JP6743600B2 - インバータ制御装置およびインバータ制御方法 - Google Patents
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Description
なお、この従来技術では、放電処理時に、スイッチング素子のオン動作時に、電流制限を行うものと電流制限をしないものとを選択的に切替制御することによりスイッチング素子の発熱を抑えるようにしている。
そして、制御部は、スイッチング素子の故障を検出した後の放電処理では、前記複数相のうち少なくとも故障した前記スイッチング素子の相以外の相のスイッチング素子を制御して放電を行う故障時放電処理を実行することを特徴とする。
(実施の形態1)
以下、実施の形態1のインバータの制御方法を実施するインバータ制御装置について説明する。
図1は、実施の形態1のインバータ制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体システムを示す。以下、図1に基づいて、ハイブリッド車両の全体システム構成を説明する。
モータ20は、走行駆動源になる交流(本実施の形態では3相交流)同期モータ構造であり、走行時に駆動トルク制御や回転数制御を行うとともに、減速時に回生ブレーキ制御による車両運動エネルギの強電バッテリBATへの回収を行なうものである。
以下に、インバータ60の構成について説明する。
インバータ60は、図2に示すように、上アーム61と下アーム62と平滑コンデンサ63とを備える。平滑コンデンサ63は、インバータ60の内部の電圧を平滑化するコンデンサである。
また、インバータ60と強電バッテリBATとの間には、イグニッションスイッチ(図示省略)のONで閉成され、OFFで開成されるリレースイッチ70が介在されている。
次に、インバータ制御回路80について説明する。
インバータ制御回路80は、故障検出部82と放電制御部83と出力部84を備える。
故障検出部82は、電流センサ81u,81v,81wが検出するモータ電流Iu,iv,iwに基づいて、各スイッチング素子61u,61v,61w、62u,62v,62wの、ショート故障、オープン故障の有無を検出する。なお、ショート故障は、過大電流の検出により検出できる。オープン故障は、電流値の積算値の低下により検出することができる。
次に、上アーム61,下アーム62のいずれかのスイッチング素子61u〜w、62u〜wにショート故障、オープン故障が生じた場合に放電制御部83が実行する故障時放電処理を、図3、図4のフローチャートに基づいて説明する。
ショート故障時放電処理の最初のステップS101では、ショート故障した素子に対してショート故障状態である閉(ON)状態を実現するPWM信号を出力し、対向アームの素子に対しこれを反転して開(OFF)状態を実現するPWM信号を出力する。
P_duty=(t_pwm−tα)/(t_pwm) ・・・(1)
なお、t_pwmはスイッチング周期である。また、tαは、デッドタイム(td)の2倍の時間よりも大きく、モータ電流が電流閾値Ilimの近傍で電流閾値Ilim未満となるOFF出力時間t_Ilimのデューティ比が得られる値に設定する。すなわち、t_Ilim>tα>2tdの関係とする。
すなわち、N_duty=(tα−2td)/(t_pwm)である。
この場合、ステップS101の処理に基づき、故障したスイッチング素子61uの対向アーム(下アーム62)のU相のスイッチング素子62uを、OFF状態に制御するPWM信号(Nu_duty=0)を出力する。
このステップS104では、モータ20に電流を流すことなく、故障した素子と同一アームの素子による損失により放電を行う損失放電処理を実行する。すなわち、故障した素子の対向アームの素子を全てOFF状態(オープン状態)として故障した素子と同一アームの非故障の素子に通電し、その損失により放電する。
P_duty=(t_pwm−tβ)/(t_pwm) ・・・(2)
なお、t_pwmはスイッチング周期、tβはデッドタイム(td)の2倍の時間以下かつ零よりも大きな値である。
この場合、ステップS101の処理に基づき、対向アームである下アーム62のU相のスイッチング素子62uは、OFF状態に制御されている。
次に、オープン故障検出時の放電制御部83の放電処理を、図4のフローチャートに基づいて説明する。
また、これに伴って、上アーム61のスイッチング素子61v,61wに対し、ON出力の時間tonuを有したPWM信号Pv,Pwを出力する。
このステップS204では、モータ20に電流を流すことなく、故障した素子の対向アームの素子による損失により放電を行うようPWM信号Pu,Pv,Pw,Nu,Nv,Nwを設定し出力する損失放電処理を実行する。
この故障した素子の対向アームの非故障の素子へのPWM信号のデューティ比P_dutyは、上記式(2)により求める。
したがって、モータ20のコイル20u,20v,20wに通電されること無く、スイッチング素子62v,62wの損失により平滑コンデンサ63の放電を行うことができる。
以下に、実施の形態1の効果を列挙する。
1)実施の形態1のインバータ制御装置は、
モータ20に電力を供給し、上アーム61および下アーム62のそれぞれに、複数相のスイッチング素子61u,61v,61w、62u,62v,62wを備えるとともに、内部の電圧を平滑化する平滑コンデンサ63を備えたインバータ60と、
スイッチング素子61u〜w、62u〜wの作動を制御し、平滑コンデンサ63に蓄積された電荷を放電する放電処理を実行する制御部としてのインバータ制御回路80と、
を備えたインバータ制御装置であって、
インバータ制御回路80は、
スイッチング素子61u〜w、62u〜wの故障を検出する故障検出部82を備え、
故障の検出後の放電処理では、前記複数相のうち少なくとも故障したスイッチング素子の相以外の相のスイッチング素子61u〜w、62u〜wを制御して放電を行う故障時放電処理を実行することを特徴とする。
したがって、スイッチング素子61u〜w、62u〜wのいずれかが故障した場合でも、故障相以外の相のスイッチング素子61u〜w、62u〜wを制御して平滑コンデンサ63の電荷の放電を行うことができる。
インバータ制御回路80は、故障時放電処理時に、故障したスイッチング素子(スイッチング素子61u〜w、62u〜wのいずれか)に対しては故障状態と同様の状態であるショート状態およびオープン状態を実現するパルス信号としてのPWM信号Pu,Pv,Pw、Nu,Nv,Nwを出力することを特徴とする。
したがって、故障したスイッチング素子ならびに故障相以外のスイッチング素子(スイッチング素子61u〜w、62u〜w)に対しPWM信号の出力を停止することなく出力する通常と同様の制御を行いながら、放電を行うことができる。
インバータ制御回路80は、同相のスイッチング素子に対し、一方のアーム側へのパルス信号のON,OFFを反転したPWM信号を対向アーム側へ出力する出力部84を備え、かつ、PWM信号には、一方のアーム側へのPWM信号のON出力と、対向アームへのPWM信号とのON出力との間に、両アーム側へ同時にOFF出力するデッドタイムtdが設定され、
インバータ制御回路80は、故障時放電処理時に、スイッチング素子にオープン状態を実現するにあたり、その対向アームのスイッチング素子にOFF出力時間をデッドタイムtdの2倍の値未満に設定したPWM信号を出力することを特徴とする。
したがって、OFF出力時間を有したPWM信号を出力しつつスイッチング素子をオープン(OFF状態)に維持できる。これにより、故障相を除くスイッチング素子により放電でき、損失を利用できるスイッチング素子の数を確保して、短時間の放電が可能となる。
インバータ制御回路80は、故障相以外のスイッチング素子に対し、モータ20に所定以上のトルクが発生しないデューティ比のPWM信号を出力することを特徴とする。
したがって、故障時放電処理の際に、モータ20に所定以上のトルクが発生することがなく、放電時にモータ20に音や振動が発生するトルクが生じるのを防止できる。
インバータ制御回路80は、PWM信号として、モータ20に通電して放電する信号を出力するモータ放電処理を実行することを特徴とする。
したがって、モータ20のコイル20u,20v,20wに通電し短時間に放電することができる。
インバータ制御回路80は、PWM信号として、モータ20に通電させることなくスイッチング素子の損失により放電する信号を出力する損失放電処理を実行することを特徴とする。
したがって、確実にモータ20にトルクが生じることなく放電することが可能であり、例えば、平滑コンデンサ63に蓄積された電荷が高い場合などに有効である。
インバータ制御回路80は、
モータ電流Iu,Iv,Iwの電流値を読み込み(ステップS101、S201)、
電流値が、モータ20に所定以上のトルクを生じさせない予め設定された電流閾値Ilim未満か否か判定し(ステップS102、S202)、
電流値が電流閾値Ilim未満の場合は、モータ放電処理を実行し(ステップS103、S203)、電流値が電流閾値Ilim以上の場合は、損失放電処理を実行する(ステップS104、S204)ことを特徴とする。
したがって、平滑コンデンサ63からモータ20へ流れる電流値に応じ、モータ20に所定以上のトルクを生じさせることなく、最適の放電処理を選択的に行って、より短時間に放電を行うことができる。
インバータ制御回路80は、損失放電処理の実行時は、故障相以外の相のスイッチング素子に対し、一方のアーム側のスイッチング素子をOFFとしてモータ20に通電しない状態として、対向アーム側の故障相以外のスイッチング素子に平滑コンデンサ63の電荷を与えることを特徴とする。
したがって、モータ20に通電することなく放電することが可能である。
モータ20に電力を供給し、上アーム61および下アーム62のそれぞれに、スイッチング素子61u,61v,61w、62u,62v,62wが設けられた相を複数備えるとともに、内部の電圧を平滑化する平滑コンデンサ63を備えたインバータ60において、平滑コンデンサ63に蓄積された電荷を放電するインバータ制御方法であって、
スイッチング素子61u〜w、62u〜wの故障を検出後の放電時に、少なくとも故障相以外の相のスイッチング素子61u〜w、62u〜wを制御して放電を行うことを特徴とする。
したがって、スイッチング素子61u〜w、62u〜wのいずれかが故障した場合でも、故障相以外の相のスイッチング素子61u〜w、62u〜wを制御して平滑コンデンサ63の電荷の放電を行うことができる。
20u (U相の)コイル
20v (V相の)コイル
20w (W相の)コイル
60 インバータ
61 上アーム
61u,61v,61w スイッチング素子
62 下アーム
62u,62v,62w スイッチング素子
63 平滑コンデンサ
80 インバータ制御回路
82 故障検出部
83 放電制御部
84 出力部
BAT 強電バッテリ
Ilim 電流閾値
Iu,Iv,Iw モータ電流
Nu,Nv,Nw PWM信号(パルス信号)
Pu,Pv,Pw PWM信号(パルス信号)
td デッドタイム
tα (短時間OFFの)時間
tβ (短時間OFFの)時間
Claims (5)
- モータに電力を供給し、上アームおよび下アームのそれぞれに、複数相のスイッチング素子を備えるとともに、内部の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備えたインバータと、
前記スイッチング素子の作動を制御し、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電処理を実行する制御部と、
を備えたインバータ制御装置であって、
前記制御部は、
前記スイッチング素子の故障を検出する故障検出部を備え、
前記故障の検出後の前記放電処理では、前記複数相のうち少なくとも故障した前記スイッチング素子の相以外の相の前記スイッチング素子に対し、前記モータに所定以上のトルクが発生しないデューティ比のパルス信号を出力するよう制御して放電を行う故障時放電処理を実行し、
さらに、前記故障時放電処理では、
前記モータのコイルへの電流値を読み込み、
前記電流値が、前記モータに所定以上のトルクを生じさせない予め設定された電流閾値未満か否か判定し、
前記電流値が前記電流閾値未満の場合は、前記パルス信号として前記モータに通電して放電する信号を出力するモータ放電処理を実行し、
前記電流値が前記電流閾値以上の場合は、前記パルス信号として、前記モータに通電させることなく前記スイッチング素子の損失により放電する信号を出力する損失放電処理を実行することを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項1に記載のインバータ制御装置において、
前記制御部は、前記故障時放電処理時に、故障した前記スイッチング素子に対しては故障状態と同様の状態を実現するパルス信号を出力することを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項2に記載のインバータ制御装置において、
前記制御部は、同相の前記スイッチング素子に対し、一方のアーム側へのパルス信号のON,OFFを反転したパルス信号を対向アーム側へ出力する出力部を備え、かつ、前記パルス信号には、一方のアーム側へのパルス信号のON出力と、対向アームへのパルス信号とのON出力との間に、両アーム側へ同時にOFF出力するデッドタイムが設定され、
前記制御部は、前記故障時放電処理時に、前記スイッチング素子にオープン状態を実現するにあたり、その対向アームの前記スイッチング素子にOFF出力時間を前記デッドタイムの2倍の値未満に設定した前記パルス信号を出力することを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のインバータ制御装置において、
前記制御部は、前記損失放電処理の実行時は、故障した前記スイッチング素子の相以外の相の前記スイッチング素子に対し、一方のアーム側の前記スイッチング素子をOFFとして前記モータに通電しない状態として、故障した前記スイッチング素子の対向アーム側の相以外の相の前記スイッチング素子に前記平滑コンデンサの電荷を与えることを特徴とするインバータ制御装置。 - モータに電力を供給し、上アームおよび下アームのそれぞれに、複数相のスイッチング素子を備えるとともに、内部の電圧を平滑化する平滑コンデンサを備えたインバータにおいて、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するインバータ制御方法であって、
前記スイッチング素子の故障を検出後の放電時に、前記複数相のうち少なくとも故障した前記スイッチング素子の相以外の相のスイッチング素子に対し、前記モータに所定以上のトルクが発生しないデューティ比のパルス信号を出力するよう制御して放電を行い、
さらに、前記故障を検出後の放電時には、
前記モータのコイルへの電流値を読み込み、
前記電流値が、前記モータに所定以上のトルクを生じさせない予め設定された電流閾値未満か否か判定し、
前記電流値が前記電流閾値未満の場合は、前記パルス信号として前記モータに通電して放電する信号を出力し、
前記電流値が前記電流閾値以上の場合は、前記パルス信号として、前記モータに通電させることなく前記スイッチング素子の損失により放電する信号を出力することを特徴とするインバータ制御方法。
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