(57)【要約】【課題】平滑コンデンサに短絡故障が生じた場合に、コンデンサの発熱を抑え周辺部品にダメージを与えることを防止することのできるインバータ装置を提供する．【解決手段】平滑コンデンサ１５０に流れる電流を検出してコンデンサ短絡検出回路１６０において平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検出する。短絡故障が検出されたら、ゲート駆動回路３４８がパワーモジュール３４２内の第１のアーム３４３−１のＩＧＢＴ３４４−１及び３４５−１をともに導通状態とし、アーム３４３−１をバイパス回路とする。ＩＧＢＴ３４４−１及び３４５−１によるバイパス回路の抵抗値は非常に小さいので、短絡電流の大部分がバイパス回路に流れる。パワーモジュール３４２は、通常、発熱を考慮した構成となっているので、アーム３４３−１の発熱は平滑コンデンサ１５０が発熱する場合と比べて周囲に与える影響が少ない。【選択図】図４
2007116790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であって、
入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータの直流電力入力ライン間に設けられた平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの故障を検出する故障検出手段と、
前記平滑コンデンサの故障が検出された場合に、前記平滑コンデンサと並列にバイパス回路を形成し、前記平滑コンデンサに流れる電流の少なくとも一部を前記バイパス回路に流すことにより前記平滑コンデンサに流れる電流を低減させるバイパス手段と
を有することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記バイパス手段は、
前記インバータの前記直流電力入力ライン間を接続する前記平滑コンデンサと並列な回路であって、当該回路の導通又は遮断を切り換えるスイッチを含むバイパス回路と、
前記平滑コンデンサの故障が検出された場合に、前記バイパス回路が導通状態となるように前記スイッチを制御するバイパス回路制御手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記インバータは、各々がスイッチング素子を有する上側アーム及び下側アームを有するアームを、当該インバータが生成する交流電力の相数分、前記直流電力入力ライン間に並列に有し、
前記バイパス手段は、前記平滑コンデンサの故障が検出された場合に、少なくともいずれか１つの前記アームの前記上側アーム及び前記下側アームの前記各スイッチング素子をオンにし、当該アームを前記バイパス回路として形成する
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記バイパス手段は、前記インバータが具備する全ての前記アームの前記上側アーム及び前記下側アームの前記各スイッチング素子をオンにし、前記全てのアームを前記バイパス回路とする
ことを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車等のモーター駆動装置に適用して好適なインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気自動車やハイブリッド車等のモーターを駆動するモーター駆動装置等においては、インバータを用いたインバータ装置が広く用いられている。このインバータ装置において、バッテリーからの直流電力を交流電力に変換するインバータの入力側直流電力の平滑には、高耐圧化、大容量化が容易な電解コンデンサが通常用いられている。しかし、近年、セラミックコンデンサの高耐圧化、大容量化が進んできたために、これをインバータの平滑用素子として使用することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。セラミックコンデンサは、電解コンデンサに比べて小型化が可能であり、内部抵抗も小さいという利点がある。
【特許文献１】特開２００１−１９７７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、セラミックコンデンサは、劣化や衝撃等により故障する場合、内部電極が蒸着し短絡故障となる可能性が高い。車両のモーター駆動等に適用される大電力を扱うインバータ装置において、インバータの電源平滑用セラミックコンデンサに短絡故障が生じると、セラミックコンデンサに大電流が流れることになる。そしてそのような状態が続くと、コンデンサが異常に発熱し、コンデンサ自身の故障を拡大する可能性が有るのに加えて、周囲の部品にダメージを与える可能性もある。
【０００４】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、インバータ装置の平滑コンデンサに短絡故障が生じた場合に、コンデンサの発熱を抑えるとともに周辺部品にダメージを与えることを防止することのできるインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係るインバータ装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であって、入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの直流電力入力ライン間に設けられた平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの故障を検出する故障検出手段と、前記平滑コンデンサの故障が検出された場合に、前記平滑コンデンサと並列にバイパス回路を形成し、前記平滑コンデンサに流れる電流の少なくとも一部を前記バイパス回路に流すことにより前記平滑コンデンサに流れる電流を低減させるバイパス手段とを有する。
【０００６】
このような構成のインバータ装置においては、平滑コンデンサに故障が生じた場合には、これを故障検出手段でこれが検出され、故障が検出されたことの基づいてバイパス手段によりバイパス回路が形成される。これにより、故障により平滑コンデンサに流れる電流の少なくとも一部は、バイパス回路にも流れるようになり、平滑コンデンサに異常な大電流が流れることが回避される。その結果、平滑コンデンサにおける発熱はある程度に抑えられ、周辺部品にダメージを与えることを防止できる。
【０００７】
バイパス回路としては、例えば、インバータの前記直流電力入力ライン間に、平滑コンデンサと並列で、回路の導通又は遮断を切り換えるスイッチを有するバイパス回路を別途設けるようにしておくのが好適である。この場合、バイパス回路制御手段を具備し、平滑コンデンサの故障が検出されると、バイパス回路制御手段がバイパス回路が導通状態となるようにスイッチを制御する。
【０００８】
また、インバータが、各々がスイッチング素子を有する上側アーム及び下側アームを有するアームを、当該インバータが生成する交流電力の相数分、前記直流電力入力ライン間に並列に有する構成である場合には、前記平滑コンデンサの故障が検出された場合のバイパス回路の形成方法として、少なくともいずれか１つの前記アームの前記上側アーム及び前記下側アームの前記各スイッチング素子をオンにし、当該アームを前記バイパス回路として形成するのも有効である。
この場合、インバータが具備する全ての前記アームの前記上側アーム及び前記下側アームの各スイッチング素子をオンにし、全てのアームをバイパス回路とするようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インバータ装置の平滑コンデンサに短絡故障が生じた場合に、コンデンサの発熱を抑えるとともに周辺部品にダメージを与えることを防止することのできるインバータ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１実施形態
本発明の第１実施形態として、電気自動車あるいはハイブリッド車等のモーター駆動装置に適用したインバータ装置であって、特に、平滑コンデンサの異常を検出した場合に、その平滑コンデンサへの電力の供給を停止するように構成されたインバータ装置について説明する。
図１は、そのモーター駆動装置の構成を示す図である。
図１に示すモーター駆動装置１００は、直流電源１１０、強電リレー１２０及びインバータ装置１３０を有する。なお、図１において、モーター５１０は、モーター駆動装置１００が駆動対象とするモーターであり、車両制御コントローラ５２０は、モーター駆動装置１００の上位の制御装置であり車両全体を制御する制御装置である。
【００１１】
直流電源１１０は、インバータ装置１３０を介してモーター５１０を駆動するための電源であり、数十〜数百Ｖあるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。
【００１２】
強電リレー１２０は、直流電源１１０から出力される高電圧の直流電力をインバータ装置１３０に印加するか否かを切り換える。強電リレー１２０は、車両全体を制御する車両制御コントローラ５２０により制御される。
モーター駆動装置１００においては、実際にモーター５１０を駆動するための高電圧、大電流の電力を扱う電気系統（強電系）と、信号処理用の電気系統（弱電系）とを、回路上も実際の配置や構成上も明確に区別している。これらの間を接続する一手段であって、特に弱電系の信号処理結果に応じて強電系を実際に電力を印加する手段として、例えば強電リレー１２０のような素子が用いられる。
【００１３】
強電リレー１２０は、前述したように強電系と弱電系とをリンクする素子であり、また、車両を進行させるモーター５１０及びその駆動装置１００の大元のスイッチであり非常に重要な素子である。そのような点から、最も権限が高く車両全体を制御するコントローラである車両制御コントローラ５２０のみが強電リレー１２０のオン／オフを制御するようになっている。換言すれば、例えば、後述するインバータ装置１３０等に具備されている制御回路（信号処理装置）からは、強電リレー１２０は制御できない構成となっている。
【００１４】
インバータ装置１３０は、入力される直流電力からモーターを駆動するためのモーター駆動用の交流電力を生成してモーター５１０に印加する。インバータ装置１３０は、車両制御コントローラ５２０からの制御信号に基づいて制御され、所望の特性（例えば所望の回転数、所望のトルク等）でモーターを駆動するための交流駆動電力を生成する。
インバータ装置１３０は、図示のごとく、パワーモジュール１４２、ゲート駆動回路１４８、平滑コンデンサ１５０、コンデンサ短絡検出回路１６０及びモーター制御回路１８０を有する。
【００１５】
パワーモジュール１４２は、モーター駆動用の３相交流電力を生成する回路であり、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、モーター５１０を制御する。パワーモジュール１４２は、直流電力の２本の入力ラインの間に、各相に対応する３アーム分の回路１４３−１〜１４３−３が並列に接続されて構成される。各アーム１４３−ｉ（ｉ＝１〜３）は、直列に接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）１４４−ｉ，１４５−ｉ、及び、ＩＧＢＴ１４４−ｉ，１４５−ｉの各々に対して逆並列に接続されたダイオード１４６−ｉ，１４７−ｉを有する。各アーム１４３−ｉにおいて、ＩＧＢＴ１４４−ｉ及びダイオード１４６−ｉが上側アーム、ＩＧＢＴ１４５−ｉ及びダイオード１４７−ｉが下側アームを構成する。
【００１６】
パワーモジュール１４２のＩＧＢＴ１４４−１〜１４４−３，１４５−１〜１４５−３はゲート駆動回路１４８により制御される。
ゲート駆動回路１４８は、モーター制御回路１８０から入力されるＰＷＭ制御信号に基づいて、各相に対応する３アーム分の回路１４３−１〜１４３−３のＩＧＢＴ１４４−１〜１４４−３，１４５−１〜１４５−３を、各々所望のタイミングでオン／オフすることにより、モーター５１０を任意の状態で駆動させるための所望の特性（電圧、周波数等）の三相交流駆動電力を生成する。
【００１７】
平滑コンデンサ１５０は、主に入力直流電源の電圧変動を平滑化するためにインバータ装置１３０の直流入力ライン間に設けられた容量素子であり、本実施形態においては大容量のセラミックコンデンサである。
【００１８】
コンデンサ短絡検出回路１６０は、平滑コンデンサ１５０の短絡を検知し、少なくとも短絡が検知された場合に、その検知結果をモーター制御回路１８０を介して車両制御コントローラ５２０に出力する。平滑コンデンサ１５０の短絡は、例えば、平滑コンデンサ１５０に流れる電流、平滑コンデンサ１５０の両端電圧の変動、平滑コンデンサ１５０の発熱等を検出することにより検知可能である。本実施形態においてコンデンサ短絡検出回路１６０は、平滑コンデンサ１５０に流れる電流をチェックすることによりコンデンサ短絡検出回路１６０の短絡を検知する。
【００１９】
モーター制御回路１８０は、車両制御コントローラ５２０からの指示に基づいてモーター５１０が適切な状態で駆動されるように、すなわちインバータ装置１３０において適切なモーター駆動用電圧が生成されてモーター５１０に印加されるように、インバータ装置１３０の全体を制御する。具体的には、ゲート駆動回路１４８の制御によりＩＧＢＴ１４４−１〜１４４−３，１４５−１〜１４５−３のオン／オフが適切に行われるように、ゲート駆動回路１４８にＰＷＭ制御信号を出力する。
また、モーター制御回路１８０は、コンデンサ短絡検出回路１６０から少なくとも平滑コンデンサ１５０の短絡異常を検知したことを示す信号が入力された場合に、モーター駆動装置１００外の上位の制御装置である車両制御コントローラ５２０に通知する。
【００２０】
モーター５１０は、前述したように、モーター駆動装置１００が制御対象とするモーターであり、車両を走行させるための動力源である。
【００２１】
また、車両制御コントローラ５２０は、前述したようにモーター駆動装置１００の上位の制御装置であり、モーター駆動装置１００を含む車両全体を制御する制御装置である。車両制御コントローラ５２０は、例えば車両の運転者による運転操作等に応じて車両を適切に走行させるために、そのための制御信号を生成してモーター制御回路１８０に出力する。
また、車両制御コントローラ５２０には、モーター駆動装置１００の平滑コンデンサ１５０に短絡故障が生じ、これをコンデンサ短絡検出回路１６０が検出した場合に、その旨の信号がモーター制御回路１８０を介して通知される。この平滑コンデンサ１５０の短絡を示す通知がなされたら、車両制御コントローラ５２０は、直流電源１１０からインバータ装置１３０（モーター駆動装置１００）への電力の供給を遮断するように、強電リレー１２０をオフに切り換える。
【００２２】
このような構成のモーター駆動装置１００の動作について説明する。
車両制御コントローラ５２０の制御により強電リレー１２０が閉じられると、直流電源１１０からの高電圧直流電力がインバータ装置１３０に供給される。
車両制御コントローラ５２０は、また、モーター制御回路１８０に対してトルク指令を出す。これに基づいてモーター制御回路１８０がＰＷＭ制御信号をゲート駆動回路１４８に出力し、ゲート駆動回路１４８は、コンデンサ短絡検出回路１６０からのＰＷＭ制御信号に基づいてパワーモジュール１４２内のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４４−１〜１４４−３，１４５−１〜１４５−３各々のオン／オフを制御する。その結果、所望の状態でモーター５１０を駆動する所望の特性の三相交流駆動電力が生成され、モーター５１０に印加される。
【００２３】
このようにモーター駆動装置１００が動作している時に、仮に平滑コンデンサ１５０に短絡故障が生じたとする。正常動作時で平滑コンデンサ１５０に充電が行われた後は、平滑コンデンサ１５０には電流は流れないが、平滑コンデンサ１５０に短絡故障が生じると、平滑コンデンサ１５０に充電された電荷が放電されるため、短絡故障発生直後に大きな電流が流れる。また、平滑コンデンサ１５０の放電がある程度終了した後は、直流電源１１０からインバータ装置１３０に印加される電力に応じた電流が流れるが、平滑コンデンサ１５０の短絡故障による抵抗分は通常非常に小さいので、短絡直後と同様に平滑コンデンサ１５０には大きな電流が流れ、また電力が印加さえている間は流れ続ける。
平滑コンデンサ１５０に流れるこのような電流をコンデンサ短絡検出回路１６０において監視することにより、平滑コンデンサ１５０が故障状態となると、その旨がコンデンサ短絡検出回路１６０において直ちに検出される。すなわち、平滑コンデンサ１５０に対して通常ありえないような大電流が流れることを検出することにより、平滑コンデンサ１５０の短絡故障を容易に検出できる。
【００２４】
コンデンサ短絡検出回路１６０は、平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検出したら、その旨の信号をモーター制御回路１８０に出力する。モーター制御回路１８０は、これを上位の制御装置である車両制御コントローラ５２０に通知する。その結果、車両制御コントローラ５２０の制御により強電リレー１２０が開放され、直流電源１１０からインバータ装置１３０への電力の供給が停止され、平滑コンデンサ１５０に流れていた短絡電流も停止される。
【００２５】
このように、第１実施形態のモーター駆動装置１００においては、平滑コンデンサ１５０が短絡故障をした場合にこれを検出し、平滑コンデンサ１５０への電力の印加を停止させることができ、平滑コンデンサ１５０に大電流が流れ続けることを防ぐことができる。
【００２６】
第２実施形態
本発明の第２実施形態について、図２及び図３を参照して説明する。
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、電気自動車あるいはハイブリッド車等においてモーターを駆動するために使用される本発明のインバータ装置を適用したモーター駆動装置を例示して本発明を説明する。
なお、以下の説明において、第１実施形態のモーター駆動装置１００と同一の構成については第１実施形態と同一の符号を付して示すとともにその説明は省略する。また、第１実施形態のモーター駆動装置１００と同一の動作及び作用等についてもその説明は省略する。以下、第１実施形態のモーター駆動装置１００との相違点を中心に第２実施形態のモーター駆動装置について説明する。
【００２７】
図２は、本発明の第２実施形態のモーター駆動装置２００の構成を示す回路図である。
図２に示すモーター駆動装置２００は、直流電源１１０、強電リレー１２０及びインバータ装置２３０を有し、車両制御コントローラ５２０からの制御に基づいてモーター５１０を駆動する。
直流電源１１０、強電リレー１２０、インバータ装置２３０のパワーモジュール１４２、ゲート駆動回路１４８及び平滑コンデンサ１５０、モーター制御回路１８０、及び、モーター５１０、車両制御コントローラ５２０の構成、動作及び作用は、前述した第１実施形態のモーター駆動装置１００と同じである。
第２実施形態のモーター駆動装置２００は、インバータ装置２３０内にバイパス回路２７０が設けられている点、及び、コンデンサ短絡検出回路２６０の構成が第１実施形態とは異なる。モーター駆動装置２００のコンデンサ短絡検出回路２６０は、第１実施形態のコンデンサ短絡検出回路１６０と同様に平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検知するという機能に加えて、バイパス回路２７０内のスイッチを制御する機能を有する。
【００２８】
バイパス回路２７０は、モーター駆動装置２００の２本の直流電力入力ライン間に平滑コンデンサ１５０と並列に配置され、図示のごとく、抵抗２７１とスイッチ２７２とが直列に接続された回路である。抵抗２７１は、短絡故障した時の平滑コンデンサ１５０の抵抗値より若干小さめ又はほぼ同程度の抵抗値を有し、大電流（例えば数千アンペア）が通電可能な素子である。スイッチ２７２は、バイパス回路２７０に電流を流すか否かを切り換えるオン／オフスイッチである。スイッチ２７２は、コンデンサ短絡検出回路２６０により直接にオン／オフが制御され、閉じた状態（オン状態）とされることによりインバータ装置２３０に印加された直流電力による電流がバイパス回路２７０に流れる。また、開いた状態（オフ状態）においては、バイパス回路２７０には電流が流れず、バイパス回路２７０はインバータ装置２３０の動作に何ら影響しない状態となる。
【００２９】
コンデンサ短絡検出回路２６０は、第１実施形態のモーター制御回路１８０と同様に、平滑コンデンサ１５０に流れる電流を検出することにより平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検知し、その旨を示す信号をモーター制御回路１８０に出力する。
そして、本実施形態のコンデンサ短絡検出回路２６０は、さらに、平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検知した場合には、バイパス回路２７０のスイッチ２７２をオンにし、バイパス回路２７０に電流が流れる状態とする。このようにすることで、平滑コンデンサ１５０が短絡故障した後に平滑コンデンサ１５０に流れる大電流は、平滑コンデンサ１５０とバイパス回路２７０とに分れて流れることになり、平滑コンデンサ１５０を流れる電流を少なくすることができる。
【００３０】
このような構成のモーター駆動装置２００の動作について説明する。
異常が無い時の通常のモーター駆動装置２００の動作は、第１実施形態のモーター駆動装置１００の動作と同じである。すなわち、車両制御コントローラ５２０の制御により強電リレー１２０が閉じられると、直流電源１１０からの高電圧直流電力がインバータ装置２３０に供給される。また、パワーモジュール１４２内のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４４−１〜１４４−３，１４５−１〜１４５−３のオン／オフがゲート駆動回路１４８により制御される。これにより、所望の状態でモーター５１０を駆動する三相交流駆動電力が生成される。この時、バイパス回路２７０のスイッチ２７２は開いた状態（オフ状態）とされているので、バイパス回路２７０には電流は流れない。
【００３１】
このようなモーター駆動装置２００において、平滑コンデンサ１５０が短絡故障をした場合の動作について、図３を参照して説明する。
モーター駆動装置２００が正常に動作している時に、平滑コンデンサ１５０に短絡故障が生じると、平滑コンデンサ１５０に充電した電荷が放電され、図３（Ａ）の時間ｔ１〜ｔ３に示すように、平滑コンデンサ１５０に大きな短絡電流が流れる。
このような電流が流れると、コンデンサ短絡検出回路２６０がこれを検知し、図３（Ｂ）に示すように例えば時間ｔ２に短絡検知信号を制御回路１８０に出力する。
【００３２】
また、コンデンサ短絡検出回路２６０は、平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検知すると、直ちに、バイパス回路２７０のスイッチ２７２を切り換えバイパス回路２７０を有効にする。その結果、例えば図３（Ｃ）に示すように、ある程度のスイッチングのための遅延時間を経た後の時間ｔ３においてスイッチが切り換えられ、その後、図３（Ｄ）に示すようにバイパス回路２７０に電流が流れ始める。
また、制御回路１８０が車両制御コントローラ５２０に平滑コンデンサ１５０の短絡故障が生じた旨の信号を出力することにより、例えば図３（Ｅ）に示すような時間ｔ４において強電リレー１２０が開放され、直流電源１１０からインバータ装置２３０への電力の供給が停止され、図３（Ａ）に示すような平滑コンデンサ１５０に流れていた短絡電流も停止される。
【００３３】
このように、第２実施形態のモーター駆動装置２００は、インバータ装置２３０内に平滑コンデンサ１５０が短絡故障をした場合の短絡電流を流すためのバイパス回路２７０を具備するとともに、インバータ装置２３０内のコンデンサ短絡検出回路２６０が平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検知したら、自らが直接バイパス回路２７０のスイッチ２７２を制御してバイパス回路２７０を有効にしている。従って、平滑コンデンサ１５０の短絡を検知したら直ちに平滑コンデンサ１５０を流れる短絡電流を少なくすることができ、短絡直後に平滑コンデンサ１５０に大電流が流れることによる平滑コンデンサ１５０の発熱及び周囲の部品への影響を防ぐことができる。
【００３４】
例えば第１実施形態のモーター駆動装置１００においては、コンデンサ短絡検出回路１６０で短絡故障を検知した場合、モーター制御回路１８０及び車両制御コントローラ５２０を介して強電リレー１２０をオフにしてインバータ装置１３０への電力の入力を停止しているため、例えば図３（Ｅ）に示すように、インバータ装置１３０への電力の入力が停止するのに時間ｔ４までかかっていたが、本実施形態のモーター駆動装置２００においては、コンデンサ短絡検出回路２６０が直接バイパス回路２７０のスイッチ２７２を制御しているので、図３（Ｃ）に示すように時間ｔ３にはバイパス回路２７０を有効にできており、モーター駆動装置１００と比べて大幅に早く平滑コンデンサ１５０に流れる電流を少なくすることができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、コンデンサ短絡検出回路１６０がスイッチ２７２を直接切り換える構成としたが、コンデンサ短絡検出回路１６０は平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検知したらモーター制御回路１８０に通知するのみの機能とし、モーター制御回路１８０がスイッチ２７２を切り換えるような構成であってもよい。コンデンサ短絡検出回路１６０もモーター制御回路１８０もインバータ装置１３０内の信号処理回路であって、いずれが切り換えることにしてもバイパス回路２７０を有効にするまでの時間はほとんど変わらない。すなわち、モーター制御回路１８０がスイッチ２７２を切り換える構成であっても、車両制御コントローラ５２０が強電リレー１２０を切り換えてインバータ装置１３０に対する電力を遮断する場合と比べれば、平滑コンデンサ１５０に大きな短絡電流が流れる時間を大幅に短縮できている点は同じである。
【００３６】
第３実施形態
本発明の第３実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。
本実施形態においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、電気自動車等において使用されるモーター駆動装置を例示して本発明を説明する。
なお、第１実施形態のモーター駆動装置１００と同一の構成、動作及び作用については第１実施形態と同一の符号を用いるとともにその説明は省略する。
【００３７】
図４は、本発明の第３実施形態のモーター駆動装置３００の構成を示す回路図である。
図４に示すモーター駆動装置３００は、直流電源１１０、強電リレー１２０及びインバータ装置３３０を有し、車両制御コントローラ５２０により制御されてモーター５１０を駆動する。
直流電源１１０、強電リレー１２０、インバータ装置３３０の平滑コンデンサ１５０、インバータ装置３３０のコンデンサ短絡検出回路１６０、モーター５１０及び車両制御コントローラ５２０の構成、動作及び作用は、前述した第１実施形態のモーター駆動装置１００と同じである。
【００３８】
第３実施形態のモーター駆動装置３００は、第２実施形態のモーター駆動装置２００のバイパス回路２７０に相当する回路を、インバータ装置３３０のパワーモジュール３４２の１アーム分のスイッチング素子を短絡させることにより構成する。
すなわち、モーター駆動装置３００においては、コンデンサ短絡検出回路１６０により平滑コンデンサ１５０の短絡故障が検知されたら、パワーモジュール３４２の中の第１のアーム３４３−１の上側アームのＩＧＢＴ３４４−１及び下側アームのＩＧＢＴ３４５−１をともにオンにすることにより、インバータ装置３３０の直流入力ラインの間を短絡させ、第１のアーム３４３−１をバイパス回路として構成する。そして平滑コンデンサ１５０に流れる短絡電流を、この第１のアーム３４３−１に流させる。
【００３９】
なお、パワーモジュール３４２の構成として、各アーム３４３−ｉ（ｉ＝１〜３）に定格以上の過電流が流れないようにするための機能を具備している場合があるが、本実施形態のモーター駆動装置３００のパワーモジュール３４２においては、コンデンサ短絡検出回路１６０においてパワーモジュール３４２の短絡故障が検出された場合には、このような過電流検知機能をマスクする（機能しないようにしておく）ことにより、バイパス回路となった第１のアーム３４３−１に意図的に大電流を流し続けることができる構成としておく。
【００４０】
また、インバータ３４０のアーム３４３−１に短絡電流をバイパスさせ、さらには前述したように過電流を防ぐ機能を意図的に停止させてＩＧＢＴ３４４−１及び３４５−１に定格以上の大電流が流すことにすると、素子が故障してしまう可能性がある。しかしながら、通常これらの素子は、パワーモジュール３４２の樹脂ケース内にゲル等の保護材で密封されており、また、通常のインバータ動作時の発熱を考慮した冷却設計もなされている。従って、大電流が流れて故障しても、発熱して周囲に影響を与える可能性は少ない。少なくとも、平滑コンデンサ１５０が短絡に起因して発熱するよりも、周囲に与える影響は少ない。
【００４１】
モーター駆動装置３００のゲート駆動回路３４８は、モーター制御回路３８０から入力されるＰＷＭ制御信号に基づいて、パワーモジュール３４２のＩＧＢＴ３４４−１〜３４４−３，３４５−１〜３４５−３を制御して任意の特性（電圧、周波数等）の三相交流駆動電力を生成するとともに、コンデンサ短絡検出回路１６０において平滑コンデンサ１５０の短絡故障が検出された場合には、第１のアーム３４３−１の上側アームのＩＧＢＴ３４４−１及び下側アームのＩＧＢＴ３４５−１をともにオンにすることにより、インバータ装置３３０の直流入力ライン間を短絡させ、平滑コンデンサ１５０に流れる短絡電流をこの第１のアーム３４３−１に流させる。
【００４２】
このような構成のモーター駆動装置３００の動作について説明する。
異常が無い時の通常の動作は、第１実施形態のモーター駆動装置１００の動作と同じである。すなわち、車両制御コントローラ５２０の制御により強電リレー１２０が閉じられると、直流電源１１０からの高電圧直流電力がインバータ装置３３０に供給され、パワーモジュール３４２内のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３４４−１〜３４４−３，３４５−１〜３４５−３のオン／オフがゲート駆動回路３４８により制御されることにより、所望の状態でモーター５１０を駆動する三相交流駆動電力が生成される。
【００４３】
このようなモーター駆動装置３００において、平滑コンデンサ１５０が短絡故障をした場合の動作について、図５を参照して説明する。
モーター駆動装置３００が正常に動作している時に、平滑コンデンサ１５０に短絡故障が生じると、平滑コンデンサ１５０に充電した電荷が放電されるため、図５（Ａ）の時間ｔ１〜ｔ４に示すように、平滑コンデンサ１５０に大きな短絡電流が流れる。
このような電流が流れると、コンデンサ短絡検出回路１６０がこれを検知し、図５（Ｂ）に示すように例えば時間ｔ２に、短絡検知信号を制御回路３８０に出力する。
【００４４】
モーター制御回路３８０は、平滑コンデンサ１５０の短絡故障を検知すると、直ちに、パワーモジュール３４２の第１のアーム３４３−１を短絡電流のバイパス回路として有効にするために、第１のアーム３４３−１のＩＧＢＴ３４４−１及び３４５−１をともにオンにするための制御信号をゲート駆動回路３４８に出力する。その結果、ゲート駆動回路３４８は、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）に示すように、上側アームのＩＧＢＴ３４４−１をオンにするためのゲート信号、及び、下側アームのＩＧＢＴ３４５−１をオンにするためのゲート信号を、時間ｔ３において各ＩＧＢＴ３４４−１及び３４５−１に印加する。これにより、例えば図５（Ａ）、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）に示すように、時間ｔ４においてスイッチが切り換えられ、第１のアーム３４３−１に形成されたバイパス回路に電流が流れ始める。
【００４５】
また、制御回路３８０が車両制御コントローラ５２０に平滑コンデンサ１５０の短絡故障が生じた旨の信号を出力することにより、図５（Ｅ）に示すように、時間ｔ５において強電リレー１２０が開放され、直流電源１１０からインバータ装置３３０への電力の供給が停止され、図５（Ａ）に示すように、平滑コンデンサ１５０に流れていた短絡電流も停止される。
【００４６】
このように、第３実施形態のモーター駆動装置３００は、インバータ装置３３０内の平滑コンデンサ１５０が短絡故障をした場合に、インバータ３４０のアーム３４３−１に短絡電流をバイパスさせるためのバイパス回路を形成するようにしている。従って、平滑コンデンサ１５０の短絡を検知したら直ちに平滑コンデンサ１５０を流れる短絡電流を少なくすることができ、短絡直後に平滑コンデンサ１５０に大電流が流れることによる平滑コンデンサ１５０の発熱及び周囲の部品への影響を防ぐことができる。
【００４７】
特に、半導体スイッチング素子のスイッチングであるＩＧＢＴ３４４−１及び３４５−１のスイッチングは、第１実施形態における強電リレー１２０のスイッチング、第２実施形態におけるスイッチ２７２のスイッチングに比べて格段に速く、実質的に瞬時に行われる。第３実施形態におけるバイパス回路の形成までの遅延時間は、単に、コンデンサ短絡検出回路１６０からゲート駆動回路３４８までの信号伝達の遅延時間であり、素子構成によって異なるが数μｓｅｃ程度である。従って、第１実施形態及び第２実施形態と比較しても、平滑コンデンサ１５０の短絡故障の検知後直ちにバイパス回路を形成することができ、平滑コンデンサ１５０に大電流が流れる時間を短くすることができる。
【００４８】
また、バイパス回路が有効になると、パワーモジュール３４２の第１のアーム３４３−１に流れていた短絡電流は、短絡した平滑コンデンサ１５０と、バイパス回路との抵抗比に応じて分流される。しかしながら、本実施形態のバイパス回路はＩＧＢＴ３４４−１及び３４５−１の直列回路により形成され、これらＩＧＢＴをオンにした時の抵抗は十分に小さい。従って、短絡電流のほとんどはインバータ３４０のアーム３４３−１によるバイパス回路に流れることになる。すなわち、短絡した平滑コンデンサ１５０にはほとんど電流が流れない。従って、前述した各実施形態と比較してより有効に、平滑コンデンサ１５０の発熱を防ぐことができる。
【００４９】
なお、第３実施形態においては、インバータ装置３３０のパワーモジュール３４２が具備する３つのアームのうち、１のアーム（第１のアーム３４３−１）に相当する２つのＩＧＢＴ３４４−１及び３４５−１を用いてバイパス回路を形成した。しかしながら、２のアーム、あるいは３のアーム全てを用いてバイパス回路を構成するようにしてもよい。そのようにして複数のバイパス回路を形成することにより、１のバイパス回路に流れる電流を少なくすることができ、発熱を一層少なくすることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態のモーター駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態のモーター駆動装置の構成を示す回路図である。
【図３】図３は、図２に示したモーター駆動装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態のモーター駆動装置の構成を示す回路図である。
【図５】図５は、図４に示したモーター駆動装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１００，２００，３００…モーター駆動装置
１１０…直流電源
１２０…強電リレー
１３０、２３０，３３０…インバータ装置
１４２，３４２…パワーモジュール
１４３，３４３…アーム
１４４，１４５，３４４，３４５…ＩＧＢＴ
１４６，１４７，３４６，３４７…ダイオード
１４８，３４８…ゲート駆動回路
１５０…平滑コンデンサ
１６０、２６０…コンデンサ短絡検出回路
２７０…バイパス回路
２７１…抵抗
２７２…スイッチ
１８０，３８０…モーター制御回路
５１０…モーター
５２０…車両制御コントローラ
【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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