(57)【要約】      （修正有）【課題】フェールセーフ機能が正常に動作するか否かを、高圧の直流電源が接続されていない状態で判定できるようにする。【解決手段】インバータ制御装置１０において、フェールセーフ制御部４は、第２直流電源から制御部１へ供給される電圧が下限電圧未満となった場合に、インバータ３０の直流側の電力を電力源としてフェールセーフ信号ＦＳを生成する。第１直流電源とインバータ３０との電気的接続が遮断されており、制御部１に下限電圧以上の電圧が供給されている状態において、検査用電圧ＶＴを有する電力がフェールセーフ制御部４の電力源として供給され、制御部１は、フェールセーフ制御部４を起動してフェールセーフ信号ＦＳを生成させ、電圧検出部５により検出されたフェールセーフ信号ＦＳの電圧Ｖｇに基づいて、フェールセーフ制御部４が正常に動作するか否かを判定する。【選択図】図３
2020202696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の正極側に接続された上段側スイッチング素子と直流の負極側に接続された下段側スイッチング素子とが直列接続されたアームを少なくとも１つ備えて直流と交流との間で電力を変換するインバータであって、電気的接続を遮断可能なコンタクタを介して第１直流電源と接続された前記インバータを制御対象とするインバータ制御装置であって、
前記第１直流電源よりも低電圧の第２直流電源に接続されて、前記上段側スイッチング素子及び前記下段側スイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御信号を生成する制御部と、
前記第２直流電源から前記制御部へ供給される電圧が予め規定された下限電圧未満となった場合に起動され、前記インバータの直流側の電力を電力源として前記アームの何れか一方のスイッチング素子をオン状態に遷移させるフェールセーフ信号を生成するフェールセーフ制御部と、
前記コンタクタが前記第１直流電源と前記インバータとの電気的接続を遮断している状態で、予め規定された検査用電圧を有する電力を前記フェールセーフ制御部の電力源として供給する第３直流電源と、
前記フェールセーフ信号の電圧を検出する電圧検出部と、を備え、
前記制御部は、前記コンタクタが前記第１直流電源と前記インバータとの電気的接続を遮断しており、前記第２直流電源から前記制御部へ前記下限電圧以上の電圧が供給されている状態において、前記フェールセーフ制御部を起動して前記フェールセーフ信号を生成させ、前記電圧検出部により検出された前記フェールセーフ信号の電圧に基づいて、前記フェールセーフ制御部が正常に動作するか否かを判定する検査制御を実行する、インバータ制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記検査制御において、前記フェールセーフ制御部の起動に連動させて、前記第３直流電源から前記フェールセーフ制御部へ電力を供給させる、請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
それぞれの前記スイッチング素子は、負極から正極に向かう方向を順方向として、それぞれの前記スイッチング素子に並列接続されたフリーホイールダイオードを備え、
前記第３直流電源からの前記検査用電圧は、前記アームにおいて前記上段側スイッチング素子と前記下段側スイッチング素子との接続ノードに印加される、請求項１又は２に記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記検査制御において、前記フェールセーフ信号が入力される前記スイッチング素子への前記スイッチング制御信号を遮断又はハイインピーダンス状態とする、請求項１から３の何れか一項に記載のインバータ制御装置。
【請求項５】
前記コンタクタが、前記第１直流電源と前記インバータとの電気的接続を遮断している状態から、電気的に接続する状態となる前に、前記制御部は、前記検査制御を実行する、請求項１から４の何れか一項に記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的接続を遮断可能なコンタクタを介して第１直流電源と接続されて、直流と交流との間で電力を変換するインバータを制御対象とするインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気自動車やハイブリッド自動車において車輪の駆動力源となる交流の回転電機と高圧直流電源との間に備えられたインバータは、一般的に高圧直流電源よりも低電圧の低圧直流電源から電力を供給される制御装置により制御される。ここで、低圧直流電源からの電力の供給が途絶えると、インバータを制御することができなくなるため、フェールセーフ機能が設けられる場合がある。特開２０１７−１１８８１５号公報には、インバータを制御する制御装置への電力の供給が不十分となった場合に、高圧直流電源に接続されたバックアップ電源を起動し、インバータの上段側又は下段側の全てのスイッチング素子をオン状態に制御するフェールセーフ機能を有するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１１８８１５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、このように高圧直流電源と低圧直流電源とを備えたシステムでは、高圧直流電源とインバータとの電気的接続は、遮断可能となっている。そして、多くの場合、このようなシステムでは、低圧直流電源によって駆動される制御装置によるシステムの動作チェックが完了した後に、高圧直流電源が電気的に接続される。しかし、上述したバックアップ電源は、高圧直流電源から供給される電力によって動作する。このため、高圧直流電源が電気的に接続される前には、上述したようなフェールセーフ機能が正常に動作するかどうかを制御装置が判定することができず、上述した動作チェックが不十分となる可能性があった。
【０００５】
上記背景に鑑みて、低圧の直流電源から制御装置への電力の供給が途絶えた場合に、高圧の直流電源が接続される回路からの電力を利用するフェールセーフ機能が正常に動作するか否かを、高圧の直流電源が接続されていない状態で判定できるようにすることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様として、上記に鑑みたインバータ制御装置は、直流の正極側に接続された上段側スイッチング素子と直流の負極側に接続された下段側スイッチング素子とが直列接続されたアームを少なくとも１つ備えて直流と交流との間で電力を変換するインバータであって、電気的接続を遮断可能なコンタクタを介して第１直流電源と接続された前記インバータを制御対象とするインバータ制御装置であって、前記第１直流電源よりも低電圧の第２直流電源に接続されて、前記上段側スイッチング素子及び前記下段側スイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御信号を生成する制御部と、前記第２直流電源から前記制御部へ供給される電圧が予め規定された下限電圧未満となった場合に起動され、前記インバータの直流側の電力を電力源として前記アームの何れか一方のスイッチング素子をオン状態に遷移させるフェールセーフ信号を生成するフェールセーフ制御部と、前記コンタクタが前記第１直流電源と前記インバータとの電気的接続を遮断している状態で、予め規定された検査用電圧を有する電力を前記フェールセーフ制御部の電力源として供給する第３直流電源と、前記フェールセーフ信号の電圧を検出する電圧検出部と、を備え、前記制御部は、前記コンタクタが前記第１直流電源と前記インバータとの電気的接続を遮断しており、前記第２直流電源から前記制御部へ前記下限電圧以上の電圧が供給されている状態において、前記フェールセーフ制御部を起動して前記フェールセーフ信号を生成させ、前記電圧検出部により検出された前記フェールセーフ信号の電圧に基づいて、前記フェールセーフ制御部が正常に動作するか否かを判定する検査制御を実行する。
【０００７】
フェールセーフ制御部は、インバータの直流側の電力を電力源としてフェールセーフ信号を生成するため、コンタクタが第１直流電源とインバータとの電気的接続を遮断している状態では、フェールセーフ信号を生成することは困難である。また、フェールセーフ制御部は、第２直流電源から制御部へ供給される電圧が下限電圧未満となった場合に起動され、フェールセーフ信号を生成するため、第２直流電源から制御部へ電力が供給されて制御部が動作している状態では起動されず、フェールセーフ信号を生成することができない。しかし、本構成によれば、第３直流電源から検査用電圧を有する電力がフェールセーフ制御部の電力源として供給される。また、制御部は、第２直流電源から制御部へ下限電圧以上の電圧が供給されている状態において、フェールセーフ制御部を起動する。また、電圧検出部がフェールセーフ信号の電圧を検出するので、制御部は当該電圧に基づいて適切にフェールセーフ制御部が正常に動作するか否かを判定することができる。このように、本構成によれば、低圧の直流電源から制御装置への電力の供給が途絶えた場合に、高圧の直流電源が接続される回路からの電力を利用するフェールセーフ機能が正常に動作するか否かを、高圧の直流電源が接続されていない状態で判定することができる。
【０００８】
インバータ制御装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回転電機駆動システムの構成例を模式的に示すブロック図
【図２】駆動電源回路の構成例を示す回路ブロック図
【図３】インバータ制御装置の構成例を示す模式的回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、インバータ制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１のブロック図は、インバータ制御装置１０を含む回転電機駆動システム２００の構成例を模式的に示している。図２の回路ブロック図は、後述する第３直流電源１３を含む駆動電源回路７（ＰＷ）の構成例を示している。また、図３の回路ブロック図は、フェールセーフ制御部４（ＦＳ）及びその検査回路（５，６等）を含むインバータ制御装置１０の構成例を模式的に示している。
【００１１】
回転電機駆動システム２００は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動力源となる交流の回転電機８０を駆動制御する。図１に示すように、回転電機駆動システム２００は、回転電機制御装置１００と、インバータ３０とを備えている。インバータ３０は、第１直流電源１１（直流電源、高圧直流電源）に接続されると共に回転電機８０に接続されて直流と複数相の交流との間で電力を変換する。本実施形態では、回転電機８０は、３相交流型の回転電機であり、インバータ３０は、直流と３相の交流との間で電力を変換する。また、回転電機８０は、第１直流電源１１から電力を供給されて力行する電動機と、車輪等からの動力により発電して第１直流電源１１の側へ電力を回生する発電機との双方の機能を有する。
【００１２】
図１に示すように、インバータ３０は、複数のスイッチング素子３を有して構成される。スイッチング素子３には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）、ＧａＮ−ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などのパワー半導体素子を適用すると好適である。図１等に示すように、本実施形態では、スイッチング素子３としてＩＧＢＴが用いられる形態を例示する。それぞれのスイッチング素子３には、負極Ｎから正極Ｐへ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向としてフリーホイールダイオード３Ｄが並列接続されている。
【００１３】
インバータ３０は、上段側スイッチング素子３Ｈと下段側スイッチング素子３Ｌとの直列回路により構成された交流１相分のアーム３Ａを複数組（ここでは３組）備えている。本実施形態では、回転電機８０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイル８のそれぞれに一組の直列回路（アーム３Ａ）が対応したブリッジ回路が構成される。アーム３Ａの中間点、つまり、上段側スイッチング素子３Ｈと下段側スイッチング素子３Ｌとの接続点（図３に示す接続ノード３Ｎ）は、回転電機８０の３相のステータコイル８にそれぞれ接続される。
【００１４】
尚、インバータ３０は、直流と複数相の交流との間で電力を変換する形態に限らず、直流と単相の交流との間で電力を変換するものであってもよい。また、インバータ３０を介して駆動される対象は、回転電機８０に限らず、ソレノイド等であってもよい。
【００１５】
図１に示すように、回転電機制御装置１００は、フェールセーフ制御部４を備えたインバータ制御装置１０と、第３直流電源１３を含む駆動電源回路７とを備えている。本実施形態では、フェールセーフ制御は、インバータ３０の直流側の電力を用いたアクティブショートサーキット制御である。アクティブショートサーキット制御は、インバータ３０の上段側スイッチング素子３Ｈを全てオン状態とする制御（上段側アクティブショートサーキット制御）、又は下段側スイッチング素子３Ｌを全てオン状態にする制御（下段側アクティブショートサーキット制御）である。尚、上段側アクティブショートサーキット制御においては、下段側スイッチング素子３Ｌは全てオフ状態であり、下段側アクティブショートサーキット制御においては、上段側スイッチング素子３Ｈは全てオフ状態である。
【００１６】
上述したように、回転電機８０が車両の駆動力源の場合、第１直流電源１１の電源電圧は、例えば２００〜４００［Ｖ］である。ここで、インバータ３０の直流側の電圧（正極Ｐと負極Ｎとの間の電圧）を直流リンク電圧Ｖｄｃと称する。第１直流電源１１は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどにより構成されていると好適である。インバータ３０の直流側には、直流リンク電圧Ｖｄｃを平滑化する平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ５０）が備えられている。直流リンクコンデンサ５０は、回転電機８０の消費電力の変動に応じて変動する直流電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）を安定化させる。
【００１７】
図１に示すように、第１直流電源１１とインバータ３０との間には、電気的接続を遮断可能なコンタクタ９が備えられている。具体的には、コンタクタ９は、直流リンクコンデンサ５０と第１直流電源１１との間に配置されている。コンタクタ９は、回転電機駆動システム２００の電気回路系統（直流リンクコンデンサ５０、インバータ３０）と、第１直流電源１１との電気的な接続を切り離すことが可能である。即ち、インバータ３０は、回転電機８０に接続されていると共に、第１直流電源１１との間にコンタクタ９を介して接続されている。コンタクタ９が接続状態（閉状態）において第１直流電源１１とインバータ３０（及び回転電機８０）とが電気的に接続され、コンタクタ９が開放状態（開状態）において第１直流電源１１とインバータ３０（及び回転電機８０）との電気的接続が遮断される。
【００１８】
本実施形態において、このコンタクタ９は、車両内の上位の制御装置の１つである車両制御装置（不図示）からの指令に基づいて開閉するメカニカルリレーであり、例えばシステムメインリレーと称される。コンタクタ９は、車両のイグニッションキー（メインスイッチ）がオン状態（有効状態）であり、所定の条件が満たされている場合に、リレーの接点が閉じて導通状態（接続状態）となる。尚、イグニッションキーがオフ状態（非有効状態）の場合には、リレーの接点が開いて非導通状態（開放状態）となる。車両には、回転電機８０の他、比較的高電圧で駆動される不図示の補機（エアコンディショナー、ＤＣ／ＤＣコンバータ等）が備えられている場合がある。これらの補機は、インバータ３０と並列に備えられている場合があり、この場合、コンタクタ９は、補機と第１直流電源１１との電気的な接続も切り離すことが可能である。
【００１９】
尚、第２直流電源１２にも、イグニッションキーに連動するスイッチＩＧが設けられており、一部の供給先へは、イグニッションキーがオン状態（有効状態）の際にスイッチＩＧが閉じて導通状態（接続状態）となって電力が供給され、イグニッションキーがオフ状態（非有効状態）の際にスイッチＩＧが開いて非導通状態（開放状態）となり電力の供給が遮断される。例えば、時計や駐車中にも撮影が可能なドライブレコーダー等への電力は、イグニッションキーの状態に拘わらず常に供給されるが、図１に示すようにイグニッションキーがオフ状態の場合には、スイッチＩＧが開くために制御部１や駆動電源回路７へは電力が供給されない。
【００２０】
インバータ３０は、制御部１（ＩＮＶ−ＣＴＲＬ）により制御される。制御部１は、マイクロコンピュータ等の論理プロセッサを中核部材として構築されている。回転電機８０の各相のステータコイル８を流れる実電流は電流センサ１４により検出され、制御部１はその検出結果を取得する。また、回転電機８０のロータの各時点での磁極位置や回転速度は、レゾルバ１５などの回転センサにより検出され、制御部１はその検出結果を取得する。また、直流リンク電圧Ｖｄｃは、不図示の電圧センサ等によって検出され、制御部１はその検出結果を取得する。直流リンク電圧Ｖｄｃは、直流電力に対する交流電力の実効値の割合を示す変調率の設定や、後述するフェールセーフ制御（アクティブショートサーキット制御）の判定に利用される。
【００２１】
制御部１は、車両制御装置等の他の制御装置から提供される回転電機８０の目標トルクに基づき、電流センサ１４及びレゾルバ１５の検出結果を用いて、例えばベクトル制御法による電流フィードバック制御を行って、インバータ３０を介して回転電機８０を制御する。制御部１は、モータ制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。ベクトル制御及び電流フィードバック制御については、公知であるのでここでは詳細な説明は省略する。
【００２２】
インバータ３０を構成するそれぞれのスイッチング素子３の制御端子（例えばＩＧＢＴのゲート端子）は、後述するドライブ回路２（ＤＲＶ）を介して制御部１に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。スイッチング制御信号Ｓを生成する制御部１は、マイクロコンピュータなどを中核とした電子回路であり、低圧系回路として構成される。低圧系回路は、インバータ３０などの高圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なる。上述したように、車両には、第１直流電源１１の他に、第１直流電源１１よりも低い電圧（Ｂ：例えば１２〜２４［Ｖ］）の電源である第２直流電源１２も搭載されている。マイクロコンピュータ等のプロセッサを中核とする制御部１の動作電圧は、例えば５［Ｖ］、３．３［Ｖ］、２．５［Ｖ］等であり、第２直流電源１２の電力に基づいてこのような動作電圧を生成する不図示の電圧レギュレータなどの電源回路から電力を供給されて動作する。
【００２３】
上述したように、低圧系回路は、インバータ３０などの高圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なる。このため、インバータ制御装置１０には、それぞれのスイッチング素子３に対するスイッチング制御信号Ｓの電力を増幅するドライブ回路２が備えられている。換言すれば、ドライブ回路２は、スイッチング制御信号Ｓの駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めて、対応するスイッチング素子３に中継する。低圧系回路の制御部１により生成されたスイッチング制御信号Ｓは、ドライブ回路２により増幅された高圧系回路の駆動信号ＳＶとしてインバータ３０に供給される。尚、広義には、駆動信号ＳＶもスイッチング制御信号であり、この場合、制御部１により生成されたスイッチング制御信号Ｓをスイッチング制御源信号と称してもよい。
【００２４】
ドライブ回路２は、それぞれのスイッチング素子３に対応して備えられている。図１に示すように、本実施形態では、インバータ３０に、駆動対象となる６つのスイッチング素子３が備えられており、ドライブ回路２も６つ備えられている。ドライブ回路２には、上段側スイッチング素子３Ｈに駆動信号ＳＶを提供する上段側ドライブ回路２Ｈと、下段側スイッチング素子３Ｌに駆動信号ＳＶを提供する下段側ドライブ回路２Ｌとがあるが、特に区別する必要が無い場合は、単にドライブ回路２として説明する。尚、スイッチング素子３は、低圧系回路の制御部１とスイッチング素子３とが電気的に絶縁した状態で、スイッチング制御信号Ｓにより制御される。このため、ドライブ回路２は、フォトカプラや信号用トランスなどの絶縁素子を介してスイッチング制御信号Ｓを中継する。
【００２５】
また、基本的にインバータ３０の６つのスイッチング素子３の駆動信号ＳＶも、それぞれ電気的に独立しているため、ドライブ回路２への電力もそれぞれ個別に供給される。それぞれのドライブ回路２には、駆動電源回路７（ＰＷ）からそれぞれ個別に電力が供給される。図２は、駆動電源回路７の一例を示している。６つのドライブ回路２に対応して、６つの電源回路（Ｕ相上段用電源回路７１、Ｖ相上段用電源回路７２、Ｗ相上段用電源回路７３、Ｕ相下段用電源回路７４、Ｖ相下段用電源回路７５、Ｗ相下段用電源回路７６）が備えられている。６つの電源回路（７１〜７６）の構成は同一であり、個体差による誤差を考慮しなければ、原理的には同じ電圧が出力される。
【００２６】
上段用の電源回路（７１〜７３）は、それぞれ電気的に絶縁されたフローティング電源である。上段用の電源回路（７１〜７３）は、それぞれ異なる正極側電位（ＶＨＵ，ＶＨＶ，ＶＨＷ）及び負極側電位（ＧＨＵ，ＧＨＶ，ＧＨＷ）を有する。下段用の電源回路（７４〜７６）は、図１から明らかなように負極側電位（ＧＬ：ＧＬＵ，ＧＬＶ，ＧＬＷ）が共通しており、互いに絶縁されてはいないが、それぞれ異なる正極側電位（ＶＬＵ，ＶＬＶ，ＶＬＷ）を有する。尚、各相を区別することなく上段用の電源回路（７１〜７３）の正極側電位を示す場合は“ＶＨ”と称し、各相を区別することなく下段用の電源回路（７４〜７６）の正極側電位を示す場合は“ＶＬ”と称し、各相を区別することなく上段用の電源回路（７１〜７３）の負極側電位を示す場合は“ＧＨ”と称する。それぞれの電源回路（７１〜７６）の負極側電位と正極側電位との間の電位差は、概ね１５〜２０［Ｖ］である。
【００２７】
図２に示すように、駆動電源回路７は、制御部１が備えられる低圧側回路との絶縁を確保するためにトランスＴの二次側コイルを用いて構成されている。それぞれの電源回路（７１〜７６）の一次側には電源制御ＩＣなどを用いた電源制御装置７９（ＰＣＮＴ）が備えられており、第２直流電源の出力電圧“Ｂ”に接続されたスイッチング素子をスイッチング制御することによって、規定された出力電圧を生じさせる。電源制御装置７９は、駆動電源回路７の二次側回路に生じる電圧に基づくフィードバック制御を行って当該スイッチング素子をスイッチングし、それぞれの電源回路（７１〜７６）に規定された出力電圧を生じさせる。
【００２８】
ここで、制御部１が正常に機能しない場合には、駆動信号ＳＶが正常にスイッチング素子３に入力されず、インバータ３０が正常に制御されなくなる。例えば、第２直流電源１２やスイッチＩＧに異常が生じて、第２直流電源１２から制御部１への電力の供給が遮断されたり、制御部１へ供給される電圧が予め規定された下限電圧未満となったりすると、制御部１の電源電圧（動作電圧）も低下するので、スイッチング制御信号Ｓが生成されなくなる。
【００２９】
このようにスイッチング素子３を適切に制御できない状況であっても、回転電機８０が回転していると、回転電機８０は逆起電力を生じさせる。ドライブ回路２から駆動信号ＳＶが出力されない場合、インバータ３０の全てのスイッチング素子３がオフ状態となるので、インバータ３０はシャットダウン制御された状態となり、発電された電力（逆起電力）はフリーホイールダイオード３Ｄを介してインバータ３０の直流側に回生される。ここで、コンタクタ９が開放状態であると、第１直流電源１１に電力を回生することができず、直流リンクコンデンサ５０の端子間電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）が第１直流電源１１の定格電圧よりも上昇する可能性がある。尚、回転電機駆動システム２００には、図１に示すように直流リンクコンデンサ５０に並列に、抵抗値が数十［ｋΩ］〜数［ＭΩ］の放電抵抗６０が備えられている場合がある。逆起電力が十分に小さい場合には、放電抵抗６０により直流リンクコンデンサ５０の放電（逆起電力の消費）が可能であるが、逆起電力が大きい場合には、放電が不十分となって直流リンクコンデンサ５０の端子間電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）が第１直流電源１１の定格電圧よりも上昇する。
【００３０】
上述したように、車両には、回転電機８０の他、比較的高電圧で駆動される不図示の補機（エアコンディショナー、ＤＣ／ＤＣコンバータ等）がインバータ３０と並列に備えられている場合がある。直流リンクコンデンサ５０の端子間電圧が上昇すると、補機に印加される電圧も上昇することになる。一般的に、補機の耐圧は、インバータ３０を構成する素子の耐圧よりも低い場合が多く、補機の寿命を縮める可能性がある。
【００３１】
フェールセーフ制御部４は、このような場合に、直流リンクコンデンサ５０や補機を過電圧から保護するために、インバータ３０をアクティブショートサーキット制御する。アクティブショートサーキット制御では、回転電機８０の発電（逆起電力）によって生じた電流を、ステータコイル８及びインバータ３０（電流の通り道となるスイッチング素子３）において熱として消費させることにより、直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇を抑制する。フェールセーフ制御部４は、第２直流電源１２から制御部１への電力供給に異常が生じた場合、つまり、第２直流電源１２から制御部１へ供給される電圧が予め規定された下限電圧未満となった場合に、インバータ３０の直流側の電力を電力源としてアーム３Ａの何れか一方のスイッチング素子３をオン状態に遷移させるフェールセーフ信号ＦＳを生成するフェールセーフ制御（アクティブショートサーキット制御）を行う。
【００３２】
フェールセーフ制御部４がアクティブショートサーキット制御を行う場合、上述したように、第２直流電源１２からは十分に電力が供給されない。従って、フェールセーフ制御部４は、インバータ３０の直流側の電力を用いて、アクティブショートサーキット制御を行う。インバータ３０の直流側には、直流リンクコンデンサ５０が接続されており、回転電機８０から電力が回生される場合には、コンタクタ９が開放状態であっても、直流リンク電圧Ｖｄｃはゼロではなく、アクティブショートサーキット制御に必要な電圧を有している。従って、フェールセーフ制御部４は、インバータ３０の直流側の電力を用いて、アクティブショートサーキット制御を行うことができる。直流リンク電圧Ｖｄｃが、アクティブショートサーキット制御に必要な電圧未満の場合には、フェールセーフ制御部４がアクティブショートサーキット制御を行うことができないが、この場合には直流リンク電圧Ｖｄｃが低いのでアクティブショートサーキット制御を行う必要もない。
【００３３】
図３に示すように、フェールセーフ制御部４は、電流制限抵抗４１と、ツェナーダイオード４２と、フェールスイッチ４３と、フェールセーフ信号生成用トランジスタ４４とを備えている。フェールスイッチ４３は、トランジスタやＦＥＴによって構成することができる。第２直流電源１２から制御部１へ供給される電圧が下限電圧未満（例えば６〜９［Ｖ］未満）となった場合には、不図示の電圧検出部より、フェール信号ＦＡＩＬが出力される。フェール信号ＦＡＩＬは、第１絶縁素子２１を介してフェールセーフ制御部４に入力されており、フェールスイッチ４３を制御する。
【００３４】
フェールスイッチ４３は、非有効状態のフェール信号ＦＡＩＬによりオン状態となり有効状態のフェール信号ＦＡＩＬによりオフ状態となるスイッチである。フェールスイッチ４３がオン状態の場合には、フェールセーフ起動ノード４Ｎが負極Ｎの電位となる。フェールスイッチ４３がオフ状態の場合には、フェールセーフ起動ノード４Ｎがツェナーダイオード４２によって規定されるフェールセーフ起動電位となる。このフェールセーフ起動電位により、フェールセーフ信号生成用トランジスタ４４（ここではｎチャネル型ＦＥＴを例示）がオン状態となり、逆流防止用ダイオード４５を介して下段側スイッチング素子３Ｌの制御端子（ここではゲート端子）に、フェールセーフ信号ＦＳが入力される。即ち、有効状態のフェール信号ＦＡＩＬにより、フェールセーフ制御部４が起動され、フェールセーフ信号ＦＳが生成される。尚、符号“３１”の抵抗は、ドライブ回路２（ここでは下段側ドライブ回路２Ｌ）からの駆動信号ＳＶの出力が、後述するように遮断或いはハイインピーダンスとされた場合に、駆動信号ＳＶの電位を固定して、スイッチング素子３（ここでは下段側スイッチング素子３Ｌ）をオフ状態にするプルダウン抵抗３１である。
【００３５】
フェールセーフ信号ＦＳと、駆動信号ＳＶとは、同じ配線に接続されるため、競合する関係にある。しかし、フェールセーフ信号ＦＳは、第２直流電源１２から制御部１へ供給される電圧が下限電圧未満の場合に出力され、その場合にはスイッチング制御信号Ｓも生成されておらず、ドライブ回路２にも駆動電源回路７から電力が供給されていない。従って、不図示の電圧検出部よりフェール信号ＦＡＩＬが出力されてフェールセーフ制御部４が起動される場合には、フェールセーフ信号ＦＳは駆動信号ＳＶとは競合しない。
【００３６】
このように、第２直流電源１２から制御部１へ供給される電圧が下限電圧未満となった場合には、フェールセーフ制御部４が起動され、フェールセーフ信号ＦＳが生成されて下段側スイッチング素子３Ｌをオン状態とすることで、下段側アクティブショートサーキット制御が実現できる。詳細な説明は省略するが、このようなフェールセーフ信号ＦＳが上段側スイッチング素子３Ｈに入力されると、上段側アクティブショートサーキット制御を実現することができる。
【００３７】
ところで、回転電機駆動システム２００では、例えば、車両のイグニッションキー（メインスイッチ）がオン状態となると、スイッチＩＧが第２直流電源１２とインバータ制御装置１０とを電気的に接続し、制御部１により回転電機駆動システム２００の初期設定や動作チェックが行われる。そして、インバータ制御装置１０やインバータ３０に異常が無い場合には、制御部１から不図示の車両制御装置に結果が伝達され、車両制御装置からの指令に基づいてコンタクタ９が制御され、高圧の第１直流電源１１とインバータ３０とが電気的に接続される。
【００３８】
この動作チェックの際には、フェールセーフ制御部４の動作チェック、つまり、フェールセーフ信号ＦＳが生成されて、スイッチング素子３の制御端子に提供されることが確認されていることが好ましい。しかし、制御部１が動作チェックを行うため、当然ながら第２直流電源１２から制御部１へ供給される電圧は下限電圧以上であり、フェール信号ＦＡＩＬは非有効状態であるからフェールセーフ制御部４は起動されない。また、フェールセーフ制御部４は、インバータ３０の直流側から電力を供給されるが、第１直流電源１１とインバータ３０とが接続されていないため、フェールセーフ制御部４には電力が供給されていない。このため、上述した動作チェックの際に、フェールセーフ制御部４の動作チェックを行うことができない。
【００３９】
そこで、本実施形態では、インバータ制御装置１０は、さらに、コンタクタ９が第１直流電源１１とインバータ３０との電気的接続を遮断している状態で、予め規定された検査用電圧ＶＴを有する電力をフェールセーフ制御部４の電力源として供給する第３直流電源１３を備える。また、制御部１は、コンタクタ９が第１直流電源１１とインバータ３０との電気的接続を遮断しており、第２直流電源１２から制御部１へ下限電圧以上の電圧が供給されている状態において、フェールセーフ制御部４を起動してフェールセーフ信号ＦＳを生成させる。そして、インバータ制御装置１０は、さらに、フェールセーフ信号ＦＳの電圧（Ｖｇ）を検出する電圧検出部５を備え、制御部１は、電圧検出部５により検出されたフェールセーフ信号ＦＳの電圧（Ｖｇ）に基づいて、フェールセーフ制御部４が正常に動作するか否かを判定する。このように、フェールセーフ制御部４を起動してフェールセーフ信号ＦＳを生成させ、フェールセーフ信号ＦＳの電圧に基づいて、フェールセーフ制御部４が正常に動作するか否かを判定する制御を「検査制御」と称する。この「検査制御」は、制御部１により実行される。
【００４０】
第３直流電源１３は、図２に示すように、駆動電源回路７において、上段用の電源回路（７１〜７３）及び下段用の電源回路（７４〜７６）と同様の構成のフローティング電源として構成されている。そして、インバータ制御装置１０には、検査用電圧ＶＴ（例えば１５〜２０［Ｖ］）をフェールセーフ制御部４に供給するための検査用電圧供給部６も形成されている。図３に示すように、検査用電圧供給部６は、検査用電圧供給スイッチ６１と、保護抵抗６２と、逆流防止用ダイオード６３との直列回路によって構成されている。この直列回路の一端は、第３直流電源１３に接続され、他端はインバータ３０のアーム３Ａにおいて上段側スイッチング素子３Ｈと下段側スイッチング素子３Ｌとの接続ノード３Ｎに接続されている。
【００４１】
後述するように、制御部１の制御によって検査用電圧供給スイッチ６１がオン状態となると、第３直流電源１３からの検査用電圧ＶＴが、保護抵抗６２及び逆流防止用ダイオード６３を介して接続ノード３Ｎに印加される（逆流防止用ダイオード６３の順方向電圧に相当する分の電圧降下はある）。検査用電圧ＶＴは、上段側スイッチング素子３Ｈのフリーホイールダイオード３Ｄを介して、直流リンクコンデンサ５０を充電すると共に、インバータ３０の正極Ｐの電位を検査用電圧ＶＴまで上昇させる。これにより、フェールセーフ制御部４には、検査用電圧ＶＴが印加される。
【００４２】
検査制御では、制御部１は、検査信号ＴＥＳＴを出力する。有効状態の検査信号ＴＥＳＴは、第２絶縁素子２２を介して検査用電圧供給スイッチ６１をオン状態に遷移させる。また、有効状態の検査信号ＴＥＳＴは、フェール信号ＦＡＩＬが有効状態か非有効状態かに拘わらず、フェールセーフ制御部４を起動する。図３には、フェール信号ＦＡＩＬと検査信号ＴＥＳＴとが２入力ＯＲゲート５２に入力され、その出力がフェールスイッチ４３を制御する形態を例示している。２入力ＯＲゲート５２は、フェール信号ＦＡＩＬと検査信号ＴＥＳＴとの少なくとも一方が有効状態の場合に、有効状態の信号を出力して、フェールセーフ制御部４を起動する。尚、２入力ＯＲゲート５２及びフェールスイッチ４３は機能を示しており、正論理／負論理を含めてこれらの構成を限定するものではない。即ち、２入力ＯＲゲート５２は、検査信号ＴＥＳＴが非有効状態の場合には、フェール信号ＦＡＩＬをそのまま通過させ、検査信号ＴＥＳＴが有効状態の場合には、フェール信号ＦＡＩＬが有効状態か非有効状態かに拘わらず、フェール信号ＦＡＩＬが有効状態の場合と同じ信号を出力する。
【００４３】
上述したように、インバータ３０の正極Ｐの電位は、検査用電圧ＶＴまで上昇しており、フェールセーフ制御部４には検査用電圧ＶＴが印加される。従って、フェールセーフ制御部４は、上述したように、フェールセーフ信号ＦＳを出力する。上述したように、インバータ制御装置１０は、フェールセーフ信号ＦＳの電圧（Ｖｇ）を検出する電圧検出部５を備えている。電圧検出部５は、Ａ／Ｄコンバータ５１（アナログデジタル変換器）と第３絶縁素子２３とを含む。Ａ／Ｄコンバータ５１は、フェールセーフ制御の対象となるスイッチング素子３（ここでは下段側スイッチング素子３Ｌ）の制御端子の電圧（Ｖｇ＝フェールセーフ信号ＦＳの電圧）をデジタル値に変換する。このデジタル値は、第３絶縁素子２３を介して制御部１に入力される。制御部１は、このデジタル値（電圧（Ｖｇ））に基づいてフェールセーフ制御部４が正常に動作するか否かを判定する。
【００４４】
ところで、この検査制御が実行される際、第２直流電源１２から制御部１へ供給される電圧は下限電圧以上である。従って、制御部１はスイッチング制御信号Ｓを生成可能であり、ドライブ回路２にも駆動電源回路７から電力が供給可能である。従って、制御部１は、検査制御において、フェールセーフ信号ＦＳが入力されるスイッチング素子３へのスイッチング制御信号Ｓを遮断又はハイインピーダンス状態とすると好適である。例えば、ドライブ回路２が駆動信号ＳＶの出力を遮断或いはハイインピーダンスとすることが可能な機能を有する場合には、図３に示すように、検査信号ＴＥＳＴをドライブ回路２に入力し、ドライブ回路２によってスイッチング制御信号Ｓを遮断又はハイインピーダンス状態にさせると好適である。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、低圧の第２直流電源１２から制御部１への電力の供給が途絶えた場合に起動されるフェールセーフ機能が正常に動作するか否かを、高圧の第１直流電源１１が接続されていない状態で判定することができる。例えば、直流リンクコンデンサ５０が放電して端子間電圧がほぼゼロとなる程度の時間以上車両が停止し、コンタクタ９が、第１直流電源１１とインバータ３０との電気的接続を遮断している状態から、電気的に接続する状態となる前に、制御部１は検査制御を実行することができる。
【００４６】
〔その他の実施形態〕
以下、その他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００４７】
（１）上記においては、第３直流電源１３からの検査用電圧ＶＴが、アーム３Ａにおいて上段側スイッチング素子３Ｈ及び下段側スイッチング素子３Ｌとの接続ノード３Ｎに印加される形態を例示して説明した。しかし、その他の箇所、例えば、正極Ｐ（直流リンクコンデンサ５０の正極Ｐの側も含む）に検査用電圧ＶＴが印加されてもよい。
【００４８】
（２）上記においては、同一の検査信号ＴＥＳＴが、フェールセーフ制御部４の起動、検査用電圧供給スイッチ６１の制御、ドライブ回路２からの駆動信号ＳＶの出力の制御を行う形態を例示した。しかし、これら３つが全て別の信号により制御されてもよいし、２つが同じ信号により制御され他の１つが別の信号により制御される形態であってもよい。例えば、これらの３つの一部が正論理により制御され、他が負論理により制御される場合には、制御部１から正論理の検査信号ＴＥＳＴと負論理の検査信号（ｎ＿ＴＥＳＴ）とを個別に出力してもよい。
【００４９】
（３）上記においては、検査制御においてフェールセーフ信号ＦＳが入力されるスイッチング素子３へのスイッチング制御信号Ｓが、遮断又はハイインピーダンス状態とされる形態を例示した。しかし、当該スイッチング制御信号Ｓが、遮断又はハイインピーダンス状態とされる形態に限定されるものではない。例えば、ドライブ回路２からの駆動信号ＳＶの出力部が、ワイヤードオア接続が可能な形態（オープンドレインやオープンコレクタなど）であり、検査制御の際には制御部１がスイッチング制御信号Ｓを非有効状態で出力する形態であってもよい。
【００５０】
〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明したインバータ制御装置（１０）の概要について簡単に説明する。
【００５１】
１つの態様として、インバータ制御装置（１０）は、直流の正極（Ｐ）の側に接続された上段側スイッチング素子（３Ｈ）と直流の負極（Ｎ）の側に接続された下段側スイッチング素子（３Ｌ）とが直列接続されたアーム（３Ａ）を少なくとも１つ備えて直流と交流との間で電力を変換するインバータ（３０）であって、電気的接続を遮断可能なコンタクタ（９）を介して第１直流電源（１１）と接続された前記インバータ（３０）を制御対象とするインバータ制御装置（１０）であって、前記第１直流電源（１１）よりも低電圧の第２直流電源（１２）に接続されて、前記上段側スイッチング素子（３Ｈ）及び前記下段側スイッチング素子（３Ｌ）をスイッチング制御するスイッチング制御信号（Ｓ）を生成する制御部（１）と、前記第２直流電源（１２）から前記制御部（１）へ供給される電圧（Ｂ）が予め規定された下限電圧未満となった場合に起動され、前記インバータ（３０）の直流側の電力を電力源として前記アーム（３Ａ）の何れか一方のスイッチング素子（３）をオン状態に遷移させるフェールセーフ信号（ＦＳ）を生成するフェールセーフ制御部（４）と、前記コンタクタ（９）が前記第１直流電源（１１）と前記インバータ（３０）との電気的接続を遮断している状態で、予め規定された検査用電圧（ＶＴ）を有する電力を前記フェールセーフ制御部（４）の電力源として供給する第３直流電源（１３）と、前記フェールセーフ信号（ＦＳ）の電圧（Ｖｇ）を検出する電圧検出部（５）と、を備え、前記制御部（１）は、前記コンタクタ（９）が前記第１直流電源（１１）と前記インバータ（３０）との電気的接続を遮断しており、前記第２直流電源（１２）から前記制御部（１）へ前記下限電圧以上の電圧が供給されている状態において、前記フェールセーフ制御部（４）を起動して前記フェールセーフ信号（ＦＳ）を生成させ、前記電圧検出部（５）により検出された前記フェールセーフ信号（ＦＳ）の電圧に基づいて、前記フェールセーフ制御部（４）が正常に動作するか否かを判定する検査制御を実行する。
【００５２】
フェールセーフ制御部（４）は、インバータ（３０）の直流側の電力を電力源としてフェールセーフ信号（ＦＳ）を生成するため、コンタクタ（９）が第１直流電源（１１）とインバータ（３０）との電気的接続を遮断している状態では、フェールセーフ信号（ＦＳ）を生成することは困難である。また、フェールセーフ制御部（４）は、第２直流電源（１２）から制御部（１）へ供給される電圧が下限電圧未満となった場合に起動され、フェールセーフ信号（ＦＳ）を生成するため、第２直流電源（１２）から制御部（１）へ電力が供給されて制御部（１）が動作している状態では起動されず、フェールセーフ信号（ＦＳ）を生成することができない。しかし、本構成によれば、第３直流電源（１３）から検査用電圧（ＶＴ）を有する電力がフェールセーフ制御部（４）の電力源として供給される。また、制御部（１）は、第２直流電源（１２）から制御部（１）へ下限電圧以上の電圧が供給されている状態において、フェールセーフ制御部（４）を起動する。また、電圧検出部（５）がフェールセーフ信号（ＦＳ）の電圧（Ｖｇ）を検出するので、制御部（１）は当該電圧（Ｖｇ）に基づいて適切にフェールセーフ制御部（４）が正常に動作するか否かを判定することができる。このように、本構成によれば、低圧の直流電源から制御装置への電力の供給が途絶えた場合に、高圧の直流電源が接続される回路からの電力を利用するフェールセーフ機能が正常に動作するか否かを、高圧の直流電源が接続されていない状態で判定することができる。
【００５３】
ここで、前記制御部（１）は、前記検査制御において、前記フェールセーフ制御部（４）の起動に連動させて、前記第３直流電源（１３）から前記フェールセーフ制御部（４）へ電力を供給させると好適である。
【００５４】
上述したように、コンタクタ（９）が第１直流電源（１１）とインバータ（３０）との電気的接続を遮断している状態では、フェールセーフ制御部（４）を動作させる電力が供給されず、また、当該電力が供給されていても、第２直流電源（１２）から制御部（１）へ下限電圧以上の電圧が供給されている状態では、フェールセーフ制御部（４）は起動しない。つまり、フェールセーフ制御部（４）にフェールセーフ信号（ＦＳ）を生成させるためには、フェールセーフ制御部（４）を動作させる電力を供給すると共に、フェールセーフ制御部（４）を起動する必要がある。本構成によれば、フェールセーフ制御部（４）の起動と、第３直流電源（１３）からフェールセーフ制御部（４）への電力の供給とが連動されるので、適切にフェールセーフ信号（ＦＳ）を生成させることができる。
【００５５】
また、それぞれの前記スイッチング素子（３）は、負極（Ｎ）から正極（Ｐ）に向かう方向を順方向として、それぞれの前記スイッチング素子（３）に並列接続されたフリーホイールダイオード（３Ｄ）を備え、前記第３直流電源（１３）からの前記検査用電圧（ＶＴ）は、前記アーム（３Ａ）において前記上段側スイッチング素子（３Ｈ）と前記下段側スイッチング素子（３Ｌ）との接続ノード（３Ｎ）に印加されると好適である。
【００５６】
検査用電圧（ＶＴ）は、接続ノード（３Ｎ）から上段側スイッチング素子（３Ｈ）のフリーホイールダイオード（３Ｄ）を介して、インバータ（３０）の直流の正極（Ｐ）からフェールセーフ制御部（４）に印加される。従って、検査用電圧（ＶＴ）が接続ノード（３Ｎ）に印加されることで、適切にフェールセーフ制御部（４）に検査用電力を供給することができる。
【００５７】
また、前記制御部（１）は、前記検査制御において、前記フェールセーフ信号（ＦＳ）が入力される前記スイッチング素子（３）への前記スイッチング制御信号（Ｓ）を遮断又はハイインピーダンス状態とすると好適である。
【００５８】
検査制御が実行される際、第２直流電源（１２）から制御部（１）へ供給される電圧は下限電圧以上である。従って、制御部（１）は、スイッチング制御信号（Ｓ）を生成可能であり、フェールセーフ信号（ＦＳ）とスイッチング制御信号（Ｓ）とが、スイッチング素子（３）の制御端子において競合する可能性がある。本構成によれば、検査制御において、スイッチング制御信号（Ｓ）が遮断される、或いはハイインピーダンス状態とされるので、そのような競合を防止して、適切にフェールセーフ機能が正常に動作するか否かを判定することができる。
【００５９】
また、前記コンタクタ（９）が、前記第１直流電源（１１）と前記インバータ（３０）との電気的接続を遮断している状態から、電気的に接続する状態となる前に、前記制御部（１）は、前記検査制御を実行すると好適である。
【００６０】
インバータ（３０）を停止した後、次にインバータ（３０）を起動するまでの間に、フェールセーフ制御部（４）等に異常が生じる可能性がある。このようにフェールセーフ制御部（４）等に異常が生じている状態で、コンタクタ（９）が第１直流電源（１１）とインバータ（３０）とを電気的に接続すると、インバータ（３０）の故障等の要因となる可能性がある。従って、より好ましくは、本構成のように、コンタクタ（９）が、第１直流電源（１１）とインバータ（３０）との電気的接続を遮断している状態から、電気的に接続する状態となる前に、検査制御が実行されると好適である。本構成によれば、コンタクタ（９）が第１直流電源（１１）とインバータ（３０）との電気的接続を遮断している状態においても、適切にフェールセーフ制御部（４）の検査を行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１            ：制御部
３            ：スイッチング素子
３Ａ          ：アーム
３Ｄ          ：フリーホイールダイオード
３Ｈ          ：上段側スイッチング素子
３Ｌ          ：下段側スイッチング素子
３Ｎ          ：接続ノード
４            ：フェールセーフ制御部
５            ：電圧検出部
９            ：コンタクタ
１０          ：インバータ制御装置
１１          ：第１直流電源
１２          ：第２直流電源
１３          ：第３直流電源
３０          ：インバータ
Ｎ            ：負極
Ｐ            ：正極
Ｓ            ：スイッチング制御信号
ＳＶ          ：駆動信号（スイッチング制御信号）
ＶＴ          ：検査用電圧
Ｖｇ          ：フェールセーフ信号の電圧
【図１】
2020202696.tif 000003
【図２】
2020202696.tif 000004
【図３】
2020202696.tif 000005