特許ウォッチ

公開番号2025095203
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023211051
出願日2023-12-14
発明の名称電力変換装置及び電力変換装置の診断方法
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250619BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡単な構成で半導体スイッチング素子のリーク電流を検出する電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、第1の半導体スイッチング素子1を含む上アームと、第2の半導体スイッチング素子2を含む下アームと、これらを制御する第1の制御部13と、第1の半導体スイッチング素子に並列に接続された第1の電流検出器25と、第2の半導体スイッチング素子に並列に接続された第2の電流検出器26と、を備える。第1の電流検出器は、第1の電流検出素子18と、第1の電流検出素子に直列に接続された第3の半導体スイッチング素子16と、を有し、第2の電流検出器は、第2の電流検出素子19と、第2の電流検出素子に直列に接続された第4の半導体スイッチング素子17と、を有し、第2の制御部22が、第3の半導体スイッチング素子及び第4の半導体スイッチング素子を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の半導体スイッチング素子を含む上アームと、
前記第１の半導体スイッチング素子に直列に接続された第２の半導体スイッチング素子を含む下アームと、
前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子を制御する第１の制御部と、
前記第１の半導体スイッチング素子に並列に接続され、前記下アームで発生するリーク電流を検出する第１の電流検出器と、
前記第２の半導体スイッチング素子に並列に接続され、前記上アームで発生するリーク電流を検出する第２の電流検出器と、を備え、
前記第１の電流検出器は、第１の電流検出素子と、前記第１の電流検出素子に直列に接続された第３の半導体スイッチング素子と、を有し、
前記第２の電流検出器は、第２の電流検出素子と、前記第２の電流検出素子に直列に接続された第４の半導体スイッチング素子と、を有し、
前記第３の半導体スイッチング素子および前記第４の半導体スイッチング素子を制御する第２の制御部と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の制御部が、前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子をオフし、
前記第２の制御部が、前記第３の半導体スイッチング素子をオフするとともに、前記第４の半導体スイッチング素子をオンした際に、
前記第２の電流検出素子により出力された電流値から前記第１の電流検出素子により出力された電流値を減算した値に基づいて、前記上アームで発生したリーク電流を計測することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の制御部が、前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子をオフし、
前記第２の制御部が、前記第３の半導体スイッチング素子をオンするとともに、前記第４の半導体スイッチング素子をオフした際に、
前記第１の電流検出素子により出力された電流値から前記第２の電流検出素子により出力された電流値を減算した値に基づいて、前記下アームで発生したリーク電流を計測することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の半導体スイッチング素子、前記第２の半導体スイッチング素子、前記第３の半導体スイッチング素子、前記第４の半導体スイッチング素子は、MOSFET、IGBT、HEMTのいずれか、または、それらの組み合わせであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の半導体スイッチング素子、前記第２の半導体スイッチング素子、前記第３の半導体スイッチング素子、前記第４の半導体スイッチング素子の少なくともいずれか１つは、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成した回路であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第３の半導体スイッチング素子のソース端子と前記第１の半導体スイッチング素子間に前記第１の電流検出素子が接続され、
前記第４の半導体スイッチング素子のソース端子と前記第２の半導体スイッチング素子間に前記第２の電流検出素子が接続されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の電流検出素子および前記第２の電流検出素子は、抵抗体で構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の電流検出器は、前記第１の電流検出素子に直列に接続された第５の半導体スイッチング素子と、前記第１の電流検出素子および前記第５の半導体スイッチング素子に並列に接続された第３の電流検出素子および第６の半導体スイッチング素子と、を有し、
前記第２の電流検出器は、前記第２の電流検出素子に直列に接続された第７の半導体スイッチング素子と、前記第２の電流検出素子および前記第７の半導体スイッチング素子に並列に接続された第４の電流検出素子および第８の半導体スイッチング素子と、を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記計測されたリーク電流の値から前記第１の半導体スイッチング素子の接合温度を算出することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記計測されたリーク電流の値から前記第２の半導体スイッチング素子の接合温度を算出することを特徴とする電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置の構成とその診断方法に係り、特に、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子の診断に適用して有効な技術に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄道や大型産業機器向けの電動機を制御するために用いる電力変換装置や電力系統用などの大容量の周波数変換に用いる電力変換装置は、大容量の電力用半導体素子を用いて、高電圧かつ大電流の電力制御を行うものである。
【０００３】
このような機器では、稼働中に故障が発生すると、システムの損傷や計画外のシステム停止が生じ、大きな経済的損失が発生する可能性がある。こうした状況を防止する目的で、電力変換装置の劣化や異常の予兆を検出し、機能停止による破壊防止、機器を更新する必要性の関係者への通知、また電力変換装置の延命制御等が必要である。
【０００４】
電力変換装置の故障要因の一つとして、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子の破壊が知られている。半導体スイッチング素子の破壊要因の一つとしては、電圧ブロッキング時のリーク電流増加による耐圧不良が知られている。
【０００５】
耐圧不良による半導体スイッチング素子の破壊を防止する目的で、半導体スイッチング素子の耐圧不良を検出する技術が知られている。例えば、特許文献１では、半導体スイッチング素子に印加される電圧情報から耐圧劣化を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第２０２２／１５３５２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、半導体スイッチング素子の劣化や異常を事前に検知するには、電力変換装置の主耐圧リーク電流、すなわちスイッチング素子のリーク電流の検出が有効である。
【０００８】
上記特許文献１に記載の方法では、ハイサイドとローサイドに設けられたスイッチング素子の動作が停止し、両スイッチング素子の温度が環境温度よりも高温な状態において、制御回路が電圧検出器によって検出した電圧値から両スイッチング素子の耐圧劣化を判断する。
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、スイッチング素子のリーク電流を定量的に測定する方法については何ら触れられておらず、電力変換装置の劣化や異常の予兆を検出する観点においては、改善の余地がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、半導体スイッチング素子を有する電力変換装置において、比較的簡単な構成で半導体スイッチング素子のリーク電流を検出可能な電力変換装置及びその診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許