CN111264024B - 逆变器装置及其控制电路以及马达驱动系统 - Google Patents

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Abstract

具有：桥电路4的上下臂用门极驱动电路12a、12b、12c、14d、14e、14f；向各驱动电路供给电源电压的电源6；参考电位与该电源6不同的第2电源3；具有与电源6共同的参考电位以生成相对于上下臂的驱动指令的失效安全电路8；及具有与电源3共同的参考电位以生成相对于下臂的驱动指令的失效安全电路16B，其中，下臂用门极驱动电路具备参考电位不同的两个驱动指令输入功能，一个用于输入来自失效安全电路8的驱动指令，另一个用于输入来自失效安全电路16B的驱动指令。据此，能够提供一种不对电源进行过度冗余化即可降低电源生成电路的容量并可实现装置的小型化和低成本化的逆变器装置及其控制电路、马达驱动系统。

Description

逆变器装置及其控制电路以及马达驱动系统
技术领域
本发明涉及具有失效安全功能(fail safe function)的逆变器装置及其控制电路以及具备该逆变器装置的马达驱动系统。
背景技术
藉由逆变器装置对混合动力汽车等的马达进行驱动的马达驱动系统中，在系统构成部件发生了某种故障的情况或车辆发生了冲撞等的紧急情况下使失效安全电路进行工作是众所周知的。
该失效安全电路例如是藉由对逆变器主电路的半导体开关元件进行操作而使马达绕线(motor winding)短路的电路或者是使连接于正负直流母线间的电容器放电的电路，为了保护系统不再继续受损和确保乘员的安全，需要具有很高的信赖性。
这种马达驱动系统中，就包含失效安全电路的逆变器控制电路而言，一般来说，作为辅机电源而被供给例如12[V]的低压电源(以下也称第1电源)。需要说明的是，逆变器控制电路具备用于控制马达的CPU、马达的电流传感器等。
上述第1电源因故障等丧失后，至失效安全电路的电源供给被切断，导致无法进行工作，为此，作为一种对策，例如专利文献1中公开了对供给至包含失效安全电路的逆变器控制电路的电源进行冗余化(redundancy)的技术。
图11是专利文献1中记载的马达驱动系统的电路图。图11中，51是例如400[V]的主电池(以下也称第2电源)，52是绝缘型DC/DC转换器，53是工作状态检测装置，54是第1电源，60是包含失效安全电路的逆变器控制电路，61是使与直流母线连接的电容器63放电的开关元件，62是由半导体开关元件62a～62f构成的桥电路，M为三相马达。
该现有技术中，第1电源54的电压和藉由DC/DC转换器52对第2电源51的电压进行绝缘和降压而得的电压(都为12[V])在OR的条件下被供给至逆变器控制电路60。这样，通过对至逆变器控制电路60内的失效安全电路的供给电源进行冗余化，可提高紧急情况下的失效安全动作(基于上臂的开关元件62a～62c或下臂的开关元件62d～62f的ON(导通)的马达M的绕线短路、基于开关元件61的ON的电容器63的放电等)的信赖性。
对如图11那样电源被进行了冗余化的马达驱动系统中藉由使马达M的绕线短路而执行失效安全动作的情况进行进一步的说明。作为一例，第1电源54丧失了的情况下的绕线短路处理如下所述。
首先，通过逆变器控制电路60内的失效安全电路对第1电源54的丧失进行检测，并生成使上臂或下臂的全相的开关元件为ON的门极信号。这里，由于第1电源54和逆变器控制电路60(失效安全电路)的参考(reference(也称“基准”))电位为车辆的车体电位，桥电路62的开关元件的参考电位为第2电源51的电位，所以需要对横跨这些电位的信号和电源进行绝缘。
即，在参考电位为车体电位的失效安全电路中，藉由具有绝缘功能的门极驱动电路根据DC/DC转换器52的输出电压而生成的门极信号被发送到了参考电位为高压电位的开关元件62a～62c或62d～62f。
此外，图12是基于与图11同样的原理而对失效安全电路的电源进行了冗余化的逆变器装置和马达驱动系统的电路图，其中电源供给路径由粗线表示。
图12中，1是高压的主电池，2是主开闭器，3是连接于正负直流母线间的电容器(第2电源)，4是由半导体开关元件4a～4f构成的三相桥电路，PM为永久磁铁同步马达等的马达。
另外，用于生成开关元件4a～4f的门极信号的控制装置具备低压的辅机电源即第1电源6、具有基于变压器的绝缘·降压功能的绝缘电源电路11、及逆变器控制电路13。
逆变器控制电路13具备马达控制用CPU7、藉由该CPU7的控制而生成相对于后述的门极驱动电路12a～12f的门极驱动指令的失效安全电路8、用于从第1电源6和绝缘电源电路11进行电源电压的供给的上臂用绝缘电源电路9a、9b、9c和下臂用绝缘电源电路10、用于生成上臂的开关元件4a、4b、4c的门极信号的门极驱动电路12a、12b、12c、以及用于生成下臂的开关元件4d、4e、4f的门极信号的门极驱动电路12d、12e、12f。
由图12可知，至失效安全电路8、上臂用绝缘电源电路9a、9b、9c、及下臂用绝缘电源电路10的供给电源被第1电源6和与第2电源3连接的绝缘电源电路11进行了冗余化，其结果为，至所有的门极驱动电路12a～12f的供给电源也被进行了冗余化。
需要说明的是，图12中，“低压侧”的电路部分的参考电位为第1电源6的负极电位，“高压侧”的电路部分的参考电位为第2电源3的负极电位(直流母线的负极电位)。即，上臂用绝缘电源电路9a、9b、9c、下臂用绝缘电源电路10、绝缘电源电路11、及门极驱动电路12a～12f中的任意一个都具有两个参考电位，门极驱动电路12a～12f被供给了以第1电源6的负极电位为参考电位的电源电压和以第2电源3的负极电位为参考电位的电源电压。
[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]～[0035]、图1等)
发明内容
[发明要解决的课题]
图12中的绝缘电源电路11向设置于低压侧的失效安全电路8、门极驱动电路12a～12f、上臂用绝缘电源电路9a、9b、9c、下臂用绝缘电源电路10等的很多电路进行了电源的供给。此外，近年来正在对这种门极驱动电路12a～12f进行IC化，对信号绝缘功能、自诊断功能、开关元件的温度检测功能、各种保护功能、通信功能等进行内置以实现高功能化的同时，IC本身的消费电流也增加了。
出于如上所述的理由，绝缘电源电路11的电流供给任务增大，另外还需要藉由变压器对输入输出之间进行绝缘，这样就导致绝缘电源电路11趋于大型化。其结果为，存在阻碍逆变器装置和/或马达驱动系统整体的小型化的问题。
此外，当作为失效安全动作而使马达绕线短路时，就选择使上臂的全相开关元件为ON或使下臂的全相开关元件为ON的哪个而言，藉由是否能使所注目的臂的全相的开关元件为ON而定。例如，在作为故障的现象，上臂的任意一个相的开关元件发生了短路故障的情况和/或下臂的任意一个相的开关元件发生了开路故障的情况下，因为能使上臂的全相的开关元件为ON，所以可藉由使上臂的全相的开关元件为ON来进行马达的绕线短路。
这里，当仅考虑在门极驱动电路的电源被第1电源和第2电源进行了冗余化的状态下第1电源丧失的故障时，如果使用第2电源，则可使上臂或下臂的全相开关元件为ON以进行绕线短路。因此，在保证相对于第1电源丧失的故障的失效安全动作的基础上，并不一定需要针对上臂的全相的开关元件和下臂的全相的开关元件这两者都对电源进行冗余化，只要仅针对其中的一个臂对电源进行冗余化即可。
但是，由于故障现象的不同，也存在不得不选择如上所述能使上臂或下臂中的全相的开关元件为ON的那个臂的情况，尽管如此，这样的故障现象和第1电源丧失的故障同时发生的可能性极小。例如，如果没有发生第1电源丧失的故障，则会从第1电源向上臂和下臂这两者进行供电，如果选择能使全相的开关元件为ON的臂来进行使全相为ON的操作，则可执行基于绕线短路的失效安全动作。
因此，本发明是为了避免如下问题而提出的，即，如图12所示，对上臂用和下臂用的门极驱动电路的电源所进行的冗余化很多时候都不会发生作用，构成电源生成单元的绝缘电源电路11等的任务过大(过重)。
即，本发明所要解决的课题在于，提供一种为了保证失效安全功能不对电源进行过度冗余化即可降低电源生成单元的容量并可实现装置整体的小型化和低成本化的逆变器装置及其控制电路、以及马达驱动系统。
[用于解决课题的手段]
为了解决上述课题，权利要求1的逆变器装置的控制电路是一种通过由连接于直流母线间的多个开关元件所构成的桥电路进行直流/交流变换以对马达进行驱动的逆变器装置的控制电路，并具有通过使所述桥电路的全相的上臂开关元件或全相的下臂开关元件为ON以使所述马达的绕线短路的失效安全功能，所述控制电路的特征在于，具备：
上臂用驱动电路，生成所述上臂开关元件的驱动信号；
下臂用驱动电路，生成所述下臂开关元件的驱动信号；
第1电源，向所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第2电源，其参考电位与所述第1电源的参考电位不同，并且，从所述直流母线向所述上臂用驱动电路或所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第1失效安全电路，具有与所述第1电源共同的参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路的驱动指令；及
第2失效安全电路，具有与所述第2电源共同的参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路或所述下臂用驱动电路的驱动指令，
其中，
所述上臂用驱动电路或所述下臂用驱动电路具有参考电位不同的两个驱动指令输入功能，
所述两个驱动指令输入功能中的一个为从所述第1失效安全电路输出的驱动指令的输入功能，所述两个驱动指令输入功能中的另一个为从所述第2失效安全电路输出的驱动指令的输入功能。
权利要求2的逆变器装置为一种通过由连接于直流母线间的多个开关元件所构成的桥电路进行直流/交流变换以对马达进行驱动的逆变器装置，并具有通过使所述桥电路的全相的上臂开关元件或全相的下臂开关元件为ON以使所述马达的绕线短路的失效安全功能，所述逆变器装置的特征在于，具备：
上臂用驱动电路，生成所述上臂开关元件的驱动信号；
下臂用驱动电路，生成所述下臂开关元件的驱动信号；
第1电源，向所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第2电源，其参考电位与所述第1电源的参考电位不同，并且，从所述直流母线向所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第1失效安全电路，以所述第1电源的负极电位为参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路的驱动指令；及
第2失效安全电路，以所述第2电源的负极电位为参考电位，并且，生成相对于所述下臂用驱动电路的驱动指令，
其中，
所述下臂用驱动电路具有参考电位不同的两个驱动指令输入功能，
所述两个驱动指令输入功能中的一个为从所述第1失效安全电路输出的驱动指令的输入功能，所述两个驱动指令输入功能中的另一个为从所述第2失效安全电路输出的驱动指令的输入功能。
权利要求3的逆变器装置的特征在于，在权利要求2记载的逆变器装置中，所述第2失效安全电路被构成为，如果被供给所述第1电源的下臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则输出用于使全相的所述下臂开关元件为ON的驱动指令，如果所述下臂用绝缘电源电路的输出电压大于所述第1阈值，则输出用于使全相的所述下臂开关元件为OFF(断开)的驱动指令。
权利要求4的逆变器装置的特征在于，在权利要求2或3记载的逆变器装置中，所述下臂用驱动电路被构成为，如果被供给所述第1电源的下臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则为了使全相的所述下臂开关元件为ON，优先进行从所述第2失效安全电路输出的驱动指令的输入，如果所述下臂用绝缘电源电路的输出电压大于所述第1阈值，则优先进行从所述第1失效安全电路输出的驱动指令的输入，由此生成所述下臂开关元件的驱动信号。
权利要求5的逆变器装置的特征在于，在权利要求2记载的逆变器装置中，具备对所述直流母线间的电压进行检测的电压检测单元，所述第2失效安全电路被构成为，如果所述电压检测单元所检测的电压检测值小于第2阈值，则输出用于使全相的所述下臂开关元件为OFF的驱动指令，并且，如果所述电压检测单元所检测的电压检测值大于所述第2阈值、且被供给所述第1电源的下臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则输出用于使全相的所述下臂开关元件为ON的驱动指令。
权利要求6的逆变器装置是一种通过由连接于直流母线间的多个开关元件所构成的桥电路进行直流/交流变换以对马达进行驱动的逆变器装置，并具有通过使所述桥电路的全相的上臂开关元件或全相的下臂开关元件为ON以使所述马达的绕线短路的失效安全功能，所述逆变器装置的特征在于，具备：
上臂用驱动电路，生成所述上臂开关元件的驱动信号；
下臂用驱动电路，生成所述下臂开关元件的驱动信号；
第1电源，向所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第2电源，其参考电位与所述第1电源的参考电位不同，并且，从所述直流母线向所述上臂用驱动电路供给电源电压；
第1失效安全电路，以所述第1电源的负极电位为参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路的驱动指令；及
第2失效安全电路，以任意一个相的所述上臂开关元件的输出端子的电位为参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路的驱动指令，
其中，
所述上臂用驱动电路具有参考电位不同的两个驱动指令输入功能，
所述两个驱动指令输入功能中的一个为从所述第1失效安全电路输出的驱动指令的输入功能，所述两个驱动指令输入功能中的另一个为从所述第2失效安全电路输出的驱动指令的输入功能。
权利要求7的逆变器装置的特征在于，在权利要求6记载的逆变器装置中，所述第2失效安全电路被构成为，如果被供给所述第1电源的上臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则输出用于使全相的所述上臂开关元件为ON的驱动指令，如果所述上臂用绝缘电源电路的输出电压大于所述第1阈值，则输出用于使全相的所述上臂开关元件为OFF的驱动指令。
权利要求8的逆变器装置的特征在于，在权利要求6或7记载的逆变器装置中，所述上臂用驱动电路被构成为，如果被供给所述第1电源的上臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则为了使全相的所述上臂开关元件为ON，优先进行从所述第2失效安全电路输出的驱动指令的输入，如果所述上臂用绝缘电源电路的输出电压大于所述第1阈值，优先进行从所述第1失效安全电路输出的驱动指令的输入，由此生成所述上臂开关元件的驱动信号。
权利要求9的逆变器装置的特征在于，在权利要求6记载的逆变器装置中，具备对所述直流母线间的电压进行检测的电压检测单元，所述第2失效安全电路被构成为，如果所述电压检测单元所检测到的电压检测值小于第2阈值，则输出用于使全相的所述上臂开关元件为OFF的驱动指令，并且，如果所述电压检测单元所检测到的电压检测值大于所述第2阈值、且被供给所述第1电源的上臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则输出用于使全相的所述上臂开关元件为ON的驱动指令。
权利要求10的马达驱动系统的特征在于，基本上由如权利要求2～9中的任一项记载的逆变器装置和被该逆变器装置的交流输出电压驱动的马达构成。
[发明效果]
根据本发明，为了保证具有失效安全功能，并不需要如现有技术那样对相对于上臂和下臂的开关元件的驱动电路的电源进行冗余化，只要对相对于任意一个臂的电源进行冗余化即可。为此，可降低电源生成单元的容量，并实现装置整体的小型化和低成本化。
此外，由于在经由非绝缘电源电路向开关元件的驱动电路供给电源的情况下不需要绝缘功能，所以可进一步进行小型化和低成本化。
附图说明
[图1]表示本发明的第1实施方式的电路图。
[图2]图1中的下臂用门极驱动电路14d的构成图。
[图3]图1中的失效安全电路16B的构成图。
[图4]表示本发明的第2实施方式的电路图。
[图5]图4中的失效安全电路17B的构成图。
[图6]表示本发明的第3实施方式的电路图。
[图7]图6中的上臂用门极驱动电路12a的构成图。
[图8]图6中的失效安全电路16T的构成图。
[图9]表示本发明的第4实施方式的电路图。
[图10]图9中的失效安全电路17T的构成图。
[图11]专利文献1中记载的马达驱动系统的电路图。
[图12]具备被进行了冗余化的电源和逆变器装置的马达驱动系统的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的第1实施方式的电路图。该实施方式中的逆变器装置的主电路的构成与图12相同，具有高压的主电池1、主开闭器2、连接于直流母线5p、5n间的电容器3(以下，也称第2电源)、及由半导体开关元件4a、4b、4c、4d、4e、4f构成的桥电路4，另外，桥电路4的交流输出端子上还连接了三相马达PM。
用于生成开关元件4a～4f的门极信号的控制电路的构成如下所述。需要说明的是，上述的“门极信号”相当于权利要求中的“驱动信号”。
首先，从第1电源6输出的低压的电源电压VL被供给至马达控制用CPU7和第1失效安全电路8。马达控制用CPU7依据转矩指令τ＊分别生成开关元件4a、4b、4c、4d、4e、4f的驱动指令G4aL1、G4dL1、G4bL1、G4eL1、G4cL1、G4fL1并将这些驱动指令输出至第1失效安全电路8，以使马达PM进行工作。失效安全电路8根据驱动指令G4aL1、G4dL1、G4bL1、G4eL1、G4cL1、G4fL1生成门极驱动指令G4aL2、G4dL2、G4bL2、G4eL2、G4cL2、G4fL2，这些门极驱动指令分别被输入门极驱动电路12a、14d、12b、14e、12c、14f。
此外，电源电压VL被输入上臂用绝缘电源电路9a、9b、9c、上臂用门极驱动电路12a、12b、12c、及下臂用绝缘电源电路10B。
需要说明的是，19是用于对马达控制用CPU7的故障进行检测并向第1失效安全电路8进行通知的故障检测电路。
另一方面，第2电源3的电压被下臂用非绝缘电源电路15B变换为电压VH2。该电压VH2和从上述下臂用绝缘电源电路10B输出的电压VH1作为以第2电源3的负极电位为参考电位的电源电压VH分别经由二极管20a、20b而被输入下臂用门极驱动电路14d、14e、14f。
另外，电源电压VH被供给至第2失效安全电路16B，并且，从该失效安全电路16B输出的门极驱动指令GdefH被输入下臂用门极驱动电路14d、14e、14f。
因此，例如下臂用门极驱动电路14d可基于参考电位不同的门极驱动指令G4dL2、GdefH生成相对于开关元件4d的门极信号G4dH。此外，下臂的其他相的门极驱动电路14e、14f也同样。
如上所述，本实施方式中，下臂用门极驱动电路14d、14e、14f的供给电源被第1电源6和非绝缘电源电路15B进行了冗余化，但上臂用门极驱动电路12a、12b、12c的供给电源仅为第1电源6，并且没有被进行冗余化。
为此，例如在第1电源6丧失导致需要进行马达PM的绕线短路的情况下，藉由使失效安全电路8和门极驱动电路12a、12b、12c进行动作以生成门极信号G4aH、G4bH、G4cH，并不能使上臂的所有的开关元件4a、4b、4c都导通。但是，由于从第2电源3和非绝缘电源电路15B被进行电源供给的下臂用门极驱动电路14d、14e、14f和第2失效安全电路16B可进行动作，所以基于来自失效安全电路16B的门极驱动指令GdefH，门极驱动电路14d、14e、14f通过使下臂的所有的开关元件4d、4e、4f导通，即可对马达PM的绕线进行短路。
根据该实施方式可知，基于非绝缘电源电路15B的电源供给对象为门极驱动电路14d、14e、14f和失效安全电路16B，由于与图12的绝缘电源电路11相比电源供给对象大幅度地减少了，所以可降低非绝缘电源电路15B的容量，并且，由于不需要绝缘变压器，所以还可实现装置的小型·轻量化和低成本化。
图2是相对于下臂的开关元件4d的门极驱动电路14d的构成图。该门极驱动电路14d被供给了被进行了冗余化的电源电压VL、VH，基于参考电位不同的两个门极驱动指令G4dL2、GdefH可生成开关元件4d的门极信号G4dH。需要说明的是，下臂的其他相的门极驱动电路14e、14f的构成也与图2相同。
图2中，141是对来自第1失效安全电路8的门极驱动指令G4dL2进行绝缘并进行输出的信号绝缘单元，142是放大器，143是来自第2失效安全电路16B的门极驱动指令GdefH被输入的放大器，144是放大器142、143的输出信号被输入由此生成相对于开关元件4d的门极信号G4dH的OR逻辑门。
图3是被供给电源电压VH的第2失效安全电路16B的构成图。该失效安全电路16B具备：第1比较器163，其负输入端子被输入绝缘电源电路10B的输出电压VH1，其正输入端子经由电阻162被输入第1阈值161；及电阻164，与该第1比较器163的反馈电路连接。
该失效安全电路16B中，如果电压VH1小于第1阈值161，则输出相对于下臂用门极驱动电路14d、14e、14f的门极驱动指令GdefH。
另外，图4是表示本发明的第2实施方式的电路图。该第2实施方式中，对与图1的第1实施方式相同的部分赋予相同的参照符号并省略其说明，以下，以不同的部分为中心进行说明。
图4中，直流母线5p、5n间连接有电压检测单元18，该电压检测单元18所检测的直流电压检测值Vdcdet被输入失效安全电路17B。需要说明的是，该失效安全电路17B也与图1的失效安全电路16B同样地相当于权利要求中的第2失效安全电路。
失效安全电路17B被供给电源电压VH，并且，根据上述直流电压检测值Vdcdet和绝缘电源电路10B的输出电压VH1生成相对于下臂用门极驱动电路14d、14e、14f的门极驱动指令GdefH。
图5是失效安全电路17B的构成图，其中对与图3的失效安全电路16B相同的部分赋予相同的参照符号，以下，以不同的部分为中心进行说明。
图5中，电压检测单元18所检测的直流电压检测值Vdcdet被输入第2比较器173的正输入端子，其负输入端子则经由电阻172被输入第2阈值171。需要说明的是，174是反馈电路的电阻。
第2比较器173的输出与第1比较器163的输出一起被输入AND逻辑门175，该AND逻辑门175的输出为门极驱动指令GdefH。
失效安全电路17B中，如果直流电压检测值Vdcdet大于第2阈值171，并且，电压VH1小于第1阈值161，则AND逻辑门175的两个输入信号变为“High”电平(level)，门极驱动指令GdefH变为ON。
为此，来自门极驱动电路14d、14e、14f的门极信号G4dH、G4eH、G4fH使下臂的开关元件4d、4e、4f都为ON，由此可对马达PM的绕线进行短路。此外，在直流电压检测值Vdcdet小于第2阈值171的情况下，因为比较器173的输出信号变为“Low”电平，所以与电压VH1和第1阈值161的大小关系无关地门极驱动指令GdefH变为OFF，并且下臂的开关元件4d、4e、4f都为OFF。
此外，图6是表示本发明的第3实施方式的电路图。
在上述第1、第2实施方式中，藉有对用于驱动下臂的开关元件4d、4e、4f的门极驱动电路14d、14e、14f和/或失效安全电路16B、17B的电源进行冗余化，即使在第1电源6丧失了的情况下，也可使下臂的全相的开关元件为ON，从而实现马达PM的绕线短路。
然而，第3实施方式及后述的第4实施方式中，则是对相对于上臂的开关元件4a、4b、4c的门极驱动电路12a、12b、12c等的电源进行冗余化，这样，即使在第1电源6丧失了的情况下，也可实现基于上臂的全相的开关元件的ON的绕线短路。
图6中，10T是被供给第1电源6的上臂用绝缘电源电路，可经由二极管22b输出分别与门极驱动电路12a、12b、12c对应的电源电压。此外，15T是被供给第2电源3的上臂用绝缘电源电路，可生成分别与门极驱动电路12a、12b、12c对应的电源电压VHa2、VHb2、VHc2。这些电源电压经由二极管22a、22b变为电源电压VHa、VHb、VHc。
此外，电源电压VHa被输入失效安全电路16T，并且，电压VH1从绝缘电源电路10T被输入失效安全电路16T。
该失效安全电路16T也与上述失效安全电路16B、17B同样地相当于权利要求中的第2失效安全电路。
从失效安全电路16T可生成门极驱动指令GaH、GbH、GcH，这些门极驱动指令GaH、GbH、GcH分别被输入上臂用门极驱动电路12a、12b、12c。此外，因为基于第1电源6的电源电压VL也被输入门极驱动电路12a、12b、12c，所以门极驱动电路12a、12b、12c的供给电源被进行了冗余化。
因此，例如就相对于上臂的开关元件4a的门极驱动电路12a而言，可根据参考电位不同的门极驱动指令G4aL2、GaH生成相对于开关元件4a的门极信号G4aH，另外，上臂的其他相的门极驱动电路12b、12c也同样。
图7是图6中的门极驱动电路12a的构成图。该门极驱动电路12a被供给了被进行了冗余化的电源电压VL、VHa，并可根据参考电位不同的两个门极驱动指令G4aL2、GaH生成开关元件4a的门极信号G4aH。
图7中，121是对来自第1失效安全电路8的门极驱动指令G4aL2进行绝缘并进行输出的信号绝缘单元，122是放大器，123是来自失效安全电路16T的门极驱动指令GaH被输入的放大器，124是放大器122、123的输出信号被输入从而生成相对于开关元件4a的门极信号G4aH的OR逻辑门。
此外，图8是电源电压VHa被供给的失效安全电路16T的构成图。该失效安全电路16T具备：第1比较器163，其负输入端子被输入绝缘电源电路10T的输出电压VH1，其正输入端子经由电阻162被输入第1阈值161；电阻164，与该第1比较器163的反馈电路连接；及信号绝缘单元165b、165c，与该比较器163的输出侧连接。
该失效安全电路16T中，如果电压VH1小于第1阈值161，则比较器163的输出变为“High”电平，相对于上臂的开关元件4a、4b、4c的门极驱动指令GaH、GbH、GcH被生成，并分别被输入门极驱动电路12a、12b、12c。
该第3实施方式中，上臂用门极驱动电路12a、12b、12c的供给电源被第1电源6和绝缘电源电路15T进行了冗余化，但下臂用门极驱动电路14d、14e、14f的供给电源仅为第1电源6。
为此，例如在第1电源6丧失导致需要进行马达PM的绕线短路的情况下，藉有使失效安全电路8和门极驱动电路14d、14e、14f进行动作以生成门极信号G4dH、G4eH、G4fH，并不能使下臂的所有的开关元件4d、4e、4f为ON。但是，由于从第2电源3和绝缘电源电路15T被供给了电源的上臂用门极驱动电路12a、12b、12c和失效安全电路16T可进行动作，所以根据来自失效安全电路16T的门极驱动指令GaH、GbH、GcH，门极驱动电路12a、12b、12c使上臂的所有的开关元件4a、4b、4c为ON，由此可对马达PM的绕线进行短路。
根据该实施方式可知，基于绝缘电源电路15T的电源供给对象为门极驱动电路12a、12b、12c和失效安全电路16T，与图12的绝缘电源电路11相比电源供给对象大幅度地减少了，所以可降低绝缘电源电路15T的容量，进而可实现装置的小型·轻量化和低成本化。
此外，图9是表示本发明的第4实施方式的电路图。该第4实施方式与图6的第3实施方式的不同点在于，设置失效安全电路17T以替代图6中的失效安全电路16T，电压检测单元18所检测的直流电压检测值Vdcdet被输入失效安全电路17T。
该失效安全电路17T也与上述失效安全电路16B、17B、16T同样地相当于权利要求中的第2失效安全电路。
图10是失效安全电路17T的构成图。与图5中的失效安全电路17B的不同点在于，AND逻辑门175的输出侧连接有信号绝缘单元165b、165c，由此可输出相对于上臂的门极驱动指令GaH、GbH、GcH。
失效安全电路17T中，如果直流电压检测值Vdcdet大于第2阈值171，并且，电压VH1小于第1阈值161，则AND逻辑门175的两个输入信号变为“High”电平，门极驱动指令GaH、GbH、GcH变为ON。
为此，来自门极驱动电路12a、12b、12c的门极信号G4aH、G4bH、G4cH使上臂的开关元件4a、4b、4c都为ON，由此可对马达PM的绕线进行短路。此外，在直流电压检测值Vdcdet小于第2阈值171的情况下，因为比较器173的输出信号变为“Low”电平，所以与电压VH1和第1阈值161的大小关系无关地门极驱动指令GaH、GbH、GcH变为OFF，并且，上臂的开关元件4a、4b、4c都为OFF。
如上所述，根据图6的第3实施方式或图9的第4实施方式可知，通过对相对于上臂的开关元件4a、4b、4c的门极驱动电路12a、12b、12c、失效安全电路16T、17T等的电源进行冗余化，即使在第1电源6丧失了的情况下，也可进行基于上臂的全相的开关元件4a、4b、4c的ON的绕线短路。
上述各实施方式中尽管对三相的逆变器装置进行了说明，但本发明也可应用于单相逆变器装置和三相以外的多相逆变器装置。此外，逆变器的开关元件还可使用IGBT、FET、功率晶体管等。
[工业实用性]
本发明不仅可应用于电动车辆的马达，还可应用于藉由电源被进行了冗余化的控制电路对交流马达进行驱动的逆变器装置和马达驱动系统。
[符号说明]
1：主电池
2：主开闭器
3：电容器(第2电源)
4：桥电路
4a、4b、4c、4d、4e、4f：半导体开关元件
5p、5n：直流母线
6：第1电源(辅机电池)
7：马达控制用CPU
8：第1失效安全电路
9a、9b、9c：上臂用绝缘电源电路
10B：下臂用绝缘电源电路
10T：上臂用绝缘电源电路
12a、12b、12c：上臂用门极驱动电路
121：信号绝缘单元
122、123：放大器
124：OR逻辑门
14d、14e、14f：下臂用门极驱动电路
141：信号绝缘单元
142、143：放大器
144：OR逻辑门
15B：非绝缘电源电路
15T：绝缘电源电路
16B、16T、17B、17T：第2失效安全电路
161：第1阈值
162、164：电阻
163：第1比较器
165b、165c：信号绝缘单元
171：第2阈值
172、174：电阻
173：第2比较器
175：AND逻辑门
18：电压检测单元
19：故障检测电路
20a、20b、22a、22b：二极管
21d、21e、21f：下臂用绝缘电源电路
PM：马达(电机)

Claims (10)

1.一种控制电路，其为逆变器装置的控制电路，所述逆变器装置通过由连接于直流母线间的多个开关元件构成的桥电路进行直流/交流变换以驱动马达，所述控制电路具有通过使所述桥电路的全相的上臂开关元件或全相的下臂开关元件导通以使所述马达的绕线短路的失效安全功能，所述控制电路的特征在于，具备：
上臂用驱动电路，生成所述上臂开关元件的驱动信号；
下臂用驱动电路，生成所述下臂开关元件的驱动信号；
第1电源，向所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第2电源，其参考电位与所述第1电源的参考电位不同，并且，从所述直流母线向所述上臂用驱动电路或所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第1失效安全电路，具有与所述第1电源共同的参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路的驱动指令；及
第2失效安全电路，具有与所述第2电源共同的参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路或所述下臂用驱动电路的驱动指令，
其中，
所述上臂用驱动电路或所述下臂用驱动电路具有参考电位不同的两个驱动指令输入功能，
所述两个驱动指令输入功能中的一个为从所述第1失效安全电路输出的驱动指令的输入功能，所述两个驱动指令输入功能中的另一个为从所述第2失效安全电路输出的驱动指令的输入功能。
2.一种逆变器装置，通过由连接于直流母线间的多个开关元件构成的桥电路进行直流/交流变换以驱动马达，并具有通过使所述桥电路的全相的上臂开关元件或全相的下臂开关元件导通以使所述马达的绕线短路的失效安全功能，所述逆变器装置的特征在于，具备：
上臂用驱动电路，生成所述上臂开关元件的驱动信号；
下臂用驱动电路，生成所述下臂开关元件的驱动信号；
第1电源，向所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第2电源，其参考电位与所述第1电源的参考电位不同，并且，从所述直流母线向所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第1失效安全电路，以所述第1电源的负极电位为参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路的驱动指令；及
第2失效安全电路，以所述第2电源的负极电位为参考电位，并且，生成相对于所述下臂用驱动电路的驱动指令，
其中，
所述下臂用驱动电路具有参考电位不同的两个驱动指令输入功能，
所述两个驱动指令输入功能中的一个为从所述第1失效安全电路输出的驱动指令的输入功能，所述两个驱动指令输入功能中的另一个为从所述第2失效安全电路输出的驱动指令的输入功能。
3.如权利要求2所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第2失效安全电路被构成为，如果被供给所述第1电源的下臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则输出用于使全相的所述下臂开关元件导通的驱动指令，如果所述下臂用绝缘电源电路的输出电压大于所述第1阈值，则输出用于使全相的所述下臂开关元件断开的驱动指令。
4.如权利要求2或3所述的逆变器装置，其特征在于，
所述下臂用驱动电路被构成为，如果被供给所述第1电源的下臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则为了使全相的所述下臂开关元件导通，优先输入从所述第2失效安全电路输出的驱动指令，如果所述下臂用绝缘电源电路的输出电压大于所述第1阈值，则优先输入从所述第1失效安全电路输出的驱动指令，由此生成所述下臂开关元件的驱动信号。
5.如权利要求2所述的逆变器装置，其特征在于，具备：
电压检测单元，对所述直流母线间的电压进行检测，
其中，
所述第2失效安全电路被构成为，如果所述电压检测单元检测到的电压检测值小于第2阈值，则输出用于使全相的所述下臂开关元件断开的驱动指令，并且，如果所述电压检测单元检测到的电压检测值大于所述第2阈值、且被供给所述第1电源的下臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则输出用于使全相的所述下臂开关元件导通的驱动指令。
6.一种逆变器装置，通过由连接于直流母线间的多个开关元件构成的桥电路进行直流/交流变换以驱动马达，并具有通过使所述桥电路的全相的上臂开关元件或全相的下臂开关元件导通以使所述马达的绕线短路的失效安全功能，所述逆变器装置的特征在于，具备：
上臂用驱动电路，生成所述上臂开关元件的驱动信号；
下臂用驱动电路，生成所述下臂开关元件的驱动信号；
第1电源，向所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路供给电源电压；
第2电源，其参考电位与所述第1电源的参考电位不同，并且，从所述直流母线向所述上臂用驱动电路供给电源电压；
第1失效安全电路，以所述第1电源的负极电位为参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路和所述下臂用驱动电路的驱动指令；及
第2失效安全电路，以任意一个相的所述上臂开关元件的输出端子的电位为参考电位，并且，生成相对于所述上臂用驱动电路的驱动指令，
其中，
所述上臂用驱动电路具有参考电位不同的两个驱动指令输入功能，
所述两个驱动指令输入功能中的一个为从所述第1失效安全电路输出的驱动指令的输入功能，所述两个驱动指令输入功能中的另一个为从所述第2失效安全电路输出的驱动指令的输入功能。
7.如权利要求6所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第2失效安全电路被构成为，如果被供给所述第1电源的上臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则输出用于使全相的所述上臂开关元件导通的驱动指令，如果所述上臂用绝缘电源电路的输出电压大于所述第1阈值，则输出用于使全相的所述上臂开关元件断开的驱动指令。
8.如权利要求6或7所述的逆变器装置，其特征在于，
所述上臂用驱动电路被构成为，如果被供给所述第1电源的上臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则为了使全相的所述上臂开关元件导通，优先输入从所述第2失效安全电路输出的驱动指令，如果所述上臂用绝缘电源电路的输出电压大于所述第1阈值，则优先输入从所述第1失效安全电路输出的驱动指令，由此生成所述上臂开关元件的驱动信号。
9.如权利要求6所述的逆变器装置，其特征在于，具备：
电压检测单元，对所述直流母线间的电压进行检测，
其中，
所述第2失效安全电路被构成为，如果所述电压检测单元检测到的电压检测值小于第2阈值，则输出用于使全相的所述上臂开关元件断开的驱动指令，并且，如果所述电压检测单元检测到的电压检测值大于所述第2阈值、且被供给所述第1电源的上臂用绝缘电源电路的输出电压小于第1阈值，则输出用于使全相的所述上臂开关元件导通的驱动指令。
10.一种马达驱动系统，其特征在于，包括：
如权利要求2～9中的任一项所述的逆变器装置；及
被所述逆变器装置的交流输出电压驱动的马达。
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