CN117044095A - 功率转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的功率转换装置包括：包含多个开关元件来构成的多相逆变器电路；检测逆变器电路的电流并输出检测到的电流值的电流传感器；检测连接到逆变器电路的负载的端子电压并输出所检测到的电压值的端子电压检测部；根据所指令的开关模式来控制逆变器电路的多个开关元件的开关元件驱动电路；用于检测逆变器电路或电流传感器的故障的故障检测部；以及故障确定部，其在故障检测部检测到故障后，根据故障检测部能够检测的故障种类来切换向开关元件驱动电路进行指令的开关模式，根据在按照开关模式进行控制时的电流传感器的检测电流值或端子电压检测部的检测电压值，进行逆变器电路或电流传感器的故障种类和故障部位的确定处理。

Description

功率转换装置

技术领域

本公开涉及一种功率转换装置。

背景技术

公开了一种用于在功率转换装置中确定故障种类和故障部位的技术。例如，专利文献1公开了一种在检测到逆变器电路的开关元件发生短路故障之后，进行故障部位的确定动作的技术。另外，专利文献2公开了一种在检测到逆变器电路的开关元件发生短路故障或检测流过逆变器电路的电流的电流传感器发生故障后，进行故障的种类和故障部位的确定动作的技术。另外，专利文献3公开了一种在检测出用于检测流过逆变器电路的电流的电流传感器发生故障之后，进行故障部位的确定动作的技术。

通过使用上述专利文献1～3中记载的技术确定故障的种类和故障部位，可以仅在发生故障的部位停止驱动，使用正常的部位继续进行作为紧急时的运行。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第4954278号公报

专利文献2：日本专利特许第5092538号公报

专利文献2：日本专利特许第6516878号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1中记载的故障部位的确定方法是：在逆变器电路的开关元件全部关断的开关模式之后，使用使开关元件逐一地导通的开关模式，使用产生了贯通电流时的电流传感器的值来确定开关元件发生短路故障的部位。然而，在发生短路故障的开关元件的短路电阻值较小时，产生的贯通电流为超过开关元件的额定电流的大电流，有可能发热进而发生故障。另外，专利文献1的故障部位的确定方法涉及开关元件的短路故障，无法进行电流传感器的故障部位的确定。

专利文献2记载的故障的种类及故障部位的确定方法是在检测到电流值过大的异常后，使用使逆变器电路的开关元件全部关断的开关模式，当作为负载连接的电动机的转速比规定值低时，电动机的端子电压发生电压异常的情况下，确定为开关元件的短路故障，在电动机的端子电压没有发生电压异常的情况下，确定为电流传感器的故障。然而，为了防止电动机的反电动势引起的误判定，该方法需要等待直到电动机的转速低于规定值为止。此外，即使电动机的转速在规定值内，在发生短路故障的开关元件的短路电阻值大于电动机的转速的规定值的设计条件的情况下，电动机的端子电压也不会发生异常，有可能将开关元件短路故障误判定为电流传感器故障。另外，为了避免误判定，而将电动机转速的规定值设得足够小的情况下，电动机转速达到规定值之前等待时间较长，无法在短时间内确定故障。

另外，专利文献3中记载的故障部位的确定方法是在逆变器电路的开关元件全部关断的开关模式之后，使用比与逆变器电路连接的电动机的转速更高频地驱动开关元件的开关模式，根据电流传感器的检测值的高频分量来确定电流传感器的故障部位。然而，该方法无法确定开关元件的故障部位。另外，当发生开关元件的短路故障时，与专利文献1记载的方法相同，贯通电流可能超过开关元件的额定电流。

另外，如果为了确定故障的种类和故障部位，假设执行了专利文献1～3所记载的所有方法，则确定故障所需的时间将比必要的时间长，并且根据故障确定处理的执行顺序，如上所述，贯通电流可能超过开关元件的额定电流。

本公开是鉴于上述情况而完成的，因此其目的之一是提供一种功率转换装置，在进行逆变器电路和电流传感器的故障的确定时，在防止大电流产生的同时，短时间且准确地进行故障的确定。

用于解决技术问题的技术手段

本公开所涉及的一种功率转换装置，包括：多相的逆变器电路，该逆变器电路包含多个开关元件来构成；电流传感器，该电流传感器检测所述逆变器电路的电流并输出检测到的电流值；端子电压检测部，该端子电压检测部检测连接到所述逆变器电路的负载的端子电压，并输出所检测到的电压值；开关元件驱动电路，该开关元件驱动电路根据所指令的开关模式来控制所述逆变器电路的多个开关元件；故障检测部，该故障检测部用于检测所述逆变器电路或所述电流传感器的故障；以及故障确定部，该故障确定部在所述故障检测部检测到故障后，根据所述故障检测部能够检测的故障种类来切换向所述开关元件驱动电路进行指令的所述开关模式，根据在按照所述开关模式进行控制时所述电流传感器的检测电流值或所述端子电压检测部的检测电压值，进行所述逆变器电路或所述电流传感器的故障种类和故障部位的确定处理。

发明效果

根据本公开，当进行逆变器电路和电流传感器的故障的确定时，能在防止大电流产生的同时，在短时间内且准确地确定故障。

附图说明

图1是示出实施方式1的功率转换装置的整体结构例的框图。

图2是示出开关元件发生短路故障时贯通电流的路径的图。

图3是示出各故障发生时的检测值行为的一览的图。

图4是示出实施方式1的故障检测方式的例子的图。

图5是示出实施方式1涉及的故障确定处理的一例的流程图。

图6是示出实施方式2的功率转换装置的整体结构例的框图。

图7是示出实施方式2的故障检测方式的例子的图。

图8是示出实施方式2的故障确定处理的一例的流程图。

图9是示出实施方式3的电动助力转向系统的整体结构示例的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。

<实施方式1>

首先，对实施方式1进行说明。

[功率转换装置的结构]

图1是示出本实施方式所涉及的功率转换装置10的整体结构示例的框图。虽然本实施方式所涉及的功率转换装置10可以连接到多相负载2来使用，但是为了简化说明，在下面的说明中，以将其应用于具有U相、V相、W相的三相无刷电动机作为负载2的情况为例进行说明。

逆变器电路1包括U相、V相、W相各自的上侧开关元件FET1、FET2、FET3、下侧开关元件FET4、FET5、FET6、电流传感器CT1、CT2、CT3。电流传感器CT1～3检测流过逆变器电路1的各相的电流并输出检测电流值。各个电流传感器CT1～3串联连接到各个上侧开关元件FET1～3或各个下侧开关元件FET4～6。在下文中，如图1所示，以各个电流传感器CT1～3连接到各个下侧开关元件FET4～6的结构为例进行说明。

端子电压检测部3检测连接到负载2的各个相的端子的端子电压，并输出检测电压值。

开关元件驱动电路4基于后述的开关模式或用于驱动负载的开关指令的输入，指示逆变器电路1所包括的开关元件FET1～6进行导通或关断的开关。作为对开关元件驱动电路4的输入，在没有故障的正常时，上述的开关指令被用作输入，在从后述的故障检测部5输出故障检测信号时，从后述的故障确定部6输出的开关模式被用作输入。

故障检测部5判定在逆变器电路1所具有的开关元件FET1～6或电流传感器CT1～3中是否发生故障。在判定发生故障的情况下，故障检测部5输出故障检测信号。故障检测部5的故障判定方法有：监视电流传感器CT1～3的检测电流值、端子电压检测部3的检测电压值、负载2的旋转角度的检测值、在正常时驱动逆变器电路1时作为指令信号施加的电压指令值等这些值本身或者对这些值进行四则运算后得到的值等，根据该值是否异常来判定故障的方法。或者，故障检测部5的故障判定方法也可以是使用未图示的构成电压指令值的生成部或开关元件驱动电路4等的微机(微计算机)或驱动器等硬件所具备的故障检测功能等的判定方法等。

例如，通过本实施方式所涉及的故障检测部5可以检测的故障因素是开关元件FET1～6的短路故障、电流传感器CT1～3的上下限值固定故障(饱和故障)、电流传感器CT1～3的增益异常。增益是指检测电流值相对于输入信号即实际电流的放大率。

故障确定部6根据从故障检测部5输出的故障检测信号输出开关模式，并进行基于在输出开关模式时的检测电流值和检测电压值确定故障的故障确定处理。这里，将为了确定故障而使开关元件FET1～6中的每一个导通或关断的一系列动作模式称为“开关模式”。另外，将确定故障的种类以及故障部位统称为“确定故障”、“故障的确定”等。如果由故障确定部6进行了故障确定，则通过仅使发生故障的部位停止驱动等应对，从而能够使用正常的部位继续进行作为紧急时的运行。

另外，在本实施方式中，具有用FET作为逆变器电路1所具备的开关元件的结构，但也能够应用于根据各相的电压指令值导通或关断来驱动负载2的任何开关元件器件。例如，可以使用晶闸管、双极晶体管等作为逆变器电路1所具有的开关元件。此外，在本实施方式中，具有作为电流传感器CT1～CT3使用分路电阻的结构，但是可以应用于能够检测电流的任何传感器。例如，作为电流传感器CT1～3，可以使用CT(Current Transformer：电流变压器)或霍尔元件等。

在如上所述构成的功率转换装置10中，说明当一个部位发生开关元件的短路故障时的故障行为。

图2是示出开关元件发生短路故障时的贯通电流的路径的图。通常，同相的上下开关元件由开关元件驱动电路4控制，以避免同时导通。但是，在开关元件短路故障时，换言之，开关元件始终为导通的故障时，如果故障相的正常侧的开关元件被控制为导通，则故障相的上下开关元件同时导通。此时，作为一个例子，当V相的上下任一个开关元件发生短路故障时，如图2的粗箭头YM所示，从电源部(Vdc)经由作为故障相的V相的上下开关元件FET2、FET5和电流传感器CT2，在流向接地的路径中产生贯通电流。若发生短路故障的开关元件的短路电阻值为“R”，则贯通电流“I”的大小可由下式(数学式1)表示。

I＝Vdc/(R+R0)···(数学式1)

数学式1中的“Vdc”是电源部的电压。另外，数学式1中的“R0”是除发生短路故障的开关元件以外的短路路径内的电阻值总和，其包括与发生短路故障的开关元件串联连接的正常侧的开关元件的电阻、电流传感器的电阻、布线电阻等。由数学式1可知，短路电阻值R越小，贯通电流值I越大。过大的贯通电流流过会导致正常的开关元件发热和故障。这里，如果将贯通电流值I为开关元件的额定电流值“I0”以下的短路电阻值定义为“Ra”，则短路电阻值Ra可以用下式(数学式2)表示。

Ra≥Vdc/I0-R0···(数学式2)

如果是满足数学式2的短路电阻值Ra的短路故障，即使在开关元件发生短路故障时有贯通电流流过，贯通电流的大小也在开关元件的额定电流值I0以下，因此能抑制正常开关元件的故障。因此，在本实施方式中，将短路电阻值Ra作为阈值，根据由故障检测部5检测出故障的故障检测方式是否能够检测出小于短路电阻值Ra的故障，由故障确定部6来切换故障确定处理。另外，考虑到对于数学式2中的电阻值R0或电压Vdc的偏差的安全率，推荐将短路电阻值Ra设定为大于数学式2的等号值。

图3是示出各故障发生时的检测值行为的一览的图。该一览表示出了检测值行为与故障种类的对应关系。但是，关于开关元件的短路故障中的检测电压值的故障相的行为和下侧开关元件导通时的检测电流值的故障相绝对值的行为，仅限于可以忽略由负载2引起的感应电动势的影响的情况。

在检测值行为中，关于“检测电压值”的行为,“故障相”及“3相平均”在开关元件的短路故障中都是在上侧故障时为“大”，在下侧故障时为“小”，而在电流传感器的故障(饱和故障、增益异常等)时取正常值。“大”表示电压值较高。“小”表示电压值较低。根据该检测值行为，根据故障判定阈值的设定，可以检测小于短路电阻值Ra的开关元件的短路故障,还可以检测短路电阻值Ra以上的开关元件的短路故障。

在检测值行为中，“下侧开关元件导通时的检测电流值”是检测下侧开关元件导通时的电流传感器CT1～3的值。表示“下侧开关元件导通时的检测电流值”的故障相的绝对值的“故障相绝对值”具体是根据流过电流传感器CT1～3的各相电流值的绝对值来判定故障的值。该“故障相绝对值”表示在上侧开关元件的短路故障及电流传感器的故障(饱和故障、增益异常等)时异常的值。另一方面，负载2是三相三线式的情况下，如果流过电流传感器CT1～3的电流正常通电，则“下侧开关元件导通时的检测电流值”的“3相总和”为“0”，如果不为“0”，则判定为异常。由此，能检测上侧开关元件的短路故障和电流传感器的增益异常。另外，如图1所示，由于电流传感器CT1～3与下侧开关元件串联连接，“下侧开关元件导通时的检测电流值”无法检测下侧开关元件的故障。

在检测值行为中，“上侧开关元件导通时的检测电流值”是检测上侧开关元件导通时的电流传感器CT1～3的值。如果逆变器电路1或电流传感器CT1～3没有故障，则为“0”。如果该值不是“0”，则发生了下侧开关元件的短路故障或电流传感器的饱和故障。

这样，根据图3所示的“检测值行为”，可以知道“故障的种类”。由此，故障检测部5能够根据“检测值行为”检测故障，此时也能够缩小故障种类的候选。在本实施方式中，根据“检测值行为”，执行使用图4所示的“第1故障检测方式～第5故障检测方式”中的任一个来确定故障的故障确定处理。

图4是表示本实施方式的故障检测部5所具备的故障检测方式的例子的图。该图示出了各故障检测方式与能够检测故障的种类之间的对应关系。故障检测部5包括一个以上故障检测方式。故障检测部5所具备的故障检测方式可以仅为1种，但也可以以对应多种故障的检测、缩短故障检测所需时间、或者可靠地进行故障检测等为目的，具有多个故障检测方式。这里示出了5种故障检测方式的例子，但故障检测方式的种类并不限于5种，可以少于5种，也可以多于5种。

各故障检测方式通过故障检测中使用的值的种类、其判定条件、规定判定条件持续成立的时间的成立时间条件等故障检测设定，来决定能够检测的故障因素。另外，通过使用多个判定条件的逻辑积等严格设定故障检测条件，也可以只检测出作为目标的故障种类。以下，对图4所示的第1～第5故障检测方式分别进行说明。

(第1故障检测方式)

在图3中的检测值行为中，对于开关元件的短路故障，“检测电压值”的“故障相”和“3相平均”都可以不依赖于短路电阻值的值来检测。这里，将故障判定阈值设定得过大或过小时，只能检测出小短路电阻值的故障。根据设定了故障判定阈值以针对小于Ra的短路电阻值判定故障的“检测电压值”的故障检测方式对应于图4所示的“第1故障检测方式”。

(第3故障检测方式)

在图3中的检测值行为中，通过故障判定阈值的设定，“检测电压值”的“故障相”和“3相平均”都能与第1故障检测方式相反地只检测具有较大短路电阻值的故障。根据设定了故障判定阈值以针对Ra以上的短路电阻值判定故障的“检测电压值”的故障检测方式对应于图4所示的“第3故障检测方式”。

(第2故障检测方式和第4故障检测方式)

图3中的检测值行为的“下侧开关元件导通时的检测电流值”虽然对于电流传感器的故障(饱和故障、增益异常等)能够检测异常，但无法与开关元件的短路故障区分开。因此，要与上述图3所示的“检测电压值”并用。由于使用“检测电压值”只能检测开关元件的短路故障，因此，如果判定条件为“下侧开关元件导通时的检测电流值”为“异常”且“检测电压值”为“正常”，则能区分为电流传感器故障(饱和故障、增益异常等)。因此，用于检测图4所示电流传感器故障的“第2故障检测方式”或“第4故障检测方式”可以通过使用图3所示的“检测电压值”和“下侧开关元件导通时的检测电流值”双方来实现。另外，“第2故障检测方式”是检测电流传感器饱和故障的方式。另一方面，“第4故障检测方式”是检测电流传感器增益异常的方式。关于这两种方式的区分，使用图3所示的“上侧开关元件导通时的检测电流值”的“故障相绝对值”。如果“上侧开关元件导通时的检测电流值”的“故障相绝对值”与检测电流值的上下限的绝对值一致(固定)，则可区分为“第2故障检测方式”，如果是“0”则可区分为“第4故障检测方式”。

(第5故障检测方式)

图4所示的“第5故障检测方式”通过采用图3中的检测值行为中的任意一个以上表示异常的方式，能够对图4所示的所有故障进行检测。

由此，通过第1～第4故障检测方式，能将短路电阻值小于Ra的短路故障、短路电阻值为Ra以上的短路故障、电流传感器的饱和故障、电流传感器的增益异常这四种加以区分地进行故障检测。另一方面，在第5故障检测方式中，在故障检测时无法从原理上判定检测出了哪种故障。另外，不管是哪种故障检测方式，作为故障检测的判定条件，只使用3相的总和值或者平均值这样不包含相的信息的值的方式，无法确定故障相。在本实施方式中，为了简化说明，对第1故障检测方式～第5故障检测方式无法确定故障相的情况进行说明。在后述的实施方式2中说明故障检测时确定故障相的方式。基于以上的理由，有时仅通过故障检测部5的故障检测无法确定故障的种类以及故障部位，为了进行故障确定，需要使用利用故障确定部6的故障确定处理。

图5是示出本实施方式的利用故障确定部6进行的故障确定处理的一例的流程图。在故障检测部5所具有的多个故障检测方式中，将检测出故障的方式作为第N故障检测方式(在本例中，N是1～5的整数)。对在根据该第N故障检测方式的故障检测后进行的故障确定部6的故障确定处理的动作进行说明。

首先，故障确定部6判定是否能够通过第N故障检测方式检测短路电阻值小于Ra的开关元件的短路故障(步骤S1)。在本实施方式的例子中，故障确定部6在是第1故障检测方式或第5故障检测方式的情况下，判定为能够检测短路电阻值小于Ra的开关元件的短路故障(步骤S1：是)。

故障确定部6在步骤S1的判定为“是”的情况下，通过监视开关元件FET1～6全部关断时的端子电压，进行短路部位的确定处理(步骤S2)。该特定处理通过使所有开关元件关断的第1开关模式来控制开关元件FET1～6，并监视此时的电压检测值。作为该确定处理的结构，例如也可以使用日本专利第5092538号公报所示的方法等。故障确定部6在执行了步骤S2的处理之后，判定是否确定了故障(步骤S3)。故障确定部6在判定为确定了故障的情况下(步骤S3：是)，结束故障确定处理。

另一方面，故障确定部6在步骤S1或步骤S3的判定为“否”的情况下，判定是否能够通过第N故障检测方式检测电流传感器的饱和故障(步骤S4)。在本实施方式的例子中，故障确定部6在是第2故障检测方式或第5故障检测方式的情况下，判定为能够检测电流传感器的饱和故障(步骤S4：是)。

故障确定部6在步骤S4的判定为“是”的情况下，通过监视开关元件FET1～6全部关断时的电流饱和，进行电流传感器的故障相的确定处理(步骤S5)。该确定处理通过使所有开关元件关断的第1开关模式来控制开关元件FET1～6，并监视此时的电流检测值。作为该确定处理的结构，例如也可以使用日本专利第5092538号公报所示的方法等。故障确定部6在执行了步骤S5的处理之后，判定是否确定了故障(步骤S6)。故障确定部6在判定为确定了故障的情况下(步骤S6：是)，结束故障确定处理。

另一方面，故障确定部6在步骤S4或步骤S6的判定为“否”的情况下，判定是否能够通过第N故障检测方式检测短路电阻值在Ra以上的开关元件短路故障(步骤S7)。在本实施方式的例子中，故障确定部6在是第3故障检测方式或第5故障检测方式的情况下，判定为能够检测短路电阻值为Ra以上的开关元件短路故障(步骤S7：是)。

故障确定部6在步骤S7的判定为“是”的情况下，通过监视伴随开关元件FET1～6的导通动作的开关元件的贯通电流，进行短路部位的确定处理(步骤S8)。该确定处理通过将1个以上开关元件控制为导通的第2开关模式来控制开关元件FET1～6，并监视此时的电流检测值。作为该确定处理的结构，例如也可以使用日本专利第4954278号公报所示的方法等。另外，专利第4954278号公报中的开关模式是使开关元件逐个导通的方式，但也可以使用使全相的上侧或下侧的开关元件同时导通的第2开关模式。在后一种开关模式的情况下，具有缩短步骤S8中的故障确定处理所需的时间的效果。故障确定部6在执行了步骤S8的处理之后，判定是否确定了故障(步骤S9)。故障确定部6在判定为确定了故障的情况下(步骤S9：是)，结束故障确定处理。

另一方面，故障确定部6在步骤S7或步骤S9的判定为“否”的情况下，判定是否能够通过第N故障检测方式检测电流传感器的增益异常(步骤S10)。在本实施方式的示例中，故障确定部6在是第4故障检测方式或第5故障检测方式的情况下，判定为能够检测电流传感器的增益异常(步骤S10：是)。

故障确定部6在步骤S10的判断为“是”的情况下，进行伴随开关元件FET1～6的高频驱动的电流传感器的增益异常相的确定处理(步骤S11)。该确定处理通过以高于负载2的转速的频率驱动开关元件的第3开关模式控制开关元件FET1～6，并监视此时的电流检测值。作为该确定处理的结构，例如也可以使用日本专利第6516878号公报所示的方法等。故障确定部6在执行了步骤S11的处理之后，判定是否确定了故障(步骤S12)。故障确定部6在判定为确定了故障的情况下(步骤S12：是)，结束故障确定处理。另一方面，故障确定部6在步骤S10或步骤S12的判定为“否”的情况下，无法进行故障的确定而结束故障确定处理。

另外，故障确定部6为了进行步骤S1、步骤S4、步骤S7以及步骤S10中的判定，需要事先掌握图4所示的各故障检测方式能够检测的故障的种类的对应关系。作为掌握对应关系的方法，有从各故障检测方式的条件式等理论上导出的方法、通过模拟或实验等进行验证的方法。另外，在图5所示的故障确定部6的故障确定处理的流程图中，根据条件也可以去掉不需要的处理部分。例如，如果完全没有发生与电流传感器有关的故障的可能性，则不需要步骤S4～S6的处理以及步骤S10～S12的处理，从而可以是不执行即绕过这些步骤的处理的故障确定处理的流程图。

如上所述，本实施方式所涉及的功率转换装置10包括：多相逆变器电路1，该多相逆变器电路1包含多个开关元件FET1～6来构成；电流传感器CT1～3，该电流传感器CT1～3检测逆变器电路1的电流并输出检测到的电流值；端子电压检测部3，该端子电压检测部3检测连接到逆变器电路1的负载2的端子电压并输出所检测到的电压值；以及开关元件驱动电路4，该开关元件驱动电路4根据指令的开关模式控制逆变器电路1的多个开关元件FET1～6。另外，功率转换装置10还包括：故障检测部5，该故障检测部5检测逆变器电路1或电流传感器CT1～3的故障；以及故障确定部6，该故障确定部6在故障检测部5检测到故障之后，进行逆变器电路1或电流传感器CT1～3的故障种类和故障部位的确定处理。例如，故障确定部6在故障检测部5检测到故障之后，根据故障检测部5能够检测的故障的种类，切换向开关元件驱动电路4进行指令的开关模式，基于按照开关模式进行控制时的电流传感器CT1～3中的至少任意个的检测电流值或端子电压检测部3的检测电压值，进行逆变器电路1或电流传感器CT1～3的故障种类和故障部位的确定处理。

由此，功率转换装置10根据故障检测部5能够检测的故障的种类，使用为了确定故障而必要且充分的故障确定方法进行故障确定处理，因此故障的确定所需的时间较短，并且能够在防止故障的确定错误以及故障确定处理时的大电流的同时，进行故障确定处理。由此，当进行逆变器电路1和电流传感器CT1～3的故障的确定时，功率转换装置10能在防止大电流产生的同时，在短时间内且准确地确定故障。

例如，故障确定部6将所有开关元件FET1～6关断的第1开关模式和一个以上开关元件导通的第2开关模式作为上述开关模式向开关元件驱动电路4进行指令。

由此，功率转换装置10具有不使贯通电流流过开关元件的方法和使贯通电流流过开关元件的方法这两种方法，通过使用相当于使贯通电流不流过的方法的所有开关元件FET1～6关断的第1开关模式，能防止在短路电阻值较小的开关元件发生短路故障的情况下确定故障时有大电流流过。此外，功率转换装置10通过使用一个以上开关元件导通的第2开关模式，能够利用贯通电流来确定故障，从而能在短路电阻值较大的开关元件发生短路故障时防止故障确定的误判定。

例如，故障确定部6将所有开关元件FET1～6关断的第1开关模式、所有相的上侧或下侧的开关元件同时导通的第2开关模式、以及以比负载2的旋转频率更高的频率驱动开关元件的第3开关模式作为上述开关模式，向开关元件驱动电路4进行指令。

由此，功率转换装置10通过使用所有相的上侧的开关元件FET1～3或下侧的开关元件FET4～6同时导通的第2开关模式，从而具有缩短故障确定处理所需时间的效果。另外，通过添加第3开关模式，能识别第1开关模式和第2开关模式无法确定的电流传感器CT1～3的增益异常等故障。

此外，故障检测部5使用能够检测短路电阻小于规定阈值(短路电阻值Ra)的开关元件的短路故障的第1故障检测方式来检测故障。然后，在故障检测部5使用第1故障检测方式检测到故障之后，故障确定部6使用在通过第1开关模式进行控制时的检测电压值来进行故障确定处理。

由此，当短路电阻小于规定阈值(短路电阻值Ra)的开关元件发生短路故障时，功率转换装置10能进行故障确定。

此外，故障检测部5使用能够检测电流传感器CT1～3的上下限值固定故障(饱和故障)的第2故障检测方式来检测故障。然后，在故障检测部5使用第2故障检测方式检测到故障之后，故障确定部6使用在通过第1开关模式进行控制时的检测电流值来进行故障确定处理。

由此，当电流传感器CT1～3发生饱和故障时，功率转换装置10能进行故障确定。

此外，故障检测部5使用能够检测短路电阻为规定阈值(短路电阻值Ra)以上的开关元件的短路故障的第3故障检测方式来检测故障。然后，在故障检测部5使用第3故障检测方式检测到故障之后，故障确定部6使用在通过第2开关模式进行控制时的检测电流值来进行故障确定处理。

由此，当短路电阻为规定阈值(短路电阻值Ra)以上的开关元件发生短路故障时，功率转换装置10能进行故障确定。

此外，故障检测部5使用能够检测电流传感器CT1～3的增益异常的第4故障检测方式来检测故障。然后，在故障检测部5使用第4故障检测方式检测到故障之后，故障确定部6使用在通过第3开关模式进行控制时的检测电流值来进行故障确定处理。

由此，当由于电流传感器CT1～3的增益异常而发生故障时，功率转换装置10能进行故障确定。

此外，故障检测部5使用能够检测包含短路电阻小于规定阈值(短路电阻值Ra)的开关元件的短路故障的多种故障的第5故障检测方式来检测故障。然后，在故障检测部5使用第5故障检测方式检测到故障之后，并且在执行伴随开关元件的导通动作的开关模式之前，故障确定部6使用在通过第1开关模式进行控制时的检测电压值进行故障确定处理。

由此，功率转换装置10能防止故障确定时的大电流和故障确定的误判定，并且在该故障发生时确定故障。

上述规定阈值被定义为使得逆变器电路1的电源部(Vdc)的正极和负极经由短路故障相的上侧和下侧的开关元件短路时流过的贯通电流的大小为该开关元件的额定电流以下的该开关元件的短路电阻值Ra。

由此，功率转换装置10能在故障确定时，防止超过开关元件的额定电流的贯通电流流过。

<实施方式2>

接着，对实施方式2进行说明。

图6是示出本实施方式所涉及的功率转换装置10A的整体结构示例的框图。实施方式1的端子电压检测部3具有能够检测负载2的3相的各相独立的电压值的结构。与之相对，本实施方式所涉及的功率转换装置10A的端子电压检测部3A与实施方式1的不同之处在于，经由电压平均电路7将负载2的3相的平均电压设为检测电压值。通过该结构，具有通过使用部件的简化来降低成本的效果。但是，为了使用这种3相平均电压的检测电压值进行故障的确定，需要与能够确定故障相的其他方法进行组合。

图7是示出本实施方式的故障检测部5所具备的故障检测方式的例子的图。该图示出了各故障检测方式与能够检测的故障的种类之间的对应关系。这里示出了故障检测方式a、故障检测方式b以及故障检测方式c这3种故障检测方式。各种故障检测方式可以检测一种或多种故障。

故障检测方式a使用搭载在构成开关元件驱动电路4等的微机上的各相的过电流故障检测功能，或者使用各相的检测电流值的绝对值比规定电压值过大或过小的判定条件。由此，故障检测方式a能对短路电阻值小于Ra的开关元件的短路故障、短路电阻值为Ra以上的开关元件的短路故障、以及电流传感器的饱和故障进行故障检测，并且在故障检测时还能确定故障相。

故障检测方式b使用“下侧开关元件导通时的检测电流值”的“3相总和”为“非零”的判定条件，并且将成立时间条件设定得比故障检测方式a的成立时间条件要长。由此，能进行短路电阻值在Ra以上的开关元件的短路故障、以及电流传感器的增益异常的故障检测，但在故障检测时无法进行故障相的确定。

故障检测方式c使用“上侧开关元件导通时的检测电流值”的“3相总和”为“非零”的判定条件，并且将成立时间条件设定得比故障检测方式a的成立时间条件要长。由此，能进行短路电阻值在Ra以上的开关元件的短路故障的故障检测，但在故障检测时无法进行故障相的确定。

另外，相对于故障检测方式b及故障检测方式c，故障检测方式a将成立时间条件设定得更短，因此，短路电阻值小于Ra的开关元件的短路故障及电流传感器的饱和故障可通过能够确定相的故障检测方式a进行故障检测。

图8是示出本实施方式的利用故障确定部6进行的故障确定处理的一例的流程图。在该图8中，对与图5的各处理对应的处理赋予相同的标号，并且省略对其的说明。图8所示的故障确定处理与实施方式1的区别在于具备根据故障检测方式的种类进行分支的步骤S0。在步骤S0中，故障确定部6在故障检测方式的种类为故障检测方式a的情况下分支至步骤S2a，在故障检测方式b的情况下分支至步骤S8b，在故障检测方式c的情况下分支至步骤S8c。由此，不需要实施方式1的图5所示的故障确定处理中的步骤S1、步骤S4、步骤S7、以及步骤S10的判定，从而能够简化程序。

另外，为了适合各故障检测方式，可以调整和变更各故障确定处理。例如，在故障检测方式a的情况下，在进行故障检测时已确定故障相。因此，在步骤S2a、步骤S5a、步骤S8a的故障确定处理中不需要确定故障相，相对于图5的步骤S2、步骤S5、步骤S8，能简化故障确定处理。

在步骤S2a中，故障确定部6通过监视开关元件FET1～6全部关断时的端子电压，进行短路部位的确定处理。在本实施方式的结构中无法使用检测电压值来确定故障相，但如果是通过故障检测方式a进行的故障检测，则故障相是已知的，因此在该步骤S2a中不需要确定故障相。

故障确定部6在执行了步骤S2a的处理之后，判定是否确定了故障(步骤S3)。故障确定部6在判定为确定了故障的情况下(步骤S3：是)，结束故障确定处理。另一方面，故障确定部6在步骤S3的判定为“否”的情况下，前进到步骤S5a的处理。

在步骤S5a中，故障确定部6通过监视开关元件FET1～6全部关断时的电流饱和，进行电流传感器的故障相的确定处理。如果是通过故障检测方式a进行的故障检测，则故障相是已知的，因此在该步骤S5a中不需要确定故障相。由于只以故障相为对象进行故障的确定即可，因此能缩短确定故障所需的时间。

故障确定部6在执行了步骤S5a的处理之后，判定是否确定了故障(步骤S6)。故障确定部6在判定为确定了故障的情况下(步骤S6：是)，结束故障确定处理。另一方面，故障确定部6在步骤S6的判定为“否”的情况下，前进到步骤S8a的处理。

在步骤S8a中，故障确定部6通过监视伴随开关元件FET1～6的导通动作的开关元件的贯通电流来进行短路部位的确定处理。如果是通过故障检测方式a进行的故障检测，则故障相是已知的，因此在该步骤S8a中不需要确定故障相。在步骤S8a中，由于仅在故障相进行开关元件的导通动作即可，因此故障确定部6能够缩短确定故障所需的时间。

故障确定部6在执行了步骤S8的处理之后，判定是否确定了故障(步骤S9)。故障确定部6在判定为确定了故障的情况下(步骤S9：是)，结束故障确定处理。另一方面，故障确定部6在步骤S9的判定为“否”的情况下，无法进行故障的确定而结束故障确定处理。

虽然未包含在图8所示的示例中，但是在进行图5的步骤S11中的伴随开关元件FET1～6的高频驱动的电流传感器的增益异常相的确定处理的情况下，如果故障相已知，则也只需在故障相确定故障，因此能简化故障确定处理。

此外，在故障检测方式b的情况下执行的步骤S8b、S9b、S11、S12的处理与图5的步骤S8、S9、S11、S12的处理相同，并省略其说明。此外，在故障检测方式c的情况下执行的步骤S8c、S9c的处理与图5的步骤S8、S9的处理相同，并省略其说明。故障确定部6在步骤S9c的判定为“否”的情况下，无法进行故障的确定而结束故障确定处理。

如上所述，本实施方式的功率转换装置10A采用端子电压检测部3经由电压平均电路7获取负载2的3相平均电压作为检测电压值的结构，也能够确定故障，具有通过简化使用部件而降低成本的效果。另外，如图8所示的故障确定处理的流程图那样，通过具备根据故障检测方式的种类进行分支的步骤S0，功率转换装置10A具有能够调整和变更各故障确定处理以适合各故障检测方式的效果。另外，功率转换装置10A在故障检测时已确定故障相的情况下，不需要在故障确定处理中确定故障相，因此能够简化故障确定处理以及缩短确定故障所需的时间。

<实施方式3>

接着，对实施方式3进行说明。在本实施方式中，对将电动机作为图1和图6所示的负载2并将其应用于汽车的电动助力转向系统的一个示例进行说明。

图9是示出本实施方式所涉及的电动助力转向系统50的整体结构示例的框图。电动助力转向系统50包括负载2(电动机)、转矩传感器52、方向盘53、转向轴54、齿条·小齿轮55、车轮56、减速齿轮57、转向控制装置58和功率转换装置10。虽然图9所示的示例示出了作为电动机的负载2连接到图1所示的功率转换装置10的示例，但是作为电动机的负载2也可以连接到图6所示的功率转换装置10A。这里，对与图1和图6不同的部分进行说明。

从未图示出的驾驶员施加到方向盘53的转向力通过转向轴54，经由齿条·小齿轮55传递到齿条，使车轮56转向。作为负载2的电动机经由减速齿轮57连接到转向轴54。从作为负载2的电动机产生的转矩通过减速齿轮57传递到转向轴54，从而减小驾驶员在转向时施加的转向力。转矩传感器52检测通过驾驶员使方向盘53转向从而施加到转向轴54的转向力。

转向控制装置58将由转矩传感器52检测到的转向力作为输入，并输出开关指令。在没有从故障检测部5输出故障检测信号的正常时，开关元件驱动电路4使用从转向控制装置58输出的开关指令作为输入值，并从逆变器电路1向作为负载2的电动机提供电流。另一方面，当从故障检测部5输出故障检测信号时，开关元件驱动电路4使用从故障确定部6输出的开关模式作为输入值。

在电动助力转向系统50中，若在行驶中发生异常的情况下停止控制，则驾驶员感受到的不适感较大，因此要求尽可能地继续控制。尽管有某些异常，但为了尽可能地继续良好的控制，期望确定故障的部位。进一步说，为了在异常发生后尽快转移到与异常状态相对应的控制，期望在短时间内确定故障。根据本实施方式所涉及的电动助力转向系统50，由于能够在非常短的时间内准确地确定故障，因此能够快速且无错误地转移到与异常状态相对应的控制，并且能够减小驾驶员感受到的不适感。

以上，参照附图详细描述了各实施方式，但具体结构不限于这些实施方式，可以组合各实施方式，或者适当地对各实施方式进行变形、省略。

另外，上述功率转换装置10(10A)在内部可以包括计算机系统。并且，也可以将用于实现功率转换装置10(10A)所具备的故障检测部5及故障确定部6的功能的程序记录在计算机可读取的记录介质中，将记录在该记录介质中的程序读入计算机系统并执行，从而进行故障检测部5及故障确定部6的处理。这里所说的“计算机系统”包括OS或外围设备等硬件。

另外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、磁光盘、ROM、CD-ROM等便携式介质、以及在计算机系统中内置的硬盘等存储装置。此外，所谓“计算机可读取的记录介质”是指包括像通过因特网等网络或电话线等通信线路发送程序时的通信线路那样，在短时间内动态地保持程序的介质、以及像这种情况下的作为服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器那样，将程序保持一定时间的介质。另外，上述程序也可以是用于实现上述功能的一部分的程序，还可以是通过与已经记录在计算机系统中的程序组合来实现上述功能的程序。另外，也可以将上述程序存储在规定的服务器中，根据来自其他装置的请求，经由通信线路发布(下载等)该程序。

另外，也可以将故障检测部5以及故障确定部6的各个功能的一部分或者全部作为LSI(Large Scale Integration：大规模集成)等集成电路来实现。各个功能可以单独处理，也可以将一部分或者全部集成处理。另外，集成电路化的方法不限于LSI，也可以用专用电路或者通用处理器来实现。另外，在由于半导体技术的进步而出现代替LSI的集成电路化的技术的情况下，也可以使用根据该技术的集成电路。

标号说明

1逆变器电路，2负载，3端子电压检测部，4开关元件驱动电路，5故障检测部，6故障确定部，7电压平均电路，10功率转换装置，FET1～6开关元件，CT1～3电流传感器，50电动助力转向系统，52转矩传感器，53方向盘，54转向轴，55齿条·小齿轮，56车轮，57减速齿轮，58转向控制装置。

Claims (9)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

多相的逆变器电路，该逆变器电路包含多个开关元件来构成；

电流传感器，该电流传感器检测所述逆变器电路的电流并输出检测到的电流值；

端子电压检测部，该端子电压检测部检测连接到所述逆变器电路的负载的端子电压，并输出所检测到的电压值；

开关元件驱动电路，该开关元件驱动电路根据所指令的开关模式来控制所述逆变器电路的多个开关元件；

故障检测部，该故障检测部用于检测所述逆变器电路或所述电流传感器的故障；以及

故障确定部，该故障确定部在所述故障检测部检测到故障后，根据所述故障检测部能够检测的故障种类来切换向所述开关元件驱动电路进行指令的所述开关模式，基于在按照所述开关模式进行控制时的所述电流传感器的检测电流值或所述端子电压检测部的检测电压值，进行所述逆变器电路或所述电流传感器的故障种类和故障部位的确定处理。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述故障确定部将用于使所有所述开关元件关断的第1开关模式和用于使一个以上所述开关元件导通的第2开关模式作为所述开关模式,向所述开关元件驱动电路进行指令。

3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述故障确定部将用于使所有所述开关元件关断的第1开关模式、用于使所有相的上侧或下侧的所述开关元件同时导通的第2开关模式、以及用于以比负载的旋转频率更高的频率驱动所述开关元件的第3开关模式作为所述开关模式,向所述开关元件驱动电路进行指令。

4.如权利要求2或3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述故障检测部使用能够检测短路电阻小于规定阈值的所述开关元件的短路故障的第1故障检测方式来检测故障，

所述故障确定部在所述故障检测部使用所述第1故障检测方式检测到故障之后，使用在按照所述第1开关模式进行控制时的所述检测电压值进行故障确定处理。

5.如权利要求2或3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述故障检测部使用能够检测所述电流传感器的上下限值固定故障的第2故障检测方式来检测故障，

所述故障确定部在所述故障检测部使用所述第2故障检测方式检测到故障之后，使用按照所述第1开关模式进行控制时的所述检测电流值来进行故障确定处理。

6.如权利要求2或3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述故障检测部使用能够检测出短路电阻为规定阈值以上的所述开关元件的短路故障的第3故障检测方式来检测故障，

所述故障确定部在所述故障检测部使用所述第3故障检测方式检测到故障之后，使用按照所述第2开关模式进行控制时的所述检测电流值来进行故障确定处理。

7.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述故障检测部使用能够检测所述电流传感器的增益异常的第4故障检测方式来检测故障，

所述故障确定部在所述故障检测部使用所述第4故障检测方式检测到故障之后，使用按照所述第3开关模式进行控制时的所述检测电流值来进行故障确定处理。

8.如权利要求2或3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述故障检测部使用能够检测出包含短路电阻小于规定阈值的所述开关元件的短路故障在内的多种故障的第5故障检测方式来检测故障，

所述故障确定部在所述故障检测部使用所述第5故障检测方式检测到故障之后，在执行伴随所述开关元件的导通动作的开关模式之前，使用按照所述第1开关模式进行控制时的所述检测电压值进行故障确定处理。

9.如权利要求4或6或8所述的功率转换装置，其特征在于，

所述规定阈值被定义为所述逆变器电路的电源部的正极和负极经由短路故障相的上下开关元件短路时所流过的贯通电流的大小为所述开关元件的额定电流以下的所述开关元件的短路电阻值。