CN108540006B - 马达逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够容易地判定有无短路的马达逆变器。个人计算机(60)随着键开关(55)的接通，将预充电驱动用元件(51)接通，使主电容器(40)的电压上升至预先规定的能够判定有无短路的电压，若主电容器(40)留存电荷，根据在预充电驱动用元件(51)断开的状态下使逆变器电路(20)的开关元件(S1～S6)进行开关动作时流通于逆变器电路(20)的电流及主电容器(40)的电压的至少一方，来判定有无相间短路。

Description

马达逆变器
技术领域
本发明涉及一种马达逆变器。
背景技术
关于具备预充电电路的马达逆变器，在专利文献1中，是在预充电状态下使逆变器电路的开关元件进行开关动作，根据预充电状态下使逆变器电路的开关元件进行开关动作时流通于逆变器电路的电流或电容器的电压，来判定有无短路。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2014-87204号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
不过，专利文献1公开的技术如本公报的图5所示，会进行用于维持检查电压的处理，而需要用于所述处理的运算。尤其是，在具备预充电电路的马达逆变器中，判定有无短路时，若使用专利文献1公开的方法，就需要等待预充电充分完成的时间，在希望尽快启动可运转状态的情况下，受到该启动时间限制。
本发明的目的在于提供一种能够容易地判定有无短路的马达逆变器。
[解决问题的技术机构]
技术方案1所述的发明主要涉及一种马达逆变器，具备：逆变器电路，具有桥接的多个开关元件，输入侧连接直流电源且输出侧连接马达的各相绕组，通过所述开关元件的开关动作将所述马达的各相绕组通电，以驱动所述马达；电容器，并联连接于所述逆变器电路的输入侧；及预充电电路，经由操作开关连接于所述直流电源，随着所述操作开关的接通，在连接于所述逆变器电路的输入侧和所述直流电源之间的主继电器闭路之前先对所述电容器进行预充电；所述马达逆变器具备：开闭机构，设置于所述预充电电路上的向所述电容器储存电荷的储存线；控制机构，随着所述操作开关的接通，将所述开闭机构关闭，使所述电容器的电压上升至预先规定的能够判定有无短路的电压，若所述电容器留存电荷，就在打开所述开闭机构的状态下使所述逆变器电路的开关元件进行开关动作；以及判定机构，根据在所述电容器留存电荷且所述开闭机构打开的状态下，由所述控制机构使所述逆变器电路的开关元件进行开关动作时流通于所述逆变器电路的电流及所述电容器的电压的至少一方，来判定有无短路。
根据技术方案1所述的发明，通过控制机构，随着操作开关的接通将开闭机构关闭，使电容器的电压上升至预先规定的能够判定有无短路的电压，若电容器留存电荷，就在开闭机构打开的状态下使逆变器电路的开关元件进行开关动作。通过判定机构，根据在电容器留存电荷且开闭机构打开的状态下由控制机构使逆变器电路的开关元件进行开关动作时流通于逆变器电路的电流及电容器的电压的至少一方，来判定有无短路。
由此，能够在打开开闭机构的状态下判定有无短路，无需用于维持检查电压的处理，就能够容易地判定有无短路。
如技术方案2记载的那样，在技术方案1所述的马达逆变器中，所述判定机构可根据所述电容器的电压的下降程度来判定有无短路。这种情况下，能够准确地判定有无短路。
像技术方案3记载的那样，在技术方案1或2所述的马达逆变器中，可还具备重新预充电控制机构，所述重新预充电控制机构在判定有无短路时所述电容器的电压下降得低于阈值的情况下，将所述开闭机构关闭，再次对电容器进行预充电，然后将所述主继电器闭路。这种情况下，能够避免继电器接点接通(闭路)时电容器突然流通大电流，从而保护电容器。
[发明的效果]
根据本发明，能够容易地判定有无短路。
附图说明
图1是实施方式的马达逆变器的电路构成图。
图2是用于说明马达逆变器的作用的流程图。
图3是用于说明马达逆变器的作用的流程图。
图4是表示电容器电压、预充电驱动用元件、诊断模式的时序图。
图5是表示用于说明另一例的电容器电压、预充电驱动用元件、诊断模式的时序图。
图6是表示用于对比的电容器电压、预充电驱动用元件、诊断模式的时序图。
具体实施方式
下面，按照附图来说明将本发明具体化的一实施方式。
如图1所示，马达逆变器(两相逆变器)10具备逆变器电路20、及微型计算机(microcomputer)60。在逆变器电路20的输入侧连接作为直流电源的电池70，且在输出侧连接马达80。马达80是使用3相交流马达。马达80具有绕组81、82、83，马达80的各相绕组81、82、83连接在逆变器电路20的输出侧。
逆变器电路20设有作为马达驱动用元件的6个开关元件S1～S6。各开关元件S1～S6是使用IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)。另，也可以使用功率MOSFET作为开关元件。各开关元件S1～S6上分别反并联连接反馈二极管D1～D6。
逆变器电路20中，第1及第2开关元件S1、S2、第3及第4开关元件S3、S4、第5及第6开关元件S5、S6分别串联连接。并且，第1、第3及第5开关元件S1、S3、S5连接于电池70的正极端子侧，第2、第4及第6开关元件S2、S4、S6连接于电池70的负极端子侧。
分别为构成U相用上下臂的开关元件S1、S2之间的连接点连接于马达80的U相端子，构成V相用上下臂的开关元件S3、S4之间的连接点连接于马达80的V相端子，构成W相用上下臂的开关元件S5、S6之间的连接点连接于马达80的W相端子。像这样，逆变器电路20具有桥接的多个开关元件S1～S6。第1开关元件S1是U相的上臂用开关元件，第2开关元件S2是U相的下臂用开关元件。第3开关元件S3是V相的上臂用开关元件，第4开关元件S4是V相的下臂用开关元件。第5开关元件S5是W相的上臂用开关元件，第6开关元件S6是W相的下臂用开关元件。
在逆变器电路20和马达80之间，设有U相电流传感器65及W相电流传感器66。U相电流传感器65及W相电流传感器66对供给至马达80的3相电流Iu、Iv、Iw中的2相(本实施方式中，为U相及W相)的电流Iu、Iw的电流值进行检测。
在逆变器电路20的输入侧，主电容器40和电池70并联连接。主电容器40是将多个电容器并联连接而构成。第1、第3及第5开关元件S1、S3、S5连接于主电容器40的正极端子侧，第2、第4及第6开关元件S2、S4、S6连接于主电容器40的负极端子侧。
像这样，在逆变器电路20的输入侧，连接着并联连接的电池70及主电容器40。即，在马达逆变器10具备的逆变器电路20的输入侧，并联连接主电容器40，利用该主电容器40使电池70的电源、电压平滑化。
构成逆变器的控制装置的微型计算机60具备存储器，存储器中存储驱动马达80所需的各种控制程序及其执行所需的各种数据、映射。
微型计算机60上经由驱动电路(省略图示)连接有各开关元件S1～S6的栅极。并且，利用微型计算机60控制开关元件S1～S6，将电池70的直流变换成交流后供给至马达80的各相绕组。由此，驱动马达80。此外，在微型计算机60上连接着U相电流传感器65及W相电流传感器66。微型计算机60基于各电流传感器65、66的检测信号，将控制马达80变成目标输出的控制信号经由驱动电路输出至各开关元件S1～S6。并且，逆变器电路20将从电池70及主电容器40供给的直流变换成适当频率的3相交流，并供给至马达80的各相绕组。即，通过开关元件S1～S6的开关动作，马达80的各相绕组通电，可驱动马达80。
在电池70的正极端子和主电容器40及逆变器电路20之间的电源线上设有主继电器30。即，在逆变器电路20的输入侧和电池70之间连接有主继电器30。主继电器30具备继电器接点31和继电器线圈32，继电器接点31插入至电池70的正极端子和主电容器40及逆变器电路20之间的电源线。并且，通过使继电器线圈32通电，继电器接点31关闭。继电器线圈32的一端连接于电源电路35，且继电器线圈32的另一端经由主继电器驱动用元件(晶体管)38及电阻39而接地。主继电器驱动用元件(晶体管)38的栅极连接于微型计算机60，若通过微型计算机60使主继电器驱动用元件(晶体管)38接通，则使继电器线圈32激磁。由此，主继电器30的继电器接点31关闭。
此外，马达逆变器10具备预充电电路50。预充电电路50具备预充电驱动用元件(晶体管)51、预充电电阻52及二极管53。预充电驱动用元件(晶体管)51、预充电电阻52及二极管53串联连接。预充电驱动用元件(晶体管)51的一端经由键开关55和电池70的正极端子连接，且预充电驱动用元件(晶体管)51的另一端经由预充电电阻52和二极管53的阳极连接。二极管53的阴极和主继电器30与主电容器40之间的连接点A连接。并且，通过在键开关55关闭的状态下接通预充电驱动用元件(晶体管)51，能够利用电池70通过键开关55、预充电驱动用元件(晶体管)51、预充电电阻52、二极管53对主电容器40进行预充电。像这样，预充电电路50的作用是经由作为操作开关的键开关55连接电池70，随着键开关55的接通，在主继电器30闭路之前先对主电容器40进行预充电。
电源电路35中可利用二极管36通过主继电器30供给电池70的电力，且可利用二极管37通过键开关55供给电池70的电力。
利用电压检测电路61检测主继电器30和主电容器40之间的电位，将结果送往微型计算机60，由此微型计算机60侦测主电容器40的两端电压(电容器电压)。此外，利用电压检测电路62检测键开关55和预充电驱动用元件(晶体管)51之间的电位，将其结果送往微型计算机60，由此微型计算机60侦测键开关55的接通/断开状态。
根据本实施方式，预充电驱动用元件51作为设于预充电电路50的向主电容器40储存电荷的储存线上的开闭机构发挥功能。即，马达逆变器10具备作为设于预充电电路50的向主电容器40储存电荷的储存线的开闭机构的预充电驱动用元件51。
接下来，对马达逆变器10(控制装置)的作用进行说明。
首先，对无相间短路的正常时的马达的控制动作进行说明。
微型计算机60将开关元件S1、S4、S6同时接通而流通U相电流Iu。此外，将开关元件S3、S2、S6同时接通而流通V相电流Iv。而且，将开关元件S5、S2、S4同时接通而流通W相电流Iw。像这样，马达逆变器10的动作是，从电池70(主电容器40)输入直流电压，将桥接的开关元件S1～S6接通、断开，随着所述接通、断开动作，输出侧的马达80通电。此时，微型计算机60进行调整以用各相流通所需电流。若正常动作结束，微型计算机60将主电容器40储存的电荷流入马达80的绕组进行放出(放电)。
接着，对随着键开关55的接通进行的相间短路的有无判定处理进行说明。
微型计算机60执行图2所示的处理。
图2中，微型计算机60在步骤S100中判定键开关55是否接通，若键开关55接通则进行至步骤S101。在图4中，t1的时序表示键开关55接通的状况。图2中，微型计算机60在步骤S101中接通预充电驱动用元件51。由此，在图4中，t1的时序以后，主电容器40的电压不断上升。之后，图2中，微型计算机60进行至步骤S102。微型计算机60在步骤S102中判定主电容器40的电压是否以达到阈值。若主电容器40的电压未达到阈值，则微型计算机60返回到步骤S101中。
图4中，t2的时序表示主电容器40的电压已达到阈值的状况。图2中，在步骤S102中若主电容器40的电压达到阈值，则微型计算机60进行至步骤S103，将预充电驱动用元件51断开。
即，随着作为操作开关的键开关55接通，将预充电驱动用元件51接通(闭合)，使主电容器40的电压上升至预先规定的能够判定有无短路的电压(阈值)，若主电容器40留存电荷，则变成预充电驱动用元件51断开的状态(打开状态)。
之后，微型计算机60进行至步骤S104，设定诊断模式，进行相间短路的有无判定。图4中，t2～t3的期间是诊断模式启用的状态，诊断模式启用的状态下，预充电驱动用元件51断开。
像这样，根据在主电容器40留存电荷且预充电驱动用元件51断开的状态(打开状态)下由作为控制机构的微型计算机60使逆变器电路20的开关元件S1～S6进行开关动作时流通于逆变器电路20的电流及主电容器40的电压的至少一方，来判定有无相间短路。流通于逆变器电路20的电流可以用电流传感器65、66检测，主电容器40的电压可以用电压检测电路61检测。此外，微型计算机60可以根据主电容器40的电压的下降程度来判定有无相间短路。
在诊断模式中，微型计算机60执行图3所示的处理。
图3中，微型计算机60在步骤S200中控制开关元件S1～S6，在步骤S201中判定主电容器40的电压的下降量是否在特定范围内。或者，微型计算机60在步骤S201中检测流通于逆变器电路20的电流，并判定检测电流是否在特定范围内。
若在步骤S201中主电容器40的电压的下降量在特定范围内、或者检测电流在特定范围内，则微型计算机60在步骤S202中判定为正常。若判定为正常，则微型计算机60对应接通主继电器30的主继电器驱动用元件38启用主继电器驱动输出。此时，主电容器40被充电，所以不增加冲击电流，从而可以将主继电器30关闭。
另一方面，若在步骤S201中主电容器40的电压的下降量超出特定范围、或者检测电流超出特定范围，则微型计算机60在步骤S203中判定为异常。
说明相间短路的有无判定处理的例子。
按以下方式进行输出端子间的马达逆变器10的外部的U相-V相间、U相-W相间的短路的检查。微型计算机60对U相上臂的开关元件S1施加脉冲，将U相下臂的开关元件S2断开，将V相上臂的开关元件S3断开，将V相下臂的开关元件S4接通，将W相上臂的开关元件S5断开，将W相下臂的开关元件S6接通。由此，变成从U相的上臂(开关元件S1)通过马达80流通电流的状况。并且，若主电容器40的电压的下降量超出特定范围、或者检测电流超出特定范围，则微型计算机60判定为异常。即，可发现U-V间的端子间短路(外部短路)、或者U-W间的端子间短路(外部短路)。以此方式检测到异常时进行报警等。
按以下方式进行输出端子间的马达逆变器10的外部的V相-U相间、V相-W相间的短路的检查。微型计算机60将U相上臂的开关元件S1断开，将U相下臂的开关元件S2接通，对V相上臂的开关元件S3施加脉冲，将V相下臂的开关元件S4断开，将W相上臂的开关元件S5断开，将W相下臂的开关元件S6接通。由此，变成从V相的上臂(开关元件S3)通过马达80流通电流的状况。并且，若主电容器40的电压的下降量超出特定范围、或者检测电流超出特定范围，则微型计算机60判定为异常。即，可发现V-U间的端子间短路(外部短路)、或者V-W间的端子间短路(外部短路)。以此方式检测到异常时进行报警等。
按以下方式进行输出端子间的马达逆变器10的外部的W相-U相间、W相-V相间的短路的检查。微型计算机60将U相上臂的开关元件S1断开，将U相下臂的开关元件S2接通，将V相上臂的开关元件S3断开，将V相下臂的开关元件S4接通，对W相上臂的开关元件S5施加脉冲，将W相下臂的开关元件S6断开。由此，变成从W相的上臂(开关元件S5)通过马达80流通电流的状况。并且，若主电容器40的电压的下降量超出特定范围、或者检测电流超出特定范围，则微型计算机60判定为异常。即，可发现W-U间的端子间短路(外部短路)、或者W-V间的端子间短路(外部短路)。以此方式检测到异常时进行报警等。
像这样，如图4所示电池电压和电容器电压的电位差例如为5V左右的状态下，可停止预充电，转向相间短路检查(相间短路的有无判定)，从而能够缩短预充电时间。
即，断开预充电驱动用元件51将预充电电阻52设为非通电状态，根据检查中流通的电流及主电容器40的电压下降量的至少一方来判断是否相间短路(进行相间短路的有无判定)。此外，由于预充电驱动用元件51的断开在继电器接点31接通(闭路)之前，所以利用主电容器40残留的电荷，向马达80侧流通检查电流。
下面，详细地进行说明。
如图4所示，在电池电压(例如36V)和电容器电压的电位差例如为5V的状态、即电容器电压例如为31V的状态下，判断成为能够判断有无相间短路的状态，将预充电驱动用元件51断开而结束预充电。并且，开始相间短路检查(相间短路的有无判定)。此时，根据施加电流等假定的电压下降量，可以通过和根据主电容器40的电容、马达的绕组81、82、83的电阻值决定的值进行对比来判定良否。即，实际流通于马达的电流、或电压下降量超过阈值时判定为异常。
图6是比较例。
图6中，需要等待预充电充分完成的时间(例如2秒钟)，在希望尽快启动可运转状态的情况下，受到该启动时间限制。另一方面，若预充电中设定诊断模式，会在预充电充分完成之前开始诊断。结果是，在主电容器40的电压上升进行过程中流通电流，要获得特定的电压下降量需要花费一定时间。取而代之地，若在预充电中将主电容器(电解电容器)40的电压保持固定的状态下进行判定，则用于判定有无相间短路的电压变动较小。
相对于此，在本实施方式中，可以在键开关55接通后，快速地在短时间内进行相间短路检查(相间短路的有无判定)。此外，由于将主电容器40和电池70遮断，所以能够准确地利用电压下降量进行马达相间短路的检测(相间短路的有无判定)。
根据所述实施方式，能够获得如下效果。
(1)作为马达逆变器10的构成，作为控制机构的微型计算机60随着作为操作开关的键开关55接通，将预充电驱动用元件51接通し(闭合)，使主电容器40的电压上升至预先规定的能够判定有无短路的电压，若主电容器40留存电荷，则在预充电驱动用元件51断开的状态(打开状态)下使逆变器电路20的开关元件S1～S6进行开关动作。作为判定机构的微型计算机60根据在主电容器40留存电荷且预充电驱动用元件51断开的状态(打开状态)下由作为控制机构的微型计算机60使逆变器电路20的开关元件S1～S6进行开关动作时流通于逆变器电路20的电流及主电容器40的电压的至少一方，来判定有无相间短路。由此，使用主电容器40残留的电荷来判定马达的相间短路的有无(检测有无异常)，所以能够容易地判定有无相间短路。
(2)在预充电完成前将作为开闭机构的预充电驱动用元件51开路(断开)的状态下进行判定，由此将作为操作开关的键开关55接通后能够快速地判定有无短路。
(3)作为判定机构的微型计算机60根据主电容器40的电压的下降程度来判定有无相间短路，所以能够准确地判定有无相间短路。
实施方式并不限定于所述说明，例如也能够按如下方式具体化。
〇也可以只监视电流来判定有无相间短路。此外，也可以只监视电压下降量来判定有无相间短路。而且，还可以监视电流和电压两方来判定有无相间短路。此外，还能够监视电流和电压两方来检测电流或电压任一个的异常。
〇如图5所示，构成还可以具备作为重新预充电控制机构的微型计算机60，所述重新预充电控制机构在判定有无相间短路时主电容器40的电压下降得低于阈值(例如10V)的情况下，将作为开闭机构的预充电驱动用元件51接通(闭合)，再次对主电容器40进行预充电，然后将主继电器30闭路。即，在判定有无相间短路时判定为正常但电压过度下降的情况下，再次进行预充电，然后将继电器接点31接通(闭路)。像这样，当主电容器40的电压过度下降时(例如下降到10V时)，判定有无相间短路后，在图5的t10～t11期间再次进行预充电，然后将继电器接点31接通(闭路)。像这样，能够避免继电器接点31接通(闭路)时主电容器40突然流通大电流，从而能够保护主电容器40。
〇相间短路的有无判定时可以到达电池电压、也可以不到达电池电压。
〇至此为止的说明中，对判定有无相间短路的情况进行了说明，但也可以应用于在判定有无相间短路之前先判定有无开关元件的短路的情况。
总之，在判定有无短路时，随着操作开关的接通，将开闭机构关闭，使电容器的电压上升至预先规定的能够判定有无短路的电压，若电容器留存电荷，则根据在开闭机构打开的状态下使逆变器电路的开关元件进行开关动作时流通于逆变器电路的电流及电容器的电压的至少一方，来判定有无短路。
[符号的说明]
10 马达逆变器
20 逆变器电路
30 主继电器
40 主电容器
50 预充电电路
51 预充电驱动用元件
55 键开关
60 微型计算机
70 电池
S1 开关元件
S2 开关元件
S3 开关元件
S4 开关元件
S5 开关元件
S6 开关元件

Claims (3)

1.一种马达逆变器，其特征在于，具备：
逆变器电路，具有桥接的多个开关元件，在输入侧连接直流电源并在输出侧连接马达的各相绕组，通过所述开关元件的开关动作，所述马达的各相绕组通电，以驱动所述马达；
电容器，并联连接于所述逆变器电路的输入侧；
预充电电路，包含：开闭机构，所述开闭机构设置于储存线，电荷通过所述储存线而留存于所述电容器，所述预充电电路经由操作开关连接于所述直流电源，随着所述操作开关的接通，在连接于所述逆变器电路的所述输入侧和所述直流电源之间的主继电器闭路之前，先对所述电容器进行预充电；以及
控制机构，构成为：
随着所述操作开关的接通，关闭所述开闭机构，
随着判定所述电荷留存于所述电容器且所述电容器的电压达到第1预定电压值，打开所述开闭机构；以及
根据在所述电荷留存于所述电容器且打开了所述开闭机构时流通于所述逆变器电路的电流及所述电容器的电压的至少一方，来判定有无短路；其中
随着判定有无所述短路时判定所述电容器的所述电压下降到低于第2预定电压值，所述控制机构关闭所述开闭机构以再次对所述电容器进行预充电，所述第2预定电压值小于所述第1预定电压值。
2.根据权利要求1所述的马达逆变器，其特征在于：
所述控制机构是：随着所述电容器的电压的下降程度小于预定的电压下降程度，而判定没有短路。
3.根据权利要求1或2所述的马达逆变器，其特征在于：
所述控制机构是微型计算机。
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