CN104953906B - 负载驱动装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种负载驱动装置。在逆变器电路的开关元件发生了故障的情况下，通过对应于故障的方式的适当的控制，使得能够将负载继续驱动。电动机驱动装置包括检测逆变器电路的开关元件(Q1～Q6)以及二极管(D1～D6)的故障的故障检测部。在故障检测部检测出C相上级的开关元件(Q5)不导通的故障且没有检测出二极管(D5)不导通的故障的情况下，使用与发生了故障的开关元件成对的开关元件(Q6)和其他的相的开关元件(Q1～Q4)而驱动电动机。另一方面，在故障检测部一同检测出C相上级的开关元件不导通的故障和二极管不导通的故障的情况下，将与发生了故障的开关元件成对的开关元件维持截止状态，使用其他的相的开关元件而驱动电动机。

Description

负载驱动装置
技术领域
本发明涉及驱动电动机等的负载的装置，尤其，涉及包括通过开关元件的导通/截止动作而对负载供应电流的逆变器电路的负载驱动装置。
背景技术
例如，在车辆中搭载的电动助力转向装置中，为了将与方向盘的操舵转矩对应的操舵辅助力提供给转向机构，设置了3相无刷电动机等的电动式电动机。作为驱动该电动机的装置，已知基于PWM(脉宽调制(Pulse Width Modulation))控制方式的电动机驱动装置。
一般，PWM控制方式的电动机驱动装置包括通过具有预定的占空比的PWM信号而被驱动的逆变器电路。逆变器电路由在上臂和下臂中分别具有开关元件的上下一对的臂设置了相数个的、桥电路构成。并且，通过基于PWM信号的各开关元件的导通/截止动作，从电源通过逆变器电路对电动机供应电流，电动机被驱动。
在这样的电动机驱动装置中，因开关元件的故障，在逆变器电路中的任一个相中发生了异常的情况下，使电动机的驱动停止是一般的控制方法。但是，在电动助力转向装置的情况下，若在发生异常时使电动机立即停止，则突然得不到操舵辅助力，在驾驶中产生障碍。因此，提出了如下的电动机驱动装置：无论是哪一个相的开关元件发生了故障，都能够使得电动机的驱动继续(例如，专利文献1～4)。
在专利文献1中，在发生通电不良时，确定发生了故障的开关元件，确定能够经由与该元件成对的开关元件对通电不良相进行通电的、旋转角范围。然后，通过在该旋转角范围中对各相通上正弦波电流，从而继续电动机的驱动。
在专利文献2中，在开关元件发生了开路故障(一直处于断开的故障)的情况下，即使是在使用发生了故障的开关元件的区域中，通过执行固定了合成电压矢量的矢量控制，也继续电动机的驱动。
在专利文献3中，在检测出开关元件的故障的情况下，以2相的输出电流的波形分别接近正弦波的方式，使没有发生故障的剩余的开关元件动作，从而继续电动机的驱动。
在专利文献4中，在1相中发生了断线等的异常的情况下，计算正常的2相的目标电流值，将基于这些目标电流值而生成的电压指令值提供给逆变器驱动电路，从而继续电动机的驱动。
例如，在具有6个开关元件的3相的逆变器电路中，1相的上下的任一个开关元件发生了故障的情况下，有只使用剩余的2相的4个开关元件而继续电动机的驱动的方式(以下，称为“2相方式”)和除了上述4个开关元件之外还使用发生了故障的相的正常的1个开关元件而继续电动机的驱动的方式(以下，称为“准3相方式”)。专利文献1～3是准3相方式的例，专利文献4是2相方式的例。在2相方式的情况下，切断发生了故障的相整体，但在准3相方式的情况下，只切断发生了故障的开关元件。由于与2相方式相比，准3相方式的电动机电流的纹波(ripple)分量少，所以具有操舵性能提高的优点。
图10表示在电动助力转向装置中使用的、现有的电动机驱动装置的一例。电动机驱动装置200包括逆变器电路10、驱动电路20以及控制部30。电动机M是用于提供操舵辅助力的辅助电动机。电源Vd是从在车辆中搭载的电池供应的直流电源。
逆变器电路10由具有6个开关元件Q1～Q6的3相桥电路构成。开关元件Q1～Q6由FET(场效应晶体管)构成，分别具有二极管D1～D6。这些二极管D1～D6是FET的漏极-源极间的寄生二极管，以相对于电源Vd(正极)成为反向的方式，与开关元件Q1～Q6并联连接。上级的开关元件Q1、Q3、Q5和下级的开关元件Q2、Q4、Q6的各连接点经由电路连接到电动机M。在开关元件Q2、Q4、Q6和地G之间，设置有用于检测流过电动机M的电流的电流检测电阻Rs。
控制部30基于在电流检测电阻Rs中检测出的电动机电流的值、和根据在未图示的转矩传感器中检测出的操舵转矩值而计算出的目标电流值之间的偏差，运算用于驱动开关元件Q1～Q6的PWM信号的占空比。驱动电路20基于从控制部30提供的占空比的值，生成6种PWM信号，并将各PWM信号施加到开关元件Q1～Q6的各栅极。通过根据该PWM信号而开关元件Q1～Q6进行导通/截止，从而逆变器电路10进行动作，从电源Vd经由逆变器电路10对电动机M供应电流。
图11是表示了逆变器电路10的动作的定时图。(a)、(b)表示对A相上级的开关元件Q1提供的PWM信号和元件Q1的动作，(c)、(d)表示对A相下级的开关元件Q2提供的PWM信号和元件Q2的动作，(e)、(f)表示对C相上级的开关元件Q5提供的PWM信号和元件Q5的动作，(g)、(h)表示对C相下级的开关元件Q6提供的PWM信号和元件Q6的动作，(i)表示A相的电动机端子电压，(j)表示C相的电动机端子电压。PWM信号的“H”表示高电平，“L”表示低电平。另外，为了简化说明，关于B相，省略了图示。
在图11中，时刻t1～t2的区间T1是电力运行(りきこう)区间。在该区间T1中，通过如(b)、(h)所示，开关元件Q1、Q6成为导通状态，如(d)、(f)所示，开关元件Q2、Q5成为截止状态，从而按照图12A的虚线所示的路径，从电源Vd对电动机M流过电流。
时刻t2～t3的区间T2是下级再生区间。在该区间T2中，通过如(d)、(h)所示，开关元件Q2、Q6成为导通状态，如(b)、(f)所示，开关元件Q1、Q5成为截止状态，从而按照图12B的虚线所示的路径，流过基于在电动机M的电感中蓄积的能量的释放的再生电流。
时刻t3～t4的区间T3再次成为电力运行区间，通过如(b)、(h)所示，开关元件Q1、Q6成为导通状态，如(d)、(f)所示，开关元件Q2、Q5成为截止状态，从而按照图12C(与图12A相同)的虚线所示的路径，从电源Vd对电动机M流过电流。
时刻t4～t5的区间T4是上级再生区间。在该区间T4中，通过如(b)、(f)所示，开关元件Q1、Q5成为导通状态，如(d)、(h)所示，开关元件Q2、Q6成为截止状态，从而按照图12D的虚线所示的路径，流过基于在电动机M的电感中蓄积的能量的释放的再生电流。
时刻t5～t6的区间T5再次成为电力运行区间，以后，重复与区间T1～T4相同的模式。
在如上述的逆变器电路10中，有时发生开关元件Q1～Q6中的任一个被固定为截止(非导通)状态、不导通(ON)的故障。在本说明书中，将该故障称为“截止故障”(专利文献2的“开路故障”也是同样的含义)。
如图10所示，在使用了二极管D1～D6并联连接的开关元件Q1～Q6的情况下，在截止故障中有2种类型。一种是，开关元件和二极管中的任一个都不导通的故障(以下，称为“完全截止故障”)。这是例如在FET的漏极侧或源极侧发生断线，开关元件和二极管的双方成为切断状态时的故障。另一种是，二极管正常且只有开关元件不导通的故障(以下，称为“不完全截止故障”)。这是例如在FET的栅极接地或者FET主体破损时的故障。
图13表示在逆变器电路10的C相上级中发生了“完全截止故障”的情况下的、上级再生时的状态。此时，由于开关元件Q5处于异常(非导通)状态，所以再生电流不能通过开关元件Q5流过逆变器电路10。此外，由于二极管D5也处于异常(非导通)状态，所以再生电流不能通过二极管D5流过逆变器电路10。
图14表示在逆变器电路10的C相上级中发生了“不完全截止故障”的情况下的、上级再生时的状态。此时，由于开关元件Q5处于异常(非导通)状态，所以再生电流不能通过开关元件Q5流过逆变器电路10。但是，由于二极管D5正常，所以按照虚线所示的路径，再生电流通过二极管D5流过逆变器电路10。
在如图13所示那样在C相上级中发生了完全截止故障的状态下，如图15(j)的虚线所示，在从电力运行状态切换到上级再生状态的定时(时刻t4)，在C相的电动机端子电压(开关元件Q5、Q6的连接点的电压)中产生正向的浪涌电压。这是因为，在时刻t4，C相下级的开关元件Q6(正常)截止的瞬间，在电动机M的电感中蓄积的能量不能作为再生电流而被吸收，而是成为浪涌电压而出现。并且，若该浪涌电压的电压值超过开关元件Q6的耐压，则开关元件Q6被击穿。
因此，在C相上级处于完全截止故障的状态的情况下，即使想要使C相下级的正常的开关元件Q6导通/截止而进行基于前述的准3相方式的驱动，若开关元件Q6被击穿，则也不能进行基于准3相方式的驱动。在该情况下，终究还是需要切换到基于2相方式的驱动，但以往没有判断是否应采用准3相方式和2相方式中的哪一个的方法。
另一方面，在C相上级处于不完全截止故障的状态的情况下，由于在上级再生时流过再生电流，所以在C相的电动机端子电压中不会产生浪涌电压。因此，在该情况下，不使C相下级的开关元件Q6导通/截止而将C相完全切断而进行基于2相方式的驱动，不仅是无用的，电动机电流的纹波分量也比准3相方式增加，所以不好。
图16表示在逆变器电路10的A相下级中发生了“完全截止故障”的情况下的、下级再生时的状态。此时，由于开关元件Q2处于异常(非导通)状态，所以再生电流不能通过开关元件Q2流过逆变器电路10。此外，由于二极管D2也处于异常(非导通)状态，所以再生电流不能通过二极管D2流过逆变器电路10。
图17表示在逆变器电路10的A相下级中发生了“不完全截止故障”的情况下的、下级再生时的状态。此时，由于开关元件Q2处于异常(非导通)状态，所以再生电流不能通过开关元件Q2流过逆变器电路10。但是，由于二极管D2正常，所以按照虚线所示的路径，再生电流通过二极管D2流过逆变器电路10。
在如图16所示那样在A相下级中发生了完全截止故障的状态下，如图18(i)的虚线所示，在从电力运行状态切换到下级再生状态的定时(时刻t2)，在A相的电动机端子电压(开关元件Q1、Q2的连接点的电压)中产生负向的浪涌电压。这是因为，在时刻t2，A相上级的开关元件Q1(正常)截止的瞬间，在电动机M的电感中蓄积的能量不能作为再生电流而被吸收，而是成为浪涌电压而出现。并且，通过该负方向的浪涌电压，开关元件Q1的源极电位降低的结果，开关元件Q1成为半导通状态(导通和截止的中间状态)。因此，基于浪涌电压的大电流通过开关元件Q1流向电源Vd侧，开关元件Q1若基于该大电流的电力损耗(发热)成为过大则被击穿。
因此，在A相下级处于完全截止故障的状态的情况下，即使想要使A相上级的正常的开关元件Q1导通/截止而进行基于前述的准3相方式的驱动，若开关元件Q1被击穿，则也不能进行基于准3相方式的驱动。在该情况下，终究还是需要切换到基于2相方式的驱动，但以往没有判断是否应采用准3相方式和2相方式中的哪一个的方法。
另一方面，在A相下级处于不完全截止故障的状态的情况下，由于在下级再生时流过再生电流，所以在A相的电动机端子电压中不会产生浪涌电压。因此，在该情况下，不使A相上级的开关元件Q1导通/截止而将A相完全切断而进行基于2相方式的驱动，不仅是无用的，电动机电流的纹波分量也比准3相方式增加，所以不好。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2010-826号公报
专利文献2：特开2005-94873号公报
专利文献3：特开2009-71975号公报
专利文献4：国际公开WO2005/091488
发明内容
本发明的课题在于，提供一种在逆变器电路的开关元件发生了故障的情况下，通过对应于故障的方式的适当的控制，能够将负载继续驱动的负载驱动装置。
本发明的负载驱动装置包括逆变器电路、控制部、故障检测部件。逆变器电路具有对3相以上的多个相的各相设置的上下一对的臂。对各相的上臂和下臂的每一个设置了开关元件。对各开关元件，以相对于电源成为反向的方式并联连接了二极管。控制部控制各开关元件的导通/截止。通过开关元件导通/截止，从电源经由逆变器电路对负载供应电流。故障检测部件检测开关元件的故障、以及与该开关元件并联连接的二极管的故障。
在故障检测部件检测出在某一相的上下的任一个臂中设置的开关元件不导通的故障且没有检测出与该开关元件并联连接的二极管不导通的故障的情况下，控制部将与发生了故障的开关元件成对的该相的开关元件以及其他的相的各开关元件分别进行导通/截止控制。此时，对应于前述的“不完全截止故障”，若是3相，则使用正常的2相的开关元件和发生了故障的1相中的正常的开关元件，进行基于前述的“准3相方式”的负载驱动。
另一方面，在故障检测部件检测出在某一相的上下的任一个臂中设置的开关元件不导通的故障且检测出与该开关元件并联连接的所述二极管不导通的故障的情况下，控制部将与发生了故障的开关元件成对的该相的开关元件维持截止状态且将其他的相的各开关元件进行导通/截止控制。此时，对应于前述的“完全截止故障”，若是3相，则只使用正常的2相的开关元件，进行基于前述的“2相方式”的负载驱动。
如以上所示，在某一相中发生的截止故障为“完全截止故障”的情况下，通过切断发生了故障的相整体，即使该相的正常的开关元件被击穿，也能够通过剩余的相而将负载继续驱动。此外，在截止故障为“不完全截止故障”的情况下，通过只切断发生了故障的开关元件，能够抑制负载电流中的纹波分量的增加且将负载继续驱动。这样，通过对应于开关元件的故障的方式的适当的控制，能够继续负载的驱动。
在本发明中，也可以设置检测负载的端子电压的第一电压检测部件。在该情况下，故障检测部件判定在逆变器电路从电力运行状态切换到再生状态的定时由第一电压检测部件检测出的电压是否为超过阈值电压的浪涌电压，然后，在上述电压为浪涌电压的情况下，故障检测部件判定为开关元件和与该开关元件并联连接的二极管一同发生了故障。
在本发明中，故障检测部件也可以在将在上述定时检测出的负载的端子电压判定为浪涌电压的次数连续了预定次数的情况下，判定为开关元件和与该开关元件并联连接的二极管一同发生了故障。
在本发明中，也可以设置检测开关元件的两端的电压的第二电压检测部件。在该情况下，故障检测部件在以控制部将开关元件进行导通控制的状态下，由第二电压检测部件检测出的该开关元件的两端的电压为预定值以上的情况下，判定为该开关元件发生了故障。
根据本发明，能够提供一种负载驱动装置，其在逆变器电路的开关元件发生了故障的情况下，通过对应于故障的方式的适当的控制，能够将负载继续驱动。
附图说明
图1是本发明的实施方式的电动机驱动装置的电路图。
图2是表示了在C相上级中发生了完全截止故障的情况下的逆变器电路的状态的图。
图3是表示了在C相上级中发生了不完全截止故障的情况下的逆变器电路的状态的图。
图4(a)～(j)是在图2的状态下在C相的电动机端子电压中发生了浪涌的情况下的定时图。
图5是表示了在A相下级中发生了完全截止故障的情况下的逆变器电路的状态的图。
图6是表示了在A相下级中发生了不完全截止故障的情况下的逆变器电路的状态的图。
图7(a)～(j)是在图5的状态下在A相的电动机端子电压中发生了浪涌的情况下的定时图。
图8是表示了故障检测的顺序的流程图。
图9是用于检测开关元件的两端电压的电路例。
图10是以往的电动机驱动装置的电路图。
图11(a)～(j)是表示了图10的电动机驱动装置的动作的定时图。
图12A是表示了在电力运行状态下的逆变器电路的电流路径的图。
图12B是表示了在下级再生状态下的逆变器电路的电流路径的图。
图12C是表示了在电力运行状态下的逆变器电路的电流路径的图。
图12D是表示了在上级再生状态下的逆变器电路的电流路径的图。
图13是表示了在C相上级中发生了完全截止故障的情况下的再生电流的路径的图。
图14是表示了在C相上级中发生了不完全截止故障的情况下的再生电流的路径的图。
图15(a)～(j)是在图13的状态下在C相的电动机端子电压中发生了浪涌的情况下的定时图。
图16是表示了在A相下级的开关元件中发生了完全截止故障的情况下的再生电流的路径的图。
图17是表示了在A相下级的开关元件中发生了不完全截止故障的情况下的再生电流的路径的图。
图18(a)～(j)是在图16的状态下在A相的电动机端子电压中发生了浪涌的情况下的定时图。
标号说明
1 逆变器(Inverter)电路
2 驱动电路
3 控制部
4、5、6 电压检测电路(第一电压检测部件)
7 电压检测电路(第二电压检测部件)
33 故障检测部(故障检测部件)
100 电动机驱动装置(负载驱动装置)
a1、b1、c1 上臂
a2、b2、c2 下臂
D1～D6 二极管
Q1～Q6 开关元件
Vd 电源
M 电动机(负载)
具体实施方式
关于本发明的实施方式，参照附图进行说明。在附图中，对相同的部分或者对应的部分赋予相同的标号。以下，作为负载驱动装置，举在车辆的电动助力转向装置中使用的电动机驱动装置为例。
首先，参照图1说明电动机驱动装置的结构。在图1中，电动机驱动装置100包括逆变器电路1、驱动电路2、控制部3、电压检测电路4、5、6以及电阻R1、R2、R3。电动机M是用于提供操舵辅助力的辅助电动机，例如由3相无刷电动机构成。对电动机M供应电力的电源Vd是从在车辆中搭载的电池供应的直流电源。
逆变器电路1由在各相的上下一对的臂中分别设置了开关元件的3相桥电路构成。详细而言，在A相的上臂a1中设置了开关元件Q1，在A相的下臂a2中设置了开关元件Q2。在B相的上臂b1中设置了开关元件Q3，在B相的下臂b2中设置了开关元件Q4。在C相的上臂c1中设置了开关元件Q5，在C相的下臂c2中设置了开关元件Q6。
开关元件Q1～Q6由n沟道型的MOS-FET构成，分别具有二极管D1～D6。这些二极管D1～D6是FET的漏极d-源极s间的寄生二极管，以相对于电源Vd(正极)成为反向的方式，与开关元件Q1～Q6并联连接。在上臂a1、b1、c1中设置的开关元件Q1、Q3、Q5和在下臂a2、b2、c2中设置的开关元件Q2、Q4、Q6的各连接点分别经由电路La、Lb、Lc连接到电动机M。
在开关元件Q2、Q4、Q6和地G之间，设置有用于检测流过电动机M的电流(电动机电流)的电流检测电阻Rs。通过电动机电流而产生的电流检测电阻Rs的两端的电压经由未图示的运算放大器等输入到控制部3。
控制部3由微型计算机构成，且包括A/D转换部31、占空比运算部32、故障检测部33以及存储器34。A/D转换部31将输入到控制部3的电压以及其他的物理量的模拟值转换为数字值。占空比运算部32基于在电流检测电阻Rs中检测出的电动机电流的值、和根据在未图示的转矩传感器中检测出的操舵转矩值而计算出的目标电流值之间的偏差，运算用于驱动开关元件Q1～Q6的PWM信号的占空比。故障检测部33基于在电压检测电路4、5、6或后述的电压检测电路7(图9)中检测出的电压，检测开关元件Q1～Q6以及二极管D1～D6的故障(细节在后面叙述)。在存储器34中，存储有用于进行在故障检测部33中的故障判定的阈值等。
驱动电路2基于从控制部3提供的占空比的值，生成6种PWM信号，并将各PWM信号施加到开关元件Q1～Q6的各栅极g。在PWM信号的电平为“H”(高)的区间中，开关元件Q1～Q6导通，在PWM信号的电平为“L”(低)的区间中，开关元件Q1～Q6截止。通过根据PWM信号而开关元件Q1～Q6导通/截止，逆变器电路1进行动作，从电源Vd经由逆变器电路1对电动机M供应电流。
电压检测电路4～6检测电动机M的各相的端子电压。详细而言，电压检测电路4由构成分压电路的电阻R4、R5而成，检测A相的电动机端子电压Va(电路La的电压)。电压检测电路5由构成分压电路的电阻R6、R7而成，检测B相的电动机端子电压Vb(电路Lb的电压)。电压检测电路6由构成分压电路的电阻R8、R9而成，检测C相的电动机端子电压Vc(电路Lc的电压)。另外，与电动机M的内部电阻值相比，电阻R4～R9的电阻值成为充分大的值。
电阻R1、R2、R3是上拉电阻，分别连接在电路La、Lb、Lc和电源Vd之间。与电动机M的内部电阻值相比，这些电阻R1～R3的电阻值也成为充分大的值。
在以上的结构中，电压检测电路4、5、6是本发明中的“第一电压检测部件”的一例。故障检测部33是本发明中的“故障检测部件”的一例。电动机M是本发明中的“负载”的一例。
接着，说明上述的电动机驱动装置100的动作。由于在逆变器电路1的开关元件Q1～Q6或二极管D1～D6没有发生故障的情况下的动作与图11以及图12A～图12D相同，所以省略说明。以下，说明在发生了故障的情况下的动作。(另外，关于故障的检测方法，在后面叙述。)
图2表示在C相上级中发生了“完全截止故障”的情况下的、逆变器电路1的状态。在该情况下，如在图13中也叙述那样，由于开关元件Q5和二极管D5一同处于异常(非导通)状态，所以不能在上级再生时再生电流流过逆变器电路1。并且，如图4(j)的虚线所示，在从电力运行状态切换到上级再生状态的定时(时刻t4)，在C相的电动机端子电压中产生正向的浪涌电压。若该浪涌电压的电压值超过开关元件Q6的耐压，则开关元件Q6击穿。
因此，在图2的情况下，将与发生了故障的C相上级的开关元件Q5成对的、C相下级的开关元件Q6维持截止状态。详细而言，如图4(g)所示，在从上级再生状态切换到电力运行状态的定时(时刻t5)，不将C相下级的PWM信号设为“H”而依然设为“L”(或者，停止PWM信号本身)，如图4(h)所示，将开关元件Q6依然设为截止状态。另一方面，对没有发生故障的A相和B相的开关元件Q1～Q4，继续基于PWM信号的导通/截止控制。因此，在图2中，发生了故障的C相整体(开关元件Q5、Q6)被切断，使用A相以及B相的开关元件Q1～Q4而进行基于前述的“2相方式”的电动机驱动。由此，即使是在因浪涌电压所引起而开关元件Q6被击穿的情况下，也能够继续电动机M的驱动。
图3表示在C相上级中发生了“不完全截止故障”的情况下的、逆变器电路1的状态。在该情况下，如在图14中也叙述那样，由于只有开关元件Q5处于异常(非导通)状态，二极管D5正常，所以在上级再生时再生电流流过逆变器电路1。因此，不产生如图4(j)所示的浪涌电压，不存在开关元件Q6击穿的顾虑。
因此，在图3的情况下，将与发生了故障的C相上级的开关元件Q5成对的、C相下级的开关元件Q6不维持为截止状态，而是如通常那样进行导通/截止控制。详细而言，如图4(g)所示，在从上级再生状态切换到电力运行状态的定时(时刻t5)，如虚线那样，将C相下级的PWM信号设为“H”，如图4(h)的虚线所示，使开关元件Q6导通。然后，以后也继续对于开关元件Q6的PWM信号的施加，将开关元件Q6进行导通/截止控制。另一方面，对没有发生故障的A相和B相的开关元件Q1～Q4，继续基于PWM信号的导通/截止控制。因此，在图3中，只有发生了故障的C相上级的开关元件Q5被切断，使用与其成对的C相下级的开关元件Q6和A相以及B相的开关元件Q1～Q4，进行基于前述的“准3相方式”的电动机驱动。由此，能够抑制电动机电流的纹波分量且继续电动机M的驱动。
图5表示在A相下级中发生了“完全截止故障”的情况下的、逆变器电路1的状态。在该情况下，如在图16中也叙述那样，由于开关元件Q2和二极管D2一同处于异常(非导通)状态，所以不能在下级再生时再生电流流过逆变器电路1。并且，如图7(i)的虚线所示，在从电力运行状态切换到下级再生状态的定时(时刻t2)，在A相的电动机端子电压中产生负方向的浪涌电压。其结果，开关元件Q1的源极电位下降而成为半导通状态，若基于浪涌电压的大电流流过开关元件Q1，则开关元件Q1击穿。
因此，在图5的情况下，将与发生了故障的A相下级的开关元件Q2成对的、A相上级的开关元件Q1维持为截止状态。详细而言，如图7(a)所示，在从下级再生状态切换到电力运行状态的定时(时刻t3)，不将A相上级的PWM信号设为“H”而依然设为“L”(或者，停止PWM信号本身)，如图7(b)所示，将开关元件Q1依然设为截止状态。另一方面，对没有发生故障的B相和C相的开关元件Q3～Q6，继续基于PWM信号的导通/截止控制。因此，在图5中，发生了故障的A相整体(开关元件Q1、Q2)被切断，使用B相以及C相的开关元件Q3～Q6而进行基于“2相方式”的电动机驱动。由此，即使是在因浪涌电压所引起而开关元件Q1被击穿的情况下，也能够继续电动机M的驱动。
图6表示在A相下级中发生了“不完全截止故障”的情况下的、逆变器电路1的状态。在该情况下，如在图17中也叙述那样，由于只有开关元件Q2处于异常(非导通)状态，二极管D2正常，所以在下级再生时再生电流流过逆变器电路1。因此，不产生如图7(i)所示的浪涌电压，不存在开关元件Q1击穿的顾虑。
因此，在图6的情况下，将与发生了故障的A相下级的开关元件Q2成对的、A相上级的开关元件Q1不维持为截止状态，而是如通常那样进行导通/截止控制。详细而言，如图7(a)所示，在从下级再生状态切换到电力运行状态的定时(时刻t3)，如虚线那样，将A相上级的PWM信号设为“H”，如图7(b)的虚线所示，使开关元件Q1导通。然后，以后也继续对于开关元件Q1的PWM信号的施加，将开关元件Q1进行导通/截止控制。另一方面，对没有发生故障的B相和C相的开关元件Q3～Q6，继续基于PWM信号的导通/截止控制。因此，在图6中，只有发生了故障的A相下级的开关元件Q2被切断，使用与其成对的A相上级的开关元件Q1和B相以及C相的开关元件Q3～Q6，进行基于“准3相方式”的电动机驱动。由此，能够抑制电动机电流的纹波分量且继续电动机M的驱动。
如以上所示，根据本实施方式，在任一个相中发生的截止故障为“完全截止故障”的情况下(图2、图5)，采用切断发生了故障的相整体、使用了正常的2相的开关元件的基于“2相方式”的驱动。此外，在任一个相中发生的截止故障为“不完全截止故障”的情况下(图3、图6)，采用只切断发生了故障的开关元件、使用了与该元件成对的开关元件和正常的2相的开关元件的基于“准3相方式”的驱动。这样，通过选择与开关元件的截止故障的方式对应的驱动方式，能够在适当的控制下继续电动机M而驱动。
图8是表示了检测故障的顺序的流程图。本流程图的各步骤由构成控制部3的微型计算机执行。
在步骤S1中，检测逆变器电路1的各开关元件Q1～Q6的漏极-源极间的电压。虽然在图1中省略图示，但在开关元件Q1～Q6的两端上，如图9所示，设置有电压检测电路7。在图9中，只表示了在开关元件Q1上设置的电压检测电路7，但在其他的开关元件Q2～Q6上，也分别设置有同样的电压检测电路7。各开关元件Q1～Q6的漏极-源极间的电压Vds由该电压检测电路7所检测。由电压检测电路7检测出的电压输入到控制部3。电压检测电路7是本发明中的“第二电压检测部件”的一例。
在检测漏极-源极间的电压Vds时，对开关元件Q1～Q6的各栅极g错开定时而施加导通信号(H电平信号)。并且，在施加导通信号的状态、即控制部3对开关元件进行导通控制的状态下，由电压检测电路7依次检测各开关元件Q1～Q6的漏极-源极间的电压Vds。此时，若在开关元件中没有发生截止故障，则该元件通过导通信号而处于导通(导通)状态，所以在漏极-源极间只出现微小的电压。相对于此，若在开关元件中发生截止故障，则尽管施加导通信号，该元件也处于非导通(截止)状态，所以在漏极-源极间出现大的电压。因此，在由电压检测电路7检测出的电压的值为预定值以上的情况下，能够判定为在开关元件Q1～Q6中发生了截止故障。
在步骤S2中，故障检测部33基于在步骤S1中检测出的漏极-源极间的电压Vds，判定有无各开关元件Q1～Q6中的截止故障。由此，在发生了截止故障的情况下，确定发生了故障的开关元件和发生了故障的相以及臂。在判定的结果，没有发生截止故障的情况下(步骤S2；否)，进入步骤S8，通过通常的3相方式而驱动电动机M。另一方面，在发生了截止故障的情况下(步骤S2；是)，进入步骤S3。
在步骤S3中，从驱动电路2输出PWM信号，将开关元件Q1～Q6进行导通/截止控制，驱动逆变器电路1。
在步骤S4中，由电压检测电路4、5、6检测在逆变器电路1从电力运行状态切换到再生状态时的、发生了截止故障的相的电动机端子电压(图1的Va、Vb、Vc)。例如，在图2以及图3的情况下，由于在C相的上级的开关元件Q5中发生截止故障，所以由电压检测电路6检测在从电力运行状态切换到上级再生状态时(图4的时刻t4)的、C相的电动机端子电压Vc(图4(j))。此外，在图5以及图6的情况下，由于在A相的下级的开关元件Q2中发生截止故障，所以由电压检测电路4检测在从电力运行状态切换到下级再生状态时(图7的时刻t2)的、A相的电动机端子电压Va(图7(i))。
在步骤S5中，判定在步骤S4中检测出的电动机端子电压是否为超过阈值电压的浪涌电压。在图2或图5的情况下(完全截止故障)，由于开关元件和二极管一同成为异常(非导通)而不会流过再生电流，所以如图4(j)或图7(i)所示，在电动机端子电压中出现浪涌电压。另一方面，在图3或图6的情况下(不完全截止故障)，由于经由正常的二极管而流过再生电流，所以在电动机端子电压中不会出现浪涌电压。
因此，在步骤S5中的判定的结果，电动机端子电压为浪涌电压的情况下(步骤S5；是)，判断为发生了完全截止故障，进入步骤S6，转移到基于2相方式的电动机驱动。即，将与发生了截止故障的开关元件成对的开关元件维持为截止状态，切断发生了故障的相整体，以剩余的2相的开关元件来继续电动机M的驱动。
另一方面，在步骤S5中的判定的结果，电动机端子电压不是浪涌电压的情况下(步骤S5；否)，判断为发生了不完全截止故障，进入步骤S7，转移到基于准3相方式的电动机驱动。即，不将与发生了截止故障的开关元件成对的开关元件设为截止状态，而是由该元件和剩余的2相的开关元件来继续电动机M的驱动。
另外，也可以多次反复步骤S4、S5，对检测出的电动机端子电压被判定为浪涌电压的次数进行计数，在该次数连续了预定次数的情况下，判断为发生了完全截止故障。
此外，也可以在步骤S2、S5中检测出故障的情况下，控制部3输出用于报告这些故障的警报，基于该警报，使灯点亮或者使显示部进行故障的显示。
在本发明中，除了上述的实施方式以外，也能够采用如以下的各种实施方式。
在所述实施方式中，作为逆变器电路1的开关元件Q1～Q6，使用了具有寄生二极管D1～D6的FET，但本发明并不限定于此。例如，也可以代替FET而使用晶体管，对各晶体管并联连接相对于电源Vd成为反向的二极管。此外，作为开关元件，也可以除了FET或晶体管以外还使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等。
在所述实施方式中，作为逆变器电路1的开关元件Q1～Q6，使用了n沟道型的MOS-FET，但取而代之，也可以使用p沟道型的MOS-FET。
在所述实施方式中，与控制部3分开设置了驱动电路2，但也可以在控制部3中组装驱动电路2。
在所述实施方式中，作为电动机M，举3相电动机为例，但本发明还能够应用于驱动4相以上的多相电动机的装置。此外，在所述实施方式中，作为电动机M，举无刷电动机为例，但本发明还能够应用于驱动除此以外的电动机的装置。
在所述实施方式中，举将本发明应用于在车辆的电动助力转向装置中使用的电动机驱动装置为例，但本发明还能够应用于除此以外的电动机驱动装置。进一步，在所述实施方式中，作为负载，举电动机M为例，但本发明还能够应用于驱动电动机以外的负载的装置。

Claims (4)

1.一种负载驱动装置，包括：
逆变器电路，具有对3相以上的多个相的各相设置的上下一对的臂，对各相的上臂和下臂的每一个设置了开关元件；以及
控制部，控制各所述开关元件的导通/截止，
对各所述开关元件，以相对于电源成为反向的方式并联连接了二极管，
所述负载驱动装置基于各所述开关元件的导通/截止，从电源经由所述逆变器电路对负载供应电流，其特征在于，
还包括故障检测部件，该故障检测部件检测所述开关元件的故障、以及与该开关元件并联连接的所述二极管的故障，
所述控制部
在所述故障检测部件判定为检测出在某一相的上下的任一个臂中设置的开关元件不导通的故障且没有检测出与该开关元件并联连接的所述二极管不导通的故障的情况下，将与所述故障的开关元件成对的该相的开关元件以及其他的相的各开关元件分别进行导通/截止控制，
在所述故障检测部件判定为检测出在某一相的上下的任一个臂中设置的开关元件不导通的故障且检测出与该开关元件并联连接的所述二极管不导通的故障的情况下，将与所述故障的开关元件成对的该相的开关元件维持截止状态且将其他的相的各开关元件进行导通/截止控制。
2.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，
还包括第一电压检测部件，该第一电压检测部件检测所述负载的端子电压，
所述故障检测部件判定在所述逆变器电路从电力运行状态切换到再生状态的时刻由所述第一电压检测部件检测出的电压是否为超过阈值电压的浪涌电压，在所述电压为浪涌电压的情况下，判定为所述开关元件和与该开关元件并联连接的所述二极管一同发生了故障。
3.如权利要求2所述的负载驱动装置，其特征在于，
所述故障检测部件在将在所述时刻检测出的所述负载的端子电压判定为浪涌电压的次数连续了预定次数的情况下，判定为所述开关元件和与该开关元件并联连接的所述二极管一同发生了故障。
4.如权利要求1至权利要求3的任一项所述的负载驱动装置，其特征在于，
还包括第二电压检测部件，该第二电压检测部件检测所述开关元件的两端的电压，
所述故障检测部件在以所述控制部将所述开关元件进行导通控制的状态下，由所述第二电压检测部件检测出的该开关元件的两端的电压为预定值以上的情况下，判定为该开关元件发生了故障。
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