JP2018061328A - インバータ基板及びその故障検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ基板のインバータ回路の故障を検出するための検査時間の短縮を図る。【解決手段】インバータ回路２０は、検査モードにおいて、所定の負荷であるリアクトル９０に接続される。制御素子であるＭＰＵ４０は、検査モードにおいて、所定の負荷に応じた検査用信号をゲートドライブ回路３０に出力してインバータ回路２０を動作させる。ＭＰＵ４０は、検査用信号によって動作したインバータ回路２０の電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方を電流検出部の検出結果を用いて行い、インバータ回路２０の故障の有無を判定して故障検出の判定結果を外部に出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路を備えるインバータ基板及びその故障検出方法に関する。

従来から、インバータを備える装置においては、特許文献１（特開２００４−２８９８８２号公報）に記載されているように、インバータを備える装置の外部に相電流検出部などの検査用回路を接続してハイアーム側スイッチング素子とローアーム側スイッチング素子のそれぞれのオン状態とオフ状態の組合せを変更しながら、インバータ回路に供給される電流を測定する。

しかしながら、特許文献１などに記載されているように、外部に検査用回路を接続して検査用回路を使って故障検査を行っていたのでは、検査用回路を接続するための手間が必要になり、また検査用回路を使った測定にも手間が掛かり、検査時間が長くなる。

本発明の課題は、インバータ基板のインバータ回路の故障を検出するための検査時間の短縮を図ることである。

本発明の第１観点に係るインバータ基板は、モータに電力を供給するためのインバータ回路と、インバータ回路を駆動するドライブ回路と、ドライブ回路を制御する制御素子と、インバータ回路に流れる電流を検出して検出結果を制御素子に出力する電流検出部と、を備え、インバータ回路は、検査モードにおいて、所定の負荷に接続され、制御素子は、検査モードにおいて、所定の負荷に応じた検査用信号をドライブ回路に出力してインバータ回路を動作させ、検査用信号によって動作したインバータ回路の電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方を電流検出部の検出結果を用いて行い、インバータ回路の故障の有無を判定して故障検出の判定結果を外部に出力する。

第１観点に係るインバータ基板では、従来のようにインバータ回路を検査するためにインバータ基板に接続する検査用回路を検査ごとに取り換えなくても、インバータ基板内の制御素子がインバータ基板内の電流検出部を用いてインバータ回路の電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方を実施するから、インバータ基板内部の制御素子とインバータ基板外部の検査用回路とを接続する手間を省き、インバータ基板内部の制御素子とインバータ基板外部の検査用回路との間で信号のやり取りを省くことができる。

本発明の第２観点に係るインバータ基板は、第１観点に係るインバータ基板において、制御素子は、インバータ回路の検査対象アームが所定時間だけオンした後に検査する電流検出タイミングと電流検出タイミングに応じた判定値とを有し、電流検出タイミングと判定値とを用いて電流値適正判定を行なう、ものである。

第２観点に係るインバータ基板では、電流検出タイミングまでにインバータ回路の検査対象アームが所定時間だけオンすることから、実際に近い状態で電流値を判定できる。

本発明の第３観点に係るインバータ基板は、第２観点に係るインバータ基板において、制御素子は、電流検出タイミングを電流がオフになった後に電流がオンになる時点を基準として設定する、ものである。

第３観点に係るインバータ基板では、電流検出タイミングを電流検出部の検出結果について電流がオフになった後に電流がオンになる時点を基準として設定するので、電流検出タイミングの設定が容易になる。

本発明の第４観点に係るインバータ基板は、第２観点又は第３観点に係るインバータ基板において、制御素子は、内部又は外部から得られる目標電流値を用い、インバータ回路の検査対象アームに目標電流値に達するまで電流を流せるように構成されている、ものである。

第４観点に係るインバータ基板では、制御素子は、検査対象アームに目標電流値まで電流を流せるので、インバータ回路の動作確認に必要な電流値を目標電流値によって設定することができる。

本発明の第５観点に係るインバータ基板は、第１観点から第３観点のいずれかに係るインバータ基板において、制御素子は、内部又は外部から得られる目標電流値を用い、インバータ回路の検査対象アームに目標電流値に達するまで電流を流せるように構成され、電流保護の故障検出をする場合に目標電流値が電流保護の電流値よりも高く設定されている、ものである。

第５観点に係るインバータ基板では、目標電流値が電流保護の電流値よりも高く設定されているので、検査中に電流保護を機能させることができる。

本発明の第６観点に係るインバータ基板は、第４観点又は第５観点に係るインバータ基板において、制御素子は、目標電流値に合わせて、負荷のインピーダンス値に基づいて検査対象アームをオンする時間のみを変更する、ものである。

第６観点に係るインバータ基板では、目標電流値に合わせて検査対象アームをオンする時間のみを変更するので、制御素子による故障検出の制御が簡単になる。

本発明の第７観点に係るインバータ基板は、第１観点から第６観点のいずれかに係るインバータ基板において、制御素子は、負荷のインピーダンス値を内部又は外部から取得し、負荷のインピーダンス値から検査用信号の信号波形を算出する、ものである。

第７観点に係るインバータ基板では、制御素子が負荷のインピーダンス値を有し、負荷のインピーダンス値から検査用信号の信号波形を算出するので、負荷や電源電圧の変更などのバリエーションに対応させることができる。

本発明の第８観点に係るインバータ基板は、第７観点に係るインバータ基板において、負荷は、リアクトルである、ものである。

第８観点に係るインバータ基板では、負荷がリアクトルであるので、モータのように動く部分がないために検査を安全に行なうことができ、かつ、実際のモータを接続した場合に近い状態で故障検出をすることを行うことができる。

本発明の第９観点に係るインバータ基板は、第１観点から第８観点のいずれかに係るインバータ基板において、制御素子は、電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方とともにインバータ回路の欠相検出を行う、ものである。

第９観点に係るインバータ基板では、電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方とともにインバータ回路の欠相検出を行うので、欠相があれば、その時点で故障検出を終了できる。

本発明の第１０観点に係るインバータの故障検出方法は、モータに電力を供給するためのインバータ回路と、インバータ回路を駆動するドライブ回路と、ドライブ回路を制御する制御素子と、インバータ回路に流れる電流を検出して検出結果を制御素子に出力する電流検出部とを備えるインバータ基板の故障検出方法であって、インバータ回路を所定の負荷に接続し、制御素子を検査モードにし、制御素子が、所定の負荷に応じた検査用信号をドライブ回路に出力してインバータ回路を動作させ、検査用信号によって動作したインバータ回路に流れる電流を電流検出部により検出し、制御素子が、電流検出部の検出結果を用いてインバータ回路の電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方を行い、制御素子が、インバータ回路の故障の有無を判定して故障検出の判定結果を外部に出力する。

第１０観点に係るインバータ基板の故障検出方法では、インバータ回路を検査するための検査用回路をインバータ基板に接続しなくても、インバータ基板内の制御素子がインバータ基板内の電流検出部を用いてインバータ回路の電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方を実施するから、インバータ基板内部の制御素子とインバータ基板外部の検査用回路とを接続する手間を省き、インバータ基板内部の制御素子とインバータ基板外部の検査用回路との間で信号のやり取りをさせるための手間を省くことができる。

本発明の第１観点に係るインバータ基板によれば、検査用回路の接続の手間及び検査用回路との間での信号のやり取りを省き、インバータ回路の故障を検出するための検査時間の短縮を図ることができる。

本発明の第２観点に係るインバータ基板によれば、検査時間の短縮を図りつつ電流値適正判定の精度が向上する。

本発明の第３観点に係るインバータ基板によれば、電流検出タイミングの設定を適切に行って検査精度の向上を図ることができる。

本発明の第４観点に係るインバータ基板によれば、目標電流値の設定によって検査のバリエーションを増やすことができる。

本発明の第５観点に係るインバータ基板によれば、電流保護の動作確認も含めたインバータ回路の検査時間の短縮を図ることができる。

本発明の第６観点に係るインバータ基板によれば、制御素子に対する制御の設定が簡単になる。

本発明の第７観点に係るインバータ基板によれば、負荷や電源電圧の変更などのバリエーションに対応させやすくなり、使い勝手が良くなる。

本発明の第８観点に係るインバータ基板によれば、実際のモータを接続した場合に近い状態で安全に故障検出をすることができる。

本発明の第９観点に係るインバータ基板によれば、欠相が検出された場合には故障検出を終了して故障検出に掛かる時間の短縮を図ることができる。

本発明の第１０観点に係るインバータ基板の故障検出方法によれば、検査用回路の接続の手間及び検査用回路との間での信号のやり取りを省き、インバータ回路の故障を検出するための検査時間の短縮を図ることができる。

実施形態に係るインバータ基板の構成の概要を示す回路図。 内部電源供給回路の構成の一例について説明するための回路図。 各相の検査期間のゲート信号を説明するためのタイミングチャート。 Ｕ相検査期間における電流値適性判定を説明するためのフローチャート。 Ｕ相検査期間のタイマの動作、ゲート信号及びシャント電流を説明するためのタイミングチャート。 各相の検査期間のゲート信号を説明するためのタイミングチャート。 ＯＣＰ検知検査期間のタイマの動作、ゲート信号及びシャント電流を説明するためのタイミングチャート。 過電流保護の検査を説明するためのフローチャート。

（１）全体構成
本発明の一実施形態に係るインバータ基板について図１を用いて説明する。図１には、インバータ基板の全体構成の概略が示されている。図１に示されているインバータ基板１０は、交流電源１００に接続される電源接続部１１と、電源接続部１１から入力される交流電圧を整流する整流回路１２と、整流回路１２から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力部１８に出力するインバータ回路２０とを備えている。インバータ回路２０は、正側の直流母線１６と負側の直流母線１７で整流回路１２に接続されている。

また、インバータ基板１０は、インバータ回路２０を駆動するために複数のゲート信号をインバータ回路２０に出力するゲートドライブ回路３０と、ゲートドライブ回路３０を制御する制御素子としてのマイクロプロセッサ４０と、ゲートドライブ回路３０などに駆動直流電圧を供給する内部電源供給回路５０とを備えている。さらに、インバータ基板１０は、整流回路１２から出力される直流電圧（直流母線間電圧）を検出する電源電圧検出部６０、インバータ回路２０に流れる電流を検出する電流検出部７０及びインバータ回路２０が過電流によって故障しないように保護する過電流保護回路８０を備えている。なお、以下の説明においてマイクロプロセッサはＭＰＵと記載する。

インバータ基板１０の通常の使用時において、電源接続部１１には交流電源１００として商用電源が接続される。また、インバータ基板１０の通常の使用時には、出力部１８には例えば圧縮機のモータ又は送風機のモータなどの機器が接続される。出力部１８に接続されるこれらの機器が負荷になる。また、インバータ基板１０の検査時には、電源接続部１１に検査用電源が接続されることもあり、出力部１８にはインバータ基板１０の通常の使用時に接続されるのと同じ機器が接続される場合もあるが、検査用負荷が接続されることもある。

（２）詳細構成
（２−１）整流回路１２
整流回路１２は、インダクタ１３とブリッジ回路１４と平滑コンデンサ１５を含んでいる。インダクタ１３は、電源接続部１１の１つの端子とブリッジ回路１４との間に設けられている。このインダクタ１３は、インバータ基板１０の外付け部品としてもよい。平滑コンデンサ１５は、直流母線１６，１７の間に接続されており、平滑コンデンサ１５には例えば電解コンデンサを用いることができる。整流回路１２は、電源接続部１１から与えられる交流電源を整流して得られる直流電圧を２本の直流母線１６，１７からインバータ回路２０に印加する。この整流回路１２は、電源接続部１１に与えられる交流電源電圧に応じて直流母線１６，１７の間の直流電圧（直流母線間電圧）が受動的に変化する受動回路である。

（２−２）インテリジェントパワーモジュール１１０
インバータ回路２０とゲートドライブ回路３０は、インテリジェントパワーモジュール１１０（以下、ＩＰＭ１１０という）に含まれている。ＩＰＭ１１０はインバータ回路２０及びゲートドライブ回路３０を適切に動作させるための付属回路（図示せず）を有している。ＭＰＵ４０及び内部電源供給回路５０はＩＰＭ１１０の規格に従ってインバータ回路２０及びゲートドライブ回路３０に電圧、電流及び信号などを出力する。

（２−２−１）インバータ回路２０
インバータ回路２０は、上アームのスイッチング素子として、Ｕ相絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ２１を有する。以降の説明では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをＩＧＢＴと記載する。インバータ回路２０は、上アームのスイッチング素子として、Ｖ相ＩＧＢＴ２２及びＷ相ＩＧＢＴ２３を更に有する。また、インバータ回路２０は、下アームのスイッチング素子として、Ｘ相ＩＧＢＴ２６、Ｙ相ＩＧＢＴ２７及びＺ相ＩＧＢＴ２８を有する。Ｕ相ＩＧＢＴ２１とＸ相ＩＧＢＴ２６が直流母線１６，１７の間に直列に接続され、Ｖ相ＩＧＢＴ２２とＹ相ＩＧＢＴ２７が直流母線１６，１７の間に直列に接続され、Ｗ相ＩＧＢＴ２３とＺ相ＩＧＢＴ２８が直流母線１６，１７の間に直列に接続されている。それぞれのＩＧＢＴ２１〜２３，２６〜２８には逆並列にダイオードＤ４〜Ｄ９が還流用に接続されている。そして、Ｕ相ＩＧＢＴ２１のエミッタとＸ相ＩＧＢＴ２６のコレクタの接続点Ｐ１が三相出力のうちの一相の出力として出力部１８に接続され、同様にＶ相ＩＧＢＴ２２のエミッタとＹ相ＩＧＢＴ２７のコレクタの接続点Ｐ２が出力部１８に接続され、Ｗ相ＩＧＢＴ２３のエミッタとＺ相ＩＧＢＴ２８のコレクタの接続点Ｐ３が出力部１８に接続されている。

（２−２−２）ゲートドライブ回路３０
上アームのＵ相ＩＧＢＴ２１、Ｖ相ＩＧＢＴ２２及びＷ相ＩＧＢＴ２３のゲートには、それぞれＵゲートドライバ３１、Ｖゲートドライバ３２及びＷゲートドライバ３３が接続されている。また、下アームのＸ相ＩＧＢＴ２６、Ｙ相ＩＧＢＴ２７及びＺ相ＩＧＢＴ２８のゲートには、それぞれＸゲートドライバ３６、Ｙゲートドライバ３７及びＺゲートドライバ３８が接続されている。Ｕゲートドライバ３１〜Ｚゲートドライバ３８は、ＭＰＵ４０から与えられる制御信号に応じて、Ｕ相ゲート信号〜Ｚ相ゲート信号をＵ相ＩＧＢＴ２１〜Ｚ相ＩＧＢＴ２８にそれぞれ出力する。

（２−３）ＭＰＵ４０
ＭＰＵ４０は、制御プログラムを記憶するためのメモリ（図示せず）を内蔵している。なお、メモリは、ＭＰＵ４０に内蔵する代わりに、ＭＰＵ４０の外部に設けられてＭＰＵ４０で読み書きが可能に構成されてもよい。また、ＭＰＵ４０は、タイマ（図示せず）を内蔵している。後述する検査モードにおいては、内蔵するタイマを用いて制御信号の出力のタイミングを決めている。ＭＰＵ４０が内蔵するタイマとしては、例えばマルチファンクションタイマがある。

ＭＰＵ４０は、直流母線間電圧を検出するＶｄｃ端子を持っており、直流母線１６，１７の間に直列に接続された２つの抵抗Ｒａ，Ｒｂで分圧された直流電圧Ｖｄｃが端子４１に与えられる。ＭＰＵ４０は、直流母線１６，１７を介して整流回路１２からインバータ回路２０に供給される直流母線間電圧の電圧値を検出することができる。ＭＰＵ４０は、インバータ回路２０に流れる直流電流を検出するための端子４３を持っている。また、ＭＰＵ４０は、過電流に関するＦＯ信号を受ける端子４４を持っている。ＭＰＵ４０は、端子４４に過電流を示すＦＯ信号が与えられると、インバータ回路２０に流れる電流を遮断するようにゲートドライブ回路３０を制御する。

インバータ基板１０には、インバータ基板１０を検査モードにするために、入出力ポート１９が設けられている。ＭＰＵ４０には、この入出力ポート１９との間で信号をやり取りするための端子４５，４６が設けられている。インバータ基板１０の外部からこの入出力ポート１９を使ってインバータ回路２０の検査モードにしたり、検査モードに必要なデータを入力したり、故障検出の判定結果を出力したりすることができるように構成されている。

（２−４）内部電源供給回路５０
内部電源供給回路５０は、例えば図２に示されているように、共通端子５１と３つのダイオードＤ１、Ｄ２，Ｄ３と３つのコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３で構成される。Ｕゲートドライバ３１〜Ｗゲートドライバ３３の３つのゲートドライバには各々１つのダイオードと１つコンデンサによって駆動電圧が供給される。各ダイオード及び各コンデンサと各ゲートドライバとの接続関係は同じであるので、Ｕゲートドライバ３１とダイオードＤ１とコンデンサＣ１とを用いてこれらの接続関係を説明する。ダイオードＤ１のアノードには共通端子５１から例えば１５Ｖの直流電圧ＶＩＮＴが供給される。直流電圧ＶＩＮＴの基準電位は、負側の直流母線１７もしくは平滑コンデンサ１５の負電位側（ＰＧＮＤ）である。ダイオードＤ１のカソードはＵゲートドライバ３１とコンデンサＣ１の一方端子に接続されている。コンデンサＣ１の他方端子は、Ｕゲートドライバ３１とＵ相ＩＧＢＴ２１のエミッタに接続されている。ダイオードＤ１とコンデンサＣ１は、下アームのＩＧＢＴ２６もしくはダイオードＤ７が導通することによりコンデンサＣ１が充電されるブートストラップ回路を構成しており、コンデンサＣ１の両端電圧がＩＧＢＴ２１の駆動電圧としてＵゲートドライバ３１に供給される。下アームのスイッチング素子ＩＧＢＴ２６〜２８を駆動するための駆動電圧としては、直流電圧ＶＩＮＴがそのままＸゲートドライバ３６、Ｙゲートドライバ３７、Ｚゲートドライバ３８に供給される。

（２−５）電源電圧検出部６０
電源電圧検出部６０は、２つの抵抗Ｒａ，ＲｂとＭＰＵ４０で構成されている。ＭＰＵ４０には直流母線間電圧が抵抗Ｒａ，Ｒｂにより所定の分圧比で分圧された直流電圧Ｖｄｃが与えられる。ＭＰＵ４０は端子４１に与えられる直流電圧ＶｄｃをＡＤ変換して直流母線間電圧の値に関するデータを取得する。直流母線間電圧は上述のように交流電源電圧に応じて変化するため、直流母線間電圧を測定することで、交流電源電圧の変化を測定することができる。

（２−６）電流検出部７０
電流検出部７０は、シャント抵抗Ｒｓと演算増幅器７１とＭＰＵ４０とで構成されている。シャント抵抗Ｒｓは負側の直流母線１７に挿入されており、直流母線１７を流れる電流に比例した電圧をその両端に生じる。シャント抵抗Ｒｓの一方端が平滑コンデンサ１５の負側である基準電位ＰＧＮＤに接続されており、演算増幅器７１はシャント抵抗Ｒｓの両端に生じる電圧を所定の増幅率で増幅してＭＰＵ４０の端子４３に電流検出値Ｉｄｃを出力する。ＭＰＵ４０は端子４３に入力された電圧をＡＤ変換によってデジタル値に変換して、直流母線１７に流れる電流すなわちインバータ回路２０に流れる直流電流の値に関するデータを得る。

（２−７）過電流保護回路８０
過電流保護回路８０は、シャント抵抗Ｒｓと比較器８１とＭＰＵ４０とで構成されている。比較器８１はシャント抵抗Ｒｓで生じる電圧を基準値Ｖｒｅｆと比較して、直流電流がＯＣＰ（Over Current Protection：瞬時過電流保護）設定値を超えると、ＯＣＰ検知状態であることを示すＦＯ信号をＭＰＵ４０の端子４４に出力する。ＭＰＵ４０は、ＦＯ信号を端子４４で受けると、インバータ回路２０に流れる電流を遮断する制御を行う。例えば、ＭＰＵ４０は、インバータ回路２０の下アームを全てオフするようにインバータ回路２０を制御する。もし、ＩＰＭ１１０に下アームを全てオフする機能が備わっていれば、その機能をアクティブにするための信号がＭＰＵ４０からＩＰＭ１１０に出力される。また、インバータ回路２０に流れる電流を遮断する制御を、ＭＰＵ４０は、ゲートドライブ回路３０を制御することによって行うように構成されてもよい。

（２−８）リアクトル９０
インバータ基板１０が製品に組み込まれる前の出荷の際の検査時には、出力部１８に例えばリアクトル９０が接続される。リアクトル９０は、例えばインバータ基板１０が実際に使用されるときに接続される負荷に類似した電気的特性を持つ構成とすることができる。例えば、インバータ基板１０に接続される負荷が三相モータであれば、三相モータが有するコイルに近いインダクタンスを持つように、接続点Ｐ１，Ｐ４間でインダクタンスＬ１を持ち、接続点Ｐ２，Ｐ４間でインダクタンスＬ２を持ち、接続点Ｐ３，Ｐ４間でインダクタンスＬ３を持つリアクトル９０を用いることができる。また、検査のしやすさに応じて、そのインダクタンス値を調整することも可能である。例えばモータ駆動時の電流を模擬するために、逆起電圧を想定して、大きめのインダクタンス値を持つリアクトルを用いて検査を行なってもよい。

（３）検査
インバータ回路２０は、検査モードにおいて、電源接続部１１を介して交流電源１００に接続され、出力部１８を介して所定の負荷に接続されている。インバータ基板１０の出荷前の検査時には、交流電源１００として、例えば電源電圧が規定の範囲に収まるような検査用の交流電源を用いることができる。その場合には、ＭＰＵ４０は、整流回路１２が出力する直流母線間電圧を検出せずに、整流回路１２が規定範囲内の直流電圧を出力しているとして検査を行うことが可能である。このような検査に必要なデータは、予めＭＰＵ４０の内部メモリ又はＭＰＵ４０の外部から取得するように構成される。また、出荷前の検査時には、所定の負荷として、上述のリアクトルが接続される。

それに対して、インバータ基板１０が製品に組み込まれて実際に使用されている場合の検査時には、交流電源１００として、例えば通常運転時と同じ商用電源を用いることができる。交流電源１００として商用電源を用いる場合には、電源電圧が公称電圧からずれたり変動したりする場合があるが、ＭＰＵ４０は、電源電圧検出部６０によって検出される直流電圧Ｖｄｃを用いて電源電圧の状態を把握しながら検査を行うことができる。また、実際に使用されている時には、出力部１８に接続されたモータが所定の負荷に相当する。

ＭＰＵ４０は、検査モードにおいて、所定の負荷に応じた検査信号をゲートドライブ回路３０に出力してインバータ回路２０を動作させる。ＭＰＵ４０は、検査信号によって動作したインバータ回路２０の電流適正値判定及び／又は電流保護の故障検出を電流検出部７０の検出結果を用いて行う。ＭＰＵ４０は、インバータ回路２０の故障有無を判定して故障検出の判定結果を入出力ポート１９から外部に出力する。

（３−１）電流値適正判定
次に、検査方法の具体例について、図３を用いて説明する。図３には、順に行われるＵ相検査期間、Ｖ相検査期間、Ｗ相検査期間、Ｘ相検査期間、Ｙ相検査期間及びＺ相検査期間におけるＵ相ゲート信号、Ｖ相ゲート信号、Ｗ相ゲート信号、Ｘ相ゲート信号、Ｙ相ゲート信号及びＺ相ゲート信号が示されている。各ゲート信号はハイアクティブである。このようにパターンを変えて通電し、いずれも所定の電流が流れることで、全ての相で欠相が生じていないことと、それぞれの検出電流値が適正であることをＭＰＵ４０が確認する。

ここでは上アームであるＵ相アームに関するＵ相検査期間と、下アームであるＸ相アームに関するＸ相検査期間を例に挙げて説明する。Ｕ相検査期間では、図４に示されている検査フローに従って検査が行われる。まず、収束期間ｔ２だけ待機してシャント電流（直流母線１７に設けたシャント抵抗Ｒｓに流れる直流電流）が０Ａに収束するのを待つ（ステップＳ１）。この収束期間ｔ２の間、ＭＰＵ４０は、Ｕ相ゲート信号〜Ｚ相ゲート信号の全てをローにする。収束期間ｔ２に続くブート期間ｔ１に、ＭＰＵ４０はＸ相ゲート信号のみをハイにするブート波形を出力させる（ステップＳ２）。ここでは、Ｘ相ゲート信号がチョッピングされない例を記しているが、ブート電流値が大きい場合などはチョッピングを行なってもよい。次に、ブート期間ｔ１に続くデッドタイムｔ３に再びＭＰＵ４０は、Ｕ相ゲート信号〜Ｚ相ゲート信号の全てをローにする（ステップＳ３）。デッドタイムｔ３に続く出力準備期間ｔ４にはＹ相ゲート信号のみをハイにする（ステップＳ４）。そして出力準備期間ｔ４に続く検査波形出力期間ｔｗの間、ＭＰＵ４０はＵ相ゲート信号とＹ相ゲート信号をハイにする。ＭＰＵ４０は、検査対象アームであるＵ相ゲート信号を検査波形出力期間内で２パルス出力させる（ステップＳ５）。２つのパルスの間のオフ期間ｔｏｆｆにおいては、直流母線１６，１７に直流電流は流れず、インダクタンス負荷からオンしているＩＧＢＴ２７と還流ダイオードＤ７を介して電流が還流する。

図５には、図３に示されたＵ相検査期間のＵ相ゲート信号〜Ｚ相ゲート信号に加えて、制御素子内部で用いられるタイマの出力とシャント電流波形が示されている。ここでは、１キャリア周期内で２パルス出力される場合の例を示している。Ｕ相検査期間の検査波形出力期間ｔｗにおいて、ＭＰＵ４０は、電流検出部７０を用いて、２つ目のパルスの立ち上がりからｔａｄ期間経過時のタイミングＴ３でシャント電流の値を検出する（ステップＳ６）。Ｕ相検査期間においてＵ相ゲート信号をロー（Ｕ相ＩＧＢＴをＯＦＦ）にする期間ｔｏｆｆの長さは例えば数μｓｅｃに設定され、Ｕ相ゲート信号をハイ（Ｕ相ＩＧＢＴをＯＮ）にする期間ｔｏｎの長さは、例えば目標電流値及び負荷のインダクタンスに比例し且つ直流母線間電圧に反比例するように決定される。目標電流値は、検査波形出力期間（ここではキャリア周期）の終了時点における電流検出値Ｉｄｃの値である。この目標電流値は、ＭＰＵ４０が内部のメモリから取得するか、又はＭＰＵ４０の外部に設けられているメモリから取得するか或いは入出力ポート１９から入力されるデータとしてＭＰＵ４０が取得する。

図６には、直流母線間電圧が標準的な値のときのＵ相ゲート信号と、標準的な値に比べて直流母線間電圧が低いときのＵ相ゲート信号が示されている。また、図６には、直流母線間電圧が標準的な値のときの電流検出値Ｉｄｃと、標準的な値に比べて直流母線間電圧が低いときの電流検出値Ｉｄｃが示されている。直流母線間電圧が低い場合にＵ相ゲート信号がハイになっているパルスの幅ＰＷ２が、直流母線間電圧が標準的な場合にＵ相ゲート信号がハイになっているパルスの幅ＰＷ１に比べて長くなる。これは、Ｕ相検査期間の終了時点での目標電流値を同じとする場合であっても、直流母線間電圧が標準的な場合と低い場合とでＩｄｃの傾きが変わるため、通電時間すなわちパルス幅で調整する必要があるためである。従って、ＭＰＵ４０がｔａｄ期間を直流母線間電圧の値に応じて変化させて検査タイミングＴ１から検査タイミングＴ２にタイミングをずらせば、高い検査精度を維持することができる。ｔａｄ期間の長さは、実際にインバータ駆動時に設定している検出タイミングを元に決定される。

Ｕ相検査期間において、ＭＰＵ４０は、電流検出値Ｉｄｃが判定値ＤＶの範囲内にあるか否かに基づいてＵ相ＩＧＢＴ２１（Ｕ相アーム）の電流値が許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ７）。判定値ＤＶの範囲内にあれば、次のアームの検査に移る（ステップＳ１０）。しかし、もし判定値ＤＶの範囲内になければ、そのインバータ回路２０を不良として(ステップＳ８)、ＭＰＵ４０は、検査波形の出力を停止する（ステップＳ９）。

Ｘ相検査期間におけるＸ相の検査も既に説明したＵ相の検査と通電する相が異なるだけで、基本的には同じである。まず、収束期間ｔ２だけ待機してシャント電流が０Ａに収束するのを待つ（ステップＳ１）。この収束期間ｔ２の間、ＭＰＵ４０は、Ｕ相ゲート信号〜Ｚ相ゲート信号の全てをローにする。収束期間ｔ２に続くブート期間ｔ１に、ＭＰＵ４０はＹ相ゲート信号のみをハイにするブート波形を出力させる（ステップＳ２）。上述のＵ相検査期間同様に、Ｙ相ゲート信号がチョッピングされない例を示している。次に、ブート期間ｔ１に続くデッドタイムｔ３に再びＭＰＵ４０は、Ｕ相ゲート信号〜Ｚ相ゲート信号の全てをローにする。デッドタイムｔ３に続く出力準備期間ｔ４にはＶ相ゲート信号のみをハイにする。そして出力準備期間ｔ４に続く検査波形出力期間ｔｗの間、ＭＰＵ４０はＸ相ゲート信号とＶ相ゲート信号をハイにする。ＭＰＵ４０は、検査対象アームであるＸ相ゲート信号を検査波形出力期間内で２パルス出力させる（ステップＳ５）。Ｘ相検査期間における検査波形出力期間ｔｗにおいて、ＭＰＵ４０は、電流検出部７０を用いて、２つ目のパルスの立ち上がりからｔａｄ期間経過時のタイミングでシャント電流の値を検出する（ステップＳ６）。そして、ＭＰＵ４０は、電流検出値Ｉｄｃが判定値ＤＶの範囲内にあるか否かに基づいてＸ相ＩＧＢＴ２６（Ｘ相アーム）の電流値が許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ７）。判定値ＤＶの範囲内にあれば、次のアームの検査に移る（ステップＳ１０）。しかし、もし判定値ＤＶの範囲内になければ、そのインバータ回路２０を不良として(ステップＳ８)、ＭＰＵ４０は、検査波形の出力を停止する（ステップＳ９）。

なおステップＳ１で設けている収束期間ｔ２は、上述のようにシャント電流が０Ａに収束するのを待つための期間のため、最初の波形出力時には本来必要ないが、各相の検査期間で制御ロジック（シーケンス）を共通化する目的で、最初の波形出力時にも設けている。同様に、ステップＳ３で設けているデッドタイム期間ｔ３は、上アームＵ相・Ｖ相・Ｗ相を検査する場合には本来必要ないが、各相の検査期間で制御ロジック（シーケンス）を共通化する目的で、上アーム相の検査時にも設けている。

(３−２)瞬時過電流保護の故障検出
電流保護の一つの例である瞬時過電流保護（ＯＣＰ：Over Current Protection）の故障検出のステップは、電流値適正判定のステップと類似している。本来はどの相に電流を流して検査してもよいが、ここではＵ相からＹ相へ電流を流すこととし、上述のＵ相検出期間と比較しながら図７及び図８を用いて過電流保護の故障検出について説明する。まず、ＯＣＰ検知検査期間では、Ｕ相検出期間と同様に収束期間ｔ２だけ待機してシャント電流が０Ａに収束するのを待つ（ステップＳ１１）。この収束期間ｔ２の間、ＭＰＵ４０は、Ｕ相ゲート信号〜Ｚ相ゲート信号の全てをローにする。収束期間ｔ２に続くブート期間ｔ１に、ＭＰＵ４０はＸ相ゲート信号のみをハイにするブート波形を出力させる（ステップＳ１２）。上述のＵ相検査期間同様に、Ｘ相ゲート信号がチョッピングされない例を示している。次に、ブート期間ｔ１に続くデッドタイムｔ３に再びＭＰＵ４０は、Ｕ相ゲート信号〜Ｚ相ゲート信号の全てをローにする（ステップＳ１３）。デッドタイムｔ３に続く出力準備期間ｔ４にはＹ相ゲート信号のみをハイにする（ステップＳ１４）。そして出力準備期間ｔ４に続く検査波形出力期間ｔｗの間、ＭＰＵ４０はＵ相ゲート信号とＹ相ゲート信号をハイにする。ＭＰＵ４０は、検査波形出力アームであるＵ相ゲート信号を検査波形出力期間内で２パルス出力させる（ステップＳ１５）。ここでは、１キャリア周期内で２パルス出力される場合の例を図示している。Ｕ相検出期間と異なり、ＯＣＰ検知検査期間では、ＭＰＵ４０は、目標電流値をＯＣＰ設定値以上の値として設定する。その結果、図７に示されているように、シャント電流として過電流が流れるので、過電流保護回路８０が正常に動作していれば、この過電流を検出して比較器８１がＦＯ信号をＭＰＵ４０の端子４４に出力する。従って、ＭＰＵ４０がＯＣＰ検知検査期間においてＦＯ信号を確認することができれば過電流保護が正常に働いていると判断できる（ステップＳ１６）。ＭＰＵ４０は、ＦＯ信号が確認できれば、波形出力を停止して、過電流保護が正常であることを出力する（ステップＳ１７）。しかし、ＭＰＵ４０は、ＯＣＰ検知検査期間においてＦＯ信号が確認できなければ、波形出力を停止して、過電流保護が異常である（故障している）ことを出力する（ステップＳ１８）。なお、Ｕ相ゲート信号をハイ（Ｕ相ＩＧＢＴをＯＮ）にする期間ｔｏｎの長さが、例えば目標電流値及び負荷のインダクタンスに比例し且つ直流母線間電圧に反比例するように決定すればよいのはＵ相検査期間の場合と同様である。

（４）変形例
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の具体的構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。以下、本発明の実施形態に適用可能な変形例について説明する。

（４−１）変形例Ａ
上記実施形態では、検査モードにおいて出力部１８に接続される負荷として、リアクトル９０及びモータを例に挙げて説明したが、出力部１８に接続される負荷はこれらに限られるものではなく、例えば抵抗又は圧縮機などのモータを内蔵した機器を負荷として用いることもできる。ただし抵抗を用いた場合には、所定の電流検出タイミングｔａｄで正しい電流値を検出できるかどうかを明確に検査できないので、負荷としてはインダクタンス成分を含む負荷であることが望ましい。

（４−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、電流保護として、瞬時過電流保護が機能していることを確認できることを説明したが、電流保護はこのような瞬時過電流保護に限られるものではなく、例えばストール防止のように瞬時過電流保護に比べてもう少し長い時間で電流値が所定値以上になる場合の電流保護機能の検査を行う構成とすることもできる。この場合は上述のようにＦＯ信号が入力されたことで保護が機能していることを確認するのではなく、例えば、電流検出部で検出した直流電流値が制御素子内部に持つ所定の保護値を超えて保護が機能することを、確認すればよい。

（４−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、目標電流値及び／又は負荷のインピーダンス値が、ＭＰＵ４０の内部のメモリに記憶されていて、ＭＰＵ４０の内部から得られる場合について説明した。しかし、目標電流値及び／又は負荷のインピーダンス値は、ＭＰＵ４０の外部のメモリに記憶されていて、又は入出力ポート１９からデータとして入力されてＭＰＵ４０の外部から得られるように構成されてもよい。

（４−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、制御素子としてＭＰＵ４０を例に挙げて説明したが、制御素子はＭＰＵに限られるものではなく、他の制御素子を用いてもよく、例えばマイクロコンピュータを制御素子として用いることもできる。

（４−５）変形例Ｅ
入出力ポート１９による信号のやり取りは、通信により行なってもよいし、ポートの信号状態（ハイ／ロー、もしくはレベル入出力）で行なってもよい。上記実施形態では１つのポート、２つの端子を例に挙げて説明したが、複数のポートや１つの端子、３つ以上の端子を用いてもよい。

（４−６）変形例Ｆ
上記実施形態では、電流値の検出にシャント抵抗を用いる場合を例に挙げて説明したが、ＤＣＣＴ（直流電流検出器（Direct-Current Current Transformer））などの他の検出方法を用いてもよい。また、検出部も直流母線に流れる直流電流ではなく、モータ電流を検出する構成としてもよい。

（４−７）変形例Ｇ
上記実施形態では、インバータ回路のスイッチング素子としてＩＧＢＴを想定し、更に逆並列にダイオードを設ける構成としたが、その構成に限定されない。例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を用いる場合には、寄生ダイオードがＭＯＳＦＥＴ素子内部に構成されるが、その場合には、寄生ダイオードに還流ダイオードの役割を持たせることが可能である。

さらに、上記実施形態ではインテリジェントパワーモジュールを用いた例で説明したが、モジュールではないディスクリート構成としても構わない。

ドライブ回路も、上記実施形態で示した形態に限らず、インバータのスイッチング素子を適切にオン／オフできればよい。

（４−８）変形例Ｈ
電流値適正判定時には、電流が目標電流値に制限され、かつその設定値は電流保護を検出しない値としている。そのため、電流値適正検査時に保護状態（過電流状態）を検出した場合には、スイッチング素子や還流ダイオードのいずれかもしくは両方が故障して短絡状態になっていると判断してもよい。また、故障していることや短絡状態になっていることを、入出力ポートから出力するようにしてもよい。

（４−９）変形例Ｉ
上記実施形態では、電流値適正判定と電流保護の故障検出を分けて行なう例を示したが、例えば電流値適正判定で検査する最後のアーム検査時のみ目標電流値を大きく設定することで、電流保護の故障検出を同時に行なうことができる。

（４−１０）変形例Ｊ
電流値適正判定において、各相の検査が終了した時点、あるいは全相の検査が終了した時点で、検査結果がＯＫであること、すなわち欠相がなく正しく電流値を検出できたことを出力してもよい。

（５）特徴
（５−１）
以上説明したように、インバータ回路２０は、検査モードにおいて、所定の負荷としての例えばリアクトル９０又はモータに接続される。制御素子であるＭＰＵ４０は、検査モードにおいて、例えばリアクトル９０に応じた検査用信号をゲートドライブ回路３０（ドライブ回路の例）に出力してインバータ回路２０を動作させる。もし、モータが所定の負荷として接続されている場合には、モータに応じた検査用信号をゲートドライブ回路３０（ドライブ回路の例）に出力してインバータ回路２０を動作させる。ＭＰＵ４０は、出力部１８にリアクトル９０が接続されているのか、又はモータが接続されているのかといった情報を、入出力ポート１９を通じて取得することができる。

ＭＰＵ４０は、検査用信号によって動作したインバータ回路２０の電流値適正判定及び電流保護の故障検出を電流検出部７０の検出結果を用いて行い、インバータ回路２０の故障の有無を判定して故障検出の判定結果を、入出力ポート１９を通して外部に出力する。そのため、従来のようにインバータ回路２０を検査するためにインバータ基板１０に接続する検査用回路を検査ごとに取り換えなくても、インバータ基板１０内のＭＰＵ４０がインバータ基板１０内の電流検出部７０を用いてインバータ回路２０の電流値適正判定及び電流保護の故障検出を実施する。その結果、インバータ基板１０の内部のＭＰＵ４０とインバータ基板１０の外部の検査用回路とを接続する手間を省き、インバータ基板１０の内部のＭＰＵ４０とインバータ基板１０の外部の検査用回路との間で信号のやり取りを省くことができ、インバータ回路２０の故障を検出するための検査時間の短縮が図られている。

（５−２）
ＭＰＵ４０は、インバータ回路２０の検査対象アームが所定時間だけオンした後に検査する。例えば電流検出タイミングＴ３と電流検出タイミングＴ３に応じた判定値ＤＶとを内部のメモリに有し、又はその算出のためのデータを内部のメモリに有している。これらの電流検出タイミングＴ３と判定値ＤＶとを用いて電流値適正判定を行なうので、電流検出タイミングＴ３までにインバータ回路２０の検査対象アームが所定時間だけオンすることから、実際の動作に近い状態で電流値を判定でき、検査時間の短縮を図りつつ電流値適正判定の精度を向上させることができている。

（５−３）
電流検出タイミングＴ３を電流検出部７０の検出結果について電流がオフになった後に電流がオンになる時点を基準として設定するので、電流検出タイミングＴ３の設定が容易になり、ｔａｄ期間を用いて電流検出タイミングＴ３の設定を適切に行って実際の動作に近いタイミングで検査精度の向上を図ることができている。

（５−４）
ＭＰＵ４０は、検査対象アームに目標電流値まで電流を流せるので、インバータ回路２０の動作確認に必要な電流値を目標電流値によって設定することができ、目標電流値の設定によって検査のバリエーションを増やすことができる。具体的には、目標電流値を変更することによって、電流値適正判定及び電流保護の故障検出のどちらも行うことができるような構成になっている。

（５−５）
目標電流値が電流保護の電流値であるＯＣＰ設定値よりも高く設定されることで、検査中に過電流保護を動作させることができるように構成されている。このような構成により、過電流保護の動作確認も含めたインバータ回路２０の検査時間の短縮を図ることができる。

（５−６）
上記実施形態では、目標電流値に合わせて検査対象アームをオンする時間のみをＭＰＵ４０が変更する構成であるので、ＭＰＵ４０による故障検出の制御が簡単になっており、ＭＰＵ４０に対する制御の設定が簡単になっている。

（５−７）
ＭＰＵ４０が負荷であるリアクトル９０のインピーダンス値を内部のメモリに有し、負荷のインピーダンス値から検査用信号の信号波形を算出するので、負荷や電源電圧の変更などのバリエーションに対応させることができ、検査モードにおけるインバータ基板１０の使い勝手が良くなっている。

（５−８）
上記実施形態のように負荷がリアクトル９０である場合には、モータのように動く部分がないため、実際のモータを接続した場合に近い状態で安全に故障検出を行うことができる。

（５−９）
電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方とともにインバータ回路２０の欠相検出を行うことができるので、欠相があれば、その時点で故障検出を終了でき、故障検出に掛かる時間の短縮を図ることができている。

１０ インバータ基板
２０ インバータ回路
３０ ゲートドライブ回路（ドライブ回路の例）
４０ マイクロプロセッサ（制御素子の例）
５０ 内部電源供給回路
６０ 電源電圧検出部
７０ 電流検出部
８０ 過電流保護回路
９０ リアクトル（負荷の例）

特開２００４−２８９８８２号公報

Claims (10)

1. モータに電力を供給するためのインバータ回路（２０）と、
   前記インバータ回路を駆動するドライブ回路（３０）と、
   前記ドライブ回路を制御する制御素子（４０）と、
   前記インバータ回路に流れる電流を検出して検出結果を前記制御素子に出力する電流検出部（７０）と、
   を備え、
   前記インバータ回路は、検査モードにおいて、所定の負荷（９０）に接続され、
   前記制御素子は、前記検査モードにおいて、前記所定の負荷に応じた検査用信号を前記ドライブ回路に出力して前記インバータ回路を動作させ、前記検査用信号によって動作した前記インバータ回路の電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方を前記電流検出部の検出結果を用いて行い、前記インバータ回路の故障の有無を判定して故障検出の判定結果を外部に出力する、インバータ基板。
2. 前記制御素子は、前記インバータ回路の検査対象アームが所定時間だけオンした後に検査する電流検出タイミングと前記電流検出タイミングに応じた判定値とを有し、前記電流検出タイミングと前記判定値とを用いて前記電流値適正判定を行なう、
   請求項１に記載のインバータ基板。
3. 前記制御素子は、前記電流検出タイミングを電流がオフになった後に電流がオンになる時点を基準として設定する、
   請求項２に記載のインバータ基板。
4. 前記制御素子は、内部又は外部から得られる目標電流値を用い、前記インバータ回路の前記検査対象アームに前記目標電流値に達するまで電流を流せるように構成されている、
   請求項２又は請求項３に記載のインバータ基板。
5. 前記制御素子は、内部又は外部から得られる目標電流値を用い、前記インバータ回路の検査対象アームに前記目標電流値に達するまで電流を流せるように構成され、前記電流保護の故障検出をする場合に前記目標電流値が電流保護の電流値よりも高く設定されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ基板。
6. 前記制御素子は、前記目標電流値に合わせて、前記負荷のインピーダンス値に基づいて前記検査対象アームをオンする時間のみを変更する、
   請求項４又は請求項５に記載のインバータ基板。
7. 前記制御素子は、前記負荷のインピーダンス値を内部又は外部から取得し、前記負荷のインピーダンス値から前記検査用信号の信号波形を算出する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のインバータ基板。
8. 前記負荷は、リアクトル（９０）である、
   請求項７に記載のインバータ基板。
9. 前記制御素子は、前記電流値適正判定及び前記電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方とともに前記インバータ回路の欠相検出を行う、
   請求項１から８のいずれか一項に記載のインバータ基板。
10. モータに電力を供給するためのインバータ回路（２０）と、前記インバータ回路を駆動するドライブ回路（３０）と、前記ドライブ回路を制御する制御素子（４０）と、前記インバータ回路に流れる電流を検出して検出結果を前記制御素子に出力する電流検出部（７０）とを備えるインバータ基板（１０）の故障検出方法であって、
    前記インバータ回路を所定の負荷に接続し、
    前記制御素子を検査モードにし、
    前記制御素子が、前記所定の負荷に応じた検査用信号を前記ドライブ回路に出力して前記インバータ回路を動作させ、
    前記検査用信号によって動作した前記インバータ回路に流れる電流を前記電流検出部により検出し、
    前記制御素子が、前記電流検出部の検出結果を用いて前記インバータ回路の電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方を行い、
    前記制御素子が、前記インバータ回路の故障の有無を判定して故障検出の判定結果を外部に出力する、インバータ基板の故障検出方法。

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