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JP2019140434A - スイッチの駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、端子数の増加を抑制できるスイッチの駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置は、高圧領域に設けられた変調部、異常判定部及び異常送信部と、低圧領域に設けられた制御部とを備えている。変調部は、スイッチの温度と相関を有する信号をパルス幅変調して物理量送信端子から送信する。異常判定部は、スイッチの温度と相関を有する信号に基づいて、スイッチに関する異常が発生したことを判定する。異常送信部は、異常判定部により異常が発生したと判定された場合、物理量送信端子からのパルス信号の送信を停止させ、異常が発生した旨の信号を異常送信端子から送信し、発生した異常の内容を含む信号を物理量送信端子から送信する。制御部は、異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信した場合、物理量送信端子から送信された信号に基づいて、発生した異常の内容を判定する。【選択図】 図6

Description

本発明は、スイッチの駆動装置に関する。
この種の駆動装置としては、例えば特許文献1に見られるように、スイッチの駆動制御に用いられ、所定の検出対象の物理量と相関を有する信号を取得する取得部と、取得部により取得された信号をパルス幅変調して出力する変調部と、変調部から出力されたパルス信号を送信する送信端子とを備えるものが知られている。駆動装置は、さらに、送信端子から送信された信号に基づいて物理量を検出する制御部を備えている。取得部、変調部及び送信端子は、高圧領域としての第1領域に設けられ、制御部は、高圧領域とは電気的に絶縁された低圧領域としての第2領域に設けられている。
特開2014−16227号公報
スイッチに関する異常が生じることがある。この場合、その異常に対して適切に対処できるようにするため、発生した異常の内容を制御部に送信する必要がある。ただし、この場合、第1領域から第2領域へと異常の内容を送信するための端子が第1領域に新たに必要となり、端子数が増加してしまう。
本発明は、端子数の増加を抑制できるスイッチの駆動装置を提供することを主たる目的とする。
本発明は、スイッチの駆動制御を行うスイッチの駆動装置において、第1領域に設けられ、前記駆動制御に用いられる信号であって、かつ、所定の検出対象の物理量と相関を有する信号を取得する取得部と、前記第1領域に設けられた物理量送信端子と、前記第1領域に設けられ、前記取得部により取得された信号をパルス幅変調して前記物理量送信端子から送信する変調部と、前記第1領域に設けられ、前記スイッチに関する異常が発生したことを判定する異常判定部と、第1領域に設けられた異常送信端子と、前記第1領域に設けられ、前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合、前記物理量送信端子からのパルス信号の送信を停止させ、異常が発生した旨の信号を前記異常送信端子から送信し、発生した異常の内容を含む信号を前記物理量送信端子から送信する異常送信部と、前記第1領域とは電気的に絶縁された第2領域に設けられ、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信していない場合、前記物理量送信端子から送信された信号に基づいて前記物理量を検出し、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信した場合、前記物理量送信端子から送信された信号に基づいて、発生した異常の内容を判定する制御部と、を備える。
本発明では、スイッチに関する異常が生じたことを判定する異常判定部が第1領域に設けられている。第1領域には、さらに、異常判定部により異常が発生したと判定された場合に異常が発生した旨の信号を送信する異常送信端子が設けられている。
ここで、スイッチに関する異常が生じたと判定された場合、物理量と相関を有する信号がパルス幅変調された信号よりも、発生した異常の内容を含む信号を制御部に送信した方が、その異常に対して適切に対処するために有用であると考えられる。
この点に鑑み、本発明では、異常判定部により異常が発生したと判定された場合、物理量送信端子からのパルス信号の送信を停止させ、異常が発生した旨の信号を異常送信端子から送信し、発生した異常の内容を含む信号を物理量送信端子から送信する異常送信部が第1領域に設けられている。第2領域に設けられた制御部は、異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信していない場合、物理量送信端子から送信された信号に基づいて物理量を検出する。一方、制御部は、異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信した場合、物理量送信端子から送信された信号に基づいて、発生した異常の内容を判定する。本発明によれば、スイッチに関する異常が発生した場合にその異常内容を含む信号を物理量送信端子を使用して送信できるため、端子数の増加を抑制しつつ、発生した異常内容を制御部が判別することができる。
第1実施形態に係る回転電機の制御システムの全体構成図。 制御回路の構成を示す図。 ドライブIC及びその周辺構成を示す図。 スイッチに関する異常が発生していない場合に第2端子から送信される信号を示す図。 温度検出回路のパルス信号の時比率及びスイッチの温度の関係を示す図。 判定処理部により行われる異常時通信処理の手順を示すフローチャート。 スイッチの過熱異常の通知態様を示す図。 ドライブICの過熱異常の通知態様を示す図。 過電流異常の通知態様を示す図。 短絡異常の通知態様を示す図。 過電圧異常の通知態様を示す図。 低電圧異常の通知態様を示す図。 マイコンにより行われる処理の手順を示すフローチャート。 第1実施形態の変形例に係る過電流異常及びドライブICの過熱異常の通知態様を示す図。 第2実施形態に係る制御回路の構成を示す図。 スイッチの過熱異常の通知態様を示す図。 マイコンにより行われる処理の手順を示すフローチャート。 第2実施形態の変形例に係るフェール信号を示す図。 マイコンにより行われる処理の手順を示すフローチャート。 第3実施形態に係る制御回路の構成を示す図。 スイッチの過熱異常の通知態様を示す図。 マイコンにより実行される処理の手順を示すフローチャート。 第4実施形態に係るドライブIC及びその周辺構成を示す図。 判定処理部により行われる異常時通信処理の手順を示すフローチャート。 マイコンにより行われる処理の手順を示すフローチャート。 その他の実施形態に係るドライブICの過熱異常の通知態様を示す図。
<第1実施形態>
以下、本発明に係る駆動装置を具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、制御システムは、回転電機10、インバータ20及び制御回路30を備えている。回転電機10は、例えば、車載主機であり、そのロータが図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、回転電機10として、同期機が用いられている。回転電機10としては、例えば永久磁石埋込型のものが用いられればよい。
インバータ20は、上アームスイッチと下アームスイッチとの直列接続体を3相分備えている。詳しくは、U相上,下アームスイッチSUH,SULの接続点には、U相巻線11Uの第1端が接続されている。V相上,下アームスイッチSVH,SVLの接続点には、V相巻線11Vの第1端が接続されている。W相上,下アームスイッチSWH,SWLの接続点には、W相巻線11Wの第1端が接続されている。U,V,W相巻線11U,11V,11Wそれぞれの第2端は、中性点で接続されている。U,V,W相巻線11U,11V,11Wは、電気角で互いに120°ずれている。ちなみに、本実施形態では、各スイッチSUH〜SWLとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的には、IGBTが用いられている。各スイッチSUH〜SWLには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。
U,V,W相上アームスイッチSUH,SVH,SWHの高電位側端子であるコレクタには、直流電源21の正極端子が接続されている。U,V,W相下アームスイッチSUL,SVL,SWLの低電位側端子であるエミッタには、直流電源21の負極端子が接続されている。直流電源21は、例えば、端子間電圧が百V以上になる蓄電池である。なお、インバータ20の入力側には、インバータ20の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ22が設けられている。
制御システムは、角度センサ23を備えている。角度センサ23は、回転電機10の電気角θeを検出する。角度センサ23としては、例えばレゾルバが用いられる。
続いて、図1〜図3を用いて、制御回路30について説明する。
制御回路30は、マイコン40、バッファ部50、絶縁伝達部60及びドライブIC70を備えている。ドライブIC70は、各スイッチSUH〜SWLに対応して個別に設けられている。各スイッチSUH〜SWLに対応するドライブIC70は、基本的には同じ構成である。このため、図3には、U相上アームスイッチSUHに対応するドライブIC70を一例として示している。
マイコン40及びバッファ部50は、第2領域に相当する低圧領域に設けられている。ドライブIC70及び各スイッチSUH〜SWLは、第1領域に相当する高圧領域に設けられている。高圧領域と低圧領域とは電気的に絶縁されている。
絶縁伝達部60は、第1伝達部60a、第2伝達部60b及び第3伝達部60cを備えている。本実施形態において、各伝達部60a〜60cは、各ドライブIC70に対応して個別に設けられ、ドライブIC70とマイコン40との間の信号経路を構成する。各伝達部60a〜60cは、高圧領域及び低圧領域の間を電気的に絶縁しつつ通信する機能を有する。各伝達部60a〜60cは、例えば、フォトカプラ又は磁気カプラである。
マイコン40は、制御部に相当し、回転電機10の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ20の各スイッチSUH〜SWLに対する駆動信号INを生成する。本実施形態において、制御量はトルクであり、その指令値は指令トルクTrq*である。マイコン40は、角度センサ23等の検出値に基づいて、駆動信号INを生成する。駆動信号INは、スイッチのオン状態への切り替えを指示するオン指令と、オフ状態への切り替えを指示するオフ指令とのいずれかをとる。マイコン40は、各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとが交互にオンされるような駆動信号INを生成する。マイコン40により生成された駆動信号INは、各第1伝達部60aを介して各ドライブIC70の第1端子C1に入力される。本実施形態において、第1端子C1が駆動信号入力端子に相当する。
各ドライブIC70は、駆動部70a、温度検出回路70b、スイッチ過熱判定部70c、IC過熱判定部70d、過電流判定部70e、短絡判定部70f、低電圧判定部70g、過電圧判定部70h、判定処理部70i及び切替回路70jを備えている。
駆動部70aは、第1端子C1から入力される駆動信号INを取得する。駆動部70aは、取得した駆動信号INがオン指令であると判定した場合、ドライブIC70の第4端子C4を介してインバータ20のスイッチのゲートに充電電流を供給する充電処理を行う。これにより、スイッチのゲート電圧が閾値電圧Vth以上となり、スイッチがオン状態とされる。一方、駆動部70aは、取得した駆動信号INがオフ指令であると判定した場合、スイッチのゲートから放電電流を放出させる放電処理を行う。これにより、スイッチのゲート電圧が閾値電圧Vth未満となり、スイッチがオフ状態とされる。
温度検出回路70bは、ドライブIC70の第5端子C5を介して温度センサ80の出力信号を取得する。温度センサ80は、第4端子C4にゲートが接続されたスイッチを温度検出対象とし、スイッチの温度と相関を有する信号を出力する。温度検出回路70bは、取得した信号をパルス幅変調する。パルス幅変調されたパルス信号は、スイッチの温度TDと関係付けられた時比率Dutyを有する。時比率Dutyは、図4に示すように、規定周期Ts対する論理Hの期間THの比率の百分率で表される。パルス信号の時比率Dutyは、図5に示すように、スイッチの温度TDの検出範囲においてスイッチの温度TDと連続的に関係付けられている。ここでは、検出範囲の最大値Tmaxが最小時比率Dminと関係付けられており、検出範囲の最小値Tminが最大時比率Dmaxと関係付けられている。
温度検出回路70bは、パルス幅変調されたパルス信号を、切替回路70jを介して第2端子C2から送信する。第2端子C2の送信信号Toutは、第2伝達部60b及びバッファ部50を介してマイコン40に入力される。また、温度検出回路70bにより取得された温度センサ80の出力信号は、スイッチ過熱判定部70cに入力される。本実施形態において、第2端子C2が物理量送信端子に相当し、温度検出回路70bが取得部及び変調部に相当する。
スイッチ過熱判定部70cは、温度検出回路70bから入力された温度センサ80の出力信号に基づいて、スイッチの温度が第1過熱閾値を超えているか否かを判定する。スイッチ過熱判定部70cは、スイッチの温度が第1過熱閾値を超えていると判定した場合、スイッチの過熱異常が発生していると判定する。
IC過熱判定部70dは、ドライブIC70の温度を検出する機能を有し、検出した温度が第2過熱閾値を超えているか否かを判定する。IC過熱判定部70dは、検出した温度が第2過熱閾値を超えていると判定した場合、ドライブIC70の過熱異常が発生していると判定する。
インバータ20のスイッチは、自身に流れるコレクタ電流と相関を有する微小電流が流れるセンス端子Stを有している。センス端子Stには、センス抵抗体81を介してスイッチのエミッタが接続されている。センス抵抗体81は、各ドライブIC70に対応して個別に設けられている。センス端子Stから出力される微少電流によってセンス抵抗体81に電圧降下が生じるため、センス抵抗体81のうちセンス端子St側の電位であるセンス電圧Vseは、コレクタ電流Icと相関を有する電気的な状態量となる。センス抵抗体81の第1端には、ドライブIC70の第6端子C6が接続され、センス抵抗体81の第2端には、スイッチのエミッタと、ドライブIC70の第7端子C7とが接続されている。ドライブIC70は、第7端子C7の電位を基準に動作する。
過電流判定部70eは、第6端子C6を介して取得したセンス電圧Vseが過電流閾値を超えているか否かを判定する。過電流判定部70eは、センス電圧Vseが過電流閾値を超えていると判定した場合、スイッチに過電流が流れる過電流異常が発生していると判定する。
短絡判定部70fは、第6端子C6を介して取得したセンス電圧Vseが短絡閾値を超えているか否かを判定する。短絡判定部70fは、センス電圧Vseが短絡閾値を超えていると判定した場合、上下アーム短絡が発生してスイッチに短絡電流が流れる短絡異常が発生していると判定する。上下アーム短絡とは、同じ相の上アームスイッチSWH及び下アームスイッチSWLの双方がオン状態とされる現象のことである。
低電圧判定部70gは、ドライブIC70の電源電圧を取得し、取得した電源電圧が低電圧閾値を下回っているか否かを判定する。低電圧判定部70gは、電源電圧が低電圧閾値を下回っていると判定した場合、ドライブIC70に供給される電源電圧が過度に低くなる低電圧異常が発生していると判定する。
過電圧判定部70hは、例えばピークホールド機能を有し、スイッチのエミッタ及びコレクタ電圧(以下、コレクタ電圧Vceと称す)のピーク値を取得する。このピーク値は、例えばスイッチがオン状態からオフ状態に切り替えられる場合に発生するサージ電圧である。過電圧判定部70hは、取得したコレクタ電圧Vceのピーク値が過電圧閾値を超えているか否かを判定する。過電圧判定部70hは、上記ピーク値が過電圧閾値を超えていると判定した場合、スイッチのコレクタ電圧Vceが過度に高くなる過電圧異常が発生していると判定する。本実施形態において、スイッチの過熱異常、ドライブIC70の過熱異常、過電流異常、短絡異常、低電圧異常及び過電圧異常が、スイッチに関する異常に相当する。
判定処理部70iには、各判定部70c〜70hの判定結果が入力される。判定処理部70iは、各判定部70c〜70hのいずれにおいても異常発生が判定されていない場合、異常送信端子に相当する第3端子C3から論理Lのフェール信号FINVを送信する。一方、判定処理部70iは、各判定部70c〜70hのうち、いずれかで異常発生が判定された場合、第3端子C3から論理Hのフェール信号FINVを送信する。フェール信号FINVは、第3伝達部60c及びバッファ部50を介してマイコン40に入力される。本実施形態において、判定処理部70iが異常判定部及び異常送信部に相当する。
バッファ部50は、第3端子C3から送信されたフェール信号FINVの論理がHであると判定した場合、マイコン40から入力される各ドライブIC70に対する駆動信号INをオフ指令に切り替える。これにより、インバータ20の全てのスイッチSWH,SWLが強制的にオフ状態に切り替えられる。ただし、バッファ部50は、第3端子C3から送信されたフェール信号FINVの論理がHであると判定した場合であっても、マイコン40から許可信号RGが入力されていると判定した場合には、マイコン40から入力される各ドライブIC70に対する駆動信号INを、オフ指令に切り替えることなく、第1伝達部60aに対して送信する。許可信号RGは、例えば、車両を退避走行させるためにインバータ20の各スイッチを操作する必要がある状況において入力される。
続いて図6を用いて、各ドライブIC70の判定処理部70iにより実行される異常時通信処理の手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
ステップS10では、各判定部70c〜70hのうち、いずれかで異常発生が判定されているか否かを判定する。
ステップS10において異常発生が判定されていないと判定した場合には、ステップS11に進み、第3端子C3から論理Lのフェール信号FINVを送信する。また、図4に示すように、スイッチの温度TDの情報が含まれた温度検出回路70bのパルス信号を、切替回路70jを介して第2端子C2から送信する。
ステップS10において各判定部70c〜70hのうちいずれかで異常発生が判定されたと判定した場合には、温度検出回路70bからのパルス信号が第3端子C3に出力されないように切替回路70jを操作し、ステップS12に進む。ステップS12では、第3端子C3か送信するフェール信号FINVの論理をHに切り替える。
ステップS13では、発生した異常内容がスイッチの過熱異常であるか否かを判定する。ステップS13において肯定判定した場合には、ステップS14に進み、図7に示すように、時比率Dutyが第1時比率D1(10%)のパルス信号を、切替回路70jを介して第2端子C2から送信する。本実施形態において、スイッチの過熱異常を表す情報が10%の時比率Dutyと関係付けられている。
ステップS13において否定判定した場合には、ステップS15に進み、発生した異常内容がドライブIC70の過熱異常であるか否かを判定する。ステップS15において肯定判定した場合には、ステップS16に進み、図8に示すように、ヘッダと、ヘッダに続く時比率Dutyが50%のパルス信号とを、切替回路70jを介して第2端子C2から送信する。本実施形態において、ドライブIC70の過熱異常を表す情報が50%の時比率Duty及びヘッダと関係付けられている。ちなみに、図8に示すヘッダの長さTfは、パルス信号の規定周期Tsよりも長い。
ステップS15において否定判定した場合には、ステップS17に進み、発生した異常内容が過電流異常であるか否かを判定する。ステップS17において肯定判定した場合には、ステップS18に進み、図9に示すように、温度検出回路70bのパルス信号の周期Tsの1/2の周期Tcのパルス信号を、切替回路70jを介して第2端子C2から送信する。本実施形態において、過電流異常を表す情報が、パルス信号の周期が温度検出回路70bのパルス信号の周期の1/2であることと関係付けられている。また、送信するパルス信号の時比率DtyCを、ステップS10において否定判定したタイミングにおけるセンス電圧Vseに対応する時比率とする。周期Tcのパルス信号の時比率DtyCは、センス電圧Vseの検出範囲においてセンス電圧Vseと連続的に関係付けられている。
なお、図9には、パルス信号の周期Tcを、温度検出回路70bのパルス信号の周期Tsの1/2としたがこれに限らず、例えば、周期Tsよりも長くしてもよい。
ステップS17において否定判定した場合には、ステップS19に進み、発生した異常内容が短絡異常であるか否かを判定する。ステップS19において肯定判定した場合には、ステップS20に進み、図10に示すように、時比率Dutyが第2時比率D2(25%)のパルス信号を、切替回路70jを介して第2端子C2から送信する。本実施形態において、短絡異常を表す情報が25%の時比率Dutyと関係付けられている。
ステップS19において否定判定した場合には、ステップS21に進み、発生した異常内容が過電圧異常であるか否かを判定する。ステップS21において肯定判定した場合には、ステップS22に進み、図11に示すように、時比率Dutyが第3時比率D3(50%)のパルス信号を、切替回路70jを介して第2端子C2から送信する。本実施形態において、過電圧異常を表す情報が50%の時比率Dutyと関係付けられている。過電圧異常を表す時比率と、ドライブIC70の過熱異常を表す時比率とが同じ50%である。しかし、過熱異常を表す信号には図8に示したようにヘッダが含まれる。このため、過電圧異常とドライブIC70の過熱異常とを判別できる。
ステップS21において否定判定した場合には、発生した異常内容が低電圧異常であると判定し、ステップS23に進む。ステップS23では、図12に示すように、電圧レベルがHとLとの間の固定電圧値の信号Mを、切替回路70jを介して第2端子C2から送信する。本実施形態において、低電圧異常を表す情報が、HとLとの間の信号Mと関係付けられている。
続いて図13を用いて、マイコン40により実行される処理の手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、マイコン40の制御周期と、判定処理部70iの制御周期とは、異なっていてもよいし、同じであってもよい。
ステップS30では、6つのドライブIC70から送信されるフェール信号FINVの全ての論理がLであるか否かを判定する。
ステップS30において論理がLであると判定した場合には、各判定部70c〜70hにおいて異常発生が判定されていないと判定し、ステップS31に進む。ステップS31では、各ドライブIC70の第2端子C2から送信されるパルス信号Toutに基づいて、インバータ20の各スイッチSWH,SWLの温度を検出する。そして、検出した温度の中の最大値を制御用温度TdLとして算出する。なお、マイコン40のメモリには、図5に示すような温度TDと時比率Dutyとの関係を示す情報が記憶されている。このため、マイコン40は、その記憶情報に基づいて、上述したように温度を検出できる。
ステップS32では、制御用温度TdLに基づいて、各スイッチSWH,SWLの駆動信号INを生成する。本実施形態では、制御用温度TdLが規定温度Tdthよりも高い場合、回転電機10のトルクを制限する。以下、この制限の一例を説明する。
まず、制御用温度TdLに基づいて、補正係数K(0<K≦1)を算出する。補正係数Kは、制御用温度TdLが規定温度Tdth以下の場合に1に設定される。補正係数Kは、制御用温度TdLが規定温度Tdthよりも高い場合、制御用温度TdLが高いほど、1未満の小さい値に設定される。そして、算出した補正係数Kを指令トルクTrq*に乗算することにより、補正トルクTrfを算出する。そして、算出した補正トルクTrfに基づいて、各スイッチSWH,SWLの駆動信号INを生成する。
ステップS30において各ドライブIC70から送信されるフェール信号FINVのうちいずれかの論理がHであると判定した場合には、ステップS33に進む。ステップS33では、第2端子C2から送信されたパルス信号Toutに基づいて、発生した異常の内容を判定する。以下、判定手法について説明する。
第2端子C2から送信されたパルス信号Toutの時比率Dutyが第1時比率D1(10%)であると判定した場合、スイッチの過熱異常が発生していると判定する。
第2端子C2から送信された信号Toutにヘッダが含まれて、かつ、ヘッダに続くパルス信号Toutの時比率Dutyが50%であると判定した場合、ドライブIC70の過熱異常が発生していると判定する。
第2端子C2から送信されたパルス信号Toutの立ち上がり間隔に基づいてパルス信号Toutの周期を算出する。算出した周期が周期Tcであると判定した場合、過電流異常が発生していると判定する。
第2端子C2から送信されたパルス信号Toutの時比率Dutyが第2時比率D2(25%)であると判定した場合、短絡異常が発生していると判定する。
第2端子C2から送信されたパルス信号Toutの時比率Dutyが第3時比率D3(50%)であると判定した場合、過電圧異常が発生していると判定する。
第2端子C2から送信された信号の電圧レベルがMであると判定した場合、低電圧異常が発生していると判定する。
ステップS34では、各ドライブIC70から送信されるフェール信号FINVのうちどの信号が論理Hとなっているかの情報に基づいて、3相のうち異常が発生した相と、上下アームのうち異常が発生したアームとを特定する。本実施形態では、6つのドライブIC70それぞれに対応して個別に第2伝達部60b及び第3伝達部60cが設けられている。このため、ステップS34の処理により、6つのドライブIC70のうちいずれに対応する箇所で異常が発生したかを特定できる。
ステップS35では、ステップS33で判別した異常内容が過電流異常であるか否かを判定する。ステップS36において肯定判定した場合には、ステップS36に進み、パルス信号Toutの時比率DtyCに基づいて、過電流異常が発生したと判定されたタイミングのセンス電圧Vseを算出する。これにより、過電流異常発生時に流れていたコレクタ電流を把握できる。
ステップS36の処理が完了した場合、又はステップS35において否定判定した場合には、ステップS37に進み、第2端子C2から送信された信号Toutを駆動信号INの生成に用いることを禁止する。フェール信号FINVの論理がHになると、第2端子C2から送信される信号Toutは、スイッチの温度TDの情報を含んでいない。このような情報が駆動信号INの生成に用いられると、制御システムの信頼性の低下を招くおそれがある。このため、ステップS37の処理を行う。
なお、3相の上,下アームスイッチSWH,SWLのうち、異常が発生した相以外の2相の上,下アームスイッチSWH,SWLを操作する2相制御を行うことにより、回転電機10にトルクを発生させ、車両の退避走行を実施すればよい。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
判定処理部70iは、いずれかの異常が発生したと判定した場合、第2端子C2からの温度検出回路70bのパルス信号の送信を停止させ、第3端子C3から送信されるフェール信号FINVの論理をHに切り替える。マイコン40は、フェール信号FINVの論理がLであると判定した場合、第2端子C2から送信されたパルス信号Toutの時比率Dutyに基づいて、スイッチの温度TDを検出する。一方、マイコン40は、フェール信号FINVの論理がHであると判定した場合、第2端子C2から送信された信号Toutに基づいて、発生した異常の内容を判定する。この構成によれば、スイッチに関する異常が発生した場合にその異常内容を含む信号を第2端子C2を使用して送信できる。このため、ドライブIC70の端子数の増加を抑制しつつ、発生した異常内容をマイコン40が判別することができる。
図5に示したように、スイッチの過熱異常と関係付けられた第1時比率D1、短絡異常と関係付けられた第2時比率D2及び過電圧異常と関係付けられた第3時比率D3が、温度検出回路70bにおいてスイッチの温度TDの検出範囲Tmin〜Tmaxと関係付けられた時比率の範囲Dmax〜Dminの外に設定されている。この設定によれば、フェール信号FINVの論理がHに切り替えられたにもかかわらず、フェール信号FINVの論理がHであるとマイコン40が認識できなかった場合であっても、マイコン40は、フェール信号FINVの論理に対するパルス信号Toutの時比率Dutyの関係が、想定した関係からずれていることを把握できる。このため、第2端子C2から送信されたパルス信号Toutの時比率Dutyがスイッチの温度TDを表しているとマイコン40が誤って判定してしまうことを抑制できる。
<第1実施形態の変形例>
・判定処理部70iは、各判定部70c〜70hのうち、いずれかで異常発生が判定された場合であっても、バッファ部50に許可信号RGが入力されていると判定されている期間においては、フェール信号FINVの論理をLに維持してもよい。
・発生した異常の内容が、互いに異なるパルス信号Toutの周期と関係付けられていてもよい。図14には、過電流異常が発生した場合、温度検出回路70bから出力されるパルス信号の周期Tsの1/2の周期Tcを有するパルス信号Toutが第2端子C2から送信され、ドライブIC70の過熱異常が発生した場合、周期Tsの1/3の周期Tiを有するパルス信号Toutが第2端子C2から送信される例を示す。
・時比率Dutyが、規定周期Ts対する論理Lの期間の比率の百分率で表されていてもよい。
・マイコン40及びドライブIC70のうち一方から他方へと送信される信号の論理が、バッファ部50において反転される構成であってもよい。
<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図15に示すように、上アーム側の3相のドライブIC70それぞれが有する第2,第3端子C2,C3が、共通の第2,第3伝達部60b,60cを介してマイコン40と通信可能とされている。また、下アーム側の3相のドライブIC70それぞれが有する第2,第3端子C2,C3が、共通の第2,第3伝達部60b,60cを介してマイコン40と通信可能とされている。図15において、先の図2に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
続いて、判定処理部70iの異常時通信処理について説明する。
判定処理部70iは、先の図6のステップS14、S16、S18、S20、S23の処理において、先の図7〜図12に示した信号の前に、自身に対応する相の識別用の情報を含むヘッダを配置する。これは、上,下アームそれぞれにおいて、3相のドライブIC70それぞれが有する第2,第3端子C2,C3が、共通の第2,第3伝達部60b,60cを介してマイコン40と通信可能とされているためである。一例として、図16に、スイッチの過熱異常が発生した場合に第2端子C2から送信される信号Toutを示す。ヘッダに含まれる相の識別用の情報は、例えば、ヘッダの長さTfに対する論理Hの期間の時比率と、自身がどの相であるのかの情報とが関係付けられたものであればよい。
本実施形態において、上アーム側の3つのドライブIC70は、互いに通信可能とされており、下アーム側の3つのドライブIC70は、互いに通信可能とされている。上アーム側の3つのドライブIC70が有する判定処理部70iは、スイッチに関する異常が発生したと判定されていない場合、温度検出回路70bのパルス信号の前に自身の相の識別用の情報を含むヘッダを配置した信号を第2端子C2から送信する。この際、各判定処理部70iは、互いに重複しない期間において信号を送信する。下アーム側の3つのドライブIC70が有する判定処理部70iは、スイッチに関する異常が発生したと判定されていない場合、温度検出回路70bのパルス信号の前に自身の相の識別用の情報を含むヘッダを配置した信号を第2端子C2から送信する。この際、各判定処理部70iは、互いに重複しない期間において信号を送信する。
一方、上アーム側の3つのドライブIC70が有する判定処理部70iのうち、スイッチに関する異常が発生したと判定した判定処理部70iは、例えば図16に示すようなヘッダ付きの信号Toutを第2端子C2から送信し、残りの判定処理部70iは、論理Lの信号を第2端子C2から送信する。また、下アーム側の3つのドライブIC70が有する判定処理部70iのうち、スイッチに関する異常が発生したと判定した判定処理部70iは、例えば図16に示すようなヘッダ付きの信号Toutを第2端子C2から送信し、残りの判定処理部70iは、論理Lの信号を第2端子C2から送信する。
続いて図17を用いて、マイコン40により実行される処理の手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。図17において、先の図13に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS40では、2つの第3伝達部60cそれぞれを介して送信されるフェール信号FINVの全ての論理がLであるか否かを判定する。
ステップS40において論理がLであると判定した場合には、各判定部70c〜70hにおいて異常発生が判定されていないと判定し、ステップS41に進む。ステップS41では、2つの第2伝達部60bそれぞれを介して送信されるパルス信号Toutの時比率Dutyに基づいて、インバータ20の各スイッチSWH,SWLの温度を検出する。この際、検出した温度がどの相に対応する温度であるかは、ヘッダの情報に基づいて特定できる。そして、検出した温度の中の最大値を制御用温度TdLとして算出する。
ステップS40においていずれかのフェール信号FINVの論理がHであると判定した場合には、ステップS42に進み、第2端子C2から送信された信号Toutに基づいて、発生した異常の内容を判定する。この際、どの相に異常が発生したかは、ヘッダの情報に基づいて特定できる。
ステップS43では、2つの第3伝達部60cそれぞれを介して送信されるフェール信号FINVのうちどの信号が論理Hとなっているかの情報と、ヘッダの情報とに基づいて、3相のうち異常が発生した相と、上下アームのうち異常が発生したアームとを特定する。
以上説明した本実施形態によれば、絶縁伝達部60の第2,第3伝達部60b,60cの数を削減しつつ、上記第1実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
<第2実施形態の変形例>
判定処理部70iは、スイッチに関する異常が発生していないと判定した場合、フェール信号FINVの論理をLとする。一方、判定処理部70iは、スイッチに関する異常が発生したと判定した場合、図18(a)に示すように、フェール信号FINVとしてパルス信号を第3端子C3から送信してもよい。図18(a)には、2つのパルス信号が送信される例を示す。図18(b)に、先の図16に示したスイッチの過熱異常発生時の信号Toutを示す。
マイコン40は、フェール信号FINVとして2つのパルス信号が入力されたと判定した場合、スイッチに関する異常が発生したと判定する。本実施形態では、第2端子C2から送信される信号Toutのヘッダの長さTfが、第3端子C3から送信されるパルス信号の周期Tpよりも長い。このため、マイコン40は、スイッチに関する異常が発生したことを先に把握でき、その後、第2端子C2から送信されたヘッダを含む信号Toutに基づいて、3相のうち異常が発生した相と、発生した異常の内容とを的確に特定できる。
続いて図19を用いて、マイコン40により実行される処理の手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。図19において、先の図17に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS50では、フェール信号FINVに基づいて、各判定部70c〜70hにおいて異常発生が判定されているか否かを判定する。具体的には、上述したように、フェール信号FINVとして2つのパルス信号が入力されたか否かを判定する。
ステップS50において異常発生が判定されていないと判定した場合には、ステップS41に進む。一方、ステップS50において異常発生が判定されていると判定した場合には、ステップS42に進む。
<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第2実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図20に示すように、6つのドライブIC70それぞれが有する第2,第3端子C2,C3が、共通の第2,第3伝達部60b,60cを介してマイコン40と通信可能とされている。図20において、先の図2に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
続いて、判定処理部70iの異常時通信処理について説明する。
判定処理部70iは、先の図6のステップS14、S16、S18、S20、S23の処理において、先の図7〜図12に示した信号の前に、自身に対応する相及びアームの識別用の情報を含むヘッダを配置する。一例として、図21に、スイッチの過熱異常が発生した場合に第2端子C2から送信される信号Toutを示す。ヘッダに含まれる相及びアームの識別用の情報は、例えば、ヘッダの長さTfに対する論理Hの期間の時比率と、自身がどの相であるのかの情報と、自身がどのアームであるのかの情報とが関係付けられたものであればよい。
本実施形態において、6つのドライブIC70は、互いに通信可能とされている。6つのドライブIC70が有する判定処理部70iは、スイッチに関する異常が発生したと判定されていない場合、温度検出回路70bのパルス信号の前に自身の相及びアームの識別用の情報を含むヘッダを配置した信号を第2端子C2から送信する。この際、各判定処理部70iは、互いに重複しない期間において信号を送信する。
一方、6つのドライブIC70が有する判定処理部70iのうち、スイッチに関する異常が発生したと判定した判定処理部70iは、例えば図21に示すようなヘッダ付きの信号Toutを第2端子C2から送信し、残りの判定処理部70iは、論理Lの信号を第2端子C2から送信する。
続いて図22を用いて、マイコン40により実行される処理の手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。図22において、先の図17に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS51では、第3伝達部60cを介して送信されるフェール信号FINVの論理がLであるか否かを判定する。ステップS51において論理がLであると判定した場合には、各判定部70c〜70hにおいて異常発生が判定されていないと判定し、ステップS41に進む。
一方、ステップS51においていずれかのフェール信号FINVの論理がHであると判定した場合には、ステップS52に進み、第2端子C2から送信された信号Toutに基づいて、発生した異常の内容を判定する。この際、3相のうちどの相に異常が発生したとの情報と、上下アームのうちどのアームに異常が発生したとの情報とは、ヘッダの情報に基づいて特定できる。
ステップS53では、ヘッダの情報に基づいて、3相のうち異常が発生した相と、上下アームのうち異常が発生したアームとを特定する。
以上説明した本実施形態によれば、絶縁伝達部60の第2,第3伝達部60b,60cの数をより削減しつつ、上記第1実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
<第4実施形態>
以下、第4実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図23に示すように、インバータ20の各スイッチSWH,SWLそれぞれに対応するドライブIC70は、記憶部に相当するメモリ70kを備えている。メモリ70kには、判定処理部70iにより異常が発生したと判定された場合にその異常内容を含む情報が記憶される。図23には、インバータ20のスイッチとして、U相の上アームスイッチSWHを例に示す。図23において、先の図3に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図24に、各ドライブIC70の判定処理部70iにより実行される異常時通信処理の手順を示す。この処理は、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図24において、先の図6に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS14、S16、S18、S20、S22又はS23の処理が完了した場合には、ステップS24に進む。ステップS24では、発生した異常の内容を含む情報をメモリ70kに記憶させる。例えば、ステップS20の処理の完了後にステップS24に移行する場合、発生した異常が短絡異常であるとの情報をメモリ70kに記憶させる。
続いて、判定処理部70iにより実行される事後送信処理の手順を示す。この処理は、スイッチに関する異常が発生した後、ドライブIC70の第1端子C1に特定のPWM信号が入力されると、異常内容を含む信号が第2端子C2から送信される処理である。図25に、この処理の手順を示す。
ステップS60では、第1端子C1に特異PWM信号が入力されたか否かを判定する。特異PWM信号とは、マイコン40において生成された駆動信号INの論理値のパターンが取り得ない特定の論理値のパターンからなる信号のことである。
ステップS60において肯定判定した場合には、ステップS61に進み、メモリ70kに記憶されている異常の内容を含む信号を読み出し、第2端子C2から送信する。
本実施形態によれば、例えば今後の回路設計に生かすために、どのような異常が発生したかを後で調べる場合に有用な情報を得ることができる。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第1実施形態において、図6のステップS10で否定判定したタイミングにおけるセンス電圧Vse及びスイッチの温度TDの情報が、第2端子C2から送信される信号Toutに含まれていてもよい。図26には、ステップS15で肯定判定された場合において、異常内容がドライブIC70の過熱異常である情報がヘッダに含まれ、ヘッダに続く第1パルス信号がセンス電圧Vseに対応する時比率を有し、第1パルス信号に続く第2パルス信号がスイッチの温度TDに対応する時比率を有する例を示す。例えば、図26に示すヘッダの長さTfは、図18(a)に示したように、第3端子C3から送信されるパルス信号の周期Tpよりも長くてもよい。
ちなみに、図15に示す構成において、センス電圧Vse及びスイッチの温度TDの情報を含む信号が送信される場合、ヘッダに相の認識用の情報が含まれていればよい。
・図7に示した方法で関係付けられる異常内容の一例としてスイッチの過熱異常を示したが、図7に示した方法で関係付けられる異常内容は、過電流異常等、他の異常であってもよい。図8〜図12に示した方法についても同様である。
・図13のステップS32で用いられるパラメータとしては、スイッチの温度に限らず、例えばコレクタ電圧Vceのピーク値等、他のパラメータであってもよい。
・第2実施形態において、ステップS10で否定判定したタイミングにおけるスイッチの駆動状態がオン状態又はオフ状態であるとの情報がヘッダに含まれていてもよい。
・インバータとしては、3相以外の複数相のものであってもよい。
20…インバータ、30…制御回路、40…マイコン、70…ドライブIC。

Claims (8)

  1. スイッチ(SWH,SWL)の駆動制御を行うスイッチの駆動装置において、
    第1領域に設けられ、前記駆動制御に用いられる信号であって、かつ、所定の検出対象(SWH,SWL)の物理量と相関を有する信号を取得する取得部と、
    前記第1領域に設けられた物理量送信端子(C2)と、
    前記第1領域に設けられ、前記取得部により取得された信号をパルス幅変調して前記物理量送信端子から送信する変調部(70b)と、
    前記第1領域に設けられ、前記スイッチに関する異常が発生したことを判定する異常判定部と、
    第1領域に設けられた異常送信端子(C3)と、
    前記第1領域に設けられ、前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合、前記物理量送信端子からのパルス信号の送信を停止させ、異常が発生した旨の信号を前記異常送信端子から送信し、発生した異常の内容を含む信号を前記物理量送信端子から送信する異常送信部と、
    前記第1領域とは電気的に絶縁された第2領域に設けられ、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信していない場合、前記物理量送信端子から送信された信号に基づいて前記物理量を検出し、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信した場合、前記物理量送信端子から送信された信号に基づいて、発生した異常の内容を判定する制御部(40)と、を備えるスイッチの駆動装置。
  2. 前記変調部においてパルス幅変調されたパルス信号の時比率は、前記検出対象の物理量検出範囲において前記物理量と関係付けられており、
    前記異常送信部は、発生した異常の内容を含む信号として、発生した異常の内容と関係付けられた時比率であって、前記変調部において前記物理量と関係付けられた時比率の範囲外の時比率を有するパルス信号を前記物理量送信端子から送信し、
    前記制御部は、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信していない場合、前記物理量送信端子から送信されたパルス信号の時比率に基づいて前記物理量を検出し、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信した場合、前記物理量送信端子から送信されたパルス信号の時比率に基づいて、発生した異常の内容を判定する請求項1に記載のスイッチの駆動装置。
  3. 前記制御部は、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信していない場合、前記物理量送信端子から送信された信号に基づいて、前記駆動制御を行うための駆動信号を生成し、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信した場合、前記物理量送信端子から送信された信号を前記駆動信号の生成に用いない請求項1又は2に記載のスイッチの駆動装置。
  4. 前記制御部は、前記駆動制御を行うためのPWM信号である駆動信号を生成し、
    前記第1領域に設けられ、前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合に発生した異常の内容が記憶される記憶部(70k)と、
    前記第1領域に設けられ、前記制御部において生成された前記駆動信号が入力される駆動信号入力端子(C1)と、を備え、
    前記異常送信部は、前記制御部において生成された前記駆動信号の論理値のパターンが取り得ない特定の論理値のパターンが前記駆動信号入力端子を介して受信されたと判定した場合、前記記憶部に記憶されている異常の内容を含む信号を前記物理量送信端子から送信する請求項1又は2に記載のスイッチの駆動装置。
  5. 前記異常送信部は、発生した異常の内容を含む信号として、前記変調部においてパルス幅変調されたパルス信号の周期とは異なる周期のパルス信号を出力し、
    前記異常送信部から出力されるパルス信号の時比率は、前記検出対象の物理量検出範囲において前記物理量と関係付けられており、
    前記制御部は、前記異常送信端子から送信された異常発生の旨の信号を受信した場合、前記物理量送信端子から送信されたパルス信号の周期に基づいて発生した異常の内容を判定するとともに、前記物理量送信端子から送信されたパルス信号の時比率に基づいて前記物理量を検出する請求項1〜4のいずれか1項に記載のスイッチの駆動装置。
  6. 前記異常送信部は、前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合、異常が発生した旨の信号として、パルス信号を前記異常送信端子から送信し、発生した異常の内容を含む信号として、発生した異常内容の識別用の情報を含むヘッダを有する信号を前記物理量送信端子から送信し、
    前記ヘッダの長さは、前記異常送信端子から送信されるパルス信号の周期よりも長い請求項1〜5のいずれか1項に記載のスイッチの駆動装置。
  7. 前記スイッチは、複数相のインバータ(20)を構成する上下アームのスイッチであり、
    前記取得部、前記物理量送信端子、前記変調部、前記異常判定部、前記異常送信端子及び前記異常送信部のそれぞれは、前記各スイッチに対応して個別に設けられる集積回路(70)に設けられており、
    上アームの前記スイッチそれぞれに対応する前記物理量送信端子は、共通の信号経路(60b)を介して前記制御部と通信可能とされており、
    下アームの前記スイッチそれぞれに対応する前記物理量送信端子は、共通の信号経路(60b)を介して前記制御部と通信可能とされており、
    前記異常送信部は、前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合、異常が発生した旨の信号として、パルス信号を前記異常送信端子から送信し、発生した異常の内容を含む信号として、自身に対応する相の識別用の情報を含むヘッダを有する信号を前記物理量送信端子から送信し、
    前記ヘッダの長さは、前記異常送信端子から送信されるパルス信号の周期よりも長い請求項1〜5のいずれか1項に記載のスイッチの駆動装置。
  8. 前記スイッチは、複数相のインバータ(20)を構成する上下アームのスイッチであり、
    前記取得部、前記物理量送信端子、前記変調部、前記異常判定部、前記異常送信端子及び前記異常送信部のそれぞれは、前記各スイッチに対応して個別に設けられる集積回路(70)に設けられており、
    上アームの前記スイッチそれぞれに対応する前記物理量送信端子は、共通の信号経路(60b)を介して前記制御部と通信可能とされており、
    下アームの前記スイッチそれぞれに対応する前記物理量送信端子は、共通の信号経路(60b)を介して前記制御部と通信可能とされており、
    前記異常送信部は、前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合、異常が発生した旨の信号として、パルス信号を前記異常送信端子から送信し、発生した異常の内容を含む信号として、自身に対応する相を識別するために用いる情報を含むヘッダと、該ヘッダに続くパルス信号とを含む信号を前記物理量送信端子から送信し、
    前記ヘッダに続くパルス信号は、発生した異常の内容と関係付けられた時比率であって、前記変調部において前記物理量と関係付けられた時比率の範囲外の時比率を有するパルス信号である請求項1〜5のいずれか1項に記載のスイッチの駆動装置。
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