CN108684214A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有对构成一相的上臂的开关元件4进行驱动的驱动电路11a、对构成所述一相的下臂的开关元件5进行驱动的驱动电路11b、及向驱动电路11a、11b传送控制信号的控制电路9的电力变换装置，其具备分别向驱动电路11a、11b供给电源的电源电路12a、12b、向一个电源电路12a供给电源的低压电源6、及向另一个电源电路12b供给电源的高压电源1。据此，不仅可最低限度地对电源、电源生成电路等进行冗长化，还可实现发生异常时的短路模式以切实地保护系统。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明例如涉及对电动机等旋转电机进行驱动的逆变器(inverter)等的电力变换装置(也称电力转换装置)。
背景技术
在混合动力汽车等电动车辆中使用的由逆变器和旋转电机构成的电机系统中，当构成系统的部件发生异常时，为了保护系统不继续受损伤，熟知有一种通过对构成逆变器的半导体开关元件进行操作以切换至使旋转电机的绕线(也称绕组(winding))短路的短路模式(mode)的技术。
这里，对通过控制构成逆变器的开关元件以使旋转电机的绕线短路的方法进行说明。为了使旋转电机的绕线短路，例如，如图8所示，在具备由直流电源100、平滑电容器(也称滤波电容器)201、及直流/交流变换部202构成的三相逆变器200和旋转电机300的电机系统中，只要将构成逆变器200的下臂的三个开关元件接通(on)，并将构成上臂的三个开关元件切断(off)即可。此外，各臂的开关元件的接通·切断可与上述相反。
构成系统的部件的异常也包括对逆变器200的开关元件进行驱动的驱动电路和/或控制电路、向这些电路提供电源的电源电路(图中均未示)等的异常。但是，例如一旦电源电路发生故障，即使想要切换至前述的短路模式以包护系统，由于不能进行开关元件的控制，所以也无法进行短路操作。
例如，专利文献1中记载了一种用于解决上述问题的手段。
图9是表示专利文献1中记载的现有技术的电路图。图9中，401为DC/DC转换器(也称变换器(converter))，402为动作状态检测装置，403为控制电路，404为开关装置，其他部分则被赋予了与图8相同的符号。
该现有技术中，平常时来自外部电源的直流电压(低压)U1作为电源而被供给至控制电路403。动作状态检测装置402对包括电压U1的各部件的电压、电流等进行监视，在检测到电压U1的异常的情况下，由DC/DC转换器401将直流电源100的电压(高压)U2转换为预定值并将其供给至控制电路403，由此可继续进行开关元件的控制。
即，该现有技术中，通过使用低压电源和高压电源对供给至控制电路403的供给电源进行冗长化(redundancy)，可应对电源电路的故障。
一般而言，构成逆变器的开关元件的驱动电路中需要设置与控制电路绝缘的绝缘电源电路。
专利文献1中并未言及这种绝缘电源电路，即使对供给电源进行了冗长化，在电源电路发生了故障的情况下，也无法实现上述的短路模式。
相对于此，专利文献2中公开了一种由低压电源和高压电源对供给至驱动电路的电源的供给源进行冗长化，并对生成供给至驱动电路的供给电源的电源电路也进行冗长化的技术。
图10是表示该现有技术的框图，示出了驱动旋转电机的逆变器的一相的结构。
图10中，501是作为低压电源的供电单元，502是作为驱动电路用电源电路的相供电单元，503是紧急动作时控制部，504是对相供电单元502的输出电压进行监视的比较电路，505是对驱动电路用辅助电源电路507的输出电压进行监视的比较电路，506是作为高压电源的能量供给网，508是或电路(OR circuit)，509是控制单元，510是驱动电路，511是切换开关，512是开关控制单元，513是作为输出级(output stage)的逆变器主电路。需要说明的是，A和B为阈值，C表示紧急动作时控制信号。
该现有技术中，平常时电源从供电单元501经由相供电单元502及或电路508被供给至驱动电路510。此外，当供电单元501和/或相供电单元502发生了故障时，变为电源从能量供给网506经由驱动电路用辅助电源电路507及或电路508被供给至驱动电路510。
图11是专利文献2中记载的逆变器的整体结构图，通过将所述供电单元501和/或控制单元509作为共同部分，并具有三相的其他部分，构成了逆变器500。
图11中，514U、514V、及514W是具有相同结构的输出级单元，515是作为高压电源的电池，516是开关，其他部分则被赋予了与图10相同的参照符号。
专利文献2中，通过被提供低压电源的相供电单元502和被提供高压电源的驱动电路用辅助电源电路507等，电源电路本身也被进行了冗长化。所以，无论在哪个电源电路发生了故障的情况下，也都能实现旋转电机的短路模式，由此可解决专利文献1具有的问题。
但是，专利文献2中，为了可提供低压电源和高压电源中的任意一个所需的电力，需要在逆变器500的全相中设计电源电路，为此，存在图11的输出级单元514U、514V、及514W的结构也变得复杂，招致逆变器500的大型化和高成本化的问题。
需要说明的是，如专利文献1、2所述，在系统发生了异常的情况下，通过使旋转电机的绕线短路以保护电路，尤其在电动车辆发生了碰撞等的紧急情况下，为了确保乘员(passenger)的安全，还要求切断主电池以使逆变器的输出电压在预定时间内降低至规定值以下。
如果在这样的状态下仍持续旋转电机的短路模式，则能量无法提供至主电路的直流母线，一旦连接于正负的直流母线之间的平滑电容器的蓄积能量用尽，用于使绕线短路控制电路进行动作的电源电路就会停止，其中，该绕线短路控制电路用于使旋转电机的绕线短路。其结果为，尽管旋转电机处于发电状态，短路模式解除后直流母线电压上升，在至绕线短路控制电路的动作(操作)导致旋转电机的绕线再次短路的期间，存在直流母线电压超过规定值的可能性。
为此，专利文献3中记载了如下一种技术，即，对主电路的直流母线电压进行检测，如果该电压为预设阈值(短路切断(off)阈值)以下，则解除旋转电机的绕线短路，如果直流母线电压再次上升并超过了阈值(短路接通(on)阈值)，则再使绕线短路。
图12是专利文献3中记载的逆变器的框图。
图12中，600为逆变器，601为12[V]电源等的低压电源，602为马达控制基板，603为门极驱动(gate drive)基板，604为高电压分压电路，605为微机(microcomputer)，606为电源电路，607为驱动电路，608为三相桥式IGBT模块，609为触点(contactor)，610为高压电源，611为平滑电容器。
尽管并未图示，但IGBT模块608的交流输出侧连接了三相马达等的旋转电机。
该现有技术中，与高压电源610相连的电源电路606生成电源电压并将其供给至驱动电路607和微机605。此外，在触点609断开(off)了的情况下，电源电路606使用平滑电容器611的电压生成电源电压。
高电压分压电路604对正侧的直流母线电压进行分压并将分压后的电压供给至微机605，微机605通过检测该电压可对高压电源610或平滑电容器611的电压进行测定。
另外，微机605中经由耦合器(coupler)被输入了从低压电源601供给至马达控制基板602的控制电源电压(例如12[V])，通过检测该电压可对控制电源的正常/异常进行监视。
此外，在判断出控制电源的异常的情况下，为了使微机605通过接通(on)IGBT模块608的全相的下臂的IGBT而使旋转电机的绕线短路，向驱动电路607输出三相短路信号。
图13是表示上述逆变器600中的控制电源丧失(消失)时的动作的时序图(timingchart)。下面对该动作进行概略说明。
控制电源(低压电源601)在时刻t1丧失后，来自上位的控制装置的信号使触点609断开(off)。为此，高压电源610被切断，电压从电容器611被供给至电源电路606，并且电源电压被供给至IGBT模块608的各相的各臂和微机605。此外，来自马达控制基板602的12[V]active信号变为「Low」电平，并且下臂门极控制信号都变为断开(off)。
微机605通过确认到在从时刻t1开始经过了延迟时间后的时刻t2电源电压超过了短路接通(on)阈值而使三相短路控制信号为active，并通过使三相短路信号和下臂门极驱动信号为接通(on)而进入使旋转电机的三相的绕线短路的短路模式。该短路模式中，来自旋转电机的再生电流(regenerative current)不流入平滑电容器611，所以时刻t2之后电源电压逐渐下降。
确认到了电源电压在时刻t3小于短路断开(off)阈值的微机605在经过了延迟时间后的时刻t4使三相短路信号和下臂门极驱动信号为断开(off)。据此，电源电压的降低停止，时刻t4之后来自旋转电机的再生电流使平滑电容器611再次充电，电源电压逐渐上升，之后，反复执行上述动作。即，如果在供给至逆变器600的主电路的电源被切断了的状态下旋转电机处于发电状态，则直流母线电压可维持在预设的短路接通(on)阈值和短路断开(off)阈值之间的范围。
另一方面，专利文献4中公开了如下一种技术，即，将放电电阻和开关元件的串联电路与平滑电容器并联，当使电动车辆停止时，通过断开(off)触点并接通(on)上述开关元件，使平滑电容器快速放电。
因此，如果对专利文献3中记载的旋转电机的绕线短路手段和专利文献4中记载的快速放电手段进行组合，并将其实装于逆变器，则即使在供给至主电路的供给电源被切断且旋转电机处于发电状态的情况下，也可使将直流母线电压维持在预定范围的安全措施更完善。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1](日本)特开2000－14184号公报(段落[0028]～[0039]、图1等)
[专利文献2](日本)专利第5638079号公报(段落[0019]～[0025]、图1、图2等)
[专利文献3](日本)专利第5433608号公报(段落[0032]～[0036]、[0048]～[0056]、图4、图7等)
[专利文献4](日本)专利第5648000号公报(段落[0033]～[0036]、图2、图3等)
发明内容
[发明要解决的课题]
如前所述，半导体开关元件的驱动电路的电源需要进行绝缘，所以印刷基板上需要确保相应的绝缘距离。
专利文献2中记载的技术中，作为电源供给源的低压电源和高压电源之间需要确保预定的绝缘距离，另外，被进行了冗长化的电源电路的相互之间也需要确保预定的绝缘距离，所以这些招致了装置整体的进一步的大型化。
此外，如果设想将专利文献3中记载的绕线短路手段和专利文献4中记载的快速放电手段进行组合，并将其实装于逆变器的情况，则会产生如下所述的新的课题。
即，图13中的短路接通(on)阈值和短路断开(off)阈值被设定为人体不会感电那样的低电压(例如，如「JISD5305－3电动汽车－安全相关规格－第3部分：保护人免受电气危害」所述，为60[V]以下)。这里，专利文献4中的使快速放电停止的阈值(放电停止(off)阈值)也同样地被设定为人体不会感电那样的低电压。另外，为了在最开始采用专利文献4的技术进行快速放电后，即使采用专利文献3的技术解除绕线短路且直流母线电压上升也不会再进行快速放电，各阈值被设定为满足下述关系。
·规定电压(安全电压)＞放电停止(off)阈值＞短路接通(on)阈值＞短路断开(off)阈值
图7示出了直流母线电压、上述各阈值的大小关系、上(下)臂短路信号、及快速放电控制信号的一例。
为了避免放电电阻被烧坏的危险，就短路接通(on)阈值和短路断开(off)阈值而言，需要充分确保相对于放电停止(off)阈值的余量(margin)，所以短路接通(on)阈值和短路断开(off)阈值被分别设定在了低于放电停止(off)阈值的低电压侧。即，就用于以直流母线为电源供给源来实现短路模式的电源生成电路而言，需要被设计为即使在低于直流母线电压的情况下也可进行工作。
另一方面，因为也存在平常驾驶时的直流母线电压的最大值就为600V以上的装置，所以，以主电路的直流母线为电源供给源的电源生成电路的输入电压存在变宽的趋势。
为了可应对这样的较宽范围的输入电压，需对电源生成电路的操作(动作)频率的上限进行限制，其结果为，存在变压器等的周边部件的大型化会导致电源生成电路的尺寸变大的问题。
因此，本发明要解决的课题在于，提供一种不仅可最低限度地对电源、电源生成电路等的电源供给路径进行冗长化，还能防止电路和/或装置整体的大型化和高成本化，并在系统发生异常时也可实现短路模式的电力变换装置。
[用于解决课题的手段]
为了解决上述课题，权利要求1的发明为一种电力变换装置，其具有：对构成一相的上臂的开关元件进行驱动的第1驱动电路、对构成所述一相的下臂的开关元件进行驱动的第2驱动电路、及用于生成对所述第1、第2驱动电路进行控制的控制信号的第1控制电路，所述电力变换装置具备：
第1、第2电源电路，分别向所述第1、第2驱动电路供给电源；
高压电源，向所述第1、第2电源电路中的一个供给电源；及
低压电源，向所述第1、第2电源电路中的另一个供给电源。
权利要求2的发明为权利要求1所述的电力变换装置，其具有：
异常检测单元，对所述第1、第2驱动电路的电源电压的异常进行检测并输出异常检测信号；及异常信号传送电路，将所述异常检测信号传送至所述第1控制电路，
所述第1控制电路将基于所述异常检测信号的异常原因而生成的控制信号经由控制信号传送电路传送至所述第1或第2驱动电路，使构成上臂或下臂的开关元件接通(on)。
权利要求3的发明为权利要求1或权利要求2所述的电力变换装置，其具有：
第2控制电路，从所述高压电源和所述低压电源这两者被供给电源，并且当发生异常时，生成对所述第1或第2驱动电路进行控制的控制信号并将其经由所述控制信号传送电路传送至所述第1或第2驱动电路。
权利要求4的发明为权利要求3所述的电力变换装置，其中，
所述第1控制电路可基于由以所述低压电源为电源供给源的低压侧电源生成电路所生成的电源进行动作，并将通过检测供给至所述低压侧电源生成电路的供给电压或供给至所述第1控制电路的供给电压或者所述第1控制电路本身的异常而生成的异常检测信号输出至所述第2控制电路。
权利要求5的发明为权利要求4所述的电力变换装置，其中，
被输入了来自所述第1控制电路的异常检测信号的所述第2控制电路在基于该异常检测信号识别出供给至所述低压侧电源生成电路的供给电压的异常的情况下，生成通过经由以所述高压电源为电源供给源的所述第1或第2电源电路而对应的驱动电路使对应的臂的开关元件接通(on)的控制信号。
权利要求6的发明为权利要求4或权利要求5所述的电力变换装置，其中，
被输入了来自所述第1控制电路的异常检测信号的所述第2控制电路在基于该异常检测信号识别出供给至所述低压侧电源生成电路的供给电压的异常以外的异常的情况下，生成通过经由所述第1或第2电源电路而对应的驱动电路使上臂或下臂的开关元件接通(on)的控制信号。
权利要求7的发明为一种电力变换装置，其具有：对一相的上下臂中的一个臂的开关元件进行驱动的第1驱动电路、对所述上下臂中的另一个臂的开关元件进行驱动的第2驱动电路、用于生成对所述第1驱动电路进行控制的控制信号的第1控制电路、及用于生成对所述第2驱动电路进行控制的控制信号的第2控制电路，所述电力变换装置具备：
第1电源，作为所述第1驱动电路和所述第1控制电路的电源供给源；及
第2电源，作为所述第2驱动电路和所述第2控制电路的电源供给源。
权利要求8的发明为权利要求7所述的电力变换装置，其特征为，所述第1、第2电源中的一个为高压电源，另一个为低压电源。
权利要求9的发明为权利要求7所述的电力变换装置，具备：
切换单元，当基于第1电源生成预定电源电压的电源生成电路的输出电压小于预定阈值时，将所述第1电源切换至所述第2电源。
权利要求10的发明为权利要求9所述的电力变换装置，其特征为，
所述第1电源为高压电源，所述第2电源为低压电源。
权利要求11的发明为一种电力变换装置，其具有：对一相的上下臂中的一个臂的开关元件进行驱动的第1驱动电路、对所述上下臂中的另一个臂的开关元件进行驱动的第2驱动电路、用于生成对所述第1驱动电路进行控制的控制信号的第1控制电路、及用于生成对所述第2驱动电路进行控制的控制信号的第2控制电路，所述电力变换装置具备：
第1电源生成电路和第2电源生成电路，具有共同的电源供给源，
由所述第1电源生成电路向所述第1控制电路供给电源，并由所述第2电源生成电路向所述第2控制电路供给电源。
权利要求12的发明为权利要求7～权利要求11中的任一项所述的电力变换装置，其中，
所述第1控制电路具备：当检测到自己的异常时将异常检测信号发送至所述第2控制电路的单元；及通过检测电力变换装置或负载变成了预定动作状态而由所述第1驱动电路对上臂或下臂的开关元件进行驱动以使所述负载短路的单元。
权利要求13的发明为权利要求12所述的电力变换装置，其中，
所述第2控制电路具备：用于接收从所述第1控制电路发送的所述异常检测信号的单元；及当检测到电力变换装置或负载变成了预定动作状态时切断由所述第1控制电路所生成的控制信号并由所述第2驱动电路对上臂或下臂的开关元件进行驱动以使所述负载短路的单元。
权利要求14的发明为权利要求7～权利要求11中的任一项所述的电力变换装置，其中，
所述第1控制电路具备：对以所述第2电源为电源供给源的电源生成电路的输出电压的异常进行判断的单元；及当判断出该输出电压的异常时由所述第1驱动电路对上臂或下臂的开关元件进行驱动以使所述负载短路的单元。
权利要求15的发明为权利要求7所述的电力变换装置，其中，
所述第1控制电路和所述第2控制电路具备：对向各控制电路供给电源的电源生成电路的输出电压的异常进行检测的单元；当判断出该输出电压的异常时由从与判断出该异常的一个电源生成电路不同的另一个电源生成电路被供给电源的驱动电路对上臂或下臂的开关元件进行驱动以使所述负载短路的单元。
权利要求16的发明为权利要求7～权利要求15中的任一项所述的电力变换装置，其可执行：
如果作为所述上下臂的串联电路的两端电压的直流母线电压到达了第1阈值，则使所述上臂或下臂的开关元件接通(on)以使负载短路的短路动作；
如果所述直流母线电压到达了低于所述第1阈值的第2阈值，则解除所述短路动作的短路解除动作；及
使与所述串联电路并联的平滑电容器放电的放电动作，
其中，如果所述短路动作导致所述直流母线电压到达了所述第2阈值，则停止所述放电动作并维持其停止状态。
[发明效果]
根据权利要求1～6的发明，当发生了电源生成电路的异常和/或供给至电源电路或控制电路的供给电压的异常时，通过经由健全侧的电源电路和驱动电路对开关元件进行控制，可切实地实现短路模式以保护系统和人体。
此外，也不会过度地对用于向驱动电路供给电源的电路结构进行冗长化，并可在最低限度的电路规模和绝缘距离的基础上实现装置整体的小型化。
就权利要求7、11的发明而言，第1驱动电路和第1控制电路的电源供给源与第2驱动电路和第2控制电路的电源供给源分离，或者，第1电源生成电路和第2电源生成电路具有共同的电源供给源，从第1电源生成电路向第1驱动电路和第1控制电路供给电源，并从第2电源生成电路向第2驱动电路和第2控制电路供给电源。
为此，即使在一个电源供给源或电源生成电路发生了异常的情况下，也可由另一个电源供给源或电源生成电路向相对于预定臂的开关元件的驱动电路和控制电路进行电源供给，由此可切实地实现负载的短路模式以保护系统。
此外，由于不需要按照每个相(phase)对电源生成电路进行冗长化，所以还可实现装置的小型化和成本的降低。
根据权利要求8、10的发明，就两个电源供给源中的以高压电源为电源供给源的电路而言，只要高压部残留有能量就可供给电源，所以可避免电源丧失等引起的保护动作的失效，由此可提高人体的安全性。
根据权利要求9的发明，即使来自第1电源的电源的供给时机迟于第2电源，也可取代第1电源而从第2电源进行电源的供给。所以，可消除以第1电源为电源供给源的电路的起动迟缓，由此可缩短电源投入后的电力变换装置的起动等待时间。
根据权利要求12～15的发明，在检测到电源生成电路的输出电压的异常的情况下可从健全的电源生成电路进行电源的供给，由此可切实地实现短路模式以保护系统和人体。
根据权利要求16的发明，第2阈值可被设定于直流母线电压的规定电压(安全电压)附近，其中，该第2阈值用于解除通过将开关元件接通(on)而使负载短路的动作，据此可较高地设定基于直流母线生成电源的电源生成电路的最低操作电压以有助于电路的小型化。
附图说明
[图1]表示本发明的第1实施方式的框图。
[图2]图1中的主要部分的构成图。
[图3]表示本发明的第2实施方式的框图。
[图4]表示本发明的第3实施方式的框图。
[图5]本发明的第2、第3实施方式中的直流母线电压、各阈值的大小关系、上(下)臂短路信号、及快速放电控制信号的说明图。
[图6]表示本发明的第4实施方式的框图。
[图7]现有技术中的直流母线电压、各阈值的大小关系、上(下)臂短路信号、及快速放电控制信号的说明图。
[图8]由逆变器和旋转电机等构成的电机系统的构成图。
[图9]表示专利文献1中记载的现有技术的电路图。
[图10]表示专利文献2中记载的逆变器的一相的框图。
[图11]表示专利文献2中记载的逆变器的整体结构的框图。
[图12]表示专利文献3中记载的逆变器的整体结构的框图。
[图13]表示专利文献3中记载的逆变器的控制电源丧失时的动作的时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示第1实施方式的电力变换装置的主要部分的框图。
图1中，为了方便起见，仅示出了逆变器的主电路的一相及其控制装置，例如就三相逆变器而言，尽管省略了其他两相的开关元件和/负载，但也可从图1所示的控制装置并列地向其他两相的开关元件的驱动电路供给电源。
需要说明的是，图1中，以粗线表示后述的低压侧电源生成电路8和下臂侧驱动电路用电源电路12b之后的电源供给路径
图1中，高压电源1的正负极之间串联了触点等的高压电源用开关2和平滑电容器3，平滑电容器3上串联了逆变器的一相的开关元件4、5。此外，11a为上臂侧驱动电路，11b为下臂侧驱动电路。
上臂侧驱动电路11a中从后述的上臂侧驱动电路用电源电路12a被供给电源，下臂侧驱动电路11b中从与平滑电容器3的两端连接的下臂侧驱动电路用电源电路12b被供给电源。
各电源电路12a、12b具有将各自的的输入电压变换(转换)为预定电压并将其供给至驱动电路11a、11b的功能。
另一方面，低压电源6的正负极之间经由低压电源用开关7并联了低压侧电源生成电路8和上臂侧驱动电路用电源电路12a。电源从低压侧电源生成电路8被供给至第1控制电路9和第2控制电路10。此外，电源还从与平滑电容器3的两端连接的控制电路用辅助电源8c被供给至第2控制电路10。
尽管图中未示，也可将以低压电源6为电源供给源的电源电路12a作为下臂侧驱动电路用电源电路而向下臂侧驱动电路11b供给电源，并可将以高压电源1为电源供给源的电源电路12b作为上臂侧驱动电路用电源电路而向上臂侧驱动电路11a供给电源。
第1控制电路9具有生成用于使开关元件4、5接通·断开的控制信号15a、15b、及用于通知供给至低压侧电源生成电路8的供给电压(低压电源6的电压)和/或供给至第1控制电路9的供给电压或者第1控制电路9本身的异常的异常检测信号17的功能。这些信号15a、15b、17被发送至第2控制电路10。
用于控制上臂的开关元件4的控制信号15a经由第2控制电路10和控制信号传送电路13a被发送至驱动电路11a，用于控制下臂的开关元件5的控制信号15b经由第2控制电路10和控制信号传送电路13b被发送至驱动电路11b。
此外，驱动电路11a、11b生成表示供给至自己的电源的异常的异常检测信号16a、16b，并分别经由异常信号传送电路14a、14b将其发送至第1控制电路9。
上述的「供给至自己的电源的异常」包括经由各电源电路12a、12b检测到的低压电源6和/或高压电源1的异常、低压侧电源生成电路8的异常、电源供给线路的断线等的异常、电源电路12a、12b的异常等。
这里，一般而言，控制电路的基准电位和开关元件的基准电位不同，所以如图1所示，按构成电路的每个块(block)对基准电位进行了分离。
即，G0为包括低压电源6、低压侧电源生成电路8、第1控制电路9、第2控制电路10、及传送电路13a、13b、14a、14b的低压侧的基准电位，G1为传送电路13a、14a的高压侧的基准电位，G2为传送电路13b、14b的高压侧的基准电位，G3为主电路的基准电位。
控制信号传送电路13a、13b对基准电位为G0的控制信号15a、15b进行绝缘，并将其变换为分别具有不同基准电位G1、G2的信号，然后传送至驱动电路11a、11b。此外，异常信号传送电路14a、14b对分别具有不同基准电位G1、G2的异常检测信号16a、16b进行绝缘，并将其变换为具有相同基准电位G0的信号，然后传送至第1控制电路9。
通常，在构成传送电路13a、13b、14a、14b的信号绝缘电路中使用应用了光绝缘单元和/或磁绝缘单元的电路部件，但在这些电路部件中需要分别向经由了绝缘部的高压侧和低压侧供给电源。
图1中，尽管并未示出至传送电路13a、13b、14a、14b的低压侧和高压侧的电源供给单元，但例如只要如下所述构成这些电源供给单元即可。
即，就传送电路13a、14a的低压侧而言，只要从低压电源6进行供给、或者将低压电源6和高压电源1作为供给源(对高压电源1进行了绝缘后)并从这两个电源1、6进行供给即可。就传送电路13a、14a的高压侧而言，只要将低压电源6作为供给源并进行绝缘再进行供给即可。
此外，就传送电路13b、14b的低压侧而言，只要将高压电源1作为供给源并进行绝缘再进行供给、或者将低压电源6和高压电源1作为供给源(对高压电源1进行了绝缘后)并从这两个电源1、6进行供给即可。就传送电路13b、14b的高压侧而言，只要从高压电源1进行供给即可。
这里，作为将高压电源1和低压电源6这两者作为电源供给源而对各传送电路进行电源供给的单元，也可使用与对后述的第2控制电路10进行电源供给的电源供给单元同样的单元。
其次，图2是图1中的主要部分的构成图，主要示出了第2控制电路10的结构。
如图2所示，通过二极管18、19将以低压电源6为电源供给源而由低压侧电源生成电路8所生成的电压和以高压电源1为电源供给源而由控制电路用辅助电源8c所生成的电压相对着地输入处理部10a。
此时，例如，如果事先将由低压侧电源生成电路8所生成的电压V8设为5.0[V]，并将由控制电路用辅助电源8c所生成的电压V8c设为小于5.0[V]的电压、例如、4.5[V]，则当低压侧电源生成电路8为正常时可从该低压侧电源生成电路8向处理部10a供给电源。另外，当低压电源6和/或低压侧电源生成电路8发生了异常导致不能进行电源供给时，还可从控制电路用辅助电源8c向处理部10a供给电源。
图2中，20为电压V8的检测信号，21为电压V8c的检测信号，22为低压电源6的电压的检测信号。
此外，不仅可采用通过二极管18、19使低压侧电源生成电路8和控制电路用辅助电源8c所生成的生成电压相对着的方法，还可采用如下所述的方法。即，可在低压侧电源生成电路8和控制电路用辅助电源8c中分别设置开关(图中未示)，在检测到低压侧电源生成电路8所生成的生成电压发生异常的情况下，使该开关工作以切断来自低压侧电源生成电路8的电源供给，并从控制电路用辅助电源8c向处理部10a进行电源的供给。
这里，如上所述可从高压电源1经由控制电路用辅助电源8c向处理部10a供给电源。所以，在假设发生了低压电源6的异常和/或第1控制电路9的异常或者从低压侧电源生成电路8供给至第1控制电路9的供给电压的异常等的情况下，也可生成用于通过将高压电源1作为电源供给源并使开关元件4或5接通以实现短路模式的控制信号15a、15b，并可经由控制信号传送电路13a、13b将其传送至驱动电路11a、11b。
接着，对该实施方式的整体动作进行说明。
如前所述，本实施方式中，驱动电路11a、11b用的电源电路12a、12b的电源供给源被分离为低压电源6和高压电源1。为此，在包括各电源6、1和/或低压侧电源生成电路8、电源电路12a、12b的电源供给路径都为正常的情况下，驱动电路11a、11b可分别根据控制信号15a、15b使开关元件4、5进行接通·断开操作。
此外，例如在上臂侧的电源电路12a发生了异常(也包括与低压电源6之间的连接线发生了断线等的异常)的情况下，电源不能供给至驱动电路11a，导致无法进行开关元件4的控制，但是，只要下臂侧的电源电路12b还在正常工作(基于“包括电源电路12a、12b等的电源供给路径同时发生异常的概率极低”这样的前提)，就可通过驱动电路11b的动作(操作)使开关元件5接通。所以，在三相逆变器的情况下，如果通过进行上述的动作而使三相的下臂的开关元件5都接通，则可实现使作为负载的旋转电机的绕线短路的短路模式以保护系统。
在包括下臂侧的电源电路12b的电源供给路径发生了异常的情况下，如果通过正常的上臂侧的电源电路12a和驱动电路11a使开关元件4接通，也可同样地确保短路模式。
关于电源电路12a、12b中哪个发生了异常，可通过被输入了异常检测信号16a、16b的第1控制电路9来进行判别，第1控制电路9可根据该结果生成适当的控制信号15a、15b。
这些控制信号15a、15b被从低压侧电源生成电路8或控制电路用辅助电源8c进行电源供给的第2控制电路10内的处理部10a进行中继(relay)，并经由控制信号传送电路13a、13b被发送至驱动电路11a、11b。
此外，在第2控制电路10中被输入了通知低压电源6的电压和/或供给至第1控制电路9的供给电压或者第1控制电路9本身的异常的异常检测信号17的情况下，从控制电路用辅助电源8c被供给了电源的处理部10a只要进行控制以生成针对高压电源1侧的驱动电路11b的控制信号15b并使开关元件5接通即可。
这里，处理部10a进行的上述处理是被限定的处理，所以针对处理部10a的电源的冗长化所需的电源的容量也较少即可，不存在电路规模增加的担忧。
需要说明的是，即使在检测到驱动电路11a、11b包含电源电路12a、12b的电源供给路径的异常以外的异常的情况下，通过执行与上述相同的动作也可实现短路模式。
如上所述，根据第1实施方式，当电源生成电路和/或电源电路的异常、供给至电源电路或控制电路等的供给电压的异常发生时，通过使健全侧的电源电路和驱动电路工作以控制开关元件，可切实地实现使作为负载的旋转电机的绕线短路的短路模式。
此外，也不会过度地使电源和/或电源电路进行冗长化，并可在最低限度的电路规模和绝缘距离的基础上实现装置整体的小型化。
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。图3是表示该第2实施方式的框图。图3中，对具有与图1同样功能的部分赋予相同的参照符号并省略其说明，下面以与图1的不同点为中心进行说明。
图3中，尽管示出了与作为负载的永磁铁同步电动机PM的一相的定子绕线连接了的上下臂的开关元件和控制装置，但也可从图3所示的控制装置并列地向其他两相的开关元件的驱动电路供给电源。
需要说明的是，下面的实施方式中，以粗线表示低压侧电源生成电路8和后述的高压侧电源生成电路35之后的电源供给路径。
图3中，主电路的平滑电容器3上并联了电压检测电路31。此外，平滑电容器3上并联了由开关元件33和放电电阻34串联而成的放电电路。
开关元件33被放电用驱动电路32驱动，放电控制信号24经由控制信号传送电路37被输入该放电用驱动电路32。另外，放电用驱动电路32的电源被从下臂侧驱动电路用电源电路12b供给。
主电路的正负的直流母线之间连接了高压侧电源生成电路35，其输出电压被输入第2低压侧电源生成电路38和下臂侧驱动电路用电源电路12b。
此外，从电压检测电路31输出的电压检测信号23经由控制信号传送电路36被输入第1控制电路9和第2控制电路10。
这里，上臂侧驱动电路用电源电路12a、下臂侧驱动电路用电源电路12b、及高压侧电源生成电路35可通过使用多输出变压器而统一为一个。
另一方面，低压侧的第1控制电路9中被供给来自第1低压侧电源生成电路8的电源电压，并被输入对由高压侧电源生成电路35和第2低压侧电源生成电路38分别生成的电源电压进行检测的信号。此外，从上位的控制装置所输出的系统构成机器和/或电路的异常检测信号作为上位信号被输入第1控制电路9。该上位信号与图1同样地也可包含来自上臂侧驱动电路11a和下臂侧驱动电路11b的异常检测信号16a、16b。
第2控制电路10中被供给由第2低压侧电源生成电路38所生成的电源，并被输入对由第1低压侧电源生成电路8所生成的电源电压进行检测的信号。此外，第2控制电路10中被输入控制信号15a、15b、电压检测信号23、及异常检测信号17，并从第2控制电路10输出针对三态缓冲器(tri-state buffer)39的控制信号25和针对控制信号传送电路37的放电控制信号24。
三态缓冲器39被从第1低压侧电源生成电路8供给电源，并根据来自第2控制电路10的控制信号25，将上臂侧驱动电路11a用的控制信号15a切换为「High」电平、「Low」电平、「H igh阻抗状态」并对其进行输出。
由第2低压侧电源生成电路38所生成的电源也供给至或电路40，或电路40对从第1控制电路9或第2控制电路10所输出的下臂侧驱动电路11b用的控制信号15b进行输出。
接着，对该第2实施方式的动作进行说明。
在包括高压电源1和低压电源6的所有电路都正常的情况下，电源经由第1低压侧电源生成电路8和上臂侧驱动电路用电源电路12a被供给至上臂侧驱动电路11a，另外，电源经由高压侧电源生成电路35和下臂侧驱动电路用电源电路12b被供给至下臂侧驱动电路11b和放电用驱动电路32。此外，电源从第1低压侧电源生成电路8被供给至第1控制电路9，并且，电源从第2低压侧电源生成电路38被供给至第2控制电路10。
第1控制电路9或第2控制电路10根据来自电压检测电路31的电压检测信号23检测到直流母线电压超过了预定阈值后，生成用于通过上臂侧驱动电路11a或下臂侧驱动电路11b对开关元件4、5进行控制以使同步电动机PM的绕线短路的控制信号。此外，第2控制电路1还生成用于经由放电用驱动电路32使放电电路(开关元件33和放电电阻34)工作(动作)的放电控制信号24。
即使假设发生了高压电源1的异常(包括电源丧失)和/或高压侧电源生成电路35的异常，只要低压电源6和第1低压侧电源生成电路8、第1控制电路9为正常，就可生成用于经由第1控制电路9由上臂侧驱动电路用电源电路12a对上臂的开关元件4进行控制以使同步电动机PM的绕线短路的控制信号。另外，即使高压电源1发生了异常，只要平滑电容器3还残留有能量，如果高压侧电源生成电路35和下臂侧驱动电路用电源电路12b都正常，也可向下臂侧驱动电路11b提供电源以对下臂的开关元件5进行控制。
此外，在低压电源6的异常(包括电源丧失)和/或第1低压侧电源生成电路8的异常发生了的情况下，供给至上臂侧驱动电路用电源电路12a和上臂侧驱动电路11a的电源消失，导致无法进行上臂的开关元件4的控制。
但是，只要高压电源1和/或高压侧电源生成电路35、下臂侧驱动电路用电源电路12b、下臂侧驱动电路11b为正常，因为可对下臂的开关元件5进行控制，所以也不会影响使同步电动机PM的绕线短路的动作。另外，由于可从高压电源1间接地向下臂侧驱动电路用电源电路12b供给电源，所以只要下臂侧驱动电路用电源电路12b为正常，就可始终向放电用驱动电路32提供电源，并也可进行基于放电电路的动作(操作)的平滑电容器3的放电。
如上所述，该实施方式中，相对于上臂侧驱动电路11a和下臂侧驱动电路11b的电源供给路径被进行了分离。此外，基于高压电源1的电源供给路径和基于低压电源6的电源供给路径同时发生异常的概率极低，所以并不需要多度地对电源生成电路等进行冗长化。因此，能够始终实现基于开关元件4或5的短路模式进而提高信赖性和/或安全性。
另外，就构成三相逆变器的其他两相的上下臂的开关元件的驱动电路而言，也可从图3的控制装置并列地进行电源的供给，所以并不需要象专利文献2(图11)那样每个相都具有电源生成电路，据此可实现控制装置整体的小型化和低成本化。
接下来，基于图4对本发明的第3实施方式进行说明。图4是表示该第3实施方式的框图，下面以与图3的不同点为中心进行说明。
图4的第3实施方式中，第1低压侧电源生成电路8的正侧输出端子和高压侧电源生成电路35的正侧输出端子之间连接了单向开关42。此外，还设置了用于检测高压侧电源生成电路35的正侧输出电压小于预定阈值的电压监视电路41，并被构成为通过该电压监视电路41的输出信号使单向开关42接通(on)。
该第3实施方式中，例如在高压电源1和/或高压侧电源生成电路35发生了异常的情况下、和/或、当基于这些电源供给路径的电源供给的时延(timing delay)导致高压侧电源生成电路35的正侧输出电压小于预定阈值时，使单向开关42接通(on)。据此，基于第1低压侧电源生成电路8的电源电压经由单向开关42被供给至下臂侧驱动电路用电源电路12b，所以可确保相对于下臂侧驱动电路11b的电源供给路径。
因此，除了高压电源1侧发生异常时之外，还可缩短高压电源投入后的逆变器的起动等待时间。
这里，图5是本发明的第2、第3实施方式中的直流母线电压、各阈值的大小关系、上(下)臂短路信号、及快速放电控制信号的说明图。图5中，短路接通(on)阈值相当于用来使上(下)臂的开关元件接通以使同步电动机PM的绕线短路的第1阈值，短路断开(off)阈值相当于用来使所述短路动作解除的第2阈值。
这些实施方式中，短路接通(off)阈值可被设定在规定电压(安全电压)附近，据此，可将基于直流母线电压(高压电源1)生成电源的高压侧电源生成电路35的最低操作电压V1设定为高于图7的V2。
接着，对本发明的第4实施方式进行说明。图6是表示该第4实施方式的框图。
第4实施方式中，与第2、第3实施方式相比，对结构进行了简略化，除了主电路中的放电电路(图3、图4的开关元件33、放电电阻34)和/或放电用驱动电路32、电压检测电路31以外，对控制装置中的高压侧电源生成电路35、控制信号传送电路36、37、第1、第2低压侧电源生成电路8、38等进行了删除。
图6中，低压电源6上经由低压电源用开关7连接了上臂侧驱动电路用电源电路12a和下臂侧驱动电路用电源电路12b。由上臂侧驱动电路用电源电路所生成的电源电压被供给至上臂侧驱动电路11a、第1控制电路9、及三态缓冲器39，另外，用于检测该电源电压的信号被输入至第2控制电路10。
由下臂侧驱动电路用电源电路12b所生成的电源电压被供给至下臂侧驱动电路11b、第2控制电路10、及或电路40，此外，用于检测该电源电压的信号被输入至第1控制电路9。
该实施方式中，只要低压电源6为正常，因为上臂侧驱动电路用电源电路12a和下臂侧驱动电路用电源电路12b同时发生异常的概率极低，所以通过上臂侧驱动电路11a或下臂侧驱动电路11b的动作(操作)可将开关元件4或开关元件5接通以使同步电动机PM的绕线短路。
[工业实用性]
本发明可应用于通过单独的驱动电路分别驱动上下臂的开关元件的逆变器、转换器等的各种电力变换装置。
[符号说明]
1：高压电源
2：高压电源用开关
3：平滑电容器
4、5：半导体开关元件
6：低压电源
7：低压电源用开关
8：低压侧电源生成电路
8c：控制电路用辅助电源
9：第1控制电路
10：第2控制电路
10a：处理部
11a：上臂侧驱动电路
11b：下臂侧驱动电路
12a：上臂侧驱动电路用电源电路
12b：下臂侧驱动电路用电源电路
13a、13b：控制信号传送电路
14a、14b：异常信号传送电路
15a、15b：控制信号
16a、16b、17：异常检测信号
18、19：二极管
20、21、22、23：电压检测信号
24：放电控制信号
31：电压检测电路
32：放电用驱动电路
33：开关元件
34：放电电阻
35：高压侧电源生成电路
36、37：控制信号传送电路
38：低压侧电源生成电路
39：三态缓冲器
40：或电路
41：电压监视电路
42：单向开关
PM：永磁铁同步电动机

Claims (16)

1.一种电力变换装置，具有：
第1驱动电路，对构成一相的上臂的开关元件进行驱动；
第2驱动电路，对构成所述一相的下臂的开关元件进行驱动；及
第1控制电路，生成相对于所述第1、第2驱动电路的控制信号，
所述电力变换装置的特征在于，具备
第1、第2电源电路，向所述第1、第2驱动电路分别供给电源；
高压电源，向所述第1、第2电源电路中的一个供给电源；及
低压电源，向所述第1、第2电源电路中的另一个供给电源。
2.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，具备：
异常检测单元，对所述第1、第2驱动电路的电源电压的异常进行检测以输出异常检测信号；及
异常信号传送电路，将所述异常检测信号传送至所述第1控制电路，
其中，所述第1控制电路将基于所述异常检测信号的异常原因而生成的控制信号经由控制信号传送电路传送至所述第1或第2驱动电路，使构成上臂或下臂的开关元件接通。
3.如权利要求1或权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，具备：
第2控制电路，从所述高压电源和所述低压电源这两者被供给电源，并且当发生异常时，生成相对于所述第1或第2驱动电路的控制信号，并经由所述控制信号传送电路将所述控制信号传送至所述第1或第2驱动电路。
4.如权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1控制电路可基于由以所述低压电源为电源供给源的低压侧电源生成电路所生成的电源进行工作，并将通过检测供给至所述低压侧电源生成电路的供给电压或供给至所述第1控制电路的供给电压或者所述第1控制电路本身的异常而生成的异常检测信号输出至所述第2控制电路。
5.如权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于，
被输入了来自所述第1控制电路的异常检测信号的所述第2控制电路在基于所述异常检测信号识别出供给至所述低压侧电源生成电路的供给电压的异常的情况下，生成通过经由以所述高压电源为电源供给源的所述第1或第2电源电路而对应的驱动电路使对应的臂的开关元件接通的控制信号。
6.如权利要求4或权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，
被输入了来自所述第1控制电路的异常检测信号的所述第2控制电路在基于该异常检测信号识别出供给至所述低压侧电源生成电路的供给电压的异常以外的异常的情况下，生成通过经由所述第1或第2电源电路而对应的驱动电路使上臂或下臂的开关元件接通的控制信号。
7.一种电力变换装置，具有：
第1驱动电路，对一相的上下臂中的一个臂的开关元件进行驱动；
第2驱动电路，对所述上下臂中的另一个臂的开关元件进行驱动；
第1控制电路，生成相对于所述第1驱动电路的控制信号；及
第2控制电路，生成相对于所述第2驱动电路的控制信号，
所述电力变换装置的特征在于，具备
第1电源，作为相对于所述第1驱动电路和所述第1控制电路的电源供给源；及
第2电源，作为相对于所述第2驱动电路和所述第2控制电路的电源供给源。
8.如权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1、第2电源中的一个为高压电源，另一个为低压电源。
9.如权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于，具备：
切换单元，当基于所述第1电源生成预定电源电压的电源生成电路的输出电压小于预定阈值时，使所述第1电源切换至所述第2电源。
10.如权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1电源为高压电源，所述第2电源为低压电源。
11.一种电力变换装置，具有：
第1驱动电路，对一相的上下臂中的一个臂的开关元件进行驱动；
第2驱动电路，对所述上下臂中的另一个臂的开关元件进行驱动；
第1控制电路，生成相对于所述第1驱动电路的控制信号；及
第2控制电路，生成相对于所述第2驱动电路的控制信号，
所述电力变换装置的特征在于，具备
第1电源生成电路和第2电源生成电路，具有共同的电源供给源，
其中，由所述第1电源生成电路向所述第1控制电路供给电源，并由所述第2电源生成电路向所述第2控制电路供给电源。
12.如权利要求7～权利要求11中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1控制电路具备
当检测到自己的异常时将异常检测信号发送至所述第2控制电路的单元；及
通过检测电力变换装置或负载变成了预定动作状态而由所述第1驱动电路对上臂或下臂的开关元件进行驱动以使所述负载短路的单元。
13.如权利要求12所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第2控制电路具备
对从所述第1控制电路发送的所述异常检测信号进行接收的单元；及
当检测到电力变换装置或负载变成了预定动作状态时对由所述第1控制电路所生成的控制信号进行切断并由所述第2驱动电路对上臂或下臂的开关元件进行驱动以使所述负载短路的单元。
14.如权利要求7～权利要求11中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1控制电路具备
对以所述第2电源为电源供给源的电源生成电路的输出电压的异常进行判断的单元：及
当判断出所述输出电压的异常时，由所述第1驱动电路对上臂或下臂的开关元件进行驱动以使所述负载短路的单元。
15.如权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1控制电路和所述第2控制电路具备
对向各控制电路供给电源的电源生成电路的输出电压的异常进行检测的单元；及
当判断出所述输出电压的异常时，由从与被判断出所述异常的一个电源生成电路不同的另一个电源生成电路进行电源供给的驱动电路对上臂或下臂的开关元件进行驱动，以使所述负载短路的单元。
16.如权利要求7～权利要求15中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，可执行：
当作为所述上下臂的串联电路的两端的电压的直流母线电压到达了第1阈值后，将所述上臂或下臂的开关元件接通以使负载短路的短路动作；
当所述直流母线电压到达了小于所述第1阈值的第2阈值后，解除所述短路动作的短路解除动作；及
使与所述串联电路并联的平滑电容器放电的放电动作，
其中，当所述短路动作导致所述直流母线电压到达了所述第2阈值后，使所述放电动作停止并维持其停止状态。
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