WO2022219733A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2022219733A1
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failure
switching
circuit
short
detection unit
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裕也 夏原
勲 家造坊
辰也 森
千明 藤本
淳 伊藤
裕介 寶田
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to power converters.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100000 discloses a technique of performing an operation to identify a fault location after detecting occurrence of a short-circuit fault in a switching element of an inverter circuit.
  • Patent Document 2 discloses a technique for performing an operation to identify the type of failure and the location of the failure after detecting a short-circuit failure in a switching element of an inverter circuit or a failure in a current sensor that detects the current flowing through the inverter circuit.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200002 discloses a technique of performing an operation to identify a failure location after detecting occurrence of failure of a current sensor that detects current flowing through an inverter circuit.
  • the method of identifying the failure location described in Patent Document 1 uses a switching pattern in which all the switching elements of the inverter circuit are turned off, and then a switching pattern in which the switching elements are turned on one by one. The point where the short-circuit failure of the switching element has occurred is specified using the value of the current sensor at that time. However, when the short-circuit resistance value of the short-circuited switching element is small, the through current generated becomes a large current exceeding the rated current of the switching element, which may cause heat generation and further failure. Further, the method of identifying the failure location of Patent Document 1 relates to a short-circuit failure of the switching element, and cannot identify the failure location of the current sensor.
  • the method of identifying the type of failure and the location of the failure described in Patent Document 2 uses a switching pattern that turns off all the switching elements of the inverter circuit after detecting an abnormality in which the current value is excessive. If the motor terminal voltage becomes abnormal when the motor rotation speed becomes lower than the specified value, it is identified as a short-circuit failure of the switching element, and the motor terminal voltage does not become abnormal. In some cases, it is specified as a failure of the current sensor. However, in this method, it is necessary to wait until the rotation speed of the motor becomes lower than the specified value in order to prevent erroneous determination due to the back electromotive force of the motor.
  • the motor terminal voltage will not be abnormal.
  • the short-circuit failure of the switching element is erroneously determined to be the failure of the current sensor.
  • the specified value of the rotation speed of the motor is made sufficiently small so as not to make an erroneous determination, it takes a long time to wait until the rotation speed of the motor reaches the specified value, making it impossible to specify the failure in a short time.
  • the present disclosure has been made in view of the circumstances described above, and is a power conversion device that prevents the occurrence of large currents and accurately identifies failures in a short time when identifying failures in an inverter circuit and a current sensor.
  • One of the purposes is to provide
  • a power conversion device includes a multiphase inverter circuit configured to include a plurality of switching elements, a current sensor that detects current in the inverter circuit and outputs the detected current value, and the inverter circuit.
  • a terminal voltage detection unit that detects a terminal voltage of a load connected to the terminal voltage and outputs the detected voltage value;
  • a switching element drive circuit that controls a plurality of switching elements of the inverter circuit according to a commanded switching pattern; a fault detection unit for detecting a fault in the inverter circuit or the current sensor; and after the fault detection unit detects a fault, the fault detection unit issues a command to the switching element drive circuit in accordance with the type of fault that can be detected.
  • the switching pattern is switched, and based on the current value detected by the current sensor or the voltage value detected by the terminal voltage detection unit at the time of control by the switching pattern, the type and location of failure of the inverter circuit or the current sensor. and a failure identification unit that performs identification processing.
  • the present disclosure when identifying failures in the inverter circuit and the current sensor, it is possible to identify the failures accurately in a short time while preventing the occurrence of large currents.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration example of a power converter according to a first embodiment
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing the path of through current when a short circuit fault occurs in a switching element; The figure which shows the list of the detection value behavior at the time of each failure occurrence.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a failure detection method according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of failure identification processing according to the first embodiment
  • the block diagram which shows the whole structural example of the power converter device which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a failure detection method according to the second embodiment
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of failure identification processing according to the second embodiment
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the overall configuration of an electric power steering system according to a third embodiment;
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the overall configuration of a power conversion device 10 according to this embodiment.
  • the power conversion device 10 according to the present embodiment can be used by connecting to a multiphase load 2, but for simplicity of explanation, the loads 2 are U-phase, V-phase, A case of application to a three-phase brushless motor having a W-phase will be described as an example.
  • the inverter circuit 1 includes upper switching elements FET1, FET2, and FET3, lower switching elements FET4, FET5, and FET6, and current sensors CT1, CT2, and CT3 for U-phase, V-phase, and W-phase, respectively.
  • the current sensors CT1-CT3 detect the current flowing through each phase of the inverter circuit 1 and output detected current values.
  • Each of the current sensors CT1-3 is connected in series with each of the upper switching elements FET1-3 or each of the lower switching elements FET4-6.
  • FIG. 1 the configuration in which the current sensors CT1 to CT3 are connected to the lower switching elements FET4 to FET6, respectively, will be described as an example.
  • the terminal voltage detector 3 detects terminal voltages of terminals connected to each phase of the load 2 and outputs detected voltage values.
  • the switching element drive circuit 4 instructs the switching elements FET1 to FET6 included in the inverter circuit 1 to switch ON or OFF based on a switching pattern to be described later or a switching instruction for driving a load.
  • the above switching command is used as an input in a normal state with no failure. is used as input.
  • the failure detection unit 5 determines whether or not the switching elements FET1-6 or the current sensors CT1-3 included in the inverter circuit 1 have failed.
  • the failure detector 5 outputs a failure detection signal when determining that a failure has occurred.
  • the failure determination method by the failure detection unit 5 includes current values detected by the current sensors CT1 to 3, voltage values detected by the terminal voltage detection unit 3, detection values of the rotation angle of the load 2, and when the inverter circuit 1 is driven normally. There is a method of monitoring these values themselves, such as the voltage command value applied as a command signal to , or a value obtained by performing four arithmetic operations on these values, and determining failure depending on whether or not the value is abnormal.
  • the failure determination method by the failure detection unit 5 can be performed by using a failure detection function provided in hardware such as a microcomputer (microcomputer) or a driver that constitutes the voltage command value generation unit (not shown) or the switching element drive circuit 4.
  • a failure detection function provided in hardware such as a microcomputer (microcomputer) or a driver that constitutes the voltage command value generation unit (not shown) or the switching element drive circuit 4.
  • a determination method or the like to be used may be used.
  • failure factors that can be detected by the failure detection unit 5 include short-circuit failures of the switching elements FET1 to 6, fixed upper and lower limit failures (saturation failures) of the current sensors CT1 to 3, A gain error is assumed.
  • a gain is an amplification factor of a detected current value with respect to an actual current, which is an input signal.
  • the failure identification unit 6 outputs a switching pattern according to the failure detection signal output from the failure detection unit 5, and performs failure identification processing for identifying the failure based on the detected current value and the detected voltage value when the switching pattern is output. I do.
  • a series of operation patterns for turning ON or OFF each of the switching elements FET1 to FET6 in order to specify a failure is referred to as a "switching pattern”. Identifying the type of failure and the location of the failure are generally referred to as "identifying the failure”, “identifying the failure”, and the like.
  • FETs are used as the switching elements of the inverter circuit 1, but any switching element device that drives the load 2 by turning ON or OFF depending on the voltage command value of each phase can be applied.
  • a thyristor, a bipolar transistor, or the like may be used as the switching element included in the inverter circuit 1 .
  • the current sensors CT1 to CT3 are configured to use shunt resistors, but any sensor capable of detecting current can be applied.
  • a CT Current Transformer
  • Hall element or the like may be used as the current sensors CT1 to CT3.
  • FIG. 2 is a diagram showing the path of through current when a switching element is short-circuited.
  • the switching element driving circuit 4 controls the upper and lower switching elements of the same phase so that they are not turned on at the same time.
  • the switching element short-circuits in other words, when the switching element is always ON, if the switching element on the normal side of the faulty phase is controlled to be ON, the upper and lower switching elements of the faulty phase are simultaneously turned ON.
  • Vdc in Equation 1 is the voltage of the power supply.
  • R0 in Equation 1 is the sum of the resistance values in the short-circuit path other than the short-circuited switching element, which includes the resistance of the normal side switching element connected in series with the short-circuited switching element, Current sensor resistance, wiring resistance, etc. are included.
  • the through current value I increases as the short circuit resistance value R decreases. Flowing an excessive through current leads to heat generation and failure of normal switching elements.
  • the short-circuit resistance value Ra can be expressed by the following equation (Formula 2).
  • the fault identification unit 6 determines whether or not the fault detection method detected by the fault detection unit 5 can detect a fault less than the short-circuit resistance value Ra, using the short-circuit resistance value Ra as a threshold value. Switch processing. It is recommended that the short-circuit resistance value Ra be set to be larger than the equal sign value of Equation 2 in consideration of the safety factor against variations in the resistance value R0 or the voltage Vdc in Equation 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing a list of detected value behaviors when each failure occurs. This list shows the correspondence between detected value behaviors and fault types. However, with respect to the behavior of the fault phase of the detected voltage value in the short circuit fault of the switching element and the behavior of the fault phase absolute value of the detected current value when the lower switching element is ON, if the influence of the induced power due to the load 2 can be ignored. limited to
  • the behavior of the "detected voltage value” is “large” for the upper side fault and “small” for the lower side fault in both the “fault phase” and "three-phase average” short-circuit fault of the switching element. It takes a normal value in the case of a fault (saturation fault, gain anomaly, etc.). “Large” means that the voltage value is high. “Small” means that the voltage value is low. According to this detection value behavior, it is possible to detect a short-circuit failure of a switching element with a short-circuit resistance value less than Ra and a short-circuit failure of a switching element with a short-circuit resistance value Ra or more, depending on the setting of the failure determination threshold.
  • the "detected current value when the lower switching element is ON” detects the values of the current sensors CT1 to CT3 when the lower switching element is ON.
  • the "absolute value of the failed phase” indicating the absolute value of the failed phase of the "current value detected when the lower switching element is ON” is based on the absolute value of the current of each phase flowing through the current sensors CT1 to CT3. This is for judging failure.
  • This "failure phase absolute value” indicates an abnormal value due to a short-circuit failure of the upper switching element and a failure of the current sensor (saturation failure, gain abnormality, etc.).
  • the "three-phase sum" of the "detected current value when the lower switching element is ON” is "0" if the current flowing through the current sensors CT1 to CT3 is correctly energized when the load 2 is a three-phase, three-wire system. , and if it does not become “0", it is judged to be abnormal.
  • This makes it possible to detect a short-circuit failure of the upper switching element and an abnormality in the gain of the current sensor.
  • failure of the lower switching element cannot be detected by the "detected current value when the lower switching element is ON.” .
  • the "detected current value when the upper switching element is ON” detects the values of the current sensors CT1 to CT3 when the upper switching element is ON. If there is no failure in the inverter circuit 1 or the current sensors CT1-CT3, it becomes “0". If this value is not "0", it means that a short-circuit failure of the lower switching element or a saturation failure of the current sensor has occurred.
  • the fault detection unit 5 can detect a fault according to the "detected value behavior", and at that time, can also narrow down candidates for the type of fault.
  • failure identification processing is executed to identify failures using any one of the "first to fifth failure detection methods" shown in FIG. 4 according to the "detected value behavior”.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a failure detection method provided in the failure detection unit 5 according to this embodiment. This figure shows the correspondence between each fault detection method and the types of detectable faults.
  • the failure detection unit 5 has one or more failure detection methods.
  • the failure detection method provided in the failure detection unit 5 may be of only one type, but it should be able to detect various failures, shorten the time required for failure detection, or reliably perform failure detection. For purposes, multiple fault detection schemes may be provided.
  • an example of five types of failure detection methods is shown, but the types of failure detection methods are not limited to five types, and may be less than or more than five types.
  • the detectable failure factors are determined by failure detection settings such as the types of values used for failure detection, their judgment conditions, and the establishment time conditions that define the time during which the judgment conditions continue to hold. Further, by setting strict failure detection conditions, such as using a logical product of a plurality of judgment conditions, it is possible to detect only the target failure type.
  • the "detected voltage value” can detect the short circuit failure of the switching element regardless of the value of the short circuit resistance value for both the "faulty phase” and the "3-phase average".
  • the failure determination threshold is set so as to determine a failure for a short-circuit resistance value less than Ra.
  • the "detection voltage value” is determined by setting the failure determination threshold for both the “failure phase” and the "three-phase average”. can be detected.
  • a failure detection method based on a “detection voltage value” in which a failure determination threshold value is set so as to determine a failure for a short-circuit resistance value equal to or greater than Ra corresponds to the "third failure detection method" shown in FIG.
  • the "second failure detection method” is a method for detecting a saturation failure of the current sensor.
  • the “fourth failure detection method” is a method for detecting an abnormality in the gain of the current sensor.
  • the “failure phase absolute value” of the "detected current value when the upper switching element is ON” shown in FIG. 3 is used to separate the two methods. If the “failure phase absolute value” of the “detected current value when the upper switching element is ON” matches (fixes) the absolute values of the upper and lower limits of the detected current value, the “second failure detection method” may be "0". For example, it can be classified as "fourth failure detection method".
  • the "fifth fault detection method" shown in FIG. 4 is a method in which one or more of the detected value behaviors in FIG. can do.
  • the first to fourth failure detection methods are used to distinguish between four types: short-circuit failure with a short-circuit resistance value less than Ra, short-circuit failure with a short-circuit resistance value greater than or equal to Ra, current sensor saturation failure, and current sensor gain abnormality. failure detection is possible.
  • the fifth failure detection method it is theoretically impossible to determine which kind of failure is detected when the failure is detected.
  • a failure phase cannot be specified by using only a value without phase information such as a total sum value or an average value of three phases as a failure detection determination condition. In the present embodiment, for the sake of simplification of explanation, the first to fifth fault detection methods will be explained assuming that the failure phase cannot be specified.
  • a mode of specifying a faulty phase when a fault is detected will be described later in a second embodiment.
  • the failure identification processing by the failure identification unit 6 must be used to identify the failure.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of failure identification processing by the failure identification unit 6 according to this embodiment.
  • the one that detects a failure is defined as the N-th failure detection method (N is an integer of 1 to 5 in this example).
  • N is an integer of 1 to 5 in this example. The operation of the failure identification processing by the failure identification unit 6 after failure detection by the N-th failure detection method will be described.
  • the failure identifying unit 6 determines whether or not a short circuit failure of a switching element having a short circuit resistance value less than Ra can be detected by the Nth failure detection method (step S1). In the example of the present embodiment, the failure identifying unit 6 determines that a short-circuit failure of a switching element having a short-circuit resistance value less than Ra can be detected when the first failure detection method or the fifth failure detection method is used (step S1: YES).
  • step S2 the fault identification unit 6 monitors the terminal voltages of the switching elements FET1 to FET6 when all of them are OFF, thereby identifying the short-circuit location (step S2).
  • This specific processing controls the switching elements FET1 to FET6 according to a first switching pattern in which all the switching elements are turned off, and monitors the voltage detection value at that time.
  • a method disclosed in Japanese Patent No. 5092538 may be used.
  • the failure identifying unit 6 determines whether a failure has been identified (step S3). When determining that a failure has been identified (step S3: YES), the failure identification unit 6 ends the failure identification process.
  • step S4 determines whether or not the saturation failure of the current sensor can be detected by the N-th failure detection method.
  • the failure identifying unit 6 determines that the saturation failure of the current sensor can be detected when the second failure detection method or the fifth failure detection method is used (step S4: YES).
  • step S5 the failure identifying unit 6 performs current sensor failure phase identification processing by monitoring current saturation when all of the switching elements FET1 to FET6 are OFF (step S5).
  • This specific processing controls the switching elements FET1 to FET6 according to the first switching pattern in which all the switching elements are turned off, and monitors the current detection value at that time.
  • a method disclosed in Japanese Patent No. 5092538 may be used.
  • step S6 determines whether a failure has been identified (step S6). When determining that a failure has been identified (step S6: YES), the failure identification unit 6 ends the failure identification process.
  • step S7 determines whether or not a switching element short-circuit failure having a short-circuit resistance value of Ra or more can be detected by the N-th failure detection method.
  • the failure identification unit 6 determines that a switching element short-circuit failure with a short-circuit resistance value of Ra or more can be detected (step S7 : YES).
  • step S8 the fault identification unit 6 performs processing for identifying the short-circuit location by monitoring the through current of the switching elements that accompanies the ON operation of the switching elements FET1 to FET6 (step S8).
  • This specific process controls the switching elements FET1 to FET6 according to a second switching pattern that turns ON one or more switching elements, and monitors the current detection value at that time.
  • a method disclosed in Japanese Patent No. 4954278 may be used. While the switching pattern in Japanese Patent No. 4954278 is a system in which the switching elements are turned on one by one, a second switching pattern in which the upper or lower switching elements of all phases are turned on at the same time can also be used. good.
  • step S8 The latter switching pattern has the effect of shortening the time required for the failure identification process in step S8.
  • the failure identifying unit 6 determines whether a failure has been identified (step S9). When determining that a failure has been identified (step S9: YES), the failure identification unit 6 ends the failure identification process.
  • step S10 determines whether or not the gain abnormality of the current sensor can be detected by the N-th failure detection method. In this embodiment, the failure identifying unit 6 determines that the current sensor gain abnormality can be detected when the fourth failure detection method or the fifth failure detection method is used (step S10: YES).
  • step S11 the failure identification unit 6 performs a current sensor gain abnormal phase identification process involving high-frequency driving of the switching elements FET1 to FET6 (step S11).
  • This specific process controls the switching elements FET1 to FET6 according to a third switching pattern in which the switching elements are driven at a frequency higher than the rotation speed of the load 2, and monitors the current detection value at that time.
  • a method disclosed in Japanese Patent No. 6516878 may be used.
  • step S12 determines whether or not a failure has been identified (step S12). When determining that a failure has been identified (step S12: YES), the failure identification unit 6 ends the failure identification process. On the other hand, if the determination in step S10 or step S12 is NO, the failure identification unit 6 terminates the failure identification processing assuming that the failure cannot be identified.
  • steps S4 to S6 and the processing of steps S10 to S12 are not necessary, and the processing of these steps is executed and the failure to bypass the failure It is good also as a flowchart of specific processing.
  • the power conversion device 10 detects and detects the current of the multiphase inverter circuit 1 including a plurality of switching elements FET1 to 6, and the inverter circuit 1.
  • a current sensor CT1 to CT3 that outputs a current value
  • a terminal voltage detection unit 3 that detects the terminal voltage of the load 2 connected to the inverter circuit 1 and outputs the detected voltage value, and a commanded switching pattern.
  • a switching element driving circuit 4 for controlling the plurality of switching elements FET1 to FET6 of the inverter circuit 1 is provided.
  • the power conversion device 10 includes a failure detection unit 5 that detects a failure in the inverter circuit 1 or the current sensors CT1-3, and after the failure detection unit 5 detects a failure, the failure of the inverter circuit 1 or the current sensors CT1-3 is detected. and a failure identification unit 6 for identifying the type of failure and the location of the failure. For example, after the failure detection unit 5 detects a failure, the failure identification unit 6 switches the switching pattern to be instructed to the switching element drive circuit 4 according to the type of failure detectable by the failure detection unit 5, and switches the switching pattern. Based on the current value detected by at least one of the current sensors CT1 to 3 or the voltage value detected by the terminal voltage detection unit 3 during control by I do.
  • the power conversion device 10 performs the failure identification process using a failure identification method necessary and sufficient for identifying the failure according to the type of failure that can be detected by the failure detection unit 5. It is possible to perform fault identification processing in a short time, while preventing fault identification errors and large currents during fault identification processing. Therefore, when identifying the failure of the inverter circuit 1 and the current sensors CT1 to CT3, the power converter 10 can accurately identify the failure in a short time while preventing the occurrence of a large current.
  • the failure identification unit 6 selects, as the switching patterns, a first switching pattern in which all switching elements FET1 to FET6 are turned off, and a second switching pattern in which one or more switching elements are turned on. Command the drive circuit 4 .
  • the power conversion device 10 has two types of methods, ie, a method that does not allow a through current to flow through the switching elements, and a method that does not allow a through current to flow.
  • a method that does not allow a through current to flow through the switching elements By using the first switching pattern, it is possible to prevent a large current from flowing when a short-circuit failure of a switching element with a small short-circuit resistance value occurs.
  • the second switching pattern in which one or more switching elements are turned on the power conversion device 10 can identify a failure using a through current, and a short-circuit failure of a switching element having a large short-circuit resistance value. It is possible to prevent a specific erroneous determination of a failure when a
  • the failure identifying unit 6 uses, as the above-described switching patterns, a first switching pattern in which all switching elements FET1 to FET6 are turned off, and a second switching pattern in which the upper or lower switching elements of all phases are turned on at the same time. and a third switching pattern for driving the switching elements at a frequency higher than the rotation frequency of the load 2 to the switching element drive circuit 4 .
  • the power conversion device 10 uses the second switching pattern in which the upper switching elements FET1 to 3 or the lower switching elements FET4 to 6 of all phases are turned ON at the same time, thereby shortening the time required for failure identification processing.
  • the third switching pattern it becomes possible to specify failures such as gain abnormalities of the current sensors CT1 to CT3, which cannot be specified by the first switching pattern and the second switching pattern.
  • the failure detection unit 5 detects failures using a first failure detection method that can detect short-circuit failures of switching elements whose short-circuit resistance is less than a predetermined threshold value (short-circuit resistance value Ra). After the failure detection unit 5 detects a failure using the first failure detection method, the failure identification unit 6 performs failure identification processing using the detected voltage value during control according to the first switching pattern.
  • a first failure detection method that can detect short-circuit failures of switching elements whose short-circuit resistance is less than a predetermined threshold value (short-circuit resistance value Ra).
  • the power converter 10 can identify a failure when a short-circuit failure occurs in a switching element whose short-circuit resistance is less than a predetermined threshold value (short-circuit resistance value Ra).
  • the failure detection unit 5 detects failures using a second failure detection method capable of detecting fixed upper and lower limit failures (saturation failures) of the current sensors CT1 to CT3. After the failure detection unit 5 detects a failure using the second failure detection method, the failure identification unit 6 performs failure identification processing using the detected current value during control according to the first switching pattern.
  • the power converter 10 can identify the failure when a saturation failure occurs in the current sensors CT1 to CT3.
  • the failure detection unit 5 detects failures using a third failure detection method capable of detecting short-circuit failures of switching elements whose short-circuit resistance is equal to or greater than a predetermined threshold value (short-circuit resistance value Ra). After the failure detection unit 5 detects a failure using the third failure detection method, the failure identification unit 6 performs failure identification processing using the detected current value during control according to the second switching pattern.
  • a third failure detection method capable of detecting short-circuit failures of switching elements whose short-circuit resistance is equal to or greater than a predetermined threshold value (short-circuit resistance value Ra).
  • the power conversion device 10 can identify a fault when a short-circuit fault occurs in a switching element whose short-circuit resistance is equal to or greater than a predetermined threshold value (short-circuit resistance value Ra).
  • the failure detection unit 5 detects failures using a fourth failure detection method capable of detecting abnormal gains of the current sensors CT1-CT3. After the failure detection unit 5 detects a failure using the fourth failure detection method, the failure identification unit 6 performs failure identification processing using the detected current value during control according to the third switching pattern.
  • the power conversion device 10 can identify the failure when a failure occurs due to an abnormality in the gain of the current sensors CT1 to CT3.
  • the failure detection unit 5 detects failures using a fifth failure detection method capable of detecting multiple types of failures including short-circuit failures of switching elements whose short-circuit resistance is less than a predetermined threshold value (short-circuit resistance value Ra). Then, after the failure detection unit 5 detects a failure using the fifth failure detection method, the failure identification unit 6 performs detection during control by the first switching pattern before executing the switching pattern involving the ON operation of the switching element. Failure identification processing is performed using the voltage value.
  • the power conversion device 10 can identify the failure when the failure occurs while preventing erroneous determination of a large current and the failure when identifying the failure.
  • the above-mentioned predetermined threshold value is the amount of through current that flows when the positive electrode and the negative electrode of the power supply section (Vdc) of the inverter circuit 1 are short-circuited via the switching elements on the upper side and the lower side of the short-circuit failure phase. is defined as the short-circuit resistance value Ra of the switching element that is equal to or less than the rated current of the switching element.
  • the power converter 10 can prevent a through current exceeding the rated current of the switching element from flowing when the failure is identified.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of the overall configuration of the power converter 10A according to this embodiment.
  • the terminal voltage detector 3 according to the first embodiment has a configuration capable of detecting the voltage values of the three phases of the load 2 independently.
  • the terminal voltage detection unit 3A of the power converter 10A according to the present embodiment uses the three-phase average voltage of the load 2 as the detected voltage value via the voltage averaging circuit 7, which is the first embodiment. different from With this configuration, there is a cost reduction effect due to the simplification of parts used. However, in order to identify a failure using such a detected voltage value of the three-phase average voltage, it is necessary to combine it with another method that can identify the failed phase.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a failure detection method provided in the failure detection unit 5 according to this embodiment. This figure shows the correspondence between each fault detection method and the types of detectable faults. Here, three types of failure detection methods, failure detection method a, failure detection method b, and failure detection method c, are shown. Each fault detection scheme can detect one or more types of faults.
  • the failure detection method a uses an overcurrent failure detection function for each phase installed in a microcomputer that constitutes the switching element drive circuit 4 or the like, or the absolute value of the detected current value of each phase is excessive than the specified voltage Alternatively, a judgment condition of too small is used.
  • the failure detection method a is capable of detecting a short-circuit failure of a switching element with a short-circuit resistance value less than Ra, a short-circuit failure of a switching element with a short-circuit resistance value of Ra or more, and a saturation failure of a current sensor, and It is also possible to identify the faulty phase during fault detection.
  • failure detection method b the determination condition is that the "three-phase sum" of the "detected current value when the lower switching element is ON" is "non-zero", and the establishment time condition is set longer than in failure detection method a. ing. As a result, it is possible to detect a short-circuit failure of a switching element having a short-circuit resistance value of Ra or more and a failure of an abnormal gain of a current sensor.
  • the judgment condition is that the "three-phase sum" of the "detected current value when the upper switching element is ON" is "non-zero”, and the establishment time condition is set longer than in the failure detection method a.
  • the failure detection method a has a short establishment time condition. Failure detection is performed by a failure detection method a capable of specifying a phase.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of failure identification processing by the failure identification unit 6 according to this embodiment.
  • the fault identification process shown in FIG. 8 includes step S0 for branching depending on the type of fault detection method as a difference from the first embodiment.
  • step S0 the failure identification unit 6 proceeds to step S2a if the failure detection method is the failure detection method a, to step S8b if the failure detection method is b, and to step S8c if the failure detection method is c. branch to As a result, determinations in steps S1, S4, S7, and S10 in the fault identification process shown in FIG. 5 of the first embodiment are unnecessary, and the program can be simplified.
  • each fault identification process can be adjusted and changed to suit each fault detection method.
  • failure detection method a the failure phase has already been identified at the time of failure detection. Therefore, it is not necessary to identify the failure phase in the failure identification processing of steps S2a, S5a, and S8a, and the failure identification processing can be simplified with respect to steps S2, S5, and S8 in FIG.
  • step S2a the fault identifying unit 6 performs processing for identifying the short-circuit location by monitoring the terminal voltages when all of the switching elements FET1 to FET6 are OFF. In the configuration of this embodiment, it is impossible to specify the faulty phase using the detected voltage value. No identification required.
  • step S3 determines whether a failure has been identified.
  • step S3 determines whether a failure has been identified.
  • step S5a the fault identifying unit 6 performs faulty phase identification processing of the current sensor by monitoring current saturation when all of the switching elements FET1 to FET6 are OFF. Since the failure phase is already known in the case of failure detection by the failure detection method a, it is not necessary to identify the failure phase in step S5a. Since it suffices to identify the failure only for the failed phase, it is possible to shorten the time required to identify the failure.
  • the failure identification unit 6 determines whether a failure has been identified (step S6). When determining that a failure has been identified (step S6: YES), the failure identification unit 6 ends the failure identification process. On the other hand, if the determination in step S6 is NO, the failure identifying section 6 proceeds to the process of step S8a.
  • step S8a the fault identification unit 6 performs processing for identifying the short-circuit location by monitoring the through current of the switching elements that accompanies the ON operation of the switching elements FET1-6. Since the failure phase is already known in the case of failure detection by the failure detection method a, it is not necessary to identify the failure phase in step S8a. In step S8a, the failure identification unit 6 can shorten the time required to identify the failure because the ON operation of the switching element is only required for the failed phase.
  • the failure identification unit 6 determines whether a failure has been identified (step S9). When determining that a failure has been identified (step S9: YES), the failure identification unit 6 ends the failure identification process. On the other hand, if the determination in step S9 is NO, the failure identification unit 6 terminates the failure identification processing assuming that the failure cannot be identified.
  • steps S8b, S9b, S11, and S12 executed in the case of the failure detection method b is the same as the processing of steps S8, S9, S11, and S12 in FIG. 5, and description thereof will be omitted.
  • steps S8c and S9c executed in the case of the failure detection method c is the same as the processing of steps S8 and S9 in FIG. 5, and the description thereof will be omitted. If the determination in step S9c is NO, the failure identification unit 6 determines that the failure cannot be identified, and terminates the failure identification process.
  • the power conversion device 10A has a configuration in which the terminal voltage detection unit 3 acquires the three-phase average voltage of the load 2 via the voltage averaging circuit 7 as a detected voltage value. It is also possible to identify failures, and there is a cost reduction effect due to the simplification of parts used. Further, the power conversion device 10A is provided with a step S0 branching according to the type of failure detection method, as in the flowchart of the failure identification processing shown in FIG. and has the effect of being modifiable. In addition, when the failure phase has already been identified at the time of failure detection, the power conversion device 10A does not need to identify the failure phase in the failure identification process, which simplifies the failure identification process and shortens the time required to identify the failure. becomes possible.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of the overall configuration of the electric power steering system 50 according to this embodiment.
  • the electric power steering system 50 includes a load 2 (motor), a torque sensor 52, a steering wheel 53, a steering shaft 54, a rack and pinion gear 55, wheels 56, a reduction gear 57, a steering control device 58, A power conversion device 10 is provided.
  • the example shown in FIG. 9 shows an example in which the load 2, which is a motor, is connected to the power converter 10 shown in FIG. A certain load 2 may be connected.
  • FIGS. 1 and 6 will be described.
  • a steering force applied to the steering wheel 53 by a driver passes through the steering shaft 54 and is transmitted to the rack via the rack and pinion gear 55 to steer the wheels 56 .
  • a motor, which is the load 2 is connected to the steering shaft 54 via a reduction gear 57 .
  • the torque generated by the motor, which is the load 2 is transmitted to the steering shaft 54 via the reduction gear 57 to reduce the steering force applied by the driver during steering.
  • the torque sensor 52 detects the steering force applied to the steering shaft 54 by steering the steering wheel 53 by the driver.
  • the steering control device 58 receives the steering force detected by the torque sensor 52 and outputs a switching command.
  • the switching element drive circuit 4 uses the switching command output from the steering control device 58 as an input value to supply the current from the inverter circuit 1 to the motor, which is the load 2. supply.
  • the switching element drive circuit 4 uses the switching pattern output from the failure identification unit 6 as an input value.
  • the electric power steering system 50 if the control is stopped when an abnormality occurs while the vehicle is running, the driver will feel a great sense of discomfort, so it is required to continue the control as much as possible. It is desirable to identify the location of the failure in order to continue control as good as possible in spite of any anomalies. Furthermore, it is desirable to identify the failure in a short period of time in order to quickly transition to control corresponding to the abnormal state after the occurrence of the abnormality. According to the electric power steering system 50 according to the present embodiment, it is possible to accurately identify a failure in a very short time, so that it is possible to shift to control corresponding to an abnormal state quickly and without error. , the discomfort felt by the driver can be reduced.
  • the power conversion device 10 (10A) described above may have a computer system inside. Then, a program for realizing the functions of the failure detection unit 5 and the failure identification unit 6 provided in the power conversion device 10 (10A) is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium is transferred to the computer. The processing by the failure detection unit 5 and the failure identification unit 6 may be performed by loading the system and executing it.
  • the "computer system” referred to here includes hardware such as an OS and peripheral devices.
  • “computer-readable recording medium” refers to portable media such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into computer systems.
  • “computer-readable recording medium” refers to a program that dynamically retains programs for a short period of time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It includes things that hold programs for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in that case.
  • the program may be for realizing part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system.
  • the above program may be stored in a predetermined server, and distributed (downloaded, etc.) via a communication line in response to a request from another device.
  • part or all of the functions of the fault detection unit 5 and the fault identification unit 6 may be implemented as an integrated circuit such as an LSI (Large Scale Integration). Each function may be individually processorized, or part or all may be integrated and processorized. Also, the method of circuit integration is not limited to LSI, but may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. In addition, when an integration circuit technology that replaces LSI appears due to advances in semiconductor technology, an integrated circuit based on this technology may be used.

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Abstract

電力変換装置は、複数のスイッチング素子を含んで構成される多相のインバータ回路と、インバータ回路の電流を検出し、検出した電流値を出力する電流センサと、インバータ回路に接続された負荷の端子電圧を検出し、検出した電圧値を出力する端子電圧検出部と、指令されたスイッチングパターンに応じてインバータ回路の複数のスイッチング素子を制御するスイッチング素子駆動回路と、インバータ回路または電流センサの故障を検出する故障検出部と、故障検出部が故障を検出した後に、故障検出部が検出可能な故障の種類に応じてスイッチング素子駆動回路へ指令するスイッチングパターンの切替えを行い、スイッチングパターンによる制御時における電流センサによる検出電流値または端子電圧検出部による検出電圧値に基づいて、インバータ回路または電流センサの故障の種類および故障箇所の特定処理を行う故障特定部と、を備える。

Description

電力変換装置
　本開示は、電力変換装置に関する。
　電力変換装置において、故障の種類および故障箇所を特定する技術が開示されている。例えば、特許文献１には、インバータ回路のスイッチング素子の短絡故障の発生を検出した後に、故障箇所の特定動作を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、インバータ回路のスイッチング素子の短絡故障またはインバータ回路に流れる電流を検出する電流センサの故障の発生を検出した後に、故障の種類および故障箇所の特定動作を行う技術が開示されている。また、特許文献３には、インバータ回路に流れる電流を検出する電流センサの故障の発生を検出した後に、故障箇所の特定動作を行う技術が開示されている。
　上記特許文献１～３に記載されているような技術を用いて故障の種類および故障箇所を特定することにより、故障が発生した箇所のみ駆動を停止させ、正常な箇所を用いて非常時としての運転を継続することが可能になる。
特許第４９５４２７８号公報 特許第５０９２５３８号公報 特許第６５１６８７８号公報
　特許文献１に記載されている故障箇所の特定方法は、インバータ回路のスイッチング素子を全てＯＦＦにするスイッチングパターンの後、スイッチング素子を１つずつＯＮにするスイッチングパターンを用いて、貫通電流が発生した時の電流センサの値を用いてスイッチング素子の短絡故障が発生した箇所の特定を行うものである。しかしながら、短絡故障したスイッチング素子の短絡抵抗値が小さい場合、発生する貫通電流がスイッチング素子の定格電流を超える大電流となり、発熱および更には故障が発生するおそれがある。また、特許文献１の故障箇所の特定方法は、スイッチング素子の短絡故障に関するものであり、電流センサの故障箇所の特定は行うことができない。
　特許文献２に記載されている故障の種類及び故障箇所の特定方法は、電流値が過大となる異常を検出した後に、インバータ回路のスイッチング素子を全てＯＦＦにするスイッチングパターンを用いて、負荷として接続されているモータの回転数が規定値よりも低速になったとき、モータの端子電圧が電圧異常となった場合にはスイッチング素子の短絡故障として特定を行い、モータの端子電圧が電圧異常とならない場合には、電流センサの故障として特定するものである。しかしながら、この方法では、モータの逆起電力による誤判定を防止するためにモータの回転数が規定値よりも低速になるまで待機する必要がある。また、モータの回転数が規定値内であっても、短絡故障したスイッチング素子の短絡抵抗値がモータの回転数の規定値の設計条件よりも大きい場合には、モータの端子電圧が異常にならず、スイッチング素子の短絡故障を電流センサの故障であると誤判定するおそれがある。また、誤判定しないようにモータの回転数の規定値を十分に小さくした場合、モータの回転数が規定値となるまで待機する時間が長くかかり、短時間で故障を特定することができなくなる。
　また、特許文献３に記載されている故障箇所の特定方法は、インバータ回路のスイッチング素子を全てＯＦＦにするスイッチングパターンの後、インバータ回路に接続された電動機の回転数よりも高周波でスイッチング素子を駆動するスイッチングパターンを用い、電流センサの検出値の高周波成分に基づいて電流センサの故障箇所の特定を行うものである。しかしながら、この方法では、スイッチング素子の故障箇所の特定を行うことはできない。また、スイッチング素子の短絡故障が発生した時には、特許文献１に記載されている方法と同様に貫通電流がスイッチング素子の定格電流を超えるおそれがある。
　なお、故障の種類および故障箇所を特定するために、仮に特許文献１～３に記載されている方法を全て実行したとすると、故障の特定に要する時間が必要以上に長くなる上に、故障特定処理の実行順序によっては、前述したように貫通電流がスイッチング素子の定格電流を超えるおそれがある。
　本開示は、上記した事情に鑑みてなされたもので、インバータ回路及び電流センサの故障の特定を行う際に、大電流の発生を防ぎつつ、短時間且つ正確に故障の特定を行う電力変換装置を提供することを目的の一つとする。
　本開示に係る、電力変換装置は、複数のスイッチング素子を含んで構成される多相のインバータ回路と、前記インバータ回路の電流を検出し、検出した電流値を出力する電流センサと、前記インバータ回路に接続された負荷の端子電圧を検出し、検出した電圧値を出力する端子電圧検出部と、指令されたスイッチングパターンに応じて前記インバータ回路の複数のスイッチング素子を制御するスイッチング素子駆動回路と、前記インバータ回路または前記電流センサの故障を検出する故障検出部と、前記故障検出部が故障を検出した後に、前記故障検出部が検出可能な故障の種類に応じて前記スイッチング素子駆動回路へ指令する前記スイッチングパターンの切替えを行い、前記スイッチングパターンによる制御時における前記電流センサによる検出電流値または前記端子電圧検出部による検出電圧値に基づいて、前記インバータ回路または前記電流センサの故障の種類および故障箇所の特定処理を行う故障特定部と、を備える。
　本開示によれば、インバータ回路及び電流センサの故障の特定を行う際に、大電流の発生を防ぎつつ、短時間且つ正確に故障の特定を行うことができる。
第１の実施形態に係る電力変換装置の全体構成例を示すブロック図。 スイッチング素子の短絡故障時における貫通電流の経路を示す図。 各故障発生時における検出値挙動の一覧を示す図。 第１の実施形態に係る故障検出方式の例を示す図。 第１の実施形態に係る故障特定処理の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る電力変換装置の全体構成例を示すブロック図。 第２の実施形態に係る故障検出方式の例を示す図。 第２の実施形態に係る故障特定処理の一例を示すフローチャート。 第３の実施形態に係る電動パワーステアリングシステムの全体構成例を示すブロック図。
　以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
　まず、第１の実施形態について説明する。
　［電力変換装置の構成］
　図１は、本実施形態に係る電力変換装置１０の全体構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態に係る電力変換装置１０は、多相の負荷２に対して接続して使用することができるが、説明の簡易化のため以下の説明では負荷２としてＵ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相ブラシレスモータに適用した場合を例に説明する。
　インバータ回路１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの、上側スイッチング素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、及びＦＥＴ３と、下側スイッチング素子ＦＥＴ４、ＦＥＴ５、及びＦＥＴ６と、電流センサＣＴ１、ＣＴ２、及びＣＴ３を備える。電流センサＣＴ１～３は、インバータ回路１の各相に流れる電流を検出し、検出電流値を出力する。電流センサＣＴ１～３のそれぞれは、上側スイッチング素子ＦＥＴ１～３のそれぞれ、または下側スイッチング素子ＦＥＴ４～６のそれぞれに直列に接続される。以降では、図１に示すように、電流センサＣＴ１～３のそれぞれは、下側スイッチング素子ＦＥＴ４～６のそれぞれに接続された構成を例として説明する。
　端子電圧検出部３は、負荷２の各相に接続する端子の端子電圧を検出し、検出電圧値を出力する。
　スイッチング素子駆動回路４は、後述するスイッチングパターンまたは負荷を駆動するためのスイッチング指令の入力に基づいて、インバータ回路１が備えるスイッチング素子ＦＥＴ１～６へＯＮまたはＯＦＦのスイッチングを指示する。スイッチング素子駆動回路４への入力としては、故障がない正常時では上記のスイッチング指令が入力として用いられ、後述する故障検出部５から故障検出信号が出力されているときには、後述する故障特定部６から出力されるスイッチングパターンが入力として用いられる。
　故障検出部５は、インバータ回路１が備えるスイッチング素子ＦＥＴ１～６または電流センサＣＴ１～３に故障が発生しているか否かを判定する。故障検出部５は、故障が発生していると判定した場合、故障検出信号を出力する。故障検出部５による故障判定方法は、電流センサＣＴ１～３による検出電流値や、端子電圧検出部３による検出電圧値、負荷２の回転角度の検出値や、正常時にインバータ回路１を駆動する際に指令信号として加える電圧指令値など、これらの値自体或いはこれらの値を四則演算した値などを監視し、その値が異常であるか否かによって故障を判定する方法がある。または、故障検出部５による故障判定方法は、図示しない電圧指令値の生成部またはスイッチング素子駆動回路４などを構成するマイコン（マイクロコンピュータ）やドライバなどのハードウェアに備わっている故障検知機能などを用いる判定方法などとしてもよい。
　例えば、本実施形態に係る故障検出部５により検出可能な故障要因は、スイッチング素子ＦＥＴ１～６の短絡故障、電流センサＣＴ１～３の上下限値固着故障（飽和故障）、電流センサＣＴ１～３のゲイン異常とする。ゲインとは、入力信号である実電流に対する検出電流値の増幅率である。
　故障特定部６は、故障検出部５から出力される故障検出信号に応じて、スイッチングパターンを出力し、スイッチングパターンの出力時における検出電流値および検出電圧値に基づいて故障を特定する故障特定処理を行う。ここでは、故障の特定を行うためにスイッチング素子ＦＥＴ１～６のそれぞれをＯＮまたはＯＦＦにする一連の動作パターンを「スイッチングパターン」と称する。また、故障の種類および故障箇所を特定することを総じて、「故障を特定する」、「故障の特定」などと称する。故障特定部６により故障特定がされたら、故障が発生した箇所のみ駆動を停止させるなどの対応により、正常な箇所を用いて非常時としての運転を継続することができる。
　なお、本実施形態ではインバータ回路１が備えるスイッチング素子としてＦＥＴを用いる構成としているが、各相の電圧指令値によってＯＮまたはＯＦＦして負荷２を駆動するいずれのスイッチング素子デバイスでも適応可能である。例えば、インバータ回路１が備えるスイッチング素子として、サイリスタ、バイポーラトランジスタなどを用いてもよい。また、本実施形態では電流センサＣＴ１～３として、シャント抵抗を用いる構成とするが、電流を検出可能ないずれのセンサでも適応可能である。例えば、電流センサＣＴ１～３として、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、またはホール素子などを用いてもよい。
　以上のように構成された電力変換装置１０において、スイッチング素子の短絡故障が１箇所発生した際の故障挙動について説明する。
　図２は、スイッチング素子の短絡故障時における貫通電流の経路を示す図である。通常、同相の上下のスイッチング素子は同時にＯＮにはならないようにスイッチング素子駆動回路４によって制御されている。しかし、スイッチング素子の短絡故障時、言い換えるとスイッチング素子が常時ＯＮとなる故障時に、故障相の正常側のスイッチング素子をＯＮに制御されると、故障相の上下のスイッチング素子が同時ＯＮとなる。その際に、一例としてＶ相の上下いずれかのスイッチング素子の短絡故障時には、図２の太矢印ＹＭが示すように、電源部（Ｖｄｃ）から、故障相であるＶ相の上下のスイッチング素子ＦＥＴ２、ＦＥＴ５、及び電流センサＣＴ２を経由し、グラウンドへと流れる経路に貫通電流が発生する。短絡故障したスイッチング素子の短絡抵抗値を「Ｒ」とすると、貫通電流「Ｉ」の大きさは、次式（数式１）で表すことができる。
　Ｉ＝Ｖｄｃ／（Ｒ＋Ｒ０）　　・・・（数式１）　　　
　数式１における「Ｖｄｃ」は、電源部の電圧である。また、数式１における「Ｒ０」は、短絡故障したスイッチング素子以外の短絡経路内の抵抗値の総和であり、これには短絡故障したスイッチング素子と直列接続されている正常側のスイッチング素子の抵抗、電流センサの抵抗、配線抵抗などが含まれる。数式１からわかるように、短絡抵抗値Ｒが小さくなるほど、貫通電流値Ｉが大きくなる。過大な貫通電流を流すことは正常なスイッチング素子の発熱や故障につながる。ここで、貫通電流値Ｉがスイッチング素子の定格電流値「Ｉ０」以下となる短絡抵抗値を「Ｒａ」と定義すると、短絡抵抗値Ｒａは、次式（数式２）で表すことができる。
　Ｒａ≧Ｖｄｃ／Ｉ０－Ｒ０　　・・・（数式２）
　数式２を満たす短絡抵抗値Ｒａの短絡故障であれば、スイッチング素子の短絡故障発生時に貫通電流が流れても、貫通電流の大きさはスイッチング素子の定格電流値Ｉ０以下であるため、正常なスイッチング素子の故障を抑制することができる。そこで、本実施形態では、短絡抵抗値Ｒａを閾値として、故障検出部５により故障検出された故障検出方式が短絡抵抗値Ｒａ未満の故障を検出可能か否かにより、故障特定部６は故障特定処理を切替える。なお、数式２における抵抗値Ｒ０または電圧Ｖｄｃのばらつきに対する安全率を考慮して、短絡抵抗値Ｒａは数式２の等号値よりも大きくなる設定が推奨される。
　図３は、各故障発生時における検出値挙動の一覧を示す図である。この一覧表では、検出値挙動と故障の種類の対応関係を示している。ただし、スイッチング素子の短絡故障における検出電圧値の故障相の挙動と、下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値の故障相絶対値の挙動とに関しては、負荷２による誘起電力の影響が無視できる場合に限定する。
　検出値挙動において、「検出電圧値」の挙動は、「故障相」及び「３相平均」共にスイッチング素子の短絡故障において，上側故障で「大」、下側故障で「小」となり、電流センサの故障（飽和故障、ゲイン異常など）では正常な値をとる。「大」は、電圧値が高いことを意味する。「小」は、電圧値が低いことを意味する。この検出値挙動によれば、故障判定閾値の設定次第で、短絡抵抗値Ｒａ未満のスイッチング素子の短絡故障も、短絡抵抗値Ｒａ以上のスイッチング素子の短絡故障も検出可能である。
　検出値挙動において、「下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」は、下側スイッチング素子がＯＮしているときの電流センサＣＴ１～３の値を検出するものである。「下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」の故障相の絶対値を示す「故障相絶対値」は、具体的には電流センサＣＴ１～３を流れる各相の電流値の絶対値に基づいて故障を判定するものである。この「故障相絶対値」は、上側スイッチング素子の短絡故障及び電流センサの故障（飽和故障、ゲイン異常など）で異常な値を示す。一方、「下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」の「３相総和」は、負荷２が３相３線式において、電流センサＣＴ１～３を流れる電流が正しく通電されていれば「０」となり、「０」とならなければ異常と判定されるものである。これにより、上側スイッチング素子の短絡故障や電流センサのゲイン異常を検出できる。なお、図１に示すように、電流センサＣＴ１～３は下側スイッチング素子と直列に接続されているため，「下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」では下側スイッチング素子の故障は検出できない。
　検出値挙動において、「上側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」は、上側スイッチング素子がＯＮしているときの電流センサＣＴ１～３の値を検出するものである。インバータ回路１や電流センサＣＴ１～３に故障がなければ「０」となる。この値が「０」でなければ，下側スイッチング素子の短絡故障や電流センサの飽和故障が生じていることになる。
　このように図３に示す「検出値挙動」に応じて、「故障の種類」がわかる。よって，故障検出部５は、「検出値挙動」に応じて故障の検出が可能となり、その際に故障の種類の候補を絞り込むことも可能となる。本実施形態では、「検出値挙動」に応じて、図４に示す「第１故障検出方式～第５故障検出方式」のいずれかを用いて故障を特定する故障特定処理が実行される。
　図４は、本実施形態に係る故障検出部５が備える故障検出方式の例を示す図である。この図は、各故障検出方式と検出可能な故障の種類との対応関係を示している。故障検出部５は、１または複数の故障検出方式を備えている。故障検出部５が備えている故障検出方式は、１種類のみでもよいが、多種の故障の検出に対応すること、故障検出に要する時間を短縮すること、または故障検出を確実に行うことなどを目的として、複数の故障検出方式を備えてもよい。ここでは、５種類の故障検出方式の例を示しているが、故障検出方式の種類は５種類に限定されるものではなく、５種類より少なくてもよいし、多くてもよい。
　各故障検出方式は、故障検出に用いる値の種類、その判定条件、判定条件が成立し続ける時間を規定する成立時間条件などの故障検出設定により、検出可能な故障要因が決定される。また、複数の判定条件の論理積を用いるなど、故障検出条件を厳しく設定することで、目的とする故障の種類のみを検出することも可能となる。以下、図４に示す第１～第５故障検出方式のそれぞれについて説明する。
　（第１故障検出方式）
　図３における検出値挙動にて、「検出電圧値」は「故障相」及び「３相平均」共にスイッチング素子の短絡故障について、短絡抵抗値の値によらず検出可能である。ここで，故障判定閾値をより過大またはより過少に設定することにより、小さな短絡抵抗値のみの故障を検出することが可能となる。Ｒａ未満の短絡抵抗値に対して故障を判定するように故障判定閾値を設定した「検出電圧値」による故障検出方式が、図４に示す「第１故障検出方式」に対応する。
　（第３故障検出方式）
　図３における検出値挙動にて、「検出電圧値」は「故障相」及び「３相平均」共に故障判定閾値の設定により、第１故障検出方式とは逆に、大きな短絡抵抗値のみの故障を検出することが可能となる。Ｒａ以上の短絡抵抗値に対して故障を判定するように故障判定閾値を設定した「検出電圧値」による故障検出方式が、図４に示す「第３故障検出方式」に対応する。
　（第２故障検出方式及び第４故障検出方式）
　図３における検出値挙動の「下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」は、電流センサの故障（飽和故障、ゲイン異常など）に対して異常は検知できるものの、スイッチング素子の短絡故障との切り分けができない。そこで、前述した図３に示す「検出電圧値」と併用する。「検出電圧値」を用いてスイッチング素子の短絡故障のみ検出可能であるため、「下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」が「異常」かつ「検出電圧値」が「正常」という判定条件であれば、電流センサの故障（飽和故障、ゲイン異常など）であると切り分けができる。そこで、図４に示す電流センサの故障を検出する「第２故障検出方式」または「第４故障検出方式」は、図３に示す「検出電圧値」と「下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」の両者を用いて実現できる。また、「第２故障検出方式」は、電流センサの飽和故障を検出する方式である。一方、「第４故障検出方式」は、電流センサのゲイン異常を検出する方式である。この２つの方式の切り分けについては、図３に示す「上側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」の「故障相絶対値」を用いる。「上側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」の「故障相絶対値」が検出電流値の上下限の絶対値に一致（固着）していれば「第２故障検出方式」、「０」であれば「第４故障検出方式」と切り分けができる。
　（第５故障検出方式）
　図４に示す「第５故障検出方式」は、図３における検出値挙動の何れか１つ以上が異常を示すような方式とすることにより、図４に示す全ての故障に対し，検出可能とすることができる。
　このように、第１～第４故障検出方式により、短絡抵抗値がＲａ未満の短絡故障、短絡抵抗値がＲａ以上の短絡故障、電流センサの飽和故障、電流センサのゲイン異常の４種を切り分けて故障検出が可能である。一方、第５故障検知方式では、故障検出時にどの種類の故障を検出したか原理的に判定は不可能である。また、いずれの故障検出方式に関しても、故障検出の判定条件として３相の総和値又は平均値のように相の情報がない値のみを用いる方式では、故障相を特定することはできない。本実施形態では説明の簡易化のため、第１故障検出方式～第５故障検出方式は、故障相の特定はできないものについて説明する。故障検出時に故障相を特定する態様については、後述の第２の実施の形態で説明する。以上の理由により、故障検出部５による故障検出のみでは故障の種類および故障箇所を特定できない場合があり、故障特定を行うには故障特定部６による故障特定処理を用いる必要がある。
　図５は、本実施形態に係る故障特定部６による故障特定処理の一例を示すフローチャートである。故障検出部５が備える複数の故障検出方式のうち、故障を検出したものを第Ｎ故障検出方式とする（本例では、Ｎは１～５の整数）。この第Ｎ故障検出方式による故障検出後に行う故障特定部６による故障特定処理の動作について説明する。
　まず、故障特定部６は、第Ｎ故障検出方式により短絡抵抗値がＲａ未満のスイッチング素子の短絡故障を検出可能であるか否かを判定する（ステップＳ１）。本実施形態の例では、故障特定部６は、第１故障検出方式または第５故障検出方式である場合、短絡抵抗値がＲａ未満のスイッチング素子の短絡故障を検出可能であると判定する（ステップＳ１：ＹＥＳ）。
　故障特定部６は、ステップＳ１の判定がＹＥＳの場合、スイッチング素子ＦＥＴ１～６の全ＯＦＦ時の端子電圧の監視により、短絡箇所の特定処理を行う（ステップＳ２）。この特定処理は、全てのスイッチング素子をＯＦＦにする第１スイッチングパターンによりスイッチング素子ＦＥＴ１～６を制御し、その際の電圧検出値を監視するものである。この特定処理の構成としては、例えば、特許第５０９２５３８号公報に示す方法などを用いてもよい。故障特定部６は、ステップＳ２の処理を実行した後、故障を特定したかを判定する（ステップＳ３）。故障特定部６は、故障を特定したと判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、故障特定処理を終了する。
　一方、故障特定部６は、ステップＳ１またはステップＳ３の判定がＮＯの場合、第Ｎ故障検出方式により電流センサの飽和故障を検出可能であるか否かを判定する（ステップＳ４）。本実施形態の例では、故障特定部６は、第２故障検出方式または第５故障検出方式である場合、電流センサの飽和故障を検出可能であると判定する（ステップＳ４：ＹＥＳ）。
　故障特定部６は、ステップＳ４の判定がＹＥＳの場合、スイッチング素子ＦＥＴ１～６の全ＯＦＦ時の電流飽和の監視により、電流センサの故障相の特定処理を行う（ステップＳ５）。この特定処理は、全てのスイッチング素子をＯＦＦにする第１スイッチングパターンによりスイッチング素子ＦＥＴ１～６を制御し、その際の電流検出値を監視するものである。この特定処理の構成としては、例えば、特許第５０９２５３８号公報に示す方法などを用いてもよい。故障特定部６は、ステップＳ５の処理を実行した後、故障を特定したかを判定する（ステップＳ６）。故障特定部６は、故障を特定したと判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、故障特定処理を終了する。
　一方、故障特定部６は、ステップＳ４またはステップＳ６の判定がＮＯの場合、第Ｎ故障検出方式により短絡抵抗値がＲａ以上のスイッチング素子短絡故障を検出可能であるか否かを判定する（ステップＳ７）。本実施形態の例では、故障特定部６は、第３故障検出方式または第５故障検出方式である場合、短絡抵抗値がＲａ以上のスイッチング素子短絡故障を検出可能であると判定する（ステップＳ７：ＹＥＳ）。
　故障特定部６は、ステップＳ７の判定がＹＥＳの場合、スイッチング素子ＦＥＴ１～６のＯＮ動作を伴うスイッチング素子の貫通電流監視による短絡箇所の特定処理を行う（ステップＳ８）。この特定処理は、１つ以上のスイッチング素子をＯＮに制御する第２スイッチングパターンによりスイッチング素子ＦＥＴ１～６を制御し、その際の電流検出値を監視するものである。この特定処理の構成としては、例えば、特許第４９５４２７８号公報に示す方法などを用いてもよい。なお、特許第４９５４２７８号公報におけるスイッチングパターンはスイッチング素子を１つずつＯＮにする方式であるのに対し、全相の上側または下側のスイッチング素子を同時にＯＮにする第２スイッチングパターンを用いてもよい。後者のスイッチングパターンの場合、ステップＳ８における故障特定処理にかかる時間を短縮する効果がある。故障特定部６は、ステップＳ８の処理を実行した後、故障を特定したかを判定する（ステップＳ９）。故障特定部６は、故障を特定したと判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、故障特定処理を終了する。
　一方、故障特定部６は、ステップＳ７またはステップＳ９の判定がＮＯの場合、第Ｎ故障検出方式により電流センサのゲイン異常を検出可能であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。本実施形態例では、故障特定部６は、第４故障検出方式または第５故障検出方式である場合、電流センサのゲイン異常を検出可能であると判定する（ステップＳ１０：ＹＥＳ）。
　故障特定部６は、ステップＳ１０の判定がＹＥＳの場合、スイッチング素子ＦＥＴ１～６の高周波駆動を伴う電流センサのゲイン異常相の特定処理を行う（ステップＳ１１）。この特定処理は、スイッチング素子を負荷２の回転数よりも高周波で駆動する第３スイッチングパターンによりスイッチング素子ＦＥＴ１～６を制御し、その際の電流検出値を監視するものである。この特定処理の構成としては、例えば、特許第６５１６８７８号公報に示す方法などを用いてもよい。故障特定部６は、ステップＳ１１の処理を実行した後、故障を特定したかを判定する（ステップＳ１２）。故障特定部６は、故障を特定したと判定した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、故障特定処理を終了する。一方、故障特定部６は、ステップＳ１０またはステップＳ１２の判定がＮＯの場合、故障の特定は不可能として故障特定処理を終了する。
　なお、故障特定部６がステップＳ１、ステップＳ４、ステップＳ７、及びステップＳ１０における判定を行うには、図４に示す各故障検出方式が検出可能な故障の種類の対応関係を事前に把握する必要がある。対応関係を把握する方法としては、各故障検出方式の条件式等から理論的に導出する方法や、シミュレーションや実験などにより検証を行う方法がある。また、図５に示す故障特定部６による故障特定処理のフローチャートにおいて、条件によって必要のない処理の部分を取り除いてもよい。例えば、電流センサに関する故障が発生する可能性が全くないのであれば、ステップＳ４～Ｓ６の処理、及びステップＳ１０～Ｓ１２の処理は不要であり、これらのステップの処理を実行し名でスルーする故障特定処理のフローチャートとしてもよい。
　以上説明してきたように、本実施形態に係る電力変換装置１０は、複数のスイッチング素子ＦＥＴ１～６を含んで構成される多相のインバータ回路１と、インバータ回路１の電流を検出し、検出した電流値を出力する電流センサＣＴ１～３と、インバータ回路１に接続された負荷２の端子電圧を検出し、検出した電圧値を出力する端子電圧検出部３と、指令されたスイッチングパターンに応じてインバータ回路１の複数のスイッチング素子ＦＥＴ１～６を制御するスイッチング素子駆動回路４とを備えている。また、電力変換装置１０は、インバータ回路１または電流センサＣＴ１～３の故障を検出する故障検出部５と、故障検出部５が故障を検出した後に、インバータ回路１または電流センサＣＴ１～３の故障の種類および故障箇所の特定処理を行う故障特定部６とを備えている。例えば、故障特定部６は、故障検出部５が故障を検出した後に、故障検出部５が検出可能な故障の種類に応じてスイッチング素子駆動回路４へ指令するスイッチングパターンの切替えを行い、スイッチングパターンによる制御時における電流センサＣＴ１～３の少なくともいずれかによる検出電流値または端子電圧検出部３による検出電圧値に基づいて、インバータ回路１または電流センサＣＴ１～３の故障の種類および故障箇所の特定処理を行う。
　これにより、電力変換装置１０は、故障検出部５が検出可能な故障の種類に応じて、故障の特定に必要かつ十分な故障特定方法を用いて故障特定処理を行うため、故障の特定に要する時間が短く、かつ故障の特定の誤り及び故障特定処理時の大電流を防ぎつつ、故障特定処理を行うことができる。よって、電力変換装置１０は、インバータ回路１及び電流センサＣＴ１～３の故障の特定を行う際に、大電流の発生を防ぎつつ、短時間且つ正確に故障の特定を行うことができる。
　例えば、故障特定部６は、上述のスイッチングパターンとして、全てのスイッチング素子ＦＥＴ１～６をＯＦＦにする第１スイッチングパターンと、１つ以上のスイッチング素子をＯＮにする第２スイッチングパターンとを、スイッチング素子駆動回路４へ指令する。
　これにより、電力変換装置１０は、スイッチング素子に貫通電流を流さない方法と流す方法との２種類の方法を備え、貫通電流を流さない方法に相当する全てのスイッチング素子ＦＥＴ１～６をＯＦＦにする第１スイッチングパターンを用いることにより、短絡抵抗値が小さいスイッチング素子の短絡故障が発生した際の故障特定時に、大電流が流れてしまうことを防ぐことができる。また、電力変換装置１０は、１つ以上のスイッチング素子をＯＮにする第２スイッチングパターンを用いることにより、貫通電流を利用して故障の特定が可能となり、短絡抵抗値が大きいスイッチング素子の短絡故障が発生した際に故障の特定の誤判定を防ぐことができる。
　また例えば、故障特定部６は、上述のスイッチングパターンとして、全てのスイッチング素子ＦＥＴ１～６をＯＦＦにする第１スイッチングパターンと、全相の上側または下側のスイッチング素子を同時にＯＮにする第２スイッチングパターンと、スイッチング素子を負荷２の回転周波数よりも高周波で駆動する第３スイッチングパターンとを、スイッチング素子駆動回路４へ指令する。
　これにより、電力変換装置１０は、全相の上側のスイッチング素子ＦＥＴ１～３または下側のスイッチング素子ＦＥＴ４～６を同時にＯＮにする第２スイッチングパターンを用いることにより、故障特定処理にかかる時間を短縮する効果がある。また、第３スイッチングパターンを加えることにより、第１スイッチングパターンおよび第２スイッチングパターンでは特定することができない電流センサＣＴ１～３のゲイン異常などの故障を特定することが可能となる。
　また、故障検出部５は、短絡抵抗が所定の閾値（短絡抵抗値Ｒａ）未満のスイッチング素子の短絡故障を検出可能な第１故障検出方式を用いて故障を検出する。そして、故障特定部６は、故障検出部５が第１故障検出方式を用いて故障を検出した後に、第１スイッチングパターンによる制御時における検出電圧値を用いて故障特定処理を行う。
　これにより、電力変換装置１０は、短絡抵抗が所定の閾値（短絡抵抗値Ｒａ）未満のスイッチング素子の短絡故障が発生した際に故障の特定を行うことができる。
　また、故障検出部５は、電流センサＣＴ１～３の上下限値固着故障（飽和故障）を検出可能な第２故障検出方式を用いて故障を検出する。そして、故障特定部６は、故障検出部５が第２故障検出方式を用いて故障を検出した後に、第１スイッチングパターンによる制御時における検出電流値を用いて故障特定処理を行う。
　これにより、電力変換装置１０は、電流センサＣＴ１～３の飽和故障が発生した際に故障の特定を行うことができる。
　また、故障検出部５は、短絡抵抗が所定の閾値（短絡抵抗値Ｒａ）以上のスイッチング素子の短絡故障を検出可能な第３故障検出方式を用いて故障を検出する。そして、故障特定部６は、故障検出部５が第３故障検出方式を用いて故障を検出した後に、第２スイッチングパターンによる制御時における検出電流値を用いて故障特定処理を行う。
　これにより、電力変換装置１０は、短絡抵抗が所定の閾値（短絡抵抗値Ｒａ）以上のスイッチング素子の短絡故障が発生した際に故障の特定を行うことができる。
　また、故障検出部５は、電流センサＣＴ１～３のゲイン異常を検出可能な第４故障検出方式を用いて故障を検出する。そして、故障特定部６は、故障検出部５が第４故障検出方式を用いて故障を検出した後に、第３スイッチングパターンによる制御時における検出電流値を用いて故障特定処理を行う。
　これにより、電力変換装置１０は、電流センサＣＴ１～３のゲイン異常による故障が発生した際に故障の特定を行うことができる。
　また、故障検出部５は、短絡抵抗が所定の閾値（短絡抵抗値Ｒａ）未満のスイッチング素子の短絡故障を含む複数種の故障を検出可能な第５故障検出方式を用いて故障を検出する。そして、故障特定部６は、故障検出部５が第５故障検出方式を用いて故障を検出した後に、スイッチング素子のＯＮ動作を伴うスイッチングパターンを実行する前に第１スイッチングパターンによる制御時における検出電圧値を用いて故障特定処理を行う。
　これにより、電力変換装置１０は、故障特定時の大電流および故障の特定の誤判定を防ぎつつ、該故障発生時に故障の特定を行うことができる。
　上記、所定の閾値は、インバータ回路１の電源部（Ｖｄｃ）の正極と負極が短絡故障相の上側及び下側のスイッチング素子を介して短絡した際に流れる貫通電流の大きさが、当該スイッチング素子の定格電流以下となるような当該スイッチング素子の短絡抵抗値Ｒａとして定義される。
　これにより、電力変換装置１０は、故障特定時にスイッチング素子の定格電流を超える貫通電流が流れることを防ぐことができる。
＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態について説明する。
　図６は、本実施形態に係る電力変換装置１０Ａの全体構成例を示すブロック図である。第１の実施形態に係る端子電圧検出部３は、負荷２の３相の各相独立した電圧値の検出が可能な構成であった。これに対し、本実施形態に係る電力変換装置１０Ａの端子電圧検出部３Ａは、電圧平均化回路７を介して負荷２の３相の平均電圧を検出電圧値とする点が第１の実施形態と異なる。この構成により、使用部品の簡易化によるコスト削減効果がある。しかしながら、このような３相平均電圧の検出電圧値を用いて故障の特定を行うためには、故障相を特定できる他の方法と組み合わせる必要がある。
　図７は、本実施形態に係る故障検出部５が備える故障検出方式の例を示す図である。この図は、各故障検出方式と検出可能な故障の種類との対応関係を示している。ここでは、故障検出方式ａ、故障検出方式ｂ、及び故障検出方式ｃの３種類の故障検出方式について示している。各故障検出方式は、１種類または複数の故障を検出可能である。
　故障検出方式ａは、スイッチング素子駆動回路４などを構成するマイコンに搭載されている各相の過電流故障検出機能を用いるか、あるいは各相の検出電流値の絶対値が規定電圧値よりも過大または過小という判定条件を用いる。これにより、故障検出方式ａは、短絡抵抗値がＲａ未満のスイッチング素子の短絡故障、短絡抵抗値がＲａ以上のスイッチング素子の短絡故障、及び電流センサの飽和故障の故障検出が可能であり、かつ故障検出時に故障相の特定も可能である。
　故障検出方式ｂは、「下側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」の「３相総和」が「非ゼロ」という判定条件を用い、かつ成立時間条件を故障検出方式ａのものより長く設定している。これにより、短絡抵抗値がＲａ以上のスイッチング素子の短絡故障、及び電流センサのゲイン異常の故障検出が可能であるが、故障検出時に故障相の特定は不可能である。
　故障検出方式ｃは、「上側スイッチング素子ＯＮ時の検出電流値」の「３相総和」が「非ゼロ」という判定条件を用い、かつ成立時間条件を故障検出方式ａのものより長く設定している。これにより、短絡抵抗値がＲａ以上のスイッチング素子の短絡故障の故障検出が可能であるが、故障検出時に故障相の特定は不可能である。
　なお、故障検出方式ｂ及び故障検出方式ｃに対し、故障検出方式ａは成立時間条件を短く設定しているため、短絡抵抗値がＲａ未満のスイッチング素子の短絡故障及び電流センサの飽和故障は、相の特定が可能な故障検出方式ａによって故障検出がなされる。
　図８は、本実施形態に係る故障特定部６による故障特定処理の一例を示すフローチャートである。この図８において、図５の各処理に対応する処理に同一の符号を付しており、その説明を省略する。図８に示す故障特定処理は、第１の実施形態との差異として、故障検出方式の種類による分岐のステップＳ０を備えている。ステップＳ０において、故障特定部６は、故障検出方式の種類が故障検出方式ａの場合にはステップＳ２ａへ、故障検出方式ｂの場合にはステップＳ８ｂへ、故障検出方式ｃの場合にはステップＳ８ｃへと分岐する。これにより、第１の実施形態の図５に示す故障特定処理のうち、ステップＳ１、ステップＳ４、ステップＳ７、及びステップＳ１０の判定が不要となり、プログラムの簡略化が可能となる。
　また、各故障検出方式に適するように各故障特定処理を調整および変更可能である。例えば、故障検出方式ａの場合、故障検出時に故障相を特定済みである。そのため、ステップＳ２ａ、ステップＳ５ａ、ステップＳ８ａの故障特定処理では故障相を特定する必要がなく、図５のステップＳ２、ステップＳ５、ステップＳ８に対して故障特定処理の簡略化が可能である。
　ステップＳ２ａにおいて、故障特定部６は、スイッチング素子ＦＥＴ１～６の全ＯＦＦ時の端子電圧の監視により、短絡箇所の特定処理を行う。本実施形態の構成では検出電圧値を用いて故障相を特定することは不可能であるが、故障検出方式ａによる故障検出であれば故障相は既知であるため、このステップＳ２ａにおいて故障相の特定は不要である。
　故障特定部６は、ステップＳ２ａの処理を実行した後、故障を特定したかを判定する（ステップＳ３）。故障特定部６は、故障を特定したと判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、故障特定処理を終了する。一方、故障特定部６は、ステップＳ３の判定がＮＯの場合、ステップＳ５ａの処理へ進む。
　ステップＳ５ａにおいて、故障特定部６は、スイッチング素子ＦＥＴ１～６の全ＯＦＦ時の電流飽和の監視により、電流センサの故障相の特定処理を行う。故障検出方式ａによる故障検出であれば故障相は既知であるため、このステップＳ５ａにおいて故障相の特定は不要である。故障相のみを対象として故障の特定を行えばよいため、故障の特定に必要な時間の短縮が可能となる。
　故障特定部６は、ステップＳ５ａの処理を実行した後、故障を特定したかを判定する（ステップＳ６）。故障特定部６は、故障を特定したと判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、故障特定処理を終了する。一方、故障特定部６は、ステップＳ６の判定がＮＯの場合、ステップＳ８ａの処理へ進む。
　ステップＳ８ａにおいて、故障特定部６は、スイッチング素子ＦＥＴ１～６のＯＮ動作を伴うスイッチング素子の貫通電流監視による短絡箇所の特定処理を行う。故障検出方式ａによる故障検出であれば故障相は既知であるため、このステップＳ８ａにおいて故障相の特定は不要である。ステップＳ８ａにおいて、故障特定部６は、スイッチング素子のＯＮ動作は故障相のみで良いため、故障の特定に必要な時間の短縮が可能となる。
　故障特定部６は、ステップＳ８ａの処理を実行した後、故障を特定したかを判定する（ステップＳ９）。故障特定部６は、故障を特定したと判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、故障特定処理を終了する。一方、故障特定部６は、ステップＳ９の判定がＮＯの場合、故障の特定は不可能として故障特定処理を終了する。
　なお、図８に示す例には含まれないが、図５のステップＳ１１のスイッチング素子ＦＥＴ１～６の高周波駆動を伴う電流センサのゲイン異常相の特定処理を行う場合も、故障相が既知であれば、故障の特定は故障相のみでよいため、故障特定処理の簡易化が可能となる。
　また、故障検出方式ｂの場合に実行されるステップＳ８ｂ、Ｓ９ｂ、Ｓ１１、Ｓ１２の処理は、図５のステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１１、Ｓ１２の処理と同様であり、その説明を省略する。また、故障検出方式ｃの場合に実行されるステップＳ８ｃ、Ｓ９ｃの処理は、図５のステップＳ８、Ｓ９の処理と同様であり、その説明を省略する。なお、故障特定部６は、ステップＳ９ｃの判定がＮＯの場合、故障の特定は不可能として故障特定処理を終了する。
　以上説明したように、本実施形態に係る電力変換装置１０Ａは、端子電圧検出部３が電圧平均化回路７を介して負荷２の３相の平均電圧を検出電圧値として取得する構成であっても故障の特定が可能であり、使用部品の簡易化によるコスト削減効果がある。また、電力変換装置１０Ａは、図８に示す故障特定処理のフローチャートのように、故障検出方式の種類により分岐するステップＳ０を備えることにより、各故障検出方式に適するように各故障特定処理を調整および変更可能となる効果がある。また、電力変換装置１０Ａは、故障検出時に故障相を特定済みである場合、故障特定処理で故障相を特定する必要がないため、故障特定処理の簡略化および故障の特定に必要な時間の短縮が可能となる。
＜第３の実施形態＞
　次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、図１及び図６に示す負荷２をモータとし、自動車の電動パワーステアリングシステムに適用した一例について説明する。
　図９は、本実施形態に係る電動パワーステアリングシステム５０の全体構成例を示すブロック図である。電動パワーステアリングシステム５０は、負荷２（モータ）と、トルクセンサ５２と、ステアリングホイール５３と、ステアリングシャフト５４と、ラック・ピニオンギヤ５５と、車輪５６と、減速ギア５７と、操舵制御装置５８と、電力変換装置１０を備えている。なお、図９に示す例は、図１に示す電力変換装置１０に対してモータである負荷２が接続されている例を示しているが、図６に示す電力変換装置１０Ａに対してモータである負荷２が接続されてもよい。ここでは図１及び図６に対して異なる部分について説明する。
　図示しない運転者からステアリングホイール５３に加えられた操舵力は、ステアリングシャフト５４を通り、ラック・ピニオンギヤ５５を介して、ラックに伝達され、車輪５６を転舵させる。負荷２であるモータは、減速ギア５７を介してステアリングシャフト５４と連結している。負荷２であるモータから発生するトルクは、減速ギア５７を介してステアリングシャフト５４に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵力を軽減する。トルクセンサ５２は、運転者がステアリングホイール５３を操舵することによりステアリングシャフト５４に加わった操舵力を検出する。
　操舵制御装置５８は、トルクセンサ５２が検出した操舵力を入力とし、スイッチング指令を出力する。故障検出部５から故障検出信号が出力されていない正常時には、スイッチング素子駆動回路４は、操舵制御装置５８から出力されるスイッチング指令を入力値として用い、インバータ回路１から負荷２であるモータに電流を供給する。一方、故障検出部５から故障検出信号が出力されているときには、スイッチング素子駆動回路４は、故障特定部６から出力されるスイッチングパターンを入力値として用いる。
　電動パワーステアリングシステム５０において、走行中に異常が発生した場合に制御を停止すると、運転者の感じる違和感が大きいので、可能な限り制御を継続することが要求されている。何らかの異常があるにも関わらず、可能な限り良好な制御を継続するには、故障した箇所を特定することが望ましい。さらに言うと、異常発生後に早く異常状態に対応した制御に移行するために、短時間で故障を特定することが望ましい。本実施形態に係る電動パワーステアリングシステム５０によれば、非常に短い時間で正確に故障を特定することができるので、早く、かつ、誤ることなく、異常状態に対応した制御に移行することができ、運転者の感じる違和感を小さくできる。
　以上、各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、各実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
　なお、上述した電力変換装置１０（１０Ａ）は、内部にコンピュータシステムを有してもよい。そして、電力変換装置１０（１０Ａ）が備える故障検出部５及び故障特定部６の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより故障検出部５及び故障特定部６による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
　また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。また、上記のプログラムを所定のサーバに記憶させておき、他の装置からの要求に応じて、当該プログラムを通信回線を介して配信（ダウンロード等）させるようにしてもよい。
　また、故障検出部５及び故障特定部６の各々の機能の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　ＩｎｔｅｇｒａｔｉＯＮ）等の集積回路として実現してもよい。各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
　１　インバータ回路、２　負荷、３　端子電圧検出部、４　スイッチング素子駆動回路、５　故障検出部、６　故障特定部、７　電圧平均化回路、１０　電力変換装置、ＦＥＴ１～６　スイッチング素子、ＣＴ１～３　電流センサ、５０　電動パワーステアリングシステム、５２　トルクセンサ、５３　ステアリングホイール、５４　ステアリングシャフト、５５　ラック・ピニオンギヤ、５６　車輪、５７　減速ギア、５８　操舵制御装置

Claims (9)

  1. 　複数のスイッチング素子を含んで構成される多相のインバータ回路と、
    　前記インバータ回路の電流を検出し、検出した電流値を出力する電流センサと、
    　前記インバータ回路に接続された負荷の端子電圧を検出し、検出した電圧値を出力する端子電圧検出部と、
    　指令されたスイッチングパターンに応じて前記インバータ回路の複数のスイッチング素子を制御するスイッチング素子駆動回路と、
    　前記インバータ回路または前記電流センサの故障を検出する故障検出部と、
    　前記故障検出部が故障を検出した後に、前記故障検出部が検出可能な故障の種類に応じて前記スイッチング素子駆動回路へ指令する前記スイッチングパターンの切替えを行い、前記スイッチングパターンによる制御時における前記電流センサによる検出電流値または前記端子電圧検出部による検出電圧値に基づいて、前記インバータ回路または前記電流センサの故障の種類および故障箇所の特定処理を行う故障特定部と、
    　を備える電力変換装置。
  2. 　前記故障特定部は、
    　前記スイッチングパターンとして、全ての前記スイッチング素子をＯＦＦにする第１スイッチングパターンと、１つ以上の前記スイッチング素子をＯＮにする第２スイッチングパターンとを、前記スイッチング素子駆動回路へ指令する、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記故障特定部は、
    　前記スイッチングパターンとして、全ての前記スイッチング素子をＯＦＦにする第１スイッチングパターンと、全相の上側または下側の前記スイッチング素子を同時にＯＮにする第２スイッチングパターンと、前記スイッチング素子を負荷の回転周波数よりも高周波で駆動する第３スイッチングパターンとを、前記スイッチング素子駆動回路へ指令する、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 　前記故障検出部は、
    　短絡抵抗が所定の閾値未満の前記スイッチング素子の短絡故障を検出可能な第１故障検出方式を用いて故障を検出し、
    　前記故障特定部は、
    　前記故障検出部が前記第１故障検出方式を用いて故障を検出した後に、前記第１スイッチングパターンによる制御時における前記検出電圧値を用いて故障特定処理を行う、
    　請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記故障検出部は、
    　前記電流センサの上下限値固着故障を検出可能な第２故障検出方式を用いて故障を検出し、
    　前記故障特定部は、
    　前記故障検出部が前記第２故障検出方式を用いて故障を検出した後に、前記第１スイッチングパターンによる制御時における前記検出電流値を用いて故障特定処理を行う、
    　請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。
  6. 　前記故障検出部は、
    　短絡抵抗が所定の閾値以上の前記スイッチング素子の短絡故障を検出可能な第３故障検出方式を用いて故障を検出し、
    　前記故障特定部は、
    　前記故障検出部が前記第３故障検出方式を用いて故障を検出した後に、前記第２スイッチングパターンによる制御時における前記検出電流値を用いて故障特定処理を行う、
    　請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。
  7. 　前記故障検出部は、
    　前記電流センサのゲイン異常を検出可能な第４故障検出方式を用いて故障を検出し、
    　前記故障特定部は、
    　前記故障検出部が前記第４故障検出方式を用いて故障を検出した後に、前記第３スイッチングパターンによる制御時における前記検出電流値を用いて故障特定処理を行う、
    　請求項３に記載の電力変換装置。
  8. 　前記故障検出部は、
    　短絡抵抗が所定の閾値未満の前記スイッチング素子の短絡故障を含む複数種の故障を検出可能な第５故障検出方式を用いて故障を検出し、
    　前記故障特定部は、
    　前記故障検出部が前記第５故障検出方式を用いて故障を検出した後に、前記スイッチング素子のＯＮ動作を伴うスイッチングパターンを実行する前に前記第１スイッチングパターンによる制御時における前記検出電圧値を用いて故障特定処理を行う、
    　請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。
  9. 　前記所定の閾値は、前記インバータ回路の電源部の正極と負極が短絡故障相の上下スイッチング素子を介して短絡した際に流れる貫通電流の大きさが前記スイッチング素子の定格電流以下となるような前記スイッチング素子の短絡抵抗値として定義される、
    　請求項４または請求項６または請求項８に記載の電力変換装置。
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