CN103107769A - 电力转换装置及过电流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明的电力转换装置及过电流保护电路防止将转换直流电生成的交流电供应给电动机并驱动电动机的电力转换装置的直流部包含的用于平滑化的电容器损坏，且保护转换用半导体开关免受过电流破坏。该电力转换装置具备：电力转换部，将从直流电源输入的直流电通过转换操作转换为交流电供应给电动机；电容器，对从直流电源施加到电力转换部的直流电压进行平滑化；电流检测部，检测从电力转换部供应到电动机的电流；过电流检测部，比较由电流检测部检测出的电流和判定是否启动过电流保护功能的阈值，前者超过后者时，输出过电流检测信号；转换操作控制部，以从过电流检测部收到过电流检测信号为契机，停止电力转换部的转换操作；阈值设定部，设定阈值。

Description

电力转换装置及过电流保护电路

技术领域

本发明涉及一种将直流电转换为交流电而供应给交流电动机，并进行该交流电动机的驱动控制的电力转换装置。

背景技术

近年来，伴随着对环境问题的关注度的提高，正在迅速普及作为动力源使用交流电动机（以下，简称“电动机”）的电动汽车和区分使用电动机和内燃机的混合动力汽车。这是因为电动机不会像内燃机那样排放二氧化碳，有助于削减二氧化碳排放量。图13为示出电动汽车或混合动力汽车用的电动机的速度-扭矩特性之一例的图。这种电动机具有较宽的运行速度范围，在低速时保持给定的大扭矩，在高速时收拢扭矩并保持给定的功率。并且，在电动汽车和混合动力汽车中，还积极地进行将电动机的动能转换为电能而再生的制动运行。例如，在图13所示的速度-扭矩特性中，驱动运行时的最大扭矩为180N·m，制动运行时的最小扭矩为-127N·m，转速（每分钟的转数）达到3000min^-1为止呈恒定扭矩特性，转速在3000min^-1以上、8000min^-1以下时呈恒定功率特性。图14为示出电动汽车用或混合动力汽车用的电动机的速度-电流特性之一例的图。如图14所示，这种电动机的扭矩-电流之间有很强的相关性，扭矩的绝对值越大，电流也就越大。

在电动汽车或混合动力汽车的电动机的变速控制中，多使用逆变器。逆变器是指将由电池等直流电源供应的直流电通过IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）等半导体开关的转换操作（switching）转换成任意频率及任意电压的交流电而供应到负载的电力转换装置。如前所述，用于电动汽车和混合动力汽车的电动机具有较宽的运行速度范围，扭矩的绝对值越大，电流也就越大。在向电动机供应大电流的情况下，如果在电力转换装置中发生接地故障等，则半导体开关中流过过大的电流（以下，称为过电流），存在破坏该半导体开关的危险。因此，电力转换装置中多设有用于防止过电流破坏半导体开关的过电流保护功能。

过电流保护功能是指当检测到超过阈值的电流产生时，断开参与电力转换的所有半导体开关，进而断开连接直流电源和电力转换装置的电源开关，由此紧急停止电力转换动作的功能。该阈值由电力转换装置所具备的半导体开关的允许电流所决定，在以往的电力转换装置中该阈值基本是固定值。另外，半导体开关的允许电流随着半导体开关的温度发生变化，因此提出有检测（或估计）作为保护对象的半导体开关的温度，并对应于作为保护对象的半导体开关的温度检测结果（或估计结果）改变该阈值的方案（参照专利文献1）。进而，电力转换装置中，还有在过电流保护功能的基础上具有电流限制功能的电力转换装置。电流限制功能是指在用于判定是否启动过电流保护功能的阈值（以下，称为第一阈值）之外另行设定第二阈值，并抑制半导体开关的转换操作以防止有超过该第二阈值的电流流过，但不停止整个电力转换装置的动作的功能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-10649号公报

在电力转换装置中的接受来自直流电源的直流电供应的直流部设有用于将该直流电平滑化的电容器。如前所述，当过电流保护功能启动时，参与电力转换的所有半导体开关都被断开，从电动机向电力转换装置再生能量。此时，若断开电源开关，则电力转换装置的直流部所设置的电容器通过所述再生能量被充电，导致该电容器的电极间电压上升。在电动汽车和混合动力汽车中作为电动机多使用永久磁铁型同步电动机，在永久磁铁型同步电动机中转速与空载感应电压成比例。因此，当启动过电流保护功能时，此时的转速越高，从电动机再生到电力转换装置的能量就越大。也就是说，在要求电动机高速运行的电动汽车和混合动力汽车中，过电流保护功能启动后的再生能量较大，电极间电压上升至超过设置在直流部的用于平滑化的电容器的耐压的值，存在破坏该电容器的危险。

另外，若在制动运行时启动过电流保护功能，则会在过电流保护功能启动之前就已再生的能量上，再附加因参与电力转换的所有半导体开关都被断开而从电动机向电力转换装置再生的能量。因此，在制动运行的情况下启动过电流保护功能时所述电容器的电极间电压上升量大于在驱动运行的情况下启动过电流保护功能时所述电容器的电极间电压上升量。另外，在电动汽车和混合动力汽车中，施加到电力转换装置的直流电压根据车型而有所不同，施加到电力转换装置的直流电压越高，过电流保护功能启动时再生到电力转换装置的能量越大，具体情况将在后面叙述。因此，关于电动汽车和混合动力汽车用的电力转换装置，在启动过电流保护功能时需要使直流部所包含的用于平滑化的电容器的电极间电压不超过该电容器的耐压，但是过去对此没有给予充分注意。

发明内容

本发明是针对上述问题而提出的，其目的在于提供这样一种技术：不会导致电力转换装置的直流部所包含的用于平滑化的电容器发生损坏，且能够保护转换用半导体开关使其免受过电流的破坏，所述电力转换装置将转换直流电而生成的交流电供应给电动机，以驱动该电动机。

根据本发明的电力转换装置，具有电力转换部、用于平滑化的电容器、转换操作控制部、电流检测部、过电流检测部以及阈值设定部。这些部件的作用如下。电力转换部将从直流电源供应的直流电通过半导体开关的转换操作（switching）转换为交流电而供应给电动机。用于平滑化的电容器承担对从直流电源施加到电力转换部的直流电压进行平滑化的功能。转换操作控制部根据从外部收到的扭矩指令等控制电力转换部中的转换操作。电流检测部检测从电力转换部供应到电动机的电流，将表示检测出的电流电平（电流的绝对值）的电流信息提供给过电流检测部。阈值设定部设定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值。过电流检测部比较电流信息表示的电流电平和由阈值设定部设定的阈值，当前者超过后者时，将指示停止电流转换部中的转换操作的过电流检测信号提供给转换操作控制部。转换操作控制部以收到过电流检测信号为契机，停止电力转换部中的转换操作，由此可以避免半导体开关因过电流而损坏。

在此，阈值设定部中的阈值设定形态可以考虑根据电动机的运行状态设定所述阈值的形态（以下，称为第一形态）、根据从直流电源供应到电力转换部的直流电压大小设定所述阈值的形态（第二形态）、同时使用第一及第二形态的形态（第三形态）。作为第一形态，可以考虑从电动机是处于驱动运行状态还是处于制动运行状态的角度判别电动机的运行状态，根据该判别结果设定所述阈值的形态。在该形态中，阈值设定部将判别为制动运行状态时的所述阈值设定为低于判别为驱动运行状态时的所述阈值。其理由如下：就启动过电流保护功能时的用于平滑化的电容器的电极间电压的上升量而言，即使采用相同的阈值来启动过电流保护功能，制动运行状态下的上升量要大于驱动运行状态下的上升量。为了防止过电流保护功能启动时的用于平滑化的电容器的电极间电压的上升导致该电容器破损，所以将制动运行状态下的阈值设定为低于驱动运行状态下的阈值。

在此，作为判别电动机是处于驱动运行状态还是处于制动运行状态的具体方法，可以考虑参照从电力转换部供应到电动机的电流的q轴分量判别的方法、或根据用于指示电动机的运行状态的操作部件（例如，电动汽车和混合动力汽车的加速踏板）的操作量判别的方法。例如，在参照从电力转换部供应到电动机的电流的q轴分量进行判别的形态中，只要q轴分量的符号非负，则判别为驱动运行状态，反之，若q轴分量符号为负，则判别为制动运行状态。

作为根据电动机的运行状态设定所述阈值的其他优选形态，可以考虑作为表示电动机运行状态的参数利用电动机转速（更准确地说是利用1分钟等单位时间内的转数）的形态。更具体来讲，电动机转速越高，将所述阈值设定得越低。这是因为启动过电流保护功能之前的电动机转速越高，启动过电流保护功能时从电动机再生到电力转换装置的能量越大，用于平滑化的电容器的电极间电压的上升量也越大。作为该形态的具体实现方法，可以考虑设置检测电动机转速的转速检测部，由该转速检测部检测出的转速越高，将所述阈值设定得越低。另外，也可以考虑设置参照供应到电动机的电流估计该电动机转速的转速估计部，由该转速估计部估计的转速越高，将所述阈值设定得越低的形态。

另外，可以考虑作为电动机的运行状态，关注电动机是处于驱动运行状态还是处于制动运行状态以及电动机转速这两个因素的形态。作为电动机的运行状态，关注电动机是处于驱动运行状态还是处于制动运行状态以及电动机转速这两者时，由转速检测部检测出的转速（或由转速估计部估计的转速）越高，所述阈值设定得越低，同时在相同转速下，使制动运行时的阈值低于驱动运行时的阈值。

相对于上述的第一形态，本发明的第二形态与电动机的运行状态无关，是从直流电源施加到电力转换部的直流电压越高，所述阈值设定得越低的形态。这是因为从直流电源施加到电力转换部的直流电压越高，启动过电流保护功能之后的用于平滑化的电容器的电极间电压的上升量越大。

另外，作为第三形态，可以考虑若运行状态相同，则从直流电源施加到电力转换部的直流电压越高，所述阈值设定得越低的形态。这是因为若在相同的运行状态下根据相同的用于判定是否产生了过电流的阈值启动过电流保护功能，则从直流电源施加到电力转换部的直流电压越高，用于平滑化的电容器的电极间电压的上升量越大。

作为更优选的形态，可以考虑如下形态：将用于判定是否启动电流限制功能的第二阈值设定为低于用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，过电流检测部针对从电力转换部输出到电动机的各相的每个电流判定其电流电平是否超过第二阈值，使转换操作控制部进行停止与被判定为超过第二阈值的相有关的转换操作或减小该相的脉冲的控制操作、或者降低所述电动机的扭矩的控制操作。在此，根据电动机的运行状态、从直流电源施加到电力转换部的直流电压或这两者设定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值时，可以与该阈值的设定联动而设定所述第二阈值。具体来讲，可以考虑将由阈值设定部设定的阈值的a（0<a<1）倍设定为所述第二阈值。另外，也可以在所述阈值设定部之外另行设置用于设定第二阈值的第二阈值设定部，提供与提供给阈值设定部的参数相同的参数，并在该第二阈值设定部中执行基于这些参数设定第二阈值的处理，所设定的第二阈值保持低于由阈值设定部基于这些参数设定的阈值的大小关系。

另外，作为本发明的另一形态，还可以考虑如下形态：组合电流检测部、过电流检测部和阈值设定部构成过电流保护电路，所述电流检测部检测从电力转换装置供应到电动机的电流，所述过电流检测部比较由电流检测部检测出的电流的电流电平和用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，当前者超过后者时，向电力转换装置输出指示停止转换操作的过电流检测信号，所述阈值设定部根据电动机的运行状态设定所述阈值，该过电流保护电路作为单品（即，独立于电力转换装置）提供。同样地，也可以将组合所述电流检测部、所述过电流检测部、检测从直流电源施加到电力转换装置的直流电压的直流电压检测部、由直流电压检测部检测出的电压越高则将用于判定是否启动过电流保护功能的阈值设定得越低的阈值设定部构成的过电流保护电路作为单品（即，独立于电力转换装置）提供。这是因为，通过将根据本发明的过电流保护电路安装到已有的电力转换装置（或是将已有电力转换装置的过电流保护电路替换为这些过电流保护电路），可以使已有的电力转换装置作为根据本发明的电力转换装置发挥功能。

另外，作为另一形态，可以提供在CPU（Central Processing Unit）等计算机中实现用于构成根据本发明的过电流保护电路的各部分的功能的程序。这是因为通过根据这种程序使计算机工作，可以使该计算机作为本发明的过电流保护电路工作。作为这种程序的具体发布形态，可以考虑在CD-ROM（Compact Disk-Read Only Memory）、记忆棒、ROM芯片等计算机可读取记录介质上写入该程序后发布的形态和通过因特网等电信线路进行下载而发布的形态。

附图说明

图1为示出本发明的第一实施方式的电力转换装置20A的构成示例的图。

图2为示出过电流检测部2470的构成示例的图。

图3为用于说明仿真的图，该仿真用于说明本实施方式的效果。

图4为示出该仿真结果的图。

图5为示出该仿真结果的图。

图6为示出本发明的第二实施方式的电力转换装置20B的构成示例的图。

图7为示出即使启动过电流保护功能也不会导致用于平滑化的电容器的电极间电压超过耐压的电流值与施加到电力转换装置的直流部的直流电压及交流电动机转速的关系的图。

图8为示出本发明的第三实施方式的电力转换装置20C的构成示例的图。

图9为示出对应于从直流电源10施加到直流部的直流电压由阈值设定部2462所设定的阈值的一例的图。

图10为示出本发明的第四实施方式的电力转换装置20D的构成示例的图。

图11为示出对应于从直流电源10施加到电力转换装置20D的直流部的直流电压及电动机30的运行状态由阈值设定部2464所设定的阈值的一例的图。

图12为示出本发明的第五实施方式的电力转换装置20E的构成示例的图。

图13为示出电动汽车或混合动力汽车用的电动机的驱动时以及制动时的速度-最大扭矩特性之一例的图。

图14为示出电动汽车用或混合动力汽车用的电动机的驱动时以及制动时的速度与电流关系的图。

符号说明：

10：直流电源

20A、20B、20C、20D、20E：电力转换装置

210：电源开关

220：电容器

230：电力转换部

240A、240B、240C、240D、240E：控制部

2410：电流检测部

2420、2422：转换操作控制部

2430：三相二相转换部

2440：坐标转换部

2450、2452：驱动制动判别部

2460、2462、2464：阈值设定部

2470、2472：过电流检测部

2470a：绝对值转换部

2470b：比较部

2480：直流电压检测部

2490：转速检测部

2500：第二阈值设定部

30：电动机

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

A：第一实施方式

图1为示出本发明的第一实施方式的电力转换装置20A的构成示例的图。

图1所示的电力转换装置20A例如安装在电动汽车和混合动力汽车，用于对作为这些车辆的动力源的电动机进行变速控制。图1中，除了电力转换装置20A之外，还示出了向电力转换装置20A供应直流电的直流电源10和成为电力转换装置20A所进行的变速控制的对象的电动机30。电力转换装置20A将由直流电源10供应的直流电转换成任意频率及任意电压的交流电而供应到电动机30。通过对供应到电动机30的交流电的频率或电压（或者对这两者）进行调整，能够实现电动机30的变速控制。

如图1所示，电力转换装置20A包含电源开关210、电容器220、电力转换部230以及控制部240A。电源开关210设在从直流电源10向电力转换部230输入直流电压的输入路径的中途。电源开关210用于连接或断开电力转换部230和直流电源10，是出于确保安全的考虑而设置的。电容器220起到对从直流电源10供应到电力转换装置20A的直流电进行平滑化的作用。电力转换部230例如包含多个IGBT等的半导体开关。电力转换部230经电源开关210从直流电源10接收直流电。供应到电力转换部230的直流电通过所述各半导体开关的转换操作被转换为任意频率及任意电压的三相交流电，该三相交流电被供应到电动机30。

控制部240A对电力转换装置20A的各部分进行驱动控制，例如对应于从外部接收的扭矩指令等对电力转换部230中的转换操作进行控制。不仅如此，控制部240A还起到保护电力转换部230所包含的各半导体开关免受过电流的破坏的作用（即，前述的过电流保护功能）。如图1所示，控制部240A包含电流检测部2410、转换操作控制部2420、三相二相转换部2430、坐标转换部2440、驱动制动判别部2450、阈值设定部2460以及过电流检测部2470。控制部240A的各构成要素由电子电路等硬件构成。如此，由硬件来实现构成控制部240A的各部分，是为了迅速且可靠地启动过电流保护功能。

电流检测部2410检测从电力转换部230供应到电动机30的三相交流电流，将表示各相电流的电流信息提供给过电流检测部2470。过电流检测部2470将从电流检测部2410接收的电流信息所表示的各相的电流电平与用于判定是否启动过电流保护功能的阈值持续比较，当某个相的电流电平超过该阈值时，将告知产生过电流的过电流检测信号提供给转换操作控制部2420。本实施方式中，作为与各相电流电平进行比较的对象的阈值，由阈值设定部2460根据电动机30的运行状态（是处于制动运行状态，还是处于驱动运行状态）进行设定，对此在后面进行详细描述。

图2为示出过电流检测部2470的构成示例的图。如图2所示，过电流检测部2470包含绝对值转换部2470a和比较部2470b。绝对值转换部2470a基于从电流检测部2410接收的电流信息计算所述三相交流电流的各相电流的绝对值（电流电平），提供给比较部2470b。比较部2470b针对每个相比较由绝对值转换部2470a计算的各相的电流电平和由阈值设定部2460设定的阈值。而且，当至少有一个相的电流电平超过所述阈值时，比较部2470b输出信号值为高电平的过电流检测信号，反之，若任意一个相的电流电平均低于所述阈值时，输出信号值为低电平的过电流检测信号。

转换操作控制部2420根据从外部接收的扭矩指令等生成用于控制电力转换部230所包含的各半导体开关的导通（on）/断开（off）的闸控信号，并提供给电力转换部230的各半导体开关。由此，能够实现电力转换部230中的转换操作控制。更具体来讲，表示从电力转换部230供应到电动机30的三相交流电流的d轴分量I_d以及q轴分量I_q的信号被提供到转换操作控制部2420。而且，转换操作控制部2420控制电力转换部230中的转换操作，以消除所述d轴分量I_d以及q轴分量I_q所表示的扭矩和扭矩指令所表示的扭矩之差。不仅如此，当从过电流检测部2470接收到信号值为高电平的过电流检测信号时，转换操作控制部2420断开电力转换部230所包含的所有半导体开关，进而执行断开电源开关210的紧急停止处理。由此，能够实现电力转换部230所包含的半导体开关的过电流保护。

如图1所示，从电流检测部2410输出的电流信息在被提供到过电流检测部2470的同时，也被提供到三相二相转换部2430。三相二相转换部2430将从电流检测部2410提供的电流信息转换成表示I_α以及I_β的二相电流的电流信息，并提供给坐标转换部2440。坐标转换部2440基于从三相二相转换部2430所接收的电流信息求出前述的d轴分量I_d以及q轴分量I_q。而且，坐标转换部2440将分别表示该d轴分量I_d以及q轴分量I_q的信号提供给转换操作控制部2420的同时，将表示q轴分量I_q的信号提供给驱动制动判别部2450。驱动制动判别部2450基于从坐标转换部2440求出的q轴分量I_q的符号，判别电动机30的运行状态是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态，并将表示该判别结果的判别结果信号提供给阈值设定部2460。具体来讲，当q轴分量I_q的符号为负时，驱动制动判别部2450判别为处于制动运行状态，并输出高电平的判别结果信号，反之，当q轴分量I_q的符号非负时，驱动制动判别部2450判别为处于驱动运行状态，并输出低电平的判别结果信号。

阈值设定部2460根据驱动制动判别部2450的判别结果确定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，并设定到过电流检测部2470。更具体来讲，当从驱动制动判别部2450收到低电平的判别结果信号时，阈值设定部2460将上述阈值设定为额定电流的300%。反之，当从驱动制动判别部2450收到高电平的判别结果信号时，阈值设定部2460将上述阈值设定为额定电流的200%。也就是说，本实施方式中，当判别电动机30的运行状态处于制动运行状态时，将上述阈值设定为低于判别为电动机30处于驱动运行状态时的阈值。在此，关于驱动运行时以及制动运行时的所述阈值的设定，可以将表示各运行状态中的阈值的数据预先存储到阈值设定部2460的存储部（省略图示），并通过读取对应于运行状态的数据，由此设定所述阈值，另外，也可以在该存储部中存储表示额定电流的电流值的数据和计算各运行状态下的所述阈值时乘到额定电流的电流值的系数，每次通过运算计算出各运行状态下的阈值。

本实施方式中，之所以将制动运行状态下的用于判定是否启动过电流保护功能的阈值设定为低于驱动运行状态下的阈值是出于以下原因。如果将驱动运行状态和制动运行状态下的所述阈值设定为相同，则在制动运行状态下启动过电流保护功能时的电容器220的电极间电压的上升量，与在驱动运行状态下启动过电流保护功能时的电容器220的电极间电压的上升量相比，多出相当于在过电流保护功能启动之前再生的能量的部分。本申请的发明人通过仿真弄清了当设定相同的阈值启动过电流保护功能时，在制动运行状态和驱动运行状态下电容器220的电极间电压上升量存在多大程度的差异。图3为本仿真所使用电路的电路图，对于与图1中相同的要素，赋予了相同的符号。本申请的发明人针对图3所示的电路，通过仿真分别计算出驱动运行状态和制动运行状态下在某一时刻（图4及图5中的时间=0.4的时刻）断开电力转换部230的所有半导体开关、同时断开电源开关210时电容器220的电极间电压上升了多少。在此，在该仿真中，电动机30的输出扭矩设为127N·m（制动运行状态下为负值），提供给电动机30的交流电流的电流值设为212A，该交流电流的频率设为150Hz，电动机30的转速设为3000min^-1，直流电压设为400V。

图4为示出驱动运行状态下的仿真结果的图，图5为示出制动运行状态下的仿真结果的图。如图4所示，在驱动运行状态下启动过电流保护功能时，电容器220的电极间电压上升至450V。与之相比，如图5所示，在制动运行状态下启动过电流保护功能时，电容器220的电极间电压上升至500V。假设电容器220的耐压在470V左右，则在制动运行状态下启动过电流保护功能时，电容器220破损的可能性非常高。本实施方式中，考虑到启动过电流保护功能时电容器220的电极间电压的上升量的差值，将制动运行状态下的所述阈值设定为低于驱动运行状态下的阈值。换言之，制动运行状态下的阈值相比于驱动运行状态下的阈值究竟低多少，根据启动过电流保护功能时电容器220的电极间电压上升量的差值确定即可。

如以上说明的那样，本实施方式的电力转换装置20A中，将制动运行状态下的用于判定是否启动过电流保护功能的阈值设定为低于驱动运行状态下的该阈值，因此即使在制动运行状态下启动过电流保护功能，也不会发生电容器220的电极间电压超过其耐压的现象，可以防止电容器220的破损。也就是说，根据本实施方式，不会引起将从直流电源10供应的直流电转换成交流电供应给电动机30的电力转换装置20A的直流部所包含的用于平滑化的电容器220的破损，且能够保护电力转换部230所包含的半导体开关使其免受过电流的破坏。

B：第二实施方式

在上述第一实施方式中，根据对从电动机30供应的三相交流电实施三相二相转换及坐标转换而得到的q轴电流的符号，判别了电动机30的运行状态（是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态）。但是，也可以使用其他方法判别电动机30的运行状态。具体来讲，可以考虑根据用于将电动机30的运行状态指示给用户的操作部件（例如，电动汽车中的加速踏板）的操作量判别电动机30的运行状态的形态。具体情况为：在踩住加速踏板的状态下，判别为处于驱动运行状态，反之，在减小加速踏板的踩入量的状态下，判别为处于制动运行状态。本实施方式的电力转换装置20B构成为根据用于指示电动机30的运行状态的操作部件的操作量判别电动机30的运行状态，这一点与第一实施方式的电力转换装置20A不同。

图6为示出电力转换装置20B的构成示例的图。图6中，与图1相同的构成要素赋予相同的符号。比较图6和图1可知，电力转换装置20B的构成与电力转换装置20A的构成的不同点在于用控制部240B代替了控制部240A。而且，控制部240B的构成当中，与控制部240A的构成的不同点在于用驱动制动判别部2452代替了驱动制动判别部2450。驱动制动判别部2452从用于检测操作部件的操作量的传感器（例如，用于检测加速踏板的踩入量的油门开度传感器）接收表示用于指示电动机30的运行状态的操作部件的操作量的信号（以下，称为操作量信号）。驱动制动判别部2452参照上述操作量信号的信号值判别电动机30的运行状态，将表示该判别结果的判别结果信号提供给阈值设定部2460。根据这种形态，也能根据电动机的运行状态（是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态）设定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值。

一般来讲，当对用于指示电动机的运行状态的操作部件进行一些操作时，对应于该操作，从电力转换装置20B供应到电动机30的交流电流改变，电动机30的运行状态发生变化。因此，本实施方式的判别形态中，根据对操作部件所进行的操作，预先确定电动机30的运行状态所产生的变化。换言之，本实施方式的判别形态中，与第一实施方式的判别形态相比，电动机30的运行状态的判别精度可能较低。因此，可以认为优选方式是：当希望预先确定电动机30的运行状态所发生的变化而迅速设定所述阈值时，采用本实施方式的判别形态，反之，当希望准确判别电动机30的运行状态而设定该阈值时，采用第一实施方式的判别形态。

C：第三实施方式

下面，对本发明的第三实施方式进行说明。前述的第一以及第二实施方式中，根据电动机30的运行状态（是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态）设定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值。与之相比，本实施方式的特征在于根据从直流电源10施加到电力转换装置的直流部的直流电压的大小来设定所述阈值。更具体来讲，本实施方式中，当从直流电源10施加到电力转换装置的直流部的直流电压越高，所设定的所述阈值越低。这样做的理由如下：

本申请的发明人在电动机进行驱动运行时改变直流电压及电动机转速并在各个状态中启动过电流保护功能的情况下，通过仿真求出了电容器220的电极间电压不超过耐压的电流值。图7为示出本仿真结果的图。在此，本仿真所使用电路图与图3相同，电容器220的耐压设为600V。由图7可知，电动机转速相同时直流电压越高，且直流电压相同时电动机转速越高，则电容器220的电极间电压超过耐压的电流值越小。该仿真结果提示：从直流电源10施加到电力转换装置的直流部的直流电压越高，所述阈值应越低（即，能够启动过电流保护功能的电流值越低）。根据该仿真结果，本实施方式中，从直流电源10施加到电力转换装置的直流部的直流电压越高，则所述阈值设定得越低。

图8为示出本实施方式电力转换装置20C的构成示例的图。图8中，与图1相同的构成要素赋予相同的符号。比较图8和图1可知，电力转换装置20C的构成与电力转换装置20A的构成的不同点在于用控制部240C代替了控制部240A。在此，图8中，在构成控制部240C的构成要素中，没有示出与所述阈值的设定关系不密切的构成要素。例如，虽然在图8中省略了具体图示，但是控制部240C与控制部240A一样，包含三相二相转换部以及坐标转换部，且由坐标转换部计算出的d轴分量I_d以及q轴分量I_q提供到转换操作控制部2420。关于图8的转换操作控制部2420以及过电流检测部2470的动作，由于与前述第一以及第二实施方式中相同，因此省略详细说明。

控制部240C的构成与控制部240A的构成的不同点在于，不具有驱动制动判别部2450、具有直流电压检测部2480、以及用阈值设定部2462代替了阈值设定部2460。直流电压检测部2480检测从直流电源10施加到电力转换装置20C的直流部的电压，将表示所检测出的电压值的信号提供给阈值设定部2462。阈值设定部2462中，从直流电压检测部2480接收的信号所表示的电压越高，所述阈值设定得越低。

图9为示出由阈值设定部2462所进行的阈值的设定例的图。如图9所示，本实施方式中，将所述阈值的最大值设为额定电流的330%，并且随着直流电压的上升，连续地降低该阈值。作为根据这种形态的阈值设定的具体实现方法，可以考虑将表示图9中用实线曲线示出的函数关系的表格（即，将表示该曲线上的直流电压值的数据和表示对应于该电压值的阈值的数据一对一地进行存储的表格）预先存储到阈值设定部2462的存储部（省略图示），通过参照该表格而将对应于各直流电压的阈值设定在阈值设定部2462。另外，还可以考虑在所述存储部中存储表示所述函数关系的数学式（即，用于基于直流电压值算出该直流电压下的阈值的数学式），使阈值设定部2462进行基于该数学式的运算，从而设定所述阈值。另外，图9的示例中，随着直流电压的上升，所述阈值连续地降低，但是也可以使所述阈值阶段性地降低，例如为如下情形：直流电压为0~200V时，该阈值设定为额定电流额300%，直流电压为200~400V时，该阈值设定为额定电流额250%。

根据本实施方式的电力转换装置20C，从直流电源10供应的直流电压越高，用于判定是否启动过电流保护功能的阈值设定得越低，因此即使在直流电源电压改变时启动过电流保护功能，也能防止电容器220破损。

D：第四实施方式

在上述的第一以及第二实施方式中，作为电动机30的运行状态，关注电动机30是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态，将制动运行状态下的用于判定是否启动过电流保护功能的阈值设定为低于驱动运行状态下的该阈值。另外，第三实施方式中，根据施加到电力转换装置的直流部的直流电压设定了所述阈值。与之相比，本实施方式的特征在于，关于电动机30的运行状态，除了关注电动机30是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态之外，还关注电动机30的转速，进而根据电动机30的运行状态和施加到电力转换装置的直流部的直流电压这两者设定所述阈值。如前述的图7所示，电容器220的电极间电压超过耐压的电流值依赖于施加到直流部的直流电压和电动机30的转速这两者，当转速相同时，直流电压越高，该电流值越低，而且直流电压相同时，转速越高，该电流值越低，且该电流值在制动运行状态下比在驱动运行状态下更低。

图10为示出本发明的第四实施方式的电力转换装置20D的构成示例的图。图10中，与图1相同的构成要素赋予相同的符号。比较图10和图1可知，电力转换装置20D的构成与电力转换装置20A的构成的不同点在于用控制部240D代替了控制部240A。而且，控制部240D的构成与控制部240A的构成的不同点在于，具有直流电压检测部2480及转速检测部2490、以及用阈值设定部2464代替了阈值设定部2460。在此，图10中为了避免图示内容过于复杂省略了详细图示，但是在控制部240D中，也是从坐标转换部2440向转换操作控制部2420提供分别表示前述的d轴分量I_d以及q轴分量I_q的信号。而且，转换操作控制部2420控制电力转换部230中的转换操作，以消除所述d轴分量I_d以及q轴分量I_q所表示的扭矩和扭矩指令所表示的扭矩之差。转速检测部2490例如为测速发电机，检测电动机30的转子转速，将表示该检测结果的转速信号提供给阈值设定部2464。在此，虽然本实施方式中采用了由转速检测部2490实际检测电动机30的转子转速的构成，但是也可以设置根据供应到电动机30的电流估计电动机30转速的转速估计部来代替转速检测部2490，将表示转速的估计值的转速信号从转速估计部提供给阈值设定部2464。

图10的阈值设定部2464根据由直流电压检测部2480检测的电压值、由驱动制动判别部2450做出的判别结果以及由转速检测部2490检测出的转速（或是由转速估计部估计的转速），决定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，设定到过电流检测部2470。更具体来讲，由转速检测部2490检测出的转速（或是由转速估计部估计的转速）越高，阈值设定部2464设定的所述阈值越低，且在相同转速下，将制动运行时的所述阈值设定为低于驱动运行时的所述阈值。不仅如此，在相同的运行状态下，由直流电压检测部2480检测出的电压越高，阈值设定部2464所设定的所述阈值越低。

图11为示出电动机30的转速分别取基速（能够输出额定扭矩的转速上限）3000min^-1以及最高转速8000min^-1时，基于直流电压由阈值设定部2464设定的阈值的一例的图。如图11所示，本实施方式中，在电动机30以3000min^-1转速驱动运行时，所述阈值的最大值设定为额定电流的330%，且随着直流电压的上升，使该阈值连续地下降。另外，在电动机30以8000min^-1转速驱动运行时，各直流电压下的阈值设定为同一电压下以3000min^-1转速驱动运行时的阈值的0.85倍的值。而且，在制动运行状态下，所述阈值设定为同一转速下驱动运行时的阈值的0.9倍的值。在此，就制动运行时的阈值与驱动运行时相比降低多少程度而言，在使过电流保护功能启动时的电容器220的电极间电压不超过耐压的范围内设定即可，将制动运行时的阈值和驱动运行时的阈值以倍率相关联起来并不是必须的。在此，对于阈值设定部2464的阈值设定，既可以随着直流电压的上升或者转速的上升使所述阈值连续地降低，也可以随着直流电压的上升或者转速的上升使所述阈值阶段性地降低。根据本实施方式，能够根据电动机30是处于驱动运行状态还是处于制动运行状态、电动机30的转速以及施加到电力转换装置的直流部的直流电压细致地设定防止电容器220的电极间电压超过耐压的阈值。

E：第五实施方式

图12为示出本发明的第五实施方式的电力转换装置20E的构成示例的图。图12中，与图10相同的构成要素赋予相同的符号。比较图12和图10可知，电力转换装置20E的构成与电力转换装置20D的构成的不同点在于用控制部240E代替了控制部240D。而且，控制部240E的构成与控制部240D的构成的不同点在于，设有第二阈值设定部2500、设置转换操作控制部2422来代替转换操作控制部2420。在此，图12中为了避免图示内容过于复杂省略了详细图示，但是在控制部240E中，也是从坐标转换部2440向转换操作控制部2422提供分别表示d轴分量I_d以及q轴分量I_q的信号，转换操作控制部2422控制电力转换部230中的转换操作，以消除所述d轴分量I_d以及q轴分量I_q所表示的扭矩和扭矩指令所表示的扭矩之差。

第二阈值设定部2500将用于判定是否启动电流限制功能的第二阈值设定为小于由阈值设定部2464设定的阈值的值。该第二阈值设定部2500接收由转速检测部2490检测的电动机30转速、从驱动制动判别部2450输出的判别结果信号以及表示由直流电压检测部2480检测的直流电压的数据。另外，第二阈值设定部2500的存储部（省略图示）中预先存储有表示电动机30的运行状态（是处于驱动运行状态还是处于制动运行状态、以及转速）和施加到直流部的直流电压和由第二阈值设定部2500设定的第二阈值之间的函数关系的表格（表示与图11所示的函数关系相似的函数关系的表格）。第二阈值设定部2500参照所述表格决定第二阈值，并设定到过电流检测部2472。

更具体来讲，由转速检测部2490检测出的转速越高，第二阈值设定部2500设定的第二阈值越低，且在相同转速下，将制动运行时的第二阈值设定为低于驱动运行时的第二阈值，进而在相同的运行状态下，由直流电压检测部2480检测出的电压值越高，所述第二阈值越低。在此，本实施方式中，虽然根据电动机30的运行状态以及施加到直流部的直流电压的大小设定第二阈值，但是也可以将由阈值设定部2464设定的阈值的a倍（0<a<1）设定为第二阈值，如果采用这种形态，则可以省略第二阈值设定部2500。

图12的过电流检测部2472持续比较从电流检测部2410提供的电流信息表示的各相的电流电平与由第二阈值设定部2500设定的第二阈值以及由阈值设定部2464设定的阈值。更具体来讲，过电流检测部2472首先比较各相的电流电平与由阈值设定部2464设定的阈值。而且，当某个相的电流电平超过上述阈值时，过电流检测部2472输出前述的过电流检测信号，使转换操作控制部2422执行停止电力转换部230中的转换操作的控制操作。这一点与第一至第四实施方式相同。

在此基础上，当所有相的电流电平均在由阈值设定部2464设定的阈值以下时，本实施方式的过电流检测部2472进而将各相的电流电平与由第二阈值设定部2500设定的第二阈值进行比较。而且，当某个相的电流电平超过该第二阈值时，过电流检测部2472向转换操作控制部2422提供电流限制指令。在此，电流限制指令是指指示降低扭矩的指令或者是指示要实施电流限制的相停止转换操作或减小脉冲宽度的指令。接收该电流限制指令的转换操作控制部2422根据该电流限制指令进行降低扭矩的处理、或针对要实施电流限制的相停止转换操作或减小脉冲宽度的处理。

如此，本实施方式的电力转换装置20E中，根据电动机30是处于驱动运行还是处于制动运行、电动机30的转速以及从直流电源10供应的直流电压的大小，设定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，因此即使在制动时、直流电源电压改变时、以及高速旋转时启动过电流保护功能，也能防止电容器22受损。

另外，本实施方式的电力转换装置20E中，根据电动机30是处于驱动运行还是处于制动运行、电动机30的转速以及从直流电源10供应的直流电压的大小，设定用于判定是否启动电流限制功能的第二阈值，因此还起到提高过载时的运行持续能力的效果。在此，所设定的第二阈值低于用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，因此本实施方式中，在启动过电流保护功能之前必然启动电流限制功能。因此，看起来在电流限制功能之外不需要再设置过电流保护功能。但是，即使通过电流限制功能，降低扭矩、或针对要实施电流限制的相停止转换操作或减小脉冲宽度，供应到电动机30的电流也不会立刻降低。因此，优选地在电流限制功能之外另行设置过电流保护功能。另外，在电动汽车用途或混合动力汽车用途的电力转换装置中，即使将用于判定在高速运行时是否启动过电流保护功能的阈值以及用于判定是否启动电流限制功能的第二阈值设定得较低，也不会发生过电流保护功能和电流限制功能频繁启动的问题。这是因为：在用在电动汽车或混合动力汽车的电动机中，如图14所示，越是在高速行驶，电流值越小，因此电流离超过用于判定是否启动过电流保护功能的阈值以及用于判定是否启动电流限制功能的第二阈值，尚有充足的空间。就从这一点来看，本实施方式的电力转换装置也很适合于混合动力汽车和电动汽车中的电动机的变速控制。

F：变形

以上，对本发明的第一至第五实施方式进行了说明，但是这些实施方式也可进行如下的变形。

（1）上述第一实施方式中，是根据供应到电动机30的三相交流电流的q轴分量的符号来判别电动机30是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态。但是，也可以根据q轴分量绝对值的时间变化形态来判别电动机30是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态。例如考虑如下形态：若q轴分量的绝对值存在减小倾向且估计在预先设定的时间内变为负值，则判定为制动状态，而在其他情况（q轴分量的绝对值存在增加倾向、几乎没有增减、或者虽然q轴分量的绝对值存在减小倾向，但是能够估计出不会在预先设定的时间内变为负值）下则判定为驱动状态。

（2）在上述第一及第二实施方式中，针对电动机30的运行状态，关注是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态。在第四及第五实施方式中，除了关注是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态之外，还关注电动机30的转速。但是，也可以仅根据电动机30的转速来设定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值。具体来讲，从图10所示构成的电力转换装置20D的控制部240D除去驱动制动判别部2450及直流电压检测部2480构成新的电力转换装置，且由阈值设定部2464执行由转速检测部2490检测的转速越高时所述阈值设定得越低的处理即可。

另外，可以根据施加到电力转换装置的直流部的直流电压的大小和电动机30是处于驱动运行状态还是处于制动运行状态来设定所述阈值，也可以根据施加到电力转换装置的直流部的直流电压的大小和电动机30的转速来设定所述阈值。

（3）所述第四实施方式中，是根据供应到电动机30的交流电流的q轴分量来判别电动机30是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态，但是也可以如同第二实施方式根据用于指示电动机30的运行状态的操作部件的操作量进行判别，并且也可以同时使用两者。而且，在同时使用根据供应到电动机30的交流电流的q轴分量来判别电动机30是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态的形态（以下，称为第一判别形态）和根据用于指示电动机30的运行状态的操作部件的操作量判别电动机30是处于驱动运行状态，还是处于制动运行状态的形态（以下，称为第二判别形态）时，例如可以考虑在随着电动机30的转速上升而降低用于判定是否启动过电流保护功能的阈值的情形下，采用准确性更好的第一判别形态，以防止因驱动制动的错误判别而导致该阈值变得过低，反之在随着电动机30的转速下降而提高该阈值的情形下，采用响应性更好的第二判别形态。

（4）所述第五实施方式的控制部240E具有在第四实施方式的控制部240D中增加第二阈值设定部2500，进而将过电流检测部2470及转换操作控制部2420分别替换为过电流检测部2472及转换操作控制部2422的构成。但是，也可以在第一至第三实施方式的各电力转换装置的控制部进行相同的变更（即，增加第二阈值设定部2500，并替换过电流检测部2470及转换操作控制部2420）而构成新的电力转换装置，并且当然也可以在变形例（2）或（3）中所说明的各电力转换装置的控制部中进行相同的变更而构成新的电力转换装置。重要的是，只要是根据电动机的运行状态（处于驱动运行状态还是处于制动运行状态，或电动机30的转速，或者两者的组合）和施加到电力转换装置的直流部的电压大小中的任意一个或者两者设定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值的同时，与该阈值的设定联动，将用于判定是否启动电流限制功能的第二阈值设定为低于该阈值的形态即可。

（5）上述各实施方式中，是对将本发明应用到进行电动汽车电动机驱动控制的电力转换装置的例子作了说明，但是当然也可以将本发明应用到进行电车电动机驱动控制的电力转换装置或进行升降机电动机驱动控制的电力转换装置等。

（6）上述各实施方式中，对电力转换装置的各部分进行驱动控制的控制部承担了过电流保护功能（或者是过电流保护功能和电流限制功能），但是也可以在该控制部之外另行安装承担过电流保护功能（或者是过电流保护功能和电流限制功能）的电路（以下，称为过电流保护电路）。例如，在第一实施方式中，组合驱动制动判别部2450、阈值设定部2460及过电流检测部2470构成过电流保护电路，并将该过电流保护电路作为与电力转换装置的控制部独立的电路进行安装。同样地，可以组合第二实施方式的驱动制动判别部2452、阈值设定部2460及过电流检测部2470构成过电流保护电路，并且可以组合第三实施方式的直流电压检测部2480、阈值设定部2462及过电流检测部2470构成过电流保护电路。另外，可以组合第四实施方式的驱动制动判别部2450、直流电压检测部2480、转速检测部2490、阈值设定部2464及过电流检测部2470构成过电流保护电路，也可以组合第五实施方式的驱动制动判别部2450、直流电压检测部2480、转速检测部2490、阈值设定部2464、第二阈值设定部2500及过电流检测部2472构成过电流保护电路。

而且，可以将这些过电流保护电路作为单品在市场上流通。这是因为通过将这些过电流保护电路安装到已有的电力转换装置（或是将已有电力转换装置的过电流保护电路替换为这些过电流保护电路），可以使已有的电力转换装置作为根据本发明的电力转换装置发挥功能。另外，构成这些过电流保护电路的各部分可以不通过电子电路等硬件实现，而是通过软件来实现。在此，作为所述程序的具体发布形态，可以考虑在计算机可读取记录介质上写入所述程序后发布的形态和通过因特网等电信线路进行下载而发布发的形态。

（7）上述各实施方式中，对再生到电容器220的电能的用途没有特别说明，可以向构成电力转换装置的各电路或电力转换装置的构成要素以外的电路的电源电路供应该电能，利用该电源电路消耗该电能，另外也可以在电容器220上并联连接电阻，以利用该电阻作为焦耳热消耗该电能。

Claims (12)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

电力转换部，将从直流电源输入的直流电通过转换操作转换为交流电而供应给电动机；

电容器，对从所述直流电源施加到所述电力转换部的直流电压进行平滑化；

电流检测部，检测从所述电力转换部供应到所述电动机的电流；

过电流检测部，比较由所述电流检测部检测出的电流和用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，当前者超过后者时，输出过电流检测信号；

转换操作控制部，以从所述过电流检测部收到过电流检测信号为契机，停止所述电力转换部中的转换操作；

阈值设定部，设定所述阈值。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，具有直流电压检测部，该直流电压检测部检测从所述直流电源施加到所述电力转换部的直流电压，所述直流电压检测部检测出的电压越高，所述阈值设定部将所述阈值设定得越低。

3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，所述阈值设定部将所述电动机进行制动运行时的所述阈值设定为低于所述电动机进行驱动运行时的所述阈值。

4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，所述电力转换部将从所述直流电源输入的直流电通过转换操作转换为三相交流电而供应给所述电动机，

所述电力转换装置具备驱动制动判别部，该驱动制动判别部根据对从所述电力转换部供应到所述电动机的三相交流电进行三相二相转换及坐标转换而得到的q轴电流判别所述电动机是在进行制动运行，还是在进行驱动运行，

所述阈值设定部根据所述驱动制动判别部的判别结果设定所述阈值。

5.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，具备驱动制动判别部，该驱动制动判别部根据用于指示所述电动机的运行状态的操作部件的操作量判别所述电动机是在进行制动运行，还是在进行驱动运行，

所述阈值设定部根据所述驱动制动判别部的判别结果设定所述阈值。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的电力转换装置，其特征在于，所述电动机的转速越高，所述阈值设定部将所述阈值设定得越低。

7.根据权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于，具备转速检测部，该转速检测部检测所述电动机的转速，由所述转速检测部检测出的转速越高，所述阈值设定部将所述阈值设定得越低。

8.根据权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于，具备转速估计部，该转速估计部参照提供给所述电动机的电流估计所述电动机的转速，由所述转速估计部估计出的转速越高，所述阈值设定部将所述阈值设定得越低。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的电力转换装置，其特征在于，所述过电流检测部针对从所述电力转换部输出到所述电动机的各相电流，分别判定是否超过低于由所述阈值设定部设定的阈值的第二阈值，

所述转换操作控制部进行针对被所述过电流检测部判定为超过所述第二阈值的相使与该相有关的转换操作停止或减小该相的脉冲的控制，或者进行降低所述电动机的扭矩的控制。

10.根据权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于，具有第二阈值设定部，在所述阈值设定部设定用于判定是否启动过电流保护功能的阈值时，所述第二阈值设定部与所述阈值设定部的设定联动地设定所述第二阈值，

所述过电流检测部针对输出到所述电动机的各相电流，分别判定是否超过由所述第二阈值设定部设定的第二阈值。

11.一种过电流保护电路，用于保护电力转换装置免受过电流的破坏，该电力转换装置将从直流电源经用于平滑化的电容器输入的直流电通过转换操作转换为交流电而供应给电动机，其特征在于，包括：

电流检测部，检测从所述电力转换装置供应到所述电动机的电流；

过电流检测部，比较由所述电流检测部检测出的电流和用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，当前者超过后者时，向所述电力转换装置输出指示停止转换操作的过电流检测信号；

阈值设定部，根据所述电动机的运行状态设定所述阈值。

12.一种过电流保护电路，用于保护电力转换装置免受过电流的破坏，该电力转换装置将从直流电源经用于平滑化的电容器输入的直流电通过转换操作转换为交流电而供应给电动机，其特征在于，包括：

电流检测部，检测从所述电力转换装置供应到所述电动机的电流；

过电流检测部，比较由所述电流检测部检测出的电流和用于判定是否启动过电流保护功能的阈值，当前者超过后者时，向所述电力转换装置输出指示停止转换操作的过电流检测信号；

直流电压检测部，用于检测从所述直流电源施加到所述电力转换装置的直流电压；

阈值设定部，所述直流电压检测部检测出的电压越高，该阈值设定部将所述阈值设定得越低。

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