JP6699253B2 - 電力変換装置、スイッチング素子の短絡故障診断方法およびスイッチング素子のオープン故障診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング素子を含む電力変換装置、電力変換装置に含まれるスイッチング素子の短絡故障診断方法およびオープン故障診断方法に関する。

電力変換装置は、一般に、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのスイッチング素子を含んでおり、このスイッチング素子をオン／オフさせることで入力された電力を変換して出力する。この種の電力変換装置におけるスイッチング素子の短絡故障およびオープン故障を診断する技術が種々提案されている。スイッチング素子の短絡故障は、スイッチング素子の制御端子（具体的にはゲート）に与えられる信号に関わらず、接点端子間（具体的にはコレクタ−エミッタ間）が短絡した状態に維持される故障である。また、スイッチング素子のオープン故障は、スイッチング素子の制御端子に与えられる信号に関わらず、接点端子間が開放した状態に維持される故障である。以下、短絡故障およびオープン故障を区別しないときは、単に故障という。

特許文献１には、電力変換装置のスイッチング素子の故障を診断する技術の一例が開示されている。特許文献１の電力変換装置では、直流電源に対してコンデンサが直列接続され、このコンデンサの両極間に複数のスイッチング素子がブリッジ接続されている。この電力変換装置では、コンデンサの両極間の電圧が所定値以下のときに、ブリッジの上アームのスイッチング素子または下アームのスイッチング素子のいずれか一方をオンし、他方をオフして、そのときのコンデンサの電圧の低下を監視し、コンデンサの電圧が所定値以下に低下した場合、当該他方のスイッチング素子が短絡故障していると判断する。また、この電力変換装置では、コンデンサの両極間の電圧が所定値以下のときに、直列接続された上下アームの両方のスイッチング素子をオンして、そのときのコンデンサの電圧の低下を監視し、コンデンサの電圧が所定値以下に低下しなかった場合、当該両方のスイッチング素子の少なくとも一方がオープン故障していると判断する。

特開２００４−３５７４３７号公報

しかし、特許文献１の電力変換装置では、スイッチング素子およびコンデンサが直流電源と接続された状態でスイッチング素子の故障診断が行われる。このため、この電力変換装置においてコンデンサの電圧を所定値以下に維持することは難しい。

また、特許文献１の電力変換装置では、オープン故障を検出する際、同一相の上下アームのスイッチング素子の両方をオンする。コンデンサの電圧が所定値以下に維持されていない状態で同一相の上下アームのスイッチング素子の両方がオンされると、それらのスイッチング素子がオンした瞬間に過大な電流が流れ、正常なスイッチング素子が破損する虞がある。

特許文献１の電力変換装置では故障診断中も直流電源から電力が供給され続けるため、上述のオープン故障の検出時における問題の対策としては、上記の所定値をスイッチング素子の通常動作電圧よりも遥かに低くせざるを得ない（例えば、上記の所定値をスイッチング素子の導通電圧よりやや高いレベルにまで低くせざるを得ない）。この態様では、スイッチング素子の通常動作電圧よりも遥かに低い電圧においてオープン故障の診断をすることとなるため、コンデンサの電圧を検出する回路の精度によっては、コンデンサの電圧を正しく検出することができず、スイッチング素子のオープン故障を正しく診断することができない虞がある。

本発明は以上に説明した課題に鑑みて為されたものであり、正常なスイッチング素子を破損することなくスイッチング素子の故障診断が可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明による電力変換装置は、直流電源に対して直列接続される抵抗器、スイッチおよびコンデンサと、スイッチング素子を含み、前記コンデンサに並列に接続された主回路と、前記スイッチがオンして前記コンデンサの初期充電が開始されてから所定時間が経過するまでに前記コンデンサの電圧が第１の閾値電圧に到達するか否かにより前記主回路のスイッチング素子の短絡故障の有無を判断する第１の短絡故障診断を行う故障診断部と、を有する。

この発明による電力変換装置では、コンデンサの初期充電の開始から所定時間が経過するまでの間にスイッチング素子の短絡故障の有無の判断が行われる。このようなコンデンサの初期充電の開始直後では、コンデンサの電圧、すなわち主回路の電圧が十分に低い。本電力変換装置では、主回路の電圧が十分に低いときにスイッチング素子の短絡故障の有無の判断を行うため、主回路のスイッチング素子に短絡故障が発生して主回路が短絡したとしても、主回路における正常なスイッチング素子が破壊されることはない。

この発明による電力変換装置は、直流電源に対して直列接続される抵抗器、スイッチおよびコンデンサと、前記コンデンサに並列に接続された主回路であって、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有する主回路と、前記スイッチがオンして前記コンデンサの初期充電が開始された後、前記コンデンサの電圧が閾値電圧に到達すると前記スイッチをオフさせて、前記コンデンサと前記主回路とを直流電源から電気的に切り離した状態で、上下アームの各スイッチング素子のうちのいずれか１つのスイッチング素子にオンさせるパルスを与え、そのときの前記コンデンサの電圧の低下率と各相の出力端からモータに出力される出力電流の検出結果とに基づいて、前記パルスを与えたスイッチング素子を含むアームとは反対側の各相のアームのスイッチング素子の短絡故障の有無を判断する故障診断部と、を有する。

この発明による電力変換装置では、コンデンサと主回路とを直流電源から電気的に切り離した状態でスイッチング素子の短絡故障の有無の判断が行われる。このため、スイッチング素子の短絡故障の有無の判断に際して主回路にかかる電圧は、直流電源から切り離される直前の電圧を超えることはない。このため、本電力変換装置では、直流電源から主回路を切り離す基準となる閾値電圧を適切な値に設定しておくことで、短絡故障の有無の判断に際して主回路が短絡したとしても、主回路における正常なスイッチング素子が破壊されることはない。

この発明による電力変換装置は、直流電源に対して直列接続される抵抗器、スイッチおよびコンデンサと、前記コンデンサに並列に接続された主回路であって、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有する主回路と、前記スイッチがオンして前記コンデンサの初期充電が開始された後、前記コンデンサの電圧が閾値電圧に到達すると前記スイッチをオフさせて、前記コンデンサと前記主回路とを直流電源から電気的に切り離した状態で、いずれかの相における上下アームの一方側のスイッチング素子と、前記一方側のスイッチング素子を含む相とは異なる相のいずれかにおける他方側のスイッチング素子との両方にオンさせるパルスを与え、そのときの前記コンデンサの電圧の低下率と各相の出力端からモータに出力される出力電流の検出結果とに基づいて、前記パルスを与えたスイッチング素子のオープン故障の有無を判断する故障診断部と、を有する。

この発明による電力変換装置では、コンデンサと主回路とを直流電源から電気的に切り離した状態でスイッチング素子のオープン故障の有無の判断が行われる。このため、本電力変換装置では、直流電源から主回路を切り離す基準となる閾値電圧を適切な値に設定しておくことで、オープン故障の有無の判断に際して主回路が短絡したとしても、主回路における正常なスイッチング素子が破壊されることはない。

従って、この発明による電力変換装置では、正常なスイッチング素子を破損することなくスイッチング素子の故障診断が可能である。

この発明の実施形態による電力変換装置１０を含むモータ駆動システム１の構成を示す回路図である。 電力変換装置１０の故障診断部２０の動作の流れを示すフローチャートである。 電力変換装置１０のコンデンサ１４の初期充電開始後のコンデンサ１４の両端の電圧の変化の一例を示すタイムチャートである。 初期充電スイッチＳＷ２がオフした後のコンデンサ１４の両端の電圧の変化の一例を示すタイムチャートである。 図２のフローチャートにおけるステップＳ２３後のコンデンサ１４の両端の電圧の変化の一例を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
（実施形態）
図１は、この発明の一実施形態による電力変換装置１０を含むモータ駆動システム１の構成を示す回路図である。モータ駆動システム１は、電力変換装置１０、電流検出器３２および直流電源３０を有する。電力変換装置１０は、例えば、インバータ装置である。電力変換装置１０は、直流電源３０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ４０に出力し、モータ４０を駆動制御する。

電力変換装置１０は、主回路１３、コンデンサ１４、メインスイッチＳＷ１、初期充電スイッチＳＷ２、抵抗器１５、ゲート駆動回路１６、電圧検出器１７、故障診断部２０、出力電流検出部２１、直流電圧検出部２２およびリレー制御部２３を有する。

抵抗器１５、初期充電スイッチＳＷ２およびコンデンサ１４は、直流電源３０に対して直列接続される。より具体的には、コンデンサ１４の一方の電極は、抵抗器１５の一端に接続されている。抵抗器１５の他端は、初期充電スイッチＳＷ２の一方の接点に接続されている。初期充電スイッチＳＷ２の他方の接点は、直流電源３０の正極に接続される。コンデンサ１４の他方の電極は、直流電源３０の負極に接続される。

メインスイッチＳＷ１は、直列接続された抵抗器１５および初期充電スイッチＳＷ２に対して並列接続されている。初期充電スイッチＳＷ２およびメインスイッチＳＷ１の各々は、例えば、リレーにおけるノーマルオープンの接点要素であり、それらを開閉操作するコイルに電流が流れていない状態でオフし、そのコイルに電流が流れている状態でオンする。

コンデンサ１４は、例えば、電解コンデンサである。コンデンサ１４は、直流電源３０から供給される直流電力により充電される。抵抗器１５は、コンデンサ１４の初期充電時の突入電流を抑制するための抵抗器である。本明細書における初期充電とは、コンデンサ１４に電荷が蓄えられていない初期状態から開始される充電のことをいう。

コンデンサ１４には、主回路１３が並列接続されている。主回路１３は、スイッチング素子１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗ、１１Ｘ、１１Ｙおよび１１Ｚ、還流ダイオード１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ、１２Ｘ、１２Ｙおよび１２Ｚを有する。

スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの各々は、例えば、ＩＧＢＴである。スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚは、コンデンサ１４の両電極間に３相ブリッジ接続されている。より詳細には、スイッチング素子１１Ｕのコレクタは、コンデンサ１４における直流電源３０の正極側の電極に接続される高電位側の入力電源線３１Ｐに接続されている。スイッチング素子１１Ｘのエミッタは、コンデンサ１４における直流電源３０の負極側の電極に接続される低電位側の入力電源線３１Ｎに接続されている。スイッチング素子１１Ｕのエミッタはスイッチング素子１１Ｘのコレクタと接続されている。スイッチング素子１１Ｕとスイッチング素子１１Ｘとの接続点は、Ｕ相の出力端となっている。スイッチング素子１１Ｕのエミッタとコレクタとの間には、還流ダイオード１２Ｕが接続されており、スイッチング素子１１Ｘのエミッタとコレクタとの間には、還流ダイオード１２Ｘが接続されている。スイッチング素子１１Ｕおよび還流ダイオード１２Ｕは、Ｕ相上アームを構成し、スイッチング素子１１Ｘおよび還流ダイオード１２Ｘは、Ｕ相下アームを構成する。同様に、スイッチング素子１１Ｖおよび還流ダイオード１２Ｖは、Ｖ相上アームを構成し、スイッチング素子１１Ｙおよび還流ダイオード１２ＹはＶ相下アームを構成する。スイッチング素子１１Ｖとスイッチング素子１１Ｙとの接続点は、Ｖ相の出力端となっている。スイッチング素子１１Ｗおよび還流ダイオード１２Ｗは、Ｗ相上アームを構成し、スイッチング素子１１Ｚおよび還流ダイオード１２Ｚは、Ｗ相下アームを構成する。スイッチング素子１１Ｗとスイッチング素子１１Ｚとの接続点は、Ｗ相の出力端となっている。

ゲート駆動回路１６は、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの各々にゲート信号を出力してスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚをオン／オフさせる回路である。ゲート駆動回路１６は、モータ３０の駆動制御を担う制御回路（図示略）から供給される制御信号および故障診断部２０から供給される故障診断信号に従ってゲート信号を出力する。

電圧検出器１７は、コンデンサ１４の両電極間の電圧を検出してその検出結果を示す電圧検出信号を出力する。直流電圧検出部２２は、電圧検出信号を電圧検出器１７から取得して故障診断部２０へ引き渡す。

各相の出力端はモータ４０に接続される。各相の出力端からモータ４０へ供給される電流の供給経路には、相毎に電流検出器３２が設けられている。電流検出器３２は、出力端からモータ４０へ出力される出力電流を検出してその検出結果を示す電流検出信号を出力する。出力電流検出部２１は、電流検出信号を電流検出器３２から取得して故障診断部２０へ引き渡す。

リレー制御部２３は、初期充電スイッチＳＷ２を実現するリレーおよびメインスイッチＳＷ１を実現するリレーを含む各種のリレーをオン／オフさせる回路である。リレー制御部２３は、具体的には、各リレーのコイルへの電流の供給および遮断を故障診断部２０から出力される信号に従って制御することで、各リレーの接点要素をオン／オフさせる。

故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの短絡故障の有無およびオープン故障の有無を判断する。故障診断部２０によるスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの故障の有無の判断は、各相の出力端がモータ４０に接続された状態で行われる。故障診断部２０は、例えば、記憶装置（図示略）に記憶されているプログラムをマイコンが実行することで実現される。

図２は、故障診断部２０の動作の流れを示すフローチャートである。電力変換装置１０に電源が投入される前、メインスイッチＳＷ１と初期充電スイッチＳＷ２の両方は、オフに維持されている。この状態では、電力変換装置１０には直流電力が供給されず、コンデンサ１４は充電されていない。

電力変換装置１０の電源が投入されると、リレー制御部２３は、初期充電スイッチＳＷ２をオンさせる。これにより、メインスイッチＳＷ１がオフした状態で初期充電スイッチＳＷ２がオンする（ステップＳ１０）。初期充電スイッチＳＷ２がオンすると、直流電源３０の直流電力が抵抗器１５を介してコンデンサ１４に供給され、コンデンサ１４の初期充電（以下、単に充電という）が開始される。故障診断部２０は、コンデンサ１４の充電が開始されてからコンデンサ１４が完全に充電されるまでの間にスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの短絡故障の診断およびオープン故障の診断を行う。故障診断部２０は、第１の短絡故障診断、第２の短絡故障診断およびオープン故障診断の３種類の故障診断をこの順で行う。

また、電力変換装置１０の電源が投入されると、故障診断部２０は、直流電圧検出部２２を介して電圧検出信号を逐次取得してコンデンサ１４の電圧を監視する。また、並行して、故障診断部２０は、出力電流検出部２１を介して電流検出信号を逐次取得して出力電流を監視する。また、故障診断部２０は、初期充電スイッチＳＷ２のオンに合わせて内部タイマ（図示略）の計時を開始する。

図３は、充電開始直後のコンデンサ１４の電圧の変化の一例を示すタイムチャートである。コンデンサ１４の充電は抵抗器１５を介して行われるため、コンデンサ１４の電圧は、電圧波形Ｖ１１のように、コンデンサ１４の容量と抵抗器１５の抵抗値との積である時定数に従って立ち上がる。

ところが、Ｕ相上アームのスイッチング素子１１ＵとＵ相下アームのスイッチング素子１１Ｘの両方が短絡故障していた場合、入力電源線３１Ｐおよび３１Ｎ間がスイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｘによって短絡する。入力電源線３１Ｐおよび３１Ｎ間が短絡していると、抵抗器１５を介して直流電力が入力されても、短絡故障しているスイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｘを介して電荷が移動するため、電圧波形Ｖ１２に示すように、コンデンサ１４の電圧は上昇しない。すなわち、何れかの相において、上アームのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗと、その上アームと同一相の下アームのスイッチング素子１１Ｘ〜１１Ｚとが共に短絡故障していた場合、初期充電スイッチＳＷ２がオンしてもコンデンサ１４の電圧は立ち上がらない。

また、各相の出力端がモータ４０に接続されているため、電力変換装置１０の各相の出力端は、モータ４０の固定子巻線を介してつながっている。例えば、モータ４０の固定子巻線の結線がスター結線の場合、モータ４０では、電力変換装置１０のＵ相出力端に一端が接続された第１の固定子巻線の他端と、電力変換装置１０のＶ相出力端に一端が接続された第２の固定子巻線の他端と、電力変換装置１０のＷ相出力端に一端が接続された第３の固定子巻線の他端とが接続されている。このため、Ｕ相上アームのスイッチング素子１１ＵとＶ相下アームのスイッチング素子１１Ｙの両方が短絡故障していた場合、抵抗器１５を介して直流電力が入力されると、入力電源線３１Ｐ、スイッチング素子１１Ｕ、モータ４０の固定子巻線（上記の例では第１の固定子巻線および第２の固定子巻線）、スイッチング素子１１Ｙ、入力電源線３１Ｎの経路で電流が流れる。この場合、スイッチング素子１１Ｕとスイッチング素子１１Ｙの両方が短絡故障していない場合に比べて、コンデンサ１４に蓄積される電荷が少なく、電圧波形Ｖ１３に示すように、コンデンサ１４の電圧の上昇する速度が遥かに遅くなる。Ｕ相上アームのスイッチング素子１１ＵとＷ相下アームのスイッチング素子１１Ｚの両方が短絡故障していた場合も同様である。すなわち、いずれかの相における上下アームの一方側のスイッチング素子と、そのスイッチング素子を含む相とは異なる他の相における上下アームの他方側のスイッチング素子の両方が短絡故障していた場合、初期充電スイッチＳＷ２がオンした後に遥かに遅い速度でコンデンサ１４の両端の電圧が立ち上がる。

そこで、故障診断部２０は、初期充電スイッチＳＷ２がオンしてコンデンサ１４の初期充電が開始されてから所定時間Ｔｔ１が経過するまでにコンデンサ１４の電圧が第１の閾値電圧Ｖｔ１まで到達したか否かを判断する（ステップＳ１１）。第１の閾値電圧Ｖｔ１は、コンデンサ１４と抵抗器１５の時定数に従って上昇する電圧波形における所定時間Ｔｔ１が経過する時点の電圧値またはその時点の電圧値よりも少し低い電圧値に設定される。

故障診断部２０は、内部タイマによる計時が所定時間Ｔｔ１を経過しても、電圧検出信号が表すコンデンサ１４の電圧が第１の閾値電圧Ｖｔ１以上にならなかった場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、各相の上アームのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗのうちの少なくとも１つのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗと、各相の下アームのスイッチング素子１１Ｘ〜１１Ｚのうちの少なくとも１つのスイッチング素子１１Ｘ〜１１Ｚとに短絡故障が発生していると判断する（ステップＳ１２）。この場合、故障診断部２０は、リレー制御部２３に初期充電スイッチＳＷ２をオフさせる信号を出力する（ステップＳ１３）。その後、故障診断部２０は、判断結果を表示装置に表示させ、短絡故障が発生している旨の通知を上位コントローラなどに送信し、通常運転に移るのを禁止し（ステップＳ１４）、一連の処理を終了する。

ステップＳ１１において、内部タイマによる計時が所定時間Ｔｔ１を経過する前に電圧検出信号が表すコンデンサ１４の電圧が第１の閾値電圧Ｖｔ１以上になった場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、故障診断部２０は、短絡故障が検出されなかったとして、ステップＳ１５の処理に移る。このようなステップＳ１１〜Ｓ１４の処理が第１の短絡故障診断である。

ところで、上下アームの片側のスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗあるいは１１Ｘ〜１１Ｚのみに短絡故障が発生していた場合、コンデンサ１４の電圧は正常時と同様に立ち上がる。このため、第１の短絡故障診断では、このようなスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの短絡故障を検出することができない。そこで、このような場合を含め、短絡故障しているスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを特定するのが第２の短絡故障診断である。

ステップＳ１１において短絡故障が検出されなかった（Ｓ１１：Ｙｅｓ）後、故障診断部２０は、コンデンサ１４の電圧が第２の閾値電圧Ｖｔ２に到達したか否かを判断する（ステップＳ１５）。第２の閾値電圧Ｖｔ２は、第２の短絡故障診断の開始時の基準となる電圧である。第２の閾値電圧Ｖｔ２は、コンデンサ１４と抵抗器１５の時定数に従って上昇する電圧波形に基づいて設定される。第２の閾値電圧Ｖｔ２は、第１の閾値電圧Ｖｔ１よりも高い。故障診断部２０は、コンデンサ１４の電圧が第２の閾値電圧Ｖｔ２以上になるまでステップＳ１５の処理を繰り返す（Ｓ１５：Ｎｏ）。

コンデンサ１４の電圧が第２の閾値電圧Ｖｔ２以上となった場合（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、故障診断部２０は、リレー制御部２３に初期充電スイッチＳＷ２をオフさせる信号を出力する（ステップＳ１６）。これにより、コンデンサ１４および主回路１３は、直流電源３０から電気的に切り離される。その後、故障診断部２０は、第２の短絡故障診断であるステップＳ１７〜ステップＳ２２の処理を行う。

図４は、ステップＳ１６において初期充電スイッチＳＷ２がオフした後のコンデンサ１４の電圧の変化の一例を示すタイムチャートである。初期充電スイッチＳＷ２がオフすると、コンデンサ１４は、直流電源３０からの直流電力の供給が遮断されるため、蓄積した電荷の放電を開始する。コンデンサ１４から放電される電荷は、上下アーム等によって消費される。コンデンサ１４の電圧は、このようなコンデンサ１４の自然放電によって電圧波形Ｖ２１に示すように徐々に低下する。

初期充電スイッチＳＷ２をオフさせた後、故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚのうちのいずれか１つのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚのみに極めて短時間の間オンさせるパルスを与え（ステップＳ１７）、ステップＳ１８〜Ｓ２２の処理を行う。そして、故障診断部２０は、１つだけオンさせるスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを順次に切り替えて（Ｓ１７）ステップＳ１８〜Ｓ２２の処理を行うというように、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ１７〜Ｓ２２を繰り返す。

まず、故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｖ〜１１Ｚをオフさせた状態で、スイッチング素子１１Ｕのみに極めて短時間の間オンさせるパルスを与える（ステップＳ１７）。具体的には、スイッチング素子１１Ｕをオンさせる内容の故障診断信号を故障診断部２０がゲート駆動回路１６に出力し、ゲート駆動回路１６がその故障診断信号に従ってスイッチング素子１１Ｕのゲートに極めて短時間の間立ち上がるパルス状のゲート信号を出力する。

故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｕのみにパルスを与えている間（パルスの立ち上がりから立下りまでの時間）、コンデンサ１４の電圧の検出結果を蓄積し、それを基にコンデンサ１４の電圧の単位時間当たりの低下率を算出する。例えば、故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｕに与えるパルスの立ち上がり時刻におけるコンデンサ１４の電圧検出結果と、そのパルスの立下り時刻におけるコンデンサ１４の電圧検出結果との差分の絶対値を算出する。故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｕに与えるパルスの立ち上がり時刻と立下り時刻との差分の絶対値を算出する。故障診断部２０は、コンデンサ１４の電圧検出結果の差分の絶対値を時刻の差分の絶対値で除算する。このようにして算出した除算結果をコンデンサ１４の電圧の低下率とする。

故障診断部２０は、算出したコンデンサ１４の電圧の低下率が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１８）。この比較基準である所定の閾値は、コンデンサ１４の自然放電による電圧の低下率よりも少しだけ大きな値に設定される。コンデンサ１４の自然放電による電圧の低下率をコンデンサ１４の容量などから予測することが可能であるため、この所定の閾値を自然放電による低下率よりも少しだけ大きな値に設定しておくことは可能である。すなわち、ステップＳ１８では、故障診断部２０は、コンデンサ１４の電圧の低下率が自然放電による低下率よりも大きいか否かを判断する。

コンデンサ１４の電圧の低下率が所定の閾値よりも小さい場合（Ｓ１８：Ｎｏ）、故障診断部２０は、パルスを与えたスイッチング素子１１Ｕを含むアーム（Ｕ相上アーム）とは反対側のすべてのアーム（Ｕ相下アーム、Ｖ相下アームおよびＷ相下アーム）の各スイッチング素子１１Ｘ〜１１Ｚに短絡故障は発生していないと判断する。この判断の後、故障診断部２０は、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ１８の判断が完了していない場合、ステップＳ１７の処理に戻ってパルスを与えるスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを切り替え、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ１８の判断が完了した場合、ステップＳ２３の処理に進む。

また、故障診断部２０は、ステップＳ１７においてスイッチング素子１１Ｕのみにパルスを与えている間（パルスの立ち上がりから立下りまでの時間）、すべての相の出力電流を検出し、その検出結果を示すデータを蓄積する。そして、ステップＳ１８において、コンデンサ１４の電圧の低下率が所定の閾値よりも大きい場合（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｕにパルスを与えている間、すべての相の出力電流の検出結果の絶対値が所定の電流閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１９）。この比較基準である所定の電流閾値は、ゼロよりも少しだけ大きな値に設定される。すなわち、ステップＳ１９では、故障診断部２０は、すべての相の出力電流の検出結果がゼロであるか否かを判断する。

すべての相で出力電流の検出結果の絶対値が所定の電流閾値以下であった場合（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、故障診断部２０は、パルスを与えたスイッチング素子１１Ｕを含むアーム（Ｕ相上アーム）と同一相における反対側のアーム（Ｕ相下アーム）のスイッチング素子１１Ｘに短絡故障が発生していると判断する（ステップＳ２０）。このように判断する理由は以下の通りである。パルスを与えるスイッチング素子１１Ｕと同一相における反対側のアームのスイッチング素子１１Ｘに短絡故障が発生していると、パルスを与えたスイッチング素子１１Ｕがオンした瞬間にスイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｘを介して入力電源線３１Ｐおよび３１Ｎ間が短絡する。スイッチング素子１１Ｕがオンした瞬間にコンデンサ１４の放電電荷がスイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｘを介して移動するため、電圧波形Ｖ２２に示すように、コンデンサ１４の電圧が急激に低下する。そして、スイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｘを介して電流が流れるため、モータ４０へは電流が流れず、出力電流の検出結果はゼロのままとなる。

ステップＳ１９において、すべての相で出力電流の検出結果の絶対値が所定の電流閾値よりも大きかった場合（Ｓ１９：Ｎｏ）、故障診断部２０は、パルスを与えたスイッチング素子１１Ｕを含むアーム（Ｕ相上アーム）の相とは異なる相における反対側のアーム（Ｖ相下アームまたはＷ相下アーム）の少なくとも１つ以上のスイッチング素子１１Ｙおよび１１Ｚに短絡故障が発生していると判断する（ステップＳ２１）。このように判断する理由は以下の通りである。パルスを与えるスイッチング素子１１Ｕの相とは異なる相における反対側のアームのスイッチング素子１１Ｙまたは１１Ｚに短絡故障が発生していると、パルスを与えるスイッチング素子１１Ｕがオンした瞬間に、モータ４０の固定子巻線を介して電流が流れる。スイッチング素子１１Ｕのオンの後にコンデンサ１４の放電電荷がモータ４０の固定子巻線で速やかに消費されるため、電圧波形Ｖ２３に示すように、自然放電による低下率に比べてコンデンサ１４の電圧の低下率が大きくなる。そして、電力変換装置１０からモータ４０へ電流が供給されるため、ゼロではない出力電流が検出される。

ステップＳ２１において、故障診断部２０は、出力電流の検出結果の絶対値が所定の電流閾値よりも大きかった相（換言すると、出力電流がゼロではなかった相）から短絡故障が発生しているスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを特定する。例えば、スイッチング素子１１Ｕをオンした場合において、Ｗ相の出力電流がゼロであり、Ｕ相の出力電流とＶ相の出力電流がゼロでない場合、故障診断部２０は、Ｖ相下アームのスイッチング素子１１Ｙに短絡故障が発生していると判断する。また、Ｖ相の出力電流がゼロであり、Ｕ相の出力電流とＷ相の出力電流がゼロでない場合、故障診断部２０は、Ｗ相下アームのスイッチング素子１１Ｚに短絡故障が発生していると判断する。また、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のすべての出力電流がゼロでない場合、故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｙとスイッチング素子１１Ｚの両方に短絡故障が発生していると判断する。

ステップＳ２０およびステップＳ２１において短絡故障が発生していると判断した後、故障診断部２０は、判断結果を表示装置に表示させ、短絡故障が発生している旨の通知を上位コントローラなどに送信する（ステップＳ２２）。その後、故障診断部２０は、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ１８の判断が完了していない場合、ステップＳ１７の処理に戻ってオンするスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを切り替え、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ１８の判断が完了した場合、通常運転に移るのを禁止し（ステップＳ２２）、一連の処理を終了する。

ステップＳ１８において、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚについて短絡故障が発生していないと判断した後、故障診断部２０は、オープン故障診断であるステップＳ２３〜Ｓ２６の処理を行う。

図５は、オープン故障診断時のコンデンサ１４の電圧の変化の一例を示すタイムチャートである。オープン故障診断は、第２の短絡故障診断に後続して行われ、メインスイッチＳＷ１および初期充電スイッチＳＷ２をオフした状態、すなわち、コンデンサ１４と主回路１３とが直流電源３０から切り離された状態で行われる。

故障診断部２０は、いずれかの相における上アームのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗと、そのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗを含む相とは異なる相のいずれかにおける下アームのスイッチング素子１１Ｘ〜１１Ｚとに極めて短時間の間同時にオンさせるパルスを与え（ステップＳ２３）、ステップＳ２４〜Ｓ２６の処理を行う。そして、故障診断部２０は、パルスを与えるスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの組を順次に切り替えて（Ｓ２３）、各組についてステップＳ２４〜Ｓ２６の処理を繰り返す。

まず、故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｖ、１１Ｗ、１１Ｘおよび１１Ｚをオフさせた状態で、スイッチング素子１１Ｕと１１Ｙとにパルスを与える（ステップＳ２３）。具体的には、スイッチング素子１１Ｕと１１Ｙとをオンさせる内容の故障診断信号を故障診断部２０がゲート駆動回路１６に出力し、ゲート駆動回路１６がその故障診断信号に従ってスイッチング素子１１Ｕのゲートとスイッチング素子１１Ｙのゲートとに互いに同期したパルス状のゲート信号を出力する。

故障診断部２０は、スイッチング素子１１Ｕと１１Ｙとにパルスを与えている間、コンデンサ１４の電圧の検出結果を蓄積し、それを基にコンデンサ１４の電圧の単位時間当たりの低下率を算出する。コンデンサ１４の電圧の低下率の算出方法は、第２の短絡故障診断におけるそれと同様である。

故障診断部２０は、算出したコンデンサ１４の電圧の低下率が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２４）。所定の閾値は、第２の短絡故障診断におけるそれと同様に、コンデンサ１４の自然放電による電圧の低下率よりも少しだけ大きな値に設定される。すなわち、ステップＳ２４では、故障診断部２０は、コンデンサ１４の電圧の低下率が自然放電による低下率よりも大きいか否かを判断する。

ここで、スイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｙのいずれにおいてもオープン故障が発生していなければ、スイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｙにパルスを与えた瞬間に、スイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｙがオンし、スイッチング素子１１Ｕ、モータ４０の固定子巻線、スイッチング素子１１Ｙの経路で電流が流れる。この場合、コンデンサ１４の放電電荷がモータ４０の固定子巻線で速やかに消費されるため、電圧波形Ｖ３２に示すように、コンデンサ１４の電圧の低下率は、自然放電による低下率に比べて大きくなる。

そこで、コンデンサ１４の電圧の低下率が所定の閾値よりも大きい場合（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、故障診断部２０は、パルスを与えたスイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｙの両方にオープン故障が発生していないと判断する。この判断の後、故障診断部２０は、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ２４の判断が完了していない場合、ステップＳ２３の処理に戻ってパルスを与えるスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの組を切り替え、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ２４の判断が完了した場合、ステップＳ２７の処理に進む。

ところで、オープン故障が発生しているスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚでは、ゲートにパルスが与えられてもコレクタ−エミッタ間が短絡することはない。このため、パルスが与えられるスイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｙの少なくとも一方がオープン故障していれば、モータ４０の固定子巻線を経由する電流が流れない。この場合、電圧波形Ｖ３１に示すように、コンデンサ１４は自然放電を維持する。

そこで、コンデンサ１４の電圧の低下率が所定の閾値よりも小さい場合（Ｓ２４：Ｎｏ）、故障診断部２０は、パルスを与えたスイッチング素子１１Ｕおよび１１Ｙの少なくとも一方にオープン故障が発生していると判断する（ステップＳ２５）。

オープン故障が発生していると判断した後、故障診断部２０は、判断結果を表示装置に表示させ、オープン故障が発生している旨の通知を上位コントローラなどに送信する（ステップＳ２６）。その後、故障診断部２０は、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ２４の判断が完了していない場合、ステップＳ２４の処理に戻ってパルスを与えるスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの組を切り替え、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１ＺについてステップＳ２４の判断が完了した場合、通常運転に移るのを禁止し（ステップＳ２６）、一連の処理を終了する。

ステップＳ２４において、すべてのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚについてオープン故障が発生していないと判断した後、故障診断部２０は、リレー制御部２３に初期充電スイッチＳＷ２を再びオンさせる信号を出力する（ステップＳ２７）。初期充電スイッチＳＷ２がオンすると、コンデンサ１４の初期充電が再開され、コンデンサ１４の電圧が上昇する。その後、故障診断部２０は、コンデンサ１４の電圧の検出結果が、コンデンサ１４の電圧が十分に立ち上がったことを表す所定電圧に到達したか否かを判断する（ステップＳ２８）。故障診断部２０は、コンデンサ１４の電圧がこの所定電圧以上になるまでステップＳ２８の処理を繰り返す（Ｓ２８：Ｎｏ）。

故障診断部２０は、コンデンサ１４の電圧がこの所定電圧以上になった場合（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、リレー制御部２３にメインスイッチＳＷ１をオンさせる信号を出力する（ステップＳ２９）。メインスイッチＳＷ１がオンすると抵抗器１５の両端がメインスイッチＳＷ１によって短絡するため、メインスイッチＳＷ１を介してコンデンサ１４が完全に充電される。コンデンサ１４の充電が完了すると、故障診断部２０は、ゲート駆動回路１６に制御信号を出力する制御回路に運転許可を通知する（ステップＳ３０）。

以上のように、本実施形態の電力変換装置１０では、コンデンサ１４の初期充電の開始から所定時間が経過するまでの間にスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの短絡故障の有無の判断（第１の短絡故障診断）が行われる。このようなコンデンサ１４の初期充電の開始直後では、コンデンサ１４の電圧、すなわち主回路１３の電圧が十分に低い。電力変換装置１０では、主回路１３の電圧が十分に低いときにスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの短絡故障の有無の判断を行うため、主回路１３のスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚが短絡故障して入力電源線３１Ｐおよび３１Ｎ間が短絡したとしても、主回路１３における正常なスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚが破壊されることはない。

また、本実施形態の電力変換装置１０では、コンデンサ１４と主回路１３とを直流電源３０から電気的に切り離した状態でスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの短絡故障およびオープン故障の有無の判断（第２の短絡故障診断およびオープン故障診断）が行われる。このため、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの短絡故障およびオープン故障の有無の判断に際して主回路１３にかかる電圧は、直流電源３０から切り離される直前の電圧を超えることはない。このため、電力変換装置１０では、直流電源３０から主回路１３を切り離す基準となる第２の閾値電圧Ｖｔ２を適切な値に設定しておくことで、短絡故障およびオープン故障の有無の判断に際して入力電源線３１Ｐおよび３１Ｎ間が短絡したとしても、主回路１３における正常なスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚが破壊されることはない。

従って、電力変換装置１０では、正常なスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを破損することなくスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの故障診断が可能である。

また、電力変換装置１０では、各相の出力端がモータ４０に接続された状態でスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの故障の有無の判断が行われる。これにより、第１の短絡故障診断では、上アームのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗと、そのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗが属する相とは異なる他の相の下アームのスイッチング素子１１Ｘ〜１１Ｚとに短絡故障が発生していた場合、モータ４０を介して電流が流れることとなり、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚに短絡故障が発生していない場合に比べてコンデンサ１４の電圧の上昇が遥かに遅くなる。このため、電力変換装置１０では、上アームのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗと、その上アームと同一相の下アームのスイッチング素子１１Ｘ〜１１Ｚとに短絡故障が発生していた場合だけでなく、上アームのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗと、そのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｗの属する相とは異なる他の相の下アームのスイッチング素子１１Ｘ〜１１Ｚとに短絡故障が発生していた場合も含めて、それらスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの短絡故障の有無を検出することができる。

また、電力変換装置１０では、オープン故障診断において、いずれかの相における上下アームの一方側のスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚと、その一方側のスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを含む相とは異なる相のいずれかにおける他方側のスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚとの両方にパルスを与えて、モータ４０を介して２相通流させる。このため、電力変換装置１０では、同一相の上下アームのスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの両方をオンさせる態様に比べ、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚに流れる電流を抑えることができ、正常なスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを破損する虞がない。また、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚに流れる電流が抑えられるため、特許文献１の技術に比べ、第２の短絡故障診断およびオープン故障診断の際のコンデンサ１４にかかる電圧を高くすることが可能である。

また、電力変換装置１０では、第２の短絡故障診断およびオープン故障診断において、コンデンサ１４の電圧の検出結果と出力電流の検出結果とに基づいてスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの故障の有無を診断する。このため、電力変換装置１０では、故障しているスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚを特定することができ、コンデンサ１４の電圧の検出結果のみに基づいてスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの故障の有無を診断する態様に比べ、故障診断の精度が向上する。

また、モータを駆動制御する一般的な電力変換装置では、モータに供給する電流を制御するために各相の出力端とモータとの間に電流検出器が設けられることが多い。本実施形態の電力変換装置１０では、このような位置に一般的に設置される電流検出器の検出結果を故障診断に用いる。このため、電力変換装置１０では、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの故障診断のために新たな電流検出器を増設する必要が無く、コストを抑えることができる。

また、電力変換装置１０では、直流電源３０に対して抵抗器１５が直列接続された状態で第１の短絡故障診断が行われる。このため、電力変換装置１０では、第１の短絡故障診断時に短絡故障が発生していたとしても、入力電源線３１Ｐおよび３１Ｎ間に流れる電流は抵抗器１５によって限流されることとなり、正常なスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚ等に大きなダメージを与える可能性は低い。

また、電力変換装置１０では、所定時間Ｔｔ１、第１の閾値電圧Ｖｔ１および第２の閾値電圧Ｖｔ２をコンデンサ１４の容量や抵抗器１５の抵抗値やスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚの耐電圧などに応じて設定変更しても良い。所定時間Ｔｔ１、第１の閾値電圧Ｖｔ１および第２の閾値電圧Ｖｔ２を最適な値に設定することで、より安全に故障診断を行うことが可能となるからである。

また、電力変換装置１０では、所定時間Ｔｔ１を極力小さい値に設定しておくことで、電力変換装置１０の電源が投入されてから第１の短絡故障診断の判断結果が出力されるまでの時間を極力短くすることができる。

また、電力変換装置１０では、初期充電の開始後の初期充電スイッチＳＷ２をオフするタイミングが故障診断部２０によって指示される。これにより、電力変換装置１０では、直流電源３０の電圧が変動してコンデンサ１４の充電に要する時間が変化したとしても、コンデンサ１４の電圧が第２の閾値電圧に到達したタイミングで初期充電スイッチＳＷ２をオフすることができる。このため、電力変換装置１０では、第２の短絡故障診断およびオープン故障診断における基準電圧を安定して得ることができる。

（変形）
以上本発明の一実施形態について説明したが、これら実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。

（１）実施形態の電力変換装置１０は、出力が３相の構成であった。しかし、電力変換装置は、出力が３相の構成に限らず、出力が２相の構成であっても良いし、出力が４相以上の構成であっても良い。

（２）実施形態の電力変換装置１０の故障診断部２０は、第１の短絡故障診断、第２の短絡故障診断およびオープン故障診断の３種類の故障診断を行っていた。しかし、電力変換装置は、故障診断部２０がこれら３種類の故障診断のすべてを行う態様に限らない。例えば、故障診断部２０は、第１の短絡故障診断のみを行っても良いし、第１の故障診断を省略して第２の短絡故障診断とオープン故障診断の２種類の故障診断を行っても良い。また、故障診断部２０は、初期充電スイッチＳＷ２をオフした後、第２の短絡故障診断を省略してオープン故障診断を行っても良い。また、故障診断部２０は、オープン故障診断を省略して第１の短絡故障診断と第２の短絡故障診断を行っても良い。

（３）実施形態の電力変換装置１０の提供に限らず、実施形態で説明した第１の短絡故障診断の方法、第２の短絡故障診断の方法およびオープン故障診断の方法を提供しても良い。

（４）実施形態の電力変換装置１０のスイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚは、ＩＧＢＴに限らない。例えば、スイッチング素子１１Ｕ〜１１Ｚは、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；金属−酸化膜−半導体構造の電界効果トランジスタ）などであっても良い。

（５）初期充電スイッチＳＷ２およびメインスイッチＳＷ１は、リレーに限らず、例えば、開閉器であっても良い。

（６）ゲート駆動回路１６に制御信号を出力してモータ４０を駆動制御する制御回路とは別個の回路によって故障診断部２０が実現されても良いし、その制御回路が故障診断部２０の機能を兼ねても良い。

１…モータ駆動システム、１０…電力変換装置、１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ，１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ…スイッチング素子、１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ，１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚ…還流ダイオード、１３…主回路、１４…コンデンサ、１５…抵抗器、１６…ゲート駆動回路、１７…電圧検出器、ＳＷ１…メインスイッチ、ＳＷ２…初期充電スイッチ、２０…故障診断部、２１…出力電流検出部、２２…直流電圧検出部、２３…リレー制御部、３０…直流電源、３１Ｐ，３１Ｎ…入力電源線、３２…電流検出器、４０…モータ。

Claims (10)

1. 直流電源に対して直列接続される抵抗器、スイッチおよびコンデンサと、
   スイッチング素子を含み、前記コンデンサに並列に接続された主回路と、
   前記スイッチがオンして前記コンデンサの初期充電が開始されてから所定時間が経過するまでに前記コンデンサの電圧が第１の閾値電圧に到達するか否かにより前記主回路のスイッチング素子の短絡故障の有無を判断する第１の短絡故障診断を行う故障診断部と、を有し、
   前記故障診断部は、
   前記スイッチがオンして前記コンデンサの初期充電が開始された後、前記コンデンサの電圧が第２の閾値電圧に到達すると前記スイッチをオフさせて、前記コンデンサと前記主回路とを直流電源から電気的に切り離した状態で、スイッチング素子の短絡故障の有無を判断する第２の短絡故障診断を行う
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記主回路は、
   スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有し、
   前記故障診断部は、
   前記第２の短絡故障診断では、
   上下アームの各スイッチング素子のうちのいずれか１つのスイッチング素子にオンさせるパルスを与え、そのときの前記コンデンサの電圧の低下率と各相の出力端からモータに出力される出力電流の検出結果とに基づいて、前記パルスを与えたスイッチング素子を含むアームとは反対側の各相のアームのスイッチング素子の短絡故障の有無を判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記故障診断部は、
   前記コンデンサの電圧の低下率が所定の閾値よりも大きく、かつ、すべての相の出力電流の検出結果の絶対値が所定の電流閾値以下である場合、前記パルスを与えたスイッチング素子を含むアームと同一相における反対側のアームのスイッチング素子に短絡故障が発生していると判断し、
   前記コンデンサの電圧の低下率が所定の閾値よりも大きく、かつ、出力電流の検出結果の絶対値が所定の電流閾値以下ではない相がある場合、前記パルスを与えたスイッチング素子を含むアームとは異なる相における反対側のアームのスイッチング素子に短絡故障が発生していると判断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記主回路は、
   スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有し、
   前記故障診断部は、
   前記コンデンサと前記主回路とを直流電源から電気的に切り離した状態で、
   いずれかの相における上下アームの一方側のスイッチング素子と、前記一方側のスイッチング素子を含む相とは異なる相のいずれかにおける他方側のスイッチング素子との両方にオンさせるパルスを与え、そのときの前記コンデンサの電圧の低下率に基づいて、前記パルスを与えたスイッチング素子のオープン故障の有無を判断するオープン故障診断を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記故障診断部は、
   前記コンデンサの電圧の低下率が所定の閾値以下である場合、前記パルスを与えたスイッチング素子のうちの少なくとも一方にオープン故障が発生していると判断する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記故障診断部は、
   スイッチング素子の故障がなければ前記スイッチをオンさせて前記コンデンサの初期充電を再開させる
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１の請求項に記載の電力変換装置。
7. 直流電源に対して直列接続される抵抗器、スイッチおよびコンデンサと、
   前記コンデンサに並列に接続された主回路であって、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有する主回路と、
   前記スイッチがオンして前記コンデンサの初期充電が開始された後、前記コンデンサの電圧が閾値電圧に到達すると前記スイッチをオフさせて、前記コンデンサと前記主回路とを直流電源から電気的に切り離した状態で、上下アームの各スイッチング素子のうちのいずれか１つのスイッチング素子にオンさせるパルスを与え、そのときの前記コンデンサの電圧の低下率と各相の出力端からモータに出力される出力電流の検出結果とに基づいて、前記パルスを与えたスイッチング素子を含むアームとは反対側の各相のアームのスイッチング素子の短絡故障の有無を判断する故障診断部と、
   を有することを特徴とする電力変換装置。
8. 直流電源に対して直列接続される抵抗器、スイッチおよびコンデンサと、
   前記コンデンサに並列に接続された主回路であって、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有する主回路と、
   前記スイッチがオンして前記コンデンサの初期充電が開始された後、前記コンデンサの電圧が閾値電圧に到達すると前記スイッチをオフさせて、前記コンデンサと前記主回路とを直流電源から電気的に切り離した状態で、いずれかの相における上下アームの一方側のスイッチング素子と、前記一方側のスイッチング素子を含む相とは異なる相のいずれかにおける他方側のスイッチング素子との両方にオンさせるパルスを与え、そのときの前記コンデンサの電圧の低下率に基づいて、前記パルスを与えたスイッチング素子のオープン故障の有無を判断する故障診断部と、
   を有することを特徴とする電力変換装置。
9. 直流電源に対して直列接続される抵抗器、スイッチおよびコンデンサと、前記コンデンサに並列に接続された主回路であって、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有する主回路と、を有し、前記主回路の出力端にモータが接続された電力変換装置におけるスイッチング素子の短絡故障診断方法であって、
   前記スイッチをオンするステップと、
   前記コンデンサの初期充電が開始された後、前記コンデンサの電圧が閾値電圧に到達すると前記スイッチをオフさせて、前記コンデンサと前記主回路とを直流電源から電気的に切り離すステップと、
   上下アームの各スイッチング素子のうちのいずれか１つのスイッチング素子にオンさせるパルスを与え、そのときの前記コンデンサの電圧の低下率と各相の出力端からモータに出力される出力電流の検出結果とに基づいて、前記パルスを与えたスイッチング素子を含むアームとは反対側の各相のアームのスイッチング素子の短絡故障の有無を判断するステップと、
   を有することを特徴とするスイッチング素子の短絡故障診断方法。
10. 直流電源に対して直列接続される抵抗器、スイッチおよびコンデンサと、前記コンデンサに並列に接続された主回路であって、スイッチング素子を含む上アームとスイッチング素子を含む下アームとが直列に接続され、前記上アームと前記下アームの接続点を出力端として１相が構成され、前記上アームおよび前記下アームを複数相分有する主回路と、を有し、前記主回路の出力端にモータが接続された電力変換装置におけるスイッチング素子のオープン故障診断方法であって、
    前記スイッチをオンするステップと、
    前記コンデンサの初期充電が開始された後、前記コンデンサの電圧が閾値電圧に到達すると前記スイッチをオフさせて、前記コンデンサと前記主回路とを直流電源から電気的に切り離すステップと、
    いずれかの相における上下アームの一方側のスイッチング素子と、前記一方側のスイッチング素子を含む相とは異なる相のいずれかにおける他方側のスイッチング素子との両方にオンさせるパルスを与え、そのときの前記コンデンサの電圧の低下率に基づいて、前記パルスを与えたスイッチング素子のオープン故障の有無を判断するステップと、
    を有することを特徴とするスイッチング素子のオープン故障診断方法。

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