JPWO2016021329A1

JPWO2016021329A1 - 電力変換装置

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Publication number: JPWO2016021329A1
Application number: JP2016540112A
Authority: JP
Inventors: 飛田　慎一郎; 慎一郎飛田; 坂本　英之; 英之坂本; 哲重田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: US9941815B2; DE112015003140T5; WO2016021329A1; US20170207722A1; CN106575925A; JP6220456B2; CN106575925B

Abstract

本発明の目的は、電力変換装置のパワー半導体素子に対する過電流検知機能が正常であるか否かを診断することである。本発明の電力変換装置は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子としてのＩＧＢＴ（３２８，３３０）と、過電流検知回路（２３０）と、過電流模擬回路（２５０）とを備える。ＩＧＢＴ（３２８，３３０）は、エミッタ電極に流れる電流に応じたセンス電流（３４１）を出力するエミッタセンス端子（３４０）を有している。過電流検知回路（２３０）は、エミッタセンス端子（３４０）から出力されるセンス電流（３４１）に基づいて、ＩＧＢＴ（３２８，３３０）に流れる過電流を検知する。過電流模擬回路（２５０）は、ＩＧＢＴ（３２８，３３０）に流れる過電流を模擬した模擬信号（２５１）を過電流検知回路（２３０）に出力する。

Description

本発明は電力変換装置に関する。

従来、電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）などの車両に搭載された車両走行用のモータを駆動する等の目的で使用され、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（インバータ）が広く利用されている。こうした電力変換装置は一般に、パワー半導体素子と呼ばれる半導体素子をスイッチング素子として有しており、このパワー半導体素子を用いて、直流電力を交流電力に変換している。

上記のような電力変換装置では、短絡故障等により過電流が流れると、パワー半導体素子が破壊されてしまうおそれがある。そこで、こうした過電流によるパワー半導体素子の破壊を防止する技術として、特許文献１に記載の電力変換装置が知られている。この電力変換装置は、エミッタセンス端子を有するトランジスタをスイッチング素子として備え、このトランジスタに流れる電流に応じてエミッタセンス端子から出力されるセンス電流の大きさを検知することにより、過電流を検知する。

特開２０１３−１９２４１８号公報

特許文献１に記載の電力変換装置では、スイッチング素子のエミッタセンス端子から出力されるセンス電流の大きさを、シャント抵抗やコンパレータを用いて検知している。したがって、これらの回路が故障した場合は、センス電流の大きさを正確に検知できないため、過電流検知を正しく行うことができない。その結果、スイッチング素子に過電流が流れてしまうのを十分に防止できず、スイッチング素子の破壊につながるおそれがある。

本発明は、上記のような従来の課題を解消するためになされたものである。本発明の主な目的は、電力変換装置のパワー半導体素子に対する過電流検知機能が正常であるか否かを診断することにある。

本発明による電力変換装置は、エミッタ電極と、前記エミッタ電極に流れる電流に応じたセンス電流を出力するエミッタセンス端子とを有し、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子と、前記センス電流に基づいて、前記パワー半導体素子に流れる過電流を検知する過電流検知回路と、前記過電流を模擬した模擬信号を前記過電流検知回路に出力する過電流模擬回路と、を備える。

本発明によれば、電力変換装置のパワー半導体素子に対する過電流検知機能が正常であるか否かを診断することができる。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置の基本構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る電力変換装置における過電流検知診断回路の構成を示す図である。過電流検知診断回路による診断タイミングの例を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置の基本構成を示す図である。本実施形態に係る電力変換装置２００は、インバータ装置１４０とコンデンサモジュール５００とを備える。インバータ装置１４０は、インバータ回路１４４と制御部１７０とを有している。インバータ回路１４４は、３つの上下アーム直列回路１５０を有している。各上下アーム直列回路１５０は、上アームとして動作するＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）３２８およびダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６から構成されている。インバータ装置１４０は、各上下アーム直列回路１５０の中点部分（中間電極１６９）から、交流端子１５９を介して、モータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６と接続されている。

制御部１７０は、インバータ回路１４４を駆動制御するためのドライブ回路１７４と、ドライブ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給するための制御回路１７２とを有している。

電力変換装置２００が備える上アームのＩＧＢＴ３２８および下アームのＩＧＢＴ３３０は、スイッチング用のパワー半導体素子である。これらのパワー半導体素子は、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。なお、インバータ装置１４０はモータジェネレータ１９２が発生する三相交流電力を直流電力に変換することもできる。

インバータ回路１４４は、３相ブリッジ回路により構成されており、３相分の各上下アーム直列回路１５０が、直流正極端子３１４と直流負極端子３１６の間に電気的に並列に接続されている。直流正極端子３１４と直流負極端子３１６は、バッテリ１３６の正極側と負極側にそれぞれ接続されている。

本実施形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ３２８や３３０を用いることを例示している。ＩＧＢＴ３２８，３３０は、コレクタ電極、エミッタ電極およびゲート電極をそれぞれ備えている。ＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極とエミッタ電極との間には、ダイオード１５６，１６６がそれぞれ図示するように電気的に接続されている。ダイオード１５６，１６６は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極をそれぞれ備えている。ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、ダイオード１５６，１６６のカソード電極とアノード電極は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極とエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。

インバータ回路１４４において、上下アーム直列回路１５０は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相分設けられている。３つの上下アーム直列回路１５０はそれぞれ、ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極とＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極を接続する中間電極１６９および交流端子１５９を介して、モータジェネレータ１９２へのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各アームを形成している。上下アーム直列回路１５０同士は、電気的に並列に接続されている。各アームにおいて、上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極は、正極端子（Ｐ端子）１５７および直流正極端子３１４を介してコンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極に電気的に接続されており、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は、負極端子（Ｎ端子）１５８および直流負極端子３１６を介してコンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極に電気的に接続されている。各アームの中間電極１６９は、交流端子１５９および交流コネクタ１８８を介して、モータジェネレータ１９２の電機子巻線の対応する相巻線にそれぞれ電気的に接続されている。さらに、各上下アーム直列回路１５０は、上記の正極端子１５７、負極端子１５８および交流端子１５９に加えて、上アーム用の信号用端子１５５およびゲート電極端子１５４と、下アーム用の信号用端子１６５およびゲート電極端子１６４とを備えている。

コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極には、正極側コンデンサ端子５０６および直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６の正極側が電気的に接続されている。コンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極には、負極側コンデンサ端子５０４および直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６の負極側が電気的に接続されている。これにより、コンデンサモジュール５００は、上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極とバッテリ１３６の正極側との間、および下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極とバッテリ１３６の負極側との間に、各上下アーム直列回路１５０に対して電気的に並列接続されている。

制御部１７０は、ＩＧＢＴ３２８，３３０を作動させるためのものである。制御部１７０において、制御回路１７２は、他の制御装置やセンサなどからの入力情報に基づいて、ドライブ回路１７４の動作を制御してＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを制御するための制御信号を生成し、ドライブ回路１７４に出力する。ドライブ回路１７４は、制御回路１７２から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を制御するためのドライブ信号を生成し、ＩＧＢＴ３２８，３３０に出力する。

制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには、入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、モータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置などが入力される。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流検出部１８０から信号線１８２を介して出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。

制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算する。また、演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいて、パルス状の変調波（ＰＷＭ信号）を生成し、この生成されたＰＷＭ信号を前述の制御信号としてドライブ回路１７４に出力する。

ドライブ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極に出力する。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。

次に、電力変換装置２００における過電流検知機能について説明する。本実施形態の電力変換装置２００は、パワー半導体素子である各ＩＧＢＴ３２８，３３０に対する過電流検知機能を有している。この過電流検知機能を用いることで、電力変換装置２００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のいずれかに過電流が流れている場合にこれを検知し、当該ＩＧＢＴに対するドライブ回路１７４からのドライブ信号の出力を停止する。これにより、過電流によるＩＧＢＴ３２８，３３０の破壊を防止することができる。

さらに、本実施形態の電力変換装置２００は、上記の過電流検知機能に対する診断機能も有している。この診断機能を用いることで、電力変換装置２００は、過電流検知機能が正常に働いているか否かを判断し、正常でないと判断した場合には警報等を発する。これにより、過電流検知機能を実現するための回路の故障等により、ＩＧＢＴ３２８，３３０が過電流で破壊されてしまうのを確実に防止することができる。

図２は、上記の過電流検知機能および診断機能を実現するために、本発明の一実施形態に係る電力変換装置における過電流検知診断回路の構成を示す図である。過電流検知診断回路は、前述の制御回路１７２、ドライブ回路１７４およびＩＧＢＴ３２８，３３０と組み合わせて用いられるものであり、過電流検知機能に対応するトルクセキュリティ回路２１０、エミッタセンス回路２２０、過電流検知回路２３０および入力回路２４０と、診断機能に対応する過電流模擬回路２５０、テストパターン出力回路２６０およびテスト有効／無効フラグ出力回路２７０とを備える。この過電流検知診断回路は、図１において、制御部１７０やインバータ回路１４４に内蔵されている。

なお、図２では、ＩＧＢＴ３２８，３３０として一つのＩＧＢＴのみを図示し、これに対応して設けられた過電流検知診断回路の構成を示しているが、実際には、図１に示した各ＩＧＢＴ３２８，３３０に対して、図２のような回路構成の過電流検知診断回路がそれぞれ設けられている。ここで、図２に示した回路構成の一部または全部については、複数のＩＧＢＴ間で共用しても構わない。以下では、図１に示したＩＧＢＴ３２８，３３０のうち、一つのＩＢＧＴ３２８に対応する過電流検知診断回路を例に挙げて説明する。

トルクセキュリティ回路２１０は、ロジック回路等を用いて構成されており、制御回路１７２とドライブ回路１７４の間に配置されている。トルクセキュリティ回路２１０は、通常時は、制御回路１７２からの制御信号２１１をそのまま通過させてドライブ回路１７４に出力する。しかし、ＩＧＢＴ３２８に対して過電流が検知されると、制御回路１７２からドライブ回路１７４への制御信号２１１の出力を遮断する。これにより、ＩＧＢＴ３２８のスイッチング動作を停止し、図１のモータジェネレータ１９２の動作が停止されるようにする。このとき、制御信号２１１に替えて、予め設定された所定の制御信号をトルクセキュリティ回路２１０からＩＧＢＴ３２８に出力することで、モータジェネレータ１９２を安全に停止できるようにしてもよい。なお、ＩＧＢＴ３２８に対して過電圧が検知された場合や、電力変換装置２００内のいずれかの回路が故障した場合などにも、過電流を検知した場合と同様に、トルクセキュリティ回路２１０により、制御回路１７２からドライブ回路１７４への制御信号２１１の出力を遮断してもよい。

ドライブ回路１７４は、制御回路１７２からトルクセキュリティ回路２１０を介して出力される制御信号２１１を受信し、この制御信号２１１に基づいて、ドライブ信号２１２をＩＧＢＴ３２８のゲート電極に出力する。このドライブ信号２１２に応じてＩＧＢＴ３２８がスイッチング動作を行うことにより、直流電力が交流電力に変換され、モータジェネレータ１９２が駆動される。

図２に示すように、ＩＧＢＴ３２８は、エミッタ電極に流れる電流に応じたセンス電流を出力するエミッタセンス端子３４０を有している。具体的には、たとえば、コレクタ電極からエミッタ電極に流れる電流を数百分の一程度にした電流を、エミッタセンス端子３４０からセンス電流３４１として出力する。

エミッタセンス回路２２０は、ＩＧＢＴ３２８のエミッタセンス端子３４０と接続されており、エミッタセンス端子３４０から出力されるセンス電流３４１の大きさに応じた電圧信号２２１を過電流検知回路２３０に出力する。具体的には、エミッタセンス回路２２０は、たとえば所定の抵抗値を有する抵抗体を有しており、この抵抗体を用いてセンス電流３４１を電圧信号２２１に変換する。そして、フィルタ回路によりノイズを除去した後、電圧信号２２１を過電流検知回路２３０に出力する。

過電流検知回路２３０は、エミッタセンス回路２２０と接続されており、エミッタセンス回路２２０から出力される電圧信号２２１を用いて、ＩＧＢＴ３２８からのセンス電流３４１に基づく過電流検知を行う。具体的には、過電流検知回路２３０は、過電流と判定するための所定の閾値電圧（過電流閾値）が予め設定されたコンパレータ等の比較回路を有しており、この比較回路を用いて電圧信号２２１と過電流閾値を比較することにより、電圧信号２２１が過電流閾値以上であるか否かを判定する。その結果、電圧信号２２１が過電流閾値以上であると判定した場合は、ＩＧＢＴ３２８に過電流が流れていると判断し、過電流検知信号２３１を入力回路２４０およびドライブ回路１７４に出力する。

ドライブ回路１７４は、過電流検知回路２３０とスイッチ２７３を介して接続されている。スイッチ２７３がオン状態であるときに、過電流検知回路２３０から過電流検知信号２３１が出力されると、過電流検知信号２３１はドライブ回路１７４に入力される。この過電流検知信号２３１を受けると、ドライブ回路１７４は、ＩＧＢＴ３２８に対するドライブ信号２１２の出力を停止する。これにより、過電流検知回路２３０は、過電流を検知した場合に、ＩＧＢＴ３２８のスイッチング動作を禁止することができる。換言すると、過電流検知回路２３０は、過電流を検知した場合にＩＧＢＴ３２８のスイッチング動作を禁止するスイッチング禁止機能を有している。なお、ドライブ回路１７４からのドライブ信号２１２の出力を停止する代わりに、ドライブ信号２１２を遮断することで、ＩＧＢＴ３２８のスイッチング動作を禁止してもよい。

入力回路２４０は、過電流検知回路２３０から出力された過電流検知信号２３１を制御回路１７２およびトルクセキュリティ回路２１０に入力するための回路であり、過電流検知回路２３０と制御回路１７２およびトルクセキュリティ回路２１０との間に配置されている。入力回路２４０は、たとえばフィルタ回路を有しており、このフィルタ回路により過電流検知信号２３１からノイズ等を除去して、制御回路１７２およびトルクセキュリティ回路２１０に出力する。

トルクセキュリティ回路２１０は、入力回路２４０とスイッチ２７４を介して接続されている。スイッチ２７４がオン状態であるときに、過電流検知回路２３０から過電流検知信号２３１が出力されると、過電流検知信号２３１は入力回路２４０を介してトルクセキュリティ回路２１０に入力される。この過電流検知信号２３１を受けると、トルクセキュリティ回路２１０は、前述のように、制御回路１７２からドライブ回路１７４への制御信号２１１の出力を遮断することで、ＩＧＢＴ３２８のスイッチング動作を停止させる。これにより、過電流検知回路２３０が過電流を検知した場合に、トルクセキュリティ回路２１０を動作させることができる。

過電流模擬回路２５０は、ＩＧＢＴ３２８に流れる過電流を模擬した模擬信号２５１を発生し、エミッタセンス回路２２０を介して過電流検知回路２３０に出力する。具体的には、過電流模擬回路２５０は内部電源を有しており、この内部電源を用いて、ＩＧＢＴ３２８に過電流が流れたときにエミッタセンス回路２２０から出力される電圧信号２２１と同等の電圧、すなわち過電流検知回路２３０における過電流閾値以上の電圧を、模擬信号２５１として出力する。こうして過電流模擬回路２５０から出力された模擬信号２５１は、エミッタセンス回路２２０を経由し、電圧信号２２１として過電流検知回路２３０に入力される。あるいは、エミッタセンス回路２２０を経由せずに、過電流模擬回路２５０から過電流検知回路２３０に模擬信号２５１を直接出力してもよい。

テストパターン出力回路２６０は、制御回路１７２からの模擬信号出力指令２６１に基づいて、過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１を出力するタイミングを制御するためのテストパターン信号２６２を出力する。このテストパターン信号２６２に応じて、過電流模擬回路２５０は、模擬信号２５１の出力を開始または停止する。

テスト有効／無効フラグ出力回路２７０は、制御回路１７２からの診断指令２７１に基づいて、スイッチ２７３、２７４の切り替え状態を制御して診断機能を有効または無効にするためのテスト有効／無効フラグ信号２７２を出力する。このテスト有効／無効フラグ信号２７２に応じてスイッチ２７３、２７４がそれぞれオンまたはオフされることにより、過電流検知回路２３０からドライブ回路１７４への過電流検知信号２３１の出力と、入力回路２４０からトルクセキュリティ回路２１０への過電流検知信号２３１の出力とが、それぞれ許可または禁止される。これにより、前述のようなＩＧＢＴ３２８に過電流が流れたときの過電流検知回路２３０のスイッチング禁止機能と、トルクセキュリティ回路２１０の動作とを、過電流検知機能の使用時には有効化し、診断機能の使用時には無効化することができる。

図３は、以上説明した本実施形態の過電流検知診断回路による診断タイミングの例を示す図である。

図３に示すように、パワー半導体素子であるＩＧＢＴ３２８を所定のタイミング、たとえば数ｋＨｚ間隔でオン／オフさせるＰＷＭ信号が、制御信号２１１として制御回路１７２から出力される。この制御信号２１１は、トルクセキュリティ回路２１０を介してドライブ回路１７４に出力され、ドライブ回路１７４においてドライブ信号２１２の生成に用いられる。

制御回路１７２から出力される制御信号２１１がオフであるときに、テスト有効／無効フラグ出力回路２７０は、制御回路１７２からの指令により、たとえば図３に示すようなテスト有効／無効フラグ信号２７２を出力する。このテスト有効／無効フラグ信号２７２は、診断の有効と無効を切り替えるための信号であり、診断ウィンドウ、すなわち診断を行うタイムウィンドウを規定するための信号として機能する。

テストパターン出力回路２６０は、制御回路１７２からの指令により、図３に示すようなテストパターン信号２６２を出力する。このテストパターン信号２６２により、テスト有効／無効フラグ信号２７２が「有効」である期間内に、過電流模擬回路２５０に対して模擬信号２５１の出力が指示される。ここで、制御信号２１１がオンであるときにテスト有効／無効フラグ信号２７２を「有効」にして、テストパターン信号２６２により模擬信号２５１の出力を指示してしまうと、その期間内にＩＧＢＴ３２８，３３０に過電流が流れた場合に、これを正しく検知してＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止することができなくなってしまう。したがって、こうした事態を避けるために、制御信号２１１がオフであるときに、テスト有効／無効フラグ信号２７２を「有効」にして、テストパターン信号２６２により模擬信号２５１の出力を指示することが好ましい。

過電流検知回路２３０には、図３に示すような電圧信号２２１がエミッタセンス回路２２０から入力される。この電圧信号２２１は、テストパターン信号２６２に応じて過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１が出力されることで、過電流検知回路２３０において設定されている前述の過電流閾値を超える値まで変化する。また、ＩＧＢＴ３２８に過電流が流れたときにも、過電流閾値を超える値まで変化する。このようにして電圧信号２２１が過電流閾値を超えると、過電流検知回路２３０において過電流が検知され、過電流検知信号２３１が出力される。

トルクセキュリティ状態２１３は、トルクセキュリティ回路２１０による制御信号２１１の遮断状態を示している。過電流検知回路２３０に入力される電圧信号２２１が過電流閾値未満であるときには、過電流検知回路２３０から過電流検知信号２３１が出力されない。そのため、このときトルクセキュリティ回路２１０は、トルクセキュリティ状態２１３が示すように通常状態であり、制御回路１７２からドライブ回路１７４への制御信号２１１の出力をそのまま通過させる。また、テストパターン信号２６２が模擬信号２５１の出力を指示しているときには、テスト有効／無効フラグ信号２７２が「有効」であるためにスイッチ２７４がオフ状態となっており、トルクセキュリティ回路２１０に過電流検知信号２３１が入力されない。そのため、このときもトルクセキュリティ回路２１０は、トルクセキュリティ状態２１３が示すように通常状態であり、制御回路１７２からドライブ回路１７４への制御信号２１１の出力をそのまま通過させる。

一方、ＩＧＢＴ３２８に過電流が流れたときには、テスト有効／無効フラグ信号２７２が「無効」であるためにスイッチ２７４がオン状態となっており、トルクセキュリティ回路２１０に過電流検知信号２３１が入力される。そのため、このときトルクセキュリティ回路２１０は、トルクセキュリティ状態２１３が示すように、制御回路１７２からドライブ回路１７４への制御信号２１１の出力を停止（遮断）する。

マイコン診断１７３は、制御回路１７２の診断状態を示している。テスト有効／無効フラグ信号２７２が「有効」であるとき、制御回路１７２は、マイコン診断１７３が示すように、過電流検知機能に対する診断を行う。具体的には、テストパターン信号２６２に応じて過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１が出力されているときに、過電流検知回路２３０から入力回路２４０を介して過電流検知信号２３１が正しく入力されるか否かを判断する。これにより、過電流検知回路２３０や入力回路２４０が正常に動作しているか否かを診断する。一方、過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１が出力されていないときに過電流検知信号２３１が入力されると、制御回路１７２は、マイコン診断１７３が示すように、ＩＧＢＴ３２８に過電流が流れていると判断する。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電力変換装置２００は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子としてのＩＧＢＴ３２８，３３０と、過電流検知回路２３０と、過電流模擬回路２５０とを備える。各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、エミッタ電極に流れる電流に応じたセンス電流３４１を出力するエミッタセンス端子３４０を有している。過電流検知回路２３０は、エミッタセンス端子３４０から出力されるセンス電流３４１に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０に流れる過電流を検知する。過電流模擬回路２５０は、ＩＧＢＴ３２８，３３０に流れる過電流を模擬した模擬信号２５１を過電流検知回路２３０に出力する。このようにしたので、電力変換装置２００のパワー半導体素子に対する過電流検知機能が正常であるか否かを診断することができる。

（２）電力変換装置２００は、センス電流３４１の大きさに応じた電圧信号２２１を出力するエミッタセンス回路２２０をさらに備える。過電流検知回路２３０は、エミッタセンス回路２２０から出力される電圧信号２２１が所定の過電流閾値以上であるか否かを判定することにより、ＩＧＢＴ３２８，３３０に過電流が流れているか否かを判定する。過電流模擬回路２５０は、模擬信号２５１として、過電流閾値以上の電圧をエミッタセンス回路２２０を介して過電流検知回路２３０に出力する。このようにしたので、過電流検知回路２３０において、ＩＧＢＴ３２８，３３０に流れる過電流および模擬信号２５１をそれぞれ確実に検知することができる。

（３）電力変換装置２００は、過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１を出力するタイミングを制御するためのテストパターン信号２６２を出力するテストパターン出力回路２６０をさらに備える。このようにしたので、任意のタイミングで過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１を出力し、過電流検知機能の診断を行うことができる。

（４）電力変換装置２００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を制御するためのドライブ信号２１２を出力するドライブ回路１７４と、ドライブ回路１７４の動作を制御するための制御信号２１１を出力する制御回路１７２とをさらに備える。テストパターン出力回路２６０は、制御回路１７２から制御信号２１１が出力されていないときに、過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１が出力されるようにテストパターン信号２６２を出力することが好ましい。このようにすれば、過電流検知機能の診断中に、ＩＧＢＴ３２８，３３０に過電流が流れてしまった場合にこれを正しく検知できないという事態を避けることができる。

（５）過電流検知回路２３０は、過電流を検知した場合にはドライブ回路１７４に過電流検知信号２３１を出力することで、ドライブ回路１７４からのドライブ信号２１２の出力を停止または遮断してＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を禁止するスイッチング禁止機能を有する。過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１が出力されているときには、テスト有効／無効フラグ出力回路２７０から出力されるテスト有効／無効フラグ信号２７２を「有効」とすることで、スイッチ２７３をオフにして、過電流検知回路２３０のスイッチング禁止機能を無効化する。このようにしたので、過電流検知機能の診断中に、過電流検知回路２３０のスイッチング禁止機能によってＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作が誤って禁止されてしまうのを防止することができる。

（６）電力変換装置２００は、過電流検知回路２３０が過電流を検知した場合に、制御回路１７２からドライブ回路１７４への制御信号２１１の出力を遮断するトルクセキュリティ回路２１０をさらに備えている。過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１が出力されているときには、テスト有効／無効フラグ出力回路２７０から出力されるテスト有効／無効フラグ信号２７２を「有効」とすることで、スイッチ２７４をオフにして、トルクセキュリティ回路２１０を無効化する。このようにしたので、過電流検知機能の診断中に、トルクセキュリティ回路２１０によってＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作が誤って禁止されてしまうのを防止することができる。

なお、以上説明した実施形態では、制御回路１７２から出力される制御信号２１１がオフであるときに、テスト有効／無効フラグ出力回路２７０から出力されるテスト有効／無効フラグ信号２７２を「有効」にすると共に、過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１が出力されるようにテストパターン出力回路２６０がテストパターン信号２６２を出力して、過電流検知機能の診断を行う例を説明した。しかし、これ以外のタイミングで過電流検知機能の診断を行うようにしてもよい。たとえば、直流電源であるバッテリ１３６から直流電力が供給されていないときに、テスト有効／無効フラグ出力回路２７０から出力されるテスト有効／無効フラグ信号２７２を「有効」にすると共に、過電流模擬回路２５０から模擬信号２５１が出力されるようにテストパターン出力回路２６０がテストパターン信号２６２を出力して、過電流検知機能の診断を行ってもよい。具体的には、たとえば電力変換装置２００が車両走行用のモータを駆動するために用いられるものである場合、車両のキースイッチが走行終了後にオフされた直後などに、過電流検知機能の診断を行うことができる。このようにすれば、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作等に影響を与えることなく、過電流検知機能の診断を確実に行うことができる。

以上説明した実施形態や各種の変化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ない。本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１７２制御回路
１７４ドライブ回路
２００電力変換装置
２１０トルクセキュリティ回路
２２０エミッタセンス回路
２３０過電流検知回路
２４０入力回路
２５０過電流模擬回路
２６０テストパターン出力回路
２７０テスト有効／無効フラグ出力回路
３２８，３３０ＩＧＢＴ
３４０エミッタセンス端子

Claims

エミッタ電極と、前記エミッタ電極に流れる電流に応じたセンス電流を出力するエミッタセンス端子とを有し、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子と、
前記センス電流に基づいて、前記パワー半導体素子に流れる過電流を検知する過電流検知回路と、
前記過電流を模擬した模擬信号を前記過電流検知回路に出力する過電流模擬回路と、を備える電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記センス電流の大きさに応じた電圧を出力するエミッタセンス回路をさらに備え、
前記過電流検知回路は、前記エミッタセンス回路から出力される電圧が所定の閾値以上であるか否かを判定することにより、前記パワー半導体素子に前記過電流が流れているか否かを判定し、
前記過電流模擬回路は、前記模擬信号として、前記閾値以上の電圧を前記エミッタセンス回路を介して前記過電流検知回路に出力する電力変換装置。
請求項１または２に記載の電力変換装置において、
前記過電流模擬回路から前記模擬信号を出力するタイミングを制御するためのテストパターン信号を出力するテストパターン出力回路をさらに備える電力変換装置。
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記パワー半導体素子のスイッチング動作を制御するためのドライブ信号を出力するドライブ回路と、
前記ドライブ回路の動作を制御するための制御信号を出力する制御回路と、をさらに備え、
前記テストパターン出力回路は、前記制御回路から前記制御信号が出力されていないときに、前記過電流模擬回路から前記模擬信号が出力されるように前記テストパターン信号を出力する電力変換装置。
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記テストパターン出力回路は、前記直流電源から前記直流電力が供給されていないときに、前記過電流模擬回路から前記模擬信号が出力されるように前記テストパターン信号を出力する電力変換装置。
請求項１または２に記載の電力変換装置において、
前記パワー半導体素子のスイッチング動作を制御するためのドライブ信号を出力するドライブ回路をさらに備え、
前記過電流検知回路は、前記過電流を検知した場合に、前記ドライブ回路からの前記ドライブ信号の出力を停止または遮断して前記パワー半導体素子のスイッチング動作を禁止するスイッチング禁止機能を有し、
前記過電流模擬回路から前記模擬信号が出力されているときには、前記スイッチング禁止機能を無効化する電力変換装置。
請求項１または２に記載の電力変換装置において、
前記パワー半導体素子のスイッチング動作を制御するためのドライブ信号を出力するドライブ回路と、
前記ドライブ回路の動作を制御するための制御信号を出力する制御回路と、
前記過電流検知回路が前記過電流を検知した場合に、前記制御回路から前記ドライブ回路への前記制御信号の出力を遮断するトルクセキュリティ回路と、をさらに備え、
前記過電流模擬回路から前記模擬信号が出力されているときには、前記トルクセキュリティ回路を無効化する電力変換装置。