JP2015186303A - 回転電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータを駆動する回路への電源を喪失した場合であっても、インバータが短絡状態となることを抑制可能なフェールセーフ機能を実現する。【解決手段】高圧直流電源に接続される高電圧回路領域と、高電圧回路領域から絶縁された低電圧回路領域とを有し、インバータ１０と、インバータ制御装置３と、スイッチング制御信号を中継する制御信号駆動回路７とを高電圧回路領域に備えると共に、制御信号駆動回路７に電力を供給する駆動回路系電源ＰＳ１を備え、制御信号駆動回路７は、さらに、制御信号駆動回路７又はインバータ１０に異常が生じた際には保護動作を行うものであり、インバータ制御装置３には、高圧直流電源の電源電圧を分圧して生成された高圧直流電源監視信号Ｖｘが入力され、高圧直流電源監視信号Ｖｘは、さらに、制御信号駆動回路７の正極側の電源入力部Ｖｉｎに入力される。【選択図】図２

Description

本発明は、交流の回転電機を駆動制御する回転電機制御装置に関する。

送電線から電力の供給を受けない自動車などに搭載された交流の回転電機は、当該自動車に搭載された直流のバッテリから電力の供給を受けて動作する。車輪に駆動力を与える回転電機、オイルポンプやエアーコンディショナーのコンプレッサを駆動する回転電機には、例えば直流２００〜４００［Ｖ］の高圧バッテリからインバータを介して交流に変換された電力が供給される。このインバータには、パワーデバイスと称される耐用電力の大きい半導体スイッチング素子（パワースイッチング素子）が利用される。一方、パワースイッチング素子を駆動制御するためのスイッチング制御信号は、高圧バッテリよりも遙かに低電圧の１２〜２４［Ｖ］程度の低圧バッテリを電力源として生成された３．３〜１２［Ｖ］程度の電源電圧で動作する制御回路によって生成される。このため、回転電機を駆動制御する回転電機制御装置は、一般的に高圧系回路と低圧系回路とに分かれて構成され、両者の間は適切に絶縁されている。特開２００９−１３０９６７号公報（特許文献１）には、そのように高圧系回路（５）と低圧系回路（７）と絶縁回路（６）とを備えたモータの制御装置が開示されている（図１〜図３、第３０〜５１段落等）。

特許文献１にも例示されているように、低圧系回路に属する制御回路において生成されたスイッチング制御信号は、トランスやフォトカプラなどの絶縁素子により構成された絶縁回路を介してインバータが属する高圧系回路に伝達される。但し、インバータを構成するパワースイッチング素子の制御端子には、一般的に低圧系回路の電源電圧よりも高い１２〜２０［Ｖ］の振幅を有する駆動信号を与える必要がある。このため、スイッチング制御信号を生成する制御回路の電源電圧が１２［Ｖ］未満の場合、パワースイッチング素子に対するスイッチング制御信号の駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）を高めて中継する制御信号駆動回路が備えられる。この駆動回路の電源は、しばしば、低圧バッテリを電力源として、トランスによって生成される。

ところで、近年、回転電機制御装置の小型化・低コスト化を実現するべく、回路を集約し、絶縁素子の部品点数も抑制するために、制御回路が高圧系回路の領域に配置される形態も見られるようになっている。この場合、制御回路の電源は、上述した制御信号駆動回路の電源と同様に、低圧バッテリを電力源として、トランスによって生成される。ここで、低圧バッテリや、制御回路の電源、駆動回路の電源などに故障が生じると、インバータを構成するパワースイッチング素子の制御端子（例えばＩＧＢＴであればゲート端子）がフローティング状態となる。制御端子がフローティング状態のパワースイッチング素子は、外部ノイズ等でオン状態となってしまう可能性がある。一般的にインバータにおいては、高圧バッテリの正極と負極との間に、相補的にスイッチングする２つのパワースイッチング素子が直列に接続されている。これら２つのパワースイッチング素子がノイズ等によって同時にオン状態となると、高圧バッテリの正極と負極との間が短絡状態となり、大電流が流れてしまう。制御回路の動作を維持できるように、バックアップ電源を搭載することも考えられるが、回路規模の増大やコストの上昇を招く可能性がある。従って、低圧バッテリや、制御回路の電源、駆動回路の電源などに故障が生じた場合でも、回路規模の増大やコストの上昇を抑制しつつ、インバータが短絡しない状態を保つ技術が求められる。

特開２００９−１３０９６７号公報

上記背景に鑑みて、インバータを駆動する回路への電源を喪失した場合であっても、スイッチング素子の誤動作によってインバータが短絡状態となることを抑制可能なフェールセーフ機能を、回路規模の増大を抑制しつつ実現することが望まれる。

上記課題に鑑みた本発明に係る回転電機制御装置の特徴構成は、
交流の回転電機を駆動制御する回転電機制御装置であって、
高圧直流電源に接続される高電圧回路領域と、
前記高圧直流電源よりも低電圧で前記高圧直流電源から絶縁された低圧直流電源に接続される低電圧回路領域と、を有し、
前記高圧直流電源と前記回転電機との間に介在され、直流と交流との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をスイッチング制御するインバータ制御装置と、
前記インバータ制御装置により生成されて各スイッチング素子を制御するスイッチング制御信号を中継する制御信号駆動回路と、を前記高電圧回路領域に備え、
前記低圧直流電源を電力源とし、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とを絶縁状態で結合して前記制御信号駆動回路に電力を供給する駆動回路系電源と、
前記低圧直流電源を電力源とし、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とを絶縁状態で結合して前記インバータ制御装置に電力を供給する制御回路系電源と、を備え、
前記制御信号駆動回路は、さらに、前記制御信号駆動回路又は前記インバータに異常が生じた際には、前記インバータに対する保護動作を行うものであり、
前記インバータ制御装置には、前記高圧直流電源の電源電圧を分圧して生成された高圧直流電源監視信号が入力され、
前記高圧直流電源監視信号は、さらに、前記制御信号駆動回路の正極側の電源入力部に入力される、点にある。

高圧直流電源の電源電圧を分圧して生成された高圧直流電源監視信号が、制御信号駆動回路の正極側の電源入力部に入力されることで、低圧直流電源や制御回路系電源や駆動回路系電源に故障が生じた場合でも、高圧直流電源が正常であれば、制御信号駆動回路の電源電圧が“０”となることが抑制される。制御信号駆動回路は、制御信号駆動回路又はインバータに異常が生じた際には、インバータに対する保護動作を行う機能を備えている。一般的にこのような保護動作は、少なくともインバータが短絡状態とならないようにインバータを構成するスイッチング素子を制御する機能が含まれる。従って、低圧直流電源などに故障が生じた場合でも、インバータに保護動作が適用されて安全性が向上する。また、高圧直流電源監視信号は、高圧直流電源の電源電圧を分圧して生成されるので、その回路規模は小さい。さらに、高圧直流電源監視信号を生成する回路は、既に回転電機制御装置に設けられている可能性もあり、その場合には、制御信号駆動回路の正極側の電源入力部への配線を追加するだけで本構成を実現することができる。このように、本構成によれば、インバータを駆動する回路への電源を喪失した場合であっても、スイッチング素子の誤動作によってインバータが短絡状態となることを抑制可能なフェールセーフ機能を、回路規模の増大を抑制しつつ実現することが可能となる。

ここで、前記高圧直流電源監視信号は、前記駆動回路系電源の電源電圧よりも低電圧であり、前記制御信号駆動回路が少なくとも前記保護動作を実行可能な保護動作可能電圧以上の電圧となるように生成されていると好適である。高圧直流電源監視信号は、駆動回路系電源の電源電圧が低下した際に、駆動回路系電源の代わりとして利用されるものであるから、最大でも駆動回路系電源の電源電圧で充分である。また、通常動作時に駆動回路系電源への流入を抑制する上でも、高圧直流電源監視信号の電圧は、駆動回路系電源の電源電圧よりも低電圧であることが好ましい。一方、駆動回路系電源の電源電圧が低下しても、制御信号駆動回路は保護動作を実行する必要があるので、高圧直流電源監視信号は、保護動作可能電圧以上の電圧が必要である。従って、高圧直流電源監視信号は、駆動回路系電源の電源電圧よりも低電圧であり、保護動作可能電圧以上の電圧となるように生成されると実用的である。

モータ制御装置の構成例を模式的に示すブロック図 高圧直流電源監視信号を生成する回路周辺の等価回路図 図１のモータ制御装置の比較例の構成例を模式的に示すブロック図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、モータ制御装置１（回転電機制御装置）の構成例を模式的に示している。モータＭは、例えば電気自動車やハイブリッド自動車の動力用モータ（回転電機）や、自動車の電動オイルポンプ（ＥＯＰ）の駆動用モータである。本実施形態において、モータＭ（回転電機）は、３相交流モータであり、発電機としても機能する。モータ制御装置１は、スイッチング素子モジュール（ＩＰＭ：intelligent power module）２と、インバータ制御装置３と、周辺回路（８，１１，１２，１９，３０等）とを有して構成されている。

モータ制御装置１は、相対的に高電圧の高電圧回路領域ＶＨと、相対的に低電圧の低電圧回路領域ＶＬとを有して構成されている。高電圧回路領域ＶＨは、高圧側コンタクタＳＨを介して高圧バッテリ９Ｈ（高圧直流電源）に接続される回路領域である。低電圧回路領域ＶＬは、高圧バッテリ９Ｈよりも低電圧で高圧バッテリ９Ｈから絶縁された低圧バッテリ９Ｌ（低圧直流電源）に低圧側コンタクタＳＬを介して接続される回路領域である。高圧バッテリ９Ｈの電源電圧（正極“Ｐ”−負極“Ｎ”間電圧）は、例えば２００〜４００［Ｖ］である。低圧バッテリ９Ｌの電源電圧（正極“Ｂ”−負極“Ｇ”間電圧）は、例えば１２〜２４［Ｖ］である。

高電圧回路領域ＶＨには、ＩＰＭ２と、インバータ制御装置３とが備えられている。ＩＰＭ２は、インバータ１０と、駆動回路４と、異常診断回路６（保護回路）とを有して構成されている。異常診断回路６は、ＩＰＭ２に生じる異常を診断し、診断結果（Ｆｏｕｔ）を出力すると共に、後述する保護動作を行う回路である。保護動作は、駆動回路４と協働して実施されるので、駆動回路４と保護回路（異常診断回路６）とを合わせて駆動・保護回路（７）と称される場合もある。本実施形態では、駆動回路４及び異常診断回路６は、広義の制御信号駆動回路７に対応し、駆動回路４は狭義の制御信号駆動回路７に対応する。換言すれば、制御信号駆動回路７は、インバータ制御装置３により生成されてインバータ１０（各スイッチング素子９）を制御するスイッチング制御信号を中継する回路（駆動回路４）であると共に、さらに、ＩＰＭ２（制御信号駆動回路７、インバータ１０）に異常が生じた際にインバータ１０に対する保護動作を行う回路（保護回路（異常診断回路６））である。

本実施形態において、インバータ制御装置３は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）などの論理演算プロセッサを中核部品として構成されている。インバータ制御装置３は、インバータ１０を構成するスイッチング素子９をそれぞれスイッチング制御するスイッチング制御信号を生成して出力する。マイクロコンピュータやＤＳＰの電源電圧は、一般的に３．３〜５［Ｖ］程度であり、一般的には、インバータ制御装置３は、低電圧回路領域ＶＬに備えられる場合が多い。しかし、本実施形態では、モータ制御装置１の構成部品を集約して、小型化、低コスト化を実現するために、インバータ制御装置３が高電圧回路領域ＶＨに設けられている。

インバータ１０は、高圧バッテリ９ＨとモータＭとの間に介在され、直流と交流との間で電力変換を行う。図１に示すように、インバータ１０は、相補的にスイッチング制御される上段側スイッチング素子９ａ（９）と下段側スイッチング素子９ｂ（９）と有して構成されたアームが複数相の交流に対応して備えられている。スイッチング素子９は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＦＥＴ（Field Effect Transistor）、パワートランジスタ、ＳｉＣデバイス（ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）、ＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor））などの電力型半導体スイッチング素子（パワースイッチング素子）である。ＩＰＭ２の内部において、上段側スイッチング素子９ａは高圧バッテリ９Ｈの正極“Ｐ”に接続され、下段側スイッチング素子９ｂは高圧バッテリ９Ｈの負極“Ｎ”に接続されている。図示は省略しているが、各スイッチング素子９には、負極“Ｎ”から正極“Ｐ”へ向かう方向を順方向として、並列にフリーホイールダイオードが備えられている。

インバータ制御装置３へは、低圧直流電源としての低圧バッテリ９Ｌ（低圧直流電源）を電力源とする制御回路系電源ＰＳ２から電力が供給される。上述したように、本実施形態において、インバータ制御装置３は、高電圧回路領域ＶＨに配置されている。従って、制御回路系電源ＰＳ２は、例えばトランスＴを用いて構成されており、低電圧回路領域ＶＬと高電圧回路領域ＶＨとを絶縁状態で結合してインバータ制御装置３に電力を供給する。本実施形態では、低電圧回路領域ＶＬに設けられた一次側回路ＰＳは、電源制御回路８２によってスイッチング制御されるプッシュプル型の構成である。制御回路系電源ＰＳ２の出力電圧（正極“Ｖｄｄ２”−負極“制御系グラウンド”間電圧）は、３．３［Ｖ］や５［Ｖ］である。

ところで、インバータ１０を構成するパワースイッチング素子の制御端子（例えばゲート端子）には、スイッチング制御信号として、一般的に１５〜２５［Ｖ］程度の振幅を有する駆動信号（例えばゲート駆動信号）を与える必要がある。一方、上述したように、スイッチング制御信号を生成するインバータ制御装置３の動作電圧は、５［Ｖ］未満（３．３〜５［Ｖ］）である。このため、各スイッチング素子９に対するゲート駆動信号（スイッチング制御信号）の駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めて中継する駆動回路４（狭義の制御信号駆動回路７）が備えられている。本実施形態では、駆動回路４は、ＩＰＭ２に内蔵されている。

駆動回路４（ＩＰＭ２）には、低圧直流電源としての低圧バッテリ９Ｌ（低圧直流電源）を電力源とする駆動回路系電源ＰＳ１から電力が供給される。上述したように、本実施形態において、ＩＰＭ２は、高電圧回路領域ＶＨに配置されている。従って、制御回路系電源ＰＳ２と同様に、駆動回路系電源ＰＳ１は、例えばトランスＴを用いて構成されており、低電圧回路領域ＶＬと高電圧回路領域ＶＨとを絶縁状態で結合してＩＰＭ２に電力を供給する。本実施形態では、低電圧回路領域ＶＬに設けられた一次側回路ＰＳは、電源制御回路８２によってスイッチング制御されるプッシュプル型の構成である。駆動回路系電源ＰＳ１の出力電圧（正極“Ｖｃｃ”−負極“制御系グラウンド”間電圧）は、１５〜３０［Ｖ］である。

尚、高圧バッテリ９Ｈの負極“Ｎ”（パワー系グラウンド）と、“制御系グラウンド”とは、パワー系グラウンドに含まれるノイズが制御系グラウンドに伝搬することを抑制するように配線基板上では別々の導電パターンで構成され、一点（ＣＧ）で電気的に接続されている（一点アース）。従って、電気的には、高圧バッテリ９Ｈの負極“Ｎ”（パワー系グラウンド）と、“制御系グラウンド”とは、同電位である。また、駆動回路系電源ＰＳ１及び制御回路系電源ＰＳ２の負極は共に“制御系グラウンド”であるから、駆動回路系電源ＰＳ１から電力を供給される回路（駆動回路４及び異常診断回路６）、制御回路系電源ＰＳ２から電力を供給される回路（インバータ制御装置３）、高圧バッテリ９Ｈから電力を供給される回路（インバータ１０）は、それぞれフローティングの関係ではない。

ところで、下段側スイッチング素子９ｂに対しては、スイッチング制御信号のグラウンド側の基準となる負極“Ｎ”が共通であるために、共通の駆動回路４（下段側駆動回路４２）が１つ設けられている。一方、上段側スイッチング素子９ａは、導通状態となった際に、正極“Ｐ”側の端子（例えばＩＧＢＴの場合はコレクタ端子）、及び負極“Ｎ”側の端子（例えばＩＧＢＴの場合はエミッタ端子）の電位が共にほぼ正極“Ｐ”の電位となる。図１に示すように、一般的に、スイッチング素子９には上下段共にＮ型の素子が用いられる。この場合、上段側スイッチング素子９ａをスイッチング制御するためには、制御端子（例えばＩＧＢＴの場合はゲート端子）と、負極“Ｎ”側の端子（例えばエミッタ端子）との電位差を１５〜２５［Ｖ］にする必要がある。上段側スイッチング素子９ａの負極“Ｎ”側の端子（例えばエミッタ端子）の電位がほぼ正極“Ｐ”の電位となるので、制御端子（例えばゲート端子）には、“Ｐ＋１５［Ｖ］”〜“Ｐ＋２５［Ｖ］”の電位を与える必要がある。このため、上段側スイッチング素子９ａに対する駆動回路４（上段側駆動回路４１）には、ブートストラップ回路（レベルシフト回路）が備えられている。

また、モータＭへの出力電圧が各相で個別に変動するから、上段側スイッチング素子９ａは、グラウンド側の基準が定まらない。即ち、負極“Ｎ”側の端子（例えばエミッタ端子）の電位が定まらない。従って、上段側駆動回路４１は、各相個別に設けられている。図１では、簡略化のため、それらを統合して上段側駆動回路４１として図示している。尚、インバータ制御装置３が生成し、ＩＰＭ２に入力されるスイッチング制御信号はハイアクティブの信号であり、ＩＰＭ２の内部（入力端子部）において各スイッチング素子９に対するスイッチング制御信号はそれぞれ抵抗器５を介してプルダウンされている。

インバータ制御装置３は、車両の運行を制御する車両ＥＣＵ（electronic control unit）２０などからＣＡＮ（controller area network）などの通信によって取得する指令に従って、モータＭを制御する。車両ＥＣＵ２０は、インバータ制御装置３から見て上位制御装置に相当する。ＣＡＮコントローラ３０は、低電圧回路領域ＶＬに備えられ、車両ＥＣＵ２０は、ネットワーク回線１００を介してＣＡＮコントローラ３０に接続されている。インバータ制御装置３は、低電圧回路領域ＶＬから所定の絶縁距離だけ離間して配置された高電圧回路領域ＶＨに属するので、ＣＡＮコントローラ３０とインバータ制御装置３とは絶縁されている。ＣＡＮコントローラ３０とインバータ制御装置３とは、絶縁部品ＩＳを介して信号を送受信する。絶縁部品ＩＳは、例えば、フォトカプラ（ＰＣ３，ＰＣ４）である。フォトカプラは、入力側に発光ダイオード、出力側にフォトダイオード又はフォトトランジスタを備え、入力側から出力側へ光によってワイヤレス伝送する公知の絶縁部品である。尚、絶縁部品ＩＳとして、信号伝送用の小型トランスを用いることも好適である。トランスは、一次側コイルと二次側コイルとの間を電磁結合して信号やエネルギーを伝送する公知の絶縁部品である。

ＩＰＭ２は、ＩＰＭ２に生じるいくつかの異常（インバータ１０や駆動回路４などに生じるいくつかの異常）に応答する機能を有している。図１に示す異常診断回路６（保護回路）は、検出結果入力端子Ｔｃへの入力信号に基づいてインバータ１０の異常を判定した際に、複数相のアームの全てを遮断するように、スイッチング素子９を制御するシャットダウン制御を行う。本実施形態では、異常診断回路６は、下段側スイッチング素子９ｂのスイッチング制御信号を全て非有効状態（スイッチング素子９がオフとなるように制御する状態）に制御する。下段側スイッチング素子９ｂが全てオフ状態となることによって、インバータ１０の全てのアームがオフ状態となり、モータＭへの交流電力の供給が遮断される。

上述したように、異常診断回路６は、検出結果入力端子Ｔｃへの入力信号に基づいて、インバータ１０の異常を判定した際にシャットダウン制御を行う。検出結果入力端子Ｔｃへは、インバータ１０の異常を検出する異常検出回路の検出結果（Ｃｉｎ）が入力される。図１では、異常検出回路として過電流検出回路（８）を例示している。ここでは、過電流検出回路としてシャント抵抗８を例示している。インバータ１０に生じた過電流は、シャント抵抗８を流れる際に電流の大きさに応じた電圧を生じさせる。検出結果入力端子Ｔｃを介して受け取ったこの電圧を、例えば異常診断回路６に備えられたコンパレータ（判定回路）によって判定することによって、異常診断回路６は上述したシャットダウン制御（保護動作）を行う。

同時に異常診断回路６は、検出結果入力端子Ｔｃへの入力に基づく判定結果（診断結果）を異常状態信号Ｆｏｕｔとして、異常状態信号出力端子Ｔｆを介して出力する。例えば、異常状態信号出力端子Ｔｆは、オープンドレイン（オープンコレクタ）型で構成され、ＩＰＭ２の外部にて抵抗器を介してプルアップされると好適である。オープンドレイン（オープンコレクタ）型とすることによって、異常状態信号Ｆｏｕｔの接続先の仕様（例えば、インバータ制御装置３の電源電圧）に応じた信号レベルを任意に設定することができる。尚、この場合において、異常状態信号Ｆｏｕｔは、ローアクティブであり、グラウンドレベルが有効状態（異常有りを示す論理状態）を示し、プルアップ先の電圧レベルが非有効状態（異常無しを示す論理状態）を示す。

尚、異常診断回路６は、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）の電圧低下を検出する機能（電圧監視機能）も有している。異常診断回路６は、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）の低下を検出した場合には、電圧低下保護制御を実行する。電圧低下保護制御は、駆動回路４を介してスイッチング制御信号を遮断する制御である。尚、一時的な負荷の増加に応じて瞬間的に電圧が低下するような場合を考慮して、異常診断回路６には、数［μｓ］〜十数［μｓ］程度のフィルタが内蔵されていると好適である。

電圧監視機能は、各駆動回路４に対して設けられている。上述したように、上段側駆動回路４１は各相に対して設けられている。従って、上段側駆動回路４１に対応する電圧監視機能は、各相個別に設けられている。下段側駆動回路４２は、各相に共通して１つであるから、電圧監視機能も１つ設けられている。各電圧監視機能は、対応する駆動回路４に対してドライブ電源電圧低下保護制御を実行する。ところで、上述したように、下段側には過電流検出に際して、異常状態信号出力端子Ｔｆから異常状態信号Ｆｏｕｔを出力する機能が付加されている。下段側駆動回路４２に対する電圧監視機能によって電圧低下が検出された場合には、同様に異常状態信号出力端子Ｔｆから異常状態信号Ｆｏｕｔが出力される。

図１に示すように、異常状態信号Ｆｏｕｔは、インバータ制御装置３に伝達される。インバータ制御装置３は、異常状態信号Ｆｏｕｔが有効状態である場合に、ＩＰＭ２において何らかの異常（この場合は、過電流（短絡）或いは駆動回路系電源ＰＳ１の電圧低下）が生じていることが判るが、異常状態信号Ｆｏｕｔのみで異常の種類までは判定することができない。従って、図１に示すように、シャント抵抗８の両端電圧から過電流の発生を判定する過電流判定回路１２が設けられ、その判定結果（検出結果）がインバータ制御装置３に入力されると好適である。インバータ制御装置３は、異常状態信号Ｆｏｕｔや過電流判定回路１２の判定結果（ＯＣ）に基づいて、異常の種別や、ＩＰＭ２の挙動（動作状態、具体的にはシャットダウン制御の有無）を知ることができる。

ところで、インバータ１０のシャットダウン制御は、ＩＰＭ２に異常が生じている場合に実行されるとは限らない。例えば、電動オイルポンプを停止させなければならないような事象が生じた際に、インバータ制御装置３よりも上位の制御装置（車両ＥＣＵ２０）によってシャットダウン指令（上位シャットダウン指令ＳＤｉｎ）が発せられる場合もある。このような上位シャットダウン指令ＳＤｉｎは、一般的にはインバータ制御装置３に対して通知され、インバータ制御装置３がＩＰＭ２に対してシャットダウン指令ＳＤを出力する。本実施形態では、車両ＥＣＵ２０から絶縁部品ＩＳ（フォトカプラＰＣ２）を介してインバータ制御装置３に伝達された上位シャットダウン指令ＳＤｉｎに基づき、インバータ制御装置３がＩＰＭ２に対してシャットダウン指令ＳＤを出力する。

本実施形態では、シャットダウン指令ＳＤを検出結果入力端子Ｔｃに入力することでＩＰＭ２の異常診断回路６の保護機能を利用して、シャットダウン制御を実行させている。但し、検出結果入力端子Ｔｃには、既に異常検出回路（シャント抵抗８）の検出結果（Ｃｉｎ）が入力されている。そこで、図１に示すように、検出結果（Ｃｉｎ）に加えて、シャットダウン指令ＳＤを検出結果入力端子Ｔｃに入力するため、ＯＲゲート１１により検出結果（Ｃｉｎ）とシャットダウン指令ＳＤとの論理和が取られる。尚、ここでは、インバータ制御装置３が、上位シャットダウン指令ＳＤｉｎに基づいてシャットダウン指令ＳＤを出力する例を示したが、インバータ制御装置３による別の判定によってシャットダウン指令ＳＤが出力されてもよい。

また、本実施形態では、上位シャットダウン指令ＳＤｉｎの緊急性を担保するため、図１に示すように、ＯＲゲート１１に上位シャットダウン指令ＳＤｉｎも入力されている。即ち、インバータ制御装置３を経由することなく、上位シャットダウン指令ＳＤｉｎによってＩＰＭ２の異常診断回路６の保護機能を実行させることが可能なように構成されている。尚、図１では、ＯＲゲート１１として３入力ＯＲゲートを示しているが、２入力ＯＲゲートを２段カスケード接続してもよい。また、このように、上位シャットダウン指令ＳＤｉｎに伴うシャットダウン制御もＩＰＭ２の異常診断回路６に任せた場合であっても、インバータ制御装置３は、異常の種別や、ＩＰＭ２の挙動（動作状態、例えばシャットダウン制御の有無）を知ることができる。

インバータ制御装置３は、異常状態信号Ｆｏｕｔ、過電流判定回路１２の判定結果（ＯＣ）に基づいて認識したＩＰＭ２の挙動の情報を、絶縁部品ＩＳ（フォトカプラＰＣ３）、ＣＡＮコントローラ３０を介して車両ＥＣＵ２０に送信する。車両ＥＣＵ２０は、ＩＰＭ２の挙動の情報に基づいて、例えば、高圧側コンタクタＳＨを開放して、インバータ１０への高圧バッテリ９Ｈからの電力供給を遮断することができる。本実施形態では、さらに、異常状態信号Ｆｏｕｔが、インバータ制御装置３やＣＡＮコントローラ３０を介することなく、絶縁部品ＩＳ（フォトカプラＰＣ１）を介して車両ＥＣＵ２０に伝達可能に構成されている。これにより、ＩＰＭ２に何らかの異常が生じていることをより迅速に伝達することができる。

また、本実施形態では、高電圧回路領域ＶＨに、高圧バッテリ９Ｈの電源電圧を監視する電圧監視回路１９（高圧直流電源監視回路）も設けられている。図１及び図２に示すように、電圧監視回路１９は、高圧バッテリ９Ｈの正極“Ｐ”と負極“Ｎ”との間を分圧する複数の抵抗器（Ｒ１，Ｒ２・・・Ｒｚ）を有して構成されている。電圧監視回路１９は、正極“Ｐ”−負極“Ｎ”間電圧（Ｖｐｎ）を分圧して高圧直流電源監視信号Ｖｘ（高圧直流電源監視電圧）を生成する。高圧直流電源監視信号Ｖｘの値は、下記式(1)によって求められる。式(1)の分数部分は、分圧比に相当する。

高圧直流電源監視信号Ｖｘは、インピーダンス変換器及びノイズフィルタとして機能する抵抗器を介してインバータ制御装置３に入力される。高圧直流電源監視信号Ｖｘと“制御系グラウンド”との間には高圧直流電源監視信号Ｖｘのノイズ除去及びリップル低減のために、コンデンサが接続されている。高圧直流電源監視信号Ｖｘは、好適には、インバータ制御装置３が備えるＡ／Ｄコンバータのアナログ信号入力端子に入力される。上記式(1)に示す分圧比は、“Ｖｐｎ”が最大の際に、インバータ制御装置３の電気的仕様により規定される入力電圧の最大値（好ましくは推奨動作範囲における最大値、少なくとも絶対最大定格の値）を“Ｖｘ”が越えることがないように設定されている。より好ましくは、インバータ制御装置３が備えるＡ／Ｄコンバータのダイナミックレンジの最大値を“Ｖｘ”が越えることがないように設定されているとよい。例えば、インバータ制御装置３の動作電圧の定格値（制御回路系電源ＰＳ２の定格値）が５［Ｖ］の場合、Ａ／Ｄコンバータのダイナミックレンジは、１．５〜３．５［Ｖ］や、１〜４［Ｖ］、Ａ／Ｄコンバータが低飽和型の場合で０．５〜４．５［Ｖ］である。本実施形態では、“Ｖｐｎ”が標準値の場合に、高圧直流電源監視信号Ｖｘが３．５〜４［Ｖ］程度となるように、分圧比が設定されている。インバータ制御装置３は、Ａ／Ｄコンバータを用いて高圧直流電源監視信号Ｖｘ（高圧直流電源監視電圧）をデジタル変換し、上記式(1)に示された分圧比を利用して正極“Ｐ”−負極“Ｎ”間電圧（Ｖｐｎ）を演算する。

本実施形態では、高圧直流電源監視信号Ｖｘが、ダイオードＤｘを介してＩＰＭ２の駆動回路系電源ＰＳ１（Ｖｃｃ）の電源端子Ｖｉｎ（電源入力部）にも入力されている。ダイオードＤｘは、電圧監視回路１９の側にアノード端子、ＩＰＭ２の電源端子Ｖｉｎの側にカソード端子が接続される方向で接続されている。上述したように、本実施形態において、高圧直流電源監視信号Ｖｘは、３．５〜４［Ｖ］程度である。一方、駆動回路系電源ＰＳ１の定格値は、上述したように１５［Ｖ］以上である。従って、駆動回路系電源ＰＳ１が正常に動作している際には、ダイオードＤｘは逆方向接続されていることとなり、高圧直流電源監視信号ＶｘとＩＰＭ２とは遮断されている。

低圧バッテリ９Ｌに異常が生じたり、駆動回路系電源ＰＳ１に異常が生じたりすると、駆動回路系電源ＰＳ１の出力電圧が低下する。駆動回路系電源ＰＳ１の出力電圧が、高圧直流電源監視信号Ｖｘを下回ると、ダイオードＤｘは順方向接続されていることとなり、高圧直流電源監視信号ＶｘとＩＰＭ２とが接続される。つまり、高圧直流電源監視信号Ｖｘが、ＩＰＭ２の電源端子Ｖｉｎ（電源入力部）に入力される。

駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）の電圧低下を検出する機能（電圧監視機能）を有している制御信号駆動回路７（異常診断回路６）は、電源電圧（Ｖｃｃ）が、動作電圧の定格値（例えば１５［Ｖ］±１０％）を下回っても、少なくとも電圧監視機能と電圧低下保護制御機能とを含む保護動作を実行可能に構成されている。例えば、制御信号駆動回路７は、電源電圧（Ｖｃｃ）が、保護動作可能電圧以上であれば、当該保護動作（電圧監視機能及び電圧低下保護制御機能）を実行することができる。保護動作可能電圧は、例えば、３〜４［Ｖ］である。

例えば、断線や低圧側コンタクタＳＬの開放等により低圧バッテリ９Ｌと低電圧回路領域ＶＬとの接続が遮断されたり、トランスＴが故障したりすると、駆動回路系電源ＰＳ１の出力電圧が低下する。高圧直流電源監視信号Ｖｘが４［Ｖ］の場合、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）が４［Ｖ］以下となると、ダイオードＤｘを介して高圧直流電源監視信号ＶｘがＩＰＭ２の電源端子Ｖｉｎ（電源入力部）に入力される（ここでは簡略化のためダイオードＤｘの順方向の電圧降下は無視して説明している。）。駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）がさらに低下しても、高圧バッテリ９Ｈと高電圧回路領域ＶＨとの接続が維持されていれば、高圧直流電源監視信号Ｖｘは出力電圧（ここでは４［Ｖ］）を維持する。従って、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）が０［Ｖ］となっても、ＩＰＭ２には、保護動作可能電圧（ここでは３〜４［Ｖ］）以上の電圧が供給される。

ＩＰＭ２に対して電源電圧（Ｖｃｃ）として供給される電圧は、ＩＰＭ２（制御信号駆動回路７（異常診断回路６））の動作電圧の定格値未満であるから、異常診断回路６は電源電圧（Ｖｃｃ）の低下を検出して電圧低下保護制御を実行する。上述したように、電圧低下保護制御は、駆動回路４を介してスイッチング制御信号を遮断する（或いはローレベルに固定する）制御である。駆動回路４が完全に停止すると、スイッチング制御信号がフローティング状態となり、ノイズ等によってスイッチング素子９が誤動作する可能性がある。高圧バッテリ９Ｈの正極“Ｐ”と負極“Ｎ”との間に直列接続される２つのスイッチング素子９が同時に誤動作によって導通すると、正極“Ｐ”と負極“Ｎ”との間が短絡状態となって、大電流が流れてしまう。しかし、電圧低下保護制御によって、ノイズ等によるスイッチング素子９の誤動作が抑制されるので、そのような短絡を抑制することができる。

図３は、インバータ制御装置３が、低電圧回路領域ＶＬに備えられているモータ制御装置（１Ａ）を比較例として示している。図３に示す比較例では、低圧バッテリ９Ｌに接続される低電圧回路領域ＶＬに、低圧バッテリ９Ｌの電源電圧（“Ｂ”−“Ｇ”間電圧）を監視する監視回路９５を備えている。監視回路９５による検出結果は、同じく低電圧回路領域ＶＬに備えられたインバータ制御装置３に提供される。低圧バッテリ９Ｌの電圧が低下した場合、インバータ制御装置３は、ＩＰＭ２に対してシャットダウン指令ＳＤを出力したり、スイッチング制御信号を全て非有効状態として出力したり、車両ＥＣＵ２０に通知したり（その後、車両ＥＣＵ２０が上位シャットダウン指令ＳＤｉｎを出力可能。）することができる。

一方、図１に示すように、インバータ制御装置３が、高電圧回路領域ＶＨに備えられているモータ制御装置１では、低電圧回路領域ＶＬに監視回路９５を備えても、迅速にインバータ制御装置３にその検出結果を通知することができない。一方、高低電圧回路領域ＶHに、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）を監視するための監視回路を備えると、回路規模の増大につながる。本実施形態では、モータ制御装置１の小型化・低コスト化を実現するべく、回路を集約し、絶縁部品ＩＳの部品点数も抑制するために、インバータ制御装置３が高圧系回路の領域に配置されている。従って、そのような監視回路を高電圧回路領域ＶＨに設けることは好ましくはない。

上述したように、本実施形態では、そのような監視回路を高電圧回路領域ＶＨに設けることなく、インバータ１０を駆動する回路（３，４）への電源を喪失した場合であっても、スイッチング素子９の誤動作によってインバータ１０が短絡状態となることを抑制可能なフェールセーフ機能を、回路規模の増大を抑制しつつ実現可能である。

〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記説明では、高圧直流電源監視信号Ｖｘは、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）よりも低電圧であり、制御信号駆動回路７（異常診断回路６）が少なくとも保護動作を実行可能な保護動作可能電圧以上の電圧となるように生成されている形態を例示した。但し、ＩＰＭ２（制御信号駆動回路７）は、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）の定格範囲の最小値以下の電圧でも、通常動作するように構成されている場合が多い。つまり、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）の定格範囲よりも、ＩＰＭ２（制御信号駆動回路７）の通常動作可能範囲の方が広い場合が多い。従って、高圧直流電源監視信号Ｖｘは、さらに、ＩＰＭ２（制御信号駆動回路７）の通常動作可能範囲の最小値（或いは、保護動作を開始する保護動作開始電圧）以下であると好適である。

（２）上記説明では、インバータ制御装置３に、高圧バッテリ９Ｈの電源電圧（Ｖｐｎ）を分圧して生成された高圧直流電源監視信号Ｖｘが入力され、当該高圧直流電源監視信号Ｖｘが、さらに、制御信号駆動回路７の正極側の電源入力部（電源端子Ｖｉｎ）に入力される形態を例示した。しかし、図２に示すように、電圧監視回路１９（高圧直流電源監視回路）が複数の抵抗器を直列接続して構成されている場合には、高圧直流電源監視信号Ｖｘが出力される第１ノードＮＤ１（ノードＮＤ：抵抗器と抵抗器との接続部）とは異なるノードＮＤから出力される信号（電圧）が電源端子Ｖｉｎに入力されてもよい。

インバータ制御装置３の電気的仕様により規定される高圧直流電源監視信号Ｖｘの標準値が３〜４［Ｖ］であり、ＩＰＭ２の保護動作可能電圧も３〜４［Ｖ］であった場合、高圧直流電源監視信号Ｖｘの電圧が低下すると、ＩＰＭ２の保護動作可能電圧を満足できなくなる可能性がある。例えば、高圧バッテリ９Ｈの電圧が低下すると、高圧直流電源監視信号Ｖｘの電圧も低下する。その結果、高圧直流電源監視信号Ｖｘの電圧がＩＰＭ２の保護動作可能電圧を下回り、電圧低下保護制御が実行できない可能性もある。ここで、複数の抵抗器を直列接続して構成されている電圧監視回路１９（高圧直流電源監視回路）に着目する。高圧直流電源監視信号Ｖｘが出力される第１ノードＮＤ１よりも、正極“Ｐ”側のノードＮＤ（例えば第２ノードＮＤ２）からは、高圧直流電源監視信号Ｖｘよりも高い電圧の信号が出力可能である。ここでは、この信号を“第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２”と称する。第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２を、制御信号駆動回路７の正極側の電源入力部（電源端子Ｖｉｎ）に入力することによって、より確実に電圧低下保護制御が実行可能とすることができる。

尚、上記説明では、高圧直流電源監視信号Ｖｘは、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）よりも低電圧であり、制御信号駆動回路７（異常診断回路６）が少なくとも保護動作を実行可能な保護動作可能電圧以上の電圧となるように生成されている形態を例示した。制御信号駆動回路７の正極側の電源入力部（電源端子Ｖｉｎ）に第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２が入力される場合には、第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２についても規定されていることが好ましい。

第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２は、モータ制御装置１の通常動作時には、ダイオードＤｘが導通しないような電圧である必要がある。従って、第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２は、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）よりも、低電圧であることが好ましい。さらに好ましくは、第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２は、ＩＰＭ２（制御信号駆動回路７）の通常動作可能範囲の最小値（或いは、保護動作を開始する保護動作開始電圧）以下であるとよい。そして、第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２は、制御信号駆動回路７（異常診断回路６）が少なくとも保護動作を実行可能な保護動作可能電圧以上の電圧となるように生成されていると好適である。

即ち、１つの態様として、インバータ制御装置３には、直列接続された複数の抵抗器により高圧バッテリ９Ｈの電源電圧（Ｖｐｎ）を分圧した１つのノード（ＮＤ１）から出力された高圧直流電源監視信号Ｖｘが入力され、さらに、高圧直流電源監視信号Ｖｘが出力されたノード（ＮＤ１）よりも正極側のノード（ＮＤ２）から出力された第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２が制御信号駆動回路７の正極側の電源入力部（電源端子Ｖｉｎ）に入力される構成であってもよい。この場合において、第２高圧直流電源監視信号Ｖｘ２は、駆動回路系電源ＰＳ１の電源電圧（Ｖｃｃ）よりも低電圧であり、制御信号駆動回路７が少なくとも保護動作を実行可能な保護動作可能電圧以上の電圧となるように生成されていると好適である。

（３）上記の説明においては、インバータ１０の異常を検出する異常検出回路として、過電流を検出する過電流検出回路（シャント抵抗８）を例示した。しかし、異常検出回路は過電流検出回路に限定されるものではなく、ＩＰＭ２の温度を計測する温度センサを中核とした温度検出回路であってもよい。

本発明は、交流の回転電機を駆動制御する回転電機制御装置に利用することができる。

１ ：モータ制御装置（回転電機制御装置）
３ ：インバータ制御装置
４ ：駆動回路（制御信号駆動回路）
６ ：異常診断回路（制御信号駆動回路）
７ ：制御信号駆動回路
９ ：スイッチング素子
９Ｈ ：高圧バッテリ（高圧直流電源）
９Ｌ ：低圧バッテリ（低圧直流電源）
９ａ ：上段側スイッチング素子（スイッチング素子）
９ｂ ：下段側スイッチング素子（スイッチング素子）
１０ ：インバータ
４１ ：上段側駆動回路（制御信号駆動回路）
４２ ：下段側駆動回路（制御信号駆動回路）
Ｍ ：モータ（回転電機）
ＰＳ１ ：駆動回路系電源
ＰＳ２ ：制御回路系電源
ＶＨ ：高電圧回路領域
ＶＬ ：低電圧回路領域
Ｖｉｎ ：電源端子（電源入力部）
Ｖｘ ：高圧直流電源監視信号

Claims (2)

1. 交流の回転電機を駆動制御する回転電機制御装置であって、
   高圧直流電源に接続される高電圧回路領域と、
   前記高圧直流電源よりも低電圧で前記高圧直流電源から絶縁された低圧直流電源に接続される低電圧回路領域と、を有し、
   前記高圧直流電源と前記回転電機との間に介在され、直流と交流との間で電力変換を行うインバータと、
   前記インバータのスイッチング素子をスイッチング制御するインバータ制御装置と、
   前記インバータ制御装置により生成されて各スイッチング素子を制御するスイッチング制御信号を中継する制御信号駆動回路と、を前記高電圧回路領域に備え、
   前記低圧直流電源を電力源とし、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とを絶縁状態で結合して前記制御信号駆動回路に電力を供給する駆動回路系電源と、
   前記低圧直流電源を電力源とし、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とを絶縁状態で結合して前記インバータ制御装置に電力を供給する制御回路系電源と、を備え、
   前記制御信号駆動回路は、さらに、前記制御信号駆動回路又は前記インバータに異常が生じた際には、前記インバータに対する保護動作を行うものであり、
   前記インバータ制御装置には、前記高圧直流電源の電源電圧を分圧して生成された高圧直流電源監視信号が入力され、
   前記高圧直流電源監視信号は、さらに、前記制御信号駆動回路の正極側の電源入力部に入力される回転電機制御装置。
2. 前記高圧直流電源監視信号は、前記駆動回路系電源の電源電圧よりも低電圧であり、前記制御信号駆動回路が少なくとも前記保護動作を実行可能な保護動作可能電圧以上の電圧となるように生成されている請求項１に記載の回転電機制御装置。
   

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