CN103380567B - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力转换装置，具备：多个电力转换元件、输出第一控制信号的第一控制电路、蓄电电路、在将电力供给至第一控制电路的直流电源不正常的情况下输出第二控制信号的第二控制电路、和输出用于使多个电力转换元件动作的驱动信号的驱动电路。多个电力转换元件是与高电压侧连接的上臂的电力转换元件和与低电压侧连接的下臂的电力转换元件中的任意电力转换元件。第二控制电路在蓄电电路的电压为规定的第一电压值以上时输出第二控制信号，使得上臂的电力转换元件和下臂的电力转换元件中的任一方全部接通，而另一方全部关断。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及将直流电力转换为交流电力的电力转换装置。
背景技术
已知有一种电力转换装置，搭载于电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）等电动车辆并且与驱动用电动机连接。该电力转换装置具有如下的电力转换功能：将从直流电源供给的电动机驱动用的直流电力转换为交流电力或者将从电动机产生的交流电力转换为直流电源充电用的直流电力。为了实现这种电力转换功能，在电力转换装置中一般使用MOSFET（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管）等开关元件。这种开关元件在施加超过预定的耐压的电压时引起耐压破坏（击穿）而导致破损，因此需要使施加电压不超过耐压。
在通常的电动车辆中，为了有效利用电力，在制动时或下坡时等，使电动机强制旋转，使其作为发电机工作，从而产生再生电压（逆电动势），对直流电源充电。然而，随着电动机的转速升高，产生更大的再生电压，因此有时由于再生电压超过耐压而导致开关元件发生耐压破坏。于是，为了防止这种耐压破坏，在现有的电力转换装置中，设置有抑制过电压的单元。
例如，专利文献1中提出了一种在控制电动机的电动机控制装置中如下所述的那样抑制过电压的方法。在该方法中，通过CPU的控制，在过电压发生时根据电动机的旋转位置使开关元件接通（ON），将电动机的多个相串联连接。
另外，专利文献2记载了如下所述的方法。在该方法中，检测从逆变器输入到直流电源的再生电压。基于其检测结果，通过逆变器控制单元控制逆变器的开关元件，以对电动机驱动装置与电动机的线之间进行关断和短路中的至少任一种。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2002-17098号公报
专利文献2：日本国特开2009-284747号公报
发明内容
发明需要解决的技术问题
在如上说明的现有的过电压抑制方法中，在发生过电压时通过CPU或逆变器控制单元控制开关元件，使电动机的输出端子与电源的基准电位（接地端子）连接。由此，使电流在电动机与基准电位（接地端子）之间环流从而抑制过电压。进行这种控制的CPU或逆变器控制单元通常借助于与供给电动机驱动用的直流电力的直流电源分开设置的从控制用的电源电路供给的电源，例如12V电源等而动作。因此，控制用的电源电路在动作不正常的状态下发生过电压的情况下，无法进行开关元件的控制。于是，具有无法抑制过电压的问题。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的第一方式的电力转换装置具备：多个电力转换元件，将从第一直流电源供给的直流电力转换为用于驱动电动机的交流电力；第一控制电路，从第二直流电源供给电力，输出用于控制多个电力转换元件的动作的第一控制信号；蓄电电路，基于电动机产生的交流电力而被充电，从而蓄存直流电力；电源电路，基于从第一直流电源或蓄电电路供给的直流电力而供给供电；测量蓄电电路的电压的电压测量电路；第二控制电路，从电源电路接受供电，判定第二直流电源是否正常，当判定为不正常时，输出用于基于由电压测量电路测量出的蓄电电路的电压控制多个电力转换元件的动作的第二控制信号；和驱动电路，从电源电路接受供电，并且输出用于根据第一控制信号或第二控制信号使多个电力转换元件工作的驱动信号，其中多个电力转换元件是与第一直流电源的高电压侧连接的上臂的电力转换元件和与第一直流电源的低电压侧连接的下臂的电力转换元件中的任意电力转换元件，将上臂的电力转换元件与下臂的电力转换元件串联连接而成的串联电路对于第一直流电源与蓄电电路并联连接有多个，第二控制电路在蓄电电路的电压为规定的第一电压值以上时输出第二控制信号，使得上臂的电力转换元件和下臂的电力转换元件中的任一方全部接通，而另一方全部关断。
根据本发明的第二方式，在第一方式的电力转换装置中优选：第二控制电路在蓄电电路的电压为低于第一电压值的规定的第二电压值以下时输出第二控制信号，使得上臂的电力转换元件和下臂的电力转换元件全部关断。
根据本发明的第三方式，在第一或第二方式的电力转换装置中优选：第二控制电路在控制第二控制信号时判定第二直流电源为正常的情况下，停止对第二控制信号的控制。
根据本发明的第四方式，第一至第三方式中的任一种方式的电力转换装置还可以包括：控制实施信号输出电路，向第一控制电路输出表示第二控制电路是否正在控制第二控制信号的控制实施信号。
根据本发明的第五方式，在第四方式的电力转换装置中优选：第一控制电路，在表示第二控制电路正在控制第二控制信号的控制实施信号从控制实施信号输出电路输出时，不输出第一控制信号。
根据本发明的第六方式，在第一至第五方式中的任一种方式的电力转换装置中，电压测量电路也可以是用通过从电源电路供给的电力而工作的微型计算机来实现的。
发明的效果
根据本发明即使在控制用的电源电路不正常工作的状态下发生过电压，也能够抑制过电压。
附图说明
图1是表示现有的三相电动机驱动用电力转换装置的电路结构的例子的框图。
图2是表示现有的三相电动机驱动用电力转换装置的栅极驱动电路的电气结构的例子的框图。
图3是表示现有的三相电动机驱动用电力转换装置的与门（AND）电路的例子的电路图。
图4是表示本发明的第一实施方式的电力转换装置的电路结构的例子的框图。
图5是表示本发明的第一实施方式的电力转换装置的栅极驱动用电源电路的例子的电路图。
图6是表示本发明的第一实施方式的电力转换装置的与门电路的例子的电路图。
图7是表示控制电源故障时的时序图的例子的图。
图8是表示控制电源恢复时的时序图的例子的图。
图9是表示本发明的第二实施方式的电力转换装置的电路结构的例子的框图。
图10是表示同时接通防止电路的例子的逻辑电路图。
图11是表示同时接通防止电路的输入输出的真值表的图。
图12是本发明的第二实施方式的电力转换装置的栅极驱动用电源电路的电路图。
图13是表示本发明的第二实施方式的电力转换装置的与门电路的例子的电路图。
具体实施方式
（现有技术的说明）
对本发明进行说明之前，以下首先对现有技术进行说明。
（逆变器的结构）
图1是表示作为现有的三相电动机驱动用电力转换装置的逆变器101的电路结构的例子的框图。图1所示的逆变器101主要具备：电动机控制基板102、栅极驱动基板103、具有多个作为开关元件的IGBT的IGBT模块104、平滑电容器109和电流传感器110。IGBT模块104通过正极配线112和负极配线113与作为直流电源的电动机驱动用的高压电源106连接。此处，正极配线112经由接触器107与高压电源106的正极侧（高电压侧）连接，负极配线113与高压电源106的负极侧（低电压侧）连接。另外，逆变器101与三相电动机105连接。
在IGBT模块104中，在正极配线112与负极配线113之间两级串联地连接（图腾柱连接）有座位开关元件工作的N型IGBT。这两个IGBT中与正极配线112侧即高压电源106的高电压侧连接的IGBT称为上臂，与负极配线113侧即高压电源106的低电压侧连接的IGBT称为下臂。逆变器101为了驱动三相电动机105而需要U相、V相、W相总共三相的输出。因此，在IGBT模块104，内置有三个将上下臂串联连接的串联电路。与各相对应的这些串联电路相对于高压电源106相互并联连接。在各相的串联电路中连接上臂的发射极和下臂的集电极的共用端子各自经由逆变器101的输出端子与三相电动机105连接。
在IGBT模块104的各IGBT的集电极-发射极间，分别连接有环流二极管（FWD）。IGBT的集电极侧与环流二极管的阴极连接，IGBT的发射极侧与环流二极管的阳极连接。
平滑电容器109用于抑制由于IGBT模块104的各IGBT所进行的开关动作而发生的直流电压的波动，在正极配线112与负极配线113之间，与IGBT模块104并联连接。换而言之，IGBT模块104的各上下臂的串联电路相对于高压电源106各自与平滑电容器109并联连接。
（栅极驱动基板）
栅极驱动基板103对于IGBT模块104的每个IGBT都具有一个栅极驱动电路201。换而言之，在栅极驱动基板103设置有六个栅极驱动电路201，其中三个分别与上臂的各IGBT对应，余下三个分别与下臂的各IGBT对应。另外，栅极驱动基板103具有电源电路115和分别与上臂和下臂对应的两个与门电路118。
电源电路115接收从电动机控制基板102输出的电源用电压116（Vcc电压和GND电压），并且基于此，将与电源用电压116绝缘的电源分别供给至六个栅极驱动电路201。这样利用从电源电路115供给的电源使各栅极驱动电路201工作。
各栅极驱动电路201具有：驱动器电路121、输入从电动机控制基板102分别对各相的上下臂输出的栅极控制信号108P（栅极控制信号UP、VP、WP）和108N（栅极控制信号UN、VN、WN）而向驱动驱动器电路121的耦合器114、和输入异常时从驱动器电路121输出的故障信号而向与门电路118输出的耦合器117。例如以上臂的W相为例进行说明，则上臂W相的栅极控制信号WP从电动机控制基板102输入到与此对应的栅极驱动电路201的耦合器114。
从驱动器电路121输出的故障信号为负逻辑，正常时输出高（“H”）电平的信号。当驱动器电路121的电源电压异常地低或者发生对应的IGBT中产生过电流等异常状态时，驱动器电路121将故障信号从高电平改变为低（“L”）电平而输出。
分别从上臂三相的驱动器电路121输出的三个故障信号经由耦合器117输入到上臂的与门电路118。其中至少任一个故障信号成为低电平时，与门电路118将输出从高电平改变为低电平，作为上臂故障信号（FLTP信号）119向电动机控制基板102输出。换而言之，上臂的与门电路118为负逻辑的或门（OR）电路，当上臂的三相中至少任一个发生异常时，输出低电平的FLTP信号119。对于下臂也具有同样的结构，当下臂的三相中至少任一个发生异常时，从下臂的与门电路118向电动机控制基板102输出低电平的下臂故障信号（FLTN信号）120。
（电动机控制基板）
电动机控制基板102与上级的控制装置（未图示）连接，从该控制装置输入用于对三相电动机105的运转状态进行指示的运转指令。另外，由电流传感器110检测出的流经三相电动机105的电流的大小作为电流传感信号111输入到电动机控制基板102。基于这样输入的运转指令和电流传感信号111，电动机控制基板102向栅极驱动基板103内的各栅极驱动电路201输出控制IGBT模块104的各IGBT的动作的栅极控制信号108P和108N即各相的栅极控制信号UP、VP、WP、UN、VN和WN。另外，从电动机控制基板102输出的这些栅极控制信号为负逻辑，在使对应的IGBT关断（OFF，关断）时，从电动机控制基板102输出高电平的信号，而在接通时，输出低电平的信号。电动机控制基板102利用从车辆用的12V电源100供给的电力工作。
此处需要注意一点。那就是电动机控制基板102的基准电位和栅极驱动基板103内的各栅极驱动电路201的基准电位相互不同。具体而言，向电动机控制基板102供给电力的12V电源100为车辆用的电源，因此其基准电位与搭载有逆变器101的车体接地。由此，电动机控制基板102的基准电位是车体的电位。另一方面，栅极驱动电路201的基准电位在上臂和下臂不同。上臂用的栅极驱动电路201的基准电位与对应的IGBT的发射极电压即连接到三相电动机105的逆变器101的输出端子是相同电位，下臂用的栅极驱动电路201的基准电位是高压电源106的负极电位。这些基准电位全都与电动机控制基板102的基准电位即车体的电位不同。这样，电动机控制基板102的基准电位与栅极驱动基板103内的各栅极驱动电路201的基准电位不同。因此，电源电路115如上所述，将与电动机控制基板102输出的电源用电压116绝缘的电源供给至六个栅极驱动电路201。
（栅极驱动电路）
图2是表示栅极驱动电路201的电气结构的例子的框图。在图2的栅极驱动电路201中，驱动器电路121主要由栅极驱动IC209和缓冲器210构成，耦合器114和117分别由光电耦合器构成。以下对该栅极驱动电路201的动作进行说明。另外，在以下的说明中，以上臂的W相为例说明图2的栅极驱动电路201的动作，但是其他的栅极驱动电路201也一样。
从电动机控制基板102经由栅极控制信号输入端子211输入到栅极驱动电路201的栅极控制信号WP经由耦合器114输入到栅极驱动IC209。此处，栅极控制信号输入端子211与耦合器114之间设置的电阻205是电流限制用电阻（限流用电阻）。耦合器114的输出经由电阻208上拉（pull-up）到电源203。当从电动机控制基板102输入负逻辑的栅极控制信号WP时，与电源203的电压电平相应的负逻辑的信号从耦合器114向栅极驱动IC209输出。
另外，从电动机控制基板102输入的栅极控制信号WP的基准电位与向电动机控制基板102供给电力的图1的12V电源100的基准电位相等。另外，栅极控制信号WP的信号电平与电动机控制基板102的Vcc电源相同均为5V。与此相对，包含栅极驱动IC209的驱动器电路121的基准电位204与上述的栅极驱动电路201的基准电位即与三相电动机105连接的逆变器101的输出端子（上臂的情形）或高压电源106的负极电位（下臂的情形）是相同电位。这样，输入到耦合器114的栅极控制信号WP的基准电位和从耦合器114输出而输入到栅极驱动IC209的信号的基准电位互不同。另外，栅极驱动IC209的信号电平是15V，高于驱动大电流的IGBT216的栅极阈值电压。亦即，耦合器114除了起到将与输入信号绝缘的信号传送到栅极驱动IC209的作用之外，还担当转换输入输出信号电平的作用。
栅极驱动IC209基于经由耦合器114输入的栅极控制信号WP，经由缓冲器210产生栅极驱动信号212。通过该栅极驱动信号输出到对应的IGBT216，在IGBT216中施加栅极-发射极间电压，IGBT216根据栅极驱动信号而接通或关断。另外，栅极驱动IC209和缓冲器210借助于对驱动器电路121的基准电位204供给的电源203而工作。
此处，IGBT216具有传感发射极（senseemitter）端子215。对IGBT216的流经集电极-发射极间的电流非常微弱地进行分流而得的电流从传感发射极端子215流出到电流传感电阻213。栅极驱动IC209通过借助于电流传感电阻213所呈现的电压下降即过电流探测信号214测量该电流，能够在IGBT216中有过电流流过的情况下探测到这种情况。当探测到IGBT216中有过电流流过时，栅极驱动IC209作为故障信号218将低电平的信号输出到耦合器117。根据该故障信号218，耦合器117被接通，低电平的故障信号经由故障（fault）信号输出端子217向图1的与门电路118输出。
（与门电路）
图3是表示与门电路118的例子的电路图。如图3所示，与上臂或下臂的三相对应的三个栅极驱动电路201所包含的三个耦合器117的集电极输出经由故障信号输出端子217与与门电路118的输入侧线或（wiredOR）连接，即短路连接。与门电路118能够通过将这些集电极输出经由电阻901上拉到电动机控制基板102的Vcc电源而构成。由此，构成负逻辑的或门电路即正逻辑的与门电路118。
（逆变器的动作）
接着，参照图1说明逆变器101的动作的概要。逆变器101为了使IGBT模块104的各IGBT开关转换（switching），从电动机控制基板102向栅极驱动基板103的六个栅极驱动电路201发送如符号108P、108N所示的PWM（PulseWidthModulation：脉宽调制）方式的栅极控制信号UP、VP、WP、UN、VN和WN。此处，电动机控制基板102和栅极驱动基板103如上所述，其基准电位不同，因此，电动机控制基板102与栅极驱动基板103之间的栅极控制信号的发送和接收是经由作为绝缘信号传送装置的耦合器114进行的。各栅极驱动电路201基于输入的栅极控制信号，在对应的IGBT的栅极-发射极端子间施加电压，使IGBT开关转换。通过这样使IGBT模块104的各IGBT分别在规定的定时开关转换，从高压电源106供给的直流电力转换为交流电力，电流经由各IGBT流到电动机105，驱动电动机105。此时，流经电动机105的电流由电流传感器110来观测，并且作为电流传感信号111反馈到电动机控制基板102。由此，电动机控制基板102控制流经电动机105的电流，控制电动机105的驱动。
作为现有的三相电动机驱动用电力转换装置的逆变器101具有如上所说明的结构。
（第一实施方式）
接着，以下利用图4～8，对本发明的第一实施方式的电力转换装置进行说明。
（逆变器的结构）
图4是表示本发明的第一实施方式的电力转换装置的逆变器300的电路结构的例子的框图。图4中，对与图1所示的现有的逆变器101共同的结构标注同一符号，对三相电动机105、电流传感器110和电流传感信号111省略图示。另外，对IGBT模块104所具有的上下臂的各IGBT也省略图示。
图4所示的逆变器300替代图1所示的现有的逆变器101所具备的电动机控制基板102和栅极驱动基板103，具备电动机控制基板312和栅极驱动基板301。电动机控制基板312与图1的电动机控制基板102相比不同点在于，除了由电动机控制基板102输入和输出的上述的各信号之外，还将表示12V电源100是否被正常供给的12Vactive信号303输出到栅极驱动基板301，而且不同点还在于，从栅极驱动基板301输入表示栅极驱动基板301是否实施后述的三相短路控制的三相短路控制实施信号（3PSactive信号）305。另一方面，栅极驱动基板301与图1的栅极驱动基板103相比主要不同点在于，替代电源电路115，具有电源电路311，而且具有微型计算机302和高电压分压电路306。
电源电路311连接在正极配线112与负极配线113之间。由此，与图1的电源电路115不同，不是基于从电动机控制基板312输出的电源用电压116，而是基于从高压电源106供给的直流电力产生电源，并且供给至六个栅极驱动电路201和微型计算机302。另外，当如后所述的那样接触器107处于关断状态而使逆变器300与高压电源106的连接切断时，在正极配线112与负极配线113之间，与施加蓄存于平滑电容器109的电荷量相应的电压。此时，电源电路311不是基于高压电源106，而是基于从平滑电容器109供给的直流电力产生电源，并且供给至栅极驱动电路201和微型计算机302。
高电压分压电路306将正极配线112的电压分压成能够利用微型计算机302测量的电压，输出到微型计算机302。微型计算机302通过测量来自高电压分压电路306的输出电压，来测量正极配线112与负极配线113之间的电压，即相对于基准电位的正极配线112的电压。通过这样测量相对于基准电位的正极配线112的电压，微型计算机302能够在接触器107接通的情况下测量高压电源106的电压，而在接触器107关断的情况下测量平滑电容器109的电压。
另外，微型计算机302将从电动机控制基板312输出的12Vactive信号303经由耦合器304输入，并基于此判定从12V电源100供给至电动机控制基板312的控制电源是否正常发挥作用。当判定出控制电源未正常发挥作用时，微型计算机302将用于控制下臂的各IGBT的开关转换的三相短路信号307输出。该三相短路信号307在分为三路之后，经由在三路中的每一路设置的耦合器314和二输入与门电路313，分别输出到与下臂对应的三个驱动器电路121。这样，在栅极驱动基板301中，能够从微型计算机302向下臂的整个三相的驱动器电路121输出相同的三相短路信号307。亦即，能够同时接通或关断下臂的整个三相的IGBT。而且在此时，微型计算机302经由耦合器308向电动机控制基板312输出3PSactive信号305，通知正在实施三相短路控制的情况。
（电源电路）
图5是表示本发明的第一实施方式的电力转换装置的作为栅极驱动用电源电路的电源电路311的例子的电路图。如图5所示，电源电路311由变压器401、变压器初级侧（一次侧）电路451、变压器次级侧（二次侧）电路452、返回电路453、启动电路454和5V电源455构成。正极输入端子448和负极输入端子449经由正极配线112和负极配线113与高压电源106和平滑电容器109连接。变压器次级侧电路452对各个U、V、W相的上下臂进行设置，总共有六个。图5中，以虚线表示与U相上臂对应的变压器次级侧电路452。另外，图5表示以回扫方式动作的电源电路311的电路图的例子。
（变压器初级侧电路）
变压器初级侧电路451控制变压器401的初级侧电流，使得反馈电路453的电压输出成为15V。各变压器次级侧电路452对变压器401的次级侧电流进行整流，分别向对应的驱动器电路121输出直流电压。反馈电路453是变压器次级侧电路452的等效电路，其通过输出与它们相同的直流电压，对变压器初级侧电路451输出反馈信号。另外，反馈电路453也构成变压器初级侧电路451的电源。启动电路454是在电源电路311启动时反馈电路453的输出信号出现之前的期间，构成变压器初级侧电路451的电源的电路。5V电源455具有微型计算机电源用的5V输出456，并且基于反馈电路453的输出，从5V输出456向图4的微型计算机302输出电源。另外，5V电源455内置有微型计算机用的看门狗（watchdog）定时器，并且具有在微型计算机302失控时进行复位的机构。
变压器初级侧电路451由第一电源切换二极管425、PWMIC电源电阻426、PWMIC427、IC旁路电容428、IC电源稳压二极管429、栅极电阻430、FET下拉电阻431、变压器驱动FET432、变压器电流测量电阻433、滤波电阻434、滤波电容435、振荡电阻436、振荡电容437、VREF旁路电容438、误差信号放大电阻439、误差信号放大电容440和变压器旁路电容441构成。
第一电源切换二极管425在反馈电路453的输出电压大于启动电路454的输出电压的情况下接通，将电源从反馈电路453的输出切换为启动电路454的输出。PWMIC电源电阻426以不使PWMIC427的电源电流过流的方式进行控制。PWMIC427通过对反馈电路453的输出和变压器401的初级侧电流进行监控，对变压器驱动FET432进行PWM控制。IC旁路电容428和IC电源稳压二极管429使PWMIC427的电源稳定。栅极电阻430以不使PWMIC427的输出电流过流的方式进行限制。FET下拉电阻431在输出由于PWMIC427的故障等成为高阻抗（断路）状态的情况下，使变压器驱动FET432的输入下拉到作为栅极驱动基板301的基准电压的GNDN403，从而防止电路不稳定。变压器驱动FET432根据从PWMIC427输出的PWM脉冲，使电流流过变压器401的初级侧。变压器电流测量电阻433将变压器401的初级侧电流转换为电压。滤波电阻434和滤波电容435是滤波器，其除去承载于变压器电流测量电阻433的电压的噪声并传送到PWMIC427。振荡电阻436、振荡电容437和VREF旁路电容438是内置于PWMIC427的振荡电路的外接部件，其设定PWM脉冲的振荡频率。误差信号放大电阻439和误差信号放大电容440是内置于PWMIC427的放大器的外接部件，其设定对来自反馈电路453的反馈信号进行放大而引入PWMIC427时的放大倍数。变压器旁路电容441是变压器401的初级侧电流用的旁路电容。
（变压器次级侧电路）
各变压器次级侧电路452具有整流二极管416、平滑电容器417和旁漏电阻418，并且具有用于向对应的驱动器电路121输出直流电压的输出端子和基准端子。例如，与U相上臂对应的变压器次级侧电路452具有绝缘电源输出端子（VUP）404和绝缘电源基准端子（GUP）405，由此与驱动U相上臂的IGBT的驱动器电路121连接。同样，与U相下臂对应的变压器次级侧电路452具有绝缘输出端子（VUN）406和绝缘电源基准端子（GUN）407；与V相上臂对应的变压器次级侧电路452具有绝缘输出端子（VVP）408和绝缘电源基准端子（GVP）409；与V相下臂对应的变压器次级侧电路452具有绝缘输出端子（VVN）410和绝缘电源基准端子（GVN）411；与W相上臂对应的变压器次级侧电路452具有绝缘输出端子（VWP）412和绝缘电源基准端子（GWP）413；与W相下臂对应的变压器次级侧电路452具有绝缘输出端子（VWN）414和绝缘电源基准端子（GWN）415。各变压器次级侧电路452通过这些端子与对应的驱动器电路121连接。
整流二极管416仅使变压器401的次级侧电流的单方向的电流通过，从而对平滑电容器417充电。平滑电容器417被流经整流二极管416的电流充电，由此在上述输出端子与基准端子之间，例如与U相上臂对应的绝缘电源输出端子（VUP）404与绝缘电源基准端子（GUP）405之间产生输出电压。旁漏电阻418是为了在电源电路311的负载为零时也不使PWM脉冲具有间歇而使输出电压稳定而设置的小阻值的分压负载。
（反馈电路）
反馈电路453由整流二极管419、平滑电容器420、旁漏电阻421、分压电阻422和423、旁路电容424构成。
整流二极管419、平滑电容420和旁漏电阻421进行分别与变压器次级侧电路452所具备的上述的整流二极管416、平滑电容417和旁漏电阻418相同的动作。分压电阻422和423对反馈电路453的输出电压VFB402进行分压，从而产生反馈信号。设定该分压比，使得在反馈电路453的输出电压为作为目标电压的15V时，分压电压即反馈信号电压与PWMIC427的电压基准值相等。
（启动电路）
启动电路454由降压电阻442、稳压二极管443、稳定化电容444、高压FET445、第二切换二极管446、输出稳定化电容447构成，并且通过正极输入端子448和负极输入端子449与正极配线112和负极配线113连接。由此，如上所述，正极输入端子448和负极输入端子449经由正极配线112和负极配线113与高压电源106和平滑电容器109连接。
降压电阻442和稳压二极管443对高压FET445的栅极施加齐纳电压。齐纳电压为10V左右，是低于反馈电路453的输出电压的电压。稳定化电容444使齐纳电压稳定化。高压FET445从正极输入端子448向变压器初级侧电路451供给电源电压。另外，高压FET445在变压器初级侧电路451的电源电压低于从齐纳电压减去高压FET445的栅极阈值电压和第二切换二极管446的正方向电压的规定值（设为Vstartup）时接通，在高于该规定值时关断。由此，变压器初级侧电路451的电源电压稳定在Vstartup。第二切换二极管446在变压器初级侧电路451的电源电压高于Vstartup时关断，切断从启动电路454向变压器初级侧电路451的电源供给。输出稳定化电容447是使变压器初级侧电路451的电源电压稳定的电容。
（与门电路）
图6是表示从微型计算机302输出的三相短路信号307经由耦合器314输入的二输入与门电路313的例子的电路图。另外，图6例示的是三个AND与门电路313中与U相下臂对应的与门电路。如图6所示，输入U相下臂的栅极控制信号UN的耦合器114的集电极输出和三个耦合器314中一个集电极输出共同与与门电路313的输入侧连接。与门电路313通过将这些集电极输出经由电阻904上拉到图2的电源203即对应的驱动器电路121的信号电平而构成。换而言之，与门电路313的输出是耦合器114和314的开路集电极输出。由此，构成负逻辑的线或电路，即正逻辑的与门电路313。另外，与其他的V相下臂和W相下臂对应的与门电路313也一样。
（控制电源丧失时的动作）
图7是表示逆变器300的控制电源故障时的时序图的例子的图。图7中，符号503所示的时序图表示在正极配线112与负极配线113之间供给的电源电压的变化的情形。微型计算机302如上所述，通过测量由高电压分压电路306分压的正极配线112的电压来测量电源电压503。在其下分别示出表示上述的12Vactive信号303、三相短路信号307和三相短路控制实施信号（3PSactive信号）305的变化的情形的时序图。另外，在其下以从电动机控制基板312向U相、V相和W相的各相输出的下臂的栅极控制信号108N为代表，关于图4的符号315所示的U相下臂的栅极控制信号UN和与此对应的从驱动器电路121输出的U相下臂的栅极驱动信号309，分别示出表示它们的变化的情形的时序图。
例如，在时刻t1，当向电动机控制基板312供给作为控制电源的电力的12V电源100发生故障时，车辆的上级控制装置（未图示）关断接触器107，使其成为关断状态。由此，逆变器300与高压电源106的连接被切断，从高压电源106向电源电路311的电力供给被切断。此时的正极配线112与负极配线113之间的电源电压503根据蓄存于平滑电容器109的电荷量即充电量而决定。此时，电源电路311利用从平滑电容器109供给的直流电力产生电源，并将其供给到各栅极驱动电路201和微型计算机302。另一方面，电动机控制基板312由于不供给来自12V电源100的控制电源，所以丧失了其功能。因此，从电动机控制基板312向栅极驱动基板301输出的各相上下臂的栅极控制信号在耦合器的初级侧的二极管中没有电流流过，而是如U相下臂的栅极控制信号UN316那样，全部成为表示IGBT的关断的高电平。由此，从各驱动器电路121输出的栅极驱动信号如U相下臂的栅极驱动信号309那样，全都成为低电平。其结果是，在IGBT模块104中，整个三相的上下臂IGBT关断。
如上所述，在控制电源发生异常的情况下，12Vactive信号303在时刻t1从高电平改变为低电平，由此从电动机控制基板312向栅极驱动基板301通知：控制电源处于异常。这样，通过该12Vactive信号303的变化，微型计算机302判定12V电源100不处于正常状态，控制电源没有正确地供给至电动机控制基板312。而且，在经过规定的延时时间后的时刻t2，使3PSactive信号305从高电平改变为低电平。由此，向电动机控制基板312通知：实施三相短路控制从而开始从微型计算机302向下臂的各驱动器电路121输出三相短路信号307。此处，3PSactive信号305是负逻辑，高电平是表示未实施（无效）三相短路控制，低电平是表示正在实施（有效）三相短路控制。
在时刻t2三相短路控制开始后不久，在正极配线112与负极配线113之间供给的电源电压503即平滑电容器109的电压大于规定的接通阈值501。此时，微型计算机302将三相短路信号307从低电平改变为高电平。这样，随此，从下臂的各驱动器电路121输出的栅极驱动信号如U相下臂的栅极驱动信号309那样全都成为高电平，IGBT模块104中整个三相的下臂IGBT接通而成为三相短路状态。此时，电动机105中发生的再生电流在电动机105与负极配线113的基准电位之间逆流，无法充电到平滑电容器109。在这期间电源电路311中也消耗电力，因此时刻t2以后电源电压503跟着下降。此处，接通阈值501优选根据平滑电容器109或IGBT的耐压等而设定。
之后电源电压503继续下降，在时刻t3下降到低于规定的关断阈值502时，微型计算机302在规定的经过延迟时间后的时刻t4，将三相短路信号307从高电平改变为低电平。这样，随此，从下臂的各驱动器电路121输出的栅极驱动信号如U相下臂的栅极驱动信号309那样全都成为低电平，在IGBT模块104中整个三相的下臂IGBT关断。由此，整个三相的上下臂IGBT再次处于关断。由此，电源电压503的下降停止，能够防止电源电压503低于驱动器电路121的活动下限。此时，如果电动机105正在旋转，来自电动机105的再生电流就会经由上臂的逆流二极管输出到平滑电容器109的正极侧，由此对平滑电容器109进行充电，在时刻t4以后，电源电压503上升。此处，考虑到用于微型计算机302切换三相短路信号307的延迟时间等，关断阈值502优选设定为高于栅极驱动电路201能够活动的电压的下限的有裕度（有富余）的电压。
另外，当电源电压503在三相短路状态之后经过一定时间以上也不低于关断阈值502时，与上述同样，优选由微型计算机302将三相短路信号307从高电平改变为低电平。这样，通过不使三相短路状态持续一定时间以上，能够避免电流长时间流过IGBT而发热导致温度超过耐热温度。
时刻t4以后，电源电压503继续上升，在时刻t5高于接通阈值501时，微型计算机302在经过规定的延迟时间后的时刻t6，将三相短路信号307从低电平改变为高电平。这样，与时刻t2同样，随此，从下臂的各驱动器电路121输出的栅极驱动信号如U相下臂的栅极驱动信号309全部成为高电平，在IGBT模块104中整个三相的下臂IGBT接通而成为三相短路状态。由此，在时刻t6以后，电源电压503的上升再次停止，能够防止电源电压503高于平滑电容器109或IGBT的耐压。
在时刻t7电源电压503低于关断阈值502时，微型计算机302在时刻t8，与时刻t4一样，将三相短路信号307从高电平改变为低电平，使从下臂的各驱动器电路121输出的栅极驱动信号全部成为低电平。由此，将整个三相的上下臂IGBT接通，从而防止电源电压503的下降。之后，也进行同样的三相短路控制，由此控制电源电压503处于关断阈值502到接通阈值501的范围内。
另外，在以上说明的控制电源丧失时的动作中，在三相短路控制开始后不久，电源电压503小于关断阈值502时，在电源电压503上升至高于接通阈值501之前的期间，从微型计算机302输出的三相短路信号307优选维持在低电平。由此，整个三相的上下臂IGBT关断，通过来自电动机105的再生电流对平滑电容器109进行充电，从而能够使电源电压503上升。另外，当三相短路控制开始后不久的电源电压503处于关断阈值502到接通阈值501的范围内时，三相短路信号307可以是低电平和高电平的任一种。
（控制电源恢复时的动作）
图8是表示逆变器300的控制电源恢复时的时序图的例子的图。图8所示的各时序图分别表示与图7的各时序图相同的信号的变化的情形。另外，时刻t1至t6的期间与图7动作相同。
在时刻t9，12V电源100从故障恢复，当对电动机控制基板312的控制电源的供给再次开始时，12Vactive信号303从低电平改变为高电平。由此，从电动机控制基板312向栅极驱动基板301通知：控制电源正常。这样，通过12Vactive信号303的变化，微型计算机302判定出12V电源100处于正常状态，正常地向电动机控制基板312供给控制电源。而且，在经过规定的延迟时间后的时刻t10，将三相短路信号307改变为低电平，停止其输出。这样，由此，从下臂的各驱动器电路121输出的栅极驱动信号全都成为低电平，在IGBT模块104中整个三相的上下臂IGBT关断。另外，此时，微型计算机302在时刻t10将3PSactive信号305从低电平改变为高电平。由此，向电动机控制基板312通知：结束三相短路控制而停止了从微型计算机302向下臂的各驱动器电路121的三相短路信号307的输出。
如上所述，当来自微型计算机302的3PSactive信号305成为高电平时，由此，电动机控制基板312在时刻t11如U相下臂的栅极控制信号UN315那样，再次开始各相上下臂的栅极控制信号的输出。由此，从各驱动器电路121输出的栅极驱动信号如U相下臂的栅极驱动信号309那样根据PWM控制而变化，回到通常的电动机控制。
另外，即使控制电源的供给再次开始，在来自微型计算机302的3PSactive信号305从低电平改变为高电平的期间，电动机控制基板312也不会再次开始栅极控制信号的输出。由此，能够防止基于微型计算机302的三相短路控制和基于电动机控制基板312的PWM控制重复进行，能够避免上下臂的IGBT同时接通等误动作。
如上所述，在逆变器300中，在没有供给来自12V电源100的控制电源的情况下，各驱动器电路121也借助于从电源电路311供给的电力工作，从而进行IGBT的三相短路控制，因此能够抑制电动机105的再生电压所致的过电压。换而言之，由于电动机105的再生电压，电源电压503接近过电压时，成为整个三相的下臂IGBT接通而上臂关断的三相短路状态。这样，电动机电流经由下臂IGBT在电动机105与电源电压503的基准电位之间逆流，无法对平滑电容器109充电，因此，电源电压503的上升停止而缓慢下降，能够抑制过电压。
另外，之后电源电压503继续下降，由此，当从电源电路311供给到驱动器电路121的电源的电压接近驱动器电路121的活动极限电压时，整个三相的上下臂IGBT关断。这样，电动机电流再次经由逆流二极管流动，由此平滑电容器109被充电，电源电压503上升。由此，避免从电源电路311供给到驱动器电路121的电源的电压下降而导致驱动器电路121的活动停止。如果驱动器电路121的活动停止，则整个三相的上下臂IGBT依然维持在关断状态，从而无法作为三相短路状态抑制过电压。因此，有时会破坏逆变器300。另外，伴随着电源电压503的再上升，即使再次起动驱动器电路121，但由于再起动需要一定程度的时间，也有可能在逆变器300破坏之前不起作用。从而，如上所说明，在电源电压503达到驱动电源121的活动极限电压之前使整个三相的上下臂IGBT关断，由此能够维持驱动器电路121活动。因此，对于再生电压所致的电源电压503的再上升，也能够抑制过电压。
根据以上说明的第一实施方式，能够起到如下的作用效果。
（1）逆变器300具备：将从高压电源106供给的直流电力转换为用于驱动三相电动机105的交流电力的多个IGBT；从12V电源100供给电力而输出用于控制IGBT的动作的栅极控制信号的电动机控制基板312；基于电动机105所产生的的交流电力而被充电，由此蓄存直流电力的平滑电容器109；基于从高压电源106或平滑电容器109供给的直流电力而进行供电的电源电路311；从电源电路311接受供电并且基于来自电动机控制基板312的栅极控制信号或来自微型计算机302的三相短路信号307输出用于使IGBT工作的栅极驱动信号的驱动器电路121；和微型计算机302。微型计算机302在12V电源100发生故障而接触器107被关断时将平滑电容器109的电压作为电源电压503进行测量。另外，微型计算机302从电源电路311接受供电，判定12V电源100是否正常，在判定为不正常时，基于测量出的电源电压503输出用于控制IGBT的动作的三相短路信号307。具体而言，当电源电压503为规定的接通阈值501以上时，微型计算机302输出高电平的三相短路信号307，使得下臂的IGBT全部接通（ON），另一方的上壁的IGBT全部关断（OFF）。这样，在作为控制用的电源电路的12V电源100不正常工作的状态下发生过电压时，也能够抑制过电压。
（2）微型计算机302在电源电压503为低于接通阈值501的规定的关断阈值502以下的情况下，输出低电平的三相短路信号307，使得上壁的IGBT和下臂的IGBT全部关断。这样，就能够避免电源电压503下降而导致驱动器电路121的活动停止，从而在电源电压503再上升时也能够抑制过电压。
（3）微型计算机302在正在控制三相短路信号307时判定为12V电源100正常的情况下，停止三相短路信号307的控制。由此，再次开始来自电动机控制基板312的栅极控制信号的输出，能够回到通常的电动机控制。
（4）将表示微型计算机302是否输出三相短路信号307的三相短路控制实施信号（3PSactive信号）305从微型计算机302输出到电动机控制基板312。由此，电动机控制基板312中能够容易判断微型计算机302是否控制三相短路信号307。
（5）电动机控制基板312在表示微型计算机302正在控制三相短路信号307的低电平的3PSactive信号305从微型计算机302输出时，不输出栅极控制信号。由此，能够防止来自微型计算机302的三相短路信号307和来自电动机控制基板312的栅极控制信号同时输出而导致IGBT误动作。
（6）使用通过从电源电路311供给的电力而工作的微型计算机302，实现将平滑电容器109的电压作为电源电压503进行测量的电路。由此，即使在12V电源100不正常的情况下，也能够测量平滑电容器109的电压从而输出三相短路信号307。
（第二实施方式）
接着，以下，利用图9～13，对本发明的第二实施方式的电力转换装置进行说明。
（逆变器的结构）
图9是表示作为本发明的第二实施方式的电力转换装置的逆变器701的电路结构的例子的框图。图9也与上述的图4同样，对与图1所示的现有的逆变器101共同的结构标注同一符号，对三相电动机105、电流传感器110和电流传感信号111省略图示。另外，对IGBT模块104所具有的上下臂的各IGBT也省略图示。
图9所示的逆变器701与图4所示的第一实施方式的逆变器300相比，替代栅极驱动基板301而具有栅极驱动基板702。该栅极驱动基板702除了栅极驱动基板301的各结构之外，还具备同时接通防止（防止同时接通）电路703。另外，替代电源电路311而具有电源电路1011，替代各三个耦合器314和与门电路313而具有各三个耦合器707和与门电路708。这些点与图4的栅极驱动基板301不同。
从电动机控制基板312输出的各栅极控制信号在栅极驱动基板702中输入到同时接通防止电路703。此时，上臂的栅极控制信号108P直接输入到同时接通防止电路703，下臂的栅极控制信号108N经由与门电路708输入到同时接通防止电路703。
同时接通防止电路703对于所输入的各栅极控制信号中与同一相的上下臂对应的栅极控制信号对，防止该两者同时成为开启（turnon）指令。具体而言，当同一相的上下臂的栅极控制信号对两者均为低电平时，亦即全都成为开启指令时，为了防止IGBT的上下臂短路，使两信号改变为高电平而输出关闭（turnoff）指令。
图10是表示同时接通防止电路703的例子的逻辑电路图。此处，仅表示与U相的上下臂对应的一对的逻辑电路图。图10所示的电路有两个逆变器栅极和两个与非门（NAND）电路构成。U相上臂的栅极控制信号UP和U相下臂的栅极控制信号UN分别输入到两个逆变器栅极，信号UP1和UN1分别从两个与非门电路输出。
图11是图10所示的同时接通防止电路703的输入输出的真值表。如该真值表所示，所输入的栅极控制信号UP和UN两者均为低电平时，将它们反转的高电平的输出信号UP1和UN1从同时接通防止电路703输出。除此以外的情况下，所输入的栅极控制信号UP和UN分别与输出信号UP1和UN1相同。这样，即使以相同的相、上下臂的IGBT同时接通的栅极控制信号从电动机控制基板312误输出，也能够通过从同时接通防止电路703输出将它们反转的信号，来防止上下臂的IGBT同时接通。
从微型计算机302输出的三相短路信号307分为三路之后，分别输入到三个耦合器707。各耦合器707将所输入的三相短路信号307的基准电位从栅极驱动基板702的基准电位转换为电动机控制基板312的基准电位后，输出到三个与门电路708中对应的电路。在各与门电路708中，在从耦合器707输入的三相短路信号307与从电动机控制基板312输入的下臂栅极控制信号之间取负逻辑的或（OR）。该逻辑运算结果作为下臂的栅极控制信号输出到同时接通防止电路703。
电源电路1011与第一实施方式的电源电路311一样，向六个栅极驱动电路201和微型计算机302供给电源。除此之外，还具有输出用于在耦合器707中用于三相短路信号307的基准电位的转换的电源的功能。
图12是表示作为本发明的第二实施方式的电路转换装置的栅极驱动电源电路的电源电路1011的例子的电路图。与图5所示的第一实施方式的电源电路311相比，在图12的电源电路1011中，在变压器1002的次级侧除了六个变压器次级侧电路452之外，还设置有一个输出相1007。该输出相1007与各变压器次级侧电路452同样地输出15V的电源电压，但是其基准电位1003为电动机控制基板312的基准电位。另外，还具有5V电源1006，从该电源输出符号1005所示的5V输出Vcc-GD。
图13是表示从微型计算机302输出的三相短路信号307经由耦合器707输入的二输入与门电路708的例子的电路图。其中，图13例示的是三个与门电路708中与U相下臂对应的电路。如图13所示，与门逻辑电路903的一方的输入为U相下臂的栅极控制信号UN，另一方的输入为三个耦合器707中一个集电极输出。耦合器707的集电极输出经由电阻902上拉到图12的符号1005所示的5V输出Vcc-GD。另外，耦合器707的输出侧的基准电位与电动机控制基板312的基准电位相等。另外，与其他的V相下臂和W相下臂对应的与门电路708也一样。
根据以上说明的第二实施方式，能够起到与第一实施方式同样的作用效果。
另外，在以上说明的各实施方式中，通过进行三相短路控制使三相下臂的IGBT全部接通，使三相上臂的IGBT全部关断，但是也可以将上下臂互换。换而言之，也可以将三相上臂的IGBT全部接通，将三相下臂的IGBT全部关断，由此进行三相短路控制。这种情况下，当然，图4或图9所例示的电路结构要变形为与此相应的电路结构。
另外，在以上说明的各实施方式中，以搭载于车辆的电力转换装置为例进行了说明，但是本发明的适用范围不限于此，也能够适用于各种用途的电力转换装置。以上的说明仅是一个例子，本发明并不限于上述实施方式的结构。
以下的优先权基础申请的公开内容作为引用文在此组合。
日本国专利申请2011年第46167号（2011年3月3日申请）。

Claims (6)

1.一种电力转换装置，其特征在于，具备：
多个电力转换元件，将从第一直流电源供给的直流电力转换为用于驱动电动机的交流电力；
第一控制电路，从第二直流电源接受供电，输出用于控制所述多个电力转换元件的动作的第一控制信号；
蓄电电路，基于所述电动机产生的交流电力而被充电，由此蓄存直流电力；
电源电路，基于从所述第一直流电源或所述蓄电电路供给的直流电力而进行供电；
测量所述蓄电电路的电压的电压测量电路；
第二控制电路，从所述电源电路接受供电，判定所述第二直流电源是否正常，当判定为不正常时，输出用于根据由所述电压测量电路测量出的所述蓄电电路的电压控制所述多个电力转换元件的动作的第二控制信号；和
驱动电路，从所述电源电路接受供电，输出用于根据所述第一控制信号或所述第二控制信号使所述多个电力转换元件工作的驱动信号，其中
所述多个电力转换元件是与所述第一直流电源的高电压侧连接的上臂的电力转换元件和与所述第一直流电源的低电压侧连接的下臂的电力转换元件中的任意电力转换元件，将所述上臂的电力转换元件与所述下臂的电力转换元件串联连接而成的串联电路对于所述第一直流电源与所述蓄电电路并联连接有多个，
所述第二控制电路在所述蓄电电路的电压为规定的第一电压值以上时输出所述第二控制信号，使得所述上臂的电力转换元件和所述下臂的电力转换元件中的任一方全部接通，另一方全部关断。
2.权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述第二控制电路在所述蓄电电路的电压为低于所述第一电压值的规定的第二电压值以下时输出所述第二控制信号，使得所述上臂的电力转换元件和所述下臂的电力转换元件全部关断。
3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：
所述第二控制电路在控制所述第二控制信号时判定所述第二直流电源为正常的情况下，停止对所述第二控制信号的控制。
4.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，还包括：
控制实施信号输出电路，向所述第一控制电路输出表示所述第二控制电路是否正在控制所述第二控制信号的控制实施信号。
5.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于：
所述第一控制电路，在表示所述第二控制电路正在控制所述第二控制信号的控制实施信号从所述控制实施信号输出电路输出时，不输出所述第一控制信号。
6.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：
所述电压测量电路是用通过从所述电源电路供给的电力而工作的微型计算机来实现的。
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