JP2007116790A - Inverter device - Google Patents
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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4Provided 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。
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
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
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
In the
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-
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。
As illustrated, the
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
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
The
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
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
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
The
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
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
Further, when a short circuit failure occurs in the
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
When the high-
The
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
By monitoring such a current flowing in the smoothing
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
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
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
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
A
The configuration, operation, and operation of the
The
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
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
When the capacitor short
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
The normal operation of the
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
When a short circuit failure occurs in the smoothing
When such a current flows, the capacitor short
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
Further, when the
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
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
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-
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
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
A
The configurations, operations, and actions of the
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
That is, in the
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
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
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
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
The normal operation when there is no abnormality is the same as the operation of the
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
When a short circuit failure occurs in the smoothing
When such a current flows, the capacitor short
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
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
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
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
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
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
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.
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 ...
143, 343 ... Arm
144, 145, 344, 345 ... IGBT
146, 147, 346, 347 ...
271: Resistance
272 ...
Claims (4)
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:
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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2005
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