CN101615857B - 断线检测方法及电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种断线检测方法及电力转换装置。该电力转换装置，无论电流指令值的大小和运转状态如何、并且即使在驱动中也能准确地进行断线检测。该电力转换装置包括：电力转换电路，由将直流电力转换为交流电力的开关元件构成；连接在电力转换电路的输出侧的负载；检测流到电力转换电路的直流侧的直流电流的机构；电压指令值形成机构，控制电力转换电路的开关元件的动作；以及断线检测机构；此断线检测机构，使用电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测值，来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常。

Description

断线检测方法及电力转换装置
技术领域
本发明涉及一种具备由脉冲宽度调制信号(PWM信号)控制的电力转换电路的电力转换装置，特别地涉及一种适用于连接到电力转换电路的输出侧的负载的断线检测方法的有效技术。
背景技术
例如作为断线检测方法，提案有检测负载(马达)的相电流进行断线检测的方法、和在马达启动前设置断线检测用的运转状态进行断线检测的方法等多种断线检测方法。
作为检测上述马达相电流的方法，在专利文献1中公开有根据相电流的纹波(ripple)的变化量进行断线检测的方式。此外，作为在马达启动前设置断线检测用的运转状态的方法，在专利文献2中公开有在启动前施加直流电压检测流到电力转换电路的直流侧的电流进行断线检测的方式。并且，在专利文献3中公开有仅在某一条件下(马达的角速度为规定值以上、且马达电流指令值为规定值以上)进行断线检测的方法。
专利文献1：JP特开2001-305175号公报
专利文献2：JP特开2007-143244号公报
专利文献3：JP特许第3801471号公报
发明内容
使用图16、图17说明检测上述马达相电流的方法的一例。图16是马达驱动装置的概括结构图，图17表示正常及断线时的电流变化(纹波)。再有，在本例中，作为马达以具备电刷(阳极刷95a、阴极刷95b)及换向器的直流马达90为例。图17(a)表示正常的情况下的电流变化(纹波)。在同图中，规定电流变化量(最大值和最小值之差)为I_1。另一方面，图17(b)表示马达的绕线某相断线的情况下的电流变化。在同图中，规定电流变化量为I_2，与正常时(图17(a))相比变大。控制电路94将由电流传感器93检测出的电流变化量与预先存储的判定基准值比较，由此就能够检测马达绕线的断线。
但是在此方法中，必须使判定基准值为适当的值。由此，有必要在负载的大小和周围温度方面变更判定基准值。就是说，难以适用于负载条件大幅变化的用途。此外，由于根据电流变化量，所以基于检测精度的关系，如果不在流过某种程度电流的条件下就不能应用。并且，不能判定哪一相的马达绕线断线。
接着，使用图18，说明在启动前设置断线检测用的运转状态的方法的一例。本例中，在启动马达96前对马达施加直流电压99，检测此时流到处于电力转换电路98的直流侧的分流电阻(shunt resistance)97的电流并进行断线检测。为了在马达96上施加直流电压99，例如如图18(a)所示，使U相的上侧的开关元件(U+)、和V相及W相的下侧的开关元件(V-及W-)导通，使其它的开关元件断开。此时，在电力转换电路98及马达96中，按图中箭头标记所示的路径流过电流。在此，如果U相的马达绕线断线的情形，在分流电阻97中无电流流过。因此，通过检测流到分流电阻97的电流就能进行断线检测。但是，假如V相或W相的任意一个断线的情形，由于在其它相的路径中流过电流，所以此情况下在此电流路径中不能进行断线检测。因此，有必要改变各相的开关状态(例如，图18(b)和图18(c))，顺序检测流到分流电阻97的电流。
在本例中，以检测直流电压施加时的电流为前提，仅能在启动前进行断线检测。换言之，在驱动中不能进行断线检测。由此，如果一旦启动，在长时间持续驱动的用途中，就会浪费到检测断线之前的时间。此外，由于顺序改变各相的开关状态进行检测，所以例如向要求短时间启动的用途的应用有困难。
像如上所述这样，进行现有的马达相电流检测的方法和在启动前设置断线检测用的运转状态的方法中的问题点，是需要流过某种程度的电流，会限制可应用的条件，在驱动中不能进行断线检测等。此外，在上述专利文献3的技术中，是仅在某一条件下的断线检测方法，无论运转状态如何都不能进行断线检测。
因此，本发明目的在于，解决这些课题，提供一种无论电流指令值的大小和运转状态如何，并且即使在驱动中也能准确地进行断线检测的电力转换装置。
本发明的上述以及其它的目的和新颖的特征在本说明书中的记述及附图中表述。
本发明的特征在于，具有：电力转换电路，由将直流电力转换为交流电力的开关元件构成；连接在电力转换电路的输出侧的负载；直流电流检测机构，检测流到电力转换电路的直流侧的电流；以及控制电路，控制电力转换电路的开关元件；还包括：断线检测机构，使用电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测机构的直流电流检测值，来判断负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常。
此外，本发明的特征在于，此时，断线检测机构使用上述直流电流检测值的积分值，来判断负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常；包括异常通知机构，当判断出负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常时，对外部进行通知。
并且，本发明的特征在于，包括：当判断出负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常时停止向驱动的马达施加电压的停止控制机构、或使马达减速后停止的减速停止控制机构；电力转换装置被容纳在1个组件中。
此外，本发明的特征在于，包括：电力转换电路，由将直流电力转换为交流电力的开关元件构成；连接在电力转换电路的输出侧的负载；直流电流检测机构，检测流到电力转换电路的直流侧的电流；以及控制电路，控制电力转换电路的开关元件；控制电路具有输出电压指令值的电压指令值形成机构；电压指令值形成机构按控制电力转换电路的开关元件的周期的1/2周期的整数倍周期来变更电压指令值；断线检测机构使用电压指令值形成机构变更了电压指令值时的、电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测机构的直流电流检测值，来判断负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常。
此外，本发明的特征在于，电压指令值形成机构变更形成电压指令值时的d轴电流指令值；断线检测机构使用电压指令值形成机构变更了d轴电流指令值时的、电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测机构的直流电流检测值，来判断负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常；断线检测机构使用电压指令值形成机构变更电压指令值前及变更电压指令值后的、电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测机构的直流电流检测值的差，来判断负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常。
并且，本发明的特征在于，断线检测机构使用电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测机构的直流电流检测值的积分值，来判断负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常。
此外，本发明的特征在于，在压缩机用电动机中使用电力转换装置，该电力转换装置具有：电力转换电路，由将直流电力转换为交流电力的开关元件构成；连接在电力转换电路的输出侧的负载；直流电流检测机构，检测流到电力转换电路的直流侧的电流；以及控制电路，控制电力转换电路的开关元件；该电力转换装置还包括：断线检测机构，使用电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测机构的直流电流检测值，来判断负载的断线或电力转换电路的开关元件的异常。
并且，在空调机中使用上述电力转换器和压缩机。
发明效果
根据本发明得到的效果是：无论电流指令值的大小和运转状态如何、并且即使在驱动中也能准确地进行断线检测。
此外，由于不依赖于上位的系统控制就能在电力转换装置中进行断线检测，所以能够实现更安全的电力转换装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中表示马达驱动装置的整体结构图。
图2是本发明的实施方式1中表示电压指令值形成机构的结构图。
图3是本发明的实施方式1中用于说明由直流电流检测马达电流的方法的波形图。
图4是本发明的实施方式1中相当于马达的转数高、负载轻的情形的情形下的直流电流的波形图。
图5是本发明的实施方式1中表示d轴电流指令值的变更例的波形图。
图6是本发明的实施方式1中表示电压指令值变更的第1例的波形图。
图7是本发明的实施方式1中表示电压指令值变更的第2例的波形图。
图8是本发明的实施方式2中用于说明断线检测后的动作的结构图。
图9是本发明的实施方式2中用于说明停止控制机构和减速停止控制机构的动作的波形图。
图10是本发明的实施方式2中将本发明应用于流体循环圈时的整体结构图。
图11是本发明的实施方式3中将电力转换装置作为1个模块时的斜视图。
图12是本发明的实施方式4中将本发明应用于空调机的压缩机驱动系统时的示意图。
图13是本发明的实施方式5中进行本发明的验证时的整体结构图。
图14是本发明的实施方式5中表示PWM信号确认波形的第1例的波形图。
图15是本发明的实施方式5中表示PWM信号确认波形的第2例的波形图
图16是专利文献1的整体结构图。
图17是专利文献1的马达电流波形。
图18是专利文献2的电流路径图。
符号说明
1电压指令值形成机构    2驱动电路
3逆变器电路            4马达
5分流电阻              6直流电流检测电路
7马达电流检测机构      8断线检测机构
12马达驱动装置      20PWM信号
21直流电流检测值    102电压指令值形成器
104PWM脉冲生成器    202角频率指令调整机构
510控制微机
具体实施方式
本发明包括：由将直流电力转换为交流电力的2个以上的开关元件构成的电力转换电路；连接在电力转换电路的输出侧的负载；检测流到电力转换电路的直流侧的直流电流的机构；控制电力转换电路的开关元件的动作的控制电路；以及断线检测机构；此断线检测机构使用电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测值，来判断负载的断线(还包含电力转换电路和负载的连接的断线)或上述电力转换电路的开关元件的异常。
还有将在负载的断线或开关元件的异常的判断中使用的直流电流检测值设为对直流电流检测值进行积分后的值的方法。
控制电路内的电压指令值形成机构，按控制电力转换电路的开关元件的周期的1/2周期的整数倍周期来变更电压指令值。电压指令值的变更方法有：变更某一期间d轴电流指令值的方法；按作为PWM载波信号的三角波(triangle wave)的峰和谷的周期(PWM载波周期的半周期)在电压指令值上加、减规定值的方法；和按PWM载波周期的半周期的整数倍周期在电压指令值上加、减规定值的方法。在断线检测机构中，使用变更电压指令值前后的直流电流检测值的差、或变更了电压指令值时的直流电流检测值的积分值来判断断线。
如果判断出负载的断线或开关元件的异常，就利用停止控制机构或减速停止控制机构，立即停止向马达施加电压，或使马达减速后停止电压施加。
如上所述，通过调整施加给负载的电压指令值，使用电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的直流电流检测值，从而实现断线检测。由此，无论电流指令值的大小和运转状态如何，并且即使在驱动中，也能进行断线检测。
下面，根据附图，详细地说明本发明的实施方式。再有，在用于说明实施方式的全图中，对于相同的部件原则上赋予相同的符号，省略其重复的说明。
<实施方式1>
在本实施方式中，作为负载以马达为例说明。
首先，说明本发明相关的电力转换装置的实施方式1。图1中示出了作为电力转换装置的马达驱动装置的整体结构图。本实施方式的马达驱动装置12(电力转换装置)由以下构成：由开关元件9构成的逆变器电路(inverter circuit)3(电力转换电路)、分流电阻5、电压指令值形成机构1、PWM脉冲生成器104、直流电流检测电路6、马达电流检测机构7、断线检测机构8、以及驱动电路2。再有，电压指令值形成机构1、PWM脉冲生成器104、马达电流检测机构7、断线检测机构8，能够通过微机(微型计算机)和DSP(Digital Signal Processor)等半导体集成电路收容在1个控制电路10中。
电压指令值形成机构1根据由后述的马达电流检测机构7检测出的马达电流检测值和马达常数形成3相电压指令值24。马达4例如是：转子由永久磁铁构成、且在此转子的周围配置了多个用于形成交流磁场的绕线的永久磁铁马达。驱动永久磁铁马达的情形，例如，如图2所示，电压指令值形成机构1能够由如下构成：通过dq转换将3相交流轴的马达电流检测值122向dq轴电流进行坐标转换的3Φ/dq转换器101；使用d轴及q轴的电流指令值(Id*及Iq*)、d轴及q轴的电流检测值(Idc及Iqc)和从逆变器电路3输出的交流电压的角频率(angular frequency)指令值ω*来运算d轴及q轴电压指令值的电压指令值形成器102；将dq轴向3相交流轴进行坐标转换的dq/3Φ坐标转换器103。再有，将转子磁铁的磁通量方向的位置定义为d轴，将距那里在旋转方向上按电角度(electrical angle)推进90度后的位置定义为q轴。
3Φ/dq转换器101和dq/3Φ坐标转换器103中使用的相位θc，也可以使用在转子上安装位置传感器、用此传感器检测出的值，也可以使用基于电压指令值和电流指令值等推定出转子位置的值。
电压指令值形成器102中，例如，按照式(1)及式(2)，进行向量运算，得到dq轴的电压指令值(Vd*及Vq*)。
Vd*＝R×Id*-ω*×Lq×Iq*   …式(1)
Vq*＝R×Iq*+ω*×Ld×Id*+ω*×Ke    …式(2)
在此，R是马达的绕线电阻值，Ld是d轴的电感，Lq是q轴电感，Ke是感应电压常数。再有，驱动永久磁铁马达时，大多情况下将零给予d轴电流指令值Id*。
电压指令值形成器102中，为了使流到马达4的电流按照电流指令值，也可以使用dq轴的电流检测值(Idc、Iqc)来变更dq轴电流指令值(Id*及Iq*)或dq轴电压指令值(Vd*及Vq*)。
PWM脉冲生成器104中，将3相电压指令值24与作为PWM载波信号的三角波比较，得到用于控制各开关元件9的PWM信号20(相当于图1的Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wn)。
驱动电路2输出根据PWM信号20驱动开关元件9的驱动信号。对逆变器电路3施加直流电压源11，按照从驱动电路2输出的驱动信号，使各开关元件9导通、断开，对马达4施加3相的交流电压。在逆变器电路3的直流侧连接有分流电阻5。多数情况为了检测流到逆变器电路3的过电流并保护开关元件9而连接分流电阻5。在本实施例中不仅为了开关元件的保护而使用分流电阻5，还在马达电流的检测和马达4的断线或逆变器电路3的异常的检测中使用分流电阻。因此，使用为了开关元件9的保护原本所必需的分流电阻5进行断线检测的方法，对于部件点数的削减和基板面积的削减非常有效。
直流电流检测电路6放大分流电阻5的两端的电压，向控制电路10输出直流电流检测值21。直流电流检测电路6，例如由OP放大器等构成，放大为适于输入到控制电路10的电压。控制电路10是微机的情况下，例如按最大为5V的电压这样进行放大，此放大了的直流电流，在马达电流检测机构7内被A/D转换器(未图示)转换为数字信号。
接着，使用图3说明马达电流检测机构7的马达电流检测方法。图3示出PWM载波信号、在电压指令值形成机构1的内部形成的各相的电压指令值、表示各相的开关元件9的动作的各相的逆变器驱动信号(相当于图1的PWM信号20)、流到分流电阻5的直流电流的关系。逆变器驱动信号，在同图中，High电平表示为开关元件的上臂导通，Low电平表示为开关元件的下臂导通。
如图3所表明的，在仅W相下臂导通、U相和V相上臂导通的期间A及D中可观测到相反极性的W相马达电流。此外，在V相和W相下臂导通、仅U相上臂导通的区间B及C中可观测到相同极性的马达电流。如此，由于在各个区间中能观测各个马达电流，所以通过检测它们加以组合就能再现3相的马达电流。再现的马达电流22，在形成等中可使用电压指令值。再有，在图3中，示出了马达4的电感较大的情形，省略因逆变器电路3的开关而引起的纹波电流。
如此，在由流到分流电阻5的直流电流检测各相的马达电流的情况下，在断线检测机构8中，将预先设定的判定值与在电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间(图3的期间A、期间B、期间C、期间D)中检测出的直流电流值的绝对值进行比较，当电流检测值的绝对值比判定值更小的情况下，能够检测此相马达绕线断线(包括电力转换电路和负载的连接的断线)、或开关元件9的异常。
此外，在即使瞬间不进行断线检测也可以的情况下，在断线检测机构8中用如下的方法进行检测也是有效的。即，按预先设定的期间对在电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中检测出的直流电流值的绝对值进行积分。换言之，在断线检测机构8，在连续时间系的情况下，是求用图3的斜线或格纹涂满的期间的面积，在离散时间系的情况下，是累计在电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中检测出的直流电流值的绝对值。再有，直流电流值的绝对值的积分，既可以按预定的期间连续积分，也可以按每某一期间多次按预定的期间进行积分。接着，将预先设定的判定值与此积分后的直流电流积分值进行比较，当直流电流积分值比判定值更小的情况下，能够检测此相的马达绕线断线、或开关元件9的异常。由于使用此检测方法时，能减少误判定，所以在流到马达4的电流较小的条件中特别有效。
此外，在根据条件既可以加长也可以缩短是否断线的判定时间的情况下，在断线检测机构8中用下面的方法检测也是有效的。即，对在电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中检测出的直流电流值进行积分，测量直到到达预定的判定值的经过时间。此经过时间比预先设定的判定时间值更长的情况下，能够检测此相的马达绕线断线、或开关元件9的异常。
如此，基于直流电流的积分值或积分所需时间的断线检测方法，由于能等效地排除高频噪声，所以即使在检测直流电流的过程中大量含有不规则的噪声的用途中也能避免误判定。
接着，使用图4～图7，说明在电流指令值非常小的情况下特别有效的断线检测方法。图4示出马达4的转数高、负载轻的条件下的各相的电压指令值和流到分流电阻的直流电流的关系。由于马达4的转数高，所以，根据与式(2)的感应电压常数Ke相关的项，q轴电压指令值Vq*变大。另一方面，电流指令值，d轴电流指令值Id*被设定为零，q轴电流指令值Iq*因负载轻而变小。因此，流到马达4的电流变小。马达电流变小的情况下难以进行电流检测，说明其理由。
例如，假设分流电阻Rs为5mΩ，流到分流电阻5的最大电流值Imax为25A，可输入到控制电路10的最大电压PV为5V，在直流电流检测电路6输出±25A的电流值作为以最大电压PV的1/2(＝2.5V)为中心的0到5V(最大电压PV)的放大信号的情况下，使直流电流检测电路6的放大增益G_op为20倍左右。再有，通常较小地设定直流电流检测电路6的放大增益，使直流电流检测电路6的电流可检测范围比流到马达4的电流的最大值更大。在假设马达电流检测机构7内的A/D转换器(未图示)的分辨率D_ad为10bit的情况下，电流检测分辨率A_res例如可由下式(3)求出，大约为50mA/digit。
A_res＝PV/(Rs×G_op×D_ad)  …式(3)
在此，假设马达电流检测机构7内的A/D转换器(未图示)的误差为4digit，直流电流检测关系(A/D转换器的基准电源和直流电流检测电路6中的放大误差等)的误差为5％的情况下，大约230mA以下程度的电流检测值不限为正的。因此，电流指令值为230mA以下程度的情况下，虽然因马达绕线断线或开关元件的异常而无电流流动，但因电流检测的检测误差的影响，恐怕存在误检测。像这样，在马达电流值较小的条件下，难以进行电流检测。再有，此问题不限于由流到分流电阻的直流电流检测各相的马达电流的电流检测方式，对于用电流传感器进行各相的马达电流检测来进行断线检测的方式也是同样的。
但是，马达绕线断线的状态下继续驱动，即使是例如负载轻的情形，也在电力转换装置存在例如陷入不能控制马达等的不良影响。因此，即便在轻负载的状态下，换言之，即便在马达电流小的状态下进行断线检测也是重要的。
通常，在马达4的Ld和Lq之差较小的情况下(能近似为无凸极性的情形)，d轴电流对马达的产生扭矩(発生トルク)影响小。因此，例如，如图5那样，暂时使d轴电流指令值Id*增加到预先设定的规定值为止，在不是d轴电流指令值Id*为零的期间，基于此时的马达电流检测值进行断线检测。再有，在图5中，虽然按一次函数状增加d轴电流指令值，但也可以逐步地增加。此外，判定期间也可以为能进行电流检测期间以上，就是说，如果是PWM载波半周期以上就能进行断线检测。
另一方面，在不能忽略马达4的Ld和Lq之差的情况下，就是说在马达4中存在凸极性的情况下，用下面的方法进行断线检测是有效的。如图6所示，按PWM载波周期的前半个半周期和后半个半周期来变更电压最大相(图6中U相)的电压指令值。具体地，在前半个半周期在原有的U相电压指令值Vu*_0上加上断线检测电压指令ΔV，在后半个半周期减去ΔV。其结果，在前半个半周期中U相马达电流仅增加ΔI，直流电流的U相电流可检测期间的电流(图中的用格纹中涂满了的期间)也同样地仅增加ΔI。但是，在马达绕线中存在断线和在开关元件中存在异常的情况下，不产生ΔI。通过利用此来比较增加ΔV前后的直流电流检测值就能进行断线检测。虽然ΔV的值因马达的电感值不同而不同，但如果为使ΔI为电流检测分辨率以上的值即可。虽然通过在U相电压指令值Vu*_0上加上ΔV，从而在前半个半周期中使U相电压仅增大ΔV输出，但由于在后半个半周期中使U相电压仅减小ΔV输出，所以按PWM载波周期中看时，作为结果就会输出相同的电压，几乎对马达控制不产生影响。并且，加减ΔV没有必要在PWM载波1个周期中进行，例如如图7那样，也可以历经多个PWM载波半周期减去ΔV。再有，在图7中，由于在PWM载波半周期的3个中减去ΔV，所以图中N为3。此外，不特别地限制ΔV的加法计时，例如，有如下的方法。在前半个半周期中减去ΔV、在后半个半周期中加上ΔV，在第1个半周期中减去ΔV/3、在第2个半周期中加上ΔV、在第3个和第4个PWM载波半周期中分别减去ΔV/3，每次变更ΔV的加减运算的顺序等。
在图6及图7中，虽然说明了变更电压最大相的电压指令值的方法，但相同的方法也能够适用于电压最小相。
如此，按PWM载波周期的前半个半周期和后半个半周期来变更电压指令值的方式，即使在电流指令值较小的情形中也能进行断线检测。并且，本方式不限于启动中的应用，还能应用于马达停止的情形。基于这些情况，本方式是无论电流指令值的大小、马达的驱动条件和运转状态如何，并且即使在驱动中，也能准确地进行断线检测的非常有效的断线检测方法。
<实施方式2>
关于本发明相关的电力转换装置(马达驱动装置)的实施方式2，使用图8至图10，说明断线检测后的动作。本实施方式的断线检测机构208，其断线检测方法与实施方式1相同，在断线检测后输出断线检测信号201的情况不同。将此断线检测信号201输入给图2所示的角频率指令调整机构202(停止控制机构或减速停止控制机构)及PWM脉冲生成器204。角频率指令调整机构202，当断线检测信号201输入时，就会减少角频率指令值。
在即便使马达急停止也没有问题的情况下，如图9(a)所示，在输入断线检测信号201(图中的断线判定的部位)的同时，使输出到电压指令值形成器102的角频率指令值ω**为零。并且，还使输出到电压指令值形成器102的dq轴电流指令值(Id**及Iq**)为零。由此，能停止向马达的电压施加。
另一方面，以图10所示的马达作为流体循环泵301的动力，恐怕会有一旦急停马达则流体循环路径302的一部分的压力就会急剧变化而发生损坏的情况。在这种情况下，如图9(b)所示，在判定断线后以规定的减速速率使角频率指令值ω**减少，在此减速期间调整流体循环圈的阀303等，能使其稳定地停止。
<实施方式3>
使用图11说明本发明相关的电力转换装置的实施方式3。本实施方式的电力转换装置，将马达驱动装置12容纳在1个组件中，成为模块化的结构。如图11所示，为大多二分为容纳在下部组件300内的电源部(逆变器电路3及分流电阻5)、以及搭载了控制电路10、直流电流检测电路6和驱动电路2的子基板317的结构。在本图中，为了说明，虽然将下部组件300和子基板317分离，但实际上是一体的。在下部组件300内配置铝基板301，在铝基板301上安装开关元件9及分流电阻5等。直流电压源11从端子305b输入，输出的交流电力从端子305c输出。下部组件300和子基板317通过端子306连接，进行信息的交换。控制电路10由微机316构成，安装在子基板317上。即，分离配置开关元件等的电源系统和微机316等的控制系统，使得控制系统不受电源系统产生的噪声的影响。由此，能够减少断线检测的误判定。直流电流检测电路6放大分流电阻5的两端的电压，输入到微机316。从微机输出的PWM信号输入到驱动电路2，被放大为能驱动开关元件9的信号电平。此外，在子基板317上安装用于与其它电力转换装置和上位的控制系统或进行通信、或进行信息交换的连接器307。
再有，安装在铝基板301上的开关元件不限于裸芯片，也可以安装组件品。此外，通过在电源系统的开关元件和控制系统的微机316之间配置隔离板等，就能在单一的铝基板上与电源系统的开关元件9等一起安装控制系统的微机316。
如图11所示，通过将电力转换装置容纳在1个组件中，就能在例如将电力转换装置装入产品前，使用断线检测机构8进行开关元件9的试验。在端子305c上连接试验用的马达或绕线，使规定的电流值流过。此时，用断线检测机构8进行开关元件302的异常判定。在无异常、为合格品的情况下，使处于子基板317上的LED点亮。如果在存在开关元件9的异常(例如焊接不良等)的情况下，熄灭LED，报告给试验者。如此，如果仅用电力转换装置就能进行断线检测，就能在装入产品前判定开关元件9的异常，能够快速地进行对应。
<实施方式4>
使用图12，说明本发明相关的电力转换装置的实施方式4。图12是将基于本发明的电力转换装置应用于空调的压缩机驱动系统时的、空调的室外机的示意图。模块化的电力转换装置401，通过布线402与压缩机403连接，驱动压缩机内的马达进行冷媒的压缩。经压缩的高压的冷媒，通过配管404通过热交换器405在那里释放热量。在本图中，虽然未图示，但存在与室外机400成对的室内机。冷媒在室内机的热交换器中变为低压，吸收热后返回压缩机403。再有，制冷工作和制暖工作中，通过室外机的冷媒的流向与室内机相反，在室内机的热交换器中释放热量。
通过将本发明的电力转换装置应用于空调的压缩机驱动系统，例如，即使在温度设定值和实际的室内的温度几乎相等的状态或除霜运行状态下，也就是说，即使在电力转换装置的负载变轻的状态下也能进行断线检测。
在空调机循环侧，通过任何其它的方式进行断线检测的情况下，与电力转换装置内的断线检测成为双重系统，提高安全性。
<实施方式5>
本发明相关的控制电路10大多使用微机和DSP等的半导体集成电路，由软件实现。此情况下，存在所谓难以对断线检测机构8能否正确实现进行验证的缺点。因此，在本实施方式中，使用图13及图14说明用于确认本发明相关的断线检测机构8能够正确实现的动作验证方法。
为了验证，在逆变器电路3和马达4之间设置断路开关等遮断器502。遮断器502能够遮断连接到马达4的布线之内、任意的相的绕线或所有相的绕线。操作验证，在马达4驱动中，利用遮断器502遮断向U相的布线(遮断的相可以为任意的相)，利用测量器501观测在此前后的、控制微机510(相当于控制电路10)输出的PWM信号20和从分流电阻5检测出的直流电流检测值21。再有，由于逆变器电路3输出交流电压，所以电力转换电路的电压最大相、电压中间相和电压最小相的关系，随时间变化。因此，不需要必须同时观测所有的PWM信号20。因测量器501的制约，同时观测所有的PWM信号20有困难的情形下，如果观测任意1个波形就没有问题。
在图14中示出遮断后的U相的PWM信号。在断线的判定期间，与判定期间外的PWM信号比较，如果PWM载波信号的上升沿区间中的U相上臂导通的期间变长，相反下降沿区间中的U相上臂导通的期间变短的话，则能确认可正确地进行适于实施方式1中说明的凸极性马达的断线检测。再有，本发明中的断线检测，由于在U相电压为电压最大相或电压最小相的期间中是能够判定的，所以如果施加给马达的交流电压的周期是固定的话，则判定期间为电角度120度。
接着，说明能近似为无凸极性的马达的情形的验证方法。此情况下，观测马达的相电流时，能更容易地验证。图15示出了用遮断器502遮断所有相的绕线前后的3相马达电流波形。在无负载状态下驱动马达4时，q轴电流指令值变为零。因此，PWM信号20导通断开的比率差不多为各50％。但是，由于空载时间(dead time)补偿等，也存在一部分的比率多少变大的情形。此时，为了断线检测，如图5所示，当增加d轴电流指令值时，3相的电压指令值的振幅就会变大。因此，PWM信号20的导通断开的比率在电角度360度中增减。通过确认这样的波形，就能确认可正确地实现本发明的断线检测方法。
在上文中，虽然根据实施方式具体地说明了由本发明者进行的发明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能进行各种变更。
工业上的利用可能性
本发明涉及具备由脉冲宽度调制信号(PWM信号)控制的电力转换电路的电力转换装置，特别有效地适用于连接到电力转换电路的输出侧的负载的断线检测方法。

Claims (11)

1.一种电力转换装置，具有：
电力转换电路，由将直流电力转换为交流电力的开关元件构成；
连接在上述电力转换电路的输出侧的负载；
直流电流检测机构，检测流到上述电力转换电路的直流侧的电流；以及
控制电路，控制上述电力转换电路的开关元件；
该电力转换装置还包括：
断线检测机构，使用上述电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的上述直流电流检测机构的直流电流检测值，来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常，
上述断线检测机构对上述直流电流检测值进行积分，基于所积分的积分值到达规定的判定值的时间来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
包括异常通知机构，当判断出负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常时，对外部进行通知。
3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
包括：当判断出负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常时停止向驱动的马达施加电压的停止控制机构、或使马达减速后停止的减速停止控制机构。
4.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
被容纳在1个组件中。
5.一种电力转换装置，具有：
电力转换电路，由将直流电力转换为交流电力的开关元件构成；
连接在上述电力转换电路的输出侧的负载；
直流电流检测机构，检测流到上述电力转换电路的直流侧的电流；以及
控制电路，控制上述电力转换电路的开关元件，
上述控制电路具有输出电压指令值的电压指令值形成机构，上述电压指令值形成机构按控制上述电力转换电路的开关元件的周期的1/2周期的整数倍周期来变更电压指令值；
断线检测机构使用上述电压指令值形成机构变更了电压指令值时的、上述电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的上述直流电流检测机构的直流电流检测值，来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常，
且上述断线检测机构对上述直流电流检测值进行积分，基于所积分的积分值到达规定的判定值的时间来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常。
6.根据权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于，
上述电压指令值形成机构变更形成电压指令值时的d轴电流指令值，
上述断线检测机构使用上述电压指令值形成机构变更了d轴电流指令值时的、上述电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的上述直流电流检测机构的直流电流检测值，来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常。
7.根据权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于，
上述断线检测机构使用上述电压指令值形成机构变更电压指令值前及变更电压指令值后的、上述电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的上述直流电流检测机构的直流电流检测值的差，来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常。
8.根据权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于，
包括异常通知机构，当判断出负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常时，对外部进行通知。
9.根据权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于，
包括：当判断出负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常时停止向驱动的马达施加电压的停止控制机构、或使马达减速后停止的减速停止控制机构。
10.一种使用电力转换装置的压缩机用电动机，
该电力转换装置具有：
电力转换电路，由将直流电力转换为交流电力的开关元件构成；
连接在上述电力转换电路的输出侧的负载；
直流电流检测机构，检测流到上述电力转换电路的直流侧的电流；以及
控制电路，控制上述电力转换电路的开关元件，
该电力转换装置还包括：
断线检测机构，使用上述电力转换电路的电压最大相或电压最小相的电流在直流电流流过的期间中的上述直流电流检测机构的直流电流检测值，来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常，
且上述断线检测机构对上述直流电流检测值进行积分，基于所积分的积分值到达规定的判定值的时间来判断负载的断线或上述电力转换电路的开关元件的异常。
11.一种具备权利要求10的压缩机用电动机的空调机。
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