JP2013118777A

JP2013118777A - インバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置

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Publication number: JP2013118777A
Application number: JP2011265578A
Authority: JP
Inventors: Ken Togyo; 健利行; Kazuya Kinoshita; 和哉木下; Yoshihiko Buya; 圭彦部谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: JP5751152B2

Abstract

【課題】本発明は、インバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置に係り、スイッチング素子の短絡故障を検出するのに用いる電圧を検出するタイミングとしてリンギングノイズ発生時を回避することで、スイッチング素子の短絡故障を精度よく検出することにある。
【解決手段】電源−接地間に直列接続された２つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するインバータ用短絡故障検出装置において、上記２つのスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子を駆動するために入力される制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該一方のスイッチング素子の両端に生じている両端電圧をモニタし、そのモニタした両端電圧が所定閾値以上である場合に、上記２つのスイッチング素子のうち他方のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置に係り、特に、電源−接地間に直列接続された２つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するうえで好適なインバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置に関する。

従来、電源−接地間に直列接続された２つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するインバータ用短絡故障検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この短絡故障検出装置においては、スイッチング素子の高電位側の電圧が検出されて、その電圧がスイッチング前後で変化しない場合に、そのスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定される。スイッチング素子の高電位側の電圧は、通常はスイッチング前後で変化するが、そのスイッチング素子が短絡故障した場合はスイッチング前後で変化しなくなる。従って、上記の短絡故障検出装置によれば、スイッチング素子の短絡故障を適切に検出することができる。

特開２００９−３５１５５号公報

ところで、インバータ回路において電源−接地間に直列接続された２つのスイッチング素子の接続点に生じるインバータ中点電圧には、配線等による寄生インダクタ成分とスイッチング素子の寄生容量成分との共振によりリンギングノイズが重畳する。このリンギングノイズは、スイッチング素子のスイッチング直後に発生するが、このリンギングノイズ発生時においてインバータ中点電圧は大きく変化する。このため、リンギングノイズ発生時にスイッチング素子の一端に生じている電圧としてインバータ中点電圧が検出されると、そのスイッチング素子の短絡故障が誤検出されるおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の短絡故障を検出するのに用いる電圧を検出するタイミングとしてリンギングノイズ発生時を回避することで、スイッチング素子の短絡故障を精度よく検出することが可能なインバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、電源−接地間に直列接続された２つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するインバータ用短絡故障検出装置であって、前記２つのスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子を駆動するために入力される制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該一方のスイッチング素子の両端に生じている両端電圧をモニタする切替時両端電圧モニタ手段と、前記切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記両端電圧が所定閾値以上である場合に、前記２つのスイッチング素子のうち他方のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する短絡故障有無判定手段と、を備えるインバータ用短絡故障検出装置により達成される。

本発明によれば、スイッチング素子の短絡故障を検出するのに用いる電圧を検出するタイミングとしてリンギングノイズ発生時を回避することで、スイッチング素子の短絡故障を精度よく検出することができる。

本発明の一実施例であるインバータ用短絡故障検出装置を備えるモータ制御装置の構成図である。インバータ回路において生じ得る寄生成分を表した図である。本実施例のインバータ用短絡故障検出装置において、寄生成分に基づくリンギングノイズが重畳し得るスイッチング素子の両端電圧を、スイッチング素子の短絡故障を検出するのに用いる電圧として検出するタイミングを表した図である。本実施例のインバータ用短絡故障検出装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。本実施例のインバータ用短絡故障検出装置における、Ｕ相の電源側のスイッチング素子で短絡故障が発生する場合の動作を説明するための図である。本実施例のインバータ用短絡故障検出装置における、Ｕ相の接地側のスイッチング素子で短絡故障が発生する場合の動作を説明するための図である。

以下、図面を用いて、本発明に係るインバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例であるインバータ用短絡故障検出装置（以下、単に短絡故障検出装置と称す）１０を備えるモータ制御装置１２の構成図を示す。本実施例のモータ制御装置１２は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置などに適用されるモータ１４を制御する装置である。また、短絡故障検出装置１０は、モータ１４を制御するうえで用いられる後述のスイッチング素子の短絡故障を検出する装置である。

モータ１４は、車両運転者によるステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する。モータ１４は、回転角に応じて位相を互いにずらした三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の交流電力が供給されることでほぼ均一なトルクを発生する三相ブラシレスＤＣモータである。モータ１４のシャフトは、減速機を介してステアリングシャフトに噛合されている。モータ１４の発生したトルクは、減速機を介してステアリングシャフトに伝達される。

モータ制御装置１２は、インバータ回路２０と、リレー２２と、制御部２４と、を備えている。インバータ回路２０は、電源（例えばバッテリ）から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１４に供給する電力変換回路である。リレー２２は、モータ１４とインバータ回路２０とを接続／切断するための素子であり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相ごとに設けられている。リレー２２は、通常、モータ１４とインバータ回路２０とを接続した状態に維持されている。

インバータ回路２０は、電源Ｖと接地ＧＮＤとの間に直列接続された２つのスイッチング素子２６，２８を有している。スイッチング素子２６，２８はそれぞれ、ＰＷＭ制御により交互にオン／オフされる。スイッチング素子２６，２８は、モータ１４の各相に対応してそれぞれ設けられている。インバータ回路２０は、全体として６つのスイッチング素子２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ，２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗを有しており、電源Ｖと接地ＧＮＤとの間に直列接続された２つのスイッチング素子２６，２８をその電源Ｖと接地ＧＮＤとの間に３組並列に接続した構造を有している。各スイッチング素子２６，２８は、半導体素子からなるＭＯＳ−ＦＥＴである。以下、適宜、電源Ｖ側にある３つのスイッチング素子２６を上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６と、また、接地ＧＮＤ側にある３つのスイッチング素子２８を下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８と、それぞれ称す。

スイッチング素子２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ，２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗは、三相ブリッジ接続されている。上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗのドレインは、電源Ｖに接続されている。下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗのソースは、接地ＧＮＤに接続されている。上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗと下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗとの接続点は、リレー２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗを介してモータ１４の各相に接続されている。

具体的には、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕのソース及び下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕのドレインは、リレー２２Ｕを介してモータ１４のＵ相に接続されている。上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｖのソース及び下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｖのドレインは、リレー２２Ｖを介してモータ１４のＶ相に接続されている。上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｗのソース及び下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｗのドレインは、リレー２２Ｗを介してモータ１４のＷ相に接続されている。

制御部２４は、マイクロコンピュータを主体に構成される電子制御ユニットである。制御部２４は、インバータ回路２０のスイッチング素子２６，２８の駆動をＰＷＭ制御する機能を有している。制御部２４は、また、インバータ回路２０のスイッチング素子２６，２８の短絡故障を検出する機能を有していると共に、リレー２２のオン／オフを制御する機能を有している。制御部２４は、各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応してそれぞれ設けられている。各相の制御部２４は、スイッチング素子２６，２８のスイッチングタイミングが互いに異なるものとなるが、ほぼ同様の処理を実行する。尚、図１には、Ｕ相の制御部２４のみが示されている。

制御部２４は、出力がインバータ回路２０のスイッチング素子２６，２８のゲートに接続されるドライバ部（駆動部）３０を有している。ドライバ部３０には、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６をオン／オフ駆動させるタイミングを指示する制御信号（以下、上ＭＯＳ制御信号と称す）、及び、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８をオン／オフ駆動させるタイミングを指示する制御信号（以下、下ＭＯＳ制御信号と称す）が入力される。これらの制御信号は、操舵トルクや車速，モータ１４の回転角などに基づいてすべての相のスイッチング素子２６，２８のオン／オフ駆動タイミングを制御するタイミング生成部から生成されるものである。上ＭＯＳ制御信号と下ＭＯＳ制御信号とは、一方がオンであるときは他方がオフであって、共にオン／オフが交互に繰り返される信号である。これらの制御信号のオン期間及びオフ期間は、操舵トルクや車速，モータ１４の回転角などに応じて可変される。

ドライバ部３０は、入力される上ＭＯＳ制御信号に応答して上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６をオン／オフ駆動させる駆動信号を生成し、その生成した駆動信号を上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６に向けて出力する。また、入力される下ＭＯＳ制御信号に応答して下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８をオン／オフ駆動させる駆動信号を生成し、その生成した駆動信号を下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８に向けて出力する。尚、ドライバ部３０においては、ＭＯＳ制御信号が入力されてから駆動信号が出力されるまでにある程度の時間を要し、ＭＯＳ制御信号に対してドライバ出力が追従するまでに遅延が発生する。この遅延時間Δｔは、ドライバ部３０での信号増幅などに起因して生じる例えば数百ｎｓｅｃ程度の時間である。スイッチング素子２６，２８は、ドライバ部３０からの駆動信号に従ってオン／オフされる。

次に、モータ制御装置１２の動作について説明する。

モータ制御装置１２において、制御部２４のドライバ部３０は、入力される上ＭＯＳ制御信号及び下ＭＯＳ制御信号に応答してインバータ回路２０に対してスイッチング素子２６，２８をオン／オフ駆動させる駆動信号を生成することで、適当なタイミングでスイッチング素子２６，２８をオフからオンへ又はオンからオフへスイッチングさせる。インバータ回路２０は、各相のスイッチング素子２６，２８が適当なタイミングでスイッチングされると、電源Ｖと接地ＧＮＤとの間の直流電力を三相の交流電力に変換してモータ１４に供給する。モータ１４は、三相の交流電力が供給されると、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する。従って、モータ制御装置１２によるモータ１４の制御によれば、車両運転者によるステアリングホイールの操舵が補助されるので、車両運転者によるステアリング操舵時における負担を軽減することが可能である。

図２は、インバータ回路２０において生じ得る寄生成分を表した図を示す。ところで、インバータ回路２０のスイッチング素子２６，２８の一方が短絡故障を起こした場合、その一方の短絡故障が生じたまま他方がスイッチングオンされると、その他方に短絡による過電流が流れる。かかる過電流の流通が長期間に亘って継続すると、その他方のスイッチング素子２８，２６にも短絡故障が発生する可能性がある。かかる短絡故障が発生すると、電源Ｖと接地ＧＮＤとが短絡状態となり、システム全体がダウンするので、モータ１４によるアシストトルクの発生継続が不可能となる。従って、ある一つの相の一つのスイッチング素子２６，２８が短絡故障を起こした場合にも即座にモータ１４によるアシストトルクの発生停止が生じることが無いように、その短絡故障を速やかにかつ精度よく検出することが要求される。

一方、インバータ回路２０において、電源Ｖと接地ＧＮＤとの間に直列接続された２つのスイッチング素子２６，２８の周辺には、図２に示す如く、配線等による寄生インダクタやスイッチング素子の寄生容量が作用する。このため、それら２つのスイッチング素子２６，２８の接続点に生じるインバータ中点電圧（すなわち、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６のソース電圧又は下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８のドレイン電圧）には、それらの寄生インダクタンス成分と寄生容量成分との共振によりリンギングノイズが重畳する。このリンギングノイズは、スイッチング素子２６，２８がスイッチングされた直後に発生するが、このリンギングノイズ発生時においてはインバータ中点電圧が大きく変化する。このため、リンギングノイズ発生時にスイッチング素子２６，２８の一端に生じている電圧としてインバータ中点電圧を用いてスイッチング素子２６，２８の短絡故障検出が実行されると、そのスイッチング素子２６，２８の短絡故障が誤検出されるおそれがある。

これに対して、本実施例の短絡故障検出装置１０は、以下の如く、スイッチング素子２６，２８の短絡故障を速やかにかつ精度よく検出することとしている。以下、図３〜図６を用いて、本実施例の特徴部について説明する。

図３は、本実施例の短絡故障検出装置１０において、寄生成分に基づくリンギングノイズが重畳し得るスイッチング素子２６，２８の両端電圧を、スイッチング素子２６，２８の短絡故障を検出するのに用いる電圧として検出するタイミングを表した図を示す。尚、図３には、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の両端電圧を上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の短絡故障を検出するのに用いる電圧として検出するタイミングを表した図を示す。

スイッチング素子２６，２８のうち一方のスイッチング素子２６，２８への駆動信号がオンであることでその一方のスイッチング素子２６，２８がオン状態にあるとき、その一方のスイッチング素子２６，２８のドレイン端子とソース端子との間に生じる両端電圧は、他方のスイッチング素子２８，２６が短絡故障していなければほぼゼロであるが、他方のスイッチング素子２８，２６が短絡故障していればゼロよりも大きな値を示す。これは、スイッチング素子２６，２８が、他方のスイッチング素子２８，２６の短絡が生じていない場合は流通電流と両端電圧との線形領域で動作する一方で、他方のスイッチング素子２８，２６の短絡が生じている場合は大電流の流通により両端電圧を上げても流通電流が上昇しない飽和領域で動作することとなるので、他方のスイッチング素子２８，２６の短絡時においては一方のスイッチング素子２６，２８のオン時の両端電圧が大きな値を示すからである。

一方、上記したリンギングノイズは、図３に示す如く、スイッチング素子２６，２８がスイッチングされた後、時間の経過と共に小さくなり、スイッチング直前のタイミングで最小となる。また、上記の如く、ドライバ部３０においては、入力されるＭＯＳ制御信号に対してそのＭＯＳ制御信号の内容に従った駆動信号がスイッチング素子２６，２８へ出力されるまでに遅延が発生する（図３参照）。この点、ドライバ部３０に入力されるＭＯＳ制御信号がオンからオフへ切り替わった時点では、未だそのＭＯＳ制御信号に係るスイッチング素子２６，２８がオンからオフへ切り替わっておらずオン状態のままであるので、そのＭＯＳ制御信号がオンからオフへ切り替わった時点はリンギングノイズが最小となるタイミングである。

従って、入力されるＭＯＳ制御信号がオンからオフへ切り替わった時点でスイッチング素子２６，２８の両端電圧をモニタして、その時点での両端電圧が所定閾値以上であるか否かを判定することとすれば、一方のスイッチング素子２６，２８の両端電圧に基づく他方のスイッチング素子２８，２６の短絡故障の有無を、リンギングノイズの影響を受けることなく判定することが可能となる。

そこで、本実施例において、短絡故障検出装置１０の一部として、制御部２４は、インバータ回路２０のスイッチング素子２６，２８の短絡故障を検出する短絡検出回路３２を有している。短絡検出回路３２は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の短絡を監視するために設けられたコンパレータ（以下、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータと称す）３４と、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の短絡を監視するために設けられたコンパレータ（以下、下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータと称す）３６と、を有している。

上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４は、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の両端電圧をモニタする回路であって、その下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う。上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４には、電源として下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８のゲートに入力される駆動信号が供給される。上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４は、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８のゲートに入力される駆動信号がオン状態にある場合に動作して上記の比較を行うことが可能である。

下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８のソース端子には、接地ＧＮＤが接続されていると共に、所定電圧Ｖ_ＳＨ１の−端子が接続されている。上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４の反転入力端子には、所定電圧Ｖ_ＳＨ１の＋端子が接続されている。また、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４の非反転入力端子には、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８のドレイン端子が接続されている。所定電圧Ｖ_ＳＨ１は、上記した所定閾値として予め設定された電圧であって、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６が短絡している場合に下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の両端電圧として生じ得る最低の電圧である。

また、下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧をモニタする回路であって、その上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う。下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６には、電源として上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６のゲートに入力される駆動信号が供給される。下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６のゲートに入力される駆動信号がオン状態にある場合に動作して上記の比較を行うことが可能である。

上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６のドレイン端子には、電源Ｖが接続されていると共に、所定電圧Ｖ_ＳＨ２の＋端子が接続されている。下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６の非反転入力端子には、所定電圧Ｖ_ＳＨ２の−端子が接続されている。また、下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６の反転入力端子には、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６のソース端子が接続されている。所定電圧Ｖ_ＳＨ２は、上記した所定閾値として予め設定された電圧であって、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８が短絡している場合に上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧として生じ得る最低の電圧である。尚、この所定電圧Ｖ_ＳＨ２の電圧値は、上記した所定電圧Ｖ_ＳＨ１の電圧値と同じ値であってもよいが、異なる値であってもよい。

短絡検出回路３２には、また、上ＭＯＳ制御信号及び下ＭＯＳ制御信号が入力される。上ＭＯＳ制御信号及び下ＭＯＳ制御信号が短絡検出回路３２に入力されるタイミングと、上ＭＯＳ制御信号及び下ＭＯＳ制御信号がドライバ部３０に入力されるタイミングと、は位相遅れを伴うことなくほぼ同時である。上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４は、入力される下ＭＯＳ制御信号がオンからオフへ切り替わった時に下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の両端電圧をモニタすることで、その下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８が実際にオフする直前のタイミングにおいてそのモニタした両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う。また、下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６は、入力される上ＭＯＳ制御信号がオンからオフへ切り替わった時に上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧をモニタすることで、その上ＭＯＳ−ＦＥＴが実際にオフする直前のタイミングにおいてそのモニタした両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う。

上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４の出力及び下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６の出力は、ドライバ部３０に供給される。すなわち、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４の比較結果及び下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６の比較結果は、ドライバ部３０に供給される。ドライバ部３０は、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４の比較結果に基づいて上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の短絡故障が生じているか否かを判別すると共に、下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６の比較結果に基づいて下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の短絡故障が生じているか否かを判別する。ドライバ部３０は、スイッチング素子２６，２８をオン／オフ駆動させる駆動信号の生成を、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の短絡故障の有無及び下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の短絡故障の有無に応じたものとする。

図４は、本実施例の短絡故障検出装置１０において制御部２４が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。

本実施例の制御部２４において、短絡検出回路３２は、入力される下ＭＯＳ制御信号及び上ＭＯＳ制御信号のうち何れか一方の制御信号が前回処理時から今回処理時にかけてオンからオフに切り替わるか否かを判別する（ステップ１００）。その結果、その制御信号がオンからオフに切り替わらないと判別した場合は、以後、何ら処理を進めることなく今回のルーチンを終了する。一方、その制御信号がオンからオフに切り替わったと判別した場合は、その制御信号に係る上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４又は下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６を用いて以下の処理を実行させる。

短絡検出回路３２の上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４は、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８のゲートに入力される駆動信号がオン状態にある場合に電源供給されて動作する。下ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わる場合は、その下ＭＯＳ制御信号のオンからオフへの切替が行われてから少なくともドライバ部３０での遅延時間Δｔが経過するまでの間、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の駆動信号はオン状態のままであるので、少なくともその間は上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４は電源供給されて動作する。

一方、下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６のゲートに入力される駆動信号がオン状態にある場合に電源供給されて動作する。上ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わる場合は、その上ＭＯＳ制御信号のオンからオフへの切替が行われてから少なくともドライバ部３０での遅延時間Δｔが経過するまでの間、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の駆動信号はオン状態のままであるので、少なくともその間は下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６は電源供給されて動作する。

短絡検出回路３２は、下ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わったと判別した場合は、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４が、電源供給される動作状態において、その入力される下ＭＯＳ制御信号がオンからオフへ切り替わった時に下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の両端電圧をモニタする。一方、上ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わったと判別した場合は、下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６が、電源供給される動作状態において、その入力される上ＭＯＳ制御信号がオンからオフへ切り替わった時に上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧をモニタする（ステップ１０２）。そして、短絡検出回路３２は、そのモニタした両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う（ステップ１０４）。

その比較の結果、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８又は上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧が所定閾値未満であると判定した場合は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６又は下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８は短絡故障を起こしていない正常状態にあると判断して、ロー信号を出力する。一方、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８又は上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧が所定閾値以上であると判定した場合は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６又は下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８が短絡故障を起こしていると判断して、ハイ信号を出力する。すなわち、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４又は下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６又は下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の短絡故障の有無結果に応じた信号をドライバ部３０に供給する。

制御部２４において、ドライバ部３０は、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４又は下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６からの信号がロー信号であると判定する場合は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６又は下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８は短絡故障を起こしていない正常状態にあると判定する（ステップ１０６）。一方、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４又は下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６からの信号がハイ信号であると判定する場合は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６又は下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８が短絡故障を起こしていると判定する（ステップ１０８）。

ドライバ部３０は、自ドライバ部３０に対応する相のスイッチング素子である上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６又は下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８が短絡故障を起こしていると判定すると、その短絡故障が生じている故障相のインバータをなすスイッチング素子２６，２８を共に駆動停止すると共に（ステップ１１０）、その故障相のスイッチング素子２６，２８とモータ１４との接続を切断すべくその故障相に対応するリレー２２を開放してオフ固定する（ステップ１１２）。

何れかの相のドライバ部３０が、自ドライバ部３０に対応する相が故障したと判断して、スイッチング素子２６，２８を共に駆動停止しかつその故障相に対応するリレー２２を開放すると、以後、その故障相以外の正常相のドライバ部３０がその故障発生前と同様の制御を行う。具体的には、三相のうち故障相を除いた残りの二相についてドライバ部３０がスイッチング素子２６，２８をオン／オフ駆動させる駆動信号を生成して出力することで、モータ１４に二相の交流電力が供給される。この場合には、モータ１４の発生するトルクは低下することとなるが、そのモータ１４が継続してトルクを発生することが可能となる。

図５は、本実施例の短絡故障検出装置１０における、Ｕ相の上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕで短絡故障が発生する場合の動作を説明するための図を示す。また、図６は、本実施例の短絡故障検出装置１０における、Ｕ相の下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕで短絡故障が発生する場合の動作を説明するための図を示す。尚、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に回路図を、また、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に動作タイムチャートを、それぞれ示す。

図５に示す如く、Ｕ相の上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕで短絡故障が発生する前（時刻ｔ１以前）は、下ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わった時点で、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕはオン状態のままであり、その下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕの両端電圧はほぼゼロである。この場合、本実施例の短絡故障検出装置１０は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕが短絡故障を起こしていない正常状態にあると判定する。

一方、Ｕ相の上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕで短絡故障が発生した後（時刻ｔ１以後）は、下ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わった時点で、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕはオン状態のままであるが、その下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕの両端電圧がゼロよりも大きな値を示すこととなる。この場合、本実施例の短絡故障検出装置１０は、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕが短絡故障を起こしていると判定する。

また、図６に示す如く、Ｕ相の下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕで短絡故障が発生する前（時刻ｔ２以前）は、上ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わった時点で、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕはオン状態のままであり、その上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕの両端電圧はほぼゼロである。この場合、本実施例の短絡故障検出装置１０は、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕが短絡故障を起こしていない正常状態にあると判定する。

一方、Ｕ相の下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕで短絡故障が発生した後（時刻ｔ２以後）は、上ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わった時点で、上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕはオン状態のままであるが、その上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６Ｕの両端電圧がゼロよりも大きな値を示すこととなる。この場合、本実施例の短絡故障検出装置１０は、下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８Ｕが短絡故障を起こしていると判定する。

このように、本実施例の短絡故障検出装置１０においては、相ごとに、制御部２４に入力される下ＭＯＳ制御信号及び上ＭＯＳ制御信号のうち何れか一方の制御信号が前回処理時から今回処理時にかけてオンからオフに切り替わった時に、その制御信号に従って駆動される下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８又は上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６のドレイン−ソース間の両端電圧をモニタし、その時点での両端電圧が所定閾値以上である場合に他方の上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６又は下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８に短絡故障が生じていると判定することができる。

上記の如く、ＭＯＳ制御信号がオンからオフへ切り替わった時点はリンギングノイズが最小となるタイミングであると共に、また、一方のスイッチング素子２６，２８がオンしているときの両端電圧は、他方のスイッチング素子２８，２６が短絡していないときはゼロである一方で、他方のスイッチング素子２８，２６が短絡しているときはゼロよりも大きな値を示す。

従って、本実施例の短絡故障検出装置１０によれば、三相それぞれについて、他方のスイッチング素子２８，２６の短絡故障を検出するのに用いる一方のスイッチング素子２６，２８の両端電圧を検出するタイミングとしてリンギングノイズ発生時を回避することができるので、一方のスイッチング素子２６，２８の両端電圧に基づく他方のスイッチング素子２８，２６の短絡故障の有無を、リンギングノイズの影響を受けることなく判定することができ、その短絡故障を精度よく検出することができる。

また、本実施例においては、何れか一方のスイッチング素子２６，２８の短絡故障が発生した場合、その発生直後における、制御部２４に入力される他方のスイッチング素子２８，２６をオン／オフ駆動させる制御信号がオンからオフへ切り替わった時点でのその他方のスイッチング素子２８，２６の両端電圧をモニタすることで、その一方のスイッチング素子２６，２８に短絡故障が発生したことを判定することができる。この点、スイッチング素子２６，２８の短絡故障の発生からその短絡故障発生の判定までに要する時間をできる限り短くすることができる。従って、本実施例によれば、インバータ回路２０を構成するスイッチング素子２８，２６の短絡故障を速やかにかつ精度よく検出することが可能となる。

更に、本実施例においては、三相のうち何れかの相のスイッチング素子２６，２８に短絡故障が生じていると判定されると、以後、その故障相以外の二相においてスイッチング素子２６，２８の駆動が継続されることで、モータ１４が二相の交流電力により駆動されてトルクを発生する。従って、本実施例によれば、三相のうち何れかの相のスイッチング素子２６，２８が短絡故障を起こしても、モータ１４によるアシストトルクの発生が継続することで、モータ１４を用いて車両運転者によるステアリングホイールの操舵を補助することができる。

ところで、上記の実施例においては、下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３６が上ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わった時に上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧をモニタすることが特許請求の範囲に記載した「切替時両端電圧モニタ手段」及び「第１の切替時両端電圧モニタ手段」に、上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ３４が下ＭＯＳ制御信号がオンからオフに切り替わった時に下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の両端電圧をモニタすることが特許請求の範囲に記載した「切替時両端電圧モニタ手段」及び「第２の切替時両端電圧モニタ手段」に、ドライバ部３０が上記した上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６の両端電圧が所定閾値以上である場合に下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８が短絡故障を起こしていると判定することが特許請求の範囲に記載した「短絡故障有無判定手段」及び「第１の短絡故障有無判定手段」に、ドライバ部３０が上記した下ＭＯＳ−ＦＥＴ２８の両端電圧が所定閾値以上である場合に上ＭＯＳ−ＦＥＴ２６が短絡故障を起こしていると判定することが特許請求の範囲に記載した「短絡故障有無判定手段」及び「第２の短絡故障有無判定手段」に、故障相の制御部２４のドライバ部３０が対応のスイッチング素子２６，２８を共に駆動停止しかつその故障相に対応するリレー２２を開放すると共に、その故障相以外の正常相の制御部２４のドライバ部３０が対応のスイッチング素子２６，２８の駆動を故障発生前と同様に制御することが特許請求の範囲に記載した「故障時制御手段」に、それぞれ相当している。

また、上記の実施例においては、制御部２４がモータ１４の各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応してそれぞれ設けられ、ドライバ部３０が対応の相Ｕ，Ｖ，Ｗのスイッチング素子２６，２８をオン／オフ駆動させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、一つの制御部が設けられ、一つのドライバ部３０がすべての相Ｕ，Ｖ，Ｗのスイッチング素子２６，２８をオン／オフ駆動させることとしてもよい。

また、上記の実施例においては、モータ１４を三相ブラシレスＤＣモータとしたが、三相を超える相を有するブラシレスモータに適用することとしてもよい。また、モータ１４を車載の電動パワーステアリング装置に適用することとしたが、車両に搭載される他のシステムや車載以外のシステムに適用することとしてもよい。

１０インバータ用短絡故障検出装置
１２モータ制御装置
１４モータ
２０インバータ回路
２２リレー
２４制御部
２６上ＭＯＳ−ＦＥＴ（スイッチング素子）
２８下ＭＯＳ−ＦＥＴ（スイッチング素子）
３０ドライバ部
３２短絡検出回路
３４上ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ
３６下ＭＯＳ短絡監視用コンパレータ
Ｖ電源
ＧＮＤ接地

Claims

電源−接地間に直列接続された２つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するインバータ用短絡故障検出装置であって、
前記２つのスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子を駆動するために入力される制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該一方のスイッチング素子の両端に生じている両端電圧をモニタする切替時両端電圧モニタ手段と、
前記切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記両端電圧が所定閾値以上である場合に、前記２つのスイッチング素子のうち他方のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する短絡故障有無判定手段と、
を備えることを特徴とするインバータ用短絡故障検出装置。
前記切替時両端電圧モニタ手段は、前記２つのスイッチング素子のうち電源側のスイッチング素子を駆動するために入力される電源側制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該電源側のスイッチング素子の両端に生じている電源側両端電圧をモニタする第１の切替時両端電圧モニタ手段を有し、
前記短絡故障有無判定手段は、前記第１の切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記電源側両端電圧が第１の所定閾値以上である場合に、前記２つのスイッチング素子のうち接地側のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する第１の短絡故障有無判定手段を有することを特徴とする請求項１記載のインバータ用短絡故障検出装置。
前記切替時両端電圧モニタ手段は、前記２つのスイッチング素子のうち接地側のスイッチング素子を駆動するために入力される接地側制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該接地側のスイッチング素子の両端に生じている接地側両端電圧をモニタする第２の切替時両端電圧モニタ手段を有し、
前記短絡故障有無判定手段は、前記第２の切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記接地側両端電圧が第２の所定閾値以上である場合に、前記２つのスイッチング素子のうち電源側のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する第２の短絡故障有無判定手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ用短絡故障検出装置。
前記短絡故障有無判定手段は、前記切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記両端電圧が前記所定閾値未満である場合に、前記２つのスイッチング素子のうち他方のスイッチング素子に短絡故障は生じていないと判定することを特徴とする請求項１記載のインバータ用短絡故障検出装置。
前記インバータ回路は、３相以上の多相からなるブラシレスモータの各相に対応して、前記２つのスイッチング素子を電源−接地間に複数組並列に接続した構造を有していると共に、
請求項１乃至４の何れか一項記載のインバータ用短絡故障検出装置の前記短絡故障有無判定手段により前記スイッチング素子に短絡故障が生じていると判定された場合に、該短絡故障が生じているスイッチング素子を有する故障相の前記スイッチング素子を駆動停止すると共に、該故障相以外の正常相の前記スイッチング素子を駆動することで、前記ブラシレスモータの駆動を行う故障時制御手段を備えることを特徴とするモータ制御装置。