡と判断した場合（ステップＳ２０，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０に移行して全ての出力を停止する。アーム短絡ではないと判断した場合（ステップＳ２０，Ｎｏ）、ステップＳ２１に移行する。
　ステップＳ２１において、制御部２１は、駆動回路１０を介して上アームのスイッチング素子４を短時間オンする。
　次のステップＳ２２において、制御部２１は、電流検知回路２２の電流検知信号に基づいて、上アームのスイッチング素子４を含むレグ４１におけるアーム短絡の有無を判断する。アーム短絡と判断した場合（ステップＳ２２，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０に移行して全ての出力を停止する。アーム短絡ではないと判断した場合（ステップＳ２２，Ｎｏ）、ステップＳ２３に移行する。
　ステップＳ２３において、制御部２１は、駆動回路１１を介して上アームのスイッチング素子５を短時間オンする。
　次のステップＳ２４において、制御部２１は、電流検知回路２２の電流検知信号に基づいて、上アームのスイッチング素子５を含むレグ４２におけるアーム短絡の有無を判断する。アーム短絡と判断した場合（ステップＳ２４，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０に移行して全ての出力を停止する。アーム短絡ではないと判断した場合（ステップＳ２４，Ｎｏ）、図２の処理フローを終了する。
　ステップＳ２４において、アーム短絡ではないと判断された場合、スイッチング素子３～８に短絡故障がないことが分かる。また、ステップＳ１８の判定により、コンデンサ１５～１７の充電完了が確認できているので、インバータ装置６０は動作可能な状態となる。
　上記の動作をタイミングチャートで示したものが図３である。図３には、上段側から順に駆動回路９～１４への動作信号が示されている。駆動回路９～１４への動作信号は、スイッチング素子３～８の状態を表している。
　なお、図２及び図３の例では、下アームのスイッチング素子６～８をこの順でオンし、コンデンサ１５～１７の充電完了後に、上アームのスイッチング素子３～５をこの順でオンするようにしているが、これに限定されない。各スイッチング素子をオンする順序は、任意に変更してもよい。
　また、実施の形態では、故障箇所を特定するために下アームのスイッチング素子６～８及び上アームのスイッチング素子３～５のそれぞれを、順にオンするようにしているが、これに限定されない。故障箇所の特定が不要であれば、下アームのスイッチング素子６～８のうちの２つ又は３つを同時に短時間オンしてアーム短絡の有無を確認してもよい。同様に、故障箇所の特定が不要であれば、上アームのスイッチング素子３～５のうちの２つ又は３つを同時に短時間オンしてアーム短絡の有無を確認してもよい。このように動作させることで、インバータ装置６０が動作可能になるまでの時間を更に短くすることができる。
　以上説明した通り、実施の形態に係るスイッチング素子の短絡検出方法は、インバータ装置によって負荷を駆動する前に、下アームのスイッチング素子を当該下アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンする第１のステップを含む。また、同方法は、下アームのスイッチング素子を含む第１のレグの短絡有無を確認した後、第１のレグとは異なる相のレグである第２のレグの短絡有無を確認する際に、第１のレグの下アームのスイッチング素子をオンにする第２のステップを含む。これらの第１及び第２のステップによる処理は、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが直列に接続されたレグを２つ以上備え、２つ以上のレグが直流電源に対して互いに並列に接続される構成のインバータ装置に適用可能である。これにより、上アームのスイッチング素子の短絡故障を検出しつつ、上アームのスイッチング素子の駆動回路の電源となるコンデンサの充電時間を短縮することができる。
　また、実施の形態に係るスイッチング素子の短絡検出方法は、第２のステップの後にコンデンサの充電完了を確認する第３のステップと、上アームのスイッチング素子を当該上アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンし、上アームのスイッチング素子を含むレグの短絡有無を確認する第４のステップと、を含んでいてもよい。これにより、下アームのスイッチング素子の短絡故障を確実に検出しつつ、インバータ装置が動作可能になるまでの時間を短縮することができる。
　また、実施の形態に係るスイッチング素子の短絡検出方法は、インバータ装置によって負荷を駆動する前に、複数の下アームのスイッチング素子を各々のスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間同時にオンする第１のステップを含む。また、同方法は、第１のステップの後に各々の下アームのスイッチング素子を含む複数のレグにおける個々の短絡有無を確認する第２のステップを含む。故障箇所の特定が不要であれば、この方法を用いてもよい。この方法によれば、インバータ装置が動作可能になるまでの時間の更なる短縮が可能となる。
　また、実施の形態に係るスイッチング素子の短絡検出方法は、第２のステップの後にコンデンサの充電完了を確認する第３のステップと、複数の上アームのスイッチング素子を各々の上アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間同時にオンする第４のステップと、を含んでいてもよい。これにより、下アームのスイッチング素子の短絡故障を確実に検出しつつ、インバータ装置が動作可能になるまでの時間の更なる短縮が可能となる。
　また、実施の形態に係るインバータ装置によれば、制御部は、下アームのスイッチング素子を当該下アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンし、下アームのスイッチング素子を含む第１のレグの短絡有無を確認する。また、制御部は、第１のレグとは異なる相のレグである第２のレグの短絡有無を確認する際に、第１のレグの下アームのスイッチング素子をオンにする。これらの制御は、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが直列に接続されたレグを２つ以上備え、２つ以上のレグが直流電源に対して互いに並列に接続される構成のインバータ装置に適用可能である。これにより、上アームのスイッチング素子の短絡故障を検出しつつ、上アームのスイッチング素子の駆動回路の電源となるコンデンサの充電時間を短縮することができる。
　また、実施の形態に係るインバータ装置によれば、制御部は、コンデンサの充電が完了した後、上アームのスイッチング素子を当該上アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンし、上アームのスイッチング素子を含むレグの短絡有無を確認する。これにより、下アームのスイッチング素子の短絡故障を確実に検出しつつ、インバータ装置が動作可能になるまでの時間を短縮することができる。
　次に、実施の形態に係るインバータ装置６０の適用例について説明する。図４は、実施の形態に係るインバータ装置６０が搭載される手乾燥装置９０の構成例を示す斜視図である。
　手乾燥装置９０は、ケーシング９１、手検知センサ９２、水受け部９３、ドレン容器９４、カバー９６、センサ９７、及び吸気口９８を備える。ここで、センサ９７は、ジャイロセンサ及び人感センサの何れかである。手乾燥装置９０では、ケーシング９１内に図示しない電動送風機を有する。電動送風機は、上述したインバータ装置６０及びモータ３０を備えて構成される。手乾燥装置９０では、水受け部９３の上部にある手挿入部９９に手を挿入することで電動送風機による送風で水を吹き飛ばし、水受け部９３からドレン容器９４へと水を溜めこむ構造となっている。
　手乾燥装置９０は、起動までの時間が性能に直結する製品である。実施の形態に係るインバータ装置６０によれば、スイッチング素子の短絡故障を短時間で検出することができる。また、実施の形態に係るインバータ装置６０によれば、上アームのスイッチング素子の駆動用電源を短時間で充電することができる。このため、実施の形態に係るインバータ装置６０を搭載した手乾燥装置９０は、これらの効果を享受することが可能となる。
　以上の実施の形態に示した構成は、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、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　直流電源、２　下アーム駆動用電源、３～８　スイッチング素子、９～１４　駆動回路、１５～１７　コンデンサ、１８～２０　ダイオード、２１　制御部、２２　電流検知回路、２３　プロセッサ、２４　メモリ、３０　モータ、４０～４２　レグ、４４　配線、５０　インバータ回路、６０　インバータ装置、９０　手乾燥装置、９１　ケーシング、９２　手検知センサ、９３　水受け部、９４　ドレン容器、９６　カバー、９７　センサ、９８　吸気口、９９　手挿入部。

Claims (9)

  1. 　直流電源の正極側に接続された上アームのスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された下アームのスイッチング素子とが直列に接続されたレグを２つ以上備え、２つ以上の前記レグが直流電源に対して互いに並列に接続されるインバータ回路と、複数の前記スイッチング素子のそれぞれを駆動する駆動回路と、前記上アームのスイッチング素子の前記駆動回路の電源となるコンデンサと、を備えたインバータ装置に適用されるスイッチング素子の短絡検出方法であって、
    　前記インバータ装置によって負荷を駆動する前に、前記下アームのスイッチング素子を前記下アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンする第１のステップと、
    　前記下アームのスイッチング素子を含む第１のレグの短絡有無を確認した後、前記第１のレグとは異なる相のレグである第２のレグの短絡有無を確認する際に、前記第１のレグの前記下アームのスイッチング素子をオンにする第２のステップと、
    　を含むことを特徴とするスイッチング素子の短絡検出方法。
  2. 　直流電源の正極側に接続された上アームのスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された下アームのスイッチング素子とが直列に接続されたレグを２つ以上備え、２つ以上の前記レグが直流電源に対して互いに並列に接続されるインバータ回路と、複数の前記スイッチング素子のそれぞれを駆動する駆動回路と、前記上アームのスイッチング素子の前記駆動回路の電源となるコンデンサと、を備えたインバータ装置に適用されるスイッチング素子の短絡検出方法であって、
    　前記インバータ装置によって負荷を駆動する前に、複数の前記下アームのスイッチング素子を各々の前記スイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間同時にオンする第１のステップと、
    　前記第１のステップの後に各々の前記下アームのスイッチング素子を含む複数のレグにおける個々の短絡有無を確認する第２のステップと、
    　を含むことを特徴とするスイッチング素子の短絡検出方法。
  3. 　前記第２のステップの後に前記コンデンサの充電完了を確認する第３のステップと、
    　前記上アームのスイッチング素子を前記上アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンし、前記上アームのスイッチング素子を含むレグの短絡有無を確認する第４のステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング素子の短絡検出方法。
  4. 　前記第２のステップの後に前記コンデンサの充電完了を確認する第３のステップと、
    　複数の前記上アームのスイッチング素子を各々の前記上アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間同時にオンする第４のステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング素子の短絡検出方法。
  5. 　複数の前記スイッチング素子のうちの何れかの短絡故障を検出したとき、全ての前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のスイッチング素子の短絡検出方法。
  6. 　前記インバータ装置が搭載され、請求項１から５の何れか１項に記載のスイッチング素子の短絡検出方法を適用して前記インバータ装置を動作させることを特徴とする手乾燥装置。
  7. 　直流電源の正極側に接続された上アームのスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された下アームのスイッチング素子とが直列に接続されたレグを２つ以上備え、２つ以上の前記レグが直流電源に対して互いに並列に接続されるインバータ回路と、
    　複数の前記スイッチング素子のそれぞれを駆動する駆動回路と、
    　前記上アームのスイッチング素子の前記駆動回路の電源となるコンデンサと、
    　前記インバータ回路の動作を制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記下アームのスイッチング素子を前記下アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンし、前記下アームのスイッチング素子を含む第１のレグの短絡有無を確認した後、前記第１のレグとは異なる相のレグである第２のレグの短絡有無を確認する際に、前記第１のレグの前記下アームのスイッチング素子をオンにすることを特徴とするインバータ装置。
  8. 　前記コンデンサの充電が完了した後、前記上アームのスイッチング素子を前記上アームのスイッチング素子の負荷短絡耐量よりも短い時間オンし、前記上アームのスイッチング素子を含むレグの短絡有無を確認することを特徴とする請求項７に記載のインバータ装置。
  9. 　請求項７又は８に記載のインバータ装置を搭載した手乾燥装置。
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