JP2014165956A - Rotary electric machine drive device - Google Patents

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JP2014165956A JP2013032405A JP2013032405A JP2014165956A JP 2014165956 A JP2014165956 A JP 2014165956A JP 2013032405 A JP2013032405 A JP 2013032405A JP 2013032405 A JP2013032405 A JP 2013032405A JP 2014165956 A JP2014165956 A JP 2014165956A
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Isamu Kato
勇 嘉藤
Takashi Nakamura
恭士 中村
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Aisin AW Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve, in a smaller-scaled circuit, a function for detecting an overcurrent caused by a grounding fault or the like of an inverter circuit.SOLUTION: Between an upper-stage side arm and a high voltage DC positive pole line P, a current detection circuit 6 is provided for detecting a current which flows through at least one upper-stage side arm. An upper-stage drive circuit 7U for driving a switching element 3U of the upper-stage side arm is operated by a bootstrap power source 70 with a potential at the negative pole side of the upper-stage side arm as a negative pole and with a potential increased by a predetermined voltage as a positive pole with respect to the negative pole. The current detection circuit 6 is operated by power supply for a detection circuit generated by a power supply circuit 63 for a detection circuit including a bootstrap circuit utilizing the bootstrap power source 70.

Description

本発明は、交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine drive device that drives and controls an AC rotating electrical machine.

交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置には、直流と交流との間で電力変換を行うインバータ回路が備えられていることが多い。インバータ回路は、多くの場合、半導体スイッチング素子を用いて構成されている。インバータ回路を収容するケースとインバータ回路との接触などにより、これらの半導体スイッチング素子に過電流が流れると、素子破壊や寿命の劣化を招く。このため、過電流を検出してインバータ回路への電力の供給を遮断するような回路の保護機構が備えられる場合がある。特開2006−187101号公報(特許文献1)には、そのような保護回路を備えたインバータ回路の駆動方法に関する技術が開示されている。   In many cases, a rotating electrical machine drive apparatus that drives and controls an AC rotating electrical machine is provided with an inverter circuit that performs power conversion between direct current and alternating current. The inverter circuit is often configured using a semiconductor switching element. If an overcurrent flows through these semiconductor switching elements due to contact between the inverter circuit housing case and the inverter circuit, the elements are destroyed and the life is deteriorated. For this reason, a circuit protection mechanism that detects an overcurrent and interrupts the supply of power to the inverter circuit may be provided. Japanese Patent Laying-Open No. 2006-187101 (Patent Document 1) discloses a technique related to a method for driving an inverter circuit including such a protection circuit.

特許文献1のインバータ回路は、エミッタ端子とは別に電流検出用の電流センス端子を備えたIGBT(insulated gate bipolar transistor)を用いて構成されている。電流センス端子には直列にシャント抵抗が接続され、当該シャント抵抗の端子電圧を判定するコンパレータを備えた過電流検出回路が備えられている。この過電流検出回路は、当該過電流回路に電流センス端子が接続されるIGBTを駆動する駆動回路の電源によって動作する(特許文献1の図1等)。   The inverter circuit of Patent Document 1 is configured using an IGBT (insulated gate bipolar transistor) having a current sense terminal for current detection in addition to the emitter terminal. A shunt resistor is connected in series to the current sense terminal, and an overcurrent detection circuit including a comparator for determining a terminal voltage of the shunt resistor is provided. This overcurrent detection circuit is operated by a power source of a drive circuit that drives an IGBT having a current sense terminal connected to the overcurrent circuit (FIG. 1 of Patent Document 1).

このような過電流検出回路は、IGBTの電流センス端子に接続される。従って、電流センス端子を有していないIGBTやパワートランジスタを用いたインバータ回路では、この回路構成を採ることができない。また、例えば3相交流と直流との間で電力を変換するインバータ回路では、上段側だけであっても3つの過電流検出回路を必要とする。例えば、直流の正極側とケースとが接触する地絡などによる過電流の検出では、3相を独立して監視する必要はなく、過電流検出回路は1つに統合されてもよい。しかし、電流を検出ためのシャント抵抗は、上段側のIGBTと下段側のIGBTとの間に配置されているため、3相のシャント抵抗を1つにまとめることはできず、回路の小規模化には限界がある。   Such an overcurrent detection circuit is connected to the current sense terminal of the IGBT. Therefore, an inverter circuit using an IGBT or power transistor that does not have a current sense terminal cannot adopt this circuit configuration. For example, an inverter circuit that converts power between three-phase alternating current and direct current requires three overcurrent detection circuits even on the upper stage side only. For example, in the detection of overcurrent due to a ground fault or the like where the positive electrode side of the DC contacts the case, it is not necessary to monitor the three phases independently, and the overcurrent detection circuit may be integrated into one. However, since the shunt resistor for detecting the current is arranged between the upper-stage IGBT and the lower-stage IGBT, the three-phase shunt resistors cannot be combined into one, and the circuit scale is reduced. Has its limits.

特開2006−187101号公報JP 2006-187101 A

上記背景に鑑みて、地絡などによる過電流を検出する機能をより小規模な回路で実現する技術が望まれる。   In view of the above background, a technique for realizing a function of detecting an overcurrent due to a ground fault or the like with a smaller circuit is desired.

上記課題に鑑みた本発明に係る、交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置の特徴構成は、
高圧直流電源と前記回転電機との間に設けられ、直流と複数相の交流との間で電力変換を行う回路であり、スイッチング素子を備えて高圧直流正極ラインの側に接続される上段側アームと、スイッチング素子を備えて高圧直流負極ラインの側に接続される下段側アームとが直列接続された相補型アームが、複数相の交流の相数分並列接続されたブリッジ回路により構成されるインバータ回路と、
前記高圧直流電源よりも低電圧の低圧直流電源から供給される電力によって動作し、前記スイッチング素子の制御信号を生成して前記インバータ回路をスイッチング制御するインバータ制御部と、
前記制御信号に応じて前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、を備え、
さらに、前記上段側アームと前記高圧直流正極ラインとの間に、少なくとも1つの前記上段側アームを通って流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記ドライブ回路の内、前記上段側アームの前記スイッチング素子を駆動する上段用ドライブ回路は、前記上段側アームの負極側の電位を負極とし、当該負極に対して予め規定された電圧分引き上げられた電位を正極とするブートストラップ電源によって動作し、
前記電流検出回路は、前記ブートストラップ電源を利用したブートストラップ回路を有する検出回路用電源回路により生成される検出回路用電源によって動作する点にある。
According to the present invention in view of the above problems, the characteristic configuration of the rotating electrical machine drive device for driving and controlling an AC rotating electrical machine is as follows:
An upper arm provided between a high-voltage DC power supply and the rotating electrical machine, which performs power conversion between DC and a plurality of phases of AC, and includes a switching element and is connected to the high-voltage DC positive line side And an inverter constituted by a bridge circuit in which a complementary arm in which a switching element is provided and a lower arm connected to the high-voltage DC negative line side is connected in series is connected in parallel for the number of phases of a plurality of phases Circuit,
An inverter control unit that operates by power supplied from a low-voltage DC power supply having a voltage lower than that of the high-voltage DC power supply, generates a control signal for the switching element, and controls the inverter circuit;
A drive circuit for driving the switching element in response to the control signal,
Furthermore, a current detection circuit for detecting a current flowing through the at least one upper arm is provided between the upper arm and the high-voltage DC positive line,
Of the drive circuits, the upper drive circuit that drives the switching element of the upper arm has a negative potential on the negative side of the upper arm and is increased by a predetermined voltage with respect to the negative electrode. Operated by a bootstrap power supply with a positive potential,
The current detection circuit is operated by a detection circuit power supply generated by a detection circuit power supply circuit having a bootstrap circuit using the bootstrap power supply.

低圧直流電源を電圧源とするインバータ制御部により生成された制御信号によって、高圧直流電源側の直流と回転電機側の交流との間で電力を変換するインバータをスイッチング制御するに際して、当該制御信号は、多くの場合、ドライブ回路を介して中継される。つまり、低圧系回路で生成された制御信号では、高圧系回路のインバータ回路のスイッチング素子を駆動するための駆動能力が充分ではないため、ドライブ回路によってインバータ回路を構成するスイッチング素子を駆動可能な駆動能力が付加される(電圧振幅の拡大や入出力電流の供給など。)。このため、ドライブ回路の電源は、スイッチング素子を駆動するために必要な電圧を有し、充分な電流を供給できるように構成され、例えばトランスを利用したフローティング電源回路がしばしば適用される。しかし、そのようなフローティング電源回路を用いることなく、ブートストラップ回路を用いたブートストラップ電源によりドライブ回路を動作させることも可能である。   When performing switching control of an inverter that converts electric power between direct current on the high-voltage direct-current power supply side and alternating current on the rotating electrical machine side by a control signal generated by an inverter control unit that uses a low-voltage direct-current power supply as a voltage source, the control signal is Often relayed through a drive circuit. In other words, the control signal generated by the low-voltage system circuit does not have sufficient drive capability to drive the switching element of the inverter circuit of the high-voltage system circuit. Therefore, the drive circuit can drive the switching element constituting the inverter circuit. Capability is added (such as voltage amplitude expansion and input / output current supply). Therefore, the power source of the drive circuit has a voltage necessary for driving the switching element and is configured to supply a sufficient current. For example, a floating power source circuit using a transformer is often applied. However, the drive circuit can be operated by a bootstrap power supply using a bootstrap circuit without using such a floating power supply circuit.

ところで、インバータ回路に地絡などによる過電流が生じる場合、上段側アームにおいて地絡が生じる際の電流の方が、下段側アームにおいて地絡が生じる際の電流に比べて大きくなる可能性が高い。従って、地絡などによる過電流を検出するために、電流検出回路を付加する場合には、上段側アームの電流が確実に検出できる箇所に電流検出回路を配置することが好ましい。好適には、高圧直流正極ラインと上段側アームとの間に電流検出回路が配置されるが、この配置において電流検出回路を動作させるための電源には、高圧直流正極ラインよりも高い電圧が必要となる。1つの手段として、トランスなどを用いたフローティング電源を構成して、電流検出回路用の電源回路が構築することが可能である。しかし、フローティング電源はトランスなどの部品が比較的大きく、回転電機駆動装置の回路規模を増大させてしまう。特に、ドライブ回路の電源としてトランスを利用したフローティング電源回路を適用せず、回転電機駆動装置の小型化を図っているような場合に、電流検出回路用の電源回路の回路規模を増大させることは好ましくない。本特徴構成によれば、電流検出回路が高圧直流正極ラインと上段側アームとの間に設けられるような場合に、トランスを用いた電源回路に比べて小規模な電源回路が構築される。即ち、本特徴構成によれば、ドライブ回路に電力を供給するブートストラップ電源を利用したブートストラップ回路を有する検出回路用電源回路により生成される検出回路用電源によって電流検出回路が動作する。従って、地絡などによる過電流を検出する機能をより小規模な回路で実現することができる。   By the way, when an overcurrent due to a ground fault occurs in the inverter circuit, the current when a ground fault occurs in the upper arm is likely to be larger than the current when a ground fault occurs in the lower arm. . Therefore, when a current detection circuit is added to detect an overcurrent due to a ground fault or the like, it is preferable to arrange the current detection circuit at a location where the current of the upper arm can be reliably detected. Preferably, a current detection circuit is arranged between the high-voltage DC positive line and the upper arm, but in this arrangement, the power source for operating the current detection circuit requires a higher voltage than the high-voltage DC positive line. It becomes. As one means, it is possible to construct a power supply circuit for a current detection circuit by configuring a floating power supply using a transformer or the like. However, the floating power supply has relatively large components such as a transformer, which increases the circuit scale of the rotating electrical machine drive device. In particular, when the floating power supply circuit using a transformer is not applied as the power supply of the drive circuit, and the downsizing of the rotating electrical machine drive device is attempted, the circuit scale of the power supply circuit for the current detection circuit is increased. It is not preferable. According to this characteristic configuration, when the current detection circuit is provided between the high-voltage DC positive line and the upper arm, a small-scale power supply circuit is constructed compared to a power supply circuit using a transformer. That is, according to this characteristic configuration, the current detection circuit operates by the detection circuit power supply generated by the detection circuit power supply circuit having the bootstrap circuit using the bootstrap power supply that supplies power to the drive circuit. Therefore, the function of detecting an overcurrent due to a ground fault or the like can be realized with a smaller circuit.

上述したように、地絡などによる過電流を検出するために、電流検出回路を付加する場合には、上段側アームの電流が確実に検出できる箇所に電流検出回路を配置することが好ましい。電流検出回路を例えば、シャント抵抗を利用して構成する場合には、相補型アームの最も上段側、つまり、上段側アームと高圧正極電源ラインとの間にシャント抵抗が配置されると好適である。また、この際には、シャント抵抗の上段側アームの側の端部が、電流検出回路の負極側となる。従って、シャント抵抗の上段側アームの側の端部の側を負極として、検出回路用電源回路が構成されると好適である。1つの態様として、本発明に係る回転電機駆動装置は、前記電流検出回路が、前記相補型アームの正極側端部と前記高圧直流正極ラインとの間に直列接続されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗の両端電圧を検出する演算増幅器とを備え、前記検出回路用電源回路が、前記ブートストラップ電源の正極側から前記演算増幅器の正極電源端子に向かって順方向接続されるダイオードと、当該ダイオードのカソード端子と前記演算増幅器の負極電源端子との間に直列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに並列接続される抵抗器と、を備えて構成されていると好適である。   As described above, when a current detection circuit is added in order to detect an overcurrent due to a ground fault or the like, it is preferable to arrange the current detection circuit at a location where the current of the upper arm can be reliably detected. When the current detection circuit is configured using, for example, a shunt resistor, it is preferable that the shunt resistor is disposed on the uppermost side of the complementary arm, that is, between the upper arm and the high-voltage positive power supply line. . In this case, the end of the shunt resistor on the upper arm side is the negative electrode side of the current detection circuit. Therefore, it is preferable that the detection circuit power supply circuit is configured with the end side of the upper arm side of the shunt resistor as the negative electrode. As one aspect, in the rotating electrical machine drive device according to the present invention, the current detection circuit includes a shunt resistor connected in series between a positive end of the complementary arm and the high-voltage DC positive line, and the shunt. An operational amplifier that detects a voltage across the resistor, and the detection circuit power supply circuit is forward-connected from the positive side of the bootstrap power supply toward the positive power supply terminal of the operational amplifier; and It is preferable to include a capacitor connected in series between the cathode terminal and the negative power supply terminal of the operational amplifier, and a resistor connected in parallel to the capacitor.

ところで、インバータ回路には、スイッチング素子やドライブ回路が1つのモジュールに集積されたものもある。このようなモジュール型のインバータ回路では、モジュールの内部で各相補型アームが並列接続される場合がある。そして、このような場合には、高圧正極電源ラインや高圧負極電源ラインに接続されるモジュールの端子も、各相の相補型アームごとに独立することなく、一括して設けられている場合がある。このようなモジュールでは、各相補型アームに対して個別に電流検出回路を設置することはできないので、当該モジュールの高圧正極電源ライン用の外部端子と高圧正極電源ラインとの間に電流検出回路が設置されると好適である。一方、各スイッチング素子に対して制御信号を中継するドライブ回路を動作させるための電源は、特に上段用ドライブ回路に関しては、各ドライブ回路に対して個別に提供される必要がある。従って、各上段用ドライブ回路に対する電源、例えばブートストラップ電源と接続可能な外部端子は、そのようなモジュールにおいても個別に設けられている。検出回路用電源回路は、それら各上段用ドライブ回路のブートストラップ電源の内の何れかを利用することができるように構成されていると好適である。   Incidentally, some inverter circuits have switching elements and drive circuits integrated in one module. In such a module type inverter circuit, the complementary arms may be connected in parallel inside the module. In such a case, the terminals of the modules connected to the high-voltage positive power supply line and the high-voltage negative power supply line may be collectively provided for each complementary arm of each phase. . In such a module, since a current detection circuit cannot be individually installed for each complementary arm, there is no current detection circuit between the external terminal for the high voltage positive power supply line of the module and the high voltage positive power supply line. It is preferable to be installed. On the other hand, a power source for operating a drive circuit that relays a control signal to each switching element needs to be provided individually to each drive circuit, particularly with respect to the upper drive circuit. Therefore, a power supply for each upper drive circuit, for example, an external terminal that can be connected to a bootstrap power supply is also provided individually in such a module. The detection circuit power supply circuit is preferably configured so that any one of the bootstrap power supplies of the upper drive circuits can be used.

1つの態様として、本発明に係る回転電機駆動装置は、前記シャント抵抗が、各相の前記相補型アームを並列接続した並列回路の正極側端部と前記高圧直流正極ラインとの間に直列接続され、前記検出回路用電源回路が、各上段用ドライブ回路の前記ブートストラップ電源の正極側から前記演算増幅器の正極電源端子に向かって順方向接続される複数のダイオードのカソード端子が互いに接続されてカソード端子対が形成されたダイオード対と、当該カソード端子対と前記演算増幅器の負極電源端子との間に直列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに並列接続される抵抗器と、を備えて構成されていると好適である。尚、当然ながら、上述したようなモジュール型のインバータ回路でなくとも、相補型アームを並列接続したのち、一括して電流検出回路が設置されてもよい。   As one aspect, in the rotating electrical machine drive device according to the present invention, the shunt resistor is connected in series between a positive side end of a parallel circuit in which the complementary arms of each phase are connected in parallel and the high-voltage DC positive line. The detection circuit power supply circuit is connected to the cathode terminals of a plurality of diodes connected in the forward direction from the positive side of the bootstrap power supply of each upper drive circuit toward the positive power supply terminal of the operational amplifier. A diode pair in which a cathode terminal pair is formed, a capacitor connected in series between the cathode terminal pair and the negative power supply terminal of the operational amplifier, and a resistor connected in parallel to the capacitor. It is preferable that Needless to say, the current detection circuits may be collectively installed after the complementary arms are connected in parallel, instead of the module type inverter circuit as described above.

回転電機駆動装置のシステム構成を模式的に示す回路ブロック図Circuit block diagram schematically showing the system configuration of the rotating electrical machine drive device 電流検出用付加回路の構成を模式的に示す回路ブロック図Circuit block diagram schematically showing configuration of additional circuit for current detection 電流検出用付加回路を備えたインバータ回路の一例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing an example of an inverter circuit provided with an additional circuit for current detection トランスを有する電流検出用付加回路の構成例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing a configuration example of a current detection additional circuit having a transformer

以下、ハイブリッド車両や電動車両等の駆動力源となる回転電機MGを制御する回転電機駆動装置を例として、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1のブロック図は、回転電機駆動装置100の構成を模式的に示している。車両の駆動力源としての回転電機MGは、複数相の交流(ここでは3相交流)により動作する回転電機であり、電動機としても発電機としても機能することができる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a rotating electrical machine driving device that controls a rotating electrical machine MG serving as a driving force source for a hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like. The block diagram of FIG. 1 schematically shows the configuration of the rotating electrical machine driving device 100. The rotating electrical machine MG as a driving force source of the vehicle is a rotating electrical machine that operates by a plurality of phases of alternating current (here, three-phase alternating current), and can function as both an electric motor and a generator.

鉄道のように架線から電力の供給を受けることができない自動車のような車両では、回転電機を駆動するための電力源としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池(バッテリ)や、電気二重層キャパシタなどの直流電源を搭載している。本実施形態では、回転電機MGに電力を供給するための大電圧大容量の直流電源として、例えば電源電圧200〜400[V]の高圧バッテリ11(高圧直流電源)が備えられている。回転電機MGは、交流の回転電機であるから、高圧バッテリ11と回転電機MGとの間には、直流と交流との間で電力変換を行うインバータ回路10が備えられている。インバータ回路10の直流側の正極電源ラインP(高圧直流正極ライン)と負極電源ラインN(高圧直流負極ライン)との間の直流電圧は、以下の説明において適宜“システム電圧Vdc”と称する。高圧バッテリ11は、インバータ回路10を介して回転電機MGに電力を供給可能であると共に、回転電機MGが発電して得られた電力を蓄電可能である。   In a vehicle such as an automobile that cannot receive power supply from an overhead line such as a railway, a secondary battery (battery) such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery or an electric battery is used as a power source for driving a rotating electric machine. A DC power supply such as a multilayer capacitor is installed. In the present embodiment, for example, a high-voltage battery 11 (high-voltage DC power supply) having a power supply voltage of 200 to 400 [V] is provided as a high-voltage and large-capacity DC power supply for supplying power to the rotating electrical machine MG. Since the rotating electrical machine MG is an AC rotating electrical machine, an inverter circuit 10 that performs power conversion between direct current and alternating current is provided between the high voltage battery 11 and the rotating electrical machine MG. The DC voltage between the positive power supply line P (high voltage direct current positive line) and the negative power supply line N (high voltage direct current negative line) on the DC side of the inverter circuit 10 will be referred to as “system voltage Vdc” as appropriate in the following description. The high voltage battery 11 can supply electric power to the rotating electrical machine MG via the inverter circuit 10 and can store the electric power obtained by the electric power generation by the rotating electrical machine MG.

インバータ回路10と高圧バッテリ11との間には、直流電圧(システム電圧Vdc)を平滑化する平滑コンデンサ40が備えられている。平滑コンデンサ40は、回転電機MGの消費電力の変動に応じて変動する直流電圧を安定化させる。平滑コンデンサ40と高圧バッテリ11との間には、平滑コンデンサ40から回転電機MGまでの回路と、高圧バッテリ11との電気的な接続を切り離すことが可能なコンタクタ9が備えられている。本実施形態において、このコンタクタ9は、車両の最も上位の制御装置の1つである不図示の車両ECU(electronic control unit)からの指令に基づいて開閉するメカニカルリレーであり、例えばシステムメインリレー(SMR:system main relay)と称される。尚、コンタクタ9を開放した際に、平滑コンデンサ40の残存電荷を放電させるために、平滑コンデンサ40には並列に放電抵抗が設けられている。   Between the inverter circuit 10 and the high voltage battery 11, a smoothing capacitor 40 for smoothing a DC voltage (system voltage Vdc) is provided. Smoothing capacitor 40 stabilizes the DC voltage that fluctuates according to fluctuations in power consumption of rotating electrical machine MG. Between the smoothing capacitor 40 and the high voltage battery 11, a contactor 9 capable of disconnecting the electrical connection between the circuit from the smoothing capacitor 40 to the rotating electrical machine MG and the high voltage battery 11 is provided. In this embodiment, the contactor 9 is a mechanical relay that opens and closes based on a command from an unillustrated vehicle ECU (electronic control unit), which is one of the highest-level control devices of the vehicle. For example, a system main relay ( It is called SMR: system main relay. In addition, when the contactor 9 is opened, a discharge resistor is provided in parallel to the smoothing capacitor 40 in order to discharge the remaining charge of the smoothing capacitor 40.

インバータ回路10は、システム電圧Vdcを有する直流電力を複数相(nを自然数としてn相、ここでは3相)の交流電力に変換して回転電機MGに供給すると共に、回転電機MGが発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源に供給する。インバータ回路10は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、IGBT(insulated gate bipolar transistor)やパワーMOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)などのパワー半導体素子を適用すると好適である。図1に示すように、本実施形態では、スイッチング素子としてIGBT3が用いられる。   The inverter circuit 10 converts DC power having the system voltage Vdc into AC power of a plurality of phases (n is a natural number, n-phase, here 3 phases) and supplies the AC power to the rotating electrical machine MG, and AC power generated by the rotating electrical machine MG. The power is converted to DC power and supplied to the DC power supply. The inverter circuit 10 includes a plurality of switching elements. A power semiconductor element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or a power MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) is preferably applied to the switching element. As shown in FIG. 1, in this embodiment, IGBT3 is used as a switching element.

直流と複数相の交流(ここでは3相交流)との間で電力変換するインバータ回路10は、よく知られているように複数相(ここでは3相)のそれぞれに対応する数のアームを有するブリッジ回路により構成される。つまり、図1に示すように、インバータ回路10の直流正極側(直流電源の正極側の正極電源ラインP)と直流負極側(直流電源の負極側の負極電源ラインN)との間に2つのIGBT3が直列に接続されて1つのアーム10Lが構成される。ここで、正極電源ラインPに接続されるIGBT3を上段側IGBT3U(上段側スイッチング素子又はハイサイドスイッチ)と称し、負極電源ラインNに接続されるIGBT3を下段側IGBT3L(負極側スイッチング素子又はローサイドスイッチ)と称する。   As is well known, the inverter circuit 10 that converts power between direct current and multiple-phase alternating current (here, three-phase alternating current) has a number of arms corresponding to each of the multiple phases (here, three-phase). Consists of a bridge circuit. That is, as shown in FIG. 1, there are two between the DC positive side (positive power supply line P on the positive side of the DC power supply) and the DC negative side (negative power supply line N on the negative side of the DC power supply) of the inverter circuit 10. IGBT3 is connected in series and one arm 10L is comprised. Here, the IGBT 3 connected to the positive power supply line P is referred to as an upper stage IGBT 3U (upper stage switching element or high side switch), and the IGBT 3 connected to the negative power supply line N is referred to as a lower stage IGBT 3L (negative electrode side switching element or low side switch). ).

上段側IGBT3Uと下段側IGBT3Lとが同時にオン状態(導通状態)となると、正極電源ラインPと負極電源ラインNとが短絡状態となるため、上段側IGBT3Uと下段側IGBT3Lとは相補的にオン状態となるように制御される。アーム10Lは、上段側IGBT3Uを備えた上段側アームと、下段側IGBT3Lを備えた下段側アームとが直列接続された相補型アームとして構成されている。   When the upper stage IGBT 3U and the lower stage IGBT 3L are simultaneously turned on (conductive state), the positive power supply line P and the negative power supply line N are short-circuited, so that the upper stage IGBT 3U and the lower stage IGBT 3L are complementarily turned on. It is controlled to become. The arm 10L is configured as a complementary arm in which an upper arm provided with an upper IGBT 3U and a lower arm provided with a lower IGBT 3L are connected in series.

3相交流の場合には、この直列回路(1つのアーム10L)が3回線(3相:10U,10V,10W)並列接続される。つまり、回転電機MGのU相、V相、W相に対応するステータコイルのそれぞれに一組の直列回路(アーム10L)が対応したブリッジ回路が構成される。各相の上段側IGBT3Uのコレクタ端子は正極電源ラインPに接続され、エミッタ端子は各相の下段側IGBT3Lのコレクタ端子に接続される。また、各相の下段側IGBT3Lのエミッタ端子は、負極電源ラインN(例えば、高圧系回路のグラウンド)に接続される。対となる各相のIGBT3による直列回路(アーム10L)の中間点、つまり、上段側IGBT3Uと下段側IGBT3Lとの接続点は、回転電機MGのステータコイルにそれぞれ接続される。尚、IGBT3には、それぞれフリーホイールダイオード39(回生ダイオード)が並列に接続される。フリーホイールダイオード39は、カソード端子がIGBT3のコレクタ端子に接続され、アノード端子がIGBT3のエミッタ端子に接続される形で、各IGBT3に対して並列に接続される。   In the case of three-phase alternating current, this series circuit (one arm 10L) is connected in parallel with three lines (three phases: 10U, 10V, 10W). That is, a bridge circuit in which a set of series circuits (arms 10L) corresponds to the stator coils corresponding to the U phase, V phase, and W phase of the rotating electrical machine MG is configured. The collector terminal of the upper stage IGBT 3U of each phase is connected to the positive power supply line P, and the emitter terminal is connected to the collector terminal of the lower stage IGBT 3L of each phase. In addition, the emitter terminal of the lower stage IGBT 3L of each phase is connected to the negative power supply line N (for example, the ground of the high-voltage circuit). An intermediate point of the series circuit (arm 10L) by the IGBTs 3 of each phase as a pair, that is, a connection point between the upper stage IGBT 3U and the lower stage IGBT 3L is connected to the stator coil of the rotating electrical machine MG. A free wheel diode 39 (regenerative diode) is connected to the IGBT 3 in parallel. The freewheel diode 39 is connected in parallel to each IGBT 3 such that the cathode terminal is connected to the collector terminal of the IGBT 3 and the anode terminal is connected to the emitter terminal of the IGBT 3.

図1に示すように、インバータ回路10は、制御装置8により制御される。制御装置8は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されたECU(electronic control unit)を有して構成されている。本実施形態では、ECUは、不図示の車両ECU等の他の制御装置等からの要求信号として制御装置8に提供される回転電機MGの目標トルクTMに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ回路10を介して回転電機MGを制御する。制御装置8のECUは、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア(プログラム)との協働により実現される。   As shown in FIG. 1, the inverter circuit 10 is controlled by the control device 8. The control device 8 includes an ECU (electronic control unit) constructed using a logic circuit such as a microcomputer as a core member. In the present embodiment, the ECU uses a vector control method based on the target torque TM of the rotating electrical machine MG provided to the control device 8 as a request signal from another control device such as a vehicle ECU (not shown). Feedback control is performed to control the rotating electrical machine MG via the inverter circuit 10. The ECU of the control device 8 is configured to have various functional units for current feedback control, and each functional unit is realized by the cooperation of hardware such as a microcomputer and software (program). The

回転電機MGの各相のステータコイルを流れる実電流は電流センサ12により検出され、制御装置8はその検出結果を取得する。また、回転電機MGのロータの各時点での磁極位置は、回転センサ13により検出され、制御装置8はその検出結果を取得する。回転センサ13は、例えばレゾルバ等により構成される。ここで、磁極位置は、電気角上でのロータの回転角度を表している。制御装置8のECUは、電流センサ12及び回転センサ13の検出結果を用いて、回転電機MGをフィードバック制御する。   The actual current flowing through the stator coil of each phase of the rotating electrical machine MG is detected by the current sensor 12, and the control device 8 acquires the detection result. In addition, the magnetic pole position at each time point of the rotor of the rotating electrical machine MG is detected by the rotation sensor 13, and the control device 8 acquires the detection result. The rotation sensor 13 is configured by, for example, a resolver. Here, the magnetic pole position represents the rotation angle of the rotor on the electrical angle. The ECU of the control device 8 feedback-controls the rotating electrical machine MG using the detection results of the current sensor 12 and the rotation sensor 13.

車両には、高圧バッテリ11の他に、高圧バッテリ11よりも低電圧の電源である低圧バッテリ18(低圧直流電源)も搭載されている。低圧バッテリ18の電源電圧(+B)は、例えば12〜24[V]である。制御装置8は、レギュレータ回路等を備えて構成され、マイクロコンピュータ等を動作させるために適した電源を低圧バッテリ18から供給される電力によって生成する。低圧バッテリ18は、制御装置8(ECU)の他、オーディオシステムや灯火装置、室内照明、計器類のイルミネーション、パワーウィンドウなどの電装品や、これらを制御する制御装置に電力を供給する。尚、低圧バッテリ18と高圧バッテリ11とは、互いに絶縁されており、互いにフローティングの関係にある。   In addition to the high voltage battery 11, the vehicle is also equipped with a low voltage battery 18 (low voltage DC power source) that is a power source having a lower voltage than the high voltage battery 11. The power supply voltage (+ B) of the low voltage battery 18 is, for example, 12 to 24 [V]. The control device 8 includes a regulator circuit and the like, and generates a power source suitable for operating a microcomputer and the like by electric power supplied from the low voltage battery 18. The low voltage battery 18 supplies electric power to an audio system, a lighting device, room lighting, illumination of instruments, a power window, and the like, and a control device that controls them, in addition to the control device 8 (ECU). The low voltage battery 18 and the high voltage battery 11 are insulated from each other and are in a floating relationship with each other.

インバータ回路10を構成する各IGBT3の制御端子であるゲート端子は、ドライブ回路7を介して制御装置8(ECU)に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。回転電機MGを駆動するための高圧系回路と、マイクロコンピュータなどを中核とするECUなどの低圧系回路とは、動作電圧(回路の電源電圧)が大きく異なる。このため、低圧系回路の制御装置8(ECU)により生成されたIGBT3の制御信号は、ドライブ回路7を介して高圧回路系のゲート駆動信号として各IGBT3に供給される。ドライブ回路7は、フォトカプラやトランスなどの絶縁素子を有して構成されることが多い。   A gate terminal which is a control terminal of each IGBT 3 constituting the inverter circuit 10 is connected to the control device 8 (ECU) via the drive circuit 7 and is individually controlled to be switched. The operating voltage (power supply voltage of the circuit) is greatly different between a high voltage system circuit for driving the rotating electrical machine MG and a low voltage system circuit such as an ECU having a microcomputer as a core. For this reason, the control signal of the IGBT 3 generated by the control device 8 (ECU) of the low voltage system circuit is supplied to each IGBT 3 as a gate drive signal of the high voltage circuit system via the drive circuit 7. The drive circuit 7 is often configured to include an insulating element such as a photocoupler or a transformer.

制御装置8は、低圧バッテリ18の電圧(+B:例えば12[V])からレギュレータICなどの不図示の制御系電源回路を用いて生成された電圧(例えば5[V]や3.3[V])を電源電圧として動作する。フォトカプラやトランスなどの絶縁素子を含むドライブ回路7の制御装置8側の回路も、この電源電圧で動作する。一方、ドライブ回路7のIGBT3側の回路は、制御系電源回路の電圧よりも高い電圧“DV”を有し、制御系電源回路とは絶縁された電源から供給される電力により動作する。この電圧“DV”は、例えば低圧バッテリ18の電圧(+B:例えば12[V])からトランスを用いて生成されたり、高圧バッテリ11の電圧からトランス、スイッチング回路、レギュレータ回路などの電源回路を用いて生成されたりしたものである。負極電源ラインNを基準とした“DV”の電圧は例えば15〜20[V]である。   The control device 8 uses a voltage (for example, 5 [V] or 3.3 [V] generated from a voltage (+ B: for example, 12 [V]) of the low-voltage battery 18 using a control system power supply circuit (not shown) such as a regulator IC. ]) As a power supply voltage. A circuit on the control device 8 side of the drive circuit 7 including an insulating element such as a photocoupler or a transformer also operates with this power supply voltage. On the other hand, the circuit on the IGBT 3 side of the drive circuit 7 has a voltage “DV” higher than the voltage of the control system power supply circuit, and operates with power supplied from a power supply insulated from the control system power supply circuit. This voltage “DV” is generated by using a transformer from the voltage (+ B: 12 [V], for example) of the low voltage battery 18, or using a power supply circuit such as a transformer, a switching circuit, or a regulator circuit from the voltage of the high voltage battery 11. Generated. The voltage of “DV” with respect to the negative power supply line N is, for example, 15 to 20 [V].

各IGBT3に対応した各ドライブ回路7の電源は、基本的にはそれぞれ独立しているが、下段側IGBT3Lについては、負極電源ラインNが共通しているため、共通のグラウンド(負極電源ラインN)を有する電源となる。従って、下段側IGBT3Lに対応するドライブ回路7である下段ドライバー7Lは、共通の電源により動作する。図2に示すように、下段ドライバー7Lの“VCC”端子には電源電圧“DV”が入力されている。下段ドライバー7Lの“IN”端子に入力された制御信号は、“DV”と負極電源ラインNとの電位差を有するゲート駆動信号として、下段ドライバー7Lの“OUT”端子から出力され、下段側IGBT3Lをスイッチング制御する。   The power supply of each drive circuit 7 corresponding to each IGBT 3 is basically independent of each other. However, since the negative power supply line N is common to the lower IGBT 3L, a common ground (negative power supply line N) is provided. It becomes the power supply which has. Accordingly, the lower driver 7L, which is the drive circuit 7 corresponding to the lower IGBT 3L, operates with a common power source. As shown in FIG. 2, the power supply voltage “DV” is input to the “VCC” terminal of the lower driver 7L. The control signal input to the “IN” terminal of the lower driver 7L is output from the “OUT” terminal of the lower driver 7L as a gate drive signal having a potential difference between “DV” and the negative power supply line N, and the lower IGBT 3L Control switching.

一方、上段側IGBT3Uに対応するドライブ回路である上段ドライバー7Uは、上段側IGBT3Uのエミッタ端子側が負極(グラウンド)となるため、それぞれ異なる電源となる。本実施形態では、上段ドライバー7Uは、上段側アームの負極側の電位(上段側IGBT3Uのエミッタ端子側の電位)を負極とし、当該負極に対してブートストラップ回路によって予め規定された電圧分引き上げられた電位を正極とするブートストラップ電源70によって動作する。尚、“予め規定された電圧”は、後述するように、ほぼ負極電源ラインNと“DV”との電位差に対応する。   On the other hand, the upper driver 7U, which is a drive circuit corresponding to the upper stage IGBT 3U, has different power sources because the emitter terminal side of the upper stage IGBT 3U has a negative electrode (ground). In the present embodiment, the upper driver 7U has a negative-side potential (potential on the emitter terminal side of the upper-side IGBT 3U) of the upper-side arm as a negative electrode, and is raised by the bootstrap circuit with respect to the negative electrode. It operates by a bootstrap power supply 70 having a positive potential as a positive potential. The “predetermined voltage” substantially corresponds to the potential difference between the negative power supply line N and “DV”, as will be described later.

上段ドライバー7Uの“VS”端子には、上段側アームの負極(上段側IGBT3Uのエミッタ端子)が接続されている。“VS”端子は、ブートストラップ電源70を構成するコンデンサ7Cを介して“VB”端子と接続されている。“VB”端子は、さらに、ブートストラップ電源70を構成する抵抗器7R及びダイオード7Dを介して電圧“DV”に接続されている。ダイオード7Dは、電圧“DV”から“VB”端子に向かう方向を順方向として、抵抗器7Rと直列接続されている。“VB”端子には、“DV”に対してダイオード7Dの順方向電圧(0.6〜0.7[V])分だけ低い電圧が印加される。これにより、“VB”端子の電位は、“VS”端子に対して、ほぼ電圧“DV”だけ引き上げられた電位となる。従って、“VB”端子と“VS”端子との電位差は、電圧“DV”と負極電源ラインNとの電位差にほぼ等しくなる。上段ドライバー7Uの“IN”端子に入力された制御信号は、“VB”端子と“VS”端子との電位差を有するゲート駆動信号として、上段ドライバー7Uの“OUT”端子から出力され、上段側IGBT3Uをスイッチング制御する。   The negative electrode of the upper arm (the emitter terminal of the upper IGBT 3U) is connected to the “VS” terminal of the upper driver 7U. The “VS” terminal is connected to the “VB” terminal via a capacitor 7 </ b> C constituting the bootstrap power supply 70. The “VB” terminal is further connected to a voltage “DV” via a resistor 7 </ b> R and a diode 7 </ b> D constituting the bootstrap power supply 70. The diode 7D is connected in series with the resistor 7R with the direction from the voltage “DV” to the “VB” terminal as the forward direction. A voltage lower than the “DV” by a forward voltage (0.6 to 0.7 [V]) of the diode 7D is applied to the “VB” terminal. As a result, the potential of the “VB” terminal becomes a potential that is substantially raised by the voltage “DV” with respect to the “VS” terminal. Therefore, the potential difference between the “VB” terminal and the “VS” terminal is substantially equal to the potential difference between the voltage “DV” and the negative power supply line N. The control signal input to the “IN” terminal of the upper driver 7U is output from the “OUT” terminal of the upper driver 7U as a gate drive signal having a potential difference between the “VB” terminal and the “VS” terminal, and the upper IGBT 3U Switching control.

インバータ回路10には、インバータ回路10がケースなどに接触して短絡する地絡の際にアーム10Lを流れる電流を検出するための電流検出回路6が備えられている。電流検出回路6の検出結果は、制御装置8に伝達される。例えば、制御装置8は、インバータ回路10の全てのIGBT3をオフ状態に制御すると共に、上位の制御装置(車両ECU)に伝達してコンタクタ9を開放状態に遷移させる。   The inverter circuit 10 is provided with a current detection circuit 6 for detecting a current flowing through the arm 10L in the case of a ground fault in which the inverter circuit 10 contacts a case or the like and short-circuits. The detection result of the current detection circuit 6 is transmitted to the control device 8. For example, the control device 8 controls all the IGBTs 3 of the inverter circuit 10 to the OFF state and transmits the contactor 9 to the open state by transmitting it to the host control device (vehicle ECU).

電流検出回路6は、上段側アームの側に設置されており、シャント抵抗61とシャント抵抗61の両端電圧(端子間電圧)を検出する演算増幅器62とを備えて構成されている。正極電源ラインPに接続されたシャント抵抗61の端子間電圧を検出するため、演算増幅器62を動作させる電源電圧は、シャント抵抗61の端子間電圧よりも高い電圧である必要がある。そこで、電流検出回路6には、上段ドライバー7Uのブートストラップ電源70を利用して検出回路用電源を生成する検出回路用電源回路63から電力が供給される。   The current detection circuit 6 is installed on the upper arm side, and includes a shunt resistor 61 and an operational amplifier 62 that detects a voltage across the shunt resistor 61 (voltage between terminals). In order to detect the voltage across the shunt resistor 61 connected to the positive power supply line P, the power supply voltage for operating the operational amplifier 62 needs to be higher than the voltage across the shunt resistor 61. Therefore, power is supplied to the current detection circuit 6 from the detection circuit power supply circuit 63 that generates the detection circuit power supply using the bootstrap power supply 70 of the upper driver 7U.

図2に示すように、検出回路用電源回路63は、抵抗器6Rとコンデンサ6Cとの並列回路と、ダイオード6Dとの直列回路により構成されている。ダイオード6Dは、ブートストラップ電源70の正極側から演算増幅器62の正極電源端子に向かって順方向接続されている。具体的には、ダイオード6Dのアノード端子は、ブートストラップ電源70の正極に接続され、カソード端子は演算増幅器62の正極電源端子に接続されている。正極電源端子には、ブートストラップ電源70の正極に対してダイオード6Dの順方向電圧(0.6〜0.7[V])分だけ低い電圧が印加される(ほぼ電圧“DV”が印可される)。   As shown in FIG. 2, the detection circuit power supply circuit 63 is configured by a parallel circuit of a resistor 6R and a capacitor 6C and a series circuit of a diode 6D. The diode 6 </ b> D is connected in the forward direction from the positive side of the bootstrap power supply 70 toward the positive power supply terminal of the operational amplifier 62. Specifically, the anode terminal of the diode 6 </ b> D is connected to the positive electrode of the bootstrap power supply 70, and the cathode terminal is connected to the positive electrode power supply terminal of the operational amplifier 62. A voltage lower than the positive electrode of the bootstrap power supply 70 by a forward voltage (0.6 to 0.7 [V]) of the diode 6D is applied to the positive power supply terminal (almost voltage “DV” is applied). )

ダイオード6Dのカソード端子は、さらに、抵抗器6Rを介して演算増幅器62の負極電源端子に接続されると共に、コンデンサ6Cを介して当該負極電源端子に接続される。これにより、負極電源端子と正極電源端子との間には、概ね電圧“DV”の電位差が生じる。演算増幅器62の負極電源端子は、シャント抵抗61の一端側(IGBT3側)に接続されている。シャント抵抗61は、地絡時などでシャント抵抗61に大電流が流れても、端子間電圧が電圧“DV”未満となるように、好ましくは“DV/2”程度以下となるような抵抗値に設定されている。このため、シャント抵抗61の他端側(正極電源ラインP側)の電位は、演算増幅器62の負極電源端子の電位に対して“DV”未満となり、演算増幅器62によってシャント抵抗61の端子間電圧が良好に検出される。   The cathode terminal of the diode 6D is further connected to the negative power supply terminal of the operational amplifier 62 via the resistor 6R and to the negative power supply terminal via the capacitor 6C. As a result, a potential difference of approximately “DV” is generated between the negative power supply terminal and the positive power supply terminal. The negative power supply terminal of the operational amplifier 62 is connected to one end side (IGBT 3 side) of the shunt resistor 61. The shunt resistor 61 has a resistance value such that the voltage between the terminals is preferably less than about “DV / 2” so that the voltage between the terminals is less than the voltage “DV” even when a large current flows through the shunt resistor 61 due to a ground fault or the like. Is set to For this reason, the potential on the other end side (positive power supply line P side) of the shunt resistor 61 becomes less than “DV” with respect to the potential of the negative power supply terminal of the operational amplifier 62, and the voltage across the shunt resistor 61 is reduced by the operational amplifier 62. Is detected well.

尚、演算増幅器62を動作させるための電源は、図2に例示したようなブートストラップの手法を用いることなく、図4に示すようなトランスを利用したフローティング電源69とすることも可能である。しかし、図2と図4とを比較すれば容易に理解できるように、フローティング電源69の回路規模は、図2に例示した検出回路用電源回路63に比べて非常に大きい。従って、本実施形態のように、検出回路用電源回路63によって生成される検出回路用電源によって電流検出回路6を動作させることは、回転電機駆動装置100の全体の回路規模の増大を抑制する上で好適である。   Note that the power source for operating the operational amplifier 62 may be a floating power source 69 using a transformer as shown in FIG. 4 without using the bootstrap technique as illustrated in FIG. However, as can be easily understood by comparing FIG. 2 and FIG. 4, the circuit scale of the floating power supply 69 is much larger than the power circuit 63 for the detection circuit illustrated in FIG. 2. Therefore, operating the current detection circuit 6 with the detection circuit power supply generated by the detection circuit power supply circuit 63 as in the present embodiment suppresses an increase in the overall circuit scale of the rotating electrical machine drive device 100. It is suitable.

図2に示したように、電流検出回路6は、各アーム10Lに備えることができる。しかし、地絡などによる過電流が生じている相を特定する必要がない場合には、各アーム10Lに対して個別に電流検出回路6を備えず、一括して過電流を検出することも可能である。本実施形態のように、3相のアーム10Lを有している場合に、各相において個別に電流を検出するには3つの電流検出回路6が必要となるが、一括して検出するようにすれば、1つの電流検出回路6で足り、回転電機駆動装置100の全体の回路規模の増大を抑制することができる。   As shown in FIG. 2, the current detection circuit 6 can be provided in each arm 10L. However, when it is not necessary to specify the phase in which the overcurrent is generated due to the ground fault or the like, the current detection circuit 6 is not individually provided for each arm 10L, and the overcurrent can also be detected collectively. It is. As in the present embodiment, in the case of having the three-phase arm 10L, three current detection circuits 6 are required to individually detect the current in each phase. In this case, one current detection circuit 6 is sufficient, and an increase in the overall circuit scale of the rotating electrical machine drive device 100 can be suppressed.

図3は、そのようなインバータ回路10の構成を示している。1つの例として、図3に示すインバータ回路10は、IGBT3やドライブ回路7が1つのモジュールに集積されたIPM(intelligent power module)20を中核として構成されている。このようなIPM20では、正極電源ラインPや負極電源ラインNに接続される端子が、相ごとに独立することなく、一括して設けられている場合がある。このため、このようなIPM20では、各アーム10Lに対して個別にシャント抵抗61を接続することはできないが、図3に示すように、IPM20の正極電源ライン用端子と正極電源ラインPとの間にシャント抵抗61を設置することは可能である。   FIG. 3 shows the configuration of such an inverter circuit 10. As an example, the inverter circuit 10 shown in FIG. 3 has an IPM (intelligent power module) 20 in which an IGBT 3 and a drive circuit 7 are integrated in one module as a core. In such an IPM 20, there are cases where terminals connected to the positive power supply line P and the negative power supply line N are collectively provided without being independent for each phase. Therefore, in such an IPM 20, the shunt resistor 61 cannot be individually connected to each arm 10L. However, as shown in FIG. 3, between the positive power supply line terminal of the IPM 20 and the positive power supply line P, It is possible to install a shunt resistor 61 in

一方、本例においてIPM20は、ドライブ回路7も内蔵しているが、上段ドライバー7Uの“VB”端子に対しては、それぞれ個別にブートストラップ用の電位“DV”を接続する必要がある。このため、上段ドライバー7Uの“VB”端子は全てIPM20の外部と接続可能なように、IPM20の端子としても設けられている。各上段ドライバー7Uの“VB”端子につながるIPM20の各端子には、検出回路用電源回路63を構成する3つのダイオード6Dのアノード端子がそれぞれ接続される。そして、3つのダイオード6Dのカソード端子同士が互いに接続されたカソード端子対が、電流検出回路6の演算増幅器62の正極電源端子に接続される。つまり、検出回路用電源回路63は、上段ドライバー7Uのブートストラップ電源70の内の何れかを利用することができるように、ワイヤードオアの形態で接続されている。ここで、互いにカソード端子が接続されたダイオード6Dは、ダイオード対を形成する。また、カソード端子対は、抵抗器6R及びコンデンサ6Cのそれぞれ一端側に接続される。抵抗器6R及びコンデンサ6Cのそれぞれ他端側は、上述したように演算増幅器62の負極電源端子に接続される。   On the other hand, in this example, the IPM 20 also includes the drive circuit 7, but it is necessary to individually connect a bootstrap potential “DV” to the “VB” terminal of the upper driver 7U. For this reason, the “VB” terminals of the upper driver 7U are all provided as terminals of the IPM 20 so that they can be connected to the outside of the IPM 20. The anode terminals of the three diodes 6D constituting the detection circuit power supply circuit 63 are connected to the terminals of the IPM 20 connected to the “VB” terminal of each upper driver 7U. A cathode terminal pair in which the cathode terminals of the three diodes 6D are connected to each other is connected to the positive power supply terminal of the operational amplifier 62 of the current detection circuit 6. That is, the detection circuit power supply circuit 63 is connected in the form of wired OR so that any one of the bootstrap power supplies 70 of the upper driver 7U can be used. Here, the diodes 6D whose cathode terminals are connected to each other form a diode pair. The cathode terminal pair is connected to one end of each of the resistor 6R and the capacitor 6C. The other end sides of the resistor 6R and the capacitor 6C are connected to the negative power supply terminal of the operational amplifier 62 as described above.

このように、本発明によれば、IGBT3やドライブ回路7が1つのモジュールに集積され、各アーム10Lに対して個別に回路を付加できないような構成のIPM20に対しても、小規模な電流検出用付加回路60を付加するだけで地絡の際の過電流を検出することができる。特に、電流検出用付加回路60に含まれる検出回路用電源回路63は、トランスなどの大型部品を用いることなく、ダイオード6D、抵抗器6R、コンデンサ6Cなどの小型部品を用いた小規模な回路により構成されており、電流検出用付加回路60の小型化に大きく寄与している。   As described above, according to the present invention, the IGBT 3 and the drive circuit 7 are integrated into one module, and even for the IPM 20 having a configuration in which a circuit cannot be individually added to each arm 10L, small-scale current detection is performed. The overcurrent at the time of the ground fault can be detected simply by adding the additional circuit 60. In particular, the detection circuit power supply circuit 63 included in the current detection additional circuit 60 is a small circuit using small parts such as a diode 6D, a resistor 6R, and a capacitor 6C without using large parts such as a transformer. Thus, the current detection additional circuit 60 is greatly reduced in size.

本発明は、交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置に利用することができる。   The present invention can be used in a rotating electrical machine driving apparatus that controls driving of an AC rotating electrical machine.

3 :IGBT(スイッチング素子)
3L :下段側IGBT(スイッチング素子)
3U :上段側IGBT(スイッチング素子)
6 :電流検出回路
6C :コンデンサ
6D :ダイオード
6R :抵抗器
7 :ドライブ回路
7U :上段ドライバー(上段用ドライブ回路)
8 :制御装置(インバータ制御部)
9 :コンタクタ
10 :インバータ回路
10L :アーム(相補型アーム)
11 :高圧バッテリ(高圧直流電源)
18 :低圧バッテリ(低圧直流電源)
61 :シャント抵抗
62 :演算増幅器
63 :検出回路用電源回路
70 :ブートストラップ電源
100 :回転電機駆動装置
MG :回転電機
N :負極電源ライン(高圧直流負極ライン)
P :正極電源ライン(高圧直流正極ライン)
3: IGBT (switching element)
3L: Lower stage IGBT (switching element)
3U: Upper stage IGBT (switching element)
6: Current detection circuit 6C: Capacitor 6D: Diode 6R: Resistor 7: Drive circuit 7U: Upper driver (upper drive circuit)
8: Control device (inverter control unit)
9: Contactor 10: Inverter circuit 10L: Arm (complementary arm)
11: High voltage battery (high voltage DC power supply)
18: Low voltage battery (low voltage DC power supply)
61: Shunt resistor 62: Operational amplifier 63: Detection circuit power supply circuit 70: Bootstrap power supply 100: Rotating electric machine drive unit MG: Rotating electric machine N: Negative electrode power supply line (high-voltage DC negative electrode line)
P: Positive power supply line (high-voltage DC positive line)

Claims (3)

交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置であって、
高圧直流電源と前記回転電機との間に設けられ、直流と複数相の交流との間で電力変換を行う回路であり、スイッチング素子を備えて高圧直流正極ラインの側に接続される上段側アームと、スイッチング素子を備えて高圧直流負極ラインの側に接続される下段側アームとが直列接続された相補型アームが、複数相の交流の相数分並列接続されたブリッジ回路により構成されるインバータ回路と、
前記高圧直流電源よりも低電圧の低圧直流電源から供給される電力によって動作し、前記スイッチング素子の制御信号を生成して前記インバータ回路をスイッチング制御するインバータ制御部と、
前記制御信号に応じて前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、を備え、
さらに、前記上段側アームと前記高圧直流正極ラインとの間に、少なくとも1つの前記上段側アームを通って流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記ドライブ回路の内、前記上段側アームの前記スイッチング素子を駆動する上段用ドライブ回路は、前記上段側アームの負極側の電位を負極とし、当該負極に対して予め規定された電圧分引き上げられた電位を正極とするブートストラップ電源によって動作し、
前記電流検出回路は、前記ブートストラップ電源を利用したブートストラップ回路を有する検出回路用電源回路により生成される検出回路用電源によって動作する回転電機駆動装置。
A rotating electrical machine drive device for driving and controlling an AC rotating electrical machine,
An upper arm provided between a high-voltage DC power supply and the rotating electrical machine, which performs power conversion between DC and a plurality of phases of AC, and includes a switching element and is connected to the high-voltage DC positive line side And an inverter constituted by a bridge circuit in which a complementary arm in which a switching element is provided and a lower arm connected to the high-voltage DC negative line side is connected in series is connected in parallel for the number of phases of a plurality of phases Circuit,
An inverter control unit that operates by power supplied from a low-voltage DC power supply having a voltage lower than that of the high-voltage DC power supply, generates a control signal for the switching element, and controls the inverter circuit;
A drive circuit for driving the switching element in response to the control signal,
Furthermore, a current detection circuit for detecting a current flowing through the at least one upper arm is provided between the upper arm and the high-voltage DC positive line,
Of the drive circuits, the upper drive circuit that drives the switching element of the upper arm has a negative potential on the negative side of the upper arm and is increased by a predetermined voltage with respect to the negative electrode. Operated by a bootstrap power supply with a positive potential,
The rotating electrical machine driving apparatus, wherein the current detection circuit is operated by a detection circuit power supply generated by a detection circuit power supply circuit having a bootstrap circuit using the bootstrap power supply.
前記電流検出回路は、前記相補型アームの正極側端部と前記高圧直流正極ラインとの間に直列接続されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗の両端電圧を検出する演算増幅器とを備え、
前記検出回路用電源回路は、前記ブートストラップ電源の正極側から前記演算増幅器の正極電源端子に向かって順方向接続されるダイオードと、当該ダイオードのカソード端子と前記演算増幅器の負極電源端子との間に直列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに並列接続される抵抗器と、を備えて構成されている請求項1に記載の回転電機駆動装置。
The current detection circuit includes a shunt resistor connected in series between a positive electrode side end of the complementary arm and the high-voltage DC positive electrode line, and an operational amplifier that detects a voltage across the shunt resistor,
The detection circuit power supply circuit includes a diode connected in a forward direction from a positive side of the bootstrap power supply to a positive power supply terminal of the operational amplifier, and between a cathode terminal of the diode and a negative power supply terminal of the operational amplifier. The rotating electrical machine drive device according to claim 1, comprising: a capacitor connected in series to the capacitor; and a resistor connected in parallel to the capacitor.
前記シャント抵抗は、各相の前記相補型アームを並列接続した並列回路の正極側端部と前記高圧直流正極ラインとの間に直列接続され、
前記検出回路用電源回路は、各上段用ドライブ回路の前記ブートストラップ電源の正極側から前記演算増幅器の正極電源端子に向かって順方向接続される複数のダイオードのカソード端子が互いに接続されてカソード端子対が形成されたダイオード対と、当該カソード端子対と前記演算増幅器の負極電源端子との間に直列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに並列接続される抵抗器と、を備えて構成されている請求項2に記載の回転電機駆動装置。

The shunt resistor is connected in series between a positive side end of a parallel circuit in which the complementary arms of each phase are connected in parallel and the high-voltage DC positive line,
In the detection circuit power supply circuit, cathode terminals of a plurality of diodes connected in a forward direction from the positive side of the bootstrap power supply of each upper stage drive circuit toward the positive power supply terminal of the operational amplifier are connected to each other to form a cathode terminal A diode pair in which a pair is formed, a capacitor connected in series between the cathode terminal pair and the negative power supply terminal of the operational amplifier, and a resistor connected in parallel to the capacitor The rotating electrical machine drive device according to claim 2.

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