JP2015089293A - Load drive device - Google Patents

Load drive device Download PDF

Info

Publication number
JP2015089293A
JP2015089293A JP2013227661A JP2013227661A JP2015089293A JP 2015089293 A JP2015089293 A JP 2015089293A JP 2013227661 A JP2013227661 A JP 2013227661A JP 2013227661 A JP2013227661 A JP 2013227661A JP 2015089293 A JP2015089293 A JP 2015089293A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
load
terminal voltage
phase
switching elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013227661A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
廣美 村田
Hiromi Murata
廣美 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Mobility Corp
Original Assignee
Omron Automotive Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Automotive Electronics Co Ltd filed Critical Omron Automotive Electronics Co Ltd
Priority to JP2013227661A priority Critical patent/JP2015089293A/en
Publication of JP2015089293A publication Critical patent/JP2015089293A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a short circuit fault of a switching element in a load drive device including an inverter circuit which has a duplicated switching element in each of upper and lower arms.SOLUTION: An inverter circuit 3 includes upper and lower arms each of which has two switching elements connected in series. First switching elements Q1, Q3, Q5... are switching elements to be constantly turned on, in which diodes D1, D3, D5... are connected in parallel so as to be in an inverse direction with respect to a power supply B. Second switching elements Q2, Q4, Q6...are switching elements for a PWM drive, in which diodes D2, D4, D6... are connected in parallel so as to be in the inverse direction with respect to the power supply B. In an initial diagnosis, each of the switching elements provided on the upper and lower arms is diagnosed to determine the presence or absence of a short circuit fault for each phase. In the diagnosis during operation, the second switching elements provided on the upper and lower arms are diagnosed to determine the presence or absence of a short circuit fault for each phase.

Description

本発明は、モータなどの負荷を駆動する装置に関し、特に、スイッチング動作によって負荷へ電流を供給するインバータ回路を備えた負荷駆動装置に関する。   The present invention relates to a device for driving a load such as a motor, and more particularly to a load driving device including an inverter circuit that supplies a current to a load by a switching operation.

たとえば、車両に搭載される電動パワーステアリング装置においては、ハンドルの操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構に与えるために、3相ブラシレスモータなどの電動式モータが設けられる。このモータを駆動する装置として、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御方式によるモータ駆動装置が知られている。   For example, in an electric power steering device mounted on a vehicle, an electric motor such as a three-phase brushless motor is provided in order to give a steering assist force to the steering mechanism in accordance with the steering torque of the steering wheel. As a device for driving this motor, a motor drive device based on a PWM (Pulse Width Modulation) control system is known.

一般に、PWM制御方式のモータ駆動装置は、所定のデューティを持ったPWM信号により駆動されるインバータ回路を備えている。インバータ回路は、上アームと下アームにそれぞれスイッチング素子を有する上下一対のアームが相の数だけ設けられた、ブリッジ回路から構成されている。そして、PWM信号に基づく各スイッチング素子のオン・オフ動作により、電源からインバータ回路を通ってモータへ電流が供給され、モータが駆動される。特許文献1〜6には、このようなインバータ回路を備えたモータ駆動装置が記載されている。   In general, a PWM control type motor drive apparatus includes an inverter circuit driven by a PWM signal having a predetermined duty. The inverter circuit is composed of a bridge circuit in which a pair of upper and lower arms each having a switching element on the upper arm and the lower arm are provided for the number of phases. Then, by the on / off operation of each switching element based on the PWM signal, current is supplied from the power source through the inverter circuit to the motor, and the motor is driven. Patent Documents 1 to 6 describe a motor driving device including such an inverter circuit.

特許文献1のモータ駆動装置では、インバータ回路の各相の上アームと下アームにそれぞれ1個のスイッチング素子が設けられている。また、インバータ回路とモータとの間には、スイッチング素子を有する電流遮断回路(フェールセーフ回路)が設けられている。インバータ回路のスイッチング素子が短絡した場合、電流遮断回路のスイッチング素子をオフにして、モータとインバータ回路とを電気的に切り離す。これにより、インバータ回路に回生電流が流れなくなり、回生電流によってモータに制動がかかるのが回避される。   In the motor drive device of Patent Document 1, one switching element is provided for each of the upper arm and the lower arm of each phase of the inverter circuit. Further, a current interrupt circuit (fail-safe circuit) having a switching element is provided between the inverter circuit and the motor. When the switching element of the inverter circuit is short-circuited, the switching element of the current interrupt circuit is turned off to electrically disconnect the motor and the inverter circuit. As a result, the regenerative current does not flow in the inverter circuit, and it is avoided that the motor is braked by the regenerative current.

特許文献2および特許文献6のモータ駆動装置では、3段階の電圧を出力する3レベルインバータ回路が用いられている。インバータ回路の各相の上アームと下アームには、それぞれ2個のスイッチング素子が直列に設けられている。2個のスイッチング素子にそれぞれ並列接続されたダイオードの向きは同じであり、いずれも電源に対して逆方向となっている。   In the motor drive devices of Patent Document 2 and Patent Document 6, a three-level inverter circuit that outputs three-stage voltages is used. Two switching elements are provided in series on the upper arm and the lower arm of each phase of the inverter circuit. The directions of the diodes connected in parallel to the two switching elements are the same, and both are in the opposite direction to the power supply.

特許文献3のモータ駆動装置においても、インバータ回路の各相の上アームと下アームにそれぞれ2個のスイッチング素子が直列に設けられている。しかし、一方のスイッチング素子に並列接続されたダイオードの向きは、電源に対して順方向であるのに対し、他方のスイッチング素子に並列接続されたダイオードの向きは、電源に対して逆方向となっている。順方向のダイオードが接続されたスイッチング素子は常時オン状態であり、逆方向のダイオードが接続されたスイッチング素子はPWM信号によりオン・オフする。特許文献4および特許文献5にも、特許文献3と同様の回路が記載されている。   Also in the motor drive device of Patent Document 3, two switching elements are provided in series on the upper arm and the lower arm of each phase of the inverter circuit. However, the direction of the diode connected in parallel to one switching element is forward with respect to the power supply, whereas the direction of the diode connected in parallel to the other switching element is opposite to the power supply. ing. The switching element connected to the forward diode is always on, and the switching element connected to the reverse diode is turned on / off by the PWM signal. Patent Document 4 and Patent Document 5 also describe a circuit similar to that of Patent Document 3.

一般に、インバータ回路を備えたモータ駆動装置においては、スイッチング素子がオン状態に固定されオフしなくなる短絡故障や、スイッチング素子がオフ状態に固定されオンしなくなる断線故障の有無を診断する機能が備わっている。この診断には、モータが駆動される前に行われる初期診断と、モータが駆動された後に行われる動作中診断とがある。特許文献3には、動作中診断により、インバータ回路のスイッチング素子の短絡故障および断線故障を検出する方法が記載されている。   In general, a motor drive device having an inverter circuit has a function of diagnosing whether there is a short-circuit failure in which a switching element is fixed in an on state and does not turn off, or a disconnection fault in which the switching element is fixed in an off state and does not turn on. Yes. This diagnosis includes an initial diagnosis performed before the motor is driven and an in-operation diagnosis performed after the motor is driven. Patent Document 3 describes a method of detecting a short-circuit fault and a disconnection fault of a switching element of an inverter circuit by diagnostics during operation.

動作中診断は、モータに電流を流した状態で行われるのに対し、初期診断は、モータに電流を流さない状態で行われる。したがって、動作中診断の方法をそのまま初期診断に用いることはできない。また、上下の各アームに2個の直列接続されたスイッチング素子(以下「二重化されたスイッチング素子」ともいう。)が設けられたインバータ回路において、各スイッチング素子の短絡故障を初期診断する方法に関しては、これまでに知られていない。   The in-operation diagnosis is performed in a state where current is supplied to the motor, whereas the initial diagnosis is performed in a state where current is not supplied to the motor. Therefore, the in-operation diagnosis method cannot be used for the initial diagnosis as it is. Regarding an inverter circuit in which two switching elements connected in series (hereinafter also referred to as “doubled switching elements”) are provided in each of the upper and lower arms, a method for initially diagnosing a short circuit failure of each switching element Not known so far.

特開2011−239489号公報JP 2011-239489 A 特開平8−308252号公報JP-A-8-308252 特開2005−287233号公報JP 2005-287233 A 特開2005−280615号公報JP 2005-280615 A 特開2005−287205号公報JP-A-2005-287205 特開2003−70258号公報JP 2003-70258 A

本発明は、上下の各アームに二重化されたスイッチング素子を有するインバータ回路を備えた負荷駆動装置において、スイッチング素子の短絡故障を精度良く検出できるようにすることを課題とする。   An object of the present invention is to make it possible to detect a short-circuit failure of a switching element with high accuracy in a load driving device including an inverter circuit having a switching element that is duplicated in upper and lower arms.

本発明に係る負荷駆動装置は、スイッチング素子のオン・オフに基づいて負荷に電流を供給するインバータ回路と、このインバータ回路を制御する制御部とを備えている。インバータ回路には、上下一対のアームが電源とグランドとの間に相数だけ設けられている。上アームと下アームのそれぞれは、2個の直列接続されたスイッチング素子を有している。そして、この2個の直列接続されたスイッチング素子は、電源に対して逆方向となるようにダイオードが並列接続され、負荷の駆動中に常時オンとなる第1スイッチング素子と、電源に対して逆方向となるようにダイオードが並列接続され、負荷の駆動中にオン・オフする第2スイッチング素子とからなる。制御部は、負荷が駆動される前の初期診断時に、各相毎に、上下アームに設けられた全てのスイッチング素子について、各スイッチング素子毎に短絡故障の有無を診断する。また、制御部は、負荷が駆動された後の動作中診断時に、各相毎に、上下アームに設けられた第2スイッチング素子の短絡故障の有無を診断する。   A load driving device according to the present invention includes an inverter circuit that supplies current to a load based on ON / OFF of a switching element, and a control unit that controls the inverter circuit. In the inverter circuit, a pair of upper and lower arms is provided for the number of phases between the power source and the ground. Each of the upper arm and the lower arm has two switching elements connected in series. The two switching elements connected in series have diodes connected in parallel so as to be in opposite directions with respect to the power supply, and reverse with respect to the power supply and the first switching element that is always on during driving of the load. A diode is connected in parallel so as to be in the direction, and includes a second switching element that is turned on / off during driving of the load. A control part diagnoses the presence or absence of a short circuit fault for every switching element about all the switching elements provided in the upper and lower arms for every phase at the time of the initial diagnosis before a load is driven. The controller diagnoses whether there is a short circuit failure in the second switching element provided in the upper and lower arms for each phase during diagnosis during operation after the load is driven.

第1スイッチング素子と第2スイッチング素子を上記のように接続すると、初期診断時に、上下アームの4個のスイッチング素子を順次オンさせてゆくことで、各素子毎に個別に短絡故障の有無を診断することができ、短絡故障した素子の特定が可能となる。また、動作中診断時には、第1スイッチング素子が常時オン状態にあることから、第2スイッチング素子が短絡した場合は、第1および第2スイッチング素子が共にオン状態となって、負荷の端子電圧が変動する。これによって、第2スイッチング素子の短絡故障を確実に検出することができる。   When the first switching element and the second switching element are connected as described above, at the time of initial diagnosis, the four switching elements of the upper and lower arms are sequentially turned on, thereby diagnosing the presence or absence of a short-circuit failure for each element. Therefore, it is possible to identify an element having a short circuit failure. At the time of diagnosis during operation, since the first switching element is always on, when the second switching element is short-circuited, both the first and second switching elements are on and the load terminal voltage is reduced. fluctuate. Thereby, it is possible to reliably detect a short-circuit failure of the second switching element.

本発明において、制御部は、初期診断時に、次のようにして短絡故障の有無を診断することができる。各相毎に、上下アームに設けられた全てのスイッチング素子を、タイミングをずらせて一定時間だけ順次オンさせ、各スイッチング素子のオン区間で、負荷の端子電圧をそれぞれ測定する。そして、この端子電圧に基づいて、各スイッチング素子毎に短絡故障の有無を診断する。   In the present invention, the control unit can diagnose the presence or absence of a short-circuit fault as follows during the initial diagnosis. For each phase, all the switching elements provided in the upper and lower arms are sequentially turned on for a fixed time with a shifted timing, and the terminal voltage of the load is measured in the ON section of each switching element. And based on this terminal voltage, the presence or absence of a short circuit failure is diagnosed for every switching element.

より具体的には、制御部は、短絡故障について次のように診断を行う。
(1)上アームの第2スイッチング素子のオン区間で、負荷の端子電圧が正常値より高くなった場合は、上アームの第1スイッチング素子が短絡故障したと診断する。
(2)上アームの第1スイッチング素子のオン区間で、負荷の端子電圧が正常値より高くなった場合は、上アームの第2スイッチング素子が短絡故障したと診断する。
(3)下アームの第2スイッチング素子のオン区間で、負荷の端子電圧が正常値より低くなった場合は、下アームの第1スイッチング素子が短絡故障したと診断する。
(4)下アームの第1スイッチング素子のオン区間で、負荷の端子電圧が正常値より低くなった場合は、下アームの第2スイッチング素子が短絡故障したと診断する。
More specifically, the control unit diagnoses the short circuit failure as follows.
(1) When the terminal voltage of the load becomes higher than a normal value during the ON period of the second switching element of the upper arm, it is diagnosed that the first switching element of the upper arm has a short circuit failure.
(2) When the terminal voltage of the load becomes higher than a normal value during the ON period of the first switching element of the upper arm, it is diagnosed that the second switching element of the upper arm has a short circuit failure.
(3) When the terminal voltage of the load becomes lower than a normal value in the ON section of the second switching element of the lower arm, it is diagnosed that the first switching element of the lower arm has a short circuit failure.
(4) When the terminal voltage of the load becomes lower than a normal value during the ON period of the first switching element of the lower arm, it is diagnosed that the second switching element of the lower arm has a short circuit failure.

本発明において、制御部は、動作中診断時に、各相毎に、負荷の端子電圧を監視し、第2スイッチング素子をオン・オフさせる駆動信号の所定区間における負荷の端子電圧と、あらかじめ設定された閾値との比較結果に基づいて、上下アームに設けられた第2スイッチング素子の短絡故障の有無を診断してもよい。   In the present invention, the control unit monitors the load terminal voltage for each phase at the time of diagnosis during operation, and is preset with the load terminal voltage in a predetermined section of the drive signal for turning on and off the second switching element. Based on the comparison result with the threshold value, the presence or absence of a short-circuit failure of the second switching element provided in the upper and lower arms may be diagnosed.

本発明において、制御部は、初期診断時にさらに、上アームと下アームの断線故障の有無を診断してもよい。断線故障の診断は、たとえば次のように行われる。各相毎に、上アームの第1スイッチング素子と第2スイッチング素子を、各素子が同時に一定時間だけオンするように駆動する。また、これと異なるタイミングで、下アームの第1スイッチング素子と第2スイッチング素子を、各素子が同時に一定時間だけオンするように駆動する。そして、上アームの各スイッチング素子の同時オン区間と、下アームの各スイッチング素子の同時オン区間で、負荷の端子電圧をそれぞれ測定し、この端子電圧に基づいて、上アームと下アームの断線故障の有無を診断する。   In the present invention, the control unit may further diagnose whether or not there is a disconnection failure between the upper arm and the lower arm during the initial diagnosis. The diagnosis of the disconnection failure is performed as follows, for example. For each phase, the first switching element and the second switching element of the upper arm are driven so that each element is turned on simultaneously for a certain time. Further, at a different timing, the first switching element and the second switching element of the lower arm are driven so that each element is turned on simultaneously for a certain time. Then, the terminal voltage of the load is measured in the simultaneous ON section of each switching element of the upper arm and the simultaneous ON section of each switching element of the lower arm, and the disconnection failure of the upper arm and the lower arm based on this terminal voltage Diagnose the presence or absence of.

より具体的には、制御部は、次のように断線故障の診断を行う。上アームの各スイッチング素子の同時オン区間で、負荷の端子電圧が正常値より低い場合は、当該上アームの第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の一方または両方が断線故障したと診断する。下アームの各スイッチング素子の同時オン区間で、負荷の端子電圧が正常値より高い場合は、当該下アームの第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の一方または両方が断線故障したと診断する。   More specifically, the control unit diagnoses a disconnection failure as follows. When the load terminal voltage is lower than the normal value in the simultaneous ON period of each switching element of the upper arm, it is diagnosed that one or both of the first switching element and the second switching element of the upper arm are broken. If the terminal voltage of the load is higher than the normal value in the simultaneous ON section of each switching element of the lower arm, it is diagnosed that one or both of the first switching element and the second switching element of the lower arm are broken.

本発明において、制御部は、動作中診断時に、各相毎に、負荷の端子電圧を監視し、第2スイッチング素子をオン・オフさせる駆動信号の所定区間における負荷の端子電圧と、あらかじめ設定された閾値との比較結果に基づいて、上アームと下アームの断線故障の有無を診断してもよい。   In the present invention, the control unit monitors the load terminal voltage for each phase at the time of diagnosis during operation, and is preset with the load terminal voltage in a predetermined section of the drive signal for turning on and off the second switching element. Based on the comparison result with the threshold value, the presence or absence of a disconnection failure between the upper arm and the lower arm may be diagnosed.

本発明によれば、上下の各アームに二重化されたスイッチング素子を有するインバータ回路を備えた負荷駆動装置において、スイッチング素子の短絡故障を精度良く検出することができる。   According to the present invention, in a load driving device including an inverter circuit having a switching element that is duplicated on each of the upper and lower arms, a short-circuit failure of the switching element can be detected with high accuracy.

本発明の実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。It is a circuit diagram of the motor drive device concerning the embodiment of the present invention. インバータ回路の正常時の動作状態を示した図である。It is the figure which showed the operation state at the time of the normal of an inverter circuit. 初期診断における故障検出方法を説明する図である。It is a figure explaining the failure detection method in an initial diagnosis. 初期診断の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the initial diagnosis. 初期診断の他の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the other procedure of the initial diagnosis. 動作中診断における故障検出方法を説明する図である(正常)。It is a figure explaining the failure detection method in a diagnosis during operation (normal). 動作中診断における故障検出方法を説明する図である(上段短絡)。It is a figure explaining the failure detection method in the diagnosis in operation (upper stage short circuit). 動作中診断における故障検出方法を説明する図である(下段短絡)。It is a figure explaining the failure detection method in the diagnosis in operation (lower stage short circuit). 動作中診断における故障検出方法を説明する図である(上段断線)。It is a figure explaining the failure detection method in the diagnosis in operation (upper stage disconnection). 動作中診断における故障検出方法を説明する図である(下段断線)。It is a figure explaining the failure detection method in the diagnosis in operation (lower stage disconnection). 動作中診断の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the diagnosis during operation. 動作中診断の他の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the other procedure of the diagnostic during operation | movement. 短絡故障発生時の処理を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the process at the time of short circuit failure generation | occurrence | production. 縮退モードでのスイッチング素子の状態を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the state of the switching element in a degeneration mode. 代替モードでのスイッチング素子の状態を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the state of the switching element in alternative mode. 他の実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。It is a circuit diagram of the motor drive device concerning other embodiments. 他の実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。It is a circuit diagram of the motor drive device concerning other embodiments.

本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分または対応する部分には同一符号を付してある。以下では、負荷駆動装置として、車両の電動パワーステアリング装置に用いられるモータ駆動装置を例に挙げる。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In the following, a motor drive device used in an electric power steering device for a vehicle is taken as an example of the load drive device.

最初に、モータ駆動装置の構成を、図1を参照しながら説明する。図1において、モータ駆動装置100は、CPU1、ドライバ2、インバータ回路3、電流検出回路4、電圧検出回路5、および逆接保護回路6を備えている。CPU1とドライバ2により、制御部10が構成される。モータ駆動装置100によって駆動されるモータMは、操舵補助力を与えるための直流モータであって、たとえば3相ブラシレスモータからなる。モータMに電力を供給する電源Bは、車載用のバッテリからなる直流電源である。   First, the configuration of the motor drive device will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the motor drive device 100 includes a CPU 1, a driver 2, an inverter circuit 3, a current detection circuit 4, a voltage detection circuit 5, and a reverse connection protection circuit 6. The control unit 10 is configured by the CPU 1 and the driver 2. The motor M driven by the motor driving device 100 is a direct current motor for applying a steering assist force, and is composed of, for example, a three-phase brushless motor. The power source B that supplies power to the motor M is a direct current power source composed of an in-vehicle battery.

インバータ回路3は、電源BとグランドGとの間に上下一対のアームがA相、B相、C相に対応して3本設けられた、3相ブリッジ回路から構成される。A相の上アームa1は、2個の直列接続されたスイッチング素子Q1、Q2を有しており、A相の下アームa2は、2個の直列接続されたスイッチング素子Q3、Q4を有している。B相の上アームb1は、2個の直列接続されたスイッチング素子Q5、Q6を有しており、B相の下アームb2は、2個の直列接続されたスイッチング素子Q7、Q8を有している。C相の上アームc1は、2個の直列接続されたスイッチング素子Q9、Q10を有しており、C相の下アームc2は、2個の直列接続されたスイッチング素子Q11、Q12を有している。インバータ回路3は、これらのスイッチング素子Q1〜Q12のオン・オフに基づいて、負荷であるモータMに電流を供給する。   The inverter circuit 3 includes a three-phase bridge circuit in which a pair of upper and lower arms are provided between the power source B and the ground G corresponding to the A phase, the B phase, and the C phase. The A-phase upper arm a1 has two switching elements Q1 and Q2 connected in series, and the A-phase lower arm a2 has two switching elements Q3 and Q4 connected in series. Yes. The B-phase upper arm b1 has two switching elements Q5 and Q6 connected in series, and the B-phase lower arm b2 has two switching elements Q7 and Q8 connected in series. Yes. The C-phase upper arm c1 has two switching elements Q9 and Q10 connected in series, and the C-phase lower arm c2 has two switching elements Q11 and Q12 connected in series. Yes. The inverter circuit 3 supplies a current to the motor M that is a load based on on / off of the switching elements Q1 to Q12.

このように、各相の上アームと下アームのそれぞれにおいて2個のスイッチング素子を直列接続し、回路を二重化するのは、スイッチング素子の一方が故障した場合に、他方でバックアップすることで信頼性を高めるためである。したがって、後述するように、通常は、直列接続された2個のスイッチング素子の一方を常時オン状態とし、他方をPWM信号でオン・オフさせる。この場合、インバータ回路3は、6個のスイッチング素子を有する一般の3相ブリッジ回路として動作する。   As described above, two switching elements are connected in series in each of the upper arm and the lower arm of each phase, and the circuit is duplicated because when one of the switching elements fails, it is backed up by the other. Is to increase Therefore, as will be described later, normally, one of two switching elements connected in series is always turned on, and the other is turned on / off by a PWM signal. In this case, the inverter circuit 3 operates as a general three-phase bridge circuit having six switching elements.


スイッチング素子Q1〜Q12は、ここではnチャンネル型のMOS−FETからなる。A相において、スイッチング素子Q1のドレインdは、逆接保護回路6を介して電源Bに接続されている。スイッチング素子Q1のソースsは、スイッチング素子Q2のドレインdに接続されている。スイッチング素子Q2のソースsは、スイッチング素子Q3のドレインdに接続されている。スイッチング素子Q3のソースsは、スイッチング素子Q4のドレインdに接続されている。スイッチング素子Q4のソースsは、シャント抵抗Rsを介してグランドGに接続されている。また、スイッチング素子Q1〜Q4の各ゲートgは、抵抗R1〜R4を介して、ドライバ2の出力端子T1〜T4に接続されている。さらに、スイッチング素子Q1〜Q4には、電源Bに対して逆方向となるように、ダイオードD1〜D4が並列接続されている。これらのダイオードD1〜D4は、ドレイン・ソース間の寄生ダイオードである。
,
Here, the switching elements Q1 to Q12 are composed of n-channel MOS-FETs. In the A phase, the drain d of the switching element Q1 is connected to the power source B via the reverse connection protection circuit 6. The source s of the switching element Q1 is connected to the drain d of the switching element Q2. The source s of the switching element Q2 is connected to the drain d of the switching element Q3. The source s of the switching element Q3 is connected to the drain d of the switching element Q4. The source s of the switching element Q4 is connected to the ground G via the shunt resistor Rs. The gates g of the switching elements Q1 to Q4 are connected to the output terminals T1 to T4 of the driver 2 via resistors R1 to R4. Furthermore, diodes D1 to D4 are connected in parallel to the switching elements Q1 to Q4 so as to be in the opposite direction to the power supply B. These diodes D1 to D4 are parasitic diodes between the drain and the source.

B相において、スイッチング素子Q5〜Q8は、A相のスイッチング素子Q1〜Q4と対応している。これらのスイッチング素子Q5〜Q8の接続関係は、スイッチング素子Q1〜Q4と同様であるので、説明を省略する。スイッチング素子Q5〜Q8には、電源Bに対して逆方向となるように、ダイオードD5〜D8(寄生ダイオード)が並列接続されている。また、図示は省略しているが、スイッチング素子Q5〜Q8の各ゲートは、抵抗を介してドライバ2の出力端子に接続される。   In the B phase, switching elements Q5 to Q8 correspond to A phase switching elements Q1 to Q4. Since the connection relationship between these switching elements Q5 to Q8 is the same as that of the switching elements Q1 to Q4, description thereof is omitted. Diodes D5 to D8 (parasitic diodes) are connected in parallel to the switching elements Q5 to Q8 so as to be in the opposite direction to the power supply B. Although not shown, each gate of the switching elements Q5 to Q8 is connected to the output terminal of the driver 2 through a resistor.

C相において、スイッチング素子Q9〜Q12は、A相のスイッチング素子Q1〜Q4と対応している。これらのスイッチング素子Q9〜Q12の接続関係は、スイッチング素子Q1〜Q4と同様であるので、説明を省略する。スイッチング素子Q9〜Q12には、電源Bに対して逆方向となるように、ダイオードD9〜D12(寄生ダイオード)が並列接続されている。また、図示は省略しているが、スイッチング素子Q9〜Q12の各ゲートは、抵抗を介してドライバ2の出力端子に接続される。   In the C phase, switching elements Q9 to Q12 correspond to A phase switching elements Q1 to Q4. Since the connection relationship of these switching elements Q9 to Q12 is the same as that of the switching elements Q1 to Q4, description thereof is omitted. Diodes D9 to D12 (parasitic diodes) are connected in parallel to the switching elements Q9 to Q12 so as to be in the opposite direction to the power supply B. Although not shown, each gate of the switching elements Q9 to Q12 is connected to the output terminal of the driver 2 through a resistor.

A相の下アームa2とグランドGとの間には、電流検出回路4が設けられている。電流検出回路4は、シャント抵抗Rsと増幅器Kとを有している。シャント抵抗Rsの一端は、スイッチング素子Q4のソースsに接続されている。シャント抵抗Rsの他端は、グランドGに接地されている。増幅器Kの入力側は、シャント抵抗Rsの両端に接続されている。増幅器Kの出力側は、抵抗R8およびコンデンサC1からなるフィルタ回路を介して、CPU1に接続されている。また、図示は省略するが、B相とC相においても、A相の電流検出回路4と同様の電流検出回路が設けられている。   A current detection circuit 4 is provided between the lower arm a2 of the A phase and the ground G. The current detection circuit 4 includes a shunt resistor Rs and an amplifier K. One end of the shunt resistor Rs is connected to the source s of the switching element Q4. The other end of the shunt resistor Rs is grounded to the ground G. The input side of the amplifier K is connected to both ends of the shunt resistor Rs. The output side of the amplifier K is connected to the CPU 1 through a filter circuit composed of a resistor R8 and a capacitor C1. Although not shown, current detection circuits similar to the A-phase current detection circuit 4 are also provided in the B phase and the C phase.

A相の上下アームa1、a2の接続点と、B相の上下アームb1、b2の接続点と、C相の上下アームc1、c2の接続点は、それぞれラインLa、Lb、Lcを介して、モータMの端子に接続されている。ラインLaには、抵抗R5の一端が接続されている。抵抗R5の他端は、逆接保護回路6を介して、電源Bに接続されている。抵抗R5は、プルアップ抵抗として機能し、その抵抗値は、モータMの内部抵抗値に比べて、十分大きな値となっている。また、図示は省略するが、ラインLb、Lcにも、抵抗R5と同様の抵抗が接続されている。   The connection point of the A-phase upper and lower arms a1 and a2, the connection point of the B-phase upper and lower arms b1 and b2, and the connection point of the C-phase upper and lower arms c1 and c2 are respectively connected via lines La, Lb, and Lc. It is connected to the terminal of the motor M. One end of a resistor R5 is connected to the line La. The other end of the resistor R5 is connected to the power source B via the reverse connection protection circuit 6. The resistor R5 functions as a pull-up resistor, and the resistance value is sufficiently larger than the internal resistance value of the motor M. Although not shown, a resistor similar to the resistor R5 is also connected to the lines Lb and Lc.

ラインLaとグランドGとの間には、電圧検出回路5が設けられている。電圧検出回路5は、直列接続された抵抗R6および抵抗R7を有している。抵抗R6、R7は、プルダウン抵抗として機能し、その抵抗値は、モータMの内部抵抗値に比べて、十分大きな値となっている。抵抗R6の一端は、ラインLaに接続されている。抵抗R6の他端は、抵抗R7の一端に接続されている。抵抗R7の他端は、グランドGに接地されている。抵抗R6と抵抗R7との接続点は、抵抗R9およびコンデンサC2からなるフィルタ回路を介して、CPU1に接続されている。また、図示は省略するが、ラインLb、LcとグランドGとの間にも、電圧検出回路5と同様の電圧検出回路が設けられている。   A voltage detection circuit 5 is provided between the line La and the ground G. The voltage detection circuit 5 has a resistor R6 and a resistor R7 connected in series. The resistors R6 and R7 function as pull-down resistors, and the resistance value is sufficiently larger than the internal resistance value of the motor M. One end of the resistor R6 is connected to the line La. The other end of the resistor R6 is connected to one end of the resistor R7. The other end of the resistor R7 is grounded to the ground G. A connection point between the resistor R6 and the resistor R7 is connected to the CPU 1 through a filter circuit including the resistor R9 and the capacitor C2. Although not shown, a voltage detection circuit similar to the voltage detection circuit 5 is also provided between the lines Lb and Lc and the ground G.

逆接保護回路6は、リレーなどの開閉素子から構成され、インバータ回路3と電源Bとの間に設けられる。開閉素子のオン・オフは、CPU1によって制御される。この逆接保護回路6は、インバータ回路3に対して電源Bが逆極性(正極と負極が逆)に接続されたときに、ダイオードD1〜D12を通ってインバータ回路3に過電流が流れるのを阻止する。   The reverse connection protection circuit 6 is composed of a switching element such as a relay, and is provided between the inverter circuit 3 and the power source B. On / off of the opening / closing element is controlled by the CPU 1. This reverse connection protection circuit 6 prevents overcurrent from flowing to the inverter circuit 3 through the diodes D1 to D12 when the power supply B is connected to the inverter circuit 3 in reverse polarity (the positive and negative electrodes are reversed). To do.

CPU1は、モータ駆動装置100の動作を制御する。CPU1には、故障診断部11、モータ電流算出部12、およびモータ端子電圧算出部13が備わっている。故障診断部11は、後述する初期診断および動作中診断を実行し、インバータ回路3の短絡故障や断線故障を検出する。モータ電流算出部12は、電流検出回路4の出力に基づいて、モータMの各相に流れる電流の値を算出する。モータ端子電圧算出部13は、電圧検出回路5の出力に基づいて、モータMの各相の端子電圧の値を算出する。   The CPU 1 controls the operation of the motor driving device 100. The CPU 1 includes a failure diagnosis unit 11, a motor current calculation unit 12, and a motor terminal voltage calculation unit 13. The failure diagnosis unit 11 performs initial diagnosis and in-operation diagnosis, which will be described later, and detects a short-circuit failure or disconnection failure of the inverter circuit 3. The motor current calculation unit 12 calculates the value of the current flowing through each phase of the motor M based on the output of the current detection circuit 4. The motor terminal voltage calculation unit 13 calculates the value of the terminal voltage of each phase of the motor M based on the output of the voltage detection circuit 5.

CPU1には、図示しないトルクセンサから、操舵トルクが入力される。CPU1は、この操舵トルクに基づいて、モータMに流すべき電流の目標値を設定する。そして、設定された目標値と、モータ電流算出部12で算出されたモータ電流値とを比較し、その偏差に基づいて、インバータ回路3のスイッチング素子を駆動するためのPWM信号のデューティを演算する。また、CPU1の故障診断部11は、モータ端子電圧算出部13で算出されたモータMの端子電圧に基づいて、インバータ回路3における短絡故障や断線故障の有無を診断する(詳細は後述)。   The steering torque is input to the CPU 1 from a torque sensor (not shown). The CPU 1 sets a target value of the current that should flow through the motor M based on this steering torque. Then, the set target value is compared with the motor current value calculated by the motor current calculation unit 12, and the duty of the PWM signal for driving the switching element of the inverter circuit 3 is calculated based on the deviation. . The failure diagnosis unit 11 of the CPU 1 diagnoses the presence or absence of a short circuit failure or a disconnection failure in the inverter circuit 3 based on the terminal voltage of the motor M calculated by the motor terminal voltage calculation unit 13 (details will be described later).

ドライバ2は、CPU1から与えられるデューティの情報に基づいて、インバータ回路3のスイッチング素子Q1〜Q12を駆動するための、所定のデューティを持ったPWM信号を生成する。A相のスイッチング素子を駆動するためのPWM信号は、端子T1〜T4、および抵抗R1〜R4を介して、スイッチング素子Q1〜Q4の各ゲートgに与えられる。B相、C相のスイッチング素子を駆動するためのPWM信号も、同様に、図示しない端子および抵抗を介して、スイッチング素子Q5〜Q12の各ゲートに与えられる。スイッチング素子Q1〜Q12は、ドライバ2から与えられるPWM信号に基づいて、オン・オフ動作を行う。すなわち、PWM信号の「H」(High)レベルの区間では、スイッチング素子Q1〜Q12はオンし、PWM信号の「L」(Low)レベルの区間では、スイッチング素子Q1〜Q12はオフする。   The driver 2 generates a PWM signal having a predetermined duty for driving the switching elements Q <b> 1 to Q <b> 12 of the inverter circuit 3 based on the duty information given from the CPU 1. A PWM signal for driving the A-phase switching element is applied to each gate g of the switching elements Q1 to Q4 via terminals T1 to T4 and resistors R1 to R4. Similarly, PWM signals for driving the B-phase and C-phase switching elements are also applied to the gates of the switching elements Q5 to Q12 via terminals and resistors (not shown). Switching elements Q <b> 1 to Q <b> 12 perform an on / off operation based on a PWM signal supplied from driver 2. That is, the switching elements Q1 to Q12 are turned on in the “H” (High) level section of the PWM signal, and the switching elements Q1 to Q12 are turned off in the “L” (Low) level section of the PWM signal.

次に、上述したモータ駆動装置100の動作について説明する。逆接保護回路6の開閉素子を閉状態(オン状態)にし、ドライバ2から出力される駆動信号によりインバータ回路3を駆動すると、電源Bから逆接保護回路6およびインバータ回路3を経てモータMに電流が流れ、モータMが駆動される。ここで、モータMの駆動中は、各相の上下アームに設けられている2個の直列接続されたスイッチング素子の一方が常時オンとなり、他方がオン・オフ動作を行う。   Next, the operation of the motor drive device 100 described above will be described. When the open / close element of the reverse connection protection circuit 6 is closed (ON state) and the inverter circuit 3 is driven by the drive signal output from the driver 2, current is supplied from the power source B to the motor M via the reverse connection protection circuit 6 and the inverter circuit 3. The motor M is driven. Here, during the driving of the motor M, one of the two serially connected switching elements provided in the upper and lower arms of each phase is always on, and the other performs an on / off operation.

詳しくは、図2(a)に示したように、スイッチング素子Q1、Q3、Q5、Q7、Q9、Q11(第1スイッチング素子)は、ドライバ2から与えられる連続したHレベル信号により、常時オンした状態となる。一方、これらのスイッチング素子と対をなすスイッチング素子Q2、Q4、Q6、Q8、Q10、Q12(第2スイッチング素子)は、ドライバ2から与えられるPWM信号により、オン・オフ動作を行う。このため、たとえばスイッチング素子Q2、Q12がオンの区間では、図中の破線矢印で示す経路でモータMに電流が流れる。図2(b)は、各スイッチング素子のオン・オフ動作を示したタイミングチャートである。斜線の区間が、図2(a)の破線で示した電流が流れる区間である。   Specifically, as shown in FIG. 2A, the switching elements Q1, Q3, Q5, Q7, Q9, and Q11 (first switching element) are always turned on by the continuous H level signal given from the driver 2. It becomes a state. On the other hand, switching elements Q2, Q4, Q6, Q8, Q10, and Q12 (second switching elements) paired with these switching elements are turned on / off by a PWM signal supplied from the driver 2. For this reason, for example, in a section in which switching elements Q2 and Q12 are on, current flows through motor M along a path indicated by a broken-line arrow in the drawing. FIG. 2B is a timing chart showing the on / off operation of each switching element. The hatched section is the section through which the current indicated by the broken line in FIG.

図2に示した動作は一例であるが、2個の直列接続されたスイッチング素子の一方が常時オンしている場合のインバータ回路3の動作は、前記のとおり、一般の3相ブリッジ回路の動作と同じである。したがって、ここではインバータ回路3のさらに詳細な動作の説明を省略する。   The operation shown in FIG. 2 is an example, but the operation of the inverter circuit 3 when one of the two switching elements connected in series is always on is the operation of a general three-phase bridge circuit as described above. Is the same. Therefore, the detailed description of the operation of the inverter circuit 3 is omitted here.

次に、モータ駆動装置100における初期診断について、図3を参照しながら説明する。初期診断は、モータMが駆動される前に行われる診断であり、モータMに電流を流さない状態で実施される。以下では、A相の初期診断を例に挙げるが、B相とC相についても、同様の方法で初期診断が行われる。   Next, the initial diagnosis in the motor drive device 100 will be described with reference to FIG. The initial diagnosis is a diagnosis performed before the motor M is driven, and is performed in a state in which no current flows through the motor M. In the following, the initial diagnosis of the A phase is taken as an example, but the initial diagnosis is also performed for the B phase and the C phase by the same method.

図3において、(a)はスイッチング素子Q1〜Q4のゲートgに印加される診断用信号、(b)はスイッチング素子Q1〜Q4の動作、(c)はモータMの端子電圧をそれぞれ表している。初期診断においては、逆接保護回路6をオンにした状態で、最初に短絡(ショート)故障診断を実施し、その後、断線(オープン)故障診断を実施する。この順序は逆であってもよい。   3, (a) is a diagnostic signal applied to the gate g of the switching elements Q1 to Q4, (b) is an operation of the switching elements Q1 to Q4, and (c) is a terminal voltage of the motor M. . In the initial diagnosis, with the reverse connection protection circuit 6 turned on, a short circuit (short) failure diagnosis is first performed, and then a disconnection (open) failure diagnosis is performed. This order may be reversed.

短絡故障診断は、時刻Tx〜Tzの間で行われる。時刻Txで診断が開始されると、上下アームの各スイッチング素子を順次、タイミングをずらせて一定時間だけオンさせる。詳しくは、図3(a)のように、スイッチング素子Q2→Q1→Q4→Q3の順に、各スイッチング素子にゲート信号(パルス信号)を印加してゆく。すると、図3(b)のように、ゲート信号のHレベルの区間で、スイッチング素子Q2→Q1→Q4→Q3の順に、各スイッチング素子が一定時間だけ順次オンとなる。そこで、スイッチング素子Q1〜Q4のそれぞれのオン区間で、モータMの端子電圧を測定し、これに基づいて短絡故障を検出する。以下、さらに詳しく説明する。   The short-circuit fault diagnosis is performed between times Tx and Tz. When the diagnosis is started at time Tx, the switching elements of the upper and lower arms are sequentially turned on for a predetermined time with the timing shifted. Specifically, as shown in FIG. 3A, a gate signal (pulse signal) is applied to each switching element in the order of switching elements Q2-> Q1-> Q4-> Q3. Then, as shown in FIG. 3B, the switching elements are sequentially turned on for a certain time in the order of the switching elements Q 2 → Q 1 → Q 4 → Q 3 in the H level section of the gate signal. Therefore, the terminal voltage of the motor M is measured in each ON section of the switching elements Q1 to Q4, and a short circuit failure is detected based on the measured terminal voltage. This will be described in more detail below.

図3(c)は、モータMのA相の端子電圧Vm(ラインLaの電圧)を示している。実線は、スイッチング素子Q1〜Q4に故障が発生していない場合のモータ端子電圧、破線は、スイッチング素子Q1〜Q4に故障が発生した場合のモータ端子電圧である。Vbは電源Bの電圧、VgはグランドGの電圧を表している。   FIG. 3C shows the A-phase terminal voltage Vm of the motor M (voltage of the line La). The solid line represents the motor terminal voltage when no failure has occurred in the switching elements Q1 to Q4, and the broken line represents the motor terminal voltage when a failure has occurred in the switching elements Q1 to Q4. Vb represents the voltage of the power supply B, and Vg represents the voltage of the ground G.

上アームa1のスイッチング素子Q2がオンの区間では、本来、スイッチング素子Q1はオフであり、ダイオードD1も電源Bに対して逆方向となっている。したがって、モータ端子電圧Vmは、電源電圧Vbを抵抗R5と抵抗R6+R7とで分圧した電圧値Vo(正常値)となるはずである。しかるに、スイッチング素子Q1が短絡故障していると、スイッチング素子Q1、Q2が共にオン状態となる結果、ラインLaが、スイッチング素子Q1、Q2および逆接保護回路6を介して、電源Bと電気的に接続される。その結果、スイッチング素子Q2のオン区間で、図3(c)の破線(1)で示すように、モータ端子電圧Vmは正常値Voより高くなって、電源電圧Vbまで上昇する(実際には、スイッチング素子Q1、Q2や逆接保護回路6での電圧降下により、VmはVbより若干小さくなるが、ここでは簡単のためVm=Vbとする(以下同様))。このモータ端子電圧Vmは、電圧検出回路5で検出され、CPU1へ入力される。CPU1は、モータ端子電圧算出部13での算出結果に基づき、スイッチング素子Q2のオン区間においてVm=Vbである場合に、スイッチング素子Q1に短絡故障が発生したと診断する。   In the section in which the switching element Q2 of the upper arm a1 is on, the switching element Q1 is essentially off, and the diode D1 is also in the reverse direction with respect to the power supply B. Therefore, the motor terminal voltage Vm should be a voltage value Vo (normal value) obtained by dividing the power supply voltage Vb by the resistor R5 and the resistor R6 + R7. However, if the switching element Q1 is short-circuited, both the switching elements Q1 and Q2 are turned on. As a result, the line La is electrically connected to the power source B via the switching elements Q1 and Q2 and the reverse connection protection circuit 6. Connected. As a result, in the ON period of the switching element Q2, as shown by the broken line (1) in FIG. 3C, the motor terminal voltage Vm becomes higher than the normal value Vo and rises to the power supply voltage Vb (in practice, Vm is slightly smaller than Vb due to a voltage drop in switching elements Q1, Q2 and reverse connection protection circuit 6, but here, for simplicity, Vm = Vb (the same applies hereinafter). The motor terminal voltage Vm is detected by the voltage detection circuit 5 and input to the CPU 1. Based on the calculation result in the motor terminal voltage calculation unit 13, the CPU 1 diagnoses that a short circuit failure has occurred in the switching element Q1 when Vm = Vb in the ON section of the switching element Q2.

同様に、スイッチング素子Q2が短絡故障している場合も、ラインLaが電源Bと電気的に接続されるため、スイッチング素子Q1のオン区間で、図3(c)の破線(2)で示すように、モータ端子電圧Vmは正常値Voより高くなって、電源電圧Vbまで上昇する。これにより、CPU1は、スイッチング素子Q2に短絡故障が発生したと診断する。   Similarly, when the switching element Q2 is short-circuited, the line La is electrically connected to the power source B, and therefore, as indicated by the broken line (2) in FIG. In addition, the motor terminal voltage Vm becomes higher than the normal value Vo and rises to the power supply voltage Vb. Thus, the CPU 1 diagnoses that a short circuit failure has occurred in the switching element Q2.

また、下アームa2のスイッチング素子Q4がオンの区間では、本来、スイッチング素子Q3はオフであり、ダイオードD3も電源Bに対して逆方向となっている。したがって、この場合も、モータ端子電圧VmはVo(正常値)となるはずである。しかるに、スイッチング素子Q3が短絡故障していると、スイッチング素子Q3、Q4が共にオン状態となる結果、ラインLaが、スイッチング素子Q3、Q4およびシャント抵抗Rsを介して、グランドGと電気的に接続される。その結果、スイッチング素子Q4のオン区間で、図3(c)の破線(3)で示すように、モータ端子電圧Vmは正常値Voより低くなって、グランド電圧Vgまで低下する(実際には、シャント抵抗Rsでの電圧降下により、VmはVgより若干大きくなるが、ここでは簡単のためVm=Vgとする(以下同様))。このモータ端子電圧Vmは、電圧検出回路5で検出され、CPU1へ入力される。CPU1は、モータ端子電圧算出部13での算出結果に基づき、スイッチング素子Q4のオン区間においてVm=Vgである場合に、スイッチング素子Q3に短絡故障が発生したと診断する。   In the section where the switching element Q4 of the lower arm a2 is on, the switching element Q3 is essentially off, and the diode D3 is also in the opposite direction to the power source B. Therefore, also in this case, the motor terminal voltage Vm should be Vo (normal value). However, if the switching element Q3 is short-circuited, both the switching elements Q3 and Q4 are turned on. As a result, the line La is electrically connected to the ground G via the switching elements Q3 and Q4 and the shunt resistor Rs. Is done. As a result, in the ON period of the switching element Q4, as indicated by a broken line (3) in FIG. 3C, the motor terminal voltage Vm becomes lower than the normal value Vo and decreases to the ground voltage Vg (in practice, Due to the voltage drop at the shunt resistor Rs, Vm becomes slightly larger than Vg. However, for simplicity, Vm = Vg (the same applies hereinafter). The motor terminal voltage Vm is detected by the voltage detection circuit 5 and input to the CPU 1. Based on the calculation result in the motor terminal voltage calculation unit 13, the CPU 1 diagnoses that a short circuit failure has occurred in the switching element Q3 when Vm = Vg in the ON section of the switching element Q4.

同様に、スイッチング素子Q4が短絡故障している場合も、ラインLaがグランドGと電気的に接続されるため、スイッチング素子Q3のオン区間で、図3(c)の破線(4)で示すように、モータ端子電圧Vmは正常値Voより低くなって、グランド電圧Vgまで低下する。これにより、CPU1は、スイッチング素子Q4に短絡故障が発生したと診断する。   Similarly, when the switching element Q4 is short-circuited, the line La is electrically connected to the ground G, and therefore, as indicated by the broken line (4) in FIG. In addition, the motor terminal voltage Vm becomes lower than the normal value Vo and decreases to the ground voltage Vg. Thus, the CPU 1 diagnoses that a short circuit failure has occurred in the switching element Q4.

このように、初期診断においては、各スイッチング素子Q1〜Q4を順次オンさせてゆき、各素子のオン区間においてモータ端子電圧Vmを測定することにより、スイッチング素子の短絡故障の有無を診断することができる。そして、この短絡故障診断では、どのスイッチング素子が短絡故障しているかを特定することができる。B相とC相についても、A相と同じ手順で短絡故障診断が行われる。   Thus, in the initial diagnosis, the switching elements Q1 to Q4 are sequentially turned on, and the motor terminal voltage Vm is measured in the on section of each element, thereby diagnosing the presence or absence of a short circuit failure of the switching element. it can. In this short circuit failure diagnosis, it is possible to specify which switching element has a short circuit failure. For the B phase and the C phase, the short-circuit fault diagnosis is performed in the same procedure as the A phase.

短絡故障診断が終了すると、続いて、時刻Ty〜Tzの間で断線故障診断が行われる。断線故障診断の手順は、短絡故障診断の手順とは異なっている。詳しくは、図3(a)のように、上アームのスイッチング素子Q1、Q2に同時にゲート信号(パルス信号)を印加するとともに、これと異なるタイミングで、下アームのスイッチング素子Q3、Q4に同時にゲート信号(パルス信号)を印加する。すると、図3(b)のように、ゲート信号のHレベルの区間で、スイッチング素子Q1、Q2が同時に一定時間だけオンし、これと異なるタイミングで、下アームのスイッチング素子Q3、Q4が同時に一定時間だけオンする。そこで、各スイッチング素子の同時オン区間で、モータ端子電圧Vmを測定し、これに基づいて断線故障を検出する。以下、さらに詳しく説明する。   When the short-circuit fault diagnosis is completed, a disconnection fault diagnosis is subsequently performed between times Ty and Tz. The procedure for disconnection fault diagnosis is different from the procedure for short-circuit fault diagnosis. Specifically, as shown in FIG. 3A, a gate signal (pulse signal) is simultaneously applied to the switching elements Q1 and Q2 of the upper arm, and at the same time, the gates are simultaneously applied to the switching elements Q3 and Q4 of the lower arm. A signal (pulse signal) is applied. Then, as shown in FIG. 3B, the switching elements Q1 and Q2 are simultaneously turned on for a certain period of time during the H level period of the gate signal, and the switching elements Q3 and Q4 of the lower arm are simultaneously constant at different timings. Turn on only for hours. Therefore, the motor terminal voltage Vm is measured in the simultaneous ON section of each switching element, and a disconnection failure is detected based on this. This will be described in more detail below.

上アームa1のスイッチング素子Q1、Q2が同時にオンする区間では、本来、ラインLaが電源Bと電気的に接続されるため、モータ端子電圧Vmは、電源電圧Vb(正常値)まで上昇するはずである。しかるに、スイッチング素子Q1、Q2の一方または両方が断線故障していると、ラインLaが電源Bから電気的に切り離された状態となる。このため、スイッチング素子Q1、Q2の同時オン区間で、図3(c)の破線(5)で示すように、モータ端子電圧Vmは正常値Vbより低くなって、Voのままとなる。そこで、CPU1は、モータ端子電圧算出部13での算出結果に基づき、スイッチング素子Q1、Q2の同時オン区間においてVm=Voである場合は、スイッチング素子Q1、Q2の一方または両方が断線故障したと診断する。   In a section where the switching elements Q1 and Q2 of the upper arm a1 are simultaneously turned on, the line La is originally electrically connected to the power source B, so the motor terminal voltage Vm should rise to the power source voltage Vb (normal value). is there. However, when one or both of the switching elements Q1 and Q2 are broken, the line La is electrically disconnected from the power source B. For this reason, in the simultaneous ON section of the switching elements Q1 and Q2, as indicated by a broken line (5) in FIG. 3C, the motor terminal voltage Vm becomes lower than the normal value Vb and remains Vo. Therefore, based on the calculation result of the motor terminal voltage calculation unit 13, the CPU 1 determines that one or both of the switching elements Q 1 and Q 2 are broken when Vm = Vo in the simultaneous ON section of the switching elements Q 1 and Q 2. Diagnose.

また、下アームa2のスイッチング素子Q3、Q4が同時にオンする区間では、本来、ラインLaがグランドGと電気的に接続されるため、モータ端子電圧Vmは、グランド電圧Vg(正常値)まで低下するはずである。しかるに、スイッチング素子Q3、Q4の一方または両方が断線故障していると、ラインLaがグランドGから電気的に切り離された状態となる。このため、スイッチング素子Q3、Q4の同時オン区間で、図3(c)の破線(6)で示すように、モータ端子電圧Vmは正常値Vgより高くなって、Voのままとなる。そこで、CPU1は、モータ端子電圧算出部13での算出結果に基づき、スイッチング素子Q3、Q4の同時オン区間においてVm=Voである場合は、スイッチング素子Q3、Q4の一方または両方が断線故障したと診断する。   Further, in a section in which the switching elements Q3 and Q4 of the lower arm a2 are simultaneously turned on, the line La is inherently electrically connected to the ground G, so that the motor terminal voltage Vm drops to the ground voltage Vg (normal value). It should be. However, when one or both of the switching elements Q3 and Q4 are broken, the line La is electrically disconnected from the ground G. For this reason, in the simultaneously ON section of the switching elements Q3 and Q4, as indicated by a broken line (6) in FIG. 3C, the motor terminal voltage Vm becomes higher than the normal value Vg and remains Vo. Therefore, based on the calculation result in the motor terminal voltage calculation unit 13, the CPU 1 determines that one or both of the switching elements Q3 and Q4 have a disconnection failure when Vm = Vo in the simultaneous ON section of the switching elements Q3 and Q4. Diagnose.

このように、上アームa1のスイッチング素子Q1、Q2を同時にオン駆動し、これと異なるタイミングで、下アームa2のスイッチング素子Q3、Q4を同時にオン駆動し、それぞれの同時オン区間でモータ端子電圧Vmを測定することによって、断線故障の有無を診断することができる。B相とC相についても、A相と同じ手順で断線故障診断が行われる。なお、断線故障診断では、上段(上アーム)と下段(下アーム)のいずれに断線故障が発生したかは判別できるが、断線故障したスイッチング素子を特定することはできない。しかるに、各アームのいずれのスイッチング素子が断線故障しようとも、結果的に当該アームに流れる電流が遮断されることに変わりはないので、断線故障の場合は、故障した素子を特定できなくても問題はない。   In this way, the switching elements Q1 and Q2 of the upper arm a1 are simultaneously turned on, and the switching elements Q3 and Q4 of the lower arm a2 are simultaneously turned on at different timings, and the motor terminal voltage Vm in each simultaneous on period. By measuring the above, it is possible to diagnose the presence or absence of a disconnection failure. For the B phase and the C phase, the disconnection failure diagnosis is performed in the same procedure as the A phase. In the disconnection fault diagnosis, it can be determined whether the disconnection fault has occurred in the upper stage (upper arm) or the lower stage (lower arm), but the switching element in which the disconnection fault has occurred cannot be specified. However, no matter which switching element of each arm breaks, the current flowing to the arm will be interrupted as a result, so in the case of a breakage fault, it is not possible to identify the failed element. There is no.

図4は、上述した初期診断と、当該診断結果に基づく処理の手順を表したフローチャートである。本フローチャートの各ステップは、CPU1によって実行される。   FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the initial diagnosis and the process based on the diagnosis result. Each step of this flowchart is executed by the CPU 1.

ステップS1では、車両のイグニッションスイッチ(図示省略)が操作されたことに基づいて、イグニッションオン信号がCPU1に入力される。CPU1は、この信号が入力されると、ステップS2で初期診断のプログラムを起動し、初期診断を開始する。初期診断では、まずステップS3において、図3で説明した要領に従い、短絡(ショート)故障診断を実行する。そして、ステップS4で、短絡故障の有無を判定し、短絡故障がなければ(ステップS4;NO)、ステップS5へ進み、短絡故障があれば(ステップS4;YES)、ステップS11へ進む。   In step S1, an ignition on signal is input to the CPU 1 based on an operation of an ignition switch (not shown) of the vehicle. When this signal is input, the CPU 1 starts an initial diagnosis program in step S2 and starts the initial diagnosis. In the initial diagnosis, first, in step S3, a short-circuit failure diagnosis is executed according to the procedure described in FIG. In step S4, it is determined whether or not there is a short circuit failure. If there is no short circuit failure (step S4; NO), the process proceeds to step S5. If there is a short circuit failure (step S4; YES), the process proceeds to step S11.

ステップS5では、図3で説明した要領に従い、断線(オープン)故障診断を実行する。そして、ステップS6で、断線故障の有無を判定し、断線故障がなければ(ステップS6;NO)、ステップS7へ進み、断線故障があれば(ステップS6;YES)、ステップS8へ進む。   In step S5, a disconnection (open) fault diagnosis is executed according to the procedure described in FIG. In step S6, it is determined whether or not there is a disconnection failure. If there is no disconnection failure (step S6; NO), the process proceeds to step S7. If there is a disconnection failure (step S6; YES), the process proceeds to step S8.

ステップS7では、短絡故障も断線故障も発生していないことから、通常モードによるモータ駆動を開始する。通常モードでは、図2(a)に示したように、各相の上下アームに設けられている2個の直列接続されたスイッチング素子の一方(Q1、Q3、Q5…)を常時オン状態とし、他方(Q2、Q4、Q6…)をPWM信号でオン・オフさせる。これにより、電源Bからインバータ回路3を通ってモータMへ電流が供給され、モータMが3相で駆動される。   In step S7, since neither a short circuit failure nor a disconnection failure has occurred, motor driving in the normal mode is started. In the normal mode, as shown in FIG. 2 (a), one of the two serially connected switching elements (Q1, Q3, Q5...) Provided in the upper and lower arms of each phase is always on. The other (Q2, Q4, Q6...) Is turned on / off by a PWM signal. As a result, a current is supplied from the power source B to the motor M through the inverter circuit 3, and the motor M is driven in three phases.

短絡故障が発生している場合は、ステップS11において、図3で説明した要領に従い、短絡故障したスイッチング素子を特定する。そして、ステップS12で、短絡故障したスイッチング素子が、常時オン用の第1スイッチング素子(以下「サブFET」という。)Q1、Q3、Q5…か、それともPWM駆動用の第2スイッチング素子(以下「メインFET」という。)Q2、Q4、Q6…かを判定する。判定の結果、短絡故障したスイッチング素子がサブFETであれば、ステップS13へ進み、短絡故障したスイッチング素子がメインFETであれば、ステップS15へ進む。   If a short circuit fault has occurred, in step S11, the switching element having the short circuit fault is specified according to the procedure described with reference to FIG. In step S12, the short-circuited switching element is a first switching element (hereinafter referred to as “sub-FET”) Q1, Q3, Q5... Or a second switching element for PWM driving (hereinafter referred to as “sub-FET”). It is referred to as “main FET”.) Q2, Q4, Q6. As a result of the determination, if the switching element having a short circuit failure is a sub FET, the process proceeds to step S13, and if the switching element having a short circuit failure is a main FET, the process proceeds to step S15.

ステップS13では、短絡故障の発生および短絡故障したサブFETを報知するための警報を出力する。この警報に基づいて、たとえば警報ランプ(図示省略)が点灯する。その後、ステップS14へ進んで、ステップS7と同様の通常モードによるモータ駆動を開始する。この場合、サブFETに短絡故障が発生していても、サブFETはもともと常時オン用の素子であるので、インバータ回路3は正常に動作し、モータ駆動に支障は生じない。また、警報ランプの点灯により、短絡故障したサブFETの交換を促すことができる。   In step S13, an alarm for notifying the occurrence of a short-circuit failure and the sub-FET having the short-circuit failure is output. Based on this alarm, for example, an alarm lamp (not shown) is lit. Then, it progresses to step S14 and the motor drive by the normal mode similar to step S7 is started. In this case, even if a short-circuit failure has occurred in the sub-FET, the sub-FET is originally an always-on element, so that the inverter circuit 3 operates normally and does not interfere with motor drive. In addition, when the alarm lamp is turned on, replacement of the sub-FET having a short-circuit failure can be promoted.

一方、ステップS15では、短絡故障の発生および短絡故障したメインFETを報知するための警報を出力する。この警報に基づいて、たとえば警報ランプ(図示省略)が点灯する。次に、ステップS16aにおいて、短絡故障したメインFETと対をなすサブFETをオフ状態にする。その後、ステップS17aへ進んで、縮退モードによるモータ駆動を開始する。この縮退モードには、短絡故障が発生した異常相における異常箇所だけを切り離すモード(以下「部分縮退モード」という。)と、異常相全体を切り離すモード(以下「全縮退モード」という。)の2種類がある。   On the other hand, in step S15, an alarm for notifying the occurrence of a short circuit failure and the main FET having the short circuit failure is output. Based on this alarm, for example, an alarm lamp (not shown) is lit. Next, in step S16a, the sub FET paired with the short-circuited main FET is turned off. Then, it progresses to step S17a and starts the motor drive by the degeneration mode. This degeneration mode includes two modes: a mode in which only an abnormal part in an abnormal phase in which a short-circuit fault has occurred is separated (hereinafter referred to as “partially degenerated mode”) and a mode in which the entire abnormal phase is separated (hereinafter referred to as “total degenerate mode”). There are types.

部分縮退モードでは、異常相の上下アームのうち、短絡故障が発生した側のアームのみを電気的に切り離し、短絡故障が発生していない側のアームと、残りの2相の上下アームとを用いてモータを駆動する。たとえば、図14(a)に示すように、C相の上アームc1のスイッチング素子Q10(メインFET)に短絡故障(ショート)が発生した場合、スイッチング素子Q9(サブFET)がステップS16aでオフとなることで、異常箇所である上アームc1だけが電気的に切り離される。C相の下アームc2のスイッチング素子Q11、Q12は、通常どおり駆動される。また、A相の上下アームa1、a2の各スイッチング素子Q1〜Q4と、B相の上下アームb1、b2の各スイッチング素子Q5〜Q8も、通常どおり駆動される。   In the partial degeneration mode, only the arm on which the short-circuit failure has occurred is electrically disconnected from the upper and lower arms of the abnormal phase, and the arm on the side where the short-circuit failure has not occurred and the remaining two-phase upper and lower arms are used. Drive the motor. For example, as shown in FIG. 14A, when a short-circuit failure (short-circuit) occurs in the switching element Q10 (main FET) of the C-phase upper arm c1, the switching element Q9 (sub-FET) is turned off in step S16a. As a result, only the upper arm c1 which is an abnormal part is electrically disconnected. Switching elements Q11 and Q12 of C-phase lower arm c2 are driven as usual. The switching elements Q1 to Q4 of the A-phase upper and lower arms a1 and a2 and the switching elements Q5 to Q8 of the B-phase upper and lower arms b1 and b2 are also driven as usual.

一方、全縮退モードでは、異常相の短絡故障が発生した側のアームだけでなく、異常相の短絡故障が発生していない側のアームも電気的に切り離され、残りの2相の上下アームを用いてモータを駆動する。たとえば、図14(b)に示すように、C相の上アームc1のスイッチング素子Q10(メインFET)に短絡(ショート)故障が発生した場合、スイッチング素子Q9(サブFET)がオフとなることに加えて、下アームc2のスイッチング素子Q12(メインFET)、Q11(サブFET)もオフとなる。これにより、異常相であるC相全体(上アームc1と下アームc2)が電気的に切り離される。一方、A相の上下アームa1、a2のスイッチング素子Q1〜Q4と、B相の上下アームb1、b2のスイッチング素子Q5〜Q8は、通常どおり駆動される。   On the other hand, in the fully degenerate mode, not only the arm on the side where the abnormal phase short-circuit failure has occurred, but also the arm on the side where the abnormal phase short-circuit failure has not occurred is electrically disconnected, and the remaining two-phase upper and lower arms are disconnected. Use to drive the motor. For example, as shown in FIG. 14B, when a short circuit failure occurs in the switching element Q10 (main FET) of the C-phase upper arm c1, the switching element Q9 (sub-FET) is turned off. In addition, the switching elements Q12 (main FET) and Q11 (sub-FET) of the lower arm c2 are also turned off. As a result, the entire C phase (upper arm c1 and lower arm c2), which is an abnormal phase, is electrically disconnected. On the other hand, the switching elements Q1-Q4 of the A-phase upper and lower arms a1, a2 and the switching elements Q5-Q8 of the B-phase upper and lower arms b1, b2 are driven as usual.

このように、縮退モードには2種類あるが、図4のステップS17aにおいては、部分縮退モードと全縮退モードのいずれを採用してもよい。縮退モードでは、短絡故障が発生した異常相または異常箇所を切り離し、残りのスイッチング素子を通常モードの場合と同様に動作させることによって、モータMを2相で駆動することができる。   As described above, although there are two types of reduction modes, either the partial reduction mode or the full reduction mode may be employed in step S17a of FIG. In the degeneration mode, the motor M can be driven in two phases by disconnecting the abnormal phase or abnormal location where the short-circuit failure has occurred and operating the remaining switching elements in the same manner as in the normal mode.

ステップS6で断線故障が検出された場合は、ステップS8において、断線故障の発生および断線故障した相または箇所を報知するための警報を出力する。この警報に基づいて、たとえば警報ランプ(図示省略)が点灯する。次に、ステップS9において、断線故障が発生した異常相の上下アームのスイッチング素子を全てオフにするか、あるいは、断線故障が発生した異常箇所(上アームまたは下アーム)のスイッチング素子だけをオフにする処理が行われる。その後、ステップS10へ進んで、縮退モードによるモータ駆動を開始する。この縮退モードにも、断線故障が発生した異常相における異常箇所だけを切り離す「部分縮退モード」と、異常相全体を切り離す「全縮退モード」の2種類がある。   If a disconnection failure is detected in step S6, an alarm for notifying the occurrence of the disconnection failure and the phase or location where the disconnection failure occurred is output in step S8. Based on this alarm, for example, an alarm lamp (not shown) is lit. Next, in step S9, all the switching elements of the upper and lower arms of the abnormal phase where the disconnection failure has occurred are turned off, or only the switching elements at the abnormal location (upper arm or lower arm) where the disconnection failure has occurred are turned off. Processing is performed. Then, it progresses to step S10 and starts the motor drive by the degeneration mode. This degenerate mode also has two types, a “partially degenerate mode” that separates only abnormal portions in an abnormal phase in which a disconnection failure has occurred, and a “total degenerate mode” that separates the entire abnormal phase.

ステップS9で、断線故障が発生した異常箇所のスイッチング素子だけをオフにした場合は、ステップS10で部分縮退モードが実行される。たとえば、A相の上アームa1(スイッチング素子Q1、Q2の一方または両方)に断線故障が発生した場合、スイッチング素子Q1、Q2をオフにすることで、異常箇所である上アームa1だけが電気的に切り離される。下アームa2のスイッチング素子Q3、Q4は、通常どおり駆動される。また、B相の上下アームb1、b2の各スイッチング素子Q5〜Q8と、C相の上下アームc1、c2の各スイッチング素子Q9〜Q12も、通常どおり駆動される。   In step S9, when only the switching element at the abnormal location where the disconnection failure has occurred is turned off, the partial degeneration mode is executed in step S10. For example, when a disconnection failure occurs in the upper arm a1 of the A phase (one or both of the switching elements Q1 and Q2), only the upper arm a1 that is an abnormal point is electrically connected by turning off the switching elements Q1 and Q2. Separated. The switching elements Q3 and Q4 of the lower arm a2 are driven as usual. The switching elements Q5 to Q8 of the B-phase upper and lower arms b1 and b2 and the switching elements Q9 to Q12 of the C-phase upper and lower arms c1 and c2 are also driven as usual.

一方、ステップS9で、断線故障が発生した異常相のスイッチング素子を全てオフにした場合は、ステップS10で全縮退モードが実行される。たとえば、A相の上アームa1(スイッチング素子Q1、Q2の一方または両方)に断線故障が発生した場合、上アームa1のスイッチング素子Q1、Q2がオフとなることに加えて、下アームa2のスイッチング素子Q3、Q4もオフとなる。これにより、異常相であるA相全体(上アームa1と下アームa2)が、電気的に切り離される。一方、B相の上下アームb1、b2のスイッチング素子Q5〜Q8と、C相の上下アームc1、c2のスイッチング素子Q9〜Q12は、通常どおり駆動される。   On the other hand, when all the abnormal phase switching elements in which the disconnection failure has occurred are turned off in step S9, the fully degenerate mode is executed in step S10. For example, when a disconnection failure occurs in the A-phase upper arm a1 (one or both of the switching elements Q1 and Q2), the switching elements Q1 and Q2 of the upper arm a1 are turned off and the switching of the lower arm a2 is performed. Elements Q3 and Q4 are also turned off. Thereby, the whole A phase (upper arm a1 and lower arm a2) which is an abnormal phase is electrically separated. On the other hand, the switching elements Q5 to Q8 of the B-phase upper and lower arms b1 and b2 and the switching elements Q9 to Q12 of the C-phase upper and lower arms c1 and c2 are driven as usual.

このように、断線故障が発生した異常相または異常箇所を切り離し、残りのスイッチング素子を通常モードの場合と同様に動作させることによって、モータMを2相で駆動することができる。   Thus, the motor M can be driven in two phases by disconnecting the abnormal phase or the abnormal portion where the disconnection failure has occurred and operating the remaining switching elements in the same manner as in the normal mode.

図5は、初期診断結果に基づく処理手順の他の例を示すフローチャートである。図5において、図4と同じ処理を行うステップには、同一符号を付してある。図5では、図4のステップS16a、S17aが、ステップS16b、S17b
に置き換わっている。
FIG. 5 is a flowchart showing another example of the processing procedure based on the initial diagnosis result. In FIG. 5, steps that perform the same processing as in FIG. 4 are given the same reference numerals. In FIG. 5, steps S16a and S17a in FIG. 4 are replaced with steps S16b and S17b.
Has been replaced.

短絡故障したスイッチング素子がメインFET(PWM駆動用のスイッチング素子)である場合、ステップS16bにおいて、メインFETの駆動を、PWM駆動から常時オン駆動へ切り替える。すなわち、メインFETのゲートに連続したHレベル信号を印加することにより、メインFETを常時オンの状態にする。その後、ステップS17bへ進んで、代替モードによるモータ駆動を開始する。   If the short-circuit faulty switching element is a main FET (PWM driving switching element), the main FET driving is switched from PWM driving to always-on driving in step S16b. That is, by applying a continuous H level signal to the gate of the main FET, the main FET is always turned on. Then, it progresses to step S17b and starts the motor drive by alternative mode.

代替モードでは、通常モードにおけるメインFETとサブFETの動作が入れ替わる。つまり、短絡故障したメインFETは、常時オンの状態となり、短絡故障していないサブFETは、PWM信号でオン・オフする。たとえば、図15に示すように、C相の上アームc1のスイッチング素子Q10(メインFET)に短絡(ショート)故障が発生した場合、スイッチング素子Q9(サブFET)をPWM信号によりオン・オフさせる。スイッチング素子Q10は、常時オンの状態に固定される。C相の下アームc2のスイッチング素子Q11、Q12と、A相の上下アームa1、a2のスイッチング素子Q1〜Q4と、B相の上下アームb1、b2のスイッチング素子Q5〜Q8は、いずれも通常どおり駆動される。   In the alternative mode, the operations of the main FET and the sub FET in the normal mode are switched. That is, the main FET that is short-circuited is always on, and the sub-FET that is not short-circuited is turned on / off by the PWM signal. For example, as shown in FIG. 15, when a short circuit failure occurs in the switching element Q10 (main FET) of the C-phase upper arm c1, the switching element Q9 (sub-FET) is turned on / off by the PWM signal. Switching element Q10 is fixed to an always-on state. The switching elements Q11 and Q12 of the C-phase lower arm c2, the switching elements Q1 to Q4 of the A-phase upper and lower arms a1 and a2, and the switching elements Q5 to Q8 of the B-phase upper and lower arms b1 and b2 are all as usual. Driven.

このように、短絡故障が発生したアームのメインFETとサブFETの動作が入れ替わっても、2個の直列接続されたスイッチング素子の一方が常時オンとなり、他方がオン・オフすることに変わりはないので、インバータ回路3は正常に動作し、モータ駆動に支障は生じない。この場合、モータMは、通常モードと同様に3相で駆動される。また、警報ランプの点灯により、短絡故障したメインFETの交換を促すことができる。   Thus, even if the operation of the main FET and the sub FET of the arm in which the short-circuit failure occurs is switched, one of the two switching elements connected in series is always on and the other is on / off. Therefore, the inverter circuit 3 operates normally and does not interfere with motor driving. In this case, the motor M is driven in three phases as in the normal mode. In addition, when the alarm lamp is turned on, it is possible to prompt the user to replace the main FET having a short circuit failure.

次に、モータ駆動装置100における動作中診断について、図6〜図11を参照しながら説明する。動作中診断は、モータMが駆動された後に行われる診断であり、モータMに電流が流れている状態で実施される。動作中診断においても、スイッチング素子の短絡故障と断線故障が検出されるが、その検出原理は初期診断の場合と異なる。以下では、A相の動作中診断を例に挙げるが、B相とC相についても、同様の方法で動作中診断が行われる。   Next, the diagnosis during operation in the motor drive device 100 will be described with reference to FIGS. The in-operation diagnosis is a diagnosis performed after the motor M is driven, and is performed in a state where a current flows through the motor M. In the in-operation diagnosis, a short circuit failure and a disconnection failure of the switching element are detected, but the detection principle is different from that in the initial diagnosis. In the following, the diagnosis during operation in the A phase is taken as an example, but the diagnosis during operation is performed in the same manner for the B phase and the C phase.

図6(a)は、上下アームa1、a2のスイッチング素子Q1〜Q4に短絡故障も断線故障も発生していない状態(正常状態)を示している。この場合は、前述のとおり、スイッチング素子Q1、Q3は常時オンしており、スイッチング素子Q2、Q4はPWM信号によりオン・オフ動作を行う。   FIG. 6A shows a state where the switching elements Q1 to Q4 of the upper and lower arms a1 and a2 are not short-circuited or disconnected (normal state). In this case, as described above, the switching elements Q1 and Q3 are always on, and the switching elements Q2 and Q4 are turned on / off by the PWM signal.

図6(b)は、各スイッチング素子のゲートに印加される信号、および正常状態におけるA相のモータ端子電圧Vmを示している。スイッチング素子Q1、Q3のゲート信号(以下「Q1ゲート信号」、「Q3ゲート信号」と表記)は、連続したHレベル信号(=デューティが100%のPWM信号)であり、この信号によってスイッチング素子Q1、Q3は常時オン状態となる。スイッチング素子Q2、Q4のゲート信号(以下「Q2ゲート信号」、「Q4ゲート信号」と表記)は、所定のデューティを持ったPWM信号であり、この信号のHレベル区間でスイッチング素子Q2、Q4はオンとなり、Lレベル区間でスイッチング素子Q2、Q4はオフとなる。Q4ゲート信号は、Q2ゲート信号を反転した信号となっている(厳密には、両者の間にデッドタイム期間が存在するが、ここでは省略してある)。   FIG. 6B shows signals applied to the gates of the switching elements and the A-phase motor terminal voltage Vm in a normal state. The gate signals of the switching elements Q1 and Q3 (hereinafter referred to as “Q1 gate signal” and “Q3 gate signal”) are continuous H-level signals (= PWM signals with a duty of 100%). , Q3 is always on. The gate signals of the switching elements Q2 and Q4 (hereinafter referred to as “Q2 gate signal” and “Q4 gate signal”) are PWM signals having a predetermined duty, and the switching elements Q2 and Q4 are in the H level section of this signal. The switching elements Q2 and Q4 are turned off in the L level section. The Q4 gate signal is an inverted version of the Q2 gate signal (strictly speaking, there is a dead time period between them, but it is omitted here).

スイッチング素子Q2がオンで、スイッチング素子Q4がオフの区間では、モータ端子電圧Vmは、電源電圧Vbとなる。一方、スイッチング素子Q4がオンで、スイッチング素子Q2がオフの区間では、モータ端子電圧Vmは、グランド電圧Vgとなる。   In a section where the switching element Q2 is on and the switching element Q4 is off, the motor terminal voltage Vm is the power supply voltage Vb. On the other hand, in a section in which the switching element Q4 is on and the switching element Q2 is off, the motor terminal voltage Vm is the ground voltage Vg.

このように、スイッチング素子Q1〜Q4に故障が発生していない場合は、スイッチング素子Q2、Q4のオン・オフに応じて、モータ端子電圧Vmは、電源電圧Vbまたはグランド電圧Vgとなる。このモータ端子電圧Vmは、電圧検出回路5で検出され、CPU1へ入力される。CPU1は、モータ端子電圧算出部13で算出されたモータ端子電圧Vmが、Q2ゲート信号のHレベル区間で電源電圧Vbであり、Lレベル区間でグランド電圧Vgである場合は、スイッチング素子Q1〜Q4に短絡故障も断線故障も発生していないと診断する。   As described above, when no failure has occurred in the switching elements Q1 to Q4, the motor terminal voltage Vm becomes the power supply voltage Vb or the ground voltage Vg according to the on / off of the switching elements Q2 and Q4. The motor terminal voltage Vm is detected by the voltage detection circuit 5 and input to the CPU 1. When the motor terminal voltage Vm calculated by the motor terminal voltage calculation unit 13 is the power supply voltage Vb in the H level section of the Q2 gate signal and the ground voltage Vg in the L level section, the CPU 1 switches the switching elements Q1 to Q4. Diagnose that neither a short-circuit fault nor a disconnection fault has occurred.

図7(a)は、上アームa1のスイッチング素子Q2に短絡(ショート)故障が発生した状態(上段短絡状態)を示している。この場合は、スイッチング素子Q1、Q3は常時オンしており、スイッチング素子Q4はPWM信号によりオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Q2はオン状態に固定される。   FIG. 7A shows a state in which a short circuit (short circuit) failure has occurred in the switching element Q2 of the upper arm a1 (upper stage short circuit state). In this case, the switching elements Q1 and Q3 are always on, and the switching element Q4 is turned on / off by the PWM signal. Switching element Q2 is fixed to an on state.

図7(b)は、各スイッチング素子のゲートに印加される信号、および上段短絡状態におけるA相のモータ端子電圧Vmを示している。各ゲート信号に関しては、図6(b)の場合と同じである。Q2ゲート信号がHレベルの区間では、スイッチング素子Q2がもともと短絡故障によりオン状態にあるので、モータ端子電圧Vmは電源電圧Vbとなる。一方、Q2ゲート信号がLレベルの区間では、スイッチング素子Q2がオフしないため、モータ端子電圧Vmはグランド電圧Vgまで低下せず、グランド電圧Vgより高く電源電圧Vbより低い閾値Vth1を超える電圧となる。このモータ端子電圧Vmは、電圧検出回路5で検出され、CPU1へ入力される。CPU1は、モータ端子電圧算出部13で算出されたモータ端子電圧Vmが、Q2ゲート信号のLレベル区間で、Vb>Vm>Vth1>Vgの関係を満たす場合は、スイッチング素子Q2に短絡故障が発生したと診断する。なお、スイッチング素子Q1は常時オン状態にあるため、動作中診断において当該素子の短絡故障を検出することはできないが、スイッチング素子Q1は短絡故障しても常時オン状態を維持するので、問題はない。   FIG. 7B shows a signal applied to the gate of each switching element and the A-phase motor terminal voltage Vm in the upper short-circuit state. Each gate signal is the same as in the case of FIG. In the interval where the Q2 gate signal is at the H level, the switching element Q2 is originally in the ON state due to a short circuit failure, so the motor terminal voltage Vm is the power supply voltage Vb. On the other hand, since the switching element Q2 is not turned off in the section where the Q2 gate signal is L level, the motor terminal voltage Vm does not decrease to the ground voltage Vg, but exceeds the threshold Vth1 which is higher than the ground voltage Vg and lower than the power supply voltage Vb. . The motor terminal voltage Vm is detected by the voltage detection circuit 5 and input to the CPU 1. When the motor terminal voltage Vm calculated by the motor terminal voltage calculation unit 13 satisfies the relationship of Vb> Vm> Vth1> Vg in the L level section of the Q2 gate signal, the CPU 1 generates a short circuit fault in the switching element Q2. Diagnose. In addition, since the switching element Q1 is always on, it is impossible to detect a short-circuit failure of the element in the diagnosis during operation. However, the switching element Q1 is always on even if a short-circuit failure occurs, so there is no problem. .

図8(a)は、下アームa2のスイッチング素子Q4に短絡(ショート)故障が発生した状態(下段短絡状態)を示している。この場合は、スイッチング素子Q1、Q3は常時オンしており、スイッチング素子Q2はPWM信号によりオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Q4はオン状態に固定される。   FIG. 8A shows a state where a short circuit (short circuit) failure has occurred in the switching element Q4 of the lower arm a2 (lower stage short circuit state). In this case, the switching elements Q1 and Q3 are always on, and the switching element Q2 is turned on / off by the PWM signal. Switching element Q4 is fixed to an on state.

図8(b)は、各スイッチング素子のゲートに印加される信号、および下段短絡状態におけるA相のモータ端子電圧Vmを示している。各ゲート信号に関しては、図6(b)の場合と同じである。Q4ゲート信号がHレベルの区間では、スイッチング素子Q4がもともと短絡故障によりオン状態にあるので、モータ端子電圧Vmはグランド電圧Vgとなる。一方、Q4ゲート信号がLレベルの区間では、スイッチング素子Q4がオフしないため、モータ端子電圧Vmは電源電圧Vbまで上昇せず、電源電圧Vbより低くグランド電圧Vgより高い閾値Vth2を下回る電圧となる。このモータ端子電圧Vmは、電圧検出回路5で検出され、CPU1へ入力される。CPU1は、モータ端子電圧算出部13で算出されたモータ端子電圧Vmが、Q4ゲート信号のLレベル区間で、Vb>Vth2>Vm>Vgの関係を満たす場合は、スイッチング素子Q4に短絡故障が発生したと診断する。なお、スイッチング素子Q3は常時オン状態にあるため、動作中診断において当該素子の短絡故障を検出することはできないが、スイッチング素子Q3は短絡故障しても常時オン状態を維持するので、問題はない。   FIG. 8B shows a signal applied to the gate of each switching element and the A-phase motor terminal voltage Vm in the lower short-circuit state. Each gate signal is the same as in the case of FIG. In the interval where the Q4 gate signal is at the H level, the switching element Q4 is originally in an ON state due to a short circuit failure, so the motor terminal voltage Vm becomes the ground voltage Vg. On the other hand, since the switching element Q4 is not turned off in the interval where the Q4 gate signal is L level, the motor terminal voltage Vm does not rise to the power supply voltage Vb, but falls below the threshold Vth2 lower than the power supply voltage Vb and higher than the ground voltage Vg. . The motor terminal voltage Vm is detected by the voltage detection circuit 5 and input to the CPU 1. When the motor terminal voltage Vm calculated by the motor terminal voltage calculation unit 13 satisfies the relationship of Vb> Vth2> Vm> Vg in the L level section of the Q4 gate signal, the CPU 1 generates a short circuit failure in the switching element Q4. Diagnose. In addition, since the switching element Q3 is always on, it is impossible to detect a short-circuit failure of the element in the diagnosis during operation. However, the switching element Q3 is always on even if a short-circuit failure occurs, so there is no problem. .

図9(a)は、上アームa1のスイッチング素子Q2に断線(オープン)故障が発生した状態(上段断線状態)を示している。この場合は、スイッチング素子Q1、Q3は常時オンしており、スイッチング素子Q4はPWM信号によりオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Q2はオフ状態に固定される。   FIG. 9A shows a state where the disconnection (open) failure has occurred in the switching element Q2 of the upper arm a1 (upper-stage disconnection state). In this case, the switching elements Q1 and Q3 are always on, and the switching element Q4 is turned on / off by the PWM signal. Switching element Q2 is fixed in the off state.

図9(b)は、各スイッチング素子のゲートに印加される信号、および上段断線状態におけるA相のモータ端子電圧Vmを示している。各ゲート信号に関しては、図6(b)の場合と同じである。Q2ゲート信号がLレベルの区間では、スイッチング素子Q2がもともと断線故障によりオフ状態にあるので、モータ端子電圧Vmはグランド電圧Vgとなる。一方、Q2ゲート信号がHレベルの区間では、スイッチング素子Q2がオンしないために、モータ端子電圧Vmは電源電圧Vbまで上昇せず、電源電圧Vbよりも低くグランド電圧Vgよりも高い閾値Vth3を下回る電圧となる。なお、スイッチング素子Q2は正常でスイッチング素子Q1に断線故障が発生した場合、および、スイッチング素子Q1、Q2の双方に断線故障が発生した場合も、モータ端子電圧Vmは閾値Vth3を下回る。このモータ端子電圧Vmは、電圧検出回路5で検出され、CPU1へ入力される。CPU1は、モータ端子電圧算出部13で算出されたモータ端子電圧Vmが、Q2ゲート信号のHレベル区間で、Vb>Vth3>Vm>Vgの関係を満たす場合は、上段のスイッチング素子Q1、Q2の一方または両方に断線故障が発生したと診断する(断線故障したスイッチング素子を特定することはできない)。   FIG. 9B shows a signal applied to the gate of each switching element and the A-phase motor terminal voltage Vm in the upper-stage disconnection state. Each gate signal is the same as in the case of FIG. In the interval where the Q2 gate signal is at the L level, the switching element Q2 is originally in the OFF state due to the disconnection failure, so the motor terminal voltage Vm becomes the ground voltage Vg. On the other hand, since the switching element Q2 is not turned on when the Q2 gate signal is at the H level, the motor terminal voltage Vm does not rise to the power supply voltage Vb and falls below the threshold Vth3 that is lower than the power supply voltage Vb and higher than the ground voltage Vg. Voltage. Note that when the switching element Q2 is normal and a disconnection failure occurs in the switching element Q1 and when a disconnection failure occurs in both the switching elements Q1 and Q2, the motor terminal voltage Vm is lower than the threshold value Vth3. The motor terminal voltage Vm is detected by the voltage detection circuit 5 and input to the CPU 1. When the motor terminal voltage Vm calculated by the motor terminal voltage calculator 13 satisfies the relationship of Vb> Vth3> Vm> Vg in the H level section of the Q2 gate signal, the CPU 1 determines the switching elements Q1 and Q2 in the upper stage. Diagnose that a disconnection failure has occurred in one or both (a switching element having a disconnection failure cannot be identified).

図10(a)は、下アームa2のスイッチング素子Q4に断線(オープン)故障が発生した状態(下段断線状態)を示している。この場合は、スイッチング素子Q1、Q3は常時オンしており、スイッチング素子Q2はPWM信号によりオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Q4はオフ状態に固定される。   FIG. 10A shows a state in which a disconnection (open) failure has occurred in the switching element Q4 of the lower arm a2 (lower disconnection state). In this case, the switching elements Q1 and Q3 are always on, and the switching element Q2 is turned on / off by the PWM signal. Switching element Q4 is fixed in the off state.

図10(b)は、各スイッチング素子のゲートに印加される信号、および下段断線状態におけるA相のモータ端子電圧Vmを示している。各ゲート信号に関しては、図6(b)の場合と同じである。Q4ゲート信号がLレベルの区間では、スイッチング素子Q4がもともと断線故障によりオフ状態にあるので、モータ端子電圧Vmは電源電圧Vbとなる。一方、Q4ゲート信号がHレベルの区間では、スイッチング素子Q4がオンしないため、モータ端子電圧Vmはグランド電圧Vgまで低下せず、グランド電圧Vgより高く電源電圧Vbより低い閾値Vth4を超える電圧となる。なお、スイッチング素子Q4は正常でスイッチング素子Q3に断線故障が発生した場合、および、スイッチング素子Q3、Q4の双方に断線故障が発生した場合も、モータ端子電圧Vmは閾値Vth4を超える。このモータ端子電圧Vmは、電圧検出回路5で検出され、CPU1へ入力される。CPU1は、モータ端子電圧算出部13で算出されたモータ端子電圧Vmが、Q4ゲート信号のHレベル区間で、Vb>Vm>Vth4>Vgの関係を満たす場合は、下段のスイッチング素子Q3、Q4の一方または両方に断線故障が発生したと診断する(断線故障したスイッチング素子を特定することはできない)。   FIG. 10B shows a signal applied to the gate of each switching element and the A-phase motor terminal voltage Vm in the lower-stage disconnection state. Each gate signal is the same as in the case of FIG. In the section where the Q4 gate signal is at the L level, the switching element Q4 is originally in the OFF state due to the disconnection failure, so the motor terminal voltage Vm becomes the power supply voltage Vb. On the other hand, since the switching element Q4 is not turned on when the Q4 gate signal is at the H level, the motor terminal voltage Vm does not decrease to the ground voltage Vg but exceeds the threshold Vth4 that is higher than the ground voltage Vg and lower than the power supply voltage Vb. . Note that when the switching element Q4 is normal and a disconnection failure occurs in the switching element Q3, and also when a disconnection failure occurs in both the switching elements Q3 and Q4, the motor terminal voltage Vm exceeds the threshold value Vth4. The motor terminal voltage Vm is detected by the voltage detection circuit 5 and input to the CPU 1. When the motor terminal voltage Vm calculated by the motor terminal voltage calculation unit 13 satisfies the relationship of Vb> Vm> Vth4> Vg in the H level section of the Q4 gate signal, the CPU 1 determines the lower switching elements Q3 and Q4. Diagnose that a disconnection failure has occurred in one or both (a switching element having a disconnection failure cannot be identified).

このように、動作中診断においては、モータ端子電圧Vmを監視し、Q2ゲート信号またはQ4ゲート信号のHレベル区間またはLレベル区間における、モータ端子電圧Vmと閾値Vth1〜Vth4との比較結果に基づいて、上段短絡故障(図7)、下段短絡故障(図8)、上段断線故障(図9)、および下段断線故障(図10)の4種類の故障を診断することができる。B相とC相についても、A相と同じ手順で動作中診断が行われる。   As described above, in the operation diagnosis, the motor terminal voltage Vm is monitored and based on the comparison result between the motor terminal voltage Vm and the threshold values Vth1 to Vth4 in the H level section or the L level section of the Q2 gate signal or the Q4 gate signal. Thus, four types of faults can be diagnosed: an upper stage short circuit fault (FIG. 7), a lower stage short circuit fault (FIG. 8), an upper stage disconnection fault (FIG. 9), and a lower stage disconnection fault (FIG. 10). For the B phase and the C phase, the diagnosis during operation is performed in the same procedure as the A phase.

図11は、上述した動作中診断と、当該診断結果に基づく処理の手順を表したフローチャートである。本フローチャートの各ステップは、CPU1によって実行される。   FIG. 11 is a flowchart showing a procedure of the above-described diagnosis during operation and processing based on the diagnosis result. Each step of this flowchart is executed by the CPU 1.

ステップS21では、図2(a)に示した通常モードで、モータ駆動装置100の動作を開始する。通常モードでは、モータMが3相で駆動される。この後、ステップS22で、図7および図8で説明した要領に従い、短絡(ショート)故障が検出されたか否かを判定する。判定の結果、短絡故障が検出されなければ(ステップS22;NO)、ステップS23へ進み、短絡故障が検出されれば(ステップS22;YES)、ステップS28へ進む。   In step S21, the operation of the motor drive device 100 is started in the normal mode shown in FIG. In the normal mode, the motor M is driven in three phases. Thereafter, in step S22, it is determined whether or not a short-circuit failure has been detected according to the procedure described with reference to FIGS. As a result of the determination, if a short circuit failure is not detected (step S22; NO), the process proceeds to step S23, and if a short circuit failure is detected (step S22; YES), the process proceeds to step S28.

ステップS23では、図9および図10で説明した要領に従い、断線(オープン)故障が検出されたか否かを判定する。判定の結果、断線故障が検出されなければ(ステップS23;NO)、ステップS24へ進み、断線故障が検出されれば(ステップS23;YES)、ステップS25へ進む。   In step S23, it is determined whether or not a disconnection (open) failure has been detected in accordance with the procedure described with reference to FIGS. If a disconnection failure is not detected as a result of the determination (step S23; NO), the process proceeds to step S24. If a disconnection failure is detected (step S23; YES), the process proceeds to step S25.

ステップS24では、短絡故障も断線故障も発生していないことから、通常モードによるモータ駆動を継続する。   In step S24, since neither a short circuit failure nor a disconnection failure has occurred, the motor drive in the normal mode is continued.

短絡故障が発生している場合は、ステップS28で、短絡故障の発生および短絡故障したスイッチング素子(メインFET)を報知するための警報を出力する。この警報に基づいて、たとえば警報ランプ(図示省略)が点灯する。次に、ステップS29aにおいて、短絡故障したメインFETと対をなすサブFETをオフ状態にする。その後、ステップS30aへ進んで、縮退モードによるモータ駆動を開始する。この縮退モードにも、部分縮退モードと全縮退モードがある。これらについては、図4のステップS17aで説明したので、ここでは説明を省略する。ステップS30aでは、部分縮退モードと全縮退モードのいずれを採用してもよい。   If a short-circuit failure has occurred, an alarm for notifying the occurrence of the short-circuit failure and the switching element (main FET) having the short-circuit failure is output in step S28. Based on this alarm, for example, an alarm lamp (not shown) is lit. Next, in step S29a, the sub FET paired with the short-circuited main FET is turned off. Then, it progresses to step S30a and starts the motor drive by degeneration mode. This degenerate mode also includes a partial degenerate mode and a full degenerate mode. Since these have been described in step S17a of FIG. 4, description thereof will be omitted here. In step S30a, either the partial reduction mode or the full reduction mode may be adopted.

縮退モードでは、前述のとおり、短絡故障が発生した異常相または異常箇所を切り離し、残りのスイッチング素子を通常モードの場合と同様に動作させることによって、モータMを2相で駆動することができる。   In the degeneration mode, as described above, the motor M can be driven in two phases by disconnecting the abnormal phase or the abnormal portion where the short-circuit failure has occurred and operating the remaining switching elements in the same manner as in the normal mode.

断線故障が発生している場合は、ステップS25において、断線故障の発生および断線故障した相または箇所を報知するための警報を出力する。この警報に基づいて、たとえば警報ランプ(図示省略)が点灯する。その後、ステップS26に進んで、図4のステップS9と同様の処理を行った後、ステップS27で、図4のステップS10と同様の縮退モードによるモータ駆動を開始する。   If a disconnection failure has occurred, an alarm for notifying the occurrence of the disconnection failure and the phase or location where the disconnection failure has occurred is output in step S25. Based on this alarm, for example, an alarm lamp (not shown) is lit. Thereafter, the process proceeds to step S26, and the same processing as step S9 in FIG. 4 is performed. Then, in step S27, motor driving in the degeneration mode similar to step S10 in FIG. 4 is started.

図12は、動作中診断結果に基づく処理手順の他の例を示すフローチャートである。図12において、図11と同じ処理を行うステップには、同一符号を付してある。図12では、図11のステップS29a、S30aが、ステップS29b、S30bに置き換わっている。   FIG. 12 is a flowchart illustrating another example of the processing procedure based on the diagnostic result during operation. In FIG. 12, steps for performing the same processing as in FIG. In FIG. 12, steps S29a and S30a in FIG. 11 are replaced with steps S29b and S30b.

短絡故障が発生した場合、ステップS29bにおいて、メインFETの駆動を、PWM駆動から常時オン駆動へ切り替える。すなわち、メインFETのゲートに連続したHレベル信号を印加することにより、メインFETを常時オンの状態にする。その後、ステップS30bへ進んで、代替モードによるモータ駆動を開始する。代替モードでは、図5のステップS17bの場合と同様に、短絡故障したメインFETが常時オン状態となり、短絡故障していないサブFETがPWM信号でオン・オフすることで、モータMは3相で駆動される。   If a short circuit failure has occurred, the drive of the main FET is switched from PWM drive to always-on drive in step S29b. That is, by applying a continuous H level signal to the gate of the main FET, the main FET is always turned on. Then, it progresses to step S30b and starts the motor drive by alternative mode. In the alternative mode, as in the case of step S17b in FIG. 5, the short-circuited main FET is always turned on, and the sub-FET that is not short-circuited is turned on / off by the PWM signal, so that the motor M has three phases. Driven.

図13は、モータMの駆動状態で短絡故障が発生した場合の、インバータ回路3の動作の一例を示したタイミングチャートである。時刻t1〜t2の間は、通常モードによる動作が行われている。そして、時刻t2において、図13(b)に示すように、ある相の上段(上アーム)のメインFETに短絡(ショート)故障が発生したとする。この場合、短絡故障したFETは、図13(b)に示すように、PWM信号によるオン・オフ動作から、オンに固定された状態へ切り替わる。   FIG. 13 is a timing chart showing an example of the operation of the inverter circuit 3 when a short circuit failure occurs in the driving state of the motor M. The operation in the normal mode is performed between times t1 and t2. Then, at time t2, as shown in FIG. 13B, it is assumed that a short-circuit (short-circuit) failure has occurred in the upper (upper arm) main FET of a certain phase. In this case, as shown in FIG. 13B, the FET that is short-circuited is switched from the on / off operation based on the PWM signal to the fixed state.

一方、短絡故障が検出されたことに基づいて、図13(d)、(f)、(h)に示すように、異常相の上段サブFET、下段メインFET、および下段サブFETが、時刻t3でオフになる(t2〜t3間の時間τは、CPU1の処理に要する時間である)。これにより、異常相が切り離され、時刻t3〜t4の間は、全縮退モード(たとえば図14(b))の動作となる。   On the other hand, based on the detection of the short circuit failure, as shown in FIGS. 13D, 13F, and 13H, the upper sub-FET, the lower main FET, and the lower sub-FET of the abnormal phase are detected at time t3. (Time τ between t2 and t3 is the time required for the processing of CPU 1). As a result, the abnormal phase is cut off, and the operation in the fully degenerate mode (for example, FIG. 14B) is performed between the times t3 and t4.

その後、時刻t4でイグニッションスイッチ(図示省略)がオフされると、図13(a)、(c)〜(h)に示すように、短絡故障している異常相の上段メインFETを除く、全てのメインFETおよびサブFETがオフとなる。その後、時刻t5で、上位装置(図示省略)からCPU1へ再始動の指令が与えられると、CPU1は、他に異常がないか否かについて、時刻t5〜t6の間で詳細な診断を行う。この診断は、初期診断と同様の手順に従って行われる。そして、診断の結果、他に異常がないと判断すれば、時刻t6で代替モード(たとえば図15)によるモータ駆動を開始する。   After that, when the ignition switch (not shown) is turned off at time t4, as shown in FIGS. 13 (a), (c) to (h), all except the upper main FET of the abnormal phase in which the short circuit has failed. The main FET and the sub FET are turned off. Thereafter, when a restart command is given from the host device (not shown) to the CPU 1 at time t5, the CPU 1 performs a detailed diagnosis between times t5 and t6 as to whether there is any other abnormality. This diagnosis is performed according to the same procedure as the initial diagnosis. If it is determined that there is no other abnormality as a result of the diagnosis, motor driving in the alternative mode (for example, FIG. 15) is started at time t6.

時刻t6以降の代替モードでは、正常相の全てのメインFETおよびサブFETと、異常相の下段のメインFETおよびサブFETについては、図13(a)、(c)、(e)〜(h)に示すように、短絡故障発生前と同じ動作が再開される。一方、異常相の上段のメインFETおよびサブFETについては、図13(b)、(d)に示すように、短絡故障発生前と動作が入れ替わる。   In the alternative mode after time t6, all the main FETs and sub-FETs in the normal phase and the main FETs and sub-FETs in the lower stage of the abnormal phase are shown in FIGS. 13 (a), (c), (e) to (h). As shown in Fig. 5, the same operation as before the occurrence of the short-circuit fault is resumed. On the other hand, as shown in FIGS. 13B and 13D, the operation of the upper main FET and sub FET in the abnormal phase is switched from that before the occurrence of the short circuit failure.

以上述べたように、本実施形態では、上アームと下アームのそれぞれにおいて、常時オン状態となる第1スイッチング素子Q1、Q3、Q5…(サブFET)と、PWM信号によりオン・オフする第2スイッチング素子Q2、Q4、Q6…(メインFET)とを、各素子のダイオードDn(n=1、3、5…)、Dm(m=2、4、6…)が電源Bに対して共に逆方向となるように、直列に接続している。そして、初期診断時には、各相毎に、上下アームに設けられた全てのスイッチング素子Q1〜Q12について、各スイッチング素子毎に短絡故障の有無を診断し、動作中診断時には、各相毎に、上下アームに設けられた第2スイッチング素子Q2、Q4、Q6…の短絡故障の有無を診断する。   As described above, in this embodiment, in each of the upper arm and the lower arm, the first switching elements Q1, Q3, Q5... (Sub-FETs) that are always turned on and the second switching element that is turned on / off by the PWM signal. Switching elements Q2, Q4, Q6... (Main FET) and diodes Dn (n = 1, 3, 5,...) And Dm (m = 2, 4, 6,. It is connected in series so that it becomes the direction. And at the time of initial diagnosis, for every switching element Q1 to Q12 provided on the upper and lower arms for each phase, the presence or absence of a short-circuit failure is diagnosed for each switching element. The presence or absence of a short circuit failure of the second switching elements Q2, Q4, Q6... Provided in the arm is diagnosed.

第1スイッチング素子Q1、Q3、Q5…と第2スイッチング素子Q2、Q4、Q6…を上記のように接続すると、初期診断時に、上下アームの4個のスイッチング素子を順次オンさせてゆくことで、各素子毎に個別に短絡故障の有無を診断することができ、短絡故障した素子の特定が可能となる(図3参照)。また、動作中診断時には、常時オン状態にある第1スイッチング素子Q1、Q3、Q5…の短絡故障は検出できないが、第2スイッチング素子Q2、Q4、Q6…が短絡した場合は、第1および第2スイッチング素子が共にオン状態となって、モータMの端子電圧Vmが変動する(図7(b)、図8(b)参照)。これによって、第2スイッチング素子Q2、Q4、Q6…の短絡故障を確実に検出することができる。なお、第1スイッチング素子Q1、Q3、Q5…が短絡故障しても、当該素子の状態(常時オン状態)は変わらないので、動作中診断において第1スイッチング素子の短絡故障が検出できなくても問題はない。   When the first switching elements Q1, Q3, Q5... And the second switching elements Q2, Q4, Q6... Are connected as described above, by sequentially turning on the four switching elements of the upper and lower arms at the time of initial diagnosis, The presence or absence of a short-circuit failure can be individually diagnosed for each element, and the element having a short-circuit failure can be identified (see FIG. 3). Further, at the time of diagnosis during operation, short-circuit faults of the first switching elements Q1, Q3, Q5... That are always on cannot be detected, but if the second switching elements Q2, Q4, Q6. Both of the two switching elements are turned on, and the terminal voltage Vm of the motor M varies (see FIGS. 7B and 8B). Accordingly, it is possible to reliably detect a short-circuit failure of the second switching elements Q2, Q4, Q6. Even if the first switching elements Q1, Q3, Q5... Are short-circuited, the state of the element (always on) does not change. No problem.

本発明では、上述した実施形態以外にも、以下のような種々の実施形態を採用することができる。   In the present invention, the following various embodiments can be adopted in addition to the above-described embodiments.

前記実施形態では、図13において、短絡故障が検出された後に、異常相を切り離す全縮退モードへ移行したが、これに代えて、異常箇所だけを切り離す部分縮退モードへ移行してもよい。また、図13では、短絡故障が検出された後に、縮退モードを経て全てのスイッチング素子を一旦オフにし、その後、代替モードで動作を再開したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、短絡故障が検出された後、縮退モードやスイッチング素子のオフを省略して、すみやかに代替モードへ移行してもよい。さらに、代替モードで動作を再開するのではなく、縮退モードで動作を再開してもよい。   In the above embodiment, in FIG. 13, after a short circuit failure is detected, the mode is shifted to the full degeneration mode for separating the abnormal phase. Instead, the mode may be shifted to the partial degeneration mode for separating only the abnormal portion. In FIG. 13, after a short circuit failure is detected, all switching elements are temporarily turned off through the degeneration mode, and then the operation is resumed in the alternative mode. However, the present invention is not limited to this. For example, after a short circuit failure is detected, the degeneration mode or switching element off may be omitted, and the transition mode may be entered immediately. Furthermore, instead of resuming the operation in the alternative mode, the operation may be resumed in the degenerate mode.

前記実施形態では、インバータ回路3とグランドGとの間に、各相ごとのシャント抵抗Rsを設けたが、図16に示すモータ駆動装置200のように、インバータ回路3とグランドGとの間に、単一のシャント抵抗Rsを設けてもよい。   In the embodiment, the shunt resistor Rs for each phase is provided between the inverter circuit 3 and the ground G. However, like the motor driving device 200 shown in FIG. A single shunt resistor Rs may be provided.

前記実施形態では、CPU1に故障検出機能を持たせたが、ドライバ2に故障検出機能を持たせてもよい。たとえば、図17に示すモータ駆動装置300のように、ドライバ2’に、上段の短絡故障および断線故障を検出する上段故障検出回路21と、下段の短絡故障および断線故障を検出する下段故障検出回路22とを設けてもよい。   In the above embodiment, the CPU 1 has a failure detection function, but the driver 2 may have a failure detection function. For example, like the motor drive device 300 shown in FIG. 17, the upper stage failure detection circuit 21 for detecting the upper stage short-circuit fault and disconnection fault and the lower stage fault detection circuit for detecting the lower stage short-circuit fault and disconnection fault are provided to the driver 2 ′. 22 may be provided.

前記実施形態では、インバータ回路3のスイッチング素子として、寄生ダイオードを有するFETを用いたが、FETに代えてトランジスタを用い、各トランジスタに、電源に対して逆方向となるダイオードを並列接続してもよい。また、スイッチング素子として、FETやトランジスタ以外に、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などを用いることも可能である。   In the above embodiment, the FET having the parasitic diode is used as the switching element of the inverter circuit 3. However, a transistor is used instead of the FET, and a diode that is reverse to the power source is connected in parallel to each transistor. Good. In addition to the FET and the transistor, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or the like can be used as the switching element.

前記実施形態では、インバータ回路3のスイッチング素子としてnチャンネル型のMOS−FETを用いたが、これに代えて、pチャンネル型のMOS−FETを用いてもよい。この場合は、上段のFETのゲートに高い電圧を印加するための昇圧回路(図示省略)が不要となる。   In the embodiment, the n-channel type MOS-FET is used as the switching element of the inverter circuit 3, but a p-channel type MOS-FET may be used instead. In this case, a booster circuit (not shown) for applying a high voltage to the gate of the upper FET is not necessary.

前記実施形態では、逆接保護回路6の開閉素子としてリレーを例に挙げたが、リレーに代えてFETやトランジスタを用いてもよい。また、開閉素子に代えて、ダイオードを用いることも可能である。   In the above embodiment, the relay is exemplified as the switching element of the reverse connection protection circuit 6, but an FET or a transistor may be used instead of the relay. Further, a diode may be used instead of the switching element.

前記実施形態では、モータMとして3相モータを例に挙げたが、本発明は、2相モータや4相以上の多相モータを駆動する装置にも適用することができる。また、前記実施形態では、モータMとして直流モータを例に挙げたが、本発明は、交流モータを駆動する装置にも適用することができる。   In the above embodiment, a three-phase motor is exemplified as the motor M, but the present invention can also be applied to a device that drives a two-phase motor or a multi-phase motor having four or more phases. In the above embodiment, a DC motor is used as an example of the motor M. However, the present invention can also be applied to an apparatus that drives an AC motor.

前記実施形態では、車両の電動パワーステアリング装置に用いられるモータ駆動装置に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、車両用以外のモータ駆動装置にも適用することができる。さらに、前記実施形態では、負荷としてモータMを例に挙げたが、本発明は、モータ以外の負荷を駆動する装置にも適用することができる。   In the embodiment, the example in which the present invention is applied to the motor drive device used in the electric power steering device of the vehicle has been described. However, the present invention can also be applied to motor drive devices other than those for vehicles. Furthermore, in the above embodiment, the motor M is taken as an example of the load, but the present invention can also be applied to an apparatus that drives a load other than the motor.

1 CPU
2 ドライバ
3 インバータ回路
4 電流検出回路
5 電圧検出回路
6 逆接保護回路
10 制御部
11 故障診断部
12 モータ電流算出部
13 モータ端子電圧算出部
100、200、300 モータ駆動装置(負荷駆動装置)
a1、b1、c1 上アーム
a2、b2、c2 下アーム
D1〜D12 ダイオード
Q1〜Q12 スイッチング素子
B 電源
G グランド
M モータ(負荷)
1 CPU
2 Driver 3 Inverter circuit 4 Current detection circuit 5 Voltage detection circuit 6 Reverse connection protection circuit 10 Control unit 11 Failure diagnosis unit 12 Motor current calculation unit 13 Motor terminal voltage calculation unit 100, 200, 300 Motor drive device (load drive device)
a1, b1, c1 Upper arm a2, b2, c2 Lower arm D1-D12 Diode Q1-Q12 Switching element B Power supply G Ground M Motor (load)

Claims (7)

電源とグランドとの間に上下一対のアームが相数だけ設けられ、各相の上アームと下アームのそれぞれに2個の直列接続されたスイッチング素子を有し、各スイッチング素子のオン・オフに基づいて負荷に電流を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路の各スイッチング素子のオン・オフを制御する制御部と、を備えた負荷駆動装置において、
前記2個の直列接続されたスイッチング素子は、
前記電源に対して逆方向となるようにダイオードが並列接続され、負荷の駆動中に常時オンとなる第1スイッチング素子と、
前記電源に対して逆方向となるようにダイオードが並列接続され、負荷の駆動中にオン・オフする第2スイッチング素子と、からなり、
前記制御部は、
前記負荷が駆動される前の初期診断時に、各相毎に、上下アームに設けられた全てのスイッチング素子について、各スイッチング素子毎に短絡故障の有無を診断し、
前記負荷が駆動された後の動作中診断時に、各相毎に、上下アームに設けられた第2スイッチング素子の短絡故障の有無を診断する、ことを特徴とする負荷駆動装置。
A pair of upper and lower arms are provided between the power source and the ground for the number of phases, and each of the upper and lower arms of each phase has two switching elements connected in series. An inverter circuit for supplying current to the load based on
In a load drive device comprising a control unit that controls on / off of each switching element of the inverter circuit,
The two switching elements connected in series are:
A diode connected in parallel so as to be in a reverse direction with respect to the power supply, and a first switching element that is always on during driving of the load;
A diode is connected in parallel so as to be in a reverse direction with respect to the power source, and the second switching element is turned on / off during driving of the load,
The controller is
At the time of initial diagnosis before the load is driven, for each switching element, for each switching element, diagnose the presence or absence of a short circuit failure for each switching element,
A load driving device characterized by diagnosing the presence or absence of a short circuit failure of the second switching element provided in the upper and lower arms for each phase at the time of diagnosis during operation after the load is driven.
請求項1に記載の負荷駆動装置において、
前記制御部は、
前記初期診断時に、各相毎に、上下アームに設けられた全てのスイッチング素子を、タイミングをずらせて一定時間だけ順次オンさせ、
前記各スイッチング素子のオン区間で、前記負荷の端子電圧をそれぞれ測定し、
前記端子電圧に基づいて、各スイッチング素子毎に短絡故障の有無を診断する、ことを特徴とする負荷駆動装置。
The load driving device according to claim 1,
The controller is
At the time of the initial diagnosis, for each phase, all the switching elements provided in the upper and lower arms are sequentially turned on for a predetermined time by shifting the timing,
Measure the terminal voltage of the load in the on section of each switching element,
A load driving device characterized by diagnosing the presence or absence of a short circuit failure for each switching element based on the terminal voltage.
請求項2に記載の負荷駆動装置において、
前記制御部は、
前記上アームの第2スイッチング素子のオン区間で、前記負荷の端子電圧が正常値より高くなった場合は、前記上アームの第1スイッチング素子が短絡故障したと診断し、
前記上アームの第1スイッチング素子のオン区間で、前記負荷の端子電圧が正常値より高くなった場合は、前記上アームの第2スイッチング素子が短絡故障したと診断し、
前記下アームの第2スイッチング素子のオン区間で、前記負荷の端子電圧が正常値より低くなった場合は、前記下アームの第1スイッチング素子が短絡故障したと診断し、
前記下アームの第1スイッチング素子のオン区間で、前記負荷の端子電圧が正常値より低くなった場合は、前記下アームの第2スイッチング素子が短絡故障したと診断する、ことを特徴とする負荷駆動装置。
The load driving device according to claim 2,
The controller is
When the terminal voltage of the load is higher than a normal value in the ON section of the second switching element of the upper arm, the first switching element of the upper arm is diagnosed as having a short circuit failure,
When the terminal voltage of the load becomes higher than a normal value in the ON section of the first switching element of the upper arm, the second switching element of the upper arm is diagnosed as having a short circuit failure,
When the terminal voltage of the load is lower than a normal value in the ON section of the second switching element of the lower arm, the first switching element of the lower arm is diagnosed as being short-circuited,
A load characterized by diagnosing that the second switching element of the lower arm has a short-circuit fault when the terminal voltage of the load becomes lower than a normal value during the ON period of the first switching element of the lower arm. Drive device.
請求項1に記載の負荷駆動装置において、
前記制御部は、
前記動作中診断時に、各相毎に、前記負荷の端子電圧を監視し、前記第2スイッチング素子をオン・オフさせる駆動信号の所定区間における前記負荷の端子電圧と、あらかじめ設定された閾値との比較結果に基づいて、上下アームに設けられた第2スイッチング素子の短絡故障の有無を診断する、ことを特徴とする負荷駆動装置。
The load driving device according to claim 1,
The controller is
At the time of diagnosis during operation, the terminal voltage of the load is monitored for each phase, and the terminal voltage of the load in a predetermined section of the drive signal for turning on and off the second switching element, and a preset threshold value A load driving device characterized by diagnosing the presence or absence of a short circuit failure of a second switching element provided in an upper and lower arm based on a comparison result.
請求項1に記載の負荷駆動装置において、
前記制御部は、
前記初期診断時に、各相毎に、上アームの第1スイッチング素子と第2スイッチング素子を、各素子が同時に一定時間だけオンするように駆動するとともに、これと異なるタイミングで、下アームの第1スイッチング素子と第2スイッチング素子を、各素子が同時に一定時間だけオンするように駆動し、
前記上アームの各スイッチング素子の同時オン区間と、前記下アームの各スイッチング素子の同時オン区間で、前記負荷の端子電圧をそれぞれ測定し、
前記端子電圧に基づいて、上アームと下アームの断線故障の有無を診断する、ことを特徴とする負荷駆動装置。
The load driving device according to claim 1,
The controller is
At the time of the initial diagnosis, for each phase, the first switching element and the second switching element of the upper arm are driven so that the respective elements are simultaneously turned on for a certain time, and at the same time, the first switching element of the lower arm is turned on. Driving the switching element and the second switching element so that each element is simultaneously turned on for a certain period of time;
In the simultaneous on section of each switching element of the upper arm and the simultaneous on section of each switching element of the lower arm, the terminal voltage of the load is respectively measured.
A load driving device that diagnoses the presence or absence of a disconnection failure between the upper arm and the lower arm based on the terminal voltage.
請求項5に記載の負荷駆動装置において、
前記制御部は、
前記上アームの各スイッチング素子の同時オン区間で、前記負荷の端子電圧が正常値より低い場合は、当該上アームの第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の一方または両方が断線故障したと診断し、
前記下アームの各スイッチング素子の同時オン区間で、前記負荷の端子電圧が正常値より高い場合は、当該下アームの第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の一方または両方が断線故障したと診断する、ことを特徴とする負荷駆動装置。
The load driving device according to claim 5, wherein
The controller is
If the terminal voltage of the load is lower than a normal value in the simultaneous ON section of each switching element of the upper arm, it is diagnosed that one or both of the first switching element and the second switching element of the upper arm are broken. ,
If the terminal voltage of the load is higher than a normal value in the simultaneous ON period of each switching element of the lower arm, it is diagnosed that one or both of the first switching element and the second switching element of the lower arm are broken. A load driving device characterized by that.
請求項1に記載の負荷駆動装置において、
前記制御部は、
前記動作中診断時に、各相毎に、前記負荷の端子電圧を監視し、前記第2スイッチング素子をオン・オフさせる駆動信号の所定区間における前記負荷の端子電圧と、あらかじめ設定された閾値との比較結果に基づいて、上アームと下アームの断線故障の有無を診断する、ことを特徴とする負荷駆動装置。
The load driving device according to claim 1,
The controller is
At the time of diagnosis during operation, the terminal voltage of the load is monitored for each phase, and the terminal voltage of the load in a predetermined section of the drive signal for turning on and off the second switching element, and a preset threshold value A load driving device that diagnoses the presence or absence of a disconnection failure between an upper arm and a lower arm based on a comparison result.
JP2013227661A 2013-10-31 2013-10-31 Load drive device Pending JP2015089293A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013227661A JP2015089293A (en) 2013-10-31 2013-10-31 Load drive device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013227661A JP2015089293A (en) 2013-10-31 2013-10-31 Load drive device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015089293A true JP2015089293A (en) 2015-05-07

Family

ID=53051540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013227661A Pending JP2015089293A (en) 2013-10-31 2013-10-31 Load drive device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015089293A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017050804A (en) * 2015-09-04 2017-03-09 富士電機株式会社 Semiconductor switch protection circuit
WO2019221368A1 (en) * 2018-05-15 2019-11-21 주식회사 엘지화학 Device, battery system, and method for controlling main battery and sub battery
JP2020120565A (en) * 2018-12-06 2020-08-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Vehicle drive device
CN112952762A (en) * 2019-11-25 2021-06-11 株式会社电装 Short circuit determination device
US11095237B2 (en) 2018-12-06 2021-08-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Vehicle driving apparatus
CN114755575A (en) * 2022-04-11 2022-07-15 中南大学 Motor fault diagnosis system and method for new energy electric vehicle

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017050804A (en) * 2015-09-04 2017-03-09 富士電機株式会社 Semiconductor switch protection circuit
WO2019221368A1 (en) * 2018-05-15 2019-11-21 주식회사 엘지화학 Device, battery system, and method for controlling main battery and sub battery
US11054477B2 (en) 2018-05-15 2021-07-06 Lg Chem, Ltd. Apparatus, battery system and method for controlling main battery and sub battery
JP2020120565A (en) * 2018-12-06 2020-08-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Vehicle drive device
US11095237B2 (en) 2018-12-06 2021-08-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Vehicle driving apparatus
CN112952762A (en) * 2019-11-25 2021-06-11 株式会社电装 Short circuit determination device
JP7294084B2 (en) 2019-11-25 2023-06-20 株式会社デンソー Short circuit detection device
CN114755575A (en) * 2022-04-11 2022-07-15 中南大学 Motor fault diagnosis system and method for new energy electric vehicle
CN114755575B (en) * 2022-04-11 2023-03-14 中南大学 Motor fault diagnosis system and method for new energy electric vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10543869B2 (en) Electronic control unit and electric power steering apparatus equipped with the same
JP2015089294A (en) Load drive device
US10605837B2 (en) Abnormality diagnosis apparatus
JP6150757B2 (en) Load drive device
JP2015089293A (en) Load drive device
JP6979767B2 (en) Motor drive and electric power steering
JP5157429B2 (en) Electric power steering device
EP2328268A1 (en) Motor controller and electric power steering device
US10003294B2 (en) Control apparatus of rotary electric machine and electric power steering apparatus using the same
US20190393825A1 (en) Failure diagnosis method for inverter circuit
US10071762B2 (en) Detection and mitigation of inverter errors in steering system motors
US9755569B2 (en) Motor control apparatus
JP2013118777A (en) Short circuit failure detecting device for inverter and motor control device
US11183963B2 (en) Abnormality detection device
US20200274461A1 (en) Electric power conversion device, motor driver, and electric power steering device
JP2019187187A (en) Failure diagnosis method for inverter circuit
JP2015089292A (en) Load drive device
US11533016B2 (en) Motor driving device and steering system
JP2000125586A (en) Method and device for diagnosing failures
JP5724913B2 (en) Power converter
CN113165687B (en) Motor control device, motor control method, and electric power steering system
JP2016127695A (en) Motor drive device and power steering device