JP6627633B2 - Control device for power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換器の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a power converter.
従来、下記特許文献1に見られるように、走行用モータを駆動する電力変換器として昇圧コンバータ及びインバータを備える車両に適用される制御装置が知られている。この制御装置では、例えば昇圧コンバータの異常が生じた場合に、電力変換器の遮断処理を実行する。ここで遮断処理が実行されると、走行用モータを駆動することができず、車両を退避走行させることができなくなる。そこで上記制御装置では、遮断処理の実行後、車両の退避走行許可信号が入力された場合、遮断処理を解除してモータを駆動する。
2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in
ところで、電力変換器を構成するスイッチング素子にオープン故障が生じることがある。この場合、電力変換器の動作を継続できず、例えば電力変換器からモータに電力を供給することができなくなる懸念がある。このように、電力変換器を構成するスイッチング素子にオープン故障が生じた場合に対処する技術については、未だ改善の余地を残すものとなっている。 Incidentally, an open failure may occur in a switching element included in the power converter. In this case, there is a concern that the operation of the power converter cannot be continued and, for example, power cannot be supplied from the power converter to the motor. As described above, there is still room for improvement in a technique for coping with a case where an open failure occurs in a switching element included in a power converter.
本発明は、電力変換器を構成するスイッチング素子にオープン故障が生じた場合であっても、電力変換器の動作を継続できる電力変換器の制御装置を提供することを主たる目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is a main object of the present invention to provide a power converter control device capable of continuing operation of a power converter even when an open failure occurs in a switching element included in the power converter.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, the means for solving the above-mentioned problems and the effects thereof will be described.
本発明は、複数のスイッチング素子(SUHA〜SWLB;SCHA〜SCLB)の並列接続体を含むスイッチ部(20UH〜20WL;50CH,50CL)を有して、かつ、複数の前記スイッチング素子のそれぞれが個別に駆動可能とされ、前記スイッチング素子の駆動により入力電圧を所定電圧に変換して出力する電力変換器(20;50)に適用され、前記スイッチング素子のオープン故障が生じているか否かを判定する故障判定部(30)と、前記故障判定部によりオープン故障が生じていると判定された場合、オープン故障が生じていないと判定された場合よりも前記スイッチ部に流れる電流を制限する処理を行う電流制限部(30)と、前記電流を制限する処理を行いつつ、複数の前記スイッチング素子のうちオープン故障が生じていないと判定されたスイッチング素子を駆動する故障時駆動部(30)と、を備えることを特徴とする。 The present invention has a switch unit (20UH to 20WL; 50CH, 50CL) including a parallel connection of a plurality of switching elements (SUHA to SWLB; SCHA to SCLB), and each of the plurality of switching elements is individually provided. Is applied to a power converter (20; 50) that converts an input voltage to a predetermined voltage by driving the switching element and outputs the converted voltage, and determines whether or not an open failure of the switching element has occurred. When the failure determination unit determines that an open failure has occurred, the failure determination unit performs a process of limiting the current flowing through the switch unit more than when it is determined that no open failure has occurred. While performing the current limiting process with the current limiting unit (30), an open fault among the plurality of switching elements is detected. Flip Not and failure-time driver for driving the determined switching element (30), characterized in that it comprises a.
上記発明では、スイッチ部を構成する複数のスイッチング素子のそれぞれが個別に駆動可能とされている。このため、複数のスイッチング素子のうち、故障判定部によりオープン故障が生じていると判定されたスイッチング素子以外のスイッチング素子を駆動できる。これにより、電力変換器の動作を継続することができる。 In the above invention, each of the plurality of switching elements constituting the switch unit can be individually driven. For this reason, among the plurality of switching elements, it is possible to drive switching elements other than the switching element for which the failure determination unit has determined that the open failure has occurred. Thereby, the operation of the power converter can be continued.
ここで、複数のスイッチング素子の並列接続体を含むスイッチ部において、これらスイッチング素子の一部にオープン故障が生じている場合、スイッチ部に流れる電流は、オープン故障が生じていないスイッチング素子が担うこととなる。この場合、スイッチ部に流れる電流を全てのスイッチング素子のそれぞれで担うときと比較して、スイッチング素子1つ当たりが担う電流量が大きくなる。その結果、スイッチング素子の信頼性が低下する懸念がある。 Here, in a switch section including a parallel connection of a plurality of switching elements, when an open failure occurs in a part of these switching elements, a current flowing in the switch section is borne by a switching element having no open failure. It becomes. In this case, the amount of current carried per switching element is larger than when the current flowing through the switch section is carried by each of the switching elements. As a result, there is a concern that the reliability of the switching element is reduced.
この点、上記発明では、故障判定部によりオープン故障が生じていると判定された場合、オープン故障が生じていないと判定された場合よりもスイッチ部に流れる電流を制限する処理を行いつつ、複数のスイッチング素子のうちオープン故障が生じていないと判定されたスイッチング素子を駆動する。このため、オープン故障が生じた場合にスイッチング素子1つあたりが担う電流量を制限でき、電力変換器の動作を継続しつつ、スイッチング素子の信頼性の低下を回避できる。 In this regard, in the above invention, when the failure determination unit determines that an open failure has occurred, it performs a process of limiting the current flowing to the switch unit more than when it is determined that the open failure has not occurred. Of the switching elements determined to have not caused an open failure. For this reason, the amount of current carried by one switching element when an open failure occurs can be limited, and a reduction in the reliability of the switching element can be avoided while continuing the operation of the power converter.
(第1実施形態)
以下、本発明に係る制御装置を車載主機として回転電機を備える電気自動車等の車両に搭載した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a control device according to the present invention is mounted on a vehicle such as an electric vehicle including a rotating electric machine as a vehicle-mounted main unit will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、モータ制御システムは、モータジェネレータ10、直流交流変換器としてのインバータ20、及び制御装置30を備えている。モータジェネレータ10は、車載主機であり、駆動輪40と動力伝達可能とされている。本実施形態では、モータジェネレータ10として、3相のものを用いている。また本実施形態では、モータジェネレータ10として、IPMSMやSPMSMである永久磁石同期機を用いている。
As shown in FIG. 1, the motor control system includes a
モータジェネレータ10は、電力変換器としてのインバータ20を介して直流電源としてのバッテリ21に接続されている。バッテリ21の出力電圧は、例えば百V以上である。なお、バッテリ21及びインバータ20の間には、インバータ20の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ22が設けられている。
インバータ20は、各スイッチ部を備えている。詳しくは、インバータ20は、U相上アームスイッチ部20UHとU相下アームスイッチ部20ULとの直列接続体を備えている。U相上アームスイッチ部20UHは、U相第1上アームスイッチング素子SUHAと、U相第2上アームスイッチング素子SUHBとの並列接続体を備えている。U相下アームスイッチ部20ULは、U相第1下アームスイッチング素子SULAと、U相第2下アームスイッチング素子SULBとの並列接続体を備えている。U相第1上アームスイッチング素子SUHA及びU相第2上アームスイッチング素子SUHBのそれぞれの低電位側端子には、U相第1下アームスイッチング素子SULA及びU相第2下アームスイッチング素子SULBのそれぞれの高電位側端子が接続されている。
The
インバータ20は、V相上アームスイッチ部20VHとV相下アームスイッチ部20VLとの直列接続体を備えている。V相上アームスイッチ部20VHは、V相第1上アームスイッチング素子SVHAと、V相第2上アームスイッチング素子SVHBとの並列接続体を備えている。V相下アームスイッチ部20VLは、V相第1下アームスイッチング素子SVLAと、V相第2下アームスイッチング素子SVLBとの並列接続体を備えている。
インバータ20は、W相上アームスイッチ部20WHとW相下アームスイッチ部20WLとの直列接続体を備えている。W相上アームスイッチ部20WHは、W相第1上アームスイッチング素子SWHAと、W相第2上アームスイッチング素子SWHBとの並列接続体を備えている。W相下アームスイッチ部20WLは、W相第1下アームスイッチング素子SWLAと、W相第2下アームスイッチング素子SWLBとの並列接続体を備えている。
本実施形態では、各第1スイッチング素子SUHA,SULA,SVHA,SVLA,SWHA,SWLAとして、SiデバイスとしてのIGBTを用いている。このため、各第1スイッチング素子において、低電位側端子はエミッタであり、高電位側端子はコレクタである。また本実施形態では、各第2スイッチング素子SUHB,SULB,SVHB,SVLB,SWHB,SWLBとして、SiCデバイスとしてのNチャネルMOSFETを用いている。このため、各第2スイッチング素子において、低電位側端子はソースであり、高電位側端子はドレインである。 In the present embodiment, IGBTs as Si devices are used as the first switching elements SUHA, SULA, SVHA, SVLA, SWHA, SWLA. For this reason, in each first switching element, the low potential side terminal is an emitter and the high potential side terminal is a collector. In this embodiment, an N-channel MOSFET as a SiC device is used as each of the second switching elements SUHB, SULB, SVHB, SVLB, SWHB, SWLB. For this reason, in each second switching element, the low potential side terminal is a source and the high potential side terminal is a drain.
なお、各第1スイッチング素子SUHA,SULA,SVHA,SVLA,SWHA,SWLAには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。また、各第2スイッチング素子SUHB,SULB,SVHB,SVLB,SWHB,SWLBには、寄生ダイオードが形成されている。ちなみに、各第2スイッチング素子にフリーホイールダイオードを逆並列に接続してもよい。また、互いに並列接続されたIGBT及びMOSFETは、同一パッケージにて構成されていてもよいし、それぞれ別のパッケージにて構成されていてもよい。 In addition, a freewheel diode is connected in anti-parallel to each of the first switching elements SUHA, SULA, SVHA, SVLA, SWHA, SWLA. A parasitic diode is formed in each of the second switching elements SUHB, SULB, SVHB, SVLB, SWHB, SWLB. Incidentally, a freewheel diode may be connected in anti-parallel to each second switching element. Further, the IGBT and the MOSFET connected in parallel to each other may be formed in the same package, or may be formed in different packages.
本実施形態において、各スイッチ部をIGBT及びMOSFETの並列接続体にて構成している理由は、低電流領域においてオン抵抗が低いMOSFETに電流を流通させることにより、低電流領域における損失を低減するためである。つまり、図2に示すように、電流が所定電流Ithよりも小さい低電流領域においては、MOSFETのオン抵抗がIGBTのオン抵抗よりも小さい。このため、低電流領域においては、互いに並列接続されたMOSFET及びIGBTのうち、MOSFETの方に電流が多く流れる。一方、電流が所定電流Ithよりも大きい大電流領域においては、IGBTのオン抵抗がMOSFETのオン抵抗よりも小さい。このため、大電流領域においては、互いに並列接続されたMOSFET及びIGBTのうち、IGBTの方に電流が多く流れる。なお、低電流領域においては、IGBT及びMOSFETのうち、MOSFETのみを駆動してもよい。 In the present embodiment, each switch section is configured by a parallel connection of an IGBT and a MOSFET because a current flows through a MOSFET having a low on-resistance in a low current region to reduce a loss in a low current region. That's why. That is, as shown in FIG. 2, in a low current region where the current is smaller than the predetermined current Ith, the on-resistance of the MOSFET is smaller than the on-resistance of the IGBT. For this reason, in the low current region, more current flows through the MOSFET out of the MOSFET and the IGBT connected in parallel with each other. On the other hand, in a large current region where the current is larger than the predetermined current Ith, the ON resistance of the IGBT is smaller than the ON resistance of the MOSFET. For this reason, in the large current region, of the MOSFET and the IGBT connected in parallel to each other, more current flows to the IGBT. In the low current region, only the MOSFET of the IGBT and the MOSFET may be driven.
また本実施形態において、各第1スイッチング素子SUHA,SULA,SVHA,SVLA,SWHA,SWLAに流通可能なコレクタ電流Icの最大値は、各第2スイッチング素子SUHB,SULB,SVHB,SVLB,SWHB,SWLBに流通可能なドレイン電流Idの最大値よりも大きく設定されている。 Further, in the present embodiment, the maximum value of the collector current Ic that can flow through each of the first switching elements SUHA, SULA, SVHA, SVLA, SWHA, SWLA is determined by each of the second switching elements SUHB, SULB, SVHB, SVLB, SWHB, SWLB. Is set to be larger than the maximum value of the drain current Id that can flow through the drain.
先の図1の説明に戻り、U相上アームスイッチ部20UHとU相下アームスイッチ部20ULとの接続点には、モータジェネレータ10のU相が接続されている。V相上アームスイッチ部20VHとV相下アームスイッチ部20VLとの接続点には、モータジェネレータ10のV相が接続されている。W相上アームスイッチ部20WHとW相下アームスイッチ部20WLとの接続点には、モータジェネレータ10のW相が接続されている。
Returning to the description of FIG. 1, the U-phase of the
制御システムは、電圧検出部23、相電流検出部24及び角度検出部25を備えている。電圧検出部23は、インバータ20の入力電圧を検出する。相電流検出部24は、モータジェネレータ10に流れる各相電流のうち、少なくとも2相分の電流を検出する。角度検出部25は、モータジェネレータ10の電気角θeを検出する。なお角度検出部25としては、例えばレゾルバを用いることができる。
The control system includes a
電圧検出部23、相電流検出部24及び角度検出部25の検出値は、制御装置30に入力される。制御装置30は、マイコンを主体として構成され、モータジェネレータ10の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ20を駆動する。本実施形態において、制御量はトルクであり、その指令値はトルク指令値Trq*である。詳しくは、制御装置30は、インバータ20を構成する各スイッチング素子SUHA,SUHB,SULA,SULB,SVHA,SVHB,SVLA,SVLB,SWHA,SWHB,SWLA,SWLBをオンオフ駆動すべく、電圧検出部23、相電流検出部24及び角度検出部25の検出値に基づいて、各駆動信号GUHA,GUHB,GULA,GULB,GVHA,GVHB,GVLA,GVLB,GWHA,GWHB,GWLA,GWLBを生成し、生成した各駆動信号を対応する各スイッチング素子のゲート駆動回路に対して出力する。ここで、上アーム側の駆動信号GUHA,GUHB,GVHA,GVHB,GWHA,GWHBと、対応する下アーム側の駆動信号GULA,GULB,GVLA,GVLB,GWLA,GWLBとは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、上アームスイッチング素子と、対応する下アームスイッチング素子とは、交互にオン状態とされる。
The detection values of the
続いて、図3を用いて、制御装置30により実行されるモータジェネレータ10のトルク制御について説明する。本実施形態では、電流フィードバック制御により、モータジェネレータ10のトルクをトルク指令値Trq*に制御する。
Subsequently, torque control of
2相変換部30aは、相電流検出部24により検出された相電流と、角度検出部25により検出された電気角θeとに基づいて、3相固定座標系におけるU,V,W相電流を2相回転座標系(dq座標系)におけるd軸電流Idr及びq軸電流Iqrに変換する。
The two-phase conversion unit 30a converts the U, V, and W phase currents in the three-phase fixed coordinate system based on the phase current detected by the phase
第1ローパスフィルタ30bは、2相変換部30aにより算出されたd軸電流Idrから高周波成分を除去する。第2ローパスフィルタ30cは、2相変換部30aにより算出されたq軸電流Iqrから高周波成分を除去する。
The first low-
速度算出部30dは、角度検出部25により検出された電気角θeに基づいて、モータジェネレータ10の電気角速度ωを算出する。
Speed calculating section 30d calculates electric angular velocity ω of
制御演算部30eは、制御装置30の外部から入力される車両情報と、電圧検出部23により検出された入力電圧VINVとに基づいて、モータジェネレータ10のトルク指令値Trq*を算出する。なお、上記車両情報には、例えば、車両の走行速度及びユーザのアクセル操作量等の情報が含まれる。
Control calculation unit 30e calculates torque command value Trq * of
制御演算部30eは、算出したトルク指令値Trq*が制御量制限値としてのトルク制限値Tlimを超えると判定した場合、トルク指令値Trq*をトルク制限値Tlimで制限する。本実施形態において、トルク制限値Tlimは、図4に示すように、電気角速度ωが所定角速度以下となる場合において一定値をとり、電気角速度ωが所定角速度以上となる場合において、電気角速度ωが高いほど小さく設定される。 When determining that the calculated torque command value Trq * exceeds the torque limit value Tlim as the control amount limit value, the control calculation unit 30e limits the torque command value Trq * with the torque limit value Tlim. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the torque limit value Tlim takes a constant value when the electric angular velocity ω is equal to or lower than a predetermined angular velocity, and when the electric angular velocity ω is equal to or higher than the predetermined angular velocity, The higher the value, the smaller the value.
指令電流算出部30fは、制御演算部30eから出力されたトルク指令値Trq*と、電気角速度ωとに基づいて、2相回転座標系における電流指令値であるd軸指令電流Id*と、q軸指令電流Iq*とを算出する。なお、d軸指令電流Id*及びq軸指令電流Iq*は、例えば、トルク指令値Trq*及び電気角速度ωと、d軸指令電流Id*及びq軸指令電流Iq*とが関係付けられたマップを用いて算出されればよい。 The command current calculation unit 30f calculates a d-axis command current Id *, which is a current command value in a two-phase rotating coordinate system, based on the torque command value Trq * output from the control calculation unit 30e and the electric angular velocity ω, and q The axis command current Iq * is calculated. The d-axis command current Id * and the q-axis command current Iq * are, for example, a map in which the torque command value Trq * and the electric angular velocity ω are associated with the d-axis command current Id * and the q-axis command current Iq *. It should just be calculated using.
d軸偏差算出部30gは、d軸指令電流Id*から第1ローパスフィルタ30bの出力値を減算することにより、d軸電流偏差ΔIdを算出する。q軸偏差算出部30hは、q軸指令電流Iq*から第2ローパスフィルタ30cの出力値を減算することにより、q軸電流偏差ΔIqを算出する。
The d-
d軸指令電圧算出部30iは、第1ローパスフィルタ30bの出力値をd軸指令電流Id*にフィードバック制御するための操作量として、d軸指令電圧Vd*を算出する。q軸指令電圧算出部30jは、第2ローパスフィルタ30cの出力値をq軸指令電流Iq*にフィードバック制御するための操作量として、q軸指令電圧Vq*を算出する。本実施形態では、上記フィードバック制御として、比例積分制御を用いている。
The d-axis command voltage calculation unit 30i calculates the d-axis command voltage Vd * as an operation amount for performing feedback control of the output value of the first low-
振幅位相算出部30kは、d軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*に基づいて、インバータ20の電圧ベクトルVrの大きさである電圧振幅Vnと、電圧ベクトルVrの位相である電圧位相δを算出する。なお本実施形態において、電圧位相δは、q軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向が正方向として定義されている。
Based on the d-axis command voltage Vd * and the q-axis command voltage Vq *, the amplitude /
INV信号生成部30mは、電圧振幅Vn、電圧位相δ及び入力電圧VINVに基づいて、各駆動信号GUHA,GUHB,GULA,GULB,GVHA,GVHB,GVLA,GVLB,GWHA,GWHB,GWLA,GWLBを生成する。本実施形態では、以下に説明する手法で各駆動信号を生成する。
The INV
INV信号生成部30mは、まず、入力電圧VINVで電圧振幅Vnを規格化した値である変調率Mを算出する。詳しくは、入力電圧VINVの「1/2」で電圧振幅Vnを除算することで変調率Mを算出する。そして、INV信号生成部30mは、変調率M毎に、電気角1周期における駆動信号の波形(パルスパターン)をマップデータとして記憶している。INV信号生成部30mは、算出した変調率Mに該当するパルスパターンを選択する。INV信号生成部30mは、選択したパルスパターンの出力タイミングを電圧位相δに基づいて設定することにより、駆動信号を生成する。
First, the INV
なお本実施形態において、各スイッチ部を構成する2つのスイッチング素子は、基本的には同時にオン駆動又はオフ駆動される。このため、各スイッチ部を構成する2つのスイッチング素子に対応する駆動信号は、基本的には同時にオン駆動指令又はオフ駆動指令とされる。例えば、U相第1上アームスイッチング素子SUHAの駆動信号GUHAと、U相第2上アームスイッチング素子SUHBの駆動信号GUHBとは、同じ駆動指令とされる。 In this embodiment, the two switching elements constituting each switch section are basically turned on or turned off at the same time. For this reason, the drive signals corresponding to the two switching elements constituting each switch section are basically simultaneously turned on or off. For example, the drive signal GUHA of the U-phase first upper arm switching element SUHA and the drive signal GUHB of the U-phase second upper arm switching element SUHB are the same drive command.
故障判定部30nは、INV信号生成部30mにより生成された駆動信号と、相電流検出部24により検出された相電流とに基づいて、インバータ20を構成する各スイッチング素子に故障が生じているか否かを判定する。
The failure determination unit 30n determines whether a failure has occurred in each switching element included in the
図5に、本実施形態に係る故障判定処理の手順を示す。この処理は、故障判定部30nにより、所定の実行条件が成立したと判定された場合に実行される。なお、所定の実行条件とは、例えば、制御システムの起動時であるとの条件、個別フェール条件、又は一括フェール条件である。ここで、個別フェール条件とは、インバータ20を構成するスイッチング素子に対応して制御装置30まで個別に信号伝達経路が備えられる構成において、いずれかのスイッチング素子に故障が生じている旨の情報が個別の信号伝達経路を介して取得されたとの条件である。また、一括フェール条件とは、インバータ20を構成するスイッチング素子に対応して制御装置30まで共通の信号伝達経路が備えられる構成において、いずれかのスイッチング素子に故障が生じている旨の情報が共通の信号伝達経路を介して取得されたとの条件である。
FIG. 5 shows a procedure of a failure determination process according to the present embodiment. This process is executed when the failure determination unit 30n determines that a predetermined execution condition is satisfied. The predetermined execution condition is, for example, a condition that the control system is activated, an individual fail condition, or a collective fail condition. Here, the individual fail condition refers to information indicating that a failure has occurred in any one of the switching elements in a configuration in which a signal transmission path is individually provided to the
この一連の処理では、まずステップS10において、インバータ20を構成する上アームスイッチング素子SUHA,SUHB,SVHA,SVHB,SWHA,SWHBのうちいずれか1つと、インバータ20を構成する下アームスイッチング素子SULA,SULB,SVLA,SVLB,SWLA,SWLBのうちいずれか1つとを選択する。そして、選択した2つのスイッチング素子に対する駆動信号として、INV信号生成部30mからオン駆動指令を出力させる。ここでは、2つのスイッチング素子の組み合わせとして、例えばU相第1上アームスイッチング素子SUHA及びU相第2下アームスイッチング素子SULB等、同相の上,下アームスイッチング素子をオン駆動対象から除外する。これは、スイッチング素子に短絡電流が流れるのを回避するためである。
In this series of processing, first, in step S10, any one of the upper arm switching elements SUHA, SUHB, SVHA, SVHB, SWHA, SWHB constituting the
続くステップS11,S12では、相電流検出部24による相電流の検出結果に基づいて、選択したスイッチング素子が正常であるか、又は選択したスイッチング素子にオープン故障若しくはショート故障が生じているかを判定する。
In the following steps S11 and S12, it is determined based on the detection result of the phase current by the phase
詳しくは、オン駆動した2相に電流が流れたと判定した場合、選択した2つのスイッチング素子が正常であると判定する。図6(a)に、U相第1上アームスイッチング素子SUHAとW相第1下アームスイッチング素子SWLAとがオン駆動対象として選択された例を示す。この例では、相電流検出部24の検出値に基づいてU,W相に電流が流れたと判定され、U相第1上アームスイッチング素子SUHAとW相第1下アームスイッチング素子SWLAとが正常であると判定される。なお図6では、スイッチング素子を簡略化して示している。また図6では、一部の構成のみに符号を付している。
Specifically, when it is determined that a current flows in the two phases that are turned on, it is determined that the two selected switching elements are normal. FIG. 6A shows an example in which the U-phase first upper arm switching element SUHA and the W-phase first lower arm switching element SWLA are selected as ON drive targets. In this example, it is determined that a current has flowed in the U and W phases based on the detection value of the phase
一方、オン駆動した2相に電流が流れないと判定した場合、選択した2つのスイッチング素子のうちいずれかにオープン故障が生じていると判定する。図6(b)に、U相第1上アームスイッチング素子SUHAとW相第1下アームスイッチング素子SWLAとがオン駆動対象として選択された場合において、W相第1下アームスイッチング素子SWLAにオープン故障が生じている例を示す。この例では、いずれの相にも電流が流れていないと判定され、U相第1上アームスイッチング素子SUHAとW相第1下アームスイッチング素子SWLAとのうちいずれかにオープン故障が生じていると判定される。 On the other hand, if it is determined that no current flows through the two phases that have been turned on, it is determined that an open failure has occurred in one of the two selected switching elements. FIG. 6B shows an open failure in the W-phase first lower arm switching element SWLA when the U-phase first upper arm switching element SUHA and the W-phase first lower arm switching element SWLA are selected as ON drive targets. The following shows an example in which is generated. In this example, it is determined that no current flows in any of the phases, and that an open failure has occurred in any of the U-phase first upper arm switching element SUHA and the W-phase first lower arm switching element SWLA. Is determined.
他方、オン駆動した2相以外の相にも電流が流れたと判定した場合、オン駆動していない相を構成するいずれかのスイッチング素子にショート故障が生じていると判定する。図6(c)に、U相第1上アームスイッチング素子SUHAとV相第1下アームスイッチング素子SVLAとがオン駆動対象として選択された場合において、W相第1下アームスイッチング素子SWLAにショート故障が生じている例を示す。この例では、オン駆動したU,V相以外のW相にも電流が流れたと判定され、W相を構成するスイッチング素子のいずれかにショート故障が生じていると判定される。 On the other hand, if it is determined that a current has flowed into a phase other than the two phases that have been turned on, it is determined that a short-circuit fault has occurred in one of the switching elements that constitute the phase that is not turned on. FIG. 6C shows a short-circuit fault in the W-phase first lower arm switching element SWLA when the U-phase first upper arm switching element SUHA and the V-phase first lower arm switching element SVLA are selected as ON drive targets. The following shows an example in which is generated. In this example, it is determined that a current has also flowed into the W-phase other than the U- and V-phases that have been turned on, and it is determined that a short-circuit fault has occurred in any of the switching elements constituting the W-phase.
先の図5の説明に戻り、ステップS13では、上,下アームスイッチング素子の全ての組み合わせのうち同相の上,下アームスイッチング素子の組み合わせ以外のものについて、ステップS10〜S12までの処理が終了したか否かを判定する。ステップS13において肯定判定されるまで、オン駆動される上,下アームスイッチング素子が切り替えられる。これにより、インバータ20を構成するスイッチング素子のうち、いずれにオープン故障が生じているかを判定することができる。
Returning to the description of FIG. 5, in step S13, the processes of steps S10 to S12 are completed for all combinations of the upper and lower arm switching elements other than the combination of the upper and lower arm switching elements of the same phase. It is determined whether or not. Until an affirmative determination is made in step S13, the upper and lower arm switching elements that are turned on are switched. This makes it possible to determine which of the switching elements included in the
続いて、制御演算部30eにより実行されるトルク制限処理について説明する。この処理は、インバータ20を構成するスイッチング素子にオープン故障が生じた場合であっても、モータジェネレータ10の制御性を、オープン故障が生じていない正常時の制御性と同等にするためになされる。
Next, the torque limiting process executed by the control calculation unit 30e will be described. This processing is performed to make the controllability of the
つまり、従来、インバータ20を構成するスイッチング素子にオープン故障が生じた場合において、例えば、同じアーム側の3相のスイッチング素子をオンさせる3相オン制御や、2相分のスイッチング素子を駆動させる2相駆動制御をフェールセーフ動作として行うものもある。しかしながら、3相オン制御を行う場合には、モータジェネレータ10のトルク制御を行うことができないといった問題が生じる。また、2相駆動制御を行う場合には、モータジェネレータ10のトルクリプルが増加したり、トルク応答性が悪化したりするといった問題が生じる。このように、従来の技術では、モータジェネレータ10の制御性が低下することとなり、車両の退避走行に支障がでる懸念がある。オープン故障時に発生するこうした問題を解決して車両を安全に退避走行させるべく、本実施形態では、上記トルク制限処理を行う。
In other words, conventionally, when an open fault occurs in the switching element constituting the
図7に、トルク制限処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。 FIG. 7 shows the procedure of the torque limiting process. This process is repeatedly performed at a predetermined cycle, for example.
この一連の処理では、まずステップS20において、故障判定部30nから取得した判定結果に基づいて、インバータ20を構成する各スイッチング素子の中にショート故障又はオープン故障が生じているものがあるか否かを判定する。
In this series of processing, first, in step S20, based on the determination result obtained from the failure determination unit 30n, it is determined whether or not there is a short-circuit failure or an open failure among the switching elements included in the
ステップS20においてショート故障又はオープン故障が生じているスイッチング素子がないと判定した場合には、ステップS21に進み、トルク制限値Tlimを先の図4に示した態様で設定する処理と、インバータ20の通常の駆動制御処理とを含む正常走行処理を行う。 If it is determined in step S20 that there is no switching element in which a short-circuit failure or an open failure has occurred, the process proceeds to step S21, in which the torque limit value Tlim is set in the manner shown in FIG. A normal traveling process including a normal drive control process is performed.
一方、ステップS20においてショート故障又はオープン故障が生じているスイッチング素子があると判定した場合には、ステップS22に進む。ステップS22では、故障したスイッチング素子の故障モードがショート故障であるか否かを判定する。ステップS22において故障モードがショート故障でないと判定した場合には、ステップS23に進み、第1条件及び第2条件の論理積が真であるか否かを判定する。ここで第1条件は、インバータ20を構成する各スイッチ部20UH,20VH,20WH,20UL,20VL,20WLのうち、オープン故障が生じたスイッチング素子を含むスイッチ部が1つだけであるとの条件である。第2条件は、オープン故障が生じたスイッチング素子を含むスイッチ部において、オープン故障したスイッチング素子が、第1スイッチング素子(IGBT)又は第2スイッチング素子(MOSFET)のいずれか一方であるとの条件である。
On the other hand, if it is determined in step S20 that there is a switching element in which a short failure or an open failure has occurred, the process proceeds to step S22. In step S22, it is determined whether the failure mode of the failed switching element is a short-circuit failure. If it is determined in step S22 that the failure mode is not the short-circuit failure, the process proceeds to step S23, and it is determined whether the logical product of the first condition and the second condition is true. Here, the first condition is a condition that among the switch units 20UH, 20VH, 20WH, 20UL, 20VL, and 20WL constituting the
ステップS22において故障モードがショート故障であると判定した場合、又はステップS23において否定判定した場合には、ステップS24に進み、インバータ20の動作を停止させて車両の走行を停止させる処理を行う。
If it is determined in step S22 that the failure mode is a short-circuit failure, or if a negative determination is made in step S23, the process proceeds to step S24 to perform a process of stopping the operation of the
一方、ステップS23において肯定判定した場合には、ステップS25に進み、オープン故障が生じたスイッチング素子を含むスイッチ部において、オープン故障したスイッチング素子が第1スイッチング素子(IGBT)であるか否かを判定する。 On the other hand, if an affirmative determination is made in step S23, the process proceeds to step S25 to determine whether or not the switching element having the open failure is the first switching element (IGBT) in the switch section including the switching element in which the open failure has occurred. I do.
ステップS25において否定判定した場合には、オープン故障したスイッチング素子が第2スイッチング素子(MOSFET)と判定し、ステップS26に進む。ステップS26では、図8(a)に示すように、電気角速度ω及び入力電圧VINVに基づいて、トルク制限値Tlimを設定する。詳しくは、ステップS26で設定されるトルク制限値Tlimは、先の図4に示したトルク制限値Tlimよりも小さくなる。ここでは、トルク制限値Tlimが一定値とされる電気角速度ωの上限値である上記所定角速度は、入力電圧VINVが低いほど低くされる。 If a negative determination is made in step S25, the switching element having the open failure is determined to be the second switching element (MOSFET), and the process proceeds to step S26. In step S26, as shown in FIG. 8A, a torque limit value Tlim is set based on the electrical angular velocity ω and the input voltage VINV. Specifically, the torque limit value Tlim set in step S26 is smaller than the torque limit value Tlim shown in FIG. Here, the predetermined angular velocity, which is the upper limit of the electrical angular velocity ω at which the torque limit value Tlim is a constant value, is reduced as the input voltage VINV is lower.
ステップS26の処理の完了後、第2スイッチング素子に対応する駆動信号をオフ駆動指令とし、第1スイッチング素子を駆動させる旨の指令をINV信号生成部30mに対して出力する。これにより、オープン故障が生じた第2スイッチング素子を含むスイッチ部において、オープン故障が生じていない方の第1スイッチング素子のオンオフ駆動を継続できる。
After the process of step S26 is completed, the drive signal corresponding to the second switching element is set as an off-drive command, and a command to drive the first switching element is output to the INV
先の図7の説明に戻り、ステップS25において肯定判定した場合には、オープン故障したスイッチング素子が第1スイッチング素子(IGBT)と判定し、ステップS27に進む。ステップS27では、図8(b)に示すように、電気角速度ω及び入力電圧VINVに基づいて、トルク制限値Tlimを設定する。詳しくは、ステップS27で設定されるトルク制限値Tlimは、ステップS26で設定されるトルク制限値Tlimよりも小さくなる。 Returning to the description of FIG. 7, when the affirmative determination is made in step S25, the switching element having the open failure is determined to be the first switching element (IGBT), and the process proceeds to step S27. In step S27, as shown in FIG. 8B, the torque limit value Tlim is set based on the electric angular velocity ω and the input voltage VINV. Specifically, the torque limit value Tlim set in step S27 is smaller than the torque limit value Tlim set in step S26.
ステップS27の処理の完了後、第1スイッチング素子に対応する駆動信号をオフ駆動指令とし、第2スイッチング素子を駆動させる旨の指令をINV信号生成部30mに対して出力する。これにより、オープン故障が生じた第1スイッチング素子を含むスイッチ部において、オープン故障が生じていない方の第2スイッチング素子のオンオフ駆動を継続できる。
After the completion of the process in step S27, the drive signal corresponding to the first switching element is set as an off-drive command, and a command to drive the second switching element is output to the INV
ステップS21,S24,S26,S27の処理が完了した場合には、ステップS20に戻る。 When the processes in steps S21, S24, S26, and S27 are completed, the process returns to step S20.
なお、ステップS26,S27において、スイッチング素子の温度をさらに用いてトルク制限値Tlimを設定してもよい。詳しくは、図9に示すように、スイッチング素子の温度が高いほど、トルク制限値Tlimを低く設定すればよい。ここでスイッチング素子の温度は、例えば、感温ダイオード又はサーミスタ等の温度検出部により検出されればよい。 In steps S26 and S27, the torque limit value Tlim may be set by further using the temperature of the switching element. Specifically, as shown in FIG. 9, the higher the temperature of the switching element, the lower the torque limit value Tlim may be set. Here, the temperature of the switching element may be detected by a temperature detecting unit such as a temperature-sensitive diode or a thermistor.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
各スイッチ部20UH〜20WLを構成する2つのスイッチング素子のそれぞれを個別に駆動可能とした。このため、2つのスイッチング素子のうち、一方にオープン故障が生じた場合であっても、他方のスイッチング素子をオンオフ駆動できる。これにより、インバータ20の動作を継続でき、車両の走行を継続できる。その結果、車両の退避走行を安全に行ったり、退避走行距離を伸ばしたりすることができる。
Each of the two switching elements constituting each of the switch units 20UH to 20WL can be individually driven. Therefore, even if an open failure occurs in one of the two switching elements, the other switching element can be turned on and off. Thus, the operation of the
オープン故障が生じていると判定された場合、オープン故障が生じていないと判定された場合よりもトルク制限値Tlimを小さく設定した。このため、オープン故障が生じた場合にインバータ20を構成するスイッチング素子1つあたりが担う電流量を制限でき、インバータ20の動作を継続しつつ、スイッチング素子の信頼性の低下を回避できる。
When it is determined that an open failure has occurred, the torque limit value Tlim is set smaller than when it is determined that no open failure has occurred. For this reason, when an open fault occurs, the amount of current carried by one switching element included in the
トルク制限値Tlimを変更することにより、スイッチ部に流れる電流を制限した。このため、電流の制限を簡易に実施できる。また、オープン故障前後で制御装置30における電流フィードバック制御を変更することなく、オープン故障時に正常時と同等の制御性でモータジェネレータ10の駆動を継続できる。
By changing the torque limit value Tlim, the current flowing through the switch unit was limited. Therefore, the current can be easily limited. Further, the drive of the
電気角速度ω及び入力電圧VINVに基づいて、トルク制限値Tlimを設定した。このため、モータジェネレータ10の駆動状態に応じてトルク指令値Trq*を精度よく制限できる。
The torque limit value Tlim was set based on the electric angular velocity ω and the input voltage VINV. Therefore, torque command value Trq * can be accurately limited according to the driving state of
スイッチ部を構成する2つのスイッチング素子のうち、最大電流値が大きい第1スイッチング素子(IGBT)にオープン故障が生じたと判定された場合におけるトルク制限値Tlimを、最大電流値が小さい第2スイッチング素子(MOSFET)にオープン故障が生じたと判定された場合におけるトルク制限値Tlimよりも小さく設定した。これにより、スイッチング素子の仕様に基づいてトルク制限値Tlimを適正に設定でき、スイッチング素子に流れる電流を適正に制限できる。 The torque limit value Tlim when it is determined that an open failure has occurred in the first switching element (IGBT) having a large maximum current value among the two switching elements constituting the switch section, and the second switching element having a small maximum current value. (MOSFET) is set to be smaller than the torque limit value Tlim when it is determined that an open failure has occurred. Thus, the torque limit value Tlim can be appropriately set based on the specifications of the switching element, and the current flowing through the switching element can be appropriately limited.
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図10に示すように、制御演算部30eにより実行されるトルク制限処理を変更する。なお図10において、先の図7に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
(2nd Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the torque limiting process executed by the control calculation unit 30e is changed. In FIG. 10, the same processes as those shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals for convenience.
この一連の処理では、ステップS22において否定判定した場合には、ステップS30に進む。ステップS30では、インバータ20を構成するいずれかのスイッチ部の第1スイッチング素子(IGBT)及び第2スイッチング素子(MOSFET)の双方がオープン故障しているか否かを判定する。この処理は、例えばU相第1上アームスイッチング素子SUHA及びU相第2上アームスイッチング素子SUHBの双方がオープン故障する等、いずれかのスイッチ部の第1,第2スイッチング素子の双方がオープン故障した場合以外は、車両の走行を継続させるためになされる。なお図11(a)には、ステップS30で肯定判定される場合の例として、U相第1,第2上アームスイッチング素子SUHA,SUHBがオープン故障している場合を示す。また図11(b)には、ステップS30で否定判定される場合の例として、U相第2上アームスイッチング素子SUHBとV相第2下アームスイッチング素子SVLBとがオープン故障している場合を示す。
In this series of processing, if a negative determination is made in step S22, the process proceeds to step S30. In step S30, it is determined whether or not both the first switching element (IGBT) and the second switching element (MOSFET) of any one of the switch units included in the
ステップS30において肯定判定した場合には、いずれかのスイッチ部の第1,第2スイッチング素子の双方がオープン故障したと判定し、ステップS24に進む。 If an affirmative determination is made in step S30, it is determined that both the first and second switching elements of one of the switch units have an open failure, and the process proceeds to step S24.
一方、ステップS30において否定判定した場合には、ステップS31に進み、オープン故障したスイッチング素子に第1スイッチング素子(IGBT)が含まれるか否かを判定する。ここで図11(c)には、ステップS31において肯定判定される例を示す。また図11(b)には、ステップS31において否定判定される例を示す。 On the other hand, if a negative determination is made in step S30, the process proceeds to step S31, and it is determined whether the first switching element (IGBT) is included in the switching element in which the open failure has occurred. Here, FIG. 11C shows an example in which a positive determination is made in step S31. FIG. 11B shows an example in which a negative determination is made in step S31.
ステップS31において否定判定した場合には、ステップS26に進む。一方、ステップS31において肯定判定した場合には、ステップS27に進む。ちなみに、ステップS26,S27において、上記第1実施形態で説明したように、スイッチング素子の温度を用いてトルク制限値Tlimを設定してもよい。 If a negative determination is made in step S31, the process proceeds to step S26. On the other hand, when an affirmative determination is made in step S31, the process proceeds to step S27. Incidentally, in steps S26 and S27, the torque limit value Tlim may be set using the temperature of the switching element as described in the first embodiment.
以上説明した本実施形態によれば、2つ以上のスイッチ部のそれぞれで第1,第2スイッチング素子のいずれかのオープン故障が生じたと判定された場合、第1スイッチング素子(IGBT)がオープン故障したと判定された場合におけるトルク制限値Tlimが、第2スイッチング素子(MOSFET)がオープン故障したと判定された場合におけるトルク制限値Tlimよりも小さく設定される。これにより、インバータ20の動作をより継続しつつ、スイッチング素子の信頼性の低下を回避できる。
According to the present embodiment described above, when it is determined that an open failure of any of the first and second switching elements has occurred in each of the two or more switch units, the first switching element (IGBT) has an open failure. The torque limit value Tlim in the case where it is determined to have been set is set smaller than the torque limit value Tlim in the case where it is determined that the second switching element (MOSFET) has an open failure. Thereby, it is possible to avoid a decrease in the reliability of the switching element while continuing the operation of the
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、インバータ20を構成するスイッチング素子のオープン故障の判定手法を変更する。詳しくは、スイッチング素子の高電位側端子及び低電位側端子の電位差に基づいて、オープン故障が生じているか否かを判定する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. In the present embodiment, a method of determining an open failure of a switching element included in the
図12に、オープン故障を判定する異常判定部26を示す。本実施形態において、異常判定部26は、各スイッチング素子に対応して個別に設けられている。各異常判定部26には、自身に対応する駆動信号がINV信号生成部30mから入力される。各異常判定部26の判定結果は、故障判定部30nに入力される。図12には、U相第1上アームスイッチング素子SUHAに対応する異常判定部26を例示した。図12に示す例では、異常判定部26は、U相第1上アームスイッチング素子SUHAのコレクタ及びエミッタ間電圧Vceを取得し、取得したコレクタ及びエミッタ間電圧Vceに基づいて、オープン故障の有無を判定する。
FIG. 12 shows an
図13に、異常判定部26により実行される故障判定処理を示す。なお図13では、U相第1上アームスイッチング素子SUHAを例にして説明する。
FIG. 13 shows a failure determination process performed by the
この一連の処理では、まずステップS40において、駆動信号GUHAがオン駆動指令であるか否かを判定する。 In this series of processing, first, in step S40, it is determined whether or not the drive signal GUHA is an ON drive command.
ステップS40において肯定判定した場合には、ステップS41に進み、取得したコレクタ及びエミッタ間電圧Vceが、U相第1上アームスイッチング素子SUHAのオン電圧Vonよりも高いか否かを判定する。ここでオン電圧Vonは、U相第1上アームスイッチング素子SUHAがオン状態とされている場合に想定されるコレクタ及びエミッタ間電圧Vceの最大値に設定されればよい。 If an affirmative determination is made in step S40, the process proceeds to step S41, in which it is determined whether the acquired collector-emitter voltage Vce is higher than the ON voltage Von of the U-phase first upper arm switching element SUHA. Here, the ON voltage Von may be set to the maximum value of the collector-emitter voltage Vce assumed when the U-phase first upper arm switching element SUHA is in the ON state.
ステップS41において肯定判定した場合には、ステップS42に進み、U相第1上アームスイッチング素子SUHAがオープン故障していると判定する。 When an affirmative determination is made in step S41, the process proceeds to step S42, and it is determined that the U-phase first upper arm switching element SUHA has an open failure.
なお、故障判定部30nは、各異常判定部26から取得した判定結果に基づいて、いずれのスイッチング素子にオープン故障が生じているかを判定する。
The failure determination unit 30n determines which switching element has an open failure based on the determination result obtained from each
以上説明した本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
(第4実施形態)
以下、第4実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図14に示すように、制御システムとして、モータジェネレータ及びインバータを2組備えるものを用いる。なお図14において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 14, a control system including two sets of a motor generator and an inverter is used. In FIG. 14, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals for convenience.
図示されるように、制御システムは、昇圧コンバータ50、第1インバータ20a、第1モータジェネレータ10a、第2インバータ20b、第2モータジェネレータ10b、及び車載主機としてのエンジン60を備えている。エンジン60、第1モータジェネレータ10a及び第2モータジェネレータ10bは、動力分割機構61で接続されており、第2モータジェネレータ10bの出力軸には駆動輪40が接続されている。本実施形態では、各モータジェネレータ10a,10bとして、上記第1実施形態のモータジェネレータ10と同じ永久磁石同期機を用いている。なお本実施形態において、昇圧コンバータ50、第1インバータ20a及び第2インバータ20bが電力変換器に相当する。また、第1インバータ20a及び第2インバータ20bが電気機器に相当する。
As illustrated, the control system includes a
昇圧コンバータ50は、第1コンデンサ51、リアクトル52及び第2コンデンサ53を備えている。また、昇圧コンバータ50は、上アーム変圧スイッチ部50CHと、下アーム変圧スイッチ部50CLとを備えている。
The
上アーム変圧スイッチ部50CHは、第1上アーム変圧スイッチング素子SCHAと、第2上アーム変圧スイッチング素子SCHBとの並列接続体を備えている。下アーム変圧スイッチ部50CLは、第1下アーム変圧スイッチング素子SCLAと、第2下アーム変圧スイッチング素子SCLBとの並列接続体を備えている。第1上アーム変圧スイッチング素子SCHA及び第2上アーム変圧スイッチング素子SCHBのそれぞれの低電位側端子には、第1下アーム変圧スイッチング素子SCLA及び第2下アーム変圧スイッチング素子SCLBのそれぞれの高電位側端子が接続されている。 The upper-arm transformation switch unit 50CH includes a parallel connection of a first upper-arm transformation switching element SCHA and a second upper-arm transformation switching element SCHB. The lower arm transformation switch unit 50CL includes a parallel connection of a first lower arm transformation switching element SCLA and a second lower arm transformation switching element SCLB. The low potential side terminals of the first upper arm transformation switching element SCHA and the second upper arm transformation switching element SCLB are connected to the respective high potential sides of the first lower arm transformation switching element SCLA and the second lower arm transformation switching element SCLB. Terminal is connected.
本実施形態では、第1上,下アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCLAとして、IGBTを用いており、第2上,下アーム変圧スイッチング素子SCHB,SCLBとして、NチャネルMOSFETを用いている。なお、第1上,下アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCLAには、フリーホイールダイオードDHA,DLAが逆並列に接続されている。また、第2上,下アーム変圧スイッチング素子SCHB,SCLBには、寄生ダイオードDHB,DLBが形成されている。ちなみに、第2上,下アーム変圧スイッチング素子SCHB,SCLBにフリーホイールダイオードを逆並列に接続してもよい。また、互いに並列接続されたIGBT及びMOSFETは、同一パッケージにて構成されていてもよいし、それぞれ別のパッケージにて構成されていてもよい。 In the present embodiment, an IGBT is used as the first upper and lower arm transforming switching elements SCHA and SCLA, and an N-channel MOSFET is used as the second upper and lower arm transforming switching elements SCHB and SCLB. Freewheel diodes DHA and DLA are connected in anti-parallel to the first upper and lower arm transformation switching elements SCHA and SCLA. Parasitic diodes DHB and DLB are formed in the second upper and lower arm transformation switching elements SCHB and SCLB. Incidentally, a freewheel diode may be connected in anti-parallel to the second upper and lower arm transformation switching elements SCHB and SCLB. Further, the IGBT and the MOSFET connected in parallel to each other may be formed in the same package, or may be formed in different packages.
本実施形態において、各スイッチ部50CH,50CLをIGBT及びMOSFETの並列接続体にて構成している理由は、上記第1実施形態と同様に、低電流領域における損失を低減するためである。 In the present embodiment, the reason that each of the switch units 50CH and 50CL is configured by a parallel connection of the IGBT and the MOSFET is to reduce the loss in the low current region as in the first embodiment.
また本実施形態において、第1上,下アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCLAに流通可能なコレクタ電流Icの最大値は、第2上,下アーム変圧スイッチング素子SCHB,SCLBに流通可能なドレイン電流Idの最大値よりも大きく設定されている。 In this embodiment, the maximum value of the collector current Ic that can flow through the first upper and lower arm transformation switching elements SCHA and SCLA is the maximum value of the drain current Id that can flow through the second upper and lower arm transformation switching elements SCHB and SCLB. It is set higher than the maximum value.
上アーム変圧スイッチ部50CHと下アーム変圧スイッチ部50CLとの直列接続体には、第2コンデンサ53が並列接続されている。上アーム変圧スイッチ部50CHと下アーム変圧スイッチ部50CLとの接続点には、リアクトル52の第1端が接続され、リアクトル52の第2端には、バッテリ21の正極端子が接続されている。バッテリ21の負極端子には、第1下アーム変圧スイッチング素子SCLAのエミッタと、第2下アーム変圧スイッチング素子SCLBのソースとが接続されている。バッテリ21には、第1コンデンサ51が並列接続されている。
A
昇圧コンバータ50の第2コンデンサ53側には、第1インバータ20a及び第2インバータ20bが接続されている。第1インバータ20aには、第1モータジェネレータ10aが接続されている。第1モータジェネレータ10aは、動力分割機構61を介してエンジン60と接続されており、発電機やエンジン60のスタータとしての役割を果たす。第2インバータ20bには、第2モータジェネレータ10bが接続されている。第2モータジェネレータ10bは、上記第1実施形態のモータジェネレータ10と同様に、車載主機等の役割を果たす。なお、各インバータ20a,20bの構成は、上記第1実施形態のインバータ20の構成と同様であるため、詳細な説明を省略する。
The first inverter 20a and the
制御システムは、昇圧コンバータ50の入力電圧を検出する第1電圧検出部70と、各インバータ20a,20bの入力電圧を検出する第2電圧検出部71と、リアクトル52に流れる電流を検出するリアクトル電流検出部72とを備えている。また、制御システムは、第1相電流検出部24a、第2相電流検出部24b、第1角度検出部25a、及び第2角度検出部25bを備えている。第1,第2相電流検出部24a,24bは、第1,第2モータジェネレータ10a,10bに流れる各相電流のうち、少なくとも2相分の電流を検出する。第1,第2角度検出部25a,25bは、第1,第2モータジェネレータ10a,10bの電気角θe1,θe2を検出する。
The control system includes a
各検出部の検出値は、制御装置30に入力される。制御装置30は、第1モータジェネレータ10aのトルクを第1トルク指令値に制御すべく、第1インバータ20aを駆動し、第2モータジェネレータ10bのトルクを第2トルク指令値に制御すべく、第2インバータ20bを駆動する。この際、昇圧コンバータ50も駆動される。昇圧コンバータ50では、第1,第2下アーム変圧スイッチング素子SCLA,SCLBと、第1,第2上アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCHBとが交互にオン状態とされる。
The detection value of each detection unit is input to the
上述した態様で各変圧スイッチング素子を駆動すべく、制御装置30は、昇圧コンバータ50を構成する各変圧スイッチング素子SCHA,SCHB,SCLA,SCLBの各駆動信号GCHA,GCHB,GCLA,GCLBを生成し、生成した各駆動信号を対応する各変圧スイッチング素子のゲート駆動回路に対して出力する。
In order to drive each of the transformation switching elements in the above-described manner,
ちなみに制御装置30は、第1相電流検出部24a及び第1角度検出部25aの検出値に基づいて第1インバータ20aを駆動し、第2相電流検出部24b及び第2角度検出部25bの検出値に基づいて第2インバータ20bを駆動する。また制御装置30は、第1インバータ20a及び第2インバータ20bのそれぞれにおいて、オープン故障が生じた場合に上記第1実施形態と同様のトルク制限処理を行う。ただし本実施形態では、これら処理の詳細な説明を省略する。
Incidentally, the
続いて、図15を用いて、昇圧コンバータ50の力行駆動時における昇圧処理について説明する。この処理は、制御装置30により実行される。
Next, the boosting process when the boosting
指令値算出部80aは、上記車両情報に基づいて、第1インバータ20a及び第2インバータ20bのそれぞれの指令出力電力の合計値である合計電力指令値P*を算出する。なお、第1インバータ20aの指令出力電力に基づいて第1トルク指令値が設定され、第2インバータ20bの指令出力電力に基づいて第2トルク指令値が設定される。ちなみに、各インバータ20a,20bや各モータジェネレータ10a,10bの損失分を考慮して合計電力指令値P*を算出してもよい。
The command value calculation unit 80a calculates a total power command value P *, which is a total value of command output powers of the first inverter 20a and the
指令値算出部80aは、算出した合計電力指令値P*に基づいて、図16(a)に示すように、昇圧コンバータ50の出力電圧の指令値である指令出力電圧VH*を算出する。本実施形態において、指令出力電圧VH*は、合計電力指令値P*が第1所定値P1以下となる場合において第1電圧VH1に設定され、合計電力指令値P*が第1所定値P1以上となる場合において、合計電力指令値P*が大きいほど高く設定される。また、指令出力電圧VH*は、合計電力指令値P*が第1所定値P1よりも大きい第2所定値P2以上となる場合において、第1電圧VH1よりも大きい第2電圧VH2に設定される。
Command value calculation section 80a calculates a command output voltage VH *, which is a command value of the output voltage of
また指令値算出部80aは、第1インバータ20a及び第2インバータ20bのそれぞれの実際の出力電力の合計値である実合計電力値Prを算出する。指令値算出部80aは、算出した実合計電力値Prが電力制限値Plimを超えると判定した場合、図16(b)に示すように、実合計電力値Prを電力制限値Plimで制限するように、第1インバータ20a及び第2インバータ20bを駆動する。なお、実合計電力値Prが制限された場合、制限後の実合計電力値Prに基づいて、第1トルク指令値及び第2トルク指令値が再度設定される。
The command value calculation unit 80a calculates an actual total power value Pr that is a total value of the actual output power of each of the first inverter 20a and the
電圧偏差算出部80bは、指令出力電圧VH*から、第2電圧検出部71により検出された入力電圧VHrを減算することにより、電圧偏差ΔVを算出する。
The voltage deviation calculator 80b calculates the voltage deviation ΔV by subtracting the input voltage VHr detected by the
FB時比率設定部80cは、電圧偏差ΔVを入力とした比例積分制御に基づいて、1スイッチング周期Tswあたりのオン駆動期間Tonの比率である時比率(=Ton/Tsw)を算出する。以下、FB時比率設定部80cで設定された時比率をフィードバック時比率Dutyfbと称すこととする。 The FB duty ratio setting unit 80c calculates a duty ratio (= Ton / Tsw), which is a ratio of the ON drive period Ton per one switching cycle Tsw, based on the proportional integral control using the voltage deviation ΔV as an input. Hereinafter, the duty ratio set by the FB duty ratio setting unit 80c is referred to as a feedback duty ratio Dutyfb.
FF時比率設定部80dは、指令出力電圧VH*と、第1電圧検出部70により検出された入力電圧VLrとに基づいて、フィードフォワード操作量としてのフィードフォワード時比率Dutyffを算出する。本実施形態では、下式(1)を用いてフィードフォワード時比率Dutyffを算出する。
The FF duty ratio setting unit 80d calculates a feedforward duty ratio Dutyff as a feedforward manipulated variable based on the command output voltage VH * and the input voltage VLr detected by the first
CNV信号生成部80fは、指令時比率Dutyに基づいて、各駆動信号GCHA,GCHB,GCLA,GCLBを生成する。本実施形態では、指令時比率Dutyと三角波等のキャリアとの大小比較に基づくPWM処理により、駆動信号GCHA,GCHB,GCLA,GCLBを生成する。 The CNV signal generation section 80f generates the drive signals GCHA, GCHB, GCLA, GCLB based on the command duty ratio Duty. In the present embodiment, the drive signals GCHA, GCHL, GCLA, and GCLB are generated by PWM processing based on the magnitude comparison between the command duty ratio Duty and a carrier such as a triangular wave.
続いて、制御装置30を構成する故障判定部により実行される故障判定処理について説明する。この処理は、故障判定部により、上記所定の実行条件が成立したと判定された場合に実行される。
Subsequently, a failure determination process performed by a failure determination unit included in the
まず、図17を用いて、昇圧コンバータ50を構成する第1,第2上アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCHBの故障判定手法について説明する。
First, a failure determination method for the first and second upper arm transformation switching elements SCHA and SCHB constituting the
この一連の処理では、まずステップS50において、第1,第2インバータ20a,20b側から昇圧コンバータ50を介してバッテリ21側へと電力が供給される回生駆動を実施すべく、第1,第2インバータ20a,20bを制御する。
In this series of processing, first, in step S50, the first and
続くステップS51では、第1,第2上アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCHBのいずれか一方に対応する駆動信号GCHA,GCHBをオン駆動指令とする。 In a succeeding step S51, drive signals GCHA and GCNB corresponding to either one of the first and second upper arm transformation switching elements SCHA and SCHB are set as ON drive commands.
続くステップS52では、オン駆動した変圧スイッチング素子に流れる電流を検出する。本実施形態では、変圧スイッチング素子に設けられたセンス端子から出力されるセンス電流を検出する。 In a succeeding step S52, a current flowing through the on-drive transformation switching element is detected. In the present embodiment, a sense current output from a sense terminal provided in the transformation switching element is detected.
続くステップS53では、電流の検出結果に基づいて、選択した変圧スイッチング素子が正常であるか、又は選択した変圧スイッチング素子にオープン故障が生じているかを判定する。詳しくは、オン駆動した変圧スイッチング素子に電流が流れたと判定した場合、選択した変圧スイッチング素子が正常であると判定する。一方、オン駆動した変圧スイッチング素子に電流が流れないと判定した場合、選択した変圧スイッチング素子にオープン故障が生じていると判定する。 In the following step S53, it is determined based on the current detection result whether the selected transformer is normal or whether the selected transformer has an open failure. More specifically, when it is determined that the current flows through the transformation switching element that has been turned on, it is determined that the selected transformation switching element is normal. On the other hand, when it is determined that no current flows through the ON-driven transformation switching element, it is determined that an open failure has occurred in the selected transformation switching element.
続くステップS54では、第1,第2上アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCHBのそれぞれについてステップS50〜S53までの処理が終了したか否かを判定する。 In a succeeding step S54, it is determined whether or not the processing in steps S50 to S53 has been completed for each of the first and second upper arm transformation switching elements SCHA and SCHB.
なお、本実施形態に係るショート故障の判定は、例えば以下に説明するように実施すればよい。詳しくは、第1,第2上アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCHBのいずれか一方に対応する駆動信号GCHA,GCHBをオフ駆動指令とする。そして、オフ駆動した変圧スイッチング素子に電流が流れたと判定した場合、選択した変圧スイッチング素子にショート故障が生じていると判定する。 The determination of the short-circuit failure according to the present embodiment may be performed, for example, as described below. More specifically, the drive signals GCHA and GCNB corresponding to either one of the first and second upper arm transformer switching elements SCHA and SCHB are set to the off drive command. Then, when it is determined that a current has flowed through the off-driven transformer switching element, it is determined that a short-circuit fault has occurred in the selected transformer switching element.
続いて、図18を用いて、昇圧コンバータ50を構成する第1,第2下アーム変圧スイッチング素子SCLA,SCLBの故障判定手法について説明する。
Subsequently, a failure determination method of the first and second lower-arm transformation switching elements SCLA and SCLB included in the
この一連の処理では、まずステップS60において、バッテリ21側から昇圧コンバータ50を介して第1,第2インバータ20a,20b側へと電力が供給される力行駆動を実施すべく、第1,第2インバータ20a,20bを制御する。
In this series of processing, first, in step S60, the first and second motors are driven to supply power from the
続くステップS61では、第1,第2下アーム変圧スイッチング素子SCLA,SCLBのいずれか一方に対応する駆動信号GCLA,GCLBをオン駆動指令とする。 In a succeeding step S61, drive signals GCLA, GCLB corresponding to one of the first and second lower arm transformation switching elements SCLA, SCLB are set to an ON drive command.
続くステップS62では、オン駆動した変圧スイッチング素子に流れる電流を検出する。本実施形態では、変圧スイッチング素子に設けられたセンス端子から出力されるセンス電流を検出する。 In a succeeding step S62, a current flowing through the ON-driven transformation switching element is detected. In the present embodiment, a sense current output from a sense terminal provided in the transformation switching element is detected.
続くステップS63では、電流の検出結果に基づいて、選択した変圧スイッチング素子が正常であるか、又は選択した変圧スイッチング素子にオープン故障が生じているかを判定する。詳しくは、オン駆動した変圧スイッチング素子に電流が流れたと判定した場合、選択した変圧スイッチング素子が正常であると判定する。一方、オン駆動した変圧スイッチング素子に電流が流れないと判定した場合、選択した変圧スイッチング素子にオープン故障が生じていると判定する。 In the following step S63, it is determined based on the current detection result whether the selected transformer is normal or whether the selected transformer has an open failure. More specifically, when it is determined that the current flows through the transformation switching element that has been turned on, it is determined that the selected transformation switching element is normal. On the other hand, when it is determined that no current flows through the ON-driven transformation switching element, it is determined that an open failure has occurred in the selected transformation switching element.
続くステップS64では、第1,第2下アーム変圧スイッチング素子SCLA,SCLBのそれぞれについてステップS60〜S63までの処理が終了したか否かを判定する。 In a succeeding step S64, it is determined whether or not the processing of steps S60 to S63 has been completed for each of the first and second lower arm transformation switching elements SCLA and SCLB.
なお、本実施形態に係るショート故障の判定は、例えば以下に説明するように実施すればよい。詳しくは、第1,第2下アーム変圧スイッチング素子SCLA,SCLBのいずれか一方に対応する駆動信号GCLA,GCLBをオフ駆動指令とする。そして、オフ駆動した変圧スイッチング素子に電流が流れたと判定した場合、選択した変圧スイッチング素子にショート故障が生じていると判定する。 The determination of the short-circuit failure according to the present embodiment may be performed, for example, as described below. More specifically, the drive signals GCLA and GCLB corresponding to one of the first and second lower arm transformation switching elements SCLA and SCLB are set as off-drive commands. Then, when it is determined that a current has flowed through the off-driven transformer switching element, it is determined that a short-circuit fault has occurred in the selected transformer switching element.
続いて、図19を用いて、指令値算出部80aにより実行される電力制限処理について説明する。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。 Next, the power limiting process executed by the command value calculating unit 80a will be described with reference to FIG. This process is repeatedly performed at a predetermined cycle, for example.
この一連の処理では、まずステップS70において、故障判定部から取得した判定結果に基づいて、昇圧コンバータ50を構成する各変圧スイッチング素子の中にショート故障又はオープン故障が生じているものがあるか否かを判定する。
In this series of processing, first, in step S70, based on the determination result obtained from the failure determination unit, it is determined whether or not there is a short-circuit failure or an open failure in each of the transformer switching elements included in
ステップS70においてショート故障又はオープン故障が生じている変圧スイッチング素子がないと判定した場合には、ステップS71に進み、指令出力電圧VH*を先の図16(a)で説明した態様で設定する処理と、昇圧コンバータ50の通常の駆動制御処理とを含む正常走行処理を行う。なおこの際、各インバータ20a,20bの通常の駆動制御処理も行われる。
If it is determined in step S70 that there is no transformer switching element in which a short failure or an open failure has occurred, the process proceeds to step S71, in which the command output voltage VH * is set in the manner described with reference to FIG. And a normal drive control process including a normal drive control process for
一方、ステップS70においてショート故障又はオープン故障が生じている変圧スイッチング素子があると判定した場合には、ステップS72に進む。ステップS72では、故障した変圧スイッチング素子の故障モードがショート故障であるか否かを判定する。ステップS72において故障モードがショート故障でないと判定した場合には、ステップS73に進み、上アーム変圧スイッチ部50CH及び下アーム変圧スイッチ部50CLのいずれか一方において、オープン故障した変圧スイッチング素子が、第1変圧スイッチング素子(IGBT)又は第2変圧スイッチング素子(MOSFET)のいずれか一方であるか否かを判定する。 On the other hand, if it is determined in step S70 that there is a transformer switching element in which a short failure or an open failure has occurred, the process proceeds to step S72. In step S72, it is determined whether or not the failure mode of the failed transformer switching element is a short-circuit failure. If it is determined in step S72 that the failure mode is not a short-circuit failure, the process proceeds to step S73, in which one of the upper-arm transformation switch unit 50CH and the lower-arm transformation switch unit 50CL detects the first failure-switching switching element. It is determined whether it is one of the transformation switching element (IGBT) and the second transformation switching element (MOSFET).
ステップS72において故障モードがショート故障であると判定した場合、又はステップS73において否定判定した場合には、ステップS74に進み、昇圧コンバータ50、各インバータ20a,20bの動作を停止させて車両の走行を停止させる処理を行う。
If it is determined in step S72 that the failure mode is a short-circuit failure, or if a negative determination is made in step S73, the process proceeds to step S74, in which the operations of the
一方、ステップS73において肯定判定した場合には、ステップS75に進み、オープン故障が生じた変圧スイッチング素子を含むスイッチ部において、オープン故障した変圧スイッチング素子が第1スイッチング素子(IGBT)であるか否かを判定する。 On the other hand, when an affirmative determination is made in step S73, the process proceeds to step S75, and in the switch unit including the transformer switching element in which the open failure has occurred, whether the transformer switching element in which the open failure has occurred is the first switching element (IGBT). Is determined.
ステップS75において否定判定した場合には、オープン故障した変圧スイッチング素子が第2スイッチング素子(MOSFET)と判定し、ステップS76に進む。ステップS76では、図20(a−1)に示すように、電力制限値Plimを先の図16(b)に示した値よりも小さくする。また、図20(a−2)に示すように、指令出力電圧VH*が上昇し始める合計電力指令値P*を、先の図16(b)に示した合計電力指令値Pよりも小さくする。 If a negative determination is made in step S75, the variable-voltage switching element having the open failure is determined to be the second switching element (MOSFET), and the process proceeds to step S76. In step S76, as shown in FIG. 20 (a-1), the power limit value Plim is made smaller than the value shown in FIG. 16 (b). Further, as shown in FIG. 20 (a-2), the total power command value P * at which the command output voltage VH * starts to increase is made smaller than the total power command value P shown in FIG. 16 (b). .
先の図19の説明に戻り、ステップS75において肯定判定した場合には、オープン故障した変圧スイッチング素子が第1スイッチング素子(IGBT)と判定し、ステップS77に進む。ステップS77では、図20(b−1)に示すように、電力制限値Plimを図20(a−1)に示した値よりも小さくする。また、図20(b−2)に示すように、指令出力電圧VH*が上昇し始める合計電力指令値P*を、図20(a−2)に示した合計電力指令値Pよりも小さくする。 Returning to the description of FIG. 19, when the affirmative determination is made in step S75, it is determined that the open-circuit-failure variable switching element is the first switching element (IGBT), and the process proceeds to step S77. In step S77, as shown in FIG. 20 (b-1), the power limit value Plim is made smaller than the value shown in FIG. 20 (a-1). Also, as shown in FIG. 20 (b-2), the total power command value P * at which the command output voltage VH * starts to increase is made smaller than the total power command value P shown in FIG. 20 (a-2). .
なお、ステップS71,S74,S76,S77の処理が完了した場合には、ステップS70に戻る。 When the processes of steps S71, S74, S76, and S77 are completed, the process returns to step S70.
ちなみに、ステップS76,S77において、変圧スイッチング素子の温度をさらに用いて電力制限値Plim及び指令出力電圧VH*を設定してもよい。詳しくは、図21(a)に示すように、変圧スイッチング素子の温度が高いほど、電力制限値Plimを小さくすればよい。また、図21(b)に示すように、変圧スイッチング素子の温度が高いほど、指令出力電圧VH*が上昇し始める合計電力指令値P*を小さくすればよい。ここで変圧スイッチング素子の温度は、例えば、感温ダイオード又はサーミスタ等の温度検出部により検出されればよい。 Incidentally, in steps S76 and S77, the power limit value Plim and the command output voltage VH * may be set by further using the temperature of the transformer. More specifically, as shown in FIG. 21A, the higher the temperature of the transformation switching element, the smaller the power limit value Plim may be. Further, as shown in FIG. 21B, the higher the temperature of the transformation switching element, the smaller the total power command value P * at which the command output voltage VH * starts to increase. Here, the temperature of the transformation switching element may be detected by a temperature detection unit such as a temperature-sensitive diode or a thermistor.
以上説明したように、本実施形態では、電力制限値Plimを変更することにより、変圧スイッチ部に流れる電流を制限した。このため、変圧スイッチング素子のオープン故障前後で制御装置30における昇圧処理手法を変更することなく、オープン故障時に正常時と同等の制御性で昇圧コンバータ50の駆動を継続できる。これにより、変圧スイッチング素子にオープン故障が生じた場合に例えば昇圧コンバータ50の動作を停止させる従来の技術とは異なり、バッテリ21の出力電圧を昇圧して各インバータ20a,20bに供給したり、各インバータ20a,20b側からの回生電力でバッテリ21に充電したりすることを継続できる。その結果、退避走行時における車両の走行距離を伸ばすことができる。
As described above, in the present embodiment, the current flowing through the voltage transformation switch unit is limited by changing the power limit value Plim. For this reason, the drive of the
(第5実施形態)
以下、第5実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図22に示すように、指令値算出部80aにより実行される電力制限処理を変更する。なお図22において、先の図19に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, the fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 22, the power limiting process executed by the command value calculation unit 80a is changed. In FIG. 22, the same processes as those shown in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals for convenience.
この一連の処理では、ステップS72において否定判定した場合には、ステップS80に進む。ステップS80では、上,下アーム変圧スイッチ部50CH,50CLのうちいずれか一方のスイッチ部において、第1スイッチング素子(IGBT)及び第2スイッチング素子(MOSFET)の双方がオープン故障しているか否かを判定する。この処理は、例えば第1,第2上アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCHBの双方がオープン故障する等、1つのスイッチ部を構成する第1,第2変圧スイッチング素子の双方がオープン故障した場合以外は、車両の走行を継続させるためになされる。 In this series of processing, if a negative determination is made in step S72, the process proceeds to step S80. In step S80, it is determined whether or not both the first switching element (IGBT) and the second switching element (MOSFET) have an open failure in one of the upper and lower arm transformation switch sections 50CH and 50CL. judge. This processing is performed unless both the first and second transformer switching elements constituting one switch unit have an open failure, for example, both the first and second upper arm transformer switching elements SCHA and SCHB have an open failure. This is done to keep the vehicle running.
ステップS80において肯定判定した場合には、上,下アーム変圧スイッチ部50CH,50CLのいずれかにおいて第1,第2変圧スイッチング素子の双方がオープン故障したと判定し、ステップS74に進む。 If an affirmative determination is made in step S80, it is determined that both of the first and second transforming switching elements in one of the upper and lower arm transforming switch units 50CH and 50CL have an open failure, and the flow proceeds to step S74.
一方、ステップS80において否定判定した場合には、ステップS81に進み、オープン故障したスイッチング素子に第1変圧スイッチング素子(IGBT)が含まれるか否かを判定する。そして、ステップS81において否定判定した場合には、ステップS76に進む。一方、ステップS81において肯定判定した場合には、ステップS77に進む。ちなみに、ステップS76,S77において、上記第4実施形態で説明したように、スイッチング素子の温度を用いて電力制限値Plimを設定してもよい。 On the other hand, if a negative determination is made in step S80, the process proceeds to step S81, and it is determined whether or not the switching element having the open failure includes the first transformation switching element (IGBT). If a negative determination is made in step S81, the process proceeds to step S76. On the other hand, when an affirmative determination is made in step S81, the process proceeds to step S77. Incidentally, in steps S76 and S77, the power limit value Plim may be set using the temperature of the switching element as described in the fourth embodiment.
以上説明した本実施形態によれば、昇圧コンバータ50の動作をより継続しつつ、変圧スイッチング素子の信頼性の低下を回避できる。
According to the present embodiment described above, it is possible to avoid a decrease in the reliability of the variable voltage switching element while continuing the operation of the
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
The above embodiments may be modified as follows.
・上記第4,第5実施形態において、上記第3実施形態で説明したオープン故障の判定手法を用いてもよい。 In the fourth and fifth embodiments, the open failure determination method described in the third embodiment may be used.
・上記第1実施形態において、各スイッチ部のスイッチング素子の仕様が同じである場合、トルク制限値Tlimを変更する処理を、先の図7のステップS26,S27の処理のように分けることなく1つの処理とすればよい。例えば、各スイッチ部のスイッチング素子がIGBTである場合、ステップS25〜S27の処理を無くし、ステップS23において肯定判定された場合にステップS26の処理を実行すればよい。なお、上記第2〜第5実施形態についても同様である。 In the first embodiment, when the specifications of the switching elements of the respective switch units are the same, the process of changing the torque limit value Tlim is not divided into the processes of steps S26 and S27 in FIG. Only one process. For example, when the switching element of each switch unit is an IGBT, the processes of steps S25 to S27 may be omitted, and the process of step S26 may be performed if an affirmative determination is made in step S23. The same applies to the second to fifth embodiments.
・上記第1実施形態では、図8に示す手法でトルク制限値Tlimを変更したがこれに限らない。例えば、下式(1)に示す数式を用いてトルク制限値Tlimを変更してもよい。
Tlim=K×φ×I … (1)
上式(1)において、Kは係数を示し、φはモータジェネレータのロータ部の磁束密度を示し、Iはモータジェネレータに流れる電流を示す。ここでは、電流Iを制限することにより、トルク制限値Tlimを制限すればよい。なお、上式(1)において、マグネットトルクに加えて、リラクタンストルクを含んだ数式を用いてトルク制限値Tlimを変更してもよい。
In the first embodiment, the torque limit value Tlim is changed by the method shown in FIG. 8, but the present invention is not limited to this. For example, the torque limit value Tlim may be changed using the equation shown in the following equation (1).
Tlim = K × φ × I (1)
In the above equation (1), K indicates a coefficient, φ indicates the magnetic flux density of the rotor of the motor generator, and I indicates the current flowing through the motor generator. Here, the torque limit value Tlim may be limited by limiting the current I. In the above equation (1), the torque limit value Tlim may be changed using a mathematical expression that includes reluctance torque in addition to the magnet torque.
・上記第1実施形態の故障判定処理では、相電流検出部24の検出値を用いたがこれに限らない。例えば、インバータ20を構成するスイッチング素子に設けられたセンス端子から出力されるセンス電流を故障判定処理に用いてもよい。
In the failure determination processing of the first embodiment, the detection value of the phase
・上記第1実施形態では、モータジェネレータに流れる電流の制限手法として、トルク指令値Trq*をトルク制限値Tlimで制限する手法を採用したがこれに限らない。例えば、相電流検出部により検出された相電流を、電流制限値で制限する手法を採用してもよい。この場合、電流制限値は、入力電圧VINVが低いほど小さく設定されればよい。 In the first embodiment, as the method of limiting the current flowing to the motor generator, a method of limiting the torque command value Trq * with the torque limit value Tlim is employed, but the present invention is not limited to this. For example, a method of limiting the phase current detected by the phase current detection unit with a current limit value may be adopted. In this case, the current limit value may be set smaller as the input voltage VINV is lower.
・上記第1実施形態において、電気角速度ω及び入力電圧VINVのいずれか一方に基づいて、トルク制限値Tlimを設定してもよい。 In the first embodiment, the torque limit value Tlim may be set based on one of the electrical angular velocity ω and the input voltage VINV.
・上記第2実施形態の図10のステップS24において、3相オン制御や、2相駆動制御を行ってもよい。 -In step S24 of FIG. 10 of the second embodiment, three-phase ON control or two-phase drive control may be performed.
・上記第4実施形態の図19のステップS74において、第1,第2上アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCHBの双方がオープン故障したと判定された場合に車両の走行を継続させてもよい。これは、第1,第2上アーム変圧スイッチング素子SCHA,SCHBがオープン故障しているものの、ダイオードDHA,DHBを介して各インバータ20a,20bへとバッテリ21から電力を供給できるためである。
In the step S74 of FIG. 19 of the fourth embodiment, when it is determined that both the first and second upper-arm transformation switching elements SCHA and SCHB have an open failure, the vehicle may continue traveling. This is because power can be supplied from the
・各スイッチ部を構成するスイッチング素子としては、2つに限らず、3つ以上であってもよい。ここでスイッチング素子が3つ以上の場合、各スイッチ部を構成する複数のスイッチング素子のうちオープン故障が生じていないと判定されたスイッチング素子の全てをオンオフ駆動対象とする構成に限らず、一部のスイッチング素子をオンオフ駆動対象とする構成を採用してもよい。 The number of switching elements constituting each switch unit is not limited to two, but may be three or more. Here, when the number of switching elements is three or more, not only a configuration in which all of the switching elements determined to have not caused an open failure among a plurality of switching elements forming each switch unit are subjected to on / off driving, but also a part thereof. A configuration may be adopted in which the switching elements are turned on and off.
・上記第4実施形態では、センス電流に基づいて変圧スイッチング素子の故障を判定したがこれに限らず、例えばリアクトル電流検出部72により検出されたリアクトル電流に基づいて故障を判定してもよい。
In the fourth embodiment, the failure of the transformer is determined based on the sense current. However, the present invention is not limited to this. For example, the failure may be determined based on the reactor current detected by the
・上記第1実施形態の図3に示す構成において、第1,第2ローパスフィルタ30b,30cを備えなくてもよい。
In the configuration of the first embodiment shown in FIG. 3, the first and second low-
・上記各実施形態では、電流の制限するためのスイッチング素子の温度として、温度検出部の検出値を用いたがこれに限らない。例えば、スイッチング素子を冷却する冷却流体の温度(水温)や、電力変換器としてのインバータのケース温度等から推定したスイッチング素子の温度を用いてもよい。 In the above embodiments, the detection value of the temperature detection unit is used as the temperature of the switching element for limiting the current, but the invention is not limited to this. For example, the temperature of a cooling fluid (water temperature) for cooling the switching element, or the temperature of the switching element estimated from the case temperature of an inverter as a power converter may be used.
・各スイッチ部を構成するスイッチング素子としては、IGBT及びMOSFETの組み合わせに限らず、他の組み合わせであってもよい。 The switching elements constituting each switch unit are not limited to the combination of the IGBT and the MOSFET, but may be other combinations.
・モータジェネレータの制御量としては、トルクに限らず、例えば回転速度であってもよい。また、モータジェネレータとしては、3相のものに限らず、1相、2相、又は4相以上のものであってもよい。 The control amount of the motor generator is not limited to the torque, and may be, for example, a rotation speed. The motor generator is not limited to a three-phase motor generator, but may be a one-phase, two-phase, or four-phase motor generator.
・モータジェネレータの制御量をその指令値に制御する手法としては、電流フィードバック制御を用いたものに限らず、例えばトルクフィードバック制御を用いたものであってもよい。 The method of controlling the control amount of the motor generator to the command value is not limited to the method using current feedback control, but may be, for example, a method using torque feedback control.
・DCDCコンバータとしては、上記第4実施形態の図14に示した1つの上下アームスイッチ部を備えるものに限らず、例えば、複数の上下アームスイッチ部を備えるものであってもよい。またDCDCコンバータとしては、互いに直列接続された上下アームスイッチ部を備えるものに限らず、単一のスイッチ部を備えるものであってもよい。 The DC / DC converter is not limited to the one having the single upper / lower arm switch shown in FIG. 14 of the fourth embodiment, and may be, for example, a converter having a plurality of upper / lower arm switches. Further, the DCDC converter is not limited to the one having the upper and lower arm switch parts connected in series to each other, but may be one having a single switch part.
・DCDCコンバータとしては、昇圧コンバータに限らず、例えば、入力される直流電圧を降圧して出力する降圧コンバータであってもよい。 The DC / DC converter is not limited to the boost converter, and may be, for example, a step-down converter that steps down an input DC voltage and outputs the stepped down DC voltage.
・電力変換器としては、インバータやDCDCコンバータに限らず、例えば、入力される交流電圧を所定の交流電圧に変換して出力するACACコンバータ(マトリックスコンバータ)であってもよい。 The power converter is not limited to an inverter or a DCDC converter. For example, an ACAC converter (matrix converter) that converts an input AC voltage into a predetermined AC voltage and outputs the converted AC voltage may be used.
・上記第4,第4実施形態において、モータジェネレータ及びインバータの組は、3つ以上であってもよい。 In the fourth and fourth embodiments, the number of sets of the motor generator and the inverter may be three or more.
・モータジェネレータとしては、永久磁石同期機に限らず、例えば巻線界磁型同期機であってもよい。また、モータジェネレータとしては、同期機に限らず、例えば誘導機であってもよい。さらに、モータジェネレータとしては、車載主機として用いられるものに限らず、電動パワーステアリング装置や空調用電動コンプレッサを構成する電動機等、他の用途に用いられるものであってもよい。 The motor generator is not limited to a permanent magnet synchronous machine, but may be, for example, a winding field type synchronous machine. Further, the motor generator is not limited to a synchronous machine, but may be, for example, an induction machine. Further, the motor generator is not limited to a motor generator used as a vehicle-mounted main engine, and may be a motor generator used for other applications such as an electric power steering device and an electric motor constituting an air-conditioning electric compressor.
10…モータジェネレータ、20…インバータ、30…制御装置。 10 ... motor generator, 20 ... inverter, 30 ... control device.
Claims (12)
前記電力変換器は、入力される直流電圧を交流電圧に変換して複数相の回転電機(10)に対して出力する直流交流変換器(20)を含み、
前記直流交流変換器は、前記スイッチング素子としての上アームスイッチング素子(SUHA〜SWHB)の並列接続体を含む前記スイッチ部(20UH〜20WH)と、前記上アームスイッチング素子に直列接続された前記スイッチング素子としての下アームスイッチング素子(SULA〜SWLB)の並列接続体を含む前記スイッチ部(20UL〜20WL)と、を前記回転電機の相数分有しており、
前記回転電機の制御量をその指令値に制御すべく、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子とを駆動する直流交流駆動部(30)と、
前記スイッチング素子のオープン故障が生じているか否かを判定する故障判定部(30)と、
前記故障判定部によりオープン故障が生じていると判定された場合、オープン故障が生じていないと判定された場合よりも前記スイッチ部に流れる電流の制限値としての制御量制限値を小さくし、該制御量制限値で前記指令値を制限する処理を行う電流制限部(30)と、
前記制御量制限値で前記指令値を制限する処理を行いつつ、複数の前記スイッチング素子のうちオープン故障が生じていないと判定されたスイッチング素子を駆動する故障時駆動部(30)と、を備え、
前記各スイッチ部は、流通可能な最大電流値が異なる前記スイッチング素子で構成されており、
前記電流制限部は、前記直流交流変換器の入力電圧と、前記故障判定部によりオープン故障が生じていないと判定された前記スイッチング素子の情報とに基づいて、前記制御量制限値を可変設定する電力変換器の制御装置。 A switching unit (20UH to 20WL; 50CH, 50CL) including a parallel connection of a plurality of switching elements (SUHA to SWLB; SCHA to SCLB), and each of the plurality of switching elements can be individually driven; And a power converter control device applied to a power converter (20; 50) that converts an input voltage to a predetermined voltage by driving the switching element and outputs the converted voltage.
The power converter includes a DC / AC converter (20) that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to a multi-phase rotating electric machine (10).
The DC / AC converter includes a switch unit (20UH to 20WH) including a parallel connection of upper arm switching elements (SUHA to SWHB) as the switching element, and the switching element connected in series to the upper arm switching element. The switch units (20UL to 20WL) each including a parallel connection of lower arm switching elements (SULA to SWLB) as the number of phases of the rotating electric machine;
A DC / AC drive unit (30) for driving the upper arm switching element and the lower arm switching element to control the control amount of the rotating electric machine to the command value;
A failure determination unit (30) for determining whether an open failure of the switching element has occurred;
When the failure determination unit determines that an open failure has occurred, the control amount limit value as the limit value of the current flowing through the switch unit is smaller than when it is determined that the open failure has not occurred. A current limiter (30) for performing a process of limiting the command value with a control amount limit value;
A failure drive unit (30) that drives a switching element that has been determined not to have an open failure among the plurality of switching elements, while performing a process of limiting the command value with the control amount limit value. ,
Each of the switch units is configured by the switching element having a different maximum current value that can flow,
The current limiter variably sets the control amount limit value based on the input voltage of the DC / AC converter and information on the switching element that has been determined by the failure determiner that no open failure has occurred. Control device for power converter.
前記電流制限部は、前記故障判定部によりオープン故障が生じていると判定された場合において、前記直流交流変換器の入力電圧が低いほど前記所定角速度を低く設定する請求項1に記載の電力変換器の制御装置。 The current limiting unit sets the constant control amount limit value when the electric angular velocity of the rotating electric machine is equal to or less than a predetermined angular velocity, and when the electric angular velocity is equal to or more than the predetermined angular velocity, the higher the electric angular velocity The control amount limit value is set small,
The power converter according to claim 1, wherein the current limiter sets the predetermined angular velocity lower as the input voltage of the DC / AC converter is lower, when the failure determiner determines that an open failure has occurred. Vessel control device.
前記DCDCコンバータは、前記スイッチング素子としての上アーム変圧スイッチング素子(SCHA,SCHB)の並列接続体を含む前記スイッチ部(50CH)と、前記上アーム変圧スイッチング素子に直列接続された前記スイッチング素子としての下アーム変圧スイッチング素子(SCLA,SCLB)の並列接続体を含む前記スイッチ部(50CL)と、を有しており、
前記DCDCコンバータの出力電圧を指令電圧に制御すべく、前記DCDCコンバータを構成する前記スイッチング素子を駆動するDCDC駆動部(30)を備える請求項1又は2に記載の電力変換器の制御装置。 The power converter includes a DCDC converter (50) that transforms and outputs an input DC voltage,
The DCDC converter includes a switch section (50CH) including a parallel connection of upper arm transformation switching elements (SCHA, SCHB) as the switching elements, and a switching element as the switching element connected in series to the upper arm transformation switching element. The switch unit (50CL) including a parallel connection of lower arm transformation switching elements (SCLA, SCLB);
The control device for a power converter according to claim 1 or 2, further comprising a DCDC drive unit (30) that drives the switching element included in the DCDC converter to control an output voltage of the DCDC converter to a command voltage.
前記電気機器は、その出力電力が指令出力電力に制御されるものであり、
前記電流制限部は、前記電流の制限値としての電力制限値で前記電気機器の出力電力の和を制限する処理を行う請求項3に記載の電力変換器の制御装置。 One or more electric devices (20a, 20b) to which output power of the DCDC converter is supplied are connected to an output side of the DCDC converter,
The electric device, the output power of which is controlled to the command output power,
4. The control device for a power converter according to claim 3, wherein the current limiter performs a process of limiting a sum of output powers of the electric device with a power limit value as the current limit value. 5.
前記スイッチング素子のオープン故障が生じているか否かを判定する故障判定部(30)と、
前記故障判定部によりオープン故障が生じていると判定された場合、オープン故障が生じていないと判定された場合よりも前記スイッチ部に流れる電流の制限値を小さくする処理を行う電流制限部(30)と、
前記電流の制限値を小さくする処理を行いつつ、複数の前記スイッチング素子のうちオープン故障が生じていないと判定されたスイッチング素子を駆動する故障時駆動部(30)と、を備え、
前記各スイッチ部は、流通可能な最大電流値が異なる前記スイッチング素子で構成されており、
前記電流制限部は、前記故障判定部によりオープン故障が生じていないと判定された前記スイッチング素子の情報をさらに用いて、前記電流の制限値を可変設定する電力変換器の制御装置。 A switching unit (20UH to 20WL; 50CH, 50CL) including a parallel connection of a plurality of switching elements (SUHA to SWLB; SCHA to SCLB), and each of the plurality of switching elements can be individually driven; And a power converter control device applied to a power converter (20; 50) that converts an input voltage to a predetermined voltage by driving the switching element and outputs the converted voltage.
A failure determination unit (30) for determining whether an open failure of the switching element has occurred;
When the failure determination unit determines that an open failure has occurred, the current limiting unit (30) performs a process of reducing the limit value of the current flowing through the switch unit as compared with the case where it is determined that the open failure has not occurred. )When,
A failure drive unit (30) that drives a switching element that is determined not to have an open failure among the plurality of switching elements, while performing a process of reducing the current limit value;
Each of the switch units is configured by the switching element having a different maximum current value that can flow,
The control device for a power converter, wherein the current limiter variably sets the current limit value further using information on the switching element determined by the failure determiner that no open failure has occurred.
前記故障判定部は、前記スイッチング素子の駆動信号と、前記電流検出部により検出された電流とに基づいて、前記オープン故障が生じているか否かを判定する請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換器の制御装置。 A current detection unit that detects a current flowing through the switching element,
It said failure determining unit includes a drive signal of the switching element, based on the current detected by the current detection unit, any one of claims 1-8 determines whether the open failure has occurred 3. The control device for a power converter according to claim 1.
前記DCDCコンバータは、前記スイッチング素子としての上アーム変圧スイッチング素子(SCHA,SCHB)の並列接続体を含む前記スイッチ部(50CH)と、前記上アーム変圧スイッチング素子に直列接続された前記スイッチング素子としての下アーム変圧スイッチング素子(SCLA,SCLB)の並列接続体を含む前記スイッチ部(50CL)と、を有しており、
前記電流検出部は、前記上アーム変圧スイッチング素子に流れる電流を検出し、
前記故障判定部は、前記電気機器から前記DCDCコンバータへと電力が供給されるように前記電気機器が制御されている状態において、オン駆動させた前記上アーム変圧スイッチング素子に電流が流れていないと判定した場合に、オン駆動させた前記上アーム変圧スイッチング素子にオープン故障が生じていると判定する請求項9に記載の電力変換器の制御装置。 The power converter includes a DCDC converter (50) that transforms an input DC voltage and outputs the transformed DC voltage to electric devices (20a, 20b).
The DCDC converter includes a switch section (50CH) including a parallel connection of upper arm transformation switching elements (SCHA, SCHB) as the switching elements, and a switching element as the switching element connected in series to the upper arm transformation switching element. The switch unit (50CL) including a parallel connection of lower arm transformation switching elements (SCLA, SCLB);
The current detection unit detects a current flowing through the upper arm transformation switching element,
In the state where the electric device is controlled so that power is supplied from the electric device to the DCDC converter, the failure determination unit determines that no current flows in the upper arm transformer switching element that has been driven on. The control device for a power converter according to claim 9, wherein when it is determined, it is determined that an open failure has occurred in the upper arm transformer switching element that has been driven on.
前記DCDCコンバータは、前記スイッチング素子としての上アーム変圧スイッチング素子(SCHA,SCHB)の並列接続体を含む前記スイッチ部(50CH)と、前記上アーム変圧スイッチング素子に直列接続された前記スイッチング素子としての下アーム変圧スイッチング素子(SCLA,SCLB)の並列接続体を含む前記スイッチ部(50CL)と、を有しており、
前記電流検出部は、前記下アーム変圧スイッチング素子に流れる電流を検出し、
前記故障判定部は、前記DCDCコンバータから前記電気機器へと電力が供給されるように前記電気機器が制御されている状態において、オン駆動させた前記下アーム変圧スイッチング素子に電流が流れていないと判定した場合に、オン駆動させた前記下アーム変圧スイッチング素子にオープン故障が生じていると判定する請求項9又は10に記載の電力変換器の制御装置。 The power converter includes a DCDC converter (50) that transforms an input DC voltage and outputs the converted DC voltage to one or more electric devices (20a, 20b).
The DCDC converter includes a switch section (50CH) including a parallel connection of upper arm transformation switching elements (SCHA, SCHB) as the switching elements, and a switching element as the switching element connected in series to the upper arm transformation switching element. The switch unit (50CL) including a parallel connection of lower arm transformation switching elements (SCLA, SCLB);
The current detection unit detects a current flowing in the lower arm transformation switching element,
In the state where the electric device is controlled so that power is supplied from the DCDC converter to the electric device, the failure determination unit determines that no current flows through the lower arm transformation switching element that has been driven ON. The control device for a power converter according to claim 9 or 10, wherein when the determination is made, it is determined that an open failure has occurred in the lower arm transformer switching element that has been driven on.
前記故障判定部は、前記スイッチング素子の駆動信号と、前記電圧検出部により検出された電圧とに基づいて、前記スイッチング素子にオープン故障が生じているか否かを判定する請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換器の制御装置。 A voltage detection unit that detects a voltage between the input and output terminals of the switching element,
It said failure determining unit includes a drive signal of the switching element, based on the detected voltage by the voltage detecting section, one of the determining claims 1-8 whether open failure in the switching element is generated The control device for a power converter according to claim 1.
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