CN101682291B - 电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种确保低电压电路与高电压电路的绝缘，并且能够小型化的交流电机控制装置。电机控制装置具有：驱动电路(20)，其相对于向交流电机供给电流的逆变电路的各臂分别设置、并驱动各臂所具有的开关元件；以及电源控制电路(27)，其进行用于向驱动电路(20)供给电力的电力供给电路的控制。电机控制装置还包括：低电压电路区域(7)，其具有电源控制电路(27)；高电压电路区域(5)，其包括一个驱动电路(20)，夹着低电压电路区域(7)在两侧并排配置，并且在其与低电压电路区域(7)之间设置规定的绝缘距离(d1)而配置；变压器(L)，其作为电力供给电路，使低电压电路区域(7)和各高电压电路区域(5)分别连接。

Description

电机控制装置
技术领域
本发明涉及控制交流电机的电机控制装置。
背景技术
作为电动汽车、混合动力汽车等的动力使用的大功率的电机，以高电压驱动。此外，搭载在这样的汽车上的电源是直流电池，因此通过使用IGBT(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)等开关元件的逆变电路变换为三相交流。驱动逆变电路的信号，例如驱动IGBT的栅极的驱动信号与驱动电机的高电压电路绝缘，在以远小于高电压电路的电压的低电压动作的低电压电路的控制电路中生成该驱动IGBT的栅极的驱动信号。因此，在驱动电机的电机控制装置中，设置有基于驱动信号驱动逆变电路的IGBT用的IGBT驱动电路。即，如图6所示，电机控制装置包括：在低电压电路内动作的电机控制电路300；在高电压电路内动作，基于电机控制电路300生成的驱动信号驱动IGBT的IGBT驱动电路200；和由多个IGBT构成的逆变电路100。
生成三相交流的逆变电路100由6个IGBT构成。各个IGBT独立动作，因此用于驱动各IGBT的栅极的栅极驱动电路在IGBT驱动电路200中相互独立地设置。此外，各IGBT为高电压，因此驱动IGBT的各栅极驱动电路需要以具有适当的绝缘距离的方式配置。
在下述的专利文献1中，公开了设置有驱动多个IGBT的多个栅极驱动电路的电压控制装置的技术。根据专利文献1，控制电路和栅极驱动电路至少隔着与变压器的输入脚到输出脚的距离相当的绝缘距离而配置。此外，各栅极驱动电路也隔开规定的绝缘距离而配置。
专利文献1：日本特开2006-280148号公报(13、15段，图1等)
发明内容
专利文献1公开的电压控制装置是具有三个栅极驱动电路的装置，但在生成三相交流的逆变电路中需要设置6个栅极驱动电路。如果简单地排列2个专利文献1的电压控制装置，则不能够安装部件的绝缘区域变大，使基板面积无谓地增大。
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种能够确保低电压电路和高电压电路的绝缘，并且能够实现小型化的交流电机控制装置。
为了达成上述目的，本发明的电机控制装置具有：
驱动电路，其针对向交流电机供给电流的逆变电路的各臂分别设置、驱动各臂所具有的开关元件；以及
电源控制电路，其进行用于向上述驱动电路供给电力的电力供给电路的控制，
该电机控制装置的特征结构是，还包括：
低电压电路区域，其具有上述电源控制电路；
高电压电路区域，其包括一个上述驱动电路，夹着上述低电压电路区域在两侧并排配置，并且在其与上述低电压电路区域之间设置规定的绝缘距离而配置；以及
变压器，其作为上述电力供给电路，使上述低电压电路区域和各高电压电路区域分别以绝缘状态耦合。
根据该特征结构，夹着具有电源控制电路的低电压电路区域，驱动电路在低电压电路区域的两侧并排配置。通过使低电压电路区域与各高电压电路区域分别以绝缘状态耦合的变压器向驱动电路供给电力。供给至驱动电路的电力是高电压，但该高电压出现在各变压器的高电压电路区域侧，因此在基板内高电压的配线不会引绕很长距离。从而，能够使为了确保绝缘距离而不能够安装部件的绝缘区域的面积变窄，能够有效利用基板。与各驱动电路连接的各变压器能够由在低电压电路区域构成的共用的电源控制电路控制。没有必要对各变压器个别设置电源控制电路，能够简化电源控制电路。从而，能够抑制基板面积，能够使电机控制装置小型化。此外，通过将作为发热部件的变压器相对于各驱动电路分散设置，难以产生发热的集中，容易应对散热。
本发明的电机控制装置的特征在于，进一步，上述驱动电路配置为在其与相邻的上述驱动电路之间设置有规定的绝缘距离。
逆变器电路的各臂所具有的开关元件被驱动为以各臂不同的定时进行开关。驱动电路通过控制开关元件的栅极端子或基极端子与源极端子或发射极端子的两个端子间的电位差，而驱动开关元件。逆变电路的直流电源电压非常高，因此，用于驱动开关元件的两端子间的电位差也是比低电压电路区域的电源电压高的电压。此外，当开关元件成为导通状态时，根据与开关元件连接的直流电源电压，驱动信号的电压也发生变化。因为如上所述从邻接的驱动电路输出的驱动信号的定时不同，所以驱动信号的电压的变化也不同，在从邻接的驱动电路输出的驱动信号间产生很大的电位差。从而，需要确保相邻的驱动电路间的绝缘，优选像本结构这样相邻的驱动电路设置规定的绝缘距离而配置。
此外，本发明的电机控制装置的上述驱动电路的特征在于，驱动与上述逆变电路的直流电源的正极侧连接的上段侧臂的上述开关元件的上段侧驱动电路并排配置于上述低电压电路区域的一侧，驱动与上述逆变电路的直流电源的负极侧连接的下段侧臂的上述开关元件的下段侧驱动电路并排配置于上述低电压电路区域的另一侧。
在逆变电路中，上段侧臂的开关元件与直流电源的正极侧连接，下段侧臂的开关元件与直流电源的负极侧连接。因此，上段侧臂的开关元件和下段侧臂的开关元件分别并排配置的方式使得与正极侧电源和负极侧电源的连接变得容易。从而，驱动开关元件的驱动电路也是上段侧驱动电路和下段侧驱动电路各自并排配置的方式更能够进行高效的配线。其结果是，能够使电机控制装置小型化。
此外，本发明的电机控制装置的特征在于，设置在相邻的上述上段侧驱动电路间的绝缘距离设定为比设置在相邻的上述下段侧驱动电路间的绝缘距离长。
与逆变器电路的直流电源电压的正极侧连接的上段侧臂的开关元件，在成为导通状态时，发射极端子或源极端子的电位上升至大致正极侧电位。下段侧臂的开关元件与电压低的负极侧(一般是地)连接，因此在为导通状态时，发射极端子或源极端子也是负极侧电位。一般来说，驱动电路通过控制开关元件的栅极端子或基极端子与源极端子或发射极端子的两个端子间的电位差来驱动开关元件。从而，与上段侧臂的开关元件连接的上段侧驱动电路的电位，在开关元件成为导通状态时上升至逆变电路的正极侧的电源电压附近。根据本结构，使设置于相邻的上段侧驱动电路之间的绝缘距离长于设置于相邻的下段侧驱动电路间的绝缘距离，从而能够在上段侧驱动电路间确保充分的绝缘距离。另一方面，下段侧驱动电路能够是流过逆变电路的大电流不会流入的程度的最小限度的绝缘距离，能够将基板面积抑制得较小。
此外，本发明的电机控制装置，进一步优选，基于检测至少一个上述开关元件的温度的温度传感器的检测结果，检测该开关元件的温度的温度检测电路，与上述下段侧驱动电路一同设置于上述高电压电路区域。
绝缘距离短的下段侧驱动电路的高电压电路区域，相比于上段侧驱动电路的高电压电路区域，能够安装更多的部件。从而，当在下段侧驱动电路的高电压电路区域设置温度检测电路时，能够以高安装效率构成基板。其结果是，能够使电机控制装置小型化。
本发明的电机控制装置的特征在于，进一步具有将上述温度检测电路的检测结果从上述高电压电路区域向上述低电压电路区域无线传送的信号传送用绝缘部件，
该信号传送用绝缘部件沿着上述低电压电路区域和上述高电压电路区域相对的边界线，与设置有上述温度检测电路的上述高电压电路区域的上述变压器并排配置。
如上所述，在低电压电路区域的两侧，高电压电路区域并排配置，在低电压电路区域的两侧形成绝缘区域。即，绝缘区域沿着低电压电路区域与高电压电路区域相对的边界线形成，沿着该边界线配置变压器和信号传送用绝缘部件。连接高电压电路区域和低电压电路区域的绝缘部件在已设置的绝缘区域中与变压器一同排成一列配置。从而，能够提供没有必要扩展用于将温度检测电路的检测结果向低电压电路区域传送的基板的面积，能够提供小型化的交流电机控制装置。
此处，本发明的电机控制装置，优选进一步具有用于固定基板的固定部件所贯通的贯通孔，上述贯通孔在上述低电压电路区域内靠近上述上段侧驱动电路侧而设置。
高电压电路区域排列在低电压电路区域的两侧，因此低电压电路区域配置在基板的中央部。一般地说，基板为大致长方形的形状，在其四角设置用于固定基板的螺栓等固定部件所贯通的贯通孔。根据本特征结构，进一步在配置于基板的中央部的低电压电路区域也设置贯通孔。在高电压电路区域、变压器等中流过大电流，因此基板容易变热，存在由于过热基板产生翘曲等变形的可能性。但是，如本特征结构这样，在基板的中央部也设置贯通孔，由此能够抑制翘曲，可靠地固定基板。此外，作为固定部件多使用金属制的螺栓，通过在低电压电路区域设置固定部件所贯通的贯通孔，能够以短绝缘距离确保绝缘性，能够确保在车载用途中所要求的高耐振动性。从而，能够抑制由于设置贯通孔而引起的基板面积的增加。进一步，贯通孔设置为靠近夹着低电压电路区域并排配置于两侧的高电压电路区域内的上段侧驱动电路侧，因此，电源控制电路能够配置在合适的位置而不妨碍在低电压电路区域的部件安装。
此外，如上所述，可以使绝缘距离较短的下段侧驱动电路的高电压电路区域，相比于上段侧驱动电路的高电压电路区域能够安装更多的部件。例如，能够将温度检测电路等附加电路与下段侧驱动电路一同安装于高电压电路区域。如果高电压电路区域的附加电路的输出向低电压电路区域传送，则能够在控制电路中进行利用附加电路的处理结果的控制。因此，存在在下段侧驱动电路与低电压电路区域之间安装传送部件的情况。当贯通孔靠近上段侧驱动电路而设置时，能够在下段侧驱动电路与低电压电路区域间确保设置这样的传送部件时的空间。其结果是，不会由于设置附加电路而增大基板的面积，是优选的。
此外，本发明的电机控制装置的特征在于，设置有信号传送用绝缘部件，该信号传送用绝缘部件将由比上述逆变电路的电源电压低的电源电压生成的、驱动上述各臂所具有的上述开关元件的各驱动信号，从上述低电压电路区域向上述高电压电路区域分别无线传送，
各信号传送用绝缘部件沿着上述低电压电路区域和上述高电压电路区域相对的边界线与上述各变压器并排配置。
低电压电路区域和高电压电路区域隔着规定的绝缘距离而分离，在其间形成绝缘区域。如上所述，高电压电路区域夹着低电压电路区域，在低电压电路区域的两侧并排配置。从而，绝缘区域夹着低电压电路区域形成在低电压电路区域的两侧。即，绝缘区域沿着低电压电路区域与高电压电路区域相对的边界线形成，沿着该边界线配置有变压器和信号传送用绝缘部件。使低电压电路区域与高电压电路区域以绝缘状态耦合的绝缘部件排成一列而配置，因此，设置需要的最低限度的绝缘区域即可。其结果是，能够提供确保低电压电路区域与高电压电路区域的绝缘，并且能够小型化的交流电机控制装置。
此外，在如上所述设置有传送温度检测电路的检测结果的信号传送用绝缘部件的情况下，传送驱动信号的信号传送用绝缘部件、传送温度检测电路的检测结果的信号传送用绝缘部件、和变压器，能够沿着已设置的绝缘区域上的上述边界线排成一列。其结果是，能够不增大基板的面积，使电机控制装置小型化。
此外，本发明的电机控制装置的特征在于，设置有信号传送用绝缘部件，该信号传送用绝缘部件将从上述逆变电路向各驱动电路的反馈信号，从上述高电压电路区域向上述低电压电路区域无线传送，
该信号传送用绝缘部件沿着上述低电压电路区域和上述高电压电路区域相对的边界线，与上述各变压器并排配置。
如上所述，高电压电路区域在低电压电路区域的两侧排列配置，绝缘区域形成在低电压电路区域的两侧。即，绝缘区域沿着低电压电路区域与高电压电路区域相对的边界线形成，沿着该边界线配置变压器和信号传送用绝缘部件。连接高电压电路区域与低电压电路区域的绝缘部件，在已设置的绝缘区域与变压器一同排成一列而配置。从而，能够提供不需要扩展用于将反馈信号向低电压电路区域传送的基板的面积，能够使交流电机控制装置小型化。
此外，在设置有上述的传送驱动信号的信号传送用绝缘部件、传送温度检测电路的检测结果的信号传送用绝缘部件的情况下，能够将这些信号传送用绝缘部件、传送该反馈信号的信号传送用绝缘部件、以及变压器沿着已设置的绝缘区域上的上述边界线排成一列。其结果是，能够不增大基板的面积，使电机控制装置小型化。
此外，本发明的电机控制装置的特征在于，进一步，上述电源控制电路配置在多个上述变压器间的大致中心部。
根据该结构，能够使连接电源控制电路与各变压器的配线内的最大配线长度变短，此外，能够抑制总配线长度。当配线变长时，容易产生噪声，但因为能够将最大配线长度抑制得较短，所以能够抑制噪声的产生。此外，当配线的量变多时容易产生噪声，但通过抑制总配线长度，能够抑制噪声的产生。进一步，因为能够使从电源控制电路向各变压器的配线长度均匀化，所以能够使各变压器的次级侧电压的电源特性均匀化，能够使驱动电路和逆变电路的动作稳定化。
此外，本发明的电机控制装置的特征在于，具有用于固定基板的固定部件所贯通的贯通孔，该贯通孔在上述低电压电路区域内，设置为靠近夹着上述低电压电路区域而在两侧并排配置的上述高电压电路区域中的任一侧。
高电压电路区域在低电压电路区域的两侧排列，因此，低电压电路区域配置在基板的中央部。一般基板为大致长方形的形状，在其四角设置用于固定基板的螺栓等固定部件所贯通的贯通孔。根据本特征结构，进一步在配置在基板的中央部的低电压电路区域中也设置贯通孔。高电压电路区域、变压器等流过大电流，因此基板容易变热，存在由于过热基板产生翘曲等变形的可能性。但是，如本特征结构这样，在基板的中央部也设置贯通孔，由此能够抑制翘曲，可靠地固定基板。此外，作为固定部件多使用金属制的螺栓，通过在低电压电路区域设置固定部件所贯通的贯通孔，能够以短绝缘距离确保绝缘性，能够确保在车载用途中所要求的高耐振动性。从而，能够抑制由于设置贯通孔而引起的基板面积的增大。进一步，贯通孔设置为靠近夹着低电压电路区域在两侧并排配置的高电压电路区域的任一侧，因此，电源控制电路等能够配置在合适的位置而不妨碍在低电压电路区域的部件安装。
附图说明
图1是示意性表示本发明的电机的控制电路的电路结构的框图；
图2是示意性表示IGBT控制基板中的无线耦合的形式的框图；
图3是示意性表示电力供给电路的结构的框图；
图4是表示IGBT控制基板的电路配置例的配置图；
图5是表示向IGBT控制基板安装部件的配置例的配置图；以及
图6是示意性表示一般的电机控制装置的结构的框图。
具体实施方式
以下，以控制电动汽车、混合动力汽车的动力用电机的电机控制装置为例，说明本发明的实施方式。首先，参照图1～图3，说明电机控制装置的电路结构。图1是示意性表示本发明的电机的控制电路的电路结构的框图。如图1所示，控制三相交流电机9(以下适当称作“电机”)的电机控制装置具有IGBT模块1、IGBT控制基板2、电机控制基板3。
在IGBT模块1中，使用IGBT作为开关元件，构成将直流变换为三相交流的逆变电路。如图1所示，逆变电路具有6个IGBT10(11～16)，和与各IGBT10并联连接的续流二极管10a。另外，开关元件并不限于IGBT，能够使用双极型、电场效应型、MOS型等各种构造的功率晶体管构成逆变电路。在本实施方式中，逆变电路例如具有在金属基体上隔着陶瓷系的绝缘基板载置IGBT10、续流二极管10a而被一体化的模块构造。在逆变电路中，也构成有用于检测IGBT10的过电流、过热的传感器电路10b(参照图2)，并进行一体化而构成IGBT模块1。另外，也可以通过在通常的基板上安装IGBT10、续流二极管10a而构成逆变电路。
在图1中，逆变电路的各臂由一个IGBT10构成。但是，由于IGBT的电流容量等的限制，也存在并联多个IGBT而构成一个臂的情况。特别是在模块构造的逆变电路的情况下，也存在通过将裸芯片隔着陶瓷系的绝缘基板载置在金属基体上而构成电路的情况，经常是并联多个IGBT的裸芯片，构成一个臂。因此，所谓的一个臂的IGBT(开关元件)，并不一定表示图1所示的单一的IGBT，也可能表示在一个臂中并联连接的全部IGBT。此外，在一个臂由并联连接的两个IGBT构成的情况下，可以由一个驱动信号控制两个IGBT，也可以由两个驱动信号控制各个IGBT。
从作为高压电源的高压电池55向IGBT模块1施加正极侧电压PV、负极侧电压NV(一般是地)的直流电压，被变换为三相交流U、V、W。在电机9为电动汽车、混合动力汽车的动力用电机时，向IGBT模块1输入数百伏的直流电压。如图1所示，从IGBT模块1输出U相、V相、W相的三相的电机驱动电流。这些电机驱动电流通过线缆向电机9输出，并与电机9的U相、V相、W相的定子线圈相连接。
电机控制基板3上构成有以远小于逆变电路的电源电压的低电压动作的电机控制电路30。从作为低压电源的低压电池75向电机控制基板3供给例如12伏左右的直流电压。另外，低压电源并不限于低压电池75，也可以由对高压电池55的电压进行降压的DC-DC变换器构成。
在电机控制基板3上构成有电机控制电路30，该电机控制电路30根据从控制车辆的运行的未图示的ECU(electronic control unit，电子控制单元)等经由CAN(controller area network，控制器局域网络)等的通信取得的指令(外部指令)控制电机9。电机控制电路30为了控制电机9，生成驱动逆变电路的各臂的IGBT10的驱动信号。在本实施方式中，开关元件是IGBT，IGBT的控制端子是栅极端子，因此，将驱动信号称为栅极驱动信号。此外，电机控制电路30接收来自检测电机9的举动的电流传感器91、旋转传感器92的检测信号，实施根据电机9的动作状态的反馈控制。
图1中的电流传感器91设置在IGBT模块1与电机9之间，但也可以内置在IGBT模块1中。此外，图1中仅测定U相、V相这两相的电流。U相、V相、W相这三相电流为平衡状态，瞬时的总和为零，因此，能够通过测定2相的电流来运算求取剩余1相的电流。旋转传感器92例如使用分解器(resolver)。
电机控制电路30以微型计算机、DSP(digital signal processor，数字信号处理器)等为核心部件而构成。此外，微型计算机、DSP等的动作电压一般为3.3伏、5伏，因此在电机控制电路30中，还构成有利用从低压电池75供给的12伏的电源电压生成动作电压的调节电路。
在IGBT控制基板2上，构成有基于在电机控制电路30生成的栅极驱动信号驱动逆变电路的各臂所具有的IGBT10的栅极驱动电路20。此外，在IGBT控制基板2上，设置有将在电机控制电路30生成的低电压的直流电源的电力供应给栅极驱动电路的电力供给电路。电力供给电路由作为绝缘部件IS的变压器L构成(参照图2)。作为绝缘部件IS，将电机控制电路30生成的栅极驱动信号传送至栅极驱动电路的光电耦合器P也安装于IGBT控制基板2(参照图2)，详细内容在后面叙述。此外，在IGBT控制基板2上也构成有用于控制作为电力供给电路的变压器L的电源控制电路27。
如果参照图1的上述内容所示，构成于IGBT模块1的逆变电路是在高电压下动作的高电压电路50，构成于电机控制基板3的电机控制电路30是在低电压下动作的低电压电路70。于是，IGBT控制基板2具有与IGBT模块1连接的高电压电路50和与电机控制基板3连接的低电压电路70这两者。高电压电路50和低电压电路70在IGBT控制基板2上离开规定的绝缘距离而配置，该详细内容在后面叙述。高电压电路50和低电压电路70通过上述的绝缘部件IS以无线方式耦合。
图2是示意性表示IGBT控制基板2中的无线耦合的形式的框图。此处，表示与逆变电路的一个臂的电路组10A对应的无线耦合形式。另外，在图2中，举例表示一个臂具有一个电路组10A而构成的情况，如上所述，也有一个臂包括多个IGBT10，具有多个电路组10A而构成的情况。
在属于低电压电路70的电机控制电路30生成的栅极驱动信号，与安装于IGBT控制基板2的作为绝缘部件IS的光电耦合器P的输入端子连接。光电耦合器P的输出端子与在属于高电压电路50的IGBT控制基板2的高电压电路区域5中安装的栅极驱动电路20的驱动器20a连接。关于IGBT控制基板2的高电压电路区域5，在后面叙述。光电耦合器P在输入侧设置有发光二极管，在输出侧设置有光电二极管或光电晶体管，是利用从输入侧向输出侧的光无线传送信号的公知的绝缘部件。利用光电耦合器P，在保持低电压电路70与高电压电路50的绝缘的状态下，从电机控制电路30向栅极驱动电路20传送栅极驱动信号。然后，利用栅极驱动电路20的驱动器20a，对属于高电压电路50的IGBT模块1的IGBT10进行驱动控制。
附随上述IGBT10而设置有用于检测过电流、过热的传感器电路10b。如图2所示，在本例中，传感器电路10b具有温度传感器10c和过电流检测器10d。温度传感器10c是热敏电阻、二极管，根据温度而变化的端子间电压被栅极驱动电路20的诊断电路20b检测。过电流检测器10d例如检测出与流过IGBT10的大电流成比例、并且该比值为1/1000000～1/100000左右的微小电流，从而能够检测出流过IGBT10的大电流超过规定值的情况，其检测结果被诊断电路20b接收。
诊断电路20b在温度传感器10c的端子间电压低于规定的值的情况下，判定为过热状态。此外，在从过电流检测器10d接收为异常的检测结果时，判定为由短路等引起的过电流产生状态。并且，诊断电路20b当判定为过热状态和过电流产生状态中的至少一个时，输出诊断信号。根据诊断信号，驱动器20a无论从电机控制电路30通过光电耦合器P接收的栅极驱动信号的状态如何，都控制IGBT10为关断状态。
诊断信号也被传送至电机控制电路30。诊断电路20b是构成于IGBT控制基板2的高电压电路区域5的高电压电路50。于是，诊断信号通过作为绝缘部件IS的光电耦合器P无线地向电机控制电路30传送。并不向电机控制电路30传送过热、过电流等异常的原因，但是至少能够通知异常状态的发生。于是，电机控制电路30进行电机9的停止处理等异常应对处理。
如上所述，温度传感器10c的端子间电压能够由诊断电路20b进行测定，在诊断电路20b中，或者在诊断电路20b的附近，能够设置检测温度的温度检测电路20c。图2中举例表示在诊断电路20b的附近设置有温度检测电路20c的情况。温度检测电路20c没有必要随着与逆变电路的全部臂对应的栅极驱动电路20而设置，因此在图2中以虚线表示。温度检测电路20c设置于IGBT控制基板2的高电压电路区域5，因此与诊断信号同样地通过作为绝缘部件IS的光电耦合器P无线地向电机控制电路30传送。
如上所述，在IGBT控制基板2上设置有将在电机控制电路30生成的低电压的直流电源的电力供向栅极驱动电路的电力供给电路。图3是示意性表示电力供给电路的结构的框图。以下，参照图1～图3，说明电力供给电路。
电力供给电路由作为绝缘部件IS的变压器L构成。初级电压V1在作为低电压电路70的电机控制电路30(电机控制基板3)的定电压电路中稳定为一定的电压，并被供向变压器L。如上所述，对电机控制基板3例如供给12伏的电源电压，但电池75的电压由于负载而变动。于是，利用作为定电压电路的升压调节器、降压调节器等，例如升压为15～18伏左右，或降压至8～10伏左右，定电压的初级电压V1被供给至变压器L。
在本实施方式中，与逆变电路的六个臂分别相对应，设置有变压器L1～L6这6个变压器L。从各变压器L1～L6分别输出二次电压V21～V26。各变压器L1～L6为相同结构，输出电压大致相同的二次电压V2。图3中的二极管D1～D2是整流用二极管，电容器C1～C6是平滑用电容器，电容器C7是用于初级电压稳定化的电容器。
在IGBT控制基板2上构成有属于低电压电路70的电源控制电路27，控制作为电力供给电路的变压器L。电源控制电路27具有控制施加于初级侧线圈的电压的晶体管27b和27c，和控制晶体管27b和27c的控制电路27a。本实施方式的电源控制电路27采用推挽(push pull)型的结构。变压器L与逆变电路的六个臂相对应地设置有6个，电源控制电路27一并控制全部的变压器L1～L6。此外，如上所述，供向变压器L的初级电压V1已稳定化，因此能够根据变压器L的变压比决定二次电压V2而不将二次电压V2反馈至初级侧。
变压器L是使初级侧线圈与次级侧线圈之间电磁耦合后传送信号、能量的公知的绝缘部件。于是，能够保持低电压电路70与高电压电路50的绝缘，并向栅极驱动电路20等供给电源电压。
如上所述，IGBT控制基板2具有高电压电路50和低电压电路70这两个电路，通过绝缘部件IS无线地使两电路耦合，从而保持绝缘。以下，参照图4和图5，说明IGBT控制基板2的具体的布局。图4是表示IGBT控制基板2的电路配置例的配置图，图5是表示具体的部件向IGBT控制基板2安装的配置例的配置图。
如图4和图5所示，在IGBT控制基板2上，形成有将头部设置于图示左侧的大致T字形状的低电压电路区域7。在T字形状的头部，图示左上方的低电压电路区域7中，设置有连接器48。该连接器48与上述电机控制基板3通过未图示的线束连接。与逆变电路的各臂对应的栅极驱动信号从电机控制电路30通过连接器48向IGBT控制基板2的低电压电路区域7传送。此外，使电源控制电路27动作的电源电压、变压器L的初级侧电压V1也通过连接器48从电机控制基板3被传送。如图5所示，在连接器48的图示下方，构成有低电压电路28，构成通过连接器48被输入输出的信号的驱动电路、接收电路。此外，也可以在该低电压电路28中生成变压器L的初级电压。
在IGBT控制基板2上还形成有高电压电路区域5。高电压电路区域5与逆变电路的各臂相对应，形成有6个。上述的各高电压电路区域5至少具有一个驱动各臂所具有的IGBT10的栅极驱动电路20。如图2所示，在本例中，栅极驱动电路20与一个臂的一个电路组10A通过5根信号线连接。IGBT模块1具有相当于这些信号线的端子连接用的插脚。将该插脚焊接于图4和图5所示的IGBT控制基板2的通孔4，从而连接栅极驱动电路20与电路组10A。另外，在本实施方式中，逆变电路的一个臂构成为并联连接2个IGBT10。即，在一个臂上具有2个电路组10A，一个栅极驱动电路20与2个电路组10A连接。因此，在一个栅极驱动电路20中设置有10个通孔4。
高电压电路区域5夹着相当于T字形状的主干部的低电压电路区域7，在其两侧并排配置有多个(在本例中为各3个)。此时，栅极驱动电路20配置为在其与低电压电路区域7之间设置有规定的绝缘距离d1。此外，栅极驱动电路20配置为在其与相邻的栅极驱动电路20之间设置有规定的绝缘距离d2或d3。通过在栅极驱动电路20与低电压电路区域7之间设置规定的绝缘距离d1，沿着低电压电路区域7形成绝缘区域6。此外，进一步，通过在相邻的栅极驱动电路20之间设置规定的绝缘距离d2、d3，能够以T字形状的低电压电路区域7的主干部侧为基部，在低电压电路区域7的两侧形成梳状的绝缘区域6。
跨越沿着T字形状的低电压电路区域7的主干部形成的绝缘区域6，设置有作为电力供给电路的变压器L1～L6，低电压电路区域7与各高电压电路区域5分别以绝缘的状态耦合。即，向各变压器L1～L6的低电压电路区域7施加初级侧电压V1，向各变压器L1～L6的高电压电路区域5输出次级侧电压V2。高电压的次级侧电压V2仅出现于与各变压器L1～L6对应的高电压电路区域5的栅极驱动电路21～26侧，因此高电压的配线不会在IGBT控制基板2内引绕较长距离。从而，不需要扩大为了确保绝缘距离而不能够安装部件的绝缘区域6的面积，能够有效利用基板。
各变压器L1～L6被构成于低电压电路区域7的共用的电源控制电路27控制。由此，能够抑制IGBT控制基板2的面积，能够使电机控制装置小型化。进一步，如图4和图5所示，电源控制电路27配置在多个变压器L1～L6间的大致中心部。从而，能够使连接电源控制电路27与各变压器L1～L6的配线内的最大配线长度例如向变压器L4、L3的配线长度变短。当配线变长时容易产生噪声，但因为能够将最大配线长度抑制为较短，所以能够抑制噪声的产生。此外，当然，也能够抑制将向变压器L1～L6的配线长度相加而得到的总配线长度。当配线量变多时容易产生噪声，但通过抑制总配线长度，能够抑制噪声的产生。进一步，因为使从电源控制电路27向各变压器L1～L6的配线长度均匀化，所以能够使各变压器L1～L6的次级侧电压V2(V21～V26)的电源特性均匀化，能够使栅极驱动电路20和逆变电路的动作稳定化。
此外，跨越沿着T字形状的低电压电路区域7的主干部形成的绝缘区域6，设置有作为传送信号用的绝缘部件的光电耦合器P(P11、P21、P31、P41、P51、P61)。这些光电耦合器P沿着低电压电路区域7与高电压电路区域5相对的边界线与各变压器L1～L6并排配置。连接低电压电路区域7与高电压电路区域5的绝缘部件IS排成一列而配置，因此，在IGBT控制基板2上设置必需的最低限度的绝缘区域6即可。
利用这些光电耦合器P，电机控制电路30生成的与各臂对应的栅极驱动信号，在低电压电路区域7与各高电压电路区域5(栅极驱动电路21～26)之间以绝缘状态耦合。即，以低于逆变电路的电源电压的电源电压生成的各栅极驱动信号，从低电压电路区域7向高电压电路区域5的各栅极驱动电路21～26分别进行无线传送。并且，各栅极驱动信号从各栅极驱动电路21～26被传送至各IGBT10，控制各IGBT10。
进一步，跨越沿着T字形状的低电压电路区域7的主干部形成的绝缘区域6，作为信号传送用绝缘部件设置有其它的光电耦合器P(P12、P22、P32、P42、P52、P62)。利用这些光电耦合器P，从逆变电路向各驱动电路21～26传送的反馈信号，从高电压电路区域5向低电压电路区域7无线传送。
这些光电耦合器P沿着低电压电路区域7与高电压电路区域5相对的边界线，与各变压器L1～L6、和传送栅极驱动信号的光电耦合器P(P11、P21、P31、P41、P51、P61)并排配置。连接低电压电路区域7和高电压电路区域5的绝缘部件IS排成一列而配置，因此，在IGBT控制基板2上设置必需的最低限度的绝缘区域6即可。此外，在IGBT基板2的绝缘区域6中设置缝隙以提高绝缘性能时，能够对变压器L和光电耦合器P的下面即沿着上述边界线的绝缘区域6进行直线加工，以形成缝隙。
如上所述，栅极驱动电路20与逆变电路的各臂相对应地设置。将与图1所示的逆变电路的直流电源的正极侧电压PV连接的臂称作上段侧臂，将与负极侧电压NV连接的臂称作下段侧臂，以下，说明各臂与栅极驱动电路20的对应。
U相上段侧臂的IGBT11被栅极驱动电路21驱动；
V相上段侧臂的IGBT12被栅极驱动电路22驱动；
W相上段侧臂的IGBT13被栅极驱动电路23驱动；
U相下段侧臂的IGBT14被栅极驱动电路24驱动；
V相下段侧臂的IGBT15被栅极驱动电路25驱动；
W相下段侧臂的IGBT16被栅极驱动电路26驱动。
以下，适当地将栅极驱动电路21～23称作上段侧栅极驱动电路(上段侧驱动电路)，将栅极驱动电路24～26称作下段侧栅极驱动电路(下段侧驱动电路)。
如图4和图5所示，在栅极驱动电路21～26中，驱动上段侧臂的IGBT11～13的上段侧栅极驱动电路21～23，并排配置在低电压电路区域7的一侧，图示中为上侧。此外，驱动下段侧臂的IGBT14～16的下段侧栅极驱动电路24～26，并排配置在低电压电路区域7的另一侧，图示中为下侧。
如图1所示，在逆变电路中，上段侧臂的IGBT11～13与直流电源的正极侧电压PV连接，下段侧臂的IGBT14～16与直流电源的负极侧电压NV连接。因此，上段侧臂的IGBT11～13、和下段侧臂的IGBT14～16分别排成一列而配置的方式使得与正极侧电压PV以及负极侧电压NV的连接更容易。由此，驱动IGBT10的驱动电路20也是上段侧臂驱动电路21～23和下段侧臂驱动电路24～26各自排成一列而配置的方式更能够高效地进行配线。
如上所述，栅极驱动电路20配置为在其与相邻的栅极驱动电路20之间设置有规定的绝缘距离d2或d3。具体地说，上段侧栅极驱动电路21～23配置为在其与相邻的栅极驱动电路之间设置有规定的绝缘距离d2，下段侧栅极驱动电路24～26配置为在其与相邻的栅极驱动电路之间设置有规定的绝缘距离d3。此处，绝缘距离d2相比于绝缘距离d3为较长的距离(参照图4)。即，设置在相邻的上段侧栅极驱动电路21～23之间的绝缘距离d2设定为比设置在相邻的下段侧栅极驱动电路24～26之间的绝缘距离d3长。
与逆变电路的直流电源电压内、电压高的正极侧电压PV连接的上段侧臂的IGBT11～13，在成为导通状态时发射极端子的电位上升至电压PV的附近。下段侧臂IGBT14～16与电压低的负极侧电压NV(一般是地)连接，因此，在导通状态时发射极端子为负极侧电压NV。如图1和图2所示，栅极驱动电路20通过控制IGBT10的栅极端子与发射极端子这两端子间的电位差而驱动IGBT10。因此，与上段侧臂的IGBT11～13连接的上段侧栅极驱动电路21～23的电位，在IGBT11～13为导通状态时上升至电压PV附近。于是，通过将绝缘距离d2设定为比绝缘距离d3长的距离，能够确保上段侧栅极驱动电路21与22之间、22与23之间的充分的绝缘距离。另外，下段侧栅极驱动电路24～26只要确保为流过IGBT模块1的电位NV的配线的大电流不会经由通孔4流入的程度的最小限度的绝缘距离即可。
图4和图5所示的符号8是用于固定IGBT控制基板2的固定部件所贯通的贯通孔。作为固定部件例如使用金属性的螺栓。一般的结构是，在IGBT控制基板2的四角，设置用于固定该基板的贯通孔81～84。在本实施方式中，还设置有4个贯通孔85～88。该4个贯通孔85～88设置在长方形状的该基板的中心线的附近。在高电压电路区域5、变压器L等中会流过大电流，因此IGBT控制基板2容易变热，存在由于过热基板产生翘曲等的变形的可能性。但是，通过在基板的四角的贯通孔81～84之外在基板的中央部也设置贯通孔85～88，能够抑制翘曲而可靠地固定IGBT基板2，并且能够确保在车载用途中所要求的高耐振动性。
贯通孔85～87在定电压电路区域7中确保规定的绝缘距离而设置。在使用金属制的螺栓作为固定部件的情况下，相比于将螺栓所贯通的贯通孔8设置在高电压电路区域5内，设置在低电压电路区域7内更能够以短绝缘距离确保绝缘性。即，即使设置比通常情况多的贯通孔8，也能够抑制基板面积的增大。进一步，贯通孔86和87在低电压电路区域7中，设置为靠近夹着低电压电路区域7在两侧并排配置的高电压电路区域5中的任一侧。如图5所示，能够将电源控制电路27等配置在适宜的位置而不妨碍对低电压电路区域7的部件安装。
如图4和图5所示，在本实施方式中，贯通孔86和87在低电压电路区域7中设置为靠近上段侧栅极驱动电路21～23一侧。以下说明其理由。
如上所述，设置有下段侧栅极驱动电路24～26的高电压电路区域5，相比于上段侧栅极驱动电路21～23，绝缘距离可以较短。从而，与绝缘区域变小的量相对应地，该高电压电路区域5能够比设置有上段侧栅极驱动电路21～23的高电压电路区域5安装更多的部件。例如，能够将温度检测电路20c等的附加电路与下段侧的栅极驱动电路24～26一同设置在高电压电路区域5中。
当高电压电路区域5的附加电路的输出向低电压电路区域7传送，通过连接器48传送至电机控制电路30时，能够在电机控制电路30中进行利用附加电路的处理结果的控制。为了从下段侧栅极驱动电路24～26向低电压电路区域7传送附加电路的输出，需要跨越绝缘区域6安装光电耦合器等信号传送用绝缘部件。如果贯通孔86、87靠近下段侧栅极驱动电路24～26侧而设置，则会夺去安装这样的追加的信号传送用绝缘部件的空间。但如果贯通孔86和87靠近上段侧的栅极驱动电路21～23侧而设置，则能够确保安装追加的信号传送用绝缘部件的空间。
进一步，如图4和图5所示，优选贯通孔86和87配置在低电压电路区域7内的靠近上段侧栅极驱动电路21～23侧，并且配置在沿着栅极驱动电路21与22间的绝缘区域6、以及栅极驱动电路22与23间的绝缘区域6的位置。即使贯通孔86和87靠近上段侧栅极驱动电路21～23侧而配置，也能够确保其与上段侧栅极驱动电路21～23间的充分的绝缘距离。
在本实施方式中，表示了下述例子：基于检测至少一个IGBT15的温度的温度传感器10c的检测结果而检测IGBT15的温度的温度检测电路20c与下段侧栅极驱动电路25一同设置在高电压电路区域5。在不产生异常的过热状态的状态下，全部的IGBT10显示同样的温度上升倾向，因此，只要测定任意一个IGBT10的温度即可。此外，由IGBT10的配置引起的差异，通过预先制作由配置引起的误差的修正图等，能够在电机控制电路30中进行修正。
温度检测电路20c的检测结果从高电压电路区域5的栅极驱动电路25向低电压电路区域7传送。如图4所示，跨越沿低电压电路区域7形成的绝缘区域6，设置有作为信号传送用绝缘部件的光电耦合器P(P53)。该光电耦合器P53，沿着低电压电路区域7与高电压电路区域5相对的边界线，与设置有温度检测电路20c的栅极驱动电路25的变压器L5和光电耦合器P51、P52并排配置。如图4和图5所示，在本实施方式中，贯通孔86和87在低电压电路区域7内设置为靠近上段侧的栅极驱动电路21～23侧。因此，能够良好地确保安装作为追加的信号传送用绝缘部件的光电耦合器P53的空间。
这样，连接低电压电路区域7和高电压电路区域5的4个绝缘部件IS排成一列而配置。从而，不会由于搭载光电耦合器P53，而增加IGBT控制基板2的绝缘区域6的面积。此外，如上所述，在IGBT控制基板2的绝缘区域6设置缝隙以提高绝缘性能时，能够对变压器L和光电耦合器P的下面即沿着上述边界线的绝缘区域6进行直线加工以形成缝隙。
如以上具体的布局所表示的那样，具有高电压电路50和低电压电路70这两个电路的IGBT控制基板2，通过使两电路由绝缘部件IS无线耦合，能够以较小的绝缘区域6确保绝缘，实现小型化。从而，能够提供确保低电压电路与高电压电路的绝缘，并且能够提供小型化的交流电机控制装置。
产业上的利用可能性
本发明能够利用于控制在电动汽车、混合动力汽车等的动力中使用的交流电机的电机控制装置。

Claims (11)

1.一种电机控制装置，具有：
驱动电路，其针对向交流电机供给电流的逆变电路的各臂分别设置，驱动各臂所具有的开关元件；以及
电源控制电路，其控制用于向所述驱动电路供给电力的电力供给电路，
该电机控制装置其特征在于，具有：
低电压电路区域，其具有所述电源控制电路；
高电压电路区域，其包括一个所述驱动电路，夹着所述低电压电路区域在两侧并排配置，并且在其与所述低电压电路区域之间设置规定的绝缘距离而配置；以及
变压器，其作为所述电力供给电路，使所述低电压电路区域和各高电压电路区域分别以绝缘状态进行连接。
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，
所述驱动电路配置为在其与相邻的所述驱动电路之间设置有规定的绝缘距离。
3.根据权利要求1或2所述的电机控制装置，其中，
所述驱动电路中，驱动与所述逆变电路的直流电源的正极侧连接的上段侧臂的所述开关元件的上段侧驱动电路并排配置于所述低电压电路区域的一侧，驱动与所述逆变电路的直流电源的负极侧连接的下段侧臂的所述开关元件的下段侧驱动电路并排配置于所述低电压电路区域的另一侧。
4.根据权利要求3所述的电机控制装置，其中，
设置在相邻的所述上段侧驱动电路间的绝缘距离设定为比设置在相邻的所述下段侧驱动电路间的绝缘距离长。
5.根据权利要求4所述的电机控制装置，其中，
基于检测至少一个所述开关元件的温度的温度传感器的检测结果，检测该开关元件的温度的温度检测电路，与所述下段侧驱动电路一同设置于所述高电压电路区域。
6.根据权利要求5所述的电机控制装置，其中，
具有将所述温度检测电路的检测结果从所述高电压电路区域向所述低电压电路区域无线传送的信号传送用绝缘部件，
该信号传送用绝缘部件沿着所述低电压电路区域和所述高电压电路区域相对的边界线，与设置有所述温度检测电路的所述高电压电路区域的所述变压器并排配置。
7.根据权利要求3所述的电机控制装置，其中，
具有用于固定基板的固定部件所贯通的贯通孔，所述贯通孔在所述低电压电路区域内靠近所述上段侧驱动电路侧而设置。
8.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，
具有信号传送用绝缘部件，该信号传送用绝缘部件将由比所述逆变电路的电源电压低的电源电压生成的、驱动所述各臂所具有的所述开关元件的各驱动信号，从所述低电压电路区域向所述高电压电路区域分别无线传送，
各信号传送用绝缘部件沿着所述低电压电路区域和所述高电压电路区域相对的边界线，与所述各变压器并排配置。
9.根据权利要求1所述电机控制装置，其中，
具有信号传送用绝缘部件，该信号传送用绝缘部件将从所述逆变电路向各驱动电路的反馈信号，从所述高电压电路区域向所述低电压电路区域无线传送，
该信号传送用绝缘部件沿着所述低电压电路区域和所述高电压电路区域相对的边界线，与所述各变压器并排配置。
10.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，
所述电源控制电路配置在多个所述变压器间的中心部。
11.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，
具有用于固定基板的固定部件所贯通的贯通孔，该贯通孔在所述低电压电路区域内，设置为靠近夹着所述低电压电路区域而在两侧并排配置的所述高电压电路区域中的任一侧。
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