(57)【要約】  インバータ（１１１）は、直流バスの正端子（１０１）と負端子（９９）の間で直列に結合される切り替え端子を備える第１のペアの半導体デバイス（７０、７８）を含む。アナログインターフェース（１２）は、半導体デバイス（７０、７８）の制御端子に関連する測定ノード（３１０）における電圧レベルを調節する。アナログデジタル変換器（１４）は、調節された測定ノード（３１０）の電圧レベルを受け取るためのアナログ入力を有し、各測定ノード（３１０）に関する対応するデジタルカウントデータを出力する。データプロセッサ（２２）は、データ記憶装置（２４）中に格納され、半導体デバイス（７０、７８）の対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲に対してデジタルカウントが適合するのかどうかに基づき、インバータ中の故障を検出する、または故障がないことを検出するように適合される。
2014509184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータまたは前記インバータに関連する機械に関連する故障を検出するためのシステムであって、
正端子(positive terminal)および負端子(negative terminal)を有する直流バス(direct current bus)と、
前記直流バスの前記正端子と前記負端子の間で直列に結合される切り替え端子(switched terminals)を備える第１のペアの半導体デバイスを含むインバータと、
前記半導体デバイスの制御端子に関連する(associated with)測定ノードにおける電圧レベルを調節するためのアナログインターフェースと、
前記測定ノードにおける前記調節された電圧レベルを受け取るためのアナログ入力を有し、対応するデジタルカウントデータ(count data)を出力するアナログデジタル変換器と、
データプロセッサであって、前記デジタルカウントデータが、データ記憶装置中に格納され、前記半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲(reference ranges)と一致しない場合、前記インバータ中の故障を検出する、あるいは、前記デジタルデータカウントが、前記データ記憶装置中に格納され、前記半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲と一致する場合、前記インバータ中に故障がないことを検出する、データプロセッサと
を含む、システム。
【請求項２】
前記直流バスの電圧レベルを検出するための電圧レベル検出器と、
前記決定された電圧レベルを前記直流バスのロジックレベルに変換するための補助(secondary)アナログデジタル変換器と、
（ａ）データ記憶装置中に格納され、前記半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲を満たす前記測定されたデジタルカウントデータ、および（ｂ）前記半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する対応するロジックレベル要求(requirement)およびデジタルカウントデータの対応する基準範囲(reference ranges)を満たす、前記測定された直流バスのロジックレベルに基づき、前記インバータの故障を故障カテゴリに分類する故障分類器(fault classifier)と
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記直流バスの電圧レベルを検出するための電圧レベル検出器と、
異なる半導体デバイスが、いくつかのそれぞれの切り替え状態にあるとき、前記電圧レベルの崩壊速度(rate of collapse)を測定し、
測定された崩壊速度の差に基づき、前記ペアの前記半導体デバイスの間で故障している半導体デバイスを識別する(identifying)
データプロセッサと
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記半導体デバイスは、第１のスイッチングトランジスタおよび第２のスイッチングトランジスタを含み、前記直流バスの直流が、前記第２のスイッチングトランジスタへのコマンドによって、前記第１のスイッチングトランジスタの場合に比べて、より迅速に崩壊した場合、ショート状態で故障していると決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
モータの巻き線(winding)であって、前記巻き線は、前記半導体デバイスの間に接続され、前記巻き線は、第１の端子および第２の端子を有する、巻き線と、
第１のダイオードであって、そのカソードが前記負端子に結合され、そのアノードが前記巻き線の前記第１の端子に結合されている、第１のダイオードと、
第２のダイオードであって、そのカソードが前記巻き線の前記第２の端子に結合され、そのアノードが前記直流バスの前記正端子に結合されている、第２のダイオードと
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
エネルギー源が、前記直流バスに結合され、
スイッチング回路が、前記直流バス上の電圧レベルを調節するために、前記エネルギー源に関連付けられ(associated with)、
データ処理システムが、前記スイッチング回路を制御して、前記直流バス上の前記電圧レベルを目標電圧レベルに調節するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記アナログインターフェースは、測定ノード上で平均電圧レベルを決定するためのアナログ平均化回路を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
ある相(a certain phase)では、前記ペアの半導体デバイスが第１のスイッチングトランジスタおよび第２のスイッチングトランジスタを含み、前記ある相の前記第１のスイッチングトランジスタは、（ａ）前記第１のスイッチングトランジスタがアクティブ状態を取るように指図(commanded)されたとき、および前記ペアのトランジスタが指図されていない、またはインアクティブ状態を取るように指図されたとき、前記第１のスイッチングトランジスタに関するデジタルカウントデータが同じである場合、および（ｂ）前記直流バスがロジックハイ状態を有する場合、オープン状態で故障していると決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
ある相では、第２の保護ダイオードが前記半導体デバイスの中の１つの切り替え端子の間に接続され、（ａ）前記スイッチのいずれにも指図がなされておらず、前記第１の相の前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第２の相の前記第２のスイッチングトランジスタをオープンしたとき、前記第１の相に関する第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、実質的に同じ状態のままである場合、（ｂ）前記デジタルカウントデータが、第１の測定ノードにおいて第１の状態で、第２の相に関する第２の測定ノードにおいて第２の状態と実質的に同じ状態のままであり、前記第１の状態は、両方がクローズである、前記第１の相の前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第２の相の前記第２のスイッチングトランジスタを含み、前記第２の状態は、両方がオープンである、前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第２のスイッチングトランジスタを含む場合、（ｃ）前記第１の相に関する前記第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、前記第１の状態で、前記第２の相に関する前記第２の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータより大きい場合、および（ｄ）前記第１の相に関する前記第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、前記第２の状態で、前記第２の相に関する前記第２の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータと異なる場合、前記第２の保護ダイオードがオープン状態で故障していると決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ある相では、第１の保護ダイオードが、前記半導体デバイスの中の１つの切り替え端子の間に接続され、（ａ）前記スイッチのいずれにも指図がなされておらず、前記第２の相の前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第１の相の前記第２のスイッチングトランジスタをオープンしたとき、第１の相に関する第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、実質的に同じ状態のままである場合、（ｂ）前記デジタルカウントデータが、第１の測定ノードにおいて第１の状態で、前記第２の相に関する第２の測定ノードにおいて第２の状態と実質的に同じ状態のままであり、前記第１の状態は、両方がクローズである、前記第２の相の前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第１の相の前記第２のスイッチングトランジスタを含み、前記第２の状態は、両方がオープンである前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第２のスイッチングトランジスタを含む場合、（ｃ）前記第１の相に関する前記第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、前記第１の状態で、前記第２の相に関する前記第２の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータより小さい場合、および（ｄ）前記第１の相に関する前記第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、前記第２の状態で、前記第２の相に関する前記第２の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータと異なる場合、前記第１の保護ダイオードがオープン状態で故障していると決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
インバータまたは前記インバータに関連する機械に関連する故障を検出するためのシステムであって、
正端子および負端子を有する直流バスと、
前記直流バスの前記正端子と前記負端子の間で直列に結合される切り替え端子を備える第１のペアの半導体デバイスを含むインバータと、
前記半導体デバイスの制御端子に関連する測定ノードにおける電圧レベルを調節するためのアナログインターフェースと、
前記測定ノードにおける前記調節された電圧レベルを受け取るためのアナログ入力を有し、対応するデジタルカウントデータを出力するアナログデジタル変換器と、
前記直流バスの電圧レベルを検出するための電圧レベル検出器と、
前記決定された電圧レベルを前記直流バスのロジックレベルに変換するための補助アナログデジタル変換器と、
データプロセッサであって、（ａ）データ記憶装置中に格納され、前記半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲を満たす前記測定されたデジタルカウントデータ、および（ｂ）前記半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する対応するロジックレベル要求およびデジタルカウントデータの対応する基準範囲を満たす、前記測定された直流バスのロジックレベルに基づき、前記インバータの故障を識別して故障カテゴリに分類する、データプロセッサとを含む、システム。
【請求項１２】
異なる半導体デバイスが、あるそれぞれの切り替え状態にあるとき、前記電圧レベルの崩壊速度を測定し、
前記測定された崩壊速度の差に基づき、前記ペアの前記半導体デバイスの間で故障している半導体デバイスを識別する
データプロセッサと
をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記半導体デバイスは、第１のスイッチングトランジスタおよび第２のスイッチングトランジスタを含み、前記直流バスの直流が、第２のスイッチングトランジスタに対するコマンドによって、前記第１のスイッチングトランジスタの場合に比べて、より迅速に崩壊する場合、ショート状態で故障していると決定される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
モータの巻き線であって、前記巻き線は、前記半導体デバイスの間に接続され、前記巻き線は、第１の端子および第２の端子を有する、巻き線と、
第１のダイオードであって、そのカソードが前記負端子に結合され、そのアノードが前記巻き線の前記第１の端子に結合される、第１のダイオードと、
第２のダイオードであって、そのカソードが前記巻き線の前記第２の端子に結合され、そのアノードが前記直流バスの前記正端子に結合される、第２のダイオードと
をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
エネルギー源が前記直流バスに結合され、
スイッチング回路が、前記直流バス上の電圧レベルを調節するために、前記エネルギー源に関連付けられ、
データ処理システムが、前記スイッチング回路を制御して、前記直流バス上の前記電圧レベルを目標電圧レベルに調節するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記アナログインターフェースは、測定ノード上の平均電圧レベルを決定するためのアナログ平均化回路を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
ある相では、前記ペアの半導体デバイスが第１のスイッチングトランジスタおよび第２のスイッチングトランジスタを含み、前記ある相の前記第１のスイッチングトランジスタは、（ａ）前記第１のスイッチングトランジスタが、アクティブ状態を取るように指図されたとき、および前記ペアのトランジスタが指図されていない、またはインアクティブ状態を取るように指図されたとき、前記第１のスイッチングトランジスタに関するデジタルカウントデータが、同じである場合、および（ｂ）前記直流バスがロジックハイ状態を有する場合、オープン状態で故障していると決定される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
ある相では、第２の保護ダイオードが前記半導体デバイスの中の１つの切り替え端子の間に接続され、
（ａ）前記スイッチのいずれにも指図がなされておらず、前記第１の相の前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第２の相の前記第２のスイッチングトランジスタをオープンしたとき、前記第１の相に関する第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、実質的に同じ状態のままである場合、（ｂ）前記デジタルカウントデータが、第１の測定ノードにおいて第１の状態で、前記第２の相に関する第２の測定ノードにおいて第２の状態と実質的に同じ状態のままであり、前記第１の状態は、両方がクローズである、前記第１の相の前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第２の相の前記第２のスイッチングトランジスタを含み、前記第２の状態は、両方がオープンである前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第２のスイッチングトランジスタを含む場合、（ｃ）前記第１の相に関する前記第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、前記第１の状態で、前記第２の相に関する前記第２の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータより大きい場合、および（ｄ）前記第１の相に関する前記第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、前記第２の状態で、前記第２の相に関する前記第２の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータと異なる場合、前記第２の保護ダイオードがオープン状態で故障していると決定される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
ある相では、第１の保護ダイオードが、前記半導体デバイスの中の１つの切り替え端子の間に接続され、（ａ）前記スイッチのいずれにも指図がなされておらず、前記第２の相の前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第１の相の前記第２のスイッチングトランジスタをオープンにしたとき、前記第１の相に関する第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、実質的に同じ状態のままである場合、（ｂ）前記デジタルカウントデータが、第１の測定ノードにおいて第１の状態で、前記第２の相に関する第２の測定ノードにおいて第２の状態と実質的に同じ状態のままであり、前記第１の状態は、両方がクローズである、前記第２の相の前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第１の相の前記第２のスイッチングトランジスタを含み、前記第２の状態は、両方がオープンである前記第１のスイッチングトランジスタおよび前記第２のスイッチングトランジスタを含む場合、（ｃ）前記第１の相に関する前記第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、前記第１の状態で、前記第２の相に関する前記第２の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータより小さい場合、および（ｄ）前記第１の相に関する前記第１の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータが、前記第２の状態で、前記第２の相に関する前記第２の測定ノードにおける前記デジタルカウントデータと異なる場合、前記第１の保護ダイオードがオープン状態で故障していると決定される、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本文書は、２０１１年３月２１日出願で「SYSTEM FOR DETECTING A FAILURE ASSOCIATED WITH AN INVERTER OR ASSOCIATED MACHINE」と題する米国仮特許出願第６１／４５４，６９０号に基づき、米国特許法第１１９条（ｅ）項によって優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、インバータまたはインバータと関連する機械と関連する不具合を検出する、または診断するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
先行技術では、インバータが、直流データバス上の直流（ＤＣ）電圧を、電気モータを制御する１つまたは複数の交流信号に変換するために使用される。それとは逆に、インバータは、機械（たとえば、交流電源または発電機）から発生された交流を、車両または他の電気機器を動作させるための直流に変換するために使用することができる。いくつかの先行技術の構成では、インバータは、１つまたは複数のパワースイッチング半導体を含み、１つまたは複数のパワースイッチング半導体は、オープン状態またはクローズ状態で故障する恐れがある。
【０００４】
いくつかの先行技術によるシステムは、完全な動作モードにおいてフルパワーでインバータまたは機械を動作させるに先立ち、低電力での始動時診断手順の一部分として、インバータまたは機械の不具合を検出しようと試みることがある。たとえば、いくつかの先行技術によるシステムは、インバータまたは機械が始動される、またはパワーオンされる毎に、インバータの動作電圧より低い電圧で実行される診断手順サイクルを有する。しかし、そのような先行技術によるシステムは、前の診断手順サイクルと次の診断手順サイクルとの間でインバータまたは機械の動作の間（動作期間中）、不具合を検出することが可能でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、インバータまたは機械の動作の間、インバータまたは機械の不具合をリアルタイムで検出するためのシステムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、システムは、インバータまたはインバータに関連する機械に関連する故障を検出することが可能である。システムは、正端子および負端子を有する直流バスを含む。インバータは、直流バスの正端子と負端子の間で直列に結合される切り替え端子を備える第１のペアの半導体デバイスを含む。アナログインターフェースが、半導体デバイスの制御端子に関連する測定ノードにおける電圧レベルを調節する。アナログデジタル変換器が、測定ノードの調節された電圧レベルを受け取るためのアナログ入力を有し、各測定ノードについて対応するデジタルカウントデータを出力する。デジタルカウントデータが、データ記憶装置中に格納され、半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲と一致しない場合、インバータ中の故障を検出するように、データプロセッサを適合させる。それとは逆に、デジタルカウントデータが、データ記憶装置中に格納され、半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲と一致する場合、インバータ中に故障がないことを検出するように、データプロセッサを適合させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】インバータまたはインバータに関連する機械に関連する不具合を検出する、または診断するためのシステムの一実施形態のブロック図である。
【図２】インバータまたはインバータに関連する機械に関連する不具合を検出する、または診断するシステムの別の実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施形態によれば、図１に、インバータまたはインバータに関連する機械１７７に関連する不具合を検出する、または診断することが可能であるシステム１１１を示す。システム１１１は、予備試験の非動作モードとは対照的に、リアルタイムで、またはインバータの動作モードの間、インバータ（たとえば、パワーステージ２０９）の不具合を診断する、識別する、かつ分類するのによく適している。動作モードでは、インバータ（たとえば、パワーステージ２０９）は、機械１７７またはモータを制御するために、直流を、機械１７７またはモータに印加するための１つまたは複数の交流信号に変換することが可能である。試験モードでは、インバータは、機械１７７またはモータに印加するための１つまたは複数の交流信号を供給または出力しない。
【０００９】
一実施形態では、システム１１１は、直流バス９８に電気エネルギーまたは直流電圧を供給するエネルギー源１０９（たとえば、バッテリ、燃料電池または機械的に駆動される発電機）を含む。直流バス９８は、正端子１０１および負端子９９を有する。インバータ（たとえば、パワーステージ２０９）は、１つまたは複数のインバータ相（２０８、２０６および２０４）、またはスイッチングセクションを有することができ、そこでは、各相（２０８、２０６または２０４）、またはスイッチングセクションが、別個の出力信号をインバータの対応する出力端子（３０４、３０６、３０８）に提供する。一実施形態では、インバータの各相（２０８、２０６または２０４）は、ペアのスイッチングトランジスタを有する。スイッチングトランジスタは、直流バス９８から直流電力を受け取るように構成される。たとえば、インバータのパワーステージ２０９の各相は、第１のペアの半導体デバイス（たとえば、第１のインバータ相２０８について、７０、７８）を含み、それは、直流バス９８の正端子１０１と負端子９９の間で直列に結合される切り替え端子（たとえば、コレクタおよびエミッタ、あるいはドレインおよびソース）を備える。インバータの１つまたは複数の出力端子は、負荷機械１７７（たとえば、モータ）に結合される。
【００１０】
ドライバステージ１０が、スイッチングトランジスタ（たとえば、第１のインバータ相２０８について７０、７８）に結合されて、電子データ処理システム１６のコマンドデータに基づき、スイッチングトランジスタを制御する。電子データ処理システム１６は、データポート１８の１つを介して車両データバス（図示せず）に接続することができる。車両データバスは、たとえば、オペレータ入力（たとえば、ユーザが入力する、モータに対する速度またはトルクのコマンド）を受理するための１つまたは複数のコントローラ、入力装置、あるいはユーザインターフェースとデータメッセージを通信するためにＩＳＯ（International Standards Organization）に適合したデータバスまたはコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ：controller area network）のデータバスを含むことができる。ドライバステージ１０は、機械１７７またはモータに印加される出力信号を変調するようにスイッチングトランジスタを制御し、それは、モータまたは機械１７７の回転速度、トルク、加速度、減速度または回転方向の制御をサポートする。
【００１１】
アナログインターフェース１２が、半導体デバイスの制御端子（半導体デバイスのベースまたはゲート３６、４２、５０、５６、６４、７０および７８）に結合される。たとえば、アナログインターフェース１２は、半導体デバイスの制御端子と関連する測定ノード（３１０、３１２、３１４）における電圧レベルを調節する、平均化する、またはスケーリングする。図１の例示的な実施例では、測定ノードは、第１のインバータ相２０８についての第１の測定ノード３１０と、第２のインバータ相２０６についての第２の測定ノード３１２と、第３のインバータ相２０４についての第３の測定ノード３１４と、ブレーキ回路２０２についての第４の測定ノード３１６とを含む。本明細書に述べるチャートでは、第１の測定ノード３１０、または直流バス９８の負端子９９を基準として、それに関連する測定される電圧をＶｐｏｌｅ＿Ａとして参照し；第２の測定ノード３１２、または直流バス９８の負端子９９を基準として、それに関連する測定される電圧をＶｐｏｌｅ＿Ｂとして参照し；第３の測定ノード３１４、または直流バス９８の負端子９９を基準として、それに関連する測定される電圧をＶｐｏｌｅ＿Ｃとして参照し；そして、第４の測定ノード３１６、または直流バス９８の負端子９９を基準として、それに関連する測定される電圧をＶｐｏｌｅ＿ＢＣとして参照する。
【００１２】
一実施形態では、アナログインターフェース１２は、いずれもの測定ノードについての平均電圧レベル、相加平均電圧レベル、中央値電圧レベル、またはいずれもの測定ノードについての２乗平均平方根値を決定するためのアナログ平均化回路を含む。たとえば、いずれもの測定ノードについての、いずれものそのような電圧レベルは、直流バス９８の負端子９９を基準として測定することができる。一実施形態では、平均電圧レベルは、サンプリング周期またはサンプリング間隔中に評価される測定ノードにおいて、低電圧レベルと高電圧レベルの間の中点を表し、サンプリング周期またはサンプリング間隔は、ドライバステージ１０からパワーステージ２０９に出力される変調信号（たとえば、コマンド信号）の周波数または周期を基準として定義することができる。別の実施形態では、また、平均電圧レベルは、サンプリング周期またはサンプリング間隔中に評価される測定ノードの最小低電圧レベルの絶対値と最大高電圧レベルの絶対値の和に１／２を掛けたものを表すことができる。
【００１３】
他の実施形態では、アナログインターフェース１２は、スケーリング増幅器、圧縮増幅器または減衰増幅器、あるいはアナログデジタル変換器１４に印加される信号レベルを、処理するために適切な範囲の信号値に調節する別の回路を含むことができる。
【００１４】
１つまたは複数のアナログデジタル変換器１４の入力が、アナログインターフェース１２の出力に結合される。アナログデジタル変換器１４は、測定ノード（３１０、３１２、３１４、３１６）の調節された電圧レベルを受け取るためのアナログ入力を有し、各測定ノードについて対応するデジタルカウントデータ１１５（たとえば、本明細書に開示するチャート中のＡＤＣカウントデータ）、または対応する電圧データを出力する。次いで、アナログデジタル変換器１４は、電子データ処理システム１６に結合され、それは、測定されたデジタルカウントデータ１１５を格納することができ、それは、また、格納されたデジタルカウントデータとして参照することができる。
【００１５】
データ処理システム１６では、デジタルカウントデータ１１５が、データ記憶装置２４中に格納され、半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲（たとえば、本明細書中に述べるチャートと同様の診断データまたはルックアップテーブル中）と一致しない場合、インバータ（たとえば、パワーステージ２０９）中の故障を検出するように、データプロセッサ２２を適合させる。それとは逆に、デジタルカウントデータ１１５が、データ記憶装置２４中に格納され、半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲と一致する場合、インバータ（たとえば、パワーステージ２０９）中に故障がないことを検出するように、データプロセッサ２２を適合させる。切り替え状態は、本明細書で使用する際、適切に機能している、または損なわれていない半導体デバイスが、アクティブ（「オン」または「クローズ」）であるのか、またはインアクティブ（「オフ」または「オープン」）であるのかを示す。状態を変化させる半導体デバイスの不具合によって、たとえば、半導体デバイスは、オープン状態またはクローズ状態にならない恐れがある。
【００１６】
電子データ処理システム１６は、エネルギー源１０９の電圧レベル出力を制御する、または電圧レベル出力を制御するように、エネルギー源１０９のスイッチング回路１０７を制御することができる。スイッチング回路１０７をエネルギー源１０９のブロック中に示しているが、スイッチング回路１０７は、（１）バッテリ、発電機または燃料電池から別個にパッケージすることができる：または（２）エネルギー源１０９、バッテリ、発電機または燃料電池と直流バス９８の間に中間物として接続することができ、そのような構成は、本明細書に添付の請求項の範囲内に含まれる。エネルギー源１０９は、第１の電圧レベル出力および第２のレベル出力を有することができ、第２のレベル出力は、第１のレベル出力より高い。一実施形態では、第１の電圧レベルは、２４ボルト以下である直流の試験電圧範囲を含むことができ、第２の電圧レベルは、４８ボルト以上である直流の動作電圧範囲を含むことができる。たとえば、試験電圧範囲は、フル動作の電圧範囲を直流バス９８に印加するのに先立ち、短絡があるのかどうかを試験するために、主に試験モードで使用される。
【００１７】
一実施形態では、エネルギー源１０９は、（たとえば、スイッチング回路１０７を介して）直流バス９８に結合される。スイッチング回路１０７は、第１の電圧レベルと第２の電圧レベルの間に、または試験電圧範囲と動作電圧範囲の間に、直流バス９８上の電圧レベルを調節するために、エネルギー源１０９と関連付けられる。データ処理システム１６は、スイッチング回路１０７を制御して、直流バス９８上の電圧レベルを目標電圧レベルに調節するように構成される。目標電圧レベルは、診断データ２６またはデータ記憶装置２４中の故障分類器１１３のソフトウェアインストラクションと一致させることができる。
【００１８】
電圧レベル検出器１０３が、直流バス９８の少なくとも１つの端子に結合される。電圧レベル検出器１０３は、エネルギー源１０９によって直流バス９８に印加される電圧レベル（たとえば、第１の電圧レベル、第２の電圧レベル、または測定されるＤＣバスのレベルデータ１１７）を検出する。電圧レベル検出器１０３は、電圧圧縮、電圧スケーリング、または測定目的のために直流バス９８上の電圧を調節するための、および補助アナログデジタル変換器１０５またはデータプロセッサ２２によって処理するための他の技法を特徴とすることができる。
【００１９】
一実施形態では、図１に例示するように、電圧レベル検出器１０３は、検出された電圧レベルを対応する高電圧レベルまたは対応する低電圧レベルに変換するために、あるいは、そうしなければＤＣバスステータスを設定するために、高補助アナログデジタル変換器１０５に結合することができる。次いで、補助アナログデジタル変換器１０５の出力が、データ処理システム１６に結合される。
【００２０】
１つまたは複数のキャパシタ（３２、３４）が、直流バス９８の端子（９９、１０１）の両端の間に接続される。示すように、２つの抵抗器（２８、３０）が、直流バス９８の正端子１０１と負端子９９の間で直列に接続される。各キャパシタ（３２、３４）は、直流をフィルタリングし、直流バス９８上の電圧または電流を実質的に一様なレベルの状態に、または所望の変動範囲内（たとえば、許容可能な電流リップルの公差内）に保つために、電解キャパシタ、キャパシタバンクを含むことができる。たとえば、各キャパシタ（３２、３４）は、直流バス９８の電流中の変動を低下させる、または改善することができ、その変動は、そうしなければ、インバータの１つまたは複数のステージと関連するパワーステージ２０９中の１つまたは複数の半導体スイッチが、アクティブである、あるいは同時に、または迅速な連続状態で切り替わったとき、生じる恐れがあるはずである。
【００２１】
一実施形態では、１つまたは複数の抵抗器（２８、３０）を、直流バス９８の正端子と負端子９９の間で直列に接続することができる。各抵抗器（２８または３０）は、たとえば、対応するキャパシタ（それぞれ３２または３４）と並列に接続して、フィルタリングネットワーク（たとえば、抵抗性容量性（ＲＣ）フィルタ）を形成することができる。
【００２２】
既に述べたように、インバータ相の出力ノード（３０４、３０６、３０８）は、負荷、モータまたは機械１７７の対応するモータ相の端子に結合することができる。図１に例示するように、インバータのパワーステージ２０９は、３つの相を有し、負荷は、３つの相を有するが、しかし、単一相からマルチ相の構成まで、いずれもの数の相を使用することができるはずである。図１では、インバータのパワーステージ２０９が３つの相を有しているが、インバータまたはシステム１１１は、１からＮまで、いずれもの数の相を有することができることを理解されたい、ただし、Ｎは正の整数である。示すように、インバータのパワーステージ２０９は、第１のインバータ相２０８、第２のインバータ相２０６および第３のインバータ相２０４を有する。さらに、インバータのパワーステージ２０９は、運転モードと対照的に、ブレーキモード中のその動作の間、機械１１７によって生成される電流を整流するためのブレーキ回路２０２を有する。
【００２３】
第１のインバータ相２０８は、第１のスイッチングセクションまたは第１のペアの半導体デバイス（７０、７８）を有する。第２のインバータ相２０６は、第２のスイッチングセクションまたは第２のペアの半導体デバイス（５６、６４）を有する。第３のインバータ相２０４は、第３のスイッチングセクションまたは第３のペアの半導体デバイス（４２、５０）を有する。インバータのパワーステージ２０９の各相が、第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）および第２のスイッチングトランジスタ（７８、６４、５０）を含み、それらのそれぞれの切り替え端子（たとえば、コレクタおよびエミッタ、あるいはソースおよびドレイン）が、正端子１０１と負端子９９の間で互いに対して直列に接続されている。第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）および第２のスイッチングトランジスタ（７８、６４、５０）が、ＮＰＮトランジスタとして例示されているが、代替実施形態では、第１のスイッチングトランジスタおよび第２のスイッチングトランジスタは、ＰＮＰトランジスタ、電界効果トランジスタまたは他の適切な半導体デバイスを含むことができる。
【００２４】
第１のインバータ相２０８は、第１のスイッチングトランジスタ（７０）および第２のスイッチングトランジスタ（７８）のベース（またはゲート）と関連する入力を有する。本明細書に述べるチャートでは、第１のインバータ相２０８の第１のスイッチングトランジスタ（７０）は、Ａ＋ＩＧＢＴとして参照し；第１のインバータ相２０８の第２のスイッチングトランジスタ（７８）は、Ａ−ＩＧＢＴとして参照する。ＩＧＢＴは、パワーステージ２０９のいずれもの相で、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（insulated gate bipolar transistor）を言うが、第１のスイッチングトランジスタ（たとえば、７０）および第２のスイッチングトランジスタ（たとえば、７８）は、電界効果トランジスタ、相補型金属酸化膜半導体、パワートランジスタまたは他の適切な半導体デバイスを含むことができる。
【００２５】
第１のインバータ相２０８は、機械１７７（たとえば、永久磁石または誘導機械）の負荷または第１の巻き線１５４に結合される第１の出力ノード３０８を有する。代替実施形態では、第１の巻き線１５４は、機械１７７と出力ノード３０８の間に結合されるインダクタと置き換える、またはそれを表すことができる。
【００２６】
第２のインバータ相２０６は、第１のスイッチングトランジスタ（５６）および第２のスイッチングトランジスタ（６４）のベース（またはゲート）と関連する入力を有する。本明細書に述べるチャートでは、第２のインバータ相２０６の第１のスイッチングトランジスタ（５６）は、Ｂ＋ＩＧＢＴとして参照し；第２のインバータ相２０６の第２のスイッチングトランジスタ（６４）は、Ｂ−ＩＧＢＴとして参照する。第２のインバータ相２０６は、機械１１７または機械１１７（たとえば、モータ）の第２の巻き線１６０に結合される第２の出力ノード３０６を有する。代替実施形態では、第２の巻き線１６０は、機械１７７と出力ノード３０６の間に結合されるインダクタと置き換える、またはそれを表すことができる。
【００２７】
第３のインバータ相２０４は、第１のスイッチングトランジスタ（４２）および第２のスイッチングトランジスタ（５０）のベース（またはゲート）と関連する入力を有する。本明細書に述べるチャートでは、第３のインバータ相２０４の第１のスイッチングトランジスタ（４２）は、Ｃ＋ＩＧＢＴとして参照し；第３のインバータ相２０４の第２のスイッチングトランジスタ（５０）は、Ｃ−ＩＧＢＴとして参照する。第３のインバータ相２０４は、機械１１７または機械１１７（たとえば、モータ）の第３の巻き線１８２に結合される第３の出力ノード１８２を有する。代替実施形態では、第３の巻き線１８２は、機械１７７と出力ノード３０４の間に結合されるインダクタと置き換える、またはそれを表すことができる。
【００２８】
各第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）のベース（またはゲート）が、ドライバステージ１０に結合される。ドライバステージ１０は、電子データ処理システム１６の制御に依存して、第１のスイッチングトランジスタを起動し（たとえば、スイッチオン）、かつ非作動状態にする（たとえば、スイッチオフ）信号（たとえば、変調信号）を供給するためのバイアスネットワークまたはロジック回路を含む。同様に、第２のスイッチングトランジスタ（７８、６４、５０）のベース（またはゲート）は、電子データ処理システム１６の制御に依存して、第２のスイッチングトランジスタを起動し（たとえば、スイッチオン）、かつ非作動状態にする（たとえば、スイッチオフ）信号を供給するためのドライバステージ１０またはロジック回路に結合される。
【００２９】
図１に例示するように、各第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）のコレクタは、直流バス９８の１つの電圧レールまたは正端子１０１に結合され、一方第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）のエミッタは、それぞれの相の出力ノードに結合される。各第２のスイッチングトランジスタ（７８、６４、５０）のコレクタは、それぞれの相の出力ノード（それぞれ３０８、３０６、３０４）に結合され、一方第２のスイッチングトランジスタ（７８、６４、５０）のエミッタは、（直流バス９８の）別の電圧レールまたは直流バス９８の負端子９９に結合される。
【００３０】
第１の保護ダイオード（７２、５８、４４）が、各第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）のコレクタとエミッタの間で並列に接続される。第２の保護ダイオード（８０、６６、５２）が、各第２のスイッチングトランジスタ（８０、６６、５２）のコレクタとエミッタの間で並列に接続される。第１のスイッチングトランジスタまたは第２のスイッチングトランジスタが状態の間で切り替えられるとき（たとえば、オフにされるとき）、電流を分散させるための経路を設けることによって、第１の保護ダイオード（７２、５８、４４）および第２の保護ダイオード（８０、６６、５２）は、過渡電流によって第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）および第２のスイッチングトランジスタ（７８、６４、５０）がそれぞれ損傷されないように保護する。
【００３１】
再生ブレーキ回路２０２によって、インバータが整流モードで機能し、かつモータまたは機械１７７が、運転モードと対照的に、ブレーキモードまたは発電モードで発電機として動作することが可能になる。ブレーキモードで機械１７７の回転エネルギーを減少させるために、かつ回転エネルギーから電気エネルギーを発生するために、機械１７７は、再生ブレーキモードで動作するように指図され、そこでは、機械１７７は、インバータのパワーステージ２０９の出力ノード（３０８、３０６、３０４）の１つまたは複数に印加するための交流エネルギーを発生する。ブレーキモードトランジスタ３６が、整流用ダイオード３８および抵抗４０の並列の組み合わせと直列である。ブレーキモードトランジスタ３６は、機械１７７によって発生された交流を整流する、または発生された交流の適切な波形サイクル部分中に交流を直流に変換するために、整流用ダイオード３８に向けて電流を切り替える、または導くように動作可能である。保護ダイオード３９は、ブレーキモードトランジスタ３６のエミッタとコレクタの間に接続されて、トランジスタ３６を、そうしなければ生じることになるはずの損傷電流から保護する。本明細書に述べるチャートでは、ブレーキモードトランジスタ３６は、ＢＣ  ＩＧＢＴとして参照することがある。
【００３２】
電子データ処理システム１６は、データプロセッサ２２、データ記憶装置２４、およびデータバス２０に結合される１つまたは複数のデータポート１８を含む。データプロセッサ２２、データ記憶装置２４およびデータポート１８は、データバス２０を介して互いに通信することが可能である。
【００３３】
データプロセッサ２２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ロジックデバイス、算術論理演算ユニット、特定用途向け集積回路、プログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブルシステムオンチップ（ＰＳｏＣ：programmable system on a chip）、または別のプログラマブル電子デバイスを含むことができる。
【００３４】
データ記憶装置２４は、いずれもの電子メモリ、ランダムアクセスメモリ、不揮発性メモリ、磁気記憶装置、光記憶装置、あるいはデータを格納するのに適切な、いずれもの他の装置または媒体を含むことができる。各データポート１８は、入出力ポート、トランシーバ、あるいは送信ラインを介して、または他の方法で、電子装置に送信する、それから受信する、またはそれと通信する別の装置を含むことができる。
【００３５】
一構成では、データポート１８は、ドライバステージ１０、アナログデジタル変換器１４、補助アナログデジタル変換器１０５およびエネルギー源１０９のスイッチング回路１０７および車両データバス（図示せず）に結合することができる。
【００３６】
ドライバステージ１０は、データポート１８に結合することができ、そうして、データ処理システム１６は、バイアス回路またはドライバステージ１０をディスエイブルする、またはエネイブルするコマンドまたは出力信号を発生することができ、それによって、故障していないインバータ回路構成または負荷（たとえば、モータ）を損傷させないように保護するように、インバータ（パワーステージ２０９）をディスエイブルする、またはエネイブルすることは、制御することができる。スイッチング回路１０７は、データポート１８に結合され、そのために、データ処理システム１６は、スイッチング回路１０７の切り替え状態を制御して、直流バス９８上に目標電圧レベルを供給し、それによって試験電圧範囲またはより低い電圧範囲でパワーステージに対する試験を実施することができる、あるいは、そうでなければ、直流バス９８上の第１の電圧レベルおよび第２の電圧レベルを制御して、パワーステージ２０９、機械１７７またはその両方に損傷を与えないように防止することができる。
【００３７】
アナログデジタル変換器１４は、アナログインターフェース１２を介して、測定ノードで測定されたデジタルカウントデータ１１５または測定された電圧データを入力する、または受け取ることを支援する。補助アナログデジタル変換器１４は、電圧レベル検出器１０３から測定された直流バスのレベルデータ１１７（または直流バスのロジックレベル）を入力する、または受け取ることを支援する。
【００３８】
一実施形態では、データ記憶装置２４は、次の測定されたデータ、基準データまたは他のデータレコードの１つまたは複数を格納する、すなわち：（１）診断データ２６（たとえば、ルックアップテーブルとしてフォーマッティングされる本明細書に開示する１つまたは複数のチャート）、（２）本明細書に述べるそれらテーブルから導かれるデータレコード、ファイル、チャートまたはデータ構造、（３）故障分類器１１３のソフトウェアまたはプログラムインストラクション、（４）測定されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）のカウントデータ、（５）測定されたデジタルカウントデータ１１５、（６）負グラウンド電位または負端子９９を基準にして対応する測定ノードで測定された電圧または平均電圧、（７）測定された直流バス９８の電圧レベル、（８）直流バス９８について測定されたロジックレベル、（９）ＤＣバスのレベルデータ１１７、（１０）パワーステージ２０９中の対応する半導体デバイス（たとえば、スイッチングトランジスタまたは保護ダイオード）に関する基準切り替え状態である。
【００３９】
一実施形態では、電圧レベル検出器１０３は、直流バス９８の電圧レベルを検出する。補助アナログデジタル変換器は、決定された電圧レベルを、直流バス９８のロジックレベルまたはＤＣバスのレベルデータ１１７に変換する。故障分類器１１３は、（ａ）データ記憶装置２４中に格納され、半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する１つまたは複数の基準範囲または状態と一致する、測定されたデジタルカウントデータ１１５、および（ｂ）半導体デバイスの対応する切り替え状態に関する対応するロジックレベル要求およびデジタルカウントデータ１１５の対応する基準範囲と一致する直流バス９８の測定されたロジックレベルまたは測定されたＤＣバスのレベル１１９に基づき、インバータの故障を故障カテゴリに分類する。デジタルカウントデータ１１５は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）のカウント（アナログデジタル変換器１４の）、あるいは第１の相について第１の測定ノードで、第２の相について第２の測定ノードで、または第３の相について第３の測定ノードで測定された電圧のデジタル表現を含むことができる。代替実施形態では、デジタルカウントデータは、別の電圧、電流、またはいずれかの測定ノードにおける他の電気信号値を表すことができる。
【００４０】
アナログデジタル変換器１４が、デルタ符号化アナログデジタル変換器、カウンティング（counting）型アナログデジタル変換器またはカウンタランプ（counter-ramp）型アナログデジタル変換器として実現された場合、アナログデジタル変換器１４は、電子カウンタ、電子データプロセッサ２２（たとえば、マイクロコントローラ）およびコンパレータの組み合わせを含むことができる。たとえば、カウンタは、アナログカウンタ出力信号の値に対応するデジタルカウントデータ１１５のデジタルカウンタ出力を有する。アナログカウンタ出力信号は、コンパレータの１つの入力に入力される。アナログ入力信号（または、デジタル化される基準信号）が、コンパレータの別の入力に入力される。データプロセッサ２２またはマイクロコントローラは、カウンタの値を増加させる、または減少させる（または減少する）、それによって、コンパレータが、アナログ入力信号とアナログカウンタ出力信号が実質的に等しいと決定したとき、目標カウンタ出力が獲得される。コンパレータが、アナログ入力信号とアナログカウンタ出力信号が実質的に等しいと決定したとき、デジタルカウントデータ１１５は、電子データプロセッサ２２が読み込む、または確立する。アナログ入力信号とカウンタ出力信号が等しくなり、それによって、カウンタの出力値（たとえば、デジタルカウントデータ１１５）の読み出しが起動されたとき、コンパレータは、データプロセッサ２２またはマイクロコントローラへのロジック信号入力を発生するために、使用することができる。
【００４１】
カウンティング型アナログデジタル変換器を、本明細書に開示するシステムおよび発明を実施する変換器１４として使用することができるが、他のアナログデジタル変換器を、本発明を実施するために使用することができ、それは、本明細書に添付する請求項の範囲内に含まれる。したがって、チャート（本明細書に開示する）のいずれかに述べるＡＤＣカウントの値は、対応するデジタル電圧値、同等のデジタル電圧値またはデジタル電流値と置き換えることができることを、当業者は理解されたい。
【００４２】
図１のシステムは、様々な実施例によるインバータ中の故障を検出することができ、それは、代替で、または追加して適用することができる。
【００４３】
第１の実施例によれば、いずれものインバータ相（２０８、２０６、２０４）では、ペアの半導体デバイスが、パワーステージ２０９のその相内に第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）および対応する第２のスイッチングトランジスタ（７８、６４、５０）を含み、そのある相の第１のスイッチングトランジスタは、（ａ）第１のスイッチングトランジスタが、アクティブ状態を取るように指図されたとき、および同じ相のペアのトランジスタ（たとえば、７０および７８）が、指図されていない、またはインアクティブ状態を取るように指図されたとき、第１のスイッチングトランジスタ（たとえば、７０）に関するデジタルカウントデータ１１５が、同じである場合、および（ｂ）直流バス９８が、測定されたＤＣバスのレベルデータ１１７としてロジックハイ状態を有する場合、オープン状態で故障していると決定される。
【００４４】
第２の実施例によれば、第２の保護ダイオード（８０、６６、５２）が、半導体デバイス（７８、６４、５０）の中の１つの切り替え端子（たとえば、コレクタとエミッタ、あるいはドレインとソース）の間に接続され；第２の保護ダイオード（８０、６６、５２）は、（ａ）第１のインバータ相２０８に関する第１の測定ノード３１０におけるデジタルカウントデータ１１５または電圧データが、何ら切り替えも指図されていない、および第１の相２０８の第１のスイッチングトランジスタ７０および第２の相２０６の第２のスイッチングトランジスタ６４をオープンしたとき、実質的に同じ状態のままである場合、（ｂ）デジタルカウントデータ１１５が、第１の測定ノード３０８において第１の状態で、第２の相２０６に関する第２の測定ノード３０６において第２の状態と実質的に同じ状態のままであり、第１の状態は、両方がクローズである、第１の相２０８の第１のスイッチングトランジスタ７０および第２の相２０６の第２のスイッチングトランジスタ６４を含み、第２の状態は、両方がオープンである、第１のスイッチングトランジスタ７０および第２のスイッチングトランジスタ６４を含む場合、（ｃ）第１の相２０８に関する第１の測定ノード３０８におけるデジタルカウントデータ１１５が、第１の状態で、第２の相２０６に関する第２の測定ノード３０６におけるデジタルカウントデータ１１５より大きい場合、および（ｄ）第１の相２０８に関する第１の測定ノード３０８におけるデジタルカウントデータ１１５が、第２の状態で、第２の相２０６に関する第２の測定ノード３０６におけるデジタルカウントデータ１１５と異なる場合、オープン状態で故障していると決定される。
【００４５】
第３の実施形態によれば、第１の保護ダイオード（７２、５８、４４）が、半導体デバイスの中の１つの切り替え端子（コレクタとエミッタ、あるいはドレインとソース）の間に接続され、第１の保護ダイオード７２は、（ａ）第１の相２０８に関する第１の測定ノード３０８におけるデジタルカウントデータ１１５が、何ら切り替えも指図されていないとき、および第２の相２０６の第１のスイッチングトランジスタ（５６）および第１の相２０８の第２のスイッチングトランジスタ７８をオープンしたとき、実質的に同じ状態のままである場合、（ｂ）デジタルカウントデータ１１５が、第１の測定ノード３０８において第１の状態で、第２の相２０６に関する第２の測定ノード３０６において第２の状態と実質的に同じ状態のままであり、第１の状態は、両方がクローズである、第２の相２０６の第１のスイッチングトランジスタ５６および第１の相２０８の第２のスイッチングトランジスタ７８を含み、第２の状態は、両方がオープンである、第１のスイッチングトランジスタ５６および第２のスイッチングトランジスタ７８を含む場合、（ｃ）第１の相２０８に関する第１の測定ノード３０８におけるデジタルカウントデータ１１５が、第１の状態で、第２の相２０６に関する第２の測定ノード３０６におけるデジタルカウントデータ１１５より低い場合、および（ｄ）第１の相２０８に関する第１の測定ノード３０８におけるデジタルカウントデータ１１５が、第２の状態で、第２の相２０６に関する第２の測定ノード３０６におけるデジタルカウントデータ１１５と異なる場合、オープン状態で故障していると決定される。
【００４６】
第４の実施形態によれば、一構成では、電圧レベル検出器１０３が、直流バス９８の電圧レベルまたはＤＣバスステータスを検出する。パワーステージ２０９中の異なる半導体デバイスが、あるそれぞれの切り替え状態中にあるとき、データプロセッサ２２が、直流バス９８の電圧レベルの崩壊速度を測定する。故障分類器１１３またはデータプロセッサ２２は、測定された崩壊速度の微分に基づき、いずれもの相（２０８、２０６、２０４）中のペアの半導体デバイスの間で故障している半導体デバイスを識別するためのソフトウェアインストラクションを含む。たとえば、半導体デバイスが、第１のスイッチングトランジスタ（７０、５６、４２）および第２のスイッチングトランジスタ（７８、６４、５０）を含む場合、および直流バス９８の直流が、第２のスイッチングトランジスタに対するコマンドによって、特定の相の第１のスイッチングトランジスタによる場合と比べて、より迅速に崩壊する場合、第１のスイッチングトランジスタは、パワーステージ２０９のその特定の相について、ショート状態で故障していると決定される。
【００４７】
図１のシステムは、次のチャートと整合する、広範囲の様々な例示的な実施例の下で、直流バス９８と関連する短絡を検出することが可能である。
【００４８】
【表１】
2014509184.tif 000003
【００４９】
【表２】
2014509184.tif 000004
【００５０】
【表３】
2014509184.tif 000005
【００５１】
【表４】
2014509184.tif 000006
【００５２】
【表５】
2014509184.tif 000007
【００５３】
【表６】
2014509184.tif 000008
【００５４】
【表７】
2014509184.tif 000009
【００５５】
【表８】
2014509184.tif 000010
【００５６】
【表９】
2014509184.tif 000011
【００５７】
テーブル１〜５のいずれも、１つまたは複数のルックアップテーブル、ファイル、データベース、データレコード、またはデータ処理システム１６のデータ記憶装置２４中に診断データ２６として格納される他のデータ構造として構築することができる。テーブルのいずれかに、スイッチ（インバータのＩＧＢＴ）が、クローズおよび／またはオープンになるように指図されたときに応じた、ＡＤＣカウントの２つの例示的な可能性または置換が存在する。上記の可能性は、１０ビットまたは１２ビットのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）（たとえば、アナログデジタル変換器１４）について、テーブル中で、以下に述べる。テーブル１〜５では、交流のノード電圧（負直流バスに対してインバータの中点電圧）を検知し、かつＶ＿ｐｏｌｅ＿Ａ、Ｖ＿ｐｏｌｅ＿Ｂ、Ｖ＿ｐｏｌｅ＿ＣおよびＶ＿ｐｏｌｅ＿ＢＣに関するＡＤＣカウントを知ることによって、インバータ給電の電気機械システム中の次の不具合を検出することができる：すなわち、（１）インバータ中でショート故障している、いずれもの、またはペアのスイッチングトランジスタ（たとえば、ＩＧＢＴ）；（２）インバータ中でオープン故障している、いずれものスイッチングトランジスタ（たとえば、ＩＧＢＴ）；（３）インバータ中でショート故障またはオープン故障している、いずれものダイオード（たとえば、保護ダイオード）；（４）ショート故障している、いずれものキャパシタ；（５）ショート故障またはオープン故障しているインバータまたは機械の間のいずれものケーブル；（６）ショート故障またはオープン故障している、いずれもの機械の巻き線；（７）オープン故障またはショート故障している、いずれものブレーキ回路トランジスタ（たとえば、ブレーキチョッパ（brake chopper）ＩＧＢＴ）またはダイオード；および（８）オープン故障またはショート故障しているブレーキグリッド抵抗および／またはケーブルである。
【００５８】
いくつかの構成では、テーブル１および２は、図１および図２のシステムに、あるいはインバータまたは関連する永久磁石機械、誘導機械またはスイッチドリラクタンス（ＳＲ：switched reluctance）機械中の故障の診断に適用することができる。テーブル２は、ブレーキ回路（２１０または２０２）またはそのスイッチングトランジスタ（たとえば、チョッパＩＧＢＴ）と関連する不具合の検出に適用することができる。
【００５９】
テーブル２〜５のいずれかに、ＡＤＣカウントが、テーブル１で上記に述べたパターンに従わない場合、故障は、インバータ、交流機械（たとえば、誘導または永久磁石）中に存在すると宣言することができる。インバータ、モータ、または他の関連する構成要素のこれらの故障または不具合は、次のカテゴリに入れることができる：すなわち、（１）カテゴリＡ：ＤＣバスのショート故障、（２）カテゴリＢ：ＤＣバスのオープン故障、（３）カテゴリＣ：ＩＧＢＴのオープン故障、（４）カテゴリＤ：ＩＧＢＴのショート故障、（５）カテゴリＥ：ダイオードのオープン故障、（６）カテゴリＦ：ダイオードのショート故障、および（７）カテゴリＧ：モータケーブルがインバータ極と接続されていない。
【００６０】
テーブル３に、たとえば、多相スイッチドリラクタンス機械が、図２のインバータと接続されて、インバータ機械結合系２１１を形成する、図２のＶ＿ｐｏｌｅ＿Ａ＋、Ｖ＿ｐｏｌｅ＿Ａ−、Ｖ＿ｐｏｌｅ＿Ｂ＋、Ｖ＿ｐｏｌｅ＿Ｂ−、Ｖ＿ｐｏｌｅ＿Ｃ＋、Ｖ＿ｐｏｌｅ＿Ｃ−およびＶ＿ｐｏｌｅ＿ＢＣに関する条件またはそれぞれの状態を述べる。
【００６１】
テーブル４は、たとえば、図２のスイッチドリラクタンスシステム構成の直流バス９８と関連する不具合を検出することに関する。
【００６２】
テーブル５は、たとえば、図２のスイッチドリラクタンスシステム構成の直流バス９８と関連する不具合を検出することに関する。テーブル５は、第１の相（たとえば、相Ａ）から第２の相（たとえば、相Ｂ）および第３の相（たとえば、相Ｃ）に拡張することができる、というのは、図１および図２の回路が、相Ａ、ＢおよびＣについて同様であるからである。第２の相および第３の相に関し、テーブル５に述べる不具合検出方法は、相ＢおよびＣそれぞれのためにスイッチングトランジスタおよびダイオード（たとえば、ＩＧＢＴおよびダイオード）を使用して、適切な極電圧またはＡＤＣカウントを得ることになる。
【００６３】
テーブル５に関し、まず、ＤＣバス９８が、電圧測定試験をパスして、直流バス９８上に短絡がないことが示され、かつ他の検出可能な不具合が存在しない場合、次に、データ処理システム１６または故障分類器１１３が、プログラムインストラクションを含んでいて、インバータ、それに関連する機械（たとえば、モータ）、および機械をインバータに接続するケーブル中の不具合の検出に進むことができる。
【００６４】
一構成では、電子処理システム１６は、半導体デバイスの短絡または不具合を示す一定の条件が、満たされた場合、動作電圧レベルにおいて動作モードでインバータが動作することをディスエイブルすることが可能である。別の構成では、試験モードにおいて、データ処理システム１６は、第１のインバータ相２０８、第２のインバータ相２０６または第３のインバータ相２０４の第１のスイッチングトランジスタまたは第２のスイッチングトランジスタを選択的に起動するように、バイアス回路またはドライバ１０に指図する試験信号を発生し、それによって、インバータのパワーステージ２０９のスイッチングセクションまたは相内で短絡を識別することができる。
【００６５】
代替実施形態では、ユーザインターフェース１９（図示せず）をデータバス２０に結合することができる。ユーザインターフェース１９は、ディスプレイ、キーパッド、キーボード、ポインティングデバイス、あるいはデータ処理システム１６を介してインバータと関連するデータ（たとえば、診断データ２６）を入力する、またはモニタするための別のデータ入力およびデータ出力デバイスを含むことができる。
【００６６】
別の構成では、電子データ処理システム１６は、故障している半導体デバイスまたはインバータ中の短絡の位置または正体を表す診断データをもたらすために、データバス２０に結合されるユーザインターフェース１９（図示せず）を有する。
【００６７】
図２のシステム１１は、図１のシステム１１１と同様であるが、ただし図２のシステム１１が、たとえば、スイッチドリラクタンス機械またはモータに適用可能である異なるインバータ（たとえば、インバータ機械結合系２１１）を有することを除く。図１および図２の同様の参照番号は、同様の要素または特徴を示す。なお、図１および図２の第１のスイッチングトランジスタおよび第２のスイッチングトランジスタの参照番号は、それぞれのインバータの同じ相に対応しないが、しかし、図１および図２の両方で、第１のスイッチングトランジスタには、参照番号４２、５６、および７０を割り当て、第２のスイッチングトランジスタには、参照番号５０、６４および７８を割り当てていることに留意すべきである。
【００６８】
図１のシステム１１１は、たとえば、永久磁石機械またはモータ、あるいは誘導モータまたは機械を含む機械１７７によく適している。それとは対照的に、図２のシステム１１は、主にスイッチドリラクタンス機械またはモータに適用される。図２のインバータの各相（２１６、２１４、２１２）は、ペアの半導体（たとえば、７０と７８、５６と６４、および４２と５０）の間に、または図１と関連して参照される中間の機械の巻き線２１３を有する。同じ相のいずれかの第１のスイッチングトランジスタといずれかの第２のスイッチングトランジスタが、直列に結合されていると見なされる場合、介在するモータの巻き線は、第１のスイッチングトランジスタ（たとえば、第３の相２１６について７０）のエミッタと第２のスイッチングトランジスタ（たとえば、第３の相２１６について７８）のコレクタの間で直接接続することができる。
【００６９】
図２のインバータ機械結合系２１１の各相（２１２、２１４、２１６）は、ペアの半導体デバイス（４２と５０、５６と６４、および７０と７８）と関連付けられるセットのダイオード（４８と４６、６８と６２、または７４と７６）を有する。そのセットの第１のダイオード（４６、６２および７４）のアノード（正端子）が、第１のスイッチングトランジスタ（４２、５６および７０）のエミッタおよびモータまたは機械（たとえば、スイッチドリラクタンス機械）の巻き線２１３の第１の端子と結合される。第２のダイオード（４８、６８、７６）のカソード（負電極）が、第２のスイッチングトランジスタ（５０、６４、７８）のコレクタおよびモータまたは機械（たとえば、スイッチドリラクタンス機械）の巻き線２１３の第２の端子と結合される。
【００７０】
機械の巻き線２１３は、いずれもの相（２１２、２１４、２１６）内で、半導体デバイス（たとえば、４２と５０、５６と６４、または７０と７８）の間に接続され、巻き線２１３は、第１の端子および第２の端子を有する。第１のダイオード（４６、６２および７４）は、そのカソードが負端子９９に結合され、そのアノードが巻き線２１３の第１の端子に結合される。第２のダイオード（４８、６８、７６）は、そのカソードが巻き線２１３の第２の端子に結合され、そのアノードが直流バス９８の正端子１０１に結合される。
【００７１】
第１の相２１２では、インバータ（たとえば、インバータ機械結合系２１１）は、ペアの半導体デバイスと関連付けられるセットのダイオード（４６、４８）を有する。そのセットの第１のダイオードのアノード（正端子１０１）は、第１のスイッチングトランジスタのエミッタおよびモータの第１の巻き線５４の第１の端子に結合される。第２のダイオードのカソード（負電極）は、第２のスイッチングトランジスタのコレクタおよびモータの第１の巻き線の第２の端子に結合される。第１の相２１２の第１の出力ノード３２４が、機械の巻き線２１３に接続される。
【００７２】
第２の相２１４では、インバータは、ペアの半導体デバイス（５６と６４）と関連付けられるセットのダイオード（６２と６８）を有する。そのセットの第１のダイオード６２のアノード（正端子）が、第１のスイッチングトランジスタ５６のエミッタおよびモータまたは機械の第２の巻き線６０の第１の端子に結合される。第２のダイオード６８のカソード（負電極）が、第２のスイッチングトランジスタ６４のコレクタおよびモータまたは機械の第２の巻き線２１３の第２の端子に結合される。第２の相２１４の第２の出力ノード３２６が、機械の巻き線２１３に接続される。
【００７３】
第３の相２１６では、インバータは、ペアの半導体デバイス（７０、７８）と関連付けられるセットのダイオード（７４、７６）を有する。そのセットの第１のダイオード７４のアノード（正端子１０１）が、第１のスイッチングトランジスタ７０のエミッタおよびモータまたは機械の第３の巻き線８２の第１の端子に結合される。第２のダイオード７６のカソード（負電極）が、第２のスイッチングトランジスタ７８のコレクタおよびモータまたは機械の第３の巻き線８２の第２の端子に結合される。第２の相２１４の第３の出力ノード３２６が、機械の巻き線２１３に接続される。
【００７４】
一実施形態では、セットのダイオード（４６、４８、６８、６２、７６、７４）を追加することによって、ペアの半導体デバイスだけがインバータのいずれもの相内にある場合に比べて、負荷またはモータ（たとえば、スイッチドリラクタンス負荷）に対して、より高い電流処理能力が得られる、または電流管理が向上される。
【００７５】
上記のチャートは、図１および図２のシステムに同じように適用される。システムおよび関連する方法は、インバータ、モータ、あるいは関連する配線、ハーネス、ケーブル、電子または電気構成要素中でリアルタイムに故障を検出するのによく適している。一実施形態では、図１または図２の次の構成要素のいずれも、プログラマブルシステムオンチップ（ＰＳｏＣ）アーキテクチャまたは他のオンボードインテリジェンスシステム（onboard intelligent system）上に実現することができる、たとえば、ドライバステージ１０、アナログインターフェース１２、アナログデジタル変換器１４、補助アナログデジタル変換器１０５および電圧レベル検出器１０３、ならびにデータ処理システム１６である。システムは、プログラマブルシステムオンチップのアーキテクチャまたは既存のデータ処理システム１６のプログラミングに基づき、容易に設計することができるので、追加のセンサ、補足のディスクリート構成要素または外部電子システムが必要になる恐れがあるはずの他の技術的な解決策に比べて、費用効率をより高くすることができる。
【００７６】
一構成では、システムは、ロー側のトランジスタ（たとえば、ＩＧＢＴ'）に関して、ドライバステージ１０によって対応するように印加されるゲート信号と関連するデジタル電圧の状態を比較する。比較される信号が、所望のＶ＿ｐｏｌｅおよび同等のＡＤＣカウントと一致しない場合、故障およびその場所が宣言され、データ処理システム１６（たとえば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））中に登録される。したがって、システムは、発生した故障（複数可）の悪影響を軽減する、または無くすことが、すぐにできるはずである。
【００７７】
本明細書に開示するシステムは、リアルタイムでのパワーオン前の診断手順が、システム中の次々に発生する、および壊滅的な不具合を防止することになるように支援する。たとえば、試験モードの間、低電圧でのパワーオン前の診断は、システムがパワーオンされる前に、初期不具合を検出する。試験モードでは、データ処理システム１６は、インバータの動作モードの間、高電圧で生じることを待っている不具合を自動的に検出することができるはずである自己診断手順をサポートする。システムは、インバータ、機械または関連する構成要素中の様々な欠かせない部品が徐々に劣化し、経年劣化することのために、そのうち起こる可能性があるはずの不具合を追跡して捕らえる手順を適用することによって、予防診断または予知保全するのによく適している。システムは、動作中のシステムの下で不具合（故障）を検出し、これら故障の悪影響を軽減し、またはなくし、さらにまたインバータ、モータまたは関連する構成要素の壊滅的な不具合のリスクを減少させる、リアルタイムの診断手順を実施するのによく適している。
【００７８】
好ましい実施形態を述べてきたが、添付の請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができることは、明らかになるはずである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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