交流直流変換装置、圧縮機駆動装置、空気調和機
【課題】双方向スイッチの故障検知を行うことのできる交流直流変換装置を得る。
【解決手段】整流器３の出力端子間に直列接続された抵抗６、７と、整流器３の出力端子間に直列接続されたコンデンサ９、１０と、整流器３の一方の入力端子に一端が接続された双方向スイッチ４と、整流器３の他方の入力端子に一端が接続された双方向スイッチ５と、一端が抵抗６、７の接続点に接続され、他端がコンデンサ９、１０の接続点に接続された双方向スイッチ８と、抵抗６の電圧、抵抗７の電圧、整流器３の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つを検出する電圧検出手段と、双方向スイッチの故障を検知する異常検知手段２０と、を備え、双方向スイッチ４および双方向スイッチ５の他端は抵抗６、７の接続点に接続されており、異常検知手段２０は、電圧検出手段の検出結果に基づき故障を検知する。
【解決手段】整流器３の出力端子間に直列接続された抵抗６、７と、整流器３の出力端子間に直列接続されたコンデンサ９、１０と、整流器３の一方の入力端子に一端が接続された双方向スイッチ４と、整流器３の他方の入力端子に一端が接続された双方向スイッチ５と、一端が抵抗６、７の接続点に接続され、他端がコンデンサ９、１０の接続点に接続された双方向スイッチ８と、抵抗６の電圧、抵抗７の電圧、整流器３の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つを検出する電圧検出手段と、双方向スイッチの故障を検知する異常検知手段２０と、を備え、双方向スイッチ４および双方向スイッチ５の他端は抵抗６、７の接続点に接続されており、異常検知手段２０は、電圧検出手段の検出結果に基づき故障を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流を直流に変換する装置、その装置を用いた圧縮機駆動装置、および空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流直流変換装置に関し、『単相交流電源とダイオードで構成された全波整流回路とリアクトルと、コンデンサ直列回路と、双方向スイッチと、負荷が、接続された構成において、双方向スイッチをスイッチングさせることにより、交流入力電流を高力率化する場合、直列接続されたコンデンサの電圧が半サイクル期間内で不均衡になる』ことを課題とする技術として、『単相交流電源とダイオードで構成された全波整流回路の一方の交流入力との間にリアクトルが、全波整流回路の直流出力間にコンデンサ直列回路が、コンデンサ直列回路の内部接続点と全波整流回路の各交流入力との間に双方向スイッチ１０、１１が、コンデンサ直列回路と並列に負荷１４が、各々接続された構成において、直列接続されたコンデンサ１２とコンデンサ１３の電圧を検出して、この電圧が均等になるように、双方向スイッチ１０および１１を高周波でオン・オフ制御する。』というものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２６２５号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の交流直流変換装置では、全波整流回路の直流出力端子間にコンデンサ直列回路を接続し、そのコンデンサ直列回路の内部接続点と全波整流回路の交流入力端子各々との間に双方向スイッチを各々接続した構成としている。
そのため、もし双方向スイッチのどちらか一方がショート故障している状態で交流電源が印加されると、倍電圧回路の状態となる。
このとき、整流回路の直流出力端子間に接続されている部品の保障耐圧以上の電圧が掛かり、二次破壊を起こす可能性がある。
【０００５】
また、前記コンデンサ直列回路の内部接続点と前記双方向スイッチ１０、１１の接続点との間に第３の双方向スイッチが存在したとしても、第３の双方向スイッチをＯＮさせる前に前記双方向スイッチ１０、１１のショート故障を検知できなければ、前記双方向スイッチ１０、１１のどちらかがショート故障している場合、第３の双方向スイッチがＯＮすると共に倍電圧回路の状態となる問題が残る。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、双方向スイッチの故障検知を行うことのできる交流直流変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る交流直流変換装置は、交流電源にリアクタを介して接続される整流器と、前記整流器の出力端子間に直列接続された抵抗で構成される直列抵抗回路と、前記整流器の出力端子間に直列接続されたコンデンサで構成されるコンデンサ直列回路と、前記整流器の一方の入力端子に一端が接続された第１双方向スイッチと、前記整流器の他方の入力端子に一端が接続された第２双方向スイッチと、一端が前記抵抗の接続点に接続され、他端が前記コンデンサの接続点に接続された第３双方向スイッチと、前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチの動作を制御する制御手段と、前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧、前記整流器の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出する電圧検出手段と、前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチの少なくとも一方の故障を検知する異常検知手段と、を備え、前記第１双方向スイッチの他端および前記第２双方向スイッチの他端は前記抵抗の接続点に接続されており、前記異常検知手段は、前記電圧検出手段の検出結果に基づき前記故障を検知するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る交流直流変換装置によれば、双方向スイッチにショート故障が発生したときに生じる抵抗電圧の特徴に着目し、電圧検出手段の検出結果に基づき、双方向スイッチのショート故障を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の回路図である。
本実施の形態１に係る交流直流変換装置は、リアクタ２、整流器３、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、抵抗６および７、第３双方向スイッチ８、コンデンサ９および１０、バランス抵抗１１および１２、クランプダイオード１３および１４、負荷１５、第１電圧検出器１６、第２電圧検出器１７、電源電圧ゼロクロス検出回路１８、制御手段１９、異常検知手段２０、異常報知手段２１を備える。
【００１０】
リアクタ２は、交流電源１と整流器３の間に挿入されている。
整流器３は、ブリッジ状に接続されたダイオード３ａ〜３ｄから構成されており、交流電源１が供給する交流を整流して出力する。
第１双方向スイッチ４の一端は、整流器３の一方の入力端子に接続されている。
第２双方向スイッチ５の一端は、整流器３の他方の入力端子に接続されている。
【００１１】
抵抗６および７は、整流器３の出力端子間に直列に接続されている。
抵抗６と抵抗７の接続点は、第１双方向スイッチ４と第２双方向スイッチ５の負荷１５側の端子に接続されている。また、同接続点は、第３双方向スイッチ８の交流電源１側の端子にも接続されている。
抵抗６と抵抗７は、同じ抵抗値のものを用いるものとする。
【００１２】
コンデンサ９および１０、バランス抵抗１１および１２、クランプダイオード１３および１４は、それぞれ整流器３の出力端子間に直列に接続されている。
バランス抵抗１１および１２は、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０の端子間電圧をバランスさせるためのものである。
クランプダイオード１３および１４は、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０の端子間電圧がアンバランスとなった状態で交流電源１をＯＦＦしたとき、前記コンデンサ間に逆電圧が印加されるのを防止するためのものである。
コンデンサ９とコンデンサ１０の容量は同じ容量のものを用いるものとする。また、抵抗９と抵抗１０は同じ抵抗値のものを用いるものとする。
コンデンサ９および１０の接続点と、抵抗１１および１２の接続点と、ダイオード１３および１４の接続点は、それぞれ第３双方向スイッチ８の負荷１５側の端子に接続されている。
【００１３】
負荷１５は整流器３の出力端子間に接続された負荷であり、例えば空気調和機の圧縮機を駆動するためのインバータ回路などが接続される。
【００１４】
第１電圧検出器１６は、抵抗６の両端電圧を検出する。
第２電圧検出器１７は、抵抗７の両端電圧を検出する。
電源電圧ゼロクロス検出回路１８は、交流電源１の電圧ゼロクロスを検出する。
【００１５】
制御手段１９は、外部から与えられる整流器３の出力端子間の電圧指令値と、第１電圧検出器１６および第２電圧検出器１７が検出した電圧値と、電源ゼロクロス検出回路の出力と、後述する異常検知手段２０の出力を基に、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
異常検知手段２０は、後述の図２で説明する手法を用いて、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知する。
【００１６】
制御手段１９と異常検知手段２０は、これらの機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のような演算装置とその動作を規定するソフトウェアで構成することもできる。
【００１７】
異常報知手段２１は、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知した場合、異常を報知する。
例えば、異常を報知する手段として、異常報知ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を設けておき、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知しなかった場合は異常報知ＬＥＤ（図示せず）を消灯し、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知した場合は異常報知ＬＥＤ（図示せず）を点灯する、という手法が考えられる。
【００１８】
その他、交流直流変換装置の使用者または管理者等に異常の有無、内容がわかる報知方法ならば、音や光、リモコンへの表示、負荷１５側に接続される表示器への表示等、任意の手法を用いることができる。
【００１９】
ただし、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５が両方ともショート故障した場合は、交流電源１がリアクタ２のみの短絡状態とほぼ等価となり、過大な電流が流れ、交流電源１と整流器３との間に挿入されているヒューズ（図示せず）の溶断で二次破壊を防ぐことになる。
【００２０】
以上、本実施の形態１に係る交流直流変換装置の構成を説明した。
次に、本実施の形態１に係る交流直流変換装置の動作について説明する。
【００２１】
図２は、本実施の形態１に係る交流直流変換装置の動作フローチャートである。以下図２の各ステップについて説明する。
【００２２】
（ＳＴＥＰ１）
交流直流変換装置の電源がＯＮされると、交流電源１が印加される。
（ＳＴＥＰ２）
制御手段１９は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御する。これにより、交流直流変換装置は全波整流回路として動作することになる。
【００２３】
（ＳＴＥＰ３）
制御手段１９は、外部から与えられる電圧指令値が整流器３の出力端子間の電圧以下の場合は、交流直流変換装置を全波整流回路のまま動作させる。外部から与えられる電圧指令値が整流器３の出力端子間の電圧より高い場合は、ＳＴＥＰ４に進む。
なお、整流器３の出力端子間の電圧は、第１電圧検出器１６と第２電圧検出器１７が検出した電圧の和により求めることができる。
【００２４】
（ＳＴＥＰ４）
異常検知手段２０は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５にショート故障が生じているか否かを判定する。第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知しなかった場合はＳＴＥＰ５へ進み、検知したときはＳＴＥＰ６へ進む。
ショート故障の検知手法については、後述の図３〜図５を用いて改めて説明する。
【００２５】
（ＳＴＥＰ５）
制御手段１９は、第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
（ＳＴＥＰ６）
制御手段１９は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御する。これにより、交流直流変換装置は全波整流回路として動作することになる。
（ＳＴＥＰ７）
異常報知手段２１は、異常を報知する。
【００２６】
なお、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知し、交流直流変換装置を全波整流回路として動作させるときは、整流器３間の出力端子間の電圧が電圧指令値より低い値となる。
そのため、負荷１５として、例えば空気調和機の圧縮機を駆動するためのインバータ回路などが接続されている場合は、圧縮機の運転範囲を制限することが好ましい。
【００２７】
以上、本実施の形態１に係る交流直流変換装置の動作を説明した。
次に、図２のＳＴＥＰ４におけるショート故障検知手法の詳細を説明する。
【００２８】
異常検知手段２０は、図２のＳＴＥＰ４において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御しており、かつ抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値以上あるときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定する。
第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５の正常時およびショート故障時における各部波形について、次の図３〜５を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図３は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
図４は、第１双方向スイッチ４にショート故障が生じ、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
図５は、第２双方向スイッチ５にショート故障が生じ、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
この一例では、交流電源１の電圧としてＡＣ２００Ｖを印加し、負荷１５として１００Ｗ一定負荷を接続しているものとする。
【００３０】
図３〜５において、（ａ）は交流電源１の電圧、（ｂ）は交流電源１の電流、（ｃ）は制御手段１９が出力する第１双方向スイッチ４の制御信号、（ｄ）は制御手段１９が出力する第２双方向スイッチ５の制御信号、（ｅ）は制御手段１９が出力する第３双方向スイッチ８の制御信号、（ｆ）は抵抗６の両端電圧、（ｇ）は抵抗７の両端電圧、（ｈ）はコンデンサ９の端子間電圧、（ｉ）はコンデンサ１０の端子間電圧である。
また、（ｆ）〜（ｉ）において、整流器３の出力端子間の電圧も併記した。
【００３１】
（１）全ての双方向スイッチが正常であるとき
ＳＴＥＰ２の状態で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常なときは、図３（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧には整流器３の出力端子間の電圧の１／２の電圧が現れる。
【００３２】
（２）第１双方向スイッチ４にショート故障が生じているとき
ＳＴＥＰ２の状態で、第１双方向スイッチ４にショート故障が生じ、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常なときは、図４（ｆ）（ｇ）のように交流電源１の電圧状態により、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧に異なった電圧が現れる。
これは、交流電源１が正極性の場合で、交流電源１の電圧＞抵抗７の両端電圧のときは、交流電源１→リアクタ２→第１双方向スイッチ４（ショート故障）→抵抗７→ダイオード３ｄ→交流電源１の経路で電流が流れる状態が生じるためである。
即ち、このとき抵抗７の両端には、ほぼ交流電源１の電圧が印加されるので、抵抗７の両端電圧が抵抗６の両端電圧より高くなるのである。
【００３３】
また、交流電源１が負極性の場合で、交流電源１の電圧の絶対値＞抵抗６の両端電圧のときは、交流電源１→ダイオード３ｂ→抵抗６→第１双方向スイッチ４（ショート故障）→リアクタ２→交流電源１の経路で電流が流れる状態が生じる。
そのため、抵抗６の両端には、ほぼ交流電源１の電圧が印加されるので、抵抗６の両端電圧が抵抗７の両端電圧より高くなる。
【００３４】
（３）第２双方向スイッチ５にショート故障が生じているとき
同様に、ＳＴＥＰ２の状態で、第２双方向スイッチ５にショート故障が生じ、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常なときも、図５（ｆ）（ｇ）のように交流電源１の電圧状態により、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧に異なった電圧が現れる。
【００３５】
したがって、ＳＴＥＰ２の状態で、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値（例えば５０Ｖ）以上あるときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定することができる。
【００３６】
以上の説明では、抵抗６と７の両端電圧に基づき各双方向スイッチのショート故障を検知することを説明した。一方、これに代えて、コンデンサ９と１０の端子間電圧に基づき各双方向スイッチのショート故障を検知することも考えられる。
しかし、コンデンサ９およびコンデンサ１０の端子間電圧を検出したとしても、図３〜５の（ｈ）（ｉ）を見てわかるように、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のショート故障の有無に関らず、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０の端子間電圧にはほとんど差異が生じていない。したがって、これらの端子間電圧に基づき第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知するのは困難である。
【００３７】
本実施の形態１では、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧を検出するようにしているが、抵抗６の両端電圧、抵抗７の両端電圧、または整流器３の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出できれば、同様な処理が実現できることは言うまでもない。
また、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を判定する方法として、整流器３の出力端子間の電圧の１／２の値と、抵抗６の両端電圧もしくは抵抗７の両端電圧との差の絶対値が所定値以上になったときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定してもよい。
【００３８】
以上のように、本実施の形態１では、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じているときは、交流電源１の電圧変動に伴って、抵抗６と７の両端電圧にそれぞれ異なる電圧が現れる。
異常検知手段２０は、これを利用して、抵抗６と７の両端電圧の検出値に基づき、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知することができる。
【００３９】
また、本実施の形態１において、異常検知手段２０が、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチのショート故障を検知したときは、制御手段１９は第１〜３双方向スイッチをＯＦＦに制御し、交流直流変換装置を全波整流回路として動作させる。
これにより、他の素子等の２次破壊を防止することができる。
【００４０】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の回路図である。
図６において、図１と同じ構成要素には同符号を付す。
４’は、図１における第１双方向スイッチ４と等価となる第１双方向スイッチ等価モジュールであり、ダイオード４ａ〜４ｄおよびスイッチング素子４ｅから構成されている。
５’は、図１における第２双方向スイッチ５と等価となる第２双方向スイッチ等価モジュールであり、ダイオード５ａ〜５ｄおよびスイッチング素子５ｅから構成されている。
スイッチング素子４ｅおよび５ｅは、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成することができる。
【００４１】
本実施の形態２に係る交流直流変換装置の動作は、実施の形態１に係る交流直流変換装置の第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５が、それぞれ第１双方向スイッチ等価モジュール４’および第２双方向スイッチ等価モジュール５’と置き換わった点を除いて、実施の形態１に係る交流直流変換装置と同様である。
【００４２】
次に、第１双方向スイッチ等価モジュール４’および第２双方向スイッチ等価モジュール５’の正常時およびショート故障時における各部波形について詳細に説明する。
始めに各双方向スイッチ等価モジュール内のスイッチング素子のショート故障について説明し、次に各双方向スイッチ等価モジュール内のダイオードのショート故障について説明する。
【００４３】
（１）各双方向スイッチ等価モジュール内のスイッチング素子のショート故障
（１．１）全ての部品が正常な場合
第１双方向スイッチ等価モジュール４’、第２双方向スイッチ等価モジュール５’、および第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形は、図３と同様な波形となる。
【００４４】
（１．２）スイッチング素子４ｅが少なくともショート故障の場合
第１双方向スイッチ等価モジュール４’内のスイッチング素子４ｅが少なくともショート故障で、第２双方向スイッチ等価モジュール５’および第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形は、図４と同様な波形となる。
【００４５】
（１．３）スイッチング素子５ｅが少なくともショート故障の場合
第２双方向スイッチ等価モジュール５’内のスイッチング素子５ｅが少なくともショート故障で、第１双方向スイッチ等価モジュール４’および第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形は、図５と同様な波形となる。
【００４６】
ただし、図３〜５において、第１双方向スイッチ４の制御信号、第２双方向スイッチ５の制御信号は、それぞれ第１双方向スイッチ等価モジュール４’の制御信号、第２双方向スイッチ等価モジュール５’の制御信号と置き換える必要がある。
【００４７】
（２）各双方向スイッチ等価モジュール内のダイオードのショート故障
図７は、第１双方向スイッチ等価モジュール４’内のダイオード４ａのみがショート故障で、第２双方向スイッチ等価モジュール５’および第３双方向スイッチ８が正常な場合における、各部波形の一例である。
制御手段１９は、第１双方向スイッチ等価モジュール４’、第２双方向スイッチ等価モジュール５’、および第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御している。
また、この一例では、交流電源１の電圧としてＡＣ２００Ｖを印加し、負荷１５として１００Ｗ一定負荷を接続しているものとする。
【００４８】
図７において、（ａ）は交流電源１の電圧、（ｂ）は交流電源１の電流、（ｃ）は制御手段１９が出力する第１双方向スイッチ等価モジュール４’の制御信号、（ｄ）は制御手段１９が出力する第２双方向スイッチ等価モジュール５’の制御信号、（ｅ）は制御手段１９が出力する第３双方向スイッチ８の制御信号、（ｆ）は抵抗６の両端電圧、（ｇ）は抵抗７の両端電圧、（ｈ）はコンデンサ９の端子間電圧、（ｉ）はコンデンサ１０の端子間電圧である。
また、（ｆ）〜（ｉ）においては、整流器３の出力端子間の電圧も記載している。
【００４９】
第１双方向スイッチ等価モジュール４’内のダイオード４ａのみがショート故障であるとき、図７（ｆ）（ｇ）のように、交流電源１の電圧状態により抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧に異なった電圧が現れる。
これは、交流電源１が負極性の場合で、交流電源１の電圧の絶対値＞抵抗６の両端電圧のときは、交流電源１→ダイオード３ｂ→抵抗６→ダイオード４ｂ→ダイオード４ａ（ショート故障）→リアクタ２→交流電源１の経路で電流が流れる状態が生じることによる。
即ち、抵抗６の両端にほぼ交流電源１の電圧が印加されるので、抵抗６の両端電圧が抵抗７の両端電圧より高くなるのである。
【００５０】
同様に、第１双方向スイッチ等価モジュール４’を構成する部品４ａ〜４ｅの少なくとも１つがショート故障している場合、もしくは第２双方向スイッチ等価モジュール５’を構成する部品５ａ〜５ｅの少なくとも１つがショート故障している場合、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、異なった電圧が現れる。
したがって、制御手段１９が第１双方向スイッチ等価モジュール４’、第２双方向スイッチ等価モジュール５’、および第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御しており、かつ抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値（例えば５０Ｖ）以上あるときは、異常検知手段２０は、第１双方向スイッチ等価モジュール４’または第２双方向スイッチ等価モジュール５’にショート故障が生じていると判定することができる。
【００５１】
以上の説明では、抵抗６と７の両端電圧に基づき各双方向スイッチ等価モジュールのショート故障を検知することを説明した。一方、これに代えて、コンデンサ９と１０の端子間電圧に基づき各双方向スイッチ等価モジュールのショート故障を検知することも考えられる。
しかし、コンデンサ９およびコンデンサ１０の端子間電圧を検出したとしても、図３〜５（ただし、第１双方向スイッチ４の制御信号，第２双方向スイッチ５の制御信号をそれぞれ第１双方向スイッチ等価モジュール４’の制御信号、第２双方向スイッチ等価モジュール５’の制御信号と置き換える必要がある）の（ｈ）（ｉ）および図７の（ｈ）（ｉ）を見てわかるように、第１双方向スイッチ等価モジュール４’、第２双方向スイッチ等価モジュール５’のショート故障の有無に関らず、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０間の端子間電圧にはほとんど差異が生じていない。
したがって、これらの端子間電圧に基づき、第１双方向スイッチ等価モジュール４’または第２双方向スイッチ等価モジュール５’のショート故障を検知するのは困難である。
【００５２】
以上のように、本実施の形態２によれば、双方向スイッチをダイオードとスイッチング素子の組み合わせである双方向スイッチ等価モジュールで実現しても、実施の形態１の交流直流変換装置と同様な効果を実現できる。
【００５３】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障を検知する手法を説明する。
なお、本実施の形態３に係る交流直流変換装置の回路構成は、実施の形態１で説明した図１または実施の形態２で説明した図６と同様である。以下の説明では、図１の回路構成を用いる。
【００５４】
異常検知手段２０は、第１電圧検出器１６および第２電圧検出器１７が検出した電圧値と、外部から与えられる電圧指令値を基に、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障を検知する。
異常報知手段２１は、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障もしくはオープン故障を検知したとき、異常を報知する。
【００５５】
図８は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のいずれか１つがショート故障もしくはオープン故障したケースを列挙した図である。図８に示すように、故障ケースは６通り存在する。以下、各故障ケースを検知する手法について説明する。
【００５６】
図９は、本実施の形態３に係る交流直流変換装置の動作フローである。
図９の動作フローは、図２の動作フローにＳＴＥＰ４ａ〜４ｃおよび５ａを追加したものであり、その他のステップは図２と同様であるため、図２と同じステップには同じステップ番号を付す。
以下、図９の各ステップについて、図２と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
（ＳＴＥＰ４ａ）
ＳＴＥＰ４で異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知しなかった場合、制御手段１９は、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御したまま、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御する。
【００５８】
（ＳＴＥＰ４ｂ）
異常検知手段２０は、ＳＴＥＰ４ａの状態において、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のオープン故障検知判定および第３双方向スイッチ８のショート故障判定を行う。
【００５９】
（ＳＴＥＰ４ｃ）
ＳＴＥＰ４ｂで異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のオープン故障、および第３双方向スイッチ８のショート故障を検知しなかった場合、制御手段１９は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８を一旦ＯＦＦ状態に制御する。
【００６０】
（ＳＴＥＰ５ａ）
制御手段１９がＳＴＥＰ５で第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを制御しているとき、異常検知手段２０は第３双方向スイッチ８のオープン故障判定を行う。
第３双方向スイッチ８のオープン故障を検知しなかったときは、ＳＴＥＰ５に戻る。
【００６１】
（ＳＴＥＰ６）
ＳＴＥＰ４、４ｂ、５ａで第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障もしくはオープン故障のいずれか少なくとも１つを検知した場合、制御手段１９は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御する。
【００６２】
以上、本実施の形態３に係る交流直流変換装置の動作フローを説明した。
次に、ＳＴＥＰ４、４ｂ、５ａにおける故障検知手法について説明する。
【００６３】
（１）ＳＴＥＰ４におけるショート故障検知手法
ＳＴＥＰ４における異常検知手段２０の第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障判定方法は、実施の形態１の交流直流変換装置のときと同様である。
即ち、制御手段１９が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御しており、かつ抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値以上であるとき、異常検知手段２０は第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定する。
【００６４】
（２）ＳＴＥＰ４ｂにおけるオープン故障検知手法
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御しているとき、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値以上にならない場合は、異常検知手段２０は第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じていると判定する。
この手法を用いる理由について、以下に説明する。
【００６５】
制御手段１９が第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４をＯＮ状態に制御しており、かつ第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常であるときは（図８の正常ケース）、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧にはそれぞれ図４（ｆ）（ｇ）のような電圧が現れる。
また、制御手段１９が第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御しており、かつ第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常であるときは（図８の正常ケース）、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧にはそれぞれ図５（ｆ）（ｇ）のような電圧が現れる。
【００６６】
一方、制御手段１９が第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４をＯＮ状態に制御しており、かつ第１双方向スイッチ４がオープン故障で、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常であるときは（図８の故障ケース４）、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧には、それぞれ図３（ｆ）（ｇ）のような電圧が現れる。
また、制御手段１９が第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御しており、かつ第２双方向スイッチ５がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常であるときも（図８の故障ケース５）、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧には、それぞれ図３（ｆ）（ｇ）のような電圧が現れる。
【００６７】
したがって、制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御している場合で、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値（例えば５０Ｖ）以上にならないとき、異常検知手段２０は、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じていると判定することができる。
【００６８】
（３）ＳＴＥＰ４ｂにおけるショート故障検知手法
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御しているとき、整流器３の出力端子間の電圧がＳＴＥＰ４ａ前の電圧値より所定値以上高くなった場合、異常検知手段２０は、第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定する。
この手法を用いる理由について、以下に説明する。
なお、整流器３の出力端子間の電圧は、第１電圧検出器１６と第２電圧検出器１７が検出した電圧の和により求めることができる。
【００６９】
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御している場合、第３双方向スイッチ８がショート故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常であるときは（図８の故障ケース３）、交流直流変換回路が倍電圧回路となる。
そのため、整流器３の出力端子間の電圧は、ＳＴＥＰ４ａ前の電圧値より高くなる。
【００７０】
したがって、制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御している場合で、整流器３の出力端子間の電圧がＳＴＥＰ４ａ前の電圧値より所定値以上高くなったとき、異常検知手段２０は、第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定することができるのである。
【００７１】
（４）ＳＴＥＰ５ａにおけるオープン故障検知手法
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５をＯＮ／ＯＦＦ制御している場合で、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値に達しないとき、異常検知手段２０は、第３双方向スイッチ８にオープン故障が生じていると判定する。
この手法を用いる理由について、以下に説明する。
なお、整流器３の出力端子間の電圧は、第１電圧検出器１６と第２電圧検出器１７が検出した電圧の和により求めることができる。
【００７２】
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５をＯＮ／ＯＦＦ制御している場合、第３双方向スイッチ８がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常（図８の故障ケース６）であるときは、交流直流変換回路が倍電圧回路となる状態が生じない。
そのため、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値に達しない。
【００７３】
したがって、制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５をＯＮ／ＯＦＦ制御している場合、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値に達しないとき，異常検知手段２０は、第３双方向スイッチ８にオープン故障が生じていると判定することができるのである。
【００７４】
以上、ＳＴＥＰ４、４ｂ、５ａにおける故障検知手法について説明した。
なお、図８の故障ケース１、故障ケース２については、実施の形態１と同じく、ＳＴＥＰ４にて検出することが可能である。
【００７５】
本実施の形態３では、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障をすべて検知する方法について記載したが、これらの一部のみ検知するようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施の形態３では、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧を検出する構成としているが、抵抗６の両端電圧、抵抗７の両端電圧、または整流器３の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出できれば、同様な処理が実現できることは言うまでもない。
【００７７】
また、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を判定する際、整流器３の出力端子間の電圧の１／２の値と、抵抗６の両端電圧もしくは抵抗７の両端電圧との差分の絶対値が所定値以上になったときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定してもよい。
【００７８】
また、各双方向スイッチを、実施の形態２で説明したように、ダイオードとスイッチング素子の組み合わせで実現しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００７９】
以上のように、本実施の形態３によれば、各双方向スイッチにショート故障またはオープン故障が生じているときに現れる、抵抗６と７の両端電圧の波形に着目し、異常検知手段２０はこれを利用して、これらの故障を検知することができる。
【００８０】
また、本実施の形態３によれば、異常検知手段２０が、第１〜３双方向スイッチのショート故障もしくはオープン故障のいずれか少なくとも１つを検知した場合は、制御手段１９は、第１〜３双方向スイッチをＯＦＦに制御し、交流直流変換装置を全波整流回路として動作させる。
これにより、他の素子等の２次破壊を防止することができる。
【００８１】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障を検知する他の手法を説明する。
なお、本実施の形態３に係る交流直流変換装置の回路構成は、実施の形態１で説明した図１または実施の形態２で説明した図６と同様である。以下の説明では、図１の回路構成を用いる。
【００８２】
異常検知手段２０は、第１電圧検出器１６および第２電圧検出器１７が検出した電圧値と、外部から与えられる電圧指令値を基に、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障を検知する。
異常報知手段２１は、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障もしくはオープン故障を検知したとき、異常を報知する。
【００８３】
図１０は、本実施の形態４に係る交流直流変換装置の動作フローである。
図１０の動作フローは、図９の動作フローのＳＴＥＰ４ａと４ｂをそれぞれＳＴＥＰ４ａ’と４ｂ’に変更したものであり、その他のステップは図９と同様であるため、図９と同じステップには同じステップ番号を付す。
以下、図１０の各ステップについて、図９と異なる点を中心に説明する。
【００８４】
（ＳＴＥＰ４ａ’）
制御手段１９は、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御したまま、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５を、電源電圧ゼロクロス検出回路１８の出力に基づき電源電圧が正ピーク値および負ピーク値付近で片方ずつ所定時間（例えば５００μｓ）のみＯＮ状態に制御する。
所定時間（例えば５００μｓ）のみＯＮ状態としているのは、もし第３双方向スイッチ８がショート故障している状態で第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５を長時間ＯＮ状態に制御した場合、交流直流変換装置が倍電圧回路となり、整流器３の出力端子間に高電圧が印加されて各部品の負担となるからである。
本ステップでは、これを防ぐため、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５を短時間のみＯＮに制御することとした。
【００８５】
（ＳＴＥＰ４ｂ’）
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値以上にならないとき、異常検知手段２０は、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じているか、もしくは第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定する。
【００８６】
以上、本実施の形態４に係る交流直流変換装置の動作フローを説明した。
次に、ＳＴＥＰ４ｂ’における故障検知手法について説明する。
【００８７】
図１１〜１４は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常であるとき、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５がオープン故障であるとき、第３双方向スイッチ８がショート故障であるときにおける各部波形について詳細に説明する図である。
【００８８】
図１１は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常（図８の正常ケース）である場合における各部波形の一例である。
図１２は、第１双方向スイッチ４がオープン故障で、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常である場合（図８の故障ケース４）における各部波形の一例である。
図１３は、第２双方向スイッチ５がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常である場合（図８の故障ケース５）における各部波形の一例である。
図１４は、第３双方向スイッチ８がショート故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常である場合（図８の故障ケース３）の各部波形の一例である。
これらの一例では、交流電源１の電圧としてＡＣ２００Ｖを印加し、負荷１５として１００Ｗ一定負荷を接続しているものとする。
【００８９】
図１１〜１４において、（ａ）は交流電源１の電圧、（ｂ）は交流電源１の電流、（ｃ）は制御手段１９が出力する第１双方向スイッチ４の制御信号、（ｄ）は制御手段１９が出力する第２双方向スイッチ５の制御信号、（ｅ）は制御手段１９が出力する第３双方向スイッチ８の制御信号、（ｆ）は抵抗６の両端電圧、（ｇ）は抵抗７の両端電圧、（ｈ）はコンデンサ９の端子間電圧、（ｉ）はコンデンサ１０の端子間電圧である。
また、（ｆ）〜（ｉ）において、整流器３の出力端子間の電圧も記載している。
【００９０】
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常なときは、図１１（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、それぞれ異なる電圧が現れる。
【００９１】
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４をＯＮ状態に制御している場合、第１双方向スイッチ４がオープン故障で、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常（図８の故障ケース４）であるときは、図１２（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、整流器３の出力端子間の１／２の電圧が平坦に現れる。
これは、第１双方向スイッチ４にオープン故障が生じているため、図１２の前半区間で第１双方向スイッチ４をＯＮするよう制御しても、第１双方向スイッチ４がＯＮにならないことによる。
【００９２】
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、第２双方向スイッチ５がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常（図８の故障ケース５）であるときは、図１３（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、整流器３の出力端子間の１／２の電圧が平坦に現れる。
これは、第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じているため、図１３の後半区間で第２双方向スイッチ５をＯＮするよう制御しても、第２双方向スイッチ５がＯＮにならないことによる。
【００９３】
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、第３双方向スイッチ８がショート故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常（図８の故障ケース３）であるときは、図１４（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、整流器３の出力端子間の１／２の電圧が平坦に現れる。
【００９４】
したがって、ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値（例えば５０Ｖ）以上にならないとき、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じているか、もしくは第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定することができる。
【００９５】
以上の説明では、抵抗６と７の両端電圧に基づき各双方向スイッチのショート故障またはオープン故障を検知することを説明した。一方、これに代えて、コンデンサ９と１０の端子間電圧に基づき各双方向スイッチのショート故障またはオープン故障を検知することも考えられる。
しかし、コンデンサ９およびコンデンサ１０の端子間電圧を検出したとしても、図１１〜１４の（ｈ）（ｉ）を見てわかるように、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のオープン故障もしくは第３双方向スイッチ８のショート故障が生じても、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０の端子間電圧にはほとんど差異が生じていない。
したがって、これらの端子間電圧に基づき、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のオープン故障、もしくは第３双方向スイッチ８のオープン故障を検知するのは困難である。
【００９６】
以上、ＳＴＥＰ４ｂ’における故障検知手法について説明した。
なお、図８の故障ケース１、故障ケース２については、実施の形態１と同じく、ＳＴＥＰ４にて検出することが可能である。また、故障ケース６については、ＳＴＥＰ５ａにて検出することが可能である。
【００９７】
本実施の形態４では、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障をすべて検知する方法について記載したが、これらの一部のみ検知するようにしてもよい。
【００９８】
また、本実施の形態４では、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧を検出する構成としているが、抵抗６の両端電圧、抵抗７の両端電圧、または整流器３の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出できれば、同様な処理が実現できることは言うまでもない。
【００９９】
また、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のオープン故障、もしくは第３双方向スイッチ８のショート故障を判定する際、ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、整流器３の出力端子間の電圧の１／２の値と、抵抗６の両端電圧もしくは抵抗７の両端電圧との差分の絶対値が所定値以上にならなかったときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じているか、もしくは第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定してもよい。
【０１００】
また、各双方向スイッチを、実施の形態２で説明したように、ダイオードとスイッチング素子の組み合わせで実現しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態４によれば、実施の形態３と同様の効果を発揮することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態４によれば、ＳＴＥＰ４ａ’において、制御手段１９は、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５を、電源電圧ゼロクロス検出回路１８の出力に基づき電源電圧が正ピーク値および負ピーク値付近で片方ずつ所定時間のみＯＮ状態に制御する。
そのため、ショート故障やオープン故障を判定する際に各部品にかかる負担を抑えることができる。
【０１０３】
なお、以上の実施の形態において、検出値と所定値とを比較して故障判断を行う際は、例えば以下の（１）〜（２）のようにすることができる。
（１）検出値の瞬時値と所定値を比較し、瞬時値が所定値を超えた時点で故障発生と判断する。
（２）検出バラツキを考慮して、所定期間内（例えば数十ｍｓ）に瞬時値が所定値を所定回数超えた時点で故障発生と判断する。
【０１０４】
実施の形態５．
以上の実施の形態１〜４で説明した交流直流変換装置は、直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動するインバータに直流電圧を供給する装置として用いることができる。
また、その電動機を用いて、圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置を構成し、さらにはその圧縮機を用いて冷媒を循環させる空気調和機を構成することもできる。
【０１０５】
さらには、これらの構成により、交流直流変換装置で発生したショート故障やオープン故障を、圧縮機駆動装置や空気調和機に通知し、運転範囲を抑制するなどの動作を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】実施の形態１に係る交流直流変換装置の回路図である。
【図２】実施の形態１に係る交流直流変換装置の動作フローチャートである。
【図３】第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
【図４】第１双方向スイッチ４にショート故障が生じ、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
【図５】第２双方向スイッチ５にショート故障が生じ、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
【図６】実施の形態２に係る交流直流変換装置の回路図である。
【図７】第１双方向スイッチ等価モジュール４’内のダイオード４ａのみがショート故障で、第２双方向スイッチ等価モジュール５’および第３双方向スイッチ８が正常な場合における、各部波形の一例である。
【図８】第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のいずれか１つがショート故障もしくはオープン故障したケースを列挙した図である。
【図９】実施の形態３に係る交流直流変換装置の動作フローである。
【図１０】実施の形態４に係る交流直流変換装置の動作フローである。
【図１１】第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常である場合における各部波形の一例である。
【図１２】第１双方向スイッチ４がオープン故障で、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常である場合における各部波形の一例である。
【図１３】第２双方向スイッチ５がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常である場合における各部波形の一例である。
【図１４】第３双方向スイッチ８がショート故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常である場合の各部波形の一例である。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 交流電源、２ リアクタ、３ 整流器、４ 第１双方向スイッチ、５ 第２双方向スイッチ、６〜７ 抵抗、８ 第３双方向スイッチ、９〜１０ コンデンサ、１１〜１２ バランス抵抗、１３〜１４ クランプダイオード、１５ 負荷、１６ 第１電圧検出器、１７ 第２電圧検出器、１８ 電源電圧ゼロクロス検出回路、１９ 制御手段、２０ 異常検知手段、２１ 異常報知手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流を直流に変換する装置、その装置を用いた圧縮機駆動装置、および空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流直流変換装置に関し、『単相交流電源とダイオードで構成された全波整流回路とリアクトルと、コンデンサ直列回路と、双方向スイッチと、負荷が、接続された構成において、双方向スイッチをスイッチングさせることにより、交流入力電流を高力率化する場合、直列接続されたコンデンサの電圧が半サイクル期間内で不均衡になる』ことを課題とする技術として、『単相交流電源とダイオードで構成された全波整流回路の一方の交流入力との間にリアクトルが、全波整流回路の直流出力間にコンデンサ直列回路が、コンデンサ直列回路の内部接続点と全波整流回路の各交流入力との間に双方向スイッチ１０、１１が、コンデンサ直列回路と並列に負荷１４が、各々接続された構成において、直列接続されたコンデンサ１２とコンデンサ１３の電圧を検出して、この電圧が均等になるように、双方向スイッチ１０および１１を高周波でオン・オフ制御する。』というものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２６２５号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の交流直流変換装置では、全波整流回路の直流出力端子間にコンデンサ直列回路を接続し、そのコンデンサ直列回路の内部接続点と全波整流回路の交流入力端子各々との間に双方向スイッチを各々接続した構成としている。
そのため、もし双方向スイッチのどちらか一方がショート故障している状態で交流電源が印加されると、倍電圧回路の状態となる。
このとき、整流回路の直流出力端子間に接続されている部品の保障耐圧以上の電圧が掛かり、二次破壊を起こす可能性がある。
【０００５】
また、前記コンデンサ直列回路の内部接続点と前記双方向スイッチ１０、１１の接続点との間に第３の双方向スイッチが存在したとしても、第３の双方向スイッチをＯＮさせる前に前記双方向スイッチ１０、１１のショート故障を検知できなければ、前記双方向スイッチ１０、１１のどちらかがショート故障している場合、第３の双方向スイッチがＯＮすると共に倍電圧回路の状態となる問題が残る。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、双方向スイッチの故障検知を行うことのできる交流直流変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る交流直流変換装置は、交流電源にリアクタを介して接続される整流器と、前記整流器の出力端子間に直列接続された抵抗で構成される直列抵抗回路と、前記整流器の出力端子間に直列接続されたコンデンサで構成されるコンデンサ直列回路と、前記整流器の一方の入力端子に一端が接続された第１双方向スイッチと、前記整流器の他方の入力端子に一端が接続された第２双方向スイッチと、一端が前記抵抗の接続点に接続され、他端が前記コンデンサの接続点に接続された第３双方向スイッチと、前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチの動作を制御する制御手段と、前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧、前記整流器の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出する電圧検出手段と、前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチの少なくとも一方の故障を検知する異常検知手段と、を備え、前記第１双方向スイッチの他端および前記第２双方向スイッチの他端は前記抵抗の接続点に接続されており、前記異常検知手段は、前記電圧検出手段の検出結果に基づき前記故障を検知するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る交流直流変換装置によれば、双方向スイッチにショート故障が発生したときに生じる抵抗電圧の特徴に着目し、電圧検出手段の検出結果に基づき、双方向スイッチのショート故障を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の回路図である。
本実施の形態１に係る交流直流変換装置は、リアクタ２、整流器３、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、抵抗６および７、第３双方向スイッチ８、コンデンサ９および１０、バランス抵抗１１および１２、クランプダイオード１３および１４、負荷１５、第１電圧検出器１６、第２電圧検出器１７、電源電圧ゼロクロス検出回路１８、制御手段１９、異常検知手段２０、異常報知手段２１を備える。
【００１０】
リアクタ２は、交流電源１と整流器３の間に挿入されている。
整流器３は、ブリッジ状に接続されたダイオード３ａ〜３ｄから構成されており、交流電源１が供給する交流を整流して出力する。
第１双方向スイッチ４の一端は、整流器３の一方の入力端子に接続されている。
第２双方向スイッチ５の一端は、整流器３の他方の入力端子に接続されている。
【００１１】
抵抗６および７は、整流器３の出力端子間に直列に接続されている。
抵抗６と抵抗７の接続点は、第１双方向スイッチ４と第２双方向スイッチ５の負荷１５側の端子に接続されている。また、同接続点は、第３双方向スイッチ８の交流電源１側の端子にも接続されている。
抵抗６と抵抗７は、同じ抵抗値のものを用いるものとする。
【００１２】
コンデンサ９および１０、バランス抵抗１１および１２、クランプダイオード１３および１４は、それぞれ整流器３の出力端子間に直列に接続されている。
バランス抵抗１１および１２は、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０の端子間電圧をバランスさせるためのものである。
クランプダイオード１３および１４は、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０の端子間電圧がアンバランスとなった状態で交流電源１をＯＦＦしたとき、前記コンデンサ間に逆電圧が印加されるのを防止するためのものである。
コンデンサ９とコンデンサ１０の容量は同じ容量のものを用いるものとする。また、抵抗９と抵抗１０は同じ抵抗値のものを用いるものとする。
コンデンサ９および１０の接続点と、抵抗１１および１２の接続点と、ダイオード１３および１４の接続点は、それぞれ第３双方向スイッチ８の負荷１５側の端子に接続されている。
【００１３】
負荷１５は整流器３の出力端子間に接続された負荷であり、例えば空気調和機の圧縮機を駆動するためのインバータ回路などが接続される。
【００１４】
第１電圧検出器１６は、抵抗６の両端電圧を検出する。
第２電圧検出器１７は、抵抗７の両端電圧を検出する。
電源電圧ゼロクロス検出回路１８は、交流電源１の電圧ゼロクロスを検出する。
【００１５】
制御手段１９は、外部から与えられる整流器３の出力端子間の電圧指令値と、第１電圧検出器１６および第２電圧検出器１７が検出した電圧値と、電源ゼロクロス検出回路の出力と、後述する異常検知手段２０の出力を基に、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
異常検知手段２０は、後述の図２で説明する手法を用いて、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知する。
【００１６】
制御手段１９と異常検知手段２０は、これらの機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のような演算装置とその動作を規定するソフトウェアで構成することもできる。
【００１７】
異常報知手段２１は、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知した場合、異常を報知する。
例えば、異常を報知する手段として、異常報知ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を設けておき、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知しなかった場合は異常報知ＬＥＤ（図示せず）を消灯し、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知した場合は異常報知ＬＥＤ（図示せず）を点灯する、という手法が考えられる。
【００１８】
その他、交流直流変換装置の使用者または管理者等に異常の有無、内容がわかる報知方法ならば、音や光、リモコンへの表示、負荷１５側に接続される表示器への表示等、任意の手法を用いることができる。
【００１９】
ただし、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５が両方ともショート故障した場合は、交流電源１がリアクタ２のみの短絡状態とほぼ等価となり、過大な電流が流れ、交流電源１と整流器３との間に挿入されているヒューズ（図示せず）の溶断で二次破壊を防ぐことになる。
【００２０】
以上、本実施の形態１に係る交流直流変換装置の構成を説明した。
次に、本実施の形態１に係る交流直流変換装置の動作について説明する。
【００２１】
図２は、本実施の形態１に係る交流直流変換装置の動作フローチャートである。以下図２の各ステップについて説明する。
【００２２】
（ＳＴＥＰ１）
交流直流変換装置の電源がＯＮされると、交流電源１が印加される。
（ＳＴＥＰ２）
制御手段１９は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御する。これにより、交流直流変換装置は全波整流回路として動作することになる。
【００２３】
（ＳＴＥＰ３）
制御手段１９は、外部から与えられる電圧指令値が整流器３の出力端子間の電圧以下の場合は、交流直流変換装置を全波整流回路のまま動作させる。外部から与えられる電圧指令値が整流器３の出力端子間の電圧より高い場合は、ＳＴＥＰ４に進む。
なお、整流器３の出力端子間の電圧は、第１電圧検出器１６と第２電圧検出器１７が検出した電圧の和により求めることができる。
【００２４】
（ＳＴＥＰ４）
異常検知手段２０は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５にショート故障が生じているか否かを判定する。第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知しなかった場合はＳＴＥＰ５へ進み、検知したときはＳＴＥＰ６へ進む。
ショート故障の検知手法については、後述の図３〜図５を用いて改めて説明する。
【００２５】
（ＳＴＥＰ５）
制御手段１９は、第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
（ＳＴＥＰ６）
制御手段１９は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御する。これにより、交流直流変換装置は全波整流回路として動作することになる。
（ＳＴＥＰ７）
異常報知手段２１は、異常を報知する。
【００２６】
なお、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知し、交流直流変換装置を全波整流回路として動作させるときは、整流器３間の出力端子間の電圧が電圧指令値より低い値となる。
そのため、負荷１５として、例えば空気調和機の圧縮機を駆動するためのインバータ回路などが接続されている場合は、圧縮機の運転範囲を制限することが好ましい。
【００２７】
以上、本実施の形態１に係る交流直流変換装置の動作を説明した。
次に、図２のＳＴＥＰ４におけるショート故障検知手法の詳細を説明する。
【００２８】
異常検知手段２０は、図２のＳＴＥＰ４において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御しており、かつ抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値以上あるときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定する。
第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５の正常時およびショート故障時における各部波形について、次の図３〜５を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図３は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
図４は、第１双方向スイッチ４にショート故障が生じ、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
図５は、第２双方向スイッチ５にショート故障が生じ、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
この一例では、交流電源１の電圧としてＡＣ２００Ｖを印加し、負荷１５として１００Ｗ一定負荷を接続しているものとする。
【００３０】
図３〜５において、（ａ）は交流電源１の電圧、（ｂ）は交流電源１の電流、（ｃ）は制御手段１９が出力する第１双方向スイッチ４の制御信号、（ｄ）は制御手段１９が出力する第２双方向スイッチ５の制御信号、（ｅ）は制御手段１９が出力する第３双方向スイッチ８の制御信号、（ｆ）は抵抗６の両端電圧、（ｇ）は抵抗７の両端電圧、（ｈ）はコンデンサ９の端子間電圧、（ｉ）はコンデンサ１０の端子間電圧である。
また、（ｆ）〜（ｉ）において、整流器３の出力端子間の電圧も併記した。
【００３１】
（１）全ての双方向スイッチが正常であるとき
ＳＴＥＰ２の状態で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常なときは、図３（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧には整流器３の出力端子間の電圧の１／２の電圧が現れる。
【００３２】
（２）第１双方向スイッチ４にショート故障が生じているとき
ＳＴＥＰ２の状態で、第１双方向スイッチ４にショート故障が生じ、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常なときは、図４（ｆ）（ｇ）のように交流電源１の電圧状態により、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧に異なった電圧が現れる。
これは、交流電源１が正極性の場合で、交流電源１の電圧＞抵抗７の両端電圧のときは、交流電源１→リアクタ２→第１双方向スイッチ４（ショート故障）→抵抗７→ダイオード３ｄ→交流電源１の経路で電流が流れる状態が生じるためである。
即ち、このとき抵抗７の両端には、ほぼ交流電源１の電圧が印加されるので、抵抗７の両端電圧が抵抗６の両端電圧より高くなるのである。
【００３３】
また、交流電源１が負極性の場合で、交流電源１の電圧の絶対値＞抵抗６の両端電圧のときは、交流電源１→ダイオード３ｂ→抵抗６→第１双方向スイッチ４（ショート故障）→リアクタ２→交流電源１の経路で電流が流れる状態が生じる。
そのため、抵抗６の両端には、ほぼ交流電源１の電圧が印加されるので、抵抗６の両端電圧が抵抗７の両端電圧より高くなる。
【００３４】
（３）第２双方向スイッチ５にショート故障が生じているとき
同様に、ＳＴＥＰ２の状態で、第２双方向スイッチ５にショート故障が生じ、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常なときも、図５（ｆ）（ｇ）のように交流電源１の電圧状態により、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧に異なった電圧が現れる。
【００３５】
したがって、ＳＴＥＰ２の状態で、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値（例えば５０Ｖ）以上あるときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定することができる。
【００３６】
以上の説明では、抵抗６と７の両端電圧に基づき各双方向スイッチのショート故障を検知することを説明した。一方、これに代えて、コンデンサ９と１０の端子間電圧に基づき各双方向スイッチのショート故障を検知することも考えられる。
しかし、コンデンサ９およびコンデンサ１０の端子間電圧を検出したとしても、図３〜５の（ｈ）（ｉ）を見てわかるように、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のショート故障の有無に関らず、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０の端子間電圧にはほとんど差異が生じていない。したがって、これらの端子間電圧に基づき第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知するのは困難である。
【００３７】
本実施の形態１では、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧を検出するようにしているが、抵抗６の両端電圧、抵抗７の両端電圧、または整流器３の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出できれば、同様な処理が実現できることは言うまでもない。
また、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を判定する方法として、整流器３の出力端子間の電圧の１／２の値と、抵抗６の両端電圧もしくは抵抗７の両端電圧との差の絶対値が所定値以上になったときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定してもよい。
【００３８】
以上のように、本実施の形態１では、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じているときは、交流電源１の電圧変動に伴って、抵抗６と７の両端電圧にそれぞれ異なる電圧が現れる。
異常検知手段２０は、これを利用して、抵抗６と７の両端電圧の検出値に基づき、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知することができる。
【００３９】
また、本実施の形態１において、異常検知手段２０が、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチのショート故障を検知したときは、制御手段１９は第１〜３双方向スイッチをＯＦＦに制御し、交流直流変換装置を全波整流回路として動作させる。
これにより、他の素子等の２次破壊を防止することができる。
【００４０】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の回路図である。
図６において、図１と同じ構成要素には同符号を付す。
４’は、図１における第１双方向スイッチ４と等価となる第１双方向スイッチ等価モジュールであり、ダイオード４ａ〜４ｄおよびスイッチング素子４ｅから構成されている。
５’は、図１における第２双方向スイッチ５と等価となる第２双方向スイッチ等価モジュールであり、ダイオード５ａ〜５ｄおよびスイッチング素子５ｅから構成されている。
スイッチング素子４ｅおよび５ｅは、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成することができる。
【００４１】
本実施の形態２に係る交流直流変換装置の動作は、実施の形態１に係る交流直流変換装置の第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５が、それぞれ第１双方向スイッチ等価モジュール４’および第２双方向スイッチ等価モジュール５’と置き換わった点を除いて、実施の形態１に係る交流直流変換装置と同様である。
【００４２】
次に、第１双方向スイッチ等価モジュール４’および第２双方向スイッチ等価モジュール５’の正常時およびショート故障時における各部波形について詳細に説明する。
始めに各双方向スイッチ等価モジュール内のスイッチング素子のショート故障について説明し、次に各双方向スイッチ等価モジュール内のダイオードのショート故障について説明する。
【００４３】
（１）各双方向スイッチ等価モジュール内のスイッチング素子のショート故障
（１．１）全ての部品が正常な場合
第１双方向スイッチ等価モジュール４’、第２双方向スイッチ等価モジュール５’、および第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形は、図３と同様な波形となる。
【００４４】
（１．２）スイッチング素子４ｅが少なくともショート故障の場合
第１双方向スイッチ等価モジュール４’内のスイッチング素子４ｅが少なくともショート故障で、第２双方向スイッチ等価モジュール５’および第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形は、図４と同様な波形となる。
【００４５】
（１．３）スイッチング素子５ｅが少なくともショート故障の場合
第２双方向スイッチ等価モジュール５’内のスイッチング素子５ｅが少なくともショート故障で、第１双方向スイッチ等価モジュール４’および第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形は、図５と同様な波形となる。
【００４６】
ただし、図３〜５において、第１双方向スイッチ４の制御信号、第２双方向スイッチ５の制御信号は、それぞれ第１双方向スイッチ等価モジュール４’の制御信号、第２双方向スイッチ等価モジュール５’の制御信号と置き換える必要がある。
【００４７】
（２）各双方向スイッチ等価モジュール内のダイオードのショート故障
図７は、第１双方向スイッチ等価モジュール４’内のダイオード４ａのみがショート故障で、第２双方向スイッチ等価モジュール５’および第３双方向スイッチ８が正常な場合における、各部波形の一例である。
制御手段１９は、第１双方向スイッチ等価モジュール４’、第２双方向スイッチ等価モジュール５’、および第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御している。
また、この一例では、交流電源１の電圧としてＡＣ２００Ｖを印加し、負荷１５として１００Ｗ一定負荷を接続しているものとする。
【００４８】
図７において、（ａ）は交流電源１の電圧、（ｂ）は交流電源１の電流、（ｃ）は制御手段１９が出力する第１双方向スイッチ等価モジュール４’の制御信号、（ｄ）は制御手段１９が出力する第２双方向スイッチ等価モジュール５’の制御信号、（ｅ）は制御手段１９が出力する第３双方向スイッチ８の制御信号、（ｆ）は抵抗６の両端電圧、（ｇ）は抵抗７の両端電圧、（ｈ）はコンデンサ９の端子間電圧、（ｉ）はコンデンサ１０の端子間電圧である。
また、（ｆ）〜（ｉ）においては、整流器３の出力端子間の電圧も記載している。
【００４９】
第１双方向スイッチ等価モジュール４’内のダイオード４ａのみがショート故障であるとき、図７（ｆ）（ｇ）のように、交流電源１の電圧状態により抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧に異なった電圧が現れる。
これは、交流電源１が負極性の場合で、交流電源１の電圧の絶対値＞抵抗６の両端電圧のときは、交流電源１→ダイオード３ｂ→抵抗６→ダイオード４ｂ→ダイオード４ａ（ショート故障）→リアクタ２→交流電源１の経路で電流が流れる状態が生じることによる。
即ち、抵抗６の両端にほぼ交流電源１の電圧が印加されるので、抵抗６の両端電圧が抵抗７の両端電圧より高くなるのである。
【００５０】
同様に、第１双方向スイッチ等価モジュール４’を構成する部品４ａ〜４ｅの少なくとも１つがショート故障している場合、もしくは第２双方向スイッチ等価モジュール５’を構成する部品５ａ〜５ｅの少なくとも１つがショート故障している場合、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、異なった電圧が現れる。
したがって、制御手段１９が第１双方向スイッチ等価モジュール４’、第２双方向スイッチ等価モジュール５’、および第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御しており、かつ抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値（例えば５０Ｖ）以上あるときは、異常検知手段２０は、第１双方向スイッチ等価モジュール４’または第２双方向スイッチ等価モジュール５’にショート故障が生じていると判定することができる。
【００５１】
以上の説明では、抵抗６と７の両端電圧に基づき各双方向スイッチ等価モジュールのショート故障を検知することを説明した。一方、これに代えて、コンデンサ９と１０の端子間電圧に基づき各双方向スイッチ等価モジュールのショート故障を検知することも考えられる。
しかし、コンデンサ９およびコンデンサ１０の端子間電圧を検出したとしても、図３〜５（ただし、第１双方向スイッチ４の制御信号，第２双方向スイッチ５の制御信号をそれぞれ第１双方向スイッチ等価モジュール４’の制御信号、第２双方向スイッチ等価モジュール５’の制御信号と置き換える必要がある）の（ｈ）（ｉ）および図７の（ｈ）（ｉ）を見てわかるように、第１双方向スイッチ等価モジュール４’、第２双方向スイッチ等価モジュール５’のショート故障の有無に関らず、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０間の端子間電圧にはほとんど差異が生じていない。
したがって、これらの端子間電圧に基づき、第１双方向スイッチ等価モジュール４’または第２双方向スイッチ等価モジュール５’のショート故障を検知するのは困難である。
【００５２】
以上のように、本実施の形態２によれば、双方向スイッチをダイオードとスイッチング素子の組み合わせである双方向スイッチ等価モジュールで実現しても、実施の形態１の交流直流変換装置と同様な効果を実現できる。
【００５３】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障を検知する手法を説明する。
なお、本実施の形態３に係る交流直流変換装置の回路構成は、実施の形態１で説明した図１または実施の形態２で説明した図６と同様である。以下の説明では、図１の回路構成を用いる。
【００５４】
異常検知手段２０は、第１電圧検出器１６および第２電圧検出器１７が検出した電圧値と、外部から与えられる電圧指令値を基に、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障を検知する。
異常報知手段２１は、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障もしくはオープン故障を検知したとき、異常を報知する。
【００５５】
図８は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のいずれか１つがショート故障もしくはオープン故障したケースを列挙した図である。図８に示すように、故障ケースは６通り存在する。以下、各故障ケースを検知する手法について説明する。
【００５６】
図９は、本実施の形態３に係る交流直流変換装置の動作フローである。
図９の動作フローは、図２の動作フローにＳＴＥＰ４ａ〜４ｃおよび５ａを追加したものであり、その他のステップは図２と同様であるため、図２と同じステップには同じステップ番号を付す。
以下、図９の各ステップについて、図２と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
（ＳＴＥＰ４ａ）
ＳＴＥＰ４で異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を検知しなかった場合、制御手段１９は、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御したまま、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御する。
【００５８】
（ＳＴＥＰ４ｂ）
異常検知手段２０は、ＳＴＥＰ４ａの状態において、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のオープン故障検知判定および第３双方向スイッチ８のショート故障判定を行う。
【００５９】
（ＳＴＥＰ４ｃ）
ＳＴＥＰ４ｂで異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のオープン故障、および第３双方向スイッチ８のショート故障を検知しなかった場合、制御手段１９は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８を一旦ＯＦＦ状態に制御する。
【００６０】
（ＳＴＥＰ５ａ）
制御手段１９がＳＴＥＰ５で第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを制御しているとき、異常検知手段２０は第３双方向スイッチ８のオープン故障判定を行う。
第３双方向スイッチ８のオープン故障を検知しなかったときは、ＳＴＥＰ５に戻る。
【００６１】
（ＳＴＥＰ６）
ＳＴＥＰ４、４ｂ、５ａで第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障もしくはオープン故障のいずれか少なくとも１つを検知した場合、制御手段１９は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御する。
【００６２】
以上、本実施の形態３に係る交流直流変換装置の動作フローを説明した。
次に、ＳＴＥＰ４、４ｂ、５ａにおける故障検知手法について説明する。
【００６３】
（１）ＳＴＥＰ４におけるショート故障検知手法
ＳＴＥＰ４における異常検知手段２０の第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障判定方法は、実施の形態１の交流直流変換装置のときと同様である。
即ち、制御手段１９が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御しており、かつ抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値以上であるとき、異常検知手段２０は第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定する。
【００６４】
（２）ＳＴＥＰ４ｂにおけるオープン故障検知手法
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御しているとき、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値以上にならない場合は、異常検知手段２０は第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じていると判定する。
この手法を用いる理由について、以下に説明する。
【００６５】
制御手段１９が第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４をＯＮ状態に制御しており、かつ第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常であるときは（図８の正常ケース）、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧にはそれぞれ図４（ｆ）（ｇ）のような電圧が現れる。
また、制御手段１９が第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御しており、かつ第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常であるときは（図８の正常ケース）、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧にはそれぞれ図５（ｆ）（ｇ）のような電圧が現れる。
【００６６】
一方、制御手段１９が第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４をＯＮ状態に制御しており、かつ第１双方向スイッチ４がオープン故障で、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常であるときは（図８の故障ケース４）、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧には、それぞれ図３（ｆ）（ｇ）のような電圧が現れる。
また、制御手段１９が第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御しており、かつ第２双方向スイッチ５がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常であるときも（図８の故障ケース５）、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧には、それぞれ図３（ｆ）（ｇ）のような電圧が現れる。
【００６７】
したがって、制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御している場合で、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値（例えば５０Ｖ）以上にならないとき、異常検知手段２０は、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じていると判定することができる。
【００６８】
（３）ＳＴＥＰ４ｂにおけるショート故障検知手法
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御しているとき、整流器３の出力端子間の電圧がＳＴＥＰ４ａ前の電圧値より所定値以上高くなった場合、異常検知手段２０は、第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定する。
この手法を用いる理由について、以下に説明する。
なお、整流器３の出力端子間の電圧は、第１電圧検出器１６と第２電圧検出器１７が検出した電圧の和により求めることができる。
【００６９】
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御している場合、第３双方向スイッチ８がショート故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常であるときは（図８の故障ケース３）、交流直流変換回路が倍電圧回路となる。
そのため、整流器３の出力端子間の電圧は、ＳＴＥＰ４ａ前の電圧値より高くなる。
【００７０】
したがって、制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御し、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５を片方ずつＯＮ状態に制御している場合で、整流器３の出力端子間の電圧がＳＴＥＰ４ａ前の電圧値より所定値以上高くなったとき、異常検知手段２０は、第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定することができるのである。
【００７１】
（４）ＳＴＥＰ５ａにおけるオープン故障検知手法
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５をＯＮ／ＯＦＦ制御している場合で、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値に達しないとき、異常検知手段２０は、第３双方向スイッチ８にオープン故障が生じていると判定する。
この手法を用いる理由について、以下に説明する。
なお、整流器３の出力端子間の電圧は、第１電圧検出器１６と第２電圧検出器１７が検出した電圧の和により求めることができる。
【００７２】
制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５をＯＮ／ＯＦＦ制御している場合、第３双方向スイッチ８がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常（図８の故障ケース６）であるときは、交流直流変換回路が倍電圧回路となる状態が生じない。
そのため、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値に達しない。
【００７３】
したがって、制御手段１９が第３双方向スイッチ８をＯＮ状態に制御し、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値になるように第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５をＯＮ／ＯＦＦ制御している場合、整流器３の出力端子間の電圧が外部から与えられる電圧指令値に達しないとき，異常検知手段２０は、第３双方向スイッチ８にオープン故障が生じていると判定することができるのである。
【００７４】
以上、ＳＴＥＰ４、４ｂ、５ａにおける故障検知手法について説明した。
なお、図８の故障ケース１、故障ケース２については、実施の形態１と同じく、ＳＴＥＰ４にて検出することが可能である。
【００７５】
本実施の形態３では、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障をすべて検知する方法について記載したが、これらの一部のみ検知するようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施の形態３では、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧を検出する構成としているが、抵抗６の両端電圧、抵抗７の両端電圧、または整流器３の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出できれば、同様な処理が実現できることは言うまでもない。
【００７７】
また、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のショート故障を判定する際、整流器３の出力端子間の電圧の１／２の値と、抵抗６の両端電圧もしくは抵抗７の両端電圧との差分の絶対値が所定値以上になったときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にショート故障が生じていると判定してもよい。
【００７８】
また、各双方向スイッチを、実施の形態２で説明したように、ダイオードとスイッチング素子の組み合わせで実現しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００７９】
以上のように、本実施の形態３によれば、各双方向スイッチにショート故障またはオープン故障が生じているときに現れる、抵抗６と７の両端電圧の波形に着目し、異常検知手段２０はこれを利用して、これらの故障を検知することができる。
【００８０】
また、本実施の形態３によれば、異常検知手段２０が、第１〜３双方向スイッチのショート故障もしくはオープン故障のいずれか少なくとも１つを検知した場合は、制御手段１９は、第１〜３双方向スイッチをＯＦＦに制御し、交流直流変換装置を全波整流回路として動作させる。
これにより、他の素子等の２次破壊を防止することができる。
【００８１】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障を検知する他の手法を説明する。
なお、本実施の形態３に係る交流直流変換装置の回路構成は、実施の形態１で説明した図１または実施の形態２で説明した図６と同様である。以下の説明では、図１の回路構成を用いる。
【００８２】
異常検知手段２０は、第１電圧検出器１６および第２電圧検出器１７が検出した電圧値と、外部から与えられる電圧指令値を基に、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障を検知する。
異常報知手段２１は、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障もしくはオープン故障を検知したとき、異常を報知する。
【００８３】
図１０は、本実施の形態４に係る交流直流変換装置の動作フローである。
図１０の動作フローは、図９の動作フローのＳＴＥＰ４ａと４ｂをそれぞれＳＴＥＰ４ａ’と４ｂ’に変更したものであり、その他のステップは図９と同様であるため、図９と同じステップには同じステップ番号を付す。
以下、図１０の各ステップについて、図９と異なる点を中心に説明する。
【００８４】
（ＳＴＥＰ４ａ’）
制御手段１９は、第３双方向スイッチ８をＯＦＦ状態に制御したまま、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５を、電源電圧ゼロクロス検出回路１８の出力に基づき電源電圧が正ピーク値および負ピーク値付近で片方ずつ所定時間（例えば５００μｓ）のみＯＮ状態に制御する。
所定時間（例えば５００μｓ）のみＯＮ状態としているのは、もし第３双方向スイッチ８がショート故障している状態で第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５を長時間ＯＮ状態に制御した場合、交流直流変換装置が倍電圧回路となり、整流器３の出力端子間に高電圧が印加されて各部品の負担となるからである。
本ステップでは、これを防ぐため、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５を短時間のみＯＮに制御することとした。
【００８５】
（ＳＴＥＰ４ｂ’）
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値以上にならないとき、異常検知手段２０は、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じているか、もしくは第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定する。
【００８６】
以上、本実施の形態４に係る交流直流変換装置の動作フローを説明した。
次に、ＳＴＥＰ４ｂ’における故障検知手法について説明する。
【００８７】
図１１〜１４は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常であるとき、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５がオープン故障であるとき、第３双方向スイッチ８がショート故障であるときにおける各部波形について詳細に説明する図である。
【００８８】
図１１は、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常（図８の正常ケース）である場合における各部波形の一例である。
図１２は、第１双方向スイッチ４がオープン故障で、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常である場合（図８の故障ケース４）における各部波形の一例である。
図１３は、第２双方向スイッチ５がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常である場合（図８の故障ケース５）における各部波形の一例である。
図１４は、第３双方向スイッチ８がショート故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常である場合（図８の故障ケース３）の各部波形の一例である。
これらの一例では、交流電源１の電圧としてＡＣ２００Ｖを印加し、負荷１５として１００Ｗ一定負荷を接続しているものとする。
【００８９】
図１１〜１４において、（ａ）は交流電源１の電圧、（ｂ）は交流電源１の電流、（ｃ）は制御手段１９が出力する第１双方向スイッチ４の制御信号、（ｄ）は制御手段１９が出力する第２双方向スイッチ５の制御信号、（ｅ）は制御手段１９が出力する第３双方向スイッチ８の制御信号、（ｆ）は抵抗６の両端電圧、（ｇ）は抵抗７の両端電圧、（ｈ）はコンデンサ９の端子間電圧、（ｉ）はコンデンサ１０の端子間電圧である。
また、（ｆ）〜（ｉ）において、整流器３の出力端子間の電圧も記載している。
【００９０】
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常なときは、図１１（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、それぞれ異なる電圧が現れる。
【００９１】
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４をＯＮ状態に制御している場合、第１双方向スイッチ４がオープン故障で、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常（図８の故障ケース４）であるときは、図１２（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、整流器３の出力端子間の１／２の電圧が平坦に現れる。
これは、第１双方向スイッチ４にオープン故障が生じているため、図１２の前半区間で第１双方向スイッチ４をＯＮするよう制御しても、第１双方向スイッチ４がＯＮにならないことによる。
【００９２】
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、第２双方向スイッチ５がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常（図８の故障ケース５）であるときは、図１３（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、整流器３の出力端子間の１／２の電圧が平坦に現れる。
これは、第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じているため、図１３の後半区間で第２双方向スイッチ５をＯＮするよう制御しても、第２双方向スイッチ５がＯＮにならないことによる。
【００９３】
ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、第３双方向スイッチ８がショート故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常（図８の故障ケース３）であるときは、図１４（ｆ）（ｇ）のように、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧には、整流器３の出力端子間の１／２の電圧が平坦に現れる。
【００９４】
したがって、ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧の差分の絶対値が所定値（例えば５０Ｖ）以上にならないとき、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じているか、もしくは第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定することができる。
【００９５】
以上の説明では、抵抗６と７の両端電圧に基づき各双方向スイッチのショート故障またはオープン故障を検知することを説明した。一方、これに代えて、コンデンサ９と１０の端子間電圧に基づき各双方向スイッチのショート故障またはオープン故障を検知することも考えられる。
しかし、コンデンサ９およびコンデンサ１０の端子間電圧を検出したとしても、図１１〜１４の（ｈ）（ｉ）を見てわかるように、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のオープン故障もしくは第３双方向スイッチ８のショート故障が生じても、コンデンサ９の端子間電圧とコンデンサ１０の端子間電圧にはほとんど差異が生じていない。
したがって、これらの端子間電圧に基づき、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のオープン故障、もしくは第３双方向スイッチ８のオープン故障を検知するのは困難である。
【００９６】
以上、ＳＴＥＰ４ｂ’における故障検知手法について説明した。
なお、図８の故障ケース１、故障ケース２については、実施の形態１と同じく、ＳＴＥＰ４にて検出することが可能である。また、故障ケース６については、ＳＴＥＰ５ａにて検出することが可能である。
【００９７】
本実施の形態４では、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のショート故障およびオープン故障をすべて検知する方法について記載したが、これらの一部のみ検知するようにしてもよい。
【００９８】
また、本実施の形態４では、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧を検出する構成としているが、抵抗６の両端電圧、抵抗７の両端電圧、または整流器３の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出できれば、同様な処理が実現できることは言うまでもない。
【００９９】
また、異常検知手段２０が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５のオープン故障、もしくは第３双方向スイッチ８のショート故障を判定する際、ＳＴＥＰ４ａ’の状態において、制御手段１９が第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５をＯＮ状態に制御している場合に、整流器３の出力端子間の電圧の１／２の値と、抵抗６の両端電圧もしくは抵抗７の両端電圧との差分の絶対値が所定値以上にならなかったときに、第１双方向スイッチ４または第２双方向スイッチ５にオープン故障が生じているか、もしくは第３双方向スイッチ８にショート故障が生じていると判定してもよい。
【０１００】
また、各双方向スイッチを、実施の形態２で説明したように、ダイオードとスイッチング素子の組み合わせで実現しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態４によれば、実施の形態３と同様の効果を発揮することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態４によれば、ＳＴＥＰ４ａ’において、制御手段１９は、第１双方向スイッチ４および第２双方向スイッチ５を、電源電圧ゼロクロス検出回路１８の出力に基づき電源電圧が正ピーク値および負ピーク値付近で片方ずつ所定時間のみＯＮ状態に制御する。
そのため、ショート故障やオープン故障を判定する際に各部品にかかる負担を抑えることができる。
【０１０３】
なお、以上の実施の形態において、検出値と所定値とを比較して故障判断を行う際は、例えば以下の（１）〜（２）のようにすることができる。
（１）検出値の瞬時値と所定値を比較し、瞬時値が所定値を超えた時点で故障発生と判断する。
（２）検出バラツキを考慮して、所定期間内（例えば数十ｍｓ）に瞬時値が所定値を所定回数超えた時点で故障発生と判断する。
【０１０４】
実施の形態５．
以上の実施の形態１〜４で説明した交流直流変換装置は、直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動するインバータに直流電圧を供給する装置として用いることができる。
また、その電動機を用いて、圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置を構成し、さらにはその圧縮機を用いて冷媒を循環させる空気調和機を構成することもできる。
【０１０５】
さらには、これらの構成により、交流直流変換装置で発生したショート故障やオープン故障を、圧縮機駆動装置や空気調和機に通知し、運転範囲を抑制するなどの動作を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】実施の形態１に係る交流直流変換装置の回路図である。
【図２】実施の形態１に係る交流直流変換装置の動作フローチャートである。
【図３】第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
【図４】第１双方向スイッチ４にショート故障が生じ、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
【図５】第２双方向スイッチ５にショート故障が生じ、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常な場合における各部波形の一例である。
【図６】実施の形態２に係る交流直流変換装置の回路図である。
【図７】第１双方向スイッチ等価モジュール４’内のダイオード４ａのみがショート故障で、第２双方向スイッチ等価モジュール５’および第３双方向スイッチ８が正常な場合における、各部波形の一例である。
【図８】第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８のいずれか１つがショート故障もしくはオープン故障したケースを列挙した図である。
【図９】実施の形態３に係る交流直流変換装置の動作フローである。
【図１０】実施の形態４に係る交流直流変換装置の動作フローである。
【図１１】第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常である場合における各部波形の一例である。
【図１２】第１双方向スイッチ４がオープン故障で、第２双方向スイッチ５、第３双方向スイッチ８が正常である場合における各部波形の一例である。
【図１３】第２双方向スイッチ５がオープン故障で、第１双方向スイッチ４、第３双方向スイッチ８が正常である場合における各部波形の一例である。
【図１４】第３双方向スイッチ８がショート故障で、第１双方向スイッチ４、第２双方向スイッチ５が正常である場合の各部波形の一例である。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 交流電源、２ リアクタ、３ 整流器、４ 第１双方向スイッチ、５ 第２双方向スイッチ、６〜７ 抵抗、８ 第３双方向スイッチ、９〜１０ コンデンサ、１１〜１２ バランス抵抗、１３〜１４ クランプダイオード、１５ 負荷、１６ 第１電圧検出器、１７ 第２電圧検出器、１８ 電源電圧ゼロクロス検出回路、１９ 制御手段、２０ 異常検知手段、２１ 異常報知手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源にリアクタを介して接続される整流器と、
前記整流器の出力端子間に直列接続された抵抗で構成される直列抵抗回路と、
前記整流器の出力端子間に直列接続されたコンデンサで構成されるコンデンサ直列回路と、
前記整流器の一方の入力端子に一端が接続された第１双方向スイッチと、
前記整流器の他方の入力端子に一端が接続された第２双方向スイッチと、
一端が前記抵抗の接続点に接続され、他端が前記コンデンサの接続点に接続された第３双方向スイッチと、
前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチの動作を制御する制御手段と、
前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧、前記整流器の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチの少なくとも一方の故障を検知する異常検知手段と、
を備え、
前記第１双方向スイッチの他端および前記第２双方向スイッチの他端は前記抵抗の接続点に接続されており、
前記異常検知手段は、前記電圧検出手段の検出結果に基づき前記故障を検知する
ことを特徴とする交流直流変換装置。
【請求項２】
前記異常検知手段は、
前記制御手段が、前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチをＯＦＦ状態に制御している場合で、
前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧と、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、所定値以上であるとき、
または、
前記整流器の出力端子間電圧の半分の電圧と前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、所定値以上であるとき、
前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチにショート故障が生じていると判定する
ことを特徴とする請求項１記載の交流直流変換装置。
【請求項３】
前記異常検知手段は、
前記電圧検出手段の検出結果に基づき、
前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチの少なくとも一方のオープン故障を検知する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の交流直流変換装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記第３双方向スイッチをＯＦＦ状態に制御するとともに、
前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチをＯＮ状態に制御し、
前記異常検知手段は、
前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧と、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、所定値以上にならないとき、
または、
前記整流器の出力端子間電圧の半分の電圧と前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、所定値以上にならないとき、
前記オープン故障が生じていると判断する
ことを特徴とする請求項３記載の交流直流変換装置。
【請求項５】
前記異常検知手段は、
前記電圧検出手段の検出結果に基づき、
前記第３双方向スイッチのショート故障を検知する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記第３双方向スイッチをＯＦＦ状態に制御するとともに、
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチを交互にＯＮ状態に制御し、
前記異常検知手段は、
前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧と、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチが交互ＯＮ動作を開始する前後で所定値以上上昇したとき、
前記第３双方向スイッチにショート故障が生じていると判断する
ことを特徴とする請求項５記載の交流直流変換装置。
【請求項７】
前記異常検知手段は、
前記電圧検出手段の検出結果に基づき、
前記第３双方向スイッチのオープン故障を検知する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項８】
前記制御手段が、
前記整流器の出力端子間電圧が目標値になるように、
前記第３双方向スイッチをＯＮ状態に制御するとともに、
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御しても、
前記整流器の出力端子間電圧が目標値に達しないとき、
前記異常検知手段は、
前記第３双方向スイッチにオープン故障が生じていると判断する
ことを特徴とする請求項７記載の交流直流変換装置。
【請求項９】
前記交流電源の電圧ゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記ゼロクロス検出手段の検出結果に基づき前記交流電源の正負それぞれのピークを検出し、
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチをそのピーク時のみＯＮする
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記異常検知手段が前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、または前記第３双方向スイッチの故障を検知したとき、
前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチをＯＦＦにする
ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項１１】
前記異常検知手段の検知結果に基づき、前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、または前記第３双方向スイッチの故障を報知する異常報知手段を備えた
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項１２】
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチは、
ダイオードとスイッチング素子を用いて構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の交流直流変換装置と、
前記交流直流変換装置が出力する直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動するインバータと、
を備え、
前記電動機は圧縮機を駆動する
ことを特徴とする圧縮機駆動装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、
前記異常検知手段が前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、または前記第３双方向スイッチの故障を検知したとき、
前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチをＯＦＦ状態に制御するとともに、
前記圧縮機の運転範囲を制限する
ことを特徴とする請求項１３記載の圧縮機駆動装置。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４記載の圧縮機駆動装置により冷媒を循環させる
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項１】
交流電源にリアクタを介して接続される整流器と、
前記整流器の出力端子間に直列接続された抵抗で構成される直列抵抗回路と、
前記整流器の出力端子間に直列接続されたコンデンサで構成されるコンデンサ直列回路と、
前記整流器の一方の入力端子に一端が接続された第１双方向スイッチと、
前記整流器の他方の入力端子に一端が接続された第２双方向スイッチと、
一端が前記抵抗の接続点に接続され、他端が前記コンデンサの接続点に接続された第３双方向スイッチと、
前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチの動作を制御する制御手段と、
前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧、前記整流器の出力端子間の電圧のうち少なくとも２つの電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチの少なくとも一方の故障を検知する異常検知手段と、
を備え、
前記第１双方向スイッチの他端および前記第２双方向スイッチの他端は前記抵抗の接続点に接続されており、
前記異常検知手段は、前記電圧検出手段の検出結果に基づき前記故障を検知する
ことを特徴とする交流直流変換装置。
【請求項２】
前記異常検知手段は、
前記制御手段が、前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチをＯＦＦ状態に制御している場合で、
前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧と、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、所定値以上であるとき、
または、
前記整流器の出力端子間電圧の半分の電圧と前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、所定値以上であるとき、
前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチにショート故障が生じていると判定する
ことを特徴とする請求項１記載の交流直流変換装置。
【請求項３】
前記異常検知手段は、
前記電圧検出手段の検出結果に基づき、
前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチの少なくとも一方のオープン故障を検知する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の交流直流変換装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記第３双方向スイッチをＯＦＦ状態に制御するとともに、
前記第１双方向スイッチまたは前記第２双方向スイッチをＯＮ状態に制御し、
前記異常検知手段は、
前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧と、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、所定値以上にならないとき、
または、
前記整流器の出力端子間電圧の半分の電圧と前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、所定値以上にならないとき、
前記オープン故障が生じていると判断する
ことを特徴とする請求項３記載の交流直流変換装置。
【請求項５】
前記異常検知手段は、
前記電圧検出手段の検出結果に基づき、
前記第３双方向スイッチのショート故障を検知する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記第３双方向スイッチをＯＦＦ状態に制御するとともに、
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチを交互にＯＮ状態に制御し、
前記異常検知手段は、
前記整流器の出力端子正側に接続された前記抵抗の電圧と、前記整流器の出力端子負側に接続された前記抵抗の電圧との差分の絶対値が、
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチが交互ＯＮ動作を開始する前後で所定値以上上昇したとき、
前記第３双方向スイッチにショート故障が生じていると判断する
ことを特徴とする請求項５記載の交流直流変換装置。
【請求項７】
前記異常検知手段は、
前記電圧検出手段の検出結果に基づき、
前記第３双方向スイッチのオープン故障を検知する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項８】
前記制御手段が、
前記整流器の出力端子間電圧が目標値になるように、
前記第３双方向スイッチをＯＮ状態に制御するとともに、
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御しても、
前記整流器の出力端子間電圧が目標値に達しないとき、
前記異常検知手段は、
前記第３双方向スイッチにオープン故障が生じていると判断する
ことを特徴とする請求項７記載の交流直流変換装置。
【請求項９】
前記交流電源の電圧ゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記ゼロクロス検出手段の検出結果に基づき前記交流電源の正負それぞれのピークを検出し、
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチをそのピーク時のみＯＮする
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記異常検知手段が前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、または前記第３双方向スイッチの故障を検知したとき、
前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチをＯＦＦにする
ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項１１】
前記異常検知手段の検知結果に基づき、前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、または前記第３双方向スイッチの故障を報知する異常報知手段を備えた
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項１２】
前記第１双方向スイッチおよび前記第２双方向スイッチは、
ダイオードとスイッチング素子を用いて構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の交流直流変換装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の交流直流変換装置と、
前記交流直流変換装置が出力する直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動するインバータと、
を備え、
前記電動機は圧縮機を駆動する
ことを特徴とする圧縮機駆動装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、
前記異常検知手段が前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、または前記第３双方向スイッチの故障を検知したとき、
前記第１双方向スイッチ、前記第２双方向スイッチ、および前記第３双方向スイッチをＯＦＦ状態に制御するとともに、
前記圧縮機の運転範囲を制限する
ことを特徴とする請求項１３記載の圧縮機駆動装置。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４記載の圧縮機駆動装置により冷媒を循環させる
ことを特徴とする空気調和機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−６８６４２（Ｐ２０１０−６８６４２Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３３２８０（Ｐ２００８−２３３２８０）
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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