(57)【要約】      （修正有）【課題】車両用の改良されたインバータおよびインバータの駆動方法を提供する。【解決手段】複数のハーフブリッジを備えたインバータを制御するための制御ユニット（４）は、リクエスト信号（３８）を受信すると、それぞれがＤＣリンクの電位に接続された第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）がＯＦＦになるように第１信号（４１）を送信し、ＤＣリンクの他の電位に接続された第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）がＯＮになるように第２信号（４５ａ〜４５ｃ）を送信する。制御ユニット（４）は、インバータの測定電気パラメータと所定の閾値との比較を実施し、その比較結果として測定電気パラメータが前記閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、第２信号（４５ａ）により制御される第２スイッチング素子（１４ａ）が所定時間ＯＦＦとなるように第２信号（４５ａ）を送信する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣリンク（３）の電位（１３）に接続された第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）と前記ＤＣリンク（３）の他の電位（１５）に接続された第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジ（１１ａ〜１１ｃ）を備えたインバータ（１）を制御するための制御ユニット（４）であって、
前記制御ユニット（４）は、リクエスト信号（３８）を受信すると前記第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）がＯＦＦになるように前記第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）に第１信号（４１）を送信し、前記リクエスト信号（３８）を受信すると前記第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）がＯＮになるように前記第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）に第２信号（４５ａ〜４５ｃ）を送信し、前記インバータ（１）の測定電気パラメータと所定の閾値との比較を実施し、
前記比較による結果として測定電気パラメータが前記閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、前記第２信号（４５ａ）により制御される前記第２スイッチング素子（１４ａ）が所定時間ＯＦＦとなるように、前記制御ユニット（４）が前記第２信号（４５ａ）を送信するように構成されていることを特徴とする制御ユニット（４）。
【請求項２】
ＤＣリンク（３）の電位（１３）に接続された第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）と前記ＤＣリンク（３）の他の電位（１５）に接続された第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジ（１１ａ〜１１ｃ）を備えたインバータ（１）を制御するための制御ユニット（４）であって、
前記制御ユニット（４）は、リクエスト信号（３８）を受信すると前記第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）がＯＦＦになるように前記第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）に第１信号（４１）を送信し、前記リクエスト信号（３８）を受信すると前記第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）がＯＮになるように前記第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）に第２信号（４５ａ〜４５ｃ）を送信し、前記インバータ（１）の測定電気パラメータと所定の閾値との比較を実施し、
前記比較の結果として測定電気パラメータが前記閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、前記第２信号（４５ａ）により制御される前記第２スイッチング素子（１４ａ）がＯＦＦとなるように、前記制御ユニット（４）が前記第２信号（４５ａ）を送信し、前記他の第２スイッチング素子（１４ｂ、１４ｃ）がＯＮとなるように、前記制御ユニット（４）が前記第２信号（４５ｂ、４５ｃ）を前記第２スイッチング素子（１４ｂ、１４ｃ）に送信するように構成されていることを特徴とする制御ユニット（４）。
【請求項３】
請求項２に記載の制御ユニット（４）であって、前記第２信号（４５ａ）により制御される前記第２スイッチング素子（１４ａ）が所定時間ＯＦＦとなる、制御ユニット（４）。
【請求項４】
請求項１または３に記載の制御ユニット（４）であって、前記第１時間経過後に第２スイッチング素子（１４ａ）が所定の第２時間ＯＮとなるように、前記第２信号（４５ａ）を送信する制御ユニット（４）。
【請求項５】
上記いずれかの請求項に記載の制御ユニット（４）であって、前記測定電気パラメータは前記ＤＣリンク（３）の電圧か電流である、制御ユニット（４）。
【請求項６】
上記いずれかの請求項に記載の制御ユニット（４）であって、個別的に、または複合プログラム可能ロジックユニット、フィールドプログラム可能ゲートアレイ、マイクロコントローラのいずれかにより実現されて、前記スイッチング基準を評価するとともに、制御部（２８）に送信され前記測定電気パラメータを示す低電圧アナログ信号（３２）に基づいて前記比較を行うように構成された前記制御部（２８）を備える制御ユニット（４）。
【請求項７】
上記いずれかの請求項に記載の制御ユニット（４）であって、前記測定電気パラメータと前記閾値との第２の比較を行う制御ユニット（４）。
【請求項８】
請求項６または７に記載の制御ユニット（４）であって、前記第２の比較を行うためのコンパレータ部（３０）であって、前記制御部（２８）とは別に実現され、前記第２の比較の結果を示すデジタル信号を送信するように構成されたコンパレータ部（３０）を備える制御ユニット（４）。
【請求項９】
請求項７または８に記載の制御ユニット（４）であって、前記スイッチング基準は、前記第２の比較の結果として前記測定電気パラメータが前記閾値に到達するか通過するという追加または代替の条件を含む、制御ユニット（４）。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の制御ユニット（４）であって、前記第２の比較の結果として前記測定電気パラメータが前記閾値に到達するか通過するという条件を含む第２のスイッチング基準を満足するとき、前記他の第２信号（４５ｃ）により制御される他の第２スイッチング素子（１４ｂ、１４ｃ）がＯＦＦとなるように、前記他の第２信号（４５ｃ）を送信するように構成された制御ユニット（４）。
【請求項１１】
上記いずれかの請求項に記載の制御ユニット（４）であって、前記スイッチング基準および／または前記第２のスイッチング基準が、前記制御ユニット（４）および／または前記インバータ（１）の駆動ユニットのための低電圧供給源が存在しないという更なる条件を含む、制御ユニット（４）。
【請求項１２】
上記いずれかの請求項に記載の制御ユニット（４）であって、信号入力ポートで前記リクエスト信号（３８）を受信するとすぐに前記第１信号（４１）を送信し、および／または遅延素子（４３）により前記リクエスト信号（３８）を遅延させた後に前記第２信号（４５ａ〜４５ｃ）を送信するように構成された制御ユニット（４）。
【請求項１３】
車両用のインバータ（１）であって、
ＤＣリンク（３）を形成する平滑コンデンサ（２６）と、
前記ＤＣリンク（３）の電位（１３）に接続された第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）と前記ＤＣリンク（３）の他の電位（１５）に接続された第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジ（１１ａ〜１１ｃ）と、
請求項１から１２のいずれかに記載の制御ユニット（４）と、を備えるインバータ（１）。
【請求項１４】
ＤＣリンク（３）の電位（１３）に接続された第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）と前記ＤＣリンク（３）の他の電位（１５）に接続された第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジ（１１ａ〜１１ｃ）を備えたインバータ（１）を駆動するための方法であって、
リクエスト信号（３８）を受信すると前記第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）がＯＦＦになるように第１信号（４１）が前記第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）に送信され、前記リクエスト信号（３８）を受信すると前記第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）がＯＮになるように第２信号（４５ａ〜４５ｃ）が前記第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）に送信され、前記インバータ（１）の測定電気パラメータと所定の閾値との比較が実施され、
前記比較による結果として測定電気パラメータが前記閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、前記第２信号（４５ａ）により制御される前記第２スイッチング素子（１４ａ）が所定時間ＯＦＦとなるように前記第２信号が送信される、方法。
【請求項１５】
ＤＣリンク（３）の電位（１３）に接続された第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）と前記ＤＣリンク（３）の他の電位（１５）に接続された第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジ（１１ａ〜１１ｃ）を備えたインバータ（１）を駆動するための方法であって、
リクエスト信号（３８）を受信すると前記第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）がＯＦＦになるように第１信号（４１）が前記第１スイッチング素子（１２ａ〜１２ｃ）に送信され、前記リクエスト信号（３８）を受信すると前記第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）がＯＮになるように第２信号（４５ａ〜４５ｃ）が前記第２スイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ）に送信され、前記インバータ（１）の測定電気パラメータと所定の閾値との比較が実施され、
前記比較の結果として測定電気パラメータが前記閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、前記第２信号（４５ａ）により制御される前記第２スイッチング素子（１４ａ）がＯＦＦとなるように、前記第２信号（４５ａ）が送信され、前記他の第２スイッチング素子（１４ｂ、１４ｃ）がＯＮとなるように前記第２信号（４５ｂ、４５ｃ）が前記第２スイッチング素子（１４ｂ、１４ｃ）に送信される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣリンクの電位に接続された第１スイッチング素子とＤＣリンクの他の電位に接続された第２スイッチング素子とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジを備えたインバータを制御するための制御ユニットであって、リクエスト信号を受信すると第１スイッチング素子がＯＦＦになるように第１スイッチング素子に第１信号を送信し、リクエスト信号を受信すると第２スイッチング素子がＯＮになるように第２スイッチング素子に第２信号を送信し、インバータの測定電気パラメータと所定の閾値との比較を実施する制御ユニットに関する。また、本発明は、車両用のインバータおよびインバータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータは、ＤＣリンクに印加されるＤＣ電圧を電気装置のステータ巻線に供給されるＡＣ出力電流に変換するものとして広く知られている。インバータは、通常動作モードにおいてＡＣ出力電流が生成されるようにインバータのスイッチング素子に信号を送信するように構成された制御ユニットを備えている。例えば故障などによるリクエスト信号を受信すると、制御ユニットは故障モードに切り替わる。故障モードにおいて、ＤＣリンクの電位に接続された第１スイッチング素子はＯＦＦとなり、ＤＣリンクの他の電位に接続されたスイッチング素子がＯＮとなることで、ステータ巻線を短絡させる。このようなスイッチング構成は一般にアクティブ短絡と呼ばれる。ところで、多くの電圧制御半導体スイッチング素子はノーマルオフ特性を有している。したがって、制御ユニットやインバータの駆動ユニットへの電源供給が失われると、すべてのスイッチング素子は恒久的にＯＦＦとなる。電源供給が失われたときに制御ユニットや駆動ユニットに供給するために、ＤＣリンクを形成する平滑コンデンサを使用することが知られている。平滑コンデンサが所定の閾値以下まで放電されると、平滑コンデンサを再充電するために電気装置からエネルギが回収されることがある。
【０００３】
このような制御ユニットとして、ＥＰ２４３３８３０Ａ１に多相インバータ用のコントローラが開示されている。このコントローラは、上側スイッチと、下側スイッチと、ＤＣリンクに配置された平滑コンデンサとを備え、車両駆動用の三相同期機械の接続されている。コントローラは、すべての上側スイッチまたはすべての下側スイッチを閉とすることによるアクティブ短絡によって引き起こされるセーフモードの間に同期機械から電気エネルギを回収するようにインバータを制御している。ここで、インバータのすべてのスイッチを開とすることで同期機械はパッシブ発電機動作で作動し、平滑コンデンサはＤＣリンクの電圧の第１閾値まで充電される。車両の電気負荷には平滑コンデンサの電気エネルギが供給される。より高い第２閾値を超えると、ＤＣリンクの電圧により自動的にすべての下側スイッチまたはすべての上側スイッチを閉とすることにより、同期機械の巻線は短絡される。第１閾値を下回ると、閉となっていたスイッチを自動的に開とすることでアクティブ短絡が解除される。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一つの目的は、インバータのための改善された制御ユニットを提供することである。
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、初めに記載されたような制御ユニットが提供される。この制御ユニットは、比較による結果として測定電気パラメータが閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、第２信号により制御される第２スイッチング素子が所定時間ＯＦＦとなるように第２信号を送信するように構成されている。
【０００６】
本発明の第１の態様の制御ユニットによれば、第２スイッチング素子をＯＦＦにしておく時間を導くための測定電気パラメータの第２の比較は不要となる。代わりに、固定された時間が与えられる。このように、迅速なアナログ測定を要する困難な比較を省略して有利である。さらに、制御ユニットの構成も簡素となる。
【０００７】
本発明の第１の態様の制御ユニットは、当該時間を与えるタイミング素子を備えてもよい。最大可能再充電電流と平滑コンデンサの容量を考慮して、平滑コンデンサ充電中に上昇する電圧を制限するように当該時間を選択してもよい。既定の当該時間は３μｓから１０μｓの間から選択してもよい。
【０００８】
制御ユニットは、スイッチング基準を満足するとき、別の第２信号により制御される別の第２スイッチング素子がＯＦＦとなるように、別の第２信号を送信するように構成してもよい。制御ユニットは、スイッチング基準を満足するとき、別の第２スイッチング素子がＯＦＦとなるようにすべての第２信号を送信するように構成してもよい。制御ユニットは、スイッチング基準を満足するとき、他の第２信号により制御される第２スイッチング素子がＯＮとなるように、他の第２信号を送信するように構成してもよい。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、初めに記載されたような制御ユニットが提供される。この制御ユニットは、比較の結果として測定電気パラメータが閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、第２信号により制御される第２スイッチング素子がＯＦＦとなるように第２信号を送信し、別の第２スイッチング素子がＯＮとなるように別の第２信号を送信するように構成されている。
【００１０】
本発明の第２の態様の制御ユニットによれば、自動車の安全上の要求により好ましくないとされる、インバータのセーフパルスオフ動作となる、すべての第２スイッチング素子をＯＦＦにすることを回避する。このような要求はしばしば高回転時の高ブレーキトルクを禁止するが、少なくとも一つの第２スイッチング素子をＯＮにしておくことで、効果的に回避することができる。電気装置のステータ巻線から回収エネルギをインバータにより平滑コンデンサに供給するためには、一つのハーフブリッジのスイッチング素子をＯＦＦにすれば十分であることが確認されている。また、第２信号により制御される第２スイッチング素子を恒久的にＯＦＦにさせる故障が一カ所に発生したとき、部分的アクティブ短絡が採用される。部分的アクティブ短絡でも安全上の要求を満足している。
【００１１】
本発明の第２の態様の制御ユニットは、スイッチング基準を満足するとき、別の第２信号により制御される第２スイッチング素子がＯＮとなるように別の第２信号を送信するように構成してもよい。
【００１２】
さらに、本発明の第２の態様の制御ユニットについて、第２信号により制御される第２スイッチング素子は所定時間ＯＦＦとなってもよい。この場合でも、困難な比較を省略することができる。
【００１３】
好ましくは、閾値はインバータの許容タッチ電圧よりも低く選択される。タッチ電圧は、典型的には６０Ｖに規定される。閾値は典型的には３０Ｖと５０Ｖの間から選択される。好ましくは、制御ユニットはＤＣリンクの電圧がタッチ電圧を超えることを避けるように構成される。ここで、タッチ電圧と閾値電圧の間の範囲は現実的な誤差を許容する十分な広さを有している。典型的には、リクエスト信号は故障発生を示している。リクエスト信号を受信すると、インバータおよび／または制御ユニットは通常モードから故障モードに移行してもよい。リクエスト信号は、制御ユニットにより生成されてもよいし、インバータの別のユニットまたはインバータを備えた車両のコントローラから得られてもよい。インバータの通常動作モードにおいて、制御ユニットは、ＡＣ出力電流を出力するためにスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせるようにパルス信号を出力するように構成された変調部を備えてもよい。ここで、制御ユニットは、リクエスト信号を受信するとパルス信号の出力を禁止するように構成されてもよい。典型的には、インバータは三つ以上のハーフブリッジを備えている。有利には、いずれの発明に関する制御ユニットも極低回転で機能し、高回転時に許容限界より低いブレーキトルクを維持する。
【００１４】
さらに、制御ユニットは、第１所定時間経過後に第２スイッチ素子が所定の第２時間ＯＮとなるように、第２信号を送信してもよい。第２時間もタイミング素子により与えられてもよい。第２時間は、最大電気周波数、すなわちステータ巻線に供給されるＡＣ電流周波数の逆数の三分の一以下としてよい。
好ましくは、測定電気パラメータはＤＣリンクの電圧である。ここで、比較の結果として測定電圧が閾値以下であることが条件である。または、測定電気パラメータは、電流であり、特にハーフブリッジとＤＣリンクの間を流れる電流である。
【００１５】
さらに、個別的に、または複合プログラム可能ロジックユニット（ＣＰＬＤ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラのいずれかにより実現されて、スイッチング基準を評価するとともに、制御部に送信され測定電気パラメータを示す低電圧アナログ信号に基づいて比較を行うように構成された制御部を、制御ユニットが備えることが好ましい。個別的に、またはＣＰＬＤまたはＦＰＧＡで制御部を実現することにより、評価および比較を迅速で安定的に行うことができる。特に、制御ユニットの機能は論理ゲートによって実行される。しかし、自動車の安全上の要求に応じて、上記機能をマイクロコントローラにロードされたソフトウェアにより実行してもよい。
【００１６】
さらに、制御ユニットは、測定電気パラメータと閾値との第２の比較を行うように構成されてもよい。これにより、スイッチング基準の判断における重複性が確保され、インバータをより安定して動作させることができる。特に、自動車安全達成レベル（ＡＳＩＬ）をさらに高めることができる。
【００１７】
制御ユニットは、第２の比較を行うためのコンパレータ部であって、制御部とは別に実現され、第２の比較の結果を示すデジタル信号を送信するように構成されたコンパレータ部を備えてもよい。このようにハードウエア手段を追加することによって、重複性が実現される。好ましくは、コンパレータ部は、例えばデジタル光カプラによって制御部から直流的に絶縁されている。さらに、これらの比較は、異なる測定手段による独立した測定に基づいて実施される。
【００１８】
スイッチング基準は、第２の比較の結果として測定電気パラメータが閾値に到達するか通過する（特に、閾値を下回る）という追加または代替の条件を含んでいてもよい。
【００１９】
また、第２の比較の結果として測定電気パラメータが閾値に到達するか通過する（特に下回る）という条件を含む第２のスイッチング基準を満足するとき、他の第２信号により制御される他の第２スイッチング素子がＯＦＦとなるように、制御ユニットが他の第２信号を送信するように構成されてもよい。言い換えると、上記比較は、それぞれ特定の第２スイッチング素子に割り当てられている。これにより、ある第２スイッチング素子が故障した場合に、少なくとも他の一つの第２スイッチング素子を制御することができる。制御部も第２のスイッチング基準を評価するように構成されていてもよい。
【００２０】
好ましくは、スイッチング基準および／または第２のスイッチング基準が、制御ユニットおよび／またはインバータの駆動ユニットのための低電圧供給源が存在しないという更なる条件を含んでいる。これにより、平滑コンデンサを再充電する必要があるときにのみ、本発明による制御ユニットの制御プロセスが実行されるようにできる。このような必要性は、車両の低電圧バッテリとの接続、特に３０番端子（ＤＩＮ７２５５２による「Ｋｌｅｍｍｅ３０」）との接続が失われたときに生じ得る。
【００２１】
また、制御ユニットは、信号入力ポートでリクエスト信号を受信するとすぐに第１信号を送信し、遅延素子によりリクエスト信号を遅延させた後に第２信号を送信するように構成されてもよい。このような遅延により、リクエスト信号を受信した後、第２スイッチング素子がＯＮとなる前にすべての第１スイッチング素子を確実にＯＦＦにすることができる。このように、ブリッジ短絡を効果的に防止することができる。
【００２２】
インバータの通常動作モードにおいて、制御ユニットは、インバータがＡＣ出力電流を出力するためにスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせるようにパルス信号を出力するように構成された変調部を備えてもよい。ここで、制御ユニットは、リクエスト信号を受信するとパルス信号を禁止するように構成されてもよい。
【００２３】
本発明の第３の態様によれば、車両用のインバータが提供される。このインバータは、ＤＣリンクを形成する平滑コンデンサと、ＤＣリンクの電位に接続された第１スイッチング素子とＤＣリンクの他の電位に接続された第２スイッチング素子とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジと、上記発明の制御ユニットとを備えている。
【００２４】
制御ユニットおよび／またはインバータの駆動部を作動させる電圧を供給するために、ＤＣリンクの電圧を変換するように接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを、インバータが備えてもよい。典型的には、ＤＣ／ＤＣコンバータは、絶縁電源供給の広い範囲内（例えば３０Ｖから５５０Ｖの範囲内）で電圧を供給することができる。結果として、ＤＣ／ＤＣコンバータは、１０ｋｍ／ｈ程度の車両スピードまで、制御ユニットおよび／または駆動ユニットに平滑コンデンサの充分な再充電用として充分に高い回収エネルギを供給することができる。このスピードより低くなると、すべてのスイッチング素子をＯＦＦにしたときにアクティブ短絡時よりもブレーキトルクが低くなってしまう。リクエスト信号を受信したときに閾値よりも高い電圧（特にタッチ電圧）を下回るように平滑コンデンサを放電するように構成された放電部を、インバータが備えていることが好ましい。
【００２５】
本発明の第４の態様によれば、ＤＣリンクの電位に接続された第１スイッチング素子とＤＣリンクの他の電位に接続された第２スイッチング素子とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジを備えたインバータを駆動するための方法が提供される。この方法によれば、リクエスト信号を受信すると第１スイッチング素子がＯＦＦになるように第１信号が第１スイッチング素子に送信され、リクエスト信号を受信すると第２スイッチング素子がＯＮになるように第２信号が第２スイッチング素子に送信され、インバータの測定電気パラメータと所定の閾値との比較が実施され、比較による結果として測定電気パラメータが閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、第２信号により制御される第２スイッチング素子が所定時間ＯＦＦとなるように、第２信号が送信される。
【００２６】
本発明の第５の態様によれば、ＤＣリンクの電位に接続された第１スイッチング素子とＤＣリンクの他の電位に接続された第２スイッチング素子とをそれぞれが有する複数のハーフブリッジを備えたインバータを駆動するための方法が提供される。この方法によれば、リクエスト信号を受信すると第１スイッチング素子がＯＦＦになるように第１信号が第１スイッチング素子に送信され、リクエスト信号を受信すると第２スイッチング素子がＯＮになるように第２信号が第２スイッチング素子に送信され、インバータの測定電気パラメータと所定の閾値との比較が実施され、比較の結果として測定電気パラメータが閾値に到達するか通過するという条件を含むスイッチング基準を満足するとき、第２信号により制御される第２スイッチング素子がＯＦＦとなるように、第２信号が送信され、他の第２スイッチング素子がＯＮとなるように、第２信号が第２スイッチング素子に送信される。
【００２７】
本発明の制御ユニットについてのすべての記述は、本発明のインバータおよび本発明の方法にも同様に適用され、上記効果も同様に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるインバータの回路図である。
【図２】第１実施形態の制御ユニットのブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかるインバータの制御ユニットのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の詳細および効果について説明する。
【００３０】
図１は、第１実施形態のインバータ１の回路図である。インバータ１は、パワーユニット２、ＤＣリンク３、制御ユニット４、供給ユニット５および測定ユニット６を備えている。インバータ１は、接触器８を介してＤＣリンク３に接続された高電圧バッテリ７により供給されたＤＣ電圧を三相ＡＣ出力電流に変換し、電気装置１０のステータ巻線９に接続されたパワーユニット２により供給する。電気装置１０は、電気自動車の永久磁石同期モータである。
【００３１】
パワーユニット１２は３個のハーフブリッジ１１ａ〜１１ｃを備えている。各ハーフブリッジ１１ａ〜１１ｃは、ＤＣリンク３の高電位である第１電位１３に接続された第１スイッチング素子１２ａ〜１２ｃとＤＣリンク３の低電位である第２電位１５に接続された第２スイッチング素子１４ａ〜１４ｃを備えている。各スイッチング素子１２ａ〜１２ｃ、１４ａ〜１４ｃは、並列の接続されたトランジスタ１６とフリーホイールダイオード１７により構成されている。トランジスタ１６は絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。あるいは、トランジスタ１６は金属酸化物半導体電界効果トランジスタとし、ダイオード１７をトランジスタ１６のボディダイオードで構成してもよい。各スイッチング素子１２ａ〜１２ｃ、１４ａ〜１４ｃの制御端子１８は、制御ユニット４から供給された信号を増幅するように構成された駆動素子１９に接続されている。これらの駆動素子１９は、インバータ１の駆動ユニットを構成している。
【００３２】
供給ユニット５は、車両の低電圧バッテリ２０により供給された、例えば１２Ｖの供給電圧を有している。さらに、供給ユニット５は、ＤＣリンク３に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２１を備えている。供給ユニット５は、制御ユニット４さらに駆動ユニットに動作電圧を印加する。ここで、供給ユニット５と駆動ユニットとの間の結線は簡略化のため図示を省略している。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力として、例えば低電圧バッテリ２０の電圧よりも０．５Ｖ低い電圧が印加される。アノード側のＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力および低電圧バッテリ２０と、カソード側の制御ユニット４および駆動ユニットとの間に接続されたダイオード２２、２３により、より高い低電圧バッテリ２０の供給電圧が優位となる。
【００３３】
測定ユニット６は、ＤＣリンク３を構成する平滑コンデンサ２６と並行に接続された第１電圧測定装置２４と第２電圧測定装置２５を備えている。電圧測定装置２４、２５によって測定された電圧は測定電気パラメータとして制御ユニット４に入力される。
【００３４】
図２は、インバータ１の制御ユニット４のブロック図である。制御ユニット４は、変調部２７、制御部２８、アナログ絶縁増幅部２９およびコンパレータ部３０を備えている。
【００３５】
通常すなわち無故障の動作モードのインバータ１がＡＣ出力電流を出力するため、スイッチング素子１２ａ〜１２ｃ、１４ａ〜１４ｃがＯＮ／ＯＦＦされるように、変調部２７はパルス幅変調パルス信号３１を出力するように構成されている。変調部はパルス信号３１を規定するソフトウェアを有するマイクロコントローラによって実現される。パルス信号３１は制御部２８に出力される。変調部２７は、インバータ１の低電圧側の一部をなしている。
【００３６】
アナログ絶縁増幅部２９は、インバータ１の高電圧側の一部をなす第１電圧測定装置２４から生測定信号を受信し、ＤＣリンクの電圧を表すアナログ信号３２を測定電気パラメータとして制御部２８に送信する。アナログ絶縁増幅部２９は、高電圧側と低電圧側の間のインターフェースを形成している。
【００３７】
コンパレータ部３０は、コンパレータ素子３３とデジタル光カプラ３４を備え、高電圧側と低電圧側の間のインターフェースを形成している。コンパレータ素子３３は、第２電圧測定装置２５から第２測定信号を受信し、インバータ１の高電圧側の一部をなしている。
【００３８】
制御部２８は、コンパレータ部３０とは別に個別的に、または複合プログラム可能ロジックデバイスまたはフィールドプログラム可能ゲートアレイにより実現される。制御部はインバータ１の低電圧側の一部をなしている。制御部２８は、パルス信号３１と第２サブ部３７からの信号３６を受信する第１サブ部３５を備えている。さらに、第１サブ部３５は、セーフモードへの移行を要求するリクエスト信号３８を受信する。リクエスト信号３８は、制御ユニット４自身で生成してもよいし、インバータ１の他のユニットや車両のコントローラから受信してもよい。
【００３９】
インバータ１の通常動作モードにおいて、第１サブ部３５のＮＯＴゲート３９はリスエスト信号が受信されていないことを示す論理０入力信号を有する。ＮＯＴゲート３９の出力と第１スイッチング素子１２ａ〜１２ｃを制御するためのパルス信号３１は、各第１スイッチング素子１２ａ〜１２ｃのためのＡＮＤゲート４０に入力される。ここで、簡略化のため、図２においてＡＮＤゲート４０は一つのみ図示されている。リクエスト信号３８が受信されないかぎりＮＯＴゲート３９が論理１信号を出力しているので、各ＡＮＤゲート４０により出力された第１信号４１は各パルス信号３１に対応している。
【００４０】
第２スイッチング素子１４ａを制御するためのパルス信号３１と、遅延素子４３により遅延したリクエスト信号３８とがＯＲゲート４２に入力される。このように、リクエスト信号３８が受信されず遅延素子４３の遅延時間が経過しないかぎり、ＯＲゲート４３はパルス信号３１を出力する。ＯＲゲート４３の出力と信号３６はＡＮＤゲート４４に入力される。後述するように、通常動作モードにおいて、信号３６は論理１となる。したがって、通常動作モードにおいて、ＡＮＤゲート４４から出力された第２信号４５ａは第２スイッチング素子１４ａを制御するためのパルス信号３１に対応している。
【００４１】
第２スイッチング素子１４ｂ、１４ｃを制御するためのパルス信号３１と遅延リクエスト信号はＯＲゲート４６に入力される。このように、リクエスト信号３８が受信されず遅延素子４３の遅延時間が経過しないかぎり、ＯＲゲート４６はパルス信号３１を出力する。したがって、通常動作モードにおいて、第２信号４５ｂ、４５ｃは第２スイッチング素子１４ｂ、１４ｃを制御するためのパルス信号に対応している。
【００４２】
以下において、遅延素子４３とＮＯＴゲート３９に入力される論理１が示すリクエスト信号３８の受領について詳細に説明する。
【００４３】
リクエスト信号３８を受信すると、制御ユニット４は第１スイッチング素子１２ａ〜１２ｃがＯＦＦとなるように第１信号４１を第１スイッチング素子１２ａ〜１２ｃに出力する。そして、論理１がＮＯＴゲート３９に入力されるとＮＯＴゲート３９は論理０を出力しＡＮＤゲート４０も論理０を出力する。第１信号４１により、駆動素子１９は第１スイッチング素子１２ａ〜１２ｃの制御端子に電圧を印加して第１スイッチング素子１２ａ〜１２ｃをＯＦＦにする。
【００４４】
さらに、リクエスト信号３８を受信すると、制御ユニット４は第２スイッチング素子１４ａ〜１４ｃがＯＮとなるように第２信号４５ａ〜４５ｃを第２スイッチング素子１４ａ〜１４ｃに出力する。第２スイッチング素子１４ａについては、遅延時間が経過するとＯＲゲート４２の出力は論理１となる。信号３６は論理１のままなので、ＡＮＤゲート４４の出力は論理１となり、駆動素子１９は第２スイッチング素子１４ａの制御端子１８に電圧を印加して第２スイッチング素子１４ａをＯＮにする。第２スイッチング素子１４ｂ、１４ｃについては、遅延時間が経過するとＯＲゲート４６の出力は論理１となる。ＯＲゲート４６の出力により、駆動素子１９は、第２スイッチング素子１４ｂ、１４ｃの制御端子１８に電圧を印加して第２スイッチング素子１４ｂ、１４ｃをＯＮにする。
【００４５】
スイッチング素子１２ａ〜１２ｃ、１４ａ〜１４ｃの上記構成を採用することにより、電気装置１０のステータ巻線９の短絡におけるセーフモードとしてのフルアクティブ短絡（ＡＳＣ）が実現される。ここで、遅延時間が約４μｓの遅延素子４３によりハーフブリッジ１１ａ〜１１ｃの短絡が防止される。
【００４６】
しかし、スイッチング素子１２ａ〜１２ｃ、１４ａ〜１４ｃは通常ＯＦＦなので、ＡＳＣを維持するためには供給ユニット５による電圧供給が必要となる。したがって、低電圧バッテリ２０から電圧が供給されなくなった場合、ＤＣリンク３の高電圧を有するＤＣ／ＤＣコンバータ２１により非常電圧供給が実現される。しかし、安全対策のため、接触器８はリクエスト信号３８をもたらす同じ理由により開となる。そして、平滑コンデンサ２６が放電すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１はもはや制御ユニット４と駆動ユニットに供給できなくなる。したがって、制御ユニット４は、ステータ巻線９からの回収電圧により平滑コンデンサが周期的に再充電されるようにしている。
【００４７】
平滑コンデンサ２６を再充電するために、スイッチング基準が満足されると、第２スイッチング素子１４ａが所定の第１時間として４μｓＯＦＦになり、第１時間経過後に所定の第２時間として２７０μｓＯＮとなるように、制御ユニット４は第２信号４５ａを送信するように構成されている。
【００４８】
第２スイッチング素子１４ａをＯＦＦにすることにより、ハーフブリッジ１１ａのスイッチング素子１２ａ、１４ａがいずれもＯＦＦになる、この結果、ダイオード１７がステータ巻線９からの回収電圧を整流する整流器として機能する。回収電圧は、平滑コンデンサ２６を再充電するために用いられる。ここで、スイッチング素子１２ａ、１４ａがＯＦＦになっても部分的ＡＳＣがセーフモードとして機能している。
【００４９】
スイッチング基準を評価するために、制御ユニット４、特に制御部２８は、コンパレータ素子４７により電圧の第１の比較を実施し、アナログ絶縁増幅部２９からアナログ信号３２を受信するように構成されている。コンパレータ４７は、アナログ信号３２で示されるＤＣリンク３の電圧と４０Ｖに設定された閾値との第１の比較を実施するように構成されている。そして、コンパレータ部３０のコンパレータ素子３３は第２測定装置２５の測定信号で示されるＤＣリンク３の電圧と閾値との第２の比較を実施する。インバータの高電圧側に実施された第２の比較の結果は、第２サブ部３７に提供される。
【００５０】
スイッチング基準には、第１の比較の結果として電圧が閾値以下であるという第１条件と、第２の比較の結果として電圧が閾値に到達するか通過するという第２条件と、低電圧バッテリ２５による制御ユニット４および駆動ユニットへの低電圧供給がなされていないという第３条件とが含まれている。第３条件をチェックするために、制御ユニット４により生成されるかインバータの他のユニットや車両のコントローラから得られる信号４８が供給される。
【００５１】
スイッチング基準を評価するために、第２サブ部３７は、コンパレータ素子４７の出力およびコンバータ部３０の出力が入力されるＡＮＤゲート４９を備えている。さらに、第２サブ部３７は、ＡＮＤゲート４９の出力および信号４８が入力されるＡＮＤゲート５０を備えている。スイッチング基準が満足されると、ＡＮＤゲート５０は論理１を出力する。
【００５２】
第２スイッチング素子１４ａが第１時間ＯＦＦとなり第２時間ＯＮとなることを確実にするために、第２サブ部３７はタイミング素子５１を備え、タイミング素子５１は第１時間の間は論理１を出力し、引き続き第２時間の間は論理０を出力する。タイミング素子５１の出力はＮＯＴゲート５２に入力され、ＮＯＴゲート５２は信号３６を出力する。このように第１時間の間は、信号３６は論理０であり、第２信号４５ａも論理０となる。その結果、第２スイッチング素子１４ａはＯＦＦとなり、インバータ１は部分的ＡＳＣの状態となる。この状態で平滑コンデンサ２６は再充電される。これに対して、第２時間の間は、信号３６は論理１であり、第２信号４５ａも論理１となる。その結果、第２スイッチング素子１４ａは再びＯＮとなり、インバータは再びフルＡＳＣの状態となる。ここで、平滑コンデンサはＤＣ／ＤＣコンバータ２１により放電される。
【００５３】
オプションとして、制御ユニット４は、ＡＮＤゲート４９の出力を得る診断部５３を備えている。診断部５３は、インバータ１の起動時に平滑コンデンサ２６が初期充電されている間に、ＡＮＤゲート４９の出力が論理０から論理１に変化するかどうか評価するように構成されている。これにより、ＤＣリンク３０の電圧が０Ｖから高電圧バッテリ７の電圧まで上昇するとき、診断部が、測定装置２４、２５、コンパレータ部３０、およびコンバータ素子４７が正しく機能しているかどうかを判断する。この変化が検知されないときは、診断部５３はリクエスト信号３８を出力してフルＡＳＣの状態となる。
【００５４】
第１実施形態に対応するインバータ１の他の実施形態によれば、第２サブ部３７はＡＮＤゲート４９に代えてＯＲゲートを備えている。
【００５５】
上述の実施形態のいずれかに対応するインバータ１の他の実施形態によれば、第２測定装置２５、コンパレータ部３０、およびＡＮＤゲート４９が省略されている。コンパレータ素子４７の出力は、直接ＡＮＤゲート５０に入力され、オプションとして診断部５３に入力される。
【００５６】
上述の実施形態のいずれかに対応するインバータ１の他の実施形態によれば、第１測定装置２４、コンパレータ素子４７、およびＡＮＤゲート４９が省略されている。コンパレータ部３０の出力は、直接ＡＮＤゲート５０に入力され、オプションとして診断部５３に入力される。
【００５７】
図３は、第１実施形態に対応するインバータ１の他の実施形態の制御ユニット４のブロック図である。以下において、第１実施形態との比較による差異について説明する。
【００５８】
図１に示されたＯＲゲート４２とＡＮＤゲート４４に対応するＯＲゲート４２ａとＡＮＤゲート４４ａにより形成される論理により第２スイッチング素子１４ａが制御される。ここで、第２サブ部はＡＮＤゲート４４ａに入力される信号３６ａを出力する。図１と比較すると、第２スイッチング素子１４ｃはＯＲゲート４２ｂとＡＮＤゲート４４ｂにより形成される同様な論理により制御され、第３サブ部３７ｂがＡＮＤゲート４４ｂに入力される信号３６ｂを出力する。
【００５９】
第２サブ部３７ａは、コンパレータ素子４７の出力および信号４８が入力される一つだけのＡＮＤゲート４９ａを備えている。図１のタイミング素子５１に対応するタイミング素子５１ａにはＡＮＤゲート４９ａの出力が入力される。ＮＯＴゲート５２ａにはタイミング素子５１ａの出力が入力され、ＮＯＴゲート５２ａは信号３６ａを第１サブ部３５に出力する。そして、第２サブ部３７ａは、第１スイッチング基準を評価するように構成されている。第１スイッチング基準は、第１の比較の結果として電圧が閾値以下であるという第１条件と、低電圧バッテリ２５による制御ユニット４および駆動ユニットへの低電圧供給がなされていないという第３条件を含んでいる。第１スイッチング基準の評価結果は信号３６ａによって示される。
【００６０】
第２サブ部３７ａに対応して、第３サブ部３７ｂは、ＡＮＤゲート４９ｂと、タイミング素子５１ｂと、ＮＯＴゲート５２ｂを備えている。ここで、ＡＮＤゲート４９ｂには、コンパレータ素子４７の入力に代えて、コンパレータ部３０の出力が入力される。そして、第３サブ部３７ｂは、第２のスイッチング基準を評価するように構成されている。第２のスイッチング基準は、第２の比較の結果として電圧が閾値以下であるという第２条件と第３条件を含んでいる。第２のスイッチング基準の評価結果は信号３６ｂによって示される。
【００６１】
このように、本実施形態のインバータ１によれば、ＤＣリンク３の電圧が閾値以下となったときに、整流器としてのハーフブリッジ１１ａ、１１ｃによって平滑コンデンサ２６が再充電される。
【００６２】
図３に示す実施形態に対応する他の実施形態によれば、タイミング素子５１ａ、５１ｂが省略されて、迅速な制御ループとなる。
【００６３】
上記実施形態に対応する他の実施形態によれば、第１電位１３が低電位であり、第２電位１５が高電位となる。
【００６４】
上記実施形態に対応する他の実施形態によれば、測定装置２４、２５はＤＣリンク３を流れる電流を測定するように構成されている。この場合、電流閾値との比較が行われる。
【００６５】
上記実施形態に対応する他の実施形態によれば、制御部２８はマイクロコントローラにより実現され、論理ゲート、コンパレータ素子４７、タイミング素子５１、５１ａ、５１ｂおよび遅延素子４３はマイクロコントローラにロードされたプログラムの対応するソフトウェアルーチンで実現される。
【図１】
2019103388.tif 000003
【図２】
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【図３】
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