JP5751152B2 - Short-circuit fault detection device for inverter and motor control device - Google Patents

Short-circuit fault detection device for inverter and motor control device Download PDF

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Description

本発明は、インバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置に係り、特に、電源−接地間に直列接続された2つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するうえで好適なインバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置に関する。   The present invention relates to an inverter short-circuit fault detection device and a motor control device, and is particularly suitable for detecting a short-circuit fault of the switching element in an inverter circuit having two switching elements connected in series between a power source and the ground. The present invention relates to an inverter short-circuit fault detection device and a motor control device.

従来、電源−接地間に直列接続された2つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するインバータ用短絡故障検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この短絡故障検出装置においては、スイッチング素子の高電位側の電圧が検出されて、その電圧がスイッチング前後で変化しない場合に、そのスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定される。スイッチング素子の高電位側の電圧は、通常はスイッチング前後で変化するが、そのスイッチング素子が短絡故障した場合はスイッチング前後で変化しなくなる。従って、上記の短絡故障検出装置によれば、スイッチング素子の短絡故障を適切に検出することができる。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an inverter short-circuit fault detection device that detects a short-circuit fault in an inverter circuit having two switching elements connected in series between a power source and a ground (see, for example, Patent Document 1). In this short-circuit fault detection device, when a voltage on the high potential side of the switching element is detected and the voltage does not change before and after switching, it is determined that a short-circuit fault has occurred in the switching element. The voltage on the high potential side of the switching element usually changes before and after switching, but when the switching element is short-circuited, it does not change before and after switching. Therefore, according to the short-circuit fault detection device, a short-circuit fault of the switching element can be detected appropriately.

特開2009−35155号公報JP 2009-35155 A

ところで、インバータ回路において電源−接地間に直列接続された2つのスイッチング素子の接続点に生じるインバータ中点電圧には、配線等による寄生インダクタ成分とスイッチング素子の寄生容量成分との共振によりリンギングノイズが重畳する。このリンギングノイズは、スイッチング素子のスイッチング直後に発生するが、このリンギングノイズ発生時においてインバータ中点電圧は大きく変化する。このため、リンギングノイズ発生時にスイッチング素子の一端に生じている電圧としてインバータ中点電圧が検出されると、そのスイッチング素子の短絡故障が誤検出されるおそれがある。   Incidentally, in the inverter circuit, ringing noise is caused by resonance between the parasitic inductor component of the wiring and the parasitic capacitance component of the switching element in the inverter midpoint voltage generated at the connection point of the two switching elements connected in series between the power source and the ground. Superimpose. This ringing noise occurs immediately after switching of the switching element, and the inverter midpoint voltage changes greatly when the ringing noise occurs. For this reason, if the inverter midpoint voltage is detected as a voltage generated at one end of the switching element when ringing noise occurs, a short circuit failure of the switching element may be erroneously detected.

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の短絡故障を検出するのに用いる電圧を検出するタイミングとしてリンギングノイズ発生時を回避することで、スイッチング素子の短絡故障を精度よく検出することが可能なインバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and avoids the occurrence of ringing noise as a timing for detecting a voltage used to detect a short circuit fault of the switching element, thereby accurately detecting the short circuit fault of the switching element. An object of the present invention is to provide an inverter short-circuit fault detection device and a motor control device that can be detected well.

上記の目的は、電源−接地間に直列接続された2つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するインバータ用短絡故障検出装置であって、前記2つのスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子を駆動するために入力される制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該一方のスイッチング素子の両端に生じている両端電圧をモニタする切替時両端電圧モニタ手段と、前記切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記両端電圧が所定閾値以上である場合に、前記2つのスイッチング素子のうち他方のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する短絡故障有無判定手段と、を備えるインバータ用短絡故障検出装置により達成される。   The above object is an inverter short-circuit fault detecting device for detecting a short-circuit fault of the switching element in an inverter circuit having two switching elements connected in series between the power source and the ground, and one of the two switching elements. Both-end voltage monitoring means for monitoring both-end voltage generated at both ends of one switching element when a control signal input to drive the switching element is switched from on to off, and the both-end voltage at the time of switching Short-circuit failure presence / absence determining means for determining that a short-circuit failure has occurred in the other switching element of the two switching elements when the voltage across the two ends monitored by the monitoring means is greater than or equal to a predetermined threshold value. This is achieved by a short-circuit fault detection device.

本発明によれば、スイッチング素子の短絡故障を検出するのに用いる電圧を検出するタイミングとしてリンギングノイズ発生時を回避することで、スイッチング素子の短絡故障を精度よく検出することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately detect a short-circuit fault of the switching element by avoiding the occurrence of ringing noise as the timing for detecting the voltage used to detect the short-circuit fault of the switching element.

本発明の一実施例であるインバータ用短絡故障検出装置を備えるモータ制御装置の構成図である。It is a block diagram of a motor control apparatus provided with the short circuit fault detection apparatus for inverters which is one Example of this invention. インバータ回路において生じ得る寄生成分を表した図である。It is a figure showing the parasitic component which may arise in an inverter circuit. 本実施例のインバータ用短絡故障検出装置において、寄生成分に基づくリンギングノイズが重畳し得るスイッチング素子の両端電圧を、スイッチング素子の短絡故障を検出するのに用いる電圧として検出するタイミングを表した図である。In the inverter short-circuit fault detection device of the present embodiment, the timing of detecting the voltage across the switching element, on which ringing noise based on parasitic components can be superimposed, is detected as a voltage used to detect a short-circuit fault of the switching element. is there. 本実施例のインバータ用短絡故障検出装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。It is a flowchart of an example of the control routine performed in the short circuit fault detection apparatus for inverters of a present Example. 本実施例のインバータ用短絡故障検出装置における、U相の電源側のスイッチング素子で短絡故障が発生する場合の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement when a short circuit fault generate | occur | produces in the switching element by the side of the power supply of U phase in the short circuit fault detection apparatus for inverters of a present Example. 本実施例のインバータ用短絡故障検出装置における、U相の接地側のスイッチング素子で短絡故障が発生する場合の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement when a short circuit fault generate | occur | produces in the switching element by the side of the U-phase ground in the short circuit fault detection apparatus for inverters of a present Example.

以下、図面を用いて、本発明に係るインバータ用短絡故障検出装置及びモータ制御装置の具体的な実施の形態について説明する。   Hereinafter, specific embodiments of an inverter short-circuit fault detection device and a motor control device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例であるインバータ用短絡故障検出装置(以下、単に短絡故障検出装置と称す)10を備えるモータ制御装置12の構成図を示す。本実施例のモータ制御装置12は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置などに適用されるモータ14を制御する装置である。また、短絡故障検出装置10は、モータ14を制御するうえで用いられる後述のスイッチング素子の短絡故障を検出する装置である。   FIG. 1 shows a configuration diagram of a motor control device 12 including an inverter short-circuit fault detection device (hereinafter simply referred to as a short-circuit fault detection device) 10 according to an embodiment of the present invention. The motor control device 12 of this embodiment is a device that controls a motor 14 that is applied to an electric power steering device or the like mounted on a vehicle. The short-circuit fault detection device 10 is a device that detects a short-circuit failure of a switching element, which will be described later, used for controlling the motor 14.

モータ14は、車両運転者によるステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する。モータ14は、回転角に応じて位相を互いにずらした三相(U相,V相,W相)の交流電力が供給されることでほぼ均一なトルクを発生する三相ブラシレスDCモータである。モータ14のシャフトは、減速機を介してステアリングシャフトに噛合されている。モータ14の発生したトルクは、減速機を介してステアリングシャフトに伝達される。   The motor 14 generates a torque for assisting the steering of the steering wheel by the vehicle driver. The motor 14 is a three-phase brushless DC motor that generates substantially uniform torque by being supplied with three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power whose phases are shifted from each other according to the rotation angle. The shaft of the motor 14 is meshed with the steering shaft via a reduction gear. Torque generated by the motor 14 is transmitted to the steering shaft via the speed reducer.

モータ制御装置12は、インバータ回路20と、リレー22と、制御部24と、を備えている。インバータ回路20は、電源(例えばバッテリ)から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ14に供給する電力変換回路である。リレー22は、モータ14とインバータ回路20とを接続/切断するための素子であり、U相,V相,W相ごとに設けられている。リレー22は、通常、モータ14とインバータ回路20とを接続した状態に維持されている。   The motor control device 12 includes an inverter circuit 20, a relay 22, and a control unit 24. The inverter circuit 20 is a power conversion circuit that converts DC power supplied from a power source (for example, a battery) into AC power and supplies the AC power to the motor 14. The relay 22 is an element for connecting / disconnecting the motor 14 and the inverter circuit 20, and is provided for each of the U phase, the V phase, and the W phase. The relay 22 is normally maintained in a state where the motor 14 and the inverter circuit 20 are connected.

インバータ回路20は、電源Vと接地GNDとの間に直列接続された2つのスイッチング素子26,28を有している。スイッチング素子26,28はそれぞれ、PWM制御により交互にオン/オフされる。スイッチング素子26,28は、モータ14の各相に対応してそれぞれ設けられている。インバータ回路20は、全体として6つのスイッチング素子26U,26V,26W,28U,28V,28Wを有しており、電源Vと接地GNDとの間に直列接続された2つのスイッチング素子26,28をその電源Vと接地GNDとの間に3組並列に接続した構造を有している。各スイッチング素子26,28は、半導体素子からなるMOS−FETである。以下、適宜、電源V側にある3つのスイッチング素子26を上MOS−FET26と、また、接地GND側にある3つのスイッチング素子28を下MOS−FET28と、それぞれ称す。   The inverter circuit 20 has two switching elements 26 and 28 connected in series between the power supply V and the ground GND. The switching elements 26 and 28 are alternately turned on / off by PWM control. The switching elements 26 and 28 are provided corresponding to the respective phases of the motor 14. The inverter circuit 20 has six switching elements 26U, 26V, 26W, 28U, 28V, 28W as a whole, and two switching elements 26, 28 connected in series between the power supply V and the ground GND are connected to the inverter circuit 20. Three sets are connected in parallel between the power supply V and the ground GND. Each switching element 26, 28 is a MOS-FET made of a semiconductor element. Hereinafter, as appropriate, the three switching elements 26 on the power supply V side are referred to as an upper MOS-FET 26, and the three switching elements 28 on the ground GND side are referred to as a lower MOS-FET 28, respectively.

スイッチング素子26U,26V,26W,28U,28V,28Wは、三相ブリッジ接続されている。上MOS−FET26U,26V,26Wのドレインは、電源Vに接続されている。下MOS−FET28U,28V,28Wのソースは、接地GNDに接続されている。上MOS−FET26U,26V,26Wと下MOS−FET28U,28V,28Wとの接続点は、リレー22U,22V,22Wを介してモータ14の各相に接続されている。   The switching elements 26U, 26V, 26W, 28U, 28V, 28W are connected in a three-phase bridge. The drains of the upper MOS-FETs 26U, 26V, and 26W are connected to the power source V. The sources of the lower MOS-FETs 28U, 28V, and 28W are connected to the ground GND. Connection points between the upper MOS-FETs 26U, 26V, and 26W and the lower MOS-FETs 28U, 28V, and 28W are connected to each phase of the motor 14 via relays 22U, 22V, and 22W.

具体的には、上MOS−FET26Uのソース及び下MOS−FET28Uのドレインは、リレー22Uを介してモータ14のU相に接続されている。上MOS−FET26Vのソース及び下MOS−FET28Vのドレインは、リレー22Vを介してモータ14のV相に接続されている。上MOS−FET26Wのソース及び下MOS−FET28Wのドレインは、リレー22Wを介してモータ14のW相に接続されている。   Specifically, the source of the upper MOS-FET 26U and the drain of the lower MOS-FET 28U are connected to the U phase of the motor 14 via the relay 22U. The source of the upper MOS-FET 26V and the drain of the lower MOS-FET 28V are connected to the V phase of the motor 14 via the relay 22V. The source of the upper MOS-FET 26W and the drain of the lower MOS-FET 28W are connected to the W phase of the motor 14 via the relay 22W.

制御部24は、マイクロコンピュータを主体に構成される電子制御ユニットである。制御部24は、インバータ回路20のスイッチング素子26,28の駆動をPWM制御する機能を有している。制御部24は、また、インバータ回路20のスイッチング素子26,28の短絡故障を検出する機能を有していると共に、リレー22のオン/オフを制御する機能を有している。制御部24は、各相U,V,Wに対応してそれぞれ設けられている。各相の制御部24は、スイッチング素子26,28のスイッチングタイミングが互いに異なるものとなるが、ほぼ同様の処理を実行する。尚、図1には、U相の制御部24のみが示されている。   The control unit 24 is an electronic control unit mainly composed of a microcomputer. The control unit 24 has a function of performing PWM control on driving of the switching elements 26 and 28 of the inverter circuit 20. The control unit 24 has a function of detecting a short-circuit failure of the switching elements 26 and 28 of the inverter circuit 20 and a function of controlling ON / OFF of the relay 22. The control unit 24 is provided corresponding to each phase U, V, W. The control unit 24 of each phase executes substantially the same processing, although the switching timings of the switching elements 26 and 28 are different from each other. Note that only the U-phase control unit 24 is shown in FIG.

制御部24は、出力がインバータ回路20のスイッチング素子26,28のゲートに接続されるドライバ部(駆動部)30を有している。ドライバ部30には、上MOS−FET26をオン/オフ駆動させるタイミングを指示する制御信号(以下、上MOS制御信号と称す)、及び、下MOS−FET28をオン/オフ駆動させるタイミングを指示する制御信号(以下、下MOS制御信号と称す)が入力される。これらの制御信号は、操舵トルクや車速,モータ14の回転角などに基づいてすべての相のスイッチング素子26,28のオン/オフ駆動タイミングを制御するタイミング生成部から生成されるものである。上MOS制御信号と下MOS制御信号とは、一方がオンであるときは他方がオフであって、共にオン/オフが交互に繰り返される信号である。これらの制御信号のオン期間及びオフ期間は、操舵トルクや車速,モータ14の回転角などに応じて可変される。   The control unit 24 includes a driver unit (drive unit) 30 whose output is connected to the gates of the switching elements 26 and 28 of the inverter circuit 20. The driver unit 30 has a control signal (hereinafter referred to as an upper MOS control signal) for instructing a timing for driving the upper MOS-FET 26 on / off, and a control for instructing a timing for driving the lower MOS-FET 28 on / off. A signal (hereinafter referred to as a lower MOS control signal) is input. These control signals are generated from a timing generation unit that controls the on / off drive timings of the switching elements 26 and 28 of all phases based on the steering torque, the vehicle speed, the rotation angle of the motor 14, and the like. The upper MOS control signal and the lower MOS control signal are signals in which when one is on, the other is off, and both are turned on and off alternately. The ON period and the OFF period of these control signals are varied according to the steering torque, the vehicle speed, the rotation angle of the motor 14, and the like.

ドライバ部30は、入力される上MOS制御信号に応答して上MOS−FET26をオン/オフ駆動させる駆動信号を生成し、その生成した駆動信号を上MOS−FET26に向けて出力する。また、入力される下MOS制御信号に応答して下MOS−FET28をオン/オフ駆動させる駆動信号を生成し、その生成した駆動信号を下MOS−FET28に向けて出力する。尚、ドライバ部30においては、MOS制御信号が入力されてから駆動信号が出力されるまでにある程度の時間を要し、MOS制御信号に対してドライバ出力が追従するまでに遅延が発生する。この遅延時間Δtは、ドライバ部30での信号増幅などに起因して生じる例えば数百nsec程度の時間である。スイッチング素子26,28は、ドライバ部30からの駆動信号に従ってオン/オフされる。   The driver unit 30 generates a drive signal for turning on / off the upper MOS-FET 26 in response to the input upper MOS control signal, and outputs the generated drive signal to the upper MOS-FET 26. In addition, a drive signal for turning on / off the lower MOS-FET 28 in response to the input lower MOS control signal is generated, and the generated drive signal is output to the lower MOS-FET 28. In the driver unit 30, a certain amount of time is required from the input of the MOS control signal to the output of the drive signal, and a delay occurs until the driver output follows the MOS control signal. This delay time Δt is, for example, a time of about several hundreds of nsec caused by signal amplification in the driver unit 30. The switching elements 26 and 28 are turned on / off according to a drive signal from the driver unit 30.

次に、モータ制御装置12の動作について説明する。   Next, the operation of the motor control device 12 will be described.

モータ制御装置12において、制御部24のドライバ部30は、入力される上MOS制御信号及び下MOS制御信号に応答してインバータ回路20に対してスイッチング素子26,28をオン/オフ駆動させる駆動信号を生成することで、適当なタイミングでスイッチング素子26,28をオフからオンへ又はオンからオフへスイッチングさせる。インバータ回路20は、各相のスイッチング素子26,28が適当なタイミングでスイッチングされると、電源Vと接地GNDとの間の直流電力を三相の交流電力に変換してモータ14に供給する。モータ14は、三相の交流電力が供給されると、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する。従って、モータ制御装置12によるモータ14の制御によれば、車両運転者によるステアリングホイールの操舵が補助されるので、車両運転者によるステアリング操舵時における負担を軽減することが可能である。   In the motor control device 12, the driver unit 30 of the control unit 24 drives the inverter circuit 20 to turn on / off the switching elements 26 and 28 in response to the input upper MOS control signal and lower MOS control signal. Is generated, the switching elements 26 and 28 are switched from off to on or from on to off at an appropriate timing. When the switching elements 26 and 28 of each phase are switched at an appropriate timing, the inverter circuit 20 converts the DC power between the power source V and the ground GND into three-phase AC power and supplies it to the motor 14. When the three-phase AC power is supplied, the motor 14 generates torque for assisting steering of the steering wheel. Therefore, according to the control of the motor 14 by the motor control device 12, the steering of the steering wheel by the vehicle driver is assisted, so it is possible to reduce the burden during steering by the vehicle driver.

図2は、インバータ回路20において生じ得る寄生成分を表した図を示す。ところで、インバータ回路20のスイッチング素子26,28の一方が短絡故障を起こした場合、その一方の短絡故障が生じたまま他方がスイッチングオンされると、その他方に短絡による過電流が流れる。かかる過電流の流通が長期間に亘って継続すると、その他方のスイッチング素子28,26にも短絡故障が発生する可能性がある。かかる短絡故障が発生すると、電源Vと接地GNDとが短絡状態となり、システム全体がダウンするので、モータ14によるアシストトルクの発生継続が不可能となる。従って、ある一つの相の一つのスイッチング素子26,28が短絡故障を起こした場合にも即座にモータ14によるアシストトルクの発生停止が生じることが無いように、その短絡故障を速やかにかつ精度よく検出することが要求される。   FIG. 2 is a diagram showing parasitic components that can occur in the inverter circuit 20. By the way, when one of the switching elements 26 and 28 of the inverter circuit 20 causes a short-circuit failure, when the other is switched on while the short-circuit failure occurs, an overcurrent due to a short circuit flows to the other. If such overcurrent flow continues for a long period of time, a short circuit failure may occur in the other switching elements 28 and 26. When such a short-circuit failure occurs, the power supply V and the ground GND are short-circuited, and the entire system goes down, so that it is impossible to continue generating assist torque by the motor 14. Therefore, even when one switching element 26, 28 of one phase causes a short circuit failure, the short circuit failure is promptly and accurately prevented so that the assist torque is not immediately stopped by the motor 14. It is required to detect.

一方、インバータ回路20において、電源Vと接地GNDとの間に直列接続された2つのスイッチング素子26,28の周辺には、図2に示す如く、配線等による寄生インダクタやスイッチング素子の寄生容量が作用する。このため、それら2つのスイッチング素子26,28の接続点に生じるインバータ中点電圧(すなわち、上MOS−FET26のソース電圧又は下MOS−FET28のドレイン電圧)には、それらの寄生インダクタンス成分と寄生容量成分との共振によりリンギングノイズが重畳する。このリンギングノイズは、スイッチング素子26,28がスイッチングされた直後に発生するが、このリンギングノイズ発生時においてはインバータ中点電圧が大きく変化する。このため、リンギングノイズ発生時にスイッチング素子26,28の一端に生じている電圧としてインバータ中点電圧を用いてスイッチング素子26,28の短絡故障検出が実行されると、そのスイッチング素子26,28の短絡故障が誤検出されるおそれがある。   On the other hand, in the inverter circuit 20, there are parasitic inductors such as wiring and parasitic capacitances of the switching elements around the two switching elements 26 and 28 connected in series between the power source V and the ground GND as shown in FIG. Works. For this reason, the inverter midpoint voltage (that is, the source voltage of the upper MOS-FET 26 or the drain voltage of the lower MOS-FET 28) generated at the connection point between the two switching elements 26 and 28 includes their parasitic inductance component and parasitic capacitance. Ringing noise is superimposed due to resonance with the component. This ringing noise is generated immediately after the switching elements 26 and 28 are switched. When the ringing noise is generated, the inverter midpoint voltage changes greatly. For this reason, when short-circuit failure detection of the switching elements 26 and 28 is performed using the inverter midpoint voltage as the voltage generated at one end of the switching elements 26 and 28 when ringing noise occurs, the switching elements 26 and 28 are short-circuited. There is a possibility that a failure is erroneously detected.

これに対して、本実施例の短絡故障検出装置10は、以下の如く、スイッチング素子26,28の短絡故障を速やかにかつ精度よく検出することとしている。以下、図3〜図6を用いて、本実施例の特徴部について説明する。   On the other hand, the short-circuit fault detection apparatus 10 according to the present embodiment detects a short-circuit fault of the switching elements 26 and 28 promptly and accurately as follows. Hereinafter, the characteristic part of a present Example is demonstrated using FIGS.

図3は、本実施例の短絡故障検出装置10において、寄生成分に基づくリンギングノイズが重畳し得るスイッチング素子26,28の両端電圧を、スイッチング素子26,28の短絡故障を検出するのに用いる電圧として検出するタイミングを表した図を示す。尚、図3には、下MOS−FET28の両端電圧を上MOS−FET26の短絡故障を検出するのに用いる電圧として検出するタイミングを表した図を示す。   FIG. 3 shows the voltage used for detecting the short-circuit fault of the switching elements 26 and 28 using the voltage across the switching elements 26 and 28 in which ringing noise based on parasitic components can be superimposed in the short-circuit fault detecting apparatus 10 of this embodiment. The figure showing the timing detected as is shown. FIG. 3 shows a timing diagram for detecting the voltage across the lower MOS-FET 28 as a voltage used to detect a short-circuit fault in the upper MOS-FET 26.

スイッチング素子26,28のうち一方のスイッチング素子26,28への駆動信号がオンであることでその一方のスイッチング素子26,28がオン状態にあるとき、その一方のスイッチング素子26,28のドレイン端子とソース端子との間に生じる両端電圧は、他方のスイッチング素子28,26が短絡故障していなければほぼゼロであるが、他方のスイッチング素子28,26が短絡故障していればゼロよりも大きな値を示す。これは、スイッチング素子26,28が、他方のスイッチング素子28,26の短絡が生じていない場合は流通電流と両端電圧との線形領域で動作する一方で、他方のスイッチング素子28,26の短絡が生じている場合は大電流の流通により両端電圧を上げても流通電流が上昇しない飽和領域で動作することとなるので、他方のスイッチング素子28,26の短絡時においては一方のスイッチング素子26,28のオン時の両端電圧が大きな値を示すからである。   When one of the switching elements 26 and 28 is in an on state because the drive signal to one of the switching elements 26 and 28 is on, the drain terminal of the one switching element 26 or 28 The voltage across the source terminal is substantially zero if the other switching elements 28 and 26 are not short-circuited, but is greater than zero if the other switching elements 28 and 26 are short-circuited. Indicates the value. This is because the switching elements 26 and 28 operate in a linear region between the flowing current and the both-end voltage when the other switching elements 28 and 26 are not short-circuited, while the other switching elements 28 and 26 are short-circuited. If this occurs, the operation is performed in a saturation region where the flowing current does not increase even if the voltage at both ends is increased due to the flow of a large current. This is because the both-end voltage when the is turned on shows a large value.

一方、上記したリンギングノイズは、図3に示す如く、スイッチング素子26,28がスイッチングされた後、時間の経過と共に小さくなり、スイッチング直前のタイミングで最小となる。また、上記の如く、ドライバ部30においては、入力されるMOS制御信号に対してそのMOS制御信号の内容に従った駆動信号がスイッチング素子26,28へ出力されるまでに遅延が発生する(図3参照)。この点、ドライバ部30に入力されるMOS制御信号がオンからオフへ切り替わった時点では、未だそのMOS制御信号に係るスイッチング素子26,28がオンからオフへ切り替わっておらずオン状態のままであるので、そのMOS制御信号がオンからオフへ切り替わった時点はリンギングノイズが最小となるタイミングである。   On the other hand, the ringing noise described above becomes smaller as time passes after the switching elements 26 and 28 are switched as shown in FIG. 3, and is minimized at the timing immediately before switching. Further, as described above, in the driver unit 30, a delay occurs until a drive signal according to the content of the MOS control signal is output to the switching elements 26 and 28 with respect to the input MOS control signal (see FIG. 3). In this respect, when the MOS control signal input to the driver unit 30 is switched from on to off, the switching elements 26 and 28 related to the MOS control signal are not yet switched from on to off and remain in the on state. Therefore, the point in time when the MOS control signal is switched from on to off is the timing at which ringing noise is minimized.

従って、入力されるMOS制御信号がオンからオフへ切り替わった時点でスイッチング素子26,28の両端電圧をモニタして、その時点での両端電圧が所定閾値以上であるか否かを判定することとすれば、一方のスイッチング素子26,28の両端電圧に基づく他方のスイッチング素子28,26の短絡故障の有無を、リンギングノイズの影響を受けることなく判定することが可能となる。   Therefore, the voltage across the switching elements 26 and 28 is monitored at the time when the input MOS control signal is switched from on to off, and it is determined whether or not the voltage across the switching element is at or above a predetermined threshold. By doing so, it is possible to determine the presence or absence of a short circuit failure in the other switching element 28, 26 based on the voltage across one switching element 26, 28 without being affected by ringing noise.

そこで、本実施例において、短絡故障検出装置10の一部として、制御部24は、インバータ回路20のスイッチング素子26,28の短絡故障を検出する短絡検出回路32を有している。短絡検出回路32は、上MOS−FET26の短絡を監視するために設けられたコンパレータ(以下、上MOS短絡監視用コンパレータと称す)34と、下MOS−FET28の短絡を監視するために設けられたコンパレータ(以下、下MOS短絡監視用コンパレータと称す)36と、を有している。   Therefore, in the present embodiment, as a part of the short-circuit fault detection apparatus 10, the control unit 24 includes a short-circuit detection circuit 32 that detects a short-circuit fault in the switching elements 26 and 28 of the inverter circuit 20. The short circuit detection circuit 32 is provided for monitoring a short circuit of the lower MOS-FET 28 and a comparator 34 (hereinafter referred to as an upper MOS short circuit monitoring comparator) provided for monitoring the short circuit of the upper MOS-FET 26. A comparator (hereinafter referred to as a lower MOS short-circuit monitoring comparator) 36.

上MOS短絡監視用コンパレータ34は、下MOS−FET28の両端電圧をモニタする回路であって、その下MOS−FET28の両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う。上MOS短絡監視用コンパレータ34には、電源として下MOS−FET28のゲートに入力される駆動信号が供給される。上MOS短絡監視用コンパレータ34は、下MOS−FET28のゲートに入力される駆動信号がオン状態にある場合に動作して上記の比較を行うことが可能である。   The upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 is a circuit that monitors the voltage across the lower MOS-FET 28, and compares whether or not the voltage across the lower MOS-FET 28 is greater than or equal to a predetermined threshold value. The upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 is supplied with a drive signal input to the gate of the lower MOS-FET 28 as a power source. The upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 can operate when the drive signal input to the gate of the lower MOS-FET 28 is in the ON state and perform the above comparison.

下MOS−FET28のソース端子には、接地GNDが接続されていると共に、所定電圧VSH1の−端子が接続されている。上MOS短絡監視用コンパレータ34の反転入力端子には、所定電圧VSH1の+端子が接続されている。また、上MOS短絡監視用コンパレータ34の非反転入力端子には、下MOS−FET28のドレイン端子が接続されている。所定電圧VSH1は、上記した所定閾値として予め設定された電圧であって、上MOS−FET26が短絡している場合に下MOS−FET28の両端電圧として生じ得る最低の電圧である。 The source terminal of the lower MOS-FET 28, together with the ground GND is connected, a predetermined voltage V SH1 - terminal is connected. The + terminal of the predetermined voltage VSH1 is connected to the inverting input terminal of the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34. The drain terminal of the lower MOS-FET 28 is connected to the non-inverting input terminal of the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34. The predetermined voltage V SH1 is a voltage preset as the above-described predetermined threshold, and is the lowest voltage that can be generated as the voltage across the lower MOS-FET 28 when the upper MOS-FET 26 is short-circuited.

また、下MOS短絡監視用コンパレータ36は、上MOS−FET26の両端電圧をモニタする回路であって、その上MOS−FET26の両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う。下MOS短絡監視用コンパレータ36には、電源として上MOS−FET26のゲートに入力される駆動信号が供給される。下MOS短絡監視用コンパレータ36は、上MOS−FET26のゲートに入力される駆動信号がオン状態にある場合に動作して上記の比較を行うことが可能である。   The lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 is a circuit that monitors the voltage across the upper MOS-FET 26, and compares whether the voltage across the upper MOS-FET 26 is greater than or equal to a predetermined threshold value. The lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 is supplied with a drive signal input to the gate of the upper MOS-FET 26 as a power source. The lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 can operate when the drive signal input to the gate of the upper MOS-FET 26 is in the ON state and perform the above comparison.

上MOS−FET26のドレイン端子には、電源Vが接続されていると共に、所定電圧VSH2の+端子が接続されている。下MOS短絡監視用コンパレータ36の非反転入力端子には、所定電圧VSH2の−端子が接続されている。また、下MOS短絡監視用コンパレータ36の反転入力端子には、上MOS−FET26のソース端子が接続されている。所定電圧VSH2は、上記した所定閾値として予め設定された電圧であって、下MOS−FET28が短絡している場合に上MOS−FET26の両端電圧として生じ得る最低の電圧である。尚、この所定電圧VSH2の電圧値は、上記した所定電圧VSH1の電圧値と同じ値であってもよいが、異なる値であってもよい。 The drain terminal of the upper MOS-FET 26, together with the power source V is connected, the positive terminal of the predetermined voltage V SH2 is connected. The non-inverting input terminal of the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 is connected to the negative terminal of the predetermined voltage VSH2 . The source terminal of the upper MOS-FET 26 is connected to the inverting input terminal of the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36. The predetermined voltage V SH2 is a voltage set in advance as the above-described predetermined threshold, and is the lowest voltage that can be generated as the voltage across the upper MOS-FET 26 when the lower MOS-FET 28 is short-circuited. The voltage value of the predetermined voltage V SH2 may be the same value as the voltage value of the predetermined voltage V SH1 , but may be a different value.

短絡検出回路32には、また、上MOS制御信号及び下MOS制御信号が入力される。上MOS制御信号及び下MOS制御信号が短絡検出回路32に入力されるタイミングと、上MOS制御信号及び下MOS制御信号がドライバ部30に入力されるタイミングと、は位相遅れを伴うことなくほぼ同時である。上MOS短絡監視用コンパレータ34は、入力される下MOS制御信号がオンからオフへ切り替わった時に下MOS−FET28の両端電圧をモニタすることで、その下MOS−FET28が実際にオフする直前のタイミングにおいてそのモニタした両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う。また、下MOS短絡監視用コンパレータ36は、入力される上MOS制御信号がオンからオフへ切り替わった時に上MOS−FET26の両端電圧をモニタすることで、その上MOS−FETが実際にオフする直前のタイミングにおいてそのモニタした両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う。   The short circuit detection circuit 32 also receives an upper MOS control signal and a lower MOS control signal. The timing at which the upper MOS control signal and the lower MOS control signal are input to the short circuit detection circuit 32 and the timing at which the upper MOS control signal and the lower MOS control signal are input to the driver unit 30 are almost simultaneously without phase delay. It is. The upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 monitors the voltage across the lower MOS-FET 28 when the input lower MOS control signal is switched from on to off, so that the timing immediately before the lower MOS-FET 28 is actually turned off. A comparison is made as to whether or not the monitored both-ends voltage is equal to or greater than a predetermined threshold value. The lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 monitors the voltage across the upper MOS-FET 26 when the input upper MOS control signal is switched from on to off, and immediately before the upper MOS-FET is actually turned off. At this timing, whether or not the monitored both-ends voltage is equal to or higher than a predetermined threshold is compared.

上MOS短絡監視用コンパレータ34の出力及び下MOS短絡監視用コンパレータ36の出力は、ドライバ部30に供給される。すなわち、上MOS短絡監視用コンパレータ34の比較結果及び下MOS短絡監視用コンパレータ36の比較結果は、ドライバ部30に供給される。ドライバ部30は、上MOS短絡監視用コンパレータ34の比較結果に基づいて上MOS−FET26の短絡故障が生じているか否かを判別すると共に、下MOS短絡監視用コンパレータ36の比較結果に基づいて下MOS−FET28の短絡故障が生じているか否かを判別する。ドライバ部30は、スイッチング素子26,28をオン/オフ駆動させる駆動信号の生成を、上MOS−FET26の短絡故障の有無及び下MOS−FET28の短絡故障の有無に応じたものとする。   The output of the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 and the output of the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 are supplied to the driver unit 30. That is, the comparison result of the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 and the comparison result of the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 are supplied to the driver unit 30. The driver unit 30 determines whether or not a short-circuit fault has occurred in the upper MOS-FET 26 based on the comparison result of the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34, and determines whether or not the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 has It is determined whether or not a short circuit failure has occurred in the MOS-FET 28. The driver unit 30 generates a drive signal for turning on / off the switching elements 26 and 28 in accordance with the presence or absence of a short circuit failure in the upper MOS-FET 26 and the presence or absence of a short circuit failure in the lower MOS-FET 28.

図4は、本実施例の短絡故障検出装置10において制御部24が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。   FIG. 4 shows a flowchart of an example of a control routine executed by the control unit 24 in the short-circuit fault detection device 10 of the present embodiment.

本実施例の制御部24において、短絡検出回路32は、入力される下MOS制御信号及び上MOS制御信号のうち何れか一方の制御信号が前回処理時から今回処理時にかけてオンからオフに切り替わるか否かを判別する(ステップ100)。その結果、その制御信号がオンからオフに切り替わらないと判別した場合は、以後、何ら処理を進めることなく今回のルーチンを終了する。一方、その制御信号がオンからオフに切り替わったと判別した場合は、その制御信号に係る上MOS短絡監視用コンパレータ34又は下MOS短絡監視用コンパレータ36を用いて以下の処理を実行させる。   In the control unit 24 of the present embodiment, the short circuit detection circuit 32 determines whether one of the input lower MOS control signal and upper MOS control signal is switched from on to off from the previous processing to the current processing. It is determined whether or not (step 100). As a result, if it is determined that the control signal does not switch from on to off, the current routine is terminated without any further processing. On the other hand, when it is determined that the control signal is switched from ON to OFF, the following processing is executed using the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 or the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 related to the control signal.

短絡検出回路32の上MOS短絡監視用コンパレータ34は、下MOS−FET28のゲートに入力される駆動信号がオン状態にある場合に電源供給されて動作する。下MOS制御信号がオンからオフに切り替わる場合は、その下MOS制御信号のオンからオフへの切替が行われてから少なくともドライバ部30での遅延時間Δtが経過するまでの間、下MOS−FET28の駆動信号はオン状態のままであるので、少なくともその間は上MOS短絡監視用コンパレータ34は電源供給されて動作する。   The upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 of the short-circuit detection circuit 32 operates by being supplied with power when the drive signal input to the gate of the lower MOS-FET 28 is in the ON state. When the lower MOS control signal is switched from on to off, the lower MOS-FET 28 is at least from when the lower MOS control signal is switched from on to off until the delay time Δt in the driver unit 30 elapses. Therefore, the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 operates by being supplied with power at least during this period.

一方、下MOS短絡監視用コンパレータ36は、上MOS−FET26のゲートに入力される駆動信号がオン状態にある場合に電源供給されて動作する。上MOS制御信号がオンからオフに切り替わる場合は、その上MOS制御信号のオンからオフへの切替が行われてから少なくともドライバ部30での遅延時間Δtが経過するまでの間、上MOS−FET26の駆動信号はオン状態のままであるので、少なくともその間は下MOS短絡監視用コンパレータ36は電源供給されて動作する。   On the other hand, the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 operates by being supplied with power when the drive signal input to the gate of the upper MOS-FET 26 is in the ON state. When the upper MOS control signal is switched from on to off, the upper MOS-FET 26 is switched at least from when the upper MOS control signal is switched from on to off until the delay time Δt in the driver unit 30 elapses. Therefore, the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 operates by being supplied with power at least during this period.

短絡検出回路32は、下MOS制御信号がオンからオフに切り替わったと判別した場合は、上MOS短絡監視用コンパレータ34が、電源供給される動作状態において、その入力される下MOS制御信号がオンからオフへ切り替わった時に下MOS−FET28の両端電圧をモニタする。一方、上MOS制御信号がオンからオフに切り替わったと判別した場合は、下MOS短絡監視用コンパレータ36が、電源供給される動作状態において、その入力される上MOS制御信号がオンからオフへ切り替わった時に上MOS−FET26の両端電圧をモニタする(ステップ102)。そして、短絡検出回路32は、そのモニタした両端電圧が所定閾値以上であるか否かの比較を行う(ステップ104)。   When the short-circuit detection circuit 32 determines that the lower MOS control signal has been switched from on to off, the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 in the operating state in which power is supplied, When the switch is turned off, the voltage across the lower MOS-FET 28 is monitored. On the other hand, if it is determined that the upper MOS control signal has been switched from on to off, the upper MOS control signal input from the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 has been switched from on to off in the operating state in which power is supplied. Sometimes the voltage across the upper MOS-FET 26 is monitored (step 102). Then, the short-circuit detection circuit 32 compares whether or not the monitored both-ends voltage is equal to or higher than a predetermined threshold (step 104).

その比較の結果、下MOS−FET28又は上MOS−FET26の両端電圧が所定閾値未満であると判定した場合は、上MOS−FET26又は下MOS−FET28は短絡故障を起こしていない正常状態にあると判断して、ロー信号を出力する。一方、下MOS−FET28又は上MOS−FET26の両端電圧が所定閾値以上であると判定した場合は、上MOS−FET26又は下MOS−FET28が短絡故障を起こしていると判断して、ハイ信号を出力する。すなわち、上MOS短絡監視用コンパレータ34又は下MOS短絡監視用コンパレータ36は、上MOS−FET26又は下MOS−FET28の短絡故障の有無結果に応じた信号をドライバ部30に供給する。   As a result of the comparison, if it is determined that the voltage across the lower MOS-FET 28 or the upper MOS-FET 26 is less than the predetermined threshold, the upper MOS-FET 26 or the lower MOS-FET 28 is in a normal state in which no short-circuit failure has occurred. Determine and output a low signal. On the other hand, if it is determined that the voltage across the lower MOS-FET 28 or the upper MOS-FET 26 is equal to or higher than the predetermined threshold, it is determined that the upper MOS-FET 26 or the lower MOS-FET 28 has caused a short-circuit failure, and a high signal is output. Output. That is, the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 or the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 supplies the driver unit 30 with a signal corresponding to the presence / absence result of the short-circuit failure of the upper MOS-FET 26 or the lower MOS-FET 28.

制御部24において、ドライバ部30は、上MOS短絡監視用コンパレータ34又は下MOS短絡監視用コンパレータ36からの信号がロー信号であると判定する場合は、上MOS−FET26又は下MOS−FET28は短絡故障を起こしていない正常状態にあると判定する(ステップ106)。一方、上MOS短絡監視用コンパレータ34又は下MOS短絡監視用コンパレータ36からの信号がハイ信号であると判定する場合は、上MOS−FET26又は下MOS−FET28が短絡故障を起こしていると判定する(ステップ108)。   In the control unit 24, when the driver unit 30 determines that the signal from the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 or the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 is a low signal, the upper MOS-FET 26 or the lower MOS-FET 28 is short-circuited. It is determined that there is a normal state in which no failure has occurred (step 106). On the other hand, when it is determined that the signal from the upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 or the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 is a high signal, it is determined that the upper MOS-FET 26 or the lower MOS-FET 28 has caused a short-circuit fault. (Step 108).

ドライバ部30は、自ドライバ部30に対応する相のスイッチング素子である上MOS−FET26又は下MOS−FET28が短絡故障を起こしていると判定すると、その短絡故障が生じている故障相のインバータをなすスイッチング素子26,28を共に駆動停止すると共に(ステップ110)、その故障相のスイッチング素子26,28とモータ14との接続を切断すべくその故障相に対応するリレー22を開放してオフ固定する(ステップ112)。   When the driver unit 30 determines that the upper MOS-FET 26 or the lower MOS-FET 28 that is the switching element of the phase corresponding to the driver unit 30 has caused the short-circuit fault, the driver unit 30 selects the fault-phase inverter in which the short-circuit fault has occurred. Both the switching elements 26 and 28 to be driven are stopped (step 110), and the relay 22 corresponding to the faulty phase is opened and fixed to be off to disconnect the faulty switching elements 26 and 28 and the motor 14. (Step 112).

何れかの相のドライバ部30が、自ドライバ部30に対応する相が故障したと判断して、スイッチング素子26,28を共に駆動停止しかつその故障相に対応するリレー22を開放すると、以後、その故障相以外の正常相のドライバ部30がその故障発生前と同様の制御を行う。具体的には、三相のうち故障相を除いた残りの二相についてドライバ部30がスイッチング素子26,28をオン/オフ駆動させる駆動信号を生成して出力することで、モータ14に二相の交流電力が供給される。この場合には、モータ14の発生するトルクは低下することとなるが、そのモータ14が継続してトルクを発生することが可能となる。   When the driver unit 30 of any phase determines that the phase corresponding to the driver unit 30 has failed, stops driving both the switching elements 26 and 28, and opens the relay 22 corresponding to the failed phase. The driver unit 30 in the normal phase other than the failure phase performs the same control as before the failure occurs. Specifically, the driver unit 30 generates and outputs a drive signal for driving the switching elements 26 and 28 on / off for the remaining two phases of the three phases excluding the failure phase, so that the two-phase is supplied to the motor 14. AC power is supplied. In this case, the torque generated by the motor 14 decreases, but the motor 14 can continuously generate torque.

図5は、本実施例の短絡故障検出装置10における、U相の上MOS−FET26Uで短絡故障が発生する場合の動作を説明するための図を示す。また、図6は、本実施例の短絡故障検出装置10における、U相の下MOS−FET28Uで短絡故障が発生する場合の動作を説明するための図を示す。尚、図5(A)及び図6(A)に回路図を、また、図5(B)及び図6(B)に動作タイムチャートを、それぞれ示す。   FIG. 5 is a diagram for explaining an operation in the case where a short-circuit fault occurs in the U-phase upper MOS-FET 26U in the short-circuit fault detection apparatus 10 of the present embodiment. FIG. 6 is a diagram for explaining an operation when a short-circuit fault occurs in the U-phase lower MOS-FET 28U in the short-circuit fault detection apparatus 10 of the present embodiment. 5A and 6A are circuit diagrams, and FIG. 5B and FIG. 6B are operation time charts, respectively.

図5に示す如く、U相の上MOS−FET26Uで短絡故障が発生する前(時刻t1以前)は、下MOS制御信号がオンからオフに切り替わった時点で、下MOS−FET28Uはオン状態のままであり、その下MOS−FET28Uの両端電圧はほぼゼロである。この場合、本実施例の短絡故障検出装置10は、上MOS−FET26Uが短絡故障を起こしていない正常状態にあると判定する。   As shown in FIG. 5, before the short-circuit fault occurs in the U-phase upper MOS-FET 26U (before time t1), the lower MOS-FET 28U remains in the on state when the lower MOS control signal is switched from on to off. The voltage across the MOS-FET 28U is almost zero. In this case, the short-circuit fault detection apparatus 10 according to the present embodiment determines that the upper MOS-FET 26U is in a normal state where no short-circuit fault has occurred.

一方、U相の上MOS−FET26Uで短絡故障が発生した後(時刻t1以後)は、下MOS制御信号がオンからオフに切り替わった時点で、下MOS−FET28Uはオン状態のままであるが、その下MOS−FET28Uの両端電圧がゼロよりも大きな値を示すこととなる。この場合、本実施例の短絡故障検出装置10は、上MOS−FET26Uが短絡故障を起こしていると判定する。   On the other hand, after a short circuit failure occurs in the upper MOS-FET 26U of the U phase (after time t1), the lower MOS-FET 28U remains in the on state when the lower MOS control signal switches from on to off. Under that, the voltage across the MOS-FET 28U shows a value larger than zero. In this case, the short-circuit fault detection device 10 according to the present embodiment determines that the upper MOS-FET 26U has a short-circuit fault.

また、図6に示す如く、U相の下MOS−FET28Uで短絡故障が発生する前(時刻t2以前)は、上MOS制御信号がオンからオフに切り替わった時点で、上MOS−FET26Uはオン状態のままであり、その上MOS−FET26Uの両端電圧はほぼゼロである。この場合、本実施例の短絡故障検出装置10は、下MOS−FET28Uが短絡故障を起こしていない正常状態にあると判定する。   Further, as shown in FIG. 6, before the short-circuit fault occurs in the lower MOS-FET 28U of the U phase (before time t2), the upper MOS-FET 26U is in the on state when the upper MOS control signal is switched from on to off. Moreover, the voltage across the MOS-FET 26U is almost zero. In this case, the short-circuit fault detection device 10 according to the present embodiment determines that the lower MOS-FET 28U is in a normal state where no short-circuit fault has occurred.

一方、U相の下MOS−FET28Uで短絡故障が発生した後(時刻t2以後)は、上MOS制御信号がオンからオフに切り替わった時点で、上MOS−FET26Uはオン状態のままであるが、その上MOS−FET26Uの両端電圧がゼロよりも大きな値を示すこととなる。この場合、本実施例の短絡故障検出装置10は、下MOS−FET28Uが短絡故障を起こしていると判定する。   On the other hand, after a short circuit failure occurs in the lower MOS-FET 28U of the U phase (after time t2), the upper MOS-FET 26U remains in the on state when the upper MOS control signal is switched from on to off. In addition, the voltage across the MOS-FET 26U exhibits a value greater than zero. In this case, the short-circuit fault detection device 10 according to the present embodiment determines that the lower MOS-FET 28U has a short-circuit fault.

このように、本実施例の短絡故障検出装置10においては、相ごとに、制御部24に入力される下MOS制御信号及び上MOS制御信号のうち何れか一方の制御信号が前回処理時から今回処理時にかけてオンからオフに切り替わった時に、その制御信号に従って駆動される下MOS−FET28又は上MOS−FET26のドレイン−ソース間の両端電圧をモニタし、その時点での両端電圧が所定閾値以上である場合に他方の上MOS−FET26又は下MOS−FET28に短絡故障が生じていると判定することができる。   As described above, in the short-circuit fault detection device 10 of the present embodiment, for each phase, one of the lower MOS control signal and the upper MOS control signal input to the control unit 24 is the current time from the previous processing. When switching from ON to OFF during processing, the voltage across the drain-source of the lower MOS-FET 28 or the upper MOS-FET 26 driven according to the control signal is monitored, and the voltage across the current is above a predetermined threshold. In some cases, it can be determined that a short-circuit fault has occurred in the other upper MOS-FET 26 or lower MOS-FET 28.

上記の如く、MOS制御信号がオンからオフへ切り替わった時点はリンギングノイズが最小となるタイミングであると共に、また、一方のスイッチング素子26,28がオンしているときの両端電圧は、他方のスイッチング素子28,26が短絡していないときはゼロである一方で、他方のスイッチング素子28,26が短絡しているときはゼロよりも大きな値を示す。   As described above, the time when the MOS control signal is switched from on to off is the timing at which ringing noise is minimized, and the voltage between both ends when one of the switching elements 26 and 28 is on is the switching of the other. When the elements 28 and 26 are not short-circuited, the value is zero, while when the other switching elements 28 and 26 are short-circuited, the value is larger than zero.

従って、本実施例の短絡故障検出装置10によれば、三相それぞれについて、他方のスイッチング素子28,26の短絡故障を検出するのに用いる一方のスイッチング素子26,28の両端電圧を検出するタイミングとしてリンギングノイズ発生時を回避することができるので、一方のスイッチング素子26,28の両端電圧に基づく他方のスイッチング素子28,26の短絡故障の有無を、リンギングノイズの影響を受けることなく判定することができ、その短絡故障を精度よく検出することができる。   Therefore, according to the short-circuit fault detection apparatus 10 of the present embodiment, the timing for detecting the voltage across one switching element 26, 28 used to detect the short-circuit fault of the other switching element 28, 26 for each of the three phases. As a result, the occurrence of ringing noise can be avoided, so that the presence or absence of a short circuit failure in the other switching element 28, 26 based on the voltage across one switching element 26, 28 can be determined without being affected by the ringing noise. The short-circuit fault can be detected with high accuracy.

また、本実施例においては、何れか一方のスイッチング素子26,28の短絡故障が発生した場合、その発生直後における、制御部24に入力される他方のスイッチング素子28,26をオン/オフ駆動させる制御信号がオンからオフへ切り替わった時点でのその他方のスイッチング素子28,26の両端電圧をモニタすることで、その一方のスイッチング素子26,28に短絡故障が発生したことを判定することができる。この点、スイッチング素子26,28の短絡故障の発生からその短絡故障発生の判定までに要する時間をできる限り短くすることができる。従って、本実施例によれば、インバータ回路20を構成するスイッチング素子28,26の短絡故障を速やかにかつ精度よく検出することが可能となる。   In the present embodiment, when a short circuit failure occurs in any one of the switching elements 26 and 28, the other switching elements 28 and 26 input to the control unit 24 immediately after the occurrence of the short-circuit failure are driven on / off. By monitoring the voltage across the other switching elements 28 and 26 at the time when the control signal is switched from on to off, it is possible to determine that a short circuit failure has occurred in one of the switching elements 26 and 28. . In this respect, the time required from the occurrence of a short-circuit failure of the switching elements 26 and 28 to the determination of the occurrence of the short-circuit failure can be shortened as much as possible. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to quickly and accurately detect the short-circuit failure of the switching elements 28 and 26 constituting the inverter circuit 20.

更に、本実施例においては、三相のうち何れかの相のスイッチング素子26,28に短絡故障が生じていると判定されると、以後、その故障相以外の二相においてスイッチング素子26,28の駆動が継続されることで、モータ14が二相の交流電力により駆動されてトルクを発生する。従って、本実施例によれば、三相のうち何れかの相のスイッチング素子26,28が短絡故障を起こしても、モータ14によるアシストトルクの発生が継続することで、モータ14を用いて車両運転者によるステアリングホイールの操舵を補助することができる。   Furthermore, in this embodiment, when it is determined that a short circuit fault has occurred in any one of the three phases, the switching elements 26, 28 in the two phases other than the fault phase thereafter. Is continued, the motor 14 is driven by two-phase AC power to generate torque. Therefore, according to the present embodiment, even if the switching elements 26 and 28 of any one of the three phases cause a short-circuit failure, the generation of the assist torque by the motor 14 continues, so that the motor 14 is used for the vehicle. It is possible to assist the driver in steering the steering wheel.

ところで、上記の実施例においては、下MOS短絡監視用コンパレータ36が上MOS制御信号がオンからオフに切り替わった時に上MOS−FET26の両端電圧をモニタすることが特許請求の範囲に記載した「切替時両端電圧モニタ手段」及び「第1の切替時両端電圧モニタ手段」に、上MOS短絡監視用コンパレータ34が下MOS制御信号がオンからオフに切り替わった時に下MOS−FET28の両端電圧をモニタすることが特許請求の範囲に記載した「切替時両端電圧モニタ手段」及び「第2の切替時両端電圧モニタ手段」に、ドライバ部30が上記した上MOS−FET26の両端電圧が所定閾値以上である場合に下MOS−FET28が短絡故障を起こしていると判定することが特許請求の範囲に記載した「短絡故障有無判定手段」及び「第1の短絡故障有無判定手段」に、ドライバ部30が上記した下MOS−FET28の両端電圧が所定閾値以上である場合に上MOS−FET26が短絡故障を起こしていると判定することが特許請求の範囲に記載した「短絡故障有無判定手段」及び「第2の短絡故障有無判定手段」に、故障相の制御部24のドライバ部30が対応のスイッチング素子26,28を共に駆動停止しかつその故障相に対応するリレー22を開放すると共に、その故障相以外の正常相の制御部24のドライバ部30が対応のスイッチング素子26,28の駆動を故障発生前と同様に制御することが特許請求の範囲に記載した「故障時制御手段」に、それぞれ相当している。   By the way, in the above embodiment, the lower MOS short-circuit monitoring comparator 36 monitors the voltage across the upper MOS-FET 26 when the upper MOS control signal is switched from on to off. The upper MOS short-circuit monitoring comparator 34 monitors the voltage across the lower MOS-FET 28 when the lower MOS control signal is switched from on to off. In the “switching both-end voltage monitoring means” and “second switching both-end voltage monitoring means” recited in the claims, the driver section 30 has a voltage across the upper MOS-FET 26 equal to or higher than a predetermined threshold. In this case, it is determined that the lower MOS-FET 28 has caused a short-circuit fault. In the “means” and “first short-circuit fault presence / absence determination means”, the driver unit 30 determines that the upper MOS-FET 26 has caused a short-circuit fault when the voltage across the lower MOS-FET 28 is equal to or higher than a predetermined threshold. The driver unit 30 of the fault phase control unit 24 drives the corresponding switching elements 26 and 28 together with the “short circuit failure presence / absence determination unit” and “second short circuit failure presence / absence determination unit” described in the claims. The relay 22 is stopped and the relay 22 corresponding to the failure phase is opened, and the driver unit 30 of the normal phase control unit 24 other than the failure phase controls the driving of the corresponding switching elements 26 and 28 in the same manner as before the failure occurs. This corresponds to the “failure control means” recited in the claims.

また、上記の実施例においては、制御部24がモータ14の各相U,V,Wに対応してそれぞれ設けられ、ドライバ部30が対応の相U,V,Wのスイッチング素子26,28をオン/オフ駆動させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、一つの制御部が設けられ、一つのドライバ部30がすべての相U,V,Wのスイッチング素子26,28をオン/オフ駆動させることとしてもよい。   In the above embodiment, the control unit 24 is provided corresponding to each phase U, V, W of the motor 14, and the driver unit 30 includes the switching elements 26, 28 of the corresponding phases U, V, W. However, the present invention is not limited to this, and one control unit is provided, and one driver unit 30 has switching elements 26 and 28 for all phases U, V, and W. May be driven on / off.

また、上記の実施例においては、モータ14を三相ブラシレスDCモータとしたが、三相を超える相を有するブラシレスモータに適用することとしてもよい。また、モータ14を車載の電動パワーステアリング装置に適用することとしたが、車両に搭載される他のシステムや車載以外のシステムに適用することとしてもよい。   In the above embodiment, the motor 14 is a three-phase brushless DC motor. However, the motor 14 may be applied to a brushless motor having a phase exceeding three phases. Further, although the motor 14 is applied to an in-vehicle electric power steering apparatus, the motor 14 may be applied to another system mounted on the vehicle or a system other than the on-vehicle system.

10 インバータ用短絡故障検出装置
12 モータ制御装置
14 モータ
20 インバータ回路
22 リレー
24 制御部
26 上MOS−FET(スイッチング素子)
28 下MOS−FET(スイッチング素子)
30 ドライバ部
32 短絡検出回路
34 上MOS短絡監視用コンパレータ
36 下MOS短絡監視用コンパレータ
V 電源
GND 接地
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Short-circuit fault detection apparatus for inverters 12 Motor control apparatus 14 Motor 20 Inverter circuit 22 Relay 24 Control part 26 Upper MOS-FET (switching element)
28 Lower MOS-FET (switching element)
30 Driver Unit 32 Short Circuit Detection Circuit 34 Upper MOS Short Circuit Monitoring Comparator 36 Lower MOS Short Circuit Monitoring Comparator V Power Supply GND Ground

Claims (5)

電源−接地間に直列接続された2つのスイッチング素子を有するインバータ回路における該スイッチング素子の短絡故障を検出するインバータ用短絡故障検出装置であって、
前記2つのスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子を駆動するために入力される制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該一方のスイッチング素子の両端に生じている両端電圧をモニタする切替時両端電圧モニタ手段と、
前記切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記両端電圧が所定閾値以上である場合に、前記2つのスイッチング素子のうち他方のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する短絡故障有無判定手段と、
を備えることを特徴とするインバータ用短絡故障検出装置。
A short-circuit fault detecting device for an inverter for detecting a short-circuit fault of the switching element in an inverter circuit having two switching elements connected in series between a power source and a ground,
Switching both-end voltage monitor for monitoring both-end voltage generated at both ends of one switching element when a control signal inputted to drive one of the two switching elements is switched from on to off Means,
Short-circuit fault presence / absence determining means for determining that a short-circuit fault has occurred in the other switching element of the two switching elements when the both-end voltage monitored by the both-end voltage monitoring means at the time of switching is greater than or equal to a predetermined threshold ,
A short-circuit fault detecting device for an inverter, comprising:
前記切替時両端電圧モニタ手段は、前記2つのスイッチング素子のうち電源側のスイッチング素子を駆動するために入力される電源側制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該電源側のスイッチング素子の両端に生じている電源側両端電圧をモニタする第1の切替時両端電圧モニタ手段を有し、
前記短絡故障有無判定手段は、前記第1の切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記電源側両端電圧が第1の所定閾値以上である場合に、前記2つのスイッチング素子のうち接地側のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する第1の短絡故障有無判定手段を有することを特徴とする請求項1記載のインバータ用短絡故障検出装置。
The voltage monitoring means at both ends of the switching is connected to both ends of the switching element on the power supply side when the power supply control signal input to drive the switching element on the power supply side of the two switching elements is switched from on to off. A first switching-time voltage monitoring means for monitoring the generated voltage across the power supply side,
The short-circuit failure presence / absence judging means is configured to switch the ground side of the two switching elements when the voltage across the power supply side monitored by the voltage monitoring means across the first switching is equal to or higher than a first predetermined threshold. The short-circuit fault detecting device for an inverter according to claim 1, further comprising first short-circuit fault presence / absence determining means for determining that a short-circuit fault has occurred in the element.
前記切替時両端電圧モニタ手段は、前記2つのスイッチング素子のうち接地側のスイッチング素子を駆動するために入力される接地側制御信号がオンからオフへ切り替わった時に該接地側のスイッチング素子の両端に生じている接地側両端電圧をモニタする第2の切替時両端電圧モニタ手段を有し、
前記短絡故障有無判定手段は、前記第2の切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記接地側両端電圧が第2の所定閾値以上である場合に、前記2つのスイッチング素子のうち電源側のスイッチング素子に短絡故障が生じていると判定する第2の短絡故障有無判定手段を有することを特徴とする請求項1又は2記載のインバータ用短絡故障検出装置。
The switching voltage monitoring means is connected to both ends of the ground-side switching element when a ground-side control signal inputted to drive the ground-side switching element of the two switching elements is switched from on to off. A second switching-time voltage monitoring means for monitoring the generated ground-side voltage,
The short-circuit failure presence / absence determining means is configured to switch the power supply side of the two switching elements when the ground-side both-end voltage monitored by the second switching-end-end voltage monitoring means is greater than or equal to a second predetermined threshold. 3. The short-circuit fault detecting device for inverter according to claim 1, further comprising second short-circuit fault presence / absence determining means for determining that a short-circuit fault has occurred in the element.
前記短絡故障有無判定手段は、前記切替時両端電圧モニタ手段によりモニタされた前記両端電圧が前記所定閾値未満である場合に、前記2つのスイッチング素子のうち他方のスイッチング素子に短絡故障は生じていないと判定することを特徴とする請求項1記載のインバータ用短絡故障検出装置。   The short-circuit fault presence / absence determining means has no short-circuit fault in the other switching element of the two switching elements when the both-end voltage monitored by the both-end voltage monitoring means at the time of switching is less than the predetermined threshold value. The short-circuit fault detecting device for an inverter according to claim 1, wherein 前記インバータ回路は、3相以上の多相からなるブラシレスモータの各相に対応して、前記2つのスイッチング素子を電源−接地間に複数組並列に接続した構造を有していると共に、
請求項1乃至4の何れか一項記載のインバータ用短絡故障検出装置の前記短絡故障有無判定手段により前記スイッチング素子に短絡故障が生じていると判定された場合に、該短絡故障が生じているスイッチング素子を有する故障相の前記スイッチング素子を駆動停止すると共に、該故障相以外の正常相の前記スイッチング素子を駆動することで、前記ブラシレスモータの駆動を行う故障時制御手段を備えることを特徴とするモータ制御装置。
The inverter circuit has a structure in which a plurality of sets of the two switching elements are connected in parallel between a power source and the ground, corresponding to each phase of a brushless motor composed of three or more phases.
The short circuit fault has occurred when it is determined by the short circuit fault presence / absence determining means of the inverter short circuit fault detecting device according to any one of claims 1 to 4 that a short circuit fault has occurred in the switching element. A failure-time control means for driving the brushless motor by driving the switching element in a fault phase having a switching element and driving the switching element in a normal phase other than the fault phase is provided. Motor control device.
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