JP2009201195A - 電力変換回路の保護制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハードウェアによる過電圧検出およびＣＰＵ演算処理の組み合わせによる電力変換回路の保護制御において、過電圧発生時の機器保護を十分に図る。
【解決手段】ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ６１からの遮断指令信号ＳＤＷＮと、論理回路１０１♯が発生する遮断指令信号とのそれぞれを、別個のゲート遮断指令信号ＣＳＤＮ１，ＣＳＤＮ２として出力する。ＣＰＵ６１からの遮断指令信号および論理回路１０１♯が発生する遮断指令信号の各々は、過電圧信号ＯＶＬ，ＯＶＨと、ＣＰＵ演算処理の組み合わせにより発生される。そして、ゲート遮断指令信号ＣＳＤＮ１，ＣＳＤＮ２は、別個の信号線１１０および１１１によって、ＩＰＭ上のコンバータゲート駆動回路１１へ伝達される。
【選択図】図５

Description

この発明は、電力変換回路の保護制御装置に関し、より特定的には、過電圧発生に対する機器の保護制御に関する。

電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）を含んで構成された電力変換回路において、当該電力変換回路内に過電圧が発生した場合には、各スイッチング素子を強制的にターンオフすることによって、過電圧が電力変換回路の内部あるいは外部に伝達されることによる機器破壊が起こらないように保護制御を行なうことが一般的である。

このような保護制御において、特開２００７−２３６０１３号公報（特許文献１）では、ハイブリッド自動車に搭載された電動機駆動装置において、過電圧の発生時には、電圧測定値に基づき発生される過電圧信号ＯＶＬと、電子制御装置（ＥＣＵ）からの遮断許可信号ＲＧとの論理積に基づいて、インバータの遮断信号ＤＷＮを発生する構成が示されている。

このように構成すると、通常時には、ＥＣＵにより遮断許可信号ＲＧを論理ハイレベル（以下、単にＨレベルとも表記）とすることによって、過電圧発生時には過電圧信号ＯＶＬに応答して、直ちにインバータの各スイッチング素子を強制的にオフして、ゲート遮断状態とすることができる。さらに、一旦ゲート遮断状態として安全を確保した後、ハイブリッド自動車による退避走行が可能な条件が整っていると判断されると、ＥＣＵ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）での演算処理により遮断許可信号ＲＧを論理ローレベル（以下、単にＬレベルとも表記）に変化させることにより、インバータを再び動作可能として、モータジェネレータの出力による退避走行を行なうことができる。

また、特開２００５−２６１１２７号公報（特許文献２）には、電動車両の異常判定装置として、電動機械と、指令値を受けて駆動信号を発生させる駆動信号発生処理部と、駆動信号を受けるとともに電流を発生させて電動機械に供給するインバータと、駆動信号発生処理部とインバータとの間を接続する駆動用ラインとを備えて構成において、駆動用ラインから分岐され、電源と接続された判定用ラインの信号に基づいて駆動用ラインに異常が発生したかどうかを判断することが記載されている。このようにすると、駆動信号発生処理部からの駆動信号をインバータに送る必要がないので、電動機械が駆動されて回転が出力されることなく、駆動用ラインに異常が発生したかどうかを判断することができる。
特開２００７−２３６０１３号公報 特開２００５−２６１１２７号公報

特許文献２の駆動ラインのような機器と制御装置との間を接続するラインに断線等の異常が発生すると、特許文献１の構成において、インバータに対してゲート遮断の指令信号（ＤＷＮ）が入力できなくなるため、機器保護上問題のある状態となる。

すなわち、特許文献１に記載された電動機駆動装置の構成では、単一の遮断許可信号ＤＷＮがインバータへ入力される構成とされているため、ゲート遮断後にＥＣＵからの出力に応答してインバータを再び動作させることによって退避走行を可能とする柔軟な保護制御が実現される一方で、遮断許可信号ＤＷＮの伝達ラインに断線が発生すると、ゲート遮断指令がインバータに入力不能となるため、機器保護に問題を生じる可能性がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、ハードウェアによる過電圧検出およびＣＰＵ演算処理の組み合わせによる電力変換回路の保護制御において、過電圧発生時の機器保護を十分に図ることである。

この発明による電力変換回路の保護制御装置は、電源配線に接続された電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された電力変換回路の保護制御装置であって、過電圧検出回路と、演算装置と、論理回路と、第１の信号線と、第２の信号線とを備える。過電圧検出回路は、電源配線の過電圧検出時に過電圧信号を発生する。演算装置は、過電圧検出回路からの過電圧信号に基づく所定の演算処理によって、電力用半導体スイッチング素子の強制的な遮断指令信号を発生する。論理回路は、演算装置からの出力信号と過電圧検出回路からの出力信号とに基づいて、過電圧信号が発生されたときに、電力用半導体スイッチング素子の強制的な遮断指令信号を発生する。第１の信号線は、演算装置により発生された遮断指令信号を電力変換回路へ伝達する。第２の信号線は、第１の信号線とは別個に設けられ、論理回路により発生された遮断指令信号を電力変換回路へ伝達する。

上記電力変換回路の保護制御装置によれば、ハードウェアによる過電圧検出およびＣＰＵ演算処理の組み合わせによって発生される遮断指令信号を、演算装置および論理回路のそれぞれで発生させ、かつ、別個の信号線によって電力変換回路へ伝達する二重系を構成することができる。この結果、一方の信号線に断線等の異常が発生しても、遮断指令信号を電力変換回路に確実に伝達できるので、過電圧発生時の機器保護を十分に図ることができる。

好ましくは、電力変換回路は、２本の電源配線間に接続されて、両電源配線間での電力変換を実行するように構成され、論理回路は、第１から第３の論理演算器を含む。そして、第１の論理演算器は、演算装置からの出力信号と、過電圧検出回路が２本の電源配線のうちの第１の電源配線の過電圧検出時に発生する過電圧信号とを入力とするように構成される。第２の論理演算器は、演算装置からの出力信号と、過電圧検出回路が２本の電源配線のうちの第２の電源配線の過電圧検出時に発生する過電圧信号とを入力とするように構成される。第３の論理演算器は、第１および第２の論理演算器の出力信号を入力として、遮断指令信号を出力するように構成される。

さらに好ましくは、電力変換回路は、交流回転電機によって車両駆動力の少なくとも一部を発生するように構成された電動車両に搭載される。そして、電力変換回路は、第１の電源配線と接続された蓄電装置と、第２の電源配線と接続されたインバータとの間で直流電圧変換を行なうコンバータにより構成され、交流回転電機は、インバータによって変換された交流電力の供給を受けて駆動される。

好ましくは、演算装置は、過電圧信号が発生されていても、過電圧検出回路による誤検出であると判断される場合には、演算装置からの遮断指令信号を非発生とし、かつ、論理回路において遮断指令信号が非発生とされるように出力信号を設定するように構成される。

また好ましくは、演算装置から論理回路への出力信号は、過電圧信号の発生前には、過電圧信号の発生に応答して論理回路が遮断指令信号を発生するように設定される一方で、過電圧信号の発生後には、過電圧検出回路による誤検出であると判断される場合には、過電圧信号にかかわらず論理回路が遮断指令信号を非発生とするように設定される。

このようにすると、過電圧信号発生時には電力変換回路（コンバータ）を速やかにゲート遮断して安全性を確保する一方で、過電圧信号が誤検出により発生されたものと判断できる場合には、制御装置でのＣＰＵ演算処理によって遮断指令信号を非発生として、電力変換回路の動作を再開できる。これにより、電動車両では、交流回転電機による車両駆動力を用いた退避走行が可能となる。

本発明の電力変換回路の保護制御装置によれば、ハードウェアによる過電圧検出およびＣＰＵ演算処理の組み合わせによる電力変換回路の保護制御において、過電圧発生時の機器保護を十分に図ることができる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、この発明の実施の形態による電力変換回路の保護制御装置が搭載された電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の概略ブロック図である。

図１を参照して、このハイブリッド自動車１００は、車輪２と、動力分割機構３と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、電子制御装置（Electronic Control Unit；以下「ＥＣＵ」とも称する。）６０とを備える。

ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＣＰＵ６１は、各センサから送信された信号や情報、ＲＯＭ６２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、ハイブリッド自動車１００が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。あるいは、ＥＣＵ６０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。以下の説明で明らかになるように、ＥＣＵ６０の一部機能として、本発明による電力変換回路の保護制御装置が実現される。

また、ハイブリッド自動車１００は、蓄電装置Ｂと、システムメインリレー（System Main Relay；以下「ＳＭＲ」とも称する。）５と、コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、電圧センサ７５，７７と、電流センサ７６，７８とをさらに備える。

動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分割機構３としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン４のクランク軸を通すことで動力分割機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪２に結合されている。また、動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン４の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車１００に組込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪である車輪２を駆動する電動機としてハイブリッド自動車１００に組込まれる。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。蓄電装置Ｂは、ＳＭＲ５を介して電源ラインＰＬ１へ直流電力を供給する。また、蓄電装置Ｂは、コンバータ１０から電源ラインＰＬ１へ出力される直流電力を受けて充電される。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

ＳＭＲ５は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。リレーＲＹ１は、蓄電装置Ｂの正極と電源ラインＰＬ１との間に接続される。リレーＲＹ２は、蓄電装置Ｂの負極と接地ラインＳＬとの間に接続される。リレーＲＹ１，ＲＹ２は、ＥＣＵ６０からの信号ＳＥが活性化されると、蓄電装置Ｂを電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬと接続する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７５は、コンデンサＣ１の両端の電圧ＶＬを検出し、その検出した電圧ＶＬをＥＣＵ６０へ出力する。

電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬの間には、電源ラインＰＬ１の電圧を、補機８の駆動用電源電圧に電圧変換するためのＤＣＤＣコンバータ６が接続される。

コンバータ１０は、電力用半導体スイッチング素子（スイッチング素子）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点との間に接続される。

コンバータ１０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ１の電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２へ出力する。具体的には、コンバータ１０は、スイッチング素子Ｑ２のオン時に流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積し、スイッチング素子Ｑ２のオフ時にダイオードＤ１を介して蓄積エネルギーを電源ラインＰＬ２へ放出することによって電源ラインＰＬ１の電圧を昇圧する。

なお、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬにおける電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインＰＬ２の電圧が下がる。そこで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインＰＬ２の電圧を電源ラインＰＬ１の電圧以上の任意の電圧に制御することができる。

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（スイッチング素子）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。また、コンバータ１０により、本実施の形態において保護制御の対象となる「電力変換回路」が構成される。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７７は、コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＨを検出し、その検出した電圧ＶＨをＥＣＵ６０へ出力する。

インバータ２０，３０は、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対応して設けられる。インバータ２０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいてモータジェネレータＭＧ１を力行モードまたは回生モードで駆動する。同様に、インバータ３０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ２に基づいてモータジェネレータＭＧ２を力行モードまたは回生モードで駆動する。

電流センサ７６は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１をＥＣＵ６０へ出力する。電流センサ７８は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２をＥＣＵ６０へ出力する。

ＥＣＵ６０は、電圧センサ７５，７７からそれぞれ電圧ＶＬ，ＶＨを受け、電流センサ７６，７８からそれぞれモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を受ける。また、ＥＣＵ６０は、図示されない外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を受ける。

そして、ＥＣＵ６０は、これらの信号に基づいて、コンバータ１０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれコンバータ１０およびインバータ２０，３０へ出力する。また、ＥＣＵ６０は、車両システムが起動されると、ＳＭＲ５をオンするように信号ＳＥを発生させる一方で、車両システムが遮断されると、信号ＳＥを非発生とする。

図１から理解されるように、電源ラインＰＬ２（ＶＨ）に過電圧が発生した場合には、スイッチング素子Ｑ１を確実にオフしなければ、電源ラインＰＬ１に電源ラインＰＬ２の過電圧が伝達されて、ＤＣＤＣコンバータ６等に機器故障が発生してしまう可能性がある。また、電源ラインＰＬ１（ＶＬ）に過電圧が発生した場合にも、過電流の発生を防止するためにスイッチング素子Ｑ２を確実にオフする必要がある。また、過電圧が電源ラインＰＬ１に伝達されないようにするために、スイッチング素子Ｑ１についてもオフする必要がある。

このように、電源ラインＰＬ１（ＶＬ）および／または電源ラインＰＬ２（ＶＨ）に過電圧が発生した場合には、コンバータ１０に強制的な遮断指令を与えて、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を速やかに強制的にターンオフするゲート遮断状態とする必要がある。

過電圧発生時には、インバータ２０，３０についてもゲート遮断状態とされる。そして、ゲート遮断状態中は、コンデンサＣ２と並列に接続された放電抵抗（図示せず）による電力消費や、補機８による電力消費によって、電源ラインＰＬ２およびＰＬ１の電圧が低下する。

そして、過電圧が発生した電源ラインの電圧が低下した後には、退避走行可能な状況であることが確認されれば、コンバータ１０においてスイッチング素子Ｑ１のみを常時オンすることにより、蓄電装置Ｂからの直流電圧をインバータ２０および／または３０により交流電圧に変換することによってモータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２を駆動制御して、退避走行のための車両駆動力を発生することが可能となる。

このため、機器保護の観点からは過電圧発生に応答して速やかにゲート遮断指令を発生する一方で、過電圧検出回路の故障等による過電圧の誤検出であることが判明した場合には、一旦設定したゲート遮断状態を解除できるような柔軟な制御構成とすることが好ましい。

図２は、図１に示したＥＣＵ６０の機能ブロック図である。図２を参照して、ＥＣＵ６０は、コンバータ制御部７１と、第１および第２のインバータ制御部７２，７３と、ゲート遮断制御部７４とを含む。

コンバータ制御部７１は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいて電源ラインＰＬ２の電圧指令を演算し、電圧ＶＬ，ＶＨに基づいてフィードバック電圧指令を演算する。そして、コンバータ制御部７１は、フィードバック電圧指令に基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比を演算し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成して信号ＰＷＣとしてコンバータ１０へ出力する。

第１のインバータ制御部７２は、トルク指令値ＴＲ１、電圧ＶＨおよびモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて、インバータ２０を駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＭ１としてインバータ２０へ出力する。同様に、第２のインバータ制御部７３は、トルク指令値ＴＲ２、電圧ＶＨおよびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、インバータ３０を駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＭ２としてインバータ３０へ出力する。

ゲート遮断制御部７４は、電源ラインＰＬ１での過電圧発生時に生成される過電圧信号ＯＶＬと、電源ラインＰＬ２での過電圧発生時に生成される過電圧信号ＯＶＨと、電圧センサ７５，７７の検出電圧ＶＬ，ＶＨに基づいて、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２の過電圧発生時にコンバータ１０をゲート遮断状態とするため保護制御に関連する信号ＳＤＷＮ，ＯＶＬ−ＲＧ，ＯＶＬ−ＨＧを生成する。

なお、ハイブリッド自動車１００全体では、上記過電圧発生以外の異常発生時にも、コンバータ１０をゲート遮断状態する保護制御が実行されるが、本実施の形態では、過電圧発生に係る保護制御について説明する。

次に、図３〜図５を用いて、本発明の実施の形態による電力変換回路の保護装置による過電圧検出および、過電圧検出に応答したゲート遮断指令の発生および伝達に関する制御構成について説明する。

図３は、本発明の実施の形態の比較例として示される電力変換回路の保制御構成を説明するブロック図である。

図３を参照して、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）には、コンバータ１０およびインバータ２０，３０を構成するスイッチング素子および、ＥＣＵ６０からの制御信号に従ってこれらスイッチング素子のオン／オフを制御するためのゲート駆動回路が搭載される。特に、コンバータ１０を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフは、コンバータゲート駆動回路１１により制御される。

ＯＶＬ検出回路９０は、ＩＰＭ上にハードウェアで構成され、電圧センサ７５により検出される電圧ＶＬが所定の上限電圧を超えたときに、過電圧信号ＯＶＬをＨレベルに設定する。同様に、ＯＶＨ検出回路９５は、電圧センサ７７により検出される電圧ＶＨが所定の上限電圧を超えたときに、過電圧信号ＯＶＬをＨレベルに設定する。なお、以下では、各信号について、Ｈレベルに設定することを「当該信号を発生する」とも表現し、Ｌレベルに設定することを「当該信号を非発生とする」とも表現する。

ＯＶＬ検出回路９０およびＯＶＨ検出回路９５は、たとえば、電圧センサ７５，７７からの出力電圧と、所定の上限電圧との電圧差を増幅出力する差動増幅回路等により構成することができる。

ハードウェアで構成した過電圧検出回路（ＯＶＬ検出回路９０およびＯＶＨ検出回路９５を総称するもの、以下同じ）を用いることにより、ＣＰＵ６１が電圧センサ７５，７７による検出電圧のデジタル変換値に基づいた演算処理によって過電圧信号ＯＶＬ，ＯＶＨを発生する構成と比較して、過電圧信号ＯＶＬ，ＯＶＨをより高速に生成することができる。

過電圧信号ＯＶＬおよびＯＶＨは、ＥＣＵ６０内のＣＰＵ６１に入力される。ＣＰＵ６１は、本発明での「演算装置」に対応し、図４に示すフローチャートに従う演算処理（ＣＰＵ処理）を所定周期毎に実行することにより、遮断指令信号ＳＤＷＮの発生／非発生を制御する。

図４を参照して、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１００により、過電圧検出回路によって過電圧信号ＯＶＨおよびＯＶＬ信号の少なくとも一方が発生されたかどうかを判定する。そして、過電圧信号の発生時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ＣＰＵ６１は、処理をステップＳ１１０に進めて、過電圧信号ＯＶＬ，ＯＶＨの発生が、過電圧検出回路の故障等による誤検出であるか否かを判定する。たとえば、電圧センサ７５，７７による検出電圧と、過電圧信号ＯＶＬ，ＯＶＨとの比較に基づき、具体的には、一定期間を超えて、検出電圧が正常範囲であるのに過電圧信号が発生されているようなケースに、過電圧信号の誤検出が発生していると判断できる。

そして、ＣＰＵ６１は、過電圧信号が正常と判断されるとき（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、ＣＰＵ６１は、処理をステップＳ１２０に進めて、遮断指令信号ＳＤＷＮをＨレベルに設定する。すなわち、遮断指令信号ＳＤＷＮが発生される。

一方、ＣＰＵ６１は、過電圧信号ＯＶＨ，ＯＶＬ信号のいずれも発生してないとき（Ｓ１００のＮＯ判定時）または、過電圧信号ＯＶＨ，ＯＶＬ信号の少なくとも一方が発生されても、それが誤検出によるものと判断されるとき（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、処理をステップＳ１３０に進めて、遮断指令信号ＳＤＷＮをＬレベルに設定する。すなわち、遮断指令信号ＳＤＷＮは発生されない。

再び図３を参照して、ＣＰＵ６１は、信号ＯＶＬ−ＲＧを、通常時にはＨレベルに設定する一方で、過電圧信号ＯＶＬが発生され、かつ、その発生が誤検出によるものと判断されるときに、Ｌレベルに設定する。同様に、ＣＰＵ６１は、信号ＯＶＨ−ＲＧを、通常時にはＨレベルに設定する一方で、過電圧信号ＯＶＨの発生によりコンバータ１０が一旦ゲート遮断状態とされた後に、過電圧信号ＯＶＨが発生され、かつ、その発生が誤検出によるものと判断されるときに、Ｌレベルに設定する。

論理回路１０１は、ＣＰＵ６１からの出力信号ＯＶＬ−ＲＧ，ＯＶＨ−ＲＧおよびＩＰＭにより生成された過電圧信号ＯＶＬ，ＯＶＨに応答して、最終的なゲート遮断指令信号ＣＳＤＮを発生する。

論理回路１０１は、ＣＰＵ６１からの信号ＯＶＨ−ＲＧおよび過電圧信号ＯＶＨの論理積演算結果を出力する論理ゲート１０２と、ＣＰＵ６１からの信号ＯＶＬ−ＲＧおよび過電圧信号ＯＶＬの論理積演算結果を出力する論理ゲート１０４と、論理ゲート１０２および１０４の出力信号ならびにＣＰＵ６１からの遮断指令信号ＳＤＷＮの論理和演算結果を、ゲート遮断指令信号ＣＳＤＮとして出力する論理ゲート１０６とを有する。

論理ゲート１０６から出力されたゲート遮断指令信号ＣＳＤＮは、信号線１１０によって、ＥＣＵ６０からＩＰＭ上のコンバータゲート駆動回路１１へ伝達される。さらに、ＣＰＵ６１は、図２のコンバータ制御部７１の機能部分により、通常時にコンバータ１０を制御するための信号ＰＷＣ（図１）を発生し、信号線１１５によってコンバータゲート駆動回路１１へ伝達する。

コンバータゲート駆動回路１１は、通常動作時には、信号線１１５によって伝達された信号ＰＷＣに応答して、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン／オフを制御する。一方、コンバータゲート駆動回路１１は、信号線１１０を介してゲート遮断指令信号ＣＳＤＮを受けた場合には、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２を強制的にターンオフして、ゲート遮断状態とする。

図３の構成によれば、過電圧の発生時には、ハードウェアで構成した過電圧検出回路により高速に発生される過電圧信号ＯＶＬおよび／またはＯＶＨに基づき、論理ゲート１０２および／または１０４の出力により、ゲート遮断指令信号ＣＳＤＮを発生できる。また、一旦、ゲート遮断状態とした後では、電圧ＶＨ，ＶＬが電力消費により低下して過電圧状態が解消されると、過電圧信号ＯＶＬおよび／またはＯＶＨが非発生となることに応答して、ゲート遮断指令信号ＣＳＤＮを非発生とすることによりゲート遮断状態を解除できる。

さらに、過電圧検出回路の故障等により、過電圧信号ＯＶＬ，ＯＶＨの発生が誤検出に基づくものである場合には、電圧センサ７５，７７による検出値が正常範囲であれば、ＣＰＵ６１からの信号ＳＤＷＮ，ＯＶＬ−ＲＧ，ＯＶＬ−ＨＧによって、ゲート遮断状態を解除できる。

なお、ゲート遮断状態の解除後には、コンバータ１０を動作させてコンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１をオンすることにより、蓄電装置Ｂ（図１）からインバータ２０，３０に対して電力を供給するための経路を形成することが可能となる。これにより、たとえば、故障状況情報に基づいて、蓄電装置Ｂからの電力を用いてモータジェネレータＭＧ２を駆動して走行するための機器群が使用可能と判断される場合、あるいは、退避走行を指示するスイッチ等が運転者により操作された場合には、コンバータ１０の動作を伴う退避走行が実行できる。

しかしながら、図３に示した構成では、ＥＣＵ６０からＩＰＭに対するゲート遮断指令信号の伝達経路が一重系であるため、信号線１１０が断線した場合には、過電圧が発生しても、コンバータ１０をゲート遮断状態にすることができなくなる。

このような状態が発生すると、図１からも理解されるように、たとえばスイッチング素子Ｑ１および／またはＱ２がオンすることによって、電源ラインＰＬ１またはＰＬ２に発生した過電圧により、ＤＣＤＣコンバータ６、コンデンサＣ１，Ｃ２を始めとした、電力変換回路の内部および／または外部の部品に、過電圧による機器損傷が発生する可能性がある。

図５は、この点を解決するために提案された、本発明の実施の形態による電力変換回路の保護制御装置による制御構成を示すブロック図である。

図５を参照して、本発明の実施の形態による制御構成によれば、ＥＣＵ６０は、図３に示した論理回路１０１に代えて、論理回路１０１♯を有する。論理回路１０１♯は、図３と同様の論理ゲート１０２，１０４に加えて、論理ゲート１０６に代えて論理ゲート１０８を有する。論理ゲート１０８は、論理ゲート１０２および１０４からの出力信号の論理和演算結果を出力する。図５のその他の部分の構成は、図３と同様であるので、その説明は繰り返さない。

ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ６１からの遮断指令信号ＳＤＷＮと、論理ゲート１０８によって生成された遮断指令信号とのそれぞれを、別個のゲート遮断指令信号ＣＳＤＮ１，ＣＳＤＮ２として出力する。そして、ゲート遮断指令信号ＣＳＤＮ１，ＣＳＤＮ２は、別個の信号線１１０および１１１によって、ＩＰＭ上のコンバータゲート駆動回路１１へ伝達する。

すなわち、ゲート遮断指令信号の発生および、ＥＣＵ６０からＩＰＭ（コンバータゲート駆動回路１１）への伝達が、信号線１１０および１１１により二重系を構成する。そして、コンバータゲート駆動回路１１は、ゲート遮断指令信号ＣＳＤＮ１およびＣＳＤＮ２の少なくとも一方が発生されているときに、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を強制的にオフとして、コンバータ１０をゲート遮断状態とする。

なお、上記のように、ＣＰＵ６１からの遮断指令信号ＳＤＷＮは、過電圧信号ＯＶＨ，ＯＶＬに基づき、図４に示したフローチャートに従って発生されるので、ハードウェアによる過電圧検出およびＣＰＵ演算処理の組み合わせによって発生されている。同様に、論理回路１０１♯についても、過電圧信号ＯＶＨ，ＯＶＬと、ＣＰＵ６１からの信号ＯＶＬ−ＲＧ，ＯＶＨ−ＲＧに基づいて発生されるので、ハードウェアによる過電圧検出およびＣＰＵ演算処理の組み合わせによって発生されている。

このように、本実施の形態による電力変換回路の保護制御装置によれば、信号線１１０，１１１の一方に断線が発生しても、ゲート遮断指令をＥＣＵ６０からコンバータ１０へ確実に伝達できるので、ＥＣＵ６０によってコンバータ１０を確実にゲート遮断状態とすることにより、過電圧発生時の機器保護性能を向上させることができる。

さらに、ＣＰＵ６１が発生する信号ＳＤＷＮ，ＯＶＨ−ＲＧ，ＯＶＬ−ＲＧによって、過電圧が誤検出と判断できる場合には、ゲート遮断指令信号ＣＳＤＮ１，２の各々を非発生（Ｌレベル）とできる点についても図３と同様である。すなわち、ハードウェアによる過電圧検出およびＣＰＵ演算処理の組み合わせによってゲート遮断指令を発生することにより、過電圧検出回路の故障等による過電圧の誤検出であることが判明した場合には、一旦設定したゲート遮断状態を解除できるような柔軟な制御構成は維持されている。

なお、本実施の形態では、過電圧発生に対する保護制御のみを取り上げて説明したが、上述のように、実際には、過電圧発生を含む予め定められた複数の異常状態のうちのいずれかが検出された場合にゲート遮断指令が生成される点について、確認的に記載する。また、インバータ２０，３０へのゲート遮断指令についても、コンバータ１０と同様に構成できる点についても確認的に記載する。

また、上記の実施の形態では、エンジンおよびモータジェネレータ（ＭＧ２）の双方が車輪駆動力を発生できるパラレルハイブリッド構成のハイブリッド自動車を例示したが、エンジンがモータへの電力供給源としてのみ動作し直接の車輪駆動はモータによって行なわれるシリーズハイブリッド構成のハイブリッド自動車においても、電力変換回路の過電圧からの保護制御について本発明を適用することが可能である。

同様に、上記の実施の形態では、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が遊星歯車機構を介して接続されて、この遊星歯車機構によりエネルギー分配を行なう機械分配式のハイブリッド自動車を例示したが、いわゆる電気分配式のハイブリッド自動車にも本発明を適用することが可能である。また、エンジンを搭載しない電気自動車を含め、車輪駆動力発生用の電動機を搭載する電動車両全般について、この電動機制御のための電力変換回路での機器保護について、本発明を適用することができる点について確認的に記載する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態による電力変換回路の保護制御装置が搭載された電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の概略ブロック図である。 図１に示したＥＣＵの機能ブロック図である。 この発明の実施の形態の比較例として示される電力変換回路の保護制御構成を示すブロック図である。 ＣＰＵによる演算処理を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態による電力変換回路の保護制御装置による制御構成を示すブロック図である。

符号の説明

４ エンジン、６ ＤＣＤＣコンバータ（補機用）、８ 補機、１０ コンバータ（電力変換回路）、１１ コンバータゲート駆動回路、２０，３０ インバータ、７１ コンバータ制御部、７２，７３ インバータ制御部、７４ ゲート遮断制御部（過電圧）、７５，７７ 電圧センサ、７６，７８ 電流センサ、９０ ＯＶＬ検出回路（過電圧検出回路）、９５ ＯＶＨ検出回路（過電圧検出回路）、１００ ハイブリッド自動車、１０１，１０１♯ 論理回路、１０２，１０４，１０６，１０８ 論理ゲート、１１０，１１１ 信号線（ゲート遮断指令信号）、１１５ 信号線（スイッチング制御信号）、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＣＳＤＮ，ＣＳＤＮ１，ＣＳＤＮ２ ゲート遮断指令信号、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２ モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＭＲＮ１，ＭＲＮ２ モータ回転数、ＯＶＨ，ＯＶＬ 過電圧信号、ＯＶＬ−ＲＧ，ＯＶＨ−ＲＧ 出力信号（ＣＰＵ）、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２ 信号（スイッチング制御）、Ｑ１，Ｑ２ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＹ１，ＲＹ２ リレー、ＳＤＷＮ 遮断指令信号（ＣＰＵ）、ＳＬ 接地ライン、ＴＲ１，ＴＲ２ トルク指令値、ＶＬ センサ検出電圧（電源ラインＰＬ１）、ＶＨ センサ検出電圧（電源ラインＰＬ２）。

Claims (5)

1. 電源配線に接続された電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された電力変換回路の保護制御装置であって、
   前記電源配線の過電圧検出時に過電圧信号を発生する過電圧検出回路と、
   前記過電圧検出回路からの前記過電圧信号に基づく所定の演算処理によって、前記電力用半導体スイッチング素子の強制的な遮断指令信号を発生する演算装置と、
   前記演算装置からの出力信号と前記過電圧検出回路からの出力信号とに基づいて、前記過電圧信号が発生されたときに、前記電力用半導体スイッチング素子の強制的な遮断指令信号を発生するための論理回路と、
   前記演算装置により発生された前記遮断指令信号を前記電力変換回路へ伝達するための第１の信号線と、
   前記論理回路により発生された前記遮断指令信号を前記電力変換回路へ伝達するための、前記第１の信号線とは別個に設けられた第２の信号線とを備える、電力変換回路の保護制御装置。
2. 前記電力変換回路は、２本の前記電源配線間に接続されて、両電源配線間での電力変換を実行するように構成され、
   前記論理回路は、
   前記演算装置からの出力信号と、前記過電圧検出回路が前記２本の電源配線のうちの第１の電源配線の過電圧検出時に発生する過電圧信号とを入力とする第１の論理演算器と、
   前記演算装置からの出力信号と、前記過電圧検出回路が前記２本の電源配線のうちの第２の電源配線の過電圧検出時に発生する過電圧信号とを入力とする第２の論理演算器と
   前記第１および前記第２の論理演算器の出力信号を入力として、前記遮断指令信号を出力する第３の論理演算器とを含む、請求項１記載の電力変換回路の保護制御装置。
3. 前記電力変換回路は、交流回転電機によって車両駆動力の少なくとも一部を発生するように構成された電動車両に搭載され、
   前記電力変換回路は、前記第１の電源配線と接続された蓄電装置と、前記第２の電源配線と接続されたインバータとの間で直流電圧変換を行なうコンバータにより構成され、
   前記交流回転電機は、前記インバータによって変換された交流電力の供給を受けて駆動される、請求項２記載の電力変換回路の保護制御装置。
4. 前記演算装置は、前記過電圧信号が発生されていても、前記過電圧検出回路による誤検出であると判断される場合には、前記演算装置からの前記遮断指令信号を非発生とし、かつ、前記論理回路において前記遮断指令信号が非発生とされるように前記出力信号を設定するように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換回路の保護制御装置。
5. 前記演算装置から前記論理回路への前記出力信号は、前記過電圧信号の発生前には、前記過電圧信号の発生に応答して前記論理回路が前記遮断指令信号を発生するように設定される一方で、前記過電圧信号の発生後には、前記過電圧検出回路による誤検出であると判断される場合には、前記過電圧信号にかかわらず前記論理回路が前記遮断指令信号を非発生とするように設定される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換回路の保護制御装置。

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