JP5979086B2 - Supervisory circuit - Google Patents
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Description
本発明は、双方がオフとなるデッドタイムが設けられた上で相補的に駆動される2つのスイッチング素子を備えたハーフブリッジ回路の動作を監視する監視回路に関する。 The present invention relates to a monitoring circuit that monitors the operation of a half-bridge circuit including two switching elements that are complementarily driven with a dead time in which both are turned off.
例えば、インバータ、同期整流型のDC/DCコンバータなどには、直列に接続された2つのスイッチング素子からなるハーフブリッジ回路が用いられる。この場合、2つのスイッチング素子は、双方がオフとなる期間(デッドタイムと称す)が設けられた上で、相補的に駆動される。従来から、このようなハーフブリッジ回路の動作を監視するための技術が種々考案されている。 For example, a half bridge circuit composed of two switching elements connected in series is used for an inverter, a synchronous rectification type DC / DC converter, and the like. In this case, the two switching elements are complementarily driven after a period during which both are turned off (referred to as dead time) is provided. Conventionally, various techniques for monitoring the operation of such a half-bridge circuit have been devised.
例えば、2つのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号のうち、一方のPWM信号と、他方のPWM信号を積分回路により遅延させた信号との論理和を取り、その論理和を表す信号に基づいて、デッドタイムが確保できない異常(上下アーム短絡異常)の検知を行うといった技術がある(例えば、特許文献1参照)。また、全てのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号をマイクロコンピュータ(以下、マイコンと省略する)などに入力して監視を行うことにより、全てのスイッチング素子のスイッチング状態が正常であるか否かの監視を行う技術もある。 For example, among the PWM signals for driving two switching elements, a logical sum of one PWM signal and a signal obtained by delaying the other PWM signal by an integration circuit is obtained, and based on a signal representing the logical sum. There is a technique of detecting an abnormality in which dead time cannot be secured (upper and lower arm short circuit abnormality) (see, for example, Patent Document 1). In addition, whether or not the switching state of all the switching elements is normal can be monitored by inputting a PWM signal for driving all the switching elements to a microcomputer (hereinafter abbreviated as “microcomputer”). There are also techniques for monitoring.
上記した従来技術のうち、前者の技術では、PWM信号が正常であるか否か、つまりスイッチング素子によるスイッチング動作が正常に行われているか否かを監視することができない。一方、後者の技術では、監視対象となるハーフブリッジ回路の数の2倍の数の信号を監視する必要があるため、監視対象が増えるほど信号の配線が非常に煩雑になるなどの問題が生じる。さらに、例えば監視対象となる信号が比較的高い電圧で動作する高圧部の信号である場合には、その信号の数に応じた絶縁素子が必要になるため、コスト高になるといった問題も生じる。 Among the above-described conventional techniques, the former technique cannot monitor whether the PWM signal is normal, that is, whether the switching operation by the switching element is normally performed. On the other hand, in the latter technique, it is necessary to monitor twice as many signals as the number of half-bridge circuits to be monitored. Therefore, as the number of monitoring targets increases, signal wiring becomes very complicated. . Furthermore, for example, when the signal to be monitored is a high-voltage signal that operates at a relatively high voltage, an insulating element corresponding to the number of the signals is required, which causes a problem of high cost.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、監視対象となる信号の数をむやみに増やすことなく、ハーフブリッジ回路に関する異常を検出することができる監視回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a monitoring circuit capable of detecting an abnormality relating to a half-bridge circuit without increasing the number of signals to be monitored unnecessarily. is there.
請求項1に記載した監視回路は、双方がオフとなるデッドタイムが設けられた上で相補的に駆動される2つのスイッチング素子を備えたハーフブリッジ回路の動作を監視する。監視回路は、信号合成回路および異常検出回路を備えている。信号合成回路は、2つのスイッチング素子の駆動状態を表す2つの駆動状態信号に基づいて監視信号を生成する。監視信号は、2つの駆動状態信号の双方がオフ駆動状態を表す期間にあっては第1レベルになる。また、監視信号は、2つの駆動状態信号の少なくとも一方がオン駆動状態を表す期間にあっては第1レベルとは異なる第2レベルになる。 The monitoring circuit according to claim 1 monitors the operation of the half bridge circuit including two switching elements that are complementarily driven with a dead time in which both are turned off. The monitoring circuit includes a signal synthesis circuit and an abnormality detection circuit. The signal synthesis circuit generates a monitoring signal based on two driving state signals representing driving states of the two switching elements. The monitoring signal is at the first level during a period in which both of the two driving state signals represent the off driving state. Further, the monitoring signal becomes a second level different from the first level during a period in which at least one of the two driving state signals represents the on-driving state.
このようにして生成される監視信号は、ハーフブリッジ回路に関する異常の発生有無および異常の種類に応じて、次のように変化する。すなわち、ハーフブリッジ回路に関する異常が生じていない場合、監視信号が第1レベルになる期間は、所望するデッドタイムと同等となる。これに対し、デッドタイムに関する異常が生じている場合、監視信号が第1レベルになる期間は、所望するデッドタイムとは異なる期間となる。 The monitoring signal generated in this way changes as follows according to the presence / absence and type of abnormality related to the half-bridge circuit. That is, when there is no abnormality related to the half bridge circuit, the period during which the monitoring signal is at the first level is equivalent to the desired dead time. On the other hand, when an abnormality relating to the dead time occurs, the period during which the monitoring signal is at the first level is a period different from the desired dead time.
また、スイッチング動作に関する異常が生じている場合、監視信号は次のような信号となる。スイッチング動作に関する異常としては、一方または双方のスイッチング素子がオン状態に固定される短絡故障、一方または双方のスイッチング素子がオフ状態に固定されるオープン故障などが挙げられる。このような異常が生じている場合、監視信号が第1レベルになる期間は、所望するデッドタイムと同等にはならない。また、このような異常が生じている場合、所定期間内において監視信号が変化する回数は、異常が生じていない場合に比べて少なくなる。 When an abnormality relating to the switching operation has occurred, the monitoring signal is as follows. Examples of the abnormality related to the switching operation include a short-circuit fault in which one or both switching elements are fixed in an on state, and an open fault in which one or both switching elements are fixed in an off state. When such an abnormality occurs, the period during which the monitoring signal is at the first level is not equal to the desired dead time. In addition, when such an abnormality occurs, the number of times the monitoring signal changes within a predetermined period is smaller than when no abnormality occurs.
このような点に着目し、異常検出回路は、監視信号に基づいて、次のようにハーフブリッジ回路に関する異常を検出する。すなわち、異常検出回路は、監視信号の所定期間内におけるエッジ回数に基づいて2つのスイッチング素子のスイッチング動作に関する異常を検出する。前述したように、スイッチングに関する異常が生じると、所定期間内において監視信号が変化する回数が減少する傾向がある。そのため、異常検出回路は、上記手法により、確実にスイッチング動作に関する異常を検出することができる。 Focusing on this point, the abnormality detection circuit detects an abnormality related to the half-bridge circuit as follows based on the monitoring signal. That is, the abnormality detection circuit detects an abnormality related to the switching operation of the two switching elements based on the number of edges within the predetermined period of the monitoring signal. As described above, when an abnormality relating to switching occurs, the number of times the monitoring signal changes within a predetermined period tends to decrease. Therefore, the abnormality detection circuit can reliably detect an abnormality related to the switching operation by the above method.
また、異常検出回路は、監視信号のパルス幅に基づいてデッドタイムに関する異常を検出する。前述したように、デッドタイムに関する異常が生じると、監視信号が第1レベルになる期間は所望するデッドタイムと同等にはならない。そのため、異常検出回路は、上記手法により、確実にデッドタイムに関する異常を検出することができる。このように、本手段によれば、監視対象となる信号をむやみに増やすことなく、ハーフブリッジ回路におけるデッドタイムに関する異常およびスイッチング動作に関する異常の両方を精度良く検出することができる。 The abnormality detection circuit detects an abnormality related to dead time based on the pulse width of the monitoring signal. As described above, when an abnormality relating to the dead time occurs, the period during which the monitoring signal is at the first level is not equal to the desired dead time. Therefore, the abnormality detection circuit can reliably detect an abnormality related to the dead time by the above method. Thus, according to this means, it is possible to accurately detect both the abnormality relating to the dead time and the abnormality relating to the switching operation in the half bridge circuit without increasing the signals to be monitored unnecessarily.
以下、監視回路の複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1〜図14を参照して説明する。
図1に示す監視回路1は、ハーフブリッジ回路2の動作を監視する。ハーフブリッジ回路2は、上下アームを構成する2つのスイッチング素子を備えた周知の構成である。ハーフブリッジ回路2は、例えばモータを駆動するインバータ、同期整流型のDC/DCコンバータなどに用いられる。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the monitoring circuit will be described with reference to the drawings. In each embodiment, substantially the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
2つのスイッチング素子は、双方がオフとなる期間(デッドタイム)が設けられた上で、相補的に駆動される。制御回路3は、ハーフブリッジ回路2に対して相補的に変化する2つのPWM信号(駆動信号に相当)を出力し、ハーフブリッジ回路2の駆動をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。スイッチング素子は、ハイレベルのPWM信号が与えられるとオン駆動され、ロウレベルのPWM信号が与えられるとオフ駆動される(High-Active)。制御回路3は、例えばマイコンを主体として構成されている。
The two switching elements are complementarily driven after a period (dead time) in which both are turned off is provided. The
監視回路1は、信号生成回路4および異常検出回路5を備えている。信号生成回路4は、NOR回路により構成されている。信号生成回路4には、High-Activeの2つのPWM信号またはそれらに応じて変化する信号(駆動状態信号に相当)が入力される。信号生成回路4は、2つの入力信号の論理和であって且つ反転された監視信号を生成する。監視信号は、異常検出回路5に与えられる。異常検出回路5は、例えばマイコンを主体として構成されている。異常検出回路5は、詳細は後述するが、監視信号に基づいてハーフブリッジ回路2に関する異常を検出する。なお、制御回路3および異常検出回路5は、同一のマイコンにより構成されてもよいし、別々のマイコンにより構成されてもよい。
The
続いて、正常時および異常時における監視信号の波形について説明する。
(1)正常時
正常時におけるPWM信号は、図2の(a)、(b)に示すような波形となる。すなわち、2つのPWM信号は、一方がハイレベルであるときには他方はロウレベルとなる。また、一方のPWM信号がロウレベルに転じた時点から他方のPWM信号がハイレベルに転じる時点までの間には、双方がロウレベルとなる期間(デッドタイム)が存在する。
Next, the waveform of the monitoring signal at normal time and abnormal time will be described.
(1) Normal time The PWM signal at the normal time has a waveform as shown in FIGS. That is, when one of the two PWM signals is at a high level, the other is at a low level. Further, there is a period (dead time) in which both of the PWM signals are at the low level from the time when the one of the PWM signals is switched to the low level until the time when the other PWM signal is switched to the high level.
そのため、正常時における監視信号は、図2の(c)に示すような波形となる。すなわち、監視信号は、2つのPWM信号の双方がロウレベルとなる期間にあってはハイレベル(第1レベルに相当)となる。また、監視信号は、2つのPWM信号のうち少なくとも一方がハイレベルとなる期間にあってはロウレベル(第2レベルに相当)となる。この場合、監視信号がハイレベルとなる期間は、所望するデッドタイムと同等の長さとなる。なお、以下の説明では、監視信号がハイレベル(第1レベル)となる期間のことを両信号不活性区間とも呼ぶ。また、両信号不活性区間の長さが、監視信号のパルス幅に相当する。 Therefore, the normal monitoring signal has a waveform as shown in FIG. That is, the monitoring signal is at a high level (corresponding to the first level) during a period in which both of the two PWM signals are at a low level. In addition, the monitoring signal is at a low level (corresponding to the second level) during a period in which at least one of the two PWM signals is at a high level. In this case, the period during which the monitoring signal is at a high level is as long as the desired dead time. In the following description, a period in which the monitoring signal is at a high level (first level) is also referred to as a both signal inactive period. In addition, the length of both signal inactive sections corresponds to the pulse width of the monitoring signal.
また、PWMのキャリア波の1周期Tb(キャリア周期であり、この場合にはスイッチング周期でもある)において、監視信号は、4つのエッジを有する。つまり、上記1周期Tbには、監視信号がロウレベルからハイレベルに変化するタイミング(立ち上がりエッジ)が2回存在するとともに、監視信号がハイレベルからロウレベルに変化するタイミング(立ち下がりエッジ)が2回存在する。 In addition, the monitoring signal has four edges in one period Tb of the PWM carrier wave (which is a carrier period, which is also a switching period in this case). That is, in one cycle Tb, there are two timings (rising edge) when the monitoring signal changes from the low level to the high level, and there are two timings (falling edge) when the monitoring signal changes from the high level to the low level. Exists.
(2)スイッチング動作に関する異常が発生したとき
スイッチング素子のスイッチング動作に関する異常としては、一方または双方のスイッチング素子がオン状態に固定される短絡故障、一方または双方のスイッチング素子がオフ状態に固定されるオープン故障などが挙げられる。ここでは、下アーム側のスイッチング素子がオープン故障した場合を例に説明する。このような故障が生じている場合におけるPWM信号は、図3の(a)、(b)に示すような波形となる。すなわち、上アーム側のPWM信号は、正常時と同様の波形であるが、下アーム側のPWM信号はロウレベルに固定されている。
(2) When an abnormality relating to the switching operation occurs As an abnormality relating to the switching operation of the switching element, one or both of the switching elements are fixed to the ON state, and one or both of the switching elements are fixed to the OFF state. For example, open failure. Here, a case where the switching element on the lower arm side has an open failure will be described as an example. When such a failure occurs, the PWM signal has a waveform as shown in FIGS. That is, the PWM signal on the upper arm side has the same waveform as that in the normal state, but the PWM signal on the lower arm side is fixed at the low level.
そのため、上記故障が生じている場合における監視信号は、図3の(c)に示すような波形となる。すなわち、上記故障が発生した後、監視信号の両信号不活性区間は、所望するデッドタイムとは異なる長さとなる。また、上記故障が発生した周期において、監視信号は、3つのエッジを有する。また、上記故障が発生した後の周期において、監視信号は、2つのエッジを有する。つまり、上記故障が生じると、所定の期間において監視信号が変化する回数は、正常時に比べて少なくなる。なお、スイッチング動作に関する他の異常が生じた場合にも、下アーム側のオープン故障が生じた場合と同様に、監視信号が変化する回数が正常時に比べて少なくなる。 Therefore, the monitoring signal in the case where the failure has occurred has a waveform as shown in FIG. That is, after the failure occurs, both signal inactive sections of the monitoring signal have a length different from the desired dead time. Further, the monitoring signal has three edges in the period in which the failure occurs. Further, the monitoring signal has two edges in the period after the occurrence of the failure. That is, when the failure occurs, the number of times that the monitoring signal changes in a predetermined period is smaller than that in the normal state. Note that when another abnormality related to the switching operation occurs, the number of times the monitoring signal changes is smaller than that in the normal state as in the case where the open failure on the lower arm side occurs.
(3)デッドタイムに関する異常が生じたとき
例えばデッドタイムが所望する長さより短くなる異常が発生した場合、PWM信号は、図4の(a)、(b)に示すような波形となる。すなわち、一方のPWM信号の立ち下がりから他方のPWM信号の立ち上がりまでの期間が正常時に比べて短くなっている。そのため、上記異常が生じている場合における監視信号は、図4の(c)に示すような波形となる。すなわち、上記異常が発生すると、監視信号の両信号不活性区間は、所望するデッドタイムとは異なる短い期間となる。
(3) When an abnormality relating to the dead time occurs For example, when an abnormality occurs in which the dead time is shorter than a desired length, the PWM signal has a waveform as shown in FIGS. In other words, the period from the fall of one PWM signal to the rise of the other PWM signal is shorter than in the normal state. Therefore, the monitoring signal when the abnormality occurs has a waveform as shown in FIG. That is, when the abnormality occurs, both signal inactive sections of the monitoring signal are short periods different from the desired dead time.
続いて、上記構成の異常検出回路5の制御内容について、図5および図6のフローチャートを用いて説明する。
(1)スイッチング異常判定処理
スイッチング異常判定処理は、スイッチング動作に関する異常の有無を判定する処理である。この場合、異常検出回路5は、図5に示すような内容の制御を行う。まず、ステップS1では、監視信号の所定の測定期間におけるエッジの回数が取得される。測定期間におけるエッジ回数の計測は、一般的なマイコンのタイマ機能により実現することができる。エッジの回数が取得されると、タイマレジスタのエッジ回数のクリアが行われる。なお、測定期間としては、任意の期間(所定期間)でよく、例えばキャリア周期、キャリア半周期、モータの一定回転毎などの期間を採用することができる。
Subsequently, the control contents of the
(1) Switching abnormality determination process The switching abnormality determination process is a process for determining the presence or absence of an abnormality related to the switching operation. In this case, the
ステップS2では、監視信号にエッジが発生しない状態であるか否かが判断される。監視信号にエッジが発生しない状態とは、例えば次のような状態である。すなわち、ハーフブリッジ回路2がインバータに用いられる場合にあっては、インバータにより駆動されるモータの回転速度が極めて低いとき(ほとんど止まっているようなとき)、モータロック状態等によりスイッチングが行われない期間が長く続くときなどである。また、ハーフブリッジ回路2が昇圧コンバータに用いられる場合にあっては、入力電圧が出力電圧の目標値(指令値)以上であるときなどである。また、ハーフブリッジ回路2が降圧コンバータに用いられる場合にあっては、入力電圧が出力電圧の目標値以下であるときなどである。 In step S2, it is determined whether or not an edge is not generated in the monitoring signal. The state where no edge occurs in the monitoring signal is, for example, the following state. That is, when the half bridge circuit 2 is used for an inverter, when the rotational speed of the motor driven by the inverter is extremely low (when almost stopped), switching is not performed due to a motor lock state or the like. For example, when the period lasts long. Further, when the half bridge circuit 2 is used for a boost converter, the input voltage is equal to or higher than a target value (command value) of the output voltage. Further, when the half-bridge circuit 2 is used in a step-down converter, the input voltage is equal to or lower than the target value of the output voltage.
このような状態である場合には、エッジ回数に基づいてスイッチング動作に関する異常の有無を判定することが困難である。そのため、本実施形態では、ステップS2にて監視信号にエッジが発生しない状態であると判断された場合(YES)、スイッチング動作に関する異常の判定が行われない。具体的には、ステップS2で「YES」になると、ステップS3に進む。ステップS3において、異常検出回路5は、制御回路3に対し、通常のスイッチング動作の実行を指令する。これを受けて、制御回路3は、2つのスイッチング素子の駆動を通常通り制御する。ステップS3の実行後は、処理が終了となる。
In such a state, it is difficult to determine whether there is an abnormality related to the switching operation based on the number of edges. For this reason, in this embodiment, when it is determined in step S2 that no edge occurs in the monitoring signal (YES), the abnormality determination regarding the switching operation is not performed. Specifically, if “YES” in the step S2, the process proceeds to a step S3. In step S <b> 3, the
これに対し、ステップS2にて監視信号にエッジが発生する状態であると判断された場合(NO)、ステップS4に進む。ステップS4では、ステップS1において取得されたエッジ回数が規定回数と一致するか否かが判断される。本実施形態のように、スイッチング素子の駆動がPWM制御される場合(PWM制御モードの場合)、規定回数は、下記(1)式に基づいて決定することができる。ただし、規定回数をN、測定期間をTa、キャリア周期をTbとしている。
N=4×(Ta/Tb) …(1)
On the other hand, if it is determined in step S2 that the edge is generated in the monitoring signal (NO), the process proceeds to step S4. In step S4, it is determined whether or not the number of edges acquired in step S1 matches the specified number. As in this embodiment, when the drive of the switching element is PWM controlled (in the PWM control mode), the specified number of times can be determined based on the following equation (1). However, the specified number of times is N, the measurement period is Ta, and the carrier period is Tb.
N = 4 × (Ta / Tb) (1)
なお、スイッチング素子の駆動が矩形波制御される場合(矩形波制御モードの場合)、規定回数は、下記(2)式に基づいて決定することができる。ただし、測定期間内におけるスイッチングの回数をMとしている。
N=2×M …(2)
When the switching element is driven by rectangular wave control (in the rectangular wave control mode), the specified number of times can be determined based on the following equation (2). However, M is the number of times of switching within the measurement period.
N = 2 × M (2)
エッジ回数が規定回数と一致する場合、ステップS4で「YES」になり、ステップS3に進む。つまり、スイッチング動作に関する異常が発生していないと判断され、通常通りのスイッチング動作が実行される。これに対し、エッジ回数が規定回数と一致しない場合、ステップS4で「NO」になり、ステップS5に進む。ステップS5において、異常検出回路5は、制御回路3に対し、所定のフェールセーフ処理の実行を指令する。これを受けて、制御回路3は、フェールセーフ処理を実行する。
If the edge count matches the specified count, “YES” is determined in the step S4, and the process proceeds to the step S3. That is, it is determined that no abnormality relating to the switching operation has occurred, and the normal switching operation is executed. On the other hand, if the number of edges does not match the specified number, “NO” is determined in the step S4, and the process proceeds to the step S5. In step S5, the
スイッチング動作に関する異常が発生した場合におけるフェールセーフ処理としては、例えば、次のような処理が挙げられる。すなわち、ハーフブリッジ回路2がインバータに用いられる場合にあっては、短絡ブレーキをかけるべく、各スイッチング素子の駆動が制御される。また、ハーフブリッジ回路2がDC/DCコンバータに用いられる場合にあっては、上アーム側のスイッチング素子をオン駆動するとともに下アーム側のスイッチング素子がオフ駆動される。ステップS5の実行後は、処理が終了となる。 Examples of the fail-safe process when an abnormality relating to the switching operation occurs include the following process. That is, when the half-bridge circuit 2 is used for an inverter, the driving of each switching element is controlled to apply a short-circuit brake. When the half bridge circuit 2 is used in a DC / DC converter, the upper arm side switching element is turned on and the lower arm side switching element is turned off. After step S5 is executed, the process ends.
(2)デッドタイム異常判定処理
デッドタイム異常判定処理は、デッドタイムに関する異常の有無を判定する処理である。この場合、異常検出回路5は、図6に示すような内容の制御を行う。まず、ステップT1では、監視信号の両信号不活性区間が取得される。両信号不活性区間の計測は、一般的なマイコンのタイマ機能により実現することができる。ステップT2では、ステップT1において取得された両信号不活性区間が規定範囲内の時間であるか否かが判断される。この場合、規定範囲の下限は第1時間として規定され、上限は第2時間として規定されている。
(2) Dead time abnormality determination process The dead time abnormality determination process is a process for determining the presence or absence of an abnormality relating to dead time. In this case, the
なお、第2時間は無限大の時間でもよい。つまり、ステップT2において、両信号不活性区間が第1時間以上であるか否かが判断されるように変更してもよい。この理由は、次の通りである。すなわち、デッドタイムの異常としては、デッドタイムが所望する値よりも短い場合と長い場合とが考えられる。しかし、デッドタイムが長い場合、上下アームの短絡といった深刻な問題(回路および素子の保護が必要となるような問題)が生じることはない。従って、デッドタイムの異常としては、デッドタイムが所望する値よりも短い場合だけを検出できればよい。そのため、第2時間を無限大の時間に設定してもよい。 The second time may be an infinite time. That is, in step T2, it may be changed so as to determine whether or not both signal inactive sections are equal to or longer than the first time. The reason for this is as follows. That is, the dead time abnormality can be considered when the dead time is shorter or longer than a desired value. However, when the dead time is long, a serious problem such as a short circuit between the upper and lower arms (a problem that requires circuit and element protection) does not occur. Therefore, it is only necessary to detect the dead time abnormality only when the dead time is shorter than a desired value. Therefore, the second time may be set to an infinite time.
両信号不活性区間が規定範囲内の時間である場合、ステップT2で「YES」になり、ステップT3に進む。ステップT3は、ステップS3と同様の処理である。従って、両信号不活性区間が規定範囲内の時間である場合、デッドタイムに関する異常が発生していないと判断され、通常通りのスイッチング動作が実行される。ステップT3の実行後は、処理が終了となる。 When both signal inactive sections are within the specified range, “YES” is determined in the step T2, and the process proceeds to the step T3. Step T3 is the same process as step S3. Therefore, when both signal inactive sections are within the specified range, it is determined that an abnormality relating to the dead time has not occurred, and a normal switching operation is performed. After execution of step T3, the process ends.
これに対し、両信号不活性区間が規定範囲外の時間である場合、ステップT2で「NO」になり、ステップT4に進む。ステップT4において、異常検出回路5は、制御回路3に対し、所定のフェールセーフ処理の実行を指令する。これを受けて、制御回路3は、フェールセーフ処理を実行する。デッドタイムに関する異常が発生した場合におけるフェールセーフ処理としては、例えば、デッドタイムに関する異常が検出されたアームのスイッチング動作を停止する(全てオフにする)といった処理などが挙げられる。ステップT4の実行後は、処理が終了となる。
On the other hand, when both signal inactive sections are outside the specified range, “NO” is determined in the step T2, and the process proceeds to the step T4. In step T4, the
上記スイッチング異常判定処理およびデッドタイム判定処理は、スイッチング半周期毎に実行される。そのため、スイッチング動作およびデッドタイムに関する異常を、確実に且つ迅速に検出することができる。なお、スイッチング異常判定処理およびデッドタイム判定処理の一方または双方の実行を間引いて行うことも可能である。この場合、スイッチング半周期毎に毎回異常判定処理を行う場合に比べると、異常検出の迅速性が若干低下するものの、異常検出回路5を構成するマイコンの処理負荷が軽減されるという効果が得られる。
The switching abnormality determination process and the dead time determination process are executed every switching half cycle. Therefore, it is possible to reliably and quickly detect an abnormality related to the switching operation and the dead time. It should be noted that one or both of the switching abnormality determination process and the dead time determination process may be thinned out. In this case, compared with the case where the abnormality determination process is performed every switching half cycle, the speed of abnormality detection is slightly reduced, but the processing load of the microcomputer constituting the
続いて、上記構成の監視回路の具体的な適用例について図7〜図12を参照しながら説明する。なお、図7〜図12において、点線で囲まれた部分は、比較的高い電圧で動作する高圧部であり、それ以外の部分は、比較的低い電圧で動作する低圧部である。高圧部および低圧部の間は、電気的に絶縁される。 Next, a specific application example of the monitoring circuit having the above configuration will be described with reference to FIGS. 7 to 12, a portion surrounded by a dotted line is a high voltage portion that operates at a relatively high voltage, and the other portion is a low voltage portion that operates at a relatively low voltage. The high voltage part and the low voltage part are electrically insulated.
(1)監視回路をモータ駆動システムに適用した場合の第1構成例
図7に示すモータ駆動システム11は、3相のインバータ12、バッテリである直流電源13、制御回路14、3相の交流モータ15(以下、単にモータ15と称す)、監視回路16などから構成されている。この場合、高圧部および低圧部の間においては、例えばフォトカプラなどから構成される絶縁素子17〜25を介して、信号の入出力が行われる。
(1) First Configuration Example When Applying Monitoring Circuit to Motor Drive System A
インバータ12は、直流電源13から電源線26、27を介して直流電圧Vdcの供給を受け、制御回路14から絶縁素子17〜22を介して与えられるPWM信号DUU、DVU、DWU、DUL、DVL、DWLに従ってモータ15に3相の交流電圧を出力する。コンデンサ28は、平滑用であり、電源線26、27間に接続されている。
The
電源線26、27間には、上アームのIGBT29UU、29VU、29WUと下アームのIGBT29UL、29VL、29WN(いずれもスイッチング素子に相当)とが3相ブリッジ接続されている。つまり、IGBT29UU、29ULがU相のハーフブリッジ回路30Uを構成し、IGBT29VU、29VLがV相のハーフブリッジ回路30Vを構成し、IGBT29WU、29WLがW相のハーフブリッジ回路30Wを構成する。
Between the
IGBT29UU〜29WLには還流用ダイオードが並列に接続されている。IGBT29UU〜29WLは、それぞれ電流センス用IGBTを含んで個別のモジュールとして構成されている。IGBT29UU〜29WLにおいて、電流センス用IGBTのエミッタ(以下、センス用エミッタと称す)は、シャント抵抗Rsを介してIGBT29UU〜29WLのエミッタに接続されている。 A reflux diode is connected in parallel to the IGBTs 29UU to 29WL. Each of the IGBTs 29UU to 29WL is configured as an individual module including a current sensing IGBT. In the IGBTs 29UU to 29WL, the emitter of the current sensing IGBT (hereinafter referred to as the sensing emitter) is connected to the emitters of the IGBTs 29UU to 29WL via the shunt resistor Rs.
監視回路16は、ハーフブリッジ回路30U、30V、30Wの動作を監視するものであって、信号生成回路31U、31V、31W、異常検出回路32などから構成される。信号生成回路31Uは、IGBT29UU、29ULのセンス用エミッタの信号を入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SUを出力する。信号生成回路31Vは、IGBT29VU、29VLのセンス用エミッタの信号を入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SVを出力する。信号生成回路31Wは、IGBT29WU、29WLのセンス用エミッタの信号を入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SWを出力する。監視信号SU、SV、SWは、それぞれ絶縁素子23〜24を介して異常検出回路32に与えられる。
The
上記構成において、IGBT29UU〜29WLのセンス用エミッタの信号は、PWM信号DUU〜DWLに応じて変化するものであり、IGBT29UU〜29WLの駆動状態を表す。そのため、信号生成回路31U〜31Wから出力される監視信号SU〜SWは、それぞれが対応する相の上下アームに与えられる2つの相補的なPWM信号の論理和を反転した信号と同等の信号になる。従って、異常検出回路32は、監視信号SU〜SWに基づいて前述したスイッチング異常判定処理およびデッドタイム異常判定処理を行うことで、ハーフブリッジ回路30U〜30Wにおける異常を検出することができる。
In the above configuration, the sense emitter signals of the IGBTs 29UU to 29WL change according to the PWM signals DUU to DWL, and represent the drive states of the IGBTs 29UU to 29WL. For this reason, the monitoring signals SU to SW output from the
(2)監視回路をモータ駆動システムに適用した場合の第2構成例
図8に示すモータ駆動システム41は、図7に示した第1構成例のモータ駆動システム11に対し、絶縁素子23〜25が省かれている点と、信号生成回路31U〜31Wへの入力信号が変更されている点とが異なる。なお、図8では、IGBT29UU〜29WLのセンス用エミッタおよびシャント抵抗Rsの図示を省略している。
(2) Second configuration example when the monitoring circuit is applied to a motor drive system A
この場合、信号生成回路31Uは、絶縁素子17、18より制御回路14側のPWM信号DUU、DULを入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SUを出力する。信号生成回路31Vは、絶縁素子19、20より制御回路14側のPWM信号DVU、DVLを入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SVを出力する。信号生成回路31Wは、絶縁素子21、22より制御回路14側のPWM信号DWU、DWLを入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SWを出力する。監視信号SU〜SWは、異常検出回路32に与えられる。
In this case, the
上記構成において、信号生成回路31U〜31Wから出力される監視信号SU〜SWは、それぞれが対応する相の上下アームに与えられる2つの相補的なPWM信号の論理和を反転した信号である。従って、異常検出回路32は、監視信号SU〜SWに基づいて前述したスイッチング異常判定処理およびデッドタイム異常判定処理を行うことで、ハーフブリッジ回路30U〜30Wにおける異常を検出することができる。
In the above configuration, the monitoring signals SU to SW output from the
(3)監視回路をモータ駆動システムに適用した場合の第3構成例
図9に示すモータ駆動システム51は、図7に示した第1構成例のモータ駆動システム11に対し、信号生成回路31U〜31Wへの入力信号が変更されている点が異なる。なお、図9でも、IGBT29UU〜29WLのセンス用エミッタおよびシャント抵抗Rsの図示を省略している。
(3) Third configuration example when the monitoring circuit is applied to a motor drive system A motor drive system 51 shown in FIG. 9 has
この場合、信号生成回路31Uは、絶縁素子17、18よりインバータ12側のPWM信号DUU、DUL、つまりIGBT29UU、29ULのゲート電圧を入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SUを出力する。信号生成回路31Vは、絶縁素子19、20よりインバータ12側のPWM信号DVU、DVL、つまりIGBT29VU、29VLのゲート電圧を入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SVを出力する。信号生成回路31Wは、絶縁素子21、22よりインバータ12側のPWM信号DWU、DWL、つまりIGBT29WU、29WLのゲート電圧を入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号SWを出力する。監視信号SU〜SWは、それぞれ絶縁素子23〜25を介して異常検出回路32に与えられる。
In this case, the
上記構成において、信号生成回路31U〜31Wから出力される監視信号SU〜SWは、それぞれが対応する相の上下アームに与えられる2つの相補的なPWM信号の論理和を反転した信号である。従って、異常検出回路32は、監視信号SU〜SWに基づいて前述したスイッチング異常判定処理およびデッドタイム異常判定処理を行うことで、ハーフブリッジ回路30U〜30Wにおける異常を検出することができる。
In the above configuration, the monitoring signals SU to SW output from the
(4)監視回路をDC/DCコンバータシステムに適用した場合の第1構成例
図10に示すDC/DCコンバータシステム61は、DC/DCコンバータ62、バッテリである直流電源63、制御回路64、負荷65、コンデンサ66、67、監視回路68などから構成されている。この場合、高圧部および低圧部の間においては、例えばフォトカプラなどから構成される絶縁素子69〜71を介して、信号の入出力が行われる。
(4) First Configuration Example When Applying Monitoring Circuit to DC / DC Converter System A DC /
DC/DCコンバータ62は、IGBT72U、72Lおよびインダクタ73を備えている。IGBT72U、72L(スイッチング素子に相当)は、図7に示したIGBT29UU〜29WLと同様の構成である。IGBT72U、72Lは、電源線74、75間において直列に接続されており、ハーフブリッジ回路76を構成する。インダクタ73は、電源線77およびIGBT72U、72Lの相互接続ノードNaの間に接続されている。
The DC /
DC/DCコンバータ62は、直流電源63から電源線77、75を介して供給される直流電圧Vdcを昇圧して出力する昇圧動作を行う。DC/DCコンバータ62は、制御回路64から絶縁素子69、70を介して与えられるPWM信号DU、DLに従ってIGBT72U、72Lをスイッチング動作させることで、上記昇圧動作を行う同期整流型のDC/DCコンバータである。DC/DCコンバータ62の出力電圧は、電源線74、75を介して負荷65に与えられる。負荷65は、例えばモータを駆動するインバータなどである。電源線77、75間にはコンデンサ66が接続され、電源線74、75間にはコンデンサ67が接続されている。
The DC /
監視回路68は、ハーフブリッジ回路76の動作を監視するものであって、信号生成回路78、異常検出回路79などから構成される。信号生成回路78は、IGBT72U、72Lのセンス用エミッタの信号を入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号Saを出力する。監視信号Saは、絶縁素子71を介して異常検出回路79に与えられる。
The
上記構成において、IGBT72U、72Lのセンス用エミッタの信号は、PWM信号DU、DLに応じて変化するものであり、IGBT72U、72Lの駆動状態を表す。そのため、信号生成回路78から出力される監視信号Saは、2つの相補的なPWM信号DU、DLの論理和を反転した信号と同等の信号になる。従って、異常検出回路79は、監視信号Saに基づいて前述したスイッチング異常判定処理およびデッドタイム異常判定処理を行うことで、ハーフブリッジ回路76における異常を検出することができる。
In the above configuration, the sense emitter signals of the
なお、上記構成において、DC/DCコンバータ62は、インバータなどの負荷65側から与えられる(回生される)直流電圧を降圧して出力する降圧動作を行うことも可能である。DC/DCコンバータ62は、このような降圧動作を行う場合も、昇圧動作を行う場合と同様に、PWM信号DU、DLに従ってIGBT72U、72Lをスイッチング動作させる。従って、異常検出回路79は、DC/DCコンバータ62が昇圧動作を行う場合および降圧動作を行う場合のいずれにおいても、その動作に関する異常を検出することができる。
In the above configuration, the DC /
(5)監視回路をDC/DCコンバータシステムに適用した場合の第2構成例
図11に示すDC/DCコンバータシステム81は、図10に示した第1構成例のDC/DCコンバータシステム61に対し、絶縁素子71が省かれている点と、信号生成回路78への入力信号が変更されている点とが異なる。なお、図11では、IGBT72U、72Lのセンス用エミッタおよびシャント抵抗Rsの図示を省略している。この場合、信号生成回路78は、絶縁素子69、70より制御回路64側のPWM信号DU、DLを入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号Saを出力する。監視信号Saは、異常検出回路79に与えられる。
(5) Second Configuration Example When Applying Monitoring Circuit to DC / DC Converter System The DC /
上記構成において、信号生成回路78から出力される監視信号Saは、2つの相補的なPWM信号DU、DLの論理和を反転した信号である。従って、異常検出回路79は、監視信号Saに基づいて前述したスイッチング異常判定処理およびデッドタイム異常判定処理を行うことで、ハーフブリッジ回路76における異常を検出することができる。
In the above configuration, the monitoring signal Sa output from the
(6)監視回路をDC/DCコンバータシステムに適用した場合の第3構成例
図12に示すDC/DCコンバータシステム91は、図10に示した第1構成例のDC/DCコンバータシステム61に対し、信号生成回路78への入力信号が変更されている点が異なる。なお、図12でも、IGBT72U、72Lのセンス用エミッタおよびシャント抵抗Rsの図示を省略している。この場合、信号生成回路78は、絶縁素子69、70よりDC/DCコンバータ62側のPWM信号DU、DL、つまりIGBT72U、72Lのゲート電圧を入力し、それら入力信号の論理和且つ反転信号である監視信号Saを出力する。監視信号Saは、絶縁素子71を介して異常検出回路79に与えられる。
(6) Third Configuration Example When Applying Monitoring Circuit to DC / DC Converter System The DC / DC converter system 91 shown in FIG. 12 is different from the DC /
上記構成において、信号生成回路78から出力される監視信号Saは、2つの相補的なPWM信号DU、DLの論理和を反転した信号である。従って、異常検出回路79は、監視信号Saに基づいて前述したスイッチング異常判定処理およびデッドタイム異常判定処理を行うことで、ハーフブリッジ回路76における異常を検出することができる。
In the above configuration, the monitoring signal Sa output from the
監視回路の具体的な適用例である上記各構成例のうち、(1)、(3)、(4)および(6)は、高圧部の信号に基づいて異常判定を行う構成であり、(2)および(5)は、低圧部の信号に基づいて異常判定を行う構成である。高圧部の信号に基づいて異常判定を行う構成の場合、ハーフブリッジ回路を構成するスイッチング素子の駆動状態を一層正確に表す信号に基づいて異常判定を行うことになるため、その判定精度が高くなるという利点がある。一方、低圧部の信号に基づいて異常判定を行う構成の場合、例えば全てのPWM信号を監視するといった従来の構成に比べ、絶縁素子の数を少なくすることができるという利点がある。 Among the above configuration examples that are specific application examples of the monitoring circuit, (1), (3), (4), and (6) are configurations that perform abnormality determination based on the signal of the high-voltage unit. 2) and (5) are configurations that perform abnormality determination based on the signal of the low-pressure part. In the case of a configuration in which abnormality determination is performed based on a signal from the high voltage section, abnormality determination is performed based on a signal that more accurately represents the driving state of the switching elements that constitute the half-bridge circuit, so the determination accuracy is increased. There is an advantage. On the other hand, in the configuration in which abnormality determination is performed based on the signal of the low-voltage part, there is an advantage that the number of insulating elements can be reduced as compared with the conventional configuration in which all PWM signals are monitored.
以上説明したように、本実施形態では、ハーフブリッジ回路を構成する2つのスイッチング素子の駆動状態を表す信号に基づいて生成される監視信号の所定期間内におけるエッジ回数に基づいて2つのスイッチング素子のスイッチング動作に関する異常を検出する。前述したように、スイッチングに関する異常が生じると、所定期間内において監視信号が変化する回数が減少する傾向があるため、上記手法により、確実にスイッチング動作に関する異常を検出することができる。また、本実施形態では、上記監視信号のパルス幅に基づいてデッドタイムに関する異常を検出する。前述したように、デッドタイムに関する異常が生じると、監視信号の両信号不活性区間が所望するデッドタイムと同等にはならないため、上記手法により、確実にデッドタイムに関する異常を検出することができる。このように、本実施形態によれば、監視対象となる信号をむやみに増やすことなく、ハーフブリッジ回路におけるデッドタイムに関する異常およびスイッチング動作に関する異常の両方を精度良く検出することができる。 As described above, in the present embodiment, the two switching elements are based on the number of edges in the predetermined period of the monitoring signal generated based on the signal representing the driving state of the two switching elements constituting the half bridge circuit. Detects abnormalities related to switching operations. As described above, when an abnormality relating to switching occurs, the number of times the monitoring signal changes within a predetermined period tends to decrease. Therefore, the abnormality relating to the switching operation can be reliably detected by the above method. In the present embodiment, an abnormality relating to the dead time is detected based on the pulse width of the monitoring signal. As described above, when an abnormality relating to the dead time occurs, both signal inactive sections of the monitoring signal are not equal to the desired dead time, and thus the abnormality relating to the dead time can be reliably detected by the above method. As described above, according to the present embodiment, it is possible to accurately detect both the abnormality related to the dead time and the abnormality related to the switching operation in the half bridge circuit without increasing the signals to be monitored unnecessarily.
また、本実施形態によれば、図13に示すように、制御回路3および異常検出回路5(制御系)と、ハーフブリッジ回路2および信号生成回路4(駆動系)とが、互いに別々のプリント配線板(制御基板92および駆動基板93)に実装されている場合、次のような効果が得られる。すなわち、このような場合、制御基板92および駆動基板93の間は、基板間コネクタ94を介して配線される。そして、信号生成回路4に入力される信号は、駆動基板93上の信号である。このような構成によれば、例えば、全てのPWM信号を監視するといった従来の構成(例えば図14に示すような構成)に比べ、基板間コネクタ94のピン数(配線数)を少なくすることができ、その分だけ、基板間コネクタ94、ひいては装置全体の小型化を図ることが可能となる。
Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, the
(第2の実施形態)
信号生成回路は、ハーフブリッジ回路を構成する2つのスイッチング素子の駆動状態を表す信号の双方がオフ駆動状態を表す期間(両信号不活性区間)にあっては監視信号を第1レベルにし、上記信号の少なくとも一方がオン駆動状態を表す期間にあっては監視信号を第1レベルとは異なる第2レベルにする構成であればよい。以下、信号生成回路の構成を変更した監視回路の構成例について図15〜図20を参照して説明する。
(Second Embodiment)
The signal generation circuit sets the monitoring signal to the first level in a period (both signal inactive periods) in which both of the signals representing the driving states of the two switching elements constituting the half-bridge circuit represent the off-driving state. The monitoring signal may be set to a second level different from the first level in a period in which at least one of the signals represents the ON drive state. Hereinafter, a configuration example of the monitoring circuit in which the configuration of the signal generation circuit is changed will be described with reference to FIGS.
図15に示す監視回路101が備える信号生成回路102は、OR回路により構成されている。信号生成回路102は、2つの入力信号の論理和を表す監視信号を生成する。信号生成回路102により生成される監視信号は、図16〜図18の(c)に示すような波形となる。つまり、信号生成回路102により生成される監視信号は、信号生成回路4により生成される監視信号(図2〜図4の(c)参照)を反転した信号となる。この場合、監視信号については、ロウレベルが第1レベルに相当し、ハイレベルが第2レベルに相当する。従って、監視信号がロウレベル(第1レベル)となる期間が両信号不活性区間に相当する。このような構成の監視回路101によっても、図1に示した監視回路1と同様の作用および効果が得られる。
The
図19および図20に示すハーフブリッジ回路111を構成するスイッチング素子は、ロウレベルのPWM信号が与えられるとオン駆動され、ハイレベルのPWM信号が与えられるとオフ駆動される(Low-Active)。図19に示す監視回路112が備える信号生成回路113は、NAND回路により構成されている。信号生成回路113には、Low-Activeの2つのPWM信号またはそれらに応じて変化する信号が入力される。信号生成回路113は、2つの入力信号の論理積であって且つ反転された監視信号を生成する。このような構成における監視信号は、図16〜図18の(c)に示した監視信号と同様の信号となる。従って、このような構成の監視回路112によっても、図1に示した監視回路1と同様の作用および効果が得られる。
The switching elements constituting the half-bridge circuit 111 shown in FIGS. 19 and 20 are turned on when a low level PWM signal is applied, and are turned off when a high level PWM signal is applied (Low-Active). The
一方、図20に示す監視回路114が備える信号生成回路115は、AND回路により構成されている。信号生成回路115は、2つの入力信号の論理積を表す監視信号を生成する。このような構成における監視信号は、図2〜図4の(c)に示した監視信号と同様の信号となる。従って、このような構成の監視回路114によっても、図1に示した監視回路1と同様の作用および効果が得られる。
On the other hand, the
(第3の実施形態)
以下、上記各実施形態に対し、スイッチング異常判定処理の内容を変更した第3の実施形態について図21を参照して説明する。
本実施形態の異常検出回路は、信号生成回路から与えられる監視信号のエッジ毎に、図21に示すような内容の割り込み処理(エッジ処理)を行う。この割り込み処理は、エッジ回数をインクリメントする処理(ステップX1)である。また、異常検出回路は、測定期間毎に、図5に示した内容の制御を実行する。ただし、この場合、測定期間におけるエッジ回数の計測は、第1の実施形態のようにマイコンのタイマ機能を使用することなく、図21に示した割り込み処理によって実現される。このようにスイッチング異常判定処理の内容を変更した本実施形態によっても、上記各実施形態と同様の作用および効果が得られる。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment in which the content of the switching abnormality determination process is changed with respect to each of the above embodiments will be described with reference to FIG.
The abnormality detection circuit according to the present embodiment performs interrupt processing (edge processing) having the contents as shown in FIG. 21 for each edge of the monitoring signal supplied from the signal generation circuit. This interrupt process is a process of incrementing the number of edges (step X1). Further, the abnormality detection circuit executes the control of the contents shown in FIG. 5 for each measurement period. In this case, however, the measurement of the number of edges in the measurement period is realized by the interrupt process shown in FIG. 21 without using the timer function of the microcomputer as in the first embodiment. Even in the present embodiment in which the content of the switching abnormality determination process is changed as described above, the same operations and effects as those of the above embodiments can be obtained.
(第4の実施形態)
以下、上記各実施形態に対し、デッドタイム異常判定処理の内容を変更した第4の実施形態について図22および図23を参照して説明する。
本実施形態のデッドタイム異常判定処理は、デッドタイム取得処理およびデッドタイム判定処理を含んでいる。デッドタイム取得処理は、図22に示すような内容であり、スイッチング半周期毎に実行される。デッドタイム取得処理が開始されると、まず、監視信号の両信号不活性区間が取得される(ステップY1)。続くステップY2では、ステップY1で取得された両信号不活性区間、つまりデッドタイムの実測時間が積算される。ステップY2の実行後は、処理が終了となる。なお、このようなデッドタイムの積算については、ソフトウェアにより実現するものに限らず、マイコンが備えるタイマなどの機能(ハードウェア)により実現してもよい。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment in which the content of the dead time abnormality determination process is changed with respect to each of the above embodiments will be described with reference to FIGS. 22 and 23.
The dead time abnormality determination process of the present embodiment includes a dead time acquisition process and a dead time determination process. The dead time acquisition process has the contents shown in FIG. 22 and is executed every switching half cycle. When the dead time acquisition process is started, first, both signal inactive sections of the monitoring signal are acquired (step Y1). In the subsequent step Y2, both signal inactive sections acquired in step Y1, that is, the actual measurement time of the dead time are integrated. After the execution of step Y2, the process ends. Such dead time integration is not limited to software, but may be realized by a function (hardware) such as a timer provided in the microcomputer.
デッドタイム判定処理は、図23に示すような内容であり、デッドタイム取得処理の実行周期に比べて長い周期毎に実行される。デッドタイム判定処理が開始されると、まず、ステップZ1が実行される。ステップZ1では、デッドタイム取得処理において積算されたデッドタイムの積算値が規定範囲内の値であるか否かが判断される。この場合、規定範囲の下限は第1時間として規定され、上限は第2時間として規定されている。なお、第1の実施形態と同様の理由から、第2時間は無限大の時間でもよい。 The dead time determination process has a content as shown in FIG. 23 and is executed every cycle longer than the execution cycle of the dead time acquisition process. When the dead time determination process is started, step Z1 is first executed. In step Z1, it is determined whether or not the accumulated value of dead time accumulated in the dead time acquisition process is within a specified range. In this case, the lower limit of the specified range is defined as the first time, and the upper limit is defined as the second time. Note that the second time may be an infinite time for the same reason as in the first embodiment.
デッドタイムの積算値が規定範囲内の値である場合、ステップZ1で「YES」になり、ステップZ2に進む。ステップZ2では、デッドタイムの積算値がクリアされる。ステップZ2の実行後は、処理が終了となる。これに対し、デッドタイムの積算値が規定範囲外の値である場合、ステップZ1で「NO」になり、ステップZ3に進む。ステップZ3では、図6に示したステップT4と同様のフェールセーフ処理が実行される。ステップZ3の実行後は、処理が終了となる。 When the integrated value of the dead time is a value within the specified range, “YES” is determined in the step Z1, and the process proceeds to the step Z2. In step Z2, the accumulated dead time is cleared. After execution of step Z2, the process ends. On the other hand, when the integrated value of the dead time is outside the specified range, “NO” is determined in the step Z1, and the process proceeds to the step Z3. In step Z3, a fail-safe process similar to step T4 shown in FIG. 6 is executed. After execution of step Z3, the process ends.
以上説明した本実施形態によっても、上記各実施形態と同様の作用および効果が得られる。また、本実施形態によれば、比較的長い期間におけるデッドタイムを積算した積算値に基づいて、デッドタイムの異常を判定しているため、PWM信号および監視信号などに対するノイズの影響による誤判定の発生を防止することができる。また、デッドタイムの判定を比較的長い期間毎に行うため、異常検出の迅速性は若干低下するものの、異常検出回路を構成するマイコンの処理負荷が軽減されるという効果が得られる。 Also according to the present embodiment described above, the same operations and effects as the above-described embodiments can be obtained. In addition, according to the present embodiment, since the abnormality of the dead time is determined based on the integrated value obtained by integrating the dead time in a relatively long period, erroneous determination due to the influence of noise on the PWM signal, the monitoring signal, and the like Occurrence can be prevented. Moreover, since the dead time is determined every relatively long period, the speed of abnormality detection is slightly reduced, but the processing load on the microcomputer constituting the abnormality detection circuit is reduced.
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
図5に示したスイッチング異常判定処理に対し、次のような変更を加えてもよい。例えば、エッジ回数が規定回数と一致しないことが2回以上連続した場合に、スイッチング動作に関する異常が発生したと判断してフェールセーフ処理を実行するようにしてもよい。このようにすれば、PWM信号および監視信号などに対するノイズの影響による誤判定の発生を防止することができる。また、測定期間が比較的長い期間(例えばキャリア周期の2倍以上の期間など)である場合などには、ステップS4を、エッジ回数が規定範囲内の値であるか否かを判断する処理に置き換えてもよい。このようにした場合にも、ノイズの影響による誤判定の発生を防止することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The following changes may be added to the switching abnormality determination process shown in FIG. For example, if the number of edges does not match the specified number of times, it may be determined that an abnormality relating to the switching operation has occurred and the fail-safe process may be executed. In this way, it is possible to prevent erroneous determination due to the influence of noise on the PWM signal, the monitoring signal, and the like. Further, when the measurement period is a relatively long period (for example, a period that is twice or more of the carrier period), step S4 is a process for determining whether the number of edges is a value within a specified range. It may be replaced. Even in this case, it is possible to prevent erroneous determination due to the influence of noise.
図6に示したデッドタイム異常判定処理に対し、次のような変更を加えてもよい。例えば、両信号不活性区間が規定範囲外の時間であることが2回以上連続した場合に、デッドタイムに関する異常が発生したと判断してフェールセーフ処理を実行するようにしてもよい。このようにすれば、PWM信号および監視信号などに対するノイズの影響による誤判定の発生を防止することができる。 The following changes may be made to the dead time abnormality determination process shown in FIG. For example, when both signal inactive sections are outside the specified range for two or more consecutive times, it may be determined that an abnormality relating to the dead time has occurred and the fail-safe process may be executed. In this way, it is possible to prevent erroneous determination due to the influence of noise on the PWM signal, the monitoring signal, and the like.
また、ステップT3の実行後に、ステップT1で取得した両信号不活性区間(デッドタイムの実測値)が所望するデッドタイムの値(目標値)に一致していない場合、その差が無くなるようにPWM信号を補正する処理(デッドタイム補正手段に相当)を追加してもよい。このようにすれば、素子の劣化や個体差によってデッドタイムが所望する値(理想値)から外れた場合でも、上記したようなデッドタイムの補正処理(フィードバック制御)が行われることにより、ハーフブリッジ回路において理想通りのスイッチングを行うことができる。 In addition, after the execution of step T3, if both signal inactive sections (actual values of dead time) acquired in step T1 do not coincide with the desired dead time values (target values), the PWM is adjusted so that the difference is eliminated. Processing for correcting the signal (corresponding to dead time correcting means) may be added. In this way, even when the dead time deviates from a desired value (ideal value) due to element degradation or individual differences, the dead time correction processing (feedback control) as described above is performed, so that the half bridge It is possible to perform ideal switching in the circuit.
第4の実施形態のデッドタイム異常判定処理に対し、次のような変更を加えてもよい。すなわち、デッドタイム取得処理のステップY1において、デッドタイムの積算回数を記憶しておく。そして、デッドタイム判定処理のステップZ1において、上記記憶した積算回数に基づいて適切な規定範囲を設定し、デッドタイムの積算値が設定した規定範囲内の値であるか否かを判断する。このようにすれば、スイッチング周期が可変の構成であっても、デッドタイムに関する異常を正確に検出することができる。 The following changes may be made to the dead time abnormality determination process of the fourth embodiment. That is, in step Y1 of the dead time acquisition process, the accumulated number of dead times is stored. Then, in step Z1 of the dead time determination process, an appropriate specified range is set based on the stored integration count, and it is determined whether or not the integrated value of the dead time is a value within the set specified range. In this way, even when the switching cycle is variable, it is possible to accurately detect an abnormality relating to dead time.
図面中、1、16、68、101、112、114は監視回路、2、30U〜30W、76、111はハーフブリッジ回路、3、14、64は制御回路、4、31U〜31W、78、102、113、115は信号生成回路、5、32、79は異常検出回路、29UU〜29WL、72U、72LはIGBT(スイッチング素子)、92は制御基板(プリント配線板)、93は駆動基板(プリント配線板)、94は基板間コネクタを示す。
In the drawing, 1, 16, 68, 101, 112, 114 are monitoring circuits, 2, 30U-30W, 76, 111 are half bridge circuits, 3, 14, 64 are control circuits, 4, 31U-31W, 78, 102. 113, 115 are signal generation circuits, 5, 32, 79 are abnormality detection circuits, 29UU to 29WL, 72U, 72L are IGBTs (switching elements), 92 is a control board (printed wiring board), 93 is a drive board (printed wiring)
Claims (7)
前記2つのスイッチング素子の駆動状態を表す2つの駆動状態信号に基づいて監視信号を生成する信号生成回路(4、31U〜31W、78、102、113、115)と、
前記監視信号に基づいて前記ハーフブリッジ回路に関する異常を検出する異常検出回路(5、32、79)と、
を備え、
前記信号生成回路は、前記2つの駆動状態信号の双方がオフ駆動状態を表す期間にあっては前記監視信号を第1レベルにし、前記2つの駆動状態信号の少なくとも一方がオン駆動状態を表す期間にあっては前記監視信号を前記第1レベルとは異なる第2レベルにし、
前記異常検出回路は、前記監視信号の所定期間内におけるエッジ回数に基づいて前記2つのスイッチング素子のスイッチング動作に関する異常を検出するとともに、前記監視信号のパルス幅に基づいて前記デッドタイムに関する異常を検出することを特徴とする監視回路。 Half-bridge circuit (2, 30U-30W, 76, 111) having two switching elements (29UU-29WL, 72U, 72L) that are driven complementarily while providing a dead time in which both are turned off A monitoring circuit (1, 16, 68, 101, 112, 114) for monitoring the operation;
A signal generation circuit (4, 31U to 31W, 78, 102, 113, 115) for generating a monitoring signal based on two driving state signals representing driving states of the two switching elements;
An abnormality detection circuit (5, 32, 79) for detecting an abnormality relating to the half-bridge circuit based on the monitoring signal;
With
The signal generation circuit sets the monitoring signal to the first level during a period in which both of the two driving state signals indicate the off driving state, and a period in which at least one of the two driving state signals indicates the on driving state. In this case, the monitoring signal is set to a second level different from the first level,
The abnormality detection circuit detects an abnormality relating to the switching operation of the two switching elements based on the number of edges within the predetermined period of the monitoring signal, and detects an abnormality relating to the dead time based on the pulse width of the monitoring signal. A monitoring circuit characterized by:
前記駆動状態信号は、前記低圧部の信号であることを特徴とする請求項1に記載の監視回路。 In the control circuit for generating a drive signal for driving the two switching elements and the half-bridge circuit, the high voltage unit operating at a relatively high voltage and the low voltage unit operating at a relatively low voltage are electrically insulated. And
The monitoring circuit according to claim 1, wherein the driving state signal is a signal of the low-voltage unit.
前記駆動状態信号は、前記高圧部の信号であることを特徴とする請求項1に記載の監視回路。 In the control circuit for generating a drive signal for driving the two switching elements and the half-bridge circuit, the high voltage unit operating at a relatively high voltage and the low voltage unit operating at a relatively low voltage are electrically insulated. And
The monitoring circuit according to claim 1, wherein the driving state signal is a signal of the high voltage unit.
前記駆動状態信号は、前記ハーフブリッジ回路が実装されるプリント配線板上の信号であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の監視回路。 The control circuit that generates a drive signal for driving the two switching elements, the abnormality detection circuit, the half-bridge circuit, and the signal generation circuit are mounted on separate printed wiring boards (92, 93). And wired via the board-to-board connector (94),
The monitoring circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the driving state signal is a signal on a printed wiring board on which the half-bridge circuit is mounted.
前記信号生成回路(4、31U〜31W、78、102)は、前記2つの駆動状態信号の論理和を演算するOR回路またはNOR回路として構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の監視回路。 The two driving state signals are logic signals indicating that the switching element is in an on state when it is at a high level and that it is in an off state when it is at a low level,
5. The signal generation circuit (4, 31U to 31W, 78, 102) is configured as an OR circuit or a NOR circuit that calculates a logical sum of the two drive state signals. The monitoring circuit according to any one of the above.
前記信号生成回路(31U〜31W、78、113、115)は、前記2つの駆動状態信号の論理積を演算するAND回路またはNAND回路として構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の監視回路。 The two driving state signals are logic signals indicating that the switching element is in an off state when it is at a high level and that it is in an on state when at a low level,
5. The signal generation circuit (31 </ b> U to 31 </ b> W, 78, 113, 115) is configured as an AND circuit or a NAND circuit that calculates a logical product of the two drive state signals. The monitoring circuit according to any one of the above.
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