JP6642328B2 - 異常判定回路 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換回路に適用される異常判定回路に関する。

車載電動機を駆動するインバータ回路は高圧システムを構成し、インバータ回路を制御する制御装置は、高圧システムと絶縁された低圧システムを構成する。インバータ回路を構成するスイッチング素子の温度情報やスイッチング素子の異常を通知する異常情報を表す信号を、インバータ回路から制御装置に伝達する場合、高圧システムから低圧システムに信号を伝達することになる。高圧システムと低圧システムとは絶縁されているため、インバータ回路から制御装置への信号伝達は、絶縁素子を介して行うことになる。

特許文献１には、絶縁素子としてフォトカプラを用い、さらに、フォトカプラの２次側を直列接続することで、絶縁素子から制御装置への伝達経路を共通化している。そして、インバータ回路（電力変換回路）を構成するスイッチング素子の少なくとも一つに異常が生じた場合、制御装置には異常を表す信号が入力される。制御装置への伝達経路を共通化することで、制御装置と絶縁素子との間の配線を簡素化することができる。

特開２００９−１３６１１５号公報

上記構成では、フォトカプラに対応するスイッチング素子（電力変換回路の部位）に異常が生じた場合に、電力変換回路の部位のどれかに異常が発生したことを判定することができる一方で、どの部位に異常が発生したかを特定することができない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電力変換回路に異常が発生した場合に、電力変換回路のどの部位で異常が発生したかを簡易な構成で特定可能にすることを主たる目的とする。

第１の構成は、電力変換回路（ＩＮＶ）に適用される異常判定回路であって、前記電力変換回路の互いに絶縁された複数の部位にそれぞれ対応して設けられたスイッチング素子（Ｔ１〜Ｔ６）と、第１抵抗素子との並列接続体を複数備え、前記並列接続体毎に設けられている前記第１抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ６）は、互いに異なる抵抗値を有し、前記複数の並列接続体は、直列接続されて直列接続体を構成し、前記直列接続体の両端子のうち第１端子は、第２抵抗素子（ＲＡ，ＲＢ）を介して第１所定電圧に接続され、第２端子は、直接又は第３抵抗素子（ＲＢ）を介して前記第１所定電圧と異なる第２所定電圧に接続されており、前記スイッチング素子は、対応する前記部位における異常の発生を表す異常信号に応じて、導通状態から遮断状態、又は、遮断状態から導通状態とされ、前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との接続点（Ｘ）、前記第１抵抗素子と前記第１抵抗素子との接続点（Ｘｂ，Ｘｃ）、及び、前記第１抵抗素子と前記第３抵抗素子との接続点（Ｘａ）のうち、いずれか１つの接続点の電圧を検出する電圧検出部（４０）と、前記電圧検出部による検出値に基づいて、複数の前記並列接続体のうちどの前記並列接続体に対応する前記部位に異常が発生したかを判定する異常判定部（４０）と、を備える。

上記構成によれば、異常信号に応じて、スイッチング素子が導通状態から遮断状態、又は、遮断状態から導通状態とされる。これにより、スイッチング素子が導通状態から遮断状態とされた場合は、スイッチング素子に流れていた電流が第１抵抗素子に流れることになる。また、スイッチング素子が遮断状態から導通状態とされた場合は、第１抵抗素子に流れていた電流がスイッチング素子に流れることになる。

スイッチング素子の状態変化に伴う電流の流れる素子の変化によって、互いに直列接続されている抵抗素子同士の接続点の電圧が変化する。ここで、第１抵抗素子の抵抗値は互いに異なる抵抗値を有するため、変化後の接続点の電圧は、状態が変化したスイッチング素子に対応した値となる。そこで、抵抗素子同士の接続点の電圧を検出し、その検出値に基づいて、どのスイッチング素子（又は、スイッチング素子が複数直列接続されたもの）の状態が変化したのかを判定できる。そして、状態が変化したスイッチング素子（又は、スイッチング素子が複数直列接続されたもの）を特定することで、複数の並列接続体のうちどの並列接続体に対応する部位に異常が発生したかを判定できる。つまり、電力変換回路のどの部位で異常が発生したかを簡易な構成で特定することができる。

第２の構成は、前記並列接続体は、１つの前記スイッチング素子のみと、前記第１抵抗素子のみとが並列接続されて構成されている。

スイッチング素子と、第１抵抗素子とが並列接続されている本構成では、電力変換回路に異常が生じた場合に、どの部位に異常が生じたのかを特定することができる。

第３の構成は、前記スイッチング素子は、前記部位において異常が生じたことを条件として、導通状態から遮断状態にされる。

異常が生じたことを条件として、スイッチング素子が遮断状態から導通状態にされる構成では、スイッチング素子に駆動異常が生じている場合、その駆動異常が生じているスイッチング素子に対応する部位に異常が生じたとしても、スイッチング素子の状態が変化しない。つまり、電力変換回路における異常を適切に判定できないおそれがある。

本構成では、スイッチング素子は、異常が生じたことを条件として導通状態から遮断状態にされる。ここで、スイッチング素子自身に駆動異常が生じた場合においても、スイッチング素子は遮断状態となる。つまり、本構成によれば、電力変換回路の各部位に異常が生じたことと、各スイッチング素子に駆動異常が生じたこととをあわせて判定することができる。

第４の構成は、前記第２端子は、前記第２所定電圧に直接接続されており、前記電圧検出部は、前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との接続点の電圧を検出する。

本構成では、第１端子は第２抵抗素子を介して第１所定電圧に接続され、第２端子は第２所定電圧に直接接続されている。電力変換回路の各部位が正常な場合に対応するスイッチング素子が導通状態とされ、電力変換回路の各部位が正常な場合に対応するスイッチング素子が遮断状態とされる構成では、電力変換回路の全ての部位が正常な場合、検出点は第２所定電圧と短絡される。このため、電力変換回路の正常時において、電圧検出部により検出される電圧は、第２所定電圧となる。また、電力変換回路のいずれかの部位に異常が生じた場合は、電圧検出部により検出される電圧は、第２所定電圧よりも第１所定電圧側の値になる。よって、電力変換回路が正常であることを容易に判定できる。

第５の構成は、前記第１抵抗素子の抵抗値は、その第１抵抗素子に並列接続されている前記スイッチング素子が導通状態と遮断状態とで切り替えられた場合に、前記電圧検出部により検出される前記接続点の電圧値が変化する値にそれぞれ設定されている。

本構成では、対応する部位における異常の発生を表す異常信号に応じて、スイッチング素子の状態が変化した場合に、電圧検出部による検出値が変化するような値に第１抵抗素子の抵抗値が設定されている。よって、好適に異常の有無を判定することができる。

インバータ回路の電気的構成を表す図。 インバータ回路が実装される回路基板を表す概略図。 パワーカード（半導体スイッチング素子）の構成を表す概略図。 第１実施形態におけるフォトカプラを介した駆動回路と制御装置との接続を表す図。 第２実施形態におけるフォトカプラを介した駆動回路と制御装置との接続を表す図。 第３実施形態におけるフォトカプラを介した駆動回路と制御装置との接続を表す図。 変形例におけるフォトカプラを介した駆動回路と制御装置との接続を表す図。

（第１実施形態）
以下、「電力変換回路」に適用される「異常判定回路」をハイブリッド車に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる電力変換装置の電気的構成を示す。モータジェネレータ１０は、駆動輪や内燃機関に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータ回路ＩＮＶに接続されている。インバータ回路ＩＮＶ（電力変換回路）は、直流電源１２の出力電圧を入力電圧とし、直流電力を交流電力に変換するものである。ここで、直流電源１２は、端子電圧がたとえば１００Ｖ以上の高電圧となる高電圧バッテリである。なお、直流電源は、昇降圧コンバータなどであってもよい。

インバータ回路ＩＮＶは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３（上アームスイッチング素子）及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３（下アームスイッチング素子）の直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら各スイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３、及び、スイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３の接続点が、モータジェネレータ１０の各相にそれぞれ接続されている。

また、上記高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３及び低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のそれぞれの入出力端子間（コレクタ及びエミッタ間）には、高電圧側のフリーホイールダイオードＦＤｐ１〜３及び低電圧側のフリーホイールダイオードＦＤｎ１〜３のカソード及びアノードが接続されている。

コンデンサＣＡは、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３のコレクタ（高電圧側端子）と、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタ（低電圧側端子）とに接続され、その両端子間の電圧を平滑化する平滑コンデンサである。

なお、上記インバータ回路ＩＮＶを構成する半導体スイッチング素子ＳＷ（ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３）は、いずれもパワー半導体であり、より具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。

制御装置４０は、マイクロコンピュータであって、インバータ回路ＩＮＶを操作することで、モータジェネレータ１０の制御量を制御するためのデジタル処理手段である。詳しくは、制御装置４０は、後述する絶縁手段としてのフォトカプラＰ１〜Ｐ６を備えるインターフェース４２を介して、インバータ回路ＩＮＶの各スイッチング素子ＳＷに操作信号を出力することで、インバータ回路ＩＮＶを操作する。

より具体的には、制御装置４０はインターフェース４２を介して各スイッチング素子ＳＷの制御端子（ゲート）に対して駆動信号を入力する駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３に駆動指令信号を出力する。駆動指令信号とは、具体的には、インバータ回路ＩＮＶの出力電圧の目標値と、インバータ回路ＩＮＶの入力電圧の検出値とに基づいて設定されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。ここで、インターフェース４２に絶縁手段を備えるのは、インバータ回路ＩＮＶや直流電源１２を備える高電圧システムと、制御装置４０を備える低電圧システムとを絶縁するためである。

スイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタはそれぞれ絶縁されており、それぞれ異なる基準電圧に接続されている。また、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３は、駆動対象のスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタに接続されている。駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３は、駆動対象のスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタの電圧を基準電圧として、駆動対象のスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のゲートに電圧を印加する。

図２に、本実施形態にかかるインバータ回路ＩＮＶが実装される回路基板５０を示す。図示される回路基板５０は、インバータ回路ＩＮＶに接続される高電圧回路領域ＨＶと、低電圧回路領域ＬＶとの双方を有する。ここで、基本的には、図中、右側（上アームスイッチＳＷｐ３に対し、上アームスイッチＳＷｐ２が設けられている方向と逆の方向）の領域が低電圧回路領域ＬＶであり、中央及び左側（上アームスイッチＳＷｐ３に対し、上アームスイッチＳＷｐ２が設けられている方向）の領域が高電圧回路領域ＨＶである。ただし、高電圧回路領域ＨＶ内には、フォトカプラＰ１〜Ｐ６のように、低電圧システムと高電圧システムとの双方を構成する部品も混在している。

制御装置４０は、図中右側の低電圧回路領域ＬＶに配置されている。インバータ回路ＩＮＶを構成する各スイッチング素子ＳＷの駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３の電源回路を構成するフライバックコンバータ用の電解コンデンサ（図示略）は、低電圧システムを構成するものとして、低電圧回路領域ＬＶに配置されている。また、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３の電源回路を構成するフライバックコンバータ用のトランス（図示略）の１次巻線側は低電圧システムを構成するものとして低電圧回路領域ＬＶに配置され、２次巻線側は高電圧システムを構成するものとして高電圧回路領域ＨＶに配置されている。

図３に示すように、上記インバータ回路ＩＮＶを構成する各スイッチング素子ＳＷは、回路基板５０の裏面（図２に示された面の裏面）側から回路基板５０に差し込まれて接続されている。ここで、各スイッチング素子ＳＷは、他の素子とともに絶縁材料で被覆されてパワーカードＰＷＣ（モジュール）を構成している。パワーカードＰＷＣには、フリーホイールダイオードＦＤや感温ダイオードＳＤも収納されているが、図３では、フリーホイールダイオードＦＤの記載を省略している。

パワーカードＰＷＣは、高電圧側のスイッチング素子ＳＷｐが収納されたものと、低電圧側のスイッチング素子ＳＷｎが収納されたものとで互いに同一構造である。パワーカードＰＷＣは、絶縁材料から外部へ露出した複数の信号端子を有する。具体的には、スイッチング素子ＳＷのゲート端子Ｇ、エミッタ検出端子ＫＥ、センス端子ＳＥ、感温ダイオードＳＤのアノードＡおよびカソードＫの各端子が、回路基板５０に挿入され接続されている。ここで、エミッタ検出端子ＫＥは、スイッチング素子ＳＷのエミッタＥに接続され、エミッタＥと同電圧の電極である。コレクタ検出端子ＫＣは、スイッチング素子ＳＷのコレクタに接続され、コレクタと同電圧の電極である。センス端子ＳＥは、スイッチング素子ＳＷを流れる電流と相関を有する微小電流を出力するための端子である。

図２に示すように、スイッチング素子ＳＷは、高電圧システムを構成するものであるため、これら各スイッチング素子ＳＷを他の回路と絶縁すべく、回路基板５０には、絶縁領域ＩＡが設けられている。絶縁領域ＩＡは、回路（素子や配線や電源パターン）が配置されない領域である。

図中上の列には、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３を備えるパワーカードＰＷＣの端子が示されており、これらは互いに絶縁領域ＩＡによって隔離されている。そして、絶縁領域ＩＡによって囲まれた領域に上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３を駆動する駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３が実装されている。これは、各上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３同士のエミッタ検出端子ＫＥの電圧が、対応する下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３がオン状態であるかオフ状態であるかに応じて、大きく変動するからである。このため、これらの駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３の動作電圧自体は小さいとはいえ、駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３同士を絶縁する必要が生じる。上記絶縁領域ＩＡの幅は、法規による要請や、絶縁破壊等を回避する観点から定められる。

また、図中下の列には、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３を備えるパワーカードＰＷＣの端子が示されている。これら下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に対応するエミッタ検出端子ＫＥの電圧が近いため、これらの間に絶縁領域ＩＡが設けられていない。駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ３の構成部品の動作電圧自体は、必ずしも低電圧回路領域ＬＶ内の部品と比較して大きいわけではない。このため、これら下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３の駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ３同士は、回路基板５０上において必ずしも絶縁領域ＩＡを設ける必要がない。

しかしながら、駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ３の基準電圧（対応するスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタの電圧）は、インバータ回路ＩＮＶの動作中において、スイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のエミッタ間の抵抗成分及び誘導成分により互いに異なるものである。このため、駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ３の間において、絶縁領域ＩＡは設けられていないものの、駆動回路Ｄｎ１〜Ｄｎ３同士は絶縁されている。

駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３（以下、駆動回路Ｄとも記載する）は、対応するスイッチング素子ＳＷのゲート端子Ｇ、エミッタ検出端子ＫＥに接続されて、スイッチング素子ＳＷのゲート端子Ｇに電圧を印加することで、スイッチング素子ＳＷを駆動する。

さらに、本実施形態の駆動回路Ｄは、対応するスイッチング素子ＳＷのセンス端子ＳＥ、並びに、感温ダイオードＳＤのアノードＡ及びカソードＫに接続される。そして、駆動回路Ｄは、センス端子ＳＥの電圧値に基づいて、スイッチング素子ＳＷに流れる電流を検出する。また、駆動回路Ｄは、感温ダイオードＳＤのアノードＡとカソードＫとの間の電圧に基づいて、スイッチング素子ＳＷの温度を検出する。また、駆動回路Ｄは、スイッチング素子ＳＷに流れる電流の検出値、及び、スイッチング素子ＳＷの温度の検出値に基づいて、スイッチング素子ＳＷの異常を判定する。また、駆動回路Ｄは、駆動回路Ｄ自身の異常を判定する。そして、駆動回路Ｄは、スイッチング素子ＳＷ及び駆動回路Ｄの異常情報（即ち、スイッチング素子ＳＷに対応する異常）を表す異常信号を制御装置４０に送信する。なお、異常判定の主体はスイッチング素子ＳＷや他のＩＣであってもよい。

ここで、上述したように、駆動回路Ｄと制御装置４０とはインターフェース４２を介して接続されている。より具体的には、駆動回路Ｄと制御装置４０とは、インターフェース４２を構成するフォトカプラＰ１〜Ｐ６（以下、フォトカプラＰとも記載する）を介して接続されている。フォトカプラＰ１は駆動回路Ｄｐ３、フォトカプラＰ２は駆動回路Ｄｐ２、フォトカプラＰ３は駆動回路Ｄｐ１、フォトカプラＰ４は駆動回路Ｄｎ１、フォトカプラＰ５は駆動回路Ｄｎ２、フォトカプラＰ６は駆動回路Ｄｎ３にそれぞれ接続されている。

図４にフォトカプラＰを介した、駆動回路Ｄと制御装置４０との接続を表す図を示す。

フォトカプラＰ１〜Ｐ６は、それぞれ、発光素子であるフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ６（以下、フォトダイオードＰＤとも記載する）と、受光素子であるフォトトランジスタＴ１〜Ｔ６（以下、フォトトランジスタＴとも記載する）とを備えて構成されている。フォトトランジスタＴが「スイッチング素子」に相当する。フォトトランジスタＴ１〜６は、インバータ回路ＩＮＶの複数の「部位」にそれぞれ対応して設けられている。ここで、インバータ回路ＩＮＶの「部位」とは、スイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に対応するものであり、スイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３、そのスイッチング素子を駆動する駆動回路Ｄｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３、及び、そのスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に接続される配線などを指す。

本実施形態のフォトトランジスタＴ１〜６は、直列接続されている。即ち、フォトトランジスタＴ１のエミッタは、フォトトランジスタＴ２のコレクタに接続されている。フォトトランジスタＴ２のエミッタは、フォトトランジスタＴ３のコレクタに接続されている。フォトトランジスタＴ３のエミッタは、フォトトランジスタＴ４のコレクタに接続されている。フォトトランジスタＴ４のエミッタは、フォトトランジスタＴ５のコレクタに接続されている。フォトトランジスタＴ５のエミッタは、フォトトランジスタＴ６のコレクタに接続されている。また、フォトトランジスタＴ１のコレクタは、プルアップ抵抗ＲＡ（第２抵抗素子）を介して、入力電圧Ｖｉｎ（例えば、５Ｖ）に接続されている。フォトトランジスタＴ６のエミッタは、接地電圧ＧＮＤに接続されている。入力電圧Ｖｉｎが「第１所定電圧」に相当し、接地電圧ＧＮＤが「第２所定電圧」に相当する。「第１所定電圧」と「第２所定電圧」とは異なる電圧値であればよい。

加えて、本実施形態の構成では、「第１抵抗素子」としての抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６（以下、抵抗素子Ｒとも記載する）が、フォトトランジスタＴ１〜Ｔ６にそれぞれ並列接続されている。抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６は、互いに異なる抵抗値を有する。さらに、本実施形態の構成は、１つのフォトトランジスタＴのみと、１つの抵抗素子Ｒのみとが並列接続されて並列接続体を構成している。さらに、その並列接続体が直列接続されて直列接続体を構成している。そして、その直列接続体の第１端子（フォトトランジスタＴ１のコレクタ）が、プルアップ抵抗ＲＡ（第２抵抗素子）を介して入力電圧Ｖｉｎに接続され、第２端子（フォトトランジスタＴ６のエミッタ）が、接地電圧ＧＮＤに接続されている。

「電圧検出部」としての制御装置４０は、プルアップ抵抗ＲＡとフォトトランジスタＴｐ３のコレクタとの接続点Ｘ（検出点Ｘ）の電圧を検出する。即ち、例えば、制御装置４０は、アナログデジタルコンバータとしての機能を有し、検出点Ｘの電圧ＶＸをアナログ値からデジタル値に変換して検出値として取得する。なお、アナログデジタルコンバータとしての機能は、制御装置４０の外部の素子が有するものであってもよい。そして、「異常判定部」としての制御装置４０は、その検出点Ｘの電圧ＶＸの検出値に基づいて、インバータ回路ＩＮＶの異常について判定を行う。この判定について、以下に詳述する。

駆動回路Ｄは、駆動回路Ｄ及び駆動回路Ｄが駆動するスイッチング素子ＳＷが正常である場合に、フォトダイオードＰＤに対してハイ状態の信号を出力する。フォトダイオードＰＤは、駆動回路Ｄからハイ状態の信号が入力されることで発光し、フォトトランジスタＴがオン状態にされる。インバータ回路ＩＮＶが正常であり、全ての駆動回路Ｄがハイ状態の信号を出力すると、全てのフォトトランジスタＴがオン状態とされる。これにより、検出点Ｘと、接地電圧ＧＮＤとが短絡状態とされ、制御装置４０に入力される電圧は接地電圧ＧＮＤとなる。

ここで、駆動回路Ｄは、駆動回路Ｄ、又は駆動回路Ｄが駆動するスイッチング素子ＳＷが異常である場合に、フォトダイオードＰＤに対してロー状態の信号を出力する。また、駆動回路Ｄが動作を停止した場合や、フォトダイオードＰＤに対して信号を出力できない場合、フォトダイオードＰＤに対してロー状態の信号が入力される。ここで、スイッチング素子ＳＷの異常とは、スイッチング素子ＳＷ自体が、入力される駆動信号によらず常時オン状態（ショート異常）となったり、常時オフ状態（オープン異常）となったりすることや、スイッチング素子ＳＷに接続される配線においてショート異常やオープン異常が生じることなどを含むものである。フォトダイオードＰＤに対してロー状態の信号が入力されることで、フォトダイオードＰＤの発光が停止され、フォトトランジスタＴがオフ状態にされる。即ち、フォトトランジスタＴは、対応するインバータ回路ＩＮＶの各部位における異常の発生を表す異常信号に応じて、オン状態（導通状態）からオフ状態（遮断状態）とされる。より具体的には、インバータ回路ＩＮＶの各部位が正常である場合、フォトトランジスタＴはオン状態を維持され、異常が発生したことを条件として、フォトトランジスタＴはオン状態からオフ状態にされる。

これにより、フォトトランジスタＴに流れていた電流が、抵抗素子Ｒに流れ、抵抗素子Ｒにおいて電圧降下が生じる。抵抗素子Ｒに電流が流れることで、入力電圧Ｖｉｎがプルアップ抵抗ＲＡと抵抗素子Ｒとで分圧される。プルアップ抵抗ＲＡの抵抗値をＲＡ、抵抗素子Ｒの抵抗値をＲｎで表すと、検出点Ｘの電圧ＶＸは、ＶＸ＝Ｖｉｎ・Ｒｎ／（ＲＡ＋Ｒｎ）となる。

ここで、抵抗素子Ｒの抵抗値Ｒｎは、その抵抗素子Ｒに並列接続されているフォトトランジスタＴがオン状態とオフ状態とで切り替えられた場合に、制御装置４０によって検出される検出点Ｘの電圧ＶＸが変化するような値にそれぞれ設定されている。即ち、抵抗素子Ｒの抵抗値Ｒｎは、フォトトランジスタＴのオン抵抗や並列接続体の配線抵抗に比べて充分に大きな値にそれぞれ設定されている。これにより、好適に異常の有無を判定することができる。制御装置４０による異常の有無の判定は、検出点Ｘの電圧ＶＸの検出値が変化したことに基づいて異常を判定してもよいし、検出点Ｘの電圧ＶＸの検出値が所定の正常値と異なることに基づいて異常を判定してもよい。

さらに、抵抗素子Ｒの抵抗値Ｒｎは互いに異なる値に設定されているため、オフ状態にされたフォトトランジスタＴに応じて、検出点Ｘの電圧ＶＸの値が異なることになる。即ち、インバータ回路ＩＮＶの異常が生じた部位に応じて、電圧ＶＸの値が異なることになる。このため、制御装置４０は、電圧ＶＸの検出値に基づいて、インバータ回路ＩＮＶにおける異常の発生に加えて、インバータ回路ＩＮＶのどの部位において異常が生じたかを判定することができる。この異常判定について、以下具体例を用いて説明する。

例えば、プルアップ抵抗ＲＡの抵抗値を１００ｋΩとし、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の抵抗値をそれぞれ９００ｋΩ，４００ｋΩ，２００ｋΩ，１００ｋΩ，７０ｋΩ，４０ｋΩに設定したとする。

この構成では、フォトトランジスタＴ１のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ１に電流が流れた場合、検出点Ｘの電圧ＶＸは、４．５Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ２のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ２に電流が流れた場合、検出点Ｘの電圧ＶＸは、４Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ３のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ３に電流が流れた場合、検出点Ｘの電圧ＶＸは、約３．３Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ４のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ４に電流が流れた場合、検出点Ｘの電圧ＶＸは、２．５Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ５のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ５に電流が流れた場合、検出点Ｘの電圧ＶＸは、約２．１Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ６のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ６に電流が流れた場合、検出点Ｘの電圧ＶＸは、約１．４Ｖとなる。

つまり、電圧ＶＸが４．５Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ３又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ３に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸが４Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ２又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ２に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸが約３．３Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ１又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ１に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸが２．５Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ１又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ１に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸが約２．１Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ２又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ２に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸが約１．４Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ３又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ３に異常が生じていると判定することができる。また、電圧ＶＸが０Ｖとなるときは、インバータ回路ＩＮＶに異常が生じていないと判定することができる。

本構成によれば、インバータ回路ＩＮＶのどの部位で異常が発生したかを簡易な構成で特定することができる。

（第２実施形態）
図５に第２実施形態におけるフォトカプラＰを介した、駆動回路Ｄと制御装置４０との接続を表す図を示す。

本実施形態の構成は、第１実施形態の構成と異なり、プルアップ抵抗ＲＡを省略している。つまり、フォトトランジスタＴ１のコレクタ（直列接続体の第２端子）が入力電圧Ｖｉｎに直接接続されている。また、プルダウン抵抗ＲＢ（第２抵抗素子）を備え、フォトトランジスタＴ６のエミッタ（直列接続体の第１端子）がプルダウン抵抗ＲＢを介して接地電圧ＧＮＤに接続されている。本実施形態では、入力電圧Ｖｉｎが「第２所定電圧」に相当し、接地電圧ＧＮＤが「第１所定電圧」に相当する。

また、第１実施形態では、プルアップ抵抗ＲＡとフォトトランジスタＴ１のコレクタ（抵抗素子Ｒ１）との接続点Ｘを電圧検出対象としていたが、これを変更し、プルダウン抵抗ＲＢとフォトトランジスタＴ６のエミッタ（抵抗素子Ｒ６）との間の接続点Ｘａを電圧検出対象としている。本構成では、フォトトランジスタＴがオフ状態にされると、検出点Ｘａの電圧ＶＸａは、ＶＸａ＝Ｖｉｎ・ＲＢ／（ＲＢ＋Ｒｎ）となる。また、インバータ回路ＩＮＶの正常時において、接続点Ｘａの電圧ＶＸａは、Ｖｉｎ（例えば、５Ｖ）となる。

第１実施形態にと同様に、プルダウン抵抗ＲＢの抵抗値を１００ｋΩとし、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の抵抗値をそれぞれ９００ｋΩ，４００ｋΩ，２００ｋΩ，１００ｋΩ，７０ｋΩ，４０ｋΩに設定したとする。

この構成では、フォトトランジスタＴ１のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ１に電流が流れた場合、検出点Ｘａの電圧ＶＸａは、０．５Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ２のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ２に電流が流れた場合、検出点Ｘａの電圧ＶＸａは、１Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ３のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ３に電流が流れた場合、検出点Ｘａの電圧ＶＸａは、約１．７Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ４のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ４に電流が流れた場合、検出点Ｘａの電圧ＶＸａは、２．５Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ５のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ５に電流が流れた場合、検出点Ｘａの電圧ＶＸａは、約２．９Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ６のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ６に電流が流れた場合、検出点Ｘａの電圧ＶＸａは、約３．６Ｖとなる。

つまり、電圧ＶＸａが０．５Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ３又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ３に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸａが１Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ２又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ２に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸａが約１．７Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ１又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ１に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸａが２．５Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ１又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ１に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸａが約２．９Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ２又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ２に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸａが約３．６Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ３又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ３に異常が生じていると判定することができる。また、電圧ＶＸａが５Ｖとなるときは、インバータ回路ＩＮＶに異常が生じていないと判定することができる。

本構成によれば、第１実施形態と同様に、インバータ回路ＩＮＶのどの部位で異常が発生したかを簡易な構成で特定することができる。

（第３実施形態）
図６に第２実施形態におけるフォトカプラＰを介した、駆動回路Ｄと制御装置４０との接続を表す図を示す。

本実施形態の構成は、第１実施形態の構成に加えて、プルダウン抵抗ＲＢ（第３抵抗素子）を備え、フォトトランジスタＴ６のエミッタ（直列接続体の第２端子）がプルダウン抵抗ＲＢを介して接地電圧ＧＮＤに接続されている。本実施形態では、入力電圧Ｖｉｎが「第１所定電圧」に相当し、接地電圧ＧＮＤが「第２所定電圧」に相当する。

また、第１実施形態では、プルアップ抵抗ＲＡとフォトトランジスタＴ１のコレクタ（抵抗素子Ｒ１）との間の接続点Ｘを電圧検出対象としていたが、これを変更し、抵抗素子Ｒ５と抵抗素子Ｒ６との接続点Ｘｂ（フォトトランジスタＴ５のエミッタとフォトトランジスタＴ６のコレクタとの接続点Ｘｂ）を電圧検出対象としている。本構成では、フォトトランジスタＴ１〜５のいずれか１つがオフ状態にされると、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、ＶＸｂ＝Ｖｉｎ・ＲＢ／（Ｒｎ＋ＲＡ＋ＲＢ）となる。また、フォトトランジスタＴ６がオフ状態にされると、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、ＶＸｂ＝Ｖｉｎ・（Ｒｎ＋ＲＢ）／（Ｒｎ＋ＲＡ＋ＲＢ）となる。また、インバータ回路ＩＮＶの正常時において、接続点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、ＶＸｂ＝Ｖｉｎ・ＲＢ／（ＲＡ＋ＲＢ）となる。

例えば、プルアップ抵抗ＲＡの抵抗値を１００ｋΩとし、プルダウン抵抗ＲＢの抵抗値を２００ｋΩとし、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の抵抗値をそれぞれ９００ｋΩ，４００ｋΩ，２００ｋΩ，１００ｋΩ，７０ｋΩ，５００ｋΩに設定したとする。

この構成では、フォトトランジスタＴ１のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ１に電流が流れた場合、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、約０．８３Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ２のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ２に電流が流れた場合、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、約１．４Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ３のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ３に電流が流れた場合、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、２Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ４のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ４に電流が流れた場合、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、２．５Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ５のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ５に電流が流れた場合、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、約２．７Ｖとなる。また、フォトトランジスタＴ６のみがオフ状態とされ抵抗素子Ｒ６に電流が流れた場合、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、約４．４Ｖとなる。また、トランジスタＴが全てオン状態とされている場合、検出点Ｘｂの電圧ＶＸｂは、約３．３Ｖとなる。

つまり、電圧ＶＸｂが約０．８３Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ３又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ３に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸｂが約１．４Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ２又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ２に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸｂが２Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｐ１又は半導体スイッチング素子ＳＷｐ１に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸｂが２．５Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ１又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ１に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸｂが約２．７Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ２又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ２に異常が生じていると判定することができる。電圧ＶＸｂが約４．３Ｖとなるときは、駆動回路Ｄｎ３又は半導体スイッチング素子ＳＷｎ３に異常が生じていると判定することができる。また、電圧ＶＸｂが３．３Ｖとなるときは、インバータ回路ＩＮＶに異常が生じていないと判定することができる。

本構成によれば、第１実施形態と同様に、インバータ回路ＩＮＶのどの部位で異常が発生したかを簡易な構成で特定することができる。

また、本実施形態の構成において、抵抗素子Ｒ６とプルダウン抵抗ＲＢとの接続点を制御装置４０が検出し、その検出値に基づいて、インバータ回路ＩＮＶの異常を判定する構成としてもよい。

（他の実施形態）
・上記実施形態では、１つのフォトトランジスタＴのみと、１つの抵抗素子Ｒのみとが並列接続される構成としたが、これを変更してもよい。即ち、フォトトランジスタＴが複数直列接続されたものと、１つの抵抗素子Ｒとが並列接続されて並列接続体を構成するものであってもよい。

図７に具体例を示す。図７に示すフォトカプラＰを介した、駆動回路Ｄと制御装置４０との接続では、直列接続されたフォトトランジスタＴ１〜Ｔ３に対して、「第１抵抗素子」としての抵抗素子ＲＣが並列接続されており、直列接続されたフォトトランジスタＴ４〜Ｔ６に対して、「第１抵抗素子」としての抵抗素子ＲＤが並列接続されている。抵抗素子ＲＣ，ＲＤの抵抗値は互いに異なる値である。制御装置４０は、フォトトランジスタＴ３のエミッタとフォトトランジスタＴ４のコレクタの接続点Ｘｃに接続されている。制御装置４０は、接続点Ｘｃの電圧ＶＸｃの検出値に基づいて、インバータ回路ＩＮＶの異常を判定する。

フォトトランジスタＴ１〜Ｔ３は、インバータ回路ＩＮＶの上アームスイッチング素子ＳＷｐに対応して設けられており、フォトトランジスタＴ４〜Ｔ６は、インバータ回路ＩＮＶの下アームスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に対応して設けられている。このため、上アームスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３に対応する異常が生じると、フォトトランジスタＴ１〜Ｔ３の少なくともいずれかがオン状態からオフ状態とされる。つまり、フォトトランジスタＴ１〜Ｔ３の直列接続体が全体としてオン状態からオフ状態とされて、抵抗素子ＲＣに電流が流れ、電圧ＶＸｃが変化する。同様に、下アームスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に対応する異常が生じると、フォトトランジスタＴ４〜Ｔ６の少なくともいずれかがオン状態からオフ状態とされる。つまり、フォトトランジスタＴ４〜Ｔ６の直列接続体が全体としてオン状態からオフ状態とされて、抵抗素子ＲＤに電流が流れ、電圧ＶＸｃが変化する。

抵抗素子ＲＣ，ＲＤの抵抗値は互いに異なるものであるため、上アームスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３に対応する異常が生じた場合の電圧ＶＸｃと、下アームスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に対応する異常が生じた場合の電圧ＶＸｃとは異なるものとなる。このため、制御装置４０は、上アームスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３に対応する異常が生じたのか、下アームスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に対応する異常が生じたのかを特定することができる。

なお、本変形例では、上アームスイッチング素子ＳＷｐ１〜ＳＷｐ３に対応するフォトトランジスタＴ１〜Ｔ３に対し１つの抵抗素子ＲＣを並列接続し、下アームスイッチング素子ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３に対応するフォトトランジスタＴ４〜Ｔ６に対し１つの抵抗素子ＲＤを並列接続する構成とした。これを変更し、Ｕ相に対応するフォトトランジスタＴ１，Ｔ６を直列接続した上で、１つの抵抗素子を並列接続し、Ｖ相に対応するフォトトランジスタＴ２，Ｔ５を直列接続した上で、１つの抵抗素子を並列接続し、Ｗ相に対応するフォトトランジスタＴ３，Ｔ４を直列接続した上で、１つの抵抗素子を並列接続する構成としてもよい。この構成では、どの相に異常が生じたかを特定できる。

・上記実施形態では、フォトトランジスタＴは、対応するインバータ回路ＩＮＶの各部位における異常の発生を表す異常信号に応じて、オン状態（導通状態）からオフ状態（遮断状態）とされる構成としたがこれを変更してもよい。インバータ回路ＩＮＶの各部位が正常である場合にフォトトランジスタＴがオフ状態とされ、インバータ回路ＩＮＶの各部位に異常が生じた場合にフォトトランジスタＴがオン状態となるようなものであってもよい。

また、インバータ回路ＩＮＶの各部位に異常が生じた場合、フォトトランジスタＴが一時的にオン状態からオフ状態、又は、オフ状態からオン状態にされるようなものであってもよい。

また、インバータ回路ＩＮＶの各部位が正常である場合に、フォトトランジスタＴが周期的にオン状態からオフ状態、又は、オフ状態からオン状態にされ、インバータ回路ＩＮＶの各部位に異常が生じた場合に、フォトトランジスタＴの周期的な状態の変化が停止されるようなものであってもよい。

・抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６，ＲＣ，ＲＤ（第１抵抗素子）や、プルアップ抵抗ＲＡ（第２抵抗素子）や、プルダウン抵抗ＲＢ（第２，３抵抗素子）は、複数の抵抗素子が直列接続又は並列接続されて構成されているものであってもよい。例えば、１００ｋΩの抵抗素子と、１００ｋΩの抵抗素子とを並列接続したものを５０ｋΩの第１抵抗素子として用いてもよいし、１００ｋΩの抵抗素子と、１００ｋΩの抵抗素子とを直列接続したものを２００ｋΩの第１抵抗素子として用いてもよい。

・フォトカプラ以外の絶縁素子を用いてもよい。例えば、磁気カプラであってもよい。また、「スイッチング素子」として、フォトトランジスタの代わりにフォトＭＯＳを用いてもよい。

・「電力変換回路」は、インバータ回路以外のものであってもよい。例えば、ＤＣＤＣコンバータであってもよい。

４０…制御装置（電圧検出部、異常判定部）、ＩＮＶ…インバータ回路（電力変換回路）、Ｒ１〜Ｒ６…抵抗素子（第１抵抗素子）、ＲＡ…プルアップ抵抗（第２抵抗素子）、Ｔ１〜Ｔ６…フォトトランジスタ（スイッチング素子）、Ｘ…検出点（接続点）。

Claims (4)

1. 電力変換回路（ＩＮＶ）に適用される異常判定回路であって、
   前記電力変換回路の互いに絶縁された複数の部位にそれぞれ対応して設けられたスイッチング素子（Ｔ１〜Ｔ６）と、第１抵抗素子との並列接続体を複数備え、
   前記並列接続体毎に設けられている前記第１抵抗素子は、互いに異なる抵抗値を有し、
   前記複数の並列接続体は、直列接続されて直列接続体を構成し、
   前記直列接続体の両端子のうち第１端子は、第２抵抗素子（ＲＡ，ＲＢ）を介して第１所定電圧に接続され、第２端子は、直接又は第３抵抗素子（ＲＢ）を介して前記第１所定電圧と異なる第２所定電圧に接続されており、
   前記スイッチング素子は、対応する前記部位における異常の発生を表す異常信号に応じて、導通状態から遮断状態、又は、遮断状態から導通状態とされ、
   前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との接続点（Ｘ）、前記第１抵抗素子と前記第１抵抗素子との接続点（Ｘｂ，Ｘｃ）、及び、前記第１抵抗素子と前記第３抵抗素子との接続点（Ｘａ）のうち、いずれか１つの接続点の電圧を検出する電圧検出部（４０）と、
   前記電圧検出部による検出値に基づいて、複数の前記並列接続体のうちどの前記並列接続体に対応する前記部位に異常が発生したかを判定する異常判定部（４０）と、を備え、
   前記電力変換回路は、高電圧側の上アームスイッチング素子及び低電圧側の下アームスイッチング素子の直列接続体が３つ並列接続されて構成されており、
   前記スイッチング素子は、各前記上アームスイッチング素子及び各前記下アームスイッチング素子にそれぞれ対応して設けられており、
   前記複数の並列接続体は、
   各前記上アームスイッチング素子に対応する前記スイッチング素子が直列接続されたものに対して、１つの前記第１抵抗素子が並列接続された並列接続体と、
   各前記下アームスイッチング素子に対応する前記スイッチング素子が直列接続されたものに対して、１つの前記第１抵抗素子が並列接続された並列接続体と、を含み、
   前記異常判定部は、前記電圧検出部による検出値に基づいて、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のいずれに対応する異常が発生したかを判定する異常判定回路。
2. 前記スイッチング素子は、前記部位において異常が生じたことを条件として、導通状態から遮断状態にされる請求項１に記載の異常判定回路。
3. 前記第２端子は、前記第２所定電圧に直接接続されており、
   前記電圧検出部は、前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子との接続点の電圧を検出する請求項１又は２に記載の異常判定回路。
4. 前記第１抵抗素子の抵抗値は、その第１抵抗素子に並列接続されている前記スイッチング素子が導通状態と遮断状態とで切り替えられた場合に、前記電圧検出部により検出される前記接続点の電圧値が変化する値にそれぞれ設定されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異常判定回路。

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