DE112017001146T5

DE112017001146T5 - Leistungsumwandlungsvorrichtung, motorantriebseinheit und elektrische servolenkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017001146T5
Application number: DE112017001146.9T
Authority: DE
Inventors: Eiji Wada
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-11-29
Also published as: JPWO2017150640A1; CN109104887B; JPWO2017150641A1; US10778084B2; DE112017000686T5; WO2017150641A1; CN109104896B; US11431238B2; WO2017150640A1; JP6933205B2; US20190097522A1; US20180375457A1; CN109104896A; CN114567192A; CN109104887A

Abstract

Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung (100) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist mit Folgendem versehen: einem ersten Inverter (120), der mit einem Ende der Wicklung jeder der Phasen eines Elektromotors (200) mit n Phasen (n ist eine Ganzzahl von 3 oder mehr) von Wicklungen verbunden ist; einem zweiten Inverter (130), der mit dem anderen Ende der Wicklung jeder Phase verbunden ist, und einer Umschaltschaltung (110), die zumindest ein erstes Umschaltelement (111) zum Umschalten dazwischen, ob der erste Inverter und eine Masse verbunden oder getrennt sind, und/oder ein zweites Umschaltelement (112) zum Umschalten dazwischen, ob der zweite Inverter und die Masse verbunden oder getrennt sind, aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Leistungsumwandlungsvorrichtungen zum Umwandeln von Leistung, die einem Elektromotor zuzuführen ist, auf Motorantriebseinheiten und auf elektrische Servolenkungsvorrichtung.
Stand der Technik
Elektromotoren (nachfolgend einfach als „Motoren“ bezeichnet) wie bürstenlose Gleichstrommotoren und Wechselstromsynchronmotoren werden für gewöhnlich durch Dreiphasenströme angetrieben. Eine komplizierte Steuertechnik wie etwa eine Vektorsteuerung ist erforderlich, um die Wellenformen der Dreiphasenströme genau zu steuern. Solch eine Steuertechnik erfordert komplizierte mathematische Berechnungen und wird daher unter Verwendung einer digitalen Rechenschaltung wie etwa einer Mikrosteuerung (Mikrocomputer) durchgeführt. Die Vektorsteuertechnik wird in den Anwendungsbereichen eingesetzt, in denen die Last an einen Motor erheblich variiert, z. B. bei Waschmaschinen, motorisierten Fahrrädern, Elektrorollern, elektrischen Servolenkungsvorrichtungen, Elektrofahrzeugen und industrieller Ausrüstung. Unterdessen werden andere Motorsteuertechniken wie etwa die Pulsweitenmodulation (PWM) für Motoren mit relativ geringer Leistungsabgabe verwendet.
Im Bereich der fahrzeugmontierten Vorrichtungen wird in einem Fahrzeug eine elektronische Fahrzeugsteuereinheit (ECU, Electronic Control Unit) verwendet. Die ECU umfasst eine Mikrosteuerung, eine Leistungsversorgung, eine Eingangs-/Ausgangsschaltung, einen A/D-Wandler, eine Lastantriebsschaltung und einen Nur-Lese-Speicher (ROM, Read-Only Memory), usw. Ein elektronisches Steuersystem ist unter Verwendung der ECU als eine Hauptkomponente aufgebaut. Beispielsweise verarbeitet die ECU ein Signal von einem Sensor, um einen Aktor wie etwa einen Motor zu steuern. Genauer gesagt steuert die ECU einen Inverter in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, während dieselbe die Drehzahl oder das Drehmoment eines Motors überwacht. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung wandelt unter der Steuerung der ECU eine Antriebsleistung um, die dem Motor zuzuführen ist.
In den letzten Jahren wurde ein mechanisch und elektronisch integrierter Motor entwickelt, bei dem ein Motor, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung und eine ECU gemeinsam integriert sind. Insbesondere in dem Bereich der fahrzeugmontierten Vorrichtungen muss eine hohe Qualität für die Sicherheit gewährleistet sein. Daher wird eine fehlertolerante Ausführung verwendet, um zu ermöglichen, dass das Motorsystem auch bei Ausfall eines Teils des Motorsystems einen sicheren Betrieb fortsetzt. Als Beispiel einer solchen fehlertoleranten Ausführung kann ein einzelner Motor mit zwei Leistungsumwandlungsvorrichtungen versehen sein. Als weiteres Beispiel kann die ECU zusätzlich zu einer Hauptmikrosteuerung mit einer Zweitmikrosteuerung versehen sein.
Beispielsweise beschreibt das Patentdokument Nr. 1 eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von Leistung, die einem Dreiphasenmotor zuzuführen ist, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit und zwei Inverter umfasst. Die zwei Inverter sind jeweils mit einer Leistungsversorgung und einer Masse (im Folgenden als „GND“ bezeichnet) gekoppelt. Einer der zwei Inverter ist mit einem Ende jeder der Dreiphasenwicklungen des Motors gekoppelt und der andere Inverter ist mit dem anderen Ende jeder der Dreiphasenwicklungen gekoppelt. Jeder Inverter umfasst eine Brückenschaltung, die drei Schenkel umfasst, von denen jeder ein hochseitiges Umschaltelement und ein tiefseitiges Umschaltelement umfasst. Die Steuereinheit schaltet beim Detektieren eines Ausfalls in einem Umschaltelement in den zwei Invertern die Steuerung des Motors von einer Steuerung unter normalen Bedingungen zu einer Steuerung unter anomalen Bedingungen um. Wie hierin verwendet, beschreibt der Ausdruck „anomale Bedingungen“ hauptsächlich, dass ein Umschaltelement ausgefallen ist. Der Ausdruck „Steuerung unter normalen Bedingungen“ beschreibt eine Steuerung, die ausgeführt wird, wenn alle Umschaltelemente normal in Betrieb sind. Der Ausdruck „Steuerung unter anomalen Bedingungen“ beschreibt eine Steuerung, die bei einem Ausfall in einem Umschaltelement ausgeführt wird.
Bei der Steuerung unter anomalen Bedingungen wird ein Nullpunkt für die Wicklungen durch Ein- und Ausschalten von Umschaltelementen gemäß einer vorbestimmten Regel in einem der zwei Inverter gebildet, der das ausgefallene Umschaltelement umfasst (im Folgenden als „ausgefallener Inverter“ bezeichnet). Gemäß der Regel werden beispielsweise bei einem Leerlaufausfall, bei dem ein hochseitiges Umschaltelement immer ausgeschaltet ist, in der Brückenschaltung des ausgefallenen Inverters die drei hochseitigen Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement ausgeschaltet und die drei tiefseitigen Umschaltelemente werden eingeschaltet. In diesem Fall wird der Nullpunkt auf der tiefen Seite gebildet. In dem Fall eines Kurzschlussausfalls, bei dem ein hochseitiges Umschaltelement immer eingeschaltet ist, werden in der Brückenschaltung des ausgefallenen Inverters die drei hochseitigen Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement eingeschaltet und die drei tiefseitigen Umschaltelemente werden ausgeschaltet. In diesem Fall wird der Nullpunkt auf der hohen Seite gebildet. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung aus Patentdokument Nr. 1 wird der Nullpunkt für die Dreiphasenwicklungen in einem ausgefallenen Inverter unter anomalen Bedingungen gebildet. Selbst in dem Fall eines Ausfalls in einem Umschaltelement kann der Motor weiterhin unter Verwendung eines der Inverter, der normal in Betrieb ist, angetrieben werden.
Liste der genannten Dokumente
Patentliteratur
Patentdokument Nr. 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2014-192950
Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Problemstellung
Beim obengenannten Stand der Technik besteht ein Bedarf nach weiteren Verbesserungen der Stromsteuerung unter normalen und anomalen Bedingungen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung stellt eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereit, die sowohl unter normalen als auch unter anomalen Bedingungen eine geeignete Stromsteuerung ausführen kann.
Lösung der Problemstellung
Eine beispielhafte Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Umwandeln von Leistung, die einem Elektromotor mit n Phasenwicklungen (n = eine Ganzzahl von drei oder mehr) zuzuführen ist, weist einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist, einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist, und eine Umschaltschaltung auf, die Folgendes aufweist: ein erstes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des ersten Inverters und einer Masse umschaltet; und/oder ein zweites Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des zweiten Inverters und einer Masse umschaltet.
Eine weitere beispielhafte Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Umwandeln von Leistung, die einem Elektromotor mit n Phasenwicklungen (n = eine Ganzzahl von drei oder mehr) zuzuführen ist, weist einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist, einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist, und eine Umschaltschaltung auf, die Folgendes aufweist: ein erstes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des ersten Inverters und einer Masse umschaltet; ein zweites Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des zweiten Inverters und einer Masse umschaltet; ein drittes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des ersten Inverters und einer Leistungsversorgung umschaltet; und/oder ein viertes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des zweiten Inverters und der Leistungsversorgung umschaltet. Wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet, wird in dem ersten Inverter ein Nullpunkt für die n Phasenwicklungen gebildet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung können die Inverter mit der Leistungsversorgung und/oder der Masse verbunden und von denselben getrennt werden. Als Folge ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitgestellt, die sowohl unter normalen als auch anomalen Bedingungen eine geeignete Stromsteuerung ausführen kann.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einem veranschaulichenden ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 des veranschaulichenden ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das noch eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 des veranschaulichenden ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das noch eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 des veranschaulichenden ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine typische Konfiguration einer Motorantriebseinheit 400 einschließlich der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zeigt.
6 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen (Sinuswellen) zeigt, die dadurch erhalten werden, dass Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch eine U-Phase-, eine V-Phase- und eine W-Phase-Wicklung eines Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 durch die Dreiphasenleitungssteuerung gesteuert wird.
7 ist ein schematisches Diagramm, das Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zeigt, die auftreten, wenn die FET von zwei Umschaltschaltungen 110 und ein erster Inverter 120 in einem ersten Zustand sind.
8 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen zeigt, die dadurch erhalten werden, dass Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem ersten Zustand gesteuert wird.
9 ist ein schematisches Diagramm, das Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zeigt, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in einem dritten Zustand sind.
10 ist ein schematisches Diagramm, das Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zeigt, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in dem dritten Zustand sind.
11 ist ein schematisches Diagramm, das Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zeigt, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in einem fünften Zustand sind.
12 ist ein schematisches Diagramm, das Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zeigt, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in einem sechsten Zustand sind.
13 ist ein schematisches Diagramm, das Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zeigt, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in einem achten Zustand sind.
14A ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A zeigt, die eine der zwei Umschaltschaltungen 110 umfasst, die eine Leistungsversorgung-seitige Umschaltschaltung einschließlich FET 113 und 114 ist.
14B ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A zeigt, die eine der zwei Umschaltschaltungen 110 umfasst, die eine GND-seitige Umschaltschaltung einschließlich FET 111 und 112 ist.
14C ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A zeigt, die eine Umschaltschaltung 110 einschließlich eines der Umschaltelemente umfasst, welches der FET 113 ist.
14D ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A zeigt, die eine Umschaltschaltung 110 einschließlich eines der Umschaltelemente umfasst, welches der FET 111 ist.
15 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 einschließlich einer Unterantriebsschaltung 160L zeigt.
16 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Schaltungskonfiguration der Unterantriebsschaltung 160L zeigt.
17 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 einschließlich einer Unterantriebsschaltung 160R zeigt.
18 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 einschließlich einer Unterantriebsschaltung 170L zeigt.
19 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Schaltungskonfiguration der Unterantriebsschaltung 171L zeigt.
20 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 einschließlich einer Unterantriebsschaltung 170R zeigt.
21 ist ein schematisches Diagramm, das eine typische Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 500 gemäß einem veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bevor die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, werden die vorliegenden Erkenntnisse des Erfinders beschrieben, die die Basis der vorliegenden Offenbarung darstellen.
Bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung aus Patentdokument Nr. 1 sind die zwei Inverter jeweils immer mit der Leistungsversorgung und der GND verbunden. Diese Konfiguration ermöglicht es nicht, dass die Leistungsversorgung und der ausgefallene Inverter voneinander getrennt werden. Der vorliegende Erfinder ist auf das Problem gestoßen, dass sogar dann, wenn unter anomalen Bedingungen ein Nullpunkt in einem ausgefallenen Inverter gebildet wird, ein Strom von der Leistungsversorgung in den ausgefallenen Inverter fließt. Als Folge tritt in dem ausgefallenen Inverter ein Leistungsverlust auf.
Wie bei der Leistungsversorgung kann ein ausgefallener Inverter nicht von der GND getrennt werden. Der benannte Erfinder ist auf das Problem gestoßen, dass sogar dann, wenn unter anomalen Bedingungen ein Nullpunkt in einem ausgefallenen Inverter gebildet wird, ein Strom, der jeder Phasenwicklung durch einen normal arbeitenden Inverter zugeführt wird, nicht zu dem Quellinverter zurückkehrt und durch den ausgefallenen Inverter zu der GND fließt. Mit anderen Worten, kann eine geschlossene Schleife eines Antriebsstromes nicht gebildet werden. Es ist wünschenswert, dass ein Strom, der jeder Phasenwicklung durch einen normal arbeitenden Inverter zugeführt wird, durch den Quellinverter zu der GND fließen sollte.
Ausführungsbeispiele einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, einer Motorantriebseinheit und einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Um unnötige Undeutlichkeiten der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden, werden zum Beispiel bekannte Merkmale nicht beschrieben oder im Wesentlichen gleiche Elemente nicht wiederholend beschrieben. Dies dient auch der Vereinfachung des Verständnisses der vorliegenden Offenbarung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden hierin beispielsweise unter Verwendung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung beschreiben, die Leistung umwandelt, die einem Dreiphasenmotor mit drei Phasenwicklungen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) zuzuführen ist. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung eine Leistungsumwandlungsvorrichtung umfasst, die Leistung umwandelt, die einem n-Phasenmotor mit n-Phasenwicklungen (n ist eine Ganzzahl von vier oder mehr) zuzuführen ist, zum Beispiel vier Phasenwicklungen oder fünf Phasenwicklungen.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt auf schematische Weise eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 umfasst zwei Umschaltschaltungen 110, einen ersten Inverter 120 und einen zweiten Inverter 130. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 kann Leistung umwandeln, die unterschiedlichen Motoren zuzuführen ist. Ein Motor 200 ist ein Dreiphasenwechselstrommotor.
Der Motor 200 umfasst eine U-Phase-Wicklung M1, eine V-Phase-Wicklung M2 und eine W-Phase-Wicklung M3 und ist mit dem ersten Inverter 120 und dem zweiten Inverter 130 gekoppelt. Im Einzelnen ist der erste Inverter 120 mit einem Ende jeder Phasenwicklung des Motors 200 gekoppelt und der zweite Inverter 130 ist mit dem anderen Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt. Wie hierin verwendet, beschreiben die Ausdrücke „koppeln“ und „verbinden“ in Bezug auf Teile (Komponenten) hauptsächlich eine elektrische Kopplung und Verbindung zwischen den Teilen. Der erste Inverter 120 weist Anschlüsse U_L, V_L und W_L auf, die den jeweiligen Phasen entsprechen, und der zweite Inverter 130 weist Anschlüsse U_R, V_R und W_R auf, die den jeweiligen Phasen entsprechen.
Der Anschluss U_L des ersten Inverters 120 ist mit einem Ende der U-Phase-Wicklung M1 gekoppelt, der Anschluss V_L ist mit einem Ende der V-Phase-Wicklung M2 gekoppelt und der Anschluss W_L ist mit einem Ende der W-Phase-Wicklung M3 gekoppelt. Wie bei dem ersten Inverter 120 ist der Anschluss U_R des zweiten Inverters 130 mit dem anderen Ende der U-Phase-Wicklung M1 gekoppelt, der Anschluss V_R ist mit dem anderen Ende der V-Phase-Wicklung M2 gekoppelt und der Anschluss W_R ist mit dem anderen Ende der W-Phase-Wicklung M3 gekoppelt. Eine derartige Kopplung mit einem Motor unterscheidet sich von der so genannten Stern- oder Delta-Kopplung.
Die zwei Umschaltschaltungen 110 weisen ein erstes bis viertes Umschaltelement 111, 112, 113 und 114 auf. Von den zwei Umschaltschaltungen 110 wird eine, die das erste und das zweite Umschaltelement 111 und 112 umfasst und näher zu der GND ist, im Folgenden als „GND-seitige Umschaltschaltung“ bezeichnet, und eine, die das dritte und das vierte Umschaltelement 113 und 114 umfasst und näher zu der Leistungsversorgung ist, wird im Folgenden als „Leistungsversorgung-seitige Umschaltschaltung“ bezeichnet. Mit anderen Worten weist die GND-seitige Umschaltschaltung das erste und das zweite Umschaltelement 111 und 112 auf und die Leistungsversorgung-seitige Umschaltschaltung weist das dritte und das vierte Umschaltelement 113 und 114 auf.
In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 können der erste Inverter 120 und der zweite Inverter 130 durch die zwei Umschaltschaltungen 110 elektrisch mit der Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden sein.
Im Einzelnen verbindet und trennt das erste Umschaltelement 111 den ersten Inverter 120 mit und von der GND. Das zweite Umschaltelement 112 verbindet und trennt den zweiten Inverter 130 mit und von der GND. Das dritte Umschaltelement 113 verbindet und trennt die Leistungsversorgung 101 mit und von dem ersten Inverter 120. Das vierte Umschaltelement 114 verbindet und trennt die Leistungsversorgung 101 mit und von dem zweiten Inverter 130.
Das erste bis vierte Umschaltelement 111, 112, 113 und 114 können beispielweise unter der Steuerung von einer Mikrosteuerung oder einem dedizierten Treiber ein- und ausgeschaltet werden. Das erste bis vierte Umschaltelement 111, 112, 113 und 114 können einen Strom in den entgegengesetzten Richtungen blockieren. Das erste bis vierte Umschaltelement 111, 112, 113 und 114 können beispielsweise ein Halbleiterschalter wie etwa ein Thyristor oder eine analoge Umschalt-IS, ein mechanisches Relais, usw. sein. Eine Kombination einer Diode und einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT, Insulated-Gate Bipolar Transistor), usw. kann verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Umschaltelemente der vorliegenden Offenbarung Halbleiterschalter umfassen, z. B. einen Fieldeffekttransistor, in dem eine parasitäre Diode gebildet ist (typischerweise ein MOSFET). In der folgenden Beschreibung wird beispielsweise angenommen, dass das erste bis vierte Umschaltelement 111, 112, 113 und 114 jeweils ein FET ist, und das erste bis vierte Umschaltelement 111, 112, 113 und 114 werden jeweils durch FET 111, 112, 113 bzw. 114 bezeichnet.
Die FET 111 und 112 weisen Parasitärdioden 111D bzw. 112D auf und sind derart angeordnet, dass die Parasitärdioden 111D und 112D zu dem ersten bzw. zweiten Inverter 120 bzw. 130 gerichtet sind. Genauer gesagt ist der FET 111 derart angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Parasitärdiode 111D in einer Richtung zu dem ersten Inverter 120 hin fließt, und der FET 112 ist derart angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Parasitärdiode 112D in einer Richtung zu dem zweiten Inverter 130 hin fließt.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Beispiele beschränkt. Die Anzahl von Umschaltelementen, die verwendet werden, wird je nach Eignung bestimmt, wobei Struktur und Spezifikationen, usw. berücksichtigt werden. Insbesondere in dem Bereich von fahrzeugmontierten Vorrichtungen muss eine hohe Qualität für die Sicherheit gewährleistet sein und daher umfassen die Leistungsversorgung-seitige Umschaltschaltung und die GND-seitige Umschaltschaltung vorzugsweise eine Mehrzahl von Umschaltelementen für jeden Inverter.
2 zeigt auf schematische Weise eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dieses Ausführungsbeispiels.
Die Leistungsversorgung-seitige Umschaltschaltung 110 kann ferner ein fünftes und ein sechstes Umschaltelement (FET) 115 und 116 zum Schutz vor Reverse Connection (Umkehrverbindung) aufweisen. Die FET 113, 114, 115 und 116, die eine Parasitärdiode aufweisen, sind derart angeordnet, dass die Richtungen der Parasitärdioden der FET zueinander entgegengesetzt sind. Im Einzelnen ist der FET 113 derart angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Parasitärdiode in einer Richtung zu der Leistungsversorgung 101 hin fließt und der FET 115 ist derart angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Parasitärdiode in einer Richtung zu dem ersten Inverter 120 hin fließt. Der FET 114 ist derart angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Parasitärdiode in einer Richtung zu der Leistungsversorgung 101 hin fließt und der FET 116 ist derart angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Parasitärdiode in einer Richtung zu dem zweiten Inverter 130 hin fließt. Selbst wenn die Leistungsversorgung 101 in der entgegengesetzten Richtung gekoppelt ist, kann zum Schutz vor Reverse Connection (Umkehrverbindung) ein Rückwärtsstrom durch die zwei FET blockiert werden.
Die Leistungsversorgung 101 erzeugt eine vorbestimmte Leistungsversorgungsspannung. Die Leistungsversorgung 101 kann beispielsweise eine Gleichstromleistungsversorgung sein. Es ist zu beachten, dass die Leistungsversorgung 101 ein WS-GS-Wandler oder ein GS-GS-Wandler oder alternativ dazu eine Batterie (elektrische Batterie) sein kann.
Die Leistungsversorgung 101 kann eine einzelne Leistungsversorgung sein, die von dem ersten und dem zweiten Inverter 120 und 130 geteilt wird. Alternativ dazu kann eine erste Leistungsversorgung für den ersten Inverter 120 und eine zweite Leistungsversorgung für den zweiten Inverter 130 bereitgestellt sein.
Zwischen der Leistungsversorgung 101 und der Leistungsversorgung-seitigen Umschaltschaltung 110 ist eine Spule 102 bereitgestellt. Die Spule 102 fungiert als Rauschfilter, um eine Glättung durchzuführen, so dass Hochfrequenzrauschen, das in der jedem Inverter zugeführten Spannungswellenform enthalten ist, oder Hochfrequenzrauschen, das in jedem Inverter auftritt, nicht in die Leistungsversorgung 101 fließt. Ein Kondensator oder mehrere Kondensatoren 103 ist/sind mit Leistungsversorgungsanschlüssen der Inverter gekoppelt. Der Kondensator 103 ist ein sogenannter Bypass-Kondensator und verhindert oder reduziert eine Spannungswelligkeit. Der Kondensator 103 ist beispielsweise ein Elektrolytkondensator. Die Kapazitäten und die Anzahl von Kondensatoren 103, die verwendet werden, werden je nach Eignung bestimmt, wobei Struktur und Spezifikationen, usw. berücksichtigt werden.
Der erste Inverter 120 (kann auch als eine „Brückenschaltung L“ bezeichnet werden) umfasst eine Brückenschaltung, die drei Schenkel umfasst. Jeder Schenkel weist ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement auf. Umschaltelemente 121L, 122L und 123L, die in 1 gezeigt sind, sind ein tiefseitiges Umschaltelement und Umschaltelemente 121H, 122H und 123H, die in 1 gezeigt sind, sind ein hochseitiges Umschaltelement. Die Umschaltelemente können beispielsweise ein FET oder IGBT sein. In der folgenden Beschreibung wird beispielsweise angenommen, dass die Umschaltelemente ein FET sind und dieselben können mit FET bezeichnet werden. Beispielsweise werden die Umschaltelemente 121L, 122L und 123L mit FET 121L, 122L und 123L bezeichnet.
Der erste Inverter 120 umfasst drei Nebenschlusswiderstände 121R, 122R und 123R als einen Stromsensor zum Detektieren von Strömen, die durch die U-Phase-, V-Phase- bzw. W-Phase-Wicklungen fließen (siehe 5). Der Stromsensor 150 umfasst eine Stromdetektionsschaltung (nicht gezeigt) zum Detektieren eines Stromes, der durch jeden Nebenschlusswiderstand fließt. Beispielsweise sind die Nebenschlusswiderstände 121R, 122R und 123R jeweils zwischen den entsprechenden der drei tiefseitigen Umschaltelemente, die in den drei Schenkeln des ersten Inverters 120 enthalten sind, und die Masse gekoppelt. Im Einzelnen ist der Nebenschlusswiderstand 121R elektrisch zwischen den FET 121L und den FET 111 geschaltet, der Nebenschlusswiderstand 122R ist elektrisch zwischen den FET 122L und den FET 111 geschaltet und der Nebenschlusswiderstand 123R zwischen den FET 123L und den FET 111 geschaltet. Die Nebenschlusswiderstände weisen beispielsweise einen Widerstandswert von rund 0,5 - 1,0 mΩ auf.
Wie bei dem ersten Inverter 120 umfasst der zweite Inverter 130 (kann als eine „Brückenschaltung R“ bezeichnet werden) eine Brückenschaltung, die drei Schenkel umfasst. FET 131L, 132L und 133L, die in 1 gezeigt sind, sind ein tiefseitiges Umschaltelement und FET 131H, 132H und 133H sind ein hochseitiges Umschaltelement. Der zweite Inverter 130 umfasst auch drei Nebenschlusswiderstände 131R, 132R und 133R. Die Nebenschlusswiderstände sind zwischen die drei tiefseitigen Umschaltelementen, die in den drei Schenkeln enthalten sind, und die Masse gekoppelt. Jeder der FET, die in dem ersten und dem zweiten Inverter 120 und 130 enthalten sind, kann beispielsweise durch eine Mikrosteuerung oder einen dedizierten Treiber gesteuert werden.
In der Beispielkonfiguration aus 1 ist ein Nebenschlusswiderstand in jedem Schenkel jedes Inverters bereitgestellt. Es ist zu beachten, dass der erste und der zweite Inverter 120 und 130 sechs oder weniger Nebenschlusswiderstände umfassen können. Beispielsweise können die sechs oder weniger Nebenschlusswiderstände zwischen die sechs oder weniger tiefseitigen Umschaltelementen der sechs Schenkel des ersten und des zweiten Inverters 120 und 130 und die GND gekoppelt sein. In dem Fall, in dem diese Konfiguration auf einen n-Phasenmotor erweitert wird, können der erste und der zweite Inverter 120 und 130 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände umfassen. Beispielsweise können die 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände zwischen die 2n oder weniger tiefseitigen Umschaltelementen der 2n Schenkel des ersten und des zweiten Inverters 120 und 130 und die GND gekoppelt sein.
3 und 4 zeigen auf schematische Weise andere Schaltungskonfigurationen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dieses Ausführungsbeispiels.
Wie in 3 gezeigt ist, können drei Nebenschlusswiderstände zwischen den Schenkeln des ersten oder des zweiten Inverters 120 oder 130 und den Wicklungen M1, M2 und M3 angeordnet sein. Beispielsweise können Nebenschlusswiderstände 121R, 122R und 123R zwischen dem ersten Inverter 120 und den einen Enden der Wicklungen M1, M2 und M3 angeordnet sein. Alternativ dazu, jedoch nicht gezeigt, können beispielsweise Nebenschlusswiderstände 121R und 122R zwischen dem ersten Inverter 120 und den einen Enden der Wicklungen M1 und M2 angeordnet sein und ein Nebenschlusswiderstand 123R kann zwischen dem zweiten Inverter 130 und dem anderen Ende der Wicklung M3 angeordnet sein. In einer solchen Konfiguration ist es ausreichend, drei Nebenschlusswiderstände für die U-, V- und W-Phase anzuordnen und zumindest zwei Nebenschlusswiderstände sind bereitgestellt.
Wie in 4 gezeigt ist, kann beispielsweise ein einzelner Nebenschlusswiderstand in jedem Inverter bereitgestellt sein und von den Phasenwicklungen geteilt werden. Ein einzelner Nebenschlusswiderstand kann beispielsweise elektrisch zwischen einen tiefseitigen Knoten N1 (Kopplungspunkt der Schenkel) des ersten Inverters 120 und den FET 111 geschaltet sein und ein anderer einzelner Nebenschlusswiderstand kann beispielsweise elektrisch zwischen einen tiefseitigen Knoten N2 des zweiten Inverters 130 und den FET 112 geschaltet sein.
Wie bei der tiefen Seite ist ein einzelner Nebenschlusswiderstand beispielsweise elektrisch zwischen einen hochseitigen Knoten N3 des ersten Inverters 120 und den FET 113 geschaltet und ein anderer einzelner Nebenschlusswiderstand ist beispielsweise elektrisch zwischen einen hochseitigen Knoten N4 des zweiten Inverters 130 und den FET 114 geschaltet. Die Anzahl der Nebenschlusswiderstände, die verwendet werden, und die Anordnung der Nebenschlusswiderstände werden somit je nach Eignung bestimmt, wobei Herstellungskosten, Struktur, Spezifikationen, usw. berücksichtigt werden.
5 zeigt auf schematische Weise eine typische Blockkonfiguration einer Motorantriebseinheit 400 einschließlich der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100.
Die Motorantriebseinheit 400 umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, den Motor 200 und eine Steuerschaltung 300.
Die Steuerschaltung 300 umfasst beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung 310, einen Winkelsensor 320, eine Eingangsschaltung 330, eine Mikrosteuerung 340, eine Antriebsschaltung 350 und einen ROM 360. Die Steuerschaltung 300 ist mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gekoppelt und steuert die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dahingehend, den Motor 200 anzutreiben.
Im Einzelnen steuert die Steuerschaltung 300 den Rotor derart, dass der Rotor eine gewünschte Position, eine gewünschte Drehzahl und einen gewünschten Strom, usw. annimmt, und kann eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis erzielen. Es ist zu beachten, dass die Steuerschaltung 300 anstelle des Winkelsensors einen Drehmomentsensor umfassen kann. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 300 den Rotor derart steuern, dass der Rotor ein gewünschtes Motordrehmoment annimmt.
Die Leistungsversorgungsschaltung 310 erzeugt eine Gleichstromspannung (z. B. 3 V oder 5 V), die für die Schaltungsblöcke verwendet wird. Der Winkelsensor 320 ist beispielsweise ein Resolver oder ein Hall-IC. Der Winkelsensor 320 detektiert den Drehwinkel des Rotors des Motors 200 (im Folgenden als „Drehsignal“ bezeichnet) und gibt das Drehsignal an die Mikrosteuerung 340 aus. Die Eingangsschaltung 330 empfängt einen Motorstromwert (im Folgenden als „tatsächlicher Stromwert“ bezeichnet), der durch den Stromsensor 150 detektiert wird, und wandelt gegebenenfalls den Pegel des tatsächlichen Stromwertes in einen Eingangspegel der Mikrosteuerung 340 um und gibt den resultierenden tatsächlichen Stromwert an die Mikrosteuerung 340 aus.
Die Mikrosteuerung 340 steuert den Umschaltvorgang (das Einschalten oder Ausschalten) jedes FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 120 und 130 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100. Die Mikrosteuerung 340 berechnet einen gewünschten Stromwert auf der Basis des tatsächlichen Stromwertes und des Rotordrehsignals, usw., um ein PWM-Signal zu erzeugen, und gibt das PWM-Signal an die Antriebsschaltung 350 aus. Die Mikrosteuerung 340 kann außerdem den Ein-/Aus-Betrieb jedes FET in den zwei Umschaltschaltungen 110 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuern.
Die Antriebsschaltung 350 ist typischerweise ein Gate-Treiber. Die Antriebsschaltung 350 erzeugt auf der Basis des PWM-Signals Steuersignale (Gate-Steuersignale) zum Steuern der Umschaltvorgänge der jeweiligen FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 120 und 130 und gibt die Steuersignale an die Gates der jeweiligen FET aus. Die Antriebsschaltung 350 erzeugt außerdem gemäß einer Anweisung von der Mikrosteuerung 340 Steuersignale (Gate-Steuersignale) zum Steuern des Ein-/Aus-Betriebes der jeweiligen FET in den zwei Umschaltschaltungen 110 und gibt die Steuersignale an die Gates der jeweiligen FET aus.
Die Antriebsschaltung 350 umfasst eine Verstärkerschaltung 370. Die Verstärkerschaltung 370 verstärkt eine Spannung, die von der Leistungsversorgung 101 zugeführt wird. In dem Fall, in dem die Ausgangsspannung der Leistungsversorgung 101 12 V ist, verstärkt die Verstärkerschaltung 370 die Spannung beispielsweise auf 18 V oder 24 V. Die verstärkte Spannung kann dazu verwendet werden, die Umschaltvorgänge jedes FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 120 und 130 zu steuern oder den Ein-/Aus-Betrieb jedes FET in den zwei Umschaltschaltungen 110 zu steuern. Die Antriebsschaltung 350 kann entweder die Ladungspumpentechnologie oder die Bootstrapping-Technologie verwenden. Die Verstärkerschaltung 370 kann die Ladungspumpentechnologie verwenden.
Es ist zu beachten, dass die Mikrosteuerung 340 jeden FET in den zwei Umschaltschaltungen 110 steuern kann. Es ist zu beachten, dass die Mikrosteuerung 340 auch als die Antriebsschaltung 350 fungieren kann. In diesem Fall muss die Steuerschaltung 300 die Antriebsschaltung 350 nicht umfassen.
Der ROM 360 ist beispielsweise ein beschreibbarer Speicher, ein wiederbeschreibbarer Speicher oder ein Nur-Lese-Speicher. Der ROM 360 speichert ein Steuerprogramm, das Anweisungen umfasst, die bewirken, dass die Mikrosteuerung 340 die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuert. Beispielsweise wird das Steuerprogramm während des Startvorgangs temporär in einen RAM (nicht gezeigt) geladen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 führt eine Steuerung unter normalen Bedingungen und eine Steuerung unter anomalen Bedingungen durch. Die Steuerschaltung 300 (hauptsächlich die Mikrosteuerung 340) kann die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung unter normalen Bedingungen zu der Steuerung unter anomalen Bedingungen umschalten. Der Ein-/Aus-Zustand jedes FET in den zwei Umschaltschaltungen 110 wird auf der Basis eines Musters eines ausgefallenen FET oder mehrerer ausgefallener FET bestimmt (im Folgenden auch als „Ausfallmuster“ bezeichnet). Außerdem wird der Ein-/Aus-Zustand jedes FET in einem ausgefallenen Inverter bestimmt.
Steuerung unter normalen Bedingungen
Zuerst wird ein spezifisches Beispielverfahren zum Steuern der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 unter normalen Bedingungen beschrieben. Wie oben beschrieben ist, beschreibt der Ausdruck „normale Bedingungen“, dass keiner der FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 120 und 130 ausgefallen ist und keiner der FET der zwei Umschaltschaltungen 110 ausgefallen ist.
Unter normalen Bedingungen schaltet die Steuerschaltung 300 alle FET 111, 112, 113 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 ein. Folglich sind die Leistungsversorgung 101 und der erste Inverter 120 elektrisch miteinander verbunden und die Leistungsversorgung 101 und der zweite Inverter 130 sind elektrisch miteinander verbunden. Zusätzlich dazu sind der erste Inverter 120 und die GND elektrisch miteinander verbunden und der zweite Inverter 130 und die GND sind elektrisch miteinander verbunden. In diesem Verbindungszustand führt die Steuerschaltung 300 eine Dreiphasenleitungssteuerung unter Verwendung des ersten und des zweiten Inverters 120 und 130 durch, um den Motor 200 anzutreiben. Im Einzelnen führt die Steuerschaltung 300 die Dreiphasenleitungsschaltung durch Ausführung einer Umschaltsteuerung an den FET des ersten Inverters 120 und den FET des zweiten Inverters 130 unter Verwendung entgegengesetzter Phasen aus (Phasendifferenz = 180°). In dem Fall einer H-Brücke, die die FET 121L, 121H, 131L und 131H umfasst, wird beispielsweise der FET 131L ausgeschaltet, wenn der FET 121L eingeschaltet wird, und der FET 131L wird eingeschaltet, wenn der FET 121L ausgeschaltet wird. Gleichermaßen wird der FET 131H ausgeschaltet, wenn der FET 121H eingeschaltet wird, und der FET 131H wird eingeschaltet, wenn der FET 121H ausgeschaltet wird. Ein Stromausgang aus der Leistungsversorgung 101 fließt durch ein hochseitiges Umschaltelement, eine Wicklung und ein tiefseitiges Umschaltelement zu der GND.
6 zeigt beispielhafte Stromwellenformen (Sinuswellen), die dadurch erhalten werden, dass Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch die U-Phase-, V-Phase-und W-Phase-Wicklung des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 durch die Dreiphasenleitungssteuerung gesteuert wird. Die horizontale Achse stellt Motorphasenwinkel (Grad) dar und die vertikale Achse stellt Stromwerte (A) dar. Bei der Stromwellenform aus 6 sind Stromwerte bei jedem Phasenwinkel von 30° grafisch dargestellt. I_pk stellt den größten Stromwert (Spitzenstromwert) jeder Phase dar.
Tabelle 1 zeigt die Werte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Phasenwinkel der Sinuswellen aus 6 durch die Anschlüsse jedes Inverters fließen. Im Einzelnen zeigt Tabelle 1 die Werte von Strömen, die bei jedem Phasenwinkel von 30° durch die Anschlüsse U_L, V_L und W_L des ersten Inverters 120 (die Brückenschaltung L) fließen, und die Werte von Strömen, die bei jedem Phasenwinkel von 30° durch die Anschlüsse U_R, V_R und W_R des zweiten Inverters 130 (die Brückenschaltung R) fließen. Hier ist eine positive Stromrichtung in Bezug auf die Brückenschaltung L als eine Richtung definiert, in der ein Strom von einem Anschluss der Brückenschaltung L zu einem Anschluss der Brückenschaltung R fließt. Diese Definition gilt für in 6 gezeigte Stromrichtungen. Eine positive Stromrichtung in Bezug auf die Brückenschaltung R ist als eine Richtung definiert, in der ein Strom von einem Anschluss der Brückenschaltung R zu einem Anschluss der Brückenschaltung L fließt. Daher besteht zwischen dem Strom in der Brückenschaltung L und dem Strom in der Brückenschaltung R eine Phasendifferenz von 180°. In Tabelle 1 ist die Größe eines Stromwertes I₁ gleich [(3)^½/2] * I_pk und die Größe eins Stromwertes I₂ ist gleich I_pk/2.
Bei einem Phasenwinkel von 0° fließt kein Strom durch die U-Phase-Wicklung M1. Ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R.
Bei einem Phasenwinkel von 30° fließt ein Strom mit einer Größe von I₂ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R, ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R.
Bei einem Phasenwinkel von 60° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom.
Bei einem Phasenwinkel von 90° fließt ein Strom mit einer Größe von I_pk durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R, ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L.
Bei einem Phasenwinkel von 120° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L. Durch die V-Phase-Wicklung M2 fließt kein Strom.
Bei einem Phasenwinkel von 150° fließt ein Strom mit einer Größe von I₂ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R, ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L.
Bei einem Phasenwinkel von 180° fließt kein Strom durch die U-Phase-Wicklung M1. Ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L.
Bei einem Phasenwinkel von 210° fließt ein Strom mit einer Größe von I₂ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L, ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L.
Bei einem Phasenwinkel von 240° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom.
Bei einem Phasenwinkel von 270° fließt ein Strom mit einer Größe von I_pk durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L, ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R.
Bei einem Phasenwinkel von 300° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R. Durch die V-Phase-Wicklung M2 fließt kein Strom.
Bei einem Phasenwinkel von 330° fließt ein Strom mit einer Größe von I₂ durch die U-hase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L, ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R.
In der Dreiphasenleitungssteuerung beträgt die Summe von Strömen, die durch die Dreiphasenwicklungen fließen, bei jedem Phasenwinkel unweigerlich „0“, wobei die Stromrichtungen berücksichtigt werden. Beispielsweise steuert die Steuerschaltung 300 die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltungen L und R derart durch eine PWM-Steuerung, dass die Stromwellenformen aus 6 erhalten werden.
Steuerung unter anomalen Bedingungen
Wie oben beschrieben ist, beschreibt der Ausdruck „anomale Bedingungen“ hauptsächlich, dass einer oder mehrere FET ausgefallen ist/sind. Ausfälle eines FET werden im Wesentlichen in einen „Leerlaufausfall“ und einen „Kurzschlussausfall“ unterteilt. In Bezug auf einen FET heißt „Leerlaufausfall“, dass zwischen Source und Drain des FET ein Leerlauf besteht (in anderen Worten weist ein Widerstand rds zwischen Source und Drain eine hohe Impedanz auf). In Bezug auf einen FET heißt „Kurzschlussausfall“, dass ein Kurzschluss zwischen Source und Drain des FET vorhanden ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird erwägt, dass während des Betriebes der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ein zufälliger Ausfall auftritt, bei dem einer der 16 FET zufällig ausfällt. Die vorliegende Offenbarung richtet sich hauptsächlich auf ein Verfahren zum Steuern der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, wenn ein zufälliger Ausfall aufgetreten ist. Es ist zu beachten, dass sich die vorliegende Offenbarung außerdem auf ein Verfahren zum Steuern der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 richtet, wenn mehrere FET gemeinsam ausgefallen sind, usw. Solch ein Mehrfachausfall heißt beispielsweise, dass ein Ausfall simultan in den hochseitigen und tiefseitigen Umschaltelementen eines Schenkels auftritt.
Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 für einen langen Zeitraum verwendet wird, ist es wahrscheinlich, dass ein zufälliger Ausfall auftritt. Es ist zu beachten, dass sich der zufällige Ausfall von dem Herstellungsausfall unterscheidet, der während einer Herstellung auftreten kann. Wenn auch nur einer der FET der zwei Inverter ausfällt, kann die normale Dreiphasenleitungssteuerung nicht länger ausgeführt werden.
Ein Ausfall kann beispielsweise wie folgt detektiert werden. Die Antriebsschaltung 350 überwacht eine Drain-Source-Spannung Vds eines FET und vergleicht Vds mit einer vorbestimmten Schwellspannung, um einen Ausfall in dem FET zu detektieren. Die Schwellspannung wird in der Antriebsschaltung 350 beispielsweise durch eine Datenkommunikation mit einer externen IS (nicht gezeigt) und einem externen Teil festgelegt. Die Antriebsschaltung 350 ist mit einem Port der Mikrosteuerung 340 gekoppelt und sendet ein Ausfalldetektionssignal an die Mikrosteuerung 340. Beispielsweise aktiviert die Antriebsschaltung 350 das Ausfalldetektionssignal, wenn dieselbe einen Ausfall in einem FET detektiert. Wenn die Mikrosteuerung 340 ein aktiviertes Ausfalldetektionssignal empfängt, liest diese interne Daten aus der Antriebsschaltung 350 und bestimmt, welcher der FET ausgefallen ist.
Alternativ dazu kann ein Ausfall beispielsweise wie folgt detektiert werden. Die Mikrosteuerung 340 kann einen Ausfall in einem FET auf der Basis einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Stromwert des Motors und einem gewünschten Stromwert detektieren. Es ist zu beachten, dass die Ausfalldetektion nicht auf diese Techniken beschränkt ist und unter Verwendung einer großen Auswahl an bekannten Techniken ausgeführt werden kann, die sich auf die Ausfalldetektion beziehen.
Wenn die Mikrosteuerung 340 ein aktiviertes Ausfalldetektionssignal empfängt, schaltet dieselbe die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung unter normalen Bedingungen zu der Steuerung unter anomalen Bedingungen um. Beispielsweise ist ein Zeitpunkt, zu dem die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung unter normalen Bedingungen zu der Steuerung unter anomalen Bedingungen umgeschaltet wird, rund 10-30 ms nach der Aktivierung eines Ausfalldetektionssignals.
Der Ausfall der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 umfasst unterschiedliche Ausfallmuster. Im Folgenden werden Ausfallmuster klassifiziert und die Steuerung unter anomalen Bedingungen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wird ausführlich für jedes Muster beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass von den zwei Invertern der erste Inverter 120 ein ausgefallener Inverter ist, und es wird angenommen, dass der zweite Inverter 130 normal arbeitet.
Hochseitiges Umschaltelement - Leerlaufausfall
Beschrieben wird die Steuerung unter anomalen Bedingungen, die in dem Fall eines Leerlaufausfalls in einem der drei hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters 120 ausgeführt wird.
Es wird angenommen, dass von den hochseitigen Umschaltelementen (die FET 121H, 122H und 123H) des ersten Inverters 120 ein Leerlaufausfall in dem FET 121H aufgetreten ist. Es ist zu beachten, dass in dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 122H oder 123H die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 auch durch ein weiter unten beschriebenes Steuerverfahren gesteuert werden kann.
In dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 121H versetzt die Steuerschaltung 300 die FET 111, 112, 113 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in einen ersten Zustand. In dem ersten Zustand sind in den zwei Umschaltschaltungen 110 die FET 111 und 113 ausgeschaltet und die FET 112 und 114 eingeschaltet. Zusätzlich dazu sind in dem ersten Inverter 120 die FET 122H und 123H außer dem ausgefallenen FET 121H (die hochseitigen Umschaltelementen außer dem ausgefallenen FET 121H) ausgeschaltet und die FET 121L, 122L und 123L eingeschaltet.
In dem ersten Zustand ist der erste Inverter 120 elektrisch von der Leistungsversorgung 101 und der GND getrennt und der zweite Inverter 130 ist elektrisch mit der Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden. Mit anderen Worten: Wenn der erste Inverter 120 nicht normal arbeitet, unterbricht der FET 113 die Verbindung zwischen der Leistungsversorgung 101 und dem ersten Inverter 120, und der FET 111 unterbricht die Verbindung zwischen dem ersten Inverter 120 und der GND. Zusätzlich dazu sind alle drei tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet, so dass der tiefseitige Knoten N1 als Nullpunkt für die Wicklungen fungiert. Wie hierin verwendet, beschreibt der Ausdruck „ein Nullpunkt wird/ist gebildet“, dass ein bestimmter Knoten als der Nullpunkt fungiert. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung eines auf der tiefen Seite des ersten Inverters 120 gebildeten Nullpunktes und des zweiten Inverters 130 an.
7 zeigt auf schematische Weise Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in dem ersten Zustand sind. 8 zeigt beispielhafte Stromwellenformen, die dadurch erhalten werden, dass Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung in dem Motor 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem ersten Zustand gesteuert wird. 7 zeigt Stromflüsse, die bei einem Motorphasenwinkel von beispielsweise 270° auftreten. Die drei durchgehenden Linien stellen Ströme dar, die von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließen.
In dem in 7 gezeigten Zustand sind in dem zweiten Inverter 130 die FET 131H, 132L und 133L eingeschaltet und die FET 131L, 132H und 133H ausgeschaltet. Ein Strom, der durch den FET 131H des zweiten Inverters 130 fließt, fließt durch die Wicklung M1 und den FET 121L des ersten Inverters 120 zu dem Nullpunkt. Ein Abschnitt des Stroms fließt durch den FET 122L zu der Wicklung M2 und der verbleibende Abschnitt des Stroms fließt durch den FET 123L zu der Wicklung M3. Die Ströme, die durch die Wicklungen M2 und M3 fließen, fließen durch den FET 112 für den zweiten Inverter 130 zu der GND. Zusätzlich dazu fließt ein Freilaufstrom durch eine Freilaufdiode (auch als „Flyback-Diode“ bezeichnet) des FET 131L in einer Richtung zu der Wicklung M1 des Motors 200 hin.
Tabelle 2 zeigt Beispielwerte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Phasenwinkel der Stromwellenformen aus 8 durch Anschlüsse des zweiten Inverters 130 fließen. Im Einzelnen zeigt Tabelle 2 Beispielwerte von Strömen, die bei jedem Phasenwinkel von 30° durch die Anschlüsse U_R, V_R und W_R des zweiten Inverters 130 (die Brückenschaltung R) fließen. Die Definitionen der Stromrichtungen sind wie oben beschrieben. Es ist zu beachten, dass gemäß den Definitionen der Stromrichtungen das Vorzeichen (Positivität oder Negativität) jedes in 8 gezeigten Stromwertes zu den in Tabelle 2 gezeigten entgegengesetzt ist (Phasendifferenz: 180°).
Beispielsweise fließt bei einem Phasenwinkel 30° ein Strom mit einer Größe von I₂ durch eine U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R, ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R. Bei einem Phasenwinkel von 60° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom. Die Summe eines oder mehrerer Ströme, die in einem Nullpunkt fließen, und eines oder mehrerer Ströme, die aus dem Nullpunkt fließen, ist bei jedem Phasenwinkel unweigerlich „0“. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden.
Wie aus Tabellen 1 und 2 ersichtlich ist, sind Motorströme, die bei einem beliebigen Phasenwinkel durch den Motor 200 fließen, zwischen der Steuerung unter normalen Bedingungen und der Steuerung unter anomalen Bedingungen gleich. Daher wird im Vergleich zu der Steuerung unter normalen Bedingungen das Motor-assistive Drehmoment bei der Steuerung unter anomalen Bedingungen nicht reduziert.
Die Leistungsversorgung 101 ist nicht elektrisch mit dem ersten Inverter 120 verbunden und daher fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den ersten Inverter 120. Zusätzlich dazu ist der erste Inverter 120 nicht elektrisch mit der GND verbunden und daher fließt ein Strom, der durch den Nullpunkt fließt, nicht zu der GND. Folglich kann ein Leistungsverlust verhindert oder reduziert werden und eine geeignete Stromsteuerung kann durch die Bildung einer geschlossenen Schleife eines Antriebsstromes erzielt werden.
In dem Fall eines Leerlaufausfalls in einem hochseitigen Umschaltelement (der FET 121H) ist der Zustand der FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 nicht auf den ersten Zustand beschränkt. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 diese FET in einen zweiten Zustand versetzen. In dem zweiten Zustand ist in den zwei Umschaltschaltungen 110 der FET 113 eingeschaltet und der FET 111 ist ausgeschaltet und die FET 112 und 114 sind eingeschaltet. Zusätzlich dazu sind in dem ersten Inverter 120 die FET 122H und 123H außer dem ausgefallenen FET 121H ausgeschaltet und die FET 121L, 122L und 123L sind eingeschaltet. Der erste Zustand unterscheidet sich von dem zweiten Zustand darin, ob der FET 113 eingeschaltet ist oder nicht. Ein Grund dafür, dass der FET 113 eingeschaltet sein kann, ist, dass in dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 121H alle hochseitigen Umschaltelemente in den offenen Zustand versetzt werden, wenn die FET 122H und 123H dahingehend gesteuert werden, ausgeschaltet zu sein, und daher in diesem Fall kein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem ersten Inverter 120 fließt, selbst wenn der FET 113 eingeschaltet ist. Somit kann der FET 113 in dem Fall eines Leerlaufausfalls entweder ein- oder ausgeschaltet sein.
Hochseitiges Umschaltelement - Kurzschlussausfall
Beschrieben wird die Steuerung unter anomalen Bedingungen, die in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in einem der drei hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters 120 ausgeführt wird.
Es wird angenommen, dass ein Kurzschlussausfall in dem FET 121H der hochseitigen Umschaltelemente (die FET 121H, 122H und 123H) des ersten Inverters 120 aufgetreten ist. Es ist zu beachten, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 122H oder 123H auch unter Verwendung eines der weiter unten beschriebenen Steuerverfahren gesteuert werden kann.
In dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 121H versetzt die Steuerschaltung 300 die FET 111, 112, 113 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in den ersten Zustand. Es ist zu beachten, dass in dem Fall eines Kurzschlussausfalls ein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den kurzgeschlossenen FET 121H fließt, wenn der FET 113 eingeschaltet ist. Daher ist die Steuerung in dem zweiten Zustand untersagt.
Wie in dem Fall eines Leerlaufausfalls sind alle drei tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet, so dass ein Nullpunkt für die Wicklungen an dem tiefseitigen Knoten N1 gebildet ist. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung des Nullpunktes auf der tiefen Seite des ersten Inverters 120 und unter Verwendung des zweiten Inverters 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden. In dem ersten Zustand in dem Fall eines Kurzschlussausfalls sind die Flüsse von Strömen, die in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bei einem elektrischen Winkel von 270° fließen, beispielsweise wie in 7 gezeigt. Zusätzlich dazu sind die Werte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Motorphasenwinkel durch die Wicklungen fließen, wie in Tabelle 2 gezeigt.
Es ist zu beachten, dass in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 121H beispielsweise in dem in 7 gezeigten ersten Zustand der FET bei Motorphasenwinkeln von 0°-120° in Tabelle 2 ein Freilaufstrom durch die Parasitärdiode des FET 122H zu dem FET 121H fließt und bei Motorphasenwinkeln von 60°-180° in Tabelle 2 ein Freilaufstrom durch die Parasitärdiode des FET 123H zu dem FET 121H fließt. Somit kann in dem Fall eines Kurzschlussausfalls ein Strom durch den FET 121H nebengeschlossen sein, wenn der Motorphasenwinkel in einem bestimmten Bereich liegt.
Bei dieser Steuerung ist die Leistungsversorgung 101 nicht elektrisch mit dem ersten Inverter 120 verbunden und daher fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den ersten Inverter 120. Zusätzlich dazu ist der erste Inverter 120 nicht elektrisch mit der GND verbunden und daher fließt ein durch den Nullpunkt fließender Strom nicht zu der GND.
Tiefseitiges Umschaltelement - Leerlaufausfall
Beschrieben wird die Steuerung unter anomalen Bedingungen, die in den Fall eines Leerlaufausfalls in einem der drei tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters 120 ausgeführt wird.
Es wird angenommen, dass von den tiefseitigen Umschaltelementen (die FET 121L, 122L und 123L) des ersten Inverters 120 ein Leerlaufausfall in dem FET 121L aufgetreten ist. Es ist zu beachten, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 122L oder 123L auch durch ein weiteres unten beschriebenes Steuerverfahren gesteuert werden kann.
In dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 121L versetzt die Steuerschaltung 300 die FET 111, 112, 113 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 121H, 122H, 123H, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in eine dritten Zustand. In dem dritten Zustand sind in den zwei Umschaltschaltungen 110 die FET 111 und 113 ausgeschaltet und die FET 112 und 114 eingeschaltet. Zusätzlich dazu sind in dem ersten Inverter 120 die FET 122L und 123L außer dem ausgefallenen FET 121L (die tiefseitigen Umschaltelemente außer dem ausgefallen FET 121L) ausgeschaltet und die FET 121H, 122H und 123H eingeschaltet.
In dem dritten Zustand ist der erste Inverter 120 elektrisch von der Leistungsversorgung 101 und der GND getrennt und der zweite Inverter 130 ist elektrisch mit der Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden. Zusätzlich dazu sind alle drei hochseitigen Umschaltelemente des ersten Inverters 120 eingeschaltet und daher ist ein Nullpunkt für die Wicklungen an dem hochseitigen Knoten N3 gebildet.
9 zeigt auf schematische Weise Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in dem dritten Zustand sind. 9 zeigt Stromflüsse bei einem Motorphasenwinkel von beispielsweise 270°. Die drei durchgehenden Linien stellen Ströme dar, die von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließen.
In dem in 9 gezeigten Zustand sind in dem zweiten Inverter 130 die FET 131H, 132L und 133L eingeschaltet und die FET 131L, 132H und 133H sind ausgeschaltet. Ein Strom, der durch den FET 131H des zweiten Inverters 130 fließt, fließt durch die Wicklung M1 und den FET 121H des ersten Inverters 120 zu dem Nullpunkt. Ein Abschnitt des Stromes fließt durch den FET 122H zu der Wicklung M2 und der verbleibende Strom fließt durch den FET 123H zu der Wicklung M3. Die Ströme, die durch die Wicklungen M2 und M3 fließen, fließen durch den FET 112 für den zweiten Inverter 130 zu der GND. Zusätzlich dazu fließt ein Freilaufstrom durch die Freilaufdiode des FET 131L in einer Richtung zu der Wicklung M1 des Motors 200 hin. Die Werte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Motorphasenwinkel durch die Wicklungen fließen, sind beispielsweise wie in Tabelle 2 gezeigt.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung des auf der hohen Seite des ersten Inverters 120 gebildeten Nullpunktes und des zweiten Inverters 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden.
Bei dieser Steuerung ist die Leistungsversorgung 101 nicht elektrisch mit dem ersten Inverter 120 verbunden und daher fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den Nullpunkt des ersten Inverters 120. Zusätzlich dazu ist der erste Inverter 120 nicht elektrisch mit der GND verbunden und daher fließt kein Strom von dem ersten Inverter 120 zu der GND.
In dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem tiefseitigen Umschaltelement (der FET 121L) ist der Zustand der FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 nicht auf den dritten Zustand beschränkt. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 diese FET in einen vierten Zustand versetzen. In dem vierten Zustand ist in den zwei Umschaltschaltungen 110 der FET 113 ausgeschaltet und der FET 111 ist eingeschaltet und die FET 112 und 114 sind eingeschaltet. Zusätzlich dazu sind in dem ersten Inverter 120 die FET 122L und 123L außer dem ausgefallenen FET 121L ausgeschaltet und die FET 121H, 122H und 123H sind eingeschaltet. Der dritte Zustand unterscheidet sich von dem vierten Zustand darin, ob der FET 111 eingeschaltet ist oder nicht. Ein Grund dafür, dass der FET 111 eingeschaltet sein kann, ist, dass in dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 121L alle tiefseitigen Umschaltelemente in den offenen Zustand versetzt werden, wenn die FET 122L und 123L dahingehend gesteuert werden, ausgeschaltet zu sein, und daher in diesem Fall kein Strom zu der GND fließt, selbst wenn der FET 111 eingeschaltet ist. Somit kann der FET 111 in dem Fall eines Leerlaufausfalls entweder ein- oder ausgeschaltet sein.
Tiefseitiges Umschaltelement - Kurzschlussausfall
Beschrieben wird die Steuerung unter anomalen Bedingungen, die in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in einem der drei tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters 120 ausgeführt wird.
Es wird angenommen, dass von den tiefseitigen Umschaltelementen (die FET 121L, 122L und 123L) des ersten Inverters 120 ein Kurzschlussausfall in dem FET 121L aufgetreten ist. Es ist zu beachten, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 122L und 123L auch durch eines der unten beschriebenen Steuerverfahren gesteuert werden kann.
In dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 121L versetzt die Steuerschaltung 300 die FET 111, 112, 113 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 121H, 122H, 123H, 122L und 123L des ersten Inverters 120 wie in dem Fall eines Leerlaufausfalls in den dritten Zustand. Es ist zu beachten, dass in dem Fall eines Kurzschlussausfalls ein Strom von dem kurzgeschlossenen FET 121L in die GND fließt, falls der FET 111 eingeschaltet ist. Daher ist die Steuerung in dem vierten Zustand untersagt.
10 zeigt auf schematische Weise Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in dem dritten Zustand sind. 10 zeigt Stromflüsse bei einem Motorphasenwinkel von beispielsweise 270°. Die drei durchgehenden Linien stellen Ströme dar, die von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließen.
In dem in 10 gezeigten Zustand sind in dem zweiten Inverter 130 die FET 131H, 132L und 133L eingeschaltet und die FET 131L, 132H und 133H sind ausgeschaltet. Ein Strom, der durch den FET 131H des zweiten Inverters 130 fließt, fließt durch die Wicklung M1 und den FET 121H des ersten Inverters 120 zu dem Nullpunkt. Ein Abschnitt des Stromes fließt durch den FET 122H zu der Wicklung M2 und der verbleibende Strom fließt durch den FET 123H zu der Wicklung M3. Die Ströme, die durch die Wicklungen M2 und M3 fließen, fließen durch den FET 112 für den zweiten Inverter 130 zu der GND. Zusätzlich dazu fließt ein Freilaufstrom durch die Freilaufdiode des FET 131L in einer Richtung zu der Wicklung M1 des Motors 200 hin. Ferner fließt in dem Fall eines Kurzschlussausfalls ein Strom von dem kurzgeschlossenen FET 121L zu dem tiefseitigen Knoten N1, im Gegensatz zu dem Fall eines Leerlaufausfalls. Ein Abschnitt des Stroms fließt durch die Freilaufdiode des FET 122L zu der Wicklung M2 und der verbleibende Strom fließt durch die Freilaufdiode des FET 123L zu der Wicklung M3. Der Strom, der durch die Wicklungen M2 und M3 fließt, fließt durch den FET 112 zu der GND.
Die Werte von Strömen, die durch die Wicklungen bei jedem vorbestimmten Motorphasenwinkel fließen, sind beispielsweise wie in Tabelle 2 gezeigt.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung des auf der hohen Seite des ersten Inverters 120 gebildeten Nullpunktes und des zweiten Inverters 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden.
Bei dieser Steuerung ist die Leistungsversorgung 101 nicht elektrisch mit dem ersten Inverter 120 verbunden und daher fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den Nullpunkt des ersten Inverters 120. Zusätzlich dazu ist der erste Inverter 120 nicht elektrisch mit der GND verbunden und daher fließt kein Strom von dem ersten Inverter 120 zu der GND.
Leistungsversorgung-seitiges Umschaltelement - Leerlaufausfall
Beschrieben wird die Steuerung unter anomalen Bedingungen, die in dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 113 und der Leistungsversorgung-seitigen Umschaltschaltung 110 ausgeführt wird.
Es wird angenommen, dass ein Leerlaufausfall in dem FET 113 der Leistungsversorgung-seitigen Umschaltschaltung 110 aufgetreten ist. In diesem Fall versetzt die Steuerschaltung 300 die FET 111, 112 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 121H, 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in einen fünften Zustand. In dem fünften Zustand ist in den zwei Umschaltschaltungen 110 der FET 111 ausgeschaltet und die FET 112 und 114 sind eingeschaltet. Zusätzlich dazu sind in dem ersten Inverter 120 die FET 121L, 122L und 123L eingeschaltet und die FET 121H, 122H und 123H sind ausgeschaltet.
In dem fünften Zustand ist der erste Inverter 120 elektrisch von der Leistungsversorgung 101 und der GND getrennt und der zweite Inverter 130 ist elektrisch mit der Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden, da der FET 113 in dem offenen Zustand ist. Zusätzlich dazu sind alle drei tiefseitigen Umschaltelemente des ersten Inverters 120 eingeschaltet und daher ist ein Nullpunkt für die Wicklungen in dem tiefseitigen Knoten N1 gebildet.
11 zeigt auf schematische Weise Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in dem fünften Zustand sind. 11 zeigt Stromflüsse bei einem Motorphasenwinkel von beispielsweise 270°. Die drei durchgehenden Linien stellen Ströme dar, die von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließen.
In dem in 11 gezeigten Zustand sind in dem zweiten Inverter 130 die FET 131H, 132L und 133L eingeschaltet und die FET 131L, 132H und 133H sind ausgeschaltet. Ein Strom, der durch den FET 131H des zweiten Inverters 130 fließt, fließt durch die Wicklung M1 und den FET 121L des ersten Inverters 120 zu dem Nullpunkt. Ein Abschnitt des Stromes fließt durch den FET 122L zu der Wicklung M2 und der verbleibende Strom fließt durch den FET 123L zu der Wicklung M3. Die Ströme, die durch die Wicklungen M2 und M3 fließen, fließen durch den FET 112 für den zweiten Inverter 130 zu der GND. Zusätzlich dazu fließt ein Freilaufstrom durch die Freilaufdiode des FET 131L in einer Richtung zu der Wicklung M1 des Motors 200 hin. Beispielsweise sind die Werte von Strömen, die durch die Wicklungen bei jedem vorbestimmten Motorphasenwinkel fließen, wie in Tabelle 2 gezeigt.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung des auf der tiefen Seite des ersten Inverters 120 gebildeten Nullpunktes und des zweiten Inverters 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden. Die Werte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Motorphasenwinkel durch die Wicklungen fließen, sind beispielsweise wie in Tabelle 2 gezeigt.
In dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 113 kann ein Nullpunkt auf der tiefen Seite oder auf der hohen Seite gebildet werden. Die Steuerschaltung 300 kann die FET 111, 112 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 121H, 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in einen sechsten Zustand versetzen. In dem sechsten Zustand sind in den zwei Umschaltschaltungen 110 die FET 112 und 114 eingeschaltet. Zusätzlich dazu sind in dem ersten Inverter 120 die FET 121L, 122L und 123L ausgeschaltet und die FET 121H, 122H und 123H sind eingeschaltet. Der FET 111 der GND-seitigen Umschaltschaltung 110 kann entweder ein- oder ausgeschaltet sein.
In dem sechsten Zustand ist der erste Inverter 120 elektrisch von der Leistungsversorgung 101 der GND getrennt und der zweite Inverter 130 ist elektrisch mit der Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden, da der FET 113 in dem offenen Zustand ist. Zusätzlich dazu sind alle drei tiefseitigen Umschaltelemente des ersten Inverters 120 eingeschaltet und daher ist ein Nullpunkt für die Wicklungen an dem hochseitigen Knoten N3 gebildet.
12 zeigt auf schematische Weise Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in dem sechsten Zustand sind. 12 zeigt Stromflüsse bei einem Motorphasenwinkel von beispielsweise 270°. Die drei durchgehenden Linien stellen Ströme dar, die von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung des auf der hohen Seite des ersten Inverters 120 gebildeten Nullpunktes und des zweiten Inverters 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden.
Bei dieser Steuerung ist die Leistungsversorgung 101 nicht elektrisch mit dem ersten Inverter 120 verbunden und daher fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den Nullpunkt des ersten Inverters 120. Unabhängig davon, ob der FET 111 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, sind zusätzlich dazu alle tiefseitigen Umschaltelemente ausgeschaltet, und daher fließt kein Strom von dem ersten Inverter 120 zu der GND.
In dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 113 ist der Zustand der FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 nicht auf den fünften oder sechsten Zustand beschränkt. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 diese FET in einen siebten Zustand versetzen. In dem siebten Zustand ist in den zwei Umschaltschaltungen 110 der FET 111 ausgeschaltet und die FET 112 und 114 sind eingeschaltet. Zusätzlich dazu sind in dem ersten Inverter 120 die FET 121L, 122L und 123L eingeschaltet und zumindest einer der FET 121H, 122H und 123H ist eingeschaltet. Der siebte Zustand unterscheidet sich von dem fünften Zustand darin, dass zumindest eines der hochseitigen Umschaltelemente eingeschaltet ist.
Wenn beispielsweise ein FET der drei hochseitigen Umschaltelemente eingeschaltet ist, fließt aufgrund der Parasitärdioden der anderen zwei FET bei bestimmten Phasenwinkeln kein Strom durch diesen FET. Beispielsweise fließt ein Strom in dem in 11 gezeigten fünften Zustand nicht auf der hohen Seite, wenn der Motorphasenwinkel 270° beträgt, falls der FET 121H eingeschaltet ist und die anderen FET 122H und 123H ausgeschaltet sind. Wenn der Motorphasenwinkel in Tabelle 2 180° - 360° beträgt, fließt kein Strom auf der hohen Seite. Unterdessen fließt in dem in 11 gezeigten fünften Zustand der FET ein Freilaufstrom durch die Parasitärdiode des FET 122H zu dem FET 121H, wenn der Motorphasenwinkel in Tabelle 2 0° - 120° beträgt, falls der FET 121H eingeschaltet ist und die anderen FET 122H und 123H ausgeschaltet sind. Wenn der Motorphasenwinkel in Tabelle 2 60° - 180° beträgt, fließt ein Freilaufstrom durch die Parasitärdiode des FET 123H zu dem FET 121H. Es ist zu beachten, dass kein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem hochseitigen Knoten N3 fließt, da ein Leerlaufausfall in dem FET 113 aufgetreten ist. Falls somit zumindest eines der hochseitigen Umschaltelemente eingeschaltet ist, kann ein Strom nebengeschlossen werden, d. h., Ströme können auf eine stärker verteilte Weise fließen, wenn der Motorphasenwinkel in einem bestimmten Bereich ist, was eine Reduktion des Wärmeeinflusses zur Folge hat.
Falls alle hochseitigen Umschaltelemente eingeschaltet sind, sind zwei Nullpunkte auf der tiefen Seite und der hohen Seite gebildet. Es ist zu beachten, dass kein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem Nullpunkt auf dem hochseitigen Knoten fließt, da ein Leerlaufausfall in dem FET 113 aufgetreten ist. Ein Strom kann unter Verwendung der zwei Nullpunkte nebengeschlossen werden, d. h., Ströme können auf eine stärker verteilte Weise fließen, was eine Reduktion des Wärmeeinflusses auf den Inverter zur Folge hat.
Leistungsversorgung-seitiges Umschaltelement - Kurzschlussausfall
Beschrieben wird die Steuerung unter anomalen Bedingungen, die in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 113 der Leistungsversorgung-seitigen Umschaltschaltung 110 ausgeführt wird.
Es wird angenommen, dass in dem FET 113 der Leistungsversorgung-seitigen Umschaltschaltung 110 ein Kurzschlussausfall aufgetreten ist. In diesem Fall versetzt die Steuerschaltung 300 die FET 111, 112 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 121H, 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in den fünften Zustand. Es ist zu beachten, dass ein Strom durch den FET 113 zu dem hochseitigen Ein-Zustand-Umschaltelement fließt, falls zumindest eines der hochseitigen Umschaltelemente eingeschaltet ist. Daher ist die Steuerung in dem siebten Zustand untersagt.
Wie in dem Fall eines Leerlaufausfalls sind alle drei tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet, so dass ein Nullpunkt für die Wicklungen an dem tiefseitigen Knoten N1 gebildet ist. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung des auf der tiefen Seite des ersten Inverters 120 gebildeten Nullpunktes und des zweiten Inverters 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden. Beispielsweise sind in dem fünften Zustand in dem Fall eines Kurzschlussausfalls die Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bei einem Phasenwinkel von 270° wie in 11 gezeigt. Die Werte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Motorphasenwinkel durch die Wicklungen fließen, sind wie in Tabelle 2 gezeigt.
Bei dieser Steuerung sind alle hochseitigen Umschaltelemente ausgeschaltet und daher fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den ersten Inverter 120, unabhängig von dem Auftreten eines Kurzschlusses in dem FET 113. Zusätzlich dazu ist der erste Inverter 120 nicht elektrisch mit der GND verbunden und daher fließt ein Strom, der durch den Nullpunkt fließt, nicht zu der GND.
GND-seitiges Umschaltelement - Leerlaufausfall
Beschrieben wird die Steuerung unter anomalen Bedingungen, die in dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 111 der GND-seitigen Umschaltschaltung 110 ausgeführt wird.
Es wird angenommen, dass ein Leerlaufausfall in dem FET 111 der GND-seitigen Umschaltschaltung 110 aufgetreten ist. In diesem Fall versetzt die Steuerschaltung 300 die FET 112, 113 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 121H, 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in einen achten Zustand. In dem achten Zustand ist in den zwei Umschaltschaltungen 110 der FET 113 ausgeschaltet und die FET 112 und 114 sind eingeschaltet. Zusätzlich dazu sind in dem ersten Inverter 120 die FET 121L, 122L und 123L ausgeschaltet und die FET 121H, 122H und 123H sind eingeschaltet.
In dem achten Zustand ist der erste Inverter 120 elektrisch von der Leistungsversorgung 101 und der GND getrennt und der zweite Inverter 130 ist elektrisch mit der Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden, da der FET 111 in dem offenen Zustand ist. Zusätzlich dazu sind alle drei hochseitigen Umschaltelemente des ersten Inverters 120 eingeschaltet und daher ist ein Nullpunkt für die Wicklungen an dem hochseitigen Knoten N3 gebildet.
13 zeigt auf schematische Weise Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die auftreten, wenn die FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 in dem achten Zustand sind. 13 zeigt Stromflüsse bei einem Motorphasenwinkel von beispielsweise 270°. Die drei durchgehenden Linien stellen Ströme dar, die von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließen.
In dem in 13 gezeigten Zustand sind in dem zweiten Inverter 130 die FET 131H, 132L und 133L eingeschaltet und die FET 131L, 132H und 133H sind ausgeschaltet. Ein Strom, der durch den FET 131H des zweiten Inverters 130 fließt, fließt durch die Wicklung M1 und den FET 121H des ersten Inverters 120 zu dem Nullpunkt. Ein Abschnitt des Stromes fließt durch den FET 122H zu der Wicklung M2 und der verbleibende Strom fließt durch den FET 123H zu der Wicklung M3. Die Ströme, die durch die Wicklungen M2 und M3 fließen, fließen durch den FET 112 für den zweiten Inverter 130 zu der GND. Zusätzlich dazu fließt ein Freilaufstrom durch die Freilaufdiode des FET 131L in einer Richtung zu der Wicklung M1 des Motors 200 hin.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung des auf der hohen Seite des ersten Inverters 120 gebildeten Nullpunktes und des zweiten Inverters 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden. Die Werte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Motorphasenwinkel durch die Wicklungen fließen, sind beispielsweise wie in Tabelle 2 gezeigt.
Bei dieser Steuerung ist die Leistungsversorgung 101 nicht elektrisch mit dem ersten Inverter 120 verbunden und daher fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den Nullpunkt des ersten Inverters 120. Zusätzlich dazu ist der ausgefallene FET 111 in dem offenen Zustand und daher fließt kein Strom von dem ersten Inverter 120 zu der GND.
In dem Fall eines Leerlaufausfalls in dem FET 111 ist der Zustand der FET der zwei Umschaltschaltungen 110 und des ersten Inverters 120 nicht auf den achten Zustand beschränkt. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 diese FET in einen neunten Zustand versetzen. In dem neunten Zustand ist in den zwei Umschaltschaltungen 110 der FET 113 ausgeschaltet und die FET 112 und 114 sind eingeschaltet. Zusätzlich dazu ist in dem ersten Inverter 120 zumindest einer der FET 121L, 122L und 123L eingeschaltet und die FET 121H, 122H und 123H sind eingeschaltet. Der neunte Zustand unterscheidet sich von dem achten Zustand darin, dass zumindest eines der tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet ist.
Wenn beispielsweise ein FET der drei tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet ist, fließt aufgrund der Parasitärdioden der anderen zwei FET bei bestimmten Motorphasenwinkeln kein Strom durch diesen FET. Beispielsweise fließt in dem in 13 gezeigten achten Zustand der FET ein Freilaufstrom durch die FET 121L zu den Parasitärdioden der FET 122L und 123L, wenn der Motorphasenwinkel 270° beträgt, falls der FET 121L eingeschaltet ist und die anderen FET 122L und 123L ausgeschaltet sind. Wenn der Motorphasenwinkel in Tabelle 2 180° - 360° beträgt, fließt ein Strom auf der tiefen Seite. Es ist zu beachten, dass kein Strom von dem Nullpunkt auf der tiefen Seite zu der GND fließt, da ein Leerlaufausfall in dem FET 111 aufgetreten ist. Falls somit zumindest eines der tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet ist, kann ein Strom nebengeschlossen werden, d. h., Ströme können auf eine stärker verteilte Weise fließen, wenn der Motorphasenwinkel in einem bestimmten Bereich liegt, was eine Reduktion des Wärmeeinflusses zur Folge hat.
Falls alle tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet sind, sind zwei Nullpunkte auf der tiefen Seite und der hohen Seite gebildet. Es ist zu beachten, dass kein Strom durch den Nullpunkt auf der tiefen Seite zu der GND fließt, da ein Leerlaufausfall in dem FET 111 aufgetreten ist. Ein Strom kann unter Verwendung der zwei Nullpunkte nebengeschlossen werden, d. h., Ströme können auf eine stärker verteilte Weise fließen, was eine Reduktion des Wärmeeinflusses auf den Inverter zur Folge hat.
GND-seitiges Umschaltelement - Kurzschlussausfall
Beschrieben wird die Steuerung unter anomalen Bedingungen, die in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 111 der GND-seitigen Umschaltschaltung 110 ausgeführt wird.
Es wird angenommen, dass in dem FET 111 der GND-seitigen Umschaltschaltung 110 ein Kurzschlussausfall aufgetreten ist. In diesem Fall versetzt die Steuerschaltung 300 die FET 112, 113 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 und die FET 121H, 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in den achten Zustand. Es ist zu beachten, dass ein Strom durch den FET 111 zu der GND fließt, falls zumindest eines der tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet ist. Daher ist die Steuerung in dem neunten Zustand untersagt.
Wie in dem Fall eines Leerlaufausfalls sind alle drei hochseitigen Umschaltelemente eingeschaltet, so dass ein Nullpunkt für die Wicklungen an dem hochseitigen Knoten N3 gebildet ist. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 treibt den Motor 200 unter Verwendung des auf der hohen Seite des ersten Inverters 120 gebildeten Nullpunktes und des zweiten Inverters 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden. In dem achten Zustand sind in dem Fall eines Kurzschlussausfalls die Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bei einem Motorphasenwinkel von 270° beispielsweise wie in 13 gezeigt. Die Werte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Motorphasenwinkel durch die Wicklungen fließen, sind wie in Tabelle 2 gezeigt.
Bei dieser Steuerung fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den Nullpunkt des ersten Inverters 120. Zusätzlich dazu sind alle tiefseitigen Umschaltelemente ausgeschaltet und daher fließt kein Strom von dem ersten Inverter 120 zu der GND, unabhängig von dem Auftreten eines Kurzschlusses in dem FET 111.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann bei der Steuerung unter anomalen Bedingungen ein Leistungsverlust verhindert oder reduziert werden und eine geschlossene Schleife eines Antriebsstromes kann dazu gebildet werden, eine geeignete Stromsteuerung zu erzielen.
Unter Bezugnahme auf 14A-14D werden Variationen der Schaltungskonfigurationen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfassen die zwei Umschaltschaltungen 110 der Leistungsumwandlungsvorrichtung die FET 111, 112, 113 und 114. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Die zwei Umschaltschaltungen 110 können zumindest einen der FET 111, 112, 113 und 114 umfassen.
14A zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die die Leistungsversorgung-seitige Umschaltschaltung einschließlich der FET 113 und 114 der zwei Umschaltschaltungen 110 umfasst. Bei dieser Variation kann beispielsweise in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 121H, falls der FET 113 ausgeschaltet ist, verhindert werden, dass ein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem FET 121H fließt. Mit anderen Worten: Wenn der erste Inverter 120 nicht normal arbeitet, unterbricht der FET 113 die Verbindung zwischen der Leistungsversorgung 101 und dem ersten Inverter 120. Zusätzlich dazu sind die FET 121L, 122L und 123L ausgeschaltet und die FET 122H und 123H sind eingeschaltet, so dass ein Nullpunkt an dem hochseitigen Knoten N3 gebildet ist.
14B zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die die GND-seitige Umschaltschaltung einschließlich der FET 111 und 112 der zwei Umschaltschaltungen 110 umfasst. Bei dieser Variation kann beispielsweise in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 121L verhindert werden, falls der FET 111 ausgeschaltet ist, dass ein Strom durch den FET 121L zu der GND fließt. Mit anderen Worten: Wenn der erste Inverter 120 nicht normal arbeitet, unterbricht der FET 111 die Verbindung zwischen dem ersten Inverter 120 und der GND. Zusätzlich dazu sind die FET 121H, 122H und 123H ausgeschaltet und die FET 122L und 123L sind eingeschaltet, so dass ein Nullpunkt an dem tiefseitigen Knoten N1 gebildet ist.
14C zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die eine Umschaltschaltung 110 umfasst, die nur den FET 113 der obigen Umschaltelemente umfasst. Bei dieser Variation kann beispielsweise in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 121H verhindert werden, falls der FET 113 ausgeschaltet ist, dass ein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem FET 121H fließt. Zusätzlich dazu sind die FET 121L, 122L und 123L ausgeschaltet und die FET 122H und 123H sind eingeschaltet, so dass ein Nullpunkt an dem hochseitigen Knoten N3 gebildet ist.
14D zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die eine Umschaltschaltung 110 umfasst, die nur den FET 111 der obigen Umschaltelemente umfasst. Bei dieser Variation kann beispielsweise in dem Fall eines Kurzschlussausfalls in dem FET 121L verhindert werden, falls der FET 111 ausgeschaltet ist, dass ein Strom von dem FET 121L zu der GND fließt. Zusätzlich dazu sind die FET 121H, 122H und 123H ausgeschaltet und die FET 122L und 123L sind eingeschaltet, so dass ein Nullpunkt an dem tiefseitigen Knoten N1 gebildet ist.
Es ist zu beachten, dass die zwei Umschaltschaltungen 110 lediglich entweder den FET 112 oder den FET 114 der obigen Umschaltelemente aufweisen können. Alternativ dazu können die zwei Umschaltschaltungen 110 jegliche Kombination der obigen Umschaltelemente aufweisen, d. h., einen oder mehrere ausgewählte aus den FET 111, 112, 113 und 114.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen wird angenommen, dass von den zwei Invertern der erste Inverter 120 ein ausgefallener Inverter ist und der zweite Inverter 130 normal arbeitet. In dem Fall, in dem der zweite Inverter 130 ein ausgefallener Inverter ist und der erste Inverter 120 normal arbeitet, kann die Steuerung unter anomalen Bedingungen auf ähnliche Weise ausgeführt werden. In diesem Fall sind die Rollen bei der Steuerung des ersten Inverters 120 und des zweiten Inverters 130 ausgetauscht und die Rollen bei der Steuerung der Umschaltelemente jeder Umschaltschaltung 110 sind ausgetauscht. Im Einzelnen ist ein Nullpunkt in dem zweiten Inverter 130 gebildet und der Motor 200 kann unter Verwendung des Nullpunktes und des ersten Inverters 120 angetrieben werden.
Als Nächstes werden Gate-Steuerungssignale zum Ein- und Ausschalten der hochseitigen Umschaltelemente (die FET 121H, 122H, 123H, 131H, 132H und 133H) und der tiefseitigen Umschaltelemente (die FET 121L, 122L, 123L, 131L, 132L und 133L) beschrieben. Hier werden hauptsächlich die hochseitigen Umschaltelemente (die FET 121H, 122H und 123H) und die tiefseitigen Umschaltelemente (die FET 121L, 122L und 123L) des ersten Inverters 120 beschrieben. Der zweite Inverter 130 wird auf ähnliche Weise gesteuert.
Bei der Steuerung, die ausgeführt wird, wenn der erste Inverter 120 normal arbeitet, stellt die Antriebsschaltung 350 den FET 121L, 122L und 123L Gate-Steuersignale zum Ein- oder Ausschalten der FET 121L, 122L und 123L bereit. Der FET 111 der Umschaltschaltung 110 ist eingeschaltet und daher sind die Source-Potentiale der FET 121L, 122L und 123L dieselben wie das Potential der GND, d. h., dieselben sind niedrig. Da ein Referenzpotential für die Gates dasselbe ist wie das Potential der GND, kann ein Gate-Steuersignal mit einer relativ niedrigen Spannung (Gate-Spannung) dazu verwendet werden, die FET 121L, 122L und 123L einzuschalten. Die Spannung eines Gate-Steuersignals kann im Folgenden auch als „Gate-Spannung“ bezeichnet werden. Bei diesem Beispiel nehmen die Spannung eines Gate-Steuersignals und die Gate-Spannung einen Wert in Bezug auf das Potential der GND ein.
Unterdessen sind die Source-Potentiale der FET 121H, 122H und 123H dieselben wie Antriebsspannungen, die den Wicklungen M1, M2 und M3 zugeführt werden, d. h. dieselben sind hoch. Daher ist eine Gate-Spannung zum Einschalten der FET 121H, 122H und 123H dahingehend eingestellt, höher zu sein als eine Gate-Spannung zum Einschalten der FET 121L, 122L und 123L. Die höhere Gate-Spannung wird beispielsweise durch die Verstärkerschaltung 370 (5) erzeugt.
Bei der Steuerung, die ausgeführt wird, wenn der erste Inverter 120 normal arbeitet, ist die Gate-Spannung zum Einschalten der FET 121L, 122L und 123L beispielsweise 12 V. Die Gate-Spannung zum Einschalten der FET 121H, 122H und 123H ist beispielsweise 24 V.
In dem Fall eines Leerlauf- oder Kurzschlussausfalls in zumindest einem der FET 121H, 122H und 123H ist ein Nullpunkt an dem tiefseitigen Knoten N1 gebildet, wie oben beschrieben ist. Die FET 111 und 113 der Umschaltschaltungen 110 sind ausgeschaltet. In diesem Fall sind die Source-Potentiale der FET 121L, 122L und 123L nicht dieselben wie das Potential der GND. Die Source-Potentiale der FET 121L, 122L und 123L sind dieselben wie das Potential des Nullpunktes, das höher ist als das Potential der GND. Mit anderen Worten befindet sich eine Referenzspannung für die Source der FET 121L, 122L und 123L in einem schwebenden Zustand. Daher sind im Vergleich zu der Steuerung unter normalen Bedingungen die Gate-Source-Spannungen der FET 121L, 122L und 123L klein.
Wenn die Gate-Source-Spannungen klein sind, können die FET 121L, 122L und 123L in dem Ein-Zustand einen großen Source-Drain-Widerstandswert aufweisen oder die FET 121L, 122L und 123L können zufällig ausgeschaltet werden. Um einen Nullpunkt an dem tiefseitigen Knoten N1 zu bilden, können die Spannungen (Gate-Spannungen) der Gate-Steuersignale zum Einschalten der FET 121L, 122L und 123L dahingehend eingestellt sein, höher zu sein, als in dem Fall, in dem der erste Inverter 120 normal arbeitet.
15 zeigt auf schematische Weise eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 einschließlich einer Unterantriebsschaltung 160L gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Die Unterantriebsschaltung 160L ist mit den FET 121L, 122L und 123L gekoppelt.
Bei der Steuerung, die ausgeführt wird, wenn der erste Inverter 120 normal arbeitet, wird den FET 121L, 122L und 123L ein Gate-Steuersignal von der Antriebsschaltung 350 zugeführt. Wenn der erste Inverter 120 nicht normal arbeitet, kann die Unterantriebsschaltung 160 den FET 121L, 122L und 123L ein Gate-Steuersignal zuführen, so dass ein Nullpunkt an dem Knoten N1 gebildet ist. Die Spannung des Gate-Steuersignals an die FET 121L, 122L und 123L, das durch die Unterantriebsschaltung 160L ausgegeben wird, ist höher als die Spannung des Gate-Steuersignals, das von der Antriebsschaltung 350 ausgegeben wird. Die höhere Gate-Spannung wird beispielsweise durch die Verstärkerschaltung 370 (5) erzeugt. Die Spannung des Gate-Steuersignals, das durch die Unterantriebsschaltung 160L ausgegeben wird, ist beispielsweise 24 V.
Die Unterantriebsschaltung 160L umfasst Umschaltschaltungen 161 und 162. Bei der Steuerung, die ausgeführt wird, wenn der erste Inverter 120 normal arbeitet, sind die Umschaltschaltungen 161 und 162 ausgeschaltet.
Um einen Nullpunkt an dem Knoten N1 des ersten Inverters 120 zu bilden, schaltet die Mikrosteuerung 340 die Umschaltschaltung 161 ein. Folglich wird den FET 121L, 122L und 123L eine Spannung einer Spannungsversorgung 163 als eine Gate-Spannung durch die Umschaltschaltung 161 zugeführt. Die Spannung der Spannungsversorgung 163 wird durch die Verstärkerschaltung 370 erzeugt. Die Spannung der Spannungsversorgung 163 ist beispielsweise derart eingestellt, dass die Gate-Source-Spannungen der FET 121L, 122L und 123L kleiner sind als die Durchschlagspannungen.
Bei einer anderen Steuerung, die sich von der Steuerung zum Bilden eines Nullpunktes unterscheidet, kann forciert werden, dass der erste Inverter 120 den Betrieb stoppt. Um das zu erreichen, schaltet die Mikrosteuerung 340 die Umschaltschaltung 162 ein. Folglich sind die Gates der FET 121L, 122L und 123L mit der GND verbunden und daher ausgeschaltet. Beispielsweise kann jeglicher zusätzlicher Ausfall während der Steuerung zum Bilden eines Nullpunktes auftreten. In diesem Fall können die FET 121L, 122L und 123L zwangsweise ausgeschaltet werden, wenn die Umschaltschaltung 162 eingeschaltet ist. Es ist zu beachten, dass in dem Fall, in dem es nicht notwendig ist, die FET 121L, 122L und 123L zwangsweise auszuschalten, die Umschaltschaltung 162 entfernt werden kann. In dem Fall, in dem die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 die Umschaltschaltung 162 nicht umfasst, kann forciert werden, dass der erste Inverter 120 den Betrieb stoppt, indem die Antriebsschaltung 350 und die Umschaltschaltung 161 ausgeschaltet werden.
16 zeigt auf schematische Weise eine beispielhafte Schaltungskonfiguration der Unterantriebsschaltung 160L. Zur Vereinfachung des Verständnisses der Unterantriebsschaltung 160L ist der zweite Inverter 130 in 16 nicht gezeigt. Bei dem Beispiel aus 16 umfasst die Unterantriebsschaltung 160L Transistoren vom Typ mit offenem Kollektor-Ausgang. Die Umschaltschaltung 161 (15) umfasst Umschaltelemente 10, 11, 12 und 13. Die Umschaltschaltung 162 (15) umfasst Umschaltelemente 20, 21 , 22 und 23. Beispielsweise sind die Umschaltschaltungen 161 und 162 jeweils Gegentaktschaltungen.
Bei dem Beispiel aus 16 sind die Umschaltelemente 11, 12, 13 und 20 ein PNP-Bipolartransistor. Die Umschaltelemente 10, 21, 22 und 23 sind ein NPN-Bipolartransistor. Bei der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Umschaltelemente 10, 11, 12, 13, 20, 21, 22 und 23 ein Bipolartransistor sind und werden daher als „Transistoren“ bezeichnet.
Die Basis des Transistors 10 ist mit der Mikrosteuerung 340 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 10 ist mit der GND gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 10 ist mit den Basen der Transistoren 11, 12 und 13 gekoppelt.
Die Emitter der Transistoren 11, 12 und 13 sind mit der Spannungsversorgung 163 gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 11 ist mit dem Gate des FET 121L gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 12 ist mit dem Gate des FET 122L gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 13 ist mit dem Gate des FET 123L gekoppelt.
Die Basis des Transistors 20 ist mit der Mikrosteuerung 340 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 20 ist mit der Spannungszufuhr Vcc gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 20 ist mit den Basen der Transistoren 21, 22 und 23 gekoppelt.
Die Emitter der Transistoren 21, 22 und 23 sind mit der GND gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 21 ist mit dem Gate des FET 121L gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 22 ist mit dem Gate des FET 122L gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 23 ist mit dem Gate des FET 123L gekoppelt.
Schutzschaltungen 31, 32 und 33, in denen jeweils ein Widerstand und eine Diode parallel miteinander verbunden sind, sind mit Gate und Source der FET 121L, 122L bzw. 123L gekoppelt. Schutzschaltungen 41, 42 und 43, in denen jeweils ein Widerstand und eine Diode parallel miteinander verbunden sind, sind zwischen Gate und Source der FET 121H, 122H bzw. 123H gekoppelt.
Eine Schutzschaltung 51 ist zwischen einen Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebsschaltung 350, die mit dem Gate des FET 121L gekoppelt ist, und die GND gekoppelt. Eine Schutzschaltung 52 ist zwischen einen Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebsschaltung 350, die mit dem Gate des FET 122L gekoppelt ist, und die GND gekoppelt. Eine Schutzschaltung 53 ist zwischen einen Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebsschaltung 350, die mit dem Gate des FET 123L gekoppelt ist, und die GND gekoppelt.
Bei der Steuerung, die ausgeführt wird, wenn der erste Inverter 120 normal arbeitet, schaltet die Mikrosteuerung 340 die Transistoren 10 und 20 aus. Wenn die Transistoren 10 und 20 ausgeschaltet sind, sind die Transistoren 11, 12, 13, 21, 22 und 23 ausgeschaltet.
Als Nächstes wird ein Vorgang zum Bilden eines Nullpunktes an dem tiefseitigen Knoten N1 beschrieben. Um einen Nullpunkt an dem Knoten N1 zu bilden, stellt die Mikrosteuerung 340 den Gate-Steuersignalausgang von der Antriebsschaltung 350 zu den FET 121L, 122L und 123L dahingehend ein, ausgeschaltet zu sein. Zum selben Zeitpunkt schaltet die Mikrosteuerung 340 den Transistor 10 ein. Wenn der Transistor 10 eingeschaltet wird, gehen die Basen der Transistoren 11, 12, 13 zum GND-Pegel über, so dass die Transistoren 11, 12 und 13 eingeschaltet werden.
Wenn die Transistoren 11, 12 und 13 eingeschaltet sind, wird den FET 121L, 122L und 123L die Spannung der Spannungsversorgung 163 als Gate-Steuersignal zugeführt. Folglich kann den FET 121L, 122L und 123L eine Gate-Spannung zugeführt werden, die höher ist, als in dem Fall, in dem der erste Inverter 120 normal arbeitet. Selbst wenn solch eine höhere Gate-Spannung verwendet wird, so dass das Source-Potential dasselbe ist wie das Potential des Nullpunktes, kann eine Verringerung der Gate-Source-Spannung verhindert oder reduziert werden. Eine Erhöhung der Source-Drain-Widerstandswerte der FET 121L, 122L und 123L in dem Ein-Zustand kann verhindert oder reduziert werden und es kann im Wesentlichen verhindert werden, dass die FET 121L, 122L und 123L zufällig ausgeschaltet werden.
Die Schutzschaltungen 51, 52 und 53 verhindern im Wesentlichen, dass den Ausgangsanschlüssen der Antriebsschaltung 350, die mit den FET 121L, 122L und 123L gekoppelt sind, eine Spannung zugeführt werden, die höher als oder gleich groß wie eine Durchschlagspannung ist. Hier ist die Durchschlagsspannung beispielsweise die Durchschlagsspannung eines Schaltungselementes der Antriebsschaltung 350, das bei der Steuerung unter normalen Bedingungen die Gate-Steuersignale für die FET 121L, 122L und 123L ausgibt.
Die Schutzschaltungen 51, 52 und 53 sind beispielsweise eine Zener-Diode. Die Schutzschaltungen 51, 52 und 53 funktionieren, wenn die Spannung eines durch die Unterantriebsschaltung 160L ausgegebenen Gate-Steuersignals fast so hoch wie oder höher als oder gleich hoch wie die Durchschlagsspannung ist. In dem Fall, in dem die Durchschlagsspannung beispielsweise 18 V ist, funktionieren die Schutzschaltungen 51, 52 und 53, falls die Spannung des Gate-Steuersignals höher als oder gleich 17 V ist. Folglich können Spannungen, die den mit den FET 121L, 122L und 123L gekoppelten Ausgangsanschlüssen der Antriebsschaltung 350 zugeführt werden, auf Spannungen beschränkt werden, die kleiner als die Durchschlagsspannung sind. Bei diesem Beispiel wird den FET 121L, 122L und 123L eine Gate-Spannung zugeführt, die höher ist, als in dem Fall, in dem der erste Inverter 120 normal arbeitet. Selbst wenn solch eine höhere Gate-Spannung zufällig zu einer Spannung übergeht, die höher als oder gleich hoch wie die Durchschlagsspannung ist, können die Schutzschaltungen 51, 52 und 53 die Antriebsschaltung 350 schützen.
Als Nächstes wird ein Vorgang eines zwangsweisen Ausschaltens der FET 121L, 122L und 123L beschrieben. Um die FET 121L, 122L und 123L zwangsweise auszuschalten, schaltet die Mikrosteuerung 340 den Transistor 20 ein. Wenn der Transistor 20 eingeschaltet ist, gehen die Basen der Transistoren 21, 22 und 23 zu dem Pegel der Spannungsversorgung Vcc über, so dass die Transistoren 21, 22 und 23 eingeschaltet werden. Wenn die Transistoren 21, 22 und 23 eingeschaltet werden, gehen die Gates der FET 121L, 122L und 123L zu dem GND-Pegel über. Folglich können die FET 121L, 122L und 123L zwangsweise ausgeschaltet werden.
Es ist zu beachten, dass eine Schaltung, die der Unterantriebsschaltung 160L ähnelt, mit dem zweiten Inverter 130 gekoppelt sein kann. 17 zeigt auf schematische Weise eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die eine Unterantriebsschaltung 160R gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst. Beim Vorgenannten ist die Unterantriebsschaltung 160L mit den FET 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 gekoppelt. Im Gegensatz dazu ist die Unterantriebsschaltung 160R mit den FET 131L, 132L und 133L des zweiten Inverters 130 gekoppelt. Der andere Abschnitt der Schaltungskonfiguration der Unterantriebsschaltung 160R ähnelt der der Unterantriebsschaltung 160L, die oben unter Bezugnahme auf 15 und 16 beschrieben worden ist.
Im Fall eines Leerlauf- oder Kurzschlussausfalls in zumindest einem der FET 121H, 122H und 123H des ersten Inverters 120 ist ein Nullpunkt an dem tiefseitigen Knoten N1 gebildet, wie oben beschrieben ist. Gleichermaßen ist in dem Fall eines Leerlauf- oder Kurzschlussausfalls in zumindest einem der FET 131H, 132H und 133H des zweiten Inverters 130 ein Nullpunkt an dem tiefseitigen Knoten N2 gebildet. In diesem Fall werden durch die Verwendung der Unterantriebsschaltung 160R die Spannungen von Gate-Steuersignalen zum Einschalten der FET 131L, 132L und 133L dahingehend eingestellt, höher zu sein, als in dem Fall, in dem der zweite Inverter 130 normal arbeitet. Folglich kann eine Erhöhung der Source-Drain-Widerstandswerte der FET 131L, 132L und 133L in dem Ein-Zustand verhindert oder reduziert werden und es kann im Wesentlichen verhindert werden, dass die FET 131L, 132L und 133L zufällig ausgeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 kann beide oder lediglich eine der Unterantriebsschaltungen 160L und 160R umfassen.
Bei den obigen Beispielen wird angenommen, dass die Umschaltschaltungen 161 und 162 Transistoren umfassen. Alternativ dazu können die Umschaltschaltungen 161 und 162 einen Analogschalter umfassen. Beispielsweise können die Umschaltschaltungen 161 und 162 einen einpoligen Schalter umfassen.
Als Nächstes wird eine andere beispielhafte Unterantriebsschaltung beschrieben.
18 zeigt auf schematische Weise eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die eine Unterantriebsschaltung 170L gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst. Die Unterantriebsschaltung 170L ist mit den FET 121H, 122H, 123H, 121L, 122L und 123L gekoppelt.
In dem Fall eines Leerlauf- oder Kurzschlussausfalls in zumindest einem der FET 121H, 122H und 123H ist ein Nullpunkt an dem Knoten N1 gebildet. Wie oben beschrieben ist, sind bei der Steuerung, die ausgeführt wird, wenn der erste Inverter 120 normal arbeitet, die Spannungen von Gate-Steuersignalen zum Einschalten der FET 121H, 122H und 123H höher als oder gleich hoch wie die Spannungen von Gate-Steuersignalen zum Einschalten der FET 121L, 122L und 123L. Um einen Nullpunkt an dem Knoten N1 zu bilden, werden den FET 121L, 122L und 123L bei diesem Beispiel die Gate-Steuersignale mit einer hohen Spannung für die FET 121H, 122H und 123H zugeführt. Bei diesem Beispiel wird die Antriebsschaltung 350 durch die Ladungspumpentechnologie betrieben. Die Antriebsschaltung 350 erzeugt ein Gate-Steuersignal unter Verwendung des Potentials der GND als Referenzpotential anstelle der Erzeugung eines Gate-Steuersignals unter Verwendung des Source-Potentials als Referenzpotential.
Die Unterantriebsschaltung 170L umfasst Umschaltschaltungen 171 und 172. Um einen Nullpunkt an dem Knoten N1 des ersten Inverters 120 zu bilden, schaltet die Mikrosteuerung 340 die Umschaltschaltung 172 aus und schaltet die Umschaltschaltung 171 an. Folglich werden die Gate-Steuersignale mit einer hohen Spannung für die FET 121H, 122H und 123H, die von der Antriebsschaltung 350 ausgegeben werden, den FET 121H, 122H und 123H nicht zugeführt und werden den FET 121L, 122L und 123L zugeführt.
19 zeigt auf schematische Weise eine beispielhafte Schaltungskonfiguration der Unterantriebsschaltung 170L. Zur Vereinfachung des Verständnisses der Unterantriebsschaltung 170L ist der zweite Inverter 130 in 19 nicht gezeigt. Bei dem Beispiel aus 19 umfasst die Unterantriebsschaltung 170L Transistoren vom Typ mit offenem Kollektor-Ausgang. Die Umschaltschaltung 171 (18) umfasst Umschaltelemente 60, 61, 62 und 63. Die Umschaltschaltung 172 (18) umfasst Umschaltelemente 70, 71, 72 und 73. Die Umschaltschaltungen 171 und 172 sind beispielsweise jeweils Gegentaktschaltungen.
Bei dem Beispiel aus 19 sind die Umschaltelemente 60 und 70 ein NPN-Bipolartransistor. Die Umschaltelemente 61, 62, 63, 71, 72 und 73 sind ein PNP-Bipolartransistor. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Umschaltelemente 60, 61, 62, 63, 70, 71, 72 und 73 ein Bipolartransistor sind und können als „Transistoren“ bezeichnet werden.
Die Basis des Transistors 60 ist mit der Mikrosteuerung 340 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 60 ist mit der GND gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 60 ist mit den Basen der Transistoren 61, 62 und 63 gekoppelt.
Der Emitter des Transistors 61 ist mit einem Punkt einer Steuerleitung für das Gate des FET 121H gekoppelt, der näher zu der Antriebsschaltung 350 ist. Beispielsweise kann der Emitter des Transistors 61 mit einem Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebsschaltung 350 gekoppelt sein, durch den ein Gate-Steuersignal für den FET 121H ausgegeben wird.
Der Emitter des Transistors 62 ist mit einem Punkt einer Steuerleitung für das Gate des FET 122H gekoppelt, der näher zu der Antriebsschaltung 350 ist. Beispielsweise kann der Emitter des Transistors 62 mit einem Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebsschaltung 350 gekoppelt sein, durch den ein Gate-Steuersignal für den FET 122H ausgegeben wird.
Der Emitter des Transistors 63 ist mit einem Punkt einer Steuerleitung für das Gate des FET 123H gekoppelt, der näher zu der Antriebsschaltung 350 ist. Beispielsweise kann der Emitter des Transistors 63 mit einem Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebsschaltung 350 gekoppelt sein, durch den ein Gate-Steuersignal für den FET 123H ausgegeben wird.
Der Kollektor des Transistors 61 ist mit dem Gate des FET 121L gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 62 ist mit dem Gate des FET 122L gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 63 ist mit dem Gate des FET 123L gekoppelt.
Die Basis des Transistors 70 ist mit der Mikrosteuerung 340 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 70 ist mit der GND gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 70 ist mit den Basen der Transistoren 71, 72 und 73 gekoppelt.
Der Kollektor des Transistors 71 ist mit dem Gate des FET 121H gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 72 ist mit dem Gate des FET 122H gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 73 ist mit dem Gate des FET 123H gekoppelt.
Der Emitter des Transistors 71 ist mit der Steuerleitung für das Gate des FET 121H gekoppelt. Der Emitter des Transistors 71 ist mit einem Punkt der Steuerleitung gekoppelt, der näher zu dem FET 121H ist, als es der Kopplungspunkt der Steuerleitung zu dem Emitter des Transistors 61 ist.
Der Emitter des Transistors 72 ist mit der Steuerleitung für das Gate des FET 122H gekoppelt. Der Emitter des Transistors 72 ist mit einem Punkt der Steuerleitung gekoppelt, der näher zu dem FET 122H ist, als es der Kopplungspunkt der Steuerleitung zu dem Emitter des Transistors 62 ist.
Der Emitter des Transistors 73 ist mit der Steuerleitung für das Gate des FET 123H gekoppelt. Der Emitter des Transistors 73 ist mit einem Punkt der Steuerleitung gekoppelt, der näher zu dem FET 123H ist, als es der Kopplungspunkt der Steuerleitung zu dem Emitter des Transistors 63 ist.
Eine Schutzschaltung 51 ist zwischen einem Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebsschaltung 350, der mit dem Gate des FET 121L gekoppelt ist, und der GND gekoppelt. Eine Schutzschaltung 52 ist zwischen einem Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebsschaltung 350, der mit dem Gate des FET 122L gekoppelt ist, und der GND gekoppelt. Eine Schutzschaltung 53 ist zwischen einem Ausgangsanschluss (nicht gezeigt) der Antriebschaltung 350, der mit dem Gate des FET 123L gekoppelt ist, und der GND gekoppelt. Folglich können selbst in dem Fall, in dem den FET 121L, 122L und 123L hohe Gate-Spannungen zugeführt werden, die an den Ausgangsanschlüssen der Antriebsschaltung 350 angelegten Spannungen auf Spannungen beschränkt sein, die niedriger als die Durchschlagsspannungen sind.
Bei der Steuerung, die ausgeführt wird, wenn der erste Inverter 120 normal arbeitet, schaltet die Mikrosteuerung 340 den Transistor 70 ein. Wenn der Transistor 70 eingeschaltet wird, gehen die Basen der Transistoren 71, 72 und 73 zu dem GND-Pegel über, so dass die Transistoren 71, 72 und 73 eingeschaltet werden. Zusätzlich dazu schaltet die Mikrosteuerung 340 den Transistor 60 aus. Wenn der Transistor 60 ausgeschaltet wird, werden die Transistoren 61, 62 und 63 ausgeschaltet. Folglich werden Gate-Steuersignale für die FET 121H, 122H und 123H, die aus der Antriebsschaltung 350 ausgegeben werden, den FET 121H, 122H und 123H zugeführt.
Als Nächstes wird ein Vorgang zum Bilden eines Nullpunktes an dem tiefseitigen Knoten N1 beschrieben. Um einen Nullpunkt an dem Knoten N1 zu bilden, schaltet die Mikrosteuerung 340 den Transistor 70 aus. Wenn der Transistor 70 ausgeschaltet wird, werden die Transistoren 71, 72 und 73 ausgeschaltet. Zum selben Zeitpunkt schaltet die Mikrosteuerung 340 den Transistor 60 ein. Wenn der Transistor 60 eingeschaltet wird, gehen die Basen der Transistoren 61, 62 und 63 zu dem GND-Pegel über, so dass die Transistoren 61, 62 und 63 eingeschaltet werden.
Wenn der Transistor 61 eingeschaltet ist, wird dem FET 121L das Gate-Steuersignal für den FET 121H, das aus der Antriebsschaltung 350 ausgegeben wird, durch den Transistor 61 zugeführt. Wenn der Transistor 62 eingeschaltet ist, wird dem FET 122L das Gate-Steuersignal für den FET 122H, das aus der Antriebsschaltung 350 ausgegeben wird, durch den Transistor 62 zugeführt. Wenn der Transistor 63 eingeschaltet ist, wird dem FET 123L das Gate-Steuersignal für den FET 123H, das aus der Antriebsschaltung 350 ausgegeben wird, durch den Transistor 63 zugeführt.
Folglich können den FET 121L, 122L und 123L Gate-Spannungen zugeführt werden, die höher sind, als in dem Fall, in dem der erste Inverter 120 normal arbeitet. Selbst wenn solche höheren Gate-Spannungen verwendet werden, so dass das Source-Potential dasselbe wie das Potential des Nullpunktes ist, kann eine Verringerung der Gate-Source-Spannung verhindert oder reduziert werden. Eine Erhöhung der Source-Drain-Widerstandswerte der FET 121L, 122L und 123L in dem Ein-Zustand kann verhindert oder reduziert werden und es kann im Wesentlichen verhindert werden, dass die FET 121L, 122L und 123L zufällig ausgeschaltet werden.
Es ist zu beachten, dass forciert werden kann, dass der erste Inverter 120 den Betrieb stoppt. Um dies zu erreichen, werden die Umschaltschaltungen 171 und 172 ausgeschaltet und die Gate-Steuersignale für die FET 121L, 122L und 123L, die durch die Antriebsschaltung 350 ausgegeben werden, werden dahingehend eingestellt, ausgeschaltet zu sein. Folglich kann forciert werden, dass der erste Inverter 120 den Betrieb stoppt.
Eine Schaltung, die der Unterantriebsschaltung 170L ähnelt, kann mit dem zweiten Inverter 130 gekoppelt sein. 20 zeigt auf schematische Weise eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die eine Unterantriebsschaltung 170R gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst. Beim Vorgenannten ist die Unterantriebsschaltung 170L mit den FET 121H, 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 gekoppelt. Im Gegensatz dazu ist die Unterantriebsschaltung 170R mit den FET 131H, 132H, 133H, 131L, 132L und 133L des zweiten Inverters 130 gekoppelt. Der andere Abschnitt der Schaltungskonfiguration der Unterantriebsschaltung 170R ähnelt der der Unterantriebsschaltung 170L, die oben unter Bezugnahme auf 18 und 19 beschrieben worden ist.
In dem Fall eines Leerlauf- oder Kurzschlussausfalls in zumindest einem der FET 121H, 122H und 123H des ersten Inverters 120, ist ein Nullpunkt an dem tiefseitigen Knoten N1 gebildet, wie oben beschrieben ist. Gleichermaßen ist im Fall eines Leerlauf- oder Kurzschlussausfalls in zumindest einem der FET 131H, 132H, 133H des zweiten Inverters 130 ein Nullpunkt an dem tiefseitigen Knoten N2 gebildet. In diesem Fall werden durch Verwenden der Unterantriebsschaltung 170R die Spannungen von Gate-Steuersignalen zum Einschalten der FET 131L, 132L und 133L dahingehend eingeschaltet, höher zu sein, als in dem Fall, in dem der zweite Inverter 130 normal arbeitet. Folglich kann eine Erhöhung der Source-Drain-Widerstandswerte der FET 131L, 132L und 133L in dem Ein-Zustand verhindert oder reduziert werden und es kann im Wesentlichen verhindert werden, dass die FET 131L, 132L und 133L zufällig ausgeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 kann entweder beide oder nur eine der Unterantriebsschaltungen 170L und 170R umfassen.
Bei den obigen Beispielen wird angenommen, dass die Umschaltschaltungen 171 und 172 Transistoren umfassen. Alternativ dazu können die Umschaltschaltungen 171 und 172 einen Analogschalter umfassen. Beispielsweise können die Umschaltschaltungen 171 und 172 einen einpoligen Schalter umfassen. Alternativ dazu können die Umschaltschaltungen 171 und 172 beispielsweise einen zweipoligen Schalter umfassen. Um einen Einfluss auf die PWM-Steuerung zu verhindern oder zu reduzieren, kann ein Analogschalter mit einem kleinen Ein-Widerstand (z. B., von mehreren zehn Milliohm bis zu mehreren Ohm) auf der hohen Seite verwendet werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Fahrzeuge wie etwa PKW sind typischerweise mit einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung ausgestattet. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung erzeugt ein Hilfsdrehmoment, welches dem Lenkdrehmoment eines Lenksystems hinzugefügt wird, welches dadurch erzeugt wird, dass ein Fahrer ein Lenkrad dreht. Das Hilfsdrehmoment wird durch einen Hilfsdrehmomentmechanismus erzeugt und kann eine Belastung des Fahrers beim Drehen eines Lenkrades reduzieren. Beispielsweise kann der Hilfsdrehmomentmechanismus einen Lenkdrehmomentsensor, eine ECU, einen Motor und einen Verzögerungsmechanismus, usw. umfassen. Der Lenkdrehmomentsensor detektiert ein Lenkdrehmoment in dem Lenksystem. Die ECU erzeugt ein Antriebssignal auf der Basis eines Detektionssignals von dem Lenkdrehmomentsensor. Der Motor erzeugt ein Hilfsdrehmoment in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment auf der Basis des Motorantriebssignals. Das Hilfsdrehmoment wird durch den Verzögerungsmechanismus an das Lenksystem übertragen.
Die Motorantriebseinheit 400 der vorliegenden Offenbarung wird vorzugsweise bei der elektrischen Servolenkungsvorrichtung verwendet. 21 zeigt auf schematische Weise eine typische Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 umfasst ein Lenksystem 520 und einen Hilfsdrehmomentmechanismus 540.
Das Lenksystem 520 umfasst beispielsweise ein Lenkrad 521, eine Lenkwelle 522 (auch „Lenksäule“ genannt), universelle Kopplungen 523A und 523B, eine Drehwelle 524 (auch „Ritzelwelle“ oder „Eingangswelle“ genannt), einen Zahnstange- und Ritzelmechanismus 525, eine Zahnstangenwelle 526, ein rechtes und ein linkes Kugelgelenk 552A und 552B, Spurstangen 527A und 527B, Gelenke 528A und 528B, und ein linkes und ein rechtes lenkbares Rad (z. B. ein linkes und ein rechtes Vorderrad) 529A und 529B. Das Lenkrad 521 ist durch die Lenkwelle 522 und die universalen Kopplungen 523A und 523B mit der Drehwelle 524 verknüpft. Die Drehwelle 524 ist durch den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 525 mit der Zahnstangenwelle 526 verknüpft. Der Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 525 weist ein Ritzel 531, das auf der Drehwelle 524 bereitgestellt ist, und eine Zahnstange 532 auf, die auf der Zahnstangenwelle 526 bereitgestellt ist. Ein rechtes Ende der Zahnstangenwelle 526 ist durch das Kugelgelenk 552A, die Spurstange 527A und das Gelenk 528A in dieser Reihenfolge mit dem rechten lenkbaren Rad 529A verknüpft, wobei sich das Kugelgelenk 552A am nächsten zu dem rechten Ende der Zahnstangenwelle 526A befindet. Wie bei der rechten Seite ist ein linkes Ende der Zahnstangenwelle 526 durch das Kugelgelenk 552B, die Spurstange 572B und das Gelenk 528B in dieser Reihenfolge mit dem linken lenkbaren Rad 529B verknüpft, wobei sich das Kugelgelenk 552B am nächsten zu dem linken Ende der Zahnstangenwelle 526 befindet. Hier entsprechen die rechte Seite und die linke Seite der rechten Seite bzw. linken Seite eines Fahrers, der in einem Sitz sitzt.
Bei dem Lenksystem 520 wird ein Lenkdrehmoment dadurch erzeugt, dass ein Fahrer das Lenkrad 521 dreht, und wird durch den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 525 zu dem linken und dem rechten lenkbaren Rad 529A und 529B übertragen. Folglich kann der Fahrer das linke und das rechte lenkbare Rad 529A und 529B steuern.
Der Hilfsdrehmomentmechanismus 540 umfasst beispielsweise einen Lenkdrehmomentsensor 541, eine ECU 542, einen Motor 543, einen Verzögerungsmechanismus 544 und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 545. Der Hilfsdrehmomentmechanismus 540 legt an dem Lenksystem 520 ein Hilfsdrehmoment an, einschließlich von dem Lenkrad 521 zu dem linken und dem rechten lenkbaren 529A und 529B. Es ist zu beachten, dass das Hilfsdrehmoment auch „Zusatzdrehmoment“ genannt werden kann.
Als ECU 542 kann die Steuerschaltung 300 des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Als Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Der Motor 543 ist äquivalent zu dem Motor 200 des ersten Ausführungsbeispiels. Als mechanisch und elektronisch integrierte Einheit, die die ECU 542, den Motor 543 und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 umfasst, kann vorzugsweise die Motorantriebseinheit 400 des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden.
Der Lenkdrehmomentsensor 541 detektiert ein Lenkdrehmoment, das an dem Lenksystem 520 unter Verwendung des Lenkrades 521 angelegt wird. Die ECU 542 erzeugt ein Antriebssignal zum Antreiben des Motors 543 auf der Basis eines Detektionssignals (im Folgenden als „Drehmomentsignal“ bezeichnet) von dem Lenkdrehmomentsensor 541. Der Motor 543 erzeugt ein Hilfsdrehmoment in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment auf der Basis des Antriebssignals. Das Hilfsdrehmoment wird durch den Verzögerungsmechanismus 544 auf die Drehwelle 524 des Lenksystems 520 übertragen. Der Verzögerungsmechanismus 544 ist beispielsweise ein Schneckengetriebemechanismus. Das Hilfsdrehmoment wird ferner von der Drehwelle 524 auf den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 525 übertragen.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 kann gemäß einem Abschnitt des Lenksystems 520, zu dem das Hilfsdrehmoment hinzugefügt wird, in folgende Typen kategorisiert werden: Ritzelhilfstyp, Zahnstangenhilfstyp, Säulenhilfstyp, usw. 21 veranschaulicht die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 vom Ritzelhilfstyp. Es ist zu beachten, dass die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 vom Zahnstangenhilfstyp, Säulenhilfstyp, usw. sein kann.
Zusätzlich zu dem Drehmomentsignal kann beispielsweise ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal in die ECU 542 eingegeben werden. Ein Teil einer externen Ausrüstung 560 kann beispielsweise ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor sein. Alternativ dazu kann die externe Ausrüstung 560 beispielsweise eine weitere ECU sein, die mit der ECU 542 über ein fahrzeuginternes Netzwerk kommuniziert, z. B. ein Controller Area Network (CAN). Die Mikrosteuerung der ECU 542 kann an dem Motor 543 eine Vektorsteuerung oder eine PWM-Steuerung auf der Basis des Drehmomentsignals und des Geschwindigkeitssignals, usw. ausführen.
Die ECU 542 bestimmt einen gewünschten Stromwert zumindest auf der Basis des Drehmomentsignals. Die ECU 542 bestimmt den gewünschten Stromwert vorzugsweise unter Berücksichtigung des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, das durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektiert wird, und zusätzlich dazu eines Rotordrehsignals, das durch einen Winkelsensor detektiert wird. Die ECU 542 kann ein Antriebssignal, d. h., einen Antriebsstrom, für den Motor 543 derart steuern, dass ein durch einen Stromsensor (nicht gezeigt) detektierter tatsächlicher Stromwert dem gewünschten Stromwert gleicht.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 kann durch die Zahnstangenwelle 526 unter Verwendung eines Zusammensetzungsdrehmoments, das durch Hinzufügen des Hilfsdrehmoments des Motors 543 zum Lenkdrehmoment eines Fahrers erhalten wird, das linke und das rechte lenkbare Rad 529A und 529B steuern. Falls die Motorantriebseinheit 400 der vorliegenden Offenbarung auf die obige mechanisch und elektronisch integrierte Einheit angewandt wird, ist im Einzelnen eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Motorantriebseinheit umfasst, bei der die Qualität von Teilen verbessert sein kann und sowohl unter einer normalen als auch anomalen Bedingung eine geeignete Stromsteuerung ausgeführt werden kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung können auf eine Vielzahl von Vorrichtungen angewendet werden, darunter verschiedene Motoren wie Staubsauger, Trockner, Deckenventilatoren, Waschmaschinen, Kühlschränke und elektrische Servolenkungsvorrichtungen.
Bezugszeichenliste

100: Leistungsumwandlungsvorrichtung
101: Leistungsversorgung
102: Spule
103: Kondensator
110: Umschaltschaltung
111: erstes Umschaltelement (FET)
112: zweites Umschaltelement (FET)
113: drittes Umschaltelement (FET)
114: viertes Umschaltelement (FET)
115: fünftes Umschaltelement (FET)
116: sechstes Umschaltelement (FET
120: erster Inverter
121H, 122H, 123H: hochseitiges Umschaltelement (FET
121L, 122L, 123L: tiefseitiges Umschaltelement (FET)
121R, 122R, 123R: Nebenschlusswiderstand
130: zweiter Inverter
131H, 132H, 133H: hochseitiges Umschaltelement (FET)
131L, 132L, 133L: tiefseitiges Umschaltelement (FET)
131R, 132R, 133R: Nebenschlusswiderstand
150: Stromsensor
160L, 160R: Unterantriebsschaltung
161, 162: Umschaltschaltung
170L, 170R: Unterantriebsschaltung
171, 172: Umschaltschaltung
200: Elektromotor
300: Steuerschaltung
310: Leistungsversorgungsschaltung
320: Winkelsensor
330: Eingangsschaltung
340: Mikrosteuerung
350: Antriebsschaltung
360: ROM
370: Verstärkerschaltung
400: Motorantriebseinheit
500: elektrische Servolenkungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014192950 [0007]

Claims

Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von Leistung, die einem Elektromotor mit n Phasenwicklungen (n ist eine Ganzzahl von drei oder mehr) zuzuführen ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist; einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist; und eine Umschaltschaltung, die Folgendes aufweist: ein erstes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des ersten Inverters und einer Masse umschaltet; und/oder ein zweites Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des zweiten Inverters und einer Masse umschaltet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Umschaltschaltung das erste Umschaltelement und ein drittes Umschaltelement aufweist, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des ersten Inverters und einer Leistungsversorgung umschaltet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Umschaltschaltung das erste und das zweite Umschaltelement aufweist.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der die Umschaltschaltung ferner ein drittes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des ersten Inverters und einer Leistungsversorgung umschaltet, und ein viertes Umschaltelement aufweist, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des zweiten Inverters und der Leistungsversorgung umschaltet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der das dritte Umschaltelement den ersten Inverter von der Leistungsversorgung trennt, wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, bei der das erste Umschaltelement den ersten Inverter von der Masse trennt, wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der ein Nullpunkt für die n Phasenwicklungen in dem ersten Inverter gebildet wird, wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der der erste und der zweite Inverter jeweils eine Brückenschaltung aufweisen, die n Schenkel umfasst, die jeweils ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement aufweisen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in einem der n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das erste und das dritte Umschaltelement ausgeschaltet werden, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters außer dem ausgefallenen Umschaltelement ausgeschaltet werden und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in einem der n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das dritte Umschaltelement eingeschaltet wird, das erste Umschaltelement ausgeschaltet wird, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters außer dem ausgefallenen Umschaltelement ausgeschaltet werden und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Kurzschlussausfall in einem der n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das erste und das dritte Umschaltelement ausgeschaltet werden, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters außer dem ausgefallenen Umschaltelement ausgeschaltet werden und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in einem der n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das erste und das dritte Umschaltelement ausgeschaltet werden, alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters außer dem ausgefallenen Umschaltelement ausgeschaltet werden und alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in einem der n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das dritte Umschaltelement ausgeschaltet wird, das erste Umschaltelement eingeschaltet wird, alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters außer dem ausgefallenen Umschaltelement ausgeschaltet werden und alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Kurzschlussausfall in einem der n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das erste und das dritte Umschaltelement ausgeschaltet werden, alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters außer dem ausgefallenen Umschaltelement ausgeschaltet werden und alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in dem dritten Umschaltelement das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das erste Umschaltelement ausgeschaltet wird, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters ausgeschaltet werden und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in dem dritten Umschaltelement das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters ausgeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in dem dritten Umschaltelement das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das erste Umschaltelement ausgeschaltet wird, zumindest eines der n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet wird und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Kurzschlussausfall in dem dritten Umschaltelement das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das erste Umschaltelement ausgeschaltet wird, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters ausgeschaltet werden und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in dem ersten Umschaltelement das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das dritte Umschaltelement ausgeschaltet wird, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters ausgeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Leerlaufausfall in dem ersten Umschaltelement das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das dritte Umschaltelement ausgeschaltet wird, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden und zumindest eines der n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet wird.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der bei einem Kurzschlussausfall in dem ersten Umschaltelement das zweite und das vierte Umschaltelement eingeschaltet werden, das dritte Umschaltelement ausgeschaltet wird, alle n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters eingeschaltet werden und alle n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters ausgeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, die ferner Folgendes aufweist: 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, die ferner Folgendes aufweist: 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände, wobei die 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände zwischen 2n oder weniger der tiefseitigen Umschaltelemente der 2n Schenkel, die in dem ersten und dem zweiten Inverter enthalten sind, und die Masse gekoppelt sind.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-23, bei der die Leistungsversorgung eine erste Leistungsversorgung für den ersten Inverter und eine zweite Leistungsversorgung für den zweiten Inverter umfasst.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-23, bei der die Leistungsversorgung eine einzelne Leistungsversorgung ist.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8-11, die ferner folgende Merkmale aufweist: eine Antriebsschaltung, die bei einem Ausfall in einem der hochseitigen Umschaltelemente des ersten Inverters den n tiefseitigen Umschaltelementen ein Steuersignal zum Einschalten der n tiefseitigen Umschaltelemente zuführt, wobei eine Spannung des Steuersignals der Antriebsschaltung, das den n tiefseitigen Umschaltelementen zugeführt wird, größer ist als eine Spannung eines Steuersignals der Antriebsschaltung zum Einschalten der n tiefseitigen Umschaltelemente, wenn der erste Inverter normal arbeitet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 26, bei der eine Spannung eines ersten Steuersignals zum Einschalten der n hochseitigen Umschaltelemente größer ist als eine Spannung eines zweiten Steuersignals zum Einschalten der n tiefseitigen Umschaltelemente, wenn der erste Inverter normal arbeitet, und die Antriebsschaltung bei einem Ausfall in einem der hochseitigen Umschaltelemente des ersten Inverters den n tiefseitigen Umschaltelementen des ersten Steuersignals zuführt.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 26 oder 27, bei der die Antriebsschaltung einen Transistor vom Typ mit offenem Kollektor-Ausgang umfasst
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8-11, die ferner folgende Merkmale aufweist: eine erste Antriebsschaltung, die den n tiefseitigen Umschaltelementen ein erstes Steuersignal zum Einschalten der n tiefseitigen Umschaltelemente zuführt, wenn der erste Inverter normal arbeitet; und eine zweite Antriebsschaltung, die bei einem Ausfall in einem der hochseitigen Umschaltelemente des ersten Inverters den n tiefseitigen Umschaltelementen ein zweites Steuersignal zum Einschalten der n tiefseitigen Umschaltelemente zuführt, wobei eine Spannung des zweiten Steuersignals größer ist als eine Spannung des ersten Steuersignals.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 29, bei der die zweite Antriebsschaltung einen Transistor vom Typ mit offenem Kollektor-Ausgang umfasst.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 29 oder 30, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Schutzschaltung, die verhindert, dass der ersten Antriebsschaltung eine Spannung mit zumindest einem vorbestimmten Wert zugeführt wird, wenn die zweite Antriebsschaltung das zweite Steuersignal ausgibt.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 31, bei der die Schutzschaltung eine Zener-Diode umfasst.
Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von Leistung, die einem Elektromotor mit n Phasenwicklungen (n ist eine Ganzzahl von drei oder mehr) zuzuführen ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist; einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist; und eine Umschaltschaltung, die Folgendes aufweist: ein erstes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des ersten Inverters und einer Masse umschaltet; ein zweites Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des zweiten Inverters und einer Masse umschaltet; ein drittes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des ersten Inverters und einer Leistungsversorgung umschaltet; und/oder ein viertes Umschaltelement, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung des zweiten Inverters und der Leistungsversorgung umschaltet, wobei in dem ersten Inverter ein Nullpunkt für die n Phasenwicklung gebildet wird, wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet.
Eine Motorantriebseinheit, die folgende Merkmale aufweist: den Elektromotor; die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-33; und eine Steuerschaltung, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung steuert.
Eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die Folgendes aufweist: die Motorantriebseinheit gemäß Anspruch 34.