JP2021145408A - 電力変換器の制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡制御が正常に実行されるか否かのチェックが行われる場合において、スイッチを過電流から保護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、短絡制御を正常に実行させることができるか否かを判定するチェック処理を実行するマイコン６０と、上下アームいずれかのスイッチＳＷＨ，ＳＷＬに異常が発生したと判定した場合、異常が発生したと判定したスイッチをオフ状態にする保護制御を上，下アーム駆動部７１ａ，７２ａに実行させる上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌとを備えている。制御回路５０は、チェック処理の実行中において保護制御を有効にする。【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、システムを構成する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状態にするシャットダウン制御を実行するものが知られている。シャットダウン制御の実行中において、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実行されていたとしても、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する過電圧異常が発生し、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、例えば特許文献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であるオン側スイッチをオン状態にし、他方のアームにおけるスイッチであるオフ側スイッチをオフ状態にする短絡制御を実行する制御回路が知られている。

特開２０１７−２２５２３６号公報

短絡制御を実行すべき状況においてその制御を的確に実行できるようにするために、短絡制御を正常に実行できるか否かのチェックが事前に行われることが望ましい。ここで、この事前チェックが行われる場合に以下に説明する問題が発生し得る。

上下アームのスイッチのうちオフ側スイッチのショート異常が発生し得る。このショート異常が発生した状態において、短絡制御が正常に実行されるか否かを判定するためにオン側スイッチがオン状態に切り替えられると、上下アーム短絡が発生してしまう。その結果、上下アームそれぞれのスイッチに過電流（短絡電流）が流れ、上下アームそれぞれのスイッチが故障する懸念がある。

本発明は、短絡制御が正常に実行されるか否かのチェックが行われる場合において、スイッチを過電流から保護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、
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、
前記システムに異常が発生したと判定した場合、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であるオン側スイッチをオン状態にし、他方のアームにおける前記スイッチであるオフ側スイッチをオフ状態にする短絡制御を前記スイッチ駆動部に実行させる短絡制御部と、
前記短絡制御を正常に実行させることができるか否かを判定するチェック処理を実行するチェック処理部と、
上下アームいずれかの前記スイッチに異常が発生したと判定した場合、異常が発生したと判定した前記スイッチをオフ状態にする保護制御を前記スイッチ駆動部に実行させる保護制御部と、を備え、
前記チェック処理の実行中において、前記保護制御を有効にする。

オフ側スイッチのショート異常が発生した状態において、短絡制御を正常に実行させることができるか否かを判定するチェック処理が実行されると、上下アーム短絡が発生する。この場合、スイッチに過電流が流れる。ここで、本発明では、チェック処理の実行中において、保護制御部による保護制御が有効にされる。このため、過電流が流れるスイッチに異常が発生したと保護制御部により判定され、異常が発生したと判定されたスイッチは、保護制御部によりオフ状態にされる。これにより、チェック処理が実行される場合において、スイッチを過電流から保護することができる。

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。 ３相短絡制御の処理手順を示すフローチャート。 チェック処理の手順を示すフローチャート。 チェック処理時におけるスイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。 比較例に係るチェック処理時におけるスイッチの駆動状態等の推移を示すタイムチャート。 第１実施形態の変形例に係るチェック処理の手順を示すフローチャート。 第２実施形態に係るシャットダウン制御の無効化態様を示すタイムチャート。 制御回路及びその周辺構成を示す図。 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。 第４実施形態に係る制御回路及びその周辺構成を示す図。

＜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、図示しない上位ＥＣＵによって駆動されてもよい。上位ＥＣＵは、制御回路５０に対して上位の制御装置である。

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、電源回路５１を備えている。電源回路５１には、図示しないヒューズ等を介して低圧電源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。電源回路５１は、低圧電源３１から供給された電圧に基づいて、制御回路５０の低圧領域側の各構成に供給する電源電圧Ｖｍを生成する。電源回路５１は、例えば、低圧電源３１の出力電圧を降圧することにより電源電圧Ｖｍを生成する。なお、実際には、制御回路５０の低圧領域には複数の電源回路が備えられるが、本実施形態では、それらをまとめて電源回路５１とした。

制御回路５０は、その低圧領域にマイコン６０を備えている。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は、電源回路５１の電源電圧Ｖｍが供給されることにより動作可能に構成されている。

制御回路５０は、電圧センサ５２、上アーム処理部６１Ｈ及び下アーム処理部６１Ｌを備えている。電圧センサ５２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、平滑コンデンサ２４の端子電圧を検出する。電圧センサ５２により検出された端子電圧は、マイコン６０に入力される。マイコン６０は、電圧センサ５２により検出された平滑コンデンサ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。マイコン６０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、過電圧異常が発生していると判定する。

上アーム処理部６１Ｈ及び下アーム処理部６１Ｌは、低圧領域に設けられ、電源回路５１の電源電圧Ｖｍ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、各処理部６１Ｈ，６１ＬはＡＳＩＣで構成されている。

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スイッチ指令生成部として機能する。制御量は、例えばトルクである。スイッチング指令は、スイッチのオン駆動を指示するオン指令又はスイッチのオフ駆動を指示するオフ指令のいずれかである。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とが交互にオン状態にされるようなスイッチング指令を生成する。

制御回路５０は、絶縁電源７０、上アームドライバ７１及び下アームドライバ７２を備えている。本実施形態において、上アームドライバ７１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７２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７１，７２は合わせて６つ設けられている。

絶縁電源７０は、低圧電源３１から供給された電圧に基づいて、上アームドライバ７１に供給する上アーム駆動電圧ＶｄＨと、下アームドライバ７２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７０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。各ドライバ７１，７２は、高圧領域に設けられている。

なお、絶縁電源７０は、３相の上アームドライバ７１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７２に共通の下アーム絶縁電源とを備えている。ちなみに、下アーム絶縁電源は、３相の下アームドライバ７２それぞれに対して個別に設けられていてもよい。

上アームスイッチＳＷＨは、上アームセンス端子ＳｔＨを備えている。上アームセンス端子ＳｔＨには、上アームスイッチＳＷＨのコレクタ電流と相関を有する微少電流が流れる。上アームセンス端子ＳｔＨに流れる電流は、そのセンス端子ＳｔＨに接続された上アームセンス抵抗体７３Ｈの電位差（以下、上アームセンス電圧ＶｓＨ）として検出される。

下アームスイッチＳＷＬは、下アームセンス端子ＳｔＬを備えている。下アームセンス端子ＳｔＬには、下アームスイッチＳＷＬのコレクタ電流と相関を有する微少電流が流れる。下アームセンス端子ＳｔＬに流れる電流は、そのセンス端子ＳｔＬに接続された下アームセンス抵抗体７３Ｌの電位差（以下、下アームセンス電圧ＶｓＬ）として検出される。

インバータ１５は、上アーム温度センサ７４Ｈ及び下アーム温度センサ７４Ｌを備えている。上アーム温度センサ７４Ｈは、上アームスイッチＳＷＨの温度を検出し、下アーム温度センサ７４Ｌは、下アームスイッチＳＷＬの温度を検出する。各温度センサ７４Ｈ，７４Ｌは、例えば、感温ダイオード又はサーミスタである。

上アームドライバ７１は、「スイッチ駆動部」としての上アーム駆動部７１ａと、上アーム判定部７１ｂとを備えている。上アームドライバ７１は、絶縁電源７０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。上アーム駆動部７１ａには、第１上アーム伝達部６２ａを介して、マイコン６０からの上アームスイッチング指令ＩＮＨが入力される。第１上アーム伝達部６２ａ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、低圧領域及び高圧領域の間を電気的に絶縁しつつ、低圧領域及び高圧領域の間の信号伝達を行う。第１上アーム伝達部６２ａは、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。

上アーム駆動部７１ａは、入力された上アームスイッチング指令ＩＮＨ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がオン状態とされる。一方、上アーム駆動部７１ａは、入力された上アームスイッチング指令ＩＮＨ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がオフ状態とされる。

上アーム判定部７１ｂには、上アームセンス電圧ＶｓＨ及び上アーム温度センサ７４Ｈの検出値が入力される。上アーム判定部７１ｂは、上アームセンス電圧ＶｓＨが過電流閾値を超えたと判定した場合、上アームスイッチＳＷＨの過電流異常が発生していると判定する。また、上アーム判定部７１ｂは、上アーム温度センサ７４Ｈにより検出された温度が温度閾値を超えたと判定した場合、上アームスイッチＳＷＨの過熱異常が発生していると判定する。上アーム判定部７１ｂは、上アームスイッチＳＷＨに過電流異常又は過熱異常が発生したと判定した場合、異常が発生した旨の情報である上アームフェール信号ＦａｉｌＨを、上アームフェール伝達部６３を介してマイコン６０及び上アーム処理部６１Ｈに出力する。本実施形態では、上アーム判定部７１ｂは、上アームスイッチＳＷＨに過電流異常又は過熱異常が発生したと判定した場合、上アームフェール信号ＦａｉｌＨの論理をＬからＨに切り替える。上アームフェール伝達部６３は、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。

下アームドライバ７２は、「スイッチ駆動部」としての下アーム駆動部７２ａと、下アーム判定部７２ｂとを備えている。下アームドライバ７２は、絶縁電源７０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。下アーム駆動部７２ａには、第１下アーム伝達部６４ａを介して、マイコン６０からの下アームスイッチング指令ＩＮＬが入力される。第１下アーム伝達部６４ａは、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。

下アーム駆動部７２ａは、入力された下アームスイッチング指令ＩＮＬ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がオン状態とされる。一方、下アーム駆動部７２ａは、入力された下アームスイッチング指令ＩＮＬ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がオフ状態とされる。

下アーム判定部７２ｂには、下アームセンス電圧ＶｓＬ及び下アーム温度センサ７４Ｌの検出値が入力される。下アーム判定部７２ｂは、下アームセンス電圧ＶｓＬが過電流閾値を超えたと判定した場合、下アームスイッチＳＷＬの過電流異常が発生していると判定する。また、下アーム判定部７２ｂは、下アーム温度センサ７４Ｌにより検出された温度が温度閾値を超えたと判定した場合、下アームスイッチＳＷＬの過熱異常が発生していると判定する。下アーム判定部７２ｂは、下アームスイッチＳＷＬに過電流異常又は過熱異常が発生したと判定した場合、異常が発生した旨の情報である下アームフェール信号ＦａｉｌＬを、下アームフェール伝達部６５を介してマイコン６０及び下アーム処理部６１Ｌに出力する。本実施形態では、下アーム判定部７２ｂは、下アームスイッチＳＷＬに過電流異常又は過熱異常が発生したと判定した場合、下アームフェール信号ＦａｉｌＬの論理をＬからＨに切り替える。下アームフェール伝達部６５は、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。

制御回路５０は、３相短絡制御（ＡＳＣ：Active Short Circuit）が実施可能となっている。詳しくは、マイコン６０は、第２上アーム伝達部６２ｂを介して上アーム駆動部７１ａに上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨを出力し、第２下アーム伝達部６４ｂを介して下アーム駆動部７２ａに下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬを出力する。なお、第２上アーム伝達部６２ｂ及び第２下アーム伝達部６４ｂは、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。なお、本実施形態において、マイコン６０が「短絡制御部」を含む。

制御回路５０は、過電流，過熱保護制御が実施可能となっている。詳しくは、上アーム処理部６１Ｈは、入力された上アームフェール信号ＦａｉｌＨの論理がＨであると判定した場合、第３上アーム伝達部６２ｃを介して上アーム駆動部７１ａに上アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＨを出力する。上アーム駆動部７１ａは、上アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＨが入力されたと判定した場合、入力される上アームスイッチング指令ＩＮＨ及び上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨにかかわらず、上アームスイッチＳＷＨをオフ状態にする。

下アーム処理部６１Ｌは、入力された下アームフェール信号ＦａｉｌＬの論理がＨであると判定した場合、第３下アーム伝達部６４ｃを介して下アーム駆動部７２ａに下アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＬを出力する。下アーム駆動部７２ａは、下アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＬが入力されたと判定した場合、入力される下アームスイッチング指令ＩＮＬ及び下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬにかかわらず、下アームスイッチＳＷＬをオフ状態にする。なお、第３上アーム伝達部６２ｃ及び第３下アーム伝達部６４ｃは、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。また、本実施形態において、上アーム処理部６１Ｈ及び下アーム処理部６１Ｌが「保護制御部」を含む。

マイコン６０は、上アーム処理部６１Ｈに対して、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの出力を指示する。上アーム処理部６１Ｈから出力された上アーム無効化信号ＳｇＡＨは、第４上アーム伝達部６２ｄを介して上アーム駆動部７１ａに入力される。なお、第４上アーム伝達部６２ｄは、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。

本実施形態において、上アーム駆動部７１ａは、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＨであると判定した場合、シャットダウン制御を有効にする。つまり、上アーム駆動部７１ａは、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＨであると判定した場合、上アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＨが入力されたときに上アームスイッチＳＷＨをオフ状態にする機能を働かせる。

一方、上アーム駆動部７１ａは、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＬであると判定した場合、シャットダウン制御を無効にする。つまり、上アーム駆動部７１ａは、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＬであると判定した場合、上アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＨが入力されたときであっても上アームスイッチＳＷＨをオフ状態にする機能を働かせない。この場合、上アーム駆動部７１ａは、上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨに従って上アームスイッチＳＷＨをオン状態又はオフ状態にする。

マイコン６０は、下アーム処理部６１Ｌに対して、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの出力を指示する。下アーム処理部６１Ｌから出力された下アーム無効化信号ＳｇＡＬは、第４下アーム伝達部６４ｄを介して下アーム駆動部７２ａに入力される。なお、第４下アーム伝達部６４ｄは、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。

本実施形態において、下アーム駆動部７２ａは、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの論理がＨであると判定した場合、シャットダウン制御を有効にする。つまり、下アーム駆動部７２ａは、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの論理がＨであると判定した場合、下アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＬが入力されたときに下アームスイッチＳＷＬをオフ状態にする機能を働かせる。

一方、下アーム駆動部７２ａは、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの論理がＬであると判定した場合、シャットダウン制御を無効にする。つまり、下アーム駆動部７２ａは、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの論理がＬであると判定した場合、下アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＬが入力されたときであっても、下アームスイッチＳＷＬをオフ状態にする機能を働かせない。この場合、下アーム駆動部７２ａは、下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬに従って下アームスイッチＳＷＬをオン状態又はオフ状態にする。なお、本実施形態において、上アーム処理部６１Ｈ及び下アーム処理部６１Ｌが「無効制御部」を含む。

続いて、図３のフローチャートを用いて、通常制御中にマイコン６０により実行される３相短絡制御について説明する。なお、通常制御とは、例えば、回転電機１０の制御量をその指令値に制御するための上，下アームスイッチング指令ＩＮＨ，ＩＮＬをマイコン６０が生成して出力する制御のことである。

ステップＳ１０では、３相短絡制御の実行条件が成立したか否かを判定する。本実施形態において、実行条件には、過電圧異常が発生したとの条件が含まれる。なお、過電圧異常が発生したか否かは、上述したように電圧センサ５２の検出値に基づいて判定される。

ステップＳ１０において否定判定した場合には、通常制御が継続される。一方、ステップＳ１０において肯定判定した場合には、ステップＳ１１に進み、上アームスイッチＳＷＨのショート異常又は下アームスイッチＳＷＬのオープン異常が発生しているか否かを判定する。なお、いずれの相の各上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬに異常が発生しているかと、その異常内容とのそれぞれは、例えば、各ドライバ７１，７２の各判定部７１ｂ，７２ｂから出力される各フェール信号ＦａｉｌＨ，ＦａｉｌＬに基づいて判定されればよい。

ステップＳ１１において肯定判定した場合には、ステップＳ１２に進み、上アームＡＳＣを実行する。上アームＡＳＣは、３相分の上アームドライバ７１に対する上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨをオン指令とし、３相分の下アームドライバ７２に対する下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬをオフ指令とする処理である。この場合、上アームスイッチＳＷＨが「オン側スイッチ」に相当し、下アームスイッチＳＷＬが「オフ側スイッチ」に相当する。

ステップＳ１１において否定判定した場合には、ステップＳ１３に進み、下アームＡＳＣを実行する。下アームＡＳＣは、３相分の下アームドライバ７２に対する下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬをオン指令とし、３相分の上アームドライバ７１に対する上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨをオフ指令とする処理である。この場合、下アームスイッチＳＷＬが「オン側スイッチ」に相当し、上アームスイッチＳＷＨが「オフ側スイッチ」に相当する。

このように、マイコン６０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と判定した場合、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。一方、マイコン６０は、上，下アームのうち、一方のアームの少なくとも１つのスイッチにオープン異常が発生したと判定した場合、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。

なお、図３に示した処理は、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬが正常な場合に下アームＡＳＣが実行されることを前提としたものである。ちなみに、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬが正常な場合に上アームＡＳＣが実行される構成であってもよい。

続いて、図４を用いて、３相短絡制御を正常に実行できるか否かをチェックする処理について説明する。この処理は、機能安全の観点から設けられ、マイコン６０により実行される。また、この処理は、例えば、通常制御が開始されてから制御システムが停止されるまでの１トリップにおいて、任意のタイミングで少なくとも１回実行される。

ステップＳ２０では、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＬである場合、上アーム処理部６１Ｈに対して、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理をＨにすることを指示する。また、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの論理がＬである場合、下アーム処理部６１Ｌに対して、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの論理をＨにすることを指示する。ステップＳ２０の処理は、上アーム駆動部７１ａ及び上アーム判定部７１ｂに対するシャットダウン制御の実行指示を有効にするための処理である。

ステップＳ２１では、上アームスイッチＳＷＨの異常の有無をチェックする。このチェックには、上アームスイッチＳＷＨにオープン異常又はショート異常が発生しているか否かのチェックが含まれる。例えば、上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨをオン指令にする場合において、上アームスイッチＳＷＨのコレクタ及びエミッタ間電圧ＶｃＨが平滑コンデンサ２４の端子電圧近傍の値であると判定したとき、上アームスイッチＳＷＨのオープン異常が発生していると判定する。また、例えば、上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨをオフ指令にする場合において、上アームスイッチＳＷＨのコレクタ及びエミッタ間電圧ＶｃＨが０Ｖ近傍であると判定したとき、上アームスイッチＳＷＨのショート異常が発生していると判定する。

ステップＳ２２では、ステップＳ２１の処理結果に基づいて、上アームスイッチＳＷＨのショート異常が発生しているか否かを判定する。ステップＳ２２において肯定判定した場合には、ステップＳ２３に進み、上述した上アームＡＳＣを実行する。

ステップＳ２２において否定判定した場合には、ステップＳ２４に進み、ステップＳ２１の処理結果に基づいて、上アームスイッチＳＷＨのオープン異常が発生しているか否かを判定する。ステップＳ２４において肯定判定した場合には、ステップＳ２５に進み、上述した下アームＡＳＣを実行する。

ステップＳ２４において否定判定した場合には、上アームスイッチＳＷＨが正常であると判定し、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、下アームスイッチＳＷＬの異常の有無をチェックする。例えば、下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬをオン指令にする場合において、下アームスイッチＳＷＨのコレクタ及びエミッタ間電圧ＶｃＬが平滑コンデンサ２４の端子電圧近傍の値であると判定したとき、下アームスイッチＳＷＬのオープン異常が発生していると判定する。また、例えば、下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬをオフ指令にする場合において、下アームスイッチＳＷＬのコレクタ及びエミッタ間電圧ＶｃＬが０Ｖ近傍であると判定したとき、下アームスイッチＳＷＬのショート異常が発生していると判定する。

ステップＳ２７では、ステップＳ２６の処理結果に基づいて、下アームスイッチＳＷＬのショート異常が発生しているか否かを判定する。ステップＳ２７において肯定判定した場合には、ステップＳ２５に進み、下アームＡＳＣを実行する。

ステップＳ２７において否定判定した場合には、ステップＳ２８に進み、ステップＳ２６の処理結果に基づいて、下アームスイッチＳＷＬのオープン異常が発生しているか否かを判定する。ステップＳ２８において肯定判定した場合には、ステップＳ２３に進み、上アームＡＳＣを実行する。

ステップＳ２８において否定判定した場合には、下アームスイッチＳＷＬが正常であると判定し、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、上アーム処理部６１Ｈに対して、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理をＬにすることを指示する。また、下アーム処理部６１Ｌに対して、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの論理をＬにすることを指示する。ステップＳ２９の処理は、上アーム駆動部７１ａ及び上アーム判定部７１ｂに対するシャットダウン制御の実行指示を無効にするための処理である。なお、本実施形態において、ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６〜Ｓ２８の処理が「チェック処理部」に相当する。また、シャットダウン制御の無効化が必要ない場合、ステップＳ２９の処理が無くてもよい。

本実施形態において、ステップＳ２０の処理が実行されるのは、以下に説明する理由のためである。上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬのうち例えば下アームスイッチＳＷＬのショート異常が発生することがある。このショート異常が発生した状態において、図４に示したステップＳ２１の処理により上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨがオン指令にされると、上アームスイッチＳＷＨがオン状態に切り替えられ、上下アーム短絡が発生してしまう。その結果、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬに過電流（短絡電流）が流れ、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの信頼性が低下し得る。特に、第１，第２遮断スイッチ２３ａ，２３ｂがオン状態にされている場合、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの信頼性の低下度合いは大きく、故障に至る懸念がある。

ここで、上述した上下アーム短絡が発生すると、上，下アームフェール信号ＦａｉｌＨ，ＦａｉｌＬが入力された上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌから上，下アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＨ，ＣｍＳＤＮＬが出力される。ステップＳ２０の処理が実行されると、その後のチェック処理の実行中において、上アーム駆動部７１ａ及び上アーム判定部７１ｂに対するシャットダウン制御の実行指示が有効にされる。このため、上下アーム短絡が発生した場合であっても、上，下アーム駆動部７１ａ，７２ａにより上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬがオフ状態にされる。これにより、チェック処理が実行される場合において、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬを過電流から保護することができる。

図５のタイムチャートを用いて、下アームスイッチＳＷＬのショート異常が発生した状態でチェック処理が実行される場合について説明する。図５（ａ）は上アーム無効化信号ＳｇＡＨの推移を示し、図５（ｂ）は上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨの推移を示す。図５（ｃ）は上アームフェール信号ＦａｉｌＨの推移を示し、図５（ｄ）は上アームスイッチＳＷＨの駆動状態の推移を示す。

時刻ｔ１において、上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨがオン指令に切り替えられ、上アームスイッチＳＷＨがオン状態に切り替えられる。これにより、上下アーム短絡が発生し、時刻ｔ２において、上アーム判定部７１ｂから出力される上アームフェール信号ＦａｉｌＨの論理がＨに切り替えられる。上アーム処理部６１Ｈから上アーム駆動部７１ａに対して出力される上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＨにされているため、上アーム処理部６１Ｈから出力された上アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＨが上アーム駆動部７１ａに入力されると、上アームスイッチＳＷＨがオフ状態に切り替えられる。

これに対し、図６に示すように、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＬにされる比較例では、時刻ｔ２において上アームフェール信号ＦａｉｌＨの論理がＨに切り替えられたとしても、上アームスイッチＳＷＨがオフ状態に切り替えられない。なお、図６（ａ）〜（ｄ）は、図５（ａ）〜（ｄ）に対応している。

以上詳述した本実施形態によれば、チェック処理が実行される場合において、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬを過電流から保護することができる。

＜第１実施形態の変形例＞
・図７に示すように、下アームスイッチＳＷＬのチェック処理が先に実行され、その後に上アームスイッチＳＷＨのチェック処理が実行されてもよい。なお、図７において、先の図４に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

・各アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌから出力される無効化信号はパルス信号であってもよい。この場合、上アーム側を例にして説明すると、例えば、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＨ，Ｌに交互に切り替えられるパルス信号の場合、シャットダウン制御の実行指示が無効にされ、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理がＨ又はＬに固定される場合、シャットダウン制御の実行指示が有効にされればよい。

・上アーム判定部７１ｂは、過電流異常又は過熱異常が発生していると判定した場合、上アーム駆動部７１ａに対して上アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＨを出力してもよい。また、下アーム判定部７２ｂは、過電流異常又は過熱異常が発生していると判定した場合、下アーム駆動部７２ａに対して下アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＬを出力してもよい。

・フォトカプラ又は磁気カプラ等の絶縁伝達部を用いることなく、制御回路５０の低圧領域及び高圧領域の間で通信によって信号がやりとりされてもよい。通信としては、例えば、ＳＰＩ（登録商標）や、ＣＡＮ、ＵＡＲＴ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、パラレル通信を用いることができる。また、通信は、例えば、２値のデジタル信号であってもよいし、Ｄｕｔｙ信号であってもよい。

＜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。

３相短絡制御の実行中において上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌから上，下アームシャットダウン指令ＣｍＳＤＮＨ，ＣｍＳＤＮＬが出力されると、３相短絡制御からシャットダウン制御に切り替えられる。この場合、平滑コンデンサ２４の端子電圧が大きく上昇し、過電圧異常が発生し得る。

そこで、本実施形態では、図８に示すように、３相短絡制御が開始される時刻ｔ１から所定時間経過する時刻ｔ２までの期間に亘って、上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌから出力される上，下アーム無効化信号ＳｇＡＨ，ＳｇＡＬの論理をＬにする。これにより、過電圧異常の発生を防止する。なお、時刻ｔ２において、マイコン６０は、上アーム処理部６１Ｈに対して、上アーム無効化信号ＳｇＡＨの論理をＨにすることを指示し、下アーム処理部６１Ｌに対して、下アーム無効化信号ＳｇＡＬの論理をＨにすることを指示すればよい。この場合、その後、例えば先の図４に示したチェック処理を実行することができる。

ここで、上，下アーム駆動部７１ａ，７２ａに入力される上，下アーム無効化信号ＳｇＡＨ，ＳｇＡＬが正常な信号でない場合、シャットダウン制御を無効にしたいにもかかわらず無効にすることができなくなり得る。この場合、３相短絡制御の実行中において、上述したようにシャットダウン制御が実行されてしまう懸念がある。

そこで、本実施形態では、マイコン６０は、上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌから上，下アーム無効化信号ＳｇＡＨ，ＳｇＡＬが正常に出力されていること、及び出力された上，下アーム無効化信号ＳｇＡＨ，ＳｇＡＬが上，下アーム駆動部７１ａ，７２ａに正常に入力されていることをチェックする無効化信号チェック処理を行う。なお、本実施形態において、マイコン６０が「信号判定部」を含む。

図９に、本実施形態の制御回路５０及びその周辺構成を示す。なお、図９において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

制御回路５０は、上アーム信号伝達部６６及び下アーム信号伝達部６７を備えている。各信号伝達部６６，６７は、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。

マイコン６０は、３相短絡制御を実行していない期間において、上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌに対して、上アームＡＳＣ又は下アームＡＳＣに対応した上，下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨ，ＣｍＡＳＣＬを出力するように指示する。その後、上，下アームドライバ７１，７２は、入力された上，下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨ，ＣｍＡＳＣＬを、上，下アームチェック信号ＳｇＨ，ＳｇＬとして、上，下アーム信号伝達部６６，６７を介してマイコン６０に出力する。

マイコン６０は、入力された上，下アームチェック信号ＳｇＨ，ＳｇＬを監視し、監視した上，下アームチェック信号ＳｇＨ，ＳｇＬと、上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌから出力された上，下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨ，ＣｍＡＳＣＬとを比較することにより、上，下アーム無効化信号ＳｇＡＨ，ＳｇＡＬが正常に出力されていること、及び出力された上，下アーム無効化信号ＳｇＡＨ，ＳｇＡＬが上，下アーム駆動部７１ａ，７２ａに正常に入力されていることをチェックする。

以上説明した本実施形態によれば、３相短絡制御が開始されてから所定時間経過するまでの期間に亘って、シャットダウン制御が実行されることを的確に防止することができる。

＜第３実施形態＞
以下、第３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。図１０に、本実施形態の制御回路５０及びその周辺構成を示す。なお、図１０において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、マイコン６０に代えて、上アーム処理部６１Ｈが上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨを出力する。また、マイコン６０に代えて、下アーム処理部６１Ｌが下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬを出力する。

上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌは、例えば、過電圧異常が発生した旨の情報をマイコン６０から取得した場合に上アームＡＳＣ又は下アームＡＳＣに対応した上，下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨ，ＣｍＡＳＣＬを出力すればよい。また、例えば、過電圧異常が発生した旨の情報をマイコン６０から取得する構成に代えて、上，下アーム処理部６１Ｈ，６１Ｌは、電圧センサ５２の検出値を取得し、取得した検出値に基づいて過電圧異常が発生したか否かを自ら判定してもよい。なお、本実施形態において、上アーム処理部６１Ｈ及び下アーム処理部６１Ｌが「短絡制御部」を含む。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

＜第４実施形態＞
以下、第４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。図１１に、本実施形態の制御回路５０及びその周辺構成を示す。なお、図１１において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、マイコン６０から上，下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨ，ＣｍＡＳＣＬは出力されない。制御回路５０は、その高圧領域に上アームＡＳＣ指令部７５及び下アームＡＳＣ指令部７６を備えている。上アームＡＳＣ指令部７５には、絶縁電源７０の上アーム駆動電圧ＶｄＨが供給され、下アームＡＳＣ指令部７６には、絶縁電源７０の下アーム駆動電圧ＶｄＬが供給される。

上アームＡＳＣ指令部７５は、上アーム駆動電圧ＶｄＨが低下し始めたことに基づいて、上アームスイッチＳＷＨを上アームＡＳＣ又は下アームＡＳＣに対応した駆動状態にする上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨを上アーム駆動部７１ａに対して出力する。詳しくは、上アームＡＳＣ指令部７５は、上アーム駆動電圧ＶｄＨが低下して第１所定電圧以下になったと判定した場合、上アームスイッチＳＷＨを上アームＡＳＣ又は下アームＡＳＣに対応した駆動状態にする上アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＨを上アーム駆動部７１ａに対して出力する。

下アームＡＳＣ指令部７６は、下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下し始めたことに基づいて、下アームスイッチＳＷＬを上アームＡＳＣ又は下アームＡＳＣに対応した駆動状態にする下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬを下アーム駆動部７２ａに対して出力する。詳しくは、下アームＡＳＣ指令部７６は、下アーム駆動電圧ＶｄＬが低下して第２所定電圧以下になったと判定した場合、下アームスイッチＳＷＬを上アームＡＳＣ又は下アームＡＳＣに対応した駆動状態にする下アームＡＳＣ指令ＣｍＡＳＣＬを下アーム駆動部７２ａに対して出力する。

なお、上，下アームＡＳＣ指令部７５，７６は、例えば、いずれの相の上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬにショート異常又はオープン異常が発生しているかの情報をマイコン６０から取得すればよい。また、本実施形態において、上，下アームＡＳＣ指令部７５，７６が「短絡制御部」に相当する。

以上説明した本実施形態によれば、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相短絡制御が実施可能となっている。シャットダウン状態とは、３相分の上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬがオフ状態になることである。ここで、制御回路５０内の異常には、マイコン６０の異常と、電源回路５１の異常と、絶縁電源７０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７０から電圧を出力できなくなる異常には、絶縁電源７０の異常と、低圧電源３１から絶縁電源７０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７０に給電できなくなる異常は、例えば、低圧電源３１から絶縁電源７０までの電気経路が断線することで発生する。なお、上述した異常は、例えば車両の衝突により発生する。

＜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。

・各ドライバ７１，７２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るものであってもよい。

・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。この場合、ドレインが高電位側端子に相当し、ソースが低電位側端子に相当する。

・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。

Claims (2)

1. 蓄電部（２４）と、
   多相の回転電機（１０）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）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、
   上下アームの前記スイッチを駆動するスイッチ駆動部（７１ａ，７２ａ）と、
   前記システムに異常が発生したと判定した場合、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であるオン側スイッチをオン状態にし、他方のアームにおける前記スイッチであるオフ側スイッチをオフ状態にする短絡制御を前記スイッチ駆動部に実行させる短絡制御部（６０，６１Ｈ，６１Ｌ，７５，７６）と、
   前記短絡制御を正常に実行させることができるか否かを判定するチェック処理を実行するチェック処理部と、
   上下アームいずれかの前記スイッチに異常が発生したと判定した場合、異常が発生したと判定した前記スイッチをオフ状態にする保護制御を前記スイッチ駆動部に実行させる保護制御部（６１Ｈ，６１Ｌ）と、を備え、
   前記チェック処理の実行中において、前記保護制御を有効にする電力変換器の制御回路。
2. 前記短絡制御の実行中において、前記保護制御部から前記スイッチ駆動部に対して前記保護制御の実行が指示されたとしても、前記保護制御の実行指示を無効にする無効化信号を前記スイッチ駆動部に対して出力する無効制御部（６１Ｈ，６１Ｌ）と、
   前記短絡制御が実行されていない場合において、前記無効制御部から出力された前記無効化信号を監視し、その監視結果に基づいて、前記無効制御部から前記無効化信号が正常に出力されているか否かを判定する信号判定部と、を備える請求項１に記載の電力変換器の制御回路。

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