CN100446372C - 能够检测流过驱动电路的电流的异常的电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源装置。电流检测单元在电机电流已超过阈值时开始采样电机电流，并对每个指定操作周期保存最大电机电流值。异常判断单元判断最大电机电流值是否大于阈值，并对最大电机电流值持续超过阈值的次数计数。当计数值达到至少3时，异常判断单元产生表示电机电流异常的检测信号，并将其输出到继电器驱动单元和通知单元。继电器驱动单元在接收到检测信号时产生断开系统继电器的信号。通知单元产生信号并输出到设置在电源装置外部的显示装置。

Description

能够检测流过驱动电路的电流的异常的电源装置

技术领域

本发明涉及电源装置，更具体而言涉及这样的电源装置，其具有检测流过包括在电源装置中的驱动电路的电流的异常的功能。

背景技术

混合动力车和电动车由于有助于环境而吸引了人们的关注。作为其动力源，混合动力车除了传统发动机外还具有直流(DC)电源、逆变器和被逆变器驱动的电机。具体地，发动机被驱动以产生动力，而DC电源的DC电压被逆变器转换成交流(AC)电压以通过该AC电压来转动电机并由此产生动力。

电动车的动力源是DC电源、逆变器和被逆变器驱动的电机。

混合动力车和电动车中所包括的DC电源通常是高压的，以获得高输出。但是，当使用这种高压的DC电源时，电动机可能由于超载时的过热而失灵或烧坏。还可能有在电泄漏时受到电击的危险。因此，需要安全设备来避免这些危险(例如，参见日本专利早期公开No.07-123504和2004-215316)。

图13是示出日本专利早期公开No.07-123504中公开的用于电动车的安全设备的构造的框图。

参照图13，电动车安全设备200包括设置在从DC电源110到负载电路130的供电线路L上的开关150。开关150被构造成按照从保护电路140输入到驱动电路151的外部信号而断开/闭合。

更具体而言，在保护电路140中，电流检测器141检测流过供电线路L的电流。电流检测器141的输出被电流检测电路142放大并输入到控制电路143。在从检测到的电流值超过负载电路130的额定电流时起经过了规定操作时间后，检测到的电流值仍大于额定电流时，控制电路143驱动输出继电器电路144，以通过驱动电路151断开开关150的触点r。

操作时间的计时从电流检测器141检测到的电流值超过额定电流时的时刻开始，并且操作时间被设置成这样，当即使在经过了操作时间之后该电流也没有变成等于或低于额定电流时，断开开关150。根据通过电流的幅值将操作时间设置成例如与电流值的增大成反比地缩短。如果检测到的电流在操作时间内变成等于或低于额定电流，则开关150不断开，并且操作时间的计时将在下一次检测到的电流超过额定电流时再次开始。

在图13所示的电动车安全设备中，在检测到通过电流超过额定电流之后，如果从该检测起经过规定操作时间后电流没有变成小于额定电流，则停止对负载电路130供电，以确保对过电流的保护。

此外，继续对负载电路130的供电，直到经过了操作时间。就是说，即使负载电路130暂时过载，对负载电路130的供电也不会立即停止。这避免了在没有异常时激活保护电路140来停止供电的不利情形。

但是，在图13的异常判断方法中，基于额定电流和按照通过电流的幅值而唯一确定的操作时间来判断通过电流中存在/没有异常。这会引起在异常检测精度中出现以下方面的问题。

具体而言，在图13的负载电路130包括逆变器和AC电机的情况下，在正常操作中通过电流表现出正弦波的电流波形，而在逆变器的控制中发生异常时，通过电流表现出与原来的正弦波十分不同的电流波形。

例如，异常时通过电流可以具有暂时变得大大地大于额定电流的电流波形模式，或者在正弦波的上限附近(大于和低于极限)连续流动的电流波形模式。当超过额定电流的大电流流过逆变器时，根据通过电流的幅值和电流流过的时间段，逆变器将暂时承受大的负荷，这可能导致逆变器的破坏。同时，当电流在正弦波的上限附近连续流过时，逆变器将连续承受正常操作中最大电平的负载，这也可能破坏逆变器。这样，为了防止逆变器破坏，应该可靠地将在正常操作状态下不会观测到的电流波形判断为异常。

于是，在上述异常检测方法中，暂时大大超过额定电流的异常电流被判断为异常的，如果其流过的时间段超过规定操作时间。

同时，为了检测在正弦波上限附近连续流过的异常电流，需要将用作判断异常的基准的阈值设成低到正弦波的上限，而非额定电流。但是，如果阈值被设定为正弦波的上限，则难以精确检测在正弦波的上限附近流过的异常电流，因为当通过电流在操作时间的时间限制内变成低于阈值时，计时操作被复位并在通过电流再次超过阈值时重新开始。就是说，如果操作时间被设置成相对较短，则暂时超过正弦波上限的通过电流(其仅是对逆变器的小负载)可能被判断为异常，而在正弦波的上限附近连续流过的通过电流可能由于计时操作的复位而不会被判断为异常。这样，根据上述异常检测方法，逆变器不期望的异常电流模式与异常判断的结果并不总是彼此一致。

发明内容

本发明的目的是提供一种电源装置，其能够以高精度检测流过驱动负载的驱动电路中的电流的异常。

根据本发明的一个方面，一种电源装置包括：电源；驱动电路，用于从所述电源接收功率供应并驱动负载电路；和异常电流检测电路，用于检测流过所述驱动电路的驱动电流中的异常。所述异常电流检测电路包括：电流检测单元，用于对每个指定操作周期检测所述驱动电流的最大值；和异常判断单元，用于对每个所述指定操作周期判断所述驱动电流的所述最大值是否超过指定阈值，并且在n(n是至少为3的自然数)个连续的所述指定操作周期的每个中都检测到所述驱动电流的所述最大值超过所述指定阈值时判断在所述驱动电流中存在异常。

根据本发明的另一方面，一种电源装置包括：电源；驱动电路，用于从所述电源接收功率供应并驱动负载电路；和异常电流检测电路，用于检测流过所述驱动电路的驱动电流中的异常。所述异常电流检测电路包括：电流检测单元，用于使用指定阈值作为触发而开始对所述驱动电流进行采样，并对每个指定操作周期检测所述驱动电流的最大值；和异常判断单元，用于对每个所述指定操作周期判断所述驱动电流的所述最大值是否超过所述指定阈值，并且在n(n是至少为3的自然数)个连续的所述指定操作周期的每个中都检测到所述驱动电流的所述最大值超过所述指定阈值时判断在所述驱动电流中存在异常。

优选地，所述负载电路包括AC电机，并且所述异常电流检测电路还包括用于确定所述AC电机的控制模式的模式确定单元。所述异常判断单元将所述指定阈值调节到适合于所述被确定的控制模式的阈值，判断对每个所述指定操作周期检测到的所述驱动电流的最大值是否超过所述适合阈值，并且在所述n个连续的所述指定操作周期的每个中都检测到所述驱动电流的所述最大值超过所述适合阈值时判断在所述驱动电流中存在异常。

优选地，所述模式确定单元确定具有不同载频的控制模式中的一种。优选地，所述异常判断单元按照所述被确定的控制模式的所述载频来调节所述阈值。

优选地，所述电源装置还包括基于AC电机的旋转角来检测所述AC电机的电机转数的转数检测装置。所述异常判断单元判断对每个所述指定操作周期所述驱动电流的所述最大值是否超过所述指定阈值且所述电机转数是否不大于指定转数，并且在所述n个连续的所述指定操作周期的每个中都检测到所述驱动电流的所述最大值超过所述指定阈值且所述电机转数不大于所述指定转数时判断在所述驱动电流中存在异常。

优选地，所述指定转数被设成小于在所述电源装置正常运行期间由所述转数检测装置检测到的电机转数。

优选地，所述电源装置还包括开关，所述开关用于通过闭合/断开操作而将所述电源与所述驱动电路电气连接/断开。所述异常电流检测电路控制以这样的方式控制所述闭合/断开操作，即在检测到所述驱动电流中的异常时，所述电源与所述驱动电路电气断开。

优选地，所述指定阈值被设成比当所述电源装置正常运行时所述驱动电路中流动的所述驱动电流更高的电流电平。

优选地，与所述n个连续的所述指定操作周期的总和相对应的周期被设成短于这样的时间段，当与所述指定阈值相对应的电流电平的所述驱动电流在所述时间段期间在所述驱动电路中持续流动时，所述时间段导致所述驱动电路的破坏。

优选地，所述n被设成3。

优选地，所述异常判断单元包括计数单元。在每个所述指定操作周期中，所述计数单元在判断所述驱动电流的所述最大值超过所述指定阈值时递增计数值，并且在判断所述驱动电流的所述最大值不超过所述指定阈值时复位所述计数值。所述异常判断单元在检测到所述计数值已达到等于“n”的计数值时判断在所述驱动电流中存在异常。

优选地，所述异常判断单元按照所述指定阈值调节“n”。

优选地，所述异常判断单元随着所述指定阈值变得更高而将“n”调节成更小的值。

优选地，所述异常电流检测电路还包括用于检测所述驱动电路的电路元件温度的温度检测单元。所述异常判断单元按照检测到的所述电路元件温度来调节“n”。

优选地，所述异常判断单元随着所述检测到的所述电路元件温度变得更高而将“n”调节成更小的值。

优选地，所述指定操作周期长于所述异常电流检测电路的最短操作周期。

优选地，所述电流检测单元在所述最短操作周期中采样驱动电流，并且对每个所述指定操作周期从所述采样到的驱动电流之中提取并保存所述驱动电流的最大值。

根据本发明，当检测到驱动电流在至少三个连续指定操作周期中超过指定阈值时判断存在异常。于是，与基于通过电流在单次操作时间中的表现来判断异常存在的传统异常判断方法相比，可以以更高的精度检测驱动电流中的异常。

此外，因为按照AC电机的控制模式来调节驱动电流的阈值，所以无论异常电流的波形如何都可以以高精度判断异常的存在，从而确保了对驱动电路的保护。

根据本发明，当检测到驱动电流在至少三个连续指定操作周期中超过指定阈值并且电机转数不大于指定阈值时判断存在异常。在此情况下，异常判断的精度进一步提高，由此可以避免驱动电流中的异常的错误检测。

此外，因为用于判断驱动电流中的异常的指定阈值与指定周期相关，所以可以减小在出现异常时作用在驱动电路上的负载，同时保持检测精度。

另外，根据本发明，在CPU的最短操作周期中检测驱动电流，并且在长于最短操作周期的操作周期中进行异常判断。这确保了对CPU处理时间的有效利用，从而可以利用便宜的CPU建立高度精确的异常判断系统。

从结合附图对本发明的以下详细说明，本发明的上述和其他目的、特征、方面及优点将变得更清楚。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的电源装置的示意性框图。

图2是图1所示控制设备的框图。

图3是图2所示逆变器控制电路的控制框图。

图4是图2所示异常电流检测电路的框图。

图5是图示图4所示异常电流检测电路的异常检测操作的示意图。

图6是图示根据本发明第一实施例的电源装置中的异常电流检测操作的流程图。

图7是根据本发明第二实施例的电源装置中的异常电流检测电路的框图。

图8示出了AC电机M1的转矩T和电机转数MRN之间的关系。

图9是图示根据本发明第二实施例的电源装置中的异常电流检测操作的流程图。

图10是根据本发明第三实施例的电源装置中的异常电流检测电路的框图。

图11是图示图10所示异常电流检测电路中的异常检测操作的示意图。

图12是图示根据本发明第三实施例的电源装置中的异常电流检测操作的流程图。

图13是示出日本专利早期公开No.07-123504中说明的电动车安全设备构造的框图。

具体实施方式

以下将参照附图详细说明本发明的实施例。在附图中，相同或相应部分分配有相同标号。

第一实施例

图1示意性示出了根据本发明第一实施例的电源装置。

参照图1，电源装置100包括DC电源B、电压传感器10、系统继电器SR1和SR2、逆变器12、电流传感器20、解析器(resolver)30和控制设备40。

AC电机M1是驱动电机，其产生转矩来驱动混合动力车或电动车的驱动轮。该电机可以用作被发动机驱动的发电机，并且还用作例如起动发动机的发动机电动机。

逆变器12包括U相臂14、V相臂16和W相臂18，这三者并联设置在电源线和地线之间。

U相臂14由串联连接的NPN晶体管Q1、Q2形成，V相臂16由串联连接的NPN晶体管Q3、Q42形成，W相臂18由串联连接的NPN晶体管Q5、Q6形成。二极管D1-D6每个都连接在NPN晶体管Q1-Q6中相应一个的集电极和发射极之间，用于允许电流从发射极流动到集电极。

U相臂、V相臂和W相臂各自的中间点连接到AC电机M1的相线圈的各端。更具体而言，AC电机M1是三相永磁电机，其中U相、V相和W相的三个线圈每个都有一端共同连接到中心。U相线圈的另一端连接到NPN晶体管Q1和Q2之间的中间点，V相线圈的另一端连接到NPN晶体管Q3和Q4之间的中间点，W相线圈的另一端连接到NPN晶体管Q5和Q6之间的中间点。

DC电源B由镍氢或锂离子可充电蓄电池形成，虽然它可以是燃料电池。电压传感器10检测从DC电源B输出的电压Vm，并将检测到的电压Vm输出到控制设备40。

系统继电器SR1、SR2被来自控制设备40的信号SE接通/断开。

逆变器12从DC电源B接收DC电压，并根据来自控制设备40的驱动信号DRV而将DC电压转换成AC电压来驱动AC电机M1。然后，AC电机M1被驱动以产生由转矩命令值TR指定的转矩。

在包括了电源装置100的混合动力车或电动车的能量回收制动时，逆变器12根据来自控制设备40的信号DRV将AC电机M1产生的AC电压转换成DC电压，并将获得的DC电压供应到DC电源B。

此处，“能量回收制动”包括当混合动力车或电动车的驾驶员操纵脚制动装置时所产生并伴随有回收动力产生的制动，以及在不操纵脚制动装置驱动时松开加速踏板并同样伴随有回收动力产生的车辆减速(或加速的停止)。

电流传感器20检测流向AC电机M1的电机电流MCRT，并将检测到的电机电流MCRT输出到控制设备40。

解析器30被安装到AC电机M1的旋转轴。其检测AC电机M1的转子的旋转角θn，并将检测到的角度输出到控制设备40。

控制设备40从外部设置的电子控制单元(ECU)接收转矩命令值TR和电机转数MRN，从电压传感器10接收电压Vm，从电流传感器20接收电机电流MCRT，并从解析器30接收旋转角θn。

控制设备40使用接收到的旋转角θn、转矩命令值TR和电机电流MCRT以产生用于驱动逆变器12的NPN晶体管Q1-Q6的驱动信号DRV，并将产生的驱动信号DRV输出到逆变器12。

此外，在包括了电源装置100的混合动力车或电动车的能量回收制动中，控制设备40基于旋转角θn、转矩命令值TR和电机电流MCRT产生用于将AC电机M1产生的AC电压转换成DC电压的驱动信号DRV，并将产生的驱动信号DRV输出到逆变器12。驱动信号DRV控制逆变器12的NPN晶体管Q1-Q6的开关。由此，逆变器12将AC电机M1产生的AC电压转换成DC电压并将该DC电压供应到DC电源B。

图2是图1中控制设备40的框图。

参照图2，控制设备40包括逆变器控制电路401和异常电流检测电路402a。

在AC电机M1运行时，逆变器控制电路401基于旋转角θn、转矩命令值TR和电机电流MCRT来产生用于接通/断开逆变器12的NPN晶体管Q1-Q6的驱动信号DRV，并且将产生的信号DRV输出到逆变器12。

在包括了电源装置100的混合动力车或电动车的能量回收制动中，逆变器控制电路401基于旋转角θn、转矩命令值TR和电机电流MCRT来产生用于将AC电机M1产生的AC电压转换成DC电压的驱动信号DRV，并将产生的驱动信号DRV输出到逆变器12。

异常电流检测电路402a对电流传感器20检测到的电机电流MCRT采样，并且基于采样到的电流电平来检测电机电流MCRT中发生的异常。当检测到电机电流MCRT的异常时，异常电流检测电路402a产生用于断开系统继电器SR1、SR2的信号SE，并将产生的信号SE输出到系统继电器SR1、SR2。异常电流检测电路402a还产生用于通知用户发生该异常的信号AL，并将产生的信号AL输出到电源装置100之外。

图3是图2中的逆变器控制电路401的控制框图。

参照图3，逆变器控制电路401包括电流转换单元51、减法器52、PI控制单元53、转速计算单元54、动生电动势(motional electromotiveforce)预测计算单元55、加法器56、转换单元57和驱动信号产生单元58。

电流转换单元51使用从解析器30输出的旋转角θn而在电流传感器20检测到的电机电流MCRT上进行三相到两相转换。具体而言，电流转换单元51使用旋转角θn将流过AC电机M1各相的三相电机电流MCRT分别变换成流过d轴和q轴的电流值Id和Iq，并将获得的电流值Id、Iq输出到减法器52。

减法器52从用于使AC电机M1输出由转矩命令值TR指定的转矩的电流命令值Id^*、Iq^*减去接收自电流转换单元51的电流值Id、Iq，以由此得到偏差值ΔId、ΔIq。

PI控制单元53使用PI增益来计算电机电流相对于偏差值ΔId、ΔIq的调节量。

转速计算单元54基于接收自解析器30的旋转角θn来计算AC电机M1的转速，并将计算出的转速输出到动生电动势预测计算单元55。动生电动势预测计算单元55基于接收自转速计算单元54的转速来计算动生电动势的预测值。

加法器56将接收自动生电动势预测计算单元55的动生电动势的预测值加到接收自PI控制单元53的电机电流调节量，以由此得到要分别施加到d轴和q轴的电压调节量Vd和Vq。

转换单元57使用旋转角θn来将施加到d轴和q轴的电压调节量Vd、Vq转换成施加到AC电机M1的三相线圈的电压调节量。驱动信号产生单元58基于转换单元57的输出来产生驱动信号DRV。

图4是图2所示异常电流检测单元402a的框图。

参照图4，异常电流检测电路402a包括电流检测单元60a、异常判断单元62a、继电器驱动单元64和通知单元66。

电流检测单元60a接收由电流传感器20检测到的电机电流MCRT。电流检测单元60a预先存储指定的阈值MCRT_std，作为判断异常的参考电流值。当电机电流MCRT超过阈值MCRT_std时，电流检测单元60a开始以指定的操作周期(以下也称为“第一操作周期”)对电机电流MCRT进行采样。此处，第一操作周期可以由用户设定为任意周期，虽然考虑到异常检测的精度，优选的是将其设定为实现控制设备40的中央处理单元(CPU)的最短操作周期。

此外，电流检测单元60a对长于第一操作周期的每个指定操作周期(以下也称为“第二操作周期”)，从所采样的电机电流MCRT之中捕获并保存电机电流MCRT的最大值(以下也称为“最大电机电流值MCRT_max”)。

此处，第二操作周期对应于后面将说明的异常判断处理的操作周期，其也可以如同第一操作周期的情况中那样由用户设定为任意周期。但是，为了在最大可能的程度上抑制异常判断所需的CPU负载，优选地将第二操作周期设定为长于CPU的最短操作周期。在本实施例中，例如将第二操作周期设为10ms。

为每个第二操作周期所保存的最大电机电流值MCRT_max被输出到异常判断单元62a。在接收到最大电机电流值MCRT_max时，异常判断单元62a基于最大电机电流值MCRT_max与用作异常检测基准的阈值MCRT_std之间的幅值关系来判断电机电流MCRT中存在/没有异常，这将在下面进行解释。

图5示意性图示了图4所示异常电流检测电路402a的异常检测操作。

参照图5，当电源装置100处于正常状态时，电机电流MCRT具有虚线所示的正弦波电流波形。如果在电源装置100中发生诸如解析器30破坏之类的异常，则电机电流MCRT具有如实线所示从正弦波振荡的电流波形。在此情况下，如图5所示，如果电流在高于正常电流电平的电流电平处持续振荡，则过电流持续地流过逆变器12，这可能破坏逆变器12。

因此，在本实施例中，异常电流检测电路402a预先存储电机电流MCRT的阈值MCRT_std以作为异常检测的基准，并被构造成在检测到超过阈值MCRT_std的电机电流MCRT的持续流动时，判断在电源装置100中出现了异常。

具体地，当为每个第二操作周期(＝10ms)保存在电流检测单元60a中的最大电机电流值MCRT_max被发送到异常判断单元62a时，其在幅值上与阈值MCRT_std进行比较。异常判断单元62a中具有计数器电路，并且如果判断最大电机电流值MCRT_max大于阈值MCRT_std，则其递增计数值CNT(CNT＝CNT+1)。同时，如果判断最大电机电流值MCRT_max输入小于阈值MCRT_std，则其复位计数值CNT(CNT＝0)。

这样，异常判断单元62a在每一个第二操作周期处将在第二操作周期中连续输入的最大电机电流值MCRT_max与阈值MCRT_std进行比较，并按照比较结果递增或复位计数值CNT。

此外，异常判断单元62a在计数值CNT超过预先设定为判断异常的基准的参考计数值CNT_std(例如，CNT_std＝3)的时候检测到电机电流MCRT的异常。具体地，当异常判断单元62a检测到电机电流MCRT已在三个连续第二操作周期(＝3×10ms)中超过阈值MCRT_std时，其判断电机电流MCRT异常。

利用此构造，当在至少三个连续第二操作周期中出现异常时检测到电机电流MCRT的异常，其中第二操作周期是异常判断的单元时间。这意味着在电机电流MCRT瞬时表现出高电流值的情况下仅有小负载施加在逆变器12上时，不检测到异常。此外，可以可靠地检测传统异常检测方法难以检测的在正弦波上限电平附近振荡的异常电流，从而提高了异常检测的精度。

在异常判断单元62a中设定的参考计数值CNT_std(在本实施例中CNT_std＝3)需要是“至少为3的自然数”。此外，要求与所设定的参考计数值CNT_std和第二操作周期的乘积相对应的异常判断周期在逆变器12将不会破坏的时间段内。

此处，参考计数值CNT_std被限制成“至少为3的自然数”，以避免错误的异常检测。更具体地，假设这样的情况，其中单个最大电机电流值MCRT_max位于两个连续第二操作周期之间的边界上，并且其中该最大电机电流值MCRT_max大于阈值MCRT_std。在这样一种情况下，在这两个操作周期的每一个中计数值CNT将递增1，结果计数值CNT将总共递增2。如果参考计数值CNT_std被设定为“2”，则异常判断单元62a将错误地判断异常。为了避免这种错误检测，参考计数值CNT_std需要是“至少为3的自然数”。

此外，可以将参考计数值CNT_std设定为与电机电流MCRT的阈值MCRT_std相关。更具体地，当阈值MCRT_std处于低电流电平下时将参考计数值CNT_std设定为相对较大的值，而在阈值MCRT_std处于高电流电平下时将其设定为相对较小的值。

利用该构造，当阈值MCRT_std低的时候，在最大电机电流值MCRT_max超过阈值MCRT_std较大的次数时判断异常，从而可以避免错误检测。同时，当阈值MCRT_std高的时候，在最大电机电流值MCRT_max超过阈值MCRT_std较小的次数时判断异常。这可以减小过电流的流动作用在逆变器12上的负载。

此外，可以将参考计数值CNT_std设定为与驱动电路的电路元件的温度相关，而非与阈值MCRT_std相关。为此，对电路元件设置温度传感器来检测电路元件的温度，并且在检测到的温度相对较高时将参考计数值CNT_std设定为相对较小的值，而在检测到的温度相对较低时将参考计数值CNT_std设定为相对较大的值。

再次参照图4，异常判断单元62a在判断电机电流MCRT异常时，产生表示检测到异常的检测信号DET，并将产生的检测信号DET输出到继电器驱动单元64和通知单元66。

响应于检测信号DET，继电器驱动单元64产生用于断开系统继电器SR1、SR2的信号SE，并将该信号输出到系统继电器SR1、SR2。当系统继电器SR1、SR2响应于信号SE而被断开时，DC电源B从电源装置100切断，从而可以防止异常电流流入逆变器12。

响应于检测信号DET，通知单元66产生作为警告被输出来通知用户发生异常的信号AL，并且将产生的信号AL输出到电源装置100之外。此输出信号AL被传递到包括在车辆中的显示装置(未示出)，并被转换成声音或图像以输出。

图6是图示根据本发明第一实施例的电源装置的异常电流检测操作的流程图。

参照图6，首先，电流检测单元60a在电机电流MCRT超过了阈值MCRT_std时开始采样电机电流MCRT。采样周期被设置为CPU的最短操作周期以作为第一操作周期。此外，电流检测单元60a对每个第二操作周期(＝10ms)从所采样的电流值之中提取并保存最大电机电流值MCRT_max(步骤S01)。这样保存的最大电机电流值MCRT max被输出到异常判断单元62a。

接着，异常判断单元62a判断在第二操作周期中最大电机电流值MCRT_max是否大于阈值MCRT_std(步骤S02)。

如果在步骤S02中判断最大电机电流值MCRT_max大于阈值MCRT_std，则异常判断单元62a将计数值CNT递增到(CNT+1)(步骤S03)。

如果在步骤S02中判断最大电机电流值MCRT_max小于阈值MCRT_std，则异常判断单元62a复位计数值CNT(步骤S08)。

异常判断单元62a对每个第二操作周期设置的最大电机电流值MCRT_max执行步骤S02、S03和S08中的判断和计数操作。此外，每次在步骤S03中递增计数值CNT，异常判断单元62a都判断计数值CNT是否已达到参考计数值CNT_std(至少为3)(步骤S04)。

如果判断计数值CNT已达到参考计数值CNT_std，则异常判断单元62a产生指示检测到电机电流MCRT异常的检测信号DET，并将所产生的检测信号DET输出到继电器驱动单元64和通知单元66(步骤S05)。

继电器驱动单元64在接收到检测信号DET时产生用于断开系统继电器SR1、SR2的信号SE，并将产生的信号输出到系统继电器SR1、SR2。这样，系统继电器SR1、SR2被断开(步骤S06)。

通知单元66在接收到检测信号DET时产生信号AL，并将该信号输出到布置在电源装置100外部的显示装置(未示出)。这样，通知用户出现异常电流(步骤S07)。

如果在步骤S04中判断计数值CNT还未达到参考计数值CNT_std，即如果最大电机电流值MCRT_max没有在三个连续第二操作周期中超过阈值MCRT_std，则复位最大电机电流值MCRT_max(MCRT_max＝0)，如步骤S09所示。过程随后返回到步骤S01以再次检测电机电流MCRT。

如上所述，根据本发明的第一实施例，对每个第二操作周期检测电机电流，并且基于在至少三个连续第二操作周期中电机电流的检测结果来判断电机电流中存在/没有异常。所以，可以以高精度检测异常，并由此可以可靠地保护逆变器。

此外，因为用于判断电机电流异常的阈值与计数值相关，所以可以减小在出现异常时作用在逆变器上的负载，同时保持异常检测的精度。

此外，当在CPU的最短操作周期中采样电机电流时，在长于最短操作周期的操作周期中执行异常判断。于是，可以有效地利用CPU的处理时间，从而可以利用便宜的CPU建立高度精确的异常判断系统。

第二实施例

图7是根据本发明第二实施例的电源装置的异常电流检测电路的框图。本实施例的电源装置与图1的电源装置100相同，除了异常电流检测电路402a被异常电流检测电路402b所代替，所以将不重复共同部分的详细说明。

参照图7，异常电流检测电路402b包括电流检测单元60b、异常判断单元62b、继电器驱动单元64、通知单元66和控制模式确定单元68。

与第一实施例中一样，当电机电流MCRT超过阈值MCRT_std时，电流检测单元60b开始以对应于CPU的最短操作周期的第一操作周期对电机电流MCRT进行采样。电流检测单元60b对长于第一操作周期的每个第二操作周期，从所采样的电机电流MCRT之中捕获并保存最大电机电流值MCRT_max。

并行地，电流检测单元60b在电机电流MCRT超过此阈值MCRT_std时产生用于驱动控制模式确定单元68的信号OP，并将产生的信号OP输出到控制模式确定单元68。

在从电流检测单元60b接收到信号OP时，控制模式确定单元68基于来自外部ECU的转矩命令值TR和电机转数MRN来确定AC电机M1的控制模式。

此处，逆变器12中AC电机M1的控制模式包括PWM(脉宽调制)控制模式、过调制控制模式和矩形波控制模式。这些控制模式在接通/断开逆变器12中包括的NPN晶体管Q1-Q6的频率(以下称为“载频(carrierfrequency)”)上彼此不同。更具体而言，PWM控制模式具有最高的载频，过调制控制模式具有第二高的载频，而矩形波控制模式具有最低的载频。

这样，如果逆变器12中AC电机M1的控制模式不同，则电机电流MCRT的电流波形相应地不同。这意味着当电机电流MCRT中发生异常时，作用在逆变器12上的负载的程度依赖于控制模式而不同。例如，在具有最高载频的PWM控制模式中，作用在逆变器12上的负荷最高，而其在具有最低载频的矩形波控制模式中最小。

所以在本实施例中，考虑到作用在逆变器12上的负载程度，对控制模式设置了用于判断异常电流的不同基准。这样，无论异常电流的电流波形如何都可以以高精度进行异常检测，从而进一步确保了对逆变器12的保护。

下面将参照图8说明在控制模式确定单元68中确定AC电机M1的控制模式的方法。图8示出了AC电机M1的转矩T和转数MRN之间的关系。

AC电机M1的转矩T直到指定的转数都不变，然后随着电机转数MRN增大而逐渐减小。区域RGN1表示AC电机M1的控制模式是PWM控制模式，区域RGN2表示其是过调制控制模式，而区域RGN3表示其是矩形波控制模式。

当控制模式确定单元68从电流检测单元60b接收到用于驱动控制模式确定单元68的信号OP，并从外部ECU接收转矩命令值TR和电机转数MRN时，其确定接收到的转矩命令值RT和电机转数MRN属于这些区域RGN1-RGN3中的哪一个。然后控制模式确定单元68产生表示所确定控制模式的信号MD，并将产生的信号MD输出到异常判断单元62b。

此处，控制模式确定单元68保存如图8所示的表示电机的转矩T和电机转数MRN之间的关系的图，并且在从外部ECU接收到转矩命令值TR和电机转数MRN时，搜索该图以确定接收到的转矩命令值RT和电机转数MRN属于图8所示的区域RGN1-RGN3中的哪一个，从而确定AC电机M1的控制模式是PWM控制模式、过调制控制模式和矩形波控制模式中的哪一个。

当异常判断单元62b从电流检测单元60b接收到最大电机电流值MCRT_max并从控制模式确定单元68接收到信号MD时，其基于由信号MD表示的控制模式来调节阈值MCRT_std。

更具体地，异常判断单元62b保存表示控制模式和阈值MCRT_std之间相关性的图，并在从控制模式确定单元68接收到信号MD时，选择与由信号MD表示的控制模式相应的阈值MCRT_std，并且新确定有关控制模式中的阈值MCRT_std。

基于逆变器12的保护电平和控制模式的载频，对不同的控制模式将阈值MCRT_std设定为不同的电流值。具体地，在具有最高载频的PWM控制模式中阈值MCRT_std被设成最低，在具有第二高载频的过调制控制模式中其被设成第二低，在具有最低载频的矩形波控制模式中其被设成最高。

在调节电机电流MCRT的阈值MCRT_std后，异常判断单元62b判断最大电机电流值MCRT_max是否超过这样调节好的阈值MCRT_std，并基于该判断结果来判断电机电流MCRT存在/没有异常。

更具体而言，同第一实施例中一样，在每个第二操作周期判断最大电机电流值MCRT_max是否大于阈值MCRT_std。如果判断最大电机电流值MCRT_max大于阈值MCRT_std，则异常判断单元62b递增计数值CNT。如果判断最大电机电流值MCRT_max小于阈值MCRT_std，则异常判断单元62b复位计数值CNT。作为以上判断的结果，当计数值CNT已达到参考计数值CNT_std时，异常判断单元62b判断电机电流MCRT中有异常，并输出检测信号DET。

继电器驱动单元64和通知单元66与第一实施例所说明的那些相同。

图9是图示根据本发明第二实施例的电源装置的异常电流检测操作的流程图。

参照图9，首先电流检测单元60b在电机电流MCRT超过了阈值MCRT_std时开始采样电机电流MCRT。采样周期被设置为CPU的最短操作周期以作为第一操作周期。此外，电流检测单元60b对每个第二操作周期(＝10ms)从所采样的电流值之中提取并保存最大电机电流值MCRT_max(步骤S10)。这样保存的最大电机电流值MCRT_max被输出到异常判断单元62a。

电流检测单元60b还在步骤S10中产生表示电机电流MCRT已超过阈值MCRT_std的信号OP，并将产生的信号OP输出到控制模式确定单元68。控制模式确定单元68在接收到信号OP时，基于从外部ECU接收到的转矩命令值TR和电机转数MRN来判断控制模式是PWM控制模式、过调制控制模式还是矩形波控制模式。控制模式确定单元68产生表示所确定控制模式的信号MD，并将产生的信号MD输出到异常判断单元62b(步骤S11)。

异常判断单元62b在从电流检测单元60b接收到最大电机电流值MCRT_max并从控制模式确定单元68接收到信号MD时，将阈值MCRT_std调节成与由信号MD指定的控制模式相对应的一个阈值(步骤S12)。

接着，异常判断单元62b判断在第二操作周期中最大电机电流值MCRT_max是否大于这样调节好的阈值MCRT_std(步骤S13)。

如果在步骤S13中判断最大电机电流值MCRT_max大于阈值MCRT_std，则异常判断单元62b将计数值CNT递增到(CNT+1)(步骤S14)。

同时，如果在步骤S13中判断最大电机电流值MCRT_max小于阈值MCRT_std，则异常判断单元62a复位计数值CNT(步骤S19)。

异常判断单元62a对每个第二操作周期设置的最大电机电流值MCRT_max执行步骤S13、S14和S19中的判断和计数操作。此外，每次在步骤S14中递增计数值CNT，异常判断单元62a都判断计数值CNT是否已达到参考计数值CNT_std(至少为3)(步骤S15)。

当判断计数值CNT已达到参考计数值CNT_std(至少为3)时，异常判断单元62a产生指示检测到电机电流MCRT异常的检测信号DET，并将所产生的检测信号DET输出到继电器驱动单元64和通知单元66(步骤S16)。

继电器驱动单元64在接收到检测信号DET时产生用于断开系统继电器SR1、SR2的信号SE，并将产生的信号SE输出到系统继电器SR1、SR2。这样，系统继电器SR1、SR2被断开(步骤S17)。

通知单元66在接收到检测信号DET时产生信号AL，并将该信号输出到布置在电源装置100外部的显示装置，以通知用户出现异常电流(步骤S18)。

如果在步骤S15中判断计数值CNT还未达到参考计数值CNT_std，即如果最大电机电流值MCRT_max没有在三个连续第二操作周期中超过阈值MCRT_std，则异常判断单元62b复位最大电机电流值MCRT_max(MCRT_max＝0)，如步骤S20所示，然后返回到步骤S10来检测电机电流MCRT。接下来的过程与第一实施例中的相同。

如上所述，根据本发明第二实施例，基于AC电机的控制模式来调节电机电流的阈值。这使得无论异常电流的波形如何都可以高精确地判断异常，由此确保了对逆变器的保护。

第三实施例

图10是根据本发明第三实施例的电源装置的异常电流检测电路的框图。本实施例的电源装置与图1所示的电源装置100相同，除了异常电流检测电路402a被异常电流检测电路402c所代替，所以将不重复共同部分的详细说明。

参照图10，异常电流检测电路402c包括电流检测单元60c、异常判断单元62c、继电器驱动单元64和通知单元66。

与第一实施例的电流检测单元60a相似，当电机电流MCRT超过阈值MCRT_std时，电流检测单元60c开始以对应于CPU的最短操作周期的第一操作周期对电机电流MCRT进行采样。此外，电流检测单元60c对长于第一操作周期的每个第二操作周期，从所采样的电机电流MCRT之中捕获并保存最大电机电流值MCRT_max。这样对每个第二操作周期保存的最大电机电流值MCRT_max被输出到异常判断单元62c。

异常判断单元62c从电流检测单元60c接收最大电机电流值MCRT_max，并且还从图3所示逆变器控制装置401的转速计算单元54接收电机转数MRN。然后，异常判断单元62c以下述方式基于最大电机电流值MCRT_max与阈值MCRT_std之间的幅值关系以及电机转数MRN来判断电机电流MCRT中存在/没有异常。就是说，本实施例的异常电流检测电路402c与上述异常电流检测电路402a的不同在于，电机转数MRN被用作在异常判断单元62c中判断异常的参数之一。

图11示意性图示了图10所示异常电流检测电路402c的异常检测操作。

参照图11，当电源装置100处于正常状态时，电机电流MCRT具有虚线所示的正弦波电流波形。由解析器30检测到的旋转角θn表现出从0度单调增加到360度的输出波形。于是，通过该旋转角θn的时间微分得到的电机转数MRN表现出保持近似不变值的波形。

此处，如果在电源装置100中发生诸如解析器30破坏之类的异常，则解析器30无法检测到精确的旋转位置，并继续输出固定到指定角度θn_cst的旋转角θn，如实线所示。逆变器控制电路401在接收到旋转角θn_cst时基于该旋转角θn_cst、转矩命令值TR和电机电流MCRT来以上述方式产生用于接通/断开逆变器12的NPN晶体管Q1-Q6的驱动信号DRV。此时，虽然假定流过AC电机M1的各个相的电机电流MCRT被控制为响应于固定旋转角θn_cst保持指定电流值，但是在实际情况下其由于逆变器控制电路401中反馈控制增益的发散而最终得到绕指定电流值振荡的电流波形。如果电机电流MCRT在高于正常电流电平的电流电平处持续振荡，则逆变器12可能由于过电流持续地流过其而被破坏。

因此，在本实施例中，为了在短时间内以高精度检测过电流，异常电流检测电路402c被构造成通过检测到超过阈值MCRT_std的电机电流MCRT持续流动并且电机转数MRN持续小于指定转数，来判断在电源装置100中存在异常。

如从图11可见，本构造是基于这样的事实，即当在解析器30中有异常时，电机电流MCRT响应于固定旋转角θn_cst而振荡，并且通过旋转角θn_cst的时间微分得到的电机转数MRN被固定成近似为零。

利用本构造的异常电流检测电路402c，可以以高于第一实施例的异常电流检测电路402a的精度来检测电源装置100的异常。

具体地，如第一实施例中所述，异常电流检测电路402a基于最大电机电流值MCRT_max与阈值MCRT_std之间的幅值关系来判断电机电流MCRT中存在/没有异常。此时，异常判断单元62a在检测到最大电机电流值MCRT_max已在至少三个连续第二操作周期中超过阈值MCRT_std时，判断电机电流MCRT异常。

但是，利用此异常判断方法，可能有这样的情况，其中当超过阈值MCRT_std的噪声在至少三个连续第二操作周期的每个中瞬时叠加在电机电流MCRT上时判断电机电流MCRT异常。这是由于为了限制异常判断所需负载而在每个第二操作周期处将最大电机电流值MCRT_max在幅值上与阈值MCRT_std进行比较的构造，使得难以判断电机电流MCRT是连续还是瞬时超过阈值MCRT_std。

相反，本实施例的异常电流检测电路402c另外还使用电机转数MRN作为判断异常的参数，并在检测到最大电机电流值MCRT_max已在至少三个连续第二操作周期中超过阈值MCRT_std并且电机转数MRN被固定到近似零水平时判断在电机电流MCRT中存在异常。这样，可以清楚地将其中电机电流MCRT由于噪声叠加而瞬时超过阈值MCRT_std的情况与其中电机电流MCRT持续超过阈值MCRT_std的情况区分开来，因为后一情况下旋转角θn没有固定并由此电机转数MRN不会变成近似为零。因此，根据异常电流检测电路402c，只有持续超过阈值MCRT_std的电机电流MCRT会被判断为异常电流。这进一步提高了异常判断的精度并防止了错误检测。

再次参照图10，异常判断单元62c在判断电机电流MCRT异常时，产生表示检测到异常的检测信号DET，并将产生的检测信号DET输出到继电器驱动单元64和通知单元66。

响应于检测信号DET，继电器驱动单元64产生用于断开系统继电器SR1、SR2的信号SE，并将产生的信号SE输出到系统继电器SR1、SR2。当系统继电器SR1、SR2响应于信号SE而被断开时，DC电源B从电源装置100切断，而防止了异常电流流入逆变器12。

响应于检测信号DET，通知单元66产生作为警告被输出来通知用户发生异常的信号AL，并且将产生的信号AL输出到电源装置100之外。当此输出信号AL被传递到安装在车辆上的显示装置(未示出)时，其被转换成声音或图像以输出。

图12是图示根据本发明第三实施例的电源装置的异常电流检测操作的流程图。

参照图12，首先电流检测单元60c在电机电流MCRT超过了阈值MCRT_std时开始采样电机电流MCRT。采样周期被设置为CPU的最短操作周期以作为第一操作周期。此外，电流检测单元60c对每个第二操作周期(＝10ms)从所采样的电流值之中提取并保存最大电机电流值MCRT_max(步骤S21)。这样保存的最大电机电流值MCRT_max被输出到异常判断单元62c。

接着，异常判断单元62c判断在第二操作周期中最大电机电流值MCRT_max是否大于阈值MCRT_std(步骤S22)。

如果在步骤S22中判断最大电机电流值MCRT_max大于阈值MCRT_std，则异常判断单元62c进一步判断电机转数MRN是否大于指定转数MRN_std(步骤S23)。注意，在考虑偏差的情况下，将指定转数MRN_std设定为接近于0并大大地低于解析器30正常时所检测到的转数。

如果在步骤S23中判断电机转数MRN不大于指定转数MRN_std，则异常判断单元62c将计数CNT递增到(CNT+1)(步骤S24)。

如果在步骤S22中判断最大电机电流值MCRT_max小于阈值MCRTs_td，则异常判断单元62c复位计数值CNT(步骤S29)。如果在步骤S23中判断电机转数MRN大于指定转数MRN_std，则异常判断单元62c也复位计数值CNT。

异常判断单元62c对每个第二操作周期设置的最大电机电流值MCRT_max执行步骤S22-S24和S29中的判断和计数操作。此外，每次在步骤S24中递增计数值CNT，异常判断单元62c都判断计数值CNT是否已达到参考计数值CNT_std(至少为3)(步骤S25)。

如果判断计数值CNT已达到参考计数值CNT std，则异常判断单元62c产生指示检测到电机电流MCRT异常的检测信号DET，并将所产生的检测信号DET输出到继电器驱动单元64和通知单元66(步骤S26)。

继电器驱动单元64在接收到检测信号DET时产生并输出用于断开系统继电器SR1、SR2的信号SE，并且响应于此，系统继电器SR1、SR2被断开(步骤S27)。

通知单元66在接收到检测信号DET时产生信号AL，并将该信号输出到布置在电源装置100外部的显示装置(未示出)，以由此通知用户出现异常电流(步骤S28)。

同时，如果在步骤S25中判断计数值CNT还未达到参考计数值CNT_std，即如果最大电机电流值MCRT_max没有在三个连续第二操作周期中超过阈值MCRT_std，则复位最大电机电流值MCRT_max(MCRT_max＝0)，如步骤S30所示。过程随后返回到步骤S21以再次检测电机电流MCRT。

如上所述，根据本发明的第三实施例，在每个第二操作周期处检测电机电流和电机转数，并且基于在至少三个连续第二操作周期中电机电流和电机转数的检测结果来判断电机电流中的异常。这样，可以以更高的精度检测异常，从而进一步提高对逆变器的保护。

同样在本实施例中，与第一实施例中一样，用于判断电机电流异常的阈值可以与参考计数值相关，以保持异常检测的高精度，并且还减小在出现异常时作用在逆变器上的负载。

虽然已经详细说明和图示了本发明，但应清楚理解到其是作为举例说明和示例而不应被视为限制，本发明的精神和范围仅由所附权利要求的用语所限制。

本申请基于分别在2004年7月7日和2005年3月18日递交到日本专利局的日本专利申请No.2004-200714和2005-079831，其整个内容通过引用而包含于此。

Claims (18)

1.一种电源装置，包括：

电源；

驱动电路，用于从所述电源接收功率供应并驱动负载电路；和

异常电流检测电路，用于检测流过所述驱动电路的驱动电流中的异常；

所述异常电流检测电路包括：

电流检测单元，用于对每个指定操作周期检测所述驱动电流的最大值，和

异常判断单元，用于对每个所述指定操作周期判断所述驱动电流的所述最大值是否超过指定阈值，并且在n个连续的所述指定操作周期的每个中都检测到所述驱动电流的所述最大值超过所述指定阈值时判断在所述驱动电流中存在异常，其中n是至少为3的自然数。

2.一种电源装置，包括：

电源；

驱动电路，用于从所述电源接收功率供应并驱动负载电路；和

异常电流检测电路，用于检测流过所述驱动电路的驱动电流中的异常；

所述异常电流检测电路包括：

电流检测单元，用于使用指定阈值作为触发而开始对所述驱动电流进行采样，并对每个指定操作周期检测所述驱动电流的最大值，和

异常判断单元，用于对每个所述指定操作周期判断所述驱动电流的所述最大值是否超过所述指定阈值，并且在n个连续的所述指定操作周期的每个中都检测到所述驱动电流的所述最大值超过所述指定阈值时判断在所述驱动电流中存在异常，其中n是至少为3的自然数。

3.如权利要求1所述的电源装置，其中

所述负载电路包括AC电机，

所述异常电流检测电路还包括用于确定所述AC电机的控制模式的模式确定单元，并且

所述异常判断单元将所述指定阈值调节到适合于所述被确定的控制模式的阈值，判断对每个所述指定操作周期检测到的所述驱动电流的最大值是否超过所述适合阈值，并且在所述n个连续的所述指定操作周期的每个中都检测到所述驱动电流的所述最大值超过所述适合阈值时判断在所述驱动电流中存在异常。

4.如权利要求3所述的电源装置，其中所述模式确定单元确定具有不同载频的控制模式中的一种。

5.如权利要求4所述的电源装置，其中所述异常判断单元按照所述被确定的控制模式的所述载频来调节所述阈值。

6.如权利要求1所述的电源装置，还包括基于AC电机的旋转角来检测所述AC电机的电机转数的转数检测装置，其中

所述异常判断单元判断对每个所述指定操作周期所述驱动电流的所述最大值是否超过所述指定阈值且所述电机转数是否不大于指定转数，并且在所述n个连续的所述指定操作周期的每个中都检测到所述驱动电流的所述最大值超过所述指定阈值且所述电机转数不大于所述指定转数时判断在所述驱动电流中存在异常。

7.如权利要求6所述的电源装置，其中所述指定转数被设成小于在所述电源装置正常运行期间由所述转数检测装置检测到的电机转数。

8.如权利要求1所述的电源装置，还包括开关，所述开关用于通过闭合/断开操作而将所述电源与所述驱动电路电气连接/断开，其中

所述异常电流检测电路控制以这样的方式控制所述闭合/断开操作，即在检测到所述驱动电流中的异常时，所述电源与所述驱动电路电气断开。

9.如权利要求8所述的电源装置，其中所述指定阈值被设成比当所述电源装置正常运行时所述驱动电路中流动的所述驱动电流更高的电流电平。

10.如权利要求9所述的电源装置，其中与所述n个连续的所述指定操作周期的总和相对应的周期被设成短于这样的时间段，当与所述指定阈值相对应的电流电平的所述驱动电流在所述时间段期间在所述驱动电路中持续流动时，所述时间段导致所述驱动电路的破坏。

11.如权利要求10所述的电源装置，其中所述n被设成3。

12.如权利要求1所述的电源装置，其中

所述异常判断单元包括计数单元，

在每个所述指定操作周期中，所述计数单元在判断所述驱动电流的所述最大值超过所述指定阈值时递增计数值，并且在判断所述驱动电流的所述最大值不超过所述指定阈值时复位所述计数值，并且

所述异常判断单元在检测到所述计数值已达到等于所述n的计数值时判断在所述驱动电流中存在异常。

13.如权利要求12所述的电源装置，其中所述异常判断单元按照所述指定阈值调节所述n。

14.如权利要求13所述的电源装置，其中所述异常判断单元随着所述指定阈值变得更高而将所述n调节成更小的值。

15.如权利要求12所述的电源装置，其中

所述异常电流检测电路还包括用于检测所述驱动电路的电路元件温度的温度检测装置，并且

所述异常判断单元按照检测到的所述电路元件温度来调节所述n。

16.如权利要求15所述的电源装置，其中所述异常判断单元随着所述检测到的所述电路元件温度变得更高而将所述n调节成更小的值。

17.如权利要求1所述的电源装置，其中所述指定操作周期长于所述异常电流检测电路的最短操作周期。

18.如权利要求17所述的电源装置，其中所述电流检测单元在所述最短操作周期中采样驱动电流，并且对每个所述指定操作周期从所述采样到的驱动电流之中提取并保存所述驱动电流的最大值。

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