DE112020002128T5 - Power conversion device and method for controlling the power conversion device - Google Patents
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Abstract
Herkömmlicherweise ist es schwierig zu identifizieren, welcher Punkt von Leistungshalbleitern, die einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig bilden, ausgefallen ist. In der vorliegenden Erfindung berechnet eine Berechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom in einer Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 45 erste simulierte Ausfallzeit-DC-Stromwerte jeweiliger Phasen basierend auf Einschaltdauerwerten Du, Dv und Dw und AC-Stromsensorwerten lus, Ivs und Iws der entsprechenden Phasen und gibt die ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwerte zu einer Ausfallbestimmungseinheit 452 aus. Die Ausfallbestimmungseinheit 452 bestimmt, welcher Punkt der Leistungshalbleiter in einer Leistungsumsetzungsschaltung 60 ausgefallen ist, unter Verwendung der ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwerte der jeweiligen Phasen, eines DC-Stromsensorwerts Idcs, der Einschaltdauerwerte Du, Dv und Dw der entsprechenden Phasen und eines Zieldrehmoments und gibt ein Ausfallmeldungssignal, das dem Ausfallpunkt entspricht, zu einer Ausfallmeldungsvorrichtung 30 und einer PWM-Signalerzeugungseinheit 44 aus. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausfallbestimmungseinheit 452 das Zieldrehmoment bestimmt, um zu identifizieren, ob es die Leistungseinschaltdauer oder die Regenerationszeit ist. Conventionally, it is difficult to identify which point of power semiconductors constituting an upper arm and a lower arm has failed. In the present invention, a simulated DC current calculation unit 451 in a power semiconductor diagnosis unit 45 calculates first simulated downtime DC current values of respective phases based on duty values Du, Dv and Dw and AC current sensor values lus, Ivs and Iws of the respective phases and outputs the first simulated downtime DC current values to a failure determination unit 452 . The failure determination unit 452 determines which point of the power semiconductor in a power conversion circuit 60 has failed using the first simulated failure time DC current values of the respective phases, a DC current sensor value Idcs, the duty values Du, Dv and Dw of the respective phases and a target torque and outputs a failure notification signal corresponding to the failure point to a failure notification device 30 and a PWM signal generation unit 44 . It is noted that the failure determination unit 452 determines the target torque to identify whether it is the power-on time or the regeneration time.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Leistungsumsetzungsvorrichtung.The present invention relates to a power conversion device and a method for controlling a power conversion device.
Stand der TechnikState of the art
Ein Hybrid-Kraftfahrzeug oder ein elektrisches Kraftfahrzeug ist mit einer Leistungsumsetzungsvorrichtung ausgestattet, die konfiguriert ist, einen Motor anzutreiben. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung setzt einen DC-Strom, der aus einer Batterie zugeführt wird, durch Umschalten von Leistungshalbleitern, die entsprechend jeder Phase des Motors einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig bilden, in einen AC-Strom um und treibt dadurch den Motor an.A hybrid automobile or an electric automobile is equipped with a power conversion device configured to drive a motor. The power conversion device converts a DC current supplied from a battery into an AC current by switching power semiconductors forming an upper arm circuit and a lower arm circuit corresponding to each phase of the motor, thereby driving the motor.
In den letzten Jahren gibt es einen steigenden Bedarf an der Erfassung einer Anomalie und eines Ausfalls in einer Leistungsumsetzungsvorrichtung basierend auf einem Funktionssicherheitsstandard für Kraftfahrzeuge. Deshalb ist es notwendig, eine Diagnose auszuführen, die zum Erfassen einer Anomalie und eines Ausfalls sogar für einen Leistungshalbleiter fähig ist.In recent years, there is an increasing demand for detecting an abnormality and a failure in a power conversion device based on a safety standard for automobiles. Therefore, it is necessary to carry out a diagnosis capable of detecting an abnormality and a failure even for a power semiconductor.
PTL 1 offenbart eine Vorrichtung, die eine Ansteuerschaltung zum EIN/AUS-Schalten eines Leistungshalbleiters für jeden Leistungshalbleiter enthält und ein Anomaliemeldungssignal zu einer externen Anomaliemeldungsvorrichtung ausgibt, wenn bestimmt wird, dass ein Ausfall in einer Leistungsumsetzungsvorrichtung aufgetreten ist.
Entgegenhaltungslistecitation list
Patentliteraturpatent literature
PTL 1:
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Technische AufgabeTechnical task
In der in PTL 1 beschriebenen Vorrichtung ist es schwierig zu identifizieren, welcher Punkt von Leistungshalbleitern, die einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig bilden, ausgefallen ist.In the device described in
Lösung der Aufgabesolution of the task
Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine Leistungsumsetzungsschaltung, die entsprechend jeder Phase eines Motors, der mehrere Phasen aufweist, einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig enthält und einen DC-Strom in AC-Ströme der mehreren Phasen umsetzt; eine Steuerschaltung, die ein PWM-Signal zu dem oberen Schaltungszweig und dem unteren Schaltungszweig ausgibt; eine Berechnungseinheit für simulierten DC-Strom, die erste simulierte Ausfallzeit-DC-Ströme basierend auf AC-Stromwerten verbleibender Phasen berechnet, wenn eine Phase aus den mehreren Phasen ausfällt, basierend auf den AC-Strömen, die aus der Leistungsumsetzungsschaltung ausgegeben werden, und einer relativen Einschaltdauer des PWM-Signals; und eine Ausfallbestimmungseinheit, die einen Ausfall des oberen Schaltungszweigs oder des unteren Schaltungszweigs irgendeiner Phase basierend auf einem DC-Strom, der in die Leistungsumsetzungsschaltung eingegeben wird, oder einem DC-Strom basierend auf einem AC-Stromwert, der aus der Leistungsumsetzungsschaltung ausgegeben wird, der relativen Einschaltdauer des PWM-Signals und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Strom detektiert.A power conversion device according to the present invention includes: a power conversion circuit that includes an upper arm circuit and a lower arm circuit corresponding to each phase of a motor having multiple phases, and converts a DC current into AC currents of the multiple phases; a control circuit that outputs a PWM signal to the upper circuit arm and the lower circuit arm; a simulated DC current calculation unit that calculates first simulated downtime DC currents based on AC current values of remaining phases when one phase out of the plurality of phases fails, based on the AC currents output from the power conversion circuit, and one relative duty cycle of the PWM signal; and a failure determination unit that determines a failure of the upper arm circuit or the lower arm circuit of any phase based on a DC current input to the power conversion circuit or a DC current based on an AC current value output from the power conversion circuit duty cycle of the PWM signal and the first simulated downtime DC current detected.
Ein Verfahren zum Steuern einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: Bilden einer Leistungsumsetzungsschaltung, die entsprechend jeder Phase eines Motors, der mehrere Phasen aufweist, einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig aufweist, und Umsetzen eines DC-Stroms in AC-Ströme der mehreren Phasen; Ausgeben eines PWM-Signals zu dem oberen Schaltungszweig und dem unteren Schaltungszweig; Berechnen erster simulierter Ausfallzeit-DC-Ströme basierend auf AC-Stromwerten verbleibender Phasen, wenn eine Phase aus den mehreren Phasen ausfällt, basierend auf den AC-Strömen, die aus der Leistungsumsetzungsschaltung ausgegeben werden, und einer relativen Einschaltdauer des PWM-Signals; und Detektieren eines Ausfalls des oberen Schaltungszweigs oder des unteren Schaltungszweigs irgendeiner Phase basierend auf einem DC-Strom, der in die Leistungsumsetzungsschaltung eingegeben wird, oder einem DC-Strom basierend auf einem AC-Stromwert, der aus der Leistungsumsetzungsschaltung ausgegeben wird, der relativen Einschaltdauer des PWM-Signals und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Strom.A method for controlling a power conversion device according to the present invention includes: forming a power conversion circuit having an upper arm circuit and a lower arm circuit corresponding to each phase of a motor having multiple phases, and converting a DC current into AC currents of the multiple phases ; outputting a PWM signal to the upper circuit branch and the lower circuit branch; Calculate First Simulated Downtime DC currents based on AC current values of remaining phases when one phase out of the plurality of phases fails, based on the AC currents output from the power conversion circuit and a duty ratio of the PWM signal; and detecting a failure of the upper circuit arm or the lower circuit arm of any phase based on a DC current input to the power conversion circuit or a DC current based on an AC current value output from the power conversion circuit, the duty ratio of the PWM signal and the first simulated downtime DC current.
Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich zu identifizieren, welcher Punkt von Leistungshalbleitern, die einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig bilden, ausgefallen ist.According to the present invention, it is possible to identify which point of power semiconductors constituting an upper arm and a lower arm has failed.
Figurenlistecharacter list
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1 ]1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.[1 ]1 14 is a circuit configuration diagram of a power conversion device according to a first embodiment. -
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2 ]2 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm der Leistungsumsetzungsschaltung.[2 ]2 12 is a circuit configuration diagram of the power conversion circuit. -
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3 ]3 ist ein Ablaufplan, der eine Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.[3 ]3 14 is a flowchart showing failure determination processing according to the first embodiment. -
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4 ]4 ist ein Ablaufplan, der eine Ausfallhandhabungsverarbeitung darstellt.[4 ]4 Fig. 12 is a flowchart showing failure handling processing. -
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5 ]5(A) ,5(B) und5(C) sind Graphen eines AC-Stroms, einer Einschaltdauer und eines DC-Stroms, wenn ein Off-Stuck-Ausfall in einem oberen U-Phasen-Schaltungszweig während des Leistungsbetriebs aufgetreten ist.[5 ]5(A) ,5(B) and5(c) 12 are graphs of an AC current, a duty cycle, and a DC current when an off-stuck failure has occurred in a U-phase upper circuit arm during power operation. -
[
6 ]6 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.[6 ]6 14 is a circuit configuration diagram of a power conversion device according to a second embodiment. -
[
7 ]7 ist ein Ablaufplan, der eine Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.[7 ]7 14 is a flowchart showing failure determination processing according to the second embodiment. -
[
8 ]8 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.[8th ]8th -
[
9 ]9 ist ein Ablaufplan, der eine Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.[9 ]9 14 is a flowchart showing failure determination processing according to the third embodiment. -
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10 ]10 ist ein Ablaufplan, der eine Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.[10 ]10 14 is a flowchart showing failure determination processing according to a fourth embodiment. -
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11 ]11 ist ein Ablaufplan, der eine Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.[11 ]11 14 is a flowchart showing failure determination processing according to a fifth embodiment.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of Embodiments
[Erste Ausführungsform][First embodiment]
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 setzt DC-Leistung, die aus einer DC-Stromversorgung 10 zugeführt wird, in AC-Leistung um, um einen Motor 20 während des Leistungsbetriebs anzutreiben. Die DC-Stromversorgung 10 ist eine Stromversorgung, die konfiguriert ist, den Motor 20 anzutreiben. Zusätzlich setzt die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 die Leistung des Motors 20 in DC-Leistung um, um die DC-Stromversorgung 10 während der Regeneration zu laden.The
Der Motor 20 ist ein Dreiphasenmotor, der darin drei Wicklungen aufweist. Zusätzlich ist ein Winkelsensor (nicht dargestellt), der konfiguriert ist, einen Drehwinkel des Motors 20 zu messen, auf dem Motor 20 montiert, und der Winkelsensor gibt den gemessenen Drehwinkel zu der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 als einen Winkelsensorwert aus. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 detektiert einen Ausfall, was später zu beschreiben ist, und meldet den Ausfall an eine Ausfallmeldungsvorrichtung 30.The
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 enthält eine Steuerschaltung 40, eine Ansteuerschaltung 50 und eine Leistungsumsetzungsschaltung 60. Die Steuerschaltung 40 enthält eine Motordrehzahlberechnungseinheit 41, eine Zielstromberechnungseinheit 42, eine Einschaltdauerberechnungseinheit 43, eine PWM-Signalerzeugungseinheit 44 und eine Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 45. Die Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 45 enthält eine Berechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom und eine Ausfallbestimmungseinheit 452.The
Der Spannungssensor 70 ist ein Sensor, der eine Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung 10 misst und den gemessenen Spannungswert als einen Spannungssensorwert zu der Zielstromberechnungseinheit 42 in der Steuerschaltung 40 ausgibt.The
Der DC-Stromsensor 80 misst einen DC-Strom, der zwischen der DC-Stromversorgung 10 und der Leistungsumsetzungsschaltung (Inverterschaltung) 60 fließt, und gibt den gemessenen Stromwert zu der Ausfallbestimmungseinheit 452 als einen DC-Stromsensorwert Idcs aus. Es wird darauf hingewiesen, dass der DC-Stromsensor 80 so installiert ist, dass er den Strom, der von der DC-Stromversorgung 10 in die Leistungsumsetzungsschaltung 60 fließt, in der vorliegenden Ausführungsform als einen positiven Stromwert misst, jedoch der DC-Stromsensor so installiert sein kann, dass er einen Stromwert in der entgegengesetzten Richtung als einen positiven Stromwert misst.The DC
Der AC-Stromsensor 90 ist ein Sensor, der konfiguriert ist, einen AC-Strom, der durch jede der Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) des Motors 20 fließt, zu messen. Insbesondere wird ein AC-Strom lu, der durch die U-Phase fließt, gemessen, und ein AC-Stromsensorwert lus wird zu der Einschaltdauerberechnungseinheit 43 und der Berechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom ausgegeben. Ähnlich wird ein AC-Strom Iv, der durch die V-Phase fließt, gemessen, und ein AC-Stromsensorwert Ivs wird zu der Einschaltdauerberechnungseinheit 43 und der Berechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom ausgegeben. Ähnlich wird ein AC-Strom Iw, der durch die W-Phase fließt, gemessen, und ein AC-Stromsensorwert Iws wird zu der Einschaltdauerberechnungseinheit 43 und der Berechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom ausgegeben.The AC
Die Motordrehzahlberechnungseinheit 41 berechnet einen Motordrehzahlwert aus einer Änderung des Winkelsensorwerts in dem Motor 20 und gibt den berechneten Motordrehzahlwert zu der Zielstromberechnungseinheit 42 aus.The motor
Die Steuerschaltung 40 kommuniziert mit einer elektronischen Steuereinheit (nicht dargestellt), die außerhalb der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 vorgesehen ist, empfängt ein Zieldrehmoment von der externen elektronischen Steuereinheit und gibt das Zieldrehmoment in die Zielstromberechnungseinheit 42 ein.The
Die Zielstromberechnungseinheit 42 berechnet einen Stromwert, der dem Motor 20 zuzuführen ist, unter Verwendung des Zieldrehmoments, des Spannungssensorwerts und des Motordrehzahlwerts, der aus der Motordrehzahlberechnungseinheit 41 ausgegeben wird, und gibt den Stromwert als einen Zielstromwert zu der Einschaltdauerberechnungseinheit 43 aus. Der Zielstromwert ist beispielsweise in der Form eines d-Achsen-Zielstromwerts und eine q-Achsen-Zielstromwerts ausgedrückt.The target
Die Einschaltdauerberechnungseinheit 43 berechnet einen U-Phasen-Einschaltdauerwert Du, einen V-Phasen-Einschaltdauerwert Dv und einen W-Phasen-Einschaltdauerwert Dw basierend auf dem aus der Zielstromberechnungseinheit 42 ausgegebenen Zielstromwert und den AC-Stromsensorwerten lus, Ivs und Iws und gibt die berechneten Werte zu der PWM-Signalerzeugungseinheit 44 und der Berechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom aus.The
In der vorliegenden Ausführungsform gibt der U-Phasen-Einschaltdauerwert Du ein EIN-Zeitverhältnis eines oberen U-Phasen-Schaltungszweig-Leistungshalbleiters an, und ein EIN-Zeitverhältnis eines unteren U-Phasen-Schaltungszweig-Leistungshalbleiters wird durch 1-Du angegeben. Ähnlich gibt der V-Phasen-Einschaltdauerwert Dv ein EIN-Zeitverhältnis eines oberen V-Phasen-Schaltungszweig-Leistungshalbleiters an, und ein EIN-Zeitverhältnis eines unteren V-Phasen-Schaltungszweig-Leistungshalbleiters wird durch 1-Dv angegeben. Der W-Phasen-Einschaltdauerwert Dw gibt ein EIN-Zeitverhältnis eines oberen W-Phasen-Schaltungszweig-Leistungshalbleiters an, und ein EIN-Zeitverhältnis eines unteren W-Phasen-Schaltungszweig-Leistungshalbleiters wird durch 1-Dw angegeben.In the present embodiment, the U-phase duty value Du indicates an ON-time ratio of a U-phase upper arm power semiconductor, and an ON-time ratio of a U-phase lower arm power semiconductor is indicated by 1-Du. Similarly, the V-phase duty value Dv indicates an ON-time ratio of an upper V-phase arm power semiconductor, and an ON-time ratio of a V-phase lower arm power semiconductor is indicated by 1-Dv. The W-phase duty value Dw indicates an ON-time ratio of a W-phase upper arm power semiconductor, and an ON-time ratio of a W-phase lower arm power semiconductor is indicated by 1-Dw.
Die PWM-Signalerzeugungseinheit 44 enthält darin einen Zeitgeber (nicht dargestellt), erzeugt ein Pulsbreitenmodulations-Signal (PWM-Signal) basierend auf einem Wert des Zeitgebers, dem U-Phasen-Einschaltdauerwert Du, dem V-Phasen-Einschaltdauerwert Dv und dem W-Phasen-Einschaltdauerwert Dw und gibt das PWM-Signal zu der Ansteuerschaltung 50 aus.The PWM
Wenn ein Anomaliemeldungssignal aus der Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 45 ausgegeben wird, steuert die PWM-Signalerzeugungseinheit 44 das PWM-Signal so, dass der Motor 20 nicht angesteuert wird. Beispiele für den Zustand, in dem der Motor 20 nicht angesteuert wird, enthalten einen Zustand, in dem alle sechs Leistungshalbleiter in der Leistungsumsetzungsschaltung 60 abgeschaltet sind (in der vorliegenden Ausführungsform als ein Freilaufzustand bezeichnet). Andere Beispiele enthalten einen Zustand, in dem drei Leistungshalbleiter des oberen Schaltungszweigs unter den sechs Leistungshalbleitern eingeschaltet sind und drei Leistungshalbleiter des unteren Schaltungszweigs ausgeschaltet sind (in der vorliegenden Ausführungsform als aktiver Kurzschlusszustand des oberen Zweigs bezeichnet), und einen entgegengesetzten Zustand, in dem die drei Leistungshalbleiter des oberen Schaltungszweigs ausgeschaltet sind und die drei Leistungshalbleiter des unteren Schaltungszweigs eingeschaltet sind (in der vorliegenden Ausführungsform als ein aktiver Kurzschlusszustand des unteren Zweigs bezeichnet).When an abnormality notification signal is output from the power
Die Ansteuerschaltung 50 empfängt das aus der PWM-Signalerzeugungseinheit 44 ausgegebene PWM-Signal und gibt ein Ansteuersignal zum EIN/AUS-Schalten des Leistungshalbleiters zu der Leistungsumsetzungsschaltung 60 aus.The
Die Leistungsumsetzungsschaltung 60 enthält darin einen Glättungskondensator und die sechs Leistungshalbleiter und setzt DC-Leistung, die aus der DC-Stromversorgung 10 erhalten wird, in AC-Leistung um, um den Motor 20 während des Leistungsbetriebs anzutreiben. Zusätzlich wird die Leistung 20 des Motors 20 in DC-Leistung umgesetzt, um die DC-Stromversorgung 10 während der Regeneration aufzuladen.The
Die Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 45 führt eine Ausfalldiagnose des Leistungshalbleiters in der Leistungsumsetzungsschaltung 60 aus. Die Berechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom in der Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 45 berechnet erste simulierte Ausfallzeit-DC-Stromwerte der jeweiligen Phasen basierend auf den Einschaltdauerwerten Du, Dv und Dw und den AC-Stromsensorwerten lus, Ivs und Iws der entsprechenden Phasen und gibt die ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwerte zu der Ausfallbestimmungseinheit 452 aus.The power
Die Ausfallbestimmungseinheit 452 bestimmt, welcher Punkt der Leistungshalbleiter in der Leistungsumsetzungsschaltung 60 ausgefallen ist, unter Verwendung der ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwerte der jeweiligen Phasen, des DC-Stromsensorwerts Idcs, der Einschaltdauerwerte Du, Dv und Dw der entsprechenden Phasen und des Zieldrehmoments und gibt ein Ausfallmeldungssignal, das dem Ausfallpunkt entspricht, zu der Ausfallmeldungsvorrichtung 40 und der PWM-Signalerzeugungseinheit 44 aus. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausfallbestimmungseinheit 452 das Zieldrehmoment bestimmt, um zu identifizieren, ob es die Leistungsbetriebszeit oder die Regenerationszeit ist. Insbesondere gibt ein positives Zieldrehmoment die Leistungsbetriebszeit an, und ein negatives Zieldrehmoment gibt die Regenerationszeit an. Als ein weiteres Identifizierungsverfahren kann die Leistungsbetriebszeit identifiziert werden, wenn der DC-Stromsensorwert Idcs positiv ist, und die Regenerationszeit kann identifiziert werden, wenn der DC-Stromsensorwert Idcs negativ ist.The
Die Leistungsumsetzungsschaltung 60 enthält obere und untere U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Zweigreihenschaltungen. Die obere und untere U-Phasen-Zweigreihenschaltung 61 enthält einen Leistungshalbleiter Tuu des oberen Zweigs der U-Phase und eine Diode Duu des oberen Zweigs der U-Phase und einen Leistungshalbleiter Tul des unteren Zweigs der U-Phase und eine Diode Dul des unteren Zweigs der U-Phase. Die obere und untere V-Phasen-Zweigreihenschaltung 62 enthält einen Leistungshalbleiter Tvu des oberen Zweigs der V-Phase und eine Diode Dvu des oberen Zweigs der V-Phase und einen Leistungshalbleiter Tvl des unteren Zweigs der V-Phase und eine Diode Dvl des unteren Zweigs der V-Phase. Die obere und untere W-Phasen-Zweigreihenschaltung 63 enthält einen Leistungshalbleiter Twu des oberen Zweigs der W-Phase und eine Diode Dwu des oberen Zweigs der W-Phase und einen Leistungshalbleiter Twl des unteren Zweigs der W-Phase und eine Diode Dwl des unteren Zweigs der W-Phase.The
Ein oberer Schaltungszweig 64 enthält den Leistungshalbleiter Tuu des oberen Zweigs der U-Phase, die Diode Duu des oberen Zweigs der U-Phase, den Leistungshalbleiter Tvu des oberen Zweigs der V-Phase, die Diode Dvu des oberen Zweigs der V-Phase, den Leistungshalbleiter Twu des oberen Zweigs der W-Phase und die Diode Dwu des oberen Zweigs der W-Phase. Der untere Schaltungszweig 65 enthält den Leistungshalbleiter Tul des unteren Zweigs der U-Phase, die Diode Dul des unteren Zweigs der U-Phase, den Leistungshalbleiter Tvl des unteren Zweigs der V-Phase, die Diode Dvl des unteren Zweigs der V-Phase, den Leistungshalbleiter Twl des unteren Zweigs der W-Phase und die Diode Dwl des unteren Zweigs der W-Phase. Der Leistungshalbleiter ist beispielsweise ein Leistungs-Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (Leistungs-MOSFET) oder ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT).An
Ein Glättungskondensator 66 glättet einen Strom, der durch EIN/AUS des Leistungshalbleiters erzeugt wird und unterdrückt eine Welligkeit des DC-Stroms, der der Leistungsumsetzungsschaltung 60 aus der DC-Stromversorgung 10 zugeführt wird. Als der Glättungskondensator 66 ist beispielsweise ein elektrolytischer Kondensator oder ein Folienkondensator verwendet.A smoothing
Wie in Schritt S10 von
In Schritt S11 berechnet die Berechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom einen ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu der U-Phase, einen ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv der V-Phase und einen ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw der W-Phase basierend auf den folgenden Formeln (1) bis (3) aus den Einschaltdauerwerten Du, Dv und Dw und den AC-Stromsensorwerten lus, Ivs und Iws der jeweiligen Phasen und gibt die berechneten Werte zu der Ausfallbestimmungseinheit 452 aus.
In Schritt S12 bestimmt, wenn eine Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu der U-Phase kleiner als ein Schwellenwert 1 ist, die Ausfallbestimmungseinheit 452, dass in dem U-Phasen-Leistungshalbleiter ein Ausfall aufgetreten ist. Wenn ein AUS-Stuck-Ausfall eines Leistungshalbleiters auftritt, ist ein erster simulierter Ausfallzeit-DC-Strom einer entsprechenden Phase im Wesentlichen gleich einem tatsächlichen DC-Stromwert in einer Zeitzone, in der der Strom zu dem ausgefallenen Leistungshalbleiter fließen soll. Der Schwellenwert 1 ist auf einen Wert eingestellt, der eine solche Beziehung erfüllt. Als ein Ergebnis ist es möglich zu bestimmen, in welcher Phase der Ausfall aufgetreten ist.In step S12, when a difference between the DC current sensor value Idcs and the U-phase first simulated downtime DC current value Idcu is less than a
In Schritt S13 bestimmt die Ausfallbestimmungseinheit 452, ob der Motor 20 in einem Leistungsbetriebszustand oder in einem Regenerationszustand ist, basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment oder dergleichen.In step S13, the
Wenn bestimmt wird, dass der Motor 20 in dem Leistungsbetriebszustand ist, fährt die Verarbeitung zu Schritt S14 fort, und die Ausfallbestimmungseinheit 452 bestimmt in Schritt S14, ob der U-Phasen-Einschaltdauerwert Du größer ist als ein Schwellenwert 2. Wenn der U-Phasen-Einschaltdauerwert Du größer ist als der Schwellenwert 2, wird in Schritt S16 bestimmt, dass ein AUS-Stuck-Ausfall des Leistungshalbleiters des oberen Schaltungszweigs der U-Phase auftritt. Wenn der U-Phasen-Einschaltdauerwert Du nicht größer ist als der Schwellenwert 2, wird in Schritt S17 bestimmt, dass ein AUS-Stuck-Ausfall des Leistungshalbleiters des unteren Schaltungszweigs der U-Phase auftritt. Wenn der U-Phasen-Einschaltdauerwert Du in dem Bereich von 0 bis 1 ist, ist der Schwellenwert 2 beispielsweise auf 0,5 eingestellt. Als ein Ergebnis wird bestimmt, zu welchem aus dem oberen Schaltungszweig und dem unteren Schaltungszweig der Strom fließen soll.When it is determined that the
Wenn in Schritt S13 bestimmt wird, dass der Motor 20 in dem Regenerationszustand ist, fährt die Verarbeitung zu Schritt S15 fort, und die Ausfallbestimmungseinheit 452 bestimmt in Schritt S15, ob der U-Phasen-Einschaltdauerwert Du gleich dem oder kleiner als der Schwellenwert 2 ist. Wenn der U-Phasen-Einschaltdauerwert Du gleich dem oder kleiner als der Schwellenwert 2 ist, wird in Schritt S16 bestimmt, dass der OFF-Stuck-Ausfall des Leistungshalbleiters des oberen Schaltungszweigs der U-Phase auftritt. Wenn der U-Phasen-Einschaltdauerwert Du nicht gleich dem oder kleiner als der Schwellenwert 2 ist, wird in Schritt S17 bestimmt, dass der OFF-Stuck-Ausfall des Leistungshalbleiters des unteren Schaltungszweigs der U-Phase auftritt.When it is determined in step S13 that the
In Schritt S18 gibt die Ausfallbestimmungseinheit 452 ein Ausfallmeldungssignal, das einem Ausfallpunkt entspricht, zu der PWM-Signalerzeugungseinheit 44 und der Ausfallmeldungsvorrichtung 30 aus.In step S<b>18 , the
Auf diese Weise fließt kein Strom durch den ausgefallenen Leistungshalbleiter, der DC-Strom wird im Wesentlichen gleich einem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Strom einer ausgefallenen Phase, wenn der Strom zu dem Ausfallpunkt fließen soll. Zu dieser Zeit kann durch einen Einschaltdauerwert der ausgefallenen Phase bestimmt werden, welcher aus dem oberen und dem unteren Zweig hauptsächlich eingeschaltet ist, der Ausfallpunkt des oberen und des unteren Zweigs kann basierend auf der Einschaltdauer bestimmt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Phase der Spannung (das heißt die Einschaltdauer) und die Phase des Stroms während des Leistungsbetriebs gleich sind, eine Zeitzone, in der die Einschaltdauer größer ist als der Schwellenwert von 0,5, fällt mit einer Zeitzone zusammen, in der der Strom zu dem oberen Zweig fließen soll. Andererseits sind die Phase der Spannung (das heißt die Einschaltdauer) und die Phase des Stroms während der Regeneration um 180° verschoben, eine Zeitzone, in der die Einschaltdauer kleiner ist als der Schwellenwert von 0,5, fällt mit der Zeitzone zusammen, in der der Strom zu dem oberen Zweig fließen soll.In this way, no current flows through the failed power semiconductor, the DC current becomes substantially equal to a first failed-time simulated DC current of a failed phase when the current is to flow to the failure point. At this time, by determining a duty value of the failed phase, which of the upper and lower arms is mainly on, the failure point of the upper and lower arms can be determined based on the duty. It should be noted that the phase of the voltage (that is, the duty cycle) and the phase of the current are the same during power operation, a time zone in which the duty cycle is greater than the threshold of 0.5 coincides with a time zone in which in which the current is to flow to the upper branch. On the other hand, the phase of the voltage (that is, the duty cycle) and the phase of the current are shifted by 180° during regeneration, a time zone in which the duty cycle is less than the threshold of 0.5 coincides with the time zone in which the current should flow to the upper branch.
Die Schritte S22 bis S27 geben die V-Phasen-Ausfallbestimmungsverarbeitung an, und die Schritte S32 bis S37 geben die W-Phasen-Ausfallbestimmungsverarbeitung an.Steps S22 to S27 indicate V-phase dropout determination processing, and steps S32 to S37 indicate W-phase dropout determination processing.
In Schritt S12 fährt die Verarbeitung zu Schritt S22 fort, wenn die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu der U-Phase nicht kleiner ist als der Schwellenwert 1. In Schritt S22 bestimmt, wenn eine Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv der V-Phase kleiner als der Schwellenwert 1 ist, die Ausfallbestimmungseinheit 452, dass in dem V-Phasen-Leistungshalbleiter ein Ausfall aufgetreten ist. In step S12, the processing proceeds to step S22 when the difference between the DC current sensor value Idcs and the first simulated downtime DC current value Idcu of the U-phase is not smaller than the
Nachstehend sind die Schritte S22 bis S27 ähnlich den Schritten S12 bis S17, die der U-Phasen-Ausfallbestimmungsverarbeitung entsprechen, und somit wird ihre Beschreibung weggelassen.Hereinafter, steps S22 to S27 are similar to steps S12 to S17 corresponding to the U-phase dropout determination processing, and thus their description is omitted.
In Schritt S22 fährt die Verarbeitung zu Schritt S32 fort, wenn die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv der V-Phase nicht kleiner ist als der Schwellenwert 1. In Schritt S32 bestimmt, wenn eine Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idc und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw der W-Phase kleiner als der Schwellenwert 1 ist, die Ausfallbestimmungseinheit 452, dass in dem W-Phasen-Leistungshalbleiter ein Ausfall aufgetreten ist. Nachstehend sind die Schritte S32 bis S37 ähnlich den Schritten S12 bis S17, die der U-Phasen-Ausfallbestimmungsverarbeitung entsprechen, und somit wird ihre Beschreibung weggelassen.In step S22, the processing proceeds to step S32 if the difference between the DC current sensor value Idcs and the first simulated downtime DC current value Idcv of the V-phase is not smaller than the
Wenn die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw der W-Phase in Schritt S32 nicht kleiner ist als der Schwellenwert 1, fährt die Ausfallbestimmungseinheit 452 zu Schritt S39 fort. In Schritt S39 wird bestimmt, dass kein OFF-Stuck-Ausfall in dem Leistungshalbleiter vorhanden ist.If the difference between the DC current sensor value Idcs and the W-phase first simulated downtime DC current value Idcw is not less than the
Wenn sie das Ausfallmeldungssignal von der Ausfallbestimmungseinheit 452 empfängt, startet die PWM-Signalerzeugungseinheit 44 die Ausfallbehandlungsverarbeitung. Wenn das Ausfallmeldungssignal in Schritt S18 von
In Schritt S41 wird ein PWM-Signal, um in dem Freilaufzustand oder dem aktiven Kurzschlusszustand des unteren Zweigs zu sein, erzeugt. Da es aufgrund des Ausfalls schwierig ist, den Leistungshalbleiter des oberen Schaltungszweigs einzuschalten, wird der obere Schaltungszweig nicht in den aktiven Kurzschlusszustand gebracht.In step S41, a PWM signal to be in the free-running state or the active short-circuit state of the lower arm is generated. Since it is difficult to turn on the power semiconductor of the upper arm circuit due to the failure, the upper arm circuit is not brought into the active short circuit state.
Wenn in Schritt S42 bestimmt wird, dass der OFF-Stuck-Ausfall in dem unteren Zweig irgendeiner aus der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase aufgetreten ist, fährt die Verarbeitung zu Schritt S43 fort.When it is determined in step S42 that the OFF stuck failure has occurred in the lower arm of any one of the U phase, the V phase and the W phase, the processing proceeds to step S43.
In Schritt S43 wird ein PWM-Signal, um in dem Freilaufzustand oder dem aktiven Kurzschlusszustand des oberen Zweigs zu sein, erzeugt. Da es aufgrund des Ausfalls schwierig ist, den Leistungshalbleiter des unteren Schaltungszweigs einzuschalten, wird der untere Schaltungszweig nicht in den aktiven Kurzschlusszustand gebracht.In step S43, a PWM signal to be in the free-running state or the upper-arm active short-circuit state is generated. Since it is difficult to turn on the power semiconductor of the lower arm circuit due to the failure, the lower arm circuit is not brought into the active short circuit state.
In einem Fall, der keinem Ausfall in Schritt S40 und Schritt S42 entspricht, fährt die Verarbeitung zu Schritt S44 fort. Da kein Ausfall aufgetreten ist, fährt die PWM-Signalerzeugungseinheit 44 mit einem PWM-Betrieb fort, erzeugt ein PWM-Signal gemäß den Einschaltdauerwerten Du, Dv und Dw der jeweiligen Phasen und gibt das PWM-Signal in Schritt S44 zu der Ansteuerschaltung 50 aus.In a case that corresponds to no failure in step S40 and step S42, the processing proceeds to step S44. Since no failure has occurred, the PWM
Der AC-Stromsensorwert lus, der durch die U-Phase fließt, wird zu null, da der OFF-Stuck-Ausfall in dem oberen Schaltungszweig des U-Phase zu der Zeit t aufgetreten ist, wie in
[Zweite Ausführungsform][Second embodiment]
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält keinen DC-Stromsensor 80 und eine andere Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 46 im Vergleich zu der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in
Eine Berechnungseinheit 461 für simulierten DC-Strom der Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 46 berechnet einen ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Strom jeder Phase basierend auf den Formeln (1) bis (3), die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind. Ferner wird ein simulierter Normalzeit-DC-Stromwert unter Verwendung der Einschaltdauern Du, Dv und Dw der jeweiligen Phasen und der AC-Stromsensorwerte lus, Ivs und Iws der entsprechenden Phasen berechnet. Das heißt, ein DC-Strom zu der Normalzeit kann durch die folgende Formel (4) berechnet werden, und somit wird der durch diese Formel (4) berechnete Wert anstelle eines DC-Stromsensors verwendet.
Hier ist Du eine relative Einschaltdauer der U-Phase, Dv ist eine relative Einschaltdauer der U-Phase der V-Phase, Dw ist ein eine relative Einschaltdauer der W-Phase, lus ist ein U-Phasen-AC-Stromsensorwert, Ivs ist ein V-Phasen-Stromsensorwert und Iws ist ein W-Phasen-Stromsensorwert.Here, Du is a U-phase duty ratio, Dv is a U-phase duty ratio of V-phase, Dw on is a W-phase duty ratio, lus is a U-phase AC current sensor value, Ivs is on V-phase current sensor value and Iws is a W-phase current sensor value.
Die Berechnungseinheit 461 für simulierten DC-Strom gibt den berechneten DC-Strom zu einer Ausfallbestimmungseinheit 462 aus. Die Ausfallbestimmungseinheit 462 bestimmt, welcher Punkt der Leistungshalbleiter in der Leistungsumsetzungsschaltung 60 ausgefallen ist, unter Verwendung der ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwerte der jeweiligen Phasen, des simulierten Normalzeit-DC-Stromwertes, der Einschaltdauerwerte Du, Dv und Dw der entsprechenden Phasen und eines Zieldrehmoments und gibt ein Ausfallmeldungssignal, das dem Ausfallpunkt entspricht, zu der Ausfallmeldungsvorrichtung 30 und der PWM-Signaierzeugungseinheit 44 aus. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausfallbestimmungseinheit 462 das Zieldrehmoment bestimmt, um zu identifizieren, ob es die Leistungsbetriebszeit oder die Regenerationszeit ist. Insbesondere gibt ein positives Zieldrehmoment die Leistungsbetriebszeit an, und ein negatives Zieldrehmoment gibt die Regenerationszeit an. Als ein weiteres Identifizierungsverfahren kann die Leistungsbetriebszeit identifiziert werden, wenn der simulierte Normalzeit-DC-Strom, der durch die Berechnungseinheit 461 für simulierten DC-Strom berechnet wird, positiv ist, und die Regenerationszeit kann identifiziert werden, wenn der durch die Berechnungseinheit 461 für simulierten DC-Strom berechnete simulierte Normalzeit-DC-Strom negativ ist.The simulated DC
In der Ausfallbestimmungsverarbeitung in der Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 46 gemäß der zweiten Ausführungsform werden die gleichen Punkte wie diejenigen in dem Ablaufplan, der die Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, der in
Wie in Schritt S10' in
In Schritt S11' berechnet die Berechnungseinheit 461 für simulierten DC-Strom einen ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu der U-Phase, einen ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv der V-Phase und einen ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw der W-Phase basierend auf den Formeln (1) bis (3) aus den Einschaltdauerwerten Du, Dv und Dw und den AC-Stromsensorwerten lus, Ivs und Iws der entsprechenden Phasen und gibt die berechneten Werte zu der Ausfallbestimmungseinheit 462 aus. Ferner wird ein simulierter Normalzeit-DC-Strom Idee, der ein DC-Strom zu der Normalzeit ist, basierend auf Formel (4) berechnet und zu der Ausfallbestimmungseinheit 462 ausgegeben.In step S11′, the simulated DC
In Schritt S12' bestimmt, wenn eine Differenz zwischen simulierten Normalzeit-DC-Strom Idce und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu der U-Phase kleiner als ein Schwellenwert 1 ist, die Ausfallbestimmungseinheit 462, dass in dem U-Phasen-Leistungshalbleiter ein Ausfall aufgetreten ist. Wenn ein OFF-Stuck-Ausfall eines Leistungshalbleiters auftritt, ist ein erster simulierter Ausfallzeit-DC-Strom einer entsprechenden Phase im Wesentlichen gleich einem tatsächlichen DC-Stromwert in einer Zeitzone, in der der Strom zu dem ausgefallenen Leistungshalbleiter fließen soll. Der Schwellenwert 1 ist auf einen Wert eingestellt, der eine solche Beziehung erfüllt. Als ein Ergebnis ist es möglich zu bestimmen, in welcher Phase der Ausfall aufgetreten ist.In step S12', when a difference between the simulated normal-time DC current Idce and the first simulated downtime DC current value Idcu of the U-phase is smaller than a
In Schritt S13 bestimmt die Ausfallbestimmungseinheit 462, ob der Motor 20 in einem Leistungsbetriebszustand oder in einem Regenerationszustand ist, basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment oder dergleichen. Das Folgende ist ähnlich dem Ablaufplan, der die Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, die in
Wenn in Schritt S12' die Differenz zwischen dem simulierten Normalzeit-DC-Strom Idce und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu der U-Phase nicht kleiner ist als der Schwellenwert 1, fährt die Verarbeitung zu Schritt S22' fort. In Schritt S22' bestimmt, wenn eine Differenz zwischen simulierten Normalzeit-DC-Strom Idce und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv der V-Phase kleiner als der Schwellenwert 1 ist, die Ausfallbestimmungseinheit 462, dass in dem V-Phasen-Leistungshalbleiter ein Ausfall aufgetreten ist. Nachstehend sind die Schritte S23 bis S27 ähnlich den Schritten S13 bis S17 in der der U-Phasen-Ausfallbestimmungsverarbeitung, und somit wird ihre Beschreibung weggelassen.When the difference between the simulated normal-time DC current Idce and the first simulated down-time DC current value Idcu of the U-phase is not smaller than the
Wenn in Schritt S22' die Differenz zwischen dem simulierten Normalzeit-DC-Strom Idce und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv der V-Phase nicht kleiner ist als der Schwellenwert 1, fährt die Verarbeitung zu Schritt S32' fort. In Schritt S32' bestimmt, wenn eine Differenz zwischen simulierten Normalzeit-DC-Strom Idce und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw der W-Phase kleiner als der Schwellenwert 1 ist, die Ausfallbestimmungseinheit 462, dass in dem W-Phasen-Leistungshalbleiter ein Ausfall aufgetreten ist. Nachstehend sind die Schritte S33 bis S37 ähnlich den Schritten S13 bis S17 in der der U-Phasen-Ausfallbestimmungsverarbeitung, und somit wird ihre Beschreibung weggelassen.When the difference between the simulated normal-time DC current Idce and the first simulated down-time DC current value Idcv of the V-phase is not smaller than the
Wenn in Schritt S32' die Differenz zwischen dem simulierten Normalzeit-DC-Strom Idce und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw der W-Phase nicht kleiner ist als der Schwellenwert 1, fährt die Ausfallbestimmungseinheit 462 zu Schritt S39 fort. In Schritt S39 wird bestimmt, dass kein OFF-Stuck-Ausfall in dem Leistungshalbleiter vorhanden ist.When in step S32' the difference between the simulated normal-time DC current Idce and the first simulated down-time DC current value Idcw of the W-phase is not smaller than the
[Dritte Ausführungsform][Third Embodiment]
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in
Eine Berechnungseinheit 471 für simulierten DC-Strom der Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 47 berechnet einen ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Strom jeder Phase basierend auf den Formeln (1) bis (3), die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind. Ferner werden zweite simulierte Ausfallzeit-DC-Ströme der jeweiligen Phasen basierend auf den folgenden Formeln (5) bis (7) berechnet
Hier ist Du eine relative Einschaltdauer der U-Phase, Dv ist eine relative Einschaltdauer der V-Phase, Dw ist eine relative Einschaltdauer der W-Phase, lus ist ein U-Phasen-AC-Stromsensorwert, Ivs ist ein V-Phasen-Stromsensorwert, Iws ist ein W-Phasen-Stromsensorwert, und K ist ein Koeffizient. Der Koeffizient K ist innerhalb des Bereichs 0 < K ≤ 1 eingestellt. Die ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Ströme der Formeln (1) bis (3), die in der ersten Ausführungsform dargestellt sind, entsprechen einem Fall, in dem die Formeln (5) bis (7) mit K = 0 berechnet werden. Um fehlerhafte Detektion in der Normalzeit zu vermeiden, ist es wünschenswert, K auf einen Wert einzustellen, der sich signifikant von 0 unterscheidet (beispielsweise K = 1).Here, Du is a U-phase duty ratio, Dv is a V-phase duty ratio, Dw is a W-phase duty ratio, lus is a U-phase AC current sensor value, Ivs is a V-phase current sensor value , Iws is a W-phase current sensor value, and K is a coefficient. The coefficient K is set within the range of 0<K≦1. The first simulated downtime DC currents of the formulas (1) to (3) shown in the first embodiment correspond to a case where the formulas (5) to (7) are calculated with K=0. In order to avoid erroneous detection in normal time, it is desirable to set K to a value significantly different from 0 (e.g. K=1).
Der erste simulierte Ausfallzeit-DC-Strom und der zweite simulierte Ausfallzeit-DC-Strom jeder Phase, die durch die Berechnungseinheit 471 für simulierten DC-Strom berechnet werden, werden zu der Ausfallbestimmungseinheit 472 ausgegeben.The first downtime simulated DC current and the second downtime simulated DC current of each phase calculated by the simulated DC
Die Ausfallbestimmungseinheit 472 bestimmt, welcher Punkt der Leistungshalbleiter in der Leistungsumsetzungsschaltung 6O ausgefallen ist, unter Verwendung der ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwerte der jeweiligen Phasen, der zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwerte der entsprechenden Phasen, eines DC-Stromsensorwerts Idcs, der Einschaltdauerwerte Du, Dv und Dw der entsprechenden Phasen und eines Zieldrehmoments und gibt ein Ausfallmeldungssignal, das dem Ausfallpunkt entspricht, zu der Ausfallmeldungsvorrichtung 30 und der PWM-Signalerzeugungseinheit 44 aus.The
In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Ausfallbestimmungseinheit 472, ob eine Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert kleiner ist als ein Schwellenwert 1 und eine Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert kleiner ist als der Schwellenwert 1.In the present embodiment, the
Da kein Strom durch einen ausgefallenen Leistungshalbleiter fließt, sind die zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Ströme unter Verwendung aller AC-Ströme der drei Phasen und der DC-Ströme ebenfalls gleich. Deshalb kann ein Ausfallpunkt selbst dann identifiziert werden, wenn der zweite simulierte Ausfallzeit-DC-Strom zusätzlich verwendet wird. Wenn nur die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert bestimmt wird, nähert sich der DC-Strom dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert an, der nicht eine ausgefallene Phase ist, zu der Zeit, zu der die Einschaltdauer klein ist (Einschaltdauer ≈ 0), was eine fälschliche Detektion eines Ausfalls verursachen kann. Andererseits ist es möglich, eine fälschliche Detektion des Ausfalls durch Bestimmen, ob die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert kleiner ist als der Schwellenwert 1 und die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert kleiner ist als der Schwellenwert 1, in der vorliegenden Ausführungsform zu eliminieren.Since no current flows through a failed power semiconductor, the second simulated downtime DC currents using all three phase AC currents and the DC currents are also equal. Therefore, a point of failure can be identified even if the second simulated failure time DC current is additionally used. If only the difference between the DC current sensor value Idcs and the first simulated downtime DC current value is determined, the DC current approaches the first simulated downtime DC current value, which is not a failed phase, at the time to which the duty cycle is small (duty cycle ≈ 0), which can cause erroneous detection of a failure. On the other hand, it is possible to falsely detect the failure by determining whether the difference between the DC current sensor value Idcs and the first simulated downtime DC current value is less than
In der Ausfallbestimmungsverarbeitung in der Leistungshalbleiterdiagnoseeinheit 47 gemäß der dritten Ausführungsform werden die gleichen Punkte wie diejenigen in dem Ablaufplan, der die Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, die in
In Schritt S10 von
In Schritt S12" bestimmt die Ausfallbestimmungseinheit 472, dass ein Ausfall in dem U-Phasen-Leistungshalbleiter aufgetreten ist, wenn die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu der U-Phase und kleiner ist als der Schwellenwert 1 und die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem zweiten simulierten DC-Stromwert Idcu2 der U-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1.In step S12", the
In Schritt S13 bestimmt die Ausfallbestimmungseinheit 462, ob der Motor 20 in einem Leistungsbetriebszustand oder in einem Regenerationszustand ist, basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment oder dergleichen. Nachstehend sind die Schritte S13 bis S18 ähnlich denjenigen des Ablaufplans, der die Ausfallbestimmungsverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, der in
Die Ausfallbestimmungseinheit 472 fährt zu einem Prozess von Schritt S22" fort, falls eine Bedingung, dass die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu der U-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1 und die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcu2 der U-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1, in Schritt S12" nicht erfüllt ist. In Schritt S22" bestimmt die Ausfallbestimmungseinheit 472, dass ein Ausfall in dem V-Phasen-Leistungshalbleiter aufgetreten ist, wenn die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv der V-Phase und kleiner ist als der Schwellenwert 1 und die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv2 der V-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1. Nachstehend sind die Schritte S23 bis S27 ähnlich den Schritten S13 bis S17 in der der U-Phasen-Ausfallbestimmungsverarbeitung, und somit wird ihre Beschreibung weggelassen.The
Falls eine Bedingung, dass die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv der V-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1 und die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcv2 der V-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1, in Schritt S22" nicht erfüllt ist, fährt die Verarbeitung zu einem Prozess von Schritt S32" fort. In Schritt S32" bestimmt die Ausfallbestimmungseinheit 472, dass ein Ausfall in dem W-Phasen-Leistungshalbleiter aufgetreten ist, wenn die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw der W-Phase und kleiner ist als der Schwellenwert 1 und die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw2 der W-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1. Nachstehend sind die Schritte S33 bis S37 ähnlich den Schritten S13 bis S17 in der der U-Phasen-Ausfallbestimmungsverarbeitung, und somit wird ihre Beschreibung weggelassen.If a condition that the difference between the DC current sensor value Idcs and the first simulated downtime DC current value Idcv of the V phase is smaller than the
Die Ausfallbestimmungseinheit 462 fährt zu einem Prozess von Schritt S39 fort, falls eine Bedingung, dass die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw der W-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1 und die Differenz zwischen dem DC-Stromsensorwert Idcs und dem zweiten simulierten Ausfallzeit-DC-Stromwert Idcw2 der W-Phase kleiner ist als der Schwellenwert 1, in Schritt S32" nicht erfüllt ist. In Schritt S39 wird bestimmt, dass kein OFF-Stuck-Ausfall in dem Leistungshalbleiter vorhanden ist.The
[Vierte Ausführungsform][Fourth Embodiment]
Da die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß einer vierten Ausführungsform ähnlich der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist, die in
In der ersten Ausführungsform wird in Schritt S12 von
In Schritt S22''' von
In Schritt S32''' von
[Fünfte Ausführungsform][Fifth Embodiment]
Da die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 gemäß einer fünften Ausführungsform ähnlich der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform ist, die in
In der dritten Ausführungsform wird in Schritt S12" von
In Schritt S22''' in
In Schritt S32''' in
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die folgenden Betriebseffekte erhalten.
- (1)
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 enthält: dieLeistungsumsetzungsschaltung 60, die entsprechend jeder Phase desMotors 20, der mehrere Phasen aufweist, einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig enthält und einen DC-Strom in AC-Ströme der mehreren Phasen umsetzt; dieSteuerschaltung 40, die ein PWM-Signal zu dem oberen Schaltungszweig und dem unteren Schaltungszweig ausgibt; dieBerechnungseinheit 451 für simulierten DC-Strom, die erste simulierte Ausfallzeit-DC-Ströme basierend auf AC-Stromwerten verbleibender Phasen, wenn eine Phase aus den mehreren Phasen ausfällt, basierend auf den AC-Strömen, die aus der Leistungsumsetzungsschaltung 60 ausgegeben werden, und einer relativen Einschaltdauer des PWM-Signals berechnet; und dieAusfallbestimmungseinheit 452, die einen Ausfall des oberen Schaltungszweigs oder des unteren Schaltungszweigs irgendeiner Phase basierend auf einem DC-Strom, der indie Leistungsumsetzungsschaltung 60 eingegeben wird, oder einem DC-Strom basierend auf einem AC-Stromwert, der aus der Leistungsumsetzungsschaltung 60 ausgegeben wird, der relativen Einschaltdauer des PWM-Signals und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Strom detektiert. Als ein Ergebnis ist es möglich zu identifizieren, welcher Punkt von Leistungshalbleitern, die einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig bilden, ausgefallen ist. - (2) Ein Verfahren zum Steuern der
Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 enthält:Bilden der Leistungsumsetzungsschaltung 60, die entsprechend jeder Phase desMotors 20, der mehrere Phasen aufweist, einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig enthält, und Umsetzen eines DC-Stroms in AC-Ströme der mehreren Phasen; Ausgeben eines PWM-Signals zu dem oberen Schaltungszweig und dem unteren Schaltungszweig; Berechnen erster simulierter Ausfallzeit-DC-Ströme basierend auf AC-Stromwerten verbleibender Phasen, wenn eine Phase aus den mehreren Phasen ausfällt, basierend auf den AC-Strömen, die aus der Leistungsumsetzungsschaltung 60 ausgegeben werden, und einer relativen Einschaltdauer des PWM-Signals; und Detektieren eines Ausfalls des oberen Schaltungszweigs oder des unteren Schaltungszweigs irgendeiner Phase basierend auf einem DC-Strom, der indie Leistungsumsetzungsschaltung 60 eingegeben wird, oder einem DC-Strom basierend auf einem AC-Stromwert, der aus der Leistungsumsetzungsschaltung 60 ausgegeben wird, der relativen Einschaltdauer des PWM-Signals und dem ersten simulierten Ausfallzeit-DC-Strom. Als ein Ergebnis ist es möglich zu identifizieren, welcher Punkt von Leistungshalbleitern, die einen oberen Schaltungszweig und einen unteren Schaltungszweig bilden, ausgefallen ist.
- (1) The
power conversion device 100 includes: thepower conversion circuit 60 that includes an upper arm circuit and a lower arm circuit corresponding to each phase of themotor 20 having multiple phases, and converts a DC current into AC currents of the multiple phases; thecontrol circuit 40 which outputs a PWM signal to the upper circuit arm and the lower circuit arm; the simulated DCcurrent calculation unit 451 calculates first simulated downtime DC currents based on AC current values of remaining phases when one phase out of the plurality of phases fails, based on the AC currents output from thepower conversion section 60, and a duty ratio of the PWM signal is calculated; and thefailure determination unit 452 that determines a failure of the upper circuit arm or the lower circuit arm of any phase based on a DC current input to thepower conversion circuit 60 or a DC current based on an AC current value output from thepower conversion circuit 60 is detected, the duty cycle of the PWM signal and the first simulated downtime DC current. As a result, it is possible to identify which point of power semiconductors constituting an upper arm and a lower arm has failed. - (2) A method for controlling the
power conversion device 100 includes: forming thepower conversion circuit 60 including an upper arm circuit and a lower arm circuit corresponding to each phase of themotor 20 having multiple phases, and converting a DC current into AC currents of the multiple phases; outputting a PWM signal to the upper circuit branch and the lower circuit branch; calculating first simulated failure time DC currents based on AC current values of remaining phases when one phase of the plurality of phases fails, based on the AC currents output from thepower conversion circuit 60 and a duty ratio of the PWM signal; and detecting a failure of the upper circuit arm or the lower circuit arm of any phase based on a DC current input to thepower conversion circuit 60, or a DC current based on an AC current value output from thepower conversion circuit 60, the duty ratio of the PWM signal, and the first simulated downtime DC current. As a result, it is possible to identify which point of power semiconductors constituting an upper arm and a lower arm has failed.
(Modifikationen)(Modifications)
Die vorliegende Erfindung kann durch Modifizieren der vorstehend beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsform wie folgt modifiziert werden.
- (1)
Der Motor 20 ist als ein Beispiel der drei Phasen, die im Inneren drei Wicklungen aufweisen, beschrieben worden, kann jedoch ein Mehrphasenmotor sein, ohne auf die drei Phasen beschränkt zu sein. Selbst in diesem Fall ist es möglich, einen Ausfall eines oberen Schaltungszweigs oder eines unteren Schaltungszweigs irgendeiner Phase zu detektieren. - (2)
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 enthält den AC-Stromsensor 90 für die drei Phasen darin, kann jedoch einen AC-Stromsensor für nur zwei Phasen enthalten. In diesem Fall kann ein AC-Strom der verbleibenden einen Phase unter Verwendung einer Tatsache berechnet werden, dass die Summe der AC-Ströme der drei Phasen null wird, und der Ausfall des oberen Schaltungszweigs oder des unteren Schaltungszweigs irgendeiner Phase kann auf ähnliche Weise wie in dem Fall, der den AC-Stromsensor 90 für die drei Phasen enthält, detektiert werden.
- (1) The
motor 20 has been described as an example of the three phases having three windings inside, but may be a polyphase motor without being limited to the three phases. Even in this case, it is possible to detect failure of an upper arm or a lower arm of any phase. - (2) The
power conversion device 100 includes the ACcurrent sensor 90 for the three phases therein, but may include an AC current sensor for only two phases. In this case, an AC current of the remaining one phase can be calculated using a fact that the sum of the AC currents of the three phases becomes zero, and the failure of the upper-arm circuit or the lower-arm circuit of any phase can be detected in a similar manner as in the case including the ACcurrent sensor 90 for the three phases can be detected.
Die vorliegende Erfindung ist nicht die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und andere Betriebsarten, die in einem Schutzbereich der technischen Idee der vorliegenden Erfindung erdacht werden können, sind ebenfalls in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten, solange die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt sind. Zusätzlich kann die Erfindung durch Kombinieren der Ausführungsformen und Modifikationen konfiguriert sein.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and other modes that can be conceived within a scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention as long as the characteristics of the present invention are not impaired. In addition, the invention can be configured by combining the embodiments and modifications.
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- DC-StromversorgungDC power supply
- 2020
- Motorengine
- 4040
- Steuerschaltungcontrol circuit
- 4141
- Motordrehzahlberechnungseinheitengine speed calculation unit
- 4242
- Zielstromberechnungseinheittarget current calculation unit
- 4343
- Einschaltdauerberechnungseinheitduty cycle calculation unit
- 4444
- PWM-SignalerzeugungseinheitPWM signal generation unit
- 4545
- LeistungshalbleiterdiagnoseeinheitPower semiconductor diagnostic unit
- 5050
- Ansteuerschaltungcontrol circuit
- 6060
- Leistungsumsetzungsschaltungpower conversion circuit
- 100100
- Leistungsumsetzungsvorrichtungpower conversion device
- 451451
- Berechnungseinheit für simulierten DC-StromCalculation unit for simulated DC current
- 452452
- Ausfallbestimmungseinheitfailure determination unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- JP 2017208893 A [0005]JP 2017208893 A [0005]
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-
2020
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