(57)【要約】      （修正有）【課題】電源の逆接続による破壊の状態について、簡単な構成の付加で故障診断に必要な情報を記録することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、ＩＣ４と、三相インバータ回路５と、マイコン２０と、を備える。ＩＣ４には電源回路４１（低ドロップアウト電圧レギュレータ）、電流検出回路４２、反転昇圧回路４３および逆電圧検出回路４４などを備える。マイコン２０は、電源回路４１から給電されて動作する。バッテリ２が電源入力端子Ａ１、Ａ２間に逆接続されると、三相インバータ回路５のダイオードに電流が流れ、−２Ｖｆの電圧がかかる。反転昇圧回路４３は、昇圧動作により電源回路４１に給電してマイコン２０を動作させ、不揮発性メモリ２１に逆電圧を記憶させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の電源入力端子（Ａ１、Ａ２）の間に接続されたブリッジ回路（５）と、
直流電源（２）から前記第１および第２の電源入力端子を介して給電され、前記ブリッジ回路を駆動制御する駆動回路（４、４ａ）と、
不揮発性記憶装置（２１）にデータを書き込み可能な制御回路（２０）と、
前記直流電源が前記第１および第２の電源入力端子に対して逆極性で接続されたときに起動して昇圧動作を行って前記制御回路に給電する昇圧回路（４３、４３ｅ）と、
前記直流電源が前記第１および第２の電源入力端子に対して逆極性で接続されたときに発生する逆電圧を検出する逆電圧検出回路（４４、４４ａ）とを備え、
前記制御回路は、前記昇圧回路が起動したときに給電され、前記逆電圧検出回路が検出する逆電圧状態を前記不揮発性記憶装置に記憶させる電力変換装置。
【請求項２】
前記制御回路は、起動時に前記不揮発性記憶装置に記憶された情報を読み出し、前記逆電圧の記録がある場合には、前記駆動回路に対して前記ブリッジ回路の駆動制御を停止させる請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ブリッジ回路が配置される基板の温度を検出する温度検出素子（２０１）を設け、
前記制御回路は、前記不揮発性記憶装置に、前記逆電圧検出回路が検出する逆電圧に加えて、前記温度検出素子が検出する前記基板の温度情報も記憶させる請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ブリッジ回路に流れる正負の電流を検出する電流検出回路（４２、５７）を備え、
前記制御回路は、前記不揮発性記憶装置に、前記逆電圧検出回路が検出する逆電圧に加えて、前記電流検出回路により検出される逆電流の値を記憶させる請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記逆電圧検出回路により検出される逆電圧を時系列で複数回前記不揮発性記憶装置に記憶させる請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御回路への給電経路に発熱素子内蔵のヒューズ（２０１、２０２）を設け、
前記制御回路は、前記逆電圧検出回路が逆電圧を検出した後に、前記ヒューズに溶断指令を出力する請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記昇圧回路（４３ｅ）は、前記ブリッジ回路を構成するハイサイド駆動部の昇圧回路を兼用する構成とされる請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記昇圧回路は、ＳＯＩ基板（１００）に形成された集積回路（４）として設けられる請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に設けられるモータインバータ装置などの電力変換装置では、直流電源としてのバッテリが逆接続されたときに、インバータを構成するＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードに大電流が流れることになる。この場合、ＭＯＳＦＥＴに対しては放熱構造を備えているので、短時間であれば持ちこたえることができるが、時間が経過すると破壊に至る。
【０００３】
このため、従来では、電源入力端子部分に、過電圧保護のダイオードに並列に、ツェナーとヒューズとの直列回路を接続することで、ヒューズが溶断される構成を採用したものがある。これにより、ヒューズの溶断状態からバッテリの逆接続があったことを判定することができるものである。
【０００４】
しかしながら、従来のものでは、ボンディングワイヤで代用したヒューズが溶断するまでの間は、ツェナーダイオード自体が故障しないようにするため、大きな定格のものが必要となる。このため、ＩＣ上に構成する場合には、ツェナーダイオードが占める面積が大きくなり、全体としてチップ面積が増大するという別の問題が発生する。
【０００５】
加えて、ヒューズの溶断の有無によって、逆電圧が印加されたことを判定することはできるが、それ以上の情報を得ることができず、例えば、溶断に要した時間や、逆接続状態での電圧や温度などの情報は得られないため、ヒューズの溶断に至るまでの経緯が不明となり、故障診断に際して有益な情報を提供することができない不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０５３８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、直流電源の逆接続による破壊の状態について、簡単な構成の付加で故障診断に必要な情報を記録することができるようにした電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の電力変換装置は、第１および第２の電源入力端子の間に接続されたブリッジ回路と、直流電源から前記第１および第２の電源入力端子を介して給電され、前記ブリッジ回路を駆動制御する駆動回路と、不揮発性記憶装置にデータを書き込み可能な制御回路と、前記直流電源が前記第１および第２の電源入力端子に対して逆極性で接続されたときに起動して昇圧動作を行って前記制御回路に給電する昇圧回路と、前記直流電源が前記第１および第２の電源入力端子に対して逆極性で接続されたときに発生する逆電圧を検出する逆電圧検出回路とを備え、前記制御回路は、前記昇圧回路が起動したときに給電され、前記逆電圧検出回路が検出する逆電圧状態を前記不揮発性記憶装置に記憶させる。
【０００９】
上記構成を採用することにより、第１および第２の電源入力端子に対して、直流電源が正負の極性を逆にした状態で接続つまり逆接続された場合には、ブリッジ回路にかかる僅かな電圧に基づいて昇圧回路により昇圧動作して制御回路の電源が生成される。昇圧回路から給電されると、ブリッジ回路に逆方向の大電流が流れることによって故障が発生するまでの間に、制御回路は、逆電圧検出回路が検出する逆電圧を不揮発性記憶装置に記憶させるようになる。これにより、直流電源の逆接続によって発生している逆電圧の情報を得ることができるので、どのような状況によって逆接続による故障が発生したかを認識でき、故障解析を正確に実施することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態を示す電気的構成図
【図２】反転昇圧回路の電気的構成図
【図３】ＩＣの部分的な構造を示す模式的断面図
【図４】逆接続時の起動処理の流れを示す図
【図５】反転昇圧回路の作用説明図（その１）
【図６】反転昇圧回路の作用説明図（その２）
【図７】各部の状態を示すタイムチャート
【図８】第２実施形態を示す電気的構成図
【図９】ヒューズの電気的構成図（その１）
【図１０】異なるヒューズの電気的構成図（その２）
【図１１】第３実施形態を示す電気的構成図
【図１２】給電経路を示す作用説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
図１において、電力変換装置１は、直流電源としてのバッテリ２からの給電に基づいて三相電力を生成してモータ３を駆動する。バッテリ２は、電力変換装置１の第１の電源入力端子Ａ１と第２の電源入力端子Ａ２との間に接続され、直流電圧ＶＢを供給する。第１の電源入力端子Ａ１はバッテリ２の正極が接続され、第２の電源入力端子Ａ２はバッテリ２の負極が接続される。モータ３の３つの入力端子は、電力変換装置１の３つの出力端子Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に接続される。
【００１２】
電力変換装置１は、駆動回路としてのＩＣ４およびブリッジ回路としての三相インバータ回路５を主体として構成される。電力変換装置１において、電源入力端子Ａ１、Ａ２間に、ツェナーダイオード６およびダイオード７の直列回路が接続される。
【００１３】
第１の電源入力端子Ａ１は、コンデンサ８を介してグランドに接続されると共に、コイル９を介して三相インバータ回路５の電源端子に接続される。また、三相インバータ回路５の電源端子はコンデンサ１０を介してグランドに接続される。また、第１の電源入力端子Ａ１は、ダイオード１１およびコンデンサ１２を直列に介してグランドに接続され、ダイオード１２のカソードはＩＣ４の入力端子Ｃ１に接続される。
【００１４】
ＩＣ４は、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）として形成されたＩＣで、後述するように、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いたモノリシック構造を有するものである。ＩＣ４は、内部に電源回路４１、電流検出回路４２、昇圧回路としての反転昇圧回路４３、逆電圧検出回路４４などが一体に形成されている。また、ＩＣ４は、三相インバータ回路５を駆動する制御信号を生成して出力する。
【００１５】
電源回路４１は、低ドロップアウト電圧レギュレータ（ＬＤＯ）を採用しており、端子Ｃ７を介して制御回路としてのマイコン２０に所定電圧を給電する。電流検出回路４２は、三相インバータ回路５に流れる電流を検出してマイコン２０に端子Ｃ８を介して出力する。反転昇圧回路４３には、端子Ｃ４、Ｃ５を介してコンデンサ４７が接続されており、端子Ｃ１１、Ｃ１２を介してコンデンサ１３が接続されている。反転昇圧回路４３は、第１および第２の電源入力端子Ａ１、Ａ２間に逆電圧が印加された場合に、三相インバータ回路５に発生している逆電圧が電源端子Ｖ１、Ｖ２間に印加され、この電圧に基づいて昇圧動作を行う。反転昇圧回路４３は、昇圧電圧を出力端子Ｖ３からダイオード４５、端子Ｃ２、端子Ｃ１を介して電源回路４１に供給する。
【００１６】
逆電圧検出回路４４は、２個の分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂの直列回路で、一端がダイオード４６を順方向に介して端子Ｃ２に接続され、他端がグランドに接続される。端子Ｃ２は第１の電源入力端子Ａ１に接続される。逆電圧検出回路４４は、第１および第２の電源入力端子Ａ１、Ａ２間に逆電圧が印加された場合に、導通状態となって分圧抵抗Ｒｂに発生する検出電圧が端子Ｃ６を介してマイコン２０に出力される。
【００１７】
マイコン２０は、ＩＣ４の端子Ｃ７を介して電源回路４１から所定電圧が給電される。マイコン２０への給電経路にはコンデンサ２２がグランドとの間に接続されている。マイコン２０は、ＩＣ４との信号の授受を実施し、三相インバータ回路５からの検出信号に基づいてＩＣ４に制御信号を出力する。また、マイコン２０には、通常のメモリに加えて、不揮発性記憶装置としての不揮発性メモリ２１が設けられている。
【００１８】
三相インバータ回路５は、三相に対応して６個のＭＯＳＦＥＴ５１〜５６をブリッジ接続したブリッジ回路ＢＧを備える。各ＭＯＳＦＥＴ５１〜５６は内部に寄生ダイオードとしてダイオード５１ａ〜５６ａが接続された構成である。三相の各アーム出力端子は端子Ｂ１〜Ｂ３を介してモータ３に接続される。ブリッジ回路ＢＧには直列に電流検出抵抗５７が接続された状態で、第１および第２の電源入力端子Ａ１、Ａ２間に接続されている。また、三相インバータ回路５の内部にはＭＯＳＦＥＴ５１〜５６にゲート駆動信号を与える駆動部を備えている。
【００１９】
図２は反転昇圧回路４３の電気的構成の一例を示している。反転昇圧回路４３は、電源端子Ｖ１とＶ２との間に、ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ４３ａおよびｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ４３ｂの直列回路が接続される。ＭＯＳＦＥＴ４３ａおよび４３ｂのゲートは共通に接続され、起動後にパルス電源Ｖｐから交互にハイ／ローを繰り返すパルス信号が与えられる。
【００２０】
なお、この反転昇圧回路４３は、図２では電源端子Ｖ１にバッテリ逆接時に正電圧が印加されるもので、ＩＣ４内においてはグランド側に対応し、図２中の電源端子Ｖ２は、図１においてダイオード４６を介して電源供給され、図２中の出力端子Ｖ３は、図１において出力端子として設けられ、ダイオード４５を介して端子Ｃ２、Ｃ１を経て電源回路４１に給電可能な構成である。
【００２１】
ＭＯＳＦＥＴ４３ａおよび４３ｂのドレインを共通に接続した出力部がコンデンサ４７およびダイオード４３ｃを順方向に介して電源端子Ｖ２に接続される。コンデンサ４７とダイオード４３ｃの共通接続点はダイオード４３ｄを逆方向に介して出力端子Ｖ３に接続される。外付けのコンデンサ１３は出力端子Ｖ３と電源端子Ｖ２との間に接続される。コンデンサ１３は出力コンデンサとして用いられる。
【００２２】
図３はＩＣ４に形成された反転昇圧回路４３の２個のＭＯＳＦＥＴ４３ａ、４３ｂ部分の断面を模式的に示している。ＩＣ４が形成された半導体基板１００は、ＳＯＩ基板を用いており、支持基板１０１上にシリコン酸化膜などの絶縁膜１０２を介した上部に単結晶シリコンからなる半導体層１０３が設けられる。半導体層１０３は、半導体素子を形成する領域毎に区切った半導体層１０３ａ、１０３ｂなどを形成している。半導体層１０３ａ、１０３ｂは、周囲を表面から絶縁膜１０２まで達する絶縁膜１０４ａ〜１０４ｃにより互いに絶縁された状態に形成されている。
【００２３】
半導体層１０３ａは、ｎ型不純物が導入されたＮ−ｗｅｌｌとして設けられる。半導体層１０３ｂは、ｐ型不純物が導入されたＰ−ｗｅｌｌとして設けられる。半導体層１０３ａには、表層部に２個のｐ型領域１０５、１０６が形成され、１個のｎ型領域１０７が形成される。同様に、半導体層１０３ｂには、表層部に２個のｎ型領域１０９、１１０が形成され、１個のｐ型領域１１１が形成される。
【００２４】
各半導体層１０３ａ、１０３ｂの上面には、図示していないが、シリコン酸化膜などの絶縁膜が形成されている。ｐ型領域１０５および１０６の間の絶縁膜上面に、ゲート電極１０８が設けられ、ｎ型領域１０９および１１０の間の絶縁膜上面に、ゲート電極１１２が設けられる。ｐ型領域１０５とｎ型領域１０７は共通にして電源端子Ｖ１に接続される。ｎ型領域１１０とｐ型領域１１１は共通にして電源端子Ｖ２に接続される。ｐ型領域１０６とｎ型領域１０９は、共通にしてコンデンサ４７の一端子側に接続される。ゲート電極１０８および１１２は、共通にしてパルス電源Ｖｐに接続される。
【００２５】
次に、上記構成の作用について、図４〜図７も参照して説明する。また、以下の説明では、動作説明を（１）バッテリ正常接続時と、（２）バッテリ逆接続時、（３）その後の起動時の動作、のそれぞれの場合に分けて説明する。
【００２６】
（１）バッテリ正常接続時
まず、バッテリ２が電力変換装置１に対して正常に接続された場合、すなわち、バッテリ２の正極端子および負極端子が、それぞれ第１の電源入力端子Ａ１および第２の電源入力端子Ａ２に接続された状態について、簡単に説明する。この場合には、第１の電源入力端子Ａ１からダイオード１１、端子Ｃ１を介してＩＣ４に給電される。電源回路４１は所定電圧を生成して端子Ｃ７を介してマイコン２０に給電する。これにより、マイコン２０は動作電力を得て動作を開始する。ＩＣ４は、三相インバータ回路５の６個のＭＯＳＦＥＴ５１〜５６に対するゲート信号を生成して駆動制御し、端子Ｂ１〜Ｂ３を介してモータ３に三相交流を給電する。
【００２７】
マイコン２０の動作の流れを図４に示しており、ＩＣ４により給電が開始されると、ステップＳ１で、マイコン２０が動作を開始する。マイコン２０は動作開始時点で、パワーオンリセット動作を実行し、所定時間が経過して給電状態が安定すると、ステップＳ２でパワーオンリセットを解除する。
【００２８】
これによって、マイコン２０は、プログラムを起動し、ステップＳ３で、逆電圧が検出されているか否かを判断する。この場合、バッテリ２が正常に接続されている場合には、端子Ｃ２からの給電がダイオード４６により阻止されているので、逆電圧検出回路４４には電圧が印加されることはない。このため、マイコン２０は、ステップＳ３でＮＯと判断してステップＳ５に進む。
【００２９】
マイコン２０は、ステップＳ４で、不揮発性メモリ２１にアクセスして、逆電圧履歴情報を読み出す。ここでは、マイコン２０は、前回までの動作で逆電圧が書き込まれた履歴があるか否かを判断するもので、次のステップＳ５で、逆電圧履歴が有るか否かを判断し、無い場合にはＮＯと判断してステップＳ６に進む。これにより、バッテリ２の逆接続状態が発生していないことが確認されたので、マイコン２０は、通常の動作を実行するようになる。
【００３０】
上記の動作においては、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ０以前の状態に対応しており、電力変換装置１の第１および第２の電源入力端子Ａ１およびＡ２間には、バッテリ２の直流電圧ＶＢが印加された状態である。また、この状態では、図７（ｃ）に示すように、ＩＣ４には所定電圧が供給されている。そして、三相インバータ回路５が駆動されることで、ＭＯＳＦＥＴ５１〜５６がオン・オフ制御された状態となり、図７（ｂ）に示すように、温度Ｔｃは所定温度範囲となっている。
【００３１】
（２）バッテリ逆接続時
一方、バッテリ２が電力変換装置１に対して逆接続された場合、すなわち、バッテリ２の正極端子および負極端子が、それぞれ第２の電源入力端子Ａ２および第１の電源入力端子Ａ１に接続された状態について説明する。この場合には、ＩＣ４においては、第１の電源入力端子Ａ１からダイオード１１を介して給電されない。
【００３２】
また、三相インバータ回路５には、逆電圧が印加されることで、６個のＭＯＳＦＥＴ５１〜５６にそれぞれ付随しているダイオード５１ａ〜５６ａを介して電流が流れる状態となる。この場合には、各アームにおいて２個のダイオードが順方向に直列接続された状態となるから、第１および第２の電源入力端子Ａ１−Ａ２間には、順方向電圧Ｖｆの２倍の電圧が逆方向に印加された状態である。
【００３３】
一方、バッテリ２の正極が第２の電源入力端子Ａ２に接続され、バッテリ２の負極が第１の電源入力端子Ａ１に接続されることで、逆電圧検出回路４４に電流が流れるようになり、その検出電圧が逆電圧としてマイコン２０に入力される状態となる。
【００３４】
このとき、ＩＣ４においては、第２の電源入力端子Ａ２から反転昇圧回路４３、ダイオード４６を通じて逆電圧２Ｖｆが印加された状態となる。反転昇圧回路４３においては、印加された逆電圧２Ｖｆが電源端子Ｖ１−Ｖ２間電圧として印加された状態となり、昇圧動作が実施される。
【００３５】
図５および図６は反転昇圧回路４３の昇圧動作を説明するためのものである。電源端子Ｖ１への入力電圧により、パルス電源Ｖｐが動作して駆動パルスをＭＯＳＦＥＴ４３ａおよび４３ｂのゲートに与える。まず、図５に示すように、パルス電源Ｖｐのパルスがローレベル「Ｌ」になると、ＭＯＳＦＥＴ４３ａはオンし、ＭＯＳＦＥＴ４３ｂはオフする。これにより、図５中破線矢印で示すように、コンデンサ４７が、電源端子Ｖ１からダイオード４３ｃを通じて通電されることでチャージされる。コンデンサ４７の端子電圧はＭＯＳＦＥＴ４３ａ側が正である。
【００３６】
そして、図６に示すように、パルス電源Ｖｐのパルスがハイレベル「Ｈ」になると、ＭＯＳＦＥＴ４３ａはオフし、ＭＯＳＦＥＴ４３ｂがオンする。これにより、ＭＯＳＦＥＴ４３ｂのドレインがグランドレベルに下がるので、図６中破線矢印で示すように、コンデンサ４７のダイオード４３ｄ側が負電位となってコンデンサ１３に逆電圧を発生するように電荷がチャージされる。
【００３７】
以下、パルス電源Ｖｐのパルスのレベルが交互に変化することで上述した図５および図６の動作が繰り返し実施され、最終的にコンデンサ１３に昇圧された負電圧が出力電圧として生成される。つまり、図１のグランド側には反転昇圧された電圧が発生しており、ダイオード４５を介して端子Ｃ２から出力され、再び端子Ｃ１を介してＩＣ４に入力され、正電圧として電源回路４１に給電する。
【００３８】
なお、上記した反転昇圧回路４３における昇圧動作において、ＳＯＩ基板を用いた集積回路のＩＣ４を用いているので、逆接続時などにおいて内部回路でのラッチ状態が発生するのを抑制して正確に動作させることができる。
【００３９】
これにより、図４に示したように、ステップＳ１でマイコン２０が給電開始されると、続くステップＳ２を経てパワーオンリセットを解除して動作を開始する。マイコン２０は、ステップＳ３で逆電圧検出回路４４から逆電圧が入力されているので、ＹＥＳと判断してステップＳ７に移行する。
【００４０】
マイコン２０は、ステップＳ７で、入力された逆電圧の値と予め設定されている日時などの必要な諸データを履歴情報として不揮発性メモリ２１に記憶する。このとき、マイコン２０は、逆電圧の検出を、所定時間間隔もしくは適宜のタイミングで複数回サンプリングして逐次、不揮発性メモリ２１に記憶させても良い。また、電流検出回路４２により検出されている逆電流についても同時に不揮発性メモリ２１に記憶させることができる。
【００４１】
この後、マイコン２０は、ステップＳ８で、ＩＣ４に対してモータ動作指令の受付禁止を行い、さらに、ステップＳ９で、マイコン上位の電源断のために電源回路４１を停止させるように指示を出力する。
【００４２】
この結果、バッテリ２の逆接続によって三相インバータ回路５においては、各ＭＯＳＦＥＴ５１〜５６に並列に接続されているダイオード５１ａ〜５６ａに大電流が流れることで、故障することがある。この場合でも、ダイオード５１ａ〜５６ａが故障するまでの間に、マイコン２０により逆電圧や逆電流の状況を不揮発性メモリ２１に記憶させることができる。これによって、事後にどのような状況で故障が発生しているかを解析するための重要な情報として用いることができる。
【００４３】
上記の動作について、図７を参照して各部の信号の変化について説明する。前述したように、バッテリ２を正常接続した状態から、時刻ｔ０でバッテリ２が外されると、図７（ａ）に示すように、電力変換装置１の第１および第２の電源入力端子Ａ１およびＡ２間の電圧はゼロになる。同様に、図７（ｃ）に示すように、ＩＣ４に供給されていた電圧Ｖｄも時刻ｔ０から低下を始めてマイコン２０の動作下限の電圧Ｖｍｉｎを経てゼロになる。一方、それまで通電制御されていた三相インバータ回路５のＭＯＳＦＥＴ５１〜５６の温度Ｔｃも徐々に低下して周囲温度Ｔａ近傍まで下がる。
【００４４】
次に、この状態において、時刻ｔ１で上記したようにバッテリ２が逆接続されると、第１および第２の電源入力端子Ａ１およびＡ２の間には、バッテリ２の直流電圧ＶＢが負電圧として印加された状態となるが、このとき、三相インバータ回路５のＭＯＳＦＥＴ５１〜５６の各アームを構成するハイサイドおよびローサイドの直列回路においてそれぞれ２個のダイオードを直列に介して電流が流れるようになる。この結果、第１および第２の電源入力端子Ａ１およびＡ２の間には、図７（ａ）に示すように、２個のダイオードの順方向電圧２Ｖｆが負電圧として印加された状態となる。
【００４５】
このため、ダイオード５１ａ〜５６ａには大電流が流れるので、一体に形成されたＭＯＳＦＥＴ５１〜５６は、図７（ｂ）に示すように、温度Ｔｃが上昇していく。また、逆電圧が印加されたことで、上記したように、反転昇圧回路４３が動作して昇圧動作をするので、図７（ｃ）に示すように、ＩＣ４への電源電圧Ｖｃは徐々に上昇してマイコン動作下限の電圧Ｖｍｉｎを超え、マイコン２０は動作可能となる。
【００４６】
この結果、マイコン２０は、前述のように逆電圧検出回路４４が検出する逆電圧や電流検出回路４２が検出する逆電流を適宜のタイミングでサンプリングして保持し、時刻ｔ３で不揮発性メモリ２１に記憶するようになる。
【００４７】
ダイオード５１ａ〜５６ａに流れる大電流によってＭＯＳＦＥＴ５１〜５６の温度Ｔｃが上昇してＭＯＳＦＥＴ温度定格Ｔｍａｘを超えると、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ４でショート破壊あるいはオープン破壊などの故障を発生する。この結果、マイコン２０は電源を失うので動作が停止する。しかし、マイコン２０は、動作停止するまでの間に、逆電圧および逆電流の履歴情報を不揮発性メモリ２１に書き込んでいるので、この情報に基づいて正確な故障解析をすることができる。
【００４８】
（３）その後の起動時の動作
なお、上記のようにして一旦逆電圧や逆電流の値が不揮発性メモリ２１に記憶されると、修理などで不揮発性メモリ２１内の記憶を消去しない限り、その情報は逆電圧履歴として残る。これにより、バッテリ２を逆接続してから故障が発生するまでの間に外した場合でも、逆電圧履歴および逆電流履歴は不揮発性メモリ２１内に残る。
【００４９】
したがって、例えば、次にバッテリ２を正常に接続した場合に、マイコン２０が、図４のステップＳ１、Ｓ２を経て動作を開始し、ステップＳ３で逆電圧が検出されない場合でも、続くステップＳ４で逆電圧履歴が読み出される。この結果、マイコン２０は、ステップＳ５でＹＥＳとなって、三相インバータ回路５の駆動制御を開始することなく、ステップＳ８に移行してモータ動作指令の受付を禁止するようになる。
【００５０】
このような第１実施形態によれば、不揮発性メモリ２１、反転昇圧回路４３および逆電圧検出回路４４を設け、バッテリ２の逆接続時に、反転昇圧回路４３にて生成した電源によりマイコン２０を起動して逆電圧および逆電流を不揮発性メモリ２１に記憶するようにした。これにより、バッテリ２の逆接続による故障の状況として、逆電圧の値や電流値の情報などを履歴情報として不揮発性メモリ２１に残すことができるようになり、故障解析時に正確な原因推定をすることに貢献できるようになる。
【００５１】
また、上記実施形態では、マイコン２０により、逆電圧検出回路４４により検出される逆電圧や電流検出回路４２により検出される逆電流を所定タイミングで１回だけ検出することもできるし、複数回に渡って検出して不揮発性メモリ２１に記憶させたりすることができるので、より詳しい逆電圧履歴情報に基づいて故障解析を実施することができる。
【００５２】
さらに、ＩＣ４を、ＳＯＩ基板利用の半導体集積回路として構成するので、一体に形成された反転昇圧回路４３においても、バッテリ２の逆接続時などにおいて内部回路でのラッチ状態が発生するのを抑制して正確且つ確実に動作させることができる。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、逆電圧に加えて逆電流を不揮発性メモリ２１に記憶させるようにしているが、逆電圧だけを記憶するようにしても良い。また、逆電圧検出回路４４により検出する逆電圧を、適宜のタイミングで検出して複数回の検出結果を不揮発性メモリ２１に記憶させるようにしたが、必ずしも複数回の逆電圧値を記憶する必要はない。また、複数回の検出では、所定時間間隔で実施してもよいし、時間間隔を一定にすることなく検出するようにしても良い。
また、上記構成において、ダイオード４５は省略した構成とすることもできる。そして、この場合には、ＩＣ４の外側に接続するコンデンサ１３は、コンデンサ１２と並列状態となるので、１個のコンデンサ１３で兼用した構成とすることもできる。
【００５４】
（第２実施形態）
図８から図１０は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、電力変換装置２００は、基板温度を検出する温度検出素子２０１を備えるとともに、発熱素子内蔵のヒューズ２０３を備えている。
【００５５】
図８に示すように、第１実施形態の構成に加えて、電力変換装置２００の基板温度を検出するように温度検出素子２０１が配置されている。温度検出素子２０１は例えばサーミスタなどの感温素子からなり、抵抗２０２との直列回路により温度検出回路が構成されている。温度検出素子２０１の検出電圧はマイコン２０に入力される。マイコン２０は、温度検出素子２０１から入力される検出電圧の信号をＡ／Ｄ変換して基板温度を算出する。
【００５６】
また、ヒューズ２０３は、第１の電源入力端子Ａ１とダイオード１１との間に設けられる。ヒューズ２０３は、マイコン２０から溶断信号が与えられると、発熱素子への通電で自己発熱して溶断するものである。図９は４端子型の発熱素子内蔵のヒューズ２０３を示している。端子Ｄ１、Ｄ２間にはヒューズ２０３ａが接続されている。端子Ｄ３、Ｄ４間には発熱素子２０３ｂが接続されている。
【００５７】
マイコン２０からは、発熱素子２０３ｂへの通電経路に設けられるスイッチング素子をオン動作させる信号が与えられると、電源から通電されることで自己発熱する。発熱素子２０３ｂの発熱によりヒューズ２０３ａが溶断され、通電経路が遮断されて断電される。
【００５８】
上記構成によれば、電力変換装置２００の第１および第２の電源入力端子Ａ１およびＡ２に対して、バッテリ２の極性が逆に接続された場合に、次のようにして温度検出素子２０１およびヒューズ２０３が動作する。バッテリ２の逆接続により、反転昇圧回路４３により昇圧動作が実施されてマイコン２０が動作を開始すると、第１実施形態と同様にして、逆電圧および逆電流を検出して不揮発性メモリ２１に記憶する。
【００５９】
このとき、マイコン２０は、温度検出素子２０１と抵抗２０２の直列回路に検出用の電圧を印加し、このときの温度検出素子２０１の検出信号を入力し、基板温度を算出する。マイコン２０は、算出した基板温度の情報を、逆電圧および逆電流の情報とともに、不揮発性メモリ２１に記憶させる。これにより、バッテリ２の逆接続時に三相インバータ回路５が破壊に至るまでの間の情報をさらに増やすことができ、故障発生の状況を詳しく残すことができるようになる。
【００６０】
また、バッテリ２の逆接続があったときには、マイコン２０は、ヒューズ２０３に発熱動作開始の信号を出力する。これにより、ヒューズ２０３に設けられた発熱素子２０３ｂに通電されて発熱し、ヒューズ２０３ａは溶断されるようになる。この結果、マイコン２０への通電経路も断電される状態となる。また、以後、故障が回復するまでは、不用意にバッテリ２が接続されても、ＩＣ４に給電されることがなくなる。
【００６１】
このような第２実施形態によれば、温度検出素子２０１およびヒューズ２０３を設けるので、バッテリ２の逆接続時に、温度上昇などの様子を温度情報として記憶させることができ、より詳細な情報を不揮発性メモリ２１に記憶させることができる。
また、バッテリ２の逆接続時に、マイコン２０によりヒューズ２０３を溶断させるので、確実に動作を停止することができる。
【００６２】
なお、上記構成のヒューズ２０３に代えて、図１０に示すヒューズ２０４を設ける構成とすることもできる。ヒューズ２０４は、同じく発熱素子を備えていて自己発熱により溶断する。図１０に示しているのは、３端子型のもので、端子Ｄ１〜Ｄ３を備えている。端子Ｄ１、Ｄ２の間にはヒューズ２０４ａおよび発熱素子２０４ａ、２０４ｂの直列回路が接続されている。発熱素子２０４ａと２０４ｂの共通接続点は端子Ｄ３に接続される。マイコン２０からの溶断指示信号に基づいて端子Ｄ３に通電される構成である。
また、温度検出素子２０１は、三相インバータ回路５の近傍もしくは６個のＭＯＳＦＥＴ５１〜５６の温度を検出するように設けることもできる。
【００６３】
（第３実施形態）
図１１および図１２は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ＩＣ４に代えてＩＣ４ａを設け、昇圧回路４３ｅは、三相インバータ回路５に設けられるハイサイド駆動部５ａに給電するための昇圧回路と第１実施形態における反転昇圧回路４３とを兼用した構成である。三相インバータ回路５のローサイド駆動部５ｂには図示しない電源から給電される。
【００６４】
図１１は、電力変換装置２１０における昇圧回路４３ｅへの給電経路と切り替える構成の部分を示したものである。この図１１において、昇圧回路４３ｅは、内部構成は第１実施形態の反転昇圧回路４３と同じである。昇圧回路４３ｅは、入力側の端子がＩＣ４ａの端子Ｃ１に接続され、グランド側の端子が切替回路４８に接続されている。昇圧回路４３ｅには外付けで出力用のコンデンサ４７が接続されている。また、昇圧回路４３ｅのＶｏｕｔ出力端子とグランド側の端子との間に出力用のコンデンサ１０が接続されている。
【００６５】
逆電圧検出回路４４ａは、３個の抵抗Ｒ１〜Ｒ３およびコンパレータ４４ｂを備えている。コンパレータ４４ｂの反転入力端子は抵抗Ｒ１を介してグランド端子ＧＮＤに接続され、抵抗Ｒ２を介して非反転入力端子に接続される。また、コンパレータ４４ｂの非反転入力端子は抵抗Ｒ３を介してＩＣ４ａの端子Ｃ２に接続されている。
【００６６】
入力切替回路４８は、ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ４８ａおよびＭＯＳＦＥＴ４８ｂを備える。ＭＯＳＦＥＴ４８ａは、ドレインがＩＣ４ａの端子Ｃ２に接続され、ソースが昇圧回路４３ｅのグランド端子に接続される。ＭＯＳＦＥＴ４８ｂは、ドレインがＩＣ４ａのグランド端子ＧＮＤに接続され、ソースが昇圧回路４３ｅのグランド端子に接続される。ＭＯＳＦＥＴ４８ａのゲートはＩＣ４ａのグランド端子ＧＮＤに接続され、ＭＯＳＦＥＴ４８ｂのゲートはＩＣ４ａの端子Ｃ２に接続される。
【００６７】
出力切替回路４９は、ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ４９ａ、ＭＯＳＦＥＴ４９ｂおよびインバータ回路４９ｃを備える。ＭＯＳＦＥＴ４９ａは、昇圧回路４３ｅのＶｏｕｔの出力端子と三相インバータ回路５のハイサイド駆動部５ａとの間に接続される。ＭＯＳＦＥＴ４９ａのゲートは、インバータ４９ｃを介してコンパレータ４４ｂの出力端子に接続される。ＭＯＳＦＥＴ４９ｂは、昇圧回路４３ｅのＶｏｕｔの出力端子と内部電源の入力側に接続される。ＭＯＳＦＥＴ４９ｂのゲートは、コンパレータ４４ｂの出力端子に接続されている。
【００６８】
次に、上記構成の作用について、図１２も参照して説明する。
図１２には、バッテリ２が正常に第１および第２の電源入力端子Ａ１およびＡ２間に接続されたとき即ち通常時の通電経路と、バッテリ２が逆接続されたとき即ち逆接時の通電経路とを示している。
【００６９】
まず、バッテリ２が正常に接続された場合について説明する。この場合には、入力切替回路４８においては、電位差の関係からＭＯＳＦＥＴ４８ａはオン、ＭＯＳＦＥＴ４８ｂはオフ状態となる。これにより、ＩＣ４ａの端子Ｃ１は第１の電源入力端子Ａ１からダイオード１１を介してバッテリ２の直流電圧ＶＢが供給され、ＩＣ４ａのグランド端子ＧＮＤはＭＯＳＦＥＴ４８ａがオンしたことで、第２の電源入力端子Ａ２に接続されたバッテリ２の負極端子に接続された状態となる。
【００７０】
また、これによって、逆電圧検出回路４４ａにおいては、抵抗Ｒ１〜Ｒ３からなる分圧回路の正の検出電圧がコンパレータ４４ｂの非反転入力端子に入力され、ハイレベルの信号を出力する。この結果、出力切替回路４９においては、ＭＯＳＦＥＴ４９ａはインバータ回路４９ｃを介してゲートにローレベルの信号が与えられてオンし、ＭＯＳＦＥＴ４９ｂはハイレベルの信号が与えられてオフ状態を保持するようになる。
【００７１】
これにより、図１２中に白抜き矢印で示しているように、第１の電源入力端子Ａ１からダイオード１１、端子Ｃ１を経て昇圧回路４３ｅに入力され、昇圧回路４３ｅのグランド端子からＭＯＳＦＥＴ４８ｂを介し、グランド端子ＧＮＤ、第２の電源入力端子Ａ２に至る給電経路となる。昇圧回路４３ｅは昇圧動作を実施して出力端子からＭＯＳＦＥＴ４９ａを介して三相インバータ回路５のハイサイド駆動部５ａに昇圧電圧を供給するようになる。
【００７２】
一方、バッテリ２が第１および第２の電源入力端子Ａ１、Ａ２に対して逆接続された場合について説明する。この場合には、入力切替回路４８においては、電位差の関係からＭＯＳＦＥＴ４８ａはオフ、ＭＯＳＦＥＴ４８ｂはオン状態となる。これにより、ＩＣ４ａの端子Ｃ１は第２の電源入力端子Ａ２からダイオード４５を介して電圧が与えられる。また、第１の電源入力端子Ａ１は、ＩＣ４ａの端子Ｃ２からオン状態のＭＯＳＦＥＴ４８ｂを介して昇圧回路４３ｅのグランド端子と導通状態となる。
【００７３】
前述のように、バッテリ２の逆接続状態では、第１および第２の電源入力端子Ａ１−Ａ２間に、−２Ｖｆ程度の電圧が印加された状態となる。そして、この状態では、逆電圧検出回路４４ａにおいては、正電位となる第２の電源入力端子Ａ２側から負電位となる第１の電源入力端子Ａ１側に電圧がかかっているので、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を介して電圧降下が生じており、コンパレータ４４ｂはローレベルの信号を出力する。
【００７４】
この結果、出力切替回路４９においては、ＭＯＳＦＥＴ４９ａはゲートにインバータ回路４９ｃを介してハイレベルの信号が与えられてオフ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ４９ｂはゲートにローレベルの信号が与えられてオン状態になる。
【００７５】
これにより、図１２中に黒塗り矢印で示しているように、第２の電源入力端子Ａ２から、ダイオード２個分の順方向電圧２Ｖｆの電圧が端子Ｃ１を介して昇圧回路４３ｅに入力され、昇圧回路４３ｅのグランド端子からＭＯＳＦＥＴ４８ａを介して端子Ｃ２を介して第１の電源入力端子Ａ１に至る給電経路が形成される。
【００７６】
昇圧回路４３ｅは昇圧動作を実施して出力端子からＭＯＳＦＥＴ４９ｂを介して内部電源に給電するようになる。これにより、マイコン２０が給電されて起動し、前述した動作を実行するようになる。
【００７７】
このような第３実施形態によれば、三相インバータ回路５のハイサイド駆動部５ａに給電するための昇圧回路４３ｅを、反転昇圧回路の機能と兼用する構成としたので、別途反転昇圧回路を設ける必要がなくなる。この場合でも、従来構成に、逆電圧検出回路４４ａ、入力切替回路４８および出力切替回路４９を追加することで実現することができる。
【００７８】
なお、上記実施形態では、昇圧回路４３ｅに接続するコンデンサ４７と４７ａとを個別に設ける構成としているが、これらを１個のコンデンサで兼用する構成とすることもできる。
【００７９】
（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
不揮発性記憶装置としての不揮発性メモリ２１は、マイコン２０に内蔵するものでもよいし、マイコン２０とは別体のものでも良い。
ブリッジ回路は、三相インバータ回路５以外に、二相あるいは単相のブリッジ回路に適用することができる。
第２実施形態では、温度検出素子２０１およびヒューズ２０３を付加した構成の実施形態を示したが、いずれか一方のみを設ける構成とすることもできる。
【００８０】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００８１】
図面中、１、２００、２１０は電力変換装置、２はバッテリ（直流電源）、３はモータ、４、４ａはＩＣ（駆動回路）、５は三相インバータ回路（ブリッジ回路）、５ａはハイサイド駆動部、２０はマイコン（制御回路）、２１は不揮発性メモリ（不揮発性記憶装置）、４２は電流検出回路、４３は反転昇圧回路（昇圧回路）、４３ｅは昇圧回路、４４、４４ａは逆電圧検出回路、４４ｂはコンパレータ、４８は入力切替回路、４９は出力切替回路、５１〜５６はｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ、５１ａ〜５６ａはダイオード、１００は半導体基板（ＳＯＩ基板）、２０１は温度検出素子、２０３、２０４は発熱素子内蔵のヒューズ、Ａ１は第１の電源入力端子、Ａ２は第２の電源入力端子である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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