JP4903191B2 - Power converter for vehicle - Google Patents

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この発明は車両用電力変換装置に関し、特に、高効率な発電を信頼性高く且つ簡単な構成にて実現できる車載用回転電機における車両用電力変換装置に関する。   The present invention relates to a vehicular power conversion device, and more particularly to a vehicular power conversion device in a vehicle-mounted rotating electrical machine capable of realizing highly efficient power generation with high reliability and a simple configuration.

従来の車両用発電装置においては、一般的に、ダイオードによる全波整流方式が行われているが、より高効率化をめざして、スイッチング素子を使用することで整流素子による損失を低減した整流方式が行われるようになってきた。   In conventional vehicle power generation devices, a full-wave rectification method using a diode is generally performed. However, with the aim of higher efficiency, a rectification method that uses a switching element to reduce loss due to the rectification element. Has come to be done.

この種の従来例として、自相のスイッチング素子のオフタイミングを他相の相電圧に基づいて判定し制御する車両用三相回転電機用インバータ回路装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   As this type of conventional example, an inverter circuit device for a three-phase rotating electrical machine for a vehicle that determines and controls the off-timing of the switching element of the own phase based on the phase voltage of the other phase has been proposed (for example, see Patent Document 1). .)

特許第4023353号公報Japanese Patent No. 40233353

特許文献1では、自相のスイッチング素子のオフタイミングを他相の相電圧により判定し制御するとしているが、他相の相電圧に基づいてオフタイミングを判定すると、最大電気角120度でしかスイッチング・オン状態を行うことができず、高負荷状態で電気角160度程度の発電を行うような際には、効率の低下と整流回路部分の発熱が大きくなることが懸念されるという問題点があった。   In Patent Document 1, the off-timing of the self-phase switching element is determined and controlled by the phase voltage of the other phase. However, when the off-timing is determined based on the phase voltage of the other phase, switching is performed only at a maximum electrical angle of 120 degrees. There is a problem that there is a concern that efficiency may decrease and heat generation in the rectifier circuit portion may increase when power generation is performed at an electrical angle of about 160 degrees in a high load state where the on state cannot be performed. there were.

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、自相の相電圧より得られたタイミングを記憶し、記憶した過去のデータにて、スイッチング素子のゲート制御する信号を生成することで、負荷に応じたゲート制御の実現を可能した車両用電力変換装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, stores the timing obtained from the phase voltage of the own phase, and generates a signal for controlling the gate of the switching element based on the stored past data. Thus, an object of the present invention is to obtain a vehicular power conversion device that can realize gate control according to a load.

この発明は、車両用多相回転電機に接続され、スイッチング素子と前記スイッチング素子に並列接続されたダイオードとにより構成された電力変換部と、前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行うゲート制御部とを備え、前記ゲート制御部は、前記回転電機が発電動作中で、かつ、前記スイッチング素子がオフ状態である場合に、前記回転電機の各相の相電圧に基づいて、前記ダイオードの整流動作によるダイオード通電状態を検出し、ダイオードが通電状態となるダイオードオンタイミングおよびダイオードが非通電状態となるダイオードオフタイミングを示すタイミング信号を出力するダイオード通電状態検出部と、前記ダイオード通電状態検出部からの前記タイミング信号に基づいて、ダイオードオンタイミングからダイオードオフタイミングまでの通電時間の時間計測値を記憶し、記憶した前記時間計測値に基づいて、ダイオード通電状態中に前記スイッチング素子をオンするゲート指令を生成するゲート指令生成部と、前記ゲート指令生成部から出力される前記ゲート指令と、前記回転電機の各相の相電圧と、前記ダイオード通電状態検出部から出力される前記ダイオードオンタイミングを示すタイミング信号とに基づいて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作の正当性判定を行うゲート指令監視部とを有し、前記スイッチング素子は、上アーム側の上アームスイッチング素子と下アーム側の下アームスイッチング素子とに区分されているものであって、前記ダイオードのうち、前記上アームスイッチング素子に並列接続されたダイオードを上アームダイオードとし、前記下アームスイッチング素子に並列接続されたダイオードを下アームダイオードとしたとき、前記ダイオード通電状態検出部は、上アーム側において、前記電力変換部の電源プラス電圧Vp以上で、かつ、前記電源プラス電圧Vpにダイオード順方向電圧VFを加算した値以下の範囲で第一の上アーム閾値V1(H)を設定し、前記電源プラス電圧Vpに前記ダイオード順方向電圧VFを加算した値よりも大きな値になるように第二の上アーム閾値V2(H)を設定し、前記電源プラス電圧Vpよりも小さい値になるように第三の上アーム閾値V3(H)を設定して、相電圧が、前記第一の上アーム閾値V1(H)と前記第二の上アーム閾値V2(H)との間に一定時間以上保持された場合に、上アームダイオード通電状態と判定し、相電圧が、前記第三の上アーム閾値V3(H)以下となった場合に、上アームダイオード非通電状態と判定し、下アーム側において、前記電力変換部の基準電圧Vn以下で、かつ、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値以上の範囲で第一の下アーム閾値V1(L)を設定し、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値よりも小さな値となるように第二の下アーム閾値V2(L)を設定し、前記基準電圧Vnよりも大きい値になるように第三の下アーム閾値V3(L)を設定して、相電圧が、前記第一の下アーム閾値V1(L)と前記第二の下アーム閾値V2(L)との間に一定時間以上保持された場合に、下アームダイオード通電状態と判定し、相電圧が、前記第三の下アーム閾値V3(L)以上となった場合に、下アームダイオード非通電状態と判定し、前記ゲート指令監視部は、前記電力変換部の上アームダイオードがオン状態中に、前記上アームスイッチング素子のゲート指令をオンとしている際に、前記相電圧が、前記電源プラス電圧Vpと前記スイッチング素子のオン抵抗と発電時の最大電流の大きさとを掛け合わせて得られる電圧降下VDS1とを加算した値よりも大きく、かつ、前記ダイオード順方向電圧VFよりも小さい範囲に設定された第四の上アーム閾値V4(H)以下になることを検出した場合に、前記ゲート指令生成部の前記上アームスイッチング素子をオンするゲート指令に対して、実際に上アームスイッチング素子が動作していることを判定し、前記電力変換部の下アームダイオードがオン状態中に、前記下アームスイッチング素子のゲート指令をオンとしている際に、前記相電圧が、前記基準電圧Vnから前記スイッチング素子のオン抵抗と発電時の最大電流の大きさとを掛け合わせて得られる前記電圧降下VDS1を減算した値よりも小さく、かつ、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値よりも大きい範囲に設定された第四の下アーム閾値V4(L)以上になることを検出した場合に、前記ゲート指令部の前記下アームスイッチング信号をオンするゲート指令に対して、実際に下アームスイッチング素子が動作していると判定し、前記ゲート指令監視部は、前記電力変換部の上アームダイオードがオン状態中に、前記上アームスイッチング素子のゲート指令をオン状態からオフ状態に切り替えた後、前記第四の上アーム閾値V4(H)以上となってから前記第三の上アーム閾値V3(H)以下となるまでの時間Count(H)を計測し、前記電力変換部の下アームダイオードがオン状態中に、前記下アームスイッチング素子のゲート指令をオン状態からオフ状態に切り替えた後、前記第四の下アーム閾値V4(L)以下となってから前記第三の下アーム閾値V3(L)以上となるまでの時間Count(L)を計測して、計測された前記時間Count(H)およびCount(L)に基づいて、各スイッチング素子がダイオード非通電状態になるまでにオフしていることを検出することを特徴とする車両用電力変換装置である。 The present invention relates to a power conversion unit that is connected to a multiphase rotating electrical machine for a vehicle and includes a switching element and a diode connected in parallel to the switching element, and a gate control unit that performs on / off control of the switching element. The gate control unit is configured to perform rectification operation of the diode based on the phase voltage of each phase of the rotating electrical machine when the rotating electrical machine is in a power generation operation and the switching element is in an OFF state. A diode energization state detection unit that detects a diode energization state and outputs a timing signal indicating a diode on timing at which the diode is energized and a diode off timing at which the diode is deenergized, and the diode energization state detection unit from the diode energization state detection unit Based on the timing signal, the diode on timing A gate command generation unit that stores a time measurement value of energization time until timing, and generates a gate command to turn on the switching element during a diode energization state based on the stored time measurement value, and the gate command generation unit ON / OFF of the switching element based on the gate command output from the phase voltage of each phase of the rotating electrical machine and the timing signal indicating the diode ON timing output from the diode energization state detector have a gate command monitoring unit that performs validity determination of operation, the switching element is a one that is divided into a lower arm switching element on the upper arm side arm switching element and the lower arm, the Among the diodes, a diode connected in parallel to the upper arm switching element is an upper arm diode. When the diode connected in parallel to the lower arm switching element is a lower arm diode, the diode energization state detection unit is on the upper arm side at the power plus voltage Vp of the power conversion unit or more and the power supply The first upper arm threshold value V1 (H) is set within a range equal to or less than the value obtained by adding the diode forward voltage VF to the plus voltage Vp, and is larger than the value obtained by adding the diode forward voltage VF to the power supply plus voltage Vp. The second upper arm threshold value V2 (H) is set to be a value, the third upper arm threshold value V3 (H) is set to be a value smaller than the power supply plus voltage Vp, and the phase voltage is When the first upper arm threshold value V1 (H) and the second upper arm threshold value V2 (H) are held for a predetermined time or more, it is determined that the upper arm diode is energized, When the phase voltage is equal to or lower than the third upper arm threshold value V3 (H), it is determined that the upper arm diode is not energized, and on the lower arm side, the phase voltage is equal to or lower than the reference voltage Vn of the power conversion unit, and A first lower arm threshold value V1 (L) is set in a range equal to or larger than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn, and is set to be larger than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn. The second lower arm threshold value V2 (L) is set to be a small value, the third lower arm threshold value V3 (L) is set to be a value larger than the reference voltage Vn, and the phase voltage is When the first lower arm threshold V1 (L) and the second lower arm threshold V2 (L) are held for a predetermined time or more, it is determined that the lower arm diode is energized, and the phase voltage is Said third lower arm threshold V3 ( ) When the above is reached, it is determined that the lower arm diode is not energized, and the gate command monitoring unit turns on the gate command of the upper arm switching element while the upper arm diode of the power conversion unit is on. The phase voltage is greater than a value obtained by adding the voltage drop VDS1 obtained by multiplying the power source plus voltage Vp, the on-resistance of the switching element and the magnitude of the maximum current during power generation, and A gate command for turning on the upper arm switching element of the gate command generator when it is detected that the voltage falls below a fourth upper arm threshold V4 (H) set in a range smaller than the diode forward voltage VF. On the other hand, it is determined that the upper arm switching element is actually operating, and the lower arm diode of the power conversion unit is in the ON state. When the gate command for the lower arm switching element is turned on, the phase voltage is obtained by multiplying the reference voltage Vn by the ON resistance of the switching element and the maximum current during power generation. It is detected that the value is equal to or greater than a fourth lower arm threshold V4 (L) set to a range smaller than a value obtained by subtracting VDS1 and greater than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn. The lower arm switching signal of the gate command unit is determined to be actually operating with respect to the gate command to turn on the lower arm switching signal, the gate command monitoring unit of the power conversion unit While the upper arm diode is in the on state, after switching the gate command of the upper arm switching element from the on state to the off state, The time Count (H) from when the upper arm threshold value V4 (H) is equal to or higher than the fourth upper arm threshold value V3 (H) is measured, and the lower arm diode of the power conversion unit is turned on. In the middle, after the gate command of the lower arm switching element is switched from the on state to the off state, the fourth lower arm threshold value V4 (L) or less is reached and then the third lower arm threshold value V3 (L) or more. It is determined that each switching element is turned off before the diode is de-energized based on the measured time Count (H) and Count (L). A power conversion device for a vehicle characterized by detecting .

この発明は、車両用多相回転電機に接続され、スイッチング素子と前記スイッチング素子に並列接続されたダイオードとにより構成された電力変換部と、前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行うゲート制御部とを備え、前記ゲート制御部は、前記回転電機が発電動作中で、かつ、前記スイッチング素子がオフ状態である場合に、前記回転電機の各相の相電圧に基づいて、前記ダイオードの整流動作によるダイオード通電状態を検出し、ダイオードが通電状態となるダイオードオンタイミングおよびダイオードが非通電状態となるダイオードオフタイミングを示すタイミング信号を出力するダイオード通電状態検出部と、前記ダイオード通電状態検出部からの前記タイミング信号に基づいて、ダイオードオンタイミングからダイオードオフタイミングまでの通電時間の時間計測値を記憶し、記憶した前記時間計測値に基づいて、ダイオード通電状態中に前記スイッチング素子をオンするゲート指令を生成するゲート指令生成部と、前記ゲート指令生成部から出力される前記ゲート指令と、前記回転電機の各相の相電圧と、前記ダイオード通電状態検出部から出力される前記ダイオードオンタイミングを示すタイミング信号とに基づいて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作の正当性判定を行うゲート指令監視部とを有し、前記スイッチング素子は、上アーム側の上アームスイッチング素子と下アーム側の下アームスイッチング素子とに区分されているものであって、前記ダイオードのうち、前記上アームスイッチング素子に並列接続されたダイオードを上アームダイオードとし、前記下アームスイッチング素子に並列接続されたダイオードを下アームダイオードとしたとき、前記ダイオード通電状態検出部は、上アーム側において、前記電力変換部の電源プラス電圧Vp以上で、かつ、前記電源プラス電圧Vpにダイオード順方向電圧VFを加算した値以下の範囲で第一の上アーム閾値V1(H)を設定し、前記電源プラス電圧Vpに前記ダイオード順方向電圧VFを加算した値よりも大きな値になるように第二の上アーム閾値V2(H)を設定し、前記電源プラス電圧Vpよりも小さい値になるように第三の上アーム閾値V3(H)を設定して、相電圧が、前記第一の上アーム閾値V1(H)と前記第二の上アーム閾値V2(H)との間に一定時間以上保持された場合に、上アームダイオード通電状態と判定し、相電圧が、前記第三の上アーム閾値V3(H)以下となった場合に、上アームダイオード非通電状態と判定し、下アーム側において、前記電力変換部の基準電圧Vn以下で、かつ、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値以上の範囲で第一の下アーム閾値V1(L)を設定し、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値よりも小さな値となるように第二の下アーム閾値V2(L)を設定し、前記基準電圧Vnよりも大きい値になるように第三の下アーム閾値V3(L)を設定して、相電圧が、前記第一の下アーム閾値V1(L)と前記第二の下アーム閾値V2(L)との間に一定時間以上保持された場合に、下アームダイオード通電状態と判定し、相電圧が、前記第三の下アーム閾値V3(L)以上となった場合に、下アームダイオード非通電状態と判定し、前記ゲート指令監視部は、前記電力変換部の上アームダイオードがオン状態中に、前記上アームスイッチング素子のゲート指令をオンとしている際に、前記相電圧が、前記電源プラス電圧Vpと前記スイッチング素子のオン抵抗と発電時の最大電流の大きさとを掛け合わせて得られる電圧降下VDS1とを加算した値よりも大きく、かつ、前記ダイオード順方向電圧VFよりも小さい範囲に設定された第四の上アーム閾値V4(H)以下になることを検出した場合に、前記ゲート指令生成部の前記上アームスイッチング素子をオンするゲート指令に対して、実際に上アームスイッチング素子が動作していることを判定し、前記電力変換部の下アームダイオードがオン状態中に、前記下アームスイッチング素子のゲート指令をオンとしている際に、前記相電圧が、前記基準電圧Vnから前記スイッチング素子のオン抵抗と発電時の最大電流の大きさとを掛け合わせて得られる前記電圧降下VDS1を減算した値よりも小さく、かつ、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値よりも大きい範囲に設定された第四の下アーム閾値V4(L)以上になることを検出した場合に、前記ゲート指令部の前記下アームスイッチング信号をオンするゲート指令に対して、実際に下アームスイッチング素子が動作していると判定し、前記ゲート指令監視部は、前記電力変換部の上アームダイオードがオン状態中に、前記上アームスイッチング素子のゲート指令をオン状態からオフ状態に切り替えた後、前記第四の上アーム閾値V4(H)以上となってから前記第三の上アーム閾値V3(H)以下となるまでの時間Count(H)を計測し、前記電力変換部の下アームダイオードがオン状態中に、前記下アームスイッチング素子のゲート指令をオン状態からオフ状態に切り替えた後、前記第四の下アーム閾値V4(L)以下となってから前記第三の下アーム閾値V3(L)以上となるまでの時間Count(L)を計測して、計測された前記時間Count(H)およびCount(L)に基づいて、各スイッチング素子がダイオード非通電状態になるまでにオフしていることを検出することを特徴とする車両用電力変換装置であるので、自相の相電圧より得られたタイミングを記憶し、記憶した過去のデータにて、スイッチング素子のゲート制御する信号を生成することで、負荷に応じたゲート制御の実現を可能にすることができる。
The present invention relates to a power conversion unit that is connected to a multiphase rotating electrical machine for a vehicle and includes a switching element and a diode connected in parallel to the switching element, and a gate control unit that performs on / off control of the switching element. The gate control unit is configured to perform rectification operation of the diode based on the phase voltage of each phase of the rotating electrical machine when the rotating electrical machine is in a power generation operation and the switching element is in an OFF state. A diode energization state detection unit that detects a diode energization state and outputs a timing signal indicating a diode on timing at which the diode is energized and a diode off timing at which the diode is deenergized, and the diode energization state detection unit from the diode energization state detection unit Based on the timing signal, the diode on timing A gate command generation unit that stores a time measurement value of energization time until timing, and generates a gate command to turn on the switching element during a diode energization state based on the stored time measurement value, and the gate command generation unit ON / OFF of the switching element based on the gate command output from the phase voltage of each phase of the rotating electrical machine and the timing signal indicating the diode ON timing output from the diode energization state detector have a gate command monitoring unit that performs validity determination of operation, the switching element is a one that is divided into a lower arm switching element on the upper arm side arm switching element and the lower arm, the Among the diodes, a diode connected in parallel to the upper arm switching element is an upper arm diode. When the diode connected in parallel to the lower arm switching element is a lower arm diode, the diode energization state detection unit is on the upper arm side at the power plus voltage Vp of the power conversion unit or more and the power supply The first upper arm threshold value V1 (H) is set within a range equal to or less than the value obtained by adding the diode forward voltage VF to the plus voltage Vp, and is larger than the value obtained by adding the diode forward voltage VF to the power supply plus voltage Vp. The second upper arm threshold value V2 (H) is set to be a value, the third upper arm threshold value V3 (H) is set to be a value smaller than the power supply plus voltage Vp, and the phase voltage is When the first upper arm threshold value V1 (H) and the second upper arm threshold value V2 (H) are held for a predetermined time or more, it is determined that the upper arm diode is energized, When the phase voltage is equal to or lower than the third upper arm threshold value V3 (H), it is determined that the upper arm diode is not energized, and on the lower arm side, the phase voltage is equal to or lower than the reference voltage Vn of the power conversion unit, and A first lower arm threshold value V1 (L) is set in a range equal to or larger than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn, and is set to be larger than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn. The second lower arm threshold value V2 (L) is set to be a small value, the third lower arm threshold value V3 (L) is set to be a value larger than the reference voltage Vn, and the phase voltage is When the first lower arm threshold V1 (L) and the second lower arm threshold V2 (L) are held for a predetermined time or more, it is determined that the lower arm diode is energized, and the phase voltage is Said third lower arm threshold V3 ( ) When the above is reached, it is determined that the lower arm diode is not energized, and the gate command monitoring unit turns on the gate command of the upper arm switching element while the upper arm diode of the power conversion unit is on. The phase voltage is greater than a value obtained by adding the voltage drop VDS1 obtained by multiplying the power source plus voltage Vp, the on-resistance of the switching element and the magnitude of the maximum current during power generation, and A gate command for turning on the upper arm switching element of the gate command generator when it is detected that the voltage falls below a fourth upper arm threshold V4 (H) set in a range smaller than the diode forward voltage VF. On the other hand, it is determined that the upper arm switching element is actually operating, and the lower arm diode of the power conversion unit is in the ON state. When the gate command for the lower arm switching element is turned on, the phase voltage is obtained by multiplying the reference voltage Vn by the ON resistance of the switching element and the maximum current during power generation. It is detected that the value is equal to or greater than a fourth lower arm threshold V4 (L) set to a range smaller than a value obtained by subtracting VDS1 and greater than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn. The lower arm switching signal of the gate command unit is determined to be actually operating with respect to the gate command to turn on the lower arm switching signal, the gate command monitoring unit of the power conversion unit While the upper arm diode is in the on state, after switching the gate command of the upper arm switching element from the on state to the off state, The time Count (H) from when the upper arm threshold value V4 (H) is equal to or higher than the fourth upper arm threshold value V3 (H) is measured, and the lower arm diode of the power conversion unit is turned on. In the middle, after the gate command of the lower arm switching element is switched from the on state to the off state, the fourth lower arm threshold value V4 (L) or less is reached and then the third lower arm threshold value V3 (L) or more. It is determined that each switching element is turned off before the diode is de-energized based on the measured time Count (H) and Count (L). since the vehicle power conversion device and detecting and storing the timing obtained from the phase voltage of its own phase, in the stored historical data, the gate control of the switching element That signal by generating, may enable realization of a gate control according to the load.

実施の形態1.
以下、この発明の一実施の形態について説明する。
Embodiment 1 FIG.
An embodiment of the present invention will be described below.

図1は、この発明の実施の形態1に係る発電電動機を適用した車両システムの例示図である。   FIG. 1 is an exemplary view of a vehicle system to which a generator motor according to Embodiment 1 of the present invention is applied.

図1において、内燃機関101が発電電動機102に例えばベルト等の動力伝達手段104を介して接続され、内燃機関101が運転中に蓄電池103に対して発電電動機102により交流−直流変換された電気エネルギーを充電する。   In FIG. 1, an internal combustion engine 101 is connected to a generator motor 102 via a power transmission means 104 such as a belt, and electric energy obtained by AC-DC conversion by a generator motor 102 with respect to a storage battery 103 while the internal combustion engine 101 is in operation. To charge.

図2は、図1における発電電動機102の内部構成についての例示図である。   FIG. 2 is an exemplary diagram illustrating an internal configuration of the generator motor 102 in FIG. 1.

発電電動機102は、一点鎖線で示される電力変換装置110と、二点鎖線で示されるモータジェネレータ部200とから構成されている。また、発電電動機102には、蓄電池103としてのバッテリーが、プラス電源入力のP端子およびアース入力のN端子を介して接続されている。   The generator motor 102 includes a power conversion device 110 indicated by a one-dot chain line and a motor generator unit 200 indicated by a two-dot chain line. In addition, a battery as a storage battery 103 is connected to the generator motor 102 via a P terminal for positive power input and an N terminal for ground input.

モータジェネレータ部200には、図2に示すように、車両用多相回転電機が設けられている。図2では、モータジェネレータ部200を、U相、V相、W相の3相の発電電動機電機子巻線201と、発電電動機界磁巻線202とを備えた、三相界磁巻線方式の発電電動機として例示している。なお、本発明においては、回転電機が、電力変換装置110により、発電動作だけでなく力行動作することとする。   As shown in FIG. 2, the motor generator unit 200 is provided with a vehicle multiphase rotating electrical machine. In FIG. 2, the motor generator unit 200 includes a three-phase generator motor armature winding 201 of U phase, V phase, and W phase, and a generator motor field winding 202, and a three-phase field winding method. It is illustrated as a generator motor. In the present invention, the rotating electrical machine performs not only the power generation operation but also the power running operation by the power conversion device 110.

電力変換装置110は、図2に示すように、複数のスイッチング素子を備えた電力変換部220と、電力変換部220のスイッチング素子のオン/オフ制御を行うゲート制御部210とから構成される。   As shown in FIG. 2, the power conversion device 110 includes a power conversion unit 220 including a plurality of switching elements, and a gate control unit 210 that performs on / off control of the switching elements of the power conversion unit 220.

電力変換部220は、界磁電流をPWM制御するための界磁スイッチング素子221と、フリーホイールダイオード222と、寄生ダイオードを内蔵した上アームスイッチング素子223a,b,cと、寄生ダイオードを内蔵した下アームスイッチング素子224a,b,cと、それらのスイッチング素子223a,b,c及び224a,b,cのそれぞれに並列接続されたダイオードとから構成されている。このように、電力変換部220では、スイッチング素子223,224、および、それに並列接続されたダイオードが、上アーム側と下アーム側とに区分されている。電力変換部220においては、上アームスイッチング素子223a,b,cにより、発電電動機電機子巻線201の各U,V,W相端子と蓄電池(バッテリー)103からのプラス電源入力のP端子とがそれぞれ接続され、また、下アームスイッチング素子224a,b,cにより発電電動機電機子巻線201の各U,V,W相端子と蓄電池(バッテリー)103からのアース入力のN端子とがそれぞれ接続されている。   The power conversion unit 220 includes a field switching element 221 for PWM control of the field current, a free wheel diode 222, upper arm switching elements 223a, b, and c that incorporate a parasitic diode, and a lower part that incorporates a parasitic diode. The arm switching elements 224a, b, c and the switching elements 223a, b, c and 224a, b, c are connected in parallel to each other. As described above, in the power conversion unit 220, the switching elements 223 and 224 and the diodes connected in parallel thereto are divided into the upper arm side and the lower arm side. In the power conversion unit 220, the upper arm switching elements 223 a, b, and c connect the U, V, and W phase terminals of the generator motor armature winding 201 and the P terminal of the positive power input from the storage battery (battery) 103. The U, V, and W phase terminals of the generator motor armature winding 201 are connected to the N terminal of the ground input from the storage battery (battery) 103 by the lower arm switching elements 224a, b, and c, respectively. ing.

なお、ここで、図2の例示図では、上述のように、モータジェネレータ部200を三相の発電電動機電機子巻線201と発電電動機界磁巻線202とを有した三相界磁巻線方式発電電動機としているが、この場合に限らず、任意の相数(例えば、六相)および任意の界磁方式(例えば、永久磁石等)において同様である。さらに、図2に示すような電力変換装置110とモータジェネレータ部200とが一体構造式になっている発電電動機102だけでなく、電力変換装置110とモータジェネレータ部200とが物理的に分割されて別体で構成されている別体構造式の発電電動装置を発電電動機102として用いても構わない。   Here, in the exemplary diagram of FIG. 2, as described above, the motor generator unit 200 includes a three-phase field winding having a three-phase generator-motor armature winding 201 and a generator-motor field winding 202. Although the method generator motor is not limited to this case, the same applies to an arbitrary number of phases (for example, six phases) and an arbitrary field method (for example, permanent magnets). Further, not only the generator motor 102 in which the power conversion device 110 and the motor generator unit 200 are integrated as shown in FIG. 2, but also the power conversion device 110 and the motor generator unit 200 are physically divided. You may use the generator motor apparatus of the separate structure type comprised by the separate body as the generator motor 102. FIG.

図3は、ゲート制御部210の発電動作時に係る機能ブロックの例示図である。ゲート制御部210は、図3に示す構成により、電力変換部220に設けられた上アームスイッチング素子223a,b,c及び下アームスイッチング素子224a,b,cのオン/オフ指令制御を行う。   FIG. 3 is an exemplary diagram of functional blocks related to the power generation operation of the gate control unit 210. The gate control unit 210 performs on / off command control of the upper arm switching elements 223a, b, c and the lower arm switching elements 224a, b, c provided in the power conversion unit 220 with the configuration shown in FIG.

ゲート制御部210は、図3に示すように、ダイオード通電状態検出部122と、ゲート指令生成部132と、ゲート指令監視部133とから構成される。   As shown in FIG. 3, the gate control unit 210 includes a diode energization state detection unit 122, a gate command generation unit 132, and a gate command monitoring unit 133.

ダイオード通電状態検出部122は、回転電機が発電動作中で、かつ、スイッチング素子がオフ状態である場合に、回転電機の各相の相電圧に基づいて、ダイオードの整流動作によるダイオード通電状態を検出し、ダイオードが通電状態となるダイオードオンタイミングおよびダイオードが非通電状態となるダイオードオフタイミングを示すタイミング信号を出力するものである。   The diode energization state detection unit 122 detects the diode energization state due to the rectification operation of the diode based on the phase voltage of each phase of the rotating electrical machine when the rotating electrical machine is in the power generation operation and the switching element is in the off state. Then, a timing signal indicating a diode-on timing at which the diode is energized and a diode-off timing at which the diode is de-energized is output.

ゲート指令生成部132は、ダイオード通電状態検出部122からのタイミング信号に基づいて、ダイオードオンタイミングからダイオードオフタイミングまでの通電時間の時間計測値を記憶し、記憶した時間計測値に基づいて、ダイオード通電状態中にスイッチング素子をオンするゲート指令を生成するものである。   The gate command generation unit 132 stores the time measurement value of the energization time from the diode on timing to the diode off timing based on the timing signal from the diode energization state detection unit 122, and based on the stored time measurement value, the diode A gate command for turning on the switching element during the energized state is generated.

ゲート指令監視部133は、ゲート指令生成部132から出力されるゲート指令と、回転電機の各相の相電圧と、ダイオード通電状態検出部122から出力されるダイオードオンタイミングを示すタイミング信号とに基づいて、スイッチング素子のオン/オフ動作の正当性判定を行うものである。   The gate command monitoring unit 133 is based on the gate command output from the gate command generation unit 132, the phase voltage of each phase of the rotating electrical machine, and the timing signal indicating the diode ON timing output from the diode energization state detection unit 122. Thus, the validity of the on / off operation of the switching element is determined.

これらの各構成要素について、以下に詳細に説明する。   Each of these components will be described in detail below.

ダイオード通電状態検出部122は、三相の各端子電圧Vu,Vv,Vwが入力されて、それらに基づいて、各スイッチング素子223,224に並列に接続されたダイオードの導通状態を検出する手段である。   The diode energization state detection unit 122 is a means for detecting the conduction states of the diodes connected in parallel to the switching elements 223 and 224 based on the input of the three-phase terminal voltages Vu, Vv, and Vw. is there.

ダイオードがオン状態の場合(順方向電流が流れる場合)には、ダイオード順方向電圧VFがダイオードの両端に発生し、一方、ダイオードがオフ状態の場合(順方向電流が流れていない場合)には、ダイオードの両端はオープン状態になる。   When the diode is on (forward current flows), the diode forward voltage VF is generated across the diode, while when the diode is off (forward current is not flowing). The both ends of the diode are open.

よって、上アームスイッチング素子223a,b,cに並列に接続されたダイオード(以下、上アームダイオードとする。)のオンタイミングは、電力変換装置110のN端子電位Vn(以下、基準端子電圧Vnとする。)を基準に、P端子電圧をVp、三相の各端子電圧をVu,Vv,Vw、ダイオード順方向電圧VFとすれば、以下の判定式により判定可能である。   Therefore, the ON timing of the diodes connected in parallel to the upper arm switching elements 223a, b, and c (hereinafter referred to as upper arm diodes) is the N terminal potential Vn (hereinafter referred to as the reference terminal voltage Vn) of the power converter 110. If the P terminal voltage is Vp, the three-phase terminal voltages are Vu, Vv, Vw, and the diode forward voltage VF, the following determination formula can be used.

U相上アームダイオードオン状態検出判定式:Vp≦Vu≦Vp+VF
V相上アームダイオードオン状態検出判定式:Vp≦Vv≦Vp+VF
W相上アームダイオードオン状態検出判定式:Vp≦Vw≦Vp+VF
U phase upper arm diode ON state detection judgment formula: Vp ≦ Vu ≦ Vp + VF
V-phase upper arm diode ON state detection judgment formula: Vp ≦ Vv ≦ Vp + VF
W-phase upper arm diode ON state detection judgment formula: Vp ≦ Vw ≦ Vp + VF

また、同様に、上アームスイッチング素子223a,b,cに並列に接続された上アームダイオードのオフタイミングは、以下の判定式により判定可能である。   Similarly, the off timing of the upper arm diode connected in parallel to the upper arm switching elements 223a, b, c can be determined by the following determination formula.

U相上アームダイオードオフ状態検出判定式:Vu<Vp
V相上アームダイオードオフ状態検出判定式:Vv<Vp
W相上アームダイオードオフ状態検出判定式:Vw<Vp
U phase upper arm diode off state detection judgment formula: Vu <Vp
V-phase upper arm diode off state detection judgment formula: Vv <Vp
W-phase upper arm diode off state detection judgment formula: Vw <Vp

また、同様に、下アームスイッチング素子224a,b,cに並列に接続されたダイオード(以下、下アームダイオード)のオンタイミングは以下の判定式により判定可能である。   Similarly, the on-timing of a diode (hereinafter referred to as a lower arm diode) connected in parallel to the lower arm switching elements 224a, b, and c can be determined by the following determination formula.

U相下アームダイオードオン状態検出判定式:−VF≦Vu≦0
V相下アームダイオードオン状態検出判定式:−VF≦Vv≦0
W相下アームダイオードオン状態検出判定式:−VF≦Vw≦0
U-phase lower arm diode ON state detection judgment formula: −VF ≦ Vu ≦ 0
V-phase lower arm diode ON state detection judgment formula: −VF ≦ Vv ≦ 0
W-phase lower arm diode ON state detection judgment formula: −VF ≦ Vw ≦ 0

また、同様に、下アームスイッチング素子224a,b,cに並列に接続された下アームダイオードのオフタイミングは以下の判定式により判定可能である。   Similarly, the off timing of the lower arm diode connected in parallel to the lower arm switching elements 224a, b, c can be determined by the following determination formula.

U相下アームダイオードオフ状態検出判定式:0<Vu
V相下アームダイオードオフ状態検出判定式:0<Vv
W相下アームダイオードオフ状態検出判定式:0<Vw
U-phase lower arm diode off state detection judgment formula: 0 <Vu
V-phase lower arm diode off state detection judgment formula: 0 <Vv
W-phase lower arm diode off state detection judgment formula: 0 <Vw

特に、ダイオード通電状態検出部122では、図4の例示図に示すように、上アーム側については、Vp以上で、かつ、VpにVFを加算した電圧(Vp+VF)以下の範囲の第一の上アーム閾値V1(H)(例えばV1(H)=Vp)と、VpにVFを加算した電圧(Vp+VF)よりも大きい値の第二の上アーム閾値V2(H)(例えば、全ての動作範囲でのVFの最大値が0.6Vであれば、V2(H)=Vp+0.7V)と、Vpよりも小さい値の第三の上アーム閾値V3(H)とを設定し、相電圧が、第一の上アーム閾値V1(H)と第二の上アーム閾値V2(H)との間に一定時間Tdelay1以上保持されている場合に、Hon信号を有意“H”とし(上アームダイオードが通電状態と判定し)、一方、相電圧が、第3の上アーム閾値V3(H)以下となった場合に、Hon信号を無意“L”とする(上アームダイオードが非通電状態と判定される)。   In particular, in the diode energization state detection unit 122, as shown in the exemplary diagram of FIG. 4, on the upper arm side, the first upper side in the range of Vp or more and less than or equal to the voltage obtained by adding VF to Vp (Vp + VF). Arm upper threshold V1 (H) (for example, V1 (H) = Vp) and second upper arm threshold V2 (H) having a value larger than the voltage obtained by adding VF to Vp (Vp + VF) (for example, in the entire operation range) If the maximum value of VF is 0.6V, V2 (H) = Vp + 0.7V) and a third upper arm threshold V3 (H) having a value smaller than Vp are set, and the phase voltage is If the upper arm threshold value V1 (H) and the second upper arm threshold value V2 (H) are held for a certain time Tdelay1 or more, the Hon signal is set to significant “H” (the upper arm diode is energized). On the other hand, the phase voltage is higher than the third Over arm threshold V3 when becomes (H) hereinafter referred to as insignificant "L" to Hon signal (the upper arm diode is determined that a non-energized state).

また、下アーム側については、Vn以下で、かつ、VnからVFを減算した電圧(Vn−VF)以上の範囲の第一の下アーム閾値V1(L)と、VnからVFを減算した電圧(Vn−VF)よりも小さい第二の下アーム閾値V2(L)と、Vnよりも大きい第3の下アーム閾値V3(L)とを設定し、相電圧が、第一の下アーム閾値V1(L)と第二の下アーム閾値V2(L)との間に一定時間Tdelay1以上保持されている場合に、Lon信号を有意“H”とし(下アームダイオードが通電状態と判断し)、一方、相電圧が第3の下アーム閾値V3(L)以上となった場合に、Lon信号を無意“L”とする(下アームダイオードが非通電状態と判断される)。なお、ここで、Vp>V3(H)>V3(L)>Vnとする。   On the lower arm side, the first lower arm threshold V1 (L) in a range equal to or lower than Vn and equal to or higher than the voltage obtained by subtracting VF from Vn (Vn−VF) and the voltage obtained by subtracting VF from Vn ( A second lower arm threshold V2 (L) smaller than Vn−VF) and a third lower arm threshold V3 (L) larger than Vn are set, and the phase voltage becomes the first lower arm threshold V1 ( L) and the second lower arm threshold value V2 (L) are held for a certain time Tdelay1 or more, the Lon signal is set to significant “H” (the lower arm diode is determined to be energized), When the phase voltage becomes equal to or higher than the third lower arm threshold value V3 (L), the Lon signal is arbitrarily set to “L” (the lower arm diode is determined to be in a non-energized state). Here, Vp> V3 (H)> V3 (L)> Vn.

本実施の形態においては、このように、ダイオード通電状態の検出方法として、上アーム側及び下アーム側において、第一の閾値と第二の閾値との間に一定時間相電圧の値が保持された場合に、ダイオードがオン状態になっていると判定するようにしたので、確実にダイオードがオン状態となっていることが確認でき、例えばダイオードがオープン故障をしており、正確にダイオードオン状態を検出できないような場合にも、スイッチング素子のゲート指令をオンとしない車両用電力変換装置が実現できる。   In this embodiment, as described above, as a method for detecting the diode energization state, the value of the phase voltage is maintained for a certain period of time between the first threshold value and the second threshold value on the upper arm side and the lower arm side. In this case, it is determined that the diode is in the on state, so it can be confirmed that the diode is in the on state. For example, the diode has an open failure, and the diode is in the on state accurately. Even when it is not possible to detect the vehicle power converter, it is possible to realize a vehicle power converter that does not turn on the gate command of the switching element.

さらに、ダイオード順方向電圧VFはダイオードに流れる順方向電流や温度によって変化するため、第一の閾値を、装置に使用しているダイオードのVFの最小電圧以下に設定し、第二の閾値を、装置に使用しているダイオードのVFの最大電圧以上に設定することで、正確にダイオードのオン状態を検出することが可能となる。   Furthermore, since the diode forward voltage VF varies depending on the forward current flowing through the diode and the temperature, the first threshold value is set to be equal to or lower than the minimum voltage of the diode VF used in the device, and the second threshold value is set to By setting the voltage to be equal to or higher than the maximum voltage of the VF of the diode used in the apparatus, it becomes possible to accurately detect the ON state of the diode.

本実施の形態においては、このようにすることにより、温度などの影響でVFなどが変化しても、確実に、ダイオードが整流領域に入っているか否かを検出することが可能となる。   In this embodiment, it is possible to reliably detect whether or not the diode is in the rectifying region even if VF or the like changes due to the influence of temperature or the like in this way.

次に、図3に示したゲート指令生成部132について説明する。ゲート指令生成部132には、図3に示すように、計測部132aと、比較器132bと、記憶部132cと、オフタイミング判定部132dとが設けられている。   Next, the gate command generator 132 shown in FIG. 3 will be described. As shown in FIG. 3, the gate command generation unit 132 is provided with a measurement unit 132a, a comparator 132b, a storage unit 132c, and an off timing determination unit 132d.

ゲート指令生成部132では、ダイオード通電状態検出部122から入力される、ダイオードオンタイミングを示すダイオード通電タイミング信号Xonで、計測部132aのカウンタ動作をリセット・スタートし、これにより、計測部132aは、ダイオードの通電時間を計測するカウンタ動作を開始する。当該カウンタ動作中にダイオード通電状態検出部122から入力される、ダイオードオフタイミングを示すダイオード通電タイミング信号Xonにてダイオードオフ状態となった時間を検知して、カウンタ動作を終了させ、ダイオードオンタイミングからダイオードオフタイミングまでの通電時間の計測値を得て、それを記憶部132cで記憶する。オフタイミング判定部132dでは、この記憶部132cに記憶された過去の通電時間の計測値に基づいて、ゲートをオフするタイミング信号IN2を生成し、比較器132dに入力する。比較器132dでは、前述した計測部132aからの出力IN1とオフタイミング判定部132dからの出力IN2とを比較する。 The gate command generate unit 132, is input from the diode conducting state detector 122, a diode conduction timing signal X on showing the diode-on timing, resets start a counter operation of the measuring part 132a, thereby, the measurement unit 132a is Then, the counter operation for measuring the energization time of the diode is started. Is input from the diode conducting state detector 122 during the counter operation, by detecting a time became diode OFF state at the diode conduction timing signal X on showing the diode off timing, to terminate the counter operation, the diode-on timing The measured value of the energization time from to the diode off timing is obtained and stored in the storage unit 132c. The off timing determination unit 132d generates a timing signal IN2 for turning off the gate based on the measured value of the past energization time stored in the storage unit 132c, and inputs the timing signal IN2 to the comparator 132d. The comparator 132d compares the output IN1 from the measurement unit 132a described above with the output IN2 from the off timing determination unit 132d.

比較の結果、次式の条件式が成立する場合に、すなわち、IN2がIN1以上のときに、比較器132bは、ゲート出力Xonを有意状態とするゲート信号XGateを電力変換部220に対して出力し、電力変換部220のスイッチング素子223,224をオン状態とする。 As a result of the comparison, when the following conditional expression is satisfied, that is, when IN2 is equal to or greater than IN1, the comparator 132b sends a gate signal X Gate that sets the gate output X on to a significant state to the power converter 220. And switching elements 223 and 224 of power converter 220 are turned on.

IN1≦IN2     IN1 ≦ IN2

なお、ここで、ゲート指令生成部132において、記憶部132cに記憶する過去のタイミングデータ(自相通電時間)の個数は1つでもよいが、望ましくは、回転電機の極数以上にして、これらの過去のタイミングデータ(例えば8極のステータであれば、8個のデータを記憶する)のうちの最小値を基に、オフタイミング判定部132dで、ゲートをオフするためのタイミング信号IN2を生成するようにすれば、回転電機の構造に起因する各極毎の発電バラツキの影響による誤制御を防止することが可能となる。   Here, in the gate command generation unit 132, the number of past timing data (self-phase energization time) stored in the storage unit 132c may be one. The timing signal IN2 for turning off the gate is generated by the off-timing determination unit 132d based on the minimum value of the past timing data (for example, 8 pieces of data are stored in the case of an 8-pole stator) By doing so, it becomes possible to prevent erroneous control due to the influence of power generation variation for each pole due to the structure of the rotating electrical machine.

車両の燃費改善方法として、アイドリング・ストップが有効であるが、回転電機を電力変換装置で発電動作だけでなく力行動作させることで、再始動のエンジン・クランキングする際の動力として利用可能となるが、力行動作が可能であるかどうかの診断機能、例えば、発電動作が可能であってもスイッチング動作に支障が生じるような異常を検出することが重要である。   Although idling / stopping is effective as a vehicle fuel efficiency improvement method, it can be used as power for restarting engine cranking by operating the rotating electrical machine not only with the power generation operation but also with the power converter. However, it is important to detect whether or not a power running operation is possible, for example, to detect an abnormality that causes a problem in the switching operation even if the power generation operation is possible.

次に、図3に示したゲート指令監視部133について説明する。
ゲート指令生成部132から出力されたゲート信号XGateは、電力変換部220に入力されて上下アームスイッチング素子223,224を制御すると共に、ゲート指令監視部133にも入力される。ゲート指令監視部133においては、ゲート信号XGateと、ダイオード通電状態検出部122から入力される、ダイオード通電タイミング信号Xonと、各相の相電圧Vu,Vv,Vw等に基づいて、スイッチング素子223,224の動作やタイミング監視を実施する。
Next, the gate command monitoring unit 133 shown in FIG. 3 will be described.
The gate signal X Gate output from the gate command generation unit 132 is input to the power conversion unit 220 to control the upper and lower arm switching elements 223 and 224 and is also input to the gate command monitoring unit 133. In the gate command monitoring unit 133, based on the gate signal X Gate , the diode energization timing signal X on input from the diode energization state detection unit 122, the phase voltages Vu, Vv, Vw of each phase, etc. 223 and 224 operations and timing monitoring are performed.

図5は、本実施の形態1における、ゲート指令に対してスイッチング素子が正常に機能しているかの診断を行うための回路の一例である。また、図6は、本実施の形態1における、ゲート指令に対してスイッチング素子が正常に機能しているかの診断動作を示したタイミングチャートである。   FIG. 5 is an example of a circuit for diagnosing whether the switching element is functioning normally with respect to the gate command in the first embodiment. FIG. 6 is a timing chart showing a diagnosis operation of whether or not the switching element is functioning normally with respect to the gate command in the first embodiment.

図5に示す回路は、相電圧と、後述する第四の閾値V4(H),V4(L)とをそれぞれ比較するための1対のコンパレータと、当該コンパレータからの出力とHGate,LGateとの論理積(1),(2)をそれぞれ求めるための1対のAND回路と、それらのAND回路からの出力(1),(2)の論理和を求めるOR回路とから構成されている。なお、コンパレータの一方は、相電圧とV4(H)とを比較して、相電圧>V4(H)が成立したら、有意“H”を出力し、コンパレータの他方は、相電圧とV4(L)とを比較して、相電圧<V4(L)が成立したら、有意“H”を出力する。 The circuit shown in FIG. 5 includes a pair of comparators for comparing the phase voltage and fourth threshold values V4 (H) and V4 (L), which will be described later, and outputs from the comparators and H Gate and L Gate. And a pair of AND circuits for obtaining the logical products (1) and (2), respectively, and an OR circuit for obtaining the logical sum of the outputs (1) and (2) from the AND circuits. . Note that one of the comparators compares the phase voltage with V4 (H) and outputs a significant “H” when the phase voltage> V4 (H) is established, and the other comparator compares the phase voltage with V4 (L). ) And when the phase voltage <V4 (L) is established, a significant “H” is output.

ゲート指令監視部133では、特に、図5及び図6の例示図のように、それぞれの相のゲート信号が有意状態のときに、それぞれの相のスイッチング素子が正常にオン動作していることを、ゲート指令が有意となることで、診断する。   In the gate command monitoring unit 133, in particular, as illustrated in FIGS. 5 and 6, when the gate signal of each phase is in a significant state, the switching element of each phase is normally turned on. Diagnose when the gate command becomes significant.

すなわち、電力変換部220の上アームダイオードがオン状態中に上アームスイッチング素子223a,b,cのゲート指令をオンとしている際に、相電圧が、下記の第四の上アーム閾値V4(H)以下になることを検出することで、正常にスイッチング素子がオン動作したと診断することができる。   That is, when the gate command of the upper arm switching elements 223a, b, and c is turned on while the upper arm diode of the power conversion unit 220 is on, the phase voltage becomes the following fourth upper arm threshold V4 (H). By detecting the following, it can be diagnosed that the switching element is normally turned on.

第四の上アーム閾値V4(H)は、Vpにスイッチング素子のオン抵抗と発電時の最大電流の大きさを掛け合わせて得られる電圧降下VDS1を加算した値(Vp+VDS1)よりも大きく、VpとVFとを加算した値(Vp+VF)よりも小さい範囲に設定する。但し、V3(H)<Vp<V4(H)<Vp+VFとする。   The fourth upper arm threshold value V4 (H) is larger than the value (Vp + VDS1) obtained by adding Vp to the voltage drop VDS1 obtained by multiplying the on-resistance of the switching element and the maximum current during power generation. A range smaller than the value obtained by adding VF (Vp + VF) is set. However, V3 (H) <Vp <V4 (H) <Vp + VF.

また、下アーム側であれば、下アームダイオードがオン状態中に下アームスイッチング素子のゲート指令をオンとしている際に、相電圧が、下記の第四の下アーム閾値V4(L)以上になることを検出することで、正常にスイッチング素子がオン動作したと診断することができる。   On the lower arm side, when the gate command of the lower arm switching element is turned on while the lower arm diode is on, the phase voltage becomes equal to or higher than the fourth lower arm threshold V4 (L) described below. By detecting this, it can be diagnosed that the switching element is normally turned on.

第四の下アーム閾値V4(L)は、Vnからスイッチング素子のオン抵抗と発電時の最大電流の大きさを掛け合わせた電圧降下VDS1を減算した値(Vn−VDS1)よりも小さく、VnからVFを減算した値(Vn−VF)よりも大きい範囲に設定する。但し、Vn−VF<V4(L)<Vn<V3(L)<V3(H)とする。   The fourth lower arm threshold value V4 (L) is smaller than a value (Vn−VDS1) obtained by subtracting a voltage drop VDS1 obtained by multiplying the on-resistance of the switching element by the maximum current during power generation from Vn (Vn−VDS1). A range larger than the value obtained by subtracting VF (Vn−VF) is set. However, Vn−VF <V4 (L) <Vn <V3 (L) <V3 (H).

逆に、ゲート指令が有意になっても相電圧が前述のように変化しない場合は、スイッチング素子がオン動作できないと考えられ、発電動作は寄生ダイオードなどで継続して可能であっても、力行動作はできないため、これを異常として検知して、異常状態を外部に知らせることで、車両側で異常状態を認識でき、アイドリング・ストップ動作を禁止することが可能となる。   Conversely, if the phase voltage does not change as described above even if the gate command becomes significant, it is considered that the switching element cannot be turned on, and even if the power generation operation can be continued with a parasitic diode, etc. Since the operation cannot be performed, this is detected as an abnormality, and the abnormal state is notified to the outside, whereby the abnormal state can be recognized on the vehicle side and the idling / stop operation can be prohibited.

ただし、ゲート指令が有意となってもスイッチング素子が実際にオン状態となるには時間的な遅延があるために、過渡状態的に異常状態を検出して、誤検出防止のために、異常状態の検出回路には、図5に示すようなスイッチング遅延を加味した遅延要素Tdelay2が必要となる。 However, even if the gate command becomes significant, there is a time delay until the switching element is actually turned on. Therefore, an abnormal state is detected in a transient state, and an abnormal state is detected to prevent erroneous detection. The circuit requires a delay element T delay2 in consideration of the switching delay as shown in FIG.

このように、本実施の形態においては、ダイオードがオン状態となっている相のスイッチング素子のゲート信号をオンとした際に、スイッチング素子での電圧降下がダイオードの順方向電流から第四の閾値よりも小さいスイッチング素子のオン抵抗による電圧降下となることを検出することで、スイッチング素子が正常にスイッチングしていることを検出可能となる。   Thus, in this embodiment, when the gate signal of the switching element in the phase in which the diode is on is turned on, the voltage drop at the switching element is reduced from the forward current of the diode to the fourth threshold value. By detecting that the voltage drop is caused by the ON resistance of the smaller switching element, it is possible to detect that the switching element is normally switching.

本発明による過去の自相のタイミング情報を使った方式では、エンジン回転の急変に対する制御マージンを考慮して実際にダイオード通電しているよりも早くにゲート指令XGateを無意と制御しているが、その場合に限らず、電力変換部220の上アームダイオードがオン状態中に、上アームスイッチング素子223のゲート指令をオン状態からオフ状態に切替た後、第四の上アーム閾値V4(H)以上となってから、第三の上アーム閾値V3(H)以下となるまでの時間Count(H)を計測し、同様に、下アームダイオードがオン状態中に、下アームスイッチング素子224のゲート指令をオン状態からオフ状態に切替た後、第四の下アーム閾値V4(L)以下となってから、第三の下アーム閾値V3(L)以上となるまでの時間Count(L)を計測し、各スイッチング素子がダイオード非通電状態になるまでにオフしていることを検出するようにしてもよい。 In the method using the past self-phase timing information according to the present invention, the gate command X Gate is involuntarily controlled earlier than when the diode is actually energized in consideration of the control margin for sudden engine rotation. The fourth upper arm threshold value V4 (H) is not limited to this case, and the gate command of the upper arm switching element 223 is switched from the on state to the off state while the upper arm diode of the power conversion unit 220 is on. The time Count (H) from the above to the third upper arm threshold value V3 (H) or less is measured. Similarly, when the lower arm diode is in the ON state, the gate command of the lower arm switching element 224 is measured. After switching from the ON state to the OFF state, the time from when the lower arm threshold value V4 (L) is lower than or equal to the fourth lower arm threshold value V3 (L) or higher Count (L) may be measured to detect that each switching element is off before the diode is de-energized.

図7に、このように動作して、ゲートオフ指令タイミングの正当性の診断を行うための回路の一例を示し、図8に、当該回路によるゲートオフ指令タイミングの正当性の診断の動作を示したタイミングチャートを示す。   FIG. 7 shows an example of a circuit that operates in this way and diagnoses the validity of the gate-off command timing. FIG. 8 shows the timing of the operation for diagnosing the validity of the gate-off command timing by the circuit. A chart is shown.

図7及び図8の例示図のように、それぞれの相のゲート信号が無為になり、相電圧が第4の閾値V4を越えてから、ダイオードによる整流がオフとなり、ダイオード通電タイミング信号Xonが無為状態になるまでの時間Countを計測することで、スイッチング素子のゲートを、オフ指令HGateによりオフするタイミングを監視ができ、信頼性の高いゲート指令制御を行うことが可能となる。 7 and FIG. 8, the gate signals of the respective phases become ineffective, the rectification by the diode is turned off after the phase voltage exceeds the fourth threshold value V4, and the diode energization timing signal X on is By measuring the time count until the idle state is reached, the timing at which the gate of the switching element is turned off by the off command H Gate can be monitored, and it becomes possible to perform highly reliable gate command control.

このように、図7および図8の例では、スイッチング素子をアクティブダイオードとして動作させている状態からゲート信号をオフ状態とすることで通常のダイオード整流に切り替えた状態から、誘起電圧が低くなりダイオードによる整流動作がオフするまでの時間を計測することで、ゲートのオフ指令タイミングの正当性の評価が可能となる。   As described above, in the example of FIGS. 7 and 8, the induced voltage decreases from the state where the switching element is operated as an active diode to the normal diode rectification by turning off the gate signal. By measuring the time until the rectification operation by OFF is turned off, it is possible to evaluate the validity of the gate-off command timing.

また、スイッチング素子の故障モードとして、オープンモードの故障も想定される。オープン故障時は、各相の誘起電圧は、ダイオードによる上アーム側はVp、下アーム側はVnにてクリップされなくなるため、各相電圧が、上アーム側は第二の上アーム閾値V2(H)よりも大きく、下アーム側は第二の下アーム閾値V2(L)よりも小さくなることを検出することで、スイッチング素子がオープン故障をしていることを検出することができる。オープン故障時は力行時に正常なスイッチング動作ができなく、エンジン再始動が不可能な状態が考えられるため、車両側でアイドリング・ストップしないようにする。   Further, an open mode failure is also assumed as a failure mode of the switching element. When an open failure occurs, the induced voltage of each phase is not clipped by Vp on the upper arm side due to the diode and Vn on the lower arm side, so that each phase voltage is the second upper arm threshold V2 (H ) And the lower arm side is detected to be smaller than the second lower arm threshold V2 (L), so that it is possible to detect that the switching element has an open failure. When an open failure occurs, normal switching operation cannot be performed during power running and the engine cannot be restarted. Therefore, avoid idling / stopping on the vehicle side.

また、回転数が低かったり、界磁電流が小さく発電電流が小さいような場合は、スイッチング素子をオフするタイミング変化が大きく、本来ダイオードがオンしているような領域でのみスイッチング素子のゲート指令をオンすべきところを誤制御する可能性が高くなり、仮にゲート指令を誤制御してしまうとトルクが大きくなったり、音が大きくなり、車両としてのドライバビリティに影響を及ぼす。   In addition, when the rotational speed is low, or when the field current is small and the generated current is small, the timing change when turning off the switching element is large, and the gate command for the switching element is issued only in the region where the diode is originally on. There is a high possibility of erroneous control of the place to be turned on, and if the gate command is erroneously controlled, the torque will increase and the sound will increase, affecting the drivability of the vehicle.

また、このように発電量が小さいような場合は、スイッチング素子のゲート指令をオンすることなく、ダイオードによる整流動作であっても電力変換器として大きな損失とはならないため、ゲート指令をロックしても構わない。   In addition, when the amount of power generation is small, the gate command for the switching element is not turned on, and even a rectifying operation using a diode does not cause a large loss as a power converter. It doesn't matter.

このように、本実施の形態1においては、力行動作中、発電動作中を問わず、相電圧が第二の閾値V2を越えることを検出することで、スイッチング素子がオープン故障をしていることを検出することが可能となる。   As described above, in the first embodiment, the switching element has an open failure by detecting that the phase voltage exceeds the second threshold value V2 regardless of whether it is in a power running operation or a power generation operation. Can be detected.

ただ、同期整流は、発電量が大きな状態でないと動作が不安定となり、トルク変動や異音などを発生することがある。   However, the operation of synchronous rectification becomes unstable unless the amount of power generation is large, and torque fluctuations, abnormal noise, and the like may occur.

また、発電量が小さいような場合は、発電時の熱損失も小さく同期整流を必ずしも行う必要がない。   In addition, when the amount of power generation is small, the heat loss during power generation is small and synchronous rectification is not necessarily performed.

ゲート指令監視部133では、発電時のダイオードオン状態の場合にゲート指令をロックするかどうかの判定として、回転子の電気角周期とダイオードがオンしている状態の通電時間比に基づいて、ダイオードがオン状態のときにスイッチング素子のゲート指令としてオン指令を出力するか否かの判断をする。すなわち、ダイオード通電タイミング信号Xonのオン時間と、ダイオード通電タイミング信号Xonの繰り返し時間との比で、ゲート指令をロックするかどうかを判断する。 The gate command monitoring unit 133 determines whether to lock the gate command when the diode is on during power generation based on the electrical angle period of the rotor and the energization time ratio when the diode is on. It is determined whether or not an ON command is output as a gate command for the switching element when is in an ON state. That is, the on time of the diode conduction timing signal X on, the ratio of the repetition time of the diode conduction timing signal X on, determines whether or not to lock the gate instruction.

例えば、同一回転数の場合に、ダイオード通電タイミング信号Xonが、発電量が多い場合と小さい場合でどうなるかを考えると、発電量が多い(つまり界磁電流が大きい)場合には、ダイオード整流によって電圧クランプされることが無ければ、誘起電圧が高くなり、一方、発電量が少ない(つまり界磁電流が小さい)場合には、ダイオード整流によって電圧クランプされることが無ければ、誘起電圧が小さい。 For example, when the diode energization timing signal Xon is the same when the power generation amount is large and the case where the power generation amount is large (that is, the field current is large), diode rectification is considered. If the voltage is not clamped by the voltage, the induced voltage is high. On the other hand, if the amount of power generation is small (that is, the field current is small), the induced voltage is small if the voltage is not clamped by diode rectification. .

車両用の発電動作をする際は、実際は誘起電圧波形はダイオードによりクランプされるが、クランプされる電圧は誘起電圧に係り無く同じであるため、Xon信号の長さは必然的に誘起電圧の高い界磁電流の大きい場合、つまり発電電流が大きい場合の時間が長くなる。 When generating power for a vehicle, the induced voltage waveform is actually clamped by a diode, but the clamped voltage is the same regardless of the induced voltage, so the length of the X on signal inevitably is the induced voltage. When the high field current is large, that is, when the generated current is large, the time becomes long.

ただし、この例は、同一回転での発電時であり、車両用発電装置としては、エンジン回転は走行状態により変化するため、電気角の1周期相当の時間とXon信号の時間との比(以後、「ダイオード通電比」と呼ぶ)で判断する必要があり、電気角の一周期相当の時間の取得方法の一例として、Xon信号の繰り返し時間(Xon信号の立上りエッジから次のXon信号の立上りエッジ間の時間=Timexon)を利用することが考えられる。 However, this example is the case of power generation at the same rotation, and as the vehicular power generation device, the engine rotation changes depending on the running state, so the ratio of the time corresponding to one cycle of the electrical angle and the time of the X on signal ( Thereafter, it is necessary to judge called "diode current ratio"), as an example of a method of obtaining one period worth of time of the electrical angle, from the rising edge of the repetition time (X on signal X on signal of the next X on It is conceivable to use the time between rising edges of a signal = Timexon.

同期整流を許可するかどうかのスレショルドレベル(条件)は、モータ特性、車両とのマッチングにより一概に云えないが、例えばXon/Timexon≧0.4で同期整流を許可し、Xon/Timexon<0.35となることで、同期整流を非許可状態にする。 Whether the threshold level to allow synchronous rectification (condition), the motor characteristics, but not be generalized by the matching of the vehicle, for example to allow synchronous rectification in X on /Timexon≧0.4, X on / Timexon < When 0.35, synchronous rectification is disabled.

また、界磁巻線式回転電機による発電動作においては、界磁電流は回転電機の発電によって得た電流によって賄っているため、回転数が低く発電量に対して界磁電流での消費が大きい比率となるような場合と、回転数が高く発電量に対して界磁電流での消費が小さい比率となるような場合とで、許可するスレショルドを変化させる(つまり、回転数によって同期整流を許可するスレショルドを変化させたり、界磁電流の大きさにより同期整流を許可するスレショルドを変化させる)等の方法も考えられる。   Further, in the power generation operation by the field winding type rotary electric machine, the field current is covered by the current obtained by the electric power generation of the rotary electric machine, so the rotation speed is low and the consumption of the field current is large with respect to the power generation amount. The threshold to be allowed is changed depending on the ratio and the case where the rotational speed is high and the consumption of the field current is small relative to the amount of power generation (that is, synchronous rectification is allowed depending on the rotational speed). It is also conceivable to change the threshold to be used, or to change the threshold for allowing synchronous rectification according to the magnitude of the field current.

このように、本実施の形態においては、回転子の電気角周期とダイオードがオンしている状態の通電時間比に基づいて、ダイオードがオン状態のときにスイッチング素子のゲート指令としてオン指令を出力するか否かの判断をするようにしたので、発電量が多くなると、ダイオードがオン状態の時間と回転子の電気各周期との時間比が大きくなること、同期整流をするかしないかの判断が可能となる。   As described above, in this embodiment, based on the electrical angle period of the rotor and the energization time ratio of the diode being on, an on command is output as a gate command for the switching element when the diode is on. As the amount of power generation increases, the time ratio between the diode-on time and each period of the rotor electrical cycle increases, and whether to perform synchronous rectification Is possible.

さらに、図9の例示図のようにして、正常なダイオード通電タイミングを検出するようにしてもよい。   Furthermore, normal diode energization timing may be detected as illustrated in the example of FIG.

図9に示す、正常に発電動作をしているような場合の各相間のダイオード通電状態検出信号とは、「UHon立上り検出→VHon立上り検出→WHon立上り検出→UHon立上り検出→・・・(以下、繰り返し)」、「UHon立下り検出→VHon立下り検出→WHon立下り検出→UHon立下り検出→・・・(以下、繰り返し)」、「ULon立上り検出→VLon立上り検出→WLon立上り検出→ULon立上り検出→・・・(以下、繰り返し)」、「ULon立下り検出→VLon立下り検出→WLon立下り検出→ULon立下り検出→・・・(以下、繰り返し)」というような関係となる。   The diode energization state detection signal between the phases when the power generation operation is normally performed as shown in FIG. 9 is “UHon rising detection → VHon rising detection → WHon rising detection → UHon rising detection →... , Repeat) ”,“ UHon fall detection → VHon fall detection → WHon fall detection → UHon fall detection →... (Hereinafter repeated) ”,“ ULon rise detection → VLon rise detection → WLon rise detection → ULon “Rising detection →... (Hereinafter repeated)”, “ULon falling detection → VLon falling detection → WLon falling detection → ULon falling detection →... (Hereinafter repeated)”.

また、コイルに天地絡が発生すると、十分な誘起電力が発生しないため、これを検出して、コイルの異常状態を検出することが可能である。従って、ゲート指令監視部133は、自相のダイオードがオフ状態からオン状態により、次に、自相のダイオードが再度オフ状態からオン状態になるまでの間に、他相のダイオードがオフ状態からオン状態になることが、各相で必ず1回発生することを判定すれば、コイルの状態が正常か異常かを判定することができる。   In addition, when a ground fault occurs in the coil, sufficient induced power is not generated. Therefore, it is possible to detect this and detect an abnormal state of the coil. Accordingly, the gate command monitoring unit 133 determines that the diode of the other phase is changed from the OFF state until the diode of the own phase is changed from the OFF state to the ON state. If it is determined that the ON state always occurs once in each phase, it can be determined whether the coil state is normal or abnormal.

そのため、ゲート指令監視部133は、各相のダイオード通電タイミングが、正常時に前述した動作関係になることを監視し、例えば、図10のように、低抵抗である相(図10の場合はW相)が地絡故障している場合には、相電圧が、図11に示すように、U相およびV相は正常で、W相のみ一定値となるため、各相間のダイオードの通電状態検出信号が、図11に示すようになり、各相間のオン/オフタイミングが正常とならないことで異常状態を検出することができる。異常を検出した場合には、発電中の異常該当相のスイッチング動作の禁止と、力行動作の禁止をする。   Therefore, the gate command monitoring unit 133 monitors that the diode energization timing of each phase becomes the above-described operation relationship at the normal time. For example, as shown in FIG. When the phase) has a ground fault, the phase voltage is normal in the U phase and the V phase, and only the W phase is constant as shown in FIG. The signal becomes as shown in FIG. 11, and the abnormal state can be detected when the on / off timing between the phases is not normal. When an abnormality is detected, the switching operation of the phase corresponding to the abnormality during power generation is prohibited and the power running operation is prohibited.

尚、一例として地絡故障の動作について記述したが、その他の故障(低抵抗による天絡、スイッチング素子の短絡故障など)に関しても、同様に監視することができる。   The operation of the ground fault is described as an example. However, other faults (such as a low fault power fault and a switching element short-circuit fault) can be similarly monitored.

ただし、上述の方法は、監視のためにタイマーや数値演算を使わないため、簡素なロジック回路で実現可能であるが、見かけ上の巻線数が変化する電機子コイル内でのショート故障や、断線等による発電不良状態の検出はできない場合がある。   However, since the above method does not use a timer or numerical operation for monitoring, it can be realized with a simple logic circuit, but a short circuit failure in an armature coil in which the apparent number of windings changes, It may not be possible to detect a power generation failure due to disconnection or the like.

また、抵抗成分を持って、天絡、地絡している場合や、コイルに断線などがあると、各相のダイオードオン時間にバラツキが生じるため、これを検出して、コイルの異常状態を検知することが可能である。従って、ゲート指令監視部133は、各相のダイオード通電比のバラツキを監視することで、エラーを検出する。   Also, if there is a resistance component and there is a power fault, ground fault, or if the coil is disconnected, etc., there will be variations in the diode on time of each phase. It is possible to detect. Therefore, the gate command monitoring unit 133 detects an error by monitoring variations in the diode energization ratio of each phase.

例えば、正常時は、図9に示したように、各相のダイオード通電比に大きな差はないが、例えば、W相のコイルが巻線間で短絡して、起電力が小さいような場合には、図11のように、U、V相と比較して、WH相およびWL相のダイオードオン時間が短くなるため、各相間のダイオード通電比にバラツキが生じたことで、装置異常を監視することが可能となる。   For example, when normal, as shown in FIG. 9, there is no significant difference in the diode current ratio of each phase, but for example, when the W-phase coil is short-circuited between the windings and the electromotive force is small As shown in FIG. 11, the diode ON time of the WH phase and the WL phase is shortened compared to the U and V phases, so that the device abnormality is monitored by the variation in the diode conduction ratio between the phases. It becomes possible.

以上のように、本実施の形態は、ダイオードのみで整流動作を行っている際(スイッチング素子がオンしていない状態)のダイオード通電状態を検出する手段を具備し、ダイオードが通電状態となるってからダイオードが非通電状態となるまでの時間を逐次記憶し、ダイオードが通電状態になったことでスイッチング素子をオン制御し、その後記憶しているダイオード通電時間よりスイッチング素子のターンオフ時間などを引いた時間を引いたタイミングで、スイッチング素子をオフ制御する。   As described above, the present embodiment includes means for detecting the diode energization state when the rectification operation is performed only with the diode (the switching element is not turned on), and the diode enters the energization state. After that, the time until the diode becomes non-energized is sequentially stored, the switching element is turned on when the diode is energized, and then the turn-off time of the switching element is subtracted from the stored diode energizing time. The switching element is turned off at the timing obtained by subtracting the time.

従って、本実施の形態によれば、ダイオードが通電状態となるときのダイオードオンタイミングとダイオードが非通電状態となるときのダイオードオフタイミングまでの過去の自相の時間間隔(通電幅)により、上下アームスイッチング素子のオン・オフ指令を生成するようにしたので、ダイオードがオンしているほぼ全ての領域において、負荷変動に影響を受けない上下アームスイッチング素子のオン・オフ指令を容易に得ることができるため、高効率でかつ信頼性の高い発電動作が可能となる車両用電力変換装置が実現できる。   Therefore, according to the present embodiment, depending on the past time interval (energization width) between the diode on timing when the diode is energized and the diode off timing when the diode is deenergized, Since the ON / OFF command for the arm switching element is generated, it is possible to easily obtain the ON / OFF command for the upper and lower arm switching elements that are not affected by load fluctuations in almost all areas where the diode is ON. Therefore, it is possible to realize a vehicular power conversion device that enables highly efficient and highly reliable power generation operation.

また、各相毎にスイッチング素子のオン/オフ制御可能であるため、仮に1相が故障していたとしても、健全な相はスイッチング素子をオン/オフ制御を継続して行うことで、損失の少ない発電を行うことが可能となる。   In addition, since switching elements can be controlled on / off for each phase, even if one phase fails, a healthy phase can be controlled by continuously controlling switching elements on / off. It is possible to generate less power.

実施の形態2.
上記の実施の形態1で説明した、本発明における、各閾値(スレショルドレベル)は、ダイオード順方向電圧VF(一般的に0.5V〜0.8V)を含め、0.1V程度の精度が必要となるが、通常のバッテリーシステムであれば、電源端子の電圧はバッテリー電圧となるため、大きな変動はないので、バッテリー電圧を元に抵抗分圧などで閾値設定をしても、さほど大きな誤差は発生しない。しかしながら、例えば、電源がバッテリーでなく、コンデンサのようなもので、電圧変化が大きいような場合は、閾値誤差が少なくなるように、図12に示したような閾値回路が必要となる。
Embodiment 2. FIG.
Each threshold value (threshold level) in the present invention described in the first embodiment needs to have an accuracy of about 0.1 V including a diode forward voltage VF (generally 0.5 V to 0.8 V). However, in a normal battery system, the voltage at the power supply terminal is the battery voltage, so there is no significant fluctuation.Therefore, even if the threshold is set with resistance voltage division based on the battery voltage, there is not much error. Does not occur. However, for example, when the power source is not a battery but a capacitor and the voltage change is large, a threshold circuit as shown in FIG. 12 is required so that the threshold error is reduced.

図12の回路は、基準電圧Ref1,Ref2に電源プラス電圧Vpをそれぞれ加算するための1対の加算器と、当該加算器から出力されるRef1’,Ref2’と相電圧とを比較するための1対のコンパレータ1,2とから構成されている。   The circuit of FIG. 12 is for comparing a pair of adders for adding the power supply plus voltage Vp to the reference voltages Ref1 and Ref2, respectively, and Ref1 ′ and Ref2 ′ output from the adder and the phase voltage. It consists of a pair of comparators 1 and 2.

しかしながら、図12の回路は、複数の閾値があると各コンパレータの閾値を生成する電圧加算回路が、複数必要となり、回路規模が大きくなる。   However, if there are a plurality of threshold values, the circuit of FIG. 12 requires a plurality of voltage addition circuits that generate the threshold values of the respective comparators, which increases the circuit scale.

また、アイドリング・ストップの際に、回生エネルギーを効率よく蓄える目的で、電気二重層コンデンサに代表されるキャパシタ電源等を使用したときに、直接各相電圧を用いて通電状態を検出する方法では、プラス電源端子電圧の変化が大きく、実現回路を考える上で閾値設定が難しくなる。   In addition, when using a capacitor power supply represented by an electric double layer capacitor for the purpose of efficiently storing regenerative energy at the time of idling stop, in the method of directly detecting the energization state using each phase voltage, The change in the positive power supply terminal voltage is large, making it difficult to set the threshold value when considering the realization circuit.

そこで、図13に示すように回路を構成して、ダイオード通電状態検出部122とゲート指令監視部133の上アーム側の閾値判定に使用する各相電圧として、電力変換部220の各相電圧と電源プラス電圧Vpとの電位差を差動演算増幅したものを使用するようにしてもよい。   Therefore, a circuit is configured as shown in FIG. 13, and each phase voltage of the power conversion unit 220 is used as each phase voltage used for threshold determination on the upper arm side of the diode energization state detection unit 122 and the gate command monitoring unit 133. You may make it use what differentially amplified the potential difference with the power supply plus voltage Vp.

図13に示すような回路を用いて、このように、上アーム側の各相電圧とVpとの電位差を差動演算増幅することで、Vpが変化するような場合でも、閾値の設定を容易にすることが可能となる。   By using a circuit as shown in FIG. 13 and differentially amplifying the potential difference between each phase voltage on the upper arm side and Vp in this way, the threshold can be easily set even when Vp changes. It becomes possible to.

また、図13の例に限らず、上アームダイオードオン状態検出用の各相電圧として必要な部分は電源電圧付近の電圧であるため、図14に示すように、この付近の差電圧のみ増幅するような差動増幅アンプの構成をとることで、閾値設定には加算器が必要でなくなり、回路を簡素化することができる。   Further, not limited to the example of FIG. 13, the portions necessary as the phase voltages for detecting the upper arm diode ON state are voltages near the power supply voltage, and therefore only the difference voltage in the vicinity is amplified as shown in FIG. 14. By adopting such a differential amplifier configuration, an adder is not required for threshold setting, and the circuit can be simplified.

図14の構成においては、相電圧がプラス入力され、電源プラス電圧Vpgaマイナス入力される、差動増幅アンプと、差動増幅アンプからの出力を基準電圧Ref1,Ref2とそれぞれ比較するための1対のコンパレータComp1,Comp2とが設けられている。   In the configuration of FIG. 14, the phase voltage is positively input and the power supply positive voltage Vpga is negatively input, and a pair for comparing the outputs from the differential amplifier and the reference voltages Ref 1 and Ref 2 respectively. Comparators Comp1 and Comp2 are provided.

さらに、図15に示すように回路を構成して、ダイオード通電状態検出部122とゲート指令監視部133の下アーム側の閾値判定に使用する各相電圧として、電力変換部220のVnと各相電圧との電位差を差動演算増幅したものを使用するようにしてもよい。   Further, the circuit is configured as shown in FIG. 15, and Vn of the power conversion unit 220 and each phase are used as the phase voltages used for threshold determination on the lower arm side of the diode energization state detection unit 122 and the gate command monitoring unit 133. You may make it use what differentially amplified the potential difference with a voltage.

図15においては、下アームダイオードオン状態検出用の回路を、図13と同様の差動アンプで構成しているが、出力が図13とは反転するように回路を構成することで、上アームの閾値と共用することが可能となり、回路の簡素化が可能となる。   In FIG. 15, the circuit for detecting the lower arm diode on state is configured by a differential amplifier similar to that in FIG. 13, but by configuring the circuit so that the output is inverted from that in FIG. The threshold can be shared, and the circuit can be simplified.

本発明に係る実施の形態1における車両システムの一例を示した構成図である。It is the block diagram which showed an example of the vehicle system in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1における車両システムの発電電動機の内部構成の一例を示した構成図であるIt is the block diagram which showed an example of the internal structure of the generator motor of the vehicle system in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1における発電電動機に設けられたゲート制御部における機能ブロックの一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of the functional block in the gate control part provided in the generator motor in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1におけるゲート制御部に設けられたダイオード通電状態検出部の動作を示したタイミングチャートである。It is a timing chart which showed operation | movement of the diode energization state detection part provided in the gate control part in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1におけるゲート制御部に設けられたゲート指令監視部を構成する、ゲート指令に対してスイッチング素子が正常に機能しているかの診断を行う回路の一例を示した回路図である。The circuit diagram which showed an example of the circuit which comprises the gate instruction | command monitoring part provided in the gate control part in Embodiment 1 which concerns on this invention, and diagnoses whether the switching element is functioning normally with respect to a gate instruction | command It is. 本発明に係る実施の形態1におけるゲート制御部に設けられたゲート指令監視部による、ゲート指令に対してスイッチング素子が正常に機能しているかの診断動作を示したタイミングチャートである。It is the timing chart which showed the diagnostic operation | movement whether the switching element is functioning normally with respect to a gate command by the gate command monitoring part provided in the gate control part in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1におけるゲート制御部に設けられたゲート指令監視部を構成する、ゲートオフ指令タイミングの正当性の診断を行う回路の一例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed an example of the circuit which comprises the gate command monitoring part provided in the gate control part in Embodiment 1 which concerns on this invention, and diagnoses the validity of the gate-off command timing. 本発明に係る実施の形態1におけるゲート制御部に設けられたゲート指令監視部による、ゲートオフ指令タイミングの正当性の診断動作を示したタイミングチャートである。It is a timing chart which showed the diagnostic operation | movement of the validity of the gate-off command timing by the gate command monitoring part provided in the gate control part in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1におけるゲート制御部に設けられたゲート指令監視部による、正常なダイオード通電タイミングの検出動作を示したタイミングチャートである。It is a timing chart which showed the detection operation | movement of the normal diode energization timing by the gate command monitoring part provided in the gate control part in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1におけるゲート制御部に設けられたゲート指令監視部による、1相地絡時のダイオード通電タイミングの検出動作を示したタイミングチャートである。It is a timing chart which showed the detection operation | movement of the diode energization timing at the time of one-phase ground fault by the gate command monitoring part provided in the gate control part in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1におけるゲート制御部に設けられたゲート指令監視部による、1相コイル間短絡時のダイオード通電タイミングの検出動作を示したタイミングチャートである。It is a timing chart which showed the detection operation | movement of the diode energization timing at the time of the short circuit between 1 phase coils by the gate command monitoring part provided in the gate control part in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2における閾値電位生成回路の一例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed an example of the threshold potential generation circuit in Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2における上アーム差動回路の一例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed an example of the upper arm differential circuit in Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2における差動回路を用いたコンパレート回路の一例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed an example of the comparator circuit using the differential circuit in Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2における下アーム差動回路の一例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed an example of the lower arm differential circuit in Embodiment 2 which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 内燃機関、102 発電電動機、103 蓄電池、110 電力変換装置、200 モータジェネレータ部、201 発電電動機電機子巻線、202 発電電動機界磁巻線、210 ゲート制御部、211 回転子位置検出部、212 ダイオード通電状態検出部、213 タイミング処理部、214 ゲート指令生成部、215 ゲート指令監視部、220 電力変換部、221 界磁スイッチング素子、222 フリーホイールダイオード、223a U相上アームスイッチング素子(UH)、223b V相上アームスイッチング素子(VH)、223c W相上アームスイッチング素子(WH)、224a U相下アームスイッチング素子(UL)、224b V相下アームスイッチング素子(VL)、224c W相下アームスイッチング素子(WL)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Internal combustion engine, 102 Generator motor, 103 Storage battery, 110 Power converter, 200 Motor generator part, 201 Generator motor armature winding, 202 Generator motor field winding, 210 Gate control part, 211 Rotor position detection part, 212 Diode conduction state detection unit, 213 timing processing unit, 214 gate command generation unit, 215 gate command monitoring unit, 220 power conversion unit, 221 field switching element, 222 freewheel diode, 223a U-phase upper arm switching element (UH), 223b V-phase upper arm switching element (VH), 223c W-phase upper arm switching element (WH), 224a U-phase lower arm switching element (UL), 224b V-phase lower arm switching element (VL), 224c W-phase lower arm switch N Element (WL).

Claims (8)

車両用多相回転電機に接続され、スイッチング素子と前記スイッチング素子に並列接続されたダイオードとにより構成された電力変換部と、
前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行うゲート制御部と
を備え、
前記ゲート制御部は、
前記回転電機が発電動作中で、かつ、前記スイッチング素子がオフ状態である場合に、前記回転電機の各相の相電圧に基づいて、前記ダイオードの整流動作によるダイオード通電状態を検出し、ダイオードが通電状態となるダイオードオンタイミングおよびダイオードが非通電状態となるダイオードオフタイミングを示すタイミング信号を出力するダイオード通電状態検出部と、
前記ダイオード通電状態検出部からの前記タイミング信号に基づいて、ダイオードオンタイミングからダイオードオフタイミングまでの通電時間の時間計測値を記憶し、記憶した前記時間計測値に基づいて、ダイオード通電状態中に前記スイッチング素子をオンするゲート指令を生成するゲート指令生成部と、
前記ゲート指令生成部から出力される前記ゲート指令と、前記回転電機の各相の相電圧と、前記ダイオード通電状態検出部から出力される前記ダイオードオンタイミングを示すタイミング信号とに基づいて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作の正当性判定を行うゲート指令監視部と
を有し、
前記スイッチング素子は、上アーム側の上アームスイッチング素子と下アーム側の下アームスイッチング素子とに区分されているものであって、
前記ダイオードのうち、前記上アームスイッチング素子に並列接続されたダイオードを上アームダイオードとし、前記下アームスイッチング素子に並列接続されたダイオードを下アームダイオードとしたとき、
前記ダイオード通電状態検出部は、
上アーム側において、前記電力変換部の電源プラス電圧Vp以上で、かつ、前記電源プラス電圧Vpにダイオード順方向電圧VFを加算した値以下の範囲で第一の上アーム閾値V1(H)を設定し、前記電源プラス電圧Vpに前記ダイオード順方向電圧VFを加算した値よりも大きな値になるように第二の上アーム閾値V2(H)を設定し、前記電源プラス電圧Vpよりも小さい値になるように第三の上アーム閾値V3(H)を設定して、相電圧が、前記第一の上アーム閾値V1(H)と前記第二の上アーム閾値V2(H)との間に一定時間以上保持された場合に、上アームダイオード通電状態と判定し、相電圧が、前記第三の上アーム閾値V3(H)以下となった場合に、上アームダイオード非通電状態と判定し、
下アーム側において、前記電力変換部の基準電圧Vn以下で、かつ、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値以上の範囲で第一の下アーム閾値V1(L)を設定し、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値よりも小さな値となるように第二の下アーム閾値V2(L)を設定し、前記基準電圧Vnよりも大きい値になるように第三の下アーム閾値V3(L)を設定して、相電圧が、前記第一の下アーム閾値V1(L)と前記第二の下アーム閾値V2(L)との間に一定時間以上保持された場合に、下アームダイオード通電状態と判定し、相電圧が、前記第三の下アーム閾値V3(L)以上となった場合に、下アームダイオード非通電状態と判定し、
前記ゲート指令監視部は、
前記電力変換部の上アームダイオードがオン状態中に、前記上アームスイッチング素子のゲート指令をオンとしている際に、前記相電圧が、前記電源プラス電圧Vpと前記スイッチング素子のオン抵抗と発電時の最大電流の大きさとを掛け合わせて得られる電圧降下VDS1とを加算した値よりも大きく、かつ、前記ダイオード順方向電圧VFよりも小さい範囲に設定された第四の上アーム閾値V4(H)以下になることを検出した場合に、前記ゲート指令生成部の前記上アームスイッチング素子をオンするゲート指令に対して、実際に上アームスイッチング素子が動作していることを判定し、
前記電力変換部の下アームダイオードがオン状態中に、前記下アームスイッチング素子のゲート指令をオンとしている際に、前記相電圧が、前記基準電圧Vnから前記スイッチング素子のオン抵抗と発電時の最大電流の大きさとを掛け合わせて得られる前記電圧降下VDS1を減算した値よりも小さく、かつ、前記基準電圧Vnから前記ダイオード順方向電圧VFを減算した値よりも大きい範囲に設定された第四の下アーム閾値V4(L)以上になることを検出した場合に、前記ゲート指令部の前記下アームスイッチング信号をオンするゲート指令に対して、実際に下アームスイッチング素子が動作していると判定し、
前記ゲート指令監視部は、
前記電力変換部の上アームダイオードがオン状態中に、前記上アームスイッチング素子のゲート指令をオン状態からオフ状態に切り替えた後、前記第四の上アーム閾値V4(H)以上となってから前記第三の上アーム閾値V3(H)以下となるまでの時間Count(H)を計測し、
前記電力変換部の下アームダイオードがオン状態中に、前記下アームスイッチング素子のゲート指令をオン状態からオフ状態に切り替えた後、前記第四の下アーム閾値V4(L)以下となってから前記第三の下アーム閾値V3(L)以上となるまでの時間Count(L)を計測して、
計測された前記時間Count(H)およびCount(L)に基づいて、各スイッチング素子がダイオード非通電状態になるまでにオフしていることを検出する
ことを特徴とする車両用電力変換装置。
A power conversion unit connected to the vehicular multiphase rotating electrical machine and configured by a switching element and a diode connected in parallel to the switching element;
A gate control unit that performs on / off control of the switching element,
The gate controller is
When the rotating electrical machine is in a power generation operation and the switching element is in an OFF state, a diode energization state due to a rectifying operation of the diode is detected based on a phase voltage of each phase of the rotating electrical machine, and the diode A diode energization state detector that outputs a timing signal indicating a diode-on timing when the diode is energized and a diode-off timing when the diode is de-energized;
Based on the timing signal from the diode energization state detection unit, the time measurement value of the energization time from the diode on timing to the diode off timing is stored, and based on the stored time measurement value, the diode energization state during the diode energization state A gate command generator for generating a gate command to turn on the switching element;
Based on the gate command output from the gate command generation unit, the phase voltage of each phase of the rotating electrical machine, and the timing signal indicating the diode-on timing output from the diode energization state detection unit, the switching have a gate command monitoring unit that performs validity determination of the elements of the on / off operation,
The switching element is divided into an upper arm switching element on the upper arm side and a lower arm switching element on the lower arm side,
Among the diodes, a diode connected in parallel to the upper arm switching element is an upper arm diode, and a diode connected in parallel to the lower arm switching element is a lower arm diode,
The diode energization state detector is
On the upper arm side, the first upper arm threshold value V1 (H) is set in a range not less than the power source plus voltage Vp of the power converter and not more than the value obtained by adding the diode forward voltage VF to the power source plus voltage Vp. The second upper arm threshold value V2 (H) is set so as to be larger than the value obtained by adding the diode forward voltage VF to the power supply plus voltage Vp, and is set to a value smaller than the power supply plus voltage Vp. The third upper arm threshold V3 (H) is set so that the phase voltage is constant between the first upper arm threshold V1 (H) and the second upper arm threshold V2 (H). When it is held for more than the time, it is determined that the upper arm diode is energized, and when the phase voltage is equal to or lower than the third upper arm threshold V3 (H), it is determined that the upper arm diode is not energized,
On the lower arm side, a first lower arm threshold value V1 (L) is set within a range that is equal to or lower than the reference voltage Vn of the power converter and equal to or larger than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn. The second lower arm threshold value V2 (L) is set so as to be smaller than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn so as to be larger than the reference voltage Vn. A third lower arm threshold value V3 (L) is set, and the phase voltage is maintained for a certain time or more between the first lower arm threshold value V1 (L) and the second lower arm threshold value V2 (L). The lower arm diode is energized, and when the phase voltage is equal to or higher than the third lower arm threshold V3 (L), the lower arm diode is de-energized,
The gate command monitoring unit
When the gate command of the upper arm switching element is turned on while the upper arm diode of the power conversion unit is in the on state, the phase voltage is the power source plus voltage Vp, the on resistance of the switching element, Less than or equal to the fourth upper arm threshold V4 (H) set to a range larger than the sum of the voltage drop VDS1 obtained by multiplying the magnitude of the maximum current and smaller than the diode forward voltage VF. When it is detected that the upper arm switching element is actually operating with respect to the gate command to turn on the upper arm switching element of the gate command generation unit,
When the gate command of the lower arm switching element is turned on while the lower arm diode of the power conversion unit is on, the phase voltage is changed from the reference voltage Vn to the on resistance of the switching element and the maximum during power generation. A fourth value set in a range smaller than a value obtained by subtracting the voltage drop VDS1 obtained by multiplying by the magnitude of the current and larger than a value obtained by subtracting the diode forward voltage VF from the reference voltage Vn. When it is detected that the lower arm threshold value V4 (L) is exceeded, it is determined that the lower arm switching element is actually operating in response to the gate command for turning on the lower arm switching signal of the gate command unit. ,
The gate command monitoring unit
While the upper arm diode of the power conversion unit is in the on state, the gate command of the upper arm switching element is switched from the on state to the off state, and then the fourth upper arm threshold value V4 (H) or more is reached. Measure the time Count (H) until the third upper arm threshold V3 (H) or less,
While the lower arm diode of the power conversion unit is in the on state, the gate command of the lower arm switching element is switched from the on state to the off state, and then the fourth lower arm threshold value V4 (L) or less is reached. Measure the time Count (L) until the third lower arm threshold V3 (L) or more,
A vehicular power converter characterized in that , based on the measured time Count (H) and Count (L), it is detected that each switching element is turned off before the diode is de-energized .
前記ゲート指令生成部において記憶される前記時間計測値の個数は、前記回転電機の極数よりも多いものであって、
前記ゲート指令生成部は、これらの記憶されている前記時間計測値のうちの最小値に基づいて、前記ダイオードが通電状態から非通電状態となるタイミングよりも前に、前記スイッチング素子をオフするゲート制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用電力変換装置。
The number of time measurement values stored in the gate command generation unit is greater than the number of poles of the rotating electrical machine,
The gate command generation unit is configured to turn off the switching element before the timing at which the diode changes from the energized state to the non-energized state based on the minimum value of the stored time measurement values. The vehicle power converter according to claim 1, wherein the control signal is generated.
前記ゲート指令監視部は、自相のダイオードがオフ状態からオン状態になり、次に、前記自相のダイオードが再度オフ状態からオン状態になる間に、他相のダイオードがオフ状態からオン状態になることが各相で必ず1回発生することを判定することを特徴とする請求項1に記載の車両用電力変換装置。   The gate command monitoring unit is configured such that the diode of the other phase changes from the off state to the on state while the diode of the own phase changes from the off state to the on state, and then the diode of the own phase changes from the off state to the on state again. The vehicle power conversion device according to claim 1, wherein it is determined that the occurrence of occurrence always occurs once in each phase. 前記ゲート指令監視部は、前記回転電機の各相の回転子の電気角周期と前記ダイオードがオンしている状態の通電時間のアンバランスにより、ステータ部分の故障を検出することを特徴とする請求項1に記載の車両用電力変換装置。   The gate command monitoring unit detects a failure in a stator portion based on an imbalance between an electrical angle period of a rotor of each phase of the rotating electrical machine and an energization time when the diode is on. Item 4. The vehicle power converter according to Item 1. 前記ダイオード通電状態検出部は、上アーム側の閾値判定に使用する各相電圧として、前記電力変換部の各相電圧と前記電源プラス電圧Vpとの電位差を差動演算増幅したものを使用することを特徴とする請求項に記載の車両用電力変換装置。 The diode energization state detection unit uses, as each phase voltage used for threshold determination on the upper arm side, a voltage obtained by differentially amplifying a potential difference between each phase voltage of the power conversion unit and the power supply plus voltage Vp. The vehicular power conversion device according to claim 1 . 前記ゲート指令監視部は、上アーム側の閾値判定に使用する各相電圧として、前記電力変換部の各相電圧と電源プラス電圧Vpとの電位差を差動演算増幅したものを使用することを特徴とする請求項に記載の車両用電力変換装置。 The gate command monitoring unit uses, as each phase voltage used for threshold determination on the upper arm side, a voltage obtained by differentially amplifying a potential difference between each phase voltage of the power conversion unit and the power supply plus voltage Vp. The power converter for vehicles according to claim 2 . 前記ダイオード通電状態検出部は、下アーム側の閾値判定に使用する各相電圧として、前記電力変換部の前記基準電圧Vnと各相電圧との電位差を差動演算増幅したものを使用することを特徴とする請求項に記載の車両用電力変換装置。 The diode energization state detection unit uses, as each phase voltage used for lower arm side threshold determination, a voltage obtained by differentially amplifying a potential difference between the reference voltage Vn of the power conversion unit and each phase voltage. vehicle power converter according to claim 1, wherein. 前記ゲート指令監視部は、下アーム側の閾値判定に使用する各相電圧として、前記電力変換部の前記基準電圧Vnと各相電圧との電位差を差動演算増幅したものを使用することを特徴とする請求項に記載の車両用電力変換装置。 The gate command monitoring unit uses, as each phase voltage used for threshold determination on the lower arm side, a voltage obtained by differentially amplifying a potential difference between the reference voltage Vn of the power conversion unit and each phase voltage. The power converter for vehicles according to claim 2 .
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