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JP2007116790A - Inverter device - Google Patents

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JP2007116790A
JP2007116790A JP2005303580A JP2005303580A JP2007116790A JP 2007116790 A JP2007116790 A JP 2007116790A JP 2005303580 A JP2005303580 A JP 2005303580A JP 2005303580 A JP2005303580 A JP 2005303580A JP 2007116790 A JP2007116790 A JP 2007116790A
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JP
Japan
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circuit
smoothing capacitor
short
power
capacitor
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Pending
Application number
JP2005303580A
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Japanese (ja)
Inventor
Naomi Kikuchi
直美 菊池
Kazuyuki Azuma
和幸 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2005303580A priority Critical patent/JP2007116790A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

【課題】平滑コンデンサに短絡故障が生じた場合に、コンデンサの発熱を抑え周辺部品にダメージを与えることを防止することのできるインバータ装置を提供する.
【解決手段】平滑コンデンサ150に流れる電流を検出してコンデンサ短絡検出回路160において平滑コンデンサ150の短絡故障を検出する。短絡故障が検出されたら、ゲート駆動回路348がパワーモジュール342内の第1のアーム343−1のIGBT344−1及び345−1をともに導通状態とし、アーム343−1をバイパス回路とする。IGBT344−1及び345−1によるバイパス回路の抵抗値は非常に小さいので、短絡電流の大部分がバイパス回路に流れる。パワーモジュール342は、通常、発熱を考慮した構成となっているので、アーム343−1の発熱は平滑コンデンサ150が発熱する場合と比べて周囲に与える影響が少ない。
【選択図】図4
Provided is an inverter device capable of suppressing heat generation of a capacitor and preventing damage to peripheral parts when a short-circuit fault occurs in a smoothing capacitor.
A current flowing through a smoothing capacitor is detected, and a short circuit failure of the smoothing capacitor is detected in a capacitor short circuit detection circuit. When the short circuit fault is detected, the gate drive circuit 348 is both rendered conductive to IGBT344 -1 and 345 -1 of the first arm 343 -1 in the power module 342, the arm 343 -1 and the bypass circuit. Since IGBT344 resistance of the bypass circuit by -1 and 345 -1 is very small, most of the short-circuit current flows through the bypass circuit. The power module 342 is usually so has a configuration in consideration of heat generation, heat generation of the arms 343 -1 is less influence on the surroundings than when smoothing capacitor 150 generates heat.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、例えば電気自動車等のモーター駆動装置に適用して好適なインバータ装置に関する。   The present invention relates to an inverter device suitable for application to a motor drive device such as an electric vehicle.

例えば電気自動車やハイブリッド車等のモーターを駆動するモーター駆動装置等においては、インバータを用いたインバータ装置が広く用いられている。このインバータ装置において、バッテリーからの直流電力を交流電力に変換するインバータの入力側直流電力の平滑には、高耐圧化、大容量化が容易な電解コンデンサが通常用いられている。しかし、近年、セラミックコンデンサの高耐圧化、大容量化が進んできたために、これをインバータの平滑用素子として使用することが検討されている(例えば、特許文献1参照)。セラミックコンデンサは、電解コンデンサに比べて小型化が可能であり、内部抵抗も小さいという利点がある。
特開2001−197753号公報
For example, in a motor drive device that drives a motor of an electric vehicle or a hybrid vehicle, an inverter device using an inverter is widely used. In this inverter device, an electrolytic capacitor that can easily increase the withstand voltage and increase the capacity is usually used to smooth the DC power on the input side of the inverter that converts DC power from the battery into AC power. However, in recent years, ceramic capacitors have been increased in withstand voltage and capacity, so that use of the ceramic capacitor as a smoothing element for an inverter has been studied (for example, see Patent Document 1). Ceramic capacitors are advantageous in that they can be reduced in size and have low internal resistance compared to electrolytic capacitors.
JP 2001-197753 A

しかしながら、セラミックコンデンサは、劣化や衝撃等により故障する場合、内部電極が蒸着し短絡故障となる可能性が高い。車両のモーター駆動等に適用される大電力を扱うインバータ装置において、インバータの電源平滑用セラミックコンデンサに短絡故障が生じると、セラミックコンデンサに大電流が流れることになる。そしてそのような状態が続くと、コンデンサが異常に発熱し、コンデンサ自身の故障を拡大する可能性が有るのに加えて、周囲の部品にダメージを与える可能性もある。   However, when a ceramic capacitor fails due to deterioration, impact, or the like, the internal electrode is highly likely to cause a short circuit failure due to evaporation. In an inverter device that handles a large amount of electric power applied to a motor drive of a vehicle or the like, if a short circuit failure occurs in a ceramic capacitor for smoothing the power source of the inverter, a large current flows through the ceramic capacitor. If such a state continues, the capacitor may generate heat abnormally, which may increase the failure of the capacitor itself, and may damage surrounding components.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、インバータ装置の平滑コンデンサに短絡故障が生じた場合に、コンデンサの発熱を抑えるとともに周辺部品にダメージを与えることを防止することのできるインバータ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to suppress the heat generation of the capacitor and prevent the peripheral parts from being damaged when a short circuit failure occurs in the smoothing capacitor of the inverter device. An object of the present invention is to provide an inverter device that can do this.

前記課題を解決するために、本発明に係るインバータ装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であって、入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの直流電力入力ライン間に設けられた平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの故障を検出する故障検出手段と、前記平滑コンデンサの故障が検出された場合に、前記平滑コンデンサと並列にバイパス回路を形成し、前記平滑コンデンサに流れる電流の少なくとも一部を前記バイパス回路に流すことにより前記平滑コンデンサに流れる電流を低減させるバイパス手段とを有する。   In order to solve the above problems, an inverter device according to the present invention is an inverter device that converts DC power into AC power, an inverter that converts input DC power into AC power, and a DC power input of the inverter A smoothing capacitor provided between the lines; a failure detecting means for detecting a failure of the smoothing capacitor; and when a failure of the smoothing capacitor is detected, a bypass circuit is formed in parallel with the smoothing capacitor, and the smoothing capacitor Bypass means for reducing the current flowing through the smoothing capacitor by flowing at least part of the current flowing through the smoothing capacitor.

このような構成のインバータ装置においては、平滑コンデンサに故障が生じた場合には、これを故障検出手段でこれが検出され、故障が検出されたことの基づいてバイパス手段によりバイパス回路が形成される。これにより、故障により平滑コンデンサに流れる電流の少なくとも一部は、バイパス回路にも流れるようになり、平滑コンデンサに異常な大電流が流れることが回避される。その結果、平滑コンデンサにおける発熱はある程度に抑えられ、周辺部品にダメージを与えることを防止できる。   In the inverter device having such a configuration, when a failure occurs in the smoothing capacitor, this is detected by the failure detection means, and a bypass circuit is formed by the bypass means based on the detection of the failure. As a result, at least part of the current that flows to the smoothing capacitor due to the failure also flows to the bypass circuit, and an abnormal large current is prevented from flowing to the smoothing capacitor. As a result, heat generation in the smoothing capacitor can be suppressed to some extent, and damage to peripheral parts can be prevented.

バイパス回路としては、例えば、インバータの前記直流電力入力ライン間に、平滑コンデンサと並列で、回路の導通又は遮断を切り換えるスイッチを有するバイパス回路を別途設けるようにしておくのが好適である。この場合、バイパス回路制御手段を具備し、平滑コンデンサの故障が検出されると、バイパス回路制御手段がバイパス回路が導通状態となるようにスイッチを制御する。   As the bypass circuit, for example, it is preferable to separately provide a bypass circuit having a switch for switching between conduction and interruption of the circuit in parallel with the smoothing capacitor between the DC power input lines of the inverter. In this case, the bypass circuit control means is provided, and when a failure of the smoothing capacitor is detected, the bypass circuit control means controls the switch so that the bypass circuit becomes conductive.

また、インバータが、各々がスイッチング素子を有する上側アーム及び下側アームを有するアームを、当該インバータが生成する交流電力の相数分、前記直流電力入力ライン間に並列に有する構成である場合には、前記平滑コンデンサの故障が検出された場合のバイパス回路の形成方法として、少なくともいずれか1つの前記アームの前記上側アーム及び前記下側アームの前記各スイッチング素子をオンにし、当該アームを前記バイパス回路として形成するのも有効である。
この場合、インバータが具備する全ての前記アームの前記上側アーム及び前記下側アームの各スイッチング素子をオンにし、全てのアームをバイパス回路とするようにしてもよい。
Further, when the inverter has a configuration in which an arm having an upper arm and a lower arm each having a switching element is provided in parallel between the DC power input lines by the number of phases of AC power generated by the inverter. As a method of forming a bypass circuit when a failure of the smoothing capacitor is detected, at least one of the upper arm and the lower arm of the arm is turned on, and the arm is connected to the bypass circuit. It is also effective to form as.
In this case, the switching elements of the upper arm and the lower arm of all the arms included in the inverter may be turned on so that all the arms serve as bypass circuits.

本発明によれば、インバータ装置の平滑コンデンサに短絡故障が生じた場合に、コンデンサの発熱を抑えるとともに周辺部品にダメージを与えることを防止することのできるインバータ装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a short circuit fault arises in the smoothing capacitor of an inverter apparatus, the inverter apparatus which can suppress the heat generation of a capacitor | condenser and can prevent a peripheral component from being damaged can be provided.

第1実施形態
本発明の第1実施形態として、電気自動車あるいはハイブリッド車等のモーター駆動装置に適用したインバータ装置であって、特に、平滑コンデンサの異常を検出した場合に、その平滑コンデンサへの電力の供給を停止するように構成されたインバータ装置について説明する。
図1は、そのモーター駆動装置の構成を示す図である。
図1に示すモーター駆動装置100は、直流電源110、強電リレー120及びインバータ装置130を有する。なお、図1において、モーター510は、モーター駆動装置100が駆動対象とするモーターであり、車両制御コントローラ520は、モーター駆動装置100の上位の制御装置であり車両全体を制御する制御装置である。
First Embodiment As a first embodiment of the present invention, an inverter device applied to a motor drive device such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, particularly when an abnormality of a smoothing capacitor is detected, power to the smoothing capacitor An inverter device configured to stop the supply of power will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the motor drive device.
A motor drive device 100 shown in FIG. 1 includes a DC power supply 110, a high-voltage relay 120, and an inverter device 130. In FIG. 1, a motor 510 is a motor to be driven by the motor driving device 100, and a vehicle control controller 520 is a higher-level control device of the motor driving device 100 and a control device that controls the entire vehicle.

直流電源110は、インバータ装置130を介してモーター510を駆動するための電源であり、数十〜数百Vあるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。   The DC power supply 110 is a power supply for driving the motor 510 via the inverter device 130, and outputs high-voltage DC power of several tens to several hundreds V or more.

強電リレー120は、直流電源110から出力される高電圧の直流電力をインバータ装置130に印加するか否かを切り換える。強電リレー120は、車両全体を制御する車両制御コントローラ520により制御される。
モーター駆動装置100においては、実際にモーター510を駆動するための高電圧、大電流の電力を扱う電気系統(強電系)と、信号処理用の電気系統(弱電系)とを、回路上も実際の配置や構成上も明確に区別している。これらの間を接続する一手段であって、特に弱電系の信号処理結果に応じて強電系を実際に電力を印加する手段として、例えば強電リレー120のような素子が用いられる。
The high voltage relay 120 switches whether to apply high voltage DC power output from the DC power supply 110 to the inverter device 130. The high power relay 120 is controlled by a vehicle controller 520 that controls the entire vehicle.
In the motor driving apparatus 100, an electric system (high electric system) that handles high voltage and large current power for actually driving the motor 510 and an electric system for signal processing (weak electric system) are actually used on the circuit. It is also clearly distinguished in the arrangement and configuration. For example, an element such as the high-power relay 120 is used as a means for connecting these, and particularly as means for actually applying power to the high-power system according to the signal processing result of the weak-power system.

強電リレー120は、前述したように強電系と弱電系とをリンクする素子であり、また、車両を進行させるモーター510及びその駆動装置100の大元のスイッチであり非常に重要な素子である。そのような点から、最も権限が高く車両全体を制御するコントローラである車両制御コントローラ520のみが強電リレー120のオン/オフを制御するようになっている。換言すれば、例えば、後述するインバータ装置130等に具備されている制御回路(信号処理装置)からは、強電リレー120は制御できない構成となっている。   As described above, the high-power relay 120 is an element that links the high-power system and the weak-power system, and is a very important element that is a main switch of the motor 510 that drives the vehicle and the driving device 100 thereof. From such a point, only the vehicle control controller 520, which is the controller having the highest authority and controlling the entire vehicle, controls on / off of the high voltage relay 120. In other words, for example, the high-power relay 120 cannot be controlled from a control circuit (signal processing device) provided in an inverter device 130 or the like described later.

インバータ装置130は、入力される直流電力からモーターを駆動するためのモーター駆動用の交流電力を生成してモーター510に印加する。インバータ装置130は、車両制御コントローラ520からの制御信号に基づいて制御され、所望の特性(例えば所望の回転数、所望のトルク等)でモーターを駆動するための交流駆動電力を生成する。
インバータ装置130は、図示のごとく、パワーモジュール142、ゲート駆動回路148、平滑コンデンサ150、コンデンサ短絡検出回路160及びモーター制御回路180を有する。
Inverter device 130 generates AC power for driving the motor for driving the motor from the input DC power and applies it to motor 510. The inverter device 130 is controlled based on a control signal from the vehicle controller 520, and generates AC drive power for driving the motor with desired characteristics (for example, desired rotation speed, desired torque, etc.).
As illustrated, the inverter device 130 includes a power module 142, a gate drive circuit 148, a smoothing capacitor 150, a capacitor short-circuit detection circuit 160, and a motor control circuit 180.

パワーモジュール142は、モーター駆動用の3相交流電力を生成する回路であり、PWM(Pulse Width Modulation)制御により、モーター510を制御する。パワーモジュール142は、直流電力の2本の入力ラインの間に、各相に対応する3アーム分の回路143−1〜143−3が並列に接続されて構成される。各アーム143−i(i=1〜3)は、直列に接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )144−i,145−i、及び、IGBT144−i,145−iの各々に対して逆並列に接続されたダイオード146−i,147−iを有する。各アーム143−iにおいて、IGBT144−i及びダイオード146−iが上側アーム、IGBT145−i及びダイオード147−iが下側アームを構成する。 The power module 142 is a circuit that generates three-phase AC power for driving the motor, and controls the motor 510 by PWM (Pulse Width Modulation) control. Power module 142, between the two input lines of the DC power, and circuit 143 -1 ~143 -3 of 3 arm component corresponding to each phase are connected in parallel. Each arm 143 -i (i = 1~3) is, IGBT connected in series (Insulated Gate Bipolar Transistor) 144 -i , 145 -i, and, IGBT144 -i, antiparallel to each of the 145 -i The diodes 146 -i and 147 -i are connected to each other. In each arm 143- i , the IGBT 144- i and the diode 146- i constitute an upper arm, and the IGBT 145- i and the diode 147- i constitute a lower arm.

パワーモジュール142のIGBT144−1〜144−3,145−1〜145−3はゲート駆動回路148により制御される。
ゲート駆動回路148は、モーター制御回路180から入力されるPWM制御信号に基づいて、各相に対応する3アーム分の回路143−1〜143−3のIGBT144−1〜144−3,145−1〜145−3を、各々所望のタイミングでオン/オフすることにより、モーター510を任意の状態で駆動させるための所望の特性(電圧、周波数等)の三相交流駆動電力を生成する。
IGBT144 -1 ~144 -3 of the power module 142, 145 -1 to 145 -3 are controlled by a gate drive circuit 148.
The gate drive circuit 148 based on the PWM control signal input from the motor control circuit 180, circuit 3 arm component corresponding to each phase 143 -1 ~143 -3 IGBT144 -1 ~144 -3, 145 -1 the 145 -3, by turning on / off each at a desired timing to produce the desired three-phase AC drive power characteristics (voltage, frequency, etc.) for driving the motor 510 in an arbitrary state.

平滑コンデンサ150は、主に入力直流電源の電圧変動を平滑化するためにインバータ装置130の直流入力ライン間に設けられた容量素子であり、本実施形態においては大容量のセラミックコンデンサである。   The smoothing capacitor 150 is a capacitive element provided between the DC input lines of the inverter device 130 in order to mainly smooth the voltage fluctuation of the input DC power supply. In this embodiment, the smoothing capacitor 150 is a large-capacity ceramic capacitor.

コンデンサ短絡検出回路160は、平滑コンデンサ150の短絡を検知し、少なくとも短絡が検知された場合に、その検知結果をモーター制御回路180を介して車両制御コントローラ520に出力する。平滑コンデンサ150の短絡は、例えば、平滑コンデンサ150に流れる電流、平滑コンデンサ150の両端電圧の変動、平滑コンデンサ150の発熱等を検出することにより検知可能である。本実施形態においてコンデンサ短絡検出回路160は、平滑コンデンサ150に流れる電流をチェックすることによりコンデンサ短絡検出回路160の短絡を検知する。   The capacitor short circuit detection circuit 160 detects a short circuit of the smoothing capacitor 150, and outputs at least the detection result to the vehicle controller 520 via the motor control circuit 180 when a short circuit is detected. The short circuit of the smoothing capacitor 150 can be detected by detecting, for example, the current flowing through the smoothing capacitor 150, the fluctuation of the voltage across the smoothing capacitor 150, the heat generation of the smoothing capacitor 150, and the like. In the present embodiment, the capacitor short circuit detection circuit 160 detects a short circuit of the capacitor short circuit detection circuit 160 by checking the current flowing through the smoothing capacitor 150.

モーター制御回路180は、車両制御コントローラ520からの指示に基づいてモーター510が適切な状態で駆動されるように、すなわちインバータ装置130において適切なモーター駆動用電圧が生成されてモーター510に印加されるように、インバータ装置130の全体を制御する。具体的には、ゲート駆動回路148の制御によりIGBT144−1〜144−3,145−1〜145−3のオン/オフが適切に行われるように、ゲート駆動回路148にPWM制御信号を出力する。
また、モーター制御回路180は、コンデンサ短絡検出回路160から少なくとも平滑コンデンサ150の短絡異常を検知したことを示す信号が入力された場合に、モーター駆動装置100外の上位の制御装置である車両制御コントローラ520に通知する。
The motor control circuit 180 generates an appropriate motor driving voltage and applies it to the motor 510 so that the motor 510 is driven in an appropriate state based on an instruction from the vehicle controller 520, that is, in the inverter device 130. Thus, the entire inverter device 130 is controlled. Specifically, a PWM control signal is output to the gate drive circuit 148 so that the IGBTs 144 -1 to 144 -3 and 145 -1 to 145 -3 are appropriately turned on / off by the control of the gate drive circuit 148. .
The motor control circuit 180 is a vehicle control controller that is a higher-level control device outside the motor driving device 100 when a signal indicating that at least a smoothing capacitor 150 short-circuit abnormality has been detected is input from the capacitor short-circuit detection circuit 160. Notify 520.

モーター510は、前述したように、モーター駆動装置100が制御対象とするモーターであり、車両を走行させるための動力源である。   As described above, the motor 510 is a motor to be controlled by the motor driving device 100, and is a power source for running the vehicle.

また、車両制御コントローラ520は、前述したようにモーター駆動装置100の上位の制御装置であり、モーター駆動装置100を含む車両全体を制御する制御装置である。車両制御コントローラ520は、例えば車両の運転者による運転操作等に応じて車両を適切に走行させるために、そのための制御信号を生成してモーター制御回路180に出力する。
また、車両制御コントローラ520には、モーター駆動装置100の平滑コンデンサ150に短絡故障が生じ、これをコンデンサ短絡検出回路160が検出した場合に、その旨の信号がモーター制御回路180を介して通知される。この平滑コンデンサ150の短絡を示す通知がなされたら、車両制御コントローラ520は、直流電源110からインバータ装置130(モーター駆動装置100)への電力の供給を遮断するように、強電リレー120をオフに切り換える。
Further, the vehicle controller 520 is a higher-level control device of the motor drive device 100 as described above, and is a control device that controls the entire vehicle including the motor drive device 100. The vehicle controller 520 generates a control signal and outputs the control signal to the motor control circuit 180 in order to appropriately drive the vehicle in accordance with, for example, a driving operation by the driver of the vehicle.
Further, when a short circuit failure occurs in the smoothing capacitor 150 of the motor drive device 100 and the capacitor short circuit detection circuit 160 detects this, the vehicle control controller 520 is notified via the motor control circuit 180 of that fact. The When the notification indicating that the smoothing capacitor 150 is short-circuited is made, the vehicle controller 520 switches off the high-power relay 120 so as to cut off the supply of power from the DC power source 110 to the inverter device 130 (motor drive device 100). .

このような構成のモーター駆動装置100の動作について説明する。
車両制御コントローラ520の制御により強電リレー120が閉じられると、直流電源110からの高電圧直流電力がインバータ装置130に供給される。
車両制御コントローラ520は、また、モーター制御回路180に対してトルク指令を出す。これに基づいてモーター制御回路180がPWM制御信号をゲート駆動回路148に出力し、ゲート駆動回路148は、コンデンサ短絡検出回路160からのPWM制御信号に基づいてパワーモジュール142内のスイッチング素子(IGBT)144−1〜144−3,145−1〜145−3各々のオン/オフを制御する。その結果、所望の状態でモーター510を駆動する所望の特性の三相交流駆動電力が生成され、モーター510に印加される。
The operation of the motor driving apparatus 100 having such a configuration will be described.
When the high-power relay 120 is closed under the control of the vehicle controller 520, high-voltage DC power from the DC power supply 110 is supplied to the inverter device 130.
The vehicle controller 520 also issues a torque command to the motor control circuit 180. Based on this, the motor control circuit 180 outputs a PWM control signal to the gate drive circuit 148, and the gate drive circuit 148 is based on the PWM control signal from the capacitor short circuit detection circuit 160, and the switching element (IGBT) in the power module 142. 144 -1 to 144 -3 to control the 145 -1 145 -3 respective on / off. As a result, three-phase AC driving power having a desired characteristic for driving the motor 510 in a desired state is generated and applied to the motor 510.

このようにモーター駆動装置100が動作している時に、仮に平滑コンデンサ150に短絡故障が生じたとする。正常動作時で平滑コンデンサ150に充電が行われた後は、平滑コンデンサ150には電流は流れないが、平滑コンデンサ150に短絡故障が生じると、平滑コンデンサ150に充電された電荷が放電されるため、短絡故障発生直後に大きな電流が流れる。また、平滑コンデンサ150の放電がある程度終了した後は、直流電源110からインバータ装置130に印加される電力に応じた電流が流れるが、平滑コンデンサ150の短絡故障による抵抗分は通常非常に小さいので、短絡直後と同様に平滑コンデンサ150には大きな電流が流れ、また電力が印加さえている間は流れ続ける。
平滑コンデンサ150に流れるこのような電流をコンデンサ短絡検出回路160において監視することにより、平滑コンデンサ150が故障状態となると、その旨がコンデンサ短絡検出回路160において直ちに検出される。すなわち、平滑コンデンサ150に対して通常ありえないような大電流が流れることを検出することにより、平滑コンデンサ150の短絡故障を容易に検出できる。
It is assumed that a short circuit failure has occurred in the smoothing capacitor 150 when the motor driving apparatus 100 is operating as described above. After the smoothing capacitor 150 is charged during normal operation, no current flows through the smoothing capacitor 150. However, when a short circuit failure occurs in the smoothing capacitor 150, the charge charged in the smoothing capacitor 150 is discharged. A large current flows immediately after the occurrence of a short circuit failure. In addition, after the discharge of the smoothing capacitor 150 is completed to some extent, a current corresponding to the power applied from the DC power supply 110 to the inverter device 130 flows, but the resistance due to the short-circuit failure of the smoothing capacitor 150 is usually very small. A large current flows through the smoothing capacitor 150 in the same manner as immediately after the short circuit and continues to flow while power is applied.
By monitoring such a current flowing in the smoothing capacitor 150 in the capacitor short-circuit detection circuit 160, when the smoothing capacitor 150 is in a failure state, that fact is immediately detected in the capacitor short-circuit detection circuit 160. That is, by detecting that an unusable large current flows to the smoothing capacitor 150, a short circuit failure of the smoothing capacitor 150 can be easily detected.

コンデンサ短絡検出回路160は、平滑コンデンサ150の短絡故障を検出したら、その旨の信号をモーター制御回路180に出力する。モーター制御回路180は、これを上位の制御装置である車両制御コントローラ520に通知する。その結果、車両制御コントローラ520の制御により強電リレー120が開放され、直流電源110からインバータ装置130への電力の供給が停止され、平滑コンデンサ150に流れていた短絡電流も停止される。   When the capacitor short circuit detection circuit 160 detects a short circuit failure of the smoothing capacitor 150, the capacitor short circuit detection circuit 160 outputs a signal to that effect to the motor control circuit 180. The motor control circuit 180 notifies the vehicle control controller 520 which is a higher-level control device. As a result, the high-power relay 120 is opened under the control of the vehicle controller 520, the supply of power from the DC power supply 110 to the inverter device 130 is stopped, and the short-circuit current flowing through the smoothing capacitor 150 is also stopped.

このように、第1実施形態のモーター駆動装置100においては、平滑コンデンサ150が短絡故障をした場合にこれを検出し、平滑コンデンサ150への電力の印加を停止させることができ、平滑コンデンサ150に大電流が流れ続けることを防ぐことができる。   As described above, in the motor drive device 100 of the first embodiment, when the smoothing capacitor 150 has a short-circuit failure, this can be detected, and the application of power to the smoothing capacitor 150 can be stopped. It is possible to prevent a large current from continuing to flow.

第2実施形態
本発明の第2実施形態について、図2及び図3を参照して説明する。
本実施形態においても、第1実施形態と同様に、電気自動車あるいはハイブリッド車等においてモーターを駆動するために使用される本発明のインバータ装置を適用したモーター駆動装置を例示して本発明を説明する。
なお、以下の説明において、第1実施形態のモーター駆動装置100と同一の構成については第1実施形態と同一の符号を付して示すとともにその説明は省略する。また、第1実施形態のモーター駆動装置100と同一の動作及び作用等についてもその説明は省略する。以下、第1実施形態のモーター駆動装置100との相違点を中心に第2実施形態のモーター駆動装置について説明する。
Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment as well, as in the first embodiment, the present invention will be described by exemplifying a motor drive device to which the inverter device of the present invention used for driving a motor in an electric vehicle or a hybrid vehicle is applied. .
In the following description, the same components as those of the motor drive device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof is omitted. Also, the description of the same operation and action as those of the motor drive device 100 of the first embodiment will be omitted. Hereinafter, the motor drive device of the second embodiment will be described focusing on differences from the motor drive device 100 of the first embodiment.

図2は、本発明の第2実施形態のモーター駆動装置200の構成を示す回路図である。
図2に示すモーター駆動装置200は、直流電源110、強電リレー120及びインバータ装置230を有し、車両制御コントローラ520からの制御に基づいてモーター510を駆動する。
直流電源110、強電リレー120、インバータ装置230のパワーモジュール142、ゲート駆動回路148及び平滑コンデンサ150、モーター制御回路180、及び、モーター510、車両制御コントローラ520の構成、動作及び作用は、前述した第1実施形態のモーター駆動装置100と同じである。
第2実施形態のモーター駆動装置200は、インバータ装置230内にバイパス回路270が設けられている点、及び、コンデンサ短絡検出回路260の構成が第1実施形態とは異なる。モーター駆動装置200のコンデンサ短絡検出回路260は、第1実施形態のコンデンサ短絡検出回路160と同様に平滑コンデンサ150の短絡故障を検知するという機能に加えて、バイパス回路270内のスイッチを制御する機能を有する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a motor drive device 200 according to the second embodiment of the present invention.
A motor drive device 200 shown in FIG. 2 includes a DC power supply 110, a high-voltage relay 120, and an inverter device 230, and drives the motor 510 based on control from the vehicle controller 520.
The configuration, operation, and operation of the DC power supply 110, the high voltage relay 120, the power module 142 of the inverter device 230, the gate drive circuit 148 and the smoothing capacitor 150, the motor control circuit 180, the motor 510, and the vehicle controller 520 are described above. This is the same as the motor drive device 100 of one embodiment.
The motor drive device 200 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that a bypass circuit 270 is provided in the inverter device 230 and the configuration of the capacitor short-circuit detection circuit 260. The capacitor short circuit detection circuit 260 of the motor drive device 200 has a function of controlling a switch in the bypass circuit 270 in addition to the function of detecting a short circuit failure of the smoothing capacitor 150 in the same manner as the capacitor short circuit detection circuit 160 of the first embodiment. Have

バイパス回路270は、モーター駆動装置200の2本の直流電力入力ライン間に平滑コンデンサ150と並列に配置され、図示のごとく、抵抗271とスイッチ272とが直列に接続された回路である。抵抗271は、短絡故障した時の平滑コンデンサ150の抵抗値より若干小さめ又はほぼ同程度の抵抗値を有し、大電流(例えば数千アンペア)が通電可能な素子である。スイッチ272は、バイパス回路270に電流を流すか否かを切り換えるオン/オフスイッチである。スイッチ272は、コンデンサ短絡検出回路260により直接にオン/オフが制御され、閉じた状態(オン状態)とされることによりインバータ装置230に印加された直流電力による電流がバイパス回路270に流れる。また、開いた状態(オフ状態)においては、バイパス回路270には電流が流れず、バイパス回路270はインバータ装置230の動作に何ら影響しない状態となる。   The bypass circuit 270 is a circuit in which a resistor 271 and a switch 272 are connected in series as shown in the figure, arranged in parallel with the smoothing capacitor 150 between the two DC power input lines of the motor driving device 200. The resistor 271 is an element that has a resistance value slightly smaller than or approximately the same as the resistance value of the smoothing capacitor 150 at the time of a short circuit failure and that can carry a large current (for example, several thousand amperes). The switch 272 is an on / off switch that switches whether a current is passed through the bypass circuit 270. The switch 272 is directly controlled to be turned on / off by the capacitor short-circuit detection circuit 260 and is turned into a closed state (on state), whereby a current due to the DC power applied to the inverter device 230 flows to the bypass circuit 270. In the open state (off state), no current flows through the bypass circuit 270 and the bypass circuit 270 does not affect the operation of the inverter device 230 at all.

コンデンサ短絡検出回路260は、第1実施形態のモーター制御回路180と同様に、平滑コンデンサ150に流れる電流を検出することにより平滑コンデンサ150の短絡故障を検知し、その旨を示す信号をモーター制御回路180に出力する。
そして、本実施形態のコンデンサ短絡検出回路260は、さらに、平滑コンデンサ150の短絡故障を検知した場合には、バイパス回路270のスイッチ272をオンにし、バイパス回路270に電流が流れる状態とする。このようにすることで、平滑コンデンサ150が短絡故障した後に平滑コンデンサ150に流れる大電流は、平滑コンデンサ150とバイパス回路270とに分れて流れることになり、平滑コンデンサ150を流れる電流を少なくすることができる。
Similar to the motor control circuit 180 of the first embodiment, the capacitor short-circuit detection circuit 260 detects a short-circuit failure of the smoothing capacitor 150 by detecting the current flowing through the smoothing capacitor 150, and sends a signal indicating that to the motor control circuit. Output to 180.
When the capacitor short circuit detection circuit 260 further detects a short circuit failure of the smoothing capacitor 150, the capacitor short circuit detection circuit 260 turns on the switch 272 of the bypass circuit 270 so that a current flows through the bypass circuit 270. By doing so, a large current flowing through the smoothing capacitor 150 after the smoothing capacitor 150 is short-circuited is divided and flows into the smoothing capacitor 150 and the bypass circuit 270, and the current flowing through the smoothing capacitor 150 is reduced. be able to.

このような構成のモーター駆動装置200の動作について説明する。
異常が無い時の通常のモーター駆動装置200の動作は、第1実施形態のモーター駆動装置100の動作と同じである。すなわち、車両制御コントローラ520の制御により強電リレー120が閉じられると、直流電源110からの高電圧直流電力がインバータ装置230に供給される。また、パワーモジュール142内のスイッチング素子(IGBT)144−1〜144−3,145−1〜145−3のオン/オフがゲート駆動回路148により制御される。これにより、所望の状態でモーター510を駆動する三相交流駆動電力が生成される。この時、バイパス回路270のスイッチ272は開いた状態(オフ状態)とされているので、バイパス回路270には電流は流れない。
The operation of the motor drive device 200 having such a configuration will be described.
The normal operation of the motor drive device 200 when there is no abnormality is the same as the operation of the motor drive device 100 of the first embodiment. That is, when the high-power relay 120 is closed under the control of the vehicle controller 520, high-voltage DC power from the DC power supply 110 is supplied to the inverter device 230. The switching element (IGBT) 144 -1 to 144 -3 in the power module 142, 145 -1 to 145 -3 on / off controlled by a gate drive circuit 148. As a result, three-phase AC driving power for driving the motor 510 in a desired state is generated. At this time, since the switch 272 of the bypass circuit 270 is in an open state (off state), no current flows through the bypass circuit 270.

このようなモーター駆動装置200において、平滑コンデンサ150が短絡故障をした場合の動作について、図3を参照して説明する。
モーター駆動装置200が正常に動作している時に、平滑コンデンサ150に短絡故障が生じると、平滑コンデンサ150に充電した電荷が放電され、図3(A)の時間t1〜t3に示すように、平滑コンデンサ150に大きな短絡電流が流れる。
このような電流が流れると、コンデンサ短絡検出回路260がこれを検知し、図3(B)に示すように例えば時間t2に短絡検知信号を制御回路180に出力する。
In such a motor drive device 200, the operation when the smoothing capacitor 150 is short-circuited will be described with reference to FIG.
When a short circuit failure occurs in the smoothing capacitor 150 while the motor driving device 200 is operating normally, the charge charged in the smoothing capacitor 150 is discharged, and smoothing is performed as shown at times t1 to t3 in FIG. A large short-circuit current flows through the capacitor 150.
When such a current flows, the capacitor short circuit detection circuit 260 detects this, and outputs a short circuit detection signal to the control circuit 180 at time t2, for example, as shown in FIG.

また、コンデンサ短絡検出回路260は、平滑コンデンサ150の短絡故障を検知すると、直ちに、バイパス回路270のスイッチ272を切り換えバイパス回路270を有効にする。その結果、例えば図3(C)に示すように、ある程度のスイッチングのための遅延時間を経た後の時間t3においてスイッチが切り換えられ、その後、図3(D)に示すようにバイパス回路270に電流が流れ始める。
また、制御回路180が車両制御コントローラ520に平滑コンデンサ150の短絡故障が生じた旨の信号を出力することにより、例えば図3(E)に示すような時間t4において強電リレー120が開放され、直流電源110からインバータ装置230への電力の供給が停止され、図3(A)に示すような平滑コンデンサ150に流れていた短絡電流も停止される。
Further, when the capacitor short circuit detection circuit 260 detects a short circuit failure of the smoothing capacitor 150, the capacitor short circuit detection circuit 260 immediately switches the switch 272 of the bypass circuit 270 to enable the bypass circuit 270. As a result, for example, as shown in FIG. 3C, the switch is switched at a time t3 after a delay time for switching to some extent, and then the current is supplied to the bypass circuit 270 as shown in FIG. Begins to flow.
Further, when the control circuit 180 outputs a signal indicating that a short circuit failure of the smoothing capacitor 150 has occurred to the vehicle controller 520, the high-voltage relay 120 is opened at time t4 as shown in FIG. The supply of power from the power supply 110 to the inverter device 230 is stopped, and the short-circuit current flowing through the smoothing capacitor 150 as shown in FIG.

このように、第2実施形態のモーター駆動装置200は、インバータ装置230内に平滑コンデンサ150が短絡故障をした場合の短絡電流を流すためのバイパス回路270を具備するとともに、インバータ装置230内のコンデンサ短絡検出回路260が平滑コンデンサ150の短絡故障を検知したら、自らが直接バイパス回路270のスイッチ272を制御してバイパス回路270を有効にしている。従って、平滑コンデンサ150の短絡を検知したら直ちに平滑コンデンサ150を流れる短絡電流を少なくすることができ、短絡直後に平滑コンデンサ150に大電流が流れることによる平滑コンデンサ150の発熱及び周囲の部品への影響を防ぐことができる。   As described above, the motor driving device 200 according to the second embodiment includes the bypass circuit 270 for causing a short-circuit current to flow when the smoothing capacitor 150 is short-circuited in the inverter device 230, and the capacitor in the inverter device 230. When the short circuit detection circuit 260 detects a short circuit failure of the smoothing capacitor 150, it directly controls the switch 272 of the bypass circuit 270 to enable the bypass circuit 270. Therefore, the short-circuit current flowing through the smoothing capacitor 150 can be reduced as soon as the short-circuit of the smoothing capacitor 150 is detected. The heat generation of the smoothing capacitor 150 and the influence on surrounding components due to the large current flowing through the smoothing capacitor 150 immediately after the short-circuit Can be prevented.

例えば第1実施形態のモーター駆動装置100においては、コンデンサ短絡検出回路160で短絡故障を検知した場合、モーター制御回路180及び車両制御コントローラ520を介して強電リレー120をオフにしてインバータ装置130への電力の入力を停止しているため、例えば図3(E)に示すように、インバータ装置130への電力の入力が停止するのに時間t4までかかっていたが、本実施形態のモーター駆動装置200においては、コンデンサ短絡検出回路260が直接バイパス回路270のスイッチ272を制御しているので、図3(C)に示すように時間t3にはバイパス回路270を有効にできており、モーター駆動装置100と比べて大幅に早く平滑コンデンサ150に流れる電流を少なくすることができる。   For example, in the motor drive device 100 of the first embodiment, when the short circuit failure is detected by the capacitor short circuit detection circuit 160, the high voltage relay 120 is turned off via the motor control circuit 180 and the vehicle control controller 520, and the inverter device 130 is connected. Since the input of electric power is stopped, as shown in FIG. 3E, for example, it takes time t4 to stop the input of electric power to the inverter device 130. However, the motor driving device 200 of the present embodiment is stopped. In FIG. 3, since the capacitor short-circuit detection circuit 260 directly controls the switch 272 of the bypass circuit 270, the bypass circuit 270 can be made effective at time t3 as shown in FIG. As a result, the current flowing through the smoothing capacitor 150 can be reduced significantly.

なお、本実施形態においては、コンデンサ短絡検出回路160がスイッチ272を直接切り換える構成としたが、コンデンサ短絡検出回路160は平滑コンデンサ150の短絡故障を検知したらモーター制御回路180に通知するのみの機能とし、モーター制御回路180がスイッチ272を切り換えるような構成であってもよい。コンデンサ短絡検出回路160もモーター制御回路180もインバータ装置130内の信号処理回路であって、いずれが切り換えることにしてもバイパス回路270を有効にするまでの時間はほとんど変わらない。すなわち、モーター制御回路180がスイッチ272を切り換える構成であっても、車両制御コントローラ520が強電リレー120を切り換えてインバータ装置130に対する電力を遮断する場合と比べれば、平滑コンデンサ150に大きな短絡電流が流れる時間を大幅に短縮できている点は同じである。   In this embodiment, the capacitor short-circuit detection circuit 160 is configured to directly switch the switch 272. However, the capacitor short-circuit detection circuit 160 only has a function of notifying the motor control circuit 180 when a short-circuit failure of the smoothing capacitor 150 is detected. The motor control circuit 180 may switch the switch 272. Both the capacitor short circuit detection circuit 160 and the motor control circuit 180 are signal processing circuits in the inverter device 130, and the time until the bypass circuit 270 is validated is almost the same regardless of which is switched. That is, even if the motor control circuit 180 is configured to switch the switch 272, a larger short-circuit current flows through the smoothing capacitor 150 as compared with the case where the vehicle controller 520 switches the high-power relay 120 to cut off power to the inverter device 130. It is the same that the time can be greatly shortened.

第3実施形態
本発明の第3実施形態について、図4及び図5を参照して説明する。
本実施形態においても、第1実施形態及び第2実施形態と同様に、電気自動車等において使用されるモーター駆動装置を例示して本発明を説明する。
なお、第1実施形態のモーター駆動装置100と同一の構成、動作及び作用については第1実施形態と同一の符号を用いるとともにその説明は省略する。
Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Also in the present embodiment, the present invention will be described by exemplifying a motor driving device used in an electric vehicle or the like as in the first embodiment and the second embodiment.
In addition, about the same structure, operation | movement, and effect | action as the motor drive device 100 of 1st Embodiment, while using the same code | symbol as 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted.

図4は、本発明の第3実施形態のモーター駆動装置300の構成を示す回路図である。
図4に示すモーター駆動装置300は、直流電源110、強電リレー120及びインバータ装置330を有し、車両制御コントローラ520により制御されてモーター510を駆動する。
直流電源110、強電リレー120、インバータ装置330の平滑コンデンサ150、インバータ装置330のコンデンサ短絡検出回路160、モーター510及び車両制御コントローラ520の構成、動作及び作用は、前述した第1実施形態のモーター駆動装置100と同じである。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a motor drive device 300 according to the third embodiment of the present invention.
A motor driving device 300 shown in FIG. 4 has a DC power source 110, a high-voltage relay 120, and an inverter device 330, and is controlled by the vehicle controller 520 to drive the motor 510.
The configurations, operations, and actions of the DC power supply 110, the high voltage relay 120, the smoothing capacitor 150 of the inverter device 330, the capacitor short circuit detection circuit 160 of the inverter device 330, the motor 510, and the vehicle controller 520 are the motor drive of the first embodiment described above. It is the same as the device 100.

第3実施形態のモーター駆動装置300は、第2実施形態のモーター駆動装置200のバイパス回路270に相当する回路を、インバータ装置330のパワーモジュール342の1アーム分のスイッチング素子を短絡させることにより構成する。
すなわち、モーター駆動装置300においては、コンデンサ短絡検出回路160により平滑コンデンサ150の短絡故障が検知されたら、パワーモジュール342の中の第1のアーム343−1の上側アームのIGBT344−1及び下側アームのIGBT345−1をともにオンにすることにより、インバータ装置330の直流入力ラインの間を短絡させ、第1のアーム343−1をバイパス回路として構成する。そして平滑コンデンサ150に流れる短絡電流を、この第1のアーム343−1に流させる。
The motor drive device 300 according to the third embodiment is configured by short-circuiting a switching element for one arm of the power module 342 of the inverter device 330, corresponding to the bypass circuit 270 of the motor drive device 200 of the second embodiment. To do.
That is, in the motor drive device 300, when the short-circuit failure of the smoothing capacitor 150 by the capacitor short-circuit detecting circuit 160 is detected, the first upper arm of the arm 343 -1 IGBT344 -1 and lower arms of the power module 342 by turning on both the IGBT345 -1 of, it is short-circuited between the DC input lines of the inverter 330, constituting the first arm 343 -1 as a bypass circuit. And the short-circuit current flowing through the smoothing capacitor 150, to flow to the first arm 343 -1.

なお、パワーモジュール342の構成として、各アーム343−i(i=1〜3)に定格以上の過電流が流れないようにするための機能を具備している場合があるが、本実施形態のモーター駆動装置300のパワーモジュール342においては、コンデンサ短絡検出回路160においてパワーモジュール342の短絡故障が検出された場合には、このような過電流検知機能をマスクする(機能しないようにしておく)ことにより、バイパス回路となった第1のアーム343−1に意図的に大電流を流し続けることができる構成としておく。 The configuration of the power module 342 may include a function for preventing overcurrent exceeding the rating from flowing through each arm 343- i (i = 1 to 3). In the power module 342 of the motor driving device 300, when a short circuit failure of the power module 342 is detected in the capacitor short circuit detection circuit 160, such an overcurrent detection function is masked (not to function). Accordingly, previously configured and can continue to flow intentionally large current to the first arm 343 -1 became bypass circuit.

また、インバータ340のアーム343−1に短絡電流をバイパスさせ、さらには前述したように過電流を防ぐ機能を意図的に停止させてIGBT344−1及び345−1に定格以上の大電流が流すことにすると、素子が故障してしまう可能性がある。しかしながら、通常これらの素子は、パワーモジュール342の樹脂ケース内にゲル等の保護材で密封されており、また、通常のインバータ動作時の発熱を考慮した冷却設計もなされている。従って、大電流が流れて故障しても、発熱して周囲に影響を与える可能性は少ない。少なくとも、平滑コンデンサ150が短絡に起因して発熱するよりも、周囲に与える影響は少ない。 Further, the arm 343 -1 of the inverter 340 is bypassed the short-circuit current, more large current to flow more than the rated to the intentionally stopped IGBT344 -1 and 345 -1 a function of preventing an overcurrent as described above In such a case, the device may be broken. However, these elements are usually sealed in a resin case of the power module 342 with a protective material such as gel, and a cooling design is also made in consideration of heat generation during normal inverter operation. Therefore, even if a large current flows and breaks down, there is little possibility of generating heat and affecting the surroundings. At least, the influence of the smoothing capacitor 150 on the surroundings is smaller than when the smoothing capacitor 150 generates heat due to a short circuit.

モーター駆動装置300のゲート駆動回路348は、モーター制御回路380から入力されるPWM制御信号に基づいて、パワーモジュール342のIGBT344−1〜344−3,345−1〜345−3を制御して任意の特性(電圧、周波数等)の三相交流駆動電力を生成するとともに、コンデンサ短絡検出回路160において平滑コンデンサ150の短絡故障が検出された場合には、第1のアーム343−1の上側アームのIGBT344−1及び下側アームのIGBT345−1をともにオンにすることにより、インバータ装置330の直流入力ライン間を短絡させ、平滑コンデンサ150に流れる短絡電流をこの第1のアーム343−1に流させる。 The gate drive circuit 348 of the motor drive device 300 based on the PWM control signal input from the motor control circuit 380 controls the IGBT344 -1 ~344 -3, 345 -1 ~345 -3 of the power module 342 optionally characteristics (voltage, frequency, etc.) to generate a three-phase AC driving power, when the short-circuit fault of the smoothing capacitor 150 is detected in the capacitor short-circuit detection circuit 160, the upper arm of the first arm 343 -1 by turning on both the IGBT345 -1 of IGBT344 -1 and the lower arm, thereby short-circuit the DC input lines of the inverter device 330, causing flow the short-circuit current flowing through the smoothing capacitor 150 to the first arm 343 -1 .

このような構成のモーター駆動装置300の動作について説明する。
異常が無い時の通常の動作は、第1実施形態のモーター駆動装置100の動作と同じである。すなわち、車両制御コントローラ520の制御により強電リレー120が閉じられると、直流電源110からの高電圧直流電力がインバータ装置330に供給され、パワーモジュール342内のスイッチング素子(IGBT)344−1〜344−3,345−1〜345−3のオン/オフがゲート駆動回路348により制御されることにより、所望の状態でモーター510を駆動する三相交流駆動電力が生成される。
The operation of the motor driving apparatus 300 having such a configuration will be described.
The normal operation when there is no abnormality is the same as the operation of the motor drive device 100 of the first embodiment. That is, when the high voltage relay 120 is closed by the control of the vehicle controller 520, a high voltage DC power from the DC power source 110 is supplied to the inverter device 330, the switching element in the power module 342 (IGBT) 344 -1 ~344 - 3 , 345 -1 to 345 -3 are controlled by the gate drive circuit 348 to generate three-phase AC drive power for driving the motor 510 in a desired state.

このようなモーター駆動装置300において、平滑コンデンサ150が短絡故障をした場合の動作について、図5を参照して説明する。
モーター駆動装置300が正常に動作している時に、平滑コンデンサ150に短絡故障が生じると、平滑コンデンサ150に充電した電荷が放電されるため、図5(A)の時間t1〜t4に示すように、平滑コンデンサ150に大きな短絡電流が流れる。
このような電流が流れると、コンデンサ短絡検出回路160がこれを検知し、図5(B)に示すように例えば時間t2に、短絡検知信号を制御回路380に出力する。
In such a motor drive device 300, the operation when the smoothing capacitor 150 has a short circuit failure will be described with reference to FIG.
When a short circuit failure occurs in the smoothing capacitor 150 while the motor driving device 300 is operating normally, the electric charge charged in the smoothing capacitor 150 is discharged, so as shown at time t1 to t4 in FIG. A large short-circuit current flows through the smoothing capacitor 150.
When such a current flows, the capacitor short circuit detection circuit 160 detects this, and outputs a short circuit detection signal to the control circuit 380 at time t2, for example, as shown in FIG.

モーター制御回路380は、平滑コンデンサ150の短絡故障を検知すると、直ちに、パワーモジュール342の第1のアーム343−1を短絡電流のバイパス回路として有効にするために、第1のアーム343−1のIGBT344−1及び345−1をともにオンにするための制御信号をゲート駆動回路348に出力する。その結果、ゲート駆動回路348は、図5(C)及び図5(D)に示すように、上側アームのIGBT344−1をオンにするためのゲート信号、及び、下側アームのIGBT345−1をオンにするためのゲート信号を、時間t3において各IGBT344−1及び345−1に印加する。これにより、例えば図5(A)、図5(C)及び図5(D)に示すように、時間t4においてスイッチが切り換えられ、第1のアーム343−1に形成されたバイパス回路に電流が流れ始める。 The motor control circuit 380, when detecting the short-circuit failure of the smoothing capacitor 150, immediately to enable the first arm 343 -1 of the power module 342 as a bypass circuit for short-circuit current, the first arm 343 -1 IGBT344 outputs -1 and 345 -1 both a control signal for turning on the gate drive circuit 348. As a result, the gate drive circuit 348, as shown in FIG. 5 (C) and FIG. 5 (D), the gate signal for turning on the IGBT344 -1 of the upper arm, and, the IGBT345 -1 of the lower arm a gate signal for turning on, applied to each IGBT344 -1 and 345 -1 at time t3. Thus, for example, FIG. 5 (A), the as shown in FIG. 5 (C) and FIG. 5 (D), the switch is switched at time t4, a current bypass circuit formed on the first arm 343 -1 Start flowing.

また、制御回路380が車両制御コントローラ520に平滑コンデンサ150の短絡故障が生じた旨の信号を出力することにより、図5(E)に示すように、時間t5において強電リレー120が開放され、直流電源110からインバータ装置330への電力の供給が停止され、図5(A)に示すように、平滑コンデンサ150に流れていた短絡電流も停止される。   In addition, when the control circuit 380 outputs a signal indicating that a short circuit failure of the smoothing capacitor 150 has occurred to the vehicle controller 520, the high-voltage relay 120 is opened at time t5, as shown in FIG. The supply of power from the power supply 110 to the inverter device 330 is stopped, and the short-circuit current flowing through the smoothing capacitor 150 is also stopped as shown in FIG.

このように、第3実施形態のモーター駆動装置300は、インバータ装置330内の平滑コンデンサ150が短絡故障をした場合に、インバータ340のアーム343−1に短絡電流をバイパスさせるためのバイパス回路を形成するようにしている。従って、平滑コンデンサ150の短絡を検知したら直ちに平滑コンデンサ150を流れる短絡電流を少なくすることができ、短絡直後に平滑コンデンサ150に大電流が流れることによる平滑コンデンサ150の発熱及び周囲の部品への影響を防ぐことができる。 Thus, a motor drive device 300 of the third embodiment, when the smoothing capacitor 150 in the inverter device 330 has a short circuit fault, forming a bypass circuit for bypassing the short-circuit current to the arm 343 -1 of the inverter 340 Like to do. Therefore, the short-circuit current flowing through the smoothing capacitor 150 can be reduced as soon as the short-circuit of the smoothing capacitor 150 is detected, and the heat generation of the smoothing capacitor 150 and the influence on surrounding components due to the large current flowing through the smoothing capacitor 150 immediately after the short-circuit. Can be prevented.

特に、半導体スイッチング素子のスイッチングであるIGBT344−1及び345−1のスイッチングは、第1実施形態における強電リレー120のスイッチング、第2実施形態におけるスイッチ272のスイッチングに比べて格段に速く、実質的に瞬時に行われる。第3実施形態におけるバイパス回路の形成までの遅延時間は、単に、コンデンサ短絡検出回路160からゲート駆動回路348までの信号伝達の遅延時間であり、素子構成によって異なるが数μsec程度である。従って、第1実施形態及び第2実施形態と比較しても、平滑コンデンサ150の短絡故障の検知後直ちにバイパス回路を形成することができ、平滑コンデンサ150に大電流が流れる時間を短くすることができる。 In particular, IGBT344 -1 and 345 -1 switching is a switching of the semiconductor switching element, the switching of the high voltage relay 120 in the first embodiment, much faster than the switching of the switch 272 in the second embodiment, substantially Done in an instant. The delay time until the formation of the bypass circuit in the third embodiment is simply a signal transmission delay time from the capacitor short-circuit detection circuit 160 to the gate drive circuit 348, and is about several μsec although it varies depending on the element configuration. Therefore, even when compared with the first embodiment and the second embodiment, a bypass circuit can be formed immediately after the detection of the short-circuit fault of the smoothing capacitor 150, and the time during which a large current flows through the smoothing capacitor 150 can be shortened. it can.

また、バイパス回路が有効になると、パワーモジュール342の第1のアーム343−1に流れていた短絡電流は、短絡した平滑コンデンサ150と、バイパス回路との抵抗比に応じて分流される。しかしながら、本実施形態のバイパス回路はIGBT344−1及び345−1の直列回路により形成され、これらIGBTをオンにした時の抵抗は十分に小さい。従って、短絡電流のほとんどはインバータ340のアーム343−1によるバイパス回路に流れることになる。すなわち、短絡した平滑コンデンサ150にはほとんど電流が流れない。従って、前述した各実施形態と比較してより有効に、平滑コンデンサ150の発熱を防ぐことができる。 Further, when the bypass circuit is enabled, the first short-circuit current which has been flowing to the arm 343 -1 of the power module 342, a short-circuit and smoothing capacitor 150, is shunted according to the resistance ratio of the bypass circuit. However, the bypass circuit of the present embodiment is formed by a series circuit of IGBT344 -1 and 345 -1, resistance when you turn on these IGBT is sufficiently small. Therefore, most of the short-circuit current will flow into the bypass circuit by the arm 343 -1 of the inverter 340. That is, almost no current flows through the shorted smoothing capacitor 150. Therefore, the heat generation of the smoothing capacitor 150 can be prevented more effectively than in the above-described embodiments.

なお、第3実施形態においては、インバータ装置330のパワーモジュール342が具備する3つのアームのうち、1のアーム(第1のアーム343−1)に相当する2つのIGBT344−1及び345−1を用いてバイパス回路を形成した。しかしながら、2のアーム、あるいは3のアーム全てを用いてバイパス回路を構成するようにしてもよい。そのようにして複数のバイパス回路を形成することにより、1のバイパス回路に流れる電流を少なくすることができ、発熱を一層少なくすることができる。 In the third embodiment, two IGBTs 344 -1 and 345 -1 corresponding to one arm (first arm 343 -1 ) among the three arms included in the power module 342 of the inverter device 330 are provided. Used to form a bypass circuit. However, the bypass circuit may be configured using two arms or all three arms. By forming a plurality of bypass circuits in this way, the current flowing through one bypass circuit can be reduced, and heat generation can be further reduced.

なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。   In addition, this Embodiment was described in order to make an understanding of this invention easy, and does not limit this invention at all. Each element disclosed in the present embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention, and various suitable modifications are possible.

図1は、本発明の第1実施形態のモーター駆動装置の構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a motor drive device according to a first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第2実施形態のモーター駆動装置の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the motor drive device according to the second embodiment of the present invention. 図3は、図2に示したモーター駆動装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the motor drive device shown in FIG. 図4は、本発明の第3実施形態のモーター駆動装置の構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the motor drive device according to the third embodiment of the present invention. 図5は、図4に示したモーター駆動装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the motor drive device shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100,200,300…モーター駆動装置
110…直流電源
120…強電リレー
130、230,330…インバータ装置
142,342…パワーモジュール
143,343…アーム
144,145,344,345…IGBT
146,147,346,347…ダイオード
148,348…ゲート駆動回路
150…平滑コンデンサ
160、260…コンデンサ短絡検出回路
270…バイパス回路
271…抵抗
272…スイッチ
180,380…モーター制御回路
510…モーター
520…車両制御コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,200,300 ... Motor drive device 110 ... DC power supply 120 ... High-voltage relay 130, 230, 330 ... Inverter device 142, 342 ... Power module
143, 343 ... Arm
144, 145, 344, 345 ... IGBT
146, 147, 346, 347 ... Diodes 148, 348 ... Gate drive circuit 150 ... Smoothing capacitor 160, 260 ... Capacitor short circuit detection circuit 270 ... Bypass circuit
271: Resistance
272 ... Switch 180, 380 ... Motor control circuit 510 ... Motor 520 ... Vehicle control controller

Claims (4)

直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であって、
入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータの直流電力入力ライン間に設けられた平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの故障を検出する故障検出手段と、
前記平滑コンデンサの故障が検出された場合に、前記平滑コンデンサと並列にバイパス回路を形成し、前記平滑コンデンサに流れる電流の少なくとも一部を前記バイパス回路に流すことにより前記平滑コンデンサに流れる電流を低減させるバイパス手段と
を有することを特徴とするインバータ装置。
An inverter device that converts DC power to AC power,
An inverter that converts input DC power into AC power;
A smoothing capacitor provided between the DC power input lines of the inverter;
A failure detecting means for detecting a failure of the smoothing capacitor;
When a failure of the smoothing capacitor is detected, a bypass circuit is formed in parallel with the smoothing capacitor, and the current flowing through the smoothing capacitor is reduced by flowing at least part of the current flowing through the smoothing capacitor through the bypass circuit. An inverter device comprising: bypass means for allowing
前記バイパス手段は、
前記インバータの前記直流電力入力ライン間を接続する前記平滑コンデンサと並列な回路であって、当該回路の導通又は遮断を切り換えるスイッチを含むバイパス回路と、
前記平滑コンデンサの故障が検出された場合に、前記バイパス回路が導通状態となるように前記スイッチを制御するバイパス回路制御手段と
を有することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
The bypass means includes
A circuit in parallel with the smoothing capacitor that connects the DC power input lines of the inverter, and includes a bypass circuit that includes a switch for switching between conduction and interruption of the circuit;
The inverter device according to claim 1, further comprising: bypass circuit control means for controlling the switch so that the bypass circuit becomes conductive when a failure of the smoothing capacitor is detected.
前記インバータは、各々がスイッチング素子を有する上側アーム及び下側アームを有するアームを、当該インバータが生成する交流電力の相数分、前記直流電力入力ライン間に並列に有し、
前記バイパス手段は、前記平滑コンデンサの故障が検出された場合に、少なくともいずれか1つの前記アームの前記上側アーム及び前記下側アームの前記各スイッチング素子をオンにし、当該アームを前記バイパス回路として形成する
ことを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
The inverter has an arm having an upper arm and a lower arm, each having a switching element, in parallel between the DC power input lines for the number of phases of AC power generated by the inverter,
The bypass means turns on each switching element of the upper arm and the lower arm of at least one of the arms when a failure of the smoothing capacitor is detected, and forms the arm as the bypass circuit The inverter device according to claim 1, wherein:
前記バイパス手段は、前記インバータが具備する全ての前記アームの前記上側アーム及び前記下側アームの前記各スイッチング素子をオンにし、前記全てのアームを前記バイパス回路とする
ことを特徴とする請求項3に記載のインバータ装置。
The bypass means turns on the switching elements of the upper arm and the lower arm of all the arms included in the inverter, and uses all the arms as the bypass circuit. The inverter device described in 1.
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