JP5945692B2

JP5945692B2 - インバータ装置

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Publication number: JP5945692B2
Application number: JP2012149070A
Authority: JP
Inventors: 善昭岩山; 康文倉橋; 伸之西井; 小林　玄門; 玄門小林
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: JP2014011927A

Description

本発明は、直流電力から空調用の電動コンプレッサーを駆動するインバータ装置に関するものである。特に、インバータ回路異常処理に関するものである。

従来、直流電力で空調用の電動コンプレッサーを駆動するインバータ装置においては、空調用の電動コンプレッサーを駆動するインバータ装置は電動コンプレッサーに大電流を供給するために、電気ノイズが大きく車載ラジオなどに妨害を与え、また電流変動が大きいため電圧サージを発生する（例えば、特許文献１参照）。

そのため図４の電動コンプレッサー駆動装置の電流波形図に示すごとく、バッテリーから供給される電流をコンデンサで平滑して電気ノイズ、電流変動を抑える必要がある。このために図３の従来のインバータ装置の回路図に示すごとく、直流電源であるバッテリー１００１とインバータ装置１０２０のＩＧＢＴ等の駆動素子で構成されるインバータ回路１００４との中間に、電流を平滑するために静電容量の大きいコンデンサ１００３を設けている。

ここで通常ＩＧＢＴ等の駆動素子は、直流電源のプラス側に接続された上アーム用駆動素子とマイナス側に接続された下アーム用駆動素子とが直列に接続されている。コンデンサ１００３とインバータ回路１００４との間には電流検出手段１０１７を設けており、インバータ制御回路１０１３は電流検出手段１０１７の電流信号をもとにインバータ回路にＰＷＭ出力を行い、インバータ回路１００４に接続された電動コンプレッサー駆動用モータ１００５を駆動する。過電流保護回路１０１４はインバータ回路１００４を構成する駆動素子を過電流から守るため、インバータ回路１００４の駆動素子の絶対定格電流値よりも低い値に設定された判定値を超えるとインバータ回路１００４の出力を遮断する信号を出力する。

バッテリー１００１とインバータ回路１００４との接続中間部には、回路保護のためのヒューズ１００６が直列接続されている。ヒューズ１００６とインバータ装置１０２０の中間には通電手段１０２１を設けており、主電源リレー１０１６とコンデンサ１００３を充電するための充電抵抗１００９、コンデンサ１００３の充電電圧を検出する電圧検出回路１０１５、バッテリー１００１からインバータ回路１００４へ電力を供給するためのリレー１００８、主電源リレー１０１６およびリレー１００８をコントロールする充電制御回路１０１０が設けられている。

またダイオード１０１２は、直流電源であるバッテリー１００１が逆極性に接続されるとコンデンサ１００３は充電されず、回路が破損しないように設けてある。リレー１００８は、電圧検出回路１０１５にて、コンデンサ１００３の充電完了確認後に、充電制御回路１０１０により閉とされる。

図５にてコンデンサ１００３への充電の様子を説明する。コンデンサの充電電圧は充電抵抗１００９を通じて充電され、時間ｔ１のとき、電圧検出回路１０１５によって電圧がＡを超えると充電制御回路１０１０がリレー１００８の接点を閉とするので、コンデンサ１００３の充電電圧はバッテリー１００１の電圧Ｖｂａｔとなる。

特開平９―１０９６６７号公報

しかしながら、従来の構成では、インバータ回路１００４の上アーム用駆動素子と下アーム用の駆動素子が共に、ある程度の抵抗値を有する短絡状態の場合、過電流保護回路１０１４はインバータ回路１００４の駆動素子の絶対定格電流よりも低い値に設定された判定値よりも低い電流値の電流が流れると、過電流保護回路１０１４では判定出来ないので、異常の判断が出来ない。

また、図６に示すように駆動素子に抵抗を有しているので充電抵抗と駆動素子の抵抗で分圧され充電電圧がＡを超えない場合、充電抵抗に充電電流が流れつづけ、効率の低下を招いたり、モータに十分な電圧を供給できないという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、インバータ回路を構成するハイサイド側スイッチング素子、ローサイド側スイッチング素子のうち１つもしくは同サイド側素子の２つもしくは３つが故障した場合でも、インバータ回路の異常を判定し、保護することが可能となる。これにより、効率の低下やモータに十分な電圧を供給できなくなることを防止できる。

上記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、ハイサイド側／ローサイド側の片側のスイッチング素子をオンにしたときに、電流検出用抵抗に流れる電流が、停止状態において流れる電流以上であり、過電流検出回路で設定された電流値以下の範囲で設定された閾値以上の場合、擬似ショートとして、ハイサイド側スイッチング素子／ローサイド側スイッチング素子をオフにしたうえで、外部にインバータ装置の異常であることを通信で発信する。

これにより、ハイサイド側スイッチング素子もしくはローサイド側スイッチング素子のどちらかが、ある程度の抵抗値を有する故障が発生した場合でも、インバータ回路の異常を判定することができる。

本発明のインバータ装置は、ハイサイド側スイッチング素子もしくはローサイド側スイッチング素子のどちらかが、ある程度の抵抗値を有する故障が発生した場合でも、インバータ回路の異常を判定することができる。これにより、充電抵抗に充電電流が流れつづけ、効率の低下を招いたり、モータに十分な電圧を供給できなくなることを防止できる。

本発明の実施の形態１に係るインバータ装置の電気回路図本発明の実施の形態１に係るフローチャートを示すグラフ従来のインバータ装置の電気回路図従来のインバータ装置への電流波形図従来のインバータ装置のコンデンサに充電される様子を示すタイムチャートを示すグラフ従来のインバータ回路故障時におけるインバータ装置のコンデンサに充電される様子を示すタイムチャートを示すグラフ

第１の発明は、ハイサイド側スイッチング素子と、ローサイド側スイッチング素子と、多相モータに流れる電流を検出する電流検出回路と、前記ハイサイド側スイッチング素子と前記ローサイド側スイッチング素子、ならびに前記多相モータを過電流から保護する過電流検出回路と、前記電流検出回路や前記過電流検出回路の入力にしたがい、前記ハイサイド側スイッチング素子と前記ローサイド側スイッチング素子をオンオフして、前記多相
モータを制御する制御回路とを備えるインバータ装置に対し、前記インバータ装置の出力が停止状態にあるとき、前記ローサイド側スイッチング素子をオンにして、前記電流検出回路の出力が停止状態において流れる電流値よりも大きく、前記過電流検出回路で設定された第１の電流設定値以下の範囲に設定された第２の電流設定値以上の場合、前記ローサイド側スイッチング素子をオフにしたうえで、前記インバータ装置の回路異常であることを外部に通信にて発信し、前記第２の電流設定値以下の場合、前記ローサイド側スイッチング素子をオフにし、ハイサイド側スイッチング素子をオンにして、前記電流検出回路の出力が前記第２の電流設定値以上の場合、前記ハイサイド側スイッチング素をオフにしたうえで、前記インバータ装置の回路異常であることを外部に通信にて発信する回路異常判定手段を設けたインバータ装置である。

この構成により、ハイサイド側スイッチング素子もしくはローサイド側スイッチング素子のどちらかが、ある程度の抵抗値を有する故障が発生した場合でも、インバータ回路の異常を判定することができる。これにより、充電抵抗に充電電流が流れつづけ、効率の低下を招いたり、モータに十分な電圧を供給できなくなることを防止できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るインバータ装置の回路である。

多相モータ２００と各々Ｕ、Ｖ、Ｗに相当する出力線８１、８２、８３が接続され、前記出力線８１、８２、８３は、ハイサイド側スイッチング素子２１、２２、２３とローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３との接続点と接続されている。前記ハイサイド側スイッチング素子２１、２２、２３の前記出力線８１、８２、８３と接続された逆側は電源ＶＤと接続されている。また、前記ローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３の前記出力線８１、８２、８３と接続された逆側は、電流検出用抵抗１を介して、グランドＧ（ＶＤ＞Ｇ）と接続されている。

図２は、本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。インバータ装置が停止状態において、制御回路（例えばマイコン）３からの信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷ、ＳＸ、ＳＹ、ＳＺは非アクティブ状態にして、ハイサイド側スイッチング素子２１、２２、２３とローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３をオフとなっている。

まず、ハイサイド側スイッチング素子２１、２２、２３の異常状態を検出するフローについて以下、説明する。ハイサイド側スイッチング素子２１、２２、２３及びローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３がオフの状態において、ローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３をオンする。このとき、電流検出用抵抗１に流れる電流を電流検出回路２で検出し、この電流が、スイッチング素子２１、２２、２３、３１、３２、３３がオフのときに流れる電流よりも大きく、過電流検出回路５で設定された第１の電流設定値以下の範囲に設定された第２の電流設定値以上（すなわち、オフのときの電流＜第２の電流設定値＜第１の電流設定値）の場合、ローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３をオフにしたうえで、インバータ装置のハイサイド側スイッチング素子の回路異常であることを外部に通信にて発信する。前記電流検出回路２で検出される電流値が前記第２の電流設定値以下の場合、ローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３をオフにする。

次に、ローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３の異常状態を検出するフローについて説明する。ハイサイド側スイッチング素子２１、２２、２３及びローサイド側スイッチング素子３１、３２、３３がオフの状態において、ハイサイド側スイッチング素子２１、２２、２３をオンとする。このとき、前記電流検出用抵抗に流れる電流が、前記第２の電流設定値以上の場合、ハイサイド側スイッチング素子２１、２２、２３をオフにしたうえで、インバータ装置の回路異常であることを外部に通信にて発信する。

以上のように、本発明によれば、ハイサイド側スイッチング素子もしくはローサイド側スイッチング素子のどちらかが、ある程度の抵抗値を有する故障が発生した場合でも、インバータ回路の異常を判定出来る。これにより、充電抵抗に充電電流が流れつづけ、効率の低下を招いたり、モータに十分な電圧を供給できないという課題を解決できる。

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車をはじめとする各種自動車用のインバータ装置に適用できる。

１電流検出用抵抗
２電流検出回路
５過電流検出回路
２１、２２、２３ハイサイド側スイッチング素子
３１、３２、３３ローサイド側スイッチング素子
２００多相モータ

Claims

ハイサイド側スイッチング素子と、
ローサイド側スイッチング素子と、
多相モータに流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記ハイサイド側スイッチング素子と前記ローサイド側スイッチング素子、ならびに前記多相モータを過電流から保護する過電流検出回路と、
前記電流検出回路や前記過電流検出回路の入力にしたがい、前記ハイサイド側スイッチング素子と前記ローサイド側スイッチング素子をオンオフして、前記多相モータを制御する制御回路とを備えるインバータ装置に対し、
前記インバータ装置の出力が停止状態にあるとき、前記ローサイド側スイッチング素子をオンにして、
前記電流検出回路の出力が停止状態において流れる電流値よりも大きく、前記過電流検出回路で設定された第１の電流設定値以下の範囲に設定された第２の電流設定値以上の場合、前記ローサイド側スイッチング素子をオフにしたうえで、前記インバータ装置の回路異常であることを外部に通信にて発信し、
前記電流検出回路の出力が前記第２の電流設定値以下の場合、前記ローサイド側スイッチング素子をオフにし、ハイサイド側スイッチング素子をオンにして、前記電流検出回路の出力が前記第２の電流設定値以上の場合、前記ハイサイド側スイッチング素をオフにしたうえで、前記インバータ装置の回路異常であることを外部に通信にて発信する、
回路異常判定手段を設けたインバータ装置。