(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリッジ接続された上アーム回路及び下アーム回路を構成する複数のパワー半導体素子を有する電力変換回路と、
前記電力変換回路に印加される電圧を平滑する電圧平滑用キャパシタと、
前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路と、
前記パワー半導体素子に流れる電流が所定の値以上であることを検出して過電流状態であると判断し、前記過電流状態であるとの判断に基づき当該パワー半導体素子を通常より遅い速度で遮断する過電流保護手段と、
前記ドライバ回路に対して、前記複数のパワー半導体素子の同時オン信号を、前記過電流保護手段が前記過電流状態を判断するまでの所定の期間以上送信することで、上アーム回路及び下アーム回路を構成する複数のパワー半導体素子を短絡動作させることにより、前記電圧平滑用キャパシタの電荷を放電させる短絡放電手段と、を備え、
前記短絡放電手段が動作した後、前記パワー半導体素子の温度を低下することができる所定の時間経過後に、再度、前記短絡放電手段により放電を行う動作を繰り返し行うことで、前記電圧平滑用キャパシタを所定の電圧以下まで放電させる電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
繰り返しの短絡放電手段の動作の間に、前記上アーム回路を構成する前記パワー半導体素子を所定の期間オンさせ、過電流発生の有無で、前記下アーム回路を構成する前記パワー半導体素子の故障をチェックする下アーム故障診断手段と、
前記上アーム回路を構成する前記パワー半導体素子をオンさせた後、所定の期間後、前記下アーム回路を構成する前記パワー半導体素子を所定の期間オンさせ、過電流発生の有無で、前記上アーム回路を構成する前記パワー半導体素子の故障をチェックする上アーム故障診断手段と、
前記上アーム故障診断手段と前記下アーム故障診断手段のどちらかが、前記パワー半導体素子の故障と判断した場合、前記繰り返し処理を停止する電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記ドライバ回路に駆動信号を出力するコントローラと、
前記ドライバ回路と前記コントローラの間に、前記コントローラから前記ドライバ回路へ送信する駆動信号が上下同時オンである場合に出力をオフとする同時オン防止手段と、
前記コントローラからの信号により前記同時オン防止手段を無効とする同時オン防止無効化手段と、を有する電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記パワー半導体素子は冷却水を流して冷却する水冷方式で冷却され、
前記コントローラは、前記冷却水が所定の水温で所定の流量流れているかどうかを確認できる冷却水有無情報を受け、前記冷却水の状態に応じて、前記短絡放電手段が動作した後、再度、前記短絡放電手段により放電を行うまでの時間間隔を可変する電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記短絡放電手段は、前記電圧平滑用キャパシタに過電圧が印加された場合に実行され、短絡放電した回数を記憶する短絡放電回数記憶部を有する電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に係り、特に車両用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に電力変換装置の一例であるモータ駆動インバータ装置の構成を示す。９００はモータ、２００は電力変換装置、９０１はバッテリー、９０２は電力変換装置２００とバッテリー９０１の接続をコントロールするコンタクタである。
【０００３】
電力変換装置２００は、主たる部品として、電力変換装置２００に入力される直流電圧を平滑する電圧平滑用キャパシタ５００と、パワー半導体素子をモジュール化したパワー半導体モジュール３００と、ゲートドライバ回路１００ｂと、モータ制御用コントローラ１００ａとから構成される。図示しない上位コントローラが、トルクや回転指令などのモータを駆動するための指令をモータ制御用コントローラ１００aに与え、モータ制御用コントローラ１００aは指令に応じたＰＷＭ信号をゲートドライバ回路１００bに与え、ゲートドライバ回路１００bはＰＷＭ信号に応じて、パワー半導体モジュール３００をスイッチング制御し、バッテリ９０１からの直流電圧を、モータ９００を駆動するための交流電圧に変換する機能を有している。
【０００４】
その他、安全対策用の部品として、電圧センサ６０、放電抵抗７０、放電用スイッチ素子７１がある。モータ駆動後、電力変換装置２００は、上位コントローラの指令によりコンタクタ９０２がオフさせ、バッテリ９０１と電気的に切り離される。しかし、電力変換装置２００内の電圧平滑用キャパシタ５００には、バッテリ９０２に接続されていた際の電圧が残存している。
【０００５】
電力変換装置２００はモータ停止後、メンテナンスのため作業者が電力変換装置２００内に触れる可能性があるため、通常、モータ９００の駆動を停止した後、この電圧平滑用キャパシタ５００に残存する電荷を急速放電するための手段が用意されている。従来、この手段として、モータ９００を停止した後、放電用スイッチ素子７１をオンさせて、放電抵抗７０により、電圧平滑用キャパシタ５００の電圧を低下させる方法を採っていた。
【０００６】
しかし、なんらかの原因により、放電用スイッチ素子７１がオープン故障してしまった場合、電圧平滑用キャパシタ５００の電荷を放電することが困難となる。
【０００７】
そこで、特許文献（特開２００９−２３２６２０号公報では、インバータ装置における上下のパワー半導体素子を短時間オンさせ、キャパシタの電荷をパワー半導体素子で消費させることにより、電圧平滑用キャパシタを放電する手段を提案している。
【０００８】
しかし、特許文献に記載の方法では、極短時間の通電であるが、通常動作時より高めの電流でオン動作とオフ動作を繰り返すため、電流をオフする際に生じるサージ電圧は通常のスイッチング動作時と同レベルとなる。そのため、短絡電流の上限は、パワー半導体素子の定格電流を超えないように、極短いパルスで制御される必要がある。
【０００９】
しかし、主回路インダクタンスが低い場合には、電流の流れを妨げる効果が低くなり、一瞬で電流が増加するため、極短いパルスといえども、定格電流を超える電流とならないようにすることは困難である。
【００１０】
また、駆動回路のばらつきにより、定格電流を超え、オフ時のサージ電圧により、パワー半導体素子が故障する可能性がある。
【００１１】
具体的には、５ｋＡ／ｕｓの電流が流れるため、２００ｎｓのばらつきで  １ｋＡ増加するため、制御が非常に困難である。
【００１２】
また、特開２００９−２３２６２０記載の別案としては、電圧の異なる２系統のゲート電源電圧を用意し、短絡放電時にはゲートに印加する電圧を通常より低い電圧とすることで、飽和電流を低下させて、短絡電流を定格電流レベルで制限する方法が提案されている。しかし、本方法では、ゲート電源電圧を２系統用意する必要があり、装置が複雑化し、信頼性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−２３２６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、信頼性の高い短絡放電手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る電力変換装置は、ブリッジ接続された上アーム回路及び下アーム回路を構成する複数のパワー半導体素子を有する電力変換回路と、前記電力変換回路に印加される電圧を平滑する電圧平滑用キャパシタと、前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路と、前記パワー半導体素子に流れる電流が所定の値以上であることを検出して過電流状態であると判断し、当該パワー半導体素子を通常より遅い速度で遮断する過電流保護手段と、前記ドライバ回路に対して、前記複数のパワー半導体素子の同時オン信号を、前記過電流検出手段の判断する所定の期間以上送信することで、上アーム回路及び下アーム回路を構成する複数のパワー半導体素子を短絡動作させることにより、前記電圧平滑用キャパシタの電荷を放電させる短絡放電手段と、を備え、前記短絡放電手段が動作した後、所定の時間経過後に、再度、前記短絡放電手段により放電を行う動作を繰り返し行うことで、前記電圧平滑用キャパシタを所定の電圧以下まで放電させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれは、信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】モータ駆動用システムのブロック図である。
【図２】本実施形態に係る回路ブロック図である。
【図３】本実施形態に係るタイミングチャート図である。
【図４】実施例１の短絡放電方法に関するフローチャートを示す。
【図５】図４に示された処理において、正常に短絡放電が行えた場合のタイミングチャートを示す。
【図６】短絡放電によるキャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃ低下の様子を示し、同時オン動作の繰り返しで、キャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃが降下していく様子を示す。
【図７】実施例２における短絡放電処理におけるソフト処理の流れを示すフォローチャート図である。
【図８】図７のフローチャートを用いた放電処理を用いて、短絡放電処理が正常に行えた場合についてのタイミングチャートである。
【図９】図７のフローチャートを用いた放電処理を用いて放電処理中にパワー半導体素子が故障したため、診断処理で放電処理を停止する場合についてのタイミングチャートを示す。
【図１０】実施例３の構成を示すブロック構成図である。
【図１１】実施例４に係る発明を説明するタイミングチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図２に本発明実施例１に係る回路ブロック図を示す。
【００１９】
図２において、モータ制御用コントローラ１００ａは、少なくとも上アームドライバ回路３０ｐと下アームドライバ回路３０ｎに上アーム駆動信号ＩＮ＿Ｐと下アーム駆動信号ＩＮ＿Ｎを送り、上アームドライバ回路３０ｐと下アームドライバ回路３０ｎが上アームパワー半導体素子４０ｐと下アームパワー半導体素子４０ｎを駆動することで、上アームパワー半導体素子４０ｐと下アームパワー半導体素子４０ｎのオンとオフを制御する。
【００２０】
モータ制御用コントローラ１００ａが上アームドライバ回路３０ｐと下アームドライバ回路３０ｎからの過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐ及びＡＬＭ＿Ｎを受信した場合、モータ制御用コントローラ１００ａは、上アーム駆動信号ＩＮ＿Ｐと下アーム駆動信号ＩＮ＿Ｎを停止することで、上アームパワー半導体素子４０ｐと下アームパワー半導体素子４０ｎの駆動を停止する。
【００２１】
上アームドライバ回路３０ｐは、上アームパワー半導体素子４０ｐを駆動する駆動部と、上アームパワー半導体素子４０ｐに過電流が流れたことを検知して、上アームパワー半導体素子４０ｐを適切に遮断しつつ、モータ制御用コントローラ１００ａへ過電流が発生したことを知らせる過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐを送信する過電流保護部を有する。
【００２２】
同様に、下アームドライバ回路３０ｎは、上アームドライバ回路３０ｐと同様の機能を有する。
【００２３】
上アームパワー半導体素子４０ｐは、主電流が流れる主端子２つと、印加電圧により主電流のオンオフをコントロールするための制御端子と、主電流に流れる電流に比例した電流が流れるセンス電流端子を有する。
【００２４】
上アームドライバ回路３０ｐ及び下アームドライバ回路３０ｎのそれぞれの過電流保護部は、このセンス端子に流れる電流を抵抗Ｒｓで発生する電圧降下を検知することにより、過電流状態を検知することができる。
【００２５】
下アーム用パワー半導体素子４０ｎは、上アーム用パワー半導体素子４０ｐと同じ構造、機能を有する。
【００２６】
電圧平滑用キャパシタ５００は、上アーム用パワー半導体素子４０ｐ及び下アーム用パワー半導体素子４０ｎをスイッチング制御する際に生じる電圧リプルを吸収機能を有する。
【００２７】
本実施形態における、短絡放電動作はモータ制御用コントローラ１００ａが上アームドライバ回路３０ｐ及び下アームドライバ回路３０ｎに同時に駆動信号を送信し、上アーム用パワー半導体素子４０ｐ及び下アーム用パワー半導体素子４０ｎを同時にオンさせることで、上アーム用パワー半導体素子４０ｐと下アーム用パワー半導体素子４０ｎの間に瞬間的に数千Ａに達する短絡電流を通電させることにより、電圧平滑用キャパシタ５００の電荷を放電させ、電圧を降下させるものである。
【００２８】
ここで、短絡放電時の動作の詳細について、図３のタイミングチャートを用いて説明する。図３において、横軸は時間、縦軸は各部電圧電流波形を示す。
【００２９】
ＩＮ＿Ｐは上アーム駆動信号、ＩＮ＿Ｎは下アーム駆動信号、Ｖｇｅ＿Ｐは上アームゲート〜エミッタ間電圧、Ｖｏｃ＿Ｐは上アーム電流センス電圧、ＡＬＭ＿Ｐは過電流検知信号、Ｖｈｖｄｃはキャパシタ電圧、Ｖｃｅ＿Ｐは上アームコレクタ〜エミッタ電圧、Ｉｃは上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流である。
【００３０】
短絡放電が必要と判断したモータ制御用コントローラ１００ａは、タイミングａにおいて、上アーム駆動信号ＩＮ＿Ｐと下アーム駆動信号ＩＮ＿Ｎ各々を同時にオンさせる。
【００３１】
オン信号を受信した上アームドライバ回路３０ｐ及び下アームドライバ回路３０ｎの駆動部は、パワー半導体素子のゲート電圧を上昇させ、上アームにおいては上アームパワー半導体素子４０ｐのゲート〜エミッタ電圧Ｖｇｅ＿Ｐが上昇し、上アームパワー半導体素子４０ｐはオン状態となる。
【００３２】
同様に、下アームにおいては、下アームパワー半導体素子４０ｎのゲート〜エミッタ電圧Ｖｇｅ＿Ｎが上昇し、下アームパワー半導体素子４０ｎはオン状態となる（図は省略）。
【００３３】
上アーム用パワー半導体素子４０ｐと下アーム用パワー半導体素子４０ｎがオンすると、電圧平滑用キャパシタ５００のＰ側電極とＮ側電極が上アーム用パワー半導体素子４０ｐと下アーム用パワー半導体素子４０ｎによって短絡状態となる。
【００３４】
この短絡電流の飽和レベルは、パワー半導体素子の制御端子であるゲート〜エミッタ電圧に依存し、パワー半導体素子が６００Ａ程度の定格電流である場合、通常３ｋＡ〜５ｋＡと大きなものとなる。この短絡電流が飽和レベルに達した状態は、タイミングｂの状態である。
【００３５】
上アーム用パワー半導体素子４０ｐと下アーム用パワー半導体素子４０ｎに上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流Ｉｃが流れると、図２に示されるように、Ｉｃのレベルの比例して、センス電流Ｉｓが流れる。このセンス電流Ｉｓは、センス抵抗Ｒｓに流れて電圧値となり、フィルタを通して、上アーム電流センス電圧Ｖｏｃ＿Ｐとなり、上アームドライバ回路３０ｐの過電流保護部にモニタされている。
【００３６】
上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流Ｉｃが大きくなり、タイミングｃにおいて、上アーム電流センス電圧Ｖｏｃ＿Ｐが所定の判定レベルを超えると、上アームドライバ回路３０ｐの過電流保護部はＩｃが過電流状態であることを認識する。
【００３７】
上アームドライバ回路３０ｐの過電流保護部は、過電流状態であることを認識した後のタイミングｄにおいて、パワー半導体素子にゲート〜エミッタ間電圧をオフ状態にしようと動作するとともに、所定の遅れ時間の後、上アームの過電流検知信号ＡＬＭ＿ＰがＨ→Ｌに変化させてコントローラに過電流が発生したことを知らせる。
【００３８】
パワー半導体素子をスイッチングする際には主回路インダクタンスＬ、コレクタ電流の遮断速度に応じて、ｄＶ＝ＬｘｄＩｃ／ｄｔとなるサージ電圧が発生する。ここで、上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流Ｉｃが大電流状態であるときに通常のオフ速度で高速に遮断しようとすると、ｄＩｃ／ｄｔが大きくなり、サージ電圧ｄＶが過大となる。このとき上アームコレクタ〜エミッタ電圧Ｖｃｅ＿Ｐにはキャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃ＋ｄＶの電圧が印加されるため、この電圧がパワー上アーム用パワー半導体素子４０ｐの耐圧を超える場合は、上アーム用パワー半導体素子４０ｐが耐圧破壊を起こす恐れがある。
【００３９】
そこで、図２に示されるように、通常より高い抵抗Ｒｇ２によって、低速で上アーム用パワー半導体素子４０ｐと下アーム用パワー半導体素子４０ｎを遮断することによりサージ電圧をパワー半導体素子の耐圧以下となるように、設定している。  
図３においては、パワー半導体素子が正常な状態で、上下アームとも同時にオンしているため、上アームコレクタ〜エミッタ電圧Ｖｃｅ＿Ｐは、下アームコレクタ〜エミッタ電圧Ｖｃｅ＿Ｎとキャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃ＋ｄＶを分担し合い、上アームコレクタ〜エミッタ電圧Ｖｃｅ＿Ｐは、キャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃ近傍に収まっているが、下アームがショート故障している場合には、Ｖｈｖｄｃ＋ｄＶがすべて上アーム用パワー半導体素子４０ｐに印加される。
【００４０】
このソフト遮断状態は、タイミングｅまで継続される。本実施形態では、同時オンによる短絡発生から、ソフト遮断開始までａ〜ｄの期間でおよそ ３ｕｓ、ソフト遮断終了までａ〜ｅの期間で１０ｕｓ程度の時間設定となっているが、本時間は上アーム電流センス電圧Ｖｏｃ＿Ｐが印加される端子のフィルタ定数や、上アーム用パワー半導体素子４０ｐや下アーム用パワー半導体素子４０ｎの短絡耐量によって調整する。
【００４１】
その後、タイミングｆにおいてモータ制御用コントローラ１００ａは、過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐにより過電流検知信号の発生と、キャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃを示す信号でキャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃが所定値以上降下したことを確認すると、同時オン信号を取りやめ上下ともオフ信号とする。
【００４２】
この過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐは、タイマ回路で一定時間Ｌレベルとなるように設定されており、本実施形態では、短絡により上アーム用パワー半導体素子４０ｐや下アーム用パワー半導体素子４０ｎの温度が上昇して、再び元の温度に戻る時間以上に設定されている。
【００４３】
その後、タイミングｇにおいて、所定のタイマ時間に設定されていた、過電流検知信号ＡＬＭ＿ＰがＨ状態となり、上アームドライバ回路３０ｐの過電流保護部は、モータ制御用コントローラ１００ａへ過電流状態でなくなったことを伝達する。
【００４４】
本実施例では  所定のタイマ時間を８ｍｓ程度に設定しているが、本値は、上アーム用パワー半導体素子４０ｐや下アーム用パワー半導体素子４０ｎが短絡放電による損失で一瞬温度上昇し、その後温度が低下する熱時定数程度の値に設定されている。
【００４５】
以上の動作を複数回繰り返すことで、キャパシタの電荷を放電して、電圧を降下させる。
【００４６】
図４に実施例１の短絡放電方法に関するフローチャートを示す。
【００４７】
処理１において、上下アーム同時オン信号を送信する。
【００４８】
その後、処理２において、上下アームとも過電流検知のアラーム信号である過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐと過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎが発生していることを確認する。
【００４９】
処理２の１０ｍｓ後に、処理３において、前述のアラーム信号が解除されていることを確認する。解除されていなければ、なんらかの異常があったと判断して放電処理を終了する。
【００５０】
解除されていれば、次の処理へ進み、処理４で、キャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃが６０Ｖ以下になっているかどうか確認し、なっていなければ、ふたたび上下アームの同時オンを繰り返す。
【００５１】
図５は、図４に示された処理において、正常に短絡放電が行えた場合のタイミングチャートを示す。図５の上部に示された数字は、図４に示された処理番号に対応する。図６は、短絡放電によるキャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃ低下の様子を示し、同時オン動作の繰り返しで、キャパシタ電圧Ｖｈｖｄｃが降下していく様子を示す。
【００５２】
以上のパワー半導体素子を短絡させる放電処理によれば、ドライバ回路３０の過電流検知部が過電流検知を行える時間以上の同時オン動作により、パワー半導体素子を短絡させつつ、ソフト遮断動作を行うことで、簡易な構成で信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。
【００５３】
次に本発明に係る実施例２の形態について、図７を用いて説明する。図７は、実施例２における短絡放電処理におけるソフト処理の流れを示すフォローチャート図である。
【００５４】
まず、処理１において、モータ制御用コントローラ１００aが上下アームに同時オン信号をドライバ回路３０へ送信、ドライバ回路３０は上下アーム同時オンにより上アーム用パワー半導体素子４０ｐと下アーム用パワー半導体素子４０ｎを短絡させる。
【００５５】
次にモータ制御用コントローラ１００aは、判定処理２で、上アームドライバ回路３０ｐや下アームドライバ回路３０ｎの過電保護部から過電流検知のアラーム信号である過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐや過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎが発生しているかどうかを確認し、発生していなければ、回路に異常があるものと判断し、処理を終了する。過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐや過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎが発生していれば、次の処理へ進む。
【００５６】
次に判定処理３において、約１０ｍｓ後過電流アラームが解除されているかどうかを確認する処理である。解除されていなければ、回路及びパワー半導体素子に異常があったと判断して、放電処理を中止する。解除されていれば、次の処理へ進む。
【００５７】
次の処理４では、上アームのみをオンさせる処理を行う。下アームはオンしていないので、上下アームとも正常であれば、短絡動作とならないため、過電流は発生せず、過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐや過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎも発生しない。しかし、先の短絡放電で下アームがダメージを受け、ショート故障となっていれば、上アームのみのオンで、短絡が発生して過電流が流れることになる。過電流が流れると、過電流保護部が過電流を検知、コントローラへ過電流アラーム信号を送信することになる。
【００５８】
次に判定処理５において、過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐや過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎの有無の確認を行う。過電流アラームの発生がなければ、上下アームとも正常であり、次の処理６へ進む。過電流アラームの発生があれば、下アームが故障していると判断され、放電処理を停止する。
【００５９】
処理６は、下アームのみをオンさせる処理である。上アームはオンしていないので、上下アームとも正常であれば、短絡動作とならないため、過電流は発生せず、過電流検知アラームも発生しない。しかし、先の短絡放電で上アームがダメージを受け、ショート故障となっていれば、上アームのみのオンで、短絡が発生して過電流が流れることになる。過電流が流れると、上アームドライバ回路３０ｐや下アームドライバ回路３０ｎの過電流保護部が過電流を検知、コントローラへ過電流アラーム信号を送信することになる。
【００６０】
判定処理７は、過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐや過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎの有無の確認である。過電流アラームの発生がなければ、上下アームとも正常であり、次の判定処理へ進む。過電流アラームの発生があれば、下アームが故障していると判断され、放電処理を停止する。
【００６１】
最後に、判定処理８では放電完了か否かの判定を行う。キャパシタの電圧Ｖｈｄｖｃが６０Ｖ以下であれば放電処理を終了し、以上である場合は、処理１へ戻り、放電処理を継続する。
【００６２】
次に図８のタイミングチャートを用いて、図７のフローチャートを用いた放電処理を用いて、短絡放電処理が正常に行えた場合について説明する。
【００６３】
まず、タイミング１において、上アーム駆動信号ＩＮ＿Ｐと下アーム駆動信号ＩＮ＿Ｎを同時にオンさせる。すると、上アームと下アームが短絡することで、キャパシタから短絡電流が流れる。すると、上アームドライバ回路３０ｐや下アームドライバ回路３０ｎの過電流保護部が過電流を検知し、モータ制御用コントローラ１００ａへ過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐと過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎを送信する。電圧平滑用キャパシタ５００の電圧は、電圧平滑用キャパシタ５００から短絡電流が流れることで、短絡電流が流れた期間において電圧が低下する。
【００６４】
次にタイミング２において、モータ制御用コントローラ１００ａは、過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐと過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎの発生と、電圧平滑用キャパシタ５００の電圧が所定の値以下に低下したことを確認し、短絡放電処理が正常に動作したことを確認し、次の動作に移行する。
【００６５】
次にタイミング３において、上下アームからの過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐと過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎが解除されていることを確認する。
【００６６】
タイミング４において、上アームのみをオンさせる。
【００６７】
タイミング５において、過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐと過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎが発生しているかどうかを確認する。過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｐと過電流検知信号ＡＬＭ＿Ｎの発生がないので、次の処理へ移行する。  
タイミング６において、下アームのみをオンさせ、タイミング７で過電流アラーム信号の発生がないことを確認し、発生がないため、タイミング８で、Ｖｈｖｄｃのレベルを確認し、６０Ｖ以上であるために、放電処理を継続する。
【００６８】
次に図９のタイミングチャートを用いて、図７のフローチャートを用いた放電処理を用いて放電処理中にパワー半導体素子が故障したため、診断処理で放電処理を停止する場合について説明する。
【００６９】
タイミング３までは、図８のタイミングチャートと同じ動作なので、説明を省略する。
【００７０】
タイミング４において、上アームのみをオンさせた際に、タイミング５で、過電流アラームの発生の有無を確認した際、上下アームから過電流アラームが発生している。そのため、下アームがショート故障する等、下アームになんらかの異常が発生していると判断し、短絡放電処理を停止している。
【００７１】
以上、図７、図８及び図９を用いて説明した実施例２の放電処理によれば、短絡放電後にパワー半導体素子の故障を検出することができるため、短絡放電の際に上下どちらかのパワー半導体素子が故障し、さらに追加の短絡動作で対アームを故障させ、完全上下短絡故障に至ることを防止することが可能となる。この診断処理により、簡易な構成で信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。
【００７２】
次に本発明の実施例３の形態について図１０を用いて説明する。図１０は、実施例３の構成を示すブロック構成図である。本実施例３と実施例２との違いは、水温センサ２０と、モータ制御用コントローラ１００ａと、上アームドライバ回路３０ｐ及び下アームドライバ回路３０ｎの間に同時オンを防止するための同時オン防止回路２５が搭載されている点である。
【００７３】
電力変換装置２００には、上アームパワー半導体素子４０ｐ及び下アームパワー半導体素子４０ｎを冷却するために、冷却水が流れており、水温センサ２０は直接もしくは間接的にこの冷却水の温度を、サーミスタ等のセンサによって検出し、モータ制御用コントローラ１００ａに水温情報ＷＴＥＭＰを送っている。
【００７４】
短絡放電処理時には短絡電流の通電とその電流遮断時に上アームパワー半導体素子４０ｐ及び下アームパワー半導体素子４０ｎで損失が発生するため、複数回短絡放電処理を行う間に、上アームパワー半導体素子４０ｐ及び下アームパワー半導体素子４０ｎの温度が上昇する。そのため、水温が高い場合には、上アームパワー半導体素子４０ｐ及び下アームパワー半導体素子４０ｎの温度が上昇し、上アームパワー半導体素子４０ｐ及び下アームパワー半導体素子４０ｎを熱破壊で故障させる恐れがある。
【００７５】
そのため、実施例３では、水温センサ２０からの水温情報ＷＴＥＭＰを元に、水温情報ＷＴＥＭＰが所定の値以上であれば、図７におけるフローチャートでの上下アーム同時オン処理１から次回の同時オン処理１までの間の間隔を、広げる処理を行っている。図７において、通常処理１から次回の処理１までの間隔は、５０ｍｓ程度であるが、これを１００ｍｓ、２００ｍｓと間隔をあけることで、パワー半導体素子の温度が許容値以上に上昇することを防止することができる。また、さらに水温が上昇し異常レベルと判断した場合は、放電処理を行わない判断とする構成としている。
【００７６】
実施例３では短絡放電処理を行うかどうかの判断に、水温センサ２０の情報を用いているが、上位コントローラからの水温情報や、冷却水が流れているかを確認するための流量情報を用いてもよい。
【００７７】
同時オン防止回路２５は、モータ制御用コントローラ１００ａからの出力される上アーム駆動信号ＩＮ＿Ｐ'， 下アーム駆動信号ＩＮ＿Ｎ'が両方とも同じタイミングでオンとなった場合に、上アームドライバ回路３０ｐ及び下アームドライバ回路３０ｎへの出力信号である上アーム駆動信号ＩＮ＿Ｐ，下アーム駆動信号ＩＮ＿Ｎをオフとする機能を有している。
【００７８】
このことにより、なんらかの異常でモータ制御用コントローラ１００ａからの出力が同時オンとなり、上アームパワー半導体素子４０ｐと下アームパワー半導体素子４０ｎが短絡状態となることを防止している。しかし、この同時オン防止回路２５があると、短絡放電処理を行うことができない。そのため、実施例３では、短絡放電処理を行う場合のみ、モータ制御用コントローラ１００ａから同時オン防止回路２５へ、同時オン防止無効化信号ＤＳＯＰを送り、同時オン防止機能を無効化機能を有している。
【００７９】
以上、図９を用いて説明した実施例３の機能により、適正な水温の冷却水が流れている場合のみ、短絡放電処理を行うことで、パワー半導体素子が故障する可能性を低減できるため、より信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。また、短絡放電処理のときのみ同時オン防止回路を解除することで、短絡放電処理を行うことで、より信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。
【００８０】
次に、本発明における実施例４について図１１を用いて説明する。実施例４は車両や、電力変換装置に異常が発生した場合のみ、短絡放電処理を行うものである。
【００８１】
電動車両の代表的異常時の動作として、電力変換装置の回生動作中のコンタクタオープンが上げられる。通常の回生動作中はモータからの回生エネルギーはバッテリへと戻される。しかし、電力変換装置のモータ回生動作中にコンタクタがオープンになると、モータからの回生エネルギーが行き場を失い電力変換装置内部のキャパシタがチャージされる。
【００８２】
そのため、キャパシタの電圧が急上昇する。この問題に対して、キャパシタ電圧の電圧をモニタし、所定のレベル以上になった場合に、まず回生動作を停止する動作を行う。さらに、この際、モータの誘起電圧が電力変換装置内部のパワー半導体モジュールや、キャパシタといった部品の耐圧を超えるような場合を想定して、パワー半導体モジュールの上下どちらかのアーム３つをオンさせることで、モータの端子をショートして、誘起電圧のインバータへの印加を防止する制御、３相ショート制御を行う。
【００８３】
実施例４では、このような異常時のみ、短絡放電動作を行う処理を行う。図１１に本発明実施例４における、短絡放電処理の動作を示す。過電圧を検知し、下アーム３つを継続的にオンさせた状態で、上アームを単発的にオンさせることで、短絡放電処理を行っている。
【００８４】
また、実施例４では、車両が追突したことを加速度センサ等で検出してクラッシュ信号という形で、コントローラ１００ａに車両の異常を検知させる場合も同様の処理で、３相ショートと短絡放電処理の動作を行う機能も有している。
【００８５】
さらに、実施例４では、短絡放電処理した回数をカウントして記憶装置に記憶させる手段も有している。パワー半導体素子は、ものによっては短絡回数が限定される場合がある。保証短絡回数以上の短絡動作を行う場合、パワー半導体素子が最悪故障する恐れがある。そのため、短絡放電の回数をカウントし、後に故障解析等で本カウント数を用いることで、パワー半導体素子の故障が短絡放電によるものなのか、別要因であるかと分析することができる。
【００８６】
以上のように、真に異常状態を検出して場合のみ、短絡放電処理を行うことで、短絡耐量が低いパワー半導体素子でも、短絡放電処理を行わせることが可能となり、簡易な構成で、信頼性の高いキャパシタ電荷放電手段を提供できる。
【符号の説明】
【００８７】
２０…水温センサ、２５…同時オン防止回路、３０…ドライバ回路、３０ｐ…上アームドライバ回路、３０ｎ…下アームドライバ回路、３１ｐ…上アーム過電流検知回路、３１ｎ…下アーム過電流検知回路、４０ｐ…上アームパワー半導体素子、４０ｎ…下アームパワー半導体素子、５０…電流センサ、６０…電圧センサ、７０…放電抵抗、７１…放電用スイッチ素子、１００a…モータ制御用コントローラ、１００b…ゲートドライバ回路、２００…電力変換装置、３００…パワー半導体モジュール、５００…電圧平滑用キャパシタ、９００…モータ、９０１…バッテリー、９０２…コンタクタ、ＡＬＭ＿Ｎ…過電流検知信号、ＡＬＭ＿Ｐ…過電流検知信号、ＤＳＯＰ…同時オン防止無効化信号、Ｉｃ…上アーム〜下アームを貫通するコレクタ電流、ＩＮ＿Ｎ…下アーム駆動信号、ＩＮ＿Ｐ…上アーム駆動信号、Ｉｓ…センス電流、Ｒｓ…センス抵抗、Ｖｃｅ＿Ｎ…下アームコレクタ〜エミッタ電圧、Ｖｃｅ＿Ｐ…上アームコレクタ〜エミッタ電圧、Ｖｇｅ＿Ｐ…上アームゲート〜エミッタ間電圧、Vｈｖｄｃ…キャパシタ電圧、Ｖｏｃ＿Ｐ…上アーム電流センス電圧、ＷＴＥＭＰ…水温情報
【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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