(57)【要約】【課題】変換回路から出力された高電圧に異常があっても、変換回路の作動状態を監視することが可能な回路制御装置を提供する。【解決手段】高圧領域Ｈと低圧領域Ｌとは、互いに絶縁されているが、トランス５０で接続されている。トランス５０は、低圧領域Ｌに存在する低圧電源７０から供給される低電圧を変換して、高圧領域Ｈに存在する高圧側マイコン４０に供給する高電圧を発生させる。低圧側マイコンは、低圧領域Ｌに存在し、トランス５０の作動状態を監視する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに絶縁された高圧領域及び低圧領域と、前記高圧領域と前記低圧領域とを接続する絶縁素子とを備えた回路制御装置であって、
前記低圧領域に存在する低圧電源から供給される低電圧を変換して、前記高圧領域に存在する回路に供給する高電圧を発生させる変換回路と、
前記低圧領域に存在し、前記変換回路の作動状態を監視する監視手段とを備えることを特徴とする回路制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２輪又は４輪のハイブリッド車両、燃料電池車両、電動車両などには、車両駆動用のモータが搭載されている。このモータは、高圧電源から供給される高電圧で作動する高圧側回路で制御され、補機などは、低圧電源から供給される低電圧で作動する低圧側回路で制御される。これら低圧側回路と高圧側回路とは絶縁する必要がある。
【０００３】
ところで、低圧電源の出力を高電圧に変換させて、高圧側回路を作動させることがある。例えば、特許文献１には、モータの制御回路及び駆動回路に対して低圧電源の出力を高電圧に変換して供給する絶縁トランス電源を設けることが開示されている。
【０００４】
しかし、低圧側回路の制御部（低圧側マイコン）と高圧側回路の制御部（高圧側マイコン）とは、絶縁素子を介して信号伝達を行うので、低圧電源の出力から変換された高電圧に異常があると、絶縁素子などの誤作動によって誤伝達が発生するおそれがある。そのため、低圧電源の出力から変換された高電圧に異常がないか否かを監視する必要がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献２には、絶縁素子であるアイソレータの電圧異常を検出する技術が開示されている。この技術では、アイソレータの両側に電圧監視回路をそれぞれ設け、これら電圧監視回路の間に絶縁素子であるフォトカプラを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７５９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、引用文献２に開示された技術では、高圧側の異常を検出する電圧監視回路は、高圧側に設けられ、低圧電源の出力を変換させた高電圧で作動する。よって、この変換された高電圧に異常がある場合には、高圧側の異常を検出することができないおそれがある。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、変換回路から出力された高電圧に異常があっても、変換回路の作動状態を監視することが可能な回路制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回路制御装置は、互いに絶縁された高圧領域及び低圧領域と、前記高圧領域と前記低圧領域とを接続する絶縁素子とを備えた回路制御装置であって、前記低圧領域に存在する低圧電源から供給される低電圧を変換して、前記高圧領域に存在する回路に供給する高電圧を発生させる変換回路と、前記低圧領域に存在し、前記変換回路の作動状態を監視する監視手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、変換回路の作動状態を監視する監視手段は低圧領域に存在し、低圧電源から供給される低電圧で作動する。そのため、変換回路から出力された高電圧に異常があっても、監視手段は変換回路の作動状態を監視することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインバータシステムの全体構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るインバータシステムの全体構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係る回路制御装置を含むインバータシステム１００について図面を参照して説明する。インバータシステム１００は、例えば、２輪又は４輪のハイブリッド車両、燃料電池車両、電動車両などに搭載される。
【００１３】
図１に示すように、インバータシステム１００は、モータ１０、高圧電源（高圧バッテリ）２０、ＰＤＵ（パワードライブユニット）３０、高圧側マイコン（下位マイコン）４０、トランス５０、コントロールＩＣ６０、低圧電源（低圧バッテリ）７０、低圧側マイコン（上位マイコン）８０などを備えている。ＰＤＵ３０、高圧側マイコン４０、トランス５０、及びコントロールＩＣ６０は、基板９０に搭載されている。
【００１４】
ＰＤＵ３０及び高圧側マイコン４０は、一点鎖線で示す絶縁境界よりも高圧側の領域（以下、高圧領域という）Ｈに配置され、高圧電源２０により駆動される。コントロールＩＣ６０及び低圧側マイコン８０は、絶縁境界よりも低圧側の領域（以下、低圧領域という）Ｌに配置され、低圧電源７０により駆動される。
【００１５】
高圧領域Ｈと低圧領域Ｌとは互いに絶縁されているが、高圧領域Ｈに存在する高圧側マイコン４０は、トランス５０を介して、低圧領域Ｌに存在するコントロールＩＣ６０に接続されている。このように、トランス５０は、高圧領域Ｈと低圧領域Ｌとを接続しており、本発明の絶縁素子に相当する。
【００１６】
高圧電源２０は、車両電動走行時の動力源として用いられる高圧の直流電源であり、平滑回路３１を介してＰＤＵ３０に接続されている。低圧電源７０は、車両補機の動力源として用いられる低圧の直流電源であり、トランス５０、コントロールＩＣ６０、及び低圧側マイコン８０に接続されている。
【００１７】
モータ１０は、詳細は図示しないが、例えば３相のブラシレスＤＣモータであって、複数の永久磁石を有するロータと、このロータを回転させる回転磁界を発生する複数相（例えば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相）のステータとを備えている。
【００１８】
ＰＤＵ３０は、詳細は図示しないが、ＩＧＢＴなどの半導体デバイスとダイオードとからなる複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるブリッジ回路と、平滑コンデンサとから構成され、パルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）を行うＰＷＭインバータを備えている。
【００１９】
ＰＤＵ３０は、ＰＭＷ信号生成回路３２から出力される制御信号（ゲート信号）を受けてモータ１０の駆動、回生作動を行う。
【００２０】
ＰＤＵ３０は、例えばモータ１０の駆動時に、制御信号に基づき、ＰＷＭインバータの各トランジスタのオン・オフ状態を切り替えることによって、高圧電源２０から供給される直流電力を３相交流電力に変換する正弦波変調のＰＷＭ通電により、交流の電流をモータ１０に通電する。
【００２１】
また、ＰＤＵ３０は、例えばモータ１０の回生作動時などにおいて高圧電源２０を充電する際には、モータ１０の回転角度の出力波形に同期させた制御信号に応じてＰＷＭインバータの各トランジスタをオン・オフ駆動させ、モータ１０から出力される３相交流電力を直流電力に変換し、高圧電源２０に出力する。
【００２２】
ＰＭＷ信号生成回路３２は、３相電圧から、ＰＤＵ３０を構成するスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ）をＰＷＭ制御によりオン・オフするための制御信号（ＰＭＷ信号）を生成する。
【００２３】
高圧側マイコン４０は、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流制御を行う。高圧側マイコン４０は、Ｉｄ指令及びＩｑ指令に基づいて各相交流電圧指令値を算出してＰＭＷ信号生成回路３２に出力する。高圧側マイコン４０は、具体的には、実際にＰＤＵ３０からモータ１０に供給される各相電流をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、Ｉｄ指令及びＩｑ指令との各偏差がゼロとなるように制御を行う。なお、モータ１０の制御は、電圧制御であってもよい。
【００２４】
トランス５０は、例えば他励式（フライバック式）トランスであり、トランス５０の１次側（低圧側）に入力された入力電圧を所定の高い電圧レベルの出力電圧に変換して、２次側（高圧側）に整流回路４１を介して接続された高圧側マイコン４０に供給する。なお、トランス５０は、自励式であってもよい。
【００２５】
このように、トランス５０は、高圧領域に存在する高圧側マイコン４０などを作動させるために、低圧電源７０から供給される低電圧を高電圧に変換するものであり、本発明の変換回路に相当する。
【００２６】
トランス５０の１次側には、電流をオン・オフするスイッチング回路６１が接続されている。スイッチング回路６１は、パワーＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子などから構成されている。
【００２７】
コントロールＩＣ６０は、スイッチング回路６１に駆動信号（ゲート信号）を供給して、スイッチング回路６１のスイッチング動作を制御する。コントロールＩＣ６０は、例えば、入力電圧に応じたデューティ比でスイッチング回路６１をオン・オフするＰＷＭ制御によってスイッチング動作を制御し、トランス５０の２次側に所定の出力電圧を生成する。
【００２８】
スイッチング回路６１のスイッチング動作に伴いトランス５０の１次側に電流変化が生じ、この電流変化に伴って２次側に起電力が誘起され、整流回路４１を介して高圧側マイコン４０に出力電圧が供給される。
【００２９】
また、インバータシステム１００は、高圧側マイコン４０に供給される出力電圧をフィードバック制御するための構成を低圧領域Ｌに備えている。具体的には、、出力電圧に応じた電圧レベルのフィードバック信号を出力するフィードバック電圧回路９１が低圧領域Ｌに設けられている。
【００３０】
フィードバック電圧回路９１は、出力電圧の電圧レベルに相当した電圧（フィードバック電圧）のフィードバック信号を出力する。トランス５０の２次側の電流変化によって誘起された起電力が整流回路９２で平滑化、直流化されて、フィードバック電圧回路９１に入力される。
【００３１】
さらに、低圧領域Ｌには、フィードバック調整回路９３、エラー電圧調整回路９４、周波数調整回路９５、ソフトスタート回路９６、及び起動電圧調整回路９７が設けられている。フィードバック調整回路９３及びエラー電圧調整回路９４には、フィードバック電圧回路９１からのフィードバック信号が入力される。
【００３２】
フィードバック調整回路９３は、出力電圧が一定の電圧レベルに保たれるように、フィードバック信号に基づいてＰＷＭ制御のデューティ比の調整値を算出し、コントロールＩＣ６０に出力する。コントロールＩＣ６０が、フィードバック調整回路９３の調整値に基づいてＰＷＭ制御のデューティ比を動的に可変することによって、１次側での入力電圧の変動や２次側での負荷変動が生じても、出力電圧を一定に保持することができる。
【００３３】
エラー電圧調整回路９４は、出力電圧の電圧レベルが所定の範囲内であるか否かを検出して、検出信号をコントロールＩＣ６０に出力する。出力電圧の電圧レベルが所定の範囲内を超えた場合、コントロールＩＣ６０は、スイッチング回路６１のスイッチング動作を停止させる。
【００３４】
周波数調整回路９５は、ＰＷＭ制御に用いる駆動信号のクロック信号を生成すると共に、当該クロック信号のパルス周波数を調整してコントロールＩＣ６０に出力する。
【００３５】
ソフトスタート回路９６は、始動時の突入電流を防止するために、コントロールＩＣ６０によるフィードバック制御により出力電圧が安定化するまでの間、スイッチング回路６１への駆動信号のパルス幅を少しずつ拡げるように、出力電圧を略直線的に傾斜上昇させて、ソフトスタートさせるように、コントロールＩＣ６０を制御する。
【００３６】
起動電圧調整回路９７は、入力電圧の入力時にコントロールＩＣ６０が動作を開始する起動電圧を調整する。すなわち、スイッチング回路６１の駆動信号の電圧範囲には、スイッチング回路６１が動作可能であるがオン抵抗が高く損失が増大する領域が存在する。起動電圧調整回路９７は、入力電圧が、このような領域にある場合は、コントロールＩＣ６０が動作しないように起動電圧を調整し、この電圧範囲でのスイッチング回路６１の駆動を抑制する。
【００３７】
以上のように構成されたインバータシステム１００において、低圧側マイコン８０がトランス５０の作動状態を監視する。具体的には、低圧側マイコン８０は、トランス５０への駆動信号、すなわち、コントロールＩＣ６０からスイッチング回路６１に供給される駆動信号を監視することによって、トランス５０の作動状態を監視する。低圧側マイコン８０は、本発明の監視手段に相当する。
【００３８】
トランス５０に異常な駆動信号が入力されていれば、トランス５０は異常作動しているとみなすことができる。一方、トランス５０に正常な駆動信号が入力されていれば、トランス５０は正常に作動していると考えることが可能である。よって、低圧側マイコン８０がトランス５０への駆動信号を監視することによって、トランス５０が正常に作動しているか否かを検知することができる。
【００３９】
インバータシステム１００において、低圧側マイコン８０は、低圧電源７０から供給される低電圧で作動するので、トランス５０から出力された高電圧に異常があっても、トランス５０の作動状態を正常に監視することができる。
【００４０】
また、上記引用文献２に開示されたように絶縁素子などの追加部品を設けることなく、トランス５０で出力される高電圧に異常がないか否かを監視することが可能となる。よって、コストや部品点数の増加を抑制することができる。なお、絶縁増幅器（アイソレーションアンプ）などを用いれば、トランス５０から出力された高電圧を検出して低電圧側で監視することも可能であるが、このような絶縁増幅器は高価であるため大幅なコストアップとなり、部品点数も増加する。
【００４１】
さらに、トランス５０への駆動信号を監視しているので、トランス５０で実際に異常な高電圧を出力する前に、予め異常を検知することができる。よって、異常発生前にトランス５０を作動停止することが可能となる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る回路制御装置を含むインバータシステム２００について図面を参照して説明する。図２に示すように、このインバータシステム２００は、増幅器１０１が追加されていることを除いては、上述したインバータシステム１００と同様であるので、相違点に関してのみ説明する。
【００４３】
増幅器１０１は、低圧領域Ｌに設けられ、フィードバック電圧回路９１から出力されたフィードバック信号の電圧値が低圧側マイコン８０に許容される所定の電圧範囲に納まるように調整する。なお、増幅器１０１は、絶縁型ではない。
【００４４】
以上のように構成されたインバータシステム２００においても、低圧側マイコン８０は、トランス５０の作動状態を監視する。具体的には、低圧側マイコン８０は、トランス５０への駆動信号、すなわち、コントロールＩＣ６０からスイッチング回路６１に供給される駆動信号を監視すると共に、フィードバック信号を監視することによって、トランス５０の作動状態を監視する。
【００４５】
上述したインバータシステム１００においては、トランス５０又はスイッチング回路６１が短絡などで故障していた場合には、トランス５０で出力される高電圧に異常があっても、検出することができない場合がある。
【００４６】
ところで、コントロールＩＣ６０は、上述したように、トランス５０からの出力電圧の電圧レベルに応じてフィードバック電圧回路９１が出力するフィードバック信号を用いて、出力側の負荷が変動しても出力電圧を一定に保持するように制御している。しかし、トランス５０又はスイッチング回路６１の故障などによって過負荷になると、スイッチング回路６１のデューティ比を最大にしても、トランス５０から所定の出力電圧を出力させることができず、フィードバック信号の電圧値が低下する。
【００４７】
そこで、インバータシステム２００においては、フィードバック信号も監視することによって、トランス５０が発生させた電圧に異常があったか否かを検知している。異常な電圧値のフィードバック信号が検知されれば、トランス５０で出力される高電圧に異常があったとみなすことができる。
【００４８】
インバータシステム２００においても、上述したインバータシステム１００と同様に、低圧側マイコン８０は、低圧電源７０から供給される低電圧で作動するので、トランス５０から出力された高電圧に異常があっても、トランス５０の作動状態を正常に監視することができる。
【００４９】
また、上記引用文献２に開示されたように絶縁素子などの高価な追加部品を設けることなく、絶縁型でない安価な増幅器１０１を追加しただけであるため、少ないコストアップで、トランス５０で出力される高電圧に異常がないか否かを監視することが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１０…モータ、  ２０…高圧電源、  ３０…ＰＤＵ、  ３２…ＰＭＷ信号生成回路、  ４０…高圧側マイコン（回路）、  ５０…トランス（絶縁素子、変換回路）、  ６０…コントロールＩＣ、  ６１…スイッチング回路、  ７０…低圧電源、  ８０…低圧側マイコン（監視手段）、  ９０…基板、  ９１…フィードバック電圧回路、  ９３…フィードバック調整回路、    ９４…エラー電圧調整回路、  ９５…周波数調整回路、  ９６…ソフトスタート回路、  ９７…起動電圧調整回路、  １００，２００…インバータシステム（回路制御装置）、  １０１…増幅器、  Ｈ…高圧領域、  Ｌ…低圧領域。
【図１】
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【図２】
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