WO2020054054A1 - インバータ装置及びその制御回路、並びにモータ駆動システム - Google Patents

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平形　政樹
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富士電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an inverter device having a fail-safe function and a control circuit thereof, and a motor drive system including the inverter device.
  • a fail-safe circuit is operated in the event of any failure in system components or in an emergency such as a vehicle collision.
  • This fail-safe circuit for example, operates a semiconductor switching element of an inverter main circuit to short-circuit a winding of a motor, or discharges a capacitor connected between positive and negative DC buses, and continuously operates the system. High reliability is required to protect against severe damage and to ensure the safety of occupants.
  • a low-voltage power supply of, for example, 12 [V] (hereinafter, also referred to as a first power supply) is supplied as an auxiliary power supply to an inverter control circuit including a fail-safe circuit.
  • the inverter control circuit includes a motor control CPU, a motor current sensor, and the like. If the above-mentioned first power supply is lost due to a failure or the like, the power supply to the fail-safe circuit is cut off and the operation becomes inoperable. Therefore, as a countermeasure, for example, Patent Document 1 discloses an inverter control circuit including a fail-safe circuit. There is disclosed a technique for making a supplied power redundant.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of the motor drive system described in Patent Document 1.
  • reference numeral 51 denotes a main battery of, for example, 400 [V] (hereinafter also referred to as a second power supply); 52, an insulating DC / DC converter; 53, an operation state detecting device; Is an inverter control circuit including a fail-safe circuit, 61 is a switching element for discharging a capacitor 63 connected to a DC bus, 62 is a bridge circuit including semiconductor switching elements 62a to 62f, and M is a three-phase motor.
  • the voltage of the first power supply 54 and the voltage obtained by insulating and stepping down the voltage of the second power supply 51 by the DC / DC converter 52 are ORed under the OR condition. It is supplied to the inverter control circuit 60.
  • the fail-safe operation in an emergency (turning on the upper-arm switching elements 62a to 62c or the lower-arm switching elements 62d to 62f) is performed. , Short circuit of the winding of the motor M, discharge of the capacitor 63 due to turning on of the switching element 61, etc.).
  • the loss of the first power supply 54 is detected by a fail-safe circuit in the inverter control circuit 60, and a gate signal for turning on the switching elements of all phases of the upper arm or the lower arm is generated.
  • the reference potential of the first power supply 54 and the inverter control circuit 60 is the body potential of the vehicle
  • the reference potential of the switching element of the bridge circuit 62 is the potential of the second power supply 51. Signals and power supplies that straddle these potentials need to be insulated.
  • the gate signal generated by the gate drive circuit having the insulating function based on the output voltage of the DC / DC converter 52 is converted into the switching elements 62a to 62h in which the reference potential is the high potential. 62c or 62d to 62f.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of an inverter device or a motor drive system in which the power supply of the fail-safe circuit is made redundant based on the same principle as in FIG. 11, and the power supply path is indicated by a thick line.
  • 1 is a high-voltage main battery
  • 2 is a main switch
  • 3 is a capacitor (second power supply) connected between positive and negative DC buses
  • 4 is a three-phase bridge composed of semiconductor switching elements 4a to 4f.
  • the circuit and PM are motors such as a permanent magnet synchronous motor.
  • the control device that generates the gate signals of the switching elements 4a to 4f includes a first power supply 6, which is a low-voltage auxiliary power supply, an insulation power supply circuit 11 having a transformer insulation / step-down function, and an inverter control circuit 13. Have.
  • the inverter control circuit 13 includes a motor control CPU 7, a fail-safe circuit 8 that is controlled by the CPU 7 and generates a gate drive command for gate drive circuits 12 a to 12 f described below, a first power supply 6 and an insulated power supply circuit 11.
  • the power supply to the fail-safe circuit 8, the upper arm insulated power supply circuits 9a, 9b, 9c, and the lower arm insulated power supply circuit 10 includes a first power supply 6 and a second power supply. Redundancy is provided by the insulated power supply circuit 11 connected to the power supply 3, and as a result, power supply to all the gate drive circuits 12a to 12f is also made redundant.
  • the reference potential of the "low voltage side” circuit portion is the negative potential of the first power supply 6
  • the reference potential of the "high voltage side” circuit portion is the negative potential of the second power source 3 (DC bus). Negative electrode potential).
  • the insulated power supply circuits 9a, 9b, 9c for the upper arm, the insulated power supply circuit 10, the insulated power supply circuit 11, and the gate drive circuits 12a to 12f for the lower arm all have two reference potentials.
  • the gate drive circuits 12a to 12f are supplied with a power supply voltage using the negative potential of the first power supply 6 as a reference potential and a power supply voltage using the negative potential of the second power supply 3 as a reference potential.
  • the insulated power supply circuit 11 in FIG. 12 includes a fail-safe circuit 8 provided on the low voltage side, gate drive circuits 12a to 12f, insulated power supply circuits 9a, 9b, 9c for the upper arm, and an insulated power supply circuit 10 for the lower arm. It supplies power to many circuits. Further, in recent years, these types of gate drive circuits 12a to 12f have been integrated into ICs, and have advanced functions with built-in signal insulation function, self-diagnosis function, temperature detection function of switching element, various protection functions, communication function, and the like. At the same time, the current consumption of the IC itself is increasing.
  • the duty of supplying the current of the insulated power supply circuit 11 increases, and the size of the insulated power supply circuit 11 tends to be increased due to the necessity of insulating the input and output with a transformer. As a result, there is a problem that miniaturization of the entire inverter device and the motor drive system is hindered.
  • the upper arm can be used.
  • the windings can be short-circuited by turning on the all-phase switching elements of the lower arm. Therefore, in order to secure a fail-safe operation against a failure that loses the first power supply, it is necessary to make the power supply redundant for both the switching elements of all phases of the upper arm and the switching elements of all phases of the lower arm. However, it is only necessary to make the power supply redundant for only one arm.
  • the problem to be solved by the present invention is to reduce the capacity of the power generation means and reduce the size and cost of the entire device without making the power supply redundant more than necessary in order to secure the fail-safe function.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus, a control circuit thereof, and a motor drive system.
  • a control circuit of an inverter device controls an inverter device that drives a motor by performing DC / AC conversion by a bridge circuit including a plurality of switching elements connected between DC buses.
  • a control circuit having a fail-safe function of turning on all-phase upper-arm switching elements or all-phase lower-arm switching elements of the bridge circuit to short-circuit the windings of the motor,
  • An upper arm drive circuit for generating a drive signal for the upper arm switching element,
  • a lower-arm drive circuit that generates a drive signal for the lower-arm switching element;
  • a first power supply for supplying a power supply voltage to the upper arm drive circuit and the lower arm drive circuit;
  • a second power supply having a different reference potential from the first power supply, and supplying a power supply voltage from the DC bus to the upper arm drive circuit or the lower arm drive circuit;
  • a first fail-safe circuit having a common reference potential with the first power supply, and generating a drive command for the upper arm drive circuit and the lower arm drive circuit;
  • the inverter device drives the motor by performing DC / AC conversion by a bridge circuit including a plurality of switching elements connected between DC buses, and drives the motor in all phases of the bridge circuit.
  • a bridge circuit including a plurality of switching elements connected between DC buses, and drives the motor in all phases of the bridge circuit.
  • An upper arm drive circuit for generating a drive signal for the upper arm switching element, A lower-arm drive circuit that generates a drive signal for the lower-arm switching element;
  • a first power supply for supplying a power supply voltage to the upper arm drive circuit and the lower arm drive circuit;
  • a second power supply having a different reference potential from the first power supply, and supplying a power supply voltage from the DC bus to the lower arm drive circuit;
  • a first fail-safe circuit that sets a negative potential of the first power supply as a reference potential, and generates a drive command for the upper arm drive circuit and the lower arm drive circuit;
  • a second fail-safe circuit that uses a negative electrode potential of
  • the second fail-safe circuit is configured such that an output voltage of the lower arm insulated power supply circuit to which the first power is supplied is equal to the first voltage.
  • a drive command for turning on the lower-arm switching elements of all phases is output.
  • the output voltage of the lower-arm isolated power supply circuit exceeds the first threshold value, the lower-arm switching elements of all phases are output. And outputting a drive command for turning off.
  • the lower arm drive circuit is configured such that an output voltage of the lower arm insulated power supply circuit to which the first power is supplied is the first voltage. Below the threshold value, priority is given to the input of the drive command output from the second fail-safe circuit to turn on the lower arm switching elements of all phases, and the output voltage of the lower arm insulated power supply circuit is When the value exceeds a first threshold value, a drive signal for the lower arm switching element is generated by giving priority to a drive command output from the first fail-safe circuit.
  • a voltage detecting means for detecting a voltage between the DC buses is provided, and the second fail-safe circuit detects the voltage by the voltage detecting means.
  • the voltage detection value by the voltage detection means exceeds the second threshold value, and
  • the output voltage of the lower-arm insulated power supply circuit to which the first power is supplied falls below a first threshold, a drive command for turning on the lower-arm switching elements of all phases is output.
  • the inverter device drives the motor by performing DC / AC conversion by a bridge circuit including a plurality of switching elements connected between the DC buses, and drives all the phases of the bridge circuit.
  • a bridge circuit including a plurality of switching elements connected between the DC buses, and drives all the phases of the bridge circuit.
  • An upper arm drive circuit for generating a drive signal for the upper arm switching element, A lower-arm drive circuit that generates a drive signal for the lower-arm switching element;
  • a first power supply for supplying a power supply voltage to the upper arm drive circuit and the lower arm drive circuit;
  • a second power supply having a different reference potential from the first power supply and supplying a power supply voltage from the DC bus to the upper arm drive circuit;
  • a first fail-safe circuit that sets a negative potential of the first power supply as a reference potential, and generates a drive command for the upper arm drive circuit and the lower arm drive circuit;
  • a second fail-safe circuit that sets a potential of an output terminal of
  • the inverter device is the inverter device according to claim 6, wherein the second fail-safe circuit is configured such that the output voltage of the upper arm insulated power supply circuit to which the first power is supplied is equal to the first voltage.
  • the second fail-safe circuit is configured such that the output voltage of the upper arm insulated power supply circuit to which the first power is supplied is equal to the first voltage.
  • the inverter device is the inverter device according to claim 6 or 7, wherein the drive circuit for the upper arm is configured such that the output voltage of the insulated power supply circuit for the upper arm to which the first power is supplied is the first voltage.
  • the drive circuit for the upper arm is configured such that the output voltage of the insulated power supply circuit for the upper arm to which the first power is supplied is the first voltage.
  • priority is given to the input of the drive command output from the second fail-safe circuit to turn on the upper-arm switching elements of all phases, and the output voltage of the upper-arm insulated power supply circuit is
  • the output voltage of the upper-arm insulated power supply circuit is When the value exceeds a first threshold value, a drive signal for the upper arm switching element is generated by giving priority to a drive command output from the first fail-safe circuit.
  • An inverter device is the inverter device according to the sixth aspect, further comprising voltage detection means for detecting a voltage between the DC buses, and wherein the second fail-safe circuit detects the voltage by the voltage detection means.
  • the value falls below a second threshold value
  • a drive command for turning off the upper-arm switching elements of all phases is output, and a voltage detection value by the voltage detection means exceeds the second threshold value
  • a drive command for turning on the upper arm switching elements of all phases is output.
  • a motor drive system is characterized by comprising the inverter device according to any one of the second to ninth aspects, and a motor driven by an AC output voltage of the inverter device.
  • the present invention for the purpose of ensuring the fail-safe function, there is no need to make the power supply of the drive circuit redundant for the switching elements of the upper arm and the lower arm as in the prior art. I just want to make it. Therefore, the capacity of the power generation means can be reduced, and the size and cost of the entire apparatus can be reduced. Further, when power is supplied to the drive circuit of the switching element via a non-insulated power supply circuit, an insulating function is not required, so that further reduction in size and cost can be achieved.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a lower arm gate drive circuit 14 d in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a fail-safe circuit 16B in FIG. It is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a fail-safe circuit 17B in FIG. It is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an upper arm gate drive circuit 12a in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a fail-safe circuit 16T in FIG.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a fail-safe circuit 17T in FIG. 9.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a motor drive system described in Patent Document 1.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a motor drive system including a redundant power supply and an inverter device.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • the configuration of the main circuit of the inverter device in this embodiment is the same as that of FIG. 12, and a high-voltage main battery 1, a main switch 2, and a capacitor 3 (hereinafter referred to as a second capacitor) connected between the DC buses 5p and 5n.
  • a bridge circuit 4 including semiconductor switching elements 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, and 4f.
  • a three-phase motor PM is connected to an AC output terminal of the bridge circuit 4.
  • the control circuit that generates the gate signals of the switching elements 4a to 4f is configured as follows.
  • the above “gate signal” corresponds to a “drive signal” in the claims.
  • the low-voltage power supply voltage VL output from the first power supply 6 is supplied to the motor control CPU 7 and the first fail-safe circuit 8.
  • the motor control CPU 7 drives the switching elements 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f so as to operate the motor PM in accordance with the torque command ⁇ * , thereby giving drive commands G 4aL1 , G 4dL1 , G 4bL1 , G 4eL1 , G 4cL1 , G 4fL1 are generated and output to the first fail-safe circuit 8.
  • Fail-safe circuitry 8 generates a drive command G 4aL1, G 4dL1, G 4bL1 , G 4eL1, G 4cL1, gate drive command in response to G 4fL1 G 4aL2, G 4dL2, G 4bL2, G 4eL2, G 4cL2, G 4fL2
  • These gate drive commands are input to the gate drive circuits 12a, 14d, 12b, 14e, 12c, and 14f, respectively.
  • the power supply voltage VL is input to the upper arm isolated power supply circuits 9a, 9b, 9c, the upper arm gate drive circuits 12a, 12b, 12c, and the lower arm isolated power supply circuit 10B.
  • a failure detection circuit 19 detects a failure of the motor control CPU 7 and notifies the first fail-safe circuit 8 of the failure.
  • the voltage of the second power supply 3 is converted to the voltage VH2 by the non-insulated power supply circuit 15B for the lower arm.
  • the voltage V H2 and the voltage V H1 output from the above-described insulated power supply circuit 10B for the lower arm are connected via the diodes 20a and 20b, respectively, to the power supply voltage using the negative electrode potential of the second power supply 3 as the reference potential.
  • the power supply voltage VH is supplied to the second fail-safe circuit 16B, and the gate drive command G defH output from the fail-safe circuit 16B is supplied to the lower arm gate drive circuits 14d, 14e, and 14f. Has been entered.
  • the gate drive circuit 14d for the lower arm generates the gate signal G 4dH for the switching element 4d based on the gate drive commands G 4dL2 and G defH having different reference potentials.
  • the power supply to the lower arm gate drive circuits 14d, 14e, and 14f is made redundant by the first power supply 6 and the non-insulated power supply circuit 15B.
  • the power supply to the gate drive circuits 12a, 12b, 12c is only the first power supply 6 and is not redundant. Therefore, for example, when the first power supply 6 is lost and the winding of the motor PM needs to be short-circuited, the fail-safe circuit 8 and the gate drive circuits 12a, 12b, and 12c are operated to operate the gate signals G 4aH and G 4bH. , G 4cH , it is not possible to turn on all the switching elements 4a, 4b, 4c of the upper arm.
  • the fail-safe circuit Based on the gate drive command G defH from 16B, the gate drive circuits 14d, 14e, 14f can turn on all the switching elements 4d, 4e, 4f of the lower arm and short-circuit the winding of the motor PM.
  • the power supply destinations of the non-insulated power supply circuit 15B are the gate drive circuits 14d, 14e, 14f and the fail-safe circuit 16B, which are significantly less than the isolated power supply circuit 11 of FIG.
  • the capacity of the power supply circuit 15B can be reduced, and the size, weight, and cost of the device can be reduced by eliminating the need for an insulating transformer.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the gate drive circuit 14d for the switching element 4d of the lower arm. Redundant power supply voltages VL and VH are supplied to the gate drive circuit 14d, and the gate signal G 4dH of the switching element 4d is supplied based on two gate drive commands G 4dL2 and G defH having different reference potentials. Generate.
  • the configurations of the gate drive circuits 14e and 14f of the other phase of the lower arm are the same as those in FIG. In FIG.
  • reference numeral 141 denotes a signal insulating unit that insulates and outputs the gate drive command G 4dL2 from the first fail-safe circuit 8
  • 142 denotes an amplifier
  • 143 denotes a gate drive command G defH from the second fail-safe circuit 16B. Is an OR gate that receives the output signals of the amplifiers 142 and 143 and generates a gate signal G 4dH for the switching element 4d.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the second fail-safe circuit 16B to which the power supply voltage VH is supplied.
  • the fail-safe circuit 16B includes a first comparator 163 having a negative input terminal to which the output voltage V H1 of the insulated power supply circuit 10B is input and a positive input terminal to which a first threshold value 161 is input via a resistor 162; And a resistor 164 connected to the feedback circuit.
  • a gate drive command G defH for the lower arm gate drive circuits 14d, 14e, 14f is output.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in the first embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • different parts will be mainly described.
  • a voltage detecting means 18 is connected between the DC buses 5p and 5n, and a DC voltage detection value Vdcdet by the voltage detecting means 18 is input to the fail-safe circuit 17B.
  • the fail-safe circuit 17B also corresponds to a second fail-safe circuit in the claims, similarly to the fail-safe circuit 16B of FIG.
  • a gate drive circuit 14d of the lower arm, 14e the gate drive command G DefH for 14f is generated.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of the fail-safe circuit 17B. Parts common to the fail-safe circuit 16B of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the following description will focus on different parts.
  • a DC voltage detection value V dcdet detected by the voltage detection unit 18 is input to a positive input terminal of a second comparator 173, and a second threshold 171 is input to a negative input terminal of the second comparator 173 via a resistor 172. . 174 is a resistor of the feedback circuit.
  • the output of the second comparator 173 is input to the AND gate 175 together with the output of the first comparator 163, and the output of the AND gate 175 is the gate drive command G defH .
  • the fail-safe circuit 17B when the DC voltage detection value V dcdet exceeds the second threshold 171 and the voltage V H1 falls below the first threshold 161, the two input signals of the AND gate 175 become “High” level. , The gate drive command G defH is turned on. For this reason, the gate elements G 4dH , G 4eH , and G 4fH from the gate drive circuits 14d, 14e, and 14f turn on all the switching elements 4d, 4e, and 4f of the lower arm, and the winding of the motor PM is short-circuited.
  • the output signal of the comparator 173 becomes “Low” level, regardless of the magnitude relationship between the voltage V H1 and the first threshold value 161.
  • the gate drive command G defH is turned off, and the switching elements 4d, 4e, and 4f of the lower arm are all turned off.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
  • the power supplies of the gate drive circuits 14d, 14e, 14f for driving the switching elements 4d, 4e, 4f of the lower arm and the fail-safe circuits 16B, 17B are made redundant. Even when the first power supply 6 is lost, the switching elements of all the phases of the lower arm are turned on to enable the winding of the motor PM to be short-circuited.
  • the power supplies of the gate drive circuits 12a, 12b, 12c and the like for the switching elements 4a, 4b, 4c of the upper arm are made redundant, and the first power supply 6 is lost. In this case, the windings can be short-circuited by turning on the switching elements of all phases of the upper arm.
  • reference numeral 10T denotes an insulated power supply circuit for the upper arm to which the first power supply 6 is supplied, and outputs power supply voltages corresponding to the gate drive circuits 12a, 12b, and 12c via the diode 22b.
  • 15T is insulated power supply circuit for the upper arm to be supplied second power source 3, to generate a power supply voltage V Ha2, V Hb2, V Hc2 respectively corresponding to the gate drive circuits 12a, 12b, to 12c.
  • the power supply voltage V Ha is input to the fail-safe circuit 16T, the fail-safe circuit 16T, the voltage V H1 is inputted from the insulated power supply circuit 10T.
  • This fail-safe circuit 16T also corresponds to a second fail-safe circuit in the claims, similarly to the aforementioned fail-safe circuits 16B and 17B.
  • Gate drive commands G aH , G bH , and G cH are generated from the fail-safe circuit 16T, and these gate drive commands G aH , G bH , and G cH are input to the upper arm gate drive circuits 12a, 12b, and 12c, respectively. Have been.
  • the gate drive circuits 12a, 12b, and 12c have redundant power supplies. Therefore, for example, the gate drive circuit 12a for the switching element 4a of the upper arm generates the gate signal G 4aH for the switching element 4a based on the gate drive commands G 4aL2 and G aH having different reference potentials. The same applies to the gate drive circuits 12b and 12c.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of the gate drive circuit 12a in FIG.
  • the gate drive circuit 12a is supplied with redundant power supply voltages V L and V Ha, and outputs a gate signal G 4aH of the switching element 4a based on two gate drive commands G 4aL2 and G aH having different reference potentials.
  • Generate. 7, 121 signal isolation means for outputting the insulated gate drive command G 4AL2 from the first fail-safe circuit 8, 122 amplifier, 123 is an input gate drive command G aH from failsafe circuit 16T
  • an OR gate 124 to which the output signals of the amplifiers 122 and 123 are input to generate a gate signal G 4aH for the switching element 4a.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the fail-safe circuit 16T to which the power supply voltage VHa is supplied.
  • the fail-safe circuit 16T includes a first comparator 163 in which the output voltage V H1 of the insulated power supply circuit 10T is input to the negative input terminal and a first threshold 161 is input to the positive input terminal via the resistor 162, It has a resistor 164 connected to the feedback circuit, and signal insulation means 165b and 165c connected to the output side of the comparator 163.
  • the fail-safe circuit 16T when the voltage V H1 falls below the first threshold value 161, the output of the comparator 163 becomes “High” level, and the gate drive commands G aH , G bH , for the switching elements 4a, 4b, 4c of the upper arm. GcH is generated and input to the gate drive circuits 12a, 12b, and 12c, respectively.
  • the power supply of the upper arm gate drive circuits 12a, 12b, and 12c is made redundant by the first power supply 6 and the insulated power supply circuit 15T, whereas the lower arm gate drive circuit 15T is provided.
  • the power supply for the drive circuits 14d, 14e, 14f is only the first power supply 6. Therefore, for example, when the first power supply 6 is lost and the winding of the motor PM needs to be short-circuited, the fail-safe circuit 8 and the gate drive circuits 14d, 14e, and 14f are operated to operate the gate signals G 4dH and G 4eH. , G 4fH , it is not possible to turn on all the switching elements 4d, 4e, 4f of the lower arm.
  • the gate from the fail-safe circuit 16T is operated. Based on the drive commands G aH , G bH , and G cH , the gate drive circuits 12a, 12b, and 12c can turn on all the switching elements 4a, 4b, and 4c of the upper arm to short-circuit the winding of the motor PM. .
  • the power supply destinations of the insulated power supply circuit 15T are the gate drive circuits 12a, 12b, 12c and the fail-safe circuit 16T, which are significantly less than the insulated power supply circuit 11 of FIG.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
  • the fourth embodiment is different from the third embodiment in FIG. 6 in that a fail-safe circuit 17T is provided instead of the fail-safe circuit 16T in FIG. 6, and the DC voltage detection value V dcdet by the voltage detecting means 18 is failed. The point is that it is input to the safe circuit 17T.
  • This fail-safe circuit 17T also corresponds to a second fail-safe circuit in the claims, similarly to the above-described fail-safe circuits 16B, 17B, 16T.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of the fail-safe circuit 17T.
  • the difference from the fail-safe circuit 17B in FIG. 5 is that signal insulating means 165b and 165c are connected to the output side of the AND gate 175, and the gate drive commands G aH , G bH and G cH for the upper arm are output. .
  • the fail-safe circuit 17T when the DC voltage detection value V dcdet exceeds the second threshold 171 and the voltage V H1 falls below the first threshold 161, the two input signals of the AND gate 175 become “High” level. , The gate drive commands G aH , G bH and G cH are turned on. Therefore, the gate drive circuit 12a, 12b, the gate signal G 4aH from 12c, G 4BH, switching elements 4a of the upper arm by G 4CH, 4b, 4c are all turned on, the windings of the motor PM is short-circuited.
  • the output signal of the comparator 173 becomes “Low” level, regardless of the magnitude relationship between the voltage V H1 and the first threshold value 161.
  • the gate drive commands G aH , G bH , G cH are turned off, and the switching elements 4a, 4b, 4c of the upper arm are all turned off.
  • the gate drive circuits 12a, 12b, 12c and the fail-safe circuits 16T, 16T for the switching elements 4a, 4b, 4c of the upper arm By making the power supply such as 17T redundant, even if the first power supply 6 is lost, it is possible to short-circuit the windings by turning on the switching elements 4a, 4b, 4c of all the upper arms.
  • a three-phase inverter device has been described.
  • the present invention is applicable to a multi-phase inverter device other than a three-phase inverter device in addition to a single-phase inverter device.
  • an FET, a power transistor, or the like may be used in addition to the IGBT.
  • the present invention is applicable not only to motors for electric vehicles, but also to inverter devices and AC motors that drive AC motors with a control circuit having a redundant power supply.
  • Main battery 2 Main switch 3: Capacitor (second power supply) 4: Bridge circuits 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f: Semiconductor switching elements 5p, 5n: DC bus 6: First power supply (auxiliary battery) 7: Motor control CPU 8: first fail-safe circuits 9a, 9b, 9c: upper arm insulated power supply circuit 10B: lower arm insulated power supply circuit 10T: upper arm insulated power supply circuits 12a, 12b, 12c: upper arm gate Driving circuit 121: Signal insulating means 122, 123: Amplifier 124: OR gate 14d, 14e, 14f: Lower arm gate driving circuit 141: Signal insulating means 142, 143: Amplifier 144: OR gate 15B: Non-insulated power supply circuit 15T : Insulated power supply circuits 16B, 16T, 17B, 17T: Second fail-safe circuit 161: First thresholds 162, 164: Resistor 163: First comparators 165b, 165c: Signal

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Abstract

ブリッジ回路４の上下アーム用のゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆと、各駆動回路に電源電圧を供給する電源６と、この電源６とは基準電位が異なる第２の電源３と、電源６と共通の基準電位を有して上下アームに対する駆動指令を生成するフェイルセーフ回路８と、電源３と共通の基準電位を有して下アームに対する駆動指令を生成するフェイルセーフ回路１６Ｂと、を有し、下アーム用のゲート駆動回路は基準電位が異なる二つの駆動指令入力機能を備え、一方はフェイルセーフ回路８からの駆動指令を入力し、他方はフェイルセーフ回路１６Ｂからの駆動指令を入力する機能とする。これにより、電源を必要以上に冗長化せずに、電源生成回路の容量を低減し、装置の小型化、低コスト化を図ったインバータ装置及びその制御回路、モータ駆動システムを提供する。

Description

インバータ装置及びその制御回路、並びにモータ駆動システム
　本発明は、フェイルセーフ機能を有するインバータ装置及びその制御回路、並びに、このインバータ装置を備えたモータ駆動システムに関するものである。
　ハイブリッド自動車等のモータをインバータ装置により駆動するモータ駆動システムにおいて、システムの構成部品に何等かの不具合が生じた場合や車両の衝突等による緊急時にフェイルセーフ回路を動作させることが知られている。
　このフェイルセーフ回路は、例えば、インバータ主回路の半導体スイッチング素子を操作してモータの巻線を短絡させ、あるいは、正負の直流母線間に接続されたコンデンサを放電させるものであり、システムを継続的な損傷から保護し、かつ乗員の安全を確保するために高い信頼性が要求されている。
　この種のモータ駆動システムにおいて、フェイルセーフ回路を含むインバータ制御回路には、一般的に、補機電源として例えば１２［Ｖ］の低圧電源（以下、第１の電源ともいう）が供給されている。なお、インバータ制御回路は、モータ制御用のＣＰＵやモータの電流センサ等を備えている。
　上述した第１の電源が故障等により喪失すると、フェイルセーフ回路への電源供給が絶たれて動作不能になるため、その対策として、例えば特許文献１には、フェイルセーフ回路を含むインバータ制御回路に供給する電源を冗長化する技術が開示されている。
　図１１は、特許文献１に記載されたモータ駆動システムの回路図である。図１１において、５１は例えば４００［Ｖ］の主バッテリー（以下、第２の電源ともいう）、５２は絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ、５３は作動状態検知装置、５４は第１の電源、６０はフェイルセーフ回路を含むインバータ制御回路、６１は直流母線に接続されたコンデンサ６３を放電させるスイッチング素子、６２は半導体スイッチング素子６２ａ～６２ｆからなるブリッジ回路、Ｍは三相のモータである。
　この従来技術では、第１の電源５４の電圧と、第２の電源５１の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ５２により絶縁、降圧して得た電圧（何れも１２［Ｖ］）とが、ＯＲ条件でインバータ制御回路６０に供給されている。このようにしてインバータ制御回路６０内のフェイルセーフ回路への供給電源を冗長化することにより、緊急時におけるフェイルセーフ動作（上アームのスイッチング素子６２ａ～６２ｃまたは下アームのスイッチング素子６２ｄ～６２ｆのオンによるモータＭの巻線短絡、スイッチング素子６１のオンによるコンデンサ６３の放電等）の信頼性を高めている。
　図１１のように電源を冗長化したモータ駆動システムにおいて、モータＭの巻線を短絡してフェイルセーフ動作を行う場合について更に説明する。一例として、第１の電源５４が喪失した場合の巻線短絡処理は次の通りである。
　まず、インバータ制御回路６０内のフェイルセーフ回路により第１の電源５４の喪失を検出し、上アームまたは下アームの全相のスイッチング素子をオンさせるゲート信号を生成する。ここで、第１の電源５４やインバータ制御回路６０（フェイルセーフ回路）の基準電位は車両のボディー電位であり、ブリッジ回路６２のスイッチング素子の基準電位は第２の電源５１の電位であるため、これらの電位を跨ぐ信号や電源は絶縁する必要がある。
　すなわち、基準電位がボディー電位であるフェイルセーフ回路では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の出力電圧に基づいて絶縁機能のあるゲート駆動回路により生成したゲート信号を、基準電位が高圧電位であるスイッチング素子６２ａ～６２ｃまたは６２ｄ～６２ｆに送出している。
　次に、図１２は、図１１と同様の原理に基づき、フェイルセーフ回路の電源を冗長化したインバータ装置ないしモータ駆動システムの回路図であり、電源供給経路を太線によって表している。
　図１２において、１は高圧の主バッテリー、２は主開閉器、３は正負の直流母線間に接続されたコンデンサ（第２の電源）、４は半導体スイッチング素子４ａ～４ｆからなる三相のブリッジ回路、ＰＭは永久磁石同期モータ等のモータである。
　また、スイッチング素子４ａ～４ｆのゲート信号を生成する制御装置は、低圧の補機電源である第１の電源６、トランスによる絶縁・降圧機能を有する絶縁電源回路１１、及び、インバータ制御回路１３を備えている。
　インバータ制御回路１３は、モータ制御用ＣＰＵ７と、このＣＰＵ７により制御されて後述のゲート駆動回路１２ａ～１２ｆに対するゲート駆動指令を生成するフェイルセーフ回路８と、第１の電源６及び絶縁電源回路１１から電源電圧が供給される上アーム用の絶縁電源回路９ａ，９ｂ，９ｃ及び下アーム用の絶縁電源回路１０と、上アームのスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃのゲート信号を生成するゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、下アームのスイッチング素子４ｄ，４ｅ，４ｆのゲート信号を生成するゲート駆動回路１２ｄ，１２ｅ，１２ｆと、を備えている。
　図１２から明らかなように、フェイルセーフ回路８、上アーム用の絶縁電源回路９ａ，９ｂ，９ｃ、下アーム用の絶縁電源回路１０への供給電源は、第１の電源６と、第２の電源３に接続された絶縁電源回路１１とによって冗長化されており、結果として全てのゲート駆動回路１２ａ～１２ｆへの供給電源も冗長化されている。
　なお、図１２において、「低圧側」の回路部分の基準電位は第１の電源６の負極電位であり、「高圧側」の回路部分の基準電位は第２の電源３の負極電位（直流母線の負極電位）である。すなわち、上アーム用の絶縁電源回路９ａ，９ｂ，９ｃ、下アーム用の絶縁電源回路１０、絶縁電源回路１１、及びゲート駆動回路１２ａ～１２ｆは、何れも二つの基準電位を有しており、ゲート駆動回路１２ａ～１２ｆには、第１の電源６の負極電位を基準電位とする電源電圧と、第２の電源３の負極電位を基準電位とする電源電圧とが供給されている。
特開２０００－１４１８４号公報（段落［００２８］～［００３５］、図１等）
　図１２における絶縁電源回路１１は、低圧側に設けられたフェイルセーフ回路８やゲート駆動回路１２ａ～１２ｆ、上アーム用の絶縁電源回路９ａ，９ｂ，９ｃ、下アーム用の絶縁電源回路１０等、多くの回路に電源を供給している。更に、近年、この種のゲート駆動回路１２ａ～１２ｆはＩＣ化されつつあり、信号絶縁機能、自己診断機能、スイッチング素子の温度検出機能や各種保護機能、通信機能等が内蔵されて高機能化していると共に、ＩＣ自体の消費電流も増加している。
　以上のような理由により、絶縁電源回路１１の電流供給責務は増大し、入出力間をトランスにより絶縁する必要性も相まって絶縁電源回路１１は大型化する傾向にある。結果として、インバータ装置やモータ駆動システム全体の小型化が阻害されるという問題がある。
　ところで、フェイルセーフ動作としてモータの巻線を短絡する際に、上アームの全相スイッチング素子のオンまたは下アームの全相スイッチング素子のオンの何れを選択するかは、着目したアームの全相のスイッチング素子をオン可能であるか否かによる。例えば、故障の事象として、上アームの何れかの相のスイッチング素子が短絡故障した場合や下アームの何れかの相のスイッチング素子がオープン故障した場合は、上アームの全相のスイッチング素子のオンが可能であるから、モータの巻線短絡は上アームの全相スイッチング素子をオンすることにより行う。
　ここで、ゲート駆動回路の電源が第１の電源及び第２の電源によって冗長化されている状態で第１の電源を喪失する故障だけを考えた場合、第２の電源を用いれば、上アームまたは下アームの全相スイッチング素子をオンさせて巻線短絡を行うことができる。従って、第１の電源を喪失する故障に対するフェイルセーフ動作を担保する上では、必ずしも、上アームの全相のスイッチング素子、下アームの全相のスイッチング素子の両方に対して電源を冗長化する必要はなく、一方のアームのみに対して電源を冗長化すれば良い。
　但し、故障事象により、前述したように上アームまたは下アームのうち全相のスイッチング素子をオン可能である方のアームを選択せざるを得ない状況は存在するが、このような故障事象と第１の電源を喪失する故障とが同時に起きる可能性は極めて少ない。例えば、第１の電源を喪失する故障が発生していなければ、第１の電源から上アーム及び下アームの両方に給電されており、全相のスイッチング素子をオン可能なアームを選択して全相オンを行えば、巻線短絡によるフェイルセーフ動作を行うことができる。
　従って、本発明は、図１２のように上アーム用、下アーム用のゲート駆動回路の電源を冗長化することは無駄が多く、電源生成手段を構成する絶縁電源回路１１等の責務が過大になるため、これを回避するべくなされたものである。
　すなわち、本発明の解決課題は、フェイルセーフ機能を担保するために電源を必要以上に冗長化することなく、電源生成手段の容量を低減し、装置全体の小型化、低コスト化を図ったインバータ装置及びその制御回路、並びにモータ駆動システムを提供することにある。
　上記課題を解決するため、請求項１に係るインバータ装置の制御回路は、直流母線間に接続された複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路により直流／交流変換を行ってモータを駆動するインバータ装置の制御回路であって、前記ブリッジ回路の全相の上アームスイッチング素子または全相の下アームスイッチング素子をオンさせて前記モータの巻線を短絡させるフェイルセーフ機能を有する制御回路において、
　前記上アームスイッチング素子の駆動信号を生成する上アーム用駆動回路と、
　前記下アームスイッチング素子の駆動信号を生成する下アーム用駆動回路と、
　前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第１の電源と、
　前記第１の電源とは基準電位が異なり、かつ、前記直流母線から前記上アーム用駆動回路または前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第２の電源と、
　前記第１の電源と共通の基準電位を有し、かつ、前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第１のフェイルセーフ回路と、
　前記第２の電源と共通の基準電位を有し、かつ、前記上アーム用駆動回路または前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第２のフェイルセーフ回路と、
　を備え、
　前記上アーム用駆動回路または前記下アーム用駆動回路は、基準電位が異なる二つの駆動指令入力機能を有し、
　前記二つの駆動指令入力機能のうちの一方は、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であり、前記二つの駆動指令入力機能のうちの他方は、前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であることを特徴とする。
　請求項２に係るインバータ装置は、直流母線間に接続された複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路により直流／交流変換を行ってモータを駆動するインバータ装置であって、前記ブリッジ回路の全相の上アームスイッチング素子または全相の下アームスイッチング素子をオンさせて前記モータの巻線を短絡させるフェイルセーフ機能を有するインバータ装置において、
　前記上アームスイッチング素子の駆動信号を生成する上アーム用駆動回路と、
　前記下アームスイッチング素子の駆動信号を生成する下アーム用駆動回路と、
　前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第１の電源と、
　前記第１の電源とは基準電位が異なり、かつ、前記直流母線から前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第２の電源と、
　前記第１の電源の負極電位を基準電位とし、かつ、前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第１のフェイルセーフ回路と、
　前記第２の電源の負極電位を基準電位とし、かつ、前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第２のフェイルセーフ回路と、
　を備え、
　前記下アーム用駆動回路は、基準電位が異なる二つの駆動指令入力機能を有し、
　前記二つの駆動指令入力機能のうちの一方は、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であり、前記二つの駆動指令入力機能のうちの他方は、前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であることを特徴とする。
　請求項３に係るインバータ装置は、請求項２に記載したインバータ装置において、前記第２のフェイルセーフ回路は、前記第１の電源が供給される下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると全相の前記下アームスイッチング素子をオンさせるための駆動指令を出力し、前記下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が前記第１の閾値を上回ると全相の前記下アームスイッチング素子をオフさせるための駆動指令を出力することを特徴とする。
　請求項４に係るインバータ装置は、請求項２または３に記載したインバータ装置において、前記下アーム用駆動回路は、前記第１の電源が供給される下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると、全相の前記下アームスイッチング素子をオンさせるために前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力を優先し、前記下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が前記第１の閾値を上回ると、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力を優先して、前記下アームスイッチング素子の駆動信号を生成することを特徴とする。
　請求項５に係るインバータ装置は、請求項２に記載したインバータ装置において、前記直流母線間の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記第２のフェイルセーフ回路は、前記電圧検出手段による電圧検出値が第２の閾値を下回ると全相の前記下アームスイッチング素子をオフさせるための駆動指令を出力すると共に、前記電圧検出手段による電圧検出値が前記第２の閾値を上回り、かつ、前記第１の電源が供給される下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると全相の前記下アームスイッチング素子をオンさせるための駆動指令を出力することを特徴とする。
　請求項６に係るインバータ装置は、直流母線間に接続された複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路により直流／交流変換を行ってモータを駆動するインバータ装置であって、前記ブリッジ回路の全相の上アームスイッチング素子または全相の下アームスイッチング素子をオンさせて前記モータの巻線を短絡させるフェイルセーフ機能を有するインバータ装置において、
　前記上アームスイッチング素子の駆動信号を生成する上アーム用駆動回路と、
　前記下アームスイッチング素子の駆動信号を生成する下アーム用駆動回路と、
　前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第１の電源と、
　前記第１の電源とは基準電位が異なり、かつ、前記直流母線から前記上アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第２の電源と、
　前記第１の電源の負極電位を基準電位とし、かつ、前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第１のフェイルセーフ回路と、
　何れかの相の前記上アームスイッチング素子の出力端子の電位を基準電位とし、かつ、前記上アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第２のフェイルセーフ回路と、
　を備え、
　前記上アーム用駆動回路は、基準電位が異なる二つの駆動指令入力機能を有し、
　前記二つの駆動指令入力機能のうちの一方は、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であり、前記二つの駆動指令入力機能のうちの他方は、前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であることを特徴とする。
　請求項７に係るインバータ装置は、請求項６に記載したインバータ装置において、前記第２のフェイルセーフ回路は、前記第１の電源が供給される上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると全相の前記上アームスイッチング素子をオンさせるための駆動指令を出力し、前記上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が前記第１の閾値を上回ると全相の前記上アームスイッチング素子をオフさせるための駆動指令を出力することを特徴とする。
　請求項８に係るインバータ装置は、請求項６または７に記載したインバータ装置において、前記上アーム用駆動回路は、前記第１の電源が供給される上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると、全相の前記上アームスイッチング素子をオンさせるために前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力を優先し、前記上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が前記第１の閾値を上回ると、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力を優先して、前記上アームスイッチング素子の駆動信号を生成することを特徴とする。
　請求項９に係るインバータ装置は、請求項６に記載したインバータ装置において、前記直流母線間の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記第２のフェイルセーフ回路は、前記電圧検出手段による電圧検出値が第２の閾値を下回ると全相の前記上アームスイッチング素子をオフさせるための駆動指令を出力すると共に、前記電圧検出手段による電圧検出値が前記第２の閾値を上回り、かつ、前記第１の電源が供給される上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると全相の前記上アームスイッチング素子をオンさせるための駆動指令を出力することを特徴とする。
　請求項１０に係るモータ駆動システムは、請求項２～９の何れか１項に記載のインバータ装置と、当該インバータ装置の交流出力電圧により駆動されるモータと、からなることを特徴とする。
　本発明によれば、フェイルセーフ機能の担保を目的として、従来技術のように上アーム及び下アームのスイッチング素子に対する駆動回路の電源を冗長化する必要がなく、何れか一方のアームに対する電源を冗長化すれば良い。このため、電源生成手段の容量を軽減して装置全体の小型化、低コスト化を図ることができる。
　また、スイッチング素子の駆動回路に非絶縁電源回路を介して電源を供給する場合には絶縁機能が不要であるから、一層の小型化、低コスト化が可能になる。
本発明の第１実施形態を示す回路図である。 図１における下アーム用ゲート駆動回路１４ｄの構成図である。 図１におけるフェイルセーフ回路１６Ｂの構成図である。 本発明の第２実施形態を示す回路図である。 図４におけるフェイルセーフ回路１７Ｂの構成図である。 本発明の第３実施形態を示す回路図である。 図６における上アーム用ゲート駆動回路１２ａの構成図である。 図６におけるフェイルセーフ回路１６Ｔの構成図である。 本発明の第４実施形態を示す回路図である。 図９におけるフェイルセーフ回路１７Ｔの構成図である。 特許文献１に記載されたモータ駆動システムの回路図である。 冗長化された電源及びインバータ装置を備えたモータ駆動システムの回路図である。
　以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態を示す回路図である。この実施形態におけるインバータ装置の主回路の構成は図１２と同様であり、高圧の主バッテリー１と、主開閉器２と、直流母線５ｐ，５ｎ間に接続されたコンデンサ３（以下、第２の電源ともいう）と、半導体スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆからなるブリッジ回路４とを備え、ブリッジ回路４の交流出力端子に三相のモータＰＭが接続されている。
　スイッチング素子４ａ～４ｆのゲート信号を生成する制御回路は、以下のように構成されている。なお、上記の「ゲート信号」は、請求項における「駆動信号」に相当する。
　まず、第１の電源６から出力される低圧の電源電圧ＶＬは、モータ制御用ＣＰＵ７と第１のフェイルセーフ回路８とに供給されている。モータ制御用ＣＰＵ７は、トルク指令τ＊に従ってモータＰＭを運転するようにスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆの駆動指令Ｇ４ａＬ１，Ｇ４ｄＬ１，Ｇ４ｂＬ１，Ｇ４ｅＬ１，Ｇ４ｃＬ１，Ｇ４ｆＬ１をそれぞれ生成して第１のフェイルセーフ回路８に出力する。フェイルセーフ回路８は、駆動指令Ｇ４ａＬ１，Ｇ４ｄＬ１，Ｇ４ｂＬ１，Ｇ４ｅＬ１，Ｇ４ｃＬ１，Ｇ４ｆＬ１に応じてゲート駆動指令Ｇ４ａＬ２，Ｇ４ｄＬ２，Ｇ４ｂＬ２，Ｇ４ｅＬ２，Ｇ４ｃＬ２，Ｇ４ｆＬ２を生成し、これらのゲート駆動指令がゲート駆動回路１２ａ，１４ｄ，１２ｂ，１４ｅ，１２ｃ，１４ｆにそれぞれ入力されている。
　また、電源電圧ＶＬは、上アーム用の絶縁電源回路９ａ，９ｂ，９ｃ、上アーム用のゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、及び下アーム用の絶縁電源回路１０Ｂに入力されている。
　なお、１９は、モータ制御用ＣＰＵ７の故障を検出して第１のフェイルセーフ回路８に通知するための故障検出回路である。
　一方、第２の電源３の電圧は、下アーム用の非絶縁電源回路１５Ｂにより電圧ＶＨ２に変換される。この電圧ＶＨ２と、前述した下アーム用の絶縁電源回路１０Ｂから出力される電圧ＶＨ１とは、それぞれダイオード２０ａ，２０ｂを介して、第２の電源３の負極電位を基準電位とする電源電圧ＶＨとして下アーム用のゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆに入力されている。
　更に、電源電圧ＶＨは、第２のフェイルセーフ回路１６Ｂに供給されると共に、このフェイルセーフ回路１６Ｂから出力されるゲート駆動指令ＧｄｅｆＨが、下アーム用のゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆに入力されている。
　従って、例えば下アーム用のゲート駆動回路１４ｄは、基準電位が異なるゲート駆動指令Ｇ４ｄＬ２，ＧｄｅｆＨに基づいてスイッチング素子４ｄに対するゲート信号Ｇ４ｄＨを生成する。このことは、下アームの他相のゲート駆動回路１４ｅ，１４ｆについても同様である。
　上記のように、この実施形態では、下アーム用のゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの供給電源が第１の電源６と非絶縁電源回路１５Ｂとによって冗長化されているのに対し、上アーム用のゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃの供給電源は、第１の電源６のみであって冗長化されていない。
　このため、例えば第１の電源６が喪失してモータＰＭの巻線短絡が必要になった場合、フェイルセーフ回路８及びゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃを動作させてゲート信号Ｇ４ａＨ，Ｇ４ｂＨ，Ｇ４ｃＨを生成することにより上アームの全てのスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃをオンすることはできない。しかし、第２の電源３及び非絶縁電源回路１５Ｂから電源が供給されている下アーム用のゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ及び第２のフェイルセーフ回路１６Ｂは動作可能であるため、フェイルセーフ回路１６Ｂからのゲート駆動指令ＧｄｅｆＨに基づいて、ゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆが下アームの全てのスイッチング素子４ｄ，４ｅ，４ｆをオンさせてモータＰＭの巻線を短絡することができる。
　この実施形態によれば、非絶縁電源回路１５Ｂによる電源供給先がゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ及びフェイルセーフ回路１６Ｂであり、図１２の絶縁電源回路１１に比べて大幅に少ないため、非絶縁電源回路１５Ｂの容量の軽減が可能であると共に、絶縁トランスを不要にして装置の小型・軽量化、低コスト化を図ることができる。
　図２は、下アームのスイッチング素子４ｄに対するゲート駆動回路１４ｄの構成図である。このゲート駆動回路１４ｄには冗長化された電源電圧ＶＬ，ＶＨが供給されており、基準電位が異なる二つのゲート駆動指令Ｇ４ｄＬ２，ＧｄｅｆＨに基づいてスイッチング素子４ｄのゲート信号Ｇ４ｄＨを生成する。なお、下アームの他相のゲート駆動回路１４ｅ，１４ｆの構成も図２と同様である。
　図２において、１４１は第１のフェイルセーフ回路８からのゲート駆動指令Ｇ４ｄＬ２を絶縁して出力する信号絶縁手段、１４２はアンプ、１４３は第２のフェイルセーフ回路１６Ｂからのゲート駆動指令ＧｄｅｆＨが入力されるアンプ、１４４はアンプ１４２，１４３の出力信号が入力されてスイッチング素子４ｄに対するゲート信号Ｇ４ｄＨを生成するＯＲゲートである。
　図３は、電源電圧ＶＨが供給される第２のフェイルセーフ回路１６Ｂの構成図である。このフェイルセーフ回路１６Ｂは、負入力端子に絶縁電源回路１０Ｂの出力電圧ＶＨ１が入力され、正入力端子に抵抗１６２を介して第１の閾値１６１が入力される第１のコンパレータ１６３と、その帰還回路に接続された抵抗１６４と、を備えている。
　このフェイルセーフ回路１６Ｂでは、電圧ＶＨ１が第１の閾値１６１を下回ると、下アーム用のゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆに対するゲート駆動指令ＧｄｅｆＨが出力される。
　次に、図４は本発明の第２実施形態を示す回路図である。この第２実施形態において、図１の第１実施形態と同一の部分については同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
　図４において、直流母線５ｐ，５ｎ間には電圧検出手段１８が接続されており、この電圧検出手段１８による直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔがフェイルセーフ回路１７Ｂに入力されている。なお、このフェイルセーフ回路１７Ｂも、図１のフェイルセーフ回路１６Ｂと同様に、請求項における第２のフェイルセーフ回路に相当する。
　フェイルセーフ回路１７Ｂには電源電圧ＶＨが供給されていると共に、上述した直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔと絶縁電源回路１０Ｂの出力電圧ＶＨ１とに基づいて、下アーム用のゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆに対するゲート駆動指令ＧｄｅｆＨが生成される。
　図５は、フェイルセーフ回路１７Ｂの構成図であり、図３のフェイルセーフ回路１６Ｂと共通する部分については同一の参照符号を付し、以下では異なる部分を中心に説明する。
　図５において、電圧検出手段１８による直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔが第２のコンパレータ１７３の正入力端子に入力され、その負入力端子には抵抗１７２を介して第２の閾値１７１が入力されている。なお、１７４は帰還回路の抵抗である。
　第２のコンパレータ１７３の出力は、第１のコンパレータ１６３の出力と共にＡＮＤゲート１７５に入力され、このＡＮＤゲート１７５の出力がゲート駆動指令ＧｄｅｆＨとなっている。
　フェイルセーフ回路１７Ｂでは、直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔが第２の閾値１７１を上回り、かつ、電圧ＶＨ１が第１の閾値１６１を下回ると、ＡＮＤゲート１７５の二つの入力信号が「Ｈｉｇｈ」レベルとなり、ゲート駆動指令ＧｄｅｆＨがオンとなる。
　このため、ゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆからのゲート信号Ｇ４ｄＨ，Ｇ４ｅＨ，Ｇ４ｆＨにより下アームのスイッチング素子４ｄ，４ｅ，４ｆが全てオンし、モータＰＭの巻線が短絡される。また、直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔが第２の閾値１７１を下回る場合には、コンパレータ１７３の出力信号が「Ｌｏｗ」レベルになるので、電圧ＶＨ１と第１の閾値１６１との大小関係に関わらずゲート駆動指令ＧｄｅｆＨはオフとなり、下アームのスイッチング素子４ｄ，４ｅ，４ｆは全てオフする。
　次に、図６は本発明の第３実施形態を示す回路図である。
　前述した第１，第２実施形態では、下アームのスイッチング素子４ｄ，４ｅ，４ｆを駆動するためのゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆやフェイルセーフ回路１６Ｂ，１７Ｂの電源を冗長化することにより、第１の電源６が喪失した場合でも、下アームの全相のスイッチング素子をオンさせてモータＰＭの巻線短絡を可能にしている。
　これに対し、第３実施形態及び後述の第４実施形態は、上アームのスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃに対するゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ等の電源を冗長化し、第１の電源６が喪失した場合でも上アームの全相のスイッチング素子のオンによる巻線短絡を可能にしたものである。
　図６において、１０Ｔは第１の電源６が供給される上アーム用の絶縁電源回路であり、ゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ対応する電源電圧を、ダイオード２２ｂを介して出力する。また、１５Ｔは第２の電源３が供給される上アーム用の絶縁電源回路であり、ゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ対応する電源電圧ＶＨａ２，ＶＨｂ２，ＶＨｃ２を生成する。これらの電源電圧は、ダイオード２２ａ，２２ｂを介して電源電圧ＶＨａ，ＶＨｂ，ＶＨｃとなる。
　更に、電源電圧ＶＨａはフェイルセーフ回路１６Ｔに入力されていると共に、フェイルセーフ回路１６Ｔには、絶縁電源回路１０Ｔから電圧ＶＨ１が入力されている。
　このフェイルセーフ回路１６Ｔも、前述したフェイルセーフ回路１６Ｂ，１７Ｂと同様に、請求項における第２のフェイルセーフ回路に相当する。
　フェイルセーフ回路１６Ｔからはゲート駆動指令ＧａＨ，ＧｂＨ，ＧｃＨが生成され、これらのゲート駆動指令ＧａＨ，ＧｂＨ，ＧｃＨは上アーム用のゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ入力されている。また、ゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃには第１の電源６による電源電圧ＶＬも入力されているため、ゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃは供給電源が冗長化されている。
　従って、例えば上アームのスイッチング素子４ａに対するゲート駆動回路１２ａは、基準電位が異なるゲート駆動指令Ｇ４ａＬ２，ＧａＨに基づいてスイッチング素子４ａに対するゲート信号Ｇ４ａＨを生成し、これは上アームの他相のゲート駆動回路１２ｂ，１２ｃについても同様である。
　図７は、図６におけるゲート駆動回路１２ａの構成図である。このゲート駆動回路１２ａには冗長化された電源電圧ＶＬ，ＶＨａが供給されており、基準電位が異なる二つのゲート駆動指令Ｇ４ａＬ２，ＧａＨに基づいてスイッチング素子４ａのゲート信号Ｇ４ａＨを生成する。
　図７において、１２１は第１のフェイルセーフ回路８からのゲート駆動指令Ｇ４ａＬ２を絶縁して出力する信号絶縁手段、１２２はアンプ、１２３はフェイルセーフ回路１６Ｔからのゲート駆動指令ＧａＨが入力されるアンプ、１２４はアンプ１２２，１２３の出力信号が入力されてスイッチング素子４ａに対するゲート信号Ｇ４ａＨを生成するＯＲゲートである。
　また、図８は、電源電圧ＶＨａが供給されるフェイルセーフ回路１６Ｔの構成図である。このフェイルセーフ回路１６Ｔは、負入力端子に絶縁電源回路１０Ｔの出力電圧ＶＨ１が入力され、正入力端子に抵抗１６２を介して第１の閾値１６１が入力される第１のコンパレータ１６３と、その帰還回路に接続された抵抗１６４と、コンパレータ１６３の出力側に接続された信号絶縁手段１６５ｂ，１６５ｃを備えている。
　このフェイルセーフ回路１６Ｔでは、電圧ＶＨ１が第１の閾値１６１を下回るとコンパレータ１６３の出力が「Ｈｉｇｈ」レベルとなり、上アームのスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃに対するゲート駆動指令ＧａＨ，ＧｂＨ，ＧｃＨが生成されてゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ入力される。
　この第３実施形態においては、上アーム用のゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃの供給電源が第１の電源６と絶縁電源回路１５Ｔとによって冗長化されているのに対し、下アーム用のゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの供給電源は、第１の電源６のみである。
　このため、例えば第１の電源６が喪失してモータＰＭの巻線短絡が必要になった場合、フェイルセーフ回路８及びゲート駆動回路１４ｄ，１４ｅ，１４ｆを動作させてゲート信号Ｇ４ｄＨ，Ｇ４ｅＨ，Ｇ４ｆＨを生成することにより下アームの全てのスイッチング素子４ｄ，４ｅ，４ｆをオンすることはできない。しかし、第２の電源３及び絶縁電源回路１５Ｔから電源が供給されている上アーム用のゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及びフェイルセーフ回路１６Ｔは動作可能であるため、フェイルセーフ回路１６Ｔからのゲート駆動指令ＧａＨ，ＧｂＨ，ＧｃＨに基づいて、ゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃが上アームの全てのスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃをオンさせてモータＰＭの巻線を短絡することができる。
　この実施形態によれば、絶縁電源回路１５Ｔによる電源供給先がゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及びフェイルセーフ回路１６Ｔであり、図１２の絶縁電源回路１１に比べて大幅に少ないため、絶縁電源回路１５Ｔの容量を軽減して装置の小型・軽量化、低コスト化を図ることができる。
　次いで、図９は本発明の第４実施形態を示す回路図である。この第４実施形態が図６の第３実施形態と相違する点は、図６におけるフェイルセーフ回路１６Ｔの代わりにフェイルセーフ回路１７Ｔが設けられ、電圧検出手段１８による直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔがフェイルセーフ回路１７Ｔに入力されている点である。
　このフェイルセーフ回路１７Ｔも、前述したフェイルセーフ回路１６Ｂ，１７Ｂ，１６Ｔと同様に、請求項における第２のフェイルセーフ回路に相当する。
　図１０は，フェイルセーフ回路１７Ｔの構成図である。図５におけるフェイルセーフ回路１７Ｂと異なるのは、ＡＮＤゲート１７５の出力側に信号絶縁手段１６５ｂ，１６５ｃが接続されて上アームに対するゲート駆動指令ＧａＨ，ＧｂＨ，ＧｃＨが出力される点である。
　フェイルセーフ回路１７Ｔでは、直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔが第２の閾値１７１を上回り、かつ、電圧ＶＨ１が第１の閾値１６１を下回ると、ＡＮＤゲート１７５の二つの入力信号が「Ｈｉｇｈ」レベルとなり、ゲート駆動指令ＧａＨ，ＧｂＨ，ＧｃＨがオンとなる。
　このため、ゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃからのゲート信号Ｇ４ａＨ，Ｇ４ｂＨ，Ｇ４ｃＨにより上アームのスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃが全てオンし、モータＰＭの巻線が短絡される。また、直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔが第２の閾値１７１を下回る場合には、コンパレータ１７３の出力信号が「Ｌｏｗ」レベルになるので、電圧ＶＨ１と第１の閾値１６１との大小関係に関わらずゲート駆動指令ＧａＨ，ＧｂＨ，ＧｃＨがオフとなり、上アームのスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃは全てオフする。
　以上説明したように、図６の第３実施形態または図９の第４実施形態によれば、上アームのスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃに対するゲート駆動回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃやフェイルセーフ回路１６Ｔ，１７Ｔ等の電源を冗長化したことにより、第１の電源６が喪失した場合でも上アームの全相のスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃのオンによる巻線短絡が可能である。
　上述した各実施形態では、三相のインバータ装置について説明したが、本発明は、単相インバータ装置のほか、三相以外の多相インバータ装置にも適用可能である。また、インバータのスイッチング素子には、ＩＧＢＴ以外にＦＥＴやパワートランジスタ等を使用しても良い。
　本発明は、電動車両用のモータだけでなく、電源が冗長化された制御回路により交流モータを駆動するインバータ装置、及び、モータ駆動システムに適用することができる。
１：主バッテリー
２：主開閉器
３：コンデンサ（第２の電源）
４：ブリッジ回路
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ：半導体スイッチング素子
５ｐ，５ｎ：直流母線
６：第１の電源（補機バッテリー）
７：モータ制御用ＣＰＵ
８：第１のフェイルセーフ回路
９ａ，９ｂ，９ｃ：上アーム用の絶縁電源回路
１０Ｂ：下アーム用の絶縁電源回路
１０Ｔ：上アーム用の絶縁電源回路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：上アーム用のゲート駆動回路
１２１：信号絶縁手段
１２２，１２３：アンプ
１２４：ＯＲゲート
１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ：下アーム用のゲート駆動回路
１４１：信号絶縁手段
１４２，１４３：アンプ
１４４：ＯＲゲート
１５Ｂ：非絶縁電源回路
１５Ｔ：絶縁電源回路
１６Ｂ，１６Ｔ，１７Ｂ，１７Ｔ：第２のフェイルセーフ回路
１６１：第１の閾値
１６２，１６４：抵抗
１６３：第１のコンパレータ
１６５ｂ，１６５ｃ：信号絶縁手段
１７１：第２の閾値
１７２，１７４：抵抗
１７３：第２のコンパレータ
１７５：ＡＮＤゲート
１８：電圧検出手段
１９：故障検出回路
２０ａ，２０ｂ，２２ａ，２２ｂ：：ダイオード
２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ：下アーム用の絶縁電源回路
ＰＭ：モータ

Claims (10)

  1. 　直流母線間に接続された複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路により直流／交流変換を行ってモータを駆動するインバータ装置の制御回路であって、前記ブリッジ回路の全相の上アームスイッチング素子または全相の下アームスイッチング素子をオンさせて前記モータの巻線を短絡させるフェイルセーフ機能を有する制御回路において、
    　前記上アームスイッチング素子の駆動信号を生成する上アーム用駆動回路と、
    　前記下アームスイッチング素子の駆動信号を生成する下アーム用駆動回路と、
    　前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第１の電源と、
    　前記第１の電源とは基準電位が異なり、かつ、前記直流母線から前記上アーム用駆動回路または前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第２の電源と、
    　前記第１の電源と共通の基準電位を有し、かつ、前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第１のフェイルセーフ回路と、
    　前記第２の電源と共通の基準電位を有し、かつ、前記上アーム用駆動回路または前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第２のフェイルセーフ回路と、
    　を備え、
    　前記上アーム用駆動回路または前記下アーム用駆動回路は、基準電位が異なる二つの駆動指令入力機能を有し、
    　前記二つの駆動指令入力機能のうちの一方は、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であり、前記二つの駆動指令入力機能のうちの他方は、前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であることを特徴とする、インバータ装置の制御回路。
  2. 　直流母線間に接続された複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路により直流／交流変換を行ってモータを駆動するインバータ装置であって、前記ブリッジ回路の全相の上アームスイッチング素子または全相の下アームスイッチング素子をオンさせて前記モータの巻線を短絡させるフェイルセーフ機能を有するインバータ装置において、
    　前記上アームスイッチング素子の駆動信号を生成する上アーム用駆動回路と、
    　前記下アームスイッチング素子の駆動信号を生成する下アーム用駆動回路と、
    　前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第１の電源と、
    　前記第１の電源とは基準電位が異なり、かつ、前記直流母線から前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第２の電源と、
    　前記第１の電源の負極電位を基準電位とし、かつ、前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第１のフェイルセーフ回路と、
    　前記第２の電源の負極電位を基準電位とし、かつ、前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第２のフェイルセーフ回路と、
    　を備え、
    　前記下アーム用駆動回路は、基準電位が異なる二つの駆動指令入力機能を有し、
    　前記二つの駆動指令入力機能のうちの一方は、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であり、前記二つの駆動指令入力機能のうちの他方は、前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であることを特徴とするインバータ装置。
  3. 　請求項２に記載したインバータ装置において、
    　前記第２のフェイルセーフ回路は、前記第１の電源が供給される下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると全相の前記下アームスイッチング素子をオンさせるための駆動指令を出力し、前記下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が前記第１の閾値を上回ると全相の前記下アームスイッチング素子をオフさせるための駆動指令を出力することを特徴とするインバータ装置。
  4. 　請求項２または３に記載したインバータ装置において、
    　前記下アーム用駆動回路は、前記第１の電源が供給される下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると、全相の前記下アームスイッチング素子をオンさせるために前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力を優先し、前記下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が前記第１の閾値を上回ると、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力を優先して、前記下アームスイッチング素子の駆動信号を生成することを特徴とするインバータ装置。
  5. 　請求項２に記載したインバータ装置において、
    　前記直流母線間の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
    　前記第２のフェイルセーフ回路は、前記電圧検出手段による電圧検出値が第２の閾値を下回ると全相の前記下アームスイッチング素子をオフさせるための駆動指令を出力すると共に、前記電圧検出手段による電圧検出値が前記第２の閾値を上回り、かつ、前記第１の電源が供給される下アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると全相の前記下アームスイッチング素子をオンさせるための駆動指令を出力することを特徴とするインバータ装置。
  6. 　直流母線間に接続された複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路により直流／交流変換を行ってモータを駆動するインバータ装置であって、前記ブリッジ回路の全相の上アームスイッチング素子または全相の下アームスイッチング素子をオンさせて前記モータの巻線を短絡させるフェイルセーフ機能を有するインバータ装置において、
    　前記上アームスイッチング素子の駆動信号を生成する上アーム用駆動回路と、
    　前記下アームスイッチング素子の駆動信号を生成する下アーム用駆動回路と、
    　前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第１の電源と、
    　前記第１の電源とは基準電位が異なり、かつ、前記直流母線から前記上アーム用駆動回路に電源電圧を供給する第２の電源と、
    　前記第１の電源の負極電位を基準電位とし、かつ、前記上アーム用駆動回路及び前記下アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第１のフェイルセーフ回路と、
    　何れかの相の前記上アームスイッチング素子の出力端子の電位を基準電位とし、かつ、前記上アーム用駆動回路に対する駆動指令を生成する第２のフェイルセーフ回路と、
    　を備え、
    　前記上アーム用駆動回路は、基準電位が異なる二つの駆動指令入力機能を有し、
    　前記二つの駆動指令入力機能のうちの一方は、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であり、前記二つの駆動指令入力機能のうちの他方は、前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力機能であることを特徴とするインバータ装置。
  7. 　請求項６に記載したインバータ装置において、
    　前記第２のフェイルセーフ回路は、前記第１の電源が供給される上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると全相の前記上アームスイッチング素子をオンさせるための駆動指令を出力し、前記上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が前記第１の閾値を上回ると全相の前記上アームスイッチング素子をオフさせるための駆動指令を出力することを特徴とするインバータ装置。
  8. 　請求項６または７に記載したインバータ装置において、
    　前記上アーム用駆動回路は、前記第１の電源が供給される上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると、全相の前記上アームスイッチング素子をオンさせるために前記第２のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力を優先し、前記上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が前記第１の閾値を上回ると、前記第１のフェイルセーフ回路から出力される駆動指令の入力を優先して、前記上アームスイッチング素子の駆動信号を生成することを特徴とするインバータ装置。
  9. 　請求項６に記載したインバータ装置において、
    　前記直流母線間の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
    　前記第２のフェイルセーフ回路は、前記電圧検出手段による電圧検出値が第２の閾値を下回ると全相の前記上アームスイッチング素子をオフさせるための駆動指令を出力すると共に、前記電圧検出手段による電圧検出値が前記第２の閾値を上回り、かつ、前記第１の電源が供給される上アーム用絶縁電源回路の出力電圧が第１の閾値を下回ると全相の前記上アームスイッチング素子をオンさせるための駆動指令を出力することを特徴とするインバータ装置。
  10. 　請求項２～９の何れか１項に記載のインバータ装置と、当該インバータ装置の交流出力電圧により駆動されるモータと、からなることを特徴とするモータ駆動システム。
     
     
     
PCT/JP2018/034194 2018-09-14 2018-09-14 インバータ装置及びその制御回路、並びにモータ駆動システム WO2020054054A1 (ja)

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021134163A1 (de) * 2021-12-21 2023-06-22 Abberior Instruments Gmbh Sensorschaltung für eine eine sicherheitsfunktion ausführende vorrichtung, vorrichtung und verfahren zum verarbeiten von messwerten von sensoren

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000014184A (ja) * 1998-05-12 2000-01-14 Mannesmann Sachs Ag 少なくとも一つのブランチを有するパ―マネント励起されている電動機のための制御システム
JP2008236994A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 半導体電力変換装置の故障検出装置
JP2011259517A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Toyota Motor Corp 車両の電力変換装置およびそれを備える車両
WO2014010061A1 (ja) * 2012-07-12 2014-01-16 三菱電機株式会社 車載モータ駆動用制御基板
WO2018030381A1 (ja) * 2016-08-09 2018-02-15 富士電機株式会社 電力変換装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5201245B2 (ja) * 2010-09-17 2013-06-05 株式会社デンソー 回転機の制御装置
JP5500192B2 (ja) * 2012-03-16 2014-05-21 株式会社デンソー スイッチング素子の駆動回路
GB2500937B (en) * 2012-04-05 2015-04-08 Control Tech Ltd Fail-safe interface
JP5569626B1 (ja) * 2013-06-17 2014-08-13 日本精工株式会社 モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両
US9948219B2 (en) * 2014-12-25 2018-04-17 Aisin Aw Co., Ltd. Rotating electrical machine control device
JP6417306B2 (ja) * 2015-09-18 2018-11-07 日立オートモティブシステムズ株式会社 電子制御装置及びその制御方法
JP6763196B2 (ja) * 2016-05-16 2020-09-30 株式会社豊田自動織機 インバータ装置
JP6697181B2 (ja) * 2016-06-15 2020-05-20 富士電機株式会社 電動機駆動装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000014184A (ja) * 1998-05-12 2000-01-14 Mannesmann Sachs Ag 少なくとも一つのブランチを有するパ―マネント励起されている電動機のための制御システム
JP2008236994A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 半導体電力変換装置の故障検出装置
JP2011259517A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Toyota Motor Corp 車両の電力変換装置およびそれを備える車両
WO2014010061A1 (ja) * 2012-07-12 2014-01-16 三菱電機株式会社 車載モータ駆動用制御基板
WO2018030381A1 (ja) * 2016-08-09 2018-02-15 富士電機株式会社 電力変換装置

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