JP2016226132A - Electric power conversion system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, in a method of discharging voltage of a capacitor by short-circuiting two upper and lower pairs of power elements, a circuit becomes complicated and reliability is reduced.SOLUTION: Current with which a short-circuit of a power element can be detected is energized by simultaneously turning on upper and lower arms. Then, by turning on only the upper arm, presence of a short-circuit alarm is confirmed. When there is no problem, the lower arm is also turned on. When there is no problem, a short-circuit discharge by the next simultaneous turning on operation of the upper and lower arms is permitted.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は電力変換装置に係り、特に車両用電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power converter, and more particularly to a vehicle power converter.

図1に電力変換装置の一例であるモータ駆動インバータ装置の構成を示す。900はモータ、200は電力変換装置、901はバッテリー、902は電力変換装置200とバッテリー901の接続をコントロールするコンタクタである。   FIG. 1 shows the configuration of a motor-driven inverter device that is an example of a power converter. Reference numeral 900 denotes a motor, 200 a power conversion device, 901 a battery, and 902 a contactor for controlling connection between the power conversion device 200 and the battery 901.

電力変換装置200は、主たる部品として、電力変換装置200に入力される直流電圧を平滑する電圧平滑用キャパシタ500と、パワー半導体素子をモジュール化したパワー半導体モジュール300と、ゲートドライバ回路100bと、モータ制御用コントローラ100aとから構成される。図示しない上位コントローラが、トルクや回転指令などのモータを駆動するための指令をモータ制御用コントローラ100aに与え、モータ制御用コントローラ100aは指令に応じたPWM信号をゲートドライバ回路100bに与え、ゲートドライバ回路100bはPWM信号に応じて、パワー半導体モジュール300をスイッチング制御し、バッテリ901からの直流電圧を、モータ900を駆動するための交流電圧に変換する機能を有している。   The power conversion device 200 includes, as main components, a voltage smoothing capacitor 500 that smoothes a DC voltage input to the power conversion device 200, a power semiconductor module 300 in which a power semiconductor element is modularized, a gate driver circuit 100b, a motor And a control controller 100a. A host controller (not shown) gives a command for driving the motor, such as a torque or rotation command, to the motor control controller 100a, and the motor control controller 100a gives a PWM signal corresponding to the command to the gate driver circuit 100b. The circuit 100b has a function of switching the power semiconductor module 300 according to the PWM signal and converting a DC voltage from the battery 901 into an AC voltage for driving the motor 900.

その他、安全対策用の部品として、電圧センサ60、放電抵抗70、放電用スイッチ素子71がある。モータ駆動後、電力変換装置200は、上位コントローラの指令によりコンタクタ902がオフさせ、バッテリ901と電気的に切り離される。しかし、電力変換装置200内の電圧平滑用キャパシタ500には、バッテリ902に接続されていた際の電圧が残存している。   In addition, there are a voltage sensor 60, a discharge resistor 70, and a discharge switch element 71 as parts for safety measures. After the motor is driven, the power converter 200 is electrically disconnected from the battery 901 with the contactor 902 turned off by a command from the host controller. However, in the voltage smoothing capacitor 500 in the power conversion device 200, the voltage when connected to the battery 902 remains.

電力変換装置200はモータ停止後、メンテナンスのため作業者が電力変換装置200内に触れる可能性があるため、通常、モータ900の駆動を停止した後、この電圧平滑用キャパシタ500に残存する電荷を急速放電するための手段が用意されている。従来、この手段として、モータ900を停止した後、放電用スイッチ素子71をオンさせて、放電抵抗70により、電圧平滑用キャパシタ500の電圧を低下させる方法を採っていた。   Since the power converter 200 may be touched by the operator for maintenance after the motor is stopped, the electric charge remaining in the voltage smoothing capacitor 500 is usually stopped after the motor 900 is stopped. Means are provided for rapid discharge. Conventionally, as this means, after the motor 900 is stopped, the discharge switch element 71 is turned on, and the voltage of the voltage smoothing capacitor 500 is lowered by the discharge resistor 70.

しかし、なんらかの原因により、放電用スイッチ素子71がオープン故障してしまった場合、電圧平滑用キャパシタ500の電荷を放電することが困難となる。   However, when the discharge switch element 71 has an open failure due to some cause, it is difficult to discharge the voltage smoothing capacitor 500.

そこで、特許文献(特開2009−232620号公報では、インバータ装置における上下のパワー半導体素子を短時間オンさせ、キャパシタの電荷をパワー半導体素子で消費させることにより、電圧平滑用キャパシタを放電する手段を提案している。   Therefore, in the patent document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-232620), means for discharging the voltage smoothing capacitor by turning on the upper and lower power semiconductor elements in the inverter device for a short time and consuming the charge of the capacitor by the power semiconductor element is provided. is suggesting.

しかし、特許文献に記載の方法では、極短時間の通電であるが、通常動作時より高めの電流でオン動作とオフ動作を繰り返すため、電流をオフする際に生じるサージ電圧は通常のスイッチング動作時と同レベルとなる。そのため、短絡電流の上限は、パワー半導体素子の定格電流を超えないように、極短いパルスで制御される必要がある。   However, in the method described in the patent document, the energization is performed for a very short time. However, since the ON operation and the OFF operation are repeated with a higher current than in the normal operation, the surge voltage generated when the current is turned off is the normal switching operation. It becomes the same level as time. Therefore, the upper limit of the short-circuit current needs to be controlled with an extremely short pulse so as not to exceed the rated current of the power semiconductor element.

しかし、主回路インダクタンスが低い場合には、電流の流れを妨げる効果が低くなり、一瞬で電流が増加するため、極短いパルスといえども、定格電流を超える電流とならないようにすることは困難である。   However, when the main circuit inductance is low, the effect of preventing the current flow is reduced, and the current increases instantaneously. Therefore, it is difficult to prevent the current from exceeding the rated current even for extremely short pulses. is there.

また、駆動回路のばらつきにより、定格電流を超え、オフ時のサージ電圧により、パワー半導体素子が故障する可能性がある。   In addition, due to variations in the drive circuit, the rated current may be exceeded, and the power semiconductor element may break down due to the surge voltage when turned off.

具体的には、5kA/usの電流が流れるため、200nsのばらつきで 1kA増加するため、制御が非常に困難である。   Specifically, since a current of 5 kA / us flows, it increases by 1 kA with a variation of 200 ns, so that control is very difficult.

また、特開2009−232620記載の別案としては、電圧の異なる2系統のゲート電源電圧を用意し、短絡放電時にはゲートに印加する電圧を通常より低い電圧とすることで、飽和電流を低下させて、短絡電流を定格電流レベルで制限する方法が提案されている。しかし、本方法では、ゲート電源電圧を2系統用意する必要があり、装置が複雑化し、信頼性が低下する。     As another proposal described in JP-A-2009-232620, two systems of gate power supply voltages having different voltages are prepared, and the voltage applied to the gate at the time of short circuit discharge is set to a lower voltage than usual, thereby reducing the saturation current. Thus, a method for limiting the short-circuit current at the rated current level has been proposed. However, in this method, it is necessary to prepare two gate power supply voltages, which complicates the apparatus and reduces the reliability.

特開2009−232620号公報JP 2009-232620 A

本発明の課題は、信頼性の高い短絡放電手段を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a highly reliable short-circuit discharge means.

本発明に係る電力変換装置は、ブリッジ接続された上アーム回路及び下アーム回路を構成する複数のパワー半導体素子を有する電力変換回路と、前記電力変換回路に印加される電圧を平滑する電圧平滑用キャパシタと、前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路と、前記パワー半導体素子に流れる電流が所定の値以上であることを検出して過電流状態であると判断し、当該パワー半導体素子を通常より遅い速度で遮断する過電流保護手段と、前記ドライバ回路に対して、前記複数のパワー半導体素子の同時オン信号を、前記過電流検出手段の判断する所定の期間以上送信することで、上アーム回路及び下アーム回路を構成する複数のパワー半導体素子を短絡動作させることにより、前記電圧平滑用キャパシタの電荷を放電させる短絡放電手段と、を備え、前記短絡放電手段が動作した後、所定の時間経過後に、再度、前記短絡放電手段により放電を行う動作を繰り返し行うことで、前記電圧平滑用キャパシタを所定の電圧以下まで放電させる。   A power conversion device according to the present invention includes a power conversion circuit having a plurality of power semiconductor elements constituting an upper arm circuit and a lower arm circuit that are bridge-connected, and voltage smoothing that smoothes a voltage applied to the power conversion circuit. A capacitor, a driver circuit that drives the power semiconductor element, and a current flowing through the power semiconductor element is detected to be greater than or equal to a predetermined value, and is determined to be in an overcurrent state. By transmitting over-current protection means that cuts off at a speed and a simultaneous ON signal of the plurality of power semiconductor elements to the driver circuit for a predetermined period or more determined by the overcurrent detection means, the upper arm circuit and Short-circuit discharge that discharges the charge of the voltage smoothing capacitor by short-circuiting a plurality of power semiconductor elements constituting the lower arm circuit A step of discharging the voltage smoothing capacitor to a predetermined voltage or less by repeating the operation of discharging by the short-circuit discharge means again after a predetermined time has elapsed after the short-circuit discharge means has been operated. Let

本発明によれは、信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。   According to the present invention, a highly reliable capacitor charge discharging means can be provided.

モータ駆動用システムのブロック図である。It is a block diagram of the system for motor drive. 本実施形態に係る回路ブロック図である。It is a circuit block diagram concerning this embodiment. 本実施形態に係るタイミングチャート図である。It is a timing chart figure concerning this embodiment. 実施例1の短絡放電方法に関するフローチャートを示す。The flowchart regarding the short circuit discharge method of Example 1 is shown. 図4に示された処理において、正常に短絡放電が行えた場合のタイミングチャートを示す。FIG. 5 shows a timing chart when a short-circuit discharge can be normally performed in the process shown in FIG. 短絡放電によるキャパシタ電圧Vhvdc低下の様子を示し、同時オン動作の繰り返しで、キャパシタ電圧Vhvdcが降下していく様子を示す。A state in which the capacitor voltage Vhvdc is reduced due to the short-circuit discharge is shown, and a state in which the capacitor voltage Vhvdc is decreasing as the simultaneous ON operation is repeated is shown. 実施例2における短絡放電処理におけるソフト処理の流れを示すフォローチャート図である。It is a follow chart figure which shows the flow of the soft process in the short circuit discharge process in Example 2. FIG. 図7のフローチャートを用いた放電処理を用いて、短絡放電処理が正常に行えた場合についてのタイミングチャートである。It is a timing chart about the case where a short circuit discharge process can be normally performed using the discharge process using the flowchart of FIG. 図7のフローチャートを用いた放電処理を用いて放電処理中にパワー半導体素子が故障したため、診断処理で放電処理を停止する場合についてのタイミングチャートを示す。FIG. 8 is a timing chart for a case where the discharge process is stopped in the diagnosis process because the power semiconductor element has failed during the discharge process using the discharge process using the flowchart of FIG. 7. 実施例3の構成を示すブロック構成図である。FIG. 9 is a block configuration diagram illustrating a configuration of a third embodiment. 実施例4に係る発明を説明するタイミングチャート図である。It is a timing chart figure explaining the invention concerning Example 4. FIG.

次に本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図2に本発明実施例1に係る回路ブロック図を示す。
Next, a power converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 shows a circuit block diagram according to the first embodiment of the present invention.

図2において、モータ制御用コントローラ100aは、少なくとも上アームドライバ回路30pと下アームドライバ回路30nに上アーム駆動信号IN_Pと下アーム駆動信号IN_Nを送り、上アームドライバ回路30pと下アームドライバ回路30nが上アームパワー半導体素子40pと下アームパワー半導体素子40nを駆動することで、上アームパワー半導体素子40pと下アームパワー半導体素子40nのオンとオフを制御する。   In FIG. 2, the motor control controller 100a sends an upper arm drive signal IN_P and a lower arm drive signal IN_N to at least the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n, and the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n By driving the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n, ON / OFF of the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n is controlled.

モータ制御用コントローラ100aが上アームドライバ回路30pと下アームドライバ回路30nからの過電流検知信号ALM_P及びALM_Nを受信した場合、モータ制御用コントローラ100aは、上アーム駆動信号IN_Pと下アーム駆動信号IN_Nを停止することで、上アームパワー半導体素子40pと下アームパワー半導体素子40nの駆動を停止する。   When the motor control controller 100a receives the overcurrent detection signals ALM_P and ALM_N from the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n, the motor control controller 100a receives the upper arm drive signal IN_P and the lower arm drive signal IN_N. By stopping, driving of the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n is stopped.

上アームドライバ回路30pは、上アームパワー半導体素子40pを駆動する駆動部と、上アームパワー半導体素子40pに過電流が流れたことを検知して、上アームパワー半導体素子40pを適切に遮断しつつ、モータ制御用コントローラ100aへ過電流が発生したことを知らせる過電流検知信号ALM_Pを送信する過電流保護部を有する。   The upper arm driver circuit 30p detects a drive unit that drives the upper arm power semiconductor element 40p and an overcurrent flowing through the upper arm power semiconductor element 40p, and appropriately shuts off the upper arm power semiconductor element 40p. And an overcurrent protection unit that transmits an overcurrent detection signal ALM_P notifying the motor control controller 100a that an overcurrent has occurred.

同様に、下アームドライバ回路30nは、上アームドライバ回路30pと同様の機能を有する。   Similarly, the lower arm driver circuit 30n has the same function as the upper arm driver circuit 30p.

上アームパワー半導体素子40pは、主電流が流れる主端子2つと、印加電圧により主電流のオンオフをコントロールするための制御端子と、主電流に流れる電流に比例した電流が流れるセンス電流端子を有する。   The upper arm power semiconductor element 40p has two main terminals through which a main current flows, a control terminal for controlling on / off of the main current by an applied voltage, and a sense current terminal through which a current proportional to the current flowing through the main current flows.

上アームドライバ回路30p及び下アームドライバ回路30nのそれぞれの過電流保護部は、このセンス端子に流れる電流を抵抗Rsで発生する電圧降下を検知することにより、過電流状態を検知することができる。   Each of the overcurrent protection units of the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n can detect an overcurrent state by detecting a voltage drop generated in the resistor Rs by the current flowing through the sense terminal.

下アーム用パワー半導体素子40nは、上アーム用パワー半導体素子40pと同じ構造、機能を有する。   The lower arm power semiconductor element 40n has the same structure and function as the upper arm power semiconductor element 40p.

電圧平滑用キャパシタ500は、上アーム用パワー半導体素子40p及び下アーム用パワー半導体素子40nをスイッチング制御する際に生じる電圧リプルを吸収機能を有する。   The voltage smoothing capacitor 500 has a function of absorbing voltage ripple generated when switching control of the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n.

本実施形態における、短絡放電動作はモータ制御用コントローラ100aが上アームドライバ回路30p及び下アームドライバ回路30nに同時に駆動信号を送信し、上アーム用パワー半導体素子40p及び下アーム用パワー半導体素子40nを同時にオンさせることで、上アーム用パワー半導体素子40pと下アーム用パワー半導体素子40nの間に瞬間的に数千Aに達する短絡電流を通電させることにより、電圧平滑用キャパシタ500の電荷を放電させ、電圧を降下させるものである。   In the present embodiment, in the short-circuit discharge operation, the motor control controller 100a simultaneously transmits a drive signal to the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n, and the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n are turned on. By simultaneously turning them on, a short-circuit current instantaneously reaching several thousand A is applied between the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n, thereby discharging the voltage smoothing capacitor 500. The voltage is lowered.

ここで、短絡放電時の動作の詳細について、図3のタイミングチャートを用いて説明する。図3において、横軸は時間、縦軸は各部電圧電流波形を示す。   Here, the details of the operation at the time of short-circuit discharge will be described using the timing chart of FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents each part voltage current waveform.

IN_Pは上アーム駆動信号、IN_Nは下アーム駆動信号、Vge_Pは上アームゲート〜エミッタ間電圧、Voc_Pは上アーム電流センス電圧、ALM_Pは過電流検知信号、Vhvdcはキャパシタ電圧、Vce_Pは上アームコレクタ〜エミッタ電圧、Icは上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流である。   IN_P is an upper arm drive signal, IN_N is a lower arm drive signal, Vge_P is an upper arm gate-emitter voltage, Voc_P is an upper arm current sense voltage, ALM_P is an overcurrent detection signal, Vhvdc is a capacitor voltage, Vce_P is an upper arm collector to An emitter voltage, Ic, is a collector current passing through the upper arm to the lower arm.

短絡放電が必要と判断したモータ制御用コントローラ100aは、タイミングaにおいて、上アーム駆動信号IN_Pと下アーム駆動信号IN_N各々を同時にオンさせる。   The motor control controller 100a that has determined that the short-circuit discharge is necessary turns on the upper arm drive signal IN_P and the lower arm drive signal IN_N simultaneously at the timing a.

オン信号を受信した上アームドライバ回路30p及び下アームドライバ回路30nの駆動部は、パワー半導体素子のゲート電圧を上昇させ、上アームにおいては上アームパワー半導体素子40pのゲート〜エミッタ電圧Vge_Pが上昇し、上アームパワー半導体素子40pはオン状態となる。   The drive units of the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n that have received the ON signal increase the gate voltage of the power semiconductor element, and in the upper arm, the gate to emitter voltage Vge_P of the upper arm power semiconductor element 40p increases. The upper arm power semiconductor element 40p is turned on.

同様に、下アームにおいては、下アームパワー半導体素子40nのゲート〜エミッタ電圧Vge_Nが上昇し、下アームパワー半導体素子40nはオン状態となる(図は省略)。   Similarly, in the lower arm, the gate-emitter voltage Vge_N of the lower arm power semiconductor element 40n rises, and the lower arm power semiconductor element 40n is turned on (not shown).

上アーム用パワー半導体素子40pと下アーム用パワー半導体素子40nがオンすると、電圧平滑用キャパシタ500のP側電極とN側電極が上アーム用パワー半導体素子40pと下アーム用パワー半導体素子40nによって短絡状態となる。   When the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n are turned on, the P-side electrode and the N-side electrode of the voltage smoothing capacitor 500 are short-circuited by the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n. It becomes a state.

この短絡電流の飽和レベルは、パワー半導体素子の制御端子であるゲート〜エミッタ電圧に依存し、パワー半導体素子が600A程度の定格電流である場合、通常3kA〜5kAと大きなものとなる。この短絡電流が飽和レベルに達した状態は、タイミングbの状態である。   The saturation level of the short-circuit current depends on the gate-emitter voltage that is the control terminal of the power semiconductor element, and is usually as large as 3 kA to 5 kA when the power semiconductor element has a rated current of about 600 A. The state where the short-circuit current has reached the saturation level is the state at timing b.

上アーム用パワー半導体素子40pと下アーム用パワー半導体素子40nに上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流Icが流れると、図2に示されるように、Icのレベルの比例して、センス電流Isが流れる。このセンス電流Isは、センス抵抗Rsに流れて電圧値となり、フィルタを通して、上アーム電流センス電圧Voc_Pとなり、上アームドライバ回路30pの過電流保護部にモニタされている。   When a collector current Ic passing through the upper arm to the lower arm flows through the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n, as shown in FIG. 2, the sense current Is is proportional to the level of Ic. Flows. The sense current Is flows through the sense resistor Rs to become a voltage value, passes through a filter, becomes the upper arm current sense voltage Voc_P, and is monitored by the overcurrent protection unit of the upper arm driver circuit 30p.

上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流Icが大きくなり、タイミングcにおいて、上アーム電流センス電圧Voc_Pが所定の判定レベルを超えると、上アームドライバ回路30pの過電流保護部はIcが過電流状態であることを認識する。   When the collector current Ic passing through the upper arm to the lower arm increases and the upper arm current sense voltage Voc_P exceeds a predetermined determination level at timing c, the overcurrent protection unit of the upper arm driver circuit 30p is in an overcurrent state. Recognize that.

タイミングdにおいて、パワー半導体素子にゲート〜エミッタ間電圧をオフ状態にしようと動作するとともに、所定の遅れ時間の後、上アームの過電流検知信号ALM_PがH→Lに変化させてコントローラに過電流が発生したことを知らせる。   At timing d, the power semiconductor element operates to turn off the gate-emitter voltage and, after a predetermined delay time, the upper arm overcurrent detection signal ALM_P changes from H → L to cause the controller to overcurrent. Informs that has occurred.

パワー半導体素子をスイッチングする際には主回路インダクタンスL、コレクタ電流の遮断速度に応じて、dV=LxdIc/dtとなるサージ電圧が発生する。ここで、上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流Icが大電流状態であるときに通常のオフ速度で高速に遮断しようとすると、dIc/dtが大きくなり、サージ電圧dVが過大となる。このとき上アームコレクタ〜エミッタ電圧Vce_Pにはキャパシタ電圧Vhvdc+dVの電圧が印加されるため、この電圧がパワー上アーム用パワー半導体素子40pの耐圧を超える場合は、上アーム用パワー半導体素子40pが耐圧破壊を起こす恐れがある。   When switching the power semiconductor element, a surge voltage of dV = LxdIc / dt is generated according to the main circuit inductance L and the collector current cutoff speed. Here, when the collector current Ic passing through the upper arm to the lower arm is in a large current state, if an attempt is made to cut off at a normal off speed at a high speed, dIc / dt increases and the surge voltage dV becomes excessive. At this time, since the capacitor voltage Vhvdc + dV is applied to the upper arm collector-emitter voltage Vce_P, if this voltage exceeds the withstand voltage of the power upper arm power semiconductor element 40p, the upper arm power semiconductor element 40p will withstand the breakdown voltage. There is a risk of causing.

そこで、図2に示されるように、通常より高い抵抗Rg2によって、低速で上アーム用パワー半導体素子40pと下アーム用パワー半導体素子40nを遮断することによりサージ電圧をパワー半導体素子の耐圧以下となるように、設定している。
図3においては、パワー半導体素子が正常な状態で、上下アームとも同時にオンしているため、上アームコレクタ〜エミッタ電圧Vce_Pは、下アームコレクタ〜エミッタ電圧Vce_Nとキャパシタ電圧Vhvdc+dVを分担し合い、上アームコレクタ〜エミッタ電圧Vce_Pは、キャパシタ電圧Vhvdc近傍に収まっているが、下アームがショート故障している場合には、Vhvdc+dVがすべて上アーム用パワー半導体素子40pに印加される。
Therefore, as shown in FIG. 2, the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n are cut off at a low speed by the higher resistance Rg2 than usual, whereby the surge voltage becomes lower than the withstand voltage of the power semiconductor element. So that it is set.
In FIG. 3, since the power semiconductor element is in a normal state and both the upper and lower arms are simultaneously turned on, the upper arm collector to emitter voltage Vce_P share the lower arm collector to emitter voltage Vce_N and the capacitor voltage Vhvdc + dV. The arm collector-emitter voltage Vce_P is in the vicinity of the capacitor voltage Vhvdc, but when the lower arm is short-circuited, all Vhvdc + dV is applied to the upper arm power semiconductor element 40p.

このソフト遮断状態は、タイミングeまで継続される。本実施形態では、同時オンによる短絡発生から、ソフト遮断開始までa〜dの期間でおよそ 3us、ソフト遮断終了までa〜eの期間で10us程度の時間設定となっているが、本時間は上アーム電流センス電圧Voc_Pが印加される端子のフィルタ定数や、上アーム用パワー半導体素子40pや下アーム用パワー半導体素子40nの短絡耐量によって調整する。   This soft shut-off state continues until timing e. In this embodiment, the time is set to about 3 us in the period from a to d until the soft shut-off starts from the occurrence of a short circuit due to simultaneous ON, and about 10 us in the period from a to e until the soft shut-off ends. Adjustment is made according to the filter constant of the terminal to which the arm current sense voltage Voc_P is applied and the short-circuit tolerance of the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n.

その後、タイミングfにおいてモータ制御用コントローラ100aは、過電流検知信号ALM_Pにより過電流検知信号の発生と、キャパシタ電圧Vhdvcの信号でキャパシタ電圧Vhvdcが所定値以上降下したことを確認すると、同時オン信号を取りやめ上下ともオフ信号とする。   After that, at timing f, the motor control controller 100a confirms that the overcurrent detection signal is generated by the overcurrent detection signal ALM_P and that the capacitor voltage Vhvdc has dropped by a predetermined value or more by the signal of the capacitor voltage Vhdvc, Both the top and bottom of the cancellation are off signals.

この過電流検知信号ALM_Pは、タイマ回路で一定時間Lレベルとなるように設定されており、本実施形態では、短絡により上アーム用パワー半導体素子40pや下アーム用パワー半導体素子40nの温度が上昇して、再び元の温度に戻る時間以上に設定されている。   This overcurrent detection signal ALM_P is set so as to be at L level for a certain time in the timer circuit. In this embodiment, the temperature of the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n rises due to a short circuit. And it is set more than the time to return to the original temperature again.

その後、タイミングgにおいて、所定のタイマ時間に設定されていた、過電流検知信号ALM_PがH状態となり、上アームドライバ回路30pの過電流保護部は、モータ制御用コントローラ100aへ過電流状態でなくなったことを伝達する。   After that, at timing g, the overcurrent detection signal ALM_P that has been set to the predetermined timer time becomes the H state, and the overcurrent protection unit of the upper arm driver circuit 30p is no longer in the overcurrent state to the motor control controller 100a. Communicate that.

本実施例では 所定のタイマ時間を8ms程度に設定しているが、本値は、上アーム用パワー半導体素子40pや下アーム用パワー半導体素子40nが短絡放電による損失で一瞬温度上昇し、その後温度が低下する熱時定数程度の値に設定されている。   In this embodiment, the predetermined timer time is set to about 8 ms, but this value is a temperature rise for a moment due to the loss due to short-circuit discharge in the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n, and then the temperature Is set to a value that is about the thermal time constant that decreases.

以上の動作を複数回繰り返すことで、キャパシタの電荷を放電して、電圧を降下させる。   By repeating the above operation a plurality of times, the capacitor charge is discharged and the voltage is lowered.

図4に実施例1の短絡放電方法に関するフローチャートを示す。   FIG. 4 shows a flowchart regarding the short-circuit discharge method of the first embodiment.

処理1において、上下アーム同時オン信号を送信する。   In process 1, an upper and lower arm simultaneous on signal is transmitted.

その後、処理2において、上下アームとも過電流検知のアラーム信号である過電流検知信号ALM_Pと過電流検知信号ALM_Nが発生していることを確認する。   Thereafter, in process 2, it is confirmed that the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N, which are alarm signals for overcurrent detection, are generated in the upper and lower arms.

その後、処理3において、10ms後に、前述のアラーム信号が解除されていることを確認する。解除されていなければ、なんらかの異常があったと判断して放電処理を終了する。   Thereafter, in process 3, it is confirmed that the alarm signal is released after 10 ms. If not canceled, it is determined that some abnormality has occurred, and the discharge process is terminated.

解除されていれば、次の処理へ進み、処理4で、キャパシタ電圧Vhvdcが60V以下になっているかどうか確認し、なっていなければ、ふたたび上下アームの同時オンを繰り返す。   If released, the process proceeds to the next process, and in process 4, it is confirmed whether the capacitor voltage Vhvdc is 60 V or less. If not, the upper and lower arms are simultaneously turned on again.

図5は、図4に示された処理において、正常に短絡放電が行えた場合のタイミングチャートを示す。図5の上部に示された数字は、図4に示された処理番号に対応する。図6は、短絡放電によるキャパシタ電圧Vhvdc低下の様子を示し、同時オン動作の繰り返しで、キャパシタ電圧Vhvdcが降下していく様子を示す。   FIG. 5 shows a timing chart when the short-circuit discharge can be normally performed in the process shown in FIG. The numbers shown at the top of FIG. 5 correspond to the process numbers shown in FIG. FIG. 6 shows how the capacitor voltage Vhvdc decreases due to short circuit discharge, and shows how the capacitor voltage Vhvdc decreases as the simultaneous ON operation is repeated.

以上のパワー半導体素子を短絡させる放電処理によれば、ドライバ回路30の過電流検知部が過電流検知を行える時間以上の同時オン動作により、パワー半導体素子を短絡させつつ、ソフト遮断動作を行うことで、簡易な構成で信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。   According to the discharge process for short-circuiting the power semiconductor element described above, the soft-shut-off operation is performed while the power semiconductor element is short-circuited by the simultaneous on-operation for a time that the overcurrent detection unit of the driver circuit 30 can detect the overcurrent Thus, a highly reliable capacitor charge discharging means can be provided with a simple configuration.

次に本発明に係る実施例2の形態について、図7を用いて説明する。図7は、実施例2における短絡放電処理におけるソフト処理の流れを示すフォローチャート図である。   Next, the form of Example 2 which concerns on this invention is demonstrated using FIG. FIG. 7 is a follow chart showing the flow of the soft process in the short-circuit discharge process in the second embodiment.

まず、処理1において、モータ制御用コントローラ100aが上下アームに同時オン信号をドライバ回路30へ送信、ドライバ回路30は上下アーム同時オンにより上アーム用パワー半導体素子40pと下アーム用パワー半導体素子40nを短絡させる。   First, in process 1, the motor control controller 100a sends a simultaneous on signal to the upper and lower arms to the driver circuit 30, and the driver circuit 30 turns on the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n by simultaneously turning on the upper and lower arms. Short circuit.

次にモータ制御用コントローラ100aは、判定処理2で、上アームドライバ回路30pや下アームドライバ回路30nの過電保護部から過電流検知のアラーム信号である過電流検知信号ALM_Pや過電流検知信号ALM_Nが発生しているかどうかを確認し、発生していなければ、回路に異常があるものと判断し、処理を終了する。過電流検知信号ALM_Pや過電流検知信号ALM_Nが発生していれば、次の処理へ進む。   Next, in the determination process 2, the motor control controller 100a detects an overcurrent detection signal ALM_P or an overcurrent detection signal ALM_N that is an overcurrent detection alarm signal from the overcurrent protection unit of the upper arm driver circuit 30p or the lower arm driver circuit 30n. If it does not occur, it is determined that there is an abnormality in the circuit, and the process is terminated. If the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N are generated, the process proceeds to the next process.

次に判定処理3において、約10ms後過電流アラームが解除されているかどうかを確認する処理である。解除されていなければ、回路及びパワー半導体素子に異常があったと判断して、放電処理を中止する。解除されていれば、次の処理へ進む。   Next, in the determination process 3, it is a process for confirming whether or not the overcurrent alarm is canceled after about 10 ms. If not released, it is determined that there is an abnormality in the circuit and the power semiconductor element, and the discharge process is stopped. If canceled, the process proceeds to the next process.

次の処理4では、上アームのみをオンさせる処理を行う。下アームはオンしていないので、上下アームとも正常であれば、短絡動作とならないため、過電流は発生せず、過電流検知信号ALM_Pや過電流検知信号ALM_Nも発生しない。しかし、先の短絡放電で下アームがダメージを受け、ショート故障となっていれば、上アームのみのオンで、短絡が発生して過電流が流れることになる。過電流が流れると、過電流保護部が過電流を検知、コントローラへ過電流アラーム信号を送信することになる。   In the next process 4, only the upper arm is turned on. Since the lower arm is not turned on, if both the upper and lower arms are normal, the short-circuit operation is not performed, so that no overcurrent occurs and neither the overcurrent detection signal ALM_P nor the overcurrent detection signal ALM_N occurs. However, if the lower arm is damaged by the previous short-circuit discharge and a short-circuit failure occurs, only the upper arm is turned on, a short-circuit occurs and an overcurrent flows. When an overcurrent flows, the overcurrent protection unit detects the overcurrent and transmits an overcurrent alarm signal to the controller.

次に判定処理5において、過電流検知信号ALM_Pや過電流検知信号ALM_Nの有無の確認を行う。過電流アラームの発生がなければ、上下アームとも正常であり、次の処理6へ進む。過電流アラームの発生があれば、下アームが故障していると判断され、放電処理を停止する。   Next, in the determination process 5, the presence / absence of the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N is confirmed. If no overcurrent alarm is generated, both the upper and lower arms are normal, and the process proceeds to the next process 6. If an overcurrent alarm occurs, it is determined that the lower arm has failed, and the discharge process is stopped.

処理6は、下アームのみをオンさせる処理である。上アームはオンしていないので、上下アームとも正常であれば、短絡動作とならないため、過電流は発生せず、過電流検知アラームも発生しない。しかし、先の短絡放電で上アームがダメージを受け、ショート故障となっていれば、上アームのみのオンで、短絡が発生して過電流が流れることになる。過電流が流れると、上アームドライバ回路30pや下アームドライバ回路30nの過電流保護部が過電流を検知、コントローラへ過電流アラーム信号を送信することになる。   Process 6 is a process for turning on only the lower arm. Since the upper arm is not turned on, if both the upper and lower arms are normal, the short circuit operation will not occur, so no overcurrent will occur and no overcurrent detection alarm will occur. However, if the upper arm is damaged by the previous short-circuit discharge and a short-circuit failure has occurred, only the upper arm is turned on, a short circuit occurs and an overcurrent flows. When an overcurrent flows, the overcurrent protection units of the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n detect the overcurrent and transmit an overcurrent alarm signal to the controller.

判定処理7は、過電流検知信号ALM_Pや過電流検知信号ALM_Nの有無の確認である。過電流アラームの発生がなければ、上下アームとも正常であり、次の判定処理へ進む。過電流アラームの発生があれば、下アームが故障していると判断され、放電処理を停止する。   The determination process 7 is confirmation of the presence / absence of the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N. If no overcurrent alarm is generated, both the upper and lower arms are normal, and the process proceeds to the next determination process. If an overcurrent alarm occurs, it is determined that the lower arm has failed, and the discharge process is stopped.

最後に、判定処理8では放電完了か否かの判定を行う。キャパシタの電圧Vhdvcが60V以下であれば放電処理を終了し、以上である場合は、処理1へ戻り、放電処理を継続する。   Finally, in the determination process 8, it is determined whether or not the discharge is completed. If the voltage Vhdvc of the capacitor is 60 V or less, the discharge process is terminated, and if it is, the process returns to process 1 and the discharge process is continued.

次に図8のタイミングチャートを用いて、図7のフローチャートを用いた放電処理を用いて、短絡放電処理が正常に行えた場合について説明する。   Next, a case where the short-circuit discharge process can be normally performed using the discharge process using the flowchart of FIG. 7 will be described using the timing chart of FIG.

まず、タイミング1において、上アーム駆動信号IN_Pと下アーム駆動信号IN_Nを同時にオンさせる。すると、上アームと下アームが短絡することで、キャパシタから短絡電流が流れる。すると、上アームドライバ回路30pや下アームドライバ回路30nの過電流保護部が過電流を検知し、モータ制御用コントローラ100aへ過電流検知信号ALM_Pと過電流検知信号ALM_Nを送信する。電圧平滑用キャパシタ500の電圧は、電圧平滑用キャパシタ500から短絡電流が流れることで、短絡電流が流れた期間において電圧が低下する。   First, at timing 1, the upper arm drive signal IN_P and the lower arm drive signal IN_N are simultaneously turned on. Then, a short circuit current flows from the capacitor by short-circuiting the upper arm and the lower arm. Then, the overcurrent protection units of the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n detect the overcurrent, and transmit the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N to the motor control controller 100a. The voltage of the voltage smoothing capacitor 500 is decreased during the period in which the short-circuit current flows due to the short-circuit current flowing from the voltage smoothing capacitor 500.

次にタイミング2において、モータ制御用コントローラ100aは、過電流検知信号ALM_Pと過電流検知信号ALM_Nの発生と、電圧平滑用キャパシタ500の電圧が所定の値以下に低下したことを確認し、短絡放電処理が正常に動作したことを確認し、次の動作に移行する。   Next, at timing 2, the motor control controller 100a confirms that the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N are generated, and that the voltage of the voltage smoothing capacitor 500 has decreased to a predetermined value or less, and short-circuit discharge occurs. After confirming that the process has been operated normally, the process proceeds to the next operation.

次にタイミング3において、上下アームからの過電流検知信号ALM_Pと過電流検知信号ALM_Nが解除されていることを確認する。   Next, at timing 3, it is confirmed that the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N from the upper and lower arms are released.

タイミング4において、上アームのみをオンさせる。   At timing 4, only the upper arm is turned on.

タイミング5において、過電流検知信号ALM_Pと過電流検知信号ALM_Nが発生しているかどうかを確認する。過電流検知信号ALM_Pと過電流検知信号ALM_Nの発生がないので、次の処理へ移行する。
タイミング6において、下アームのみをオンさせ、タイミング7で過電流アラーム信号の発生がないことを確認し、発生がないため、タイミング8で、Vhvdcのレベルを確認し、60V以上であるために、放電処理を継続する。
At timing 5, it is confirmed whether or not the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N are generated. Since the overcurrent detection signal ALM_P and the overcurrent detection signal ALM_N are not generated, the process proceeds to the next process.
At timing 6, only the lower arm is turned on, and it is confirmed that no overcurrent alarm signal is generated at timing 7, and since there is no occurrence, the level of Vhvdc is confirmed at timing 8 and is 60 V or more. Continue the discharge process.

次に図9のタイミングチャートを用いて、図7のフローチャートを用いた放電処理を用いて放電処理中にパワー半導体素子が故障したため、診断処理で放電処理を停止する場合について説明する。   Next, with reference to the timing chart of FIG. 9, a case will be described in which the discharge process is stopped in the diagnosis process because the power semiconductor element has failed during the discharge process using the discharge process using the flowchart of FIG.

タイミング3までは、図8のタイミングチャートと同じ動作なので、説明を省略する。   The operation up to timing 3 is the same as that in the timing chart of FIG.

タイミング4において、上アームのみをオンさせた際に、タイミング5で、過電流アラームの発生の有無を確認した際、上下アームから過電流アラームが発生している。そのため、下アームがショート故障する等、下アームになんらかの異常が発生していると判断し、短絡放電処理を停止している。   At timing 4, when only the upper arm is turned on, at timing 5, when it is confirmed whether or not an overcurrent alarm is generated, an overcurrent alarm is generated from the upper and lower arms. For this reason, it is determined that some abnormality has occurred in the lower arm, such as a short-circuit failure in the lower arm, and the short-circuit discharge process is stopped.

以上、図7、図8及び図9を用いて説明した実施例2の放電処理によれば、短絡放電後にパワー半導体素子の故障を検出することができるため、短絡放電の際に上下どちらかのパワー半導体素子が故障し、さらに追加の短絡動作で対アームを故障させ、完全上下短絡故障に至ることを防止することが可能となる。この診断処理により、簡易な構成で信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。   As described above, according to the discharge process of the second embodiment described with reference to FIGS. 7, 8, and 9, the failure of the power semiconductor element can be detected after the short circuit discharge. It is possible to prevent the power semiconductor element from failing and further causing the paired arm to fail due to an additional short-circuit operation, thereby causing a complete vertical short-circuit fault. By this diagnosis processing, it is possible to provide a highly reliable capacitor charge discharging means with a simple configuration.

次に本発明の実施例3の形態について図10を用いて説明する。図10は、実施例3の構成を示すブロック構成図である。本実施例3と実施例2との違いは、水温センサ20と、モータ制御用コントローラ100aと、上アームドライバ回路30p及び下アームドライバ回路30nの間に同時オンを防止するための同時オン防止回路25が搭載されている点である。   Next, the form of Example 3 of this invention is demonstrated using FIG. FIG. 10 is a block diagram illustrating the configuration of the third embodiment. The difference between the third embodiment and the second embodiment is that a simultaneous on prevention circuit for preventing simultaneous turn-on between the water temperature sensor 20, the motor control controller 100a, and the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30n. 25 is mounted.

電力変換装置200には、上アームパワー半導体素子40p及び下アームパワー半導体素子40nを冷却するために、冷却水が流れており、水温センサ20は直接もしくは間接的にこの冷却水の温度を、サーミスタ等のセンサによって検出し、モータ制御用コントローラ100aに水温情報WTEMPを送っている。   Cooling water flows through the power conversion device 200 to cool the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n, and the water temperature sensor 20 directly or indirectly adjusts the temperature of the cooling water to the thermistor. The temperature information WTEMP is sent to the motor control controller 100a.

短絡放電処理時には短絡電流の通電とその電流遮断時に上アームパワー半導体素子40p及び下アームパワー半導体素子40nで損失が発生するため、複数回短絡放電処理を行う間に、上アームパワー半導体素子40p及び下アームパワー半導体素子40nの温度が上昇する。そのため、水温が高い場合には、上アームパワー半導体素子40p及び下アームパワー半導体素子40nの温度が上昇し、上アームパワー半導体素子40p及び下アームパワー半導体素子40nを熱破壊で故障させる恐れがある。   Since a loss occurs in the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n at the time of short-circuit discharge processing when a short-circuit current is supplied and interrupted, the upper arm power semiconductor element 40p and The temperature of the lower arm power semiconductor element 40n increases. Therefore, when the water temperature is high, the temperature of the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n rises, and the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n may be damaged due to thermal destruction. .

そのため、実施例3では、水温センサ20からの水温情報WTEMPを元に、水温情報WTEMPが所定の値以上であれば、図7におけるフローチャートでの上下アーム同時オン処理1から次回の同時オン処理1までの間の間隔を、広げる処理を行っている。図7において、通常処理1から次回の処理1までの間隔は、50ms程度であるが、これを100ms、200msと間隔をあけることで、パワー半導体素子の温度が許容値以上に上昇することを防止することができる。また、さらに水温が上昇し異常レベルと判断した場合は、放電処理を行わない判断とする構成としている。   Therefore, in Example 3, based on the water temperature information WTEMP from the water temperature sensor 20, if the water temperature information WTEMP is equal to or greater than a predetermined value, the upper and lower arms simultaneous on processing 1 in the flowchart in FIG. The processing to widen the interval between is performed. In FIG. 7, the interval from the normal process 1 to the next process 1 is about 50 ms, but by separating the interval from 100 ms to 200 ms, the temperature of the power semiconductor element is prevented from rising beyond an allowable value. can do. Further, when it is determined that the water temperature further rises to an abnormal level, it is determined that the discharge process is not performed.

実施例3では短絡放電処理を行うかどうかの判断に、水温センサ20の情報を用いているが、上位コントローラからの水温情報や、冷却水が流れているかを確認するための流量情報を用いてもよい。   In the third embodiment, the information of the water temperature sensor 20 is used to determine whether to perform the short-circuit discharge process, but the water temperature information from the host controller and the flow rate information for confirming whether the cooling water is flowing are used. Also good.

同時オン防止回路25は、モータ制御用コントローラ100aからの出力される上アーム駆動信号IN_P', 下アーム駆動信号IN_N'が両方とも同じタイミングでオンとなった場合に、上アームドライバ回路30p及び下アームドライバ回路30nへの出力信号である上アーム駆動信号IN_P,下アーム駆動信号IN_Nをオフとする機能を有している。   The simultaneous on prevention circuit 25 is connected to the upper arm driver circuit 30p and the lower arm driver circuit 30p when the upper arm drive signal IN_P ′ and the lower arm drive signal IN_N ′ output from the motor control controller 100a are both turned on at the same timing. The upper arm drive signal IN_P and the lower arm drive signal IN_N which are output signals to the arm driver circuit 30n are turned off.

このことにより、なんらかの異常でモータ制御用コントローラ100aからの出力が同時オンとなり、上アームパワー半導体素子40pと下アームパワー半導体素子40nが短絡状態となることを防止している。しかし、この同時オン防止回路25があると、短絡放電処理を行うことができない。そのため、実施例3では、短絡放電処理を行う場合のみ、モータ制御用コントローラ100aから同時オン防止回路25へ、同時オン防止無効化信号DSOPを送り、同時オン防止機能を無効化機能を有している。   As a result, the output from the motor control controller 100a is simultaneously turned on due to some abnormality, and the upper arm power semiconductor element 40p and the lower arm power semiconductor element 40n are prevented from being short-circuited. However, if there is the simultaneous on prevention circuit 25, short circuit discharge processing cannot be performed. Therefore, in the third embodiment, only when the short-circuit discharge process is performed, the simultaneous ON prevention invalidation signal DSOP is sent from the motor control controller 100a to the simultaneous ON prevention circuit 25, and the simultaneous on prevention function is invalidated. Yes.

以上、図9を用いて説明した実施例3の機能により、適正な水温の冷却水が流れている場合のみ、短絡放電処理を行うことで、パワー半導体素子が故障する可能性を低減できるため、より信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。また、短絡放電処理のときのみ同時オン防止回路を解除することで、短絡放電処理を行うことで、より信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。   As described above, with the function of the third embodiment described with reference to FIG. 9, it is possible to reduce the possibility that the power semiconductor element breaks down by performing the short-circuit discharge treatment only when the cooling water having an appropriate water temperature is flowing. More reliable capacitor charge discharging means can be provided. Further, by releasing the simultaneous ON prevention circuit only during the short-circuit discharge process, the capacitor charge discharge means with higher reliability can be provided by performing the short-circuit discharge process.

次に、本発明における実施例4について図11を用いて説明する。実施例4は車両や、電力変換装置に異常が発生した場合のみ、短絡放電処理を行うものである。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the short-circuit discharge process is performed only when an abnormality occurs in the vehicle or the power conversion device.

電動車両の代表的異常時の動作として、電力変換装置の回生動作中のコンタクタオープンが上げられる。通常の回生動作中はモータからの回生エネルギーはバッテリへと戻される。しかし、電力変換装置のモータ回生動作中にコンタクタがオープンになると、モータからの回生エネルギーが行き場を失い電力変換装置内部のキャパシタがチャージされる。   As an operation at the time of a typical abnormality of an electric vehicle, a contactor open during a regenerative operation of the power conversion device is raised. During normal regenerative operation, regenerative energy from the motor is returned to the battery. However, if the contactor is opened during the motor regeneration operation of the power converter, the regenerative energy from the motor loses its place and the capacitor inside the power converter is charged.

そのため、キャパシタの電圧が急上昇する。この問題に対して、キャパシタ電圧の電圧をモニタし、所定のレベル以上になった場合に、まず回生動作を停止する動作を行う。さらに、この際、モータの誘起電圧が電力変換装置内部のパワー半導体モジュールや、キャパシタといった部品の耐圧を超えるような場合を想定して、パワー半導体モジュールの上下どちらかのアーム3つをオンさせることで、モータの端子をショートして、誘起電圧のインバータへの印加を防止する制御、3相ショート制御を行う。   As a result, the voltage of the capacitor rises rapidly. To solve this problem, the capacitor voltage is monitored, and when the voltage exceeds a predetermined level, the regenerative operation is first stopped. Furthermore, at this time, assuming that the induced voltage of the motor exceeds the breakdown voltage of the power semiconductor module inside the power conversion device and the components such as the capacitor, the upper or lower arm of the power semiconductor module is turned on. Thus, the control for preventing the application of the induced voltage to the inverter is performed by short-circuiting the motor terminal, and the three-phase short control is performed.

実施例4では、このような異常時のみ、短絡放電動作を行う処理を行う。図11に本発明実施例4における、短絡放電処理の動作を示す。過電圧を検知し、下アーム3つを継続的にオンさせた状態で、上アームを単発的にオンさせることで、短絡放電処理を行っている。   In the fourth embodiment, processing for performing a short-circuit discharge operation is performed only at such an abnormality. FIG. 11 shows the operation of the short-circuit discharge process in Example 4 of the present invention. The short-circuit discharge process is performed by detecting the overvoltage and turning on the upper arm once in a state where the three lower arms are continuously turned on.

また、実施例4では、車両が追突したことを加速度センサ等で検出してクラッシュ信号という形で、コントローラ100aに車両の異常を検知させる場合も同様の処理で、3相ショートと短絡放電処理の動作を行う機能も有している。   Further, in the fourth embodiment, the same process is performed when the controller 100a detects a vehicle abnormality in the form of a crash signal by detecting that the vehicle has collided with an acceleration sensor or the like. It also has a function to perform the operation.

さらに、実施例4では、短絡放電処理した回数をカウントして記憶装置に記憶させる手段も有している。パワー半導体素子は、ものによっては短絡回数が限定される場合がある。保証短絡回数以上の短絡動作を行う場合、パワー半導体素子が最悪故障する恐れがある。そのため、短絡放電の回数をカウントし、後に故障解析等で本カウント数を用いることで、パワー半導体素子の故障が短絡放電によるものなのか、別要因であるかと分析することができる。   Further, the fourth embodiment also has means for counting the number of short-circuit discharge treatments and storing it in the storage device. Depending on the power semiconductor element, the number of short circuits may be limited. When performing a short-circuit operation more than the guaranteed number of short-circuits, the power semiconductor element may be damaged in the worst case. Therefore, by counting the number of short-circuit discharges and using this count later in failure analysis or the like, it can be analyzed whether the failure of the power semiconductor element is due to short-circuit discharge or another factor.

以上のように、真に異常状態を検出して場合のみ、短絡放電処理を行うことで、短絡耐量が低いパワー半導体素子でも、短絡放電処理を行わせることが可能となり、簡易な構成で、信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。   As described above, by performing short-circuit discharge processing only when a truly abnormal state is detected, it is possible to perform short-circuit discharge processing even for power semiconductor elements with low short-circuit tolerance, and with a simple configuration, reliable A high-capacity capacitor charge discharging means can be provided.

20…水温センサ、25…同時オン防止回路、30…ドライバ回路、30p…上アームドライバ回路、30n…下アームドライバ回路、31p…上アーム過電流検知回路、31n…下アーム過電流検知回路、40p…上アームパワー半導体素子、40n…下アームパワー半導体素子、50…電流センサ、60…電圧センサ、70…放電抵抗、71…放電用スイッチ素子、100a…モータ制御用コントローラ、100b…ゲートドライバ回路、200…電力変換装置、300…パワー半導体モジュール、500…電圧平滑用キャパシタ、900…モータ、901…バッテリー、902…コンタクタ、ALM_N…過電流検知信号、ALM_P…過電流検知信号、DSOP…同時オン防止無効化信号、Ic…上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流、IN_N…下アーム駆動信号、IN_P…上アーム駆動信号、Is…センス電流、Rs…センス抵抗、Vce_N…下アームコレクタ〜エミッタ電圧、Vce_P…上アームコレクタ〜エミッタ電圧、Vge_P…上アームゲート〜エミッタ間電圧、Vhvdc…キャパシタ電圧、Voc_P…上アーム電流センス電圧、WTEMP…水温情報 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Water temperature sensor, 25 ... Simultaneous ON prevention circuit, 30 ... Driver circuit, 30p ... Upper arm driver circuit, 30n ... Lower arm driver circuit, 31p ... Upper arm overcurrent detection circuit, 31n ... Lower arm overcurrent detection circuit, 40p ... upper arm power semiconductor element, 40n ... lower arm power semiconductor element, 50 ... current sensor, 60 ... voltage sensor, 70 ... discharge resistor, 71 ... discharge switch element, 100a ... motor controller, 100b ... gate driver circuit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... Power converter, 300 ... Power semiconductor module, 500 ... Voltage smoothing capacitor, 900 ... Motor, 901 ... Battery, 902 ... Contactor, ALM_N ... Overcurrent detection signal, ALM_P ... Overcurrent detection signal, DSOP ... Simultaneous ON prevention Invalidation signal, Ic: Collect through upper arm to lower arm Current, IN_N: Lower arm drive signal, IN_P: Upper arm drive signal, Is: Sense current, Rs: Sense resistor, Vce_N: Lower arm collector to emitter voltage, Vce_P: Upper arm collector to emitter voltage, Vge_P: Upper arm gate to Emitter voltage, Vhvdc ... capacitor voltage, Voc_P ... upper arm current sense voltage, WTEMP ... water temperature information

Claims (5)

ブリッジ接続された上アーム回路及び下アーム回路を構成する複数のパワー半導体素子を有する電力変換回路と、
前記電力変換回路に印加される電圧を平滑する電圧平滑用キャパシタと、
前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路と、
前記パワー半導体素子に流れる電流が所定の値以上であることを検出して過電流状態であると判断し、当該パワー半導体素子を通常より遅い速度で遮断する過電流保護手段と、
前記ドライバ回路に対して、前記複数のパワー半導体素子の同時オン信号を、前記過電流検出手段の判断する所定の期間以上送信することで、上アーム回路及び下アーム回路を構成する複数のパワー半導体素子を短絡動作させることにより、前記電圧平滑用キャパシタの電荷を放電させる短絡放電手段と、を備え、
前記短絡放電手段が動作した後、所定の時間経過後に、再度、前記短絡放電手段により放電を行う動作を繰り返し行うことで、前記電圧平滑用キャパシタを所定の電圧以下まで放電させる電力変換装置。
A power conversion circuit having a plurality of power semiconductor elements constituting a bridge-connected upper arm circuit and lower arm circuit;
A voltage smoothing capacitor for smoothing a voltage applied to the power conversion circuit;
A driver circuit for driving the power semiconductor element;
An overcurrent protection means for detecting that the current flowing through the power semiconductor element is equal to or greater than a predetermined value and determining that it is in an overcurrent state, and shutting off the power semiconductor element at a speed slower than normal;
A plurality of power semiconductors constituting the upper arm circuit and the lower arm circuit by transmitting a simultaneous ON signal of the plurality of power semiconductor elements to the driver circuit for a predetermined period or more determined by the overcurrent detection means. Short-circuit discharge means for discharging the electric charge of the voltage smoothing capacitor by short-circuiting the element,
A power conversion device that discharges the voltage smoothing capacitor to a predetermined voltage or less by repeatedly performing an operation of discharging by the short-circuit discharge unit again after a predetermined time has elapsed after the short-circuit discharge unit has been operated.
請求項1に記載の電力変換装置であって、
繰り返しの短絡放電手段の動作の間に、前記上アーム回路を構成する前記パワー半導体素子を所定の期間オンさせ、過電流発生の有無で、前記下アーム回路を構成する前記パワー半導体素子の故障をチェックする下アーム故障診断手段と、
前記上アーム回路を構成する前記パワー半導体素子をオンさせた後、所定の期間後、前記下アーム回路を構成する前記パワー半導体素子を所定の期間オンさせ、過電流発生の有無で、前記上アーム回路を構成する前記パワー半導体素子の故障をチェックする上アーム故障診断手段と、
前記上アーム故障診断手段と前記下アーム故障診断手段のどちらかが、前記パワー半導体素子の故障と判断した場合、前記繰り返し処理を停止する電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
During the operation of the repetitive short-circuit discharge means, the power semiconductor element constituting the upper arm circuit is turned on for a predetermined period, and the failure of the power semiconductor element constituting the lower arm circuit due to the occurrence of overcurrent is detected. Lower arm failure diagnosis means to check,
After turning on the power semiconductor element that constitutes the upper arm circuit, after a predetermined period, the power semiconductor element that constitutes the lower arm circuit is turned on for a predetermined period. Upper arm failure diagnosis means for checking a failure of the power semiconductor element constituting the circuit;
A power conversion device that stops the repetitive processing when one of the upper arm failure diagnostic unit and the lower arm failure diagnostic unit determines that the power semiconductor element is defective.
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記ドライバ回路に駆動信号を出力するコントローラと、
前記ドライバ回路と前記コントローラの間に、前記コントローラから前記ドライバ回路へ送信する駆動信号が上下同時オンである場合に出力をオフとする同時オン防止手段と、
前記コントローラからの信号により前記同時オン防止手段を無効とする同時オン防止無効化手段と、を有するこ電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
A controller that outputs a drive signal to the driver circuit;
Simultaneous on prevention means for turning off the output when the drive signals transmitted from the controller to the driver circuit are simultaneously turned on between the driver circuit and the controller;
A simultaneous on-prevention invalidating means for invalidating the simultaneous on-preventing means by a signal from the controller.
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記パワー半導体素子は冷却水を流して冷却する水冷方式で冷却され、
前記コントローラは、前記冷却水が所定の水温で所定の流量流れているかどうかを確認できる冷却水有無情報を受け、前記冷却水の状態に応じて、前記短絡放電の繰り返し間隔を可変する電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The power semiconductor element is cooled by a water cooling method in which cooling water is flowed to cool it,
The controller receives cooling water presence / absence information that can confirm whether or not the cooling water is flowing at a predetermined flow rate at a predetermined water temperature, and changes the short-circuit discharge repetition interval according to the state of the cooling water .
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記短絡放電手段は、前記電圧平滑用キャパシタに過電圧が印加された場合に実行され、短絡放電した回数を記憶する短絡放電回数記憶部を有する電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The short-circuit discharge means is a power conversion device that is executed when an overvoltage is applied to the voltage smoothing capacitor and includes a short-circuit discharge number storage unit that stores the number of short-circuit discharges.
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