CN111034006B - 电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置 - Google Patents

电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

提供电力转换装置，能够确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。电力转换装置具有：第1逆变器(120)；以及控制电路(300)，其对第1逆变器的开关元件的接通和断开动作进行控制，并且诊断n相的绕组的断线故障，n为3以上的整数。控制电路执行如下的第1故障诊断：生成使n个低侧开关元件和n个高侧开关全部断开的控制信号，对n个低侧开关元件和n个高侧开关元件赋予控制信号，测定根据开关元件的接通故障的模式而变化的n相电压，参照将开关元件的接通故障的模式与n相电压电平关联起来的表，根据测定出的n相电压来诊断n个低侧开关元件和n个高侧开关的接通故障。

Description

电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及将来自电源的电力转换为向电动马达提供的电力的电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置。
背景技术
近年来，开发了将电动马达(以下，简记为“马达”)与ECU(Electrical ControlUnit：电子控制单元)一体化的机电一体型马达。特别是在车载领域，从安全性的观点出发，要求保证高品质。因此，采用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动作的冗余设计。作为冗余设计的一例，研究了针对一个马达设置两个逆变器。作为另一例，研究了在主微控制器中设置备用微控制器。
专利文献1公开了一种电力转换装置，其具有控制部和两个逆变器，将来自电源的电力转换为向三相马达提供的电力。两个逆变器分别与电源和接地端(以下，记作“GND”)连接。一个逆变器与马达的三相的绕组的一端连接，另一个逆变器与三相的绕组的另一端连接。各逆变器具有桥电路，该桥电路由各自包含高侧开关元件和低侧开关元件的三个支路构成。控制部在检测到两个逆变器的开关元件发生了故障的情况下，将马达控制从正常时的控制切换为异常时的控制。在正常时的控制中，例如，通过对两个逆变器的开关元件进行开关来驱动马达。在异常时的控制中，例如，使用发生了故障的逆变器的绕组的中性点，由未发生故障的逆变器来驱动马达。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-192950号公报
专利文献2：日本特开2017-063571号公报
发明内容
发明要解决的课题
在使用上述那样的两个逆变器来对马达进行驱动的装置中，在逆变器发生了故障的情况下，要求在尽可能短的时间内确定该故障部位。
专利文献2公开了用一个逆变器来对具有Y接线的绕组的马达进行驱动的装置(以下，记作“单逆变器型的装置”)。在专利文献2中，公开了将在预定的通电模式中检测到的信号与预定的异常种类对应表进行对照来检测布线的断线和短路。
但是，在专利文献2的技术中，在逆变器所具有的开关元件发生了故障的情况下，无法确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。另外，由于使用测定出的电流值和电压值来进行布线的断线等故障检测，因此故障检测和确定故障部位会花费更多的时间。
本公开的实施方式提供能够确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障的电力转换装置、具有该电力转换装置的马达模块以及具有该马达模块的电动助力转向装置。
用于解决课题的手段
本公开的例示的电力转换装置将来自电源的电力转换为向具有n相的绕组的马达提供的电力，n为3以上的整数，其中，所述电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接，并且具有各自包含低侧开关元件和高侧开关元件的n个支路；以及控制电路，其对所述第1逆变器的n个低侧开关元件和n个高侧开关元件的接通和断开动作进行控制，并且诊断所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关的接通故障，所述控制电路执行如下的第1故障诊断：生成使所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关全部断开的控制信号，对所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关元件赋予所述控制信号，测定根据开关元件的接通故障的模式而变化的n相电压，参照将所述开关元件的接通故障的模式与n相电压电平关联起来的表，根据测定出的所述n相电压来诊断所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关的接通故障。
发明效果
根据本公开的例示的实施方式，提供了能够确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障的电力转换装置、具有该电力转换装置的马达模块以及具有该马达模块的电动助力转向装置。
附图说明
图1是示出例示的实施方式1的逆变器单元100的电路结构的电路图。
图2是示出例示的实施方式1的马达模块2000的块结构、并且主要示出电力转换装置1000的块结构的结构框图。
图3是例示了对按照三相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形(正弦波)的曲线图。
图4是示出例示的实施方式1的、将各种故障模式与三相电压电平关联起来的查找表的内容的表。
图5是例示了对在绕组M1发生了断线的情况下按照二相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的V相、W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形的曲线图。
图6是例示了对在绕组M2发生了断线的情况下按照二相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的U相、W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形的曲线图。
图7是例示了对在绕组M3发生了断线的情况下按照二相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的U相、V相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形的曲线图。
图8是示出例示的实施方式2的逆变器单元100A的电路结构的电路图。
图9是示出例示的实施方式2的、将各种故障模式与三相电压电平关联起来的查找表的内容的表。
图10是示出例示的实施方式3的电动助力转向装置3000的典型结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的电力转换装置、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的冗长，使本领域技术人员容易理解，有时省略过度详细的说明。例如，有时省略对公知的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。
在本说明书中，以将来自电源的电力转换为向具有三相(U相、V相、W相)的绕组的三相马达提供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向具有四相或五相等n相(n为4以上的整数)的绕组的n相马达提供的电力的电力转换装置也属于本公开的范畴。
(实施方式1)
[1-1.逆变器单元100的构造]
图1示意性地示出了本实施方式的逆变器单元100的电路结构。
逆变器单元100具有电源切断电路110、第1逆变器120以及第2逆变器130。逆变器单元100能够将来自电源101A、101B的电力转换为向马达200提供的电力。例如，第1和第2逆变器120、130能够将直流电力转换为作为U相、V相以及W相的伪正弦波的三相交流电力。
马达200例如是三相交流马达。马达200具有U相的绕组M1、V相的绕组M2以及W相的绕组M3，并与第1逆变器120和第2逆变器130连接。具体而言，第1逆变器120与马达200的各相的绕组的一端连接，第2逆变器130与各相的绕组的另一端连接。在本说明书中，部件(结构要素)彼此之间的“连接”主要是指电连接。
第1逆变器120具有与各相对应的端子U_L、V_L以及W_L。第2逆变器130具有与各相对应的端子U_R、V_R以及W_R。第1逆变器120的端子U_L与U相的绕组M1的一端连接，端子V_L与V相的绕组M2的一端连接，端子W_L与W相的绕组M3的一端连接。与第1逆变器120同样地，第2逆变器130的端子U_R与U相的绕组M1的另一端连接，端子V_R与V相的绕组M2的另一端连接，端子W_R与W相的绕组M3的另一端连接。这样的马达接线与所谓的星形接线和三角形接线不同。
电源切断电路110具有第1至第4开关元件111、112、113以及114。在逆变器单元100中，第1逆变器120能够通过电源切断电路110而与电源101A和GND电连接。第2逆变器130能够通过电源切断电路110而与电源101B和GND电连接。具体而言，第1开关元件111切换第1逆变器120与GND的连接和非连接。第2开关元件112切换电源101与第1逆变器120的连接和非连接。第3开关元件113切换第2逆变器130与GND的连接和非连接。第4开关元件114切换电源101与第2逆变器130的连接和非连接。
第1至第4开关元件111、112、113和114的接通和断开可由例如微控制器或专用驱动器控制。第1至第4开关元件111、112、113以及114能够切断双向的电流。作为第1至第4开关元件111、112、113以及114，例如，可以使用晶闸管、模拟开关IC、或者在内部形成有寄生二极管的场效应晶体管(典型地为MOSFET)等半导体开关以及机械继电器等。也可以使用二极管与绝缘栅双极晶体管(IGBT)等的组合。在本说明书的附图中，例示了使用MOSFET作为第1至第4开关元件111、112、113以及114的例子。以下，有时将第1至第4开关元件111、112、113以及114分别记作SW 111、SW 112、SW 113以及SW 114。
SW 111配置为在内部的寄生二极管中正向电流朝向第1逆变器120流动。SW 112配置为在寄生二极管中正向电流朝向电源101A流动。SW 113配置为在寄生二极管中正向电流朝向第2逆变器130流动。SW 114配置为在寄生二极管中正向电流朝向电源101B流动。
如图所示，电源切断电路110优选还具有反向连接保护用的第5和第6开关元件115、116。第5和第6开关元件115、116典型地是具有寄生二极管的MOSFET的半导体开关。第5开关元件115与SW 112串联连接，配置为在寄生二极管中正向电流朝向第1逆变器120流动。第6开关元件116与SW 114串联连接，配置为在寄生二极管中正向电流朝向第2逆变器130流动。即使在电源101A、101B反向连接了的情况下，也能够通过反向连接保护用的两个开关元件来切断反向电流。
不限于图示的例子，所使用的开关元件的个数是考虑设计规格等而适当决定的。特别是在车载领域中，从安全性的观点出发，要求保证高品质，因此优选预先设置多个开关元件用于各逆变器。
电源可以具有第1逆变器120用的电源101A和第2逆变器130用的电源101B。电源101A、101B生成规定的电源电压(例如，12V)。作为电源，例如使用直流电源。但是，电源也可以是AC-DC转换器和DC-DC转换器，也可以是电池(蓄电池)。另外，电源101也可以是第1和第2逆变器120、130所共用的一个电源。
在电源101A、101B与电源切断电路110之间设置有线圈102。线圈102作为噪声滤波器发挥功能，进行平滑化，使得向各逆变器提供的电压波形所包含的高频噪声、或者在各逆变器中产生的高频噪声不会向电源侧流出。
在各逆变器的电源端子连接有电容器103。电容器103是所谓的旁路电容器，抑制电压纹波。电容器103例如是电解电容器，容量以及使用的个数是根据设计规格等而适当决定的。
第1逆变器120具有包含三个支路的桥电路。各支路具有低侧开关元件和高侧开关元件。U相支路具有低侧开关元件121L和高侧开关元件121H。V相支路具有低侧开关元件122L和高侧开关元件122H。W相支路具有低侧开关元件123L和高侧开关元件123H。作为开关元件，例如可以使用FET或IGBT。以下，对使用MOSFET作为开关元件的例子进行说明，有时将开关元件记作SW。例如，将开关元件121L、122L以及123L记作SW 121L、122L以及123L。
第1逆变器120具有三个分流电阻121R、122R以及123R作为用于检测在U相、V相以及W相的各相的绕组中流动的电流的电流传感器150(参照图3)。电流传感器150包含检测在各分流电阻中流动的电流的电流检测电路(未图示)。例如，分流电阻121R、122R以及123R分别连接在第1逆变器120的三个支路所包含的三个低侧开关元件与GND之间。具体而言，分流电阻121R电连接在SW 121L与SW 111之间，分流电阻122R电连接在SW 122L与SW 111之间，分流电阻123R电连接在SW 123L与SW 111之间。分流电阻的电阻值例如为0.5mΩ～1.0mΩ左右。
与第1逆变器120同样地，第2逆变器130具有包含三个支路的桥电路。U相支路具有低侧开关元件131L和高侧开关元件131H。V相支路具有低侧开关元件132L和高侧开关元件132H。W相支路具有低侧开关元件133L和高侧开关元件133H。另外，第2逆变器130具有三个分流电阻131R、132R以及133R。这些分流电阻连接在三个支路所包含的三个低侧开关元件与GND之间。
对于各逆变器，分流电阻的数量不限于三个。例如，可以使用U相、V相用的两个分流电阻、V相、W相用的两个分流电阻、以及U相、W相用的两个分流电阻。所使用的分流电阻的数量以及分流电阻的配置是考虑产品成本和设计规范等而适当决定的。
如上所述，第2逆变器130具有与第1逆变器120的构造实质上相同的构造。在图1中，为了便于说明，将纸面的左侧的逆变器记作第1逆变器120，将右侧的逆变器记作第2逆变器130。然而，这样的表述不应被解释为意图限定本公开。第1和第2逆变器120、130能够无区别地用作逆变器单元100的结构要素。
[1-2.电力转换装置1000和马达模块2000的构造]
图2示意性地示出本实施方式的马达模块2000的块结构，主要示意性地示出电力转换装置1000的块结构。
马达模块2000具有电力转换装置1000和马达200，该电力转换装置1000具有逆变器单元100和控制电路300。
马达模块2000可以被模块化而作为例如具有马达、传感器、驱动器以及控制器的机电一体型马达进行制造和销售。另外，马达200以外的电力转换装置1000也可以被模块化而进行制造和销售。
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ROM 360。控制电路300与逆变器单元100连接，通过控制逆变器单元100而对马达200进行驱动。
具体而言，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而实现闭环控制。另外，控制电路300也可以具有扭矩传感器来代替角度传感器320。在这种情况下，控制电路300能够对作为目标的马达扭矩进行控制。
电源电路310生成电路内的各块所需的DC电压(例如3V、5V)。角度传感器320例如是旋转变压器或霍尔IC。或者，角度传感器320也能够通过具有磁阻(MR)元件的MR传感器与传感器磁铁的组合而实现。角度传感器320检测转子的旋转角(以下，记作“旋转信号”)，并将旋转信号输出给控制器340。
输入电路330接受由电流传感器150检测到的马达电流值(以下，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的输入电平而将实际电流值输出给控制器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的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和第2逆变器120、130的各SW的开关动作(接通或断开)进行控制。控制器340根据实际电流值和转子的旋转信号等来设定目标电流值，生成PWM信号，并将其输出给驱动电路350。另外，控制器340能够对逆变器单元100的电源切断电路110的各SW的接通和断开进行控制。
驱动电路350典型地是栅极驱动器(或预驱动器)。驱动电路350根据PWM信号而生成对第1和第2逆变器120、130的各SW的MOSFET的开关动作进行控制的控制信号(栅极控制信号)，并对各SW的栅极赋予控制信号。此外，驱动电路350能够根据来自控制器340的指示而生成对电源切断电路110的各SW的接通和断开进行控制的控制信号。当驱动对象是能够以低电压来驱动的马达时，有时不必是栅极驱动器。在该情况下，栅极驱动器的功能能够安装于控制器340。
ROM 360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。ROM 360保存有控制程序，该控制程序包含用于使控制器340控制电力转换装置1000的指令组和用于执行后述的各种故障诊断的指令组。例如，控制程序在启动时在RAM(未图示)中被一次加载。
[1-3.正常时的动作]
首先，对电力转换装置1000的正常时的控制方法的具体例进行说明。正常是指第1逆变器120、第2逆变器130以及电源切断电路110的各SW没有故障、并且马达200的三相绕组M1、M2以及M3均没有发生故障的状态。在本说明书中，假设电源切断电路110的反向连接保护用的SW 115、116始终处于接通状态。
在正常时，控制电路300使电源切断电路110的SW 111、112、113以及114全部接通。由此，电源101A与第1逆变器120电连接，并且电源101B与第2逆变器130电连接。另外，第1逆变器120与GND电连接，并且第2逆变器130与GND电连接。在该连接状态下，控制电路300使用第1和第2逆变器120、130双方对绕组M1、M2以及M3通电，由此对马达200进行驱动。在本说明书中，将对三相的绕组通电的情况称为“三相通电控制”，将对二相的绕组通电的情况称为“二相通电控制”。
图3例示了对按照三相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形(正弦波)。横轴表示马达电角度(度)，纵轴表示电流值(A)。在图3的电流波形中，每30°电角度地标绘电流值。Ipk表示各相的最大电流值(峰值电流值)。
在图3所示的电流波形中，考虑了电流方向时的在三相的绕组中流动的电流的总和在每个电角度为“0”。但是，根据电力转换装置1000的电路结构，由于能够独立地对在三相的绕组中流动的电流进行控制，因此也可以进行电流的总和不为“0”的控制。例如，控制电路300通过能够取得图3所示的电流波形的PWM控制而对第1和第2逆变器120、130的各开关元件的开关动作进行控制。
[1-4.异常时的动作]
异常主要是指(1)各逆变器的开关元件的故障和(2)马达200的绕组的故障。(1)各逆变器的开关元件的故障大致分为“断开故障(开路故障)”和“接通故障(短路故障)”。“断开故障”是指FET的源极-漏极之间开放的故障(换言之，源极-漏极之间的电阻rds为高阻抗)，“接通故障”是指FET的源极-漏极之间短路的故障。(2)马达200的绕组的故障主要是指绕组发生断线。
如果长时间使用电力转换装置1000，则有可能出现两个逆变器的多个SW以及三相的绕组中的至少一个发生故障。这些故障与制造时可能产生的制造故障不同。哪怕是多个开关元件中的一个发生故障，也无法再进行正常时的三相通电控制。另外，哪怕是绕组M1、M2以及M3中的一个发生断线，也无法再进行正常时的三相通电控制。
控制电路300(主要是控制器340)能够以驱动电路(栅极驱动器)350没有发生故障为前提来诊断绕组的断线故障以及逆变器内的SW的接通故障或断开故障。控制器340典型地优选为在电力转换装置1000接通电源而控制电路300启动时进行SW故障和绕组故障的初始诊断。但是，控制器340也可以在正常时的控制中定期地进行SW故障和绕组故障的诊断。在这种情况下，为了不影响马达控制，期望尽可能地缩短诊断时间。例如，可以将诊断时间抑制为30ms以下。
<SW的接通故障或断开故障>
控制器340进行逆变器的SW故障的诊断。具体而言，控制器340能够从第1和第2逆变器120、130的十二个SW中确定发生了接通故障或断开故障的SW。SW故障诊断具有诊断SW的接通故障的第1故障诊断和诊断SW的断开故障的第2故障诊断。
例如，控制器340对第1逆变器120执行第1故障诊断，接着对第2逆变器130执行第1故障诊断。当第1故障诊断完成时，控制器340对第1逆变器120执行第2故障诊断，接着对第2逆变器130执行第2故障诊断。
第1故障诊断包含以下步骤。
(1)控制器340生成使第1和第2逆变器120、130中的一个逆变器(作为诊断对象的逆变器)的三个低侧开关元件和三个高侧开关、以及另一个逆变器(作为非诊断对象的逆变器)的三个低侧开关元件和三个高侧开关全部断开的控制信号。
(2)驱动电路350在控制器340的控制下，对第1和第2逆变器120、130的全部的SW赋予控制信号。控制器340测定在绕组M1、M2以及M3的一端出现的三相电压Vu、Vv以及Vw。例如，控制器340能够通过测定作为诊断对象的逆变器的端子(例如，端子U_L、V_L以及W_L)的端子电压而取得三相电压Vu、Vv以及Vw。在第1故障诊断中，三相电压Vu、Vv以及Vw根据SW的接通故障的模式而变化。
(3)控制器340参照将SW的接通故障的模式与三相电压电平关联起来的查找表(以下，记作“LUT”)，根据测定出的三相电压Vu、Vv以及Vw来诊断作为诊断对象的逆变器的三个低侧开关元件和三个高侧开关的接通故障。
以下，以将第1逆变器120作为诊断对象的情况为例，对第1故障诊断进行详细说明。
图4示出了将各种故障模式与三相电压电关联起来的LUT的具体例。
LUT具有将SW的接通故障的模式与三相电压电平Vu、Vv、Vw关联起来的、例如图4所示的故障诊断信息。SW的接通故障的模式主要有是三种模式：逆变器的U相支路的高侧开关元件或低侧开关元件的接通故障；V相支路的高侧开关元件或低侧开关元件的接通故障；以及W相支路的高侧开关元件或低侧开关元件的接通故障。
三相电压Vu、Vv以及Vw各自的电平可以是第1电平(低电平：L电平)、第2电平(中间电平：M电平)以及第3电平(高电平：H电平)中的任意电平。在电源电压采用了12.0V的情况下，第1电平比GND电平高，例如为1.0V左右。第2电平比第1电平高，例如为9.0V左右。第3电平比第2电平高并且在电源的电压电平以下。第3电平例如为12.0V左右。
控制器340在第1故障诊断时，生成使电源切断电路110的SW 111、112接通的控制信号。从驱动电路350对SW 111、112赋予控制信号，SW 111、112成为接通状态。这里，有时将在第1故障诊断时使SW 111、112接通的情况称为“使电源切断电路110接通”。另一方面，控制器340生成使电源切断电路110的SW 113、114断开的控制信号。从驱动电路350对SW 113、114赋予控制信号，SW 113、114成为断开状态。由此，第1逆变器120与电源101A和GND连接，第2逆变器130从电源101B和GND切断。另外，在第1故障诊断中，前提条件是SW 111、112、113以及114没有发生故障。
控制器340生成使第1和第2逆变器120、130的全部的SW断开的控制信号。从驱动电路350对SW 121L、122L、123L、121H、122H、123H、131L、132L、133L、131H、132H以及133H赋予使它们断开的栅极控制信号。
在测定出的三相电压Vu、Vv以及Vw分别示出中间电平的情况下，控制器340能够判定为第1逆变器120的SW 121L、122L、123L、121H、122H以及123H全部没有发生接通故障。
虽然未图示，但在第1逆变器120的端子U_L、V_L、W_L、第2逆变器130的端子U_R、V_R以及W_R处分别设置有分压电阻。该分压电阻在各相支路的高侧开关元件和低侧开关元件均为断开状态时具有使端子电压成为电源电压的中间电压(例如6V)附近的电阻值。因此，在第1和第2逆变器120、130的全部的SW为断开状态的情况下、即没有发生接通故障的情况下，第1逆变器120的端子U_L、V_L以及W_L的端子电压示出中间电平。
在三相中的一相的相电压示出低电平、并且剩余两相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340能够检测到示出低电平的相电压的相的低侧开关元件发生接通故障。这是因为，当低侧开关元件发生接通故障时，低电平的电压会经由该SW而出现在发生了接通故障的相的逆变器的端子处。
在U相的相电压示出低电平、并且V、W相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的U相支路的SW 121L发生接通故障。与U相同样地，在V相的相电压示出低电平、并且U、W相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的V相支路的SW 122L发生接通故障。在W相的相电压示出低电平、并且U、V相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的W相支路的SW 123L发生接通故障。
在三相中的一相的相电压示出高电平、并且剩余两相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340能够检测到示出高电平的相电压的相的高侧开关元件发生接通故障。这是因为，当高侧开关元件发生接通故障时，高电平的电压经由该SW而出现在发生了接通故障的相的逆变器的端子处。
在U相的相电压示出高电平、并且V、W相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的U相支路的SW 121H发生接通故障。与U相同样地，在V相的相电压示出高电平、并且U、W相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的V相支路的SW 122H发生接通故障。在W相的相电压示出高电平、并且U、V相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的W相支路的SW 123H发生接通故障。
第2故障诊断包含用于诊断低侧开关元件的断开故障的以下步骤。
(1)控制器340生成使第1和第2逆变器120、130中的一个逆变器(作为诊断对象的逆变器)的三个低侧开关元件接通、并使三个高侧开关断开的控制信号，并且生成使另一个逆变器(作为非诊断对象的逆变器)的三个低侧开关元件和三个高侧开关全部断开的控制信号。
(2)驱动电路350在控制器340的控制下，对第1和第2逆变器120、130的全部的SW赋予控制信号。控制器340测定在绕组M1、M2以及M3的一端处出现的三相电压Vu、Vv以及Vw。例如，控制器340能够通过测定作为诊断对象的逆变器的端子(例如，端子U_L、V_L以及W_L)的端子电压而取得三相电压Vu、Vv以及Vw。
(3)控制器340参照将低侧的SW的断开故障的模式与三相电压电平关联起来的LUT，根据测定出的三相电压Vu、Vv以及Vw来诊断作为诊断对象的逆变器的三个低侧开关元件的断开故障。
第2故障诊断还包含用于诊断高侧开关元件的断开故障的以下步骤。
(4)控制器340生成使第1和第2逆变器120、130中的一个逆变器(作为诊断对象的逆变器)的三个高侧开关元件接通、并使三个低侧开关断开的控制信号，并且生成使另一个逆变器(作为非诊断对象的逆变器)的三个低侧开关元件和三个高侧开关全部断开的控制信号。
(5)驱动电路350在控制器340的控制下，对第1和第2逆变器120、130的全部的SW赋予控制信号。控制器340测定在绕组M1、M2以及M3的一端出现的三相电压Vu、Vv以及Vw。
(6)控制器340参照进一步将高侧的SW的断开故障的模式与三相电压电平关联起来的LUT，根据测定出的三相电压Vu、Vv以及Vw来诊断作为诊断对象的逆变器的三个高侧开关元件的断开故障。在第2故障诊断中，三相电压Vu、Vv以及Vw根据SW的断开故障的模式而变化。
以下，以将第1逆变器120作为诊断对象的情况为例，对第2故障诊断进行详细说明。LUT具有进一步将SW的断开故障的模式与三相电压电平Vu、Vv以及Vw关联起来的、例如图4所示的故障诊断信息。SW的断开故障的模式主要是以下三种模式：逆变器的U相支路的高侧开关元件或低侧开关元件的断开故障；V相支路的高侧开关元件或低侧开关元件的断开故障；以及W相支路的高侧开关元件或低侧开关元件的断开故障。
控制器340在第2故障诊断时，生成使电源切断电路110的SW 111、112接通的控制信号。从驱动电路350对SW 111、112赋予控制信号，SW 111、112成为接通状态。另一方面，控制器340生成使电源切断电路110的SW 113、114断开的控制信号。从驱动电路350对SW 113、114赋予控制信号，SW 113、114成为断开状态。另外，在第2故障诊断中，前提条件也是SW111、112、113以及114没有发生故障。
首先，控制器340生成使第1和第2逆变器120、130的SW中的仅第1逆变器120的SW121L、122L、123L接通、并且使剩余的SW断开的控制信号。从驱动电路350对SW 121L、122L以及123L赋予使它们接通的栅极控制信号。从驱动电路350对SW 121H、122H、123H、131L、132L、133L、131H、132H以及133H赋予使它们断开的栅极控制信号。
在测定出的三相电压Vu、Vv以及Vw分别示出低电平的情况下，控制器340能够判定为第1逆变器120的SW 121L、122L以及123L没有发生断开故障。这是因为，当全部的低侧开关元件为接通状态时，低电平的电压会经由这些SW而出现在第1逆变器120的三相的端子U_L、V_L、W_L处。
在三相中的一相的相电压示出中间电平、并且剩余两相的相电压示出低电平的情况下，控制器340能够检测到示出中间电平的相电压的相的低侧开关元件发生断开故障。这是因为，当低侧开关元件发生断开故障时，上述的分压电阻的电压、而不是低电平的电压会出现在第1逆变器120的发生了断开故障的相的端子处。
在U相的相电压示出中间电平、并且V、W相的相电压示出低电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的U相支路的SW 121L发生断开故障。与U相同样地，在V相的相电压示出中间电平、并且U、W相的相电压示出低电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的V相支路的SW 122L发生断开故障。在W相的相电压示出中间电平、并且U、V相的相电压示出低电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的W相支路的SW 123L发生断开故障。
接着，控制器340生成使第1和第2逆变器120、130的SW中的仅第1逆变器120的SW121H、122H、123H接通、并且使剩余的SW断开的控制信号。从驱动电路350对SW 121H、122H以及123H赋予使它们接通的栅极控制信号。从驱动电路350对SW 121L、122L、123L、131L、132L、133L、131H、132H以及133H赋予使它们断开的栅极控制信号。
在测定出的三相电压Vu、Vv以及Vw分别示出高电平的情况下，控制器340能够判定为第1逆变器120的SW 121H、122H以及123H没有发生断开故障。这是因为，当全部的高侧开关元件为接通状态时，高电平的电压会经由这些SW而出现在第1逆变器120的三相的端子U_L、V_L、W_L处。
在三相中的一相的相电压示出中间电平、并且剩余两相的相电压示出高电平的情况下，控制器340能够检测到示出中间电平的相电压的相的高侧开关元件发生断开故障。这是因为，当高侧开关元件发生断开故障时，上述的分压电阻的电压、而不是高电平的电压会出现在第1逆变器120的发生了断开故障的相的端子处。
在U相的相电压示出中间电平、并且V、W相的相电压示出高电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的U相支路的SW 121H发生断开故障。与U相同样地，在V相的相电压示出中间电平、并且U、W相的相电压示出高电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的V相支路的SW 122H发生断开故障。在W相的相电压示出中间电平、并且U、V相的相电压示出高电平的情况下，控制器340检测到第1逆变器的W相支路的SW 123H发生断开故障。
优选为，先进行接通故障的诊断，然后进行断开故障的诊断。例如，假设第1逆变器120的U相支路的SW 121H发生了接通故障。在这种情况下，当在断开故障的诊断中将SW121L接通时，U相支路的高侧开关元件和低侧开关元件都会接通，通电路径有可能短路。按照上述的诊断顺序能够避免该情况。
断开故障诊断的前提是在接通故障诊断中不会在两处以上出现SW的接通故障。但是，即使作为非诊断对象的逆变器的切断用的开关元件发生接通故障，只要能够使高侧开关元件和低侧开关元件全部成为断开状态，就能够进行接通故障诊断。
<绕组的断线故障的诊断>
控制器340在完成了SW的接通故障或断开故障的诊断后，利用马达200的中性点来进行绕组的断线故障的诊断。具体而言，控制器340能够从绕组M1、M2以及M3之中确定发生了断线的绕组。绕组的断线故障的诊断的前提条件是SW的接通和断开故障的诊断完成。
绕组的断线故障的诊断具有第3故障诊断。控制器340在使位于第1和第2逆变器120、130中的一个逆变器(例如第2逆变器130)的节点作为马达200的中性点发挥功能的状态下，按照规定的模式使另一个逆变器(例如第1逆变器120)的开关元件接通或断开，由此执行第3故障诊断。
第3故障诊断包含以下步骤。
(1)控制器340生成使该另一个逆变器的三个低侧开关元件中的第1特定相的一个低侧开关元件接通、使剩余的两个低侧开关元件断开、并且使三个高侧开关元件全部断开的控制信号。第1特定相可以是U、V以及W相中的任意一相。
(2)驱动电路350在控制器340的控制下，在该一个逆变器中构成了马达200的中性点的状态下，对该另一个逆变器的三个低侧开关元件和三个高侧开关元件赋予控制信号。控制器340测定在绕组M1、M2以及M3的一端出现的三相电压Vu、Vv以及Vw。在第3故障诊断中，三相电压Vu、Vv以及Vw根据绕组的断线故障模式而变化。
控制器340通过按照规定的模式使该一个逆变器的开关元件接通或断开而使该逆变器内的节点作为马达200的中性点发挥功能。根据规定的模式，该一个逆变器的三个支路中的高侧开关元件与低侧开关元件之间的三个节点(例如图1中的第2逆变器130之中的节点n1、n2以及n3)的电位相等。
(3)控制器340参照将绕组的断线故障的模式与三相电压Vu、Vv以及Vw的电平关联起来的LUT，根据测定出的三相电压Vu、Vv以及Vw来诊断断线故障。
再次参照图4。LUT还具有将绕组的断线故障的模式与三相电压Vu、Vv以及Vw的电平关联起来的故障诊断信息。绕组的断线故障的模式主要是以下三种模式：U相的绕组M1的断线、V相的绕组M2的断线以及W相的绕组M3的断线。
以下，对使第2逆变器130内的节点作为马达200的中性点发挥功能而执行第3故障诊断的具体的诊断过程进行说明。也可以使第1逆变器120内的节点作为马达200的中性点发挥功能来执行第3故障诊断。
控制器340生成使电源切断电路110的SW 111、112接通、并使SW 113、114断开的控制信号。这里，有时将在执行第3故障诊断时使SW 111、112接通的情况称为“使电源切断电路110接通”。从驱动电路350对SW 111、112、113以及114赋予控制信号，SW 111、112成为接通状态，SW 113、114成为断开状态。由此，第1逆变器120与电源101A和GND连接，第2逆变器130从电源101B和GND切断。另外，在第3故障诊断中，前提条件也是SW 111、112、113以及114没有发生故障。
控制器340通过按照规定的模式使第2逆变器130的开关元件接通或断开而使该逆变器的节点作为马达200的中性点发挥功能。规定的模式例如可以包含：模式A，使第2逆变器130的高侧的SW 131H、132H以及133H接通，并使低侧的SW 131L、132L以及133L断开；模式B，使高侧的SW 131H、132H以及133H断开，并使低侧的SW 131L、132L以及133L接通；以及模式C，使第2逆变器130的全部的SW接通。
在本实施方式中，控制器340使用模式A而使第2逆变器130内的节点作为中性点发挥功能。换句话说，控制器340使用模式A而使第2逆变器130的节点n1、n2以及n3的电位相等。从驱动电路350对第2逆变器的SW赋予栅极控制信号。
控制器340生成使第1逆变器120的高侧的SW 121H、122H以及123H断开的控制信号。在本实施方式中，第1特定相是U相。如上所述，第1特性相也可以是V相或W相。控制器340还使第1逆变器120的U相的低侧的SW 121L接通，并且使剩余的两相的SW 122L、123L断开。从驱动电路350对SW 121L赋予使其接通的栅极控制信号，并对SW122L、123L、121H、122H以及123H赋予使它们断开的栅极控制信号。
在测定出的三相电压Vu、Vv和Vw分别示出低电平的情况下，控制器340判定为绕组M1、M2和M3没有断线。换言之，能够判定为三相的通电路径正常。在第2逆变器130内的节点作为中性点发挥功能的状态下，当作为第1特定相的U相的SW 121L接通时，低电平的电压经由绕组M2、M3而出现在第1逆变器120的端子L_V、L_W处。
在三相中的一相的相电压示出低电平、并且剩余两相的相电压示出中间电平的情况下，控制器340检测到第1特定相的绕组发生断线故障。具体而言，控制器340在作为第1特定相的U相的相电压示出低电平、并且V、W相的相电压示出中间电平的情况下，能够检测到U相的绕组M1发生断线故障。这是因为，当U相的绕组M1断线时，即使U相的SW 121L接通，低电平的电压也不会经由绕组M1、M2、M3而出现在第1逆变器120的端子L_V、L_W处。取而代之，上述的分压电阻的电压会出现在端子L_V、L_W处。
在第1特定相以外的相中的一相的相电压示出中间电平、并且剩余两相的相电压示出低电平的情况下，控制器340检测到示出中间电平的相的绕组发生断线。具体而言，控制器340在V相的相电压示出中间电平、并且U、W相的相电压示出低电平的情况下，能够检测到V相的绕组M2发生故障。控制器340在W相的相电压示出中间电平、并且U、V相的相电压示出低电平的情况下，能够检测到W相的绕组M3发生故障。这是因为，例如，当V相的绕组M2断线时，在U相的SW 121L接通的情况下，低电平的电压会经由绕组M1、M3而出现在第1逆变器120的端子L_W处，另一方面，不会经由绕组M1、M2而出现在端子L_V处。
例如，当在SW的接通故障或断开故障的诊断中判定为第2逆变器的高侧的SW131H发生断开故障、或者低侧的SW 131L发生接通故障的情况下，控制器340通过使低侧的SW131L、132L以及133L接通而使第2逆变器内的节点作为中性点发挥功能。这样，控制器340能够根据SW的接通故障或断开故障的模式来选择例如使用上述的三种模式之中的哪种模式。
例如，假设在第1逆变器120中，SW121L、122L、123L、121L、122L以及123L中的一个发生了接通故障或断开故障、或者第3和第4开关元件113、114中的至少一个发生了接通故障。在这种情况下，控制器340通过将第3故障诊断应用于第2逆变器130，能够在使第1逆变器120内的节点作为马达200的上述中性点发挥功能的状态下，测定在绕组M1、M2以及M3的另一端出现的三相电压Vu、Vv以及Vw。
在第1至第3故障诊断中，在检测到SW的接通故障或断开故障以及绕组的断线故障中的至少一个的情况下，控制器340能够将马达的通电控制从三相通电控制切换为二相通电控制。
图5例示了对在绕组M1发生了断线的情况下按照二相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的V相、W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形。图6例示了对在绕组M2发生了断线的情况下按照二相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的U相、W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形。图7例示了对在绕组M3发生了断线的情况下按照二相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的U相、V相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形。横轴表示马达电角度(度)，纵轴表示电流值(A)。在图5至图7的电流波形中，每30°电角度地标绘了电流值。Ipk表示各相的最大电流值(峰值电流值)。
例如，控制器340在确定了第1逆变器120的SW 121L的接通故障的情况下、或者在确定了绕组M1的断线故障的情况下，无法使用U相的H桥。因此，控制器340能够使用U相的H桥以外的V相、W相的H桥来进行二相通电控制。
在具有U、V以及W相的H桥的电力转换装置1000中，具有多个通电路径，存在供其选择的自由度。因此，只要能够确定发生了接通故障或断开故障的SW、发生了断线的绕组，就能够选择可利用的通电路径来继续进行马达驱动。根据本实施方式的故障诊断方法，能够确定发生了接通故障或断开故障的SW、发生了断线的绕组。控制器340能够根据该诊断结果来选择适当的通电路径。
根据本实施方式，各种故障诊断需要相电压，不需要电流值。因此，与基于电流值和电压值的现有的故障诊断相比，能够在更短的时间内执行故障诊断(具体而言，故障检测以及确定故障部位)。
(实施方式2)
本实施方式的电力转换装置1000是具有逆变器单元100A的单逆变器类型的装置，该逆变器单元100A具有第1逆变器120而不具有第2逆变器130。以下，主要对与实施方式1的电力转换装置1000的不同点进行说明。
[2-1.电力转换装置1000的逆变器单元100A的构造]
图8示意性地示出了本实施方式的逆变器单元100A的电路结构。马达200的绕组M1、M2以及M3的另一端彼此Y接线。连接绕组M1、M2以及M3的另一端彼此的节点NP作为马达的中性点发挥功能。
逆变器单元100A具有电源切断电路110A、第1逆变器120、三个相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW。电源切断电路110A具有第2和第5开关元件112、115。
相分离继电器121_ISW连接在绕组M1的一端与第1逆变器120的U相支路之间，切换绕组M1的一端与U相支路的连接和非连接。相分离继电器122_ISW连接在绕组M2的一端与第1逆变器120的V相支路之间，切换绕组M2的一端与V相支路的连接和非连接。相分离继电器123_ISW连接在绕组M3的一端与第1逆变器120的W相支路之间，切换绕组M3的一端和W相支路的连接和非连接。
作为相分离继电器，例如，可以使用MOSFET等半导体开关。也可以使用晶闸管、模拟开关IC等其他半导体开关或机械继电器。此外，可以使用IGBT与二极管的组合。例如，驱动电路350能够在控制器340的控制下生成使相分离继电器接通和断开的控制信号。
通过设置相分离继电器，例如，当在马达旋转时进行故障诊断的情况下，能够抑制部件的故障对马达的反电动势的影响。另外，假定在后述的电动助力转向装置中安装有本实施方式的电力转换装置1000，则在产生了绕组的相间短路故障的情况下，马达有可能作为电制动器发挥功能，导致转向被锁定。通过设置相分离继电器，能够防止该锁定。
[2-2.正常时的动作]
控制电路300在正常时的控制中，在使SW 112接通并且使三个相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW接通的状态下，例如，对第1逆变器120的开关元件进行PWM控制，由此能够进行三相通电控制。
[2-3.异常时的动作]
控制器340在检测到SW的接通故障或断开故障、绕组的断线故障时，例如关闭马达控制。这是因为，与实施方式1不同地，当三相中的一相的支路发生故障或者绕组断线时，很难通过二相通电控制来继续进行马达驱动。
<SW的接通故障或断开故障>
控制器340能够从第1逆变器120的六个SW中确定发生了接通故障或断开故障的SW。与实施方式1同样地，SW故障诊断具有诊断SW的接通故障的第1故障诊断以及诊断SW的断开故障的第2故障诊断。控制器340按照上述的诊断过程来执行第1和第2故障诊断。
控制器340在第1故障诊断中生成使相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW断开的控制信号。控制器340在使相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW断开的状态下执行第1故障诊断。在第1故障诊断的上述的步骤(2)中，例如，控制器340通过测定各相的支路中的高侧开关元件与低侧开关元件之间的节点电位(或者支路与相分离继电器之间的节点电位)而取得三相电压Vu、Vv以及Vw。
图9示出了将各种故障模式与三相电压电平关联起来的LUT的具体例。LUT具有将SW的接通故障的模式与三相电压电平Vu、Vv以及Vw关联起来的、例如图9所示的故障诊断信息。SW的接通故障的模式如在实施方式1中所说明的那样。
控制器340与实施方式1同样地，在执行了第1故障诊断之后，执行第2故障诊断。控制器340在第2故障诊断中生成使相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW断开的控制信号。控制器340在使相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW断开的状态下，执行第2故障诊断。SW的断开故障的模式如在实施方式1中所说明的那样。
<绕组的断线故障的诊断>
控制器340在SW的接通故障和断开故障的诊断完成时，进行绕组的断线故障的诊断。绕组的断线故障的诊断的前提条件是SW的接通和断开故障的诊断完成。
在本实施方式中，如上所述，绕组的节点NP作为马达200的中性点发挥功能。控制器340利用绕组的节点NP、即马达200的中性点，按照上述的诊断过程而执行第3故障诊断。控制器340在使相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW接通的状态下，执行第3故障诊断。
<相分离继电器的故障的诊断>
在单逆变器型的装置中，仅通过绕组的断线故障的诊断顺序的话，有时无法检测相分离继电器的断开故障。因此，优选像以下说明的那样追加实施相分离继电器的断开故障的诊断顺序。
控制器340在绕组的断线故障的诊断完成时，能够进一步进行相分离继电器的断开故障的诊断。具体而言，控制器340能够从相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW中确定发生了断开故障的相分离继电器。相分离继电器的断开故障的诊断的前提条件是绕组的断线故障的诊断完成。
相分离继电器的断开故障的诊断具有第4故障诊断。控制器340使用马达200的中性点，按照规定的模式使第1逆变器120的开关元件接通或断开，由此执行第4故障诊断。
第4故障诊断包含以下步骤。
(1)控制器340生成使第1逆变器120的高侧开关元件121H、122H以及123H中的第2特定相的一个高侧开关元件接通、使剩下的两个高侧开关元件断开、并且使低侧开关元件121L、122L以及123L全部断开、并且使电源切断电路110A接通的控制信号。控制器340还生成使相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW接通的控制信号。相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW能够连接到共用的控制信号线而由共用的控制信号进行控制。第2特定相与第1特定相同样地，可以是U、V以及W相中的任意一相。这里，第2特定相是与第1特定相相同的相。
(2)驱动电路350在构成了马达200的中性点的状态下，对低侧开关元件121L、122L、123L、高侧开关元件121H、122H、123H、相分离继电器121_ISW、122_ISW、123_ISW以及电源切断电路110A的SW 112赋予控制信号。控制器340测定三相电压Vu、Vv以及Vw。例如，控制器340通过测定各相的支路的高侧开关元件与低侧开关元件之间的节点电位而取得三相电压Vu、Vv以及Vw。在第4故障诊断中，三相电压Vu、Vv以及Vw根据相分离继电器的断开故障的模式而变化。
(3)控制器340参照将相分离继电器的断开故障的模式与n相电压电平进一步关联起来的LUT，根据测定出的三相电压来诊断相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW中的第2特定相以外的两个相分离继电器的断开故障。
再次参照图9。LUT还具有将相分离继电器的断开故障的模式与三相电压Vu、Vv以及Vw的电平关联起来的故障诊断信息。相分离继电器的断开故障的模式主要是以下三种模式：U相的相分离继电器121_ISW的断开故障；V相的相分离继电器122_ISW的断开故障以及W相的相分离继电器123_ISW的断开故障。
控制器340利用绕组的节点NP来执行第4故障诊断。控制器340生成使电源切断电路110的SW 112接通、并使相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW接通的控制信号。从驱动电路350对SW 112、相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW赋予控制信号，使这些SW全部接通。
控制器340生成使第1逆变器120的低侧的SW 121L、122L以及123L断开的控制信号。在本实施方式中，第1和第2特定相是U相。但是，第2特定相也可以与第1特定相不同。控制器340还使第1逆变器120的U相的高侧的SW 121H接通，并且使剩余两相的SW 122H、123H断开。从驱动电路350对SW 121H赋予使其接通的栅极控制信号，对SW122H、123H、121L、122L以及123L赋予使它们断开的栅极控制信号。
在测定出的三相电压Vu、Vv以及Vw分别示出高电平的情况下，控制器340判定为相分离继电器121_ISW、122_ISW以及123_ISW没有发生断开故障。当作为第2特定相的U相的SW121H接通时，高电平的电压经由绕组M2、相分离继电器122_ISW而出现在V相支路的高侧开关元件与低侧开关元件之间的节点处。此外，高电平的电压经由绕组M3、相分离继电器123_ISW而出现在W相支路的高侧开关元件与低侧开关元件之间的节点处。
在第2特定相以外的相中的一相的相电压示出中间电平、并且剩余两相的相电压示出高电平的情况下，控制器340检测到相电压示出中间电平相的相分离继电器发生断开故障。具体而言，控制器340在U相和W相的相电压示出高电平、V相的相电压示出中间电平的情况下，能够检测到V相的相分离继电器122_ISW发生断开故障。这是因为，在相分离继电器122_ISW发生了断开故障的情况下，即使SW 121H接通，高电平的电压也不会经由绕组M2、相分离继电器122_ISW而出现在V相支路的高侧开关元件与低侧开关元件之间的节点处。
第2特定相的相分离继电器的断开故障能够在上述的绕组的断线故障的诊断、即第3故障诊断中检测。在第3故障诊断中的特定相例如是U相的情况下，被确认为V、W相的相电压Vv、Vw的中间电平暗示了U相的绕组M1的断线故障或U相的相分离继电器121_ISW的断开故障的可能性。这是因为难以区分特定相的绕组的故障和相分离继电器的断开故障。这样，控制器340能够在第3故障诊断中检测到特定相的相分离继电器发生断开故障的可能性。
根据本实施方式，在单逆变器型的装置中，能够确定发生了接通故障或断开故障的SW、发生了断线的绕组、以及发生了断开故障的相分离继电器中的至少一个。控制器340在检测到上述的任意故障的情况下，能够关闭马达控制。或者，例如，只要能够确定在向四相马达提供电力的、具有四相的支路的单逆变器的装置中发生了故障的相，就能够使用发生了故障的相以外的三相的支路来进行三相通电控制。
(实施方式3)
图10示意地示出本实施方式的电动助力转向装置3000的典型结构。
汽车等车辆一般具有电动助力转向(EPS)装置。本实施方式的电动助力转向装置3000具有转向系统520和辅助扭矩机构540，该辅助扭矩机构540生成辅助扭矩。电动助力转向装置3000生成辅助扭矩，该辅助扭矩对通过驾驶员操作方向盘而产生的转向系统的操舵扭矩进行辅助。通过辅助扭矩，减轻了驾驶员的操作负担。
转向系统520例如具有方向盘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、左右球窝接头552A、552B、横拉杆527A、527B、转向节528A、528B以及左右操舵车轮529A、529B。
辅助扭矩机构540例如具有操舵扭矩传感器541、汽车用电子控制单元(ECU)542、马达543以及减速机构544。操舵扭矩传感器541检测转向系统520中的操舵扭矩。ECU 542根据操舵扭矩传感器541的检测信号而生成驱动信号。马达543根据驱动信号而生成与操舵扭矩对应的辅助扭矩。马达543经由减速机构544向转向系统520传递所生成的辅助扭矩。
ECU 542例如具有实施方式1的控制器340和驱动电路350等。在汽车中构建了以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ECU 542、马达543以及逆变器545构建了马达驱动单元。在该单元中，能够优选使用实施方式1或2的马达模块2000。
产业上的可利用性
本公开的实施方式能够广泛用于吸尘器、干燥机、吊扇、洗衣机、冰箱以及电动助力转向装置等具有各种马达的多种设备。
标号说明
100、100A：逆变器单元；110：电源切断电路；120：第1逆变器；130：第2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：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 (12)

1.一种电力转换装置，其将来自电源的电力转换为向具有n相的绕组的马达提供的电力，n为3以上的整数，其中，
所述电力转换装置具有：
第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接，并且具有各自包含低侧开关元件和高侧开关元件的n个支路；以及
控制电路，其对所述第1逆变器的n个低侧开关元件和n个高侧开关元件的接通和断开动作进行控制，并且诊断所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关的接通故障，
所述控制电路执行如下的第1故障诊断：
生成使所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关全部断开的控制信号，
对所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关元件赋予所述控制信号，测定根据开关元件的接通故障的模式而变化的n相电压，
参照将所述开关元件的接通故障的模式与n相电压电平关联起来的表，根据测定出的所述n相电压来诊断所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关的接通故障，
所述电力转换装置还具有切换所述电源与所述第1逆变器的连接和非连接的电源切断电路，
所述控制电路在执行所述第1故障诊断时使所述电源切断电路接通，
所述控制电路执行如下的第2故障诊断：
生成使所述n个低侧开关元件接通、并使所述n个高侧开关断开的控制信号，
对所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关元件赋予所述控制信号，测定根据低侧开关元件的断开故障的模式而变化的所述n相电压，
参照进一步将所述低侧开关元件的断开故障的模式与n相电压电平关联起来的所述表，根据测定出的所述n相电压来诊断所述n个低侧开关元件的断开故障。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路根据所述表，
在所述n相电压分别示出第2电平的情况下，判定为所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关没有发生接通故障，
在所述n相电压中的一相的相电压示出第1电平的情况下，检测到所述一相的支路的低侧开关元件发生接通故障，
在所述n相电压中的一相的相电压示出第3电平的情况下，检测到所述一相的支路的高侧开关元件发生接通故障，
其中，所述第1电平比接地端电平高，所述第2电平比所述第1电平高，第3电平比所述第2电平高并且比所述电源的电压电平低。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路根据所述表，
在所述n相电压分别示出所述第1电平的情况下，判定为所述n个低侧开关元件没有发生断开故障，
在所述n相电压中的一相的相电压示出所述第2电平的情况下，检测到所述一相的支路的低侧开关元件发生断开故障。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路执行如下的所述第2故障诊断：
生成使所述n个低侧开关元件断开、并使所述n个高侧开关接通的控制信号，
对所述n个低侧开关元件和所述n个高侧开关元件赋予所述控制信号，测定根据高侧开关元件的断开故障的模式而变化的所述n相电压，
参照进一步将所述高侧开关元件的断开故障的模式与n相电压电平关联起来的所述表，根据测定出的所述n相电压来进一步诊断所述n个高侧开关元件的断开故障。
5.根据权利要求4所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路根据所述表，
在所述n相电压分别示出所述第3电平的情况下，判定为所述n个高侧开关元件没有发生断开故障，
在所述n相电压中的一相的相电压示出所述第2电平的情况下，检测到所述一相的支路的高侧开关元件发生断开故障。
6.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述马达的各相的绕组的另一端彼此Y接线，
所述电力转换装置还具有切换所述第1逆变器的所述n个支路与所述绕组的一端的连接和非连接的n个相分离继电器，
所述控制电路在使所述n个相分离继电器断开的状态下，执行所述第1故障诊断和所述第2故障诊断中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有第2逆变器，该第2逆变器与所述马达的各相的绕组的另一端连接，并且具有各自包含低侧开关元件和高侧开关元件的n个支路。
8.根据权利要求7所述的电力转换装置，其中，
所述电源切断电路具有：
第1开关元件，其切换所述第1逆变器与接地端的连接和非连接；
第2开关元件，其切换所述第1逆变器与所述电源的连接和非连接；
第3开关元件，其切换所述第2逆变器与所述接地端的连接和非连接；以及
第4开关元件，其切换所述第2逆变器与所述电源的连接和非连接。
9.根据权利要求8所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路在使所述第1开关元件和所述第2开关元件接通、使所述第3开关元件和所述第4开关元件断开、并且使所述第2逆变器的全部的开关元件断开的状态下，对所述第1逆变器执行所述第1故障诊断和所述第2故障诊断中的至少一个。
10.根据权利要求8所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路在使所述第1开关元件和所述第2开关元件断开、使所述第3开关元件和所述第4开关元件接通、并且使所述第1逆变器的全部的开关元件断开的状态下，对所述第2逆变器执行所述第1故障诊断和所述第2故障诊断中的至少一个。
11.一种马达模块，其具有：
马达；以及
权利要求1至10中的任意一项所述的电力转换装置。
12.一种电动助力转向装置，其具有权利要求11所述的马达模块。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019170045A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 トヨタ自動車株式会社 システム
DE102018218587A1 (de) * 2018-10-30 2020-04-30 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechendes Lenksystem
EP4214811A4 (en) * 2020-09-18 2024-06-19 Techtronic Cordless GP MOTOR-DRIVEN EQUIPMENT AND PROTECTION METHOD THEREFOR
KR102384184B1 (ko) * 2021-05-24 2022-04-08 주식회사 만도 조향 어시스트 장치
WO2024057728A1 (ja) * 2022-09-15 2024-03-21 日立Astemo株式会社 電動モータの制御装置及び電動モータの制御方法
WO2024190417A1 (ja) * 2023-03-13 2024-09-19 日立Astemo株式会社 電動モータの駆動制御装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009055657A (ja) * 2007-08-23 2009-03-12 Nsk Ltd モータの制御装置
JP2015089294A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 負荷駆動装置
WO2017150639A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 日本電産株式会社 電力変換装置、モータ駆動ユニット、電動パワーステアリング装置およびリレーモジュール

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5833360B2 (ja) * 2011-07-04 2015-12-16 株式会社ジェイテクト モータ制御装置及び車両用操舵装置
US9291678B2 (en) * 2012-05-31 2016-03-22 Deere & Company Method and controller for an electric motor with switch testing
JP2014192950A (ja) 2013-03-26 2014-10-06 Denso Corp 電力変換装置
JP6302727B2 (ja) * 2014-04-10 2018-03-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動モータの制御装置
JP6237565B2 (ja) 2014-10-17 2017-11-29 株式会社デンソー 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
CN107078681B (zh) * 2014-11-04 2019-07-02 三菱电机株式会社 电动机控制装置、电动助力转向装置及逆变器系统故障检测方法
EP3340457B1 (en) 2015-08-19 2021-05-12 NSK Ltd. Electronic control device and electric power steering device equipped with same
JP6458697B2 (ja) 2015-09-25 2019-01-30 株式会社デンソー モータ駆動異常種類判別装置
CN111034024B (zh) * 2017-09-13 2023-09-05 日本电产株式会社 电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009055657A (ja) * 2007-08-23 2009-03-12 Nsk Ltd モータの制御装置
JP2015089294A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 負荷駆動装置
WO2017150639A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 日本電産株式会社 電力変換装置、モータ駆動ユニット、電動パワーステアリング装置およびリレーモジュール

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