JP2015133783A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ駆動用回路への電源供給を制限しても、インバータ駆動用回路の異常の誤検知をしないインバータ制御装置を提供する。【課題を解決するための手段】本発明における制御装置は、インバータ駆動装置に電力を供給する電源を停止させる停止信号を出力する停止信号出力部と、インバータ駆動装置の異常を示す異常信号を入力する異常信号入力部と、異常信号入力部に異常信号が入力されたときに停止信号出力部が停止信号を出力している場合にはインバータ駆動装置の異常とは判断しない判断部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ制御装置に関する。

従来、駆動用電源から駆動回路への電圧供給状態を検出し、駆動用電源からの電圧供給が停止されている期間、スイッチング素子をオフ状態に保持するオン防止回路がある（例えば、特許文献１を参照）。

また、電源供給対象の回路がスタンバイモードである場合には、電子制御装置全体での消費電流（いわゆる暗電流）を低減するために、スイッチングレギュレータにおけるトランジスタのオンオフ制御を停止して該スイッチングレギュレータの機能を停止させる電源装置がある（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００１−３４５６８４号公報 特開２００９−１７７９０９号公報

しかし、上記従来技術においては、車両停止時やモータ非駆動時（以下、「車両停止時等」と省略する。）に省電力を目的にインバータ駆動回路への電源供給を制限すると、インバータ駆動回路が正常である旨の信号も出力できなくなるため、フェールセーフが働き、インバータ駆動回路の異常の誤検知をしてしまう場合があった。

そこで、本発明は、インバータ駆動回路への電源供給を制限しても、インバータ駆動回路の異常の誤検知をしないインバータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明における制御装置は、電源出力部の出力電圧を制御する制御部と、前記出力部の出力電圧が印加されるインバータ駆動回路の異常を示す異常信号を入力する入力部と、前記制御部に対して、前記出力部の電圧出力を停止させる停止信号を出力する出力部と、前記入力部に前記異常信号が入力されたときに前記出力部が前記停止信号を出力している場合には前記インバータ駆動回路の異常とは判断しない判断部とを備える。

本発明の実施形態によれば、インバータ駆動用回路への電源供給を制限しても、インバータ駆動用回路の異常の誤検知をしないインバータ制御装置を提供することができる。

第１の実施形態における回路構成を示す図 第２の実施形態における回路構成を示す図 第３の実施形態における回路構成を示す図

以下、図面に基づいて本発明の一例である実施の形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態における回路構成の一例を示す図である。図１において、インバータ制御装置１は、マイコン１１、電源ＩＣ１２、プリドライバＩＣ１３、トランス１４、フォトカプラ１５、およびフォトカプラ１６を備える。

マイコン１１は、停止信号出力部（ＳＤＷＮ）、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号出力部（ＰＷＭ）、および異常信号入力部（ＦＡＩＬ）を備える。マイコン１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリを備え、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより動作することができる。

電源ＩＣ１２は、電源出力部としてのトランス１４の出力電圧を制御する制御部を備える。電源ＩＣ１２は、外部端子として、ＤＴＣ（Discontinuance Term Circuit：休止期間調整回路）入力部またはＳＣＰ（Short Circuit Protection：短絡保護）入力部（以下、「ＤＴＣ等入力部」と省略する。）（ＤＴＣ、ＳＣＰ）、および出力部（ＯＵＴ）を備える。ＤＴＣ等入力部に停止信号（ＬＯレベル）が入力されると、電源ＩＣ１２は出力部からの出力を停止して、トランス１４からの電圧出力を停止させる。

プリドライバＩＣ１３は、「インバータ駆動回路」を備え、ＩＧＢＴ５０を駆動する。プリドライバＩＣ１３は、外部端子として、ＰＷＭ入力部（ＰＷＭ）、ＦＡＩＬ出力部（ＦＡＩＬ）、およびＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）出力部（ＩＧＢＴ）を備える。

マイコン１１の停止信号出力部は、車両停止時等にトランス１４からの電源出力を停止する停止信号（ＨＩレベル）を出力する。停止信号出力部は、抵抗Ｒ１を介してｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）１１１のゲートに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１１のドレインには、電源ＩＣ１２のＤＴＣ等入力部が接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１１は、停止信号出力部から出力されたＨＩレベルの停止信号をＬＯレベルに論理反転して、電源ＩＣ１２のＤＴＣ等入力部に入力する。

電源ＩＣ１２の出力部は、抵抗Ｒ５を介してｎ型のＭＯＳＦＥＴ１２１のゲートに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１２１のドレインには、電源電圧ＶＢ１に１次側端子の一端が接続されたトランス１４が接続される。

電源電圧ＶＢ１は、後述する電源電圧ＶＢ２がＩＧＢＴを駆動する駆動電源であるのに対して、主に制御用のＩＣ回路の電源として使用される。

トランス１４は、１次側が電源電圧ＶＢ１に接続されて、電源ＩＣ１２のスイッチングによって、２次側に対して電源電圧ＶＢ２の電源を供給する。

停止信号出力部は、また、抵抗Ｒ２を介してｐ型のＭＯＳＦＥＴ１１２のゲートに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１２のドレインには電源電圧ＶＢ１が接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１２のソースにはフォトカプラ１５が接続され、さらに抵抗Ｒ６を介してＭＯＳＦＥＴ１１３のドレインに接続される。ＨＩレベルの停止信号が入力されるとＭＯＳＦＥＴ１１２はＯＦＦとなり、フォトカプラ１５をＯＦＦにするため、プリドライバＩＣ１３のＰＷＭ入力にはＰＷＭ信号は入力されない。

ＰＷＭ信号出力部は、ＰＷＭ制御のためのＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号出力部は、抵抗Ｒ３を介してｎ型のＭＯＳＦＥＴ１１３のゲートに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１３のスイッチングによって、フォトカプラ１５を駆動して、電源電圧ＶＢ２に変換されたＰＷＭ信号はプリドライバＩＣ１３のＰＷＭ入力部に入力される。

マイコン１１は、異常信号入力部がＬＯレベルになると、ＩＧＢＴの異常を示す異常信号の入力を検知することができる。

異常信号入力部は、抵抗Ｒ４、さらにフォトカプラ１６を介して電源電圧ＶＢ１に接続される。異常信号入力部には、フォトカプラ１６がＯＮの場合、電源電圧ＶＢ１（ＨＩレベル）が印加される。一方、フォトカプラ１６がＯＦＦになると、異常信号入力部にはＩＧＢＴ５０の異常を示すＬＯレベルが入力される。フォトカプラ１６はプリドライバＩＣ１３のＦＡＩＬ出力部がＦＡＩＬ信号（ＨＩレベル）を出力するとＯＦＦとなり、異常信号入力部に異常信号が入力される。したがって、プリドライバＩＣ１３のＦＡＩＬ出力部がＦＡＩＬ信号を出力する場合以外に、例えば、電源電圧ＶＢ１あるいは電源電圧ＶＢ２間の断線等によりマイコン１１の異常信号入力部へ電圧が印加されなくなった場合にもマイコン１１は異常を検出することができ、フェールセーフの動作が可能となる。

プリドライバＩＣ１３のＩＧＢＴ出力部は、抵抗Ｒ６を介してＩＧＢＴ５０のゲートに入力されてＩＧＢＴ５０のスイッチング制御を行う。ＩＧＢＴ５０は図示しない車両駆動用モータに対して複数が使用され、上アームと下アームを形成する。プリドライバＩＣ１３は、例えばＩＧＢＴ５０の電流値からＩＧＢＴ５０の故障を検出して、ＦＡＩＬ出力部より異常信号を出力する。

次に、本実施形態におけるインバータ制御装置１の動作を説明する。

車両停止時等に、マイコン１１は、停止信号出力部から停止信号（ＨＩレベル）を出力する。停止信号によって電源ＩＣ１２は出力を停止して、トランス１４は電源電圧ＶＢ２の電源供給を停止するため、プリドライバＩＣ１３は停止する。また、停止信号によってフォトカプラ１５が停止する。これにより、プリドライバＩＣ１３が動作していない場合に電源電圧ＶＢ２によって生じる漏れ電流を防止することができ、省電力を図ることができる。

一方、プリドライバＩＣ１３が停止すると、フォトカプラ１６を駆動する電源電圧ＶＢ２も停止するため、フォトカプラ１６はＯＦＦとなり、異常信号入力部はＬＯレベルとなる。

マイコン１１は、異常信号入力部への入力がＬＯレベルとなったときに、停止信号を出力しているか否かを判断する。マイコン１１は、停止信号を出力している場合には、入力された異常信号に対してマスキング処理を行い、プリドライバＩＣからのＦＡＩＬ信号の出力であるとは判断しない判断部を備える。

判断部は、例えば、マイコン１１のメモリに記憶されてＣＰＵによって実行されるプログラムによって実現できる。また、マイコン１１内部にハードウェア回路を設けてもよい。

マイコン１１は、判断部の動作により、車両停止時等にプリドライバＩＣへの電源供給を停止した場合であっても、インバータ駆動装置の異常とは判断しないため、運転者に対してインバータ駆動装置の異常を誤報知しない。
［第２の実施形態］
次に、図２を用いて第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態で行った、判断部を備えたマイコン１１による異常信号のマスキング処理を、判断部としてマイコン外部の回路で行うものである。図２は、第２の実施形態における回路構成の一例を示す図である。なお、図２において図１と同じ構成は同じ符号を付して、説明を省略する。

図２において、マイコン２１の停止信号出力部には、図１で説明したＲ１およびＲ２に加えて、ダイオードＤ１のアノードが接続される。ダイオードＤ１のカソードはマイコン２１の異常信号入力部に接続される。

第２の実施形態における電源ＩＣ２２は、ＤＴＣ等入力部へのＨＩレベルの停止信号の入力で電源ＩＣ２２の出力を停止させる。したがって、第１の実施形態で用いた論理反転用のＭＯＳＦＥＴは不要となる。

マイコン２１の停止信号出力部から停止信号（ＨＩレベル）が出力されると、電源ＩＣ１２を停止させてプリドライバＩＣ１３への電源電圧ＶＢ２による電源供給を停止する。それと同時に、停止信号出力部から出力された停止信号はダイオードＤ１を介して異常信号入力部に入力される。異常信号入力部は、ＬＯレベルにて異常を検知するため、停止信号によりＨＩレベルの入力がされると、プリドライバＩＣ１３からのＦＡＩＬ信号（ＬＯ）の出力の有無に拘わらず、ＨＩレベルに保たれることになる。

したがって、マイコン２１は、インバータ駆動用回路への電源供給を制限しても、インバータ駆動用回路の異常の誤検知をしない判断を行うことができる。

第２の実施形態では、第１の実施形態で行ったマイコン２１内部での異常信号のマスキング処理が不要となる。
［第３の実施形態］
次に、図３を用いて、第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態および第２の実施形態が車両停止時等においてインバータ駆動回路に供給する電源をＯＦＦにするのに対して、車両停止時等にインバータ駆動回路に供給する電圧を低減させる。図３は、第３の実施形態における回路構成の一例を示す図である。

図３において、電源ＩＣ３２は、出力部（ＯＵＴ）、入力部（ＩＮ）、およびフィードバック部（ＦＢ）を備える。電源ＩＣ３２の出力部は、電源電圧ＶＢ２の電源電圧を制御する制御出力を行う。出力部は、抵抗Ｒ５を介して接続されたｎ型のＭＯＳＦＥＴ１２１のゲートに制御出力を出力する。ＭＯＳＦＥＴ１２１は、入力された制御出力に基づいて電源電圧ＶＢ２の電源電圧を制御する。

トランス３４は、２出力の単相３巻変圧器である。トランス３４の一の出力は、トランス１４と同様に、電源電圧ＶＢ２を出力する。トランス３４の他の一の出力は、直列接続された抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２、および抵抗Ｒ１３に接続される。抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の間の電圧は、電源ＩＣ３２の入力部に直接接続され、さらにＣＲローパスフィルタを介してフィードバック部に入力される。

電源ＩＣ３２の入力部およびフィードバック部は、トランス３４による出力をモニタする。入力部によってモニタされた電圧は、出力部の出力のフィードバック制御に用いられる。入力部の電圧値は、抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２、および抵抗Ｒ１３の分圧値となる。すなわち、トランス３４の出力電圧がｅとすると、分圧値は次式で求められる。

ｅ×（Ｒ１２＋Ｒ１３）／（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ１３）（式１）
ここで、マイコン２１が停止信号を出力すると、ＭＯＳＦＥＴ２１１がＯＮするために、抵抗Ｒ１３がショートされる。このとき式１は、ｅ×Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２）となり、分圧値を切り換えることができる。例えばＭＯＳＦＥＴ２１１のＯＮにより分圧値が上昇する場合は、電源ＩＣ３２は、出力部の出力電圧を下げる様にフィードバック制御をするので、電源電圧ＶＢ２も低くなる。したがって、プリドライバＩＣ１３が動作していない場合に電源電圧ＶＢ２によって生じる漏れ電流を小さくすることができる。

なお、本実施形態では、抵抗Ｒ１３をＭＯＳＦＥＴ２１１でショートさせることにより入力部に入力される分圧値を切り換えたが、例えば、抵抗Ｒ１２をＭＯＳＦＥＴでショートさせることによって分圧値を切り換えてもよい。

第３の実施形態ではプリドライバＩＣ１３へ供給する電圧を低下させて省エネルギーを図るものであるが、プリドライバＩＣ１３へ供給する電圧値は、プリドライバＩＣがＩＧＢＴ５０の異常状態を監視して異常信号を出力できる程度を確保している。したがって、車両停止時等の場合であってもＩＧＢＴの異常を検知することができ、フェールセーフ性能を低下させることがない。

以上、第１の実施形態から第３の実施形態によって、インバータ駆動用回路への電源供給を制限しても、インバータ駆動用回路の異常の誤検知をしないインバータ制御装置を提供することができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ インバータ制御装置
１１、２１ マイコン
１２、２２、３２ 電源ＩＣ
１３ プリドライバＩＣ
１４、３４ トランス
１５、１６ フォトカプラ
５０ ＩＧＢＴ
１１１、１１２、１１３、１２１、２１１ ＭＯＳＦＥＴ

Claims (2)

1. 電源出力部の出力電圧を制御する制御部と、
   前記出力部の出力電圧が印加されるインバータ駆動回路の異常を示す異常信号を入力する入力部と、
   前記制御部に対して、前記出力部の電圧出力を停止させる停止信号を出力する出力部と、
   前記入力部に前記異常信号が入力されたときに前記出力部が前記停止信号を出力している場合には前記インバータ駆動回路の異常とは判断しない判断部と
   を備えるインバータ制御装置。
2. 電源出力部の出力電圧を制御する制御部と、
   前記出力部の出力電圧が印加されるインバータ駆動回路の異常を示す異常信号を入力する入力部と、
   前記制御部に対して、前記インバータ駆動回路が少なくとも前記異常信号を出力できる範囲で前記出力電圧を低減させる低減信号を出力する出力部と
   を備えるインバータ制御装置。

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