JP6778324B2 - Power converter, failure detection circuit, drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置と、電力変換装置において用いられる故障検知回路および駆動回路に関する。 The present invention relates to a power conversion device and a failure detection circuit and a drive circuit used in the power conversion device.
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両には、車両の駆動力を発生させるモータと、パワー半導体等を用いて構成されたスイッチング素子をスイッチング動作させることでバッテリから供給される直流電流を交流電流に変換してモータに供給するインバータ装置(電力変換装置)とが搭載されている。一般にこうしたインバータ装置には、内部回路において故障が発生した際に、その故障を検知する故障検知回路が搭載されている。故障検知回路には、例えば、故障によってパワー半導体に大電流が流れたことを検知する過電流検知回路や、故障によってパワー半導体が異常発熱したことを検知する過熱検知回路などがある。 For electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles, the direct current supplied from the battery is converted to alternating current by switching between a motor that generates the driving force of the vehicle and a switching element that is configured using a power semiconductor or the like. It is equipped with an inverter device (power conversion device) that converts and supplies the motor. Generally, such an inverter device is equipped with a failure detection circuit that detects a failure when a failure occurs in an internal circuit. Failure detection circuits include, for example, an overcurrent detection circuit that detects that a large current has flowed through a power semiconductor due to a failure, and an overheat detection circuit that detects that the power semiconductor overheats due to a failure.
本技術分野の背景技術として、特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1には、ハイサイド出力スイッチ素子とローサイド出力スイッチ素子を備えた高耐圧パワーICに設けられた過電流制限回路が開示されている。この過電流制限回路は、中点端子の電圧がハイサイド出力スイッチ素子の過電流時に対応する電圧になった時を検出する電圧比較回路と、ハイサイド出力スイッチ素子への駆動制御信号入力の前縁を第1の遅延時間だけ遅延させる第1の遅延回路と、電圧比較回路の出力信号を第2の遅延時間だけ遅延させる第2の遅延回路と、各遅延回路の出力信号の論理積をとることにより過電流を検出して過電流検出信号を出力する論理積回路とを有する。
As a background technology in this technical field, the technology described in
インバータ装置内部で故障が発生した場合には、前述の故障検知回路を用いて故障箇所を特定し、その箇所に応じた制御を行うことが好ましい。しかしながら、特許文献1に記載の技術では、短絡故障による過電流検知を行うことは可能であるが、ハイサイド出力スイッチ素子とローサイド出力スイッチ素子のどちらで短絡故障が発生しているかを特定する方法は明示されていない。
When a failure occurs inside the inverter device, it is preferable to identify the failure location by using the above-mentioned failure detection circuit and perform control according to the location. However, with the technique described in
そこで、本発明では、複数のスイッチング素子を有する電力変換装置において、いずれかのスイッチング素子で短絡故障が発生した際に、短絡故障箇所を特定する技術を提供することを主な目的とする。 Therefore, it is a main object of the present invention to provide a technique for identifying a short-circuit failure location when a short-circuit failure occurs in any of the switching elements in a power conversion device having a plurality of switching elements.
本発明の一態様による電力変換装置は、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とが直列に接続された一対のスイッチング素子と、前記一対のスイッチング素子をそれぞれ制御するための上アーム駆動信号および下アーム駆動信号を出力する制御回路と、前記上アーム駆動信号および前記下アーム駆動信号に基づいて前記一対のスイッチング素子をそれぞれ駆動するドライバ回路と、前記一対のスイッチング素子にそれぞれ流れる過電流を検知して過電流検知信号を出力する過電流検知回路と、前記一対のスイッチング素子がそれぞれ短絡故障しているときに故障検知信号を出力する故障検知回路と、を備え、前記故障検知回路は、前記上アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力するとともに、前記下アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力する遅延回路を有しており、前記一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子について前記過電流検知信号が出力されており、かつ前記一方のスイッチング素子について前記遅延信号がオフ状態であるときに、前記一方のスイッチング素子について前記故障検知信号を出力する。
本発明による故障検知回路は、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とが直列に接続された一対のスイッチング素子と、前記一対のスイッチング素子をそれぞれ制御するための上アーム駆動信号および下アーム駆動信号を出力する制御回路と、を備えた電力変換装置において用いられるものであって、前記上アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力するとともに、前記下アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記下アームの駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記上アームの駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力する遅延回路を有し、前記一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子に過電流が流れ、かつ前記一方のスイッチング素子について前記遅延信号がオフ状態であるときに、前記一方のスイッチング素子が短絡故障していると判断して故障検知信号を出力する。
本発明による駆動回路は、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とが直列に接続された一対のスイッチング素子と、前記一対のスイッチング素子をそれぞれ制御するための上アーム駆動信号および下アーム駆動信号を出力する制御回路と、前記上アーム駆動信号および前記下アーム駆動信号に基づいて前記一対のスイッチング素子をそれぞれ駆動するドライバ回路と、前記一対のスイッチング素子にそれぞれ流れる過電流を検知して過電流検知信号を出力する過電流検知回路と、前記一対のスイッチング素子がそれぞれ短絡故障しているときに故障検知信号を出力する故障検知回路と、を備え、前記故障検知回路は、前記上アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化するか、または前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力するとともに、前記下アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化するか、または前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力する遅延回路を有しており、前記一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子について前記過電流検知信号が出力されており、かつ前記一方のスイッチング素子について前記遅延信号がオフ状態であるときに、前記一方のスイッチング素子について前記故障検知信号を出力する。
The power conversion device according to one aspect of the present invention includes a pair of switching elements in which a switching element on the upper arm side and a switching element on the lower arm side are connected in series, and an upper arm for controlling the pair of switching elements. a control circuit for outputting a drive signal and a lower arm drive signal, and a driver circuit for driving each of said pair of switching elements on the basis of the upper arm drive signal and the lower arm drive signal, over flowing respectively to the pair of switching elements The failure detection circuit includes an overcurrent detection circuit that detects a current and outputs an overcurrent detection signal, and a failure detection circuit that outputs a failure detection signal when the pair of switching elements each have a short-circuit failure. As a delay signal for the switching element on the upper arm side, changes from off to on when the upper arm drive signal changes from off to on, and turns on when the lower arm drive signal changes from off to on. A delay signal that changes from off to off is output, and as a delay signal for the switching element on the lower arm side, the lower arm drive signal changes from off to on at the timing when the lower arm drive signal changes from off to on, and the upper arm drive signal It has a delay circuit that outputs a delay signal that changes from on to off at the timing when is changed from off to on, and the overcurrent detection signal is output to one of the pair of switching elements. And when the delay signal is off for the one switching element, the failure detection signal is output for the one switching element .
Failure detection circuit according to the invention, the arm driving signals above for controlling a pair of switching elements and the switching elements of the upper arm and the switching elements of the lower arm are connected in series, the pair of switching elements, respectively and It is used in a power conversion device provided with a control circuit that outputs a lower arm drive signal, and is a timing at which the upper arm drive signal changes from off to on as a delay signal for the switching element on the upper arm side. A delay signal that changes from off to on and changes from on to off at the timing when the lower arm drive signal changes from off to on is output, and the lower arm is used as a delay signal for the switching element on the lower arm side. It has a delay circuit that outputs a delay signal that changes from off to on when the drive signal of the upper arm changes from off to on, and changes from on to off when the drive signal of the upper arm changes from off to on. When an overcurrent flows through one of the pair of switching elements and the delay signal is off for the one switching element, it is determined that the one switching element has a short circuit failure. Outputs a failure detection signal .
The drive circuit according to the present invention includes a pair of switching elements in which an upper arm side switching element and a lower arm side switching element are connected in series, an upper arm drive signal for controlling the pair of switching elements, and a lower arm. detecting a control circuit for outputting arm driving signal, and a driver circuit for driving each of said pair of switching elements based on the previous SL on the arm drive signal and the lower arm drive signal, an overcurrent flowing through each of said pair of switching elements an overcurrent detection circuit for outputting an overcurrent detection signal to, and a failure detection circuit for outputting a failure detection signal when the pair of switching elements are short-circuited respectively, the failure detection circuit, said As a delay signal for the switching element on the upper arm side, the upper arm drive signal changes from off to on when the upper arm drive signal changes from off to on, or the lower arm drive signal changes from on to on when the lower arm drive signal changes from off to on. A delay signal that changes to off is output, and as a delay signal for the switching element on the lower arm side, the lower arm drive signal changes from off to on at the timing when the lower arm drive signal changes from off to on, or the upper arm drive It has a delay circuit that outputs a delay signal that changes from on to off at the timing when the signal changes from off to on, and the overcurrent detection signal is output to one of the pair of switching elements. cage, and the delayed signal for the one switching element is at an oFF state, and outputs the failure detection signal for the one of the switching elements.
本発明によれば、複数のスイッチング素子のいずれかで短絡故障が発生した際に、短絡故障箇所を特定することができる。 According to the present invention, when a short-circuit failure occurs in any of a plurality of switching elements, the short-circuit failure location can be specified.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下に説明する各実施形態では、スイッチング素子であるパワー半導体が上アームと下アームで直列に接続された電力変換装置において、いずれかのパワー半導体が短絡故障した際に、その故障箇所を特定できる構成の例を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment described below, in a power conversion device in which a power semiconductor as a switching element is connected in series by an upper arm and a lower arm, when any of the power semiconductors has a short-circuit failure, the failure location can be specified. An example of the configuration is shown.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置3および周辺回路の構成を示した図である。図1に示す電力変換装置3は、外部電源1と負荷2の間に接続されており、これらの間で入出力される電力の授受を行う。(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device 3 and peripheral circuits according to an embodiment of the present invention. The power conversion device 3 shown in FIG. 1 is connected between the
外部電源1は、負荷2を駆動させるための直流電源であり、例えば車載バッテリなどが該当する。負荷2は、電力変換装置3が駆動させる対象負荷であり、例えばモータやソレノイド、変圧用トランスなどが挙げられる。以下の説明では、負荷2として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載されており、その車両の駆動力を発生させる3相交流モータを用いた場合の例を記載するが、他の負荷についても同様である。
The
電力変換装置3は、制御回路4、電流センサ5、およびインバータ回路6を有している。インバータ回路6は、スイッチング素子としてそれぞれ動作する6個のパワー半導体6au、6bu、6av、6bv、6aw、6bwと、各パワー半導体をスイッチング駆動させる6個の駆動回路7au、7bu、7av、7bv、7aw、7bwとを有している。なお、本実施形態においては、互いに対応関係にあるパワー半導体と駆動回路については、符号の末尾に同じ記号(au〜bw)を付している。この点は、後で説明する駆動信号や故障検知信号などの各種信号についても同様である。
The power conversion device 3 includes a
本実施形態では、前述のように負荷2として3相交流モータを用いている。そのため、電力変換装置3は、上記のようにパワー半導体と駆動回路をそれぞれU相、V相、W相の3相分(6個)ずつ有している。なお、本実施形態では、上側すなわち高電位側に配置された各パワー半導体6au、6av、6awを、上アーム側パワー半導体と呼称し、下側すなわち低電位側に配置された各パワー半導体6bu、6bv、6bwを、下アーム側パワー半導体と呼称する。同様に、上側すなわち高電位側に配置された各駆動回路7au、7av、7awを、上アーム側駆動回路と呼称し、下側すなわち低電位側に配置された各駆動回路7bu、7bv、7bwを、下アーム側駆動回路と呼称する。
In this embodiment, as described above, a three-phase AC motor is used as the
制御回路4は、インバータ回路6を用いて負荷2の駆動制御を行う回路であり、その内部にCPU、RAM、ROM、通信回路(いずれも図示せず)等を有している。なお、制御回路4に搭載されるROMは、電気的に書き換え可能なROM、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)や、フラッシュROMであっても良い。
The
制御回路4は、電力変換装置3の外部に接続された電子制御装置(図示せず)と通信を行い、負荷2の駆動命令を受け取る。そして、この駆動命令と電流センサ5から得られる電流値に基づいて、負荷2の駆動制御を行う。この負荷2の駆動制御は、制御回路4からインバータ回路6の駆動回路7au〜7bwに対して、駆動信号8au〜8bwをそれぞれ出力することで行われる。すなわち、制御回路4は、外部からの駆動命令を受けて、U相、V相、W相に対して一対ずつ設けられたスイッチング素子である上アーム側パワー半導体6au、6av、6awおよび下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwのそれぞれを制御するための駆動信号8au〜8bwを出力する。
The
また、制御回路4は、駆動回路7au〜7bwからそれぞれ出力される故障検知信号19au〜19bwを受け、これに基づいて故障発生箇所の特定を行う。具体的には、故障検知信号19au〜19bwのいずれかが正常状態を示すローから短絡故障を示すハイに変化した場合に、その故障検知信号に対応するパワー半導体において短絡故障が発生したと判断する。そして、特定した故障箇所に対応したインバータ回路6の制御を行うために、駆動信号8au〜8bwの状態を正常時とは切り替える。なお、このときの具体的な動作については後で説明する。さらにこのとき、制御回路4は、電力変換装置3の外部に接続された故障通知装置30に対して故障通知信号を出力する。
Further, the
電流センサ5は、負荷2に流れる電流を測定するためのセンサである。本実施形態では、前述のように負荷2として3相交流モータを用いている。そのため、電流センサ5は各相の電流値を個別に測定し、測定値を制御回路4に対して出力する。
The
パワー半導体6au〜6bwは、それぞれ駆動回路7au〜7bwによってスイッチング駆動されることにより、スイッチング素子として機能する。インバータ回路6において各パワー半導体6au〜6bwが駆動命令に応じてスイッチング駆動されることで、外部電源1から供給された直流電流が3相交流電流に変換され、負荷2に出力される。なお、パワー半導体6au〜6bwには、例えばパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)や、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などが用いられる。
The power semiconductors 6au to 6bw function as switching elements by being switched and driven by the drive circuits 7au to 7bw, respectively. In the
また、パワー半導体6au〜6bwはそれぞれセンス端子を有している。このセンス端子からは、当該パワー半導体のドレイン−ソース間を流れる電流のうちの一定割合、例えば100分の1や1000分の1の電流が出力される。 Further, each of the power semiconductors 6au to 6bw has a sense terminal. From this sense terminal, a certain percentage of the current flowing between the drain and the source of the power semiconductor, for example, 1/1000 or 1/1000 of the current is output.
駆動回路7au〜7bwは、それぞれ制御回路4から出力される駆動信号8au〜8bwを受けて、対応するパワー半導体6au〜6bwのオン/オフを切り替える。また、駆動回路7au〜7bwは、対応するパワー半導体6au〜6bwの短絡故障を検知する故障検知回路を内部に有しており、当該パワー半導体の故障を検知した場合には、制御回路4に対して故障検知信号19au〜19bwをそれぞれ出力する。なお、駆動回路7au〜7bwの詳細については、後で図2を参照して説明する。
The drive circuits 7au to 7bw receive drive signals 8au to 8bw output from the
故障通知装置30は、制御回路4からの故障通知信号を受け付け、車両の搭乗者に対して故障の発生を通知する。故障発生の通知方法としては、例えば、ランプを点灯させる、警告音を発生させる、音声で通知するなどの方法が挙げられる。
The
図2は、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置3における駆動回路とその周辺回路の構成を示した図である。なお、図2では、図1で示した3相分のパワー半導体6au〜6bwおよび駆動回路7au〜7bwのうち、1相分(U相)のパワー半導体6au、6buおよび駆動回路7au、7buに関する構成のみを代表例として示している。他の2相(V相、W相)のパワー半導体6av、6bv、6aw、6bwおよび駆動回路7av、7bv、7aw、7bwの構成は、図2で示した構成と同様であるため、以下ではそれらの説明は省略する。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a drive circuit and its peripheral circuits in the power conversion device 3 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, among the three-phase power semiconductors 6au to 6bw and the drive circuits 7au to 7bw shown in FIG. 1, one phase (U-phase) power semiconductors 6au and 6bu and drive circuits 7au and 7bu are configured. Only is shown as a representative example. The configurations of the other two-phase (V-phase, W-phase) power semiconductors 6av, 6bv, 6aw, 6bw and the drive circuits 7av, 7bv, 7aw, 7bw are the same as those shown in FIG. The description of is omitted.
図2に示すように、駆動回路7auおよび7buは、内部にドライバ回路10、過電流検知回路11、故障検知回路16をそれぞれ有している。
As shown in FIG. 2, the drive circuits 7au and 7bu have a
ドライバ回路10は、制御回路4が出力する駆動信号に基づき、対応するパワー半導体に対して出力するゲート信号の制御を行う。これにより、当該パワー半導体のオン/オフを切り替える。図2の場合、駆動回路7au内部のドライバ回路10は、制御回路4から駆動信号8auを受けて、ゲート信号9auを制御し、対象のパワー半導体6auのオン/オフを切り替える。また、駆動回路7bu内部のドライバ回路10は、制御回路4から駆動信号8buを受けて、ゲート信号9buを制御し、対象のパワー半導体6buのオン/オフを切り替える。このようにして、駆動回路7au、7buにおいてドライバ回路10は、駆動信号8au、8buに基づいて、一対の上アーム側パワー半導体6auおよび下アーム側パワー半導体6buをそれぞれ駆動させる。
The
過電流検知回路11は、対応するパワー半導体に流れる過電流を検知し、過電流検知信号を出力する回路である。過電流検知回路11は、内部に抵抗12、基準電圧源13、コンパレータ14を有している。過電流検知回路11は、対応するパワー半導体から出力されるセンス電流を抵抗12によって電圧に変換する。そして、この変換後の電圧と基準電圧源13の電圧をコンパレータ14によって比較する。その結果、対応するパワー半導体に大電流が流れていない場合には、抵抗12による変換後の電圧が基準電圧源13の電圧よりも低く、コンパレータ14の出力はロー(正常状態)である。このとき、過電流検知信号は出力されない。一方、対応するパワー半導体に大電流が流れ、抵抗12が変換した後の電圧が基準電圧源13の電圧よりも高くなると、コンパレータ14から出力される過電流検知信号がハイ(過電流状態)になる。これによって過電流検知回路11は過電流の発生を検知し、過電流検知信号を出力する。
The
図2の場合、駆動回路7au内部の過電流検知回路11は、対象のパワー半導体6auに過電流が流れているか否かを過電流検知信号15auによって通知する。また、駆動回路7bu内部の過電流検知回路11は、対象のパワー半導体6buに過電流が流れているか否かを過電流検知信号15buによって通知する。このようにして、駆動回路7au、7buにおいて過電流検知回路11は、一対の上アーム側パワー半導体6auおよび下アーム側パワー半導体6buにそれぞれ流れる過電流を検知して、過電流検知信号15au、15buを出力する。
In the case of FIG. 2, the
故障検知回路16は、内部に遅延回路17を有している。遅延回路17は、対応するパワー半導体に出力される駆動信号と、当該パワー半導体と対をなすパワー半導体に出力される駆動信号とを受け付け、これらの駆動信号を基にして遅延信号を出力する。この遅延信号の生成方法の詳細については、後述する。故障検知回路16は、遅延回路17で生成した遅延信号と、前述の過電流検知回路11から出力される過電流検知信号とを基にして、対応するパワー半導体が短絡故障しているときに故障を検知し、故障検知信号を生成する。具体的には、遅延信号がロー(オフ)の状態であり、かつ過電流検知信号がハイ(過電流状態)のときに、対応するパワー半導体が短絡故障していると判断して、故障検知信号をハイ(故障状態)にする。そして、故障検知回路16は、生成した故障検知信号を制御回路4に対して出力する。
The
上記の動作において、故障検知回路16は、遅延信号によって対応するパワー半導体の本来のオン/オフ状態を模擬している。そして、遅延信号がロー(オフ)の状態、つまり当該パワー半導体が本来はオフ状態であるはずのときに、過電流検知回路11から過電流検知信号が出力された場合には、当該パワー半導体が短絡故障していると推定する。ここで、過電流検知信号が出力されたときには、一対の上アーム側パワー半導体および下アーム側パワー半導体が共にオンとなっている状態である。そのため、遅延信号がオフであるにも関わらず過電流検知信号が出力されるということは、対象のパワー半導体が本来はオフでなければならないのに、短絡故障により誤ってオン状態になっているということである。したがって、このような場合には対象のパワー半導体が短絡故障していると判断することができる。
In the above operation, the
図2の場合、駆動回路7au内部の故障検知回路16は、内部の遅延回路17により、対応する上アーム側パワー半導体6auに対する駆動信号8auと、これと対をなす下アーム側パワー半導体6buに対する駆動信号8buとに基づき、遅延信号18auの値を決定する。そして、この遅延信号18auと過電流検知信号15auを用いて、故障検知信号19auの値を切り替え、制御回路4に出力する。また、駆動回路7bu内部の故障検知回路16は、内部の遅延回路17により、対応する下アーム側パワー半導体6buに対する駆動信号8buと、これと対をなす上アーム側パワー半導体6auに対する駆動信号8auとに基づき、遅延信号18buの値を決定する。そして、この遅延信号18buと過電流検知信号15buを用いて、故障検知信号19buの値を切り替え、制御回路4に出力する。このようにして、駆動回路7au、7buにおいて故障検知回路16は、一対の上アーム側パワー半導体6auおよび下アーム側パワー半導体6buの各々について、駆動信号8au、8buに基づく遅延信号18au、18buを遅延回路17により出力し、この遅延信号18au、18buおよび過電流検知信号15au、15buに基づいて故障検知信号19au、19buを出力する。
In the case of FIG. 2, the
次に、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置3の動作について、図3および図4のタイミングチャートを参照して説明する。図3、図4は、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置3における正常時と短絡故障発生時の各信号のタイミングチャートの例をそれぞれ表した図である。なお、図3および図4では、図2に記載した1相分(U相)のパワー半導体6au、6buおよび駆動回路7au、7buにおける各信号のタイミングチャートのみを代表例として示している。他の2相(V相、W相)についても、信号変化は図3および図4と同様である。 Next, the operation of the power conversion device 3 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the timing charts of FIGS. 3 and 4. 3 and 4 are diagrams showing examples of timing charts of each signal at the time of normal operation and at the time of short-circuit failure in the power conversion device 3 according to the first embodiment of the present invention. Note that, in FIGS. 3 and 4, only the timing charts of the signals in the power semiconductors 6au and 6bu and the drive circuits 7au and 7bu shown in FIG. 2 for one phase (U phase) are shown as typical examples. For the other two phases (V phase and W phase), the signal change is the same as in FIGS. 3 and 4.
図3に示すように、例えば駆動信号8auおよび8buは、一定の周期でハイ(オン状態)とロー(オフ状態)が相互に切り替わる。ただし、駆動信号8auおよび8buは、共にロー(オフ状態)の時間帯であるデッドタイムtddを有している。 As shown in FIG. 3, for example, the drive signals 8au and 8bu switch between high (on state) and low (off state) at regular intervals. However, the drive signals 8au and 8bu both have a dead time tdd, which is a low (off state) time zone.
駆動信号8au、8buの状態がロー(オフ状態)からハイ(オン状態)に変化すると、パワー半導体6au、6buは、駆動信号8au、8buの変化から遅延時間tdrだけ遅れて、それぞれオフからオンに変化する。また、駆動信号8au、8buの状態がハイ(オン状態)からロー(オフ状態)に変化すると、パワー半導体6au、6buは、駆動信号8au、8buの変化から遅延時間tdfだけ遅れて、それぞれオンからオフに変化する。なお、図3の例に示すように、パワー半導体6auおよび6buが同時にオンになるのを避けるために、遅延時間tdfはデッドタイムtddよりも短くなるように設定されている。 When the state of the drive signals 8au and 8bu changes from low (off state) to high (on state), the power semiconductors 6au and 6bu are delayed by the delay time tdr from the change of the drive signals 8au and 8bu, and are turned from off to on, respectively. Change. Further, when the states of the drive signals 8au and 8bu change from high (on state) to low (off state), the power semiconductors 6au and 6bu are delayed by the delay time tdf from the changes of the drive signals 8au and 8bu, respectively, from on. Turns off. As shown in the example of FIG. 3, the delay time tdf is set to be shorter than the dead time tdd in order to prevent the power semiconductors 6au and 6bu from being turned on at the same time.
本実施形態では、駆動回路7au内部の故障検知回路16は、遅延回路17により、駆動信号8auおよび8buに基づいて、図3に示すタイミングで上アーム側パワー半導体6auに関する遅延信号18auを出力する。具体的には、遅延信号18auのロー(オフ状態)からハイ(オン状態)への変化は、駆動回路7auに対応する上アーム側パワー半導体6auに対して出力される駆動信号8auのロー(オフ状態)からハイ(オン状態)への変化に同期させる。また、遅延信号18auのハイ(オン状態)からロー(オフ状態)への変化は、上アーム側パワー半導体6auと対になる下アーム側パワー半導体6buに対して出力される駆動信号8buのロー(オフ状態)からハイ(オン状態)への変化に同期させる。駆動回路7auにおいて故障検知回路16が有する遅延回路17では、このようにして遅延信号18auの変化タイミングを決定し、出力する。
In the present embodiment, the
同様に、駆動回路7bu内部の故障検知回路16は、遅延回路17により、駆動信号8auおよび8buに基づいて、図3に示すタイミングで下アーム側パワー半導体6buに関する遅延信号18buを出力する。具体的には、遅延信号18buのロー(オフ状態)からハイ(オン状態)への変化は、駆動回路7buに対応する下アーム側パワー半導体6buに対して出力される駆動信号8buのロー(オフ状態)からハイ(オン状態)への変化に同期させる。また、遅延信号18buのハイ(オン状態)からロー(オフ状態)への変化は、下アーム側パワー半導体6buと対になる上アーム側パワー半導体6auに対して出力される駆動信号8auのロー(オフ状態)からハイ(オン状態)への変化に同期させる。駆動回路7buにおいて故障検知回路16が有する遅延回路17では、このようにして遅延信号18buの変化タイミングを決定し、出力する。
Similarly, the
図3の場合、上アーム側パワー半導体6auおよび下アーム側パワー半導体6buは、両方とも正常状態である。そのため、過電流検知信号15auおよび15buは、共に過電流状態ではないことを示すローのままで変化しない。したがって、駆動回路7au、7buの故障検知回路16からそれぞれ出力される故障検知信号19au、19buは、いずれも短絡故障が発生していないことを示すローのままで変化しない。すなわち、図3の場合には、駆動回路7au、7buのいずれにおいても、故障検知回路16から短絡故障の発生を示す故障検知信号は出力されない。
In the case of FIG. 3, both the upper arm side power semiconductor 6au and the lower arm side power semiconductor 6bu are in a normal state. Therefore, the overcurrent detection signals 15au and 15bu both remain low indicating that the overcurrent state is not present and do not change. Therefore, the failure detection signals 19au and 19bu output from the
なお、本実施形態において、駆動回路7au、7bu内の故障検知回路16が遅延回路17からそれぞれ出力する遅延信号18au、18buは、前述のように対応するパワー半導体6au、6buのオン/オフ状態を模擬したものである。そのため、本来であれば遅延信号18au、18buは、駆動信号8au、8buの変化からパワー半導体6au、6buの状態がそれぞれ変化するまでの遅延時間tdr、tdfも正確に模擬することが望ましい。しかし、遅延時間tdr、tdfを正確に模擬するためには、遅延回路17の内部に複数のタイマを設ける必要がある。また、パワー半導体6au、6buが共にオフの時間帯(図3のtoffの期間)では、パワー半導体6au、6buのいずれか一方が短絡故障したとしても、もう一方のパワー半導体がオフ状態であるため、パワー半導体6au、6buに過電流は流れず、過電流検知信号15au、15buが出力されることはない。したがって、toffの期間内であれば、パワー半導体6au、6buの状態が実際に変化するタイミングと遅延信号18au、18buが変化するタイミングの間にずれがあったとしても、故障検知回路16から出力される故障検知信号19au、19buがロー(正常状態)からハイ(故障状態)に変化するタイミングは変わらず、故障箇所の特定には差し支えない。
In the present embodiment, the delay signals 18au and 18bu output from the
そこで本実施形態では、上記のことを利用して、遅延信号18au、18buのオフからオンへの変化を、対象のパワー半導体6au、6buが実際にオフからオンに変化するタイミングからずらしている。具体的には、上アーム側のパワー半導体6auに関する遅延信号18auについては、遅延信号18auがオフからオンに変化するタイミングを、当該パワー半導体6auに対応する駆動回路7auに対して出力される駆動信号8auがオフからオンに変化するタイミングに同期させている。同様に、下アーム側のパワー半導体6buに関する遅延信号18buについては、遅延信号18buがオフからオンに変化するタイミングを、当該パワー半導体6buに対応する駆動回路7buに対して出力される駆動信号8buがオフからオンに変化するタイミングに同期させている。 Therefore, in the present embodiment, the change of the delay signals 18au and 18bu from off to on is shifted from the timing when the target power semiconductors 6au and 6bu actually change from off to on by utilizing the above. Specifically, regarding the delay signal 18au relating to the power semiconductor 6au on the upper arm side, the timing at which the delay signal 18au changes from off to on is output to the drive circuit 7au corresponding to the power semiconductor 6au. It is synchronized with the timing when 8au changes from off to on. Similarly, with respect to the delay signal 18bu relating to the power semiconductor 6bu on the lower arm side, the drive signal 8bu output to the drive circuit 7bu corresponding to the power semiconductor 6bu indicates the timing at which the delay signal 18bu changes from off to on. It is synchronized with the timing when it changes from off to on.
さらに、遅延信号18au、18buのオンからオフへの変化についても、対象のパワー半導体6au、6buが実際にオンからオフに変化するタイミングからずらしている。具体的には、上アーム側のパワー半導体6auに関する遅延信号18auについては、遅延信号18auがオンからオフに変化するタイミングを、当該パワー半導体6auと対になる下アーム側のパワー半導体6buに対応する駆動回路7buに対して出力される駆動信号8buがオンからオフに変化するタイミングに同期させている。同様に、下アーム側のパワー半導体6buに関する遅延信号18buについては、遅延信号18buがオンからオフに変化するタイミングを、当該パワー半導体6buと対になる上アーム側のパワー半導体6auに対応する駆動回路7auに対して出力される駆動信号8auがオンからオフに変化するタイミングに同期させている。 Further, the change of the delay signals 18au and 18bu from on to off is also shifted from the timing when the target power semiconductors 6au and 6bu actually change from on to off. Specifically, regarding the delay signal 18au relating to the power semiconductor 6au on the upper arm side, the timing at which the delay signal 18au changes from on to off corresponds to the power semiconductor 6bu on the lower arm side paired with the power semiconductor 6au. The drive signal 8bu output to the drive circuit 7bu is synchronized with the timing when it changes from on to off. Similarly, with respect to the delay signal 18bu relating to the power semiconductor 6bu on the lower arm side, the timing at which the delay signal 18bu changes from on to off is the drive circuit corresponding to the power semiconductor 6au on the upper arm side paired with the power semiconductor 6bu. The drive signal 8au output to 7au is synchronized with the timing when it changes from on to off.
以上説明したように、本実施形態の電力変換装置3では、上アーム側および下アーム側の一対のパワー半導体の切り替え状態をそれぞれ模擬した遅延信号の変化を、当該アームの駆動信号の変化と対アームの駆動信号の変化にそれぞれ同期させている。これにより、遅延回路17内部のタイマを削除でき、簡易な論理回路の組み合わせのみで遅延回路17を構成可能となる。例えば、上アーム側パワー半導体6auに対応する駆動回路7au内の遅延回路17は、駆動信号8auをS入力、駆動信号8buをR入力とするRSフリップフロップ等を用いて実現できる。同様に、下アーム側パワー半導体6buに対応する駆動回路7bu内の遅延回路17は、駆動信号8buをS入力、駆動信号8auをR入力とするRSフリップフロップ等を用いて実現できる。その結果、遅延回路17の規模や面積を削減でき、より低コストで本実施形態の電力変換装置3の構成を実現可能となる。
As described above, in the power conversion device 3 of the present embodiment, the change of the delay signal simulating the switching state of the pair of power semiconductors on the upper arm side and the lower arm side is paired with the change of the drive signal of the arm. It is synchronized with the change of the drive signal of the arm. As a result, the timer inside the
なお、以上説明した実施形態では、遅延信号18au、18buのオフからオンへの変化とオンからオフへの変化を、共に駆動信号8auまたは8buに同期させることとしたが、いずれか片方のタイミングのみを駆動信号8auまたは8buに同期させてもよい。遅延信号のオフからオンへの変化のみを駆動信号と同期させた場合は、遅延時間tdrを模擬するためのタイマを削減できる。同様に、遅延信号のオンからオフへの変化のみを駆動信号と同期させた場合は、遅延時間tdfを模擬するためのタイマを削減できる。すなわち、上アーム側および下アーム側の一対のパワー半導体のうち一方のパワー半導体についての遅延信号のオンからオフへの変化およびオフからオンへの変化の少なくとも一つと、他方のパワー半導体についての駆動信号のオフからオンへの変化およびオンからオフへの変化の少なくとも一つとを、互いに同期させることにより、本発明を適用した電力変換装置を実現可能である。 In the embodiment described above, the change from off to on and the change from on to off of the delay signals 18au and 18bu are both synchronized with the drive signal 8au or 8bu, but only one of the timings is used. May be synchronized with the drive signal 8au or 8bu. When only the change from off to on of the delay signal is synchronized with the drive signal, the timer for simulating the delay time tdr can be reduced. Similarly, when only the change from on to off of the delay signal is synchronized with the drive signal, the timer for simulating the delay time tdf can be reduced. That is, at least one of the on-to-off change and the off-to-on change of the delay signal for one of the pair of power semiconductors on the upper arm side and the lower arm side, and the drive for the other power semiconductor. A power conversion device to which the present invention is applied can be realized by synchronizing at least one of an off-to-on change and an on-off change of a signal with each other.
図4では、時間t1のタイミングでパワー半導体6auが短絡故障した場合のタイミングチャートの例を示している。パワー半導体6auで短絡故障が発生すると、パワー半導体6buがオン状態となった時間t2において、パワー半導体6auと6buが共にオン状態となり、これらに大電流が流れる。その結果、図4に示すように、過電流検知信号15au、15buが共にハイ(過電流状態)となる。一方、時間t2において、遅延信号18auはオフ状態、遅延信号18buはオン状態である。そのため、時間t2において故障検知信号19auはハイ(故障状態)となり、故障検知信号19buはロー(正常状態)のままとなる。この結果、故障検知信号19auによって制御回路4にパワー半導体6auの故障が通知される。
FIG. 4 shows an example of a timing chart when the power semiconductor 6au has a short-circuit failure at the timing of time t1. When a short-circuit failure occurs in the power semiconductor 6au, both the power semiconductors 6au and 6bu are turned on at the time t2 when the power semiconductor 6bu is turned on, and a large current flows through them. As a result, as shown in FIG. 4, the overcurrent detection signals 15au and 15bu are both high (overcurrent state). On the other hand, at time t2, the delay signal 18au is in the off state and the delay signal 18bu is in the on state. Therefore, at time t2, the failure detection signal 19au becomes high (failure state), and the failure detection signal 19bu remains low (normal state). As a result, the failure detection signal 19au notifies the
図5は、制御回路4により実行される故障検知処理のフローチャートを示した図である。この処理は、制御回路4において、故障検知信号19au〜19bwのいずれかがハイ(故障状態)になったタイミングで行われる。
FIG. 5 is a diagram showing a flowchart of a failure detection process executed by the
ステップS100において、制御回路4は、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awに関する故障検知信号19au、19av、19awのいずれかがハイ(故障状態)であるか判定する。いずれかがハイ(故障状態)である場合には、制御回路4は上アーム側パワー半導体6au、6av、6awのいずれかが短絡故障していると判断し、ステップS101の処理に移る。一方、故障検知信号19au、19av、19awが全てロー(正常状態)である場合には、制御回路4はステップS102の処理に移る。
In step S100, the
ステップS101において、制御回路4は、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awを全てオン状態に制御すると共に、対となる下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwを全てオフ状態に制御するように、駆動回路7au〜7bwに対して駆動信号8au〜8bwをそれぞれ出力する。具体的には、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awにそれぞれ対応する駆動回路7au、7av、7awに対しては、駆動信号8au、8av、8awを全てハイ(オン状態)にし、下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwにそれぞれ対応する駆動回路7bu、7bv、7bwに対しては、駆動信号8bu、8bv、8bwを全てロー(オフ状態)にする。その結果、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awは全てオン状態になり、下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwは全てオフ状態となる。この状態では、負荷2として電力変換装置3に接続された3相モータを流れる電流は、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awを介して3相モータ内部で還流するため、外部電源1と負荷2の間での電力の授受が無くなる。その結果、3相モータは力行も回生もしない状態となり、トルク出力がなくなるため、短絡故障による3相モータの急加速や急減速を防止することができる。ステップS101の処理を実行後、制御回路4はステップS104の処理に移る。
In step S101, the
ステップS102において、制御回路4は、下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwに関する故障検知信号19bu、19bv、19bwのいずれかがハイ(故障状態)であるか判定する。いずれかがハイ(故障状態)である場合には、制御回路4は下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwのいずれかが短絡故障していると判断し、ステップS103の処理に移る。一方、故障検知信号19bu、19bv、19bwが全てロー(正常状態)である場合には、制御回路4は図5に示した故障検知処理を終了する。
In step S102, the
ステップS103において、制御回路4は、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awを全てオフ状態に制御すると共に、対となる下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwを全てオン状態に制御するように、駆動回路7au〜7bwに対して駆動信号8au〜8bwをそれぞれ出力する。具体的には、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awにそれぞれ対応する駆動回路7au、7av、7awに対しては、駆動信号8au、8av、8awを全てロー(オフ状態)にし、下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwにそれぞれ対応する駆動回路7bu、7bv、7bwに対しては、駆動信号8bu、8bv、8bwを全てハイ(オン状態)にする。その結果、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awは全てオフ状態になり、下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwは全てオン状態となる。ステップS101で述べた状態と同様に、この状態では、負荷2として電力変換装置3に接続された3相モータは力行も回生もしない状態となり、トルク出力がなくなるため、短絡故障による3相モータの急加速や急減速を防止することができる。ステップS103の処理を実行後、制御回路4はステップS104の処理に移る。
In step S103, the
ステップS104において、制御回路4は、故障通知装置30に対して故障通知信号を出力する。このとき、追加情報、例えば短絡故障したパワー半導体の箇所情報などを故障通知装置30に対して送信しても良い。ステップS104の処理終了後、制御回路4は図5に示した故障検知処理を終了する。
In step S104, the
以上説明した図5の故障検知処理を実行することで、制御回路4は、U相、V相、W相の各スイッチング回路、すなわち、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awと下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwとがそれぞれ対をなして直列に接続された回路構成において、過電流検知回路11がいずれかの相についてパワー半導体6au〜6bwのいずれかに対して過電流検知信号を出力したときに、次のような制御を行う。すなわち、当該相の上アーム側パワー半導体に対する駆動信号がオン状態であるか、または、当該相の上アーム側パワー半導体に対する駆動信号および下アーム側パワー半導体に対する駆動信号が共にオフ状態であって、かつ当該相の上アーム側パワー半導体に対する駆動信号が直前にオン状態となっていた場合は、3相の全てについて、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awをオフ状態に制御すると共に下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwをオン状態に制御するように、駆動信号8au〜8bwを出力する。また、当該相の下アーム側パワー半導体に対する駆動信号がオン状態であるか、または、当該相の上アーム側パワー半導体に対する駆動信号および下アーム側パワー半導体に対する駆動信号が共にオフ状態であって、かつ当該相の下アーム側パワー半導体に対する駆動信号が直前にオン状態となっていた場合は、3相の全てについて、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awをオン状態に制御すると共に下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwをオフ状態に制御するように、駆動信号8au〜8bwを出力する。
By executing the failure detection process of FIG. 5 described above, the
以上のように本実施形態によれば、駆動信号を用いて遅延信号を生成し、この遅延信号と過電流検知信号から、各相に設けられた一対のパワー半導体の短絡故障箇所を特定する。このとき、遅延信号のオフからオンへの変化は対象のパワー半導体に対する駆動信号のオフからオンへの変化に同期させ、遅延信号のオフからオンへの変化は対となるパワー半導体に対する駆動信号のオフからオンへの変化に同期させる。これにより、遅延回路を小規模に構成でき、より低コストで短絡故障箇所の判定が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, a delay signal is generated using the drive signal, and the short-circuit failure location of the pair of power semiconductors provided in each phase is specified from the delay signal and the overcurrent detection signal. At this time, the change of the delay signal from off to on is synchronized with the change of the drive signal for the target power semiconductor from off to on, and the change of the delay signal from off to on is the change of the drive signal for the paired power semiconductor. Synchronize with the change from off to on. As a result, the delay circuit can be configured on a small scale, and the short-circuit failure location can be determined at a lower cost.
以上説明した本発明の第1の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the first embodiment of the present invention described above, the following effects are exhibited.
(1)電力変換装置3は、上アーム側のスイッチング素子であるパワー半導体6au、6av、6awと下アーム側のスイッチング素子であるパワー半導体6bu、6bv、6bwとがそれぞれ対になって直列に接続されたインバータ回路6と、これらのパワー半導体6au〜6bwをそれぞれ制御するための駆動信号8au〜8bwを出力する制御回路4と、駆動信号8au〜8bwに基づいてパワー半導体6au〜6bwをそれぞれ駆動するドライバ回路10と、パワー半導体6au〜6bwにそれぞれ流れる過電流を検知して過電流検知信号を出力する過電流検知回路11と、パワー半導体6au〜6bwがそれぞれ短絡故障しているときに故障検知信号を出力する故障検知回路16と、を備える。故障検知回路16は、パワー半導体6au〜6bwの各々について駆動信号8au〜8bwに基づく遅延信号を出力する遅延回路17を有しており、過電流検知信号および遅延信号に基づいて故障検知信号を出力する。この電力変換装置3において、一対の上アーム側パワー半導体6auおよび下アーム側パワー半導体6buのうち一方のパワー半導体についての遅延信号18auまたは18buのオンからオフへの変化およびオフからオンへの変化の少なくとも一つと、他方のパワー半導体についての駆動信号8buまたは8auのオフからオンへの変化およびオンからオフへの変化の少なくとも一つとは、図3で説明したように、互いに同期している。このようにしたので、複数のスイッチング素子であるパワー半導体6au〜6bwのいずれかで短絡故障が発生した際に、短絡故障箇所を特定することができる。
(1) In the power conversion device 3, the power semiconductors 6au, 6av, 6aw, which are switching elements on the upper arm side, and the power semiconductors 6bu, 6bv, 6bw, which are switching elements on the lower arm side, are connected in series in pairs. The
(2)故障検知回路16は、一対の上アーム側パワー半導体6auおよび下アーム側パワー半導体6buのうち一方のパワー半導体について過電流検知信号15auまたは15buが出力されており、かつ一方のパワー半導体について遅延信号18auまたは18buがオフ状態であるときに、一方のパワー半導体について故障検知信号19auまたは19buを出力する。このようにしたので、いずれかのパワー半導体に短絡故障が発生した場合に、これを確実に検知して故障検知信号を出力することができる。
(2) The
(3)制御回路4は、故障検知回路16が出力する故障検知信号19au〜19bwに基づいて、パワー半導体6au〜6bwのうちいずれのパワー半導体が短絡故障しているかを特定する。このようにしたので、短絡故障箇所を確実に特定することができる。
(3) The
(4)電力変換装置3は、上アーム側パワー半導体と下アーム側パワー半導体の組み合わせを複数有している。制御回路4は、このパワー半導体の組み合わせのいずれかにおいて上アーム側のパワー半導体が短絡故障していると特定した場合は、パワー半導体の組み合わせの全てについて、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awをオン状態に制御すると共に下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwをオフ状態に制御するように、駆動信号8au〜8bwを出力する。また、パワー半導体の組み合わせのいずれかにおいて下アーム側のパワー半導体が短絡故障していると特定した場合は、パワー半導体の組み合わせの全てについて、上アーム側パワー半導体6au、6av、6awをオフ状態に制御すると共に下アーム側パワー半導体6bu、6bv、6bwをオン状態に制御するように、駆動信号8au〜8bwを出力する。このようにしたので、負荷2として3相モータが電力変換装置3に接続された場合に、短絡故障による3相モータの急加速や急減速を防止することができる。
(4) The power conversion device 3 has a plurality of combinations of an upper arm side power semiconductor and a lower arm side power semiconductor. When the
(第2の実施形態)
次に本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、任意のタイミングで故障検知処理を実施可能な電力変換装置の例を示す。(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, an example of a power conversion device capable of performing failure detection processing at an arbitrary timing is shown.
図6は、本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置における駆動回路とその周辺回路の構成を示した図である。なお、実施例1と同一の構成要素には同一の記号を付与しており、それらの説明は省略する。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a drive circuit and its peripheral circuit in the power conversion device according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are given the same symbols, and their description will be omitted.
図6における駆動回路7au、7buは、第1の実施形態で説明した故障検知回路16とは異なる構成の故障検知回路16aをそれぞれ有している。故障検知回路16aは、故障検知回路16の構成に加えてラッチ回路20を有しており、故障検知信号をハイ(故障状態)にする条件が故障検知回路16とは異なる。具体的には、上アーム側パワー半導体6auに対応する駆動回路7au内の故障検知回路16aは、遅延回路17から出力された遅延信号18auがロー(オフ)の状態であり、かつ、過電流検知信号15auがハイ(過電流状態)の状態、および上アーム側パワー半導体6auと対をなす下アーム側パワー半導体6buに対応する駆動回路7buからの故障検知信号19buがロー(正常状態)の場合に、対象の故障検知信号19auをハイ(故障状態)にする。同様に、下アーム側パワー半導体6buに対応する駆動回路7bu内の故障検知回路16aは、遅延回路17から出力された遅延信号18buがロー(オフ)の状態であり、かつ、過電流検知信号15buがハイ(過電流状態)の状態、および下アーム側パワー半導体6buと対をなす上アーム側パワー半導体6auに対応する駆動回路7auからの故障検知信号19auがロー(正常状態)の場合に、対象の故障検知信号19buをハイ(故障状態)にする。ラッチ回路20は、故障検知信号19au、19buがそれぞれ一度ハイ(故障状態)になった場合に、ハイ(故障状態)を維持する役割を持つ。ラッチ回路20は、制御回路4からのリセット信号(図示せず)が入力された場合に、出力している故障検知信号19au
、19buをハイ(故障状態)からロー(正常状態)に変化させる。これにより、故障検知回路16aは、上アーム側パワー半導体6auと下アーム側パワー半導体6buのうち一方のパワー半導体について故障検知信号19auまたは19buを出力したときに、他方のパワー半導体について故障検知信号19buまたは19auが出力されていない場合に、一方のパワー半導体について故障検知信号19auまたは19buの出力を保持するようにしている。The drive circuits 7au and 7bu in FIG. 6 each have a
, 19bu is changed from high (failure state) to low (normal state). As a result, when the
図7は、本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置における短絡故障発生時の各信号のタイミングチャートの例を表した図である。図7でも、第1の実施形態で説明した図4と同様に、時間t1のタイミングでパワー半導体6auが短絡故障した場合のタイミングチャートの例を示している。図7では、時間t2で過電流検知信号15au、15buが共にハイ(過電流状態)となって故障検知信号19auがハイ(故障状態)に変化すると、その後の駆動信号8au、8buの変化に関わらず、故障検知信号19auがハイ(故障状態)を維持し、故障検知信号19buがロー(正常状態)を維持している。 FIG. 7 is a diagram showing an example of a timing chart of each signal when a short-circuit failure occurs in the power conversion device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 also shows an example of a timing chart when the power semiconductor 6au has a short-circuit failure at the timing of time t1 as in FIG. 4 described in the first embodiment. In FIG. 7, when the overcurrent detection signals 15au and 15bu both become high (overcurrent state) and the failure detection signal 19au changes to high (failure state) at time t2, the drive signals 8au and 8bu are changed thereafter. Instead, the failure detection signal 19au keeps high (failure state), and the failure detection signal 19bu keeps low (normal state).
なお、本実施形態において、制御回路4は任意のタイミングで故障検知処理を実施可能である。例えば、第1の実施形態と同様に、故障検知信号19au〜19bwのいずれかがハイ(故障状態)になったタイミングで実施しても良いし、あるいは一定期間ごとに周期的に実施しても良い。本実施形態における制御回路4の故障検知処理は、第1の実施形態で説明した内容と同様であるため、説明を省略する。
In this embodiment, the
前述の第1の実施例形態では、図4のタイミングチャートで示したように、上アーム側パワー半導体6auと下アーム側パワー半導体6buのいずれかが短絡故障すると、駆動信号8au、8buのオン/オフの変化に伴って、故障検知信号19au、19buはそれぞれハイ(故障状態)とロー(正常状態)が交互に変化する。そのため、上アーム側パワー半導体6auと下アーム側パワー半導体6buのどちらが短絡故障しているかを正しく判断するために、制御回路4は故障検知信号19auと19buのうち最初に出力された方を正しく受け取る必要がある。しかし、短絡故障の発生タイミングによっては、正しい故障発生箇所に対応する故障検知信号がハイ(故障状態)となっている時間が短いことがある。したがって、他の制御処理に時間を取られる等の理由により、故障検知信号が出力されてから制御回路4がこれを受信するまでの時間が長くなると、最初に出力された故障検知信号を正しく受信できずに、制御回路4において故障箇所の判定を誤る可能性がある。これは、他の相についても同様である。
In the above-described first embodiment, as shown in the timing chart of FIG. 4, when either the upper arm side power semiconductor 6au or the lower arm side power semiconductor 6bu fails due to a short circuit, the drive signals 8au and 8bu are turned on / The failure detection signals 19au and 19bu alternately change between high (failure state) and low (normal state) with the change of off. Therefore, in order to correctly determine which of the upper arm side power semiconductor 6au and the lower arm side power semiconductor 6bu has a short-circuit failure, the
一方、第2の実施形態の構成では、図7のタイミングチャートで示したように、先にハイ(故障状態)となった故障検知信号が保持され、対となる故障検知信号がハイ(故障状態)となることは無い。したがって、制御回路4は任意のタイミングで故障検知処理を行うことができ、故障箇所の判定誤りを防止できる。
On the other hand, in the configuration of the second embodiment, as shown in the timing chart of FIG. 7, the failure detection signal that was previously high (failure state) is held, and the paired failure detection signal is high (failure state). ). Therefore, the
以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、故障検知回路16aは、一対の上アーム側パワー半導体6auおよび下アーム側パワー半導体6buのうち一方のパワー半導体について故障検知信号19auまたは19buを出力したときに、他方のパワー半導体について故障検知信号19buまたは19auが出力されていない場合は、一方のパワー半導体について故障検知信号19auまたは19buの出力を保持する。このようにしたので、任意のタイミングで短絡故障箇所を誤りなく特定することが可能である。
According to the second embodiment of the present invention described above, the
なお、以上説明した第1および第2の各実施形態において、故障検知回路16、16aは駆動回路7au〜7bwの内部にそれぞれ設けられているが、駆動回路7au〜7bwの外部に設けられていても良い。また、故障検知回路16、16aを制御回路4が実行する処理によってそれぞれ実現しても良いし、制御回路4の内部にハードウェア的に組み込んでも良い。さらに、過電流検知回路11についても同様に、駆動回路7au〜7bwの外部に設けられていても良いし、制御回路4の処理や内部要素として実現しても良い。
In each of the first and second embodiments described above, the
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、信号のハイ/ロー状態とその信号が表す状態(オン状態/オフ状態、過電流状態/正常状態、故障状態/正常状態)の対応は、実施例に記載した例と逆であっても良い。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the correspondence between the high / low state of a signal and the state represented by the signal (on state / off state, overcurrent state / normal state, failure state / normal state) may be opposite to the example described in the embodiment. good. In addition, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration. Further, each of the above configurations, functions, processing units, processing means and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 The embodiments and various modifications described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired. Moreover, although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
3・・・電力変換装置、4・・・制御回路、6・・・インバータ回路、6au〜6bw・・・パワー半導体、7au〜7bw・・・駆動回路、8au〜8bw・・・駆動信号、10・・・ドライバ回路、11・・・過電流検知回路、15au、15bu・・・過電流検知信号、16、16a・・・故障検知回路、17・・・遅延回路、18au、18bu・・・遅延信号、19au〜19bw・・・故障検知信号 3 ... Power converter, 4 ... Control circuit, 6 ... Inverter circuit, 6au to 6bw ... Power semiconductor, 7au to 7bw ... Drive circuit, 8au to 8bw ... Drive signal, 10 ... driver circuit, 11 ... overcurrent detection circuit, 15au, 15bu ... overcurrent detection signal, 16, 16a ... failure detection circuit, 17 ... delay circuit, 18au, 18bu ... delay Signal, 19au-19bw ... Failure detection signal
Claims (7)
前記一対のスイッチング素子をそれぞれ制御するための上アーム駆動信号および下アーム駆動信号を出力する制御回路と、
前記上アーム駆動信号および前記下アーム駆動信号に基づいて前記一対のスイッチング素子をそれぞれ駆動するドライバ回路と、
前記一対のスイッチング素子にそれぞれ流れる過電流を検知して過電流検知信号を出力する過電流検知回路と、
前記一対のスイッチング素子がそれぞれ短絡故障しているときに故障検知信号を出力する故障検知回路と、を備え、
前記故障検知回路は、
前記上アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力するとともに、前記下アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力する遅延回路を有しており、
前記一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子について前記過電流検知信号が出力されており、かつ前記一方のスイッチング素子について前記遅延信号がオフ状態であるときに、前記一方のスイッチング素子について前記故障検知信号を出力する電力変換装置。 A pair of switching elements in which the switching element on the upper arm side and the switching element on the lower arm side are connected in series,
A control circuit that outputs an upper arm drive signal and a lower arm drive signal for controlling the pair of switching elements, respectively.
A driver circuit that drives the pair of switching elements based on the upper arm drive signal and the lower arm drive signal , respectively.
An overcurrent detection circuit that detects the overcurrent flowing through each of the pair of switching elements and outputs an overcurrent detection signal.
A failure detection circuit that outputs a failure detection signal when each of the pair of switching elements has a short-circuit failure is provided.
The failure detection circuit
As a delay signal for the switching element on the upper arm side, the upper arm drive signal changes from off to on at the timing of changing from off to on, and the lower arm drive signal changes from on to off at the timing of changing from off to on. Along with outputting a delay signal that changes to, as a delay signal for the switching element on the lower arm side, the lower arm drive signal changes from off to on at the timing when the lower arm drive signal changes from off to on, and the upper arm drive signal turns off. It has a delay circuit that outputs a delay signal that changes from on to off at the timing when it changes from to on .
When the overcurrent detection signal is output for one of the pair of switching elements and the delay signal is off for the one switching element, the failure is detected for the one switching element. A power converter that outputs a signal .
前記故障検知回路は、前記一方のスイッチング素子について前記故障検知信号を出力したときに、他方のスイッチング素子について前記故障検知信号が出力されていない場合は、前記一方のスイッチング素子について前記故障検知信号の出力を保持する電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1 ,
The failure detection circuit, when outputting the failure detection signal for the one of the switching elements, if the failure detection signal for the switching elements of the other side is not output, the failure detection signal for the one switching element A power converter that holds the output of.
前記制御回路は、前記故障検知回路が出力する前記故障検知信号に基づいて、前記一対のスイッチング素子のうちいずれのスイッチング素子が短絡故障しているかを特定する電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1 or 2 .
The control circuit is a power conversion device that identifies which of the pair of switching elements has a short-circuit failure based on the failure detection signal output by the failure detection circuit.
前記一対のスイッチング素子の組み合わせを複数有し、
前記制御回路は、
前記組み合わせのいずれかにおいて前記上アーム側のスイッチング素子が短絡故障していると特定した場合は、前記組み合わせの全てについて、前記上アーム側のスイッチング素子をオン状態に制御すると共に前記下アーム側のスイッチング素子をオフ状態に制御するように、前記駆動信号を出力し、
前記組み合わせのいずれかにおいて前記下アーム側のスイッチング素子が短絡故障していると特定した場合は、前記組み合わせの全てについて、前記上アーム側のスイッチング素子をオフ状態に制御すると共に前記下アーム側のスイッチング素子をオン状態に制御するように、前記駆動信号を出力する電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 3 ,
Having a plurality of combinations of the pair of switching elements
The control circuit
When it is specified that the switching element on the upper arm side has a short-circuit failure in any of the combinations, the switching element on the upper arm side is controlled to be on and the switching element on the lower arm side is controlled for all of the combinations. The drive signal is output so as to control the switching element to the off state.
When it is specified that the switching element on the lower arm side has a short-circuit failure in any of the combinations, the switching element on the upper arm side is controlled to be off and the switching element on the lower arm side is controlled for all of the combinations. A power conversion device that outputs the drive signal so as to control the switching element in the ON state.
前記一対のスイッチング素子をそれぞれ制御するための上アーム駆動信号および下アーム駆動信号を出力する制御回路と、
前記上アーム駆動信号および前記下アーム駆動信号に基づいて前記一対のスイッチング素子をそれぞれ駆動するドライバ回路と、
前記一対のスイッチング素子にそれぞれ流れる過電流を検知して過電流検知信号を出力する過電流検知回路と、
前記一対のスイッチング素子がそれぞれ短絡故障しているときに故障検知信号を出力する故障検知回路と、を備え、
前記故障検知回路は、
前記上アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化するか、または前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力するとともに、前記下アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化するか、または前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力する遅延回路を有しており、
前記一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子について前記過電流検知信号が出力されており、かつ前記一方のスイッチング素子について前記遅延信号がオフ状態であるときに、前記一方のスイッチング素子について前記故障検知信号を出力する電力変換装置。 A pair of switching elements in which the switching element on the upper arm side and the switching element on the lower arm side are connected in series,
A control circuit that outputs an upper arm drive signal and a lower arm drive signal for controlling the pair of switching elements, respectively.
A driver circuit that drives the pair of switching elements based on the upper arm drive signal and the lower arm drive signal, respectively.
An overcurrent detection circuit that detects the overcurrent flowing through each of the pair of switching elements and outputs an overcurrent detection signal.
A failure detection circuit that outputs a failure detection signal when each of the pair of switching elements has a short-circuit failure is provided.
The failure detection circuit
As a delay signal for the switching element on the upper arm side, the upper arm drive signal changes from off to on when the upper arm drive signal changes from off to on, or turns on when the lower arm drive signal changes from off to on. A delay signal that changes from off to off is output, and as a delay signal for the switching element on the lower arm side, the lower arm drive signal changes from off to on at the timing when the lower arm drive signal changes from off to on, or the upper arm It has a delay circuit that outputs a delay signal that changes from on to off when the drive signal changes from off to on .
When the overcurrent detection signal is output for one of the pair of switching elements and the delay signal is off for the one switching element, the failure is detected for the one switching element. A power converter that outputs a signal.
前記上アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力するとともに、前記下アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記下アームの駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記上アームの駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力する遅延回路を有し、
前記一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子に過電流が流れ、かつ前記一方のスイッチング素子について前記遅延信号がオフ状態であるときに、前記一方のスイッチング素子が短絡故障していると判断して故障検知信号を出力する故障検知回路。 A pair of switching elements in which a switching element on the upper arm side and a switching element on the lower arm side are connected in series, and a control for outputting an upper arm drive signal and a lower arm drive signal for controlling the pair of switching elements, respectively. A failure detection circuit used in a power conversion device equipped with a circuit.
As a delay signal for the switching element on the upper arm side, the upper arm drive signal changes from off to on at the timing of changing from off to on, and the lower arm drive signal changes from on to off at the timing of changing from off to on. Along with outputting a delay signal that changes to, as a delay signal for the switching element on the lower arm side, the drive signal of the lower arm changes from off to on at the timing when the drive signal of the lower arm changes from off to on, and the drive signal of the upper arm changes to on. Has a delay circuit that outputs a delay signal that changes from on to off at the timing when
When an overcurrent flows through one of the pair of switching elements and the delay signal is off for the one switching element, it is determined that the one switching element has a short-circuit failure. A failure detection circuit that outputs a failure detection signal.
前記上アーム駆動信号および前記下アーム駆動信号に基づいて前記一対のスイッチング素子をそれぞれ駆動するドライバ回路と、
前記一対のスイッチング素子にそれぞれ流れる過電流を検知して過電流検知信号を出力する過電流検知回路と、
前記一対のスイッチング素子がそれぞれ短絡故障しているときに故障検知信号を出力する故障検知回路と、を備え、
前記故障検知回路は、
前記上アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力するとともに、前記下アーム側のスイッチング素子に対する遅延信号として、前記下アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオフからオンに変化し、前記上アーム駆動信号がオフからオンに変化するタイミングでオンからオフに変化する遅延信号を出力する遅延回路を有しており、
前記一対のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子について前記過電流検知信号が出力されており、かつ前記一方のスイッチング素子について前記遅延信号がオフ状態であるときに、前記一方のスイッチング素子について前記故障検知信号を出力する駆動回路。 A pair of switching elements in which a switching element on the upper arm side and a switching element on the lower arm side are connected in series, and a control for outputting an upper arm drive signal and a lower arm drive signal for controlling the pair of switching elements, respectively. A drive circuit used in a power conversion device including a circuit.
A driver circuit that drives the pair of switching elements based on the upper arm drive signal and the lower arm drive signal , respectively.
An overcurrent detection circuit that detects the overcurrent flowing through each of the pair of switching elements and outputs an overcurrent detection signal.
A failure detection circuit that outputs a failure detection signal when each of the pair of switching elements has a short-circuit failure is provided.
The failure detection circuit
As a delay signal for the switching element on the upper arm side, the upper arm drive signal changes from off to on at the timing of changing from off to on, and the lower arm drive signal changes from on to off at the timing of changing from off to on. Along with outputting a delay signal that changes to, as a delay signal for the switching element on the lower arm side, the lower arm drive signal changes from off to on at the timing when the lower arm drive signal changes from off to on, and the upper arm drive signal turns off. It has a delay circuit that outputs a delay signal that changes from on to off at the timing when it changes from to on .
When the overcurrent detection signal is output for one of the pair of switching elements and the delay signal is off for the one switching element, the failure is detected for the one switching element. A drive circuit that outputs a signal.
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