JP2022515397A - 電圧変換器を制御するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイグループを形成する複数のハイサイドスイッチと、ローグループを形成する複数のローサイドスイッチとを備える電圧変換器を制御するためのシステム１であって、制御システム１は、－ＤＣ電圧源Ｂの電圧Ｖを測定するためのモジュール１０と、－測定電圧Ｖを第１の安全閾値ＯＶ１と比較するためのモジュール１１と、－測定電圧Ｖが第１の安全閾値ＯＶ１よりも高いと比較モジュール１１が示した場合に、ハイグループまたはローグループから選択された第１グループのスイッチを閉鎖するように制御するための制御モジュール１２とを備えるシステム１に関する。

Description

本発明は、自動車用の回転電機を備える電気システムに関し、この機械は電圧変換器によって駆動される。より具体的には、電圧変換器を制御するためのシステム、ならびに回転電機およびこのような制御システムを備える電気システムに関する。

制御システムおよび並列に接続された複数のスイッチングアームを備え、各アームが中点で互いに接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを備え、各中点は回転電機の少なくとも１つの相に接続されるように意図される、電圧変換器が知られている。制御システムは、電気機械への電力の供給を制御するために、各スイッチの開放または閉鎖を制御する。ローサイドスイッチまたはハイサイドスイッチは、例えば金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）タイプの電子電源スイッチである。スイッチは、車両の車載ネットワークに電気を供給するバッテリからモータモードで、または車載ネットワークに電力を供給して車両のバッテリを充電するためのオルタネータモードのいずれかで、ステータの相に電力を供給できるようにする。ステータに３つの相を備える電気機械の場合、電圧変換器は、各々が３つの相のうちの１つおよびグランドに接続された３つのローサイドスイッチと、各々が３つの相のうちの１つおよび自動車の車載ネットワークに対応する正端子に接続された３つのハイサイドスイッチとを備える。

車載ネットワークに接続された自動車の電気機器のアイテムの故障に続いて、車載ネットワークに過電圧、すなわちこのネットワークの公称電圧よりもはるかに高い車載ネットワーク上の電圧の出現が起こり得る。

例えば、このような過電圧は、制御システムがそれぞれ閉状態または開状態となるようにこれを制御したときに開状態または閉状態のままとなる、電圧変換器のスイッチの誤作動の場合に起こり得る。

このような過電圧は、回転電機または電圧変換器およびその制御システムのみならず、車載ネットワークに接続されたあらゆる電気装置の信頼性を損なうかまたは低下させる可能性がある。

過電圧を制限または停止するために、電気機械を制御するためのシステムは、スイッチの各々に関連付けられた検出装置を備えることが知られている。このような検出装置は、関連するスイッチの故障を検出および識別すること、ならびに過電圧を制限または停止するために識別された故障に応じて他のスイッチの閉鎖および開放を制御することを可能にする。

例えば、閉状態のままのハイサイドスイッチの場合、このスイッチの故障検出器は、このスイッチの閉状態のままの故障を検出し、他の２つのハイスイッチの閉鎖を制御してステータの相の全てを同じ電位にする（すなわち相が短絡される）ことによって回転電機を安全にする制御システムの制御モジュールにこの故障の検出に関する情報を送信する。

しかしながら、このような制御システムは、スイッチと同じ数の故障検出器を含む必要があり、これらの故障検出器を制御システムに収容するのにかなりのコストと困難を生じる。

本発明の目的は、これらの欠点を少なくとも部分的に克服することである。

この目的のために、本発明は、電圧変換器を制御するためのシステムであって、電圧変換器は回転電機をＤＣ電圧源に、具体的には車載ネットワークに接続するように意図されており、電圧変換器は、並列に接続された複数のスイッチングアームを備え、各アームは、前記回転電機に接続されるように意図される中点で互いに接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを備え、ハイサイドスイッチはハイグループを形成し、ローサイドスイッチはローグループを形成し、制御システムは、
１．ＤＣ電圧源の電圧を測定するためのモジュールと、
２．測定電圧を第１の安全閾値と比較するためのモジュールと、
３．測定電圧が第１の安全閾値よりも高いと比較モジュールが示した場合に、ハイグループまたはローグループから選択された第１グループのスイッチを閉鎖するコマンドを生成するための制御モジュールと
を備える、システムに関する。

ハイサイドまたはローサイドスイッチとは、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）タイプまたは金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）タイプの電子電源スイッチを意味する。

このように、制御システムは、過電圧が検出されたときに同じ側のスイッチの全てを体系的に閉じることによって、電圧変換器および回転電機を保護する。

このようなシステムは、その体系的な側面のため、各スイッチにおける故障検出および識別手段の設置を必要としない。したがって、これは以前の制御システムよりも実装するのにかさばらず、安価である。

制御システムが、測定電圧が第１の安全閾値よりも高いときに閉じるようにローグループのスイッチの全てを制御する場合には、電圧変換器は、ハイサイドスイッチのうちの１つが開回路故障（受信したコマンドにかかわらずスイッチが開いたままである）を生じたとき、またはローサイドスイッチのうちの１つが短絡回路故障（受信したコマンドにかかわらずスイッチが閉じたままである）を生じたときに、こうして保護される。

制御システムが、測定電圧が第１の安全閾値よりも高いときに閉じるようにハイグループスイッチの全てを制御する場合には、電圧変換器は、ハイサイドスイッチのうちの１つが短絡回路故障を生じたとき、またはローサイドスイッチのうちの１つが開回路故障を生じたときに、こうして保護される。

いずれの場合も、電圧変換器は、電圧変換器および／または回転電機以外の機器のアイテムによって作成された車載ネットワーク上の過電圧に対しても保護される。

本発明による装置は、個別にまたは全ての技術的に可能な組合せにしたがって考慮される、以下の特長のうちの１つ以上も呈することができる。

本発明の特定の一実施形態によれば、測定電圧が第１の安全閾値以上であるとき、制御モジュールは、第１グループ以外のスイッチを開くコマンドを生成するように、さらに設計される。

これは、第１グループのスイッチのうちの１つが故障した場合に、短絡回路を防止し、電圧変換器のスイッチを損傷するためである。

一実施形態によれば、測定電圧は、ＤＣ電圧源の電圧である。例えば、測定モジュールは、ＤＣ電圧源に接続されるように意図される電圧変換器の２つの端子間の電圧を測定する。

一実施形態によれば、第１の安全閾値は、変換器に供給するＤＣ電圧源の公称電圧の１．１０倍から１．２５倍の間、例えばＤＣ電圧源の公称電圧の１．２倍である。例えば、公称供給電圧は４８ボルトに等しく、第１の安全閾値は、５３ボルトから６０ボルトの間である。

一実施形態によれば、比較モジュールは、測定供給電圧を、第１の安全閾値よりも高い第２の安全閾値と比較し、制御モジュールは、測定電圧が第２の安全閾値以上であるとき、ハイサイドスイッチのグループまたはローサイドスイッチのグループから選択された第２グループのスイッチを閉じるコマンドを生成するようにさらに設計され、前記第２グループのスイッチは、前記第１グループのスイッチとは異なる。

このような制御システムは、電圧変換器のスイッチのうちの１つが短絡回路または開回路を生じたときに、電圧変換器を安全にすることができる。

この実施形態の一変形例では、制御システムは、第１グループのスイッチが閉じられる前に閉じるように第２グループのスイッチを制御しないように構成されている。

本発明の特定の一実施形態では、第２の安全閾値は、電圧変換器のＤＣ電圧源の公称電圧の１．２倍から１．４倍の間、例えばＤＣ電圧源の公称電圧の１．３３倍である。

このため、電圧変換器の構成要素に損傷を生じない電圧値の範囲内に留まる。

この実施形態の１つの例示的な実施では、ＤＣ電圧源の公称電圧は４８ボルトに等しく、第２の安全閾値は、５８ボルトから６７ボルトの間、例えば６４ボルトである。

本発明の別の実施形態では、第２の安全閾値は、第１の安全閾値と、４ボルトから１２ボルトの間の少なくとも１つの電圧との合計に等しい。

本発明の別の実施形態では、制御モジュールは、測定電圧が第２の安全閾値以上であるとき、第１グループのスイッチを開くコマンドを生成するようにさらに設計される。

これは、短絡回路を防止し、電圧変換器のスイッチを損傷するためである。

本発明の別の実施形態では、第１グループのスイッチは、測定電圧が第２の安全閾値以上であるとき、閉じたままである。これにより、短絡回路を引き起こすこと、ならびに車両の短絡回路保護装置、例えば速断型ヒューズ、または各アームのスイッチのうちの１つのいずれかを使用することを可能にし、これらが全て開くまでこれらを損傷させる。

一実施形態によれば、第１グループのスイッチは、ローサイドスイッチのグループである。

一実施形態によれば、第１グループのスイッチは、ハイサイドスイッチのグループである。

本発明はまた、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを制御するための制御ユニットにも関し、前記制御ユニットは、上述の実施形態のうちの１つ以上の特徴を備え得る、上述の制御システムを備える。

本発明はまた、電気システムであって、
ａ．ＤＣ電圧源、具体的には自動車のバッテリに接続されるように意図される第１および第２の電源端子と、
ｂ．少なくとも３つの相を有するステータを備える回転電機と、
ｃ．前記ＤＣ電圧源からの電力を回転電機に供給するための電圧変換器であって、電圧変換器は、
ｉ．並列に接続された複数のスイッチングアームであって、各アームは、中点で互いに接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを備え、各中点は前記回転電機の少なくとも１つの相に接続されている、複数のスイッチングアームと、
ｉｉ．ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを制御するためのユニットであって、前記制御ユニットは本発明による制御システムを備える、ユニットと
を備える電圧変換器と
を備える電気システムにも関する。

電気システムは、制御システムと同じ、上記で述べられた利点の恩恵を受ける。

電気システムの特定の一実施形態では、制御ユニットは、少なくとも１つの故障検出モジュール、例えば相電流方向故障モジュールをさらに備え、故障モジュールが故障を検出すると、制御ユニットは、第１グループのスイッチを閉じるように制御する。

電気システムの特定の一実施形態では、制御ユニットは、
・ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを制御するように設計されたコントローラと、
・車両の電子制御ユニットから、回転電機をモータモードに切り換える、または回転電機をオルタネータモードに切り換えるいずれかの命令を受信するように意図され、この命令を、電圧変換器のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを制御するためのコマンドに変換するように配置された、機械制御モジュールと、
・機械制御モジュールによって送信されたコマンドよりも制御システムによって送信されたコマンドを優先させるための論理モジュールであって、論理モジュールはコントローラに、機械制御モジュールまたは制御システムのいずれかによって受信されたスイッチのコマンドを送信する、論理モジュールと
をさらに備える。

論理モジュールの使用により、コントローラが１つのコマンドのみを受信することを保証し、こうして電気システムの誤作動を防止する。

本発明はまた、本発明による電圧変換器を制御するためのシステムを制御する方法であって、電圧変換器は回転電機およびＤＣ電圧源に、具体的には自動車の車載ネットワークに接続されており、前記方法は、
１．測定モジュールによって、ＤＣ電圧源の電圧を測定するステップと、
２．比較モジュールによって、測定電圧を第１の安全閾値と比較するステップと、
３．制御モジュールによって、測定電圧が第１の安全閾値よりも高い場合に、ハイグループまたはローグループから選択された第１グループのスイッチを閉じるコマンドを生成するステップと
を備える方法にも関する。

本発明はまた、少なくとも３つの相を有するステータを備える電気機械と、ＤＣ電圧源からの電力を回転電機に供給するための電圧変換器とを備える、電気システムを安全にする方法であって、電圧変換器は、
１．並列に接続された複数のスイッチングアームであって、各アームは、ＤＣ電圧源の正端子に接続されたハイサイドスイッチと、車両のグランドまたはＤＣ電圧源の負端子に接続されたローサイドスイッチとを備え、各アームのロースイッチおよびハイスイッチは中点で互いに接続され、各中点は前記回転電機の少なくとも１つの相に接続されている、複数のスイッチングアームと、
２．様々な実施形態の特徴の有無にかかわらず本発明による制御システムを備える制御ユニットと
を備える、方法にも関する。

電気システムを安全にする方法は、
１．ＤＣ電圧源の電圧を測定するステップと、
２．測定電圧を第１の安全閾値と比較するステップと、
３．測定供給電圧が第１の安全閾値よりも高いとき、ハイサイドスイッチのグループまたはローサイドスイッチのグループから選択された、第１グループのスイッチを閉じるステップと
を備える。

本発明の他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照して、比限定的な例によって提供される、以下の説明から明確に明らかになるだろう。

第１の実施形態の一例による制御システムを備える制御ユニットを備える電気システムのブロック図を示す。

第１の実施形態の一例による制御システムを備える制御ユニットのブロック図を示す。

ＤＣ電圧源の端子間で測定された電圧を示すヒストグラムを示す。 ＤＣ電圧源の端子間で測定された電圧を示すヒストグラムを示す。

より明確にするために、同一または類似の要素は、全ての図において同一の参照符号を使用して識別される。

［図１］は、ＤＣ電源Ｂ、この場合、この例では４８Ｖ ＤＣ電源、例えば車載ネットワークによって車両の電気機器の他のアイテム（図示せず）に電力を供給できるようにする自動車のバッテリに接続された、第１の電源端子Ｂ＋および第２の電源端子Ｂ－を備える電気システムＳＥのブロック図を示す。ＤＣ電圧源は、自動車のバッテリと、車両のバッテリと並列に接続されたコンデンサバンクとを備え得る。この例では、第２の端子Ｂ－は、電気システムＳＥのグランドである。

電気システムＳＥは、少なくとも３つの相Ｕ、Ｖ、Ｗと、ステータに巻かれた３つのコイルｕ、ｖ、ｗとを有するステータを備える回転電機Ｍを備える。この例では、コイルｕ、ｖ、ｗはスター構成で接続され、各々がその出力において、対応する相Ｕ、Ｖ、Ｗをそれぞれ備える。

電気システムＳＥは、回転電機Ｍに前記ＤＣ電圧源Ｂからの電力を供給するための電圧変換器Ｏをさらに備える。

電圧変換器Ｏは、端子Ｂ＋とＢ－との間で並列に接続された複数のスイッチングアームを備える。電圧変換器Ｏは、回転電機Ｍが有する相と同じ数のアームを備える。この場合、ここに記載される例では、電圧変換器Ｏは３つのアームを備える。このため、電圧変換器Ｏは、第１のアームＸ、第２のアームＹ、および第３のアームＺを備える。

各アームＸ、Ｙ、Ｚは、ハイサイドスイッチＨＳ＿Ｘ、ＨＳ＿Ｙ、ＨＳ＿Ｚ、およびローサイドスイッチＬＳ＿Ｘ、ＬＳ＿Ｙ、ＬＳ＿Ｚを備える。アームＸ、Ｙ、Ｚの各ハイサイドおよびローサイドスイッチは、中点ＰＸ、ＰＹ、ＰＺで互いに接続されている。ハイサイドスイッチは、ハイグループＨＳと呼ばれるスイッチグループを形成する。同様に、ローサイドスイッチは、ローグループＢＳと呼ばれるスイッチグループを形成する。

ここに記載される例では、各ハイサイドまたはローサイドスイッチは、各々がフライバックダイオードを備える金属酸化物半導体電界効果トランジスタである。

したがって、この場合、この例では、第１のアームＸには、第１の中点ＰＸによって第１のローサイドスイッチＬＳ＿Ｘに接続された第１のハイサイドスイッチＨＳ＿Ｘがあり、第２のアームＹには、第２の中点ＰＹによって第２のローサイドスイッチＬＳ＿Ｙに接続された第２のハイサイドスイッチＨＳ＿Ｙおよび第３の中点ＰＺによって第３のローサイドスイッチＬＳ＿Ｚにそれぞれ接続された第３のハイサイドスイッチＨＳ＿Ｚがある。

各中点ＰＸ、ＰＹ、ＰＺは、前記回転電機Ｍの少なくとも１つの相Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されており、したがってこの場合、この例では、第１の中点ＰＸは相Ｕに、第２の中点ＰＹは相Ｖに、および第３の中点Ｚは相Ｗに接続されている。

電圧変換器Ｏは、ハイサイドＨＳ＿Ｘ、ＨＳ＿Ｙ、ＨＳ＿ＺおよびローサイドＬＳ＿Ｘ、ＬＳ＿Ｙ、ＬＳ＿Ｚスイッチを制御するためのユニットＵをさらに備える。したがって、前記制御ユニットＵは、スイッチごとに、対応するスイッチの制御部に接続された出力を備える。図１の過負荷を回避するために、制御ユニットＵの出力と第３のローサイドスイッチＬＳ＿Ｚの制御部および制御ユニットＵの別の出力と第２のハイサイドスイッチＨＳ＿Ｙの制御部との間の接続のみが示されている。

制御ユニットＵは、パルス幅変調（ＰＷＭ）を介して各アームＸ、Ｙ、Ｚのスイッチを制御する。

［図２］は、制御ユニットＵのブロック図を示す。

制御ユニットＵは、ＤＣ電圧源Ｂの電圧を測定するためのモジュール１０を備える制御システム１を備える。ここに記載される例では、測定モジュール１０は、端子Ｂ＋およびＢ－間の電圧Ｖを測定する。言い換えると、ここに記載される例では、電圧モジュール１０は、４８ボルトの公称電圧を有するＤＣ電圧源Ｂの電圧を測定する。

制御システム１は、測定モジュール１０から測定電圧Ｖを受信するように配置された比較モジュール１１をさらに備える。比較モジュール１１は、測定電圧Ｖを第１の安全閾値ＯＶ１と比較する。第１の安全閾値ＯＶ１は、例えば、比較モジュール１１の不揮発性メモリに記憶される。

ここに記載される例では、第１の安全閾値ＯＶ１は、公称電圧の１．１０倍から１．２５倍の間、例えば車両の車載ネットワークのものに対応するＤＣ電圧源の公称電圧の例えば１．２倍である。この場合、この例では、安全閾値ＯＶ１は５６ボルト、すなわち４８ボルトＤＣ電圧源の公称電圧の約１．１７倍である。

比較モジュール１１は、測定電圧Ｖを、第１の安全閾値ＯＶ１よりも高い第２の安全閾値ＯＶ２と比較するようにさらに設計されている。第２の安全閾値ＯＶ２は、例えば比較モジュール１１の不揮発性メモリに記憶される。

制御システム１は、制御モジュール１２をさらに備える。ここに記載される例では、制御モジュール１２は論理ゲートに基づく。変形例として、制御モジュール１２はマイクロコントローラであってもよい。

比較モジュール１１は、測定電圧Ｖが第１の安全閾値ＯＶ１よりも高いときに、制御モジュール１２に情報ｏｖ１を送信するように配置されている。この情報ｏｖ１は、例えば、測定電圧Ｖが第１の安全閾値ＯＶ１よりも高いときには高論理レベルの形態で、それ以外では低論理レベルの形態で送信される。

比較モジュール１１はまた、測定電圧Ｖが第２の安全閾値ＯＶ２よりも高いときに、制御モジュール１２に情報ｏｖ２を送信するように配置されている。この情報ｏｖ２は、例えば、測定電圧Ｖが第２の安全閾値ＯＶ２よりも高いときには高論理レベルの形態で、それ以外では低論理レベルの形態で送信される。ここに記載される例では、第２の安全閾値は６４ボルトに等しく、すなわち４８Ｖ公称電圧よりも３３％高い。

情報ｏｖ１を受信すると、制御モジュール１２は、ハイサイドスイッチＨＳのグループ、すなわちハイグループ、またはローサイドスイッチＬＳのグループ、すなわちローグループから選択された、第１グループのスイッチＬＳ、ＨＳを閉じるコマンドを送信する。

ここに記載される例では、第１グループのスイッチはローグループＬＳであり、コマンドは、ローグループＬＳのスイッチの全てを閉じるコマンドＡＳＣ＿ＬＳである。

任意選択的に、情報ｏｖ１を受信すると、制御モジュール１２はまた、ハイサイドスイッチＨＳのグループ、すなわちハイグループ、またはローサイドスイッチＬＳのグループ、すなわちローグループから選択された、第２グループのスイッチＬＳ、ＨＳを開くコマンドを送信してもよく、第２グループのスイッチは第１グループとは異なる。この場合、アームＸ、Ｙ、およびＺの各々の切り換えは、アームのハイスイッチおよびロースイッチの両方が開いているデッドタイムの影響を受ける。具体的には、目的は、ハイスイッチおよびロースイッチが同時に閉じられることを意味する、当業者に知られている表現による「交差伝導」がないことを保証するために、他のスイッチの閉鎖を制御する前にその開放が制御されるスイッチが実際に開いていることである。

ここに記載される例では、第２グループのスイッチはハイグループＨＳであり、制御モジュール１２はまた、ハイグループＨＳのスイッチの全てを開くコマンドも送信し得る。

情報ｏｖ２を受信すると、制御モジュール１２は、第２グループのスイッチを閉じるコマンドを送信する。したがって、この場合、ここに記載される例では、第２グループのスイッチはハイグループＨＳのスイッチであり、コマンドは、ハイグループＨＳのスイッチの全てを閉じるコマンドＡＳＣ＿ＨＳである。

任意選択的に、情報ｏｖ２を受信すると、制御モジュール１２は、第１グループのスイッチを開くコマンドも送信し得る。したがって、この場合、ここに記載される例では、第１グループのスイッチはローグループＬＳのスイッチであり、コマンドは、ローグループＬＳのスイッチの全てを開くコマンドである。この任意選択的な場合、アームＸ、Ｙ、およびＺの各々の切り換えは、デッドタイムの影響を受ける。

このため、ここに記載される例では、過電圧が発生した場合、制御モジュール１２は、ローサイドスイッチ（ローグループＬＳ）の全てを閉じるコマンド、および潜在的にハイサイドスイッチ（ハイグループＨＳ）の全てを開くコマンドを最初に送信する。

［図１］では、ローグループＬＳのスイッチは閉じられ、ハイグループＨＳのスイッチは開いている。このため、［図１］では、相Ｕ、Ｖ、Ｗの全てが同じ電位、この場合は車両のグランドＢ－の電位に置かれていることがわかる。このため、故障が開いたままの故障したハイサイドスイッチ「開状態のままの故障」に起因する場合、または故障が閉じたままの故障したローサイドスイッチ「閉状態のままの故障」に起因する場合、または故障が、例えば回転電機が発電機モードにある間の第１のＤＣ電源Ｂの時期を誤った切断など、車載ネットワーク上の機器の別のアイテムに起因する場合、電気システムＳＥは保護される。

測定電圧Ｖが第２の閾値ＯＶ２を超えることなく安定化した場合には、変換器は次いで満足のいく状態、すなわち過電圧が制御下に置かれ、変換器が過電圧の結果から保護される状態にある。言い換えると、制御システム１は、過電圧を引き起こした故障のタイプに関して、電圧変換器Ｏのスイッチングアームを短絡するという正しい戦略を適用している。

第２の閾値は、第１グループのスイッチの短絡が、過電圧を引き起こした故障のタイプに関して実施される正しい戦略であるときに、過電圧が第２の閾値未満で安定化する時間を許容するために第１の閾値から十分に離れるように構成される必要があることに、留意すべきである。

あるいは、制御システム１が電圧変換器Ｏのスイッチングアームを短絡するという正しい戦略を適用していない場合、測定電圧Ｖは、第２の閾値ＯＶ２を超えるまで増加し続ける。第２の閾値ＯＶ２を超えると、制御モジュール１２は次いで、ハイサイドスイッチ（ハイグループＨＳ）の全てを閉じる第２のコマンド、および潜在的に、ローサイドスイッチ（ローグループＬＳ）の全てを開く第２のコマンドを送信する。

この段階で、制御システム１は、電圧変換器Ｏのスイッチングアームを短絡するという正しい戦略を必然的に適用している。このため、過電圧は制御下に置かれており、変換器はこの過電圧の結果から保護される。

任意選択的に、制御モジュール１２はまた、エラー情報、例えば低すぎる車載ネットワーク上の電圧（不足電圧またはＵＶ）に関するエラー情報を受信するように配置された１つ以上の入力ＡＥを備え得る。１つ以上の入力ＡＥを介してエラー情報を受信すると、制御モジュール１２はまた、第１グループのスイッチを閉じるコマンド、および潜在的に、第２グループのスイッチを開くコマンドを送信する。

ここで記載される実施形態では、制御ユニットＵは、機械制御モジュール２、論理モジュール３、および「ドライバ」としても知られるコントローラ４をさらに備える。

機械制御モジュール２は、車両の電子制御ユニットから、供給されたトルク値にしたがって回転電機をモータモードに切り換えるか、または車両のＤＣ電圧源を充電するために抵抗トルクにしたがって回転電機をオルタネータモードに切り換えるかのいずれかの命令を受信するための入力（図示せず）を備える。機械制御モジュール２は、この命令をハイサイドＨＳスイッチおよびローサイドＬＳスイッチのためのコマンドに変換し、前記コマンドは、論理モジュール３およびコントローラ４によって送信される。言い換えると、機械制御モジュール２、論理モジュール３、およびコントローラ４のおかげで、ハイサイドスイッチＨＳおよびローサイドスイッチＬＳは各々、例えばパルス幅変調ＰＷＭ＿ＨＳ、ＰＷＭ＿ＬＳを介して、開閉するためのコマンドを受信する。

論理モジュール３は、機械制御モジュール２によって送信されたコマンドよりも制御システム１によって送信されたコマンドを優先させるように設計されている。言い換えると、制御システム１は、機械制御モジュール２よりも優先される。

したがって、論理モジュール３は、コントローラ４に配信するために、機械制御モジュール２または制御システム１のいずれかからコマンドを受信する。

したがって、論理モジュール３は、機械制御モジュール２から受信したコマンドよりも、制御モジュール１２から受信したコマンドの送信を優先させる。言い換えると、論理モジュール３が制御モジュール１２からコマンドを受信すると、これをコントローラ４に送信しすると同時に、機械制御モジュール２から受信したコマンドはコントローラ４に送信しない。

機械制御モジュール２がマイクロプロセッサであるとき、および制御モジュール１２および論理モジュール３が論理ゲートに基づくとき、機械制御モジュール２の反応時間（典型的には数十マイクロ秒程度）は、制御モジュール１２の反応時間（典型的には１マイクロ秒程度）よりも長い。このため、論理モジュール３によって実行される優先順位付けは、電圧変換器Ｏおよび回転電機Ｍがより速く安全になることを保証する。

論理モジュール３は、制御モジュール１２が第１グループまたは第２グループのスイッチの閉鎖を制御したことをこの機械制御モジュール２に通知するために、例えば論理レベルの形態の情報ＡＳＣ＿ＬＳ＿ＯＮ、ＡＳＣ＿ＨＳ＿ＯＮを機械制御モジュール２にさらに送信し得る。

本発明のこの実施形態では、機械制御モジュール２は、測定モジュール１１にさらに接続され得る。このため、この場合、測定モジュール１１は、情報ｏｖ１またはｏｖ２を機械制御モジュール２に送信してもよく、したがってこれは、
１．制御モジュール１２による第１グループまたは第２グループのスイッチの閉鎖がエラーではないことをチェックしてもよく、および／または
２．論理モジュール３に、第１グループのスイッチを閉じるコマンド、そして必要に応じて、第２グループのスイッチを閉じるコマンドを送信してもよい。

このため、第１グループ、および必要に応じて第２グループのスイッチを閉じるコマンドの二重送信により、制御に冗長性を持たせること、および特に制御モジュール１２が故障している場合の電圧変換器１のより高いレベルの安全性を保証することを可能にする。

機械制御モジュール２は、この例では、測定モジュール１０によって測定される電圧Ｖである電圧源の電圧を測定するための入力ＥＶをさらに任意選択的に備え得る。このため、機械制御モジュール２は、測定モジュール１０の動作をチェックすることができる。加えて、これにより、機械制御モジュール２は、測定電圧Ｖが低下したとき、例えばエンジン制御モジュール２が電圧変換器Ｏ以外の機器のアイテムから過電圧が来るという情報を車両の電子制御ユニットから追加で受信したときに、通常モードで再開することができる。

機械制御モジュール２は、制御システム１が動作可能であることをチェックするために測定電圧が第１の閾値または第２の安全閾値よりも高いことを比較モジュール１１が制御モジュール１２に示すように強制するように、比較モジュール１１に接続された出力ＶＳをさらに任意選択的に備え得る。

機械制御モジュール２は、過電圧を検出または予測するための他の安全または故障検出モジュールを、任意選択的にさらに備え得る。例えば、機械制御モジュール２は、相電流方向故障モジュール９を備えてもよい。故障モジュール９は、相電流の方向を測定するセンサ９０に接続されている。相電流が誤った方向に流れた場合、過電圧につながる可能性がある。このため、機械制御モジュール２がこの安全モジュール９から情報を受信すると、機械制御モジュール２は、第１グループのスイッチを閉じるように、および任意選択的に、第２グループのスイッチを開くように、直接制御する。

ここで、［図３］を参照して、第１のＤＣ電源Ｂの時期を誤った切断が発生した場合の、端子Ｂ＋とＢ－の間で測定された電圧Ｖの変化について説明する。

ヒストグラムでは、「通常」期間Ａにわたって、電圧変換器Ｏは、車両の電子制御ユニットからの命令にしたがってハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを通常通り制御する。この期間Ａにわたって、測定電圧Ｖは第１の安全閾値ＯＶ１よりも低く、特に第１の持続時間にわたって、これはＤＣ電圧源の公称電圧、この場合は４８ボルトに等しい。この期間Ａにわたって、時間Ｔ１において、第１のＤＣ電源Ｂは、回転電機が発電機モードにある間に車載ネットワークから切断する。この切断により、車載ネットワークに過電圧を引き起こすロードダンプ効果を生じる。

この切断に続いて、時間Ｔ２において、測定電圧Ｖは第１の安全閾値ＯＶ１、この場合は５６ボルトを超える。

次いで、制御システム１の比較モジュール１１は、測定電圧Ｖが第１の安全閾値ＯＶ１よりも高いという情報ｏｖ１を制御モジュール１２に送信する。このコマンドを受信すると、制御モジュール１２は、第１グループのスイッチを閉じるように、および第２グループのスイッチを開くように制御する。この場合、この例では、制御モジュール１２は論理モジュール３に、相を接地するためにローサイドスイッチを閉じるコマンドＡＳＣ＿ＬＳ、およびハイサイドスイッチを開くコマンドを送信する。論理モジュール３は、やはり機械制御モジュール２によって送信されたコマンドにかかわらず、ローグループＬＳのスイッチを閉じてハイグループＨＳのスイッチを開くように制御するために、これらのコマンドをコントローラ４に再送信する。

［図３］のヒストグラムでは、測定電圧Ｖが時間Ｔ３まで上昇し続け、その後第１の安全閾値ＯＶ１と第２の安全閾値ＯＶ２との間の電圧値で安定することがわかる。

この安定化は、制御システム１は、過電圧を引き起こした故障のタイプに関して、電圧変換器Ｏのスイッチングアームを短絡するという正しい戦略を適用していることを示す。

ここで、［図４］を参照して、電圧変換器Ｏのローサイドスイッチが開いたままである場合の、端子Ｂ＋とＢ－の間で測定された電圧Ｖの変化について説明する。

ヒストグラムでは、「通常」期間Ａにわたって、電圧変換器Ｏは、車両の電子制御ユニットからの命令にしたがってハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを通常通り制御する。この期間Ａにわたって、測定電圧Ｖは第１の安全閾値ＯＶ１よりも低く、特に第１の持続時間にわたって、これはＤＣ電圧源の公称電圧、この場合は４８ボルトに等しい。この期間Ａにわたって、時間Ｔ１において、電圧変換器Ｏのローサイドスイッチのうちの１つは、開状態から抜け出せなくなる。

このローサイドスイッチに現れるこの故障に続いて、時間Ｔ２において、測定電圧Ｖは第１の安全閾値ＯＶ１、この場合は５６ボルトを超える。

次いで、制御システム１の比較モジュール１１は、測定電圧Ｖが第１の安全閾値ＯＶ１よりも高いという情報ｏｖ１を制御モジュール１２に送信する。このコマンドを受信すると、制御モジュール１２は、第１グループのスイッチを閉じるように、および第２グループのスイッチを開くように制御する。この場合、この例では、制御モジュール１２は論理モジュール３に、相を接地するためにローサイドスイッチを閉じるコマンドＡＳＣ＿ＬＳ、およびハイサイドスイッチを開くコマンドを送信する。論理モジュール３は、やはり機械制御モジュール２によって送信されたコマンドにかかわらず、ローグループＬＳのスイッチを閉じてハイグループＨＳのスイッチを開くように制御するために、これらのコマンドをコントローラ４に再送信する。

［図４］のヒストグラムでは、測定電圧Ｖが安定化せず、第２の安全閾値ＯＶ２よりも高い電圧値に到達して次いでこれを超えるまで上昇し続けることがわかる。

測定電圧Ｖのこの連続的な上昇は、過電圧を引き起こす故障のタイプに関して、制御システム１が電圧変換器Ｏのスイッチングアームを短絡するという正しい戦略を適用していないことを示している。

これは、故障したローサイドトランジスタが開いたままであり、回転電機の少なくとも１つの相がグランドに短絡されなかったからである。

測定電圧Ｖが第２の安全閾値ＯＶ２、この場合は６４ボルトを超えるので、制御システム１の比較モジュール１１はその後、測定電圧Ｖが第２の安全閾値ＯＶ２よりも高いという情報ｏｖ２を制御モジュール１２に送信する。このコマンドを受信すると、制御モジュール１２は、第２グループのスイッチを閉じるように、および第１グループのスイッチを開くように制御する。この場合、この例では、制御モジュール１２は論理モジュール３に、ハイサイドスイッチを閉じるコマンドＡＳＣ＿ＨＳ、およびローサイドスイッチを開くコマンドを送信する。論理モジュール３は、やはり機械制御モジュール２によって送信されたコマンドにかかわらず、ローグループＬＳのスイッチを開いてハイグループＨＳのスイッチを閉じるように制御するために、これらのコマンドをコントローラ４に再送信する。

［図４］のヒストグラムでは、測定電圧Ｖが時間Ｔ３まで上昇し続け、第２の安全閾値ＯＶ２よりも高い電圧値で安定することがわかる。

この安定化は、制御システム１は、過電圧を引き起こした故障のタイプに関して、電圧変換器Ｏのスイッチングアームを短絡するという正しい戦略を適用していることを示す。

上述の実施形態は、オプションとして上述の機能のうちの１つ以上を備えなくてもよい。

当然ながら、本発明は、図面を参照して記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく代替の実施形態が想定され得る。

したがって、上述の実施形態では、第１グループのスイッチはローサイドスイッチであり、第２グループのスイッチはハイサイドスイッチであるが、変形例として、第１グループのスイッチはハイサイドスイッチであってもよく、第２グループのスイッチはローサイドスイッチであってもよい。

同様に、上述の回転機械は三相機械である。変形例として、回転電機は、より一般的にはｎ相を有してもよく、例えば六相機械ではｎ＝６である。この場合、電圧変換器Ｏはまた、ｎ個のスイッチングアームも備える。

同様に、上記の実施形態では、コイルｕ、ｖ、ｗはスター構成で接続されている。変形例として、コイルｕ、ｖ、ｗはデルタ構成で接続されてもよい。

同様に、上記の実施形態では、論理モジュール３、制御モジュール１２、および機械制御モジュール２は、別個のエンティティとして具現化される。変形例として、論理モジュール３、制御モジュール１２、および機械制御モジュール２は、単一のエンティティ、例えばＦＰＧＡ（「フィールドプログラマブルゲートアレイ」）タイプのプログラマブル論理回路を備えるマイクロコントローラとして具現化されてもよい。

さらに、上述の実施形態では、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタはＭＯＳＦＥＴである。変形例として、これらのトランジスタはＩＧＢＴであってもよい。

Claims (10)

1. 電圧変換器（Ｏ）を制御するためのシステム（１）であって、前記電圧変換器（Ｏ）は回転電機（Ｍ）をＤＣ電圧源（Ｂ）に、具体的には車載ネットワークに接続するように意図されており、前記電圧変換器（Ｏ）は、並列に接続された複数のスイッチングアーム（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を備え、各アーム（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、前記回転電機に接続されるように意図される中点（ＰＸ、ＰＹ、ＰＺ）で互いに接続されたハイサイドスイッチ（ＨＳ＿Ｘ、ＨＳ＿Ｙ、ＨＳ＿Ｚ）およびローサイドスイッチ（ＬＳ＿Ｘ、ＬＳ＿Ｙ、ＬＳ＿Ｚ）を備え、前記ハイサイドスイッチはハイグループ（ＨＳ）を形成し、前記ローサイドスイッチはローグループ（ＬＳ）を形成し、前記制御システム（１）は、
   ａ．前記ＤＣ電圧源（Ｂ）の電圧（Ｖ）を測定するためのモジュール（１０）と、
   ｂ．前記測定電圧（Ｖ）を第１の安全閾値（ＯＶ１）と比較するためのモジュール（１１）と、
   ｃ．前記測定電圧（Ｖ）が前記第１の安全閾値（ＯＶ１）よりも高いと前記比較モジュール（１１）が示した場合に、前記ハイグループ（ＨＳ）または前記ローグループ（ＬＳ）から選択された第１グループのスイッチ（ＬＳ）を閉鎖するコマンドを生成するための制御モジュール（１２）と
   を備える制御システム（１）。
2. 前記測定電圧（Ｖ）は、前記ＤＣ電圧源（Ｂ）に接続されるように意図される前記電圧変換器（Ｏ）の２つの端子（Ｂ＋、Ｂ－）間の電圧である、請求項１に記載の制御システム（１）。
3. 前記測定電圧（Ｖ）が前記第１の安全閾値（ＯＶ１）以上であるとき、前記制御モジュール（１２）は、前記第１グループ以外の前記スイッチを開くコマンドを生成するようにさらに設計されている、請求項１または２に記載の制御システム（１）。
4. 前記比較モジュール（１１）は、前記測定電圧（Ｖ）を、前記第１の安全閾値（ＯＶ１）よりも高い第２の安全閾値（ＯＶ２）と比較し、前記制御モジュール（１２）は、前記測定電圧（Ｖ）が前記第２の安全閾値（ＯＶ２）以上であるとき、前記ハイグループ（ＨＳ）または前記ローグループ（ＬＳ）から選択された第２グループのスイッチを閉じるコマンドを生成するようにさらに設計されており、前記第２グループのスイッチは、前記第１グループのスイッチとは異なる、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御システム（１）。
5. 前記測定電圧（Ｖ）が前記第２の安全閾値（ＯＶ２）以上であるとき、前記制御モジュール（１２）は、前記第１グループのスイッチを開くコマンドを生成するようにさらに設計されている、請求項５に記載の制御システム（１）。
6. 前記第１グループのスイッチ（ＬＳ）は前記ローグループ（ＬＳ）である、請求項１から５のいずれか一項に記載の制御システム（１）。
7. 電気システム（ＳＥ）であって、
   ａ．ＤＣ電圧源（Ｂ）、具体的には自動車のバッテリに接続されるように意図される第１および第２の電源端子（Ｂ＋、Ｂ－）と、
   ｂ．少なくとも３つの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を有するステータを備える回転電機（Ｍ）と、
   ｃ．前記ＤＣ電圧源（Ｂ）からの電力を前記回転電機（Ｍ）に供給するための電圧変換器（Ｏ）であって、前記電圧変換器（Ｏ）は、
   ｉ．並列に接続された複数のスイッチングアーム（Ｘ、Ｙ、Ｚ）であって、各アーム（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、中点（ＰＸ、ＰＹ、ＰＺ）で互いに接続されたハイサイドスイッチ（ＨＳ＿Ｘ、ＨＳ＿Ｙ、ＨＳ＿Ｚ）およびローサイドスイッチ（ＬＳ＿Ｘ、ＬＳ＿Ｙ、ＬＳ＿Ｚ）を備え、各中点（ＰＸ、ＰＹ、ＰＺ）は前記回転電機（Ｍ）の少なくとも１つの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に接続されている、複数のスイッチングアーム（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、
   ｉｉ．前記ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを制御するためのユニット（Ｕ）であって、前記制御ユニット（Ｕ）は請求項１から６のいずれか一項に記載の制御システム（１）を備える、ユニット（Ｕ）と
   を備える電圧変換器（Ｏ）と
   を備える電気システム（ＳＥ）。
8. 前記制御ユニット（Ｕ）は、少なくとも１つの故障検出モジュール（９）、例えば相電流方向故障モジュールをさらに備え、前記故障モジュール（９）が故障を検出すると、前記制御ユニット（Ｕ）が前記第１グループのスイッチを閉じるように制御する、電気システム（ＳＥ）。
9. 前記制御ユニット（Ｕ）は、
   ａ．前記ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを制御するように設計されたコントローラ（４）と、
   ｂ．前記車両の電子制御ユニットから、前記回転電機（Ｍ）をモータモードに切り換える、または前記回転電機（Ｍ）をオルタネータモードに切り換えるかのいずれかの命令を受信するように意図され、この命令を、前記電圧変換器（Ｏ）の前記ハイサイドスイッチ（ＨＳ）およびローサイドスイッチ（ＬＳ）を制御するためのコマンドに変換するように配置された、機械制御モジュール（２）と、
   ｃ．前記機械制御モジュール（２）によって送信された前記コマンドよりも前記制御システム（１）によって送信された前記コマンドを優先させるための論理モジュール（３）であって、前記論理モジュール（３）は前記コントローラ（４）に、前記機械制御モジュール（２）または前記制御システム（１）のいずれかによって受信された前記スイッチの前記コマンドを送信する、論理モジュール（３）と
   をさらに備える、請求項７または８に記載の電気システム（ＳＥ）。
10. 請求項１から６のいずれか一項に記載の電圧変換器を制御するためのシステムを制御する方法であって、前記電圧変換器（Ｏ）は回転電機（Ｍ）およびＤＣ電圧源（Ｂ）に、具体的には車載ネットワークに接続されており、前記方法は、
    ａ．前記測定モジュール（１０）によって、前記ＤＣ電圧源（Ｂ）の前記電圧（Ｖ）を測定するステップと、
    ｂ．前記比較モジュール（１１）によって、前記測定電圧（Ｖ）を第１の安全閾値（ＯＶ１）と比較するステップと、
    ｃ．前記制御モジュール（１２）によって、前記測定電圧（Ｖ）が前記第１の安全閾値（ＯＶ１）よりも高い場合に、前記ハイグループ（ＨＳ）または前記ローグループ（ＬＳ）から選択された第１グループのスイッチ（ＬＳ）を閉じるコマンドを生成するステップと
    を備える方法。

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