JP2008048534A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｚソース昇圧回路の地絡を正確に検知することのできるインバータ装置を提供する。
【解決手段】直流電源の正極端側に接続された第１リアクタと、直流電源の負極端に接続された第２リアクタと、第１リアクタの入力端と第２リアクタの出力端との間に接続された第１コンデンサと、第１リアクタの出力端と第２リアクタの入力端との間に接続された第２コンデンサとを備えた昇圧回路４と、昇圧回路の出力側に接続された複数相のインバータ回路６とを備えたインバータ装置において、昇圧回路とインバータ回路との間に昇圧回路の正極側の出力端及び負極側の出力端の少なくとも一方の地絡を検知するための検出値を出力する地絡検知回路５と、インバータ回路のいずれかの相を短絡する期間であるショート期間では地絡検知回路から出力される前記検出値よる地絡の判定を禁止し、ショート期間を除く期間で検出値により地絡を判定する地絡判定手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置に関する。特に、Ｚソース昇圧回路を有するインバータ装置の地絡検知に関する。

ハイブリッド自動車、燃料電池車両や電動車両などでは、電動機（以下、モータ）により、駆動力が生成され、車軸に伝達される。車両の走行状態に応じた最適な駆動力を得るために、バッテリの電源電圧を昇圧回路により、所望の電圧に昇圧し、該昇圧電圧に基づき、モータの駆動力を得ている。

高出力及び高効率を実現する昇圧回路として、特許文献１に記載されたインピーダンス（Ｚ）ソース昇圧回路が提案されている。Ｚソース昇圧回路は、直流電源の正極端側に接続された第１リアクタと、直流電源の負極端側に接続された第２リアクタと、第１リアクタの入力端と第２リアクタの出力端との間に接続された第１コンデンサと、第１リアクタの出力端と第２リアクタの入力端との間に接続された第２コンデンサとを備えて構成される。そして、インバータ回路が昇圧回路の出力側に接続される。

インバータ回路は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相について、ＩＧＢＴ素子（Insulated Gate Bipolar mode Transistor）（スイッチング素子）とフリーホイルダイオードとを逆並列接続したＩＧＢＴモジュールが三相インバータ回路の各アームを構成する。上アーム（ハイ側）を構成するＩＧＢＴモジュールと下アーム（ロー側）を構成するＩＧＢＴモジュールは直列接続されて三相インバータ回路を構成する。

インバータ回路は、キャリア周期毎に、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相について、各相電流が目標電流に一致するように、ＰＷＭ変調方式により制御される。

Ｚソース昇圧回路は、Ｕ，Ｗ，Ｗのいずれかの相の上下のアームが短絡するショート期間において、第１及び第２リアクタの充電による磁気エネルギーの蓄積、並びに第１及び第２コンデンサの放電を行った後、ＰＷＭ制御による電力供給期間やＵ，Ｖ，Ｗ相の全ての上又は下アームが短絡するゼロベクトル期間において、第１及び第２リアクタの放電並びに第１及び第２コンデンサの充電を行うことにより昇圧する。

一方、Ｚソース昇圧回路の正極端はインバータ回路の絶縁被膜されたＰ電源ラインに、Ｚソース昇圧回路の負極端は絶縁被膜されたインバータ回路の絶縁被膜されたＮ電源ラインに接続されるが、事故などにより絶縁被膜が破壊されたり、インバータ装置の部品が故障した場合、Ｐ，Ｎ電源ラインがグラウンド、例えば、インバータ回路が車両に搭載される場合には、Ｐ，Ｎ電源ラインがボディなどに接触してしまう（以下、地絡と呼ぶ）ことがあるため、地絡を検知し、その旨を報知する必要がある。
米国特許出願公開第２００３／０２３１５１８号明細書

しかしながら、従来から用いられている地絡検知では以下のような問題があった。上記Ｚソース昇圧回路における、ショート期間では、インバータ回路のいずれかの相の上下のアームが短絡することから、図１５に示すように、Ｚソース昇圧回路の昇圧電圧Ｖｏｕｔはゼロとなる。一方、ゼロベクトル期間や電力供給期間では、全ての相の上下のアームが短絡するということがなく、Ｚソース昇圧回路の昇圧電圧Ｖｏｕｔはゼロではない所望電圧となる。

従って、ショート期間とそれ以外の電力供給期間やゼロベクトル期間では地絡を検出するための地絡検知回路に流れる電流が大きく異なってしまう。例えば、ショート期間では、地絡及び非地絡のいずれの場合においても、地絡検知回路に流れる電流は小さくなってしまい、地絡と非地絡の場合で、地絡検知回路に流れる電流に差が生じなくなり、地絡であるか非地絡であるかの検知を行うことができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、Ｚソース昇圧回路の地絡を正確に検知することのできるインバータ装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明によると、直流電源の正極端側に接続された第１リアクタと、前記直流電源の負極端側に接続された第２リアクタと、前記第１リアクタの入力端と前記第２リアクタの出力端との間に接続された第１コンデンサと、前記１リアクタの出力端と前記第２リアクタの入力端との間に接続された第２コンデンサとを備えて構成される昇圧回路と、前記昇圧回路の出力側に接続された複数相のインバータ回路とを備え、前記インバータ回路のいずれかの相を前記昇圧回路による昇圧のために短絡するインバータ装置であって、前記昇圧回路と前記インバータ回路との間に前記インバータ回路の地絡を検知するための検出値を出力する地絡検知回路と、前記インバータ回路のいずれかの相を短絡する期間であるショート期間では前記地絡検知回路から出力される前記検出値よる地絡の判定を禁止し、前記ショート期間を除く期間で前記検出値により地絡を判定する地絡判定手段とを具備したことを特徴とするインバータ装置が提供される。

請求項２記載の発明によると、直流電源の正極端に接続された第１リアクタと、前記直流電源の負極端側に接続された第２リアクタと、前記第１リアクタの入力端と前記第２リアクタの出力端との間に接続された第１コンデンサと、前記１リアクタの出力端と前記第２リアクタの入力端との間に接続された第２コンデンサとを備えて構成される昇圧回路と、前記昇圧回路の出力側に接続された複数相のインバータ回路とを備え、前記インバータ回路のいずれかの相を前記昇圧回路による昇圧のために短絡するインバータ装置であって、前記昇圧回路と前記インバータ回路との間に前記インバータ回路の地絡を検知するための検出値を出力する地絡検知回路と、前記インバータ回路のいずれかの相を短絡する期間であるショート期間を含む一定期間における前記昇圧回路の出力端間の外部電圧又は前記昇圧回路の内部電圧の第１平均値及び前記検出値の前記一定期間における第２平均値に基づき、地絡を判定する地絡判定手段とを具備したことを特徴とするインバータ装置が提供される。

請求項３記載の発明によると、請求項１又は２記載の発明において、前記地絡検知回路は、前記昇圧回路の正側の出力端が接続される正極側の電源ラインと前記昇圧回路の負側の出力端が接続される負極側の電源ラインの間に、複数の直列接続した抵抗と、前記複数の抵抗の中点をアース接続し、該中点から前記正極側の電源ライン側及び前記負極側の電源ライン側の抵抗と前記中点間の電圧を前記検出値として出力する回路とを具備するインバータ装置が提供される。

請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記地絡判定手段は、前記昇圧回路の内部電圧又は前記昇圧回路の正極側の出力端と前記昇圧回路の負極側の出力端間の電圧に応じた閾値電圧と前記検出値とを比較して、地絡を判定するインバータ装置が提供される。

請求項５記載の発明によれば、請求項２記載の発明において、前記地絡判定手段は、前記第１平均値に応じた閾値電圧と前記第２平均値とを比較して、地絡を判定するインバータ装置が提供される。

請求項１記載の発明によると、ショート期間は地絡検知をしないので、地絡を正確に検知することができる。

請求項２記載の発明によると、ショート期間を含む一定期間の昇圧電圧等の第１平均値と地絡検知回路の検出値の第２平均値を比較して、地絡を検知するので、ショート期間を地絡検知期間として含む昇圧回路の出力電圧の全範囲で地絡が検出可能となるとともに、正確に地絡を検知することができる。

請求項３記載の発明によると、昇圧回路の正極側及び負極側の両方の地絡を検知することができるとともに、地絡検知回路が検出する検出値を正極側及び負極側について極性を除いて同じ値とでき、地絡判定が容易になる。

請求項４記載の発明によると、昇圧回路の電圧値に応じた閾値電圧と検出値を比較するので、より正確に地絡を検知することができる。

請求項５記載の発明によると、昇圧回路の電圧値の第１平均値に応じた閾値電圧と検出値を比較するので、より正確に地絡を検知することができる。

第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態による示すインバータ装置の構成図である。図１に示すように、インバータ装置は、バッテリ２、平滑コンデンサＣ、昇圧回路４、地絡検知回路５、インバータ回路６、昇圧電圧センサ１０、相電流センサ１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ、位置検出センサ１４、入力反転回路１６、ＥＣＵ１８及び警告灯２０を具備する。

バッテリ２は、モータ８に昇圧回路４やインバータ回路６を介して電力供給するための高圧バッテリであり、リチウムイオン、ニッケル−水素、又は燃料電池などであり、複数の単電池がモジュール化された複数のバッテリブロックが直列接続されている。平滑コンデンサＣは、バッテリ２の正極端及び負極端に接続され、インバータ回路６のスイッチングによるノイズを除去するためのコンデンサである。

昇圧回路４は、アノードがバッテリ２（直流電源）に接続され、カソードが第１リアクタＬ１に接続されたダイオードＤと、このダイオードＤに並列に接続されたスイッチング素子をなすＩＧＢＴ素子Ｑｉｎと、ダイオードＤのカソード（バッテリ２の正極端側）に接続された第１リアクタＬ１と、バッテリ２の負極端側に接続された第２リアクタＬ２と、第１リアクタＬ１の入力端と第２リアクタＬ２の出力端との間に接続された第１コンデンサＣ１と、第１リアクタＬ１の出力端と第２リアクタＬ２の入力端との間に接続された第２コンデンサＣ２とを備えて構成されたＺソース昇圧回路である。

ダイオードＤは、電力供給期間やゼロベクトル期間ではＯＮ，ショート期間ではＯＦＦするためのものである。バッテリ２と昇圧回路４との間の通電のオン及びオフをＥＣＵ１８から入力されるゲート信号に応じて切り換えるスイッチング素子をなすトランジスタＱｉｎが設けられている。そして、このＩＧＢＴ素子Ｑｉｎのコレクタは昇圧回路４の第１リアクタＬ１に接続され、エミッタはバッテリ２の正極端に接続されている。ＩＧＢＴ素子ＱｉｎはＥＣＵ１８によりモータ８の負荷電流が低い領域において適宜オンされたり、図示しない外部原動機によりモータ８が駆動されて発電された発電電力をバッテリ２に充電するときにオンされたり、モータ８の回生制動により発生された回生電力をバッテリ２に充電するときにオンされる。

地絡検知回路５は、Ｚソース昇圧回路４の正極側及び負極側の地絡を検知するための回路であり、フォトＭＯＳリレーＲＬ１、フォトＭＯＳリレーＲＬ２、直列接続され、中点が接地された第１抵抗Ｒ１１、第２抵抗Ｒ１２、第３抵抗Ｒ２２及び第４抵抗Ｒ２１を有する。

フォトＭＯＳリレーＲＬ１は、Ｚソース昇圧回路４の正極端と第１抵抗Ｒ１１との間を接続／遮断するリレースイッチであり、その一端がＺソース昇圧回路４の正極端に接続され、他端が第１抵抗Ｒ１１の一端に接続され、ＥＣＵ１８によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。

フォトＭＯＳリレーＲＬ２は、Ｚソース昇圧回路４の負極端と第４抵抗Ｒ２１との間を接続／遮断するリレースイッチであり、その一端がＺソース昇圧回路４の負極端に接続され、他端が第４抵抗Ｒ２１の一端に接続され、ＥＣＵ１８によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。

第１抵抗Ｒ１１及び第２抵抗Ｒ１２は、フォトＭＯＳリレーＲＬ１の他端とグラウンドとの間に直列に接続され、その第１接続点がＥＣＵ１８に接続されている。第３抵抗Ｒ２２及び第４抵抗Ｒ２１は、グラウンドとフォトＭＯＳリレーＲＬ２の他端との間に直列に接続され、その第２接続点がＥＣＵ１８に接続されている。第１接続点の電圧及び第２接続点の極性が反転された電圧をリーク電圧Ｖｌｅａｋと呼ぶ。

第１抵抗Ｒ１１と第４抵抗Ｒ２１は高抵抗であり、例えば、いずれも２００ｋΩとする。第２抵抗Ｒ１２と第３抵抗Ｒ２２の低抵抗であり、例えば、いずれも２ｋΩとする。これにより、直列接続された第１抵抗Ｒ１１〜第４抵抗Ｒ２１の中点が接地される。第１抵抗Ｒ１１と第４抵抗Ｒ２１、第２抵抗Ｒ１２と第３抵抗Ｒ２２の抵抗値を等しくすることにより、第１抵抗Ｒ１１及び第２抵抗Ｒ１２に流れる電流と、第３抵抗Ｒ２２及び第４抵抗Ｒ２１に流れる電流値が同じであるとき、第１及び第２接続点のリーク電圧Ｖｌｅａｋが極性を除いて等しくできる。これにより、地絡判定の処理が簡単になる。

第１抵抗Ｒ１１及び第４抵抗Ｒ２１を第２抵抗Ｒ１２及び第３抵抗Ｒ２２に比べて高抵抗としたのは、リーク電圧Ｖｌｅａｋを小さくして、ＥＣＵ１８の動作範囲電圧とするためである。

インバータ回路６は、Ｚソース昇圧回路４の正極側の出力端が正電源ラインＰＬ、負極側の出力端が負電源ラインＮＬに接続された複数相のインバータ回路であり、例えば、三相インバータ回路である。インバータ回路６は、ＩＧＢＴ素子（スイッチング素子）とフリーホイルダイオードとを逆並列接続したＩＧＢＴモジュールが三相インバータ回路の各アームを構成する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の上アームと下アームを構成するＩＧＢＴモジュールは直列接続されて三相インバータ回路を構成する。

ＩＧＢＴ素子ＵＨ及びフライホイールダイオードＤＵＨは、Ｕ相の上アーム（ハイ側）を構成する。また、ＩＧＢＴ素子ＶＨ及びフライホイールダイオードＤＶＨは、Ｖ相の上アームを構成し、ＩＧＢＴ素子ＷＨ及びフライホイールダイオードＤＷＨは、Ｗ相の上アームを構成する。

ＩＧＢＴ素子ＵＬ及びフライホイールダイオードＤＵＬは、Ｕ相の下アーム（ロー側）を構成する。また、ＩＧＢＴ素子ＶＬ及びフライホイールダイオードＤＶＬは、Ｖ相の下アームを構成し、ＩＧＢＴ素子ＷＬ及びフライホイールダイオードＤＷＬは、Ｗ相の下アームを構成する。

ＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨのコレクタが第１リアクタＬ１のＺソース昇圧回路４の出力端側に接続されている。ＩＧＢＴ素子ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのエミッタが第２リアクタＬ２のＺソース昇圧回路４の出力端側に接続されている。各ＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間は、エミッタからコレクタの方向が順方向となるようにフライホイールダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨ，ＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬが接続されている。

ＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬをパルス幅変調によりＯＮ／ＯＦＦするパルス信号（ゲート信号）がＥＣＵ１８よりＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのゲートに入力される。各ＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタ及び各ＩＧＢＴ素子ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタは、モータ８のＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイル端子に接続されている。

モータ８は、３相電力機器、例えば、ハイブリッド車両や燃料電池車両や電動車両などの車両に駆動源として搭載されるＤＣブラシレスモータ等である。昇圧電圧センサ１０は、Ｚソース昇圧回路４の正極端と負極端の電圧（昇圧電圧）Ｖｏｕｔを検出するセンサである。相電流センサ１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗは、モータ８に流れるＵ，Ｖ，Ｗ相の相電流を検出するセンサである。

位置検出センサ１４は、モータ８のステータとロータとの相対回転角θｍを検出するセンサである。センサ１０，１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ，１４の出力信号は、ＥＣＵ１８に入力され、アナログ／デジタル変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて、ＥＣＵ１８で処理される。入力反転回路１６は、第３抵抗Ｒ２２と第４抵抗Ｒ２１の第２接続点の電圧を負極性から正極性に反転する。入力反転回路１６の出力信号は、ＥＣＵ１８に入力される。

ＥＣＵ１８は、モータ８の駆動及び回生作動を制御するモータ制御手段並びに地絡検知手段として機能するものであり、図２に示すように、目標Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊算出手段５０、ＰＷＭ制御手段５２、ショート期間制御手段５４、ゲート信号出力手段５６及び地絡検知手段５８をプログラムの実行などにより実現する機能を有する。

目標Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊算出手段５０は、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、運転者のアクセル操作に係るアクセル開度を検出する図示しないアクセル開度センサ及び運転者のブレーキ操作に係る図示しないブレーキスイッチのオン／オフ等の各センサによる検出信号等から算出された車両の運転状態に応じたモータ８に対するトルク指令値から、目標ｄ軸電流ｉｄ^＊及び目標ｑ軸電流ｉｑ^＊を演算する。目標ｄ軸電流ｉｄ^＊、目標ｑ軸電流ｉｑ^＊、回転角度θｍ、並びにＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗの検出値をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流及びｑ軸電流から、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑと目標ｄ軸電流ｉｄ^＊及び目標ｑ軸電流ｉｑ^＊との各偏差がゼロとなるように、目標ｄ軸電圧Ｖｄ^＊及び目標ｑ軸電圧Ｖｑ^＊を演算する。

ＰＷＭ制御手段５２は、例えば、目標ｄ軸電圧Ｖｄ^＊及び目標ｑ軸電圧Ｖｑ^＊を座標変換し、モータ８に加えるべきＵ，Ｖ，Ｗ相の目標電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を演算し、目標電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊と、キャリア周期Ｔｃを周期とする三角波キャリア信号とに基づくＰＷＭ変調により、Ｕ相ＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＵＬ、Ｖ相ＩＧＢＴ素子ＶＨ，ＶＬ及びＷ相ＩＧＢＴ素子ＷＨ，ＷＬのゲートに印加するための６個のＰＷＭ制御パターンを順次求める。尚、ＰＷＭ変調方式は、三角波変調方式以外の例えば空間ベクトル変調方式でも良い。

ショート期間制御手段５４は、例えば、ＰＷＭ制御パターンが変更される直前のＵ，Ｖ，Ｗ相のいずれかの相のハイ側ＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨとロー側ＩＧＢＴ素子ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのいずれかを短絡するショート期間を算出する。尚、バッテリ２の電圧が目標昇圧電圧に等しく、昇圧の必要がない場合は、ショート期間は設けない。

ゲート信号出力手段５６は、キャリア信号に同期して、ＰＷＭ制御手段５２により演算されたＰＷＭ制御パターンに相当するゲート信号を出力する。また、ショート期間制御手段５４により演算されたショート期間だけＵ，Ｖ，Ｗ相のいずれかの相の上下のアームを短絡させるためのゲート信号を出力する。

地絡検知手段５８は、インバータ装置の地絡を検知する手段であり、図３（ａ）に示すように、地絡検知モード制御手段８０、ＭＡＰ記憶部８２及び地絡判定手段８４、並びに、図３（ｂ）に示すように、ローパスフィルタ１００＃１，１００＃２、ＣＰＵ１０２、発振器１０４、リセット回路１０６及び出力Ｉ／Ｆ部１０８を有する。

地絡検知モード制御手段８０は、次の機能を有する。（ア）昇圧モードでないとき、地絡検知計測期間を判断し、地絡検知計測期間であれば、地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２を切り替える。昇圧モードでないときとは、バッテリ２の電圧が目標昇圧電圧に等しく、昇圧を必要とせず、ショート期間がないときをいう。地絡検知計測期間は、昇圧モードであれば、常時検知計測期間としても良いし、一定の周期期間を地絡検知計測期間としても良い。Ｚソース昇圧回路４の負極端の地絡を検知する場合は、フォトＭＯＳリレーＲＬ１をＯＮ，フォトＭＯＳリレーＲＬ２をＯＦＦする。また、Ｚソース昇圧回路４の正極端の地絡を検知する場合は、フォトＭＯＳリレーＲＬ１をＯＦＦ、フォトＭＯＳリレーＲＬ２をＯＮする。正極端と負極端の地絡は、例えば、交互に検知する、あるいは、正極側を連続して一定回数検知し、その後、負極側を連続して一定回数検知する。（イ）昇圧モードであるとき、ショート期間では、地絡検知を行わないように指示する。ショート期間以外のゼロベクトル期間や電力供給期間では、地絡検知計測期間を判断し、地絡検知計測期間であれば、正極端及び負極端のいずれかの地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２を切り替える。地絡検知計測期間は、ショート期間以外であれば、常時検知計測期間としても良いし、一定の周期期間を地絡検知計測期間としても良い。正極端と負極端の地絡は、交互に検知する、あるいは、正極側を連続して一定回数、その後、負極側を連続して一定回数検知する。

ＭＡＰ記憶部８２は、昇圧モードであるとき、昇圧電圧と地絡を判定する閾値電圧（ＭＡＰ閾値）との関係を記憶する記憶部である。後述するように、地絡検知回路５が検知するリーク電圧Ｖｌｅａｋは、昇圧電圧Ｖｏｕｔに依存する。即ち、昇圧電圧Ｖｏｕｔが大きくなると、リーク電圧Ｖｌｅａｋは大きくなることから、昇圧電圧がＭＡＰ閾値も高くする必要があるからである。

地絡判定手段８４は、次の機能を有する。（ア）地絡検知計測期間において、昇圧モードでないとき、リーク電圧Ｖｌｅａｋが固定閾値電圧より高い場合に地絡であると判定する。（イ）地絡検知計測期間において、昇圧モードのとき、昇圧電圧センサ１０により検出される昇圧電圧Ｖｏｕｔに対応するＭＡＰ閾値をＭＡＰ記憶部８２より検索し、リーク電圧ＶｌｅａｋがＭＡＰ閾値より高い場合に地絡であると判定する。尚、電力供給期間やゼロベクトル期間では、Ｖｏｕｔ＝２×Ｖｃ１−Ｖｓ（Ｖｃ１は第１コンデンサＣ１の電圧、Ｖｓはバッテリ２の電圧）となることから、その期間の昇圧電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｃ１，Ｖｓより算出しても良い。また、ショート期間では、Ｖｏｕｔ＝０とする。即ち、昇圧電圧センサ１０の代わりに、バッテリ２の電圧センサ及びコンデンサＣ１の電圧センサの出力（Ｚソース昇圧回路４の内部電圧）に基づいて、昇圧電圧Ｖｏｕｔを算出しても良い。（ウ）地絡であると判定された場合に、正極側及び負極側のいずれかの地絡が連続して検知されたとき、検知された正極側及び負極側の該当の地絡カウンタをカウントアップし、いずれかの地絡カウンタが規定値を超えた場合、警告灯２０を表示する。地絡であると判定されなかった場合に、正極側及び負極側の該当の地絡カウンタをリセットする。

ローパスフィルタ１００＃１，１００＃２は、第１接続点及び入力反転回路１６から出力されるリーク電圧Ｖｌｅａｋに含まれるノイズ（高周波成分）をカットする。ＣＰＵ１０２は地絡検知手段５８及びモータ制御手段として実現するためのプログラムを実行する。発振器１０４は、ＣＰＵ１０２が動作するクロックを出力する。リセット回路１０６は、ＣＰＵ１０２をリセットするものである。出力Ｉ／Ｆ１０８は、警告灯２０を表示するためのインタフェースを司る。

図４及び図５は、地絡検知の原理を示す図である。以下、こられの図面を参照して、地絡検知ついて説明する。

（ａ） Ｚソース昇圧回路４の負極側の地絡を検知する場合
図４（ａ）に示すように、Ｚソース昇圧回路４の負極側の地絡を検知するには、フォトＭＯＳリレーＲＬ１をＯＮ，フォトＭＯＳリレーＲＬ２をＯＦＦする。Ｚソース昇圧回路４を直流電源として、Ｚソース昇圧回路４の正極側→フォトＭＯＳリレーＲＬ１→第１抵抗Ｒ１１→第２抵抗Ｒ１２→地絡抵抗Ｒ→Ｚソース昇圧回路４の負極側のループ回路ａが形成される。ここで、地絡抵抗ＲはグラウンドとＺソース昇圧回路４の負極側との間の絶縁抵抗である。ループ回路ａにより、図５に示すように、リーク電圧Ｖｌｅａｋは次式（１）で求められる。

Ｖｌｅａｋ＝Ｒ１２×Ｖｏ／（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ） ・・・ （１）
但し、Ｖｏは昇圧電圧Ｖｏｕｔである。

地絡無しの場合は、地絡抵抗Ｒが大となることから、リーク電圧Ｖｌｅａｋは小さくなる。一方、地絡有りの場合は、地絡抵抗Ｒが小となることから、リーク電圧Ｖｌｅａｋは大きく。また、昇圧電圧Ｖｏが大であれば、リーク電圧Ｖｌｅａｋも大きくなる。

（ｂ） Ｚソース昇圧回路４の正極側の地絡を検知する場合
図４（ｂ）に示すように、Ｚソース昇圧回路４の正極側の地絡を検知するには、フォトＭＯＳリレーＲＬ１をＯＦＦ，フォトＭＯＳリレーＲＬ２をＯＮする。Ｚソース昇圧回路４を直流電源として、Ｚソース昇圧回路４の正極側→地絡抵抗Ｒ→第３抵抗Ｒ２２→第４抵抗Ｒ２１→フォトＭＯＳリレーＲＬ２→Ｚソース昇圧回路４の負極側のループ回路ｂが形成される。ここで、地絡抵抗ＲはグラウンドとＺソース昇圧回路４の正極側との間の絶縁抵抗である。ループ回路ｂにより、図５に示すように、リーク電圧Ｖｌｅａｋは式（２）で求められる。

Ｖｌｅａｋ＝−Ｒ２２×Ｖｏ／（Ｒ２１＋Ｒ２２＋Ｒ） ・・・ （２）
尚、図５では、Ｒ１１＝Ｒ１２＝Ｒ１、Ｒ１２＝Ｒ２２＝Ｒ２とし、例えば、Ｒ１１＝Ｒ２１＝Ｒ１＝２００ｋΩ、Ｒ１２＝Ｒ２２＝Ｒ２＝２ｋΩである。

地絡無しの場合は、地絡抵抗Ｒが大となることから、リーク電圧Ｖｌｅａｋの絶対値は小さくなる。一方、地絡有りの場合は、地絡抵抗Ｒが小となることから、リーク電圧Ｖｌｅａｋの絶対値は大きく。また、昇圧電圧Ｖｏが大であれば、リーク電圧Ｖｌｅａｋの絶対値も大きくなる。

従って、昇圧電圧Ｖｏｕｔに対応する閾値電圧とリーク電圧Ｖｌｅａｋを比較し、リーク電圧Ｖｌｅａｋの絶対値が閾値電圧を越える場合は、地絡であると判定することができる。

図６及び図７は本発明の第１実施形態による地絡検知方法を示すフローチャートである。図８は第１実施形態による地絡検知方法を示すタイムチャートである。

位置検出センサ１６より回転角度θｍ及び相電流センサ１４Ｕ，１４Ｖ，１４ＷよりＵ相電流ｉｕ，Ｖ相電流ｉｖ，Ｗ相電流ｉｗを検出する。ステップＳ４で、トルク指令値から、目標ｄ軸電流ｉｄ^＊及び目標ｑ軸電流ｉｑ^＊を演算する。目標ｄ軸電流ｉｄ^＊、目標ｑ軸電流ｉｑ^＊、回転角度θｍ、並びにＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗの検出値をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流及びｑ軸電流から、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑと目標ｄ軸電流ｉｄ^＊及び目標ｑ軸電流ｉｑ^＊との各偏差がゼロとなるように、目標ｄ軸電圧Ｖｄ^＊及び目標ｑ軸電圧Ｖｑ^＊を演算する。

目標ｄ軸電圧Ｖｄ^＊及び目標ｑ軸電圧Ｖｑ^＊を座標変換し、モータ８に加えるべきＵ，Ｖ，Ｗ相の目標電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を演算し、目標電圧Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊と、キャリア周期Ｔｃを周期とする三角波キャリア信号とに基づくＰＷＭ変調により、Ｕ相ＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＵＬ、Ｖ相ＩＧＢＴ素子ＶＨ，ＶＬ及びＷ相ＩＧＢＴ素子ＷＨ，ＷＬのゲートに印加するための６個のＰＷＭ制御パターンを順次求める。

例えば、ＰＷＭ制御パターンが変更される直前のＵ，Ｖ，Ｗ相のいずれかの相のハイ側ＩＧＢＴ素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨとロー側ＩＧＢＴ素子ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのいずれかを短絡するショート期間を算出する。尚、バッテリ２の電圧が目標昇圧電圧に等しく、昇圧の必要がない場合は、ショート期間は設けない。

ステップＳ２で昇圧モードであるか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ４に進む。否定判定ならば、ステップＳ６に進む。ステップＳ６で地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２の切り替えを制御する。例えば、非昇圧モードでは、図８（ａ）に示すように、常時、地絡抵抗の測定許可（地絡検知計測期間）がＯＫとなっており、リーク電圧Ｖｌｅａｋを検出する。

ステップＳ８で閾値による地絡判定を行う。即ち、図７（ｂ）のステップＳ５０で測定したリーク電圧Ｖｌｅａｋと固定閾値（Ｖｌｅａｋ ｍｉｎ）を比較する。ステップＳ５２でリーク電圧Ｖｌｅａｋが固定閾値よりも大であるか否かを判定する。肯定判定ならば、地絡であると判定し、図６中のステップＳ１６に進む。否定判定ならば、地絡無しであると判定し、図６中のステップＳ２に戻る。

ステップＳ４で昇圧状態（昇圧期間）かショート状態（ショート期間）のいずれであるかを判定する。ショート状態であれば、地絡検知を行わずに、ステップＳ２に戻る。昇圧状態であれば、地絡検知を行うためにステップＳ１０に進む。ステップＳ１０で正極側及び負極側のいずれかの地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２の切り替えを制御する。例えば、昇圧モードでは、図８（ｂ）に示すように、ショート期間では、地絡抵抗の測定が禁止（地絡検知禁止）となっており、ショート期間を除いて常時、地絡抵抗の測定許可（地絡検知許可）がＯＫとなっており、地絡抵抗の測定許可がＯＫ（地絡検知計測期間）のとき、リーク電圧Ｖｌｅａｋを検出する。

ステップＳ１２で昇圧出力Ｖｏｕｔに対応する閾値電圧（ＭＡＰ閾値）を検索する。ステップＳ１４でＭＡＰによる地絡判定を行う。即ち、図７（ａ）のステップＳ４０で測定したリーク電圧ＶｌｅａｋとＭＡＰ閾値を比較する。ステップＳ４０でリーク電圧ＶｌｅａｋがＭＡＰ閾値よりも大であるか否かを判定する。肯定判定ならば、地絡有りであると判定し、図６中のステップＳ１６に進む。否定判定ならば、地絡無しであると判定し、図６中のステップＳ２に戻る。

ステップＳ１６で地絡は連続しているか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ２０に進む。否定判定ならば、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８で正極側及び負極側の該当のカウンタをリセットして、ステップＳ２に戻る。ステップＳ２０で極側及び負極側の該当のカウンタをカウントアップする。ステップＳ２２でカウント数は規定値を超えたか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ２４に進む。否定判定ならば、ステップＳ２に戻る。ステップＳ２４で警告灯２０を表示する。

以上説明したように、第１実施形態によれば、昇圧モードにおいて、ショート期間では、地絡検知を行わず、電力供給期間又はゼロベクトル期間に地絡検知を行うので、正確に地絡を検知することができる。

第２実施形態
図９は、本発明の第２実施形態によるインバータ装置を示す図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。図１０はＥＣＵ１００のモータ制御手段及び地絡検知手段に係るブロック図であり、図２中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。地絡検知手段１１０は、昇圧モードにおいて、ショート期間も地絡抵抗（リーク電圧Ｖｌｅａｋ）を測定するようにした点が図２中の地絡検知手段５８と異なる。

図１１は図１０中の地絡検知手段１１０のブロック図である。地絡検知手段１１０は、地絡検知モード制御手段１２０、ＭＡＰ記憶部１２２及び地絡判定手段１２４を有する。地絡検知モード制御手段１２０は、次の機能を有する。（ア）昇圧モードでないとき、第１実施形態と同様に、地絡検知計測期間を判断し、地絡検知計測期間であれば、地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２を切り替える。（イ）昇圧モードであるとき、ショート期間を含む期間Ｔ、例えば、前回のショート期間の終了から次回のショート期間の終了までを地絡検知計測期間Ｔと判定し、地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２を切り替える。地絡検知計測期間Ｔは、常時、即ち、連続しても良いし、一定の時間、例えば、ＰＷＭ変調の周期に１回、地絡検知計測期間としても良い。正極端と負極端の地絡は、交互に検知する、あるいは、正極側を連続して一定回数、その後、負極側を連続して一定回数検知する。

ＭＡＰ記憶部１２２は、地絡検知計測期間における昇圧電圧の平均値と閾値電圧の関係を記憶した記憶部である。昇圧電圧の平均値が大きくなると、上述したと同様に、閾値電圧は大きくなる。地絡判定手段１２４は、次の機能を有する。（ア）地絡検知計測時間Ｔにおいて、昇圧電圧Ｖｏを所定クロック周期でサンプリングし、その間における第１平均値Ｖ_aveを算出する。（イ）リーク電圧Ｖｌｅａｋを所定クロック周期でサンプリングして、地絡検知計測時間Ｔにおける第２平均値Ｖ_laveを算出する。（ウ）地絡検知計測時間Ｔの終了時点において、ＭＡＰ記憶部１２２を検索し、第１平均値Ｖ_aveに対応するＭＡＰ閾値を算出する。（エ）地絡検知計測時間Ｔの終了時点において、リーク電圧Ｖｌｅａｋの第２平均値Ｖ_laveがＭＡＰ閾値よりも大であれば、地絡であると判定する。（オ）地絡であると判定された場合に、正極側及び負極側のいずれかの地絡が連続して検知されたとき、検知された正極側及び負極側の該当の地絡カウンタをカウントアップし、いずれかの地絡カウンタが規定値を超えた場合、警告灯２０を表示する。地絡であると判定されなかった場合に、正極側及び負極側の該当の地絡カウンタをリセットする。

図１１は、本発明の第２実施形態の地絡検知の原理を示す図である。図１１に示すように、例えば、前回のショート期間が終了した時点から今回のショート期間の始まりまでを地絡検知計測時間Ｔとする。Ｔｄを電力供給期間又はゼロベクトル期間、Ｔｓをショート期間とする。ここでは、Ｔｄにおいて、昇圧電圧Ｖｏは一定とする。期間Ｔ（＝Ｔｄ＋Ｔｓ）における昇圧電圧Ｖｏの平均値Ｖ_aveは次式（３）に示すようになる。

平均値Ｖ_ave＝（Ｔｄ×Ｖｏ）／（Ｔｄ＋Ｔｓ） ・・・ （３）
図１１に示すように、リーク電圧Ｖｌｅａｋの地絡検知計測時間Ｔの平均値Ｖ_laveは、次式（４）に示すようになる。

平均値Ｖ_lave＝Ｒ２×Ｖ_ave／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ） ・・・ （４）
ここでは、Ｒ１＝Ｒ１１＝Ｒ２１，Ｒ２＝Ｒ１２＝Ｒ２２としているが、式（１），（２）において、ＶｏにＶ_aveを代入し、ＶｌｅａｋにＶ_laveを代入した式がそれぞれ成り立つ。

そして、地絡無しの場合は、地絡抵抗Ｒが大であることから、リーク電圧Ｖｌｅａｋの平均値Ｖ_laveが小さくなる。一方、地絡有りの場合は、地絡抵抗Ｒが小であることから、リーク電圧Ｖｌｅａｋの平均値Ｖ_laveが大きくなる。

従って、昇圧電圧Ｖｏｕｔの平均値Ｖ_aveに対応するＭＡＰ閾値とリーク電圧の平均値Ｖ_laveを比較して地絡を判定すれば良い。

図１２は、第２実施形態による地絡検知方法を示すフローチャートである。図８は第２実施形態の地絡検知方法を示すタイムチャートである。

ステップＳ１０２で昇圧モードであるか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ１１２に進む。否定判定ならば、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６で地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２の切り替えを制御する。例えば、非昇圧モードでは、常時、地絡抵抗の測定許可がＯＫとなっており、リーク電圧Ｖｌｅａｋを検出する。

ステップＳ１１０で固定閾値による地絡判定を行う。即ち、図１３（ｂ）のステップＳ１５０で測定したリーク電圧Ｖｌｅａｋと固定閾値（Ｖｌｅａｋ ｍｉｎ）を比較する。ステップＳ１５２でリーク電圧Ｖｌｅａｋが固定閾値よりも大であるか否かを判定する。肯定判定ならば、地絡であると判定し、図１２中のステップＳ１２０に進む。否定判定ならば、地絡無しであると判定し、図１２中のステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１１２で図１４（ａ）及びそのＤ部拡大図である図１４（ｂ）に示すように、昇圧後のＴ周期毎の平均電圧Ｖ_aveを計算する。ステップＳ１１３で地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２の切り替えを制御する。ステップＳ１１４で図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、リーク電圧ＶｌｅａｋのＴ周期毎の平均電圧Ｖ_laveを算出する。ステップＳ１１１で地絡検知計測のためフォトＭＯＳリレーＲＬ１及びフォトＭＯＳリレーＲＬ２の切り替えを制御する。

ステップＳ１１６で昇圧電圧Ｖｏｕｔの平均電圧Ｖ_aveに対応するＭＡＰ閾値を検索する。ステップＳ１１８でＭＡＰによる地絡判定を行う。即ち、図１３（ａ）のステップＳ１４０で測定した平均リーク電圧Ｖ_aveとＭＡＰ閾値を比較する。ステップＳ１４２で平均リーク電圧Ｖ_aveがＭＡＰ閾値よりも大であるか否かを判定する。肯定判定ならば、地絡有りであると判定し、図１２中のステップＳ１２０に進む。否定判定ならば、地絡無しであると判定し、図１２中のステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１２０で地絡は連続しているか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ１２４に進む。否定判定ならば、ステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２で正極側及び負極側の該当のカウンタをリセットして、ステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１２４で極側及び負極側の該当のカウンタをカウントアップする。ステップＳ１２６でカウント数は規定値を超えたか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ１２８に進む。否定判定ならば、ステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１２８で警告灯２０を表示する。

以上説明したように、第２実施形態によれば、昇圧モードにおいて、ショート期間でも昇圧電圧の平均値及びリーク電圧の平均値に基づいて地絡検知を行うので、昇圧電圧の全範囲において地絡の検知が可能となるとともに、地絡検出の精度が悪化することがない。

本発明の第１実施形態によるインバータ装置を示す図である。 図１中のＥＣＵに係る地絡検知手段及びモータ制御手段のブロック図である。 本発明の第１実施形態による地絡検知に係わるブロック図である。 本発明の第１実施形態による地絡検知の原理を示す図である。 本発明の第１実施形態による地絡検知の原理を示す図である。 本発明の第１実施形態による地絡検知方法を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による地絡検知方法を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による地絡検知方法を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態によるインバータ装置を示す図である。 本発明の第２実施形態による地絡検知に係わるブロック図である。 本発明の第２実施形態による地絡検知の原理を示す図である。 本発明の第２実施形態による地絡検知方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による地絡検知方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による地絡検知方法を示すタイムチャートである。 ショート期間を示す図である。

符号の説明

２ バッテリ
４ Ｚソース昇圧回路４
５ 地絡検知回路
６ インバータ回路
８ モータ
１０ 昇圧電圧センサ
１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ 相電流検出センサ
１４ 位置検出センサ
１６ 入力反転回路
１８ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 直流電源の正極端側に接続された第１リアクタと、前記直流電源の負極端側に接続された第２リアクタと、前記第１リアクタの入力端と前記第２リアクタの出力端との間に接続された第１コンデンサと、前記１リアクタの出力端と前記第２リアクタの入力端との間に接続された第２コンデンサとを備えて構成される昇圧回路と、
   前記昇圧回路の出力側に接続された複数相のインバータ回路とを備え、前記インバータ回路のいずれかの相を前記昇圧回路による昇圧のために短絡するインバータ装置であって、
   前記昇圧回路と前記インバータ回路との間に前記インバータ回路の地絡を検知するための検出値を出力する地絡検知回路と、
   前記インバータ回路のいずれかの相を短絡する期間であるショート期間では前記地絡検知回路から出力される前記検出値よる地絡の判定を禁止し、前記ショート期間を除く期間で前記検出値により地絡を判定する地絡判定手段と、
   を具備したことを特徴とするインバータ装置。
2. 直流電源の正極端側に接続された第１リアクタと、前記直流電源の負極端側に接続された第２リアクタと、前記第１リアクタの入力端と前記第２リアクタの出力端との間に接続された第１コンデンサと、前記１リアクタの出力端と前記第２リアクタの入力端との間に接続された第２コンデンサとを備えて構成される昇圧回路と、
   前記昇圧回路の出力側に接続された複数相のインバータ回路とを備え、前記インバータ回路のいずれかの相を前記昇圧回路による昇圧のために短絡するインバータ装置であって、
   前記昇圧回路と前記インバータ回路との間に前記インバータ回路の地絡を検知するための検出値を出力する地絡検知回路と、
   前記インバータ回路のいずれかの相を短絡する期間であるショート期間を含む一定期間における前記昇圧回路の出力端間の外部電圧又は前記昇圧回路の内部電圧の第１平均値及び前記検出値の前記一定期間における第２平均値に基づき、地絡を判定する地絡判定手段と、
   を具備したことを特徴とするインバータ装置。
3. 前記地絡検知回路は、前記昇圧回路の正側の出力端が接続される正極側の電源ラインと前記昇圧回路の負側の出力端が接続される負極側の電源ラインの間に、複数の直列接続した抵抗と、前記複数の抵抗の中点をアース接続し、該中点から前記正極側の電源ライン側及び前記負極側の電源ライン側の抵抗と前記中点間の電圧を前記検出値として出力する回路とを具備する請求項１又は２記載のインバータ装置。
4. 前記地絡判定手段は、前記昇圧回路の内部電圧又は前記昇圧回路の正側の出力端と前記昇圧回路の負側の出力端間の電圧に応じた閾値電圧と前記検出値とを比較して、地絡を判定する請求項１記載のインバータ装置。
5. 前記地絡判定手段は、前記第１平均値に応じた閾値電圧と前記第２平均値とを比較して、地絡を判定する請求項２記載のインバータ装置。