JP2017200292A - 信号伝達回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】所定の基準電圧を基準とした信号を出力する絶縁素子を複数有する信号伝達回路において、複数の絶縁素子から受信装置に対して信号が入力される経路を共通化する。
【解決手段】駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3が検知した異常を表す異常信号を、前記複数の駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3から制御装置40へ、複数の磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3を介して伝達する信号伝達回路において、複数の磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3から異常信号が入力され、複数の駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3のうち少なくとも1つが異常を検知した場合に、ハイ状態及びロー状態の二値の一方を表す二値信号によって異常の発生を表す信号を出力する論理回路30を備え、論理回路30の出力は、制御装置40に入力されている。
【選択図】 図5

Description

本発明は、半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動するとともに、互いに絶縁された複数の駆動回路を有する電源システムに適用される信号伝達回路に関する。
車載電動機を駆動するインバータ装置は高圧システムを構成し、インバータ装置を制御する制御装置は、高圧システムと絶縁された低圧システムを構成する。インバータ装置を構成するスイッチング素子の温度情報やスイッチング素子の異常を通知する異常情報を表す信号を、インバータ装置から制御装置に伝達する場合、高圧システムから低圧システムに信号を伝達することになる。高圧システムと低圧システムとは絶縁されているため、インバータ装置から制御装置への信号伝達は、絶縁素子を介して行うことになる。
特許文献1には、絶縁素子としてフォトカプラを用い、さらに、フォトカプラの2次側を直列接続することで、絶縁素子から制御装置(受信装置)への伝達経路を共通化している。そして、スイッチング素子の少なくとも一つに異常が生じた場合、制御装置には異常を表す信号が入力される。制御装置への伝達経路を共通化することで、制御装置と絶縁素子との間の配線を簡素化することができる。
特開2009−136115号公報
近年、フォトカプラに代えて、磁気カプラのような絶縁素子が用いられている。ここで、磁気カプラは、入力信号に応じて、所定の基準電圧(接地電圧)を基準とした信号を出力するものである。このため、フォトカプラのように2次側を直列接続させて用いることができない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、所定の基準電圧を基準とした信号を出力する絶縁素子を複数有する信号伝達回路において、複数の絶縁素子から受信装置に対して信号が入力される経路を共通化することを主たる目的とする。
本構成は、複数の半導体スイッチング素子(SWp1〜SWp3,SWn1〜SWn3)をそれぞれ駆動するとともに、互いに絶縁された複数の駆動回路(Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3)を有する電源システム(INV)に適用され、前記複数の半導体スイッチング素子にそれぞれ対応する異常を表す異常信号を、前記複数の駆動回路がそれぞれ設けられた1次側の領域から2次側の受信装置(40)へ、複数の絶縁素子(Mp1〜Mp3,Mn1〜Mn3)を介して伝達する信号伝達回路において、前記複数の絶縁素子は、前記2次側の所定の基準電圧を基準にして、前記異常信号をそれぞれ伝達するものであって、前記2次側において、前記複数の絶縁素子から前記異常信号が入力され、前記複数の半導体スイッチング素子の少なくとも1つに対応する異常が生じた場合に、異常の発生を表す所定信号を出力する論理回路(30)を備え、前記論理回路が出力する前記所定信号は、前記受信装置に入力されていることを特徴とする。
本構成によれば、複数の絶縁素子から受信装置に対して異常信号が入力される経路を共通化することが可能になる。
インバータ装置の電気的構成を表す図。 インバータ装置が実装される回路基板を表す概略図。 パワーカード(半導体スイッチング素子)の構成を表す概略図。 磁気カプラの電気的構成を表す図。 第1実施形態における磁気カプラと論理回路との接続を表す図。 第2実施形態における磁気カプラと論理回路との接続を表す図。 第3実施形態における磁気カプラと論理回路との接続を表す図。 第4実施形態における磁気カプラと論理回路との接続を表す図。 第4実施形態におけるモジュールの電気的構成を表す図。 第5実施形態における磁気カプラと論理回路との接続を表す図。 第5実施形態における第1実施形態における磁気カプラから制御装置への配線を表す図。
(第1実施形態)
以下、「電源システム」に適用される「信号伝達回路」をハイブリッド車に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に、本実施形態にかかる電力変換装置の電気的構成を示す。モータジェネレータ10は、駆動輪や内燃機関に機械的に連結されている。モータジェネレータ10は、インバータ装置INVに接続されている。インバータ装置INV(電力変換回路)は、直流電源12の出力電圧を入力電圧とし、直流電力を交流電力に変換するものである。ここで、直流電源12は、端子電圧がたとえば100V以上の高電圧となる高電圧バッテリである。なお、直流電源は、昇降圧コンバータなどであってもよい。
インバータ装置INVは、高電圧側のスイッチング素子SWp1〜SWp3(上アームスイッチング素子)及び低電圧側のスイッチング素子SWn1〜SWn3(下アームスイッチング素子)の直列接続体が3つ並列接続されて構成されている。そして、これら各スイッチング素子SWp1〜SWp3、及び、スイッチング素子SWn1〜SWn3の接続点が、モータジェネレータ10の各相にそれぞれ接続されている。
また、上記高電圧側のスイッチング素子SWp1〜SWp3及び低電圧側のスイッチング素子SWn1〜SWn3のそれぞれの入出力端子間(コレクタ及びエミッタ間)には、高電圧側のフリーホイールダイオードFDp1〜3及び低電圧側のフリーホイールダイオードFDn1〜3のカソード及びアノードが接続されている。
コンデンサCAは、上アームスイッチSWp1〜SWp3のコレクタ(高電圧側端子)と、下アームスイッチSWn1〜SWn3のエミッタ(低電圧側端子)とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する平滑コンデンサである。
なお、上記インバータ装置INVを構成する半導体スイッチング素子SW(SWp1〜SWp3,SWn1〜SWn3)は、いずれもパワー半導体であり、より具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)である。
制御装置40は、マイクロコンピュータであって、インバータ装置INVを操作することで、モータジェネレータ10の制御量を制御するためのデジタル処理手段である。詳しくは、制御装置40は、後述する絶縁手段としての磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3を備えるインターフェース42を介して、インバータ装置INVの各スイッチング素子SWに操作信号を出力することで、インバータ装置INVを操作する。
より具体的には、制御装置40はインターフェース42を介して各スイッチング素子SWの制御端子(ゲート)に対して駆動信号を入力する駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3に駆動指令信号を出力する。駆動指令信号とは、具体的には、インバータ装置INVの出力電圧の目標値と、インバータ装置INVの入力電圧の検出値とに基づいて設定されるPWM(Pulse Width Modulation)信号である。ここで、インターフェース42に絶縁手段を備えるのは、インバータ装置INVや直流電源12を備える高電圧システムと、制御装置40を備える低電圧システムとを絶縁するためである。
スイッチSWp1〜SWp3,SWn1〜SWn3のエミッタはそれぞれ絶縁されており、それぞれ異なる基準電圧に接続されている。また、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3は、駆動対象のスイッチSWp1〜SWp3,SWn1〜SWn3のエミッタに接続されている。駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3は、駆動対象のスイッチSWp1〜SWp3,SWn1〜SWn3のエミッタの電圧を基準電圧として、駆動対象のスイッチSWp1〜SWp3,SWn1〜SWn3のゲートに電圧を印加する。
図2に、本実施形態にかかるインバータ装置INVが実装される回路基板50を示す。図示される回路基板50は、インバータ装置INVに接続される高電圧回路領域HVと、低電圧回路領域LVとの双方を有する。ここで、基本的には、図中、右側(上アームスイッチSWp3に対し、上アームスイッチSWp2が設けられている方向と逆の方向)の領域が低電圧回路領域LVであり、中央及び左側(上アームスイッチSWp3に対し、上アームスイッチSWp2が設けられている方向)の領域が高電圧回路領域HVである。ただし、高電圧回路領域HV内には、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3のように、低電圧システムと高電圧システムとの双方を構成する部品も混在している。
制御装置40は、図中右側の低電圧回路領域LVに配置されている。インバータ装置INVを構成する各スイッチング素子SWの駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3の電源回路を構成するフライバックコンバータ用の電解コンデンサ(図示略)は、低電圧システムを構成するものとして、低電圧回路領域LVに配置されている。また、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3の電源回路を構成するフライバックコンバータ用のトランス(図示略)の1次巻線側は低電圧システムを構成するものとして低電圧回路領域LVに配置され、2次巻線側は高電圧システムを構成するものとして高電圧回路領域HVに配置されている。
図3に示すように、上記インバータ装置INVを構成する各スイッチング素子SWは、回路基板50の裏面(図2に示された面の裏面)側から回路基板50に差し込まれて接続されている。ここで、各スイッチング素子SWは、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてパワーカードPWC(モジュール)を構成している。パワーカードPWCには、フリーホイールダイオードFDや感温ダイオードSDも収納されているが、図3では、フリーホイールダイオードFDの記載を省略している。
パワーカードPWCは、高電圧側のスイッチング素子SWpが収納されたものと、低電圧側のスイッチング素子SWnが収納されたものとで互いに同一構造である。パワーカードPWCは、絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子を有する。具体的には、スイッチング素子SWのゲート端子G、エミッタ検出端子KE、センス端子SE、感温ダイオードSDのアノードAおよびカソードKの各端子が、回路基板50に挿入され接続されている。ここで、エミッタ検出端子KEは、スイッチング素子SWのエミッタEに接続され、エミッタEと同電圧の電極である。コレクタ検出端子KCは、スイッチング素子SWのコレクタに接続され、コレクタと同電圧の電極である。センス端子SEは、スイッチング素子SWを流れる電流と相関を有する微小電流を出力するための端子である。
図2に示すように、スイッチング素子SWは、高電圧システムを構成するものであるため、これら各スイッチング素子SWを他の回路と絶縁すべく、回路基板50には、絶縁領域IAが設けられている。絶縁領域IAは、回路(素子や配線や電源パターン)が配置されない領域である。
図中上の列には、上アームスイッチSWp1〜SWp3を備えるパワーカードPWCの端子が示されており、これらは互いに絶縁領域IAによって隔離されている。そして、絶縁領域IAによって囲まれた領域に上アームスイッチSWp1〜SWp3を駆動する駆動回路Dp1〜Dp3が実装されている。これは、各上アームスイッチSWp1〜SWp3同士のエミッタ検出端子KEの電圧が、対応する下アームスイッチSWn1〜SWn3がオン状態であるかオフ状態であるかに応じて、大きく変動するからである。このため、これらの駆動回路Dp1〜Dp3の動作電圧自体は小さいとはいえ、駆動回路Dp1〜Dp3同士を絶縁する必要が生じる。上記絶縁領域IAの幅は、法規による要請や、絶縁破壊等を回避する観点から定められる。
また、図中下の列には、下アームスイッチSWn1〜SWn3を備えるパワーカードPWCの端子が示されている。これら下アームスイッチSWn1〜SWn3に対応するエミッタ検出端子KEの電圧が近いため、これらの間に絶縁領域IAが設けられていない。駆動回路Dn1〜Dn3の構成部品の動作電圧自体は、必ずしも低電圧回路領域LV内の部品と比較して大きいわけではない。このため、これら下アームスイッチSWn1〜SWn3の駆動回路Dn1〜Dn3同士は、回路基板50上において必ずしも絶縁領域IAを設ける必要がない。
しかしながら、駆動回路Dn1〜Dn3の基準電圧(対応するスイッチSWn1〜SWn3のエミッタの電圧)は、インバータ装置INVの動作中において、スイッチSWn1〜SWn3のエミッタ間の抵抗成分及び誘導成分により互いに異なるものである。このため、駆動回路Dn1〜Dn3の間において、絶縁領域IAは設けられていないものの、駆動回路Dn1〜Dn3同士は絶縁されている。
駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3(以下、駆動回路Dとも記載する)は、対応するスイッチング素子SWのゲート端子G、エミッタ検出端子KEに接続されて、スイッチング素子SWのゲート端子Gに電圧を印加することで、スイッチング素子SWを駆動する。
さらに、本実施形態の駆動回路Dは、対応するスイッチング素子SWのセンス端子SE、並びに、感温ダイオードSDのアノードA及びカソードKに接続される。そして、駆動回路Dは、センス端子SEの電圧値に基づいて、スイッチング素子SWに流れる電流を検出する。また、駆動回路Dは、感温ダイオードSDのアノードAとカソードKとの間の電圧に基づいて、スイッチング素子SWの温度を検出する。また、駆動回路Dは、スイッチング素子SWに流れる電流の検出値、及び、スイッチング素子SWの温度の検出値に基づいて、スイッチング素子SWの異常を判定する。また、駆動回路Dは、駆動回路D自身の異常を判定する。そして、駆動回路Dは、スイッチング素子SW及び駆動回路Dの異常情報(即ち、スイッチング素子SWに対応する異常)を表す異常信号を制御装置40に送信する。なお、異常判定の主体はスイッチング素子SWや他のICであってもよい。
ここで、上述したように、駆動回路Dと制御装置40とはインターフェース42を介して接続されている。より具体的には、駆動回路Dと制御装置40とは、インターフェース42を構成する磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3(以下、磁気カプラMとも記載する)を介して接続されている。
図4に示すように、磁気カプラMは、駆動回路D側に入力回路22、制御装置40側に出力回路21、そして、入力回路22と出力回路21との間に絶縁素子であるトランス23を備えている。入力回路22は、磁気カプラMに駆動回路Dから入力される入力信号を受信する。そして、入力回路22は、入力信号に応じて、トランス23を介してパルス信号を出力回路21に送信する。出力回路21は、入力回路22から送信されたパルス信号に応じて、磁気カプラMから制御装置40に対して出力信号を送信する。ここで、駆動回路Dから入力回路22に入力される信号は、駆動回路Dが検知した異常信号である。
さらに、磁気カプラMは、制御装置40側に入力回路24、駆動回路D側に出力回路25、そして、入力回路24と出力回路25との間に絶縁素子であるトランス26を備えている。入力回路24は、磁気カプラMに制御装置40から入力される入力信号を受信する。そして、入力回路24は、入力信号に応じて、トランス26を介してパルス信号を出力回路25に送信する。出力回路25は、入力回路24から送信されたパルス信号に応じて、磁気カプラMから制御装置40に対して出力信号を送信する。ここで、制御装置40から入力回路24に入力される信号は、駆動回路Dに対する駆動指令信号である。
ここで、磁気カプラMの出力回路21は、スイッチS1,S2を駆動することで信号を出力する。スイッチS1,S2はMOS−FETであり、磁気カプラMの動作時において、スイッチS1,S2のいずれか一方がオン状態にされる。スイッチS1がオン状態にされると、出力端子と電源とが導通状態とされて出力端子からハイ状態の信号が出力される。また、スイッチS2がオン状態にされると、出力端子と接地電圧とが導通状態とされて出力端子からロー状態の信号が出力される。つまり、磁気カプラMは、所定の基準電圧(接地電圧)を基準としてハイ状態及びロー状態の二値の一方をとる二値信号によって、入力信号に応じて出力信号を送信するものである。なお、磁気カプラMの出力回路25も出力回路21と同様に、スイッチS3,S4を駆動することで信号を出力する。
図5に示すように、本実施形態では、回路構成を簡略化するために、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、制御装置40との間に論理回路30を設ける構成としている。ここで、回路構成の簡略化とは、制御装置40において異常情報の受信に用いる端子数の低減化や、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、制御装置40との間の配線の簡略化のことである。論理回路30は、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3の少なくとも1つから磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3を介して、異常信号が入力された場合に、システム全体としての異常の発生を表す所定信号を制御装置40へ出力する。
本実施形態の磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3は、1次側の駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3から異常を表す異常信号が入力された場合に、それぞれ2次側(制御装置40側)において、ハイ状態の信号を出力する。そこで、論理回路30は、OR回路を用いることで、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3の少なくとも1つから異常信号が入力された場合に、制御装置40に対してハイ状態の信号を出力する。
つまり、論理回路30は、全ての磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3の出力信号の論理和をとり、制御装置40へ出力することで、システム全体としての異常の発生を表す所定信号を制御装置40へ出力する。本構成によれば、複数の磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3から制御装置40に対して異常信号が入力される経路を共通化することが可能になる。
また、論理回路30は、隣り合う磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3を直列接続(シリアル接続)する。ここで、図2に示すように、磁気カプラMn3と磁気カプラMn2とが隣り合い、磁気カプラMn2と磁気カプラMn1とが隣り合い、磁気カプラMn1と磁気カプラMp1とが隣り合い、磁気カプラMp1と磁気カプラMp2とが隣り合い、磁気カプラMp2と磁気カプラMp3とが隣り合っている。
論理回路30は、磁気カプラMn3の出力と磁気カプラMn2の出力とが入力されるOR回路On2を備えている。また、そのOR回路On2の出力と磁気カプラMn1の出力とが入力されるOR回路On1を備えている。また、そのOR回路On1の出力と磁気カプラMp1の出力とが入力されるOR回路Op1を備えている。また、そのOR回路Op1の出力と磁気カプラMp2の出力とが入力されるOR回路Op2を備えている。また、そのOR回路Op2の出力と磁気カプラMp3の出力とが入力されるOR回路Op3を備えている。
OR回路Op1〜Op3,On1は、対応する1の磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1の出力と、隣接する1のOR回路Op1,Op2,On1,On2の出力が入力される「第1の論理素子」に相当する。OR回路Op3は、出力が制御装置40に入力される「第2の論理素子」に相当する。OR回路Op3の出力信号は、論理回路30の出力信号として制御装置40に入力される。OR回路On2は、対応する2の磁気カプラMn2,Mn3の出力が入力される「第3の論理素子」に相当する。
本構成では、上述した通り、隣り合う磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3を直列接続するようにOR回路Op1〜Op3,On1,On2を設ける構成とした。これにより、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と論理回路30と制御装置40との間の配線をより簡素化することができる。
図2に示すとおり、OR回路Op1〜Op3,On1,On2において、出力が制御装置40に入力される「第2の論理素子」であるOR回路Op3に対応する磁気カプラMp3は、制御装置40との距離が最も近いものである。このため、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と論理回路30と制御装置40との間の配線Lの長さを短くすることができる。これにより、制御装置40が駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3の異常をより早く取得することが可能になる。
さらに、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3は、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3から異常を表す異常信号が入力されていない場合、つまり、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3のいずれも異常を検知していない場合、ロー状態の信号を出力し続ける。また、OR回路Op1〜Op3,On1,On2の入力端子は、抵抗を介して電源に接続されることでプルアップされている。このため、システム全体として異常が発生していない場合、OR回路Op1〜Op3,On1,On2にはロー状態の信号が入力され、論理回路30(OR回路Op3)から、システム全体が正常であることを表すロー状態の信号が出力される。
この構成によれば、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、OR回路Op1〜Op3,On1,On2との接続において、断線などによって開異常が生じた場合、OR回路Op1〜Op3,On1,On2の入力のうち一つがハイ状態とされる。これにより、論理回路30からは、システム全体としての異常の発生を表すハイ状態の信号が出力される。また、OR回路Op1〜Op3,On1,On2同士の接続において、断線などによって開異常が生じた場合、OR回路Op1〜Op3,On1の入力のうち一つがハイ状態とされる。これにより、論理回路30からは、システム全体としての異常の発生を表すハイ状態の信号が出力される。
つまり、本構成によれば、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、OR回路Op1〜Op3,On1,On2との接続における開異常、及び、OR回路Op1〜Op3,On1,On2同士の接続における開異常をシステム全体における異常として検出することが可能となる。
また、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3自身の異常によって、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3の動作が停止した場合、OR回路Op1〜Op3,On1,On2の入力のうち一つがハイ状態とされる。これにより、論理回路30からは、システム全体としての異常の発生を表すハイ状態の信号が出力される。つまり、本構成によれば、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3自身における異常をシステム全体における異常として検出することが可能となる。
本実施形態における「絶縁素子」は、磁気結合型の絶縁素子であり、より具体的には、磁気カプラである。本実施形態の構成によれば、所定の基準電圧を基準としてハイ状態及びロー状態の二値の一方をとる二値信号を出力する磁気カプラにおいても、「受信装置」としての制御装置40との経路の共通化を図ることができる。
(第2実施形態)
第2実施形態の磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3は、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3から異常を表す異常信号が入力された場合に、それぞれロー状態の信号を出力する。さらに、第2実施形態の論理回路30Aは、AND回路を用いることで、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3の少なくとも1つから異常信号が入力された場合に、制御装置40に対してロー状態の信号を出力する。
図6に第2実施形態の構成を示す。論理回路30Aは、磁気カプラMn3,Mn2の出力は、AND回路An2に入力される。また、そのAND回路An2の出力と磁気カプラMn1の出力とは、AND回路An1に入力される。また、そのAND回路An1の出力と磁気カプラMp1の出力とは、AND回路Ap1に入力される。また、そのAND回路Ap1の出力と磁気カプラMp2の出力とは、AND回路Ap2に入力される。また、そのAND回路Ap2の出力と磁気カプラMp3の出力とは、AND回路Ap3に入力される。AND回路Ap3の出力信号は、論理回路30Aの出力信号として制御装置40に入力される。
論理回路30AがAND回路Ap1〜Ap3,An1,An2を備える図6の構成では、AND回路Ap1〜Ap3,An1,An2の入力がプルダウンされている。さらに、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3のいずれも異常を検知していない場合、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3はハイ状態の信号を出力し続ける。
上記構成によれば、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3とAND回路Ap1〜Ap3,An1,An2との接続に開異常が生じた場合、制御装置40に対してシステム全体としての異常の発生を表すロー状態の信号が入力される。同様に、AND回路Ap1〜Ap3,An1,An2同士の接続に開異常が生じた場合、制御装置40に対してシステム全体としての異常の発生を表すロー状態の信号が入力される。また、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3の動作が停止した場合に、制御装置40に対してシステム全体としての異常の発生を表すロー状態の信号が入力される。
つまり、上記構成によれば、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、AND回路Ap1〜Ap3,An1,An2との接続における開異常、及び、AND回路Ap1〜Ap3,An1,An2同士の接続における開異常をシステム全体における異常として検出することが可能となる。
(第3実施形態)
第3実施形態の構成を図7に示す。図5に示す第1実施形態の構成と比較すると、本実施形態の論理回路30Bは、「第4の論理素子」であるOR回路On3を備えている。OR回路On3には、磁気カプラMn3の出力と、接地電圧とが入力されている。また、OR回路On3の出力は、OR回路On2に入力されている。これにより、OR回路On3は、磁気カプラMn3の出力をそのままOR回路On2に出力する。
第3実施形態の構成では、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3に対し、OR回路Op1〜Op3,On1〜On3がそれぞれ設けられている。そこで、各磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、対応するOR回路Op1〜Op3,On1〜On3とをモジュール化している。ここでモジュール化とは、一つの磁気カプラ、及び、その磁気カプラMに対応するOR回路を含む複数の素子と、その素子同士を接続する配線と、を樹脂などで封止することをいう。
第3実施形態では、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、OR回路Op1〜Op3,On1〜On3と、がそれぞれ封止されたモジュールPp1〜Pp3,Pn1〜Pn3は、同一の構成である。つまり、モジュールPp1〜Pp3,Pn1〜Pn3の構成が共通化されているため、モジュールPp1〜Pp3,Pn1〜Pn3として同一の素子を用いることができ、製造コストを低減することができる。
なお、第3実施形態と同様に、第2実施形態の構成において、磁気カプラMn3に対応するAND回路An3を設け、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と対応するAND回路Ap1〜Ap3,An1〜An3とをモジュール化する構成としてもよい。AND回路An3の入力のうち、磁気カプラMn3の出力が入力されていない方の端子は、プルアップされているとよい。本構成によれば、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第4実施形態)
第4実施形態の構成を図8に示す。図6に示す第2実施形態の構成と同様に、第4実施形態の論理回路30Cは、AND回路を備えている。さらに、「第4の論理素子」であるAND回路An3を設けている。
また、第3実施形態と同様に、各磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、対応するAND回路Ap1〜Ap3,An1〜An3とをモジュール化している。加えて、本実施形態の構成では、AND回路Ap1〜Ap3,An1〜An3の入力をプルダウンするプルダウン抵抗をモジュールPp1〜Pp3,Pn1〜Pn3に内蔵している。
本実施形態では、AND回路An3に対し、磁気カプラMn3の出力、及び、AND回路Ap3(論理回路30C)の出力が入力される構成としている。具体的には、AND回路An3の入力端子には、モジュールPn3の外部において抵抗Raによってプルアップされるとともに、AND回路Ap3の出力が入力されている。モジュールPn3の入力をモジュールPn3の外部においてプルアップするプルアップ抵抗Raの抵抗値は、モジュールPn3に内蔵されているプルダウン抵抗の抵抗値より小さく設定されている。これにより、モジュールPn3の構成をモジュールPp1〜Pp3,Pn1,Pn2と共通化しつつ、モジュールPn3(AND回路An3)の入力をプルアップしている。
システム全体における異常が生じた場合、論理回路30Cの出力がロー状態とされ、AND回路An3にロー状態の信号が入力される。また、論理回路30Cの出力がロー状態とされていない場合(ハイ状態又はフロート状態の場合)、OR回路On3にはハイ状態の信号が入力される。この構成により、システム全体における異常が生じた場合に、全てのAND回路Ap1〜Ap3,An1〜An3の出力がロー状態となる。
また、本実施形態の磁気カプラM(磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3)は、図9に示すように、駆動回路Dから制御装置40に対して、駆動回路Dが検知した異常を表す信号である異常信号を伝達するとともに、制御装置40から駆動回路Dに対して、スイッチSWの駆動を指令する駆動指令信号を伝達する。
図9に示すように、本実施形態の磁気カプラMの入力回路24には、AND回路ANの出力が入力される。上述した通り、システム全体における異常が生じた場合に、全てのAND回路ANの出力がロー状態となる。入力回路24は、AND回路ANからロー状態の信号が入力されると、制御装置40から入力される駆動指令信号に関わらず、トランス26に対するパルス信号の出力を停止する。なお、入力回路24に対して、AND回路ANの出力信号と、駆動指令信号とをそれぞれ入力する構成を変更し、AND回路ANの出力信号と駆動指令信号とをAND回路に入力し、そのAND回路の出力を入力回路24に入力する構成としてもよい。
本実施形態の構成によれば、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3のいずれか1つに異常が生じた場合に、全てのAND回路Ap1〜Ap3,An1〜An3の出力信号が、異常の発生を表すものとなる。そして、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3は、そのAND回路Ap1〜Ap3,An1〜An3に応じて、対応する駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3に対する駆動指令信号の伝達を停止する。この構成によって、制御装置40を介することなく、Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3のいずれか1つに異常が生じた場合にインバータ装置INVの出力を停止できる。
また、本実施形態の構成によれば、第2実施形態と同様に、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3と、AND回路Ap1〜Ap3,An1〜An3と、がそれぞれ封止されたモジュールPp1〜Pp3,Pn1〜Pn3は、同一の構成である。つまり、モジュールPp1〜Pp3,Pn1〜Pn3の構成が共通化されているため、モジュールPp1〜Pp3,Pn1〜Pn3として同一の素子を用いることができ、製造コストを低減することができる。
なお、第4実施形態と同様に、第3実施形態の構成を変更し、論理回路30Bの出力信号をOR回路On3に入力する構成としてもよい。この場合、OR回路On3には、磁気カプラMn3の出力と、論理回路30Bの出力(OR回路Op3)の出力とが入力される。なお、論理回路30Bの出力信号がハイ状態となった場合に、OR回路On3に対しハイ状態の信号が入力され、論理回路30Bの出力信号がハイ状態以外の場合(ロー状態又はフロート状態の場合)に、OR回路On3に対しロー状態の信号が入力される構成とするとよい。
(第5実施形態)
第5実施形態の構成を図10に示す。本実施形態では、磁気カプラMp1〜Mp3がOR回路Op1,Op2から構成される第1の論理回路30Dによって直列接続され、磁気カプラMn1〜Mn3がOR回路On1,On2から構成される第2の論理回路30Eによって直列接続されている。そして、論理回路30D,30Eの出力がそれぞれ独立して制御装置40に入力される。
つまり、第1の論理回路30Dには、上アームスイッチSWp1〜SWp3に対応する磁気カプラMp1〜Mp3から異常信号が入力される。そして、第1の論理回路30Dは、上アームスイッチSWp1〜SWp3に対応する駆動回路Dp1〜Dp3のうち少なくとも1つが異常を検知した場合に、上アームスイッチSWp1〜SWp3、駆動回路Dp1〜Dp3を含むシステム全体としての異常を表す異常信号を制御装置40に対して出力する。
同様に、第2の論理回路30Eには、下アームスイッチSWn1〜SWn3に対応する磁気カプラMn1〜Mn3から異常信号が入力される。そして、第2の論理回路30Eは、下アームスイッチSWn1〜SWn3に対応する駆動回路Dn1〜Dn3のうち少なくとも1つが異常を検知した場合に、下アームスイッチSWn1〜SWn3、駆動回路Dn1〜Dn3を含むシステム全体としての異常を表す異常信号を制御装置40に対して出力する。
図11に、本実施形態における磁気カプラMn1〜Mn3を接続する配線Lnと、磁気カプラMp1〜Mp3を接続する配線Lpとを示す。
本実施形態の構成によれば、制御装置40が上アームスイッチSWp1〜SWp3の駆動回路Dp1〜Dp3の異常信号と下アームスイッチSWn1〜SWn3の駆動回路Dn1〜Dn3の異常信号とを独立して取得することで、制御装置40が駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3の異常をより早く取得することが可能になる。また、例えば、上アームスイッチSWp1〜SWp3の駆動回路Dp1〜Dp3が異常を検知した場合は、下アームスイッチSWn1〜SWn3を制御することで、インバータ装置INVに蓄積された電力を放電することができる。下アームスイッチSWn1〜SWn3の駆動回路Dn1〜Dn3が異常を検知した場合は、上アームスイッチSWp1〜SWp3を制御することで、インバータ装置INVに蓄積された電力を放電することができる。
(他の実施形態)
・OR回路Op1〜Op3,On1,On2の入力側のプルアップを省略する構成としてもよい。OR回路Op1〜Op3,On1,On2の入力側のプルアップを省略する構成では、磁気カプラMp1〜Mp3,Mn1〜Mn3が、駆動回路Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3が異常を検知していない場合、ロー状態の信号を出力し続けなくともよい。
・第1実施形態の構成において、OR回路Op1〜Op3,On1〜On3に代えてNOR回路を用いてもよい。この場合、各NOR回路の出力が隣り合うNOR回路に対して反転して入力される構成とするとよい。同様に、第2実施形態の構成において、AND回路に代えてNAND回路を用いてもよい。この場合、各NAND回路の出力が隣り合うNAND回路に対して反転して入力される構成とするとよい。
・上記実施形態では、論理素子として、2入力1出力のOR回路やAND回路を用いる構成としたが、これを変更し、n入力1出力のOR回路やAND回路を用いてもよい(nは3以上の自然数)。
・「電源システム」は、インバータ装置以外のものであってもよい。例えば、DCDCコンバータなどであってもよい。
・図4,9に示した磁気カプラMの出力回路21,25は、プッシュプル方式であり、ハイ状態(電源電圧)又はロー状態(接地電圧)の電圧を出力する。これを変更し、オープンドレイン方式であってもよい。出力回路21,25をオープンドレイン方式とすると、出力回路21,25は、オープン状態となるか、接地電圧(基準電圧)を出力する。
・「絶縁素子」として、容量結合方式の絶縁素子を用いてもよい。
30…論理回路、40…制御装置、Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3…駆動回路、INV…インバータ装置、Mp1〜Mp3,Mn1〜Mn3…磁気カプラ、SWp1〜SWp3,SWn1〜SWn3…下アームスイッチ。

Claims (10)

  1. 複数の半導体スイッチング素子(SWp1〜SWp3,SWn1〜SWn3)をそれぞれ駆動するとともに、互いに絶縁された複数の駆動回路(Dp1〜Dp3,Dn1〜Dn3)を有する電源システム(INV)に適用され、
    前記複数の半導体スイッチング素子にそれぞれ対応する異常を表す異常信号を、前記複数の駆動回路がそれぞれ設けられた1次側の領域から2次側の受信装置(40)へ、複数の絶縁素子(Mp1〜Mp3,Mn1〜Mn3)を介して伝達する信号伝達回路において、
    前記複数の絶縁素子は、前記2次側の所定の基準電圧を基準にして、前記異常信号をそれぞれ伝達するものであって、
    前記2次側において、前記複数の絶縁素子から前記異常信号が入力され、前記複数の半導体スイッチング素子の少なくとも1つに対応する異常が生じた場合に、異常の発生を表す所定信号を出力する論理回路(30)を備え、
    前記論理回路が出力する前記所定信号は、前記受信装置に入力されていることを特徴とする信号伝達回路。
  2. 前記論理回路は、複数の論理素子(Op1〜Op3,On1,On2,Ap1〜Ap3,An1,An2)を有し、
    前記複数の論理素子は、対応する1の前記絶縁素子の出力と、隣り合う1の前記論理素子の出力とが入力される1又は複数の第1の論理素子(Op1〜Op3,On1,Ap1〜Ap3,An1)を含み、
    前記第1の論理素子は、出力が前記受信装置に入力される1の第2の論理素子(Op3,Ap3)を含み、
    前記複数の論理素子は、対応する2の前記絶縁素子の出力が入力される1の第3の論理素子(On2,An2)を含むことを特徴とする請求項1に記載の信号伝達回路。
  3. 前記複数の論理素子は、第4の論理素子(On3)を含み、
    前記第1の論理素子は、対応する1の前記絶縁素子とともにモジュール化されており、
    前記第3の論理素子に対応する2の前記絶縁素子のうち、第1の前記絶縁素子は、前記第3の論理素子とともにモジュール化されており、第2の前記絶縁素子は、前記第4の論理素子とともにモジュール化されるとともに、前記第4の論理素子は、第2の前記絶縁素子の出力をそのまま前記第3の論理素子に対して出力することを特徴とする請求項2に記載の信号伝達回路。
  4. 前記論理回路として、複数の論理素子(Ap1〜Ap3,An1〜An3)を有し、
    前記複数の論理素子は、対応する1の前記絶縁素子の出力と、隣り合う1の前記論理素子の出力とが入力される1又は複数の第1の論理素子(Ap1〜Ap3,An1)を含み、
    前記第1の論理素子は、出力が前記受信装置に入力される1の第2の論理素子(Ap3)を含み、
    前記複数の論理素子は、対応する2の前記絶縁素子の出力が入力される1の第3の論理素子(An2)と、対応する1の前記絶縁素子の出力と、前記第2の論理素子の出力とが入力される1の第4の論理素子(An3)と、を含み、
    前記受信装置は、前記駆動回路に前記半導体スイッチング素子の駆動を指令する駆動指令信号を出力する制御装置であり、
    前記絶縁素子は、前記制御装置から対応する前記駆動回路へ駆動指令信号を伝達するものであって、
    前記絶縁素子は、対応する前記論理素子の出力に応じて、前記制御装置から対応する前記駆動回路への駆動指令信号の伝達を停止することを特徴とする請求項1に記載の信号伝達回路。
  5. 前記論理素子は、前記対応する1の絶縁素子とともに、それぞれモジュール化されていることを特徴とする請求項4に記載の信号伝達回路。
  6. 全ての前記論理素子において、前記第2の論理素子は、対応する前記絶縁素子と前記受信装置との距離が最も近いものであることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の信号伝達回路。
  7. 前記論理回路は、入力がプルダウン又はプルアップされており、前記絶縁素子と前記論理素子との接続、又は、前記論理素子同士の接続において開異常が生じた場合、異常の発生を表す前記所定信号を出力することを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の信号伝達回路。
  8. 前記論理回路は、入力がプルダウン又はプルアップされており、前記絶縁素子の出力が停止した場合、異常の発生を表す前記所定信号を出力することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の信号伝達回路。
  9. 前記絶縁素子は、磁気結合型の絶縁素子であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の信号伝達回路。
  10. 前記複数の半導体スイッチング素子は、インバータ装置(INV)を構成するものであり、直列接続された上アームスイッチング素子(SWp1〜SWp3)と、下アームスイッチング素子(SWn1〜SWn3)とのいずれか一方であって、
    前記論理回路として、
    複数の前記上アームスイッチング素子に対応する前記複数の絶縁素子から前記異常信号が入力され、複数の前記上アームスイッチング素子の少なくとも1つに対応する異常が生じた場合、異常の発生を表す前記所定信号を出力する第1の論理回路(30A)と、
    複数の前記下アームスイッチング素子に対応する前記複数の絶縁素子から前記異常信号が入力され、複数の前記下アームスイッチング素子の少なくとも1つに対応する異常が生じた場合、異常の発生を表す前記所定信号を出力する第2の論理回路(30B)と、
    を有し、
    前記第1の論理回路の出力、及び、前記第2の論理回路の出力は、それぞれ前記受信装置に入力されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の信号伝達回路。
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