JP2010246182A - Failure detector for inverter - Google Patents

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Masaki Kutsuna
正樹 沓名
Makoto Nakamura
誠 中村
Katashige Yamada
堅滋 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the open failure of the switching element of an inverter. <P>SOLUTION: A failure detector is provided with a failure detector 31 into which the output currents of the phases U, V and W of an inverter 104 are inputted. The failure detector 31 has a means which detects the amplitude peak value in the first half period of the output current from the switching element, a means which detects the amplitude peak value in the latter half period following the first half period of the output current, and a means which outputs a failure detection signal on the switching element in case that the amplitude peak value in the first half period or the amplitude peak value in the latter half period is nearly zero and that a difference between the amplitude peak value in the first half period and the amplitude peak value in the latter half period is over a threshold. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明はインバータの故障検知装置に関し、特にインバータのスイッチング素子の故障を検知する技術に関する。   The present invention relates to an inverter failure detection device, and more particularly to a technique for detecting a failure of a switching element of an inverter.

従来より、インバータのスイッチング素子の故障を検知する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、インバータのスイッチング素子のゲートドライブ回路に入力されるゲートパルス信号と、そのスイッチング素子と同相のインバータ出力電流の指令値の極性を示す極性信号との論理積を用いてスイッチング素子のオープン故障を検知することが記載されている。   Conventionally, a technique for detecting a failure of a switching element of an inverter has been proposed. For example, Patent Document 1 uses a logical product of a gate pulse signal input to a gate drive circuit of a switching element of an inverter and a polarity signal indicating a polarity of a command value of an inverter output current in phase with the switching element. It is described that an open failure of a switching element is detected.

図6に、この従来技術における故障検知装置を備えたインバータの全体構成図を示す。   FIG. 6 shows an overall configuration diagram of an inverter provided with the failure detection apparatus according to the prior art.

モータMの速度は、速度センサ13と速度演算回路14により検出される。モータの目標速度ω*は、外部から減算器15に与えられ、ここで検出速度ωとの偏差Δωが求められる。求められた偏差Δωは、偏差速度制御回路(ASR)16に入力され、ASR16は、偏差速度Δωを低減するように、モータ電流のトルク電流成分の目標値It*を生成する。生成された目標値It*は減算器17に入力され、トルク電流成分の検出値Itとの偏差ΔItが求められる。このトルク電流成分の偏差ΔItは、トルク電流制御回路(ACR−q)18に入力され、ASR−q18は、偏差ΔItを低減するように、q軸電圧成分の目標値Vq*を生成して3/2相変換回路21に出力する。モータ電流は電流検出器19により検出され、2/3相変換回路20において3相から励磁電流成分とトルク電流成分に対応したd/q軸の2相成分Im,Itに変換される。   The speed of the motor M is detected by the speed sensor 13 and the speed calculation circuit 14. The target speed ω * of the motor is given to the subtractor 15 from the outside, and a deviation Δω from the detected speed ω is obtained here. The obtained deviation Δω is input to a deviation speed control circuit (ASR) 16, and the ASR 16 generates a target value It * of the torque current component of the motor current so as to reduce the deviation speed Δω. The generated target value It * is input to the subtractor 17, and a deviation ΔIt from the detected value It of the torque current component is obtained. The torque current component deviation ΔIt is input to the torque current control circuit (ACR-q) 18, and the ASR-q 18 generates a q-axis voltage component target value Vq * to reduce the deviation ΔIt to 3 / Outputs to 2-phase conversion circuit 21. The motor current is detected by the current detector 19 and converted by the 2/3 phase conversion circuit 20 from the 3 phase to the d / q axis two phase components Im and It corresponding to the excitation current component and the torque current component.

モータMの励磁電流成分の目標値Im*は、励磁電流設定器22から与えられる。減算器23は、励磁電流成分の目標値Im*と検出値Imの偏差ΔImを求める。励磁電流制御回路(ACR−d)24は、減算器23から偏差ΔImを取り込み、その偏差ΔImを低減するようにd軸電圧成分の目標値Vd*を生成して3/2相変換回路21に出力する。   The target value Im * of the excitation current component of the motor M is given from the excitation current setting unit 22. The subtractor 23 obtains a deviation ΔIm between the target value Im * of the exciting current component and the detected value Im. The exciting current control circuit (ACR-d) 24 takes the deviation ΔIm from the subtractor 23, generates the target value Vd * of the d-axis voltage component so as to reduce the deviation ΔIm, and supplies it to the 3/2 phase conversion circuit 21. Output.

3/2相変換回路21は、生成された2つの電圧成分の目標値Vq*,Vd*を取り込み、3相(u,v,w)の電圧目標値Vu*,Vv*,Vw*に変換して加算器25(a,b,c)に出力する。この加算器25(a,b,c)のそれぞれの他の入力端子に、電圧歪補正回路26から電圧歪補償信号Fu,Fv,Fwが入力される。位相差検出回路27は、2/3相変換回路20等の相変換及び電圧歪補正回路26に必要なモータMの回転位相θを検出する回路である。   The 3 / 2-phase conversion circuit 21 takes in the generated target values Vq * and Vd * of the two voltage components and converts them into three-phase (u, v, w) voltage target values Vu *, Vv *, and Vw *. And output to the adder 25 (a, b, c). The voltage distortion compensation signals Fu, Fv, and Fw are input from the voltage distortion correction circuit 26 to the other input terminals of the adder 25 (a, b, c). The phase difference detection circuit 27 is a circuit that detects the rotational phase θ of the motor M necessary for the phase conversion and voltage distortion correction circuit 26 such as the 2/3 phase conversion circuit 20.

PWMパルス発生装置12は、補正された電圧目標値Vu,Vv,Vwを取り込み、PWMの搬送波により変調してインバータ回路11の各アームのスイッチング素子のゲートパルス信号GP(u,v,w)、GN(u,v,w)を生成してインバータ回路11に出力する。ゲートパルス信号GP,GNはそれぞれドライバ回路で増幅され、インバータ回路11の正アームと負アームのスイッチング素子のゲートに印加される。なお、スイッチング素子がオフの期間は、スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された環流ダイオードを介して電流が環流する。   The PWM pulse generator 12 takes in the corrected voltage target values Vu, Vv, Vw, modulates them with a PWM carrier wave, and gate pulse signals GP (u, v, w) of the switching elements of the arms of the inverter circuit 11, GN (u, v, w) is generated and output to the inverter circuit 11. The gate pulse signals GP and GN are each amplified by a driver circuit and applied to the gates of the switching elements of the positive arm and the negative arm of the inverter circuit 11. Note that during the period when the switching element is off, current circulates through the free-wheeling diodes connected in reverse parallel to the switching elements.

故障予知装置30は、ゲートパルス信号Gpuと、スイッチング素子と同相のインバータ出力電流の指令値の極性を表す極性信号Fuとの論理積を演算する。また、スイッチング素子に対応するインバータ出力電流の検出電流の極性信号に対応する極性の電流を一定のしきい値で波形整形して得られる電流信号と論理積とを比較する。比較の結果、一定の範囲を超えて不一致のときにインバータの故障予知信号を出力する。   The failure prediction device 30 calculates the logical product of the gate pulse signal Gpu and the polarity signal Fu indicating the polarity of the command value of the inverter output current in phase with the switching element. Further, the current signal obtained by shaping the current of the polarity corresponding to the polarity signal of the detection current of the inverter output current corresponding to the switching element with a certain threshold value is compared with the logical product. As a result of the comparison, an inverter failure prediction signal is output when there is a mismatch beyond a certain range.

特開平7−163155号公報JP-A-7-163155

上記従来技術では、論理積の信号をゲートパルス信号の正又は負極性毎の正常信号に相当し、波形整形して得られる信号を正常信号に対応するフィードバック信号に相当するものとして故障を検知している。   In the above prior art, a failure is detected by assuming that the logical product signal corresponds to a normal signal for each positive or negative polarity of the gate pulse signal, and that the signal obtained by waveform shaping corresponds to the feedback signal corresponding to the normal signal. ing.

しかしながら、スイッチング素子と同相のインバータ出力電流は、たとえ正常であったとしても、上アーム(正アーム)のスイッチング素子と下アーム(負アーム)のスイッチング素子のアンバランスや、電流検出器のオフセット誤差のバラツキなどに起因して、1周期のうちの前半周期における振幅と、後半周期における振幅とに偏差が生じてしまうことがある。この場合、波形整形して得られる信号が変化するため、論理積信号と波形整形信号との間に不一致が生じ、たとえスイッチング素子が正常であったとしても、故障予知信号を誤って出力してしまう問題がある。   However, even if the inverter output current in the same phase as the switching element is normal, an imbalance between the switching element of the upper arm (positive arm) and the switching element of the lower arm (negative arm) and the offset error of the current detector Due to the variation in the frequency, a deviation may occur between the amplitude in the first half of one cycle and the amplitude in the second half. In this case, since the signal obtained by waveform shaping changes, a mismatch occurs between the logical product signal and the waveform shaping signal, and even if the switching element is normal, the failure prediction signal is erroneously output. There is a problem.

本発明は、インバータのスイッチング素子の故障をより確実に検知することができる装置を提供する。   The present invention provides an apparatus that can more reliably detect a failure of a switching element of an inverter.

本発明は、インバータのスイッチング素子の故障を検知する検知装置であって、前記スイッチング素子からの出力電流の前半周期の振幅ピーク値を検出する手段と、前記出力電流の前記前半周期に続く後半周期の振幅ピーク値を検出する手段と、前記前半周期の振幅ピーク値あるいは前記後半周期の振幅ピーク値が0近傍であり、かつ、前記前半周期の振幅ピーク値と前記後半周期の振幅ピーク値との偏差がしきい値を超える場合に、前記スイッチング素子の故障検知信号を出力する手段とを有することを特徴とする。   The present invention is a detection device for detecting a failure of a switching element of an inverter, the means for detecting an amplitude peak value of the first half period of an output current from the switching element, and a second half period following the first half period of the output current The amplitude peak value of the first half cycle or the amplitude peak value of the second half cycle is close to 0, and the amplitude peak value of the first half cycle and the amplitude peak value of the second half cycle are And a means for outputting a failure detection signal of the switching element when the deviation exceeds a threshold value.

本発明の1つの実施形態では、前記出力する手段は、前記前半周期の振幅ピーク値あるいは前記後半周期の振幅ピーク値が0近傍であり、かつ、前記前半周期の振幅ピーク値と前記後半周期の振幅ピーク値との偏差がしきい値を超える時間がしきい時間を超える場合に、前記スイッチング素子の故障検知信号を出力する。   In one embodiment of the present invention, the outputting means has an amplitude peak value of the first half cycle or an amplitude peak value of the second half cycle close to 0, and the amplitude peak value of the first half cycle and the second half cycle. When the time over which the deviation from the amplitude peak value exceeds the threshold exceeds the threshold time, a failure detection signal for the switching element is output.

本発明によれば、インバータのスイッチング素子の故障をより確実に検知することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the failure of the switching element of an inverter can be detected more reliably.

実施形態の構成ブロック図である。It is a configuration block diagram of an embodiment. 実施形態の故障検知装置の基本構成ブロック図であるIt is a basic composition block diagram of the failure detection device of an embodiment 実施形態の故障検知装置の構成ブロック図である。It is a configuration block diagram of a failure detection device of an embodiment. 実施形態のタイミングチャートである。It is a timing chart of an embodiment. 実施形態の処理フローチャートである。It is a processing flowchart of an embodiment. 従来技術の構成ブロック図である。It is a structure block diagram of a prior art.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態における故障検知装置を備えるインバータ装置の全体構成ブロック図を示す。このインバータ装置は、電源回路やインバータ主回路、インバータ主回路で駆動されるモータジェネレータを備え、例えば電気自動車やハイブリッド車両に搭載される。以下では、ハイブリッド車両に搭載される場合を例として説明する。   FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an inverter device including a failure detection device according to this embodiment. The inverter device includes a power supply circuit, an inverter main circuit, and a motor generator driven by the inverter main circuit, and is mounted on, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. Below, the case where it mounts in a hybrid vehicle is demonstrated as an example.

モータジェネレータMGは、図示しない駆動輪と連結され、駆動輪を駆動するモータとして組み込まれる。モータジェネレータMGは、U相、V相、W相の3相コイルをステータコイルとして含む。3相コイルを形成する各相コイルの一端は、互いに接続されて中性点を形成する。また、各相コイルの他端は、インバータ104の各相アームのスイッチングトランジスタの接続点にそれぞれ接続される。   Motor generator MG is connected to drive wheels (not shown) and is incorporated as a motor that drives the drive wheels. Motor generator MG includes a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase coil as a stator coil. One end of each phase coil forming the three-phase coil is connected to each other to form a neutral point. The other end of each phase coil is connected to the connection point of the switching transistor of each phase arm of inverter 104.

電源としてのバッテリ100の正極は、電源ライン(正側)に接続され、バッテリ100の負極は接地ライン(負側)に接続される。コンデンサC1は、電源ラインと接地ラインとの間に接続される。バッテリ100は、充放電可能な直流電源であり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池からなる。バッテリ100は、直流電力を昇圧コンバータ102に出力する。また、バッテリ100は、車両の回生制動時に昇圧コンバータ102により充電される。バッテリ100に代えて、大容量キャパシタや燃料電池を用いてもよい。   The positive electrode of the battery 100 as a power source is connected to the power supply line (positive side), and the negative electrode of the battery 100 is connected to the ground line (negative side). The capacitor C1 is connected between the power supply line and the ground line. The battery 100 is a DC power source that can be charged and discharged, and is composed of, for example, a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery. Battery 100 outputs DC power to boost converter 102. Battery 100 is charged by boost converter 102 during regenerative braking of the vehicle. Instead of the battery 100, a large capacity capacitor or a fuel cell may be used.

昇圧コンバータ102は、リアクトルLと、スイッチングトランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含んで構成される。スイッチングトランジスタQ1,Q2は、電源ラインと接地ラインの間に互いに直列に接続される。各スイッチングトランジスタQ1,Q2には、それぞれダイオードD1,D2が逆並列接続される。リアクトルLの一端は、スイッチングトランジスタQ1,Q2の接続点に接続され、他端は電源ラインに接続される。スイッチングトランジスタQ1,Q2は、npn型トランジスタやIGBT、パワーMOSFET等を用いることができる。コンデンサC2は、電源ラインと接地ラインとの間に接続される。コンデンサC2は、電源ラインと接地ラインとの間の電圧変動を平滑化する。   Boost converter 102 includes a reactor L, switching transistors Q1 and Q2, and diodes D1 and D2. Switching transistors Q1 and Q2 are connected in series between the power supply line and the ground line. Diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to the switching transistors Q1 and Q2, respectively. One end of the reactor L is connected to the connection point of the switching transistors Q1 and Q2, and the other end is connected to the power supply line. As the switching transistors Q1 and Q2, an npn transistor, IGBT, power MOSFET, or the like can be used. Capacitor C2 is connected between the power supply line and the ground line. The capacitor C2 smoothes voltage fluctuation between the power supply line and the ground line.

昇圧コンバータ102は、図示しない制御装置からの信号に基づいて、バッテリ100からの直流電圧をリアクトルLを用いて昇圧し、昇圧電圧を電源ラインに出力する。すなわち、昇圧コンバータ102は、スイッチングトランジスタQ2のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルLに磁場エネルギとして蓄積することにより直流電圧を昇圧し、スイッチングトランジスタQ2がオフされたタイミングでダイオードD1を介して電源ラインに出力する。   Boost converter 102 boosts the DC voltage from battery 100 using reactor L based on a signal from a control device (not shown), and outputs the boosted voltage to the power supply line. That is, boost converter 102 boosts a DC voltage by accumulating current flowing according to switching operation of switching transistor Q2 as magnetic field energy in reactor L, and supplies power via diode D1 at the timing when switching transistor Q2 is turned off. Output to line.

インバータ104は、U相アーム、V相アーム、W相アームを含む。U相アーム、V相アーム、W相アームは、電源ラインと接地ラインとの間に互いに並列に接続される。U相アームは、互いに直列に接続されたスイッチングトランジスタQ11,Q12を含み、V相アームは、互いに直列に接続されたスイッチングトランジスタQ13,Q14を含み、W相アームは、互いに直列に接続されたスイッチングトランジスタQ15,Q16を含む。各スイッチングトランジスタQ11,Q12,Q13,Q14,Q15,Q16には、それぞれダイオードが逆並列接続される。   Inverter 104 includes a U-phase arm, a V-phase arm, and a W-phase arm. The U-phase arm, V-phase arm, and W-phase arm are connected in parallel with each other between the power supply line and the ground line. The U phase arm includes switching transistors Q11 and Q12 connected in series with each other, the V phase arm includes switching transistors Q13 and Q14 connected in series with each other, and the W phase arm includes switching transistors connected in series with each other. Transistors Q15 and Q16 are included. A diode is connected in antiparallel to each of the switching transistors Q11, Q12, Q13, Q14, Q15, and Q16.

インバータ104は、図示しない制御装置からのPWM信号に基づいて、電源ラインから供給される直流電圧を3相交流電圧に変換してモータジェネレータMGに出力する。また、インバータ104は、車両の回生制動時において、駆動輪からの回転力を受けてモータジェネレータMGが発電した3相交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインに出力する。   Inverter 104 converts a DC voltage supplied from the power supply line into a three-phase AC voltage based on a PWM signal from a control device (not shown) and outputs the same to motor generator MG. In addition, during regenerative braking of the vehicle, inverter 104 receives the rotational force from the drive wheels and converts the three-phase AC voltage generated by motor generator MG into a DC voltage and outputs the DC voltage to the power supply line.

故障検知装置31は、インバータ104のU相アーム、V相アーム、W相アームの少なくともいずれかから出力されるインバータ出力電流に基づき、インバータ104のスイッチングトランジスタQ11〜Q16の少なくともいずれかのオープン故障を検知する。故障検知装置31は、スイッチングトランジスタQ11〜G16の少なくともいずれかの故障を検知すると、検知信号を制御装置に出力する。   The failure detection device 31 detects an open failure of at least one of the switching transistors Q11 to Q16 of the inverter 104 based on the inverter output current output from at least one of the U-phase arm, V-phase arm, and W-phase arm of the inverter 104. Detect. The failure detection device 31 outputs a detection signal to the control device when detecting a failure of at least one of the switching transistors Q11 to G16.

本実施形態では、U相アームのスイッチングトランジスタQ11のオープン故障を検知する場合を例にとり説明する。この場合、電流検出器19によりU相のインバータ出力電流が検出され、故障検知装置31に供給される。   In the present embodiment, a case where an open failure of the switching transistor Q11 of the U-phase arm is detected will be described as an example. In this case, the U-phase inverter output current is detected by the current detector 19 and supplied to the failure detection device 31.

故障検知装置31は、U相のインバータ出力電流に基づいてインバータ104のU相スイッチング素子のオープン故障を検知して検知信号を図示しない制御装置に出力する。   The failure detection device 31 detects an open failure of the U-phase switching element of the inverter 104 based on the U-phase inverter output current and outputs a detection signal to a control device (not shown).

図2に、故障検知装置31の基本構成ブロック図を示す。故障検知装置31は、U相のインバータ出力電流の1周期のうちの前半周期の振幅ピーク値P1を保持する第1ピークホールド回路31aと、1周期のうちのそれに続く後半周期の振幅ピーク値P2を保持する第2ピークホールド回路31bと、前半周期の振幅ピーク値P1あるいは後半周期の振幅ピーク値P2が0近傍であり、かつ、前半周期の振幅ピーク値P1と後半周期の振幅ピーク値P2との偏差がしきい値を超える場合に、一定条件下においてスイッチング素子の故障検知信号を出力する出力回路31zを有する。検知信号は、例えば正常時は論理レベルが0(Low)であり、一定条件が満たされた場合に論理レベルが1(Hi)となる2値信号として出力される。要するに、出力回路31zは、
(1)ピーク値P1とピーク値P2の偏差を演算する機能
(2)ピーク値P1あるいはピーク値P2のいずれかが0近傍であるかを判定する機能
(3)偏差がしきい値を超え、かつ、ピーク値P1あるいはピーク値P2のいずれかが0近傍であるとの条件を満足するか否かを判定する機能
(4)(3)の条件が、さらに一定条件を満たすか否かを判定する機能
を有する。もちろん、これらの機能は複数の回路要素でそれぞれ構成してもよく、いくつかの回路要素が重複して実現してもよい。
FIG. 2 shows a basic configuration block diagram of the failure detection device 31. The failure detection device 31 includes a first peak hold circuit 31a that holds an amplitude peak value P1 of the first half of one cycle of the U-phase inverter output current, and an amplitude peak value P2 of the second half cycle that follows that of one cycle. The peak peak value P1 of the first half cycle or the amplitude peak value P2 of the second half cycle is close to 0, and the amplitude peak value P1 of the first half cycle and the amplitude peak value P2 of the second half cycle The output circuit 31z outputs a failure detection signal of the switching element under a certain condition when the deviation of exceeds a threshold value. For example, the detection signal is output as a binary signal having a logic level of 0 (Low) when normal and a logic level of 1 (Hi) when a certain condition is satisfied. In short, the output circuit 31z is
(1) Function for calculating deviation between peak value P1 and peak value P2 (2) Function for determining whether either peak value P1 or peak value P2 is near 0 (3) Deviation exceeds a threshold value, In addition, it is determined whether or not the conditions (4) and (3) satisfy the condition that either the peak value P1 or the peak value P2 satisfies the condition that either the peak value P1 or the peak value P2 is near 0. It has the function to do. Of course, these functions may be constituted by a plurality of circuit elements, respectively, or some circuit elements may be realized in an overlapping manner.

ここで、ピーク値P1あるいはピーク値P2のいずれかが0近傍であるとは、ピーク値P1あるいはピーク値P2の絶対値が、0に対して設定される所定の許容範囲ε内にあることを意味し、必ずしも厳密に0であることを要する趣旨ではない。   Here, that either the peak value P1 or the peak value P2 is close to 0 means that the absolute value of the peak value P1 or the peak value P2 is within a predetermined allowable range ε set for 0. It does not necessarily mean that it is strictly 0.

また、出力回路31zにおいて、一定条件下において検知信号を出力するのは、何らかのノイズの影響により偶発的に上記(3)の条件が満足されたときに、誤って検知信号を出力しないためである。すなわち、一定条件とは、確かにオープン故障が発生したことを確定するための条件であるといえる。本実施形態では、例えば一定条件を一定時間とし、上記(3)の条件を満足する時間が一定時間持続した場合に、検知信号を出力することで信頼性を確保する。検知信号を受信した制御装置では、警報を出力する、あるいはインバータの動作を停止する等の予め定められた異常処理を実行する。   The reason why the output circuit 31z outputs the detection signal under a certain condition is that the detection signal is not erroneously output when the condition (3) is accidentally satisfied due to some noise. . That is, it can be said that the certain condition is a condition for determining that an open failure has occurred. In the present embodiment, for example, when a certain condition is a certain time and the time satisfying the condition (3) is maintained for a certain time, reliability is ensured by outputting a detection signal. The control device that has received the detection signal executes a predetermined abnormality process such as outputting an alarm or stopping the operation of the inverter.

図3に、故障検知装置31の具体的な構成例を示す。U相のインバータ出力電流の1周期のうちの前半周期の振幅ピーク値P1を保持する第1ピークホールド回路31aと、1周期のうちの後半周期の振幅ピーク値P2を保持する第2ピークホールド回路31bと、前半周期の振幅ピーク値P1と後半周期の振幅ピーク値P2の偏差ΔPを演算する減算器31cと、偏差ΔPを所定のしきい値と比較する比較器31dと、前半周期の振幅ピーク値あるいは後半周期の振幅ピーク値が0近傍であるか否かを判定する第1判定回路31eと、前半周期の振幅ピーク値あるいは後半周期の振幅ピーク値が0近傍であり、かつ、偏差ΔPが所定のしきい値を超えた時間をカウントするカウンタ31fと、カウンタ31fのカウント値が所定のしきい値を超えた場合に故障の検知信号を出力する第2判定回路31gを含む。以下、U相アームのスイッチングトランジスタQ11(U相上アームのスイッチングトランジスタ)のオープン故障を検知する場合について説明する。   FIG. 3 shows a specific configuration example of the failure detection device 31. A first peak hold circuit 31a that holds the amplitude peak value P1 of the first half cycle of one cycle of the U-phase inverter output current, and a second peak hold circuit that holds the amplitude peak value P2 of the second half cycle of one cycle. 31b, a subtractor 31c that calculates a deviation ΔP between the amplitude peak value P1 of the first half cycle and the amplitude peak value P2 of the second half cycle, a comparator 31d that compares the deviation ΔP with a predetermined threshold value, and an amplitude peak of the first half cycle A first determination circuit 31e for determining whether the value or the amplitude peak value of the second half cycle is near zero, the amplitude peak value of the first half cycle or the amplitude peak value of the second half cycle is near zero, and the deviation ΔP is A counter 31f that counts a time exceeding a predetermined threshold, and a second determination circuit that outputs a failure detection signal when the count value of the counter 31f exceeds a predetermined threshold Including the 1g. Hereinafter, a case where an open failure of the switching transistor Q11 of the U-phase arm (switching transistor of the U-phase upper arm) is detected will be described.

図4に、図3各部のタイミングチャートを示す。図4(a)は、U相のインバータ出力電流の波形である。スイッチングトランジスタQ11及びQ12が正常に動作している場合、出力電流の前半周期の振幅ピークと後半周期の振幅ピークはほぼ等しいが、あるタイミングでスイッチングトランジスタQ11にオープン故障が生じると、前半周期の振幅ピークがほぼ0となる。   FIG. 4 shows a timing chart of each part of FIG. FIG. 4A shows the waveform of the U-phase inverter output current. When the switching transistors Q11 and Q12 are operating normally, the amplitude peak of the first half cycle of the output current is almost equal to the amplitude peak of the second half cycle. However, if an open failure occurs in the switching transistor Q11 at a certain timing, the amplitude of the first half cycle The peak is almost zero.

図4(b)は、第1ピークホールド回路31aの出力波形である。第1ピークホールド回路31aは、インバータ出力電流の前半周期の振幅ピークを保持して出力する。スイッチングトランジスタQ11のオープン故障が発生するまでは振幅ピーク値は一定の値であるが、オープン故障が発生するとそのタイミング以後はピークホールド値はほぼ0となる。   FIG. 4B shows an output waveform of the first peak hold circuit 31a. The first peak hold circuit 31a holds and outputs the amplitude peak of the first half cycle of the inverter output current. The amplitude peak value is a constant value until an open failure of the switching transistor Q11 occurs, but when an open failure occurs, the peak hold value becomes almost zero after that timing.

図4(c)は、減算器31cの出力波形である。減算器31cは、第1ピークホールド回路31aの出力P1と、第2ピークホールド回路31bの出力P2との偏差ΔPを演算する。比較器31dは、この偏差ΔPとしきい値とを比較し、偏差ΔPがしきい値を超えた場合にその旨の信号を出力する。図4(c)には、比較器31dで比較する場合のしきい値のレベルを一点鎖線で示す。前半周期の振幅ピークが確定し、後半周期の振幅周期が確定したタイミング、具体的にはスイッチングトランジスタQ11にオープン故障が生じた周期の次の周期において偏差ΔPが0から立ち上がり、しきい値を超えるようになる。   FIG. 4C shows the output waveform of the subtractor 31c. The subtractor 31c calculates a deviation ΔP between the output P1 of the first peak hold circuit 31a and the output P2 of the second peak hold circuit 31b. The comparator 31d compares the deviation ΔP with a threshold value, and outputs a signal to that effect when the deviation ΔP exceeds the threshold value. In FIG. 4C, the threshold level in the case of comparison by the comparator 31d is indicated by a one-dot chain line. The deviation ΔP rises from 0 and exceeds the threshold at the timing when the amplitude peak of the first half cycle is determined and the amplitude cycle of the second half cycle is determined, specifically, at the next cycle after the open transistor has occurred in the switching transistor Q11. It becomes like this.

図4(d)は、第2判定回路31gの出力波形である。カウンタ31fは、前半周期の振幅ピークが0近傍であり、かつ、偏差ΔPがしきい値を超えた時間をカウントする。この時間は、異常確定時間として機能するものであって、ノイズを除去し、故障検知の信頼性を向上させるためのものである。そして、第2判定回路31gは、カウンタ31fでのカウント時間がしきい時間以上である場合に検知信号を出力する。   FIG. 4D shows the output waveform of the second determination circuit 31g. The counter 31f counts the time when the amplitude peak of the first half cycle is near 0 and the deviation ΔP exceeds the threshold value. This time functions as an abnormality determination time, and is for removing noise and improving the reliability of failure detection. And the 2nd determination circuit 31g outputs a detection signal, when the count time in the counter 31f is more than threshold time.

なお、図3の構成では、インバータ出力電流の前半周期の振幅ピーク値P1と後半周期の振幅ピーク値P2の偏差ΔPを減算器31cで常に演算する構成であるが、前半周期の振幅ピーク値あるいは後半周期の振幅ピーク値が0近傍であると判定された場合にのみ、減算器31cで偏差ΔPを演算してもよい。   In the configuration of FIG. 3, the difference ΔP between the amplitude peak value P1 of the first half cycle and the amplitude peak value P2 of the second half cycle of the inverter output current is always calculated by the subtractor 31c. The deviation ΔP may be calculated by the subtractor 31c only when it is determined that the amplitude peak value of the latter half period is near zero.

図5に、本実施形態における故障検知の処理フローチャートを示す。インバータ104の動作が開始すると、U相のインバータ出力電流を検出し、インバータ出力電流の前半周期の振幅ピーク値(MAX)を保持する(S101)。次に、インバータ出力電流の後半周期の振幅ピーク値(MIN)を保持する(S102)。   FIG. 5 shows a processing flowchart of failure detection in the present embodiment. When the operation of the inverter 104 starts, the U-phase inverter output current is detected, and the amplitude peak value (MAX) of the first half cycle of the inverter output current is held (S101). Next, the amplitude peak value (MIN) of the latter half period of the inverter output current is held (S102).

インバータ出力電流の1周期が終了したか否かを判定し(S103)、1周期が終了した時点で、前半周期の振幅ピーク値あるいは後半周期の振幅ピーク値が0近傍であるか否かを判定する(S104)。そして、前半周期の振幅ピーク値あるいは後半周期の振幅ピーク値が0近傍と判定された場合、前半周期の振幅ピーク値と後半周期の振幅ピーク値との偏差ΔPを演算する(S105)。   It is determined whether or not one cycle of the inverter output current has ended (S103), and it is determined whether or not the amplitude peak value of the first half cycle or the amplitude peak value of the second half cycle is close to 0 when one cycle ends. (S104). If it is determined that the amplitude peak value of the first half cycle or the amplitude peak value of the second half cycle is close to 0, a deviation ΔP between the amplitude peak value of the first half cycle and the amplitude peak value of the second half cycle is calculated (S105).

偏差ΔPを演算した後、この偏差ΔPを所定のしきい値と大小比較し、しきい値を超えているか否かを判定する(S106)。偏差ΔPがしきい値を超えている場合、時間カウンタを順次加算していく(S107)。そして、時間カウンタの値(異常カウント値)が所定の異常確定時間以上となった場合に(S108でYES)、オープン故障が生じたと確定して検知信号を出力する。   After calculating the deviation ΔP, the deviation ΔP is compared with a predetermined threshold value to determine whether or not the threshold value is exceeded (S106). When the deviation ΔP exceeds the threshold value, the time counter is sequentially added (S107). When the value of the time counter (abnormal count value) is equal to or longer than a predetermined abnormality confirmation time (YES in S108), it is determined that an open failure has occurred and a detection signal is output.

このように、本実施形態では、単に前半周期の振幅ピーク値と、後半周期の振幅ピーク値との偏差(あるいは差分)に基づいてスイッチング素子の故障を検知するのではなく、さらに前半周期の振幅ピーク値そのもの、あるいは後半周期の振幅ピーク値そのものが0近傍であるか否かを判定し、前半周期の振幅ピーク値あるいは後半周期の振幅ピーク値が0近傍であって、しかも偏差がしきい値を超えるか否かという加重の条件により故障か否かを判定することで、たとえ正常時であっても生じ得る、インバータ104の上下アームのスイッチング素子のアンバランスという事態が生じてもこれを誤検知することがない。   As described above, in this embodiment, the switching element failure is not detected based on the deviation (or difference) between the amplitude peak value of the first half cycle and the amplitude peak value of the second half cycle. Determine whether the peak value itself or the amplitude peak value of the second half cycle is close to 0, the amplitude peak value of the first half cycle or the amplitude peak value of the second half cycle is close to 0, and the deviation is a threshold value By determining whether or not there is a failure based on the weighting condition of whether or not it exceeds the threshold value, it is possible to mistake this even if a situation occurs in which the switching elements of the upper and lower arms of the inverter 104 are unbalanced, which may occur even under normal conditions. There is no detection.

また、本実施形態では、スイッチング素子のオープン故障を確実に検知できるので、半波電流によるパワー変動に伴うバッテリ100の劣化、つまり2次故障(インバータ104以外の部品の故障)を未然に抑制することができる。   In the present embodiment, since an open failure of the switching element can be reliably detected, deterioration of the battery 100 due to power fluctuation due to a half-wave current, that is, secondary failure (failure of components other than the inverter 104) is suppressed in advance. be able to.

なお、本実施形態では、U相のスイッチングトランジスタのオープン故障を検知する場合を例示したが、同様にV相のインバータ出力電流を検出してV相のスイッチングトランジスタのオープン故障を検知し、あるいはW相のインバータ出力電流を検出してW相のスイッチングトランジスタのオープン故障を検知することができる。   In this embodiment, the case of detecting an open failure of the U-phase switching transistor is exemplified. Similarly, the V-phase inverter output current is detected to detect an open failure of the V-phase switching transistor, or W By detecting the phase inverter output current, it is possible to detect an open failure of the W phase switching transistor.

また、本実施形態では、故障検知装置31の具体的構成として図3に示すような構成を示したが、図3の構成はあくまで例示にすぎず、当業者であれば、図2に示す基本構成の下に異なる種々の構成を想到することが可能であり、これらの構成は全て本発明の技術的思想に包含されるものである。   Further, in the present embodiment, the configuration as shown in FIG. 3 is shown as a specific configuration of the failure detection device 31. However, the configuration in FIG. 3 is merely an example, and those skilled in the art can use the basic configuration shown in FIG. Various different configurations can be conceived under the configuration, and these configurations are all included in the technical idea of the present invention.

31 故障検知装置、100 バッテリ、102 昇圧コンバータ、104 インバータ、Q11〜Q16 スイッチングトランジスタ。   31 failure detection device, 100 battery, 102 boost converter, 104 inverter, Q11 to Q16 switching transistor.

Claims (2)

インバータのスイッチング素子の故障を検知する検知装置であって、
前記スイッチング素子からの出力電流の前半周期の振幅ピーク値を検出する手段と、
前記出力電流の前記前半周期に続く後半周期の振幅ピーク値を検出する手段と、
前記前半周期の振幅ピーク値あるいは前記後半周期の振幅ピーク値が0近傍であり、かつ、前記前半周期の振幅ピーク値と前記後半周期の振幅ピーク値との偏差がしきい値を超える場合に、前記スイッチング素子の故障検知信号を出力する手段と、
を有することを特徴とするインバータの故障検知装置。
A detection device for detecting a failure of a switching element of an inverter,
Means for detecting the amplitude peak value of the first half period of the output current from the switching element;
Means for detecting an amplitude peak value of a second half period following the first half period of the output current;
When the amplitude peak value of the first half cycle or the amplitude peak value of the second half cycle is near 0, and the deviation between the amplitude peak value of the first half cycle and the amplitude peak value of the second half cycle exceeds a threshold value, Means for outputting a failure detection signal of the switching element;
An inverter failure detection device characterized by comprising:
請求項1記載の装置において、
前記出力する手段は、前記前半周期の振幅ピーク値あるいは前記後半周期の振幅ピーク値が0近傍であり、かつ、前記前半周期の振幅ピーク値と前記後半周期の振幅ピーク値との偏差がしきい値を超える時間がしきい時間を超える場合に、前記スイッチング素子の故障検知信号を出力することを特徴とするインバータの故障検知装置。
The apparatus of claim 1.
The outputting means has an amplitude peak value in the first half cycle or an amplitude peak value in the second half cycle close to 0, and a deviation between the amplitude peak value in the first half cycle and the amplitude peak value in the second half cycle is a threshold. An inverter failure detection device that outputs a failure detection signal of the switching element when a time exceeding a value exceeds a threshold time.
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