JP2021129397A - 電力変換器の制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】制御回路内に異常が発生した場合であっても、短絡制御を適正に行うことができる電力変換器の制御回路を提供する。
【解決手段】制御回路５０は、回転電機を駆動制御するためのスイッチング指令を生成して出力するマイコン６０と、スイッチング指令に基づいて、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬを駆動する上，下アームドライバ８１，８２と、異常用電源９０とを備え、制御回路５０内に異常が発生した場合、異常用電源９０により生成された電力を用いて、３相の下アームスイッチＳＷＬをオンし、３相の上アームスイッチＳＷＨをオフする３相短絡制御を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転電機の各相の巻線に電気的に接続された上下アームのスイッチを有する電力変換器の制御回路に関する。

この種の制御回路としては、回転電機等に異常が発生したことを判定した場合、上下アームのスイッチを強制的にオフに切り替えるシャットダウン制御を行うものが知られている。シャットダウン制御が行われる場合において、回転電機を構成するロータの回転によって巻線に逆起電圧が発生していると、巻線の線間電圧が、上下アームのスイッチの直列接続体に並列接続される蓄電部の電圧よりも高くなっていることがある。線間電圧が高くなる状況は、例えば、ロータの界磁磁束量が大きかったり、ロータの回転速度が高かったりする場合に発生し得る。

巻線の線間電圧が蓄電部の電圧よりも高くなる場合、シャットダウン制御が行われていたとしても、スイッチに逆並列に接続されたダイオード、巻線及び蓄電部を含む閉回路に巻線で発生した誘起電流が流れるいわゆる回生が実施されることとなる。その結果、電力変換器の蓄電部側の直流電圧が大きく上昇し、蓄電部、電力変換器及び蓄電部に接続された電力変換器以外の機器のうち少なくとも１つが故障する懸念がある。

このような問題に対処すべく、特許文献１に記載されているように、上下アームのうちいずれか一方のアームにおけるスイッチをオンし、他方のアームにおけるスイッチをオフする短絡制御を行う制御回路が知られている。詳しくは、この制御回路は、給電ユニットから給電されることにより動作可能となっており、出力段駆動制御部を有している。出力段駆動制御部は、上記短絡制御を行う。ここで、給電ユニットに異常が発生した場合に備えて、制御回路は、給電ユニットに依存しない電力供給源の電力を出力段駆動制御部に供給可能な構成を備えている。この構成によれば、給電ユニットに異常が発生した場合であっても、短絡制御を行うことができる。

特表２０１３−５０６３９０号公報

給電ユニットに異常が発生していない場合であっても、制御回路内の異常が発生し得る。このような異常が発生した場合、制御回路の制御が停止され、上下アームのスイッチがオフになるシャットダウン状態となり得る。つまり、短絡制御を実施することができなくなり得る。

本発明は、制御回路内に異常が発生した場合であっても、短絡制御を適正に行うことができる電力変換器の制御回路を提供することを主たる目的とする。

本発明は、蓄電部と、
多相の回転電機と、
前記回転電機の各相の巻線に電気的に接続された上下アームのスイッチを有する電力変換器と、を備えるシステムに適用される電力変換器の制御回路において、
前記回転電機を駆動制御するためのスイッチング指令を生成して出力するスイッチ指令生成部と、
給電されることにより動作可能となり、前記スイッチング指令に基づいて、上下アームの前記スイッチを駆動するスイッチ駆動部と、
前記蓄電部から給電されて電力を生成する異常用電源と、
前記制御回路内に異常が発生したことを判定する異常判定部と、
前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合、前記異常用電源により生成された電力を用いて、上下アームのうちいずれか一方のアームにおける前記スイッチをオンし、他方のアームにおける前記スイッチをオフする短絡制御を行う異常時制御部と、を備える。

スイッチ指令生成部が正常に動作できなくなる異常等、制御回路内に異常が発生することがある。このような異常が発生した場合においても、短絡制御を適正に実施することが要求される。そこで、本発明では、異常判定部により制御回路内に異常が発生したと判定された場合、蓄電部を電力供給源とする異常用電源により生成された電力を用いて短絡制御が行われる。これにより、従来ではシャットダウン状態となるような制御回路内の異常が発生した場合であっても、短絡制御を適正に行うことができる。

第１実施形態に係る制御システムの全体構成図。 制御回路及びその周辺構成を示す図。 上，下アームドライバ及びその周辺構成を示す図。 ＯＲ回路、電源停止部及びそれらの周辺構成を示す図。 高圧側ＡＳＣ指令により実施される３相短絡制御の処理手順を示すフローチャート。 高圧側ＡＳＣ指令により実施される３相短絡制御の一例を示すタイムチャート。 過電圧異常時の３相短絡制御の処理手順を示すフローチャート。 スイッチ異常時等の３相短絡制御の処理手順を示すフローチャート。 制御システムの起動方法を示す図。 制御システムの起動方法を示す図。 制御システムの起動方法を説明するためのブロック図。 第２実施形態に係る制御回路及びその周辺構成を示す図。 上，下アームドライバ及びその周辺構成を示す図。 異常用電源の起動態様等を示すタイムチャート。 第３実施形態に係る制御回路及びその周辺構成を示す図。 上，下アームドライバ及びその周辺構成を示す図。 その他の実施形態に係る制御システムの全体構成図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る制御回路を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る制御回路は、電力変換器としての３相インバータに適用される。本実施形態において、インバータを備える制御システムは、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載される。

図１に示すように、制御システムは、回転電機１０及びインバータ１５を備えている。回転電機１０は、車載主機であり、そのロータが図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、回転電機１０として、同期機が用いられており、より具体的には、永久磁石同期機が用いられている。

インバータ１５は、スイッチングデバイス部２０を備えている。スイッチングデバイス部２０は、上アームスイッチＳＷＨと下アームスイッチＳＷＬとの直列接続体を３相分備えている。各相において、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの接続点には、回転電機１０の巻線１１の第１端が接続されている。各相巻線１１の第２端は、中性点で接続されている。各相巻線１１は、電気角で互いに１２０°ずらされて配置されている。ちなみに、本実施形態では、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的には、ＩＧＢＴが用いられている。上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬには、フリーホイールダイオードである上，下アームダイオードＤＨ，ＤＬが逆並列に接続されている。

各上アームスイッチＳＷＨの高電位側端子であるコレクタには、高電位側電気経路２２Ｈを介して、高圧電源３０の正極端子が接続されている。各下アームスイッチＳＷＬの低電位側端子であるエミッタには、低電位側電気経路２２Ｌを介して、高圧電源３０の負極端子が接続されている。本実施形態において、高圧電源３０は、２次電池であり、その出力電圧（定格電圧）が例えば百Ｖ以上である。

高電位側電気経路２２Ｈには、第１遮断スイッチ２３ａが設けられ、低電位側電気経路２２Ｌには、第２遮断スイッチ２３ｂが設けられている。各スイッチ２３ａ，２３ｂは、例えば、リレー又は半導体スイッチング素子である。ここで、各スイッチ２３ａ，２３ｂは、インバータ１５が備える制御回路５０によって駆動されてもよいし、制御回路５０に対して上位の制御装置によって駆動されてもよい。

インバータ１５は、「蓄電部」としての平滑コンデンサ２４を備えている。平滑コンデンサ２４は、高電位側電気経路２２Ｈのうち第１遮断スイッチ２３ａよりもスイッチングデバイス部２０側と、低電位側電気経路２２Ｌのうち第２遮断スイッチ２３ｂよりもスイッチングデバイス部２０側とを電気的に接続している。

制御システムは、車載電気機器２５を備えている。電気機器２５は、例えば、電動コンプレッサ及びＤＣＤＣコンバータのうち少なくとも一方を含む。電動コンプレッサは、車室内空調装置を構成し、車載冷凍サイクルの冷媒を循環させるべく、高圧電源３０から給電されて駆動される。ＤＣＤＣコンバータは、高圧電源３０の出力電圧を降圧して車載低圧負荷に供給する。低圧負荷は、図２に示す低圧電源３１を含む。本実施形態において、低圧電源３１は、その出力電圧（定格電圧）が高圧電源３０の出力電圧（定格電圧）よりも低い電圧（例えば１２Ｖ）の２次電池であり、例えば鉛蓄電池である。

図１及び図２に示すように、制御システムは、相電流センサ４０、角度センサ４１及び温度センサ４２を備えている。相電流センサ４０は、回転電機１０に流れる各相電流のうち、少なくとも２相分の電流に応じた電流信号を出力する。角度センサ４１は、回転電機１０の電気角に応じた角度信号を出力する。角度センサ４１は、例えば、レゾルバ、エンコーダ又は磁気抵抗効果素子を有するＭＲセンサであり、本実施形態ではレゾルバである。温度センサ４２は、回転電機１０の構成部品等、制御システムの構成部品の温度に応じた温度信号を出力する。

図２を用いて、制御回路５０の構成について説明する。制御回路５０は、入力回路６１、中間電源回路６２及び第１〜第５低圧電源回路６３〜６７を備えている。入力回路６１には、ヒューズ３２を介して低圧電源３１の正極端子が接続されている。低圧電源３１の負極端子には、接地部位としてのグランドが接続されている。

中間電源回路６２は、入力回路６１の出力電圧ＶＢを降圧することにより、中間電圧Ｖｍ（例えば６Ｖ）を生成する。第１低圧電源回路６３は、中間電源回路６２の出力電圧Ｖｍを降圧することにより、第１電圧Ｖ１ｒ（例えば５Ｖ）を生成する。第２低圧電源回路６４は、第１低圧電源回路６３から出力された第１電圧Ｖ１ｒを降圧することにより、第２電圧Ｖ２ｒ（例えば３．３Ｖ）を生成する。第３低圧電源回路６５は、第１低圧電源回路６３から出力された第１電圧Ｖ１ｒを降圧することにより、第３電圧Ｖ３ｒを生成する。本実施形態において、第３電圧Ｖ３ｒは、第２電圧Ｖ２ｒよりも低い電圧（例えば１．２Ｖ）とされている。

第４低圧電源回路６６は、入力回路６１の出力電圧ＶＢを降圧することにより、第４電圧Ｖ４ｒ（例えば５Ｖ）を生成する。本実施形態において、第４電圧Ｖ４ｒは、第１電圧Ｖ１ｒと同じ値である。第５低圧電源回路６７は、入力回路６１の出力電圧ＶＢを昇圧することにより、第５電圧Ｖ５ｒ（例えば３０Ｖ）を生成する。

入力回路６１、各電源回路６２〜６７及びマイコン６０は、制御回路５０の低圧領域に設けられている。なお、本実施形態において、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５が「第１電源回路」に相当し、第４低圧電源回路６６が「第２電源回路」に相当する。

相電流センサ４０には、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給される。これにより、相電流センサ４０は、相電流に応じた電流信号を出力できるようになっている。電流信号は、制御回路５０が備える電流インターフェース部７０を介してマイコン６０に入力される。マイコン６０は、入力された電流信号に基づいて、相電流を算出する。

制御回路５０は、励磁回路７１、ＦＢインターフェース部７２及びレゾルバデジタルコンバータ７３を備えている。励磁回路７１は、第５低圧電源回路６７の第５電圧Ｖ５ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。励磁回路７１は、角度センサ４１を構成するレゾルバステータに正弦波状の励磁信号を供給する。レゾルバステータから出力された角度信号は、ＦＢインターフェース部７２を介してレゾルバデジタルコンバータ７３に入力される。ＦＢインターフェース部７２及びレゾルバデジタルコンバータ７３は、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。レゾルバデジタルコンバータ７３は、ＦＢインターフェース部７２からの角度信号に基づいて、回転電機１０の電気角を算出する。算出された電気角は、マイコン６０に入力される。マイコン６０は、入力された電気角に基づいて、回転電機１０の電気角速度を算出する。

制御回路５０は、温度インターフェース部７４を備えている。温度センサ４２から出力された温度信号は、温度インターフェース部７４を介してマイコン６０に入力される。温度インターフェース部７４は、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。マイコン６０は、入力された温度信号に基づいて、温度センサ４２の検出対象の温度を算出する。

制御回路５０は、第１，第２ＣＡＮトランシーバ７５，７６を備えている。第１，第２ＣＡＮトランシーバ７５，７６は、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。マイコン６０は、第１，第２ＣＡＮトランシーバ７５，７６及び第１，第２ＣＡＮバス４３，４４を介した情報のやり取りを行う。

なお、電流インターフェース部７０、励磁回路７１、ＦＢインターフェース部７２、レゾルバデジタルコンバータ７３、温度インターフェース部７４及び第１，第２ＣＡＮトランシーバ７５，７６は、制御回路５０の低圧領域に設けられている。

マイコン６０は、ＣＰＵと、それ以外の周辺回路とを備えている。周辺回路には、例えば、外部と信号をやり取りするための入出力部と、ＡＤ変換部とが含まれている。マイコン６０には、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒ、第２低圧電源回路６４の第２電圧Ｖ２ｒ及び第３低圧電源回路６５の第３電圧Ｖ３ｒが供給される。

制御回路５０は、電圧センサ７７、過電圧検出部７８及び状態判定部７９を備えている。電圧センサ７７は、高電位側電気経路２２Ｈ及び低電位側電気経路２２Ｌに電気的に接続され、入力回路６１の出力電圧ＶＢ及び第５低圧電源回路６７の第５電圧Ｖ５ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。電圧センサ７７は、平滑コンデンサ２４の端子電圧に応じた電圧信号を出力する。電圧センサ７７から出力された電圧信号は、マイコン６０及び過電圧検出部７８に入力される。

過電圧検出部７８は、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。過電圧検出部７８は、入力された電圧信号に基づいて算出した平滑コンデンサ２４の端子電圧がその上限電圧を超えているか否かを判定する。過電圧検出部７８は、その端子電圧が上限電圧を超えていると判定した場合、マイコン６０及び状態判定部７９に対して過電圧信号を出力する。

状態判定部７９は、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。また、本実施形態において、状態判定部７９は、ロジック回路で構成されている。電圧センサ７７、過電圧検出部７８及び状態判定部７９は、制御回路５０の低圧領域に設けられている。

マイコン６０は、回転電機１０の制御量をその指令値に制御すべく、スイッチングデバイス部２０の各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬに対するスイッチング指令を生成する。制御量は、例えばトルクである。マイコン６０は、各センサ４０〜４２，７７の出力信号等に基づいて、スイッチング指令を生成する。なお、マイコン６０は、各相において、上アームスイッチＳＷＨと下アームスイッチＳＷＬとが交互にオンされるようなスイッチング指令を生成する。また、本実施形態において、マイコン６０が「スイッチ指令生成部」を含む。

制御回路５０は、絶縁電源８０、上アームドライバ８１及び下アームドライバ８２を備えている。本実施形態において、上アームドライバ８１は、各上アームスイッチＳＷＨに対応して個別に設けられ、下アームドライバ８２は、各下アームスイッチＳＷＬに対応して個別に設けられている。このため、ドライバ８１，８２は合わせて６つ設けられている。

絶縁電源８０は、入力回路６１から供給された電圧に基づいて、上アームドライバ８１に供給する上アーム駆動電圧ＶｄＨと、下アームドライバ８２に供給する下アーム駆動電圧ＶｄＬとを生成して出力する。絶縁電源８０及び各ドライバ８１，８２は、制御回路５０において、低圧領域と高圧領域との境界を跨いで低圧領域及び高圧領域に設けられている。具体的には、絶縁電源８０は、３相の上アームドライバ８１それぞれに対して個別に設けられた上アーム絶縁電源と、３相の下アームドライバ８２に共通の下アーム絶縁電源とを備えている。本実施形態では、各上アーム絶縁電源と下アーム絶縁電源とが共通の電源制御部により制御される。なお、下アーム絶縁電源は、３相の下アームドライバ８２それぞれに対して個別に設けられていてもよい。

続いて、図３を用いて、上，下アームドライバ８１，８２について説明する。

上アームドライバ８１は、「スイッチ駆動部」としての上アーム駆動部８１ａと、上アーム絶縁伝達部８１ｂとを備えている。上アーム駆動部８１ａは、高圧領域に設けられている。上アーム絶縁伝達部８１ｂは、低圧領域と高圧領域との境界を跨いで低圧領域及び高圧領域に設けられている。上アーム絶縁伝達部８１ｂは、低圧領域及び高圧領域の間を電気的に絶縁しつつ、マイコン６０から出力されたスイッチング指令を上アーム駆動部８１ａに伝達する。上アーム絶縁伝達部８１ｂは、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。

上アームドライバ８１のうち、上アーム駆動部８１ａ、及び上アーム絶縁伝達部８１ｂの高圧領域側の構成等は、絶縁電源８０の上アーム駆動電圧ＶｄＨが供給されることにより動作可能に構成されている。上アームドライバ８１のうち、上アーム絶縁伝達部８１ｂの低圧領域側の構成等は、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。

上アーム駆動部８１ａは、入力されたスイッチング指令がオン指令である場合、上アームスイッチＳＷＨのゲートに充電電流を供給する。これにより、上アームスイッチＳＷＨのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上となり、上アームスイッチＳＷＨがオンされる。一方、上アーム駆動部８１ａは、入力されたスイッチング指令がオフ指令である場合、上アームスイッチＳＷＨのゲートからエミッタ側へと放電電流を流す。これにより、上アームスイッチＳＷＨのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満となり、上アームスイッチＳＷＨがオフされる。

上アーム駆動部８１ａは、上アームスイッチＳＷＨに異常が発生している旨の情報であるフェール信号Ｓｇｆａｉｌと、上アームスイッチＳＷＨの温度Ｔｓｗｄの情報とを、上アーム絶縁伝達部８１ｂを介してマイコン６０に伝達する。上アームスイッチＳＷＨの異常には、過熱異常、過電圧異常及び過電流異常の少なくとも１つが含まれる。

下アームドライバ８２は、「スイッチ駆動部」としての下アーム駆動部８２ａと、下アーム絶縁伝達部８２ｂとを備えている。本実施形態において、各ドライバ８１，８２の構成は基本的には同じである。このため、以下では、下アームドライバ８２の詳細な説明を適宜省略する。

下アームドライバ８２のうち、下アーム駆動部８２ａ、及び下アーム絶縁伝達部８２ｂの高圧領域側の構成等は、絶縁電源８０の下アーム駆動電圧ＶｄＬが供給されることにより動作可能に構成されている。下アームドライバ８２のうち、下アーム絶縁伝達部８２ｂの低圧領域側の構成等は、第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。

下アーム駆動部８２ａは、入力されたスイッチング指令がオン指令である場合、下アームスイッチＳＷＬのゲートに充電電流を供給する。これにより、下アームスイッチＳＷＬのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上となり、下アームスイッチＳＷＬがオンされる。一方、下アーム駆動部８２ａは、入力されたスイッチング指令がオフ指令である場合、下アームスイッチＳＷＬのゲートからエミッタ側へと放電電流を流す。これにより、下アームスイッチＳＷＬのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満となり、下アームスイッチＳＷＬがオフされる。

下アーム駆動部８２ａは、下アームスイッチＳＷＬに異常が発生している旨の情報であるフェール信号Ｓｇｆａｉｌと、下アームスイッチＳＷＬの温度Ｔｓｗｄの情報とを、下アーム絶縁伝達部８２ｂを介してマイコン６０に伝達する。下アームスイッチＳＷＬの異常には、過熱異常、過電圧異常及び過電流異常の少なくとも１つが含まれる。

図２の説明に戻り、制御回路５０は、フェール検知部８３を備えている。フェール検知部８３は、低圧領域に設けられ、各ドライバ８１，８２からのフェール信号Ｓｇｆａｉｌが入力されるようになっている。フェール検知部８３は、各ドライバ８１，８２のいずれかからフェール信号Ｓｇｆａｉｌが入力された場合、異常信号をマイコン６０及び状態判定部７９に出力する。

制御回路５０は、低圧側ＡＳＣ指令部８４、監視部８５、ＯＲ回路８６、及び「異常判定部」としての電源停止部８７を備えている。低圧側ＡＳＣ指令部８４、監視部８５、ＯＲ回路８６及び電源停止部８７は、低圧領域に設けられている。監視部８５は、入力回路６１の出力電圧ＶＢが供給されることにより動作可能に構成され、電源停止部８７は、第４低圧電源回路６６の第４電圧Ｖ４ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。

低圧側ＡＳＣ指令部８４は、状態判定部７９から低圧側ＡＳＣ指令ＣｍｄＡＳＣが入力された場合、３相分の下アームドライバ８２に入力されるスイッチング指令を、マイコン６０から出力されるスイッチング指令にかかわらず強制的にオン指令にする。

図２及び図３を用いて、制御回路５０のうち高圧領域の構成について説明する。

制御回路５０は、異常用電源９０と、「異常時制御部」としての高圧側ＡＳＣ指令部９１とを備えている。異常用電源９０は、平滑コンデンサ２４の出力電圧ＶＨが供給されることにより異常用駆動電圧Ｖｅｐｓを生成する。異常用電源９０として、種々の電源を用いることができ、例えばスイッチング電源を用いることができる。異常用電源９０の入力側には、平滑コンデンサ２４の高電位側が接続されている。異常用電源９０の出力側から出力される異常用駆動電圧Ｖｅｐｓは、その目標電圧に制御される。

制御回路５０は、通常用電源経路９２、通常用ダイオード９３、異常用電源経路９４及び異常用ダイオード９５を備えている。通常用電源経路９２は、絶縁電源８０の出力側と下アーム駆動部８２ａとを接続し、下アーム駆動電圧ＶｄＬを下アーム駆動部８２ａに供給する。通常用ダイオード９３は、アノードが絶縁電源８０の出力側に接続された状態で、通常用電源経路９２の中間位置に設けられている。

通常用電源経路９２のうち通常用ダイオード９３よりも下アーム駆動部８２ａ側と、異常用電源９０の出力側とは、異常用電源経路９４により接続されている。異常用ダイオード９５は、アノードが異常用電源９０の出力側に接続された状態で、異常用電源経路９４に設けられている。異常用電源経路９４は、異常用駆動電圧Ｖｅｐｓを下アーム駆動部８２ａに供給する。

高圧側ＡＳＣ指令部９１には、通常用電源経路９２を介して絶縁電源８０の下アーム駆動電圧ＶｄＬが供給されるようになっている。高圧側ＡＳＣ指令部９１は、高圧側ＡＳＣ指令ＳｇＡＳＣを下アーム駆動部８２ａに対して出力する。

続いて、図４を用いて、ＯＲ回路８６、電源停止部８７及びその周辺構成について説明する。ＯＲ回路８６は、第１〜第４抵抗体８６ａ〜８６ｄ及び第１，第２スイッチ８６ｅ，８６ｆを備えている。第１抵抗体８６ａの第１端には、マイコン６０と、第２抵抗体８６ｂの第１端とが接続されている。第２抵抗体８６ｂの第２端は、グランドに接続されている。第１抵抗体８６ａの第２端には、第３抵抗体８６ｃを介して監視部８５に接続されている。

第４抵抗体８６ｄの第１端には、第４低圧電源回路６６が接続され、第４抵抗体８６ｄの第２端には、第１スイッチ８６ｅを介してグランドが接続されている。第１スイッチ８６ｅのベースには監視部８５からの第１判定信号Ｓｇ１が供給される。第１抵抗体８６ａの第２端には、第２スイッチ８６ｆを介してグランドが接続されている。第２スイッチ８６ｆのベースには、第４抵抗体８６ｄと第１スイッチ８６ｅとの接続点が接続されている。

マイコン６０は、自己監視機能を有している。マイコン６０は、自身に異常が発生していないと判定した場合、第２判定信号Ｓｇ２の論理をＨにする。この場合、ＯＲ回路８６の出力信号である異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＨになる。一方、マイコン６０は、自身に異常が発生していると判定した場合、第２判定信号Ｓｇ２の論理をＬにする。この場合、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬになる。

監視部８５は、マイコン６０に異常が発生しているか否かを監視する機能を有し、例えば、ウォッチドックカウンタ（ＷＤＣ）又はファンクションウォッチドックカウンタ（Ｆ−ＷＤＣ）で構成されている。監視部８５は、マイコン６０に異常が発生していないと判定した場合、第１判定信号Ｓｇ１の論理をＬにする。この場合、第１，第２スイッチ８６ｅ，８６ｆがオフに維持され、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＨになる。一方、監視部８５は、マイコン６０に異常が発生していると判定した場合、第１判定信号Ｓｇ１の論理をＨにする。この場合、第１，第２スイッチ８６ｅ，８６ｆがオンに切り替えられ、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬにされる。

異常通知信号ＦＭＣＵは、電源停止部８７に入力される。電源停止部８７は、異常検知回路８７ａと、切替スイッチ８７ｂとを備えている。切替スイッチ８７ｂの第１端には、グランドが接続され、切替スイッチ８７ｂの第２端には、制御回路５０が備える第１，第２分圧抵抗体９６ａ，９６ｂの接続点が接続されている。第１，第２分圧抵抗体９６ａ，９６ｂの直列接続体の第１端には、入力回路６１が接続され、この直列接続体の第２端には、グランドが接続されている。第１，第２分圧抵抗体９６ａ，９６ｂの接続点には、絶縁電源８０のＵＶＬＯ端子が接続されている。絶縁電源８０の制御部は、この接続点に入力される電圧である判定電圧Ｖｊｉｎが低電圧閾値ＶＵＶＬＯを下回ったと判定した場合、絶縁電源８０を停止させる低電圧誤動作防止処理を実施する。一方、絶縁電源８０の制御部は、入力された判定電圧Ｖｊｉｎが、低電圧閾値ＶＵＶＬＯよりも高い解除閾値（＜ＶＢ）を超えたと判定した場合、低電圧誤動作防止処理を停止し、絶縁電源８０の動作を再開させる。

異常検知回路８７ａは、第４低圧電源回路６６の第４電圧Ｖ４ｒが供給されることにより動作可能に構成されている。異常検知回路８７ａは、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＨであると判定した場合、切替スイッチ８７ｂをオフする。この場合、判定電圧Ｖｊｉｎが低電圧閾値ＶＵＶＬＯ以上とされる。一方、異常検知回路８７ａは、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬであると判定した場合、切替スイッチ８７ｂをオンする。この場合、判定電圧Ｖｊｉｎが低電圧閾値ＶＵＶＬＯ未満となり、低電圧誤動作防止処理が実施される。この処理が実施されると、絶縁電源８０は停止され、上アーム駆動電圧ＶｄＨ及び下アーム駆動電圧ＶｄＬは０Ｖに向かって徐々に低下し始める。

本実施形態では、従来ではシャットダウン状態となるような制御回路５０内の異常が発生した場合であっても、３相短絡制御（ＡＳＣ：Active Short Circuit）が実施可能となっている。ここで、制御回路５０内の異常には、マイコン６０の異常と、中間電源回路６２及び第１〜第３低圧電源回路６３〜６５の少なくとも１つの異常と、マイコン６０から上，下アームドライバ８１，８２へとスイッチング指令を正常に伝達できなくなる異常と、絶縁電源８０から電圧を出力できなくなる異常とが含まれる。絶縁電源８０から電圧を出力できなくなる異常には、絶縁電源８０の異常と、低圧電源３１から絶縁電源８０に給電できなくなる異常とが含まれる。ここで、低圧電源３１から絶縁電源８０に給電できなくなる異常は、例えば、入力回路６１等、低圧電源３１から絶縁電源８０までの電気経路が断線することで発生する。また、下アームドライバ８２を例に説明すると、スイッチング指令を正常に伝達できなくなる異常には、マイコン６０から下アーム絶縁伝達部８２ｂまでの信号経路が断線する異常が含まれる。なお、上述した異常は、例えば車両の衝突により発生する。

図５を用いて、制御回路５０内に異常が発生した場合に実施される３相短絡制御について説明する。

ステップＳ１０では、電源停止部８７の異常検知回路８７ａは、入力される異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬであるか否かを判定する。マイコン６０から出力される第２判定信号Ｓｇ２の論理がＬの場合、又は監視部８５から出力される第１判定信号Ｓｇ１の論理がＨの場合、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬとなる。中間電源回路６２やマイコン６０の電源となる第１〜第３低圧電源回路６３〜６５に異常が発生した場合にも、マイコン６０から出力される第２判定信号Ｓｇ２の論理がＬとなる。

異常検知回路８７ａは、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬであると判定した場合、切替スイッチ８７ｂをオンに切り替える。これにより、絶縁電源８０のＵＶＬＯ端子に入力される判定電圧Ｖｊｉｎがグランド電位である０Ｖに向かって低下する。

ステップＳ１１では、絶縁電源８０の電源制御部は、判定電圧Ｖｊｉｎが低電圧閾値ＶＵＶＬＯを下回るまで待機する。電源制御部は、判定電圧Ｖｊｉｎが低電圧閾値ＶＵＶＬＯを下回ったと判定した場合、ステップＳ１２において、低電圧誤動作防止処理を行い、絶縁電源８０を停止させる。これにより、絶縁電源８０から出力される上，下アーム駆動電圧ＶｄＨ，ＶｄＬは０Ｖに向かって低下し始める。

ステップＳ１３では、高圧側ＡＳＣ指令部９１は、絶縁電源８０から出力される下アーム駆動電圧ＶｄＬを検出し、検出した下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めた後、異常用電源９０に対して起動を指示する。これにより、ステップＳ１４において、異常用電源９０から異常用駆動電圧Ｖｅｐｓが出力され始める。

具体的には、高圧側ＡＳＣ指令部９１は、検出した下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めた後、上アームスイッチＳＷＨがオフするまでの十分な期間が経過してから異常用電源９０の起動を指示する。これは、上下アーム短絡の発生を防止するためである。

例えば、高圧側ＡＳＣ指令部９１は、検出した下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めた後、検出した下アーム駆動電圧ＶｄＬが所定電圧Ｖｐを下回ったと判定した場合に異常用電源９０の起動を指示してもよい。ここで、所定電圧Ｖｐは、上アームスイッチＳＷＨがオフするまでの十分な期間が経過したと判定できる値に設定され、例えば、上記閾値電圧Ｖｔｈと同じ値又は閾値電圧Ｖｔｈ未満の値に設定されていればよい。

また、例えば、高圧側ＡＳＣ指令部９１は、検出した下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めてから所定期間経過したタイミングで異常用電源９０の起動を指示してもよい。ここで、上記所定期間は、上アームスイッチＳＷＨがオフするまでの十分な期間が経過したと判定できる値に設定されていればよい。

その後、ステップＳ１５において、高圧側ＡＳＣ指令部９１は、高圧側ＡＳＣ指令ＳｇＡＳＣを下アーム駆動部８２ａに対して出力する。これにより、ステップＳ１６において、下アーム駆動部８２ａは、３相分の下アームスイッチＳＷＬをオンする。つまり、３相分の「オン側スイッチ」としての下アームスイッチＳＷＬがオンされ、３相分の「オフ側スイッチ」としての上アームスイッチＳＷＨがオフされる３相短絡制御が行われる。

図６を用いて、図５の処理についてさらに説明する。図６（ａ）はマイコン６０の異常の有無の推移を示し、図６（ｂ）は監視部８５から出力される第１判定信号Ｓｇ１の推移を示し、図６（ｃ）は異常通知信号ＦＭＣＵの推移を示し、図６（ｄ）は絶縁電源８０の動作状態の推移を示す。図６（ｅ），（ｆ）は絶縁電源８０から出力される上，下アーム駆動電圧ＶｄＨ，ＶｄＬの推移を示し、図６（ｇ）は異常用電源９０の動作状態の推移を示し、図６（ｈ）は高圧側ＡＳＣ指令部９１から出力される高圧側ＡＳＣ指令ＳｇＡＳＣの推移を示し、図６（ｉ）は各相の下アームスイッチＳＷＬの駆動状態の推移を示す。

時刻ｔ１において、マイコン６０の異常が発生する。このため、時刻ｔ２において、監視部８５から出力される第１判定信号Ｓｇ１の論理がＨに反転し、時刻ｔ３において、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬに反転する。その結果、切替スイッチ８７ｂがオンに切り替えられ、絶縁電源８０の低電圧誤動作防止処理が実施される。これにより、時刻ｔ４において、絶縁電源８０が停止され、上，下アーム駆動電圧ＶｄＨ，ＶｄＬが低下し始める。

下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めた後、時刻ｔ４から上アームスイッチＳＷＨがオフするまでの十分な期間が経過した時刻ｔ５において、高圧側ＡＳＣ指令部９１により異常用電源９０の起動が指示される。これにより、異常用電源９０から異常用駆動電圧Ｖｅｐｓが出力され始める。ここで、十分な期間が経過したか否かは、上述したように、例えば、検出された下アーム駆動電圧ＶｄＬが所定電圧Ｖｐを下回ったか否か、又は下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めてから所定期間経過したか否かで判定されればよい。その後、時刻ｔ６において、高圧側ＡＳＣ指令部９１から下アーム駆動部８２ａへと高圧側ＡＳＣ指令ＳｇＡＳＣが出力され、時刻ｔ７において、下アーム駆動部８２ａにより３相分の下アームスイッチＳＷＬがオンにされる。

なお、低圧電源３１に異常が発生したり、入力回路６１に異常が発生したり、低圧電源３１と制御回路５０とを電気的に接続する給電経路が断線したり、絶縁電源８０に異常が発生したりする場合にも、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理により、３相短絡制御が行われる。つまり、この場合、低電圧誤動作防止処理により絶縁電源８０が停止され、上，下アーム駆動電圧ＶｄＨ，ＶｄＬが０Ｖに向かって低下し、３相短絡制御が行われる。

続いて、図７を用いて、過電圧異常が発生した場合に実施する３相短絡制御について説明する。

ステップＳ２０では、状態判定部７９は、過電圧検出部７８から過電圧信号が入力されたか否かを判定する。

状態判定部７９は、過電圧信号が入力されたと判定した場合、ステップＳ２１において、低圧側ＡＳＣ指令部８４に対して低圧側ＡＳＣ指令ＣｍｄＡＳＣを出力する。

ステップＳ２２では、低圧側ＡＳＣ指令部８４は、低圧側ＡＳＣ指令ＣｍｄＡＳＣが入力された場合、３相分の上アームドライバ８１に入力されるスイッチング指令を、マイコン６０から出力されるスイッチング指令にかかわらず強制的にオフ指令にするシャットダウン指令ＣｍｄＳＤＮを出力する。また、低圧側ＡＳＣ指令部８４は、３相分の下アームドライバ８２に入力されるスイッチング指令を、マイコン６０から出力されるスイッチング指令にかかわらず強制的にオン指令にする。これにより、３相短絡制御が実施される。

なお、図８を用いて、その他の異常が発生した場合に実施する３相短絡制御についても説明する。図８の処理は、マイコン６０により実行される。

ステップＳ３０では、フェール検知部８３からの異常信号に基づいて、各上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬのいずれかに異常が発生しているか否かを判定する。

ステップＳ３０において肯定判定した場合、ステップＳ３１に進み、各上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬのうち、いずれの相及びいずれのアームのスイッチに異常が発生したかを特定し、また、その異常がオープン異常又はショート異常のいずれであるかを特定する。

ステップＳ３２では、上，下アームのうち、一方のアームの少なくとも１つのスイッチにショート異常が発生した場合、上，下アームのうち、ショート異常が発生したアームの３相分のスイッチに対するスイッチング指令としてオン指令を出力し、他のアームの３相分のスイッチに対するスイッチング指令としてオフ指令を出力する。これにより、３相短絡制御が実施される。

一方、上，下アームのうち、一方のアームの少なくとも１つのスイッチにオープン異常が発生した場合、上，下アームのうち、オープン異常が発生したアームとは別のアームの３相分のスイッチに対してオン指令を出力し、他のアームの３相分のスイッチに対してオフ指令を出力する。これにより、３相短絡制御が実施される。

ステップＳ３０において否定判定した場合には、ステップＳ３３に進み、センサ異常又は通信異常が発生したか否かを判定する。センサ異常には、相電流センサ４０、角度センサ４１、温度センサ４２及び電圧センサ７７の少なくとも１つの異常が含まれる。相電流センサ４０の異常には、相電流センサ４０自身の異常、及び電流インターフェース部７０の異常の少なくとも１つが含まれる。角度センサ４１の異常には、角度センサ４１自身の異常、励磁回路７１の異常、ＦＢインターフェース部７２の異常及びレゾルバデジタルコンバータ７３の異常の少なくとも１つが含まれる。温度センサ４２の異常には、温度センサ４２自身の異常、及び温度インターフェース部７４の異常の少なくとも１つが含まれる。

また、通信異常には、第１ＣＡＮトランシーバ７５、第２ＣＡＮトランシーバ７６、第１ＣＡＮバス４３及び第２ＣＡＮバス４４の少なくとも１つの異常が含まれる。

ステップＳ３４では、３相分の上アームスイッチＳＷＨに対するスイッチング指令としてオフ指令を出力し、３相分の下アームスイッチＳＷＬに対するスイッチング指令としてオン指令を出力する。これにより、３相短絡制御が実施される。

続いて、制御システムの起動方法について説明する。ここでは、２つの起動方法について説明する。

まず、図９を用いて、１つ目の起動方法について説明する。

時刻ｔ１において、低圧電源３１から制御回路５０へと電力が供給され始め、時刻ｔ２において各電源回路６２〜６７が起動する。その後、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５からマイコン６０へと電力が供給され、時刻ｔ３においてマイコン６０が起動する。その後、時刻ｔ３〜ｔ４において、監視部８５によるマイコン６０の初回の監視が実行される。監視部８５によりマイコン６０の異常が発生していないと判定された場合、時刻ｔ４において、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＨにされる。これにより、時刻ｔ５において、絶縁電源８０のＵＶＬＯ端子に入力される判定電圧Ｖｊｉｎが解除閾値を超え、絶縁電源８０が起動する。

続いて、図１０及び図１１を用いて、２つ目の起動方法について説明する。

時刻ｔ１において、低圧電源３１から制御回路５０へと電力が供給され始め、時刻ｔ２において各電源回路６２〜６７が起動する。その後、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５からマイコン６０へと電力が供給され、時刻ｔ３においてマイコン６０が起動する。

時刻ｔ３〜ｔ４において、監視部８５によるマイコン６０の初回の監視が実行される。監視部８５は、マイコン６０の異常が発生していないと判定した場合、時刻ｔ４において、第２判定信号Ｓｇ２の論理をＨにすることにより、異常通知信号ＦＭＣＵの論理をＨにする。制御回路５０が備えるラッチ部９７は、異常通知信号ＦＭＣＵをラッチし、絶縁電源８０の停止機能を有効にすべく、ラッチした信号をラッチ信号Ｓｒとして電源停止部８７に出力する。

一方、時刻ｔ１において、絶縁電源８０へと電力が供給され始め、時刻ｔ２よりも後であってかつ時刻ｔ３よりも前の時刻ｔａにおいて、絶縁電源８０が起動する。ここで、電源停止部８７は、時刻ｔ４において、ラッチ信号Ｓｒの論理がＨの状態で異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＨの場合、切替スイッチ８７ｂをオフに維持して絶縁電源８０の動作を継続させる。一方、電源停止部８７は、時刻ｔ４において、ラッチ信号Ｓｒの論理がＨの状態で異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬの場合、切替スイッチ８７ｂをオンにして絶縁電源８０を停止させる。２つ目の方法によれば、３相短絡制御の実施準備を早期に完了させることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

監視部８５から出力される第１判定信号Ｓｇ１やマイコン６０から出力される第２判定信号Ｓｇ２の論理がＬになることにより、異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬになる。そして、電源停止部８７において異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬであると判定された場合、平滑コンデンサ２４を電力供給源とする異常用電源９０により生成された電力を用いて、高圧側ＡＳＣ指令部９１の指示により３相短絡制御を行わせる。これにより、従来ではシャットダウン状態となるような制御回路５０内の異常が発生した場合であっても、シャットダウン状態にさせずに３相短絡制御を適正に行うことができる。

高圧側ＡＳＣ指令部９１は、検出した下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めた後、下アーム駆動部８２ａに対して高圧側ＡＳＣ指令ＳｇＡＳＣを出力する。この構成によれば、下アーム駆動電圧ＶｄＬを用いて、低圧領域から高圧領域へと３相短絡制御の指示を伝達できる。このため、その指示を低圧領域から高圧領域に伝達するための専用の絶縁伝達部を追加することなく、低圧電源３１から制御回路５０へと給電できなくなる異常や制御回路５０の異常発生時に３相短絡制御を行うことができる。

マイコン６０は、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５から給電されることにより動作可能に構成され、電源停止部８７は、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５とは異なる第４低圧電源回路６６から給電されることにより動作可能に構成されている。この構成によれば、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５のいずれかに異常が発生した場合であっても、第４低圧電源回路６６により電源停止部８７を動作させることができる。つまり、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５のいずれかに異常が発生することに伴い電源停止部８７を動作させることができなくなるといった従属故障を回避できる。このため、電源停止部８７を利用した３相短絡制御を的確に実施できる。また、電源停止部８７により絶縁電源８０を停止させることを利用する方法によれば、例えば、マイコン６０の異常に限らず、マイコン６０から各駆動部８１ａ，８２ａまでのスイッチング指令の信号伝達経路に異常が発生した場合であっても、３相短絡制御を的確に実施できる。

＜第１実施形態の変形例＞
・図４において、絶縁電源８０を停止させるための異常通知信号ＦＭＣＵの生成源としては、第１判定信号Ｓｇ１及び第２判定信号Ｓｇ２のいずれか一方であってもよい。

・高圧側ＡＳＣ指令部９１は、下アーム駆動電圧ＶｄＬに代えて、上アーム駆動電圧ＶｄＨに基づいて高圧側ＡＳＣ指令ＳｇＡＳＣを出力してもよい。この場合、高圧側ＡＳＣ指令部９１は、絶縁伝達部を介して上アーム駆動電圧ＶｄＨの情報を取得すればよい。

・監視部８５に供給される電圧としては、入力回路６１の出力電圧ＶＢに限らず、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５の出力電圧以外であれば他の電源の電圧であってもよい。

・絶縁電源８０を構成する電源制御部が、上アーム絶縁電源及び下アーム絶縁電源それぞれに対して個別に設けられていてもよい。この場合、低電圧誤動作防止処理により、上アーム絶縁電源に対応して設けられた電源制御部と、下アーム絶縁電源に対応して設けられた電源制御部との双方を停止させることにより絶縁電源８０を停止させればよい。

・３相短絡制御として、３相分の上アームスイッチＳＷＨをオンし、３相分の下アームスイッチＳＷＬをオフする制御が実施されてもよい。この場合、異常用電源９０は、３相分の上アーム駆動部８１ａそれぞれに対して個別に備えられればよい。

・上，下アームドライバ８１，８２を構成する上，下アーム絶縁伝達部８１ｂ，８２ｂの低圧領域側の構成に第１低圧電源回路６３の第１電圧Ｖ１ｒが供給されなくなるカプラ異常が発生すると、マイコン６０からのスイッチング指令を上，下アーム駆動部８１ａ，８２ａに伝達できなくなる。この場合、シャットダウン状態になってしまう。この問題に対処すべく、以下に説明する構成を採用することができる。

下アーム絶縁伝達部８２ｂの低圧領域側の構成に対する電力供給源を、第１低圧電源回路６３とは別の電源回路（以下、別電源回路）とする。別電源回路としては、例えば、第１低圧電源回路６３に異常が発生した場合であって従属故障が発生しない電源を用いることができ、具体的には例えば、中間電源回路６２の出力電圧Ｖｍを降圧することにより第５電圧Ｖ５ｒ（例えば５Ｖ）を生成する第５電源回路を用いることができる。

この構成において、別電源回路の出力電圧が低下した場合に絶縁電源８０を停止させ、高圧側ＡＳＣ指令部９１から高圧側ＡＳＣ指令ＳｇＡＳＣを下アーム駆動部８２ａに対して出力させればよい。具体的には例えば、電源停止部８７の異常検知回路８７ａは、別電源回路の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が低下した場合に切替スイッチ８７ｂをオンに切り替えればよい。以上説明した構成によれば、カプラ異常が発生した場合であっても、３相短絡制御を行うことができる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１２及び図１３に示すように、制御回路５０の高圧領域側の構成が一部変更されている。なお、図１２及び図１３において、先の図２及び図３に示した構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図１２に示すように、制御回路５０の低圧領域には、「強制オフ部」としてのシャットダウン指令部１００が設けられている。シャットダウン指令部１００は、ロジック回路で構成され、ＯＲ回路８６からの異常通知信号ＦＭＣＵが入力される。シャットダウン指令部１００は、入力される異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＨになった場合、マイコン６０からのスイッチング指令にかかわらず、３相分の上，下アームドライバ８１，８２に対するスイッチング指令を強制的にオフ指令にする。この構成によれば、上アーム駆動電圧ＶｄＨの低下を待たずに３相短絡制御を開始できる。つまり、制御回路５０内の異常が発生した後、３相短絡制御を迅速に開始できる。

図１３に示すように、通常用電源経路９２には、異常用ダイオード９５に代えて、異常用スイッチ１０１が設けられている。高圧側ＡＳＣ指令部９１は、検出した下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めた後、異常用スイッチ１０１をオンに切り替える。これにより、異常用電源９０から下アーム駆動部８２ａへと異常用駆動電圧Ｖｅｐｓが供給され始める。なお、高圧側ＡＳＣ指令部９１は、シャットダウン指令部１００により強制的にオフ指令にされた後に高圧側ＡＳＣ指令ＳｇＡＳＣを下アーム駆動部８２ａに対して出力すればよい。

本実施形態において、異常用電源９０は、第１，第２遮断スイッチ２３ａ，２３ｂがオンに切り替えられて異常用電源９０の入力電圧ＶＨｉｎが０から上昇し始めてから、異常用電源９０の入力電圧ＶＨｉｎが平滑コンデンサ２４の端子電圧ＶＨ（高圧電源３０の端子電圧）になるまでの期間において、その入力電圧ＶＨｉｎが規定電圧Ｖαを超えるタイミングで起動される。具体的には、上記規定電圧Ｖαは、異常用電源９０の制御部が起動する電圧である。この起動電圧は、例えば、低電圧誤動作防止処理の解除閾値と同じ値に設定される。

図１４を用いて、異常用電源９０の動作等について説明する。図１４（ａ）は入力回路６１の出力電圧ＶＢの推移を示し、図１４（ｂ）は異常用電源９０の入力電圧ＶＨｉｎの推移を示し、図１４（ｃ）は第１〜第３低圧電源回路６３〜６５の出力電圧の推移を示す。図１４（ｄ）はマイコン６０の動作状態の推移を示し、図１４（ｅ）は絶縁電源８０から出力される上，下アーム駆動電圧ＶｄＨ，ＶｄＬの推移を示し、図１４（ｆ）は異常用電源９０の出力電圧Ｖｅｐｓの推移を示す。なお、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５それぞれの出力電圧の推移は実際には異なるが、図１４（ｃ）ではその推移を簡略化して示している。

時刻ｔ１において、入力回路６１の出力電圧ＶＢが所定の電圧に到達し、第１〜第３低圧電源回路６３〜６５の出力電圧が上昇し始める。第１，第２遮断スイッチ２３ａ，２３ｂがオンに切り替えられた後、時刻ｔ２において、異常用電源９０の入力電圧ＶＨｉｎが規定電圧Ｖαを超え、異常用電源９０が起動する。その後、時刻ｔ３においてマイコン６０が起動する。

以上の構成により、異常用電源９０は、ＯＲ回路８６から出力される異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬに反転する前から動作することとなる。このため、異常用スイッチ１０１がオンに切り替えられることにより、異常用電源９０から下アーム駆動部８２ａへと速やかに異常用駆動電圧Ｖｅｐｓが供給され始める。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

低圧領域に設けられたシャットダウン指令部１００は、入力される異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＨになった場合、マイコン６０からのスイッチング指令にかかわらず、３相分の上，下アームドライバ８１，８２に対するスイッチング指令を強制的にオフ指令にする。これにより、上アーム駆動電圧ＶｄＨの低下を待たずに３相短絡制御を開始できる。つまり、３相短絡制御を迅速に開始することができる。

第１，第２遮断スイッチ２３ａ，２３ｂがオンに切り替えられて異常用電源９０の入力電圧ＶＨｉｎが０から上昇し始めてから、異常用電源９０の入力電圧ＶＨｉｎが平滑コンデンサ２４の端子電圧ＶＨになるまでの期間において、その入力電圧ＶＨｉｎが規定電圧Ｖαを超えるタイミングで異常用電源９０が起動される。つまり、異常用電源９０は、ＯＲ回路８６から出力される異常通知信号ＦＭＣＵの論理がＬに反転する前から動作することとなる。このため、異常用スイッチ１０１がオンに切り替えられることにより、異常用電源９０から下アーム駆動部８２ａへと速やかに異常用駆動電圧Ｖｅｐｓを供給できる。これにより、３相短絡制御を迅速に開始することができる。

＜第２実施形態の変形例＞
・シャットダウン指令部１００は、上，下アームドライバ８１，８２のうち、いずれかのアームドライバに対するスイッチング指令を強制的にオフ指令にしてもよい。例えば、シャットダウン指令部１００は、３相分の上アームドライバ８１のみに対するスイッチング指令をオフ指令とし、３相分の下アームスイッチＳＷＬは、第１実施形態で説明したのと同様に、下アーム駆動電圧ＶｄＬの低下をトリガとしてオンされればよい。

・シャットダウン指令部１００によりスイッチング指令を強制的にオフ指令にするトリガは、異常通知信号ＦＭＣＵに限らず、３相短絡制御の実行を指示する他の信号であってもよい。

・上アームスイッチＳＷＨを強制的にオフにするための構成としては、シャットダウン指令部１００を用いた構成に限らない。例えば、上アームドライバ８１に対する上アーム駆動電圧ＶｄＨの供給を停止させることにより上アームドライバ８１を停止させる構成、又は上アーム絶縁伝達部８１ｂとは別の絶縁伝達部を介して上アーム駆動部８１ａにオフ指令を伝達する構成により、上アームスイッチＳＷＨを強制的にオフさせてもよい。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１５及び図１６に示すように、ゲートに電圧を直接供給するために、制御回路５０の高圧領域側の構成が一部変更されている。なお、図１５及び図１６において、先の図１２及び図１３に示した構成については、便宜上、同一の符号を付している。また、本実施形態においても、異常用電源９０の起動タイミングは、第２実施形態と同じである。

制御回路５０の高圧領域において、下アーム駆動部８２ａと下アームスイッチＳＷＬのゲートとを接続するゲート充放電経路には、第１規制ダイオード１０２が設けられている。第１規制ダイオード１０２は、アノードが下アーム駆動部８２ａ側に接続された状態で設けられている。なお、図１６では、下アームスイッチＳＷＬのゲート放電経路の図示を省略している。

制御回路５０は、異常用スイッチ１０３を備えている。異常用スイッチ１０３は、異常用電源９０の出力側と、共通経路１０４とを接続する。共通経路１０４には、各第２規制ダイオード１０５を介して各下アームスイッチＳＷＬのゲートが接続されている。

高圧側ＡＳＣ指令部９１は、検出した下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めた後、異常用スイッチ１０３をオンに切り替える。これにより、異常用電源９０から各下アームスイッチＳＷＬのゲートへと異常用駆動電圧Ｖｅｐｓが直接供給され始める。その結果、３相短絡制御が実施される。なお、高圧側ＡＳＣ指令部９１は、先の図５のステップＳ１３で説明した方法と同様の方法で異常用スイッチ１０３をオンに切り替えればよい。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・回転電機としては、１つの巻線群を備えるものに限らず、複数の巻線群を備えるものであってもよい。この場合、各巻線群に対応してスイッチングデバイス部が備えられることとなる。この構成において、制御回路５０は、各スイッチングデバイス部のうち一部であってかつ少なくとも１つのスイッチングデバイス部に対してのみ３相短絡制御を実施し、他のスイッチングデバイス部に対して３相短絡制御を実施せず制御を継続してもよい。

図１７に、制御システムに、２つの巻線群を有する６相の回転電機２００と、インバータ２０５とが備えられる例を示す。インバータ２０５は、第１スイッチングデバイス部２１０と、第２スイッチングデバイス部２２０とを有している。回転電機２００は、第１巻線群２０１と、第２巻線群２０２とを有している。第１巻線群２０１には、第１スイッチングデバイス部２１０が接続され、第２巻線群２０２には、第２スイッチングデバイス部２２０が接続されている。この構成において、制御回路５０は、各スイッチングデバイス部２１０，２２０のうち、例えば、第１スイッチングデバイス部２１０に対してのみ３相短絡制御を実施し、第２スイッチングデバイス部２２０に対する制御を継続してもよい。

ちなみに、制御回路の冗長化を目的として、制御システムに制御回路が複数（例えば２つ）備えられていてもよい。また、制御回路の電源の冗長化を目的として、制御システムに、制御回路に対する低圧電源が複数（例えば２つ）備えられていてもよい。

また、回転電機としては、例えば９相のものであってもよい。

・異常用電源９０としては、スイッチング電源（具体的には、絶縁型又は非絶縁型スイッチング電源）に限らず、例えば、シリーズ電源又はツェナーダイオードで構成された電源であってもよい。

・第２，第３実施形態において、先の第１実施形態の変形例で説明したように、カプラ異常が発生した場合に備えて別電源回路が設けられ、別電源回路の出力電圧が低下した場合に絶縁電源８０を停止させて３相短絡制御を行う構成が用いられてもよい。

・各ドライバ８１，８２として、低圧領域及び高圧領域の境界を跨がず、高圧領域のみに設けられるドライバが用いられてもよい。

・先の図１に示す構成において、平滑コンデンサ２４と各遮断スイッチ２３ａ，２３ｂとの間に昇圧コンバータが備えられていてもよい。

・スイッチングデバイス部を構成するスイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばボディダイオードを内蔵するＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。

・スイッチングデバイス部を構成する各相各アームのスイッチとしては、互いに並列接続された２つ以上のスイッチであってもよい。この場合、互いに並列接続されたスイッチの組み合わせとしては、例えば、ＳｉＣのスイッチング素子及びＳｉのスイッチング素子の組み合わせ、又はＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴの組み合わせであってもよい。

・回転電機の制御量としては、トルクに限らず、例えば、回転電機のロータの回転速度であってもよい。

・回転電機としては、永久磁石同期機に限らず、例えば巻線界磁型同期機であってもよい。また、回転電機としては、同期機に限らず、例えば誘導機であってもよい。さらに、回転電機としては、車載主機として用いられるものに限らず、電動パワーステアリング装置や空調用電動コンプレッサを構成する電動機等、他の用途に用いられるものであってもよい。

・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０…回転電機、１５…インバータ、２４…平滑コンデンサ、５０…制御回路、６０…マイコン、９０…異常用電源。

Claims (10)

1. 蓄電部（２４）と、
   多相の回転電機（１０，２００）と、
   前記回転電機の各相の巻線に電気的に接続された上下アームのスイッチ（ＳＷＨ，ＳＷＬ）を有する電力変換器（１５，２０５）と、を備えるシステムに適用される電力変換器の制御回路（５０）において、
   前記回転電機を駆動制御するためのスイッチング指令を生成して出力するスイッチ指令生成部（６０）と、
   給電されることにより動作可能となり、前記スイッチング指令に基づいて、上下アームの前記スイッチを駆動するスイッチ駆動部（８１ａ，８２ａ）と、
   前記蓄電部から給電されて電力を生成する異常用電源（９０）と、
   前記制御回路内に異常が発生したことを判定する異常判定部（８７）と、
   前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合、前記異常用電源により生成された電力を用いて、上下アームのうちいずれか一方のアームにおける前記スイッチ（ＳＷＬ）をオンし、他方のアームにおける前記スイッチ（ＳＷＨ）をオフする短絡制御を行う異常時制御部（９１）と、を備える電力変換器の制御回路。
2. 前記スイッチ指令生成部及び前記異常判定部は、低圧領域に設けられ、
   前記蓄電部、前記スイッチ駆動部、前記異常用電源及び前記異常時制御部は、前記低圧領域とは電気的に絶縁された高圧領域に設けられ、
   前記システムには、前記低圧領域に設けられた低圧電源（３１）が備えられ、
   前記低圧領域と前記高圧領域との境界を跨いで前記低圧領域及び前記高圧領域に設けられ、前記低圧電源から給電されて前記スイッチ駆動部に供給する電力を生成する絶縁電源（８０）を備え、
   前記異常判定部は、前記制御回路内に異常が発生したと判定した場合に前記絶縁電源を停止させ、
   前記異常時制御部は、前記絶縁電源の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が低下し始めた後、前記異常用電源により生成された電力を用いて前記短絡制御を行う請求項１に記載の電力変換器の制御回路。
3. 前記低圧電源から給電されて前記スイッチ指令生成部に供給する電力を生成する第１電源回路（６３〜６５）と、
   前記低圧電源から給電されて前記異常判定部に供給する電力を生成する第２電源回路（６６）と、を備え、
   前記スイッチ指令生成部は、前記第１電源回路から給電されることにより動作可能に構成されており、
   前記異常判定部は、前記第２電源回路から給電されることにより動作可能に構成されている請求項２に記載の電力変換器の制御回路。
4. 前記低圧電源から給電されて前記スイッチ指令生成部に供給する電力を生成する電源回路（６３〜６５）と、
   前記電源回路以外の電源であってかつ前記低圧電源を電力供給源とする電源（６１）から給電されることにより動作可能に構成されているとともに前記低圧領域に設けられ、前記スイッチ指令生成部に異常が発生しているか否かを監視する監視部（８５）を備え、
   前記異常判定部は、前記監視部により異常が発生したと判定された場合、前記絶縁電源を停止させる請求項２に記載の電力変換器の制御回路。
5. 前記スイッチ指令生成部に異常が発生しているか否かの初回の判定が前記監視部により行われ、その判定結果が前記スイッチ指令生成部に異常が発生していないとの結果である場合に前記絶縁電源を起動させる請求項４に記載の電力変換器の制御回路。
6. 前記スイッチ指令生成部に異常が発生しているか否かの初回の判定が前記監視部により行われ、その判定結果が前記スイッチ指令生成部に異常が発生していないとの結果である場合に前記異常判定部による前記絶縁電源の停止機能を有効にする請求項４に記載の電力変換器の制御回路。
7. 前記スイッチ指令生成部は、自身に異常が発生しているか否かを判定する機能を有し、自身に異常が発生していると判定した場合、異常が発生した旨の情報を前記異常判定部に対して出力し、
   前記異常判定部は、前記異常が発生した旨の情報が入力された場合、前記絶縁電源を停止させる請求項２〜６のいずれか１項に記載の電力変換器の制御回路。
8. 前記スイッチ駆動部は、
   上アームの前記スイッチを駆動する上アーム駆動部（８１ａ）と、
   下アームの前記スイッチを駆動する下アーム駆動部（８２ａ）と、を有し、
   前記絶縁電源は、前記上アーム駆動部及び前記下アーム駆動部に供給する電力を生成し、
   上下アームの前記スイッチのうち、前記短絡制御によりオンされるスイッチをオン側スイッチ（ＳＷＬ）とし、前記短絡制御によりオフされるスイッチをオフ側スイッチ（ＳＷＨ）とし、
   前記異常時制御部は、前記上アーム駆動部及び前記下アーム駆動部のうち前記オフ側スイッチを駆動対象とする駆動部（８１ａ）に対して前記絶縁電源から供給される電圧（ＶｄＨ）が所定電圧（Ｖｐ）を下回った場合、前記上アーム駆動部及び前記下アーム駆動部のうち前記オン側スイッチを駆動対象とする駆動部（８２ａ）に前記短絡制御の実行を指示する請求項２〜７のいずれか１項に記載の電力変換器の制御回路。
9. 上下アームの前記スイッチのうち、前記短絡制御によりオフされるスイッチをオフ側スイッチ（ＳＷＨ）とし、
   前記異常時制御部により前記短絡制御が行われる場合、前記スイッチ駆動部に入力される前記オフ側スイッチに対する前記スイッチング指令を強制的にオフ指令とする強制オフ部（１００）を備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換器の制御回路。
10. 前記異常時制御部は、前記異常用電源により生成された電力を前記スイッチ駆動部に供給しつつ前記スイッチ駆動部に前記短絡制御の実行を指示する請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換器の制御回路。

Images