CN111033287B

CN111033287B - 故障诊断方法、马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置

Info

Publication number: CN111033287B
Application number: CN201880052833.9A
Authority: CN
Inventors: A·哈德利
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2038-06-18
Also published as: CN111033287A; WO2019058671A1

Abstract

实施方式所涉及的故障诊断方法对电气设备所具有的反复导通和截止的切换的开关元件有无故障进行诊断。故障诊断方法包含如下步骤：判定当开关元件被控制成导通状态时在开关元件中流动的电流是否小于规定电流；在开关元件中流动的电流小于规定电流的情况下，检测在开关元件中流动的电流小于规定电流的时间；判定检测到的时间是否为规定时间以上；在检测到的时间为规定时间以上的情况下，对检测到的时间为规定时间以上的次数进行计数；判定所计数的合计次数是否为规定次数以上；以及在所计数的合计次数为规定次数以上的情况下，判定为开关元件发生了故障。

Description

故障诊断方法、马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置

技术领域

本公开涉及故障诊断方法、马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置。

背景技术

近年来，开发出电动马达(以下，简记为“马达”。)、逆变器以及ECU成为一体化的机电一体式马达。尤其在车载领域中，从安全性的观点考虑，要求保证高质量。因此，引入了即使在部件的一部分发生了故障的情况下也能够继续安全工作的冗余设计。作为冗余设计的一例，研究了针对1个马达设置2个电力转换装置的设计。作为另外一例，研究了对主微控制器设置备用微控制器的设计。

专利文献1公开了具有第1系统以及第2系统的马达驱动装置。第1系统与马达的第1线圈组连接，具有第1逆变器部、电源继电器以及反向连接保护继电器等。第2系统与马达的第2线圈组连接，具有第2逆变器部、电源继电器以及反向连接保护继电器等。当马达驱动装置未发生故障时，能够使用第1系统以及第2系统这两者来驱动马达。与此相对，当第1系统以及第2系统中的一方或第1线圈组以及第2线圈组中的一方发生了故障时，电源继电器切断从电源对发生了故障的系统或与发生了故障的线圈组连接的系统的电力供给。能够使用未发生故障的另一方的系统继续驱动马达。

专利文献2以及3也公开了具有第1系统以及第2系统的马达驱动装置。即使一方的系统或一方的线圈组发生了故障，也能够通过未发生故障的系统继续驱动马达。

专利文献4公开了具有4个电分离构件以及2个逆变器并对供给到三相马达的电力进行转换的马达驱动装置。针对1个逆变器，在电源与逆变器之间设置有1个电分离构件，在逆变器与接地(以下，记作GND。)之间设置有1个电分离构件。能够使用发生了故障的逆变器中的线圈的中性点，并通过未发生故障的逆变器来驱动马达。此时，通过将与发生了故障的逆变器连接的2个电分离构件设成切断状态，发生了故障的逆变器与电源以及GND分离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-34204号公报

专利文献2：日本特开2016-32977号公报

专利文献3：日本特开2008-132919号公报

专利文献4：日本专利第5797751号公报

发明内容

发明要解决的课题

在使用如上所述的电力转换装置来驱动马达的装置中，在电力转换装置发生了故障的情况下，要求确定其故障部位。

例如，在电力转换装置所具有的开关元件发生了故障的情况下，要求确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。并且，例如在向具有n相(n为3以上的整数)线圈的马达供给电力的电力转换装置发生了故障的情况下，要求确定多个相中的哪个相发生了故障。

本公开的实施方式提供在发生了故障的情况下能够确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障的故障诊断方法。

并且，本公开的实施方式提供在发生了故障的情况下能够确定多个相中的哪个相发生了故障的故障诊断方法。

用于解决课题的手段

本公开的示例性的故障诊断方法对电气设备所具有的反复导通和截止的切换的开关元件有无故障进行诊断，所述故障诊断方法包含如下步骤：判定当所述开关元件被控制成导通状态时在所述开关元件中流动的电流是否小于规定电流；在所述开关元件中流动的电流小于所述规定电流的情况下，检测在所述开关元件中流动的电流小于所述规定电流的时间；判定检测到的所述时间是否为规定时间以上；在检测到的所述时间为所述规定时间以上的情况下，对检测到的所述时间为所述规定时间以上的次数进行计数；判定所述计数的合计次数是否为规定次数以上；以及在所述计数的合计次数为所述规定次数以上的情况下，判定为所述开关元件发生了故障。

发明效果

根据本公开的实施方式，在发生了故障的情况下，能够确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。

并且，根据本公开的实施方式，在发生了故障的情况下，能够确定多个相中的哪个相发生了故障。

附图说明

图1是示意性地示出例示性的实施方式1的马达模块2000的代表性的块结构的框图。

图2是示意性地示出例示性的实施方式1的逆变器单元100的电路结构的电路图。

图3是例示出对电流值进行标绘而得到的电流波形(正弦波)的图表，该电流值是在按照三相通电控制来控制逆变器单元100时在马达200的A相、B相以及C相的各线圈中流动的电流的值。

图4是例示出用于进行马达控制整体的控制器340的功能块的功能框图。

图5是示出利用在开关元件中流动的电流的值诊断开关元件有无故障的动作的流程图。

图6是对利用开关元件中流动的电流的值诊断开关元件有无故障的动作的一例进行说明的图。

图7是示出AND块822的输出值、积分器831的输出值、比较器841的输出值之间的关系的图。

图8是示出AND块822的输出值、积分器831的输出值、比较器851的输出值之间的关系的图。

图9是示出利用施加于开关元件的电压的值诊断开关元件有无故障的动作的流程图。

图10是对利用施加于开关元件的电压的值诊断开关元件有无故障的动作的一例进行说明的图。

图11是示出利用电流值以及电压值这两者诊断开关元件有无故障的控制器340的图。

图12是示出故障诊断单元800_IV的功能块的一例的图。

图13是示出故障诊断单元800_IV的功能块的其他例的图。

图14是示出利用电流值诊断相有无故障的控制器340的图。

图15是示出故障诊断单元800P_I的功能块的一例的图。

图16是示出故障诊断单元800P_IA的功能块的一例的图。

图17是示出利用电压值诊断相有无故障的控制器340的图。

图18是示出故障诊断单元800P_V的功能块的一例的图。

图19是示出故障诊断单元800P_VA的功能块的一例的图。

图20是示出利用电流值以及电压值这两者诊断相有无故障的控制器340的图。

图21是示出故障诊断单元800P_IV的功能块的一例的图。

图22是示出故障诊断单元800P_IV的功能块的其他例的图。

图23是示意性地示出实施方式1的变形例的具有单体的逆变器140的逆变器单元100A的电路结构的电路图。

图24是示出实施方式2的电动助力转向装置3000的代表性的结构的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的故障诊断方法、马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，为了避免以下的说明不必要地冗长并且便于本领域技术人员理解，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略众所周知的事项的详细说明或对实质上相同的结构的反复说明。

在本说明书中，以将来自电源的电力转换为供给到具有三相(A相、B相、C相)线圈的三相马达的电力的电力转换装置为例，对本公开的实施方式进行说明。但是，将来自电源的电力转换为供给到具有四相或五相等n相(n是4以上的整数)线圈的n相马达的电力的电力转换装置以及用于该装置的马达控制方法也是本公开的范畴。

(实施方式1)

〔1.马达模块2000以及电力转换装置1000的结构〕

图1示意性地示出本实施方式的马达模块2000的代表性的块结构。

马达模块2000代表性地具有电力转换装置1000以及马达200。电力转换装置1000具有逆变器单元100和控制电路300。马达模块2000被模块化，例如能够作为具有马达、传感器、驱动器以及控制器的机电一体式马达来制造以及销售。

电力转换装置1000能够将来自电源101(参照图2)的电力转换为供给到马达200的电力。电力转换装置1000与马达200连接。例如，电力转换装置1000能够将直流电力转换成作为A相、B相以及C相的模拟正弦波的三相交流电力。在本说明书中，部件(构成要素)彼此之间的“连接”主要指电连接。

马达200例如是三相交流马达。马达200具有A相线圈M1、B相线圈M2以及C相线圈M3，并与逆变器单元100的第1逆变器120以及第2逆变器130连接。具体说明的话，第1逆变器120与马达200的各相线圈的一端连接，第2逆变器130与各相线圈的另一端连接。

控制电路300例如具有电源电路310、角度传感器320、输入电路330、控制器340、驱动电路350以及ROM360。控制电路300的各部件例如安装于1张电路板(代表性地为印刷基板)。控制电路300与逆变器单元100连接，根据来自电流传感器150以及角度传感器320的输入信号对逆变器单元100进行控制。作为其控制方法，例如有矢量控制、脉冲宽度调制(PWM)或直接转矩控制(DTC)。但是，根据马达控制方法(例如无传感器控制)，有时不需要角度传感器320。

控制电路300能够对作为目标的马达200的转子的位置、转速以及电流等进行控制来实现闭环控制。另外，控制电路300也可以代替角度传感器320而具有转矩传感器。在该情况下，控制电路300能够对作为目标的马达转矩进行控制。

电源电路310根据电源101的例如12V的电压而生成电路内的各块所需的电源电压(例如3V、5V)。

角度传感器320例如是旋变器(レゾルバ)或霍尔IC。或者，角度传感器320还通过具有磁阻(MR)元件的MR传感器和传感器磁铁的组合来实现。角度传感器320检测转子的旋转角(以下，记作“旋转信号”)，并将旋转信号输出到控制器340。

输入电路330接收通过电流传感器150检测到的相电流(以下，有时记作“实际电流值”。)，根据需要将实际电流值的电平转换为控制器340的输入电平，并将实际电流值输出到控制器340。输入电路330例如是模拟数字转换电路。

控制器340是对电力转换装置1000整体进行控制的集成电路，例如是微控制器或FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)。控制器340对逆变器单元100的第1以及第2逆变器120、130中的各开关元件(代表性地为半导体开关元件)的开关动作(接通或断开)进行控制。控制器340按照实际电流值以及转子的旋转信号等来设定目标电流值，生成PWM信号，并将该PWM信号输出到驱动电路350。

驱动电路350代表性地为预驱动器(还有时被称作“栅极驱动器”。)。驱动电路350按照PWM信号而生成对逆变器单元100的第1以及第2逆变器120、130中的各开关元件的开关动作进行控制的控制信号(栅极控制信号)，并将控制信号提供给各开关元件的栅极。当驱动对象为能够通过低电压驱动的马达时，有时并非必需预驱动器。在该情况下，预驱动器的功能能够安装于控制器340。

驱动电路350具有电压检测电路380。电压检测电路380例如检测分别施加于第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件的电压。例如，在开关元件为FET的情况下，电压检测电路380检测各FET的源极-漏极间的电压。

ROM360例如是可写入的存储器(例如PROM)、可改写的存储器(例如闪存)或只读存储器。ROM360存储有控制程序，该控制程序包含用于使控制器340控制电力转换装置1000的命令组。例如，控制程序在启动时被临时加载到RAM(未图示)。

参照图2对逆变器单元100的具体的电路结构进行说明。

图2示意性地示出本实施方式的逆变器单元100的电路结构。

电源101生成规定的电源电压(例如12V)。作为电源101，例如使用直流电源。但是，电源101可以是AC-DC转换器或DC-DC转换器，也可以是电池(蓄电池)。如图示，电源101可以是与第1以及第2逆变器120、130共用的单一电源，也可以具有第1逆变器120用的第1电源(未图示)以及第2逆变器130用的第2电源(未图示)。

熔断器ISW_11、ISW_12连接在电源101与第1逆变器120之间。熔断器ISW_11、ISW_12能够切断能够从电源101向第1逆变器120流动的大电流。熔断器ISW_21、ISW_22连接在电源101与第2逆变器130之间。熔断器ISW_21、ISW_22能够切断能够从电源101向第2逆变器130流动的大电流。也可以代替熔断器而使用继电器等。

虽未图示，在电源101与第1逆变器120之间以及电源101与第2逆变器130之间设置有线圈。线圈作为噪声滤波器发挥功能，将供给到各逆变器的电压波形中所包含的高频噪声或在各逆变器中产生的高频噪声平滑化，以免向电源101侧流出。并且，在各逆变器的电源端子连接有电容器。电容器是所谓的旁通电容器，抑制电压波纹(リプル)。电容器例如是电解电容器，容量以及所使用的个数通过设计规格等而适当决定。

第1逆变器120具有由3个支路构成的桥电路。各支路具有高侧开关元件、低端开关元件以及分流电阻。A相支路具有高侧开关元件SW_A1H、低侧开关元件SW_A1L以及第1分流电阻S_A1。B相支路具有高侧开关元件SW_B1H、低侧开关元件SW_B1L以及第1分流电阻S_B1。C相支路具有高侧开关元件SW_C1H、低侧开关元件SW_C1L以及第1分流电阻S_C1。

作为开关元件，例如能够使用在内部形成有寄生二极管的场效应晶体管(代表性地为MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与其并联连接的回流二极管的组合。

第1分流电阻S_A1为了检测在A相线圈M1中流动的A相电流IA1而使用，例如连接在低侧开关元件SW_A1L与GND线GL之间。第1分流电阻S_B1为了检测在B相线圈M2中流动的B相电流IB1而使用，例如连接在低侧开关元件SW_B1L与GND线GL之间。第1分流电阻S_C1为了检测在C相线圈M3中流动的C相电流IC1而使用，例如连接在低侧开关元件SW_C1L与GND线GL之间。3个分流电阻S_A1、S_B1、S_C1均与第1逆变器120的GND线GL连接。

第2逆变器130具有由3个支路构成的桥电路。各支路具有高侧开关元件、低侧开关元件以及分流电阻。A相支路具有高侧开关元件SW_A2H、低侧开关元件SW_A2L以及分流电阻S_A2。B相支路具有高侧开关元件SW_B2H、低侧开关元件SW_B2L以及分流电阻S_B2。C相支路具有高侧开关元件SW_C2H、低侧开关元件SW_C2L以及分流电阻S_C2。

分流电阻S_A2为了检测A相电流IA2而使用，例如连接在低侧开关元件SW_A2L与GND线GL之间。分流电阻S_B2为了检测B相电流IB2而使用，例如连接在低侧开关元件SW_B2L与GND线GL之间。分流电阻S_C2为了检测C相电流IC2而使用，例如连接在低侧开关元件SW_C2L与GND线GL之间。3个分流电阻S_A2、S_B2、S_C2均与第2逆变器130的GND线GL连接。

上述的电流传感器150例如具有分流电阻S_A1、S_B1、S_C1、S_A2、S_B2、S_C2以及检测在各分流电阻中流动的电流的电流检测电路(未图示)。

第1逆变器120的A相支路(具体地说，高侧开关元件SW_A1H与低侧开关元件SW_A1L之间的节点)与马达200的A相线圈M1的一端A1连接，第2逆变器130的A相支路与A相线圈M1的另一端A2连接。第1逆变器120的B相支路与马达200的B相线圈M2的一端B1连接，第2逆变器130的B相支路与线圈M2的另一端B2连接。第1逆变器120的C相支路与马达200的C相线圈M3的一端C1连接，第2逆变器130的C相支路与线圈M3的另一端C2连接。

控制电路300通过使用第1以及第2逆变器120、130这两者进行三相通电控制来驱动马达200。具体地说，控制电路300通过利用相互相反的相位(相位差＝180°)对第1逆变器110的开关元件和第2逆变器140的开关元件进行开关控制来进行三相通电控制。此时，熔断器ISW_11、ISW_12、ISW_21、ISW_22设成接通。例如，着眼于包含开关元件SW_A1L、SW_A1H、SW_A2L以及SW_A2H的H桥，若开关元件SW_A1L导通，则开关元件SW_A2L截止，若开关元件SW_A1L截止，则开关元件SW_A2L导通。与此相同地，若开关元件SW_A1H导通，则开关元件SW_A2H截止，若开关元件SW_A1H截止，则开关元件SW_A2H导通。从电源101输出的电流通过高侧开关元件、线圈、低侧开关元件而向GND线GL流动。电力转换装置100的接线有时被称作开路接线。

在此，对在A相线圈M1中流动的电流的路径的例进行说明。当开关元件SW_A1H以及开关元件SW_A2L导通且开关元件SW_A2H以及开关元件SW_A1L截止时，电流依次流过电源101、开关元件SW_A1H、线圈M1、开关元件SW_A2L、GND线GL。当开关元件SW_A2H以及开关元件SW_A1L导通且开关元件SW_A1H以及开关元件SW_A2L截止时，电流依次流过电源101、开关元件SW_A2H、线圈M1、开关元件SW_A1L以及GND线GL。

另外，从开关元件SW_A1H向线圈M1流动的电流的一部分有时向开关元件SW_A2H流动。即，从开关元件SW_A1H向线圈M1流动的电流有时向开关元件SW_A2L和开关元件SW_A2H分支而流动。同样地，从开关元件SW_A2H向线圈M1流动的电流的一部分有时向开关元件SW_A1H流动。

接着，对在B相线圈M2中流动的电流的路径的例进行说明。当开关元件SW_B1H以及开关元件SW_B2L导通且开关元件SW_B2H以及开关元件SW_B1L截止时，电流依次流过电源101、开关元件SW_B1H、线圈M2、开关元件SW_B2L以及GND线GL。当开关元件SW_B2H以及开关元件SW_B1L导通且开关元件SW_B1H以及开关元件SW_B2L截止时，电流依次流过电源101、开关元件SW_B2H、线圈M2、开关元件SW_B1L以及GND线GL。

另外，与上述相同地，从开关元件SW_B1H向线圈M2流动的电流的一部分有时向开关元件SW_B2H流动。并且，从开关元件SW_B2H向线圈M2流动的电流的一部分有时向开关元件SW_B1H流动。

接着，对在C相线圈M3中流动的电流的路径的例进行说明。当开关元件SW_C1H以及开关元件SW_C2L导通且开关元件SW_C2H以及开关元件SW_C1L截止时，电流依次流过电源101、开关元件SW_C1H、线圈M3、开关元件SW_C2L以及GND线GL。当开关元件SW_C2H以及开关元件SW_C1L导通且开关元件SW_C1H以及开关元件SW_C2L截止时，电流依次流过电源101、开关元件SW_C2H、线圈M3、开关元件SW_C1L以及GND线GL。

另外，与上述相同地，从开关元件SW_C1H向线圈M3流动的电流的一部分有时向开关元件SW_C2H流动。并且，从开关元件SW_C2H向线圈M3流动的电流的一部分有时向开关元件SW_C1H流动。

图3例示出对电流值进行标绘而得到的电流波形(正弦波)，该电流值是在按照三相通电控制来控制逆变器单元100时在马达200的A相、B相以及C相的各线圈中流动的电流的值。横轴表示马达电角(deg)，纵轴表示电流值(A)。在图3的电流波形中，按照每30°电角标绘出电流值。I_pk表示各相的最大电流值(峰电流值)。例如，控制电路300能够生成用于得到图3所示的电流波形的PWM信号。

〔2.故障诊断〕

接着，对本实施方式的故障诊断方法进行说明。在此，以图1所示的电力转换装置1000为例对诊断开关元件有无故障的方法进行说明。

在开关元件为FET的情况下，故障大致分为“开路故障”和“短路故障”。“开路故障”是指FET的源极-漏极间开放的故障(换句话说，源极-漏极间的电阻始终成为高阻抗)。“短路故障”是指FET的源极-漏极间始终短路的故障。在本实施方式的故障诊断中，检测开关元件的开路故障。

用于实现本实施方式的故障诊断方法的算法既能够仅通过例如微控制器、面向特定用途的集成电路(ASIC)或FPGA等硬件来实现，也能够通过硬件以及软件的组合来实现。

图4例示出用于进行马达控制整体的控制器340的功能块。图5是示出控制器340所执行的故障诊断的一例的流程图。

在本说明书中，功能框图中的各块以功能块单位表示，而不是以硬件单位表示。用于马达控制以及故障诊断的软件例如可以是构成计算机程序的模块，该计算机程序用于执行与各功能块对应的特定处理。这样的计算机程序例如存储于ROM360中。控制器340能够从ROM360读出命令并逐次执行各处理。

控制器340经由输入电路330(图1)而接收电流传感器150检测到的电流值。通过电流传感器150使用上述的分流电阻来检测在各相中流动的电流，能够掌握分别在第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件中流动的电流。电压检测电路380(图1)例如检测分别施加于第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件的电压，并输出给控制器340。

控制器340例如具有故障诊断单元800以及马达控制单元900。故障诊断单元800使用与多个开关元件的每一个相关的电流和/或电压的信息来诊断故障的有无。故障诊断单元800将表示有无故障的诊断结果的信号输出给马达控制单元900。

马达控制单元900根据诊断结果而生成例如使用矢量控制对第1以及第2逆变器120、130的开关元件的开关动作整体进行控制的PWM信号。马达控制单元900将PWM信号输出给驱动电路350。

马达控制单元900根据诊断结果来切换第1以及第2逆变器120、130的控制。具体说明的话，马达控制单元900能够根据诊断结果来决定第1以及第2逆变器120、130的开关元件的通断动作。马达控制单元900还能够根据诊断结果来决定熔断器ISW_11、ISW_12、ISW_21以及ISW_22的通断动作。

在本说明书中，为了便于说明，有时将各功能块记作单元。当然，该标记并不用于将各功能块限定性地解释为硬件或软件。

在各功能块作为软件安装于控制器340的情况下，该软件的执行主体例如可以是控制器340的核心。如上所述，控制器340能够通过FPGA来实现。在该情况下，所有或一部分功能块能够通过硬件来实现。

通过使用多个FPGA使处理分散，能够使特定的计算机的运算负荷分散。在该情况下，图示的功能块的全部或一部分能够分散安装于多个FPGA。多个FPGA例如以能够通过车载的控制区域网络(CAN)相互通信的方式连接，能够进行数据的收发。

当第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件未发生故障时，控制电路300作为正常时的控制模式执行上述的三相通电控制。在三相通电控制中，多个开关元件分别反复导通和截止的切换。故障诊断单元800分别对第1以及第2逆变器120、130所具有的12个开关元件SW_A1H、SW_A1L、SW_B1H、SW_B1L、SW_C1H、SW_C1L、SW_A2H、SW_A2L、SW_B2H、SW_B2L、SW_C2H、SW_C2L执行本实施方式的故障诊断。

〔2-1.使用电流值的开关元件的故障诊断〕

参照图5对检测在开关元件中流动的电流来诊断开关元件有无故障的动作进行说明。在开关元件为FET的情况下，在开关元件中流动的电流是在FET的源极与漏极之间流动的电流。在此，将利用在开关元件中流动的电流的值来诊断开关元件有无故障的故障诊断单元800表达为故障诊断单元800_I。

在此，说明对开关元件SW_A1H有无故障进行诊断的例，该开关元件SW_A1H是第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件中的1个。该故障诊断能够反复在每次进行使开关元件SW_A1H导通的动作时执行。

故障诊断单元800_I检测在开关元件SW_A1H被控制成导通状态时在开关元件SW_A1H中流动的电流(步骤S101)。例如，当开关元件SW_A1H以及开关元件SW_A2L导通且开关元件SW_A2H以及开关元件SW_A1L截止时，电流依次流过电源101、开关元件SW_A1H、线圈M1、开关元件SW_A2L、分流电阻S_A2以及GND线GL。在分流电阻S_A2中流动的电流的大小相当于在开关元件SW_A1H中流动的电流的大小。故障诊断单元800_I例如能够根据在分流电阻S_A2中流动的电流而检测在开关元件SW_A1H中流动的电流的大小。

接着，故障诊断单元800_I判定在开关元件SW_A1H被控制成导通状态时在开关元件SW_A1H中流动的电流是否小于规定电流(步骤S102)。规定电流例如为10mA。另外，10mA为一例，本公开的实施方式并不限定于此。

在该例中，在开关元件SW_A1H未发生故障、即正常的情况下，在被供给栅极控制信号的开关元件SW_A1H中流过10mA以上的电流。在开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下，在被供给栅极控制信号的开关元件SW_A1H中流动的电流小于10mA。

故障诊断单元800_I在判定为检测到的电流不小于10mA的情况下，判定为开关元件SW_A1H为正常(步骤S108)。故障诊断单元800_I将表示开关元件SW_A1H为正常的信号输出给马达控制单元900，并返回到步骤S101的处理。

在步骤S102中判定为检测到的电流小于10mA的情况下，进入步骤S103的处理。在步骤S103中，故障诊断单元800_I检测在开关元件SW_A1H被控制成导通状态时在开关元件SW_A1H中流动的电流小于10mA的时间。接着，故障诊断单元800_I判定检测到的时间是否为规定时间以上(步骤S104)。规定时间例如为50μs。另外，50μs是一例，本公开的实施方式并不限定于此。规定时间能够根据马达200的结构以及转速来设定。

即使在开关元件SW_A1H为正常的情况下，也有可能因噪声等的干扰而短时间地发生在导通状态的开关元件SW_A1H中流动的电流小于10mA的情况。若根据起因于这样的噪声的异常值而判定为开关元件SW_A1H为异常，则无法进行准确的判定。因此，在本实施方式中，在电流小于10mA的时间为短时间(例如小于50μs)的情况下，判定为开关元件SW_A1H为正常。

在故障诊断单元800_I判定为检测到的时间不是50μs以上的情况下，判定为开关元件SW_A1H为正常(步骤S108)。故障诊断单元800_I将表示开关元件SW_A1H为正常的信号输出给马达控制单元900，并返回到步骤S101的处理。

在步骤S104中判定为检测到的时间为50μs以上的情况下，进入步骤S105的处理。在步骤S105中，故障诊断单元800_I对检测到的时间为50μs以上的次数进行计数。接着，故障诊断单元800_I判定所计数的合计次数是否为规定次数以上(步骤S106)。规定次数例如为3次。另外，3次是一例，本公开的实施方式并不限定于此。只要规定次数为多次即可，可以是2次，也可以是4次以上。

在检测到的时间为50μs以上的情况下，开关元件SW_A1H有可能发生了开路故障，但是在只检测1次该情况的阶段，尚不判定为故障。在开关元件SW_A1H真正发生了开路故障的情况下，控制电路300每向开关元件SW_A1H供给一次栅极控制信号时，在步骤S104的处理中判定为检测到的时间为50μs以上。在进行了多次(例如3次)检测到的时间为50μs以上的判定的情况下，判定为开关元件SW_A1H发生了开路故障。

在步骤S106中判定为所计数的合计次数不是3次以上的情况下，故障诊断单元800_I判定为开关元件SW_A1H为正常(步骤S108)。故障诊断单元800_I将表示开关元件SW_A1H为正常的信号输出给马达控制单元900，并返回到步骤S101的处理。

在步骤S106中判定为所计数的合计次数为3次以上的情况下，判定为开关元件SW_A1H发生了开路故障(步骤S107)。故障诊断单元800_I将表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号输出给马达控制单元900。故障诊断单元800_I也可以在将表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号输出给马达控制单元900之后，返回到步骤S101的处理。

马达控制单元900若接收表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号，则将马达200的控制模式从正常时的控制模式变更为异常时的控制模式。

异常时的控制模式例如是在发生了故障的逆变器构成线圈的中性点并通过未发生故障的逆变器来驱动马达200的控制模式。在开关元件SW_A1H发生了故障的情况下，马达控制单元900进行使熔断器ISW_11、ISW_12断开的控制。由此，具有发生了故障的开关元件SW_A1H的第1逆变器120与电源以及GND分离。然后，例如通过使开关元件SW_A1H、SW_B1H、SW_C1H截止，使开关元件SW_A1L、SW_B1L、SW_C1L导通，在第1逆变器120构成中性点。通过使用该中性点，能够通过未发生故障的第2逆变器130来驱动马达200。

并且，异常时的控制模式也可以是两相通电控制。在属于A相的开关元件SW_A1H发生了故障的情况下，马达控制单元900使属于A相的所有开关元件SW_A1H、SW_A1L、SW_A2H、SW_A2L截止。然后，使用属于B相以及C相的开关元件SW_B1H、SW_B1L、SW_B2H、SW_B2L、SW_C1H、SW_C1L、SW_C2H、SW_C2L进行两相通电控制。这样，能够使用未发生故障的相来驱动马达200。

另外，异常时的控制模式也可以是关断。关断是使马达200的动作停止的控制。

故障诊断单元800_I对第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件中的除开关元件SW_A1H以外的开关元件，也执行与对上述的开关元件SW_A1H的故障诊断相同的故障诊断。

在本实施方式的故障诊断中，在开关元件发生了故障的情况下，能够确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。通过能够确定发生了故障的开关元件，能够进行与故障部位相应的适当的控制。

接着，利用图6对检测在检测到的开关元件中流动的电流来诊断开关元件有无故障的动作的一例进行说明。

图6所示的故障诊断单元800_I是利用在检测到的开关元件中流动的电流的值来诊断开关元件有无故障的故障诊断单元800。在此，说明对作为第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件中的1个的开关元件SW_A1H有无故障进行诊断的例。

被检测到的开关元件SW_A1H的电流值(图6中的“I”)被输入到故障诊断单元800_I。并且，使开关元件SW_A1H导通的栅极控制信号(图6中的“S”)被输入到故障诊断单元800_I。绝对值块811求出所检测到的开关元件SW_A1H的电流的绝对值。比较器(Comparator)812对所得到的绝对值与预先决定的电流下限值进行比较。该电流下限值相当于在图5所示的步骤S102的处理中使用的规定电流，例如为10mA。另外，10mA是一例，本公开的实施方式并不限定于此。

在电流的绝对值为10mA以上的情况下，比较器812输出1，在电流的绝对值小于10mA的情况下，比较器812输出0。NOT块821进行“NOT”的逻辑运算，使比较器812的输出值反转。

NOT块821的输出值和栅极控制信号被输入到AND块822。在此，将用于使开关元件SW_A1H导通的High电平的栅极控制信号设为1，将用于使开关元件SW_A1H截止的Low电平的栅极控制信号设为0。AND块822进行“AND”的逻辑运算。当NOT块821的输出值以及栅极控制信号这两者为1时，AND块822输出1。即，在开关元件SW_A1H被控制成导通状态时在开关元件SW_A1H中流动的电流小于下限值的情况下，AND块822输出1。在除此以外的情况下，AND块822输出0。

AND块822的输出值和比较器841的输出值被输入到OR块832。OR块832进行“OR”的逻辑运算。比较器841所输出的初始值为0。当AND块822的输出值以及比较器841的输出值中的至少一方为1时，OR块832输出1。当AND块822的输出值以及比较器841的输出值这两者为0时，OR块832输出0。NOT块833进行“NOT”的逻辑运算，使OR块832的输出值反转。

积分器(Integrator)831对AND块822的输出值进行累积来输出。比较器841对积分器831的输出值与第1基准值进行比较。比较器851对积分器831的输出值与第2基准值进行比较。

图7是示出AND块822的输出值、积分器831的输出值、比较器841的输出值之间的关系的图。图7的横轴表示时间。第1基准值是相当于在图5所示的步骤S104的处理中使用的规定时间的值。例如，将相当于规定时间50μs的积分器831的输出值设为10。在积分器831为硬件等情况下，若用电压表示积分器831的输出值，则输出值“10”例如相当于积分器831的输出电压1.0V。

如上所述，即使在开关元件SW_A1H为正常的情况下，也有可能因噪声等的干扰而短时间地发生在导通状态的开关元件SW_A1H中流动的电流小于10mA的情况。在图7的例中，AND块822将1输出10μs时间的部分相当于噪声。积分器831将对AND块822的输出值进行累积而得的值输出10μs期间。在图7的例中，积分器831输出2。由于积分器831的输出值“2”小于第1基准值“10”，因此比较器841输出0。

若开关元件SW_A1H截止，则AND块822输出0。当AND块822的输出值以及比较器841的输出值这两者为0时，OR块832输出0。与此相应地，NOT块833输出1。若从NOT块833输入1，则积分器831对经累积的值进行复位。

另一方面，若AND块822输出1的时间为50μs以上，则积分器831进行累积而输出的值为10以上。由于积分器831的输出值为第1基准值“10”以上，因此比较器841输出1。

通过比较器841的输出值为1，即使开关元件SW_A1H截止，OR块832也输出1，NOT块833也输出0。若从NOT块833输入0，则积分器831在保持经累积的值的状态下继续进行累积。不进行累积值的复位。

图8是示出AND块822的输出值、积分器831的输出值、比较器851的输出值之间的关系的图。图8的横轴表示时间。第2基准值是相当于在图5所示的步骤S106的处理中使用的规定次数的值。例如，将相当于3次计数次数的积分器831的输出值设为30。

在比较器841的输出值为1的情况下，积分器831继续对AND块822的输出值进行累积。在积分器831的输出值小于第2基准值“30”的期间，比较器851输出0。若积分器831的输出值为第2基准值“30”以上，则比较器851输出1。该比较器851的输出值“1”成为表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号，被输入到马达控制单元900。

在积分器831的输出值小于第2基准值“30”的期间，比较器851输出0。该比较器851的输出值“0”成为表示开关元件SW_A1H为正常的信号，被输入到马达控制单元900。

另外，在积分器831的输出值即使在比较器841的输出值成为1之后经过一定时间(例如几秒钟)也小于第2基准值“30”的情况下，积分器831也可以对经累积的值进行复位。在AND块822将1输出50μs以上的情况下，开关元件SW_A1H有可能发生了故障。但是，在AND块822将1输出50μs以上的情况不连续的情况下，也可以视为开关元件SW_A1H未发生故障，对积分器831进行复位而继续进行故障诊断。

这样，故障诊断单元800_I能够利用在检测到的开关元件中流动的电流的值来诊断开关元件有无故障。

在本实施方式的故障诊断中，在开关元件发生了故障的情况下，能够确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。由于能够确定发生了故障的开关元件，因此能够进行与故障部位相应的适当的控制。

〔2-2.利用电压值的开关元件的故障诊断〕

接着，参照图9对检测施加于开关元件的电压来诊断开关元件有无故障的动作进行说明。在此，将利用施加于开关元件的电压的值来诊断开关元件有无故障的故障诊断单元800表达为故障诊断单元800_V。图9是示出利用施加于开关元件的电压的值来诊断开关元件有无故障的动作的流程图。在开关元件为FET的情况下，施加于开关元件的电压是FET的源极-漏极间电压。图9所示的步骤S105至S108的动作与图5所示的步骤S105至S108的动作相同。

故障诊断单元800_V检测开关元件SW_A1H被控制成导通状态时的开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压(步骤S111)。例如，故障诊断单元800_V能够利用电压检测电路380(图1)的输出信号来检测开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压。

接着，故障诊断单元800_V判定开关元件SW_A1H被控制成导通状态时的开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压是否为规定电压以上(步骤S112)。规定电压例如为0.5V。另外，0.5V是一例，本公开的实施方式并不限定于此。

在该例中，在开关元件SW_A1H未发生故障、即正常的情况下，被供给栅极控制信号的开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压小于0.5V。在开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下，被供给栅极控制信号的开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压为0.5V以上。

故障诊断单元800_V在判定为检测到的电压不是0.5V以上的情况下，判定为开关元件SW_A1H为正常(步骤S108)。故障诊断单元800_V将表示开关元件SW_A1H为正常的信号输出给马达控制单元900，并返回到步骤S111的处理。

在步骤S112中判定为检测到的电压为0.5V以上的情况下，进入步骤S113的处理。在步骤S113中，故障诊断单元800_V检测在开关元件SW_A1H被控制成导通状态时开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压为0.5V以上的时间。接着，故障诊断单元800_V判定检测到的时间是否为规定时间以上(步骤S114)。规定时间例如为50μs。另外，50μs是一例，本公开的实施方式并不限定于此。

即使在开关元件SW_A1H为正常的情况下，也有可能因噪声等的干扰而短时间地发生导通状态的开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压为0.5V以上的情况。若根据起因于这样的噪声的异常值来判定为开关元件SW_A1H为异常，则无法进行准确的判定。因此，在本实施方式中，在电压为0.5V以上的时间是短时间(例如小于50μs)的情况下，判定为开关元件SW_A1H为正常。

故障诊断单元800_V在判定为检测到的时间不是50μs以上的情况下，判定为开关元件SW_A1H为正常(步骤S108)。故障诊断单元800_V将表示开关元件SW_A1H为正常的信号输出给马达控制单元900，并返回到步骤S111的处理。

在步骤S114中判定为检测到的时间为50μs以上的情况下，进入步骤S105的处理。由于图9所示的步骤S105至S108的动作与图5所示的步骤S105至S108的动作相同，因此在此省略其详细说明的反复。

在图9的例中，在步骤S108中判定为开关元件SW_A1H为正常的情况下，故障诊断单元800_V将表示开关元件SW_A1H为正常的信号输出给马达控制单元900，并返回到步骤S111的处理。在步骤S107中判定为开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下，故障诊断单元800_V将表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号输出给马达控制单元900。故障诊断单元800_I也可以在将表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号输出给马达控制单元900之后，返回到步骤S111的处理。

马达控制单元900若接收到表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号，则将马达200的控制模式从正常时的控制模式变更为异常时的控制模式。

故障诊断单元800_V对第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件中的除开关元件SW_A1H以外的开关元件，也执行与对上述的开关元件SW_A1H的故障诊断相同的故障诊断。

接着，利用图10对检测施加于开关元件的电压来诊断开关元件有无故障的动作的一例进行说明。

图10所示的故障诊断单元800_V是利用检测到的施加于开关元件的电压的值来诊断开关元件有无故障的故障诊断单元800。在此，说明对开关元件SW_A1H有无故障进行诊断的例，该开关元件SW_A1H是第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件中的1个。

检测到的开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压(图10中的“V”)被输入到故障诊断单元800_V。并且，使开关元件SW_A1H导通的栅极控制信号(图10中的“是”)被输入到故障诊断单元800_V。绝对值块813求出检测到的开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压的绝对值。比较器814对所得到的绝对值与预先决定的电压下限值进行比较。该电压下限值相当于在图9所示的步骤S112的处理中使用的规定电压，例如是0.5V。另外，0.5V是一例，本公开的实施方式并不限定于此。

在电压的绝对值为0.5V以上的情况下，比较器814输出1，在电压的绝对值小于0.5V的情况下，比较器814输出0。比较器814的输出和栅极控制信号被输入到AND块822。在比较器814的输出值以及栅极控制信号这两者为1时，AND块822输出1。即，在开关元件SW_A1H被控制成导通状态时的开关元件SW_A1H的源极-漏极间电压为下限值以上的情况下，AND块822输出1。在除此以外的情况下，AND块822输出0。AND块822的输出被输入到积分器831以及OR块832。

由于积分器831、OR块832、NOT块833、比较器841、比较器851的动作与利用图6至图8说明的动作相同，因此在此省略其详细说明的反复。

在比较器841的输出值为1的情况下，积分器831继续对AND块822的输出值进行累积。在积分器831的输出值小于第2基准值“30”的期间，比较器851输出0。若积分器831的输出值为第2基准值“30”以上，则比较器851输出1。

这样，故障诊断单元800_V能够利用检测到的施加于开关元件的电压的值来诊断开关元件有无故障。

〔2-3.利用电流值以及电压值这两者的开关元件的故障诊断〕

接着，对利用在开关元件中流动的电流的值以及施加于开关元件的电压的值这两者来诊断开关元件有无故障的动作进行说明。在该例中，如图11所示，控制器340具有故障诊断单元800_IV作为故障诊断单元800。故障诊断单元800_IV利用在开关元件中流动的电流的值以及施加于开关元件的电压的值这两者来诊断开关元件有无故障。

图12示出故障诊断单元800_IV的功能块的一例。图12所示的故障诊断单元800_IV具有故障诊断单元800_I、故障诊断单元800_V以及OR块861。

故障诊断单元800_I进行参照图5至图8说明的利用电流值的诊断。但是，在该例中，在图5所示的步骤S108中，故障诊断单元800_I判定为在开关元件SW_A1H中流动的电流为正常。在该情况下，故障诊断单元800_I将表示在开关元件SW_A1H中流动的电流为正常的信号(例如“0”)输出给OR块861，并返回到步骤S101的处理。并且，在图5所示的步骤S107中，故障诊断单元800_I判定为在开关元件SW_A1H中流动的电流为异常。故障诊断单元800_I将表示在开关元件SW_A1H中流动的电流为异常的信号(例如“1”)输出给OR块861。

并且，在该例中，图6所示的比较器851的输出值“0”成为表示在开关元件SW_A1H中流动的电流为正常的信号。比较器851的输出值“1”成为表示在开关元件SW_A1H中流动的电流为异常的信号。比较器851的输出被输入到OR块861。

这样，图12所示的故障诊断单元800_I判定在开关元件中流动的电流有无异常。

故障诊断单元800_V进行参照图9以及图10说明的利用电压值的诊断。但是，在该例中，在图9所示的步骤S108中，故障诊断单元800_V判定为施加于开关元件SW_A1H的电压为正常。在该情况下，故障诊断单元800_V将表示施加于开关元件SW_A1H的电压为正常的信号(例如“0”)输出给OR块861，并返回到步骤S111的处理。并且，在图9所示的步骤S107中，故障诊断单元800_V判定为施加于开关元件SW_A1H的电压为异常。故障诊断单元800_V将表示施加于开关元件SW_A1H的电压为异常的信号(例如为“1”)输出给OR块861。

并且，在该例中，图10所示的比较器851的输出值“0”成为表示施加于开关元件SW_A1H的电压为正常的信号。比较器851的输出值“1”成为表示施加于开关元件SW_A1H的电压为异常的信号。比较器851的输出被输入到OR块861。

这样，图12所示的故障诊断单元800_V判定施加于开关元件的电压有无异常。

在故障诊断单元800_I以及故障诊断单元800_V所输出的信号这两者表示正常的情况下，OR块861判定为开关元件SW_A1H为正常。在判定为开关元件SW_A1H为正常的情况下，OR块861将表示开关元件SW_A1H为正常的信号(例如“0”)输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800_I以及故障诊断单元800_V所输出的信号中的至少一方表示异常的情况下，OR块861判定为开关元件SW_A1H发生了故障。在判定为开关元件SW_A1H发生了故障的情况下，OR块861将表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号(例如“1”)输出给马达控制单元900。马达控制单元900若接收到表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号，则将马达200的控制模式从正常时的控制模式变更为异常时的控制模式。

在图12所示的例中，故障诊断单元800_IV利用检测到的电流值以及电压值这两者进行故障诊断。然后，在检测到的电流值以及电压值中的至少一方为异常的情况下，判定为开关元件发生了故障。例如，在电流传感器150发生了故障的情况下，虽然无法检测在开关元件中流动的电流，但是即使在该情况下也能够利用检测到的电压值来诊断故障的有无。并且，例如在电压检测电路380发生了故障的情况下，虽然无法检测施加于开关元件的电压，但是即使在该情况下也能够利用检测到的电流值来诊断故障的有无。

图13示出故障诊断单元800_IV的功能块的其他例。图13所示的故障诊断单元800_IV具有故障诊断单元800_I、故障诊断单元800_V以及AND块862。

图13所示的故障诊断单元800_I以及故障诊断单元800_IV的动作与图12所示的故障诊断单元800_I以及故障诊断单元800_IV的动作相同。在图13所示的例中，故障诊断单元800_I以及故障诊断单元800_IV各自的输出被输入到AND块862。

在故障诊断单元800_I以及故障诊断单元800_V所输出的信号中的至少一方表示正常的情况下，AND块862判定为开关元件SW_A1H为正常。在判定为开关元件SW_A1H为正常的情况下，AND块862将表示开关元件SW_A1H为正常的信号(例如“0”)输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800_I以及故障诊断单元800_V所输出的信号这两者表示异常的情况下，AND块862判定为开关元件SW_A1H发生了故障。在判定为开关元件SW_A1H发生了故障的情况下，AND块862将表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号(例如“1”)输出给马达控制单元900。马达控制单元900若接收到表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号，则将马达200的控制模式从正常时的控制模式变更为异常时的控制模式。

在图13所示的例中，故障诊断单元800_IV利用检测到的电流值以及电压值这两者进行故障诊断。然后，在检测到的电流值以及电压值这两者为异常的情况下，判定为开关元件发生了故障。通过在电流值以及电压值这两者为异常的情况下判定为故障，能够提高故障这一判定的可靠性。

在上述的说明中，以电力转换装置1000为例，对诊断开关元件有无故障的方法进行了说明。本公开的实施方式所涉及的诊断开关元件有无故障的故障诊断方法能够适用于电力转换装置1000以外的各种各样的装置。例如，在DC-DC转换器等各种转换器、风力发电系统等各种发电系统中也能够适用这些故障诊断方法。本公开的实施方式所涉及的诊断开关元件有无故障的故障诊断方法能够适用于具有反复导通和截止的切换的开关元件的电气设备。

〔2-4.利用电流值的相的故障诊断〕

接着，说明本实施方式的对相有无故障进行诊断的故障诊断方法。在此，以图1所示的电力转换装置1000为例，对诊断相有无故障的方法进行说明。

第1以及第2逆变器120、130所具有的多个开关元件与马达200所具有的A相线圈M1、B相线圈M2、C相线圈M3连接。在发生了故障的情况下，只要能够确定在A相、B相、C相中的哪个相中发生了该故障，则能够进行与该故障的部位相应的适当的控制。例如，只要能够确定在A相中发生了故障，则能够使用剩余的B相、C相进行两相通电控制。

在该例中，如图14所示，控制器340具有故障诊断单元800P_I作为故障诊断单元800。故障诊断单元800P_I利用在开关元件中流动的电流的值来诊断相有无故障。

图15示出故障诊断单元800P_I的功能块的一例。图15所示的故障诊断单元800P_I具有故障诊断单元800P_IA、800P_IB、800P_IC。故障诊断单元800P_IA利用在属于A相的开关元件中流动的电流的值来进行A相的故障诊断。故障诊断单元800P_IB利用在属于B相的开关元件中流动的电流的值来进行B相的故障诊断。故障诊断单元800P_IC利用在属于C相的开关元件中流动的电流的值来进行C相的故障诊断。

图16示出故障诊断单元800P_IA的功能块的一例。图16所示的故障诊断单元800P_IA具有故障诊断单元800_I1H、800_I1L、800_I2H、800_I2L以及OR块870_I。

在图2所示的例中，在A相线圈M1连接有开关元件SW_A1H、SW_A1L、SW_A2H、SW_A2L。

在开关元件SW_A1H中流动的电流I_A1H和使开关元件SW_A1H导通的栅极控制信号S_A1H被输入到故障诊断单元800_I1H。在开关元件SW_A1L中流动的电流I_A1L和使开关元件SW_A1L导通的栅极控制信号S_A1L被输入到故障诊断单元800_I1L。在开关元件SW_A2H中流动的电流I_A2H和使开关元件SW_A2H导通的栅极控制信号S_A2H被输入到故障诊断单元800_I2H。在开关元件SW_A2L中流动的电流I_A2L和使开关元件SW_A2L导通的栅极控制信号S_A2L被输入到故障诊断单元800_I2L。

故障诊断单元800_I1H进行参照图5至图8说明的利用电流值的故障诊断。在图5的步骤S108中判定为开关元件SW_A1H为正常的情况下，故障诊断单元800_I1H将表示开关元件SW_A1H为正常的信号(例如“0”)输出给OR块870_I，并返回到步骤S101的处理。在步骤S107中判定为开关元件SW_A1H发生了故障的情况下，故障诊断单元800_I1H将表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号(例如“1”)输出给OR块870_I。

与故障诊断单元800_I1H同样地，故障诊断单元800_I1L、800_I2H、800_I2L也进行开关元件SW_A1L、SW_A2H、SW_A2L的故障诊断。4个故障诊断单元800_I1H、800_I1L、800_I2H、800_I2L各自的输出被输入到OR块870_I。

在4个故障诊断单元800_I1H、800_I1L、800_I2H、800_I2L的输出全部表示正常的情况下，OR块870_I判定为A相为正常。在判定为A相为正常的情况下，OR块870_I将表示A相为正常的信号(例如“0”)输出给马达控制单元900。

在4个故障诊断单元800_I1H、800_I1L、800_I2H、800_I2L的输出信号中的任一个表示故障的情况下，OR块870_I判定为A相发生了故障。在判定为A相发生了故障的情况下，OR块870_I将表示A相发生了故障的信号(例如“1”)输出给马达控制单元900。

与故障诊断单元800P_IA同样地，图15所示的故障诊断单元800P_IB、800P_IC也进行B相以及C相有无故障的诊断。故障诊断单元800P_IB、800P_IC将表示故障诊断的结果的信号输出给马达控制单元900。

马达控制单元900能够根据故障诊断单元800P_IA、800P_IB、800P_IC的输出信号而判定A相、B相、C相有无故障。并且，在发生了故障的情况下，马达控制单元900能够根据故障诊断单元800P_IA、800P_IB、800P_IC的输出信号而确定哪个相发生了故障。由于能够确定发生了故障的相，马达控制单元900能够进行与故障部位相应的适当的控制。例如，马达控制单元900能够使用故障相以外的剩余的两相来进行两相通电控制。

〔2-5.利用电压值的相的故障诊断〕

接着，对利用电压值来诊断相有无故障的故障诊断方法进行说明。在此，以图1所示的电力转换装置1000为例，对诊断相有无故障的方法进行说明。

在该例中，如图17所示，控制器340具有故障诊断单元800P_V作为故障诊断单元800。故障诊断单元800P_V利用施加于开关元件的电压的值来诊断相有无故障。

图18示出故障诊断单元800P_V的功能块的一例。图18所示的故障诊断单元800P_V具有故障诊断单元800P_VA、800P_VB、800P_VC。故障诊断单元800P_VA利用施加于属于A相的开关元件的电压的值来进行A相的故障诊断。故障诊断单元800P_VB利用施加于属于B相的开关元件的电压的值来进行B相的故障诊断。故障诊断单元800P_VC利用施加于属于C相的开关元件的电压的值来进行C相的故障诊断。

图19示出故障诊断单元800P_VA的功能块的一例。图19所示的故障诊断单元800P_VA具有故障诊断单元800_V1H、800_V1L、800_V2H、800_V2L以及OR块870_V。

施加于开关元件SW_A1H的电压V_A1H和栅极控制信号S_A1H被输入到故障诊断单元800_V1H。施加于开关元件SW_A1L的电压V_A1L和栅极控制信号S_A1L被输入到故障诊断单元800_V1L。施加于开关元件SW_A2H的电压V_A2H和栅极控制信号S_A2H被输入到故障诊断单元800_V2H。施加于开关元件SW_A2L的电压V_A2L和栅极控制信号S_A2L被输入到故障诊断单元800_V2L。

故障诊断单元800_V1H进行参照图9以及图10说明的利用电压值的故障诊断。在图9的步骤S108中，在判定为开关元件SW_A1H为正常的情况下，故障诊断单元800_V1H将表示开关元件SW_A1H为正常的信号(例如“0”)输出给OR块870_V，并返回到步骤S111的处理。在图9的步骤S107中判定为开关元件SW_A1H发生了故障的情况下，故障诊断单元800_V1H将表示开关元件SW_A1H发生了故障的信号(例如“1”)输出给OR块870_V。

与故障诊断单元800_V1H同样地，故障诊断单元800_V1L、800_V2H、800_V2L也进行开关元件SW_A1L、SW_A2H、SW_A2L的故障诊断。4个故障诊断单元800_V1H、800_V1L、800_V2H、800_V2L各自的输出被输入到OR块870_V。

在4个故障诊断单元800_V1H、800_V1L、800_V2H、800_V2L的输出信号全部表示正常的情况下，OR块870_V判定为A相为正常。在判定为A相为正常的情况下，OR块870_V将表示A相为正常的信号(例如“0”)输出给马达控制单元900。

在4个故障诊断单元800_V1H、800_V1L、800_V2H、800_V2L的输出信号中的任一个表示故障的情况下，OR块870_V判定为A相发生了故障。在判定为A相发生了故障的情况下，OR块870_V将表示A相发生了故障的信号(例如“1”)输出给马达控制单元900。

与故障诊断单元800P_VA同样地，图18所示的故障诊断单元800P_VB、800P_VC也进行B相以及C相有无故障的诊断。故障诊断单元800P_VB、800P_VC将表示故障诊断的结果的信号输出给马达控制单元900。

马达控制单元900能够根据故障诊断单元800P_VA、800P_VB、800P_VC的输出信号而判定A相、B相、C相有无故障。并且，在发生了故障的情况下，马达控制单元900能够根据故障诊断单元800P_VA、800P_VB、800P_VC的输出信号而确定哪个相发生了故障。由于能够确定发生了故障的相，因此马达控制单元900能够进行与故障部位相应的适当的控制。例如，马达控制单元900能够使用故障相以外的剩余的两相来进行两相通电控制。

〔2-6.利用电流值以及电压值这两者的相的故障诊断〕

接着，对利用电流值以及电压值这两者来诊断相有无故障的故障诊断方法进行说明。在该例中，如图20所示，控制器340具有故障诊断单元800P_IV作为故障诊断单元800。故障诊断单元800P_IV利用在开关元件中流动的电流的值以及施加于开关元件的电压的值这两者来诊断相有无故障。

图21示出故障诊断单元800P_IV的功能块的一例。图21所示的故障诊断单元800P_IV具有故障诊断单元800P_IA、故障诊断单元800P_VA和OR块881A。

故障诊断单元800P_IA进行参照图15以及图16说明的利用电流值的诊断。故障诊断单元800P_VA进行参照图18以及图19说明的利用电压值的诊断。

在故障诊断单元800P_IA以及故障诊断单元800P_VA所输出的信号这两者表示正常的情况下，OR块881A判定为A相为正常。在判定为A相为正常的情况下，OR块881A将表示A相为正常的信号(例如“0”)输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800P_IA以及故障诊断单元800P_VA所输出的信号中的至少一方表示异常的情况下，OR块881A判定为A相发生了故障。在判定为A相发生了故障的情况下，OR块881A将表示A相发生了故障的信号(例如“1”)输出给马达控制单元900。

故障诊断单元800P_IV还具有故障诊断单元800P_IB、故障诊断单元800P_VB以及OR块881B。

故障诊断单元800P_IB进行参照图15以及图16说明的利用电流值的诊断。故障诊断单元800P_VB进行参照图18以及图19说明的利用电压值的诊断。

在故障诊断单元800P_IB以及故障诊断单元800P_VB所输出的信号这两者表示正常的情况下，OR块881B判定为B相为正常。在判定为B相为正常的情况下，OR块881B将表示B相为正常的信号输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800P_IB以及故障诊断单元800P_VB所输出的信号中的至少一方表示异常的情况下，OR块881B判定为B相发生了故障。在判定为B相发生了故障的情况下，OR块881B将表示B相发生了故障的信号输出给马达控制单元900。

故障诊断单元800P_IV还具有故障诊断单元800P_IC、故障诊断单元800P_VC以及OR块881C。

故障诊断单元800P_IC进行参照图15以及图16说明的利用电流值的诊断。故障诊断单元800P_VC进行参照图18以及图19说明的利用电压值的诊断。

在故障诊断单元800P_IC以及故障诊断单元800P_VC所输出的信号这两者表示正常的情况下，OR块881C判定为C相为正常。在判定为C相为正常的情况下，OR块881C将表示C相为正常的信号输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800P_IC以及故障诊断单元800P_VC所输出的信号中的至少一方表示异常的情况下，OR块881C判定为C相发生了故障。在判定为C相发生了故障的情况下，OR块881C将表示C相发生了故障的信号输出给马达控制单元900。

马达控制单元900能够根据OR块881A、881B、881C的输出信号而判定A相、B相、C相有无故障。在发生了故障的情况下，马达控制单元900能够确定哪个相发生了故障。由于能够确定发生了故障的相，因此马达控制单元900能够进行与故障部位相应的适当的控制。例如，马达控制单元900能够使用故障相以外的剩余的两相来进行两相通电控制。

在图21所示的例中，故障诊断单元800P_IV利用检测到的电流值以及电压值这两者来进行故障诊断。例如，在电流传感器150发生了故障的情况下，虽然无法检测在开关元件中流动的电流，但是即使在该情况下也能够利用检测到的电压值来诊断故障的有无。并且，例如在电压检测电路380发生了故障的情况下，虽然无法检测施加于开关元件的电压，但是即使在该情况下也能够利用检测到的电流值来诊断故障的有无。

图22示出故障诊断单元800P_IV的功能块的其他例。与图21所示的故障诊断单元800_IV相比，图22所示的故障诊断单元800_IV代替OR块881A、881B以及881C而具有AND块882A、882B以及882C。

在图22所示的例中，故障诊断单元800P_IA以及故障诊断单元800P_VA各自的输出被输入到AND块882A。故障诊断单元800P_IB以及故障诊断单元800P_VB各自的输出被输入到AND块882B。故障诊断单元800P_IC以及故障诊断单元800P_VC各自的输出被输入到AND块882C。

在故障诊断单元800P_IA以及故障诊断单元800P_VA所输出的信号中的至少一方表示正常的情况下，AND块882A判定为A相为正常。在判定为A相为正常的情况下，AND块882A将表示A相为正常的信号(例如“0”)输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800P_IA以及故障诊断单元800P_VA所输出的信号这两者表示异常的情况下，AND块882A判定为A相发生了故障。在判定为A相发生了故障的情况下，AND块882A将表示A相发生了故障的信号(例如“1”)输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800P_IB以及故障诊断单元800P_VB所输出的信号中的至少一方表示正常的情况下，AND块882B判定为B相为正常。在判定为B相为正常的情况下，AND块882B将表示B相为正常的信号输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800P_IB以及故障诊断单元800P_VB所输出的信号这两者表示异常的情况下，AND块882B判定为B相发生了故障。在判定为B相发生了故障的情况下，AND块882B将表示B相发生了故障的信号输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800P_IC以及故障诊断单元800P_VC所输出的信号中的至少一方表示正常的情况下，AND块882C判定为C相为正常。在判定为C相为正常的情况下，AND块882C将表示C相为正常的信号输出给马达控制单元900。

在故障诊断单元800P_IC以及故障诊断单元800P_VC所输出的信号这两者表示异常的情况下，AND块882C判定为C相发生了故障。在判定为C相发生了故障的情况下，AND块882C将表示C相发生了故障的信号输出给马达控制单元900。

马达控制单元900能够根据OR块882A、882B、882C的输出信号而判定A相、B相、C相有无故障。在发生了故障的情况下，马达控制单元900能够确定哪个相发生了故障。由于能够确定发生了故障的相，因此马达控制单元900能够进行与故障部位相应的适当的控制。

在图22所示的例中，故障诊断单元800P_IV利用检测到的电流值以及电压值这两者来进行故障诊断。通过在电流值以及电压值这两者为异常的情况下判定为故障，能够提高故障这一判定的可靠性。

本公开的实施方式所涉及的故障诊断方法并不限于包括具有如图2所示的3个H桥的逆变器单元100的电力转换装置1000，在驱动将线圈的一端彼此进行Y形接线而成的马达的电力转换装置中也能够适宜地使用。

图23示意性地示出本实施方式的变形例的具有单体的逆变器140的逆变器单元100A的电路结构。

在该例中，逆变器单元100A与具有将一端彼此进行Y形接线而成的三相线圈的马达200连接。实施方式所涉及的故障诊断方法能够适用于例如使用三相电流的马达，还能够适用于具有将一端彼此进行三角形接线而成的线圈的马达。逆变器140的A相支路具有低侧开关元件SW_AL、高侧开关元件SW_AH以及分流电阻S_A。B相支路具有低侧开关元件SW_BL、高侧开关元件SW_BH以及分流电阻S_B。C相支路具有低侧开关元件SW_CL、高侧开关元件SW_CH以及分流电阻S_C。

控制器340能够通过与上述的故障诊断方法相同的方法来诊断逆变器140所具有的多个开关元件有无故障。并且，控制器340能够通过与上述的故障诊断方法相同的方法来诊断A相、B相、C相有无故障。

当逆变器140未发生故障时，控制器340例如通过三相通电控制来对马达200进行控制。当逆变器140发生了故障时，控制器340例如进行停止驱动马达200的控制。

这样，控制器340能够根据逆变器140是正常还是异常而变更马达200的控制。

(实施方式2)

图24示意性地示出本实施方式的电动助力转向装置3000的代表性的结构。

汽车等车辆通常具有电动助力转向装置。本实施方式的电动助力转向装置3000具有转向系统520以及生成辅助转矩的辅助转矩机构540。电动助力转向装置3000生成辅助转矩，该辅助转矩对通过驾驶员操作方向盘而产生的转向系统的转向转矩进行辅助。通过辅助转矩，能够减轻驾驶员的操作负担。

转向系统520例如能够由方向盘521、转向轴522、万向联轴器523A、523B、旋转轴524、齿条齿轮机构525、齿条轴526、左右的球窝接头552A、552B、拉杆527A、527B、转向节528A、528B以及左右的转向车轮529A、529B构成。

辅助转矩机构540例如由转向转矩传感器541、汽车用电子控制单元(ECU)542、马达543以及减速机构544等构成。转向转矩传感器541对转向系统520中的转向转矩进行检测。ECU542根据转向转矩传感器541的检测信号生成驱动信号。马达543根据驱动信号生成与转向转矩相应的辅助转矩。马达543将所生成的辅助转矩借助减速机构544而传递到转向系统520。

ECU542例如具有实施方式1的控制器340以及驱动电路350等。在汽车中构建以ECU为核心的电子控制系统。在电动助力转向装置3000中，例如由ECU542、马达543以及逆变器545构建马达驱动单元。在该系统中能够适宜地使用实施方式1的马达模块2000。

本公开的实施方式还适宜地用于线控换挡、线控转向、线控制动等线控技术以及牵引马达等的马达控制系统。例如，安装有本公开的实施方式的马达控制方法的EPS能够搭载于自动驾驶车辆，该自动驾驶车辆与由日本政府以及美国运输省道路交通安全局(NHTSA)规定的等级0至4(自动化的基准)对应。

产业上的可利用性

本公开的实施方式能够广泛地用于吸尘器、吹风机、吊扇、洗衣机、电冰箱以及电动助力转向装置等具有各种马达的多样的设备。

标号说明

100、100A：逆变器单元；101：电源；120：第1逆变器；130：第2逆变器；140：逆变器；150：电流传感器；200：马达；300：控制电路；310：电源电路；320：角度传感器；330：输入电路；340：微控制器；350：驱动电路；360：ROM；1000：电力转换装置；2000：马达模块；3000：电动助力转向装置。

Claims

1.一种故障诊断方法，对电气设备所具有的反复导通和截止的切换的开关元件有无故障进行诊断，其中，所述故障诊断方法包含如下步骤：

判定当所述开关元件被控制成导通状态时在所述开关元件中流动的电流是否小于规定电流；

在所述开关元件中流动的电流小于所述规定电流的情况下，检测在所述开关元件中流动的电流小于所述规定电流的时间；

判定检测到的所述时间是否为规定时间以上；

在检测到的所述时间为所述规定时间以上的情况下，对检测到的所述时间为所述规定时间以上的次数进行计数；

判定所述计数的合计次数是否为规定次数以上；

在所述计数的合计次数为所述规定次数以上的情况下，输出判定为所述开关元件异常的第一信号；

判定当所述开关元件被控制成导通状态时的所述开关元件的源极-漏极间电压是否为规定电压以上；

在所述源极-漏极间电压为规定电压以上的情况下，检测所述源极-漏极间电压为规定电压以上的时间；

判定检测到的所述时间是否为规定时间以上；

在检测到的所述时间为所述规定时间以上的情况下，输出判定为所述开关元件为异常的第二信号；以及

在输出了所述第一信号以及所述第二信号中的一方、或者所述第一信号以及所述第二信号这两者的情况下，判定为所述开关元件发生了故障。

2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含如下步骤：在所述开关元件中流动的电流不小于所述规定电流的情况下，判定为所述开关元件为正常。

3.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含如下步骤：在检测到的所述时间不是规定时间以上的情况下，判定为所述开关元件为正常。

4.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含如下步骤：在所述计数的合计次数不是所述规定次数以上的情况下，判定为所述开关元件为正常。

5.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其中，

所述开关元件是晶体管，

在所述开关元件中流动的电流是在所述晶体管的源极与漏极之间流动的电流。

6.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其中，

所述电气设备是将来自电源的电力转换为供给到马达的电力的电力转换装置，

所述开关元件是所述电力转换装置所具有的开关元件。

7.一种马达控制方法，其执行权利要求6所述的故障诊断方法，其中，

在判定为所述开关元件未发生故障时，在第1控制模式下控制所述马达，

在判定为所述开关元件发生了故障时，在与所述第1控制模式不同的第2控制模式下控制所述马达。

8.一种电气设备，其具有：

开关元件；以及

控制电路，其对所述开关元件的导通和截止的切换动作进行控制，

所述控制电路进行以下处理：

判定当所述开关元件被控制成导通状态时在所述开关元件中流动的电流是否小于规定电流，

在所述开关元件中流动的电流小于所述规定电流的情况下，检测在所述开关元件中流动的电流小于所述规定电流的时间，

判定检测到的所述时间是否为规定时间以上，

在检测到的所述时间为所述规定时间以上的情况下，对检测到的所述时间为所述规定时间以上的次数进行计数，

判定所述计数的合计次数是否为规定次数以上，

在所述计数的合计次数为所述规定次数以上的情况下，输出判定为所述开关元件异常的第一信号，

判定当所述开关元件被控制成导通状态时的所述开关元件的源极-漏极间电压是否为规定电压以上，

在所述源极-漏极间电压为规定电压以上的情况下，检测所述源极-漏极间电压为规定电压以上的时间，

判定检测到的所述时间是否为规定时间以上，

在检测到的所述时间为所述规定时间以上的情况下，输出判定为所述开关元件为异常的第二信号，

9.根据权利要求8所述的电气设备，其中，

所述开关元件是所述电力转换装置所具有的开关元件。

10.一种马达模块，其具有：

马达；以及

权利要求9所述的电气设备。

11.一种电动助力转向装置，其具有权利要求10所述的马达模块。