説明

電力変換装置

【課題】 電力変換装置に好適な駆動回路を提供する。
【解決手段】 電力変換装置における駆動回路の絶縁部をホトカプラ125b(125e)と、電源V5Aからホトカプラ125b(125e)の発光素子に流す電流値を設定する抵抗125a(125d)と、ホトカプラ125b(125e)の出力を電源V5Bにプルアップする抵抗125c(125f)と、論理積(AND)素子125gと、排他的論理和(EXOR)素子125hとで形成し、ホトカプラ125b,125eそれぞれの出力値に基づいて、それぞれのホトカプラの動作状態を排他的論理和(EXOR)素子125hで監視しつつ、論理積(AND)素子125gの出力により電力変換主回路を形成するIGBTなどへの駆動信号を生成するようにして、この駆動回路の動作信頼性を向上させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、電力変換主回路と、入力されるオン・オフ制御信号に基づいて前記電力変換主回路を形成する自己消弧形半導体素子をオン・オフさせる駆動信号を生成する駆動回路と、前記電力変換主回路から所望の出力を得るために前記オン・オフ制御信号を生成する制御動作を行う制御回路とから構成される電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
図2は、この種の電力変換装置としての無停電電源装置を3台並列接続の構成にして、並列冗長運転を行う無停電電源システムの回路構成図である。
【0003】
この図において、無停電電源装置100,200,300はPWMコンバータ110,210,310と、それぞれのPWMコンバータの出力直流電圧を平滑するコンデンサ110a,210a,310aと、PWMインバータ120,220,320と、それぞれのPWMインバータの出力交流電圧が確立して負荷6へ給電する際には閉路している電磁接触器120a,220a,320aと、ACスイッチ140,240,340と、それぞれのACスイッチが動作して負荷6へバイパス給電中には閉路している電磁接触器140a,240a,340aとから構成されている。
【0004】
図3は、図2に示したPWMコンバータおよびPWMインバータの一例としてのPWMインバータ120の詳細回路構成図であり、この図では電力変換主回路として、図示のIGBT121,ダイオード122,IGBT128,ダイオード129からなる1アーム分を示している。
【0005】
すなわち、前記電力変換主回路から所望の交流出力電圧を得るための制御動作を行う制御回路123よりのオン・オフ制御信号が入力される駆動回路124は、前記電力変換主回路の電位にあるIGBT121を制御回路123と絶縁して駆動するための絶縁部125と、絶縁されたオン・オフ制御信号を所望の振幅に増幅した駆動信号にする増幅部126と、この駆動信号をIGBT121に送出する際のゲート抵抗127とから形成されている。同様に、駆動回路130は前記電力変換主回路の電位にあるIGBT128を制御回路123と絶縁して駆動するための絶縁部131と、増幅部132と、ゲート抵抗133とから形成されている。
【特許文献1】特開2004−56917号公報。
【特許文献2】実開平5−48584号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図2に示した無停電電源システム1は負荷6の需要に応じて、容易かつ安価に増設が可能なように考慮され、さらに、無停電電源装置100,200,300それぞれを1台毎に順次保守が行えるようにした構成になっている。
【0007】
すなわち、出力盤2の通常は閉路している回路遮断器3,4,5の何れかを開路することにより、この開路に対応した無停電電源装置の保守点検を安全かつ容易に行うことができ、また、出力盤2に新たに回路遮断器を増設し、前記無停電電源装置と同様構成の無停電電源装置を増設することにより、負荷6の需要を容易に増大させることができる。
【0008】
このために、無停電電源装置100,200,300それぞれにおいても高信頼性が第1であり、従って、その制御回路や駆動回路にも動作信頼性の向上が要請されている。
【0009】
この発明の目的は、上記要請に答える電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
この第1の発明は、電力変換主回路と、入力されるオン・オフ制御信号に基づいて前記電力変換主回路を形成する自己消弧形半導体素子をオン・オフさせる駆動信号を生成する駆動回路と、前記電力変換主回路から所望の出力を得るために前記オン・オフ制御信号を生成する制御動作を行う制御回路とから構成される電力変換装置において、
前記駆動回路は、前記オン・オフ制御信号に基づいて並列に動作をする2組のホトカプラを備え、双方の前記ホトカプラの出力値に基づいて、それぞれのホトカプラの動作状態を監視しつつ、前記駆動信号を生成することを特徴とする。
【0011】
第2の発明は前記第1の発明の電力変換装置において、
前記駆動回路は、前記それぞれのホトカプラの出力値としての論理レベルのうち、何れか一方が論理ハイレベルの状態を継続し、他方が論理ハイレベルと論理ローレベルとを交互に繰り返しているときには、この動作状態を外部に通知しつつ、前記駆動信号の生成を継続することを特徴とする。
【0012】
第3の発明は前記第1の発明の電力変換装置において、
前記駆動回路は、前記それぞれのホトカプラの出力値としての論理レベルのうち、何れか一方が論理ローレベルの状態を継続し、他方が論理ハイレベルと論理ローレベルとを交互に繰り返しているときには、この動作状態を外部に通知するとともに前記駆動信号の生成を中止することを特徴とする。
【0013】
第4の発明は前記第1の発明の電力変換装置において、
前記駆動回路は、前記双方のホトカプラの出力値としての論理レベルそれぞれが論理ハイレベルの状態、あるいは論理ローレベルの状態を継続しているときには、この動作状態を外部に通知するとともに前記駆動信号の生成を中止することを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
この発明によれば、入力されるオン・オフ制御信号に基づいて前記電力変換主回路を形成する自己消弧形半導体素子をオン・オフさせる駆動信号を生成する駆動回路において、前記電力変換主回路の電位にある前記半導体素子を制御回路と絶縁して駆動するための絶縁部を並列に動作をする2組のホトカプラ回路で形成し、双方の前記ホトカプラの出力値に基づいて、それぞれのホトカプラの動作状態を監視しつつ、前記駆動信号を生成することにより、後述の如く、駆動回路の動作信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
図1は、この発明の実施例を示す電力変換装置における駆動回路の部分回路構成図であり、図3に示した駆動回路124の絶縁部125に相当する詳細回路構成図である。
【0016】
すなわち図1において、125a(125d)は電源V5Aからホトカプラ125b(125e)の発光素子に流す電流値を設定する抵抗、125c(125f)はホトカプラ125b(125e)の出力を電源V5Bにプルアップする抵抗、125gは論理積(AND)素子、125hは排他的論理和(EXOR)素子であり、ここで、電源V5Aと電源V5Bとは互いに絶縁され、その出力電圧は一般に5ボルト程度に設定される。
【0017】
図1に示した駆動回路124の絶縁部125の動作を、図3に示したPWMインバータ120の回路構成図を参照しつつ、以下に説明する。
【0018】
一般に、制御回路123からのオン・オフ制御信号は、その動作信頼性を向上させる目的から、オン制御信号は論理ローレベル、オフ制御信号は論理ハイレベルに設定される。これは、制御回路123から駆動回路124(130)への伝送線路でのノイズ混入による誤動作を抑制するために行われる。
【0019】
従って、制御回路123からオン信号が発せられると、ホトカプラ125b,ホトカプラ125eそれぞれの出力は論理ハイレベルとなり、その結果、AND素子125gの出力は論理ハイレベル、EXOR素子125hの出力は論理ローレベルとなり、また、制御回路123からオフ信号が発せられると、ホトカプラ125b,ホトカプラ125eそれぞれの出力は論理ローレベルとなり、その結果、AND素子125gの出力は論理ローレベル、EXOR素子125hの出力は論理ローレベルとなる。
【0020】
すなわち、PWMインバータ120が運転中に、制御回路123からのオン・オフ制御信号に基づいて、ホトカプラ125b,ホトカプラ125eそれぞれが正常に動作をしているときには、AND素子125gの出力は論理ハイレベルと論理ローレベルとを交互に繰り返し、このとき、EXOR素子125hの出力は論理ローレベルの状態のままである。
【0021】
次に、ホトカプラ125b,125eの出力値としての論理レベルのうち、何れか一方のホトカプラが論理ハイレベルの状態を継続し、他方のホトカプラが前記オン・オフ信号に基づいて論理ハイレベルと論理ローレベルとを交互に繰り返しているときには、AND素子125gの出力は論理ハイレベルと論理ローレベルとを交互に繰り返し、このとき、EXOR素子125hの出力は論理ローレベルと論理ハイレベルとを交互に繰り返す。
【0022】
すなわち、PWMインバータ120が運転中に、ホトカプラ125b,125eのうち、何れか一方のホトカプラに上述の如き不具合が発生している状態にあることから、EXOR素子125hの出力が論理ハイレベルになる期間が存在するので、このことを異常信号として外部へ伝達して、保守点検を速やかに行うことを促すとともに、正常なホトカプラにより、駆動回路としての動作を継続することができる。
【0023】
また、ホトカプラ125b,125eの出力値としての論理レベルのうち、何れか一方のホトカプラが論理ローレベルの状態を継続し、他方ホトカプラが論理ハイレベルと論理ローレベルとを交互に繰り返しているときには、AND素子125gの出力は論理ローレベルの状態を継続し、EXOR素子125hの出力は論理ローレベルと論理ハイレベルとを交互に繰り返す。
【0024】
すなわち、PWMインバータ120が運転中に、ホトカプラ125b,125eのうち、何れか一方のホトカプラに上述の如き不具合が発生している状態にあることから、EXOR素子125hの出力が論理ハイレベルになる期間が存在するので、このことを異常信号として外部へ伝達するとともに、駆動回路としての動作を停止させることができる。
【0025】
さらに、PWMインバータ120が運転中に、ホトカプラ125b,125eの出力値としての論理レベルそれぞれが論理ハイレベルの状態あるいは論理ローレベルの状態を継続しているときには、AND素子125gの出力も論理ハイレベルまたは論理ローレベルの状態を継続し、EXOR素子125hの出力は論理ローレベルの状態を継続していることから、この動作状態を外部に通知するとともに、駆動回路としての動作を停止させることができる。
【0026】
なお、上述の実施例の説明は、図1に示した回路構成による図3に示したPWMインバータについてであるが、図2に示したPWMコンバータの駆動回路やACスイッチの駆動回路などについても、図1に示した回路構成を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】この発明の実施例を示す回路構成図
【図2】無停電電源システムの回路構成図
【図3】図2の部分詳細回路構成図
【符号の説明】
【0028】
1…無停電電源システム、2…出力盤、3〜5…回路遮断器、6…負荷、100…無停電電源装置、110…PWMコンバータ、110a…直流コンデンサ、120…PWMインバータ、120a…電磁接触器、140…ACスイッチ、140a…電磁接触器、200…無停電電源装置、210…PWMコンバータ、210a…直流コンデンサ、220…PWMインバータ、220a…電磁接触器、240…ACスイッチ、240a…電磁接触器、300…無停電電源装置、310…PWMコンバータ、310a…直流コンデンサ、320…PWMインバータ、320a…電磁接触器、340…ACスイッチ、340a…電磁接触器、121…IGBT、122…ダイオード、123…制御回路、124…駆動回路、125…絶縁部、125a…抵抗、125b…ホトカプラ、125c…抵抗、125d…抵抗、125e…ホトカプラ、125g…論理積素子、125h…排他的論理和素子、126…増幅部、127…ゲート抵抗、128…IGBT、129…ダイオード、130…駆動回路、131…絶縁部、132…増幅部、133…ゲート抵抗。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力変換主回路と、入力されるオン・オフ制御信号に基づいて前記電力変換主回路を形成する自己消弧形半導体素子をオン・オフさせる駆動信号を生成する駆動回路と、前記電力変換主回路から所望の出力を得るために前記オン・オフ制御信号を生成する制御動作を行う制御回路とから構成される電力変換装置において、
前記駆動回路は、前記オン・オフ制御信号に基づいて並列に動作をする2組のホトカプラを備え、双方の前記ホトカプラの出力値に基づいて、それぞれのホトカプラの動作状態を監視しつつ、前記駆動信号を生成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
前記駆動回路は、前記それぞれのホトカプラの出力値としての論理レベルのうち、何れか一方が論理ハイレベルの状態を継続し、他方が論理ハイレベルと論理ローレベルとを交互に繰り返しているときには、この動作状態を外部に通知しつつ、前記駆動信号の生成を継続することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記駆動回路は、前記それぞれのホトカプラの出力値としての論理レベルのうち、何れか一方が論理ローレベルの状態を継続し、他方が論理ハイレベルと論理ローレベルとを交互に繰り返しているときには、この動作状態を外部に通知するとともに前記駆動信号の生成を中止することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記駆動回路は、前記双方のホトカプラの出力値としての論理レベルそれぞれが論理ハイレベルの状態、あるいは論理ローレベルの状態を継続しているときには、この動作状態を外部に通知するとともに前記駆動信号の生成を中止することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2007−288825(P2007−288825A)
【公開日】平成19年11月1日(2007.11.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−109753(P2006−109753)
【出願日】平成18年4月12日(2006.4.12)
【出願人】(591083244)富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Fターム(参考)】