CN117914111A - 功率转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在功率转换电路中发生异常，也能够实现迅速地应对异常的控制的功率转换装置。功率转换装置(100)包括：进行半导体开关元件的开关控制的驱动电路(6)；进行功率转换电路的短路控制的短路控制单元(7)；检测半导体开关元件有无因过电流而引起的异常的过电流检测单元(50)；以及检测半导体开关元件的栅极电压有无异常的栅极驱动异常检测单元(60)，短路控制单元(7)根据过电流检测单元(50)的异常的检测结果和栅极驱动异常检测单元(60)的异常的检测结果，使上臂和下臂中的任一个臂的全部半导体开关元件导通，进行短路控制。

Description

功率转换装置

技术领域

本申请涉及功率转换装置。

背景技术

以往，已知有以交流电动机为驱动力源的电动汽车。在电动汽车行驶时，交流电动机进行功率运行，产生行驶驱动转矩来驱动电动汽车，在电动汽车制动时，交流电动机进行再生运行，产生再生制动转矩。这样的电动汽车的驱动***具有基于锂离子电池等二次电池的直流电源、由电容器和多个半导体开关元件构成的功率转换装置、作为与功率转换装置连接的负载的交流电动机。

电动汽车的功率转换装置在使交流电动机进行功率运行时，作为将直流功率转换为交流功率的逆变器而进行动作，通过以预先确定的开关频率对多个半导体开关元件进行开关控制，将直流功率转换为预先确定的交流功率并提供给交流电动机。交流电动机根据从逆变器提供的交流功率进行功率运行，控制转矩、转速等，驱动电动汽车。

另一方面，在使交流电动机进行再生动作时，功率转换装置作为将交流功率转换为直流功率的转换器而进行动作，通过利用预先确定的开关频率对功率转换装置的多个半导体开关元件进行开关控制，将通过交流电动机的再生动作而发电的交流功率转换为预先确定的直流功率来提供给直流电源。

电动汽车中使用的交流电动机一般使用动作效率良好的永磁体型三相同步电动机。在使用三相同步电动机的电动汽车的驱动***中，功率转换装置包括与U相、V相、W相对应的3个串联连接上臂的半导体开关元件和下臂的半导体开关元件的串联电路，这些串联电路分别由与直流电源并联连接的三相桥式电路构成。功率转换装置的3个串联电路各自的中点即上臂的半导体开关元件与下臂的半导体开关元件的连接点与三相同步电动机的U相、V相、W相的电枢绕组连接。

在如上所述构成的功率转换装置中，与U相、V相、W相对应地设置的上臂的半导体开关元件和下臂的半导体开关元件在预先确定的定时进行开关控制，由此，向三相同步电动机的U相、V相、W相的电枢绕组提供彼此电气角具有120[°]相位差的交流功率来驱动三相同步电动机。

在电动汽车的驱动***中，为了保护作为直流电源的电池不受过电压和过电流的影响，根据需要设置有将电池和功率转换装置分离的开闭单元。作为该开闭单元的开路条件，有当交流电动机进行再生运行时电池的电压为预先确定的值以上的情况，或者由于电池的消耗导致电池电压为预先确定的值以下的情况，或者在电池中流动的电流为预先确定的值以上的情况等等。另外，也有因车辆的故障或碰撞等而使得上述开闭单元开路的情况。

但是，在上述的现有技术的情况下，在使功率转换装置的U相、V相、W相的上臂或下臂的半导体开关元件全部导通而进行基于三相短路控制的故障保护动作时，如果在与使半导体开关元件导通的臂相反侧的臂的半导体开关元件上发生固化短路或固化开路等异常，则存在不能进行三相短路控制的问题。

即，在作为功率转换装置的逆变器中，在使全相的上臂或下臂的半导体开关元件导通而进行三相短路控制时，如果在与导通的半导体开关元件的臂相反侧的臂的半导体开关元件上发生固化短路或固化开路等异常，则例如有可能发生上臂和下臂的短路而导致二次故障。因此，特别是从车辆碰撞时等紧急时对驱动器的保护策略的观点出发，即使功率转换装置的任一个臂的半导体开关元件发生故障，也需要可靠地实施三相短路控制。

在上述那样的电动汽车的驱动***中，在使交流电动机进行再生运行的过程中，有时上述的开闭机构开路，直流电源和功率转换装置被分离。另外，即使是不具备开闭单元的驱动***，由于直流电源与功率转换装置之间的电力线发生断线，功率转换装置有时也会从直流电源分离。此外，在电动汽车的驱动***中，如果由于外部因素而强制驱动交流电动机的转子，则无法将从交流电动机流入逆变器的再生功率向电池充电，有可能因交流电动机被带动旋转、产生不必要的转矩等而导致车辆动作紊乱。

以往，为了防止由交流电动机被带动旋转、产生不需要转矩等引起车辆动作紊乱而保护驱动器，进行功率转换装置的三相短路控制，使交流电动机的转速降低，使与功率转换装置连接的直流电源的电压降低到正常值，实施所谓的故障保护动作。但是，为了通过三相短路控制实施故障保护动作，如上所述，需要判断半导体开关元件有无固化短路或固化开路。

另外，以往，作为功率转换装置的过电流检测单元或过电流保护单元，有驱动半导体开关元件的驱动电路所具备的DESAT、OC等。DESAT是检测半导体开关元件短路等的过电流而切断栅极电压来保护半导体开关元件的功能，OC是检测过电流而切断电路的功能。但是，由于DESAT、OC等过电流检测单元是瞬间检测短路等的过电流而切断半导体开关元件的栅极电压，因此无法判断半导体开关元件的固化短路或固化开路。

因此，在DESAT、OC等异常检测功能的情况下，能够确定发生异常的支路(上臂和下臂的串联电路)，但不能确定发生异常的是上臂还是下臂，也无法判断异常是一时性的还是半导体开关元件固化短路或固化开路等具有持续性的。

此外，在半导体开关元件的驱动电路中的其他异常检测功能，例如栅极驱动异常检测单元的栅极电压的异常监视功能也能够检测栅极电压是异常还是正常，却无法判断对象臂的半导体开关元件是固化短路还是固化开路。

因此，在专利文献1所公开的永磁体式同步电动机的驱动***中，提出了在生成用于驱动构成逆变器的半导体开关元件的驱动信号的控制装置中，包括：检测逆变器异常的第一功能；检测逆变器的各相的输出电流的第二功能；以及第三功能，该第三功能为了在通过第一功能检测到异常时使永磁体式同步电动机的定子绕组短路，根据由上述第二功能检测出的各相的输出电流的平衡状态，生成避免逆变器的上臂和下臂短路的同时，使全相的上臂或下臂的半导体开关元件导通而进行短路控制的驱动信号。

根据专利文献1，如其图3所示，为了在短路控制时防止上臂和下臂短路等二次故障，通过各相输出电流的平衡状态依次确认上臂的半导体开关元件和下臂的半导体开关元件中有无固化短路或固化开路引起的异常，在确定构成逆变器的半导体开关元件的短路故障或开路故障等异常的发生部位的同时，实施同步电动机的绕组的短路控制，进行基于故障保护动作的退避动作。

根据专利文献1所公开的现有技术，为了实现该图3所示的固化短路或固化开路等异常的判定，需要利用微型计算机等进行软件处理。但是，为了使车辆迅速地转移到退避运行状态，既要避免因作为功率转换装置的逆变器的上臂和下臂的短路等引起的二次故障，又要迅速地实施向故障保护状态的转移，而在如专利文献1所公开的技术那样使用微型计算机的软件处理实施三相短路控制的情况下，存在从异常发生的检测向故障保护状态的转移会有延迟的问题。

特别是，根据专利文献1所公开的现有技术，如果稍有会儿不观测各相的电流，就无法判定固化短路或固化开路等异常，因此为了使车辆转移到退避运行状态，存在控制逆变器需要时间的问题。

此外，根据专利文献1所公开的现有技术，在***的设计时，需要折叠从异常的检测到使车辆转移到退避运行状态为止的转移时间，从而成本和响应性之间需要权衡。例如，在三相短路控制时，由于相电流逐渐偏移，因此需要进行对考虑了相电流的偏移量的汇流条的形状进行尺寸增大的设计，或者为了改善响应性，需要追加用于三相短路控制的专用微型计算机，从而提高了产品的成本。

另外，从产品性能观点出发，根据专利文献1所公开的现有技术，由于从上臂或下臂的半导体开关元件的固化短路或固化开路的部位的确定到故障保护动作的响应时间较长，考虑到由于相电流不平衡引起的偏移，必须扩大电流传感器观测范围，传感器的分辨率有可能降低或精度变差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2020-65341号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本申请公开了用于解决上述问题的技术，其目的在于，提供一种即使在功率转换电路中发生异常，也能够实现迅速应对异常的控制的功率转换装置。

用于解决技术问题的技术手段

本申请所公开的功率转换装置，包括：

功率转换电路，该功率转换电路中，将上臂的半导体开关元件和下臂的半导体开关元件串联连接的多个串联电路彼此并联连接，所述多个串联电路的并联连接部与直流电源连接，所述多个串联电路中所述上臂的半导体开关元件与所述下臂的半导体开关元件的串联连接部与交流电动机的电枢绕组连接，通过所述多个串联电路中所述上臂的半导体开关元件与所述下臂的半导体开关元件的开关控制，进行所述直流电源与所述交流电动机之间的功率转换；

驱动电路，该驱动电路对所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件提供栅极驱动信号，进行所述开关控制；

短路控制单元，该短路控制单元使所述多个串联电路中所述上臂和所述下臂中的任一个臂的半导体开关元件全部导通，进行所述功率转换电路的短路控制；

过电流检测单元，该过电流检测单元检测所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件有无因过电流引起的异常；以及

栅极驱动异常检测单元，该栅极驱动异常检测单元检测所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件的栅极电压有无异常，

所述短路控制单元构成为：

根据所述过电流检测单元的所述异常的检测结果和所述栅极驱动异常检测单元的所述异常的检测结果，使所述上臂和所述下臂中的任一个臂的全部半导体开关元件导通，进行所述短路控制。

发明效果

根据本申请公开的功率转换装置，可以得到即使在功率转换电路中发生异常，也能够实现迅速应对异常的控制的功率转换装置。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的整体的结构的结构图。

图2是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的一部分的结构的结构图。

图3是表示实施方式1所涉及的功率变换装置中的U相上臂、U相下臂的半导体开关元件和驱动电路的关联结构的结构图。

图4是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的逻辑电路部的输出信号、栅极电压、栅极控制的关系的说明图。

图5是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中在U相下臂上发生了固化Hi时的动作的波形图。

图6是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中在U相下臂上发生了固化Lo时的动作的波形图。

图7是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中在U相下臂上发生了短路故障时的动作的波形图。

图8是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中在U相下臂上发生了开路故障时的动作的波形图。

图9是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的逻辑电路部的输入信号、输出信号、以及栅极控制的关系的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图对实施方式1所涉及的功率转换装置进行说明。在以下的说明中，对相同部分或相当部分标注相同的符号。实施方式1的功率转换装置构成为通过功率转换电路驱动作为驱动电动汽车的交流电动机的例如永磁体型的三相同步电动机，但在以下的说明中，将永磁体型的三相同步电动机简称为交流电动机。

实施方式1

图1是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的整体的结构的结构图。在图1中，功率转换装置100包括：功率转换电路3、驱动电路6、短路控制单元7、过电流检测单元50、栅极驱动异常检测单元60、微处理器(以下称为微型计算机)9、作为蓄电电路的平滑电容器8。

平滑电容器8由薄膜电容器等构成。作为其用途，储存从直流电源1提供的功率，抑制伴随功率转换电路3的逆变器动作的波动，使电压、电流平滑。另外，平滑电容器8暂时储存交流电动机2产生的再生能量，再生给直流电源1。

功率转换电路3连接在直流电源1和交流电动机2之间。功率转换电路3由三相桥式电路构成，包括：U相上臂的半导体开关元件Qup、U相下臂的半导体开关元件Qun、V相上臂的半导体开关元件Qvp、V相下臂的半导体开关元件Qvn、W相上臂的半导体开关元件Qwp、W相下臂的半导体开关元件Qwn。

这里，半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn由MOSFET(Metal oxideSemiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、或者由SiC-MOSFET(Silicon Carbide MOSFET：碳化硅-MOSFET)、GaN(氮化镓)等宽禁带半导体(Wide-GapSemiconductor)构成。

U相上臂的半导体开关元件Qup和U相下臂的半导体开关元件Qun通过串联连接部31彼此串联连接而构成U相的串联电路，V相上臂的半导体开关元件Qvp和V相下臂的半导体开关元件Qvn通过串联连接部32彼此串联连接而构成V相的串联电路，W相上臂的半导体开关元件Qwp和W相下臂的半导体开关元件Qwn通过串联连接部33彼此串联连接而构成W相的串联电路。

上述U相串联电路、V相串联电路和W相串联电路彼此并联连接，其中一个并联连接部34连接有功率转换电路3的正极侧端子3P，另一个并联连接部35连接有功率转换电路3的负极侧端子3N。正极侧端子3P与直流电源1的正极连接，负极侧端子3N与直流电源1的负极连接。作为蓄电电路的平滑电容器8连接在功率转换电路3的正极侧端子3P和负极侧端子3N之间。直流电源1由搭载在电动汽车上的高压锂离子电池等构成，在正极侧端子3P与负极侧端子3N之间施加200[V]至800[V]左右的直流电压。

在功率转换电路3中，U相上臂的半导体开关元件Qup与U相下臂的半导体开关元件Qun的串联连接部31与交流电动机2的U相的电枢绕组2U连接，V相上臂的半导体开关元件Qvp与V相下臂的半导体开关元件Qvn的串联连接部32与交流电动机2的V相的电枢绕组2V连接，W相上臂的半导体开关元件Qwp与W相下臂的半导体开关元件Qwn的串联连接部33与交流电动机2的W相的电枢绕组2W连接。

设置于驱动电路6的驱动器电路部17根据从微型计算机9输入的PWM控制信号10生成栅极驱动信号171，提供给功率转换电路3的半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn的栅极，对这些半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn进行开关控制。

这里，驱动电路6中的驱动器电路部17具有绝缘功能，例如，从作为未图示第二电源的低压系的铅电池或从高压电池通过降压转换器生成的12[V]系的低压电源和微型计算机9的基准电位的一侧即低压侧，根据作为向驱动电路6的输入信号的PWM控制信号10的H电平(高电平)或L电平(低电平)的状态，使对象臂的半导体开关元件导通或截止。即，驱动电路6在PWM控制信号10为H电平时使半导体开关元件导通，在PWM控制信号10为Lo时使半导体开关元件截止。

半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn根据栅极驱动信号171进行基于PWM控制的开关控制，在直流电源1与交流电动机2的各相的电枢绕组2U、2V、2W之间进行功率转换。

在使交流电动机2进行功率运行时，使功率转换电路3作为逆变器进行动作，向交流电动机2的U相、V相、W相的电枢绕组2U、2V、2W提供彼此电气角具有120[°]的相位差的交流功率。在使交流电动机2进行再生运行时，使功率转换电路3作为转换器进行动作，将在交流电动机2的U相、V相、W相的各电枢绕组2U、2V、2W中产生的彼此电气角具有120[°]的相位差的交流功率变换为直流功率，经由平滑电容器8提供给直流电源1。

另外，驱动电路6具有过电流检测单元50和栅极驱动异常检测单元60。过电流检测单元50在此使用DESAT(非饱和)检测部，在以下的说明中，将DESAT检测部的输出称为DESAT信号。过电流检测单元50基于来自各个半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn的DESAT信号36，检测各个半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn有无因过电流引起的异常。

即，过电流检测单元50基于DESAT信号36，在对U相上臂的半导体开关元件Qup检测到过电流引起的异常时，输出U相上臂过电流异常检测信号50up，在对V相上臂的半导体开关元件Qvp检测到过电流引起的异常时，输出V相上臂过电流异常检测信号50vp，在对W相上臂的半导体开关元件Qwp检测到过电流引起的异常时，输出W相上臂过电流异常检测信号50wp。

另外，过电流检测单元50基于DESAT信号36，在对U相下臂的半导体开关元件Qun检测到过电流引起的异常时，输出U相下臂过电流异常检测信号50un，在对V相下臂的半导体开关元件Qvn检测到过电流引起的异常时，输出V相下臂过电流异常检测信号50vn，在对W相下臂的半导体开关元件Qwn检测到过电流引起的异常时，输出W相下臂过电流异常检测信号50wn。

栅极驱动异常检测单元60基于来自监视各个半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn的栅极电压的后述栅极电压监视部的栅极电压检测信号37，来检测各个半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn的栅极电压有无异常。

栅极驱动异常检测单元60在基于栅极电压检测信号37检测到U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极电压异常时，输出U相上臂栅极驱动异常检测信号60up，在检测到V相上臂的半导体开关元件Qvp的栅极电压异常时，输出V相上臂栅极驱动异常检测信号60vp，在检测到W相上臂的半导体开关元件Qwp的栅极电压异常时，输出W相上臂栅极驱动异常检测信号60wp。

另外，栅极驱动异常检测单元60在基于栅极电压检测信号37检测到U相下臂的半导体开关元件Qun的栅极电压异常时，输出U相下臂栅极驱动异常检测信号60un，在检测到V相下臂的半导体开关元件Qvn的栅极电压异常时，输出V相下臂栅极驱动异常检测信号60vn，在检测到W相下臂的半导体开关元件Qwn的栅极电压异常时，输出W相下臂栅极驱动异常检测信号60wn。

短路控制单元7在实施方式1中由ASC(Active Short Circuit：主动短路)构成，输入来自过电流检测单元50的U相上臂过电流异常检测信号50up、V相上臂过电流异常检测信号50vp、W相上臂过电流异常检测信号50wp、U相下臂过电流异常检测信号50un、V相下臂过电流异常检测信号50vn、W相下臂过电流异常检测信号50wn。

另外，短路控制单元7中还输入来自栅极驱动异常检测单元60的U相上臂栅极驱动异常检测信号60up、V相上臂栅极驱动异常检测信号60vp、W相上臂栅极驱动异常检测信号60wp、U相下臂栅极驱动异常检测信号60un、V相下臂栅极驱动异常检测信号60vn、W相下臂栅极驱动异常检测信号60wn。

如后述那样，短路控制单元7构成为：根据过电流检测单元50的过电流异常检测信号和栅极驱动异常检测单元60的栅极驱动异常检测信号，决定使功率转换电路3中的上臂和下臂中的哪个臂的半导体开关元件导通而进行短路控制，并根据该决定进行功率转换电路3的短路控制。

接着，对驱动电路6和短路控制单元7的结构进行详细说明。图2是表示实施方式1的功率转换装置的一部分的结构图，详细表示驱动电路6和短路控制单元7的结构。

在图2中，DESAT信号36是包含U相上臂DESAT信号36up、U相下臂DESAT信号36un、V相上臂DESAT信号36vp、V相下臂DESAT信号36vn、W相上臂DESAT信号36wp、W相下臂DESAT信号36wn的总称。

栅极电压检测信号37是包含U相上臂栅极电压检测信号37up、U相下臂栅极电压检测信号37un、V相上臂栅极电压检测信号37vp、V相下臂栅极电压检测信号37vn、W相上臂栅极电压检测信号37wp、W相下臂栅极电压检测信号37wn的总称。

另外，栅极驱动信号171是包含U相上臂栅极驱动信号171up、U相下臂栅极驱动信号171un、V相上臂栅极驱动信号171vp、V相下臂栅极驱动信号171vn、W相上臂栅极驱动信号171wp、W相下臂栅极驱动信号171wn的总称。

此外，PWM控制信号10是包含U相上臂PWM控制信号PWM-up、U相下臂PWM控制信号PWM-un、V相上臂PWM控制信号PWM-vp、V相下臂PWM控制信号PWM-vn、W相上臂PWM控制信号PWM-wp、W相下臂PWM控制信号PWM-wn的总称。

驱动电路6由U相上臂驱动电路61、U相下臂驱动电路62、V相上臂驱动电路63、V相下臂驱动电路64、W相上臂驱动电路65、W相下臂驱动电路66构成，在各个驱动电路中，分别设置有上述驱动器电路部17、过电流检测单元50和栅极驱动异常检测单元60。

U相上臂驱动电路61、U相下臂驱动电路62、V相上臂驱动电路63、V相下臂驱动电路64、W相上臂驱动电路65、W相下臂驱动电路66分别包括：PWM输入部，向其输入PWM控制信号10；ASC1输入部，向其输入来自短路控制单元7的后述的第一ASC信号ASC1；ASC2输入部，向其输入来自短路控制单元7的后述的第二ASC信号ASC2。

U相上臂驱动电路61基于输入到PWM输入部的来自微型计算机9的U相上臂PWM控制信号PWM-up，生成U相上臂栅极驱动信号171up，提供给功率转换电路3的U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极。U相下臂驱动电路62基于输入到PWM输入部的来自微型计算机9的U相下臂PWM控制信号PWM-un，生成U相下臂栅极驱动信号171un，提供给功率转换电路3的U相上臂的半导体开关元件Qun的栅极。

另外，U相上臂驱动电路61根据输入的U相上臂DESAT信号36up，输出U相上臂过电流异常检测信号50up，根据输入的U相上臂栅极电压检测信号37up，输出U相上臂栅极驱动异常检测信号60up。U相下臂驱动电路62根据输入的U相下臂DESAT信号36un，输出U相下臂过电流异常检测信号50un，根据输入的U相下臂栅极电压检测信号37un，输出U相下臂栅极驱动异常检测信号60un。

V相上臂驱动电路63基于输入到PWM输入部的来自微型计算机9的V相上臂PWM控制信号PWM-vp，生成V相上臂栅极驱动信号171vp，提供给功率转换电路3的V相上臂的半导体开关元件Qvp的栅极。V相下臂驱动电路64基于输入到PWM输入部的来自微型计算机9的V相下臂PWM控制信号PWM-vn，生成V相下臂栅极驱动信号171vn，提供给功率转换电路3的V相下臂的半导体开关元件Qvn的栅极。

另外，V相上臂驱动电路63根据输入的V相上臂DESAT信号36vp，输出V相上臂过电流异常检测信号50vp，根据输入的V相上臂栅极电压检测信号37vp，输出V相上臂栅极驱动异常检测信号60vp。V相下臂驱动电路64根据输入的V相下臂DESAT信号36vn，输出V相下臂过电流异常检测信号50vn，根据输入的V相下臂栅极电压检测信号37vn，输出V相下臂栅极驱动异常检测信号60vn。

W相上臂驱动电路65基于输入到PWM输入部的来自微型计算机9的W相下臂PWM控制信号PWM-wp，生成W相上臂栅极驱动信号171wp，提供给功率转换电路3的W相上臂的半导体开关元件Qwp的栅极。W相下臂驱动电路66基于输入到PWM输入部的来自微型计算机9的W相下臂PWM控制信号PWM-wn，生成W相下臂栅极驱动信号171wn，提供给功率转换电路3的W相下臂的半导体开关元件Qwn的栅极。

另外，W相上臂驱动电路65根据输入的W相上臂DESAT信号36wp，输出W相上臂过电流异常检测信号50wp，根据输入的W相上臂栅极电压检测信号37wp，输出W相上臂栅极驱动异常检测信号60wp。W相下臂驱动电路66根据输入的W相下臂DESAT信号36wn，输出W相下臂过电流异常检测信号50wn，根据输入的W相下臂栅极电压检测信号37wn，输出W相下臂栅极驱动异常检测信号60wn。

这里，U相上臂过电流异常检测信号50up、U相下臂过电流异常检测信号50un、V相上臂过电流异常检测信号50vp、V相下臂过电流异常检测信号50vn、W相上臂过电流异常检测信号50wp、W相下臂过电流异常检测信号50wn在检测对象的半导体开关元件的电流正常时为H电平，在检测对象的半导体开关元件的电流是过电流引起的异常时为L电平。

U相上臂栅极驱动异常检测信号60up、U相下臂栅极驱动异常检测信号60un、V相上臂栅极驱动异常检测信号60vp、V相下臂栅极驱动异常检测信号60vn、W相上臂栅极驱动异常检测信号60wp、W相下臂栅极驱动异常检测信号60wn在检测对象的半导体开关元件的栅极电压正常时为H电平，在检测对象的半导体开关元件的栅极电压异常时为L电平。

接着，对短路控制单元7进行说明。由ASC构成的短路控制单元7包括第一AND电路71、第二AND电路72、第三AND电路73、第四AND电路74和逻辑电路部11。

第一AND电路71将U相上臂过电流异常检测信号50up、V相上臂过电流异常检测信号50vp、W相上臂过电流异常检测信号50wp作为输入，如果所输入这些信号中的至少一个是表示异常的L电平，则输出表示上臂的半导体开关元件的过电流异常的L电平的上臂过电流异常检测信号71p，如果输入的上述信号全部为表示正常的H电平，则输出表示上臂的半导体开关元件的电流正常的H电平的上臂过电流异常检测信号71p。

第二AND电路72将U相上臂栅极驱动异常检测信号60up、V相上臂栅极驱动异常检测信号60vp、W相上臂栅极驱动异常检测信号60wp作为输入，如果所输入这些信号中的至少一个是表示异常的L电平，则输出表示上臂的半导体开关元件的栅极电压异常的L电平的上臂栅极驱动异常检测信号72p，如果输入的上述信号全部为表示正常的H电平，则输出表示上臂的半导体开关元件的栅极电压正常的H电平的上臂栅极驱动异常检测信号72p。

第三AND电路73将U相下臂过电流异常检测信号50un、V相下臂过电流异常检测信号50vn、W相下臂过电流异常检测信号50wn作为输入，如果所输入这些信号中的至少一个是表示异常的L电平，则输出表示下臂的半导体开关元件的过电流异常的L电平的下臂过电流异常检测信号73n，如果输入的上述信号全部为表示正常的H电平，则输出表示下臂的半导体开关元件的电流正常的H电平的下臂过电流异常检测信号73n。

第四AND电路74将U相下臂栅极驱动异常检测信号60un、V相下臂栅极驱动异常检测信号60vn、W相下臂栅极驱动异常检测信号60wn作为输入，如果所输入这些信号中的至少一个是表示异常的L电平，则输出表示下臂的半导体开关元件的栅极电压异常的L电平的下臂栅极驱动异常检测信号74n，如果输入的上述信号全部为表示正常的H电平，则输出表示下臂的半导体开关元件的栅极电压正常的H电平的下臂栅极驱动异常检测信号74n。

如上所述，由ASC构成的短路控制单元7对来自驱动电路6的DESAT信号36和栅极电压检测信号37分别按照每个上臂和每个下臂来汇总监视。这里，在监视DESAT信号36和栅极电压检测信号37时，由于各个信号产生偏差，因此在逻辑电路部11设置滤波时间常数，根据驱动电路6的ASC1输入部及ASC2输入部的建立时间(settl ing time)或者等待时间(latency)，例如在各相的开关周期的半周期以下的范围内调整各个信号的发生时刻。

逻辑电路部11例如由AND电路、OR电路、NOT电路等通用逻辑电路、电阻、二极管、晶体管等硬件构成，基于输入到输入部a的上臂过电流异常检测信号71p、输入到输入部b的上臂栅极驱动异常检测信号72p、输入到输入部c的下臂过电流异常检测信号73n、输入到输入部d的下臂栅极驱动异常检测信号74n，从第一输出部A1输出表示正常的H电平或表示异常的L电平的第一ASC信号ASC1，从第二输出部A2输出表示正常的H电平或表示异常的L电平的第二ASC信号ASC2。

接着，说明输入到短路控制单元7的逻辑电路部11的上述各信号与从逻辑电路部11输出的第一ASC信号ASC1和第二ASC信号ASC2的关系。

图9是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的逻辑电路部的输入信号、输出信号、以及栅极控制的关系的说明图。这里，输入到逻辑电路部11的输入部的上臂过电流异常检测信号71p、输入到输入部b的上臂栅极驱动异常检测信号72p、输入到输入部c的下臂过电流异常检测信号73n、输入到输入部d的下臂栅极驱动异常检测信号74n分别简称为输入信号。

如图9所示，如果分别输入到逻辑电路部11的输入部a、b、c、d的输入信号的组合为组合(1)，则从逻辑电路部11输出的第一ASC信号ASC1和第二ASC信号ASC2都为H电平，所有半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn基于PWM控制信号被正常驱动。

另一方面，如果分别输入到输入部a、b、c、d的输入信号的组合是图9的组合(2)所示的6种组合中的任意一种，则从逻辑电路部11输出的第一ASC信号ASC1成为L电平，第二ASC信号ASC2成为H电平。由此，作为故障保护动作，强制使三相的所有相的下臂的半导体开关元件Qun、Qvn、Qwn导通，实施全相下臂的短路控制。

另外，如果分别输入到输入部a、b、c、d的输入信号的组合是图9的组合(3)所示的5种组合中的任意一种，则从逻辑电路部11输出的第一ASC信号ASC1成为H电平，第二ASC信号ASC2成为L电平。由此，作为故障保护动作，强制使三相的所有相的上臂的半导体开关元件Qup、Qvp、Qwp导通，实施全相上臂的短路控制。

此外，如果分别输入到输入部a、b、c、d的输入信号的组合是图9的组合(4)所示的4种组合中的任意一种，从逻辑电路部11输出的第一ASC信号ASC1和第二ASC信号ASC2都成为L电平，作为故障保护动作，所有的半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn截止，或者功率转换电路3从直流电源1切断，实施所谓的断路控制。

返回图2，在U相上臂驱动电路61、U相下臂驱动电路62、V相上臂驱动电路63、V相下臂驱动电路64、W相上臂驱动电路65、W相下臂驱动电路66中，从短路控制单元7输出的上述第一ASC信号ASC1被输入到ASC1输入部，第二ASC信号ASC2被输入到ASC2输入部。

U相上臂驱动电路61、U相下臂驱动电路62、V相上臂驱动电路63、V相下臂驱动电路64、W相上臂驱动电路65、W相下臂驱动电路66根据输入的第一ASC信号ASC1和第二ASC信号ASC2的电平的状态实施上述的故障保护动作。

接着，对上臂和下臂的半导体开关元件和驱动电路的关联结构进行说明。这里，对由U相上臂和U相下臂的串联电路构成的U相支路进行说明。由V相上臂和V相下臂的串联电路构成的V相支路、以及由W相上臂和W相下臂的串联电路构成的W相支路都与U相支路为相同结构。

图3是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的U相上臂、U相下臂的半导体开关元件和驱动电路的关联结构的结构图。在图3中，U相上臂驱动电路61和U相下臂驱动电路62中的过电流检测单元50如上所述由DESAT检测部构成，但在图3中标记为过电流检测单元。

在U相上臂驱动电路61及U相下臂驱动电路62中，作为过电流检测单元50的DESAT检测部的DESAT检测是保护由IGBT、Si或SiC-MOSFET、GaN-FET等构成的半导体开关元件Qup、Qun不受会导致破损的负载短路电流等过大电流的影响的方法。

U相上臂驱动电路61及U相下臂驱动电路62中作为过电流检测单元50的DESAT检测部如图3所示，通过从电流源15向半导体开关元件Qup、Qun流过恒定电流来检测DESAT电压Vdesat，通过监视该DESAT电压Vdesat，检测短路时的半导体开关元件Qup的饱和电压，保护U相上臂的半导体开关元件Qup。

U相上臂驱动电路61及U相下臂驱动电路62中的作为过电流检测单元50的DESAT检测部的输入部连接到电阻121、二极管13的串联电路和电容器14的并联连接点。

U相上臂和U相下臂的二极管13的阴极与半导体开关元件Qup、Qun的漏极端子连接。

U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极经由电阻122从驱动器电路部17提供U相上臂栅极驱动信号171up，但当U相上臂栅极驱动信号171up为H电平时，对半导体开关元件Qup施加Hi电平的栅极-源极间电压。在U相上臂驱动电路61的DESAT检测部中，在该栅极-源极间电压的上升沿前后的预先确定的掩蔽时间内，流过从电流源15向半导体开关元件Qup侧的充电电流。

同样地，U相下臂的半导体开关元件Qun的栅极经由电阻122从驱动器电路部17提供U相下臂栅极驱动信号171un，但当U相下臂栅极驱动信号171un为H电平时，对半导体开关元件Qun施加Hi电平的栅极-源极间电压。在U相下臂驱动电路62的DESAT检测部中，在该栅极-源极间电压的上升沿前后的预先确定的掩蔽时间内，流过从电流源15向半导体开关元件Qun侧的充电电流。

在U相上臂和U相下臂中，在通常动作的情况下，由于负载电流引起的半导体开关元件Qup、Qun的漏极-源极之间的饱和电压较低，因此电流路径分流到电阻121、二极管13的正向路径和电容器14。

另一方面，在U相上臂及U相下臂的半导体开关元件Qup上的负载电流过大的情况下，由于半导体开关元件Qup、Qun的漏极-源极间的饱和电压比二极管13的阴极侧的电压高，因此电流路径仅为电容器14侧，电流不会向半导体开关元件Qup、Qup侧分流而仅流向电容器14。

因此，作为U相上臂及U相下臂的过电流检测单元50的DESAT检测部输入作为电容器14的两端电压的U相上臂DESAT信号36up、U相下臂DESAT信号36un来检测DEAST电压，当检测到的DESAT电压Vdesat超过阈值时，输出U相上臂过电流异常检测信号50up和U相下臂过电流异常检测信号50un。

U相上臂和U相下臂的DESAT电压Vdesat的阈值和电阻121的电阻值预先设定为适当的值。另外，上述的半导体开关元件Qup、Qun的栅极-源极间电压的上升沿前后的掩蔽时间即消隐时间预先设定为适当的值。

U相上臂栅极驱动信号171up成为L电平，栅极电压成为Lo电平时，作为过电流检测单元50的DESAT检测部内部的MOSFET18导通，电容器14的电荷被释放。

同样，当U相下臂栅极驱动信号171un成为作为L电平的Lo电平时，作为过电流检测单元50的DESAT检测部内部的MOSFET18导通，电容器14的电荷被释放。

如上所述，U相上臂和U相下臂中的作为过电流检测单元50的DESAT检测部在对象臂的半导体开关元件Qup、Qun导通时进行检测DESAT电压Vdesat的动作。因此，当半导体开关元件Qup、Qun的栅极电压为Hi电平时，检测流过半导体开关元件Qup、Qun的电流是正常还是异常。

在通过U相上臂的DESAT检测部检测到DESAT电压Vdesat异常的情况下，即使从微型计算机9输入的U相上臂PWM控制信号PWM-up是使半导体开关元件Qup导通的信号电平，U相上臂驱动电路61的驱动器电路部17将作为U相上臂栅极驱动信号171up的栅极电压从Hi电平切换为Lo电平，并检测出U相上臂DESAT信号36up的异常，作为U相上臂过电流异常检测信号50up通知给后续的短路控制单元7。

同样，在通过U相下臂的DESAT检测部检测到DESAT电压Vdesat的异常的情况下，即使从微型计算机9输入的U相下臂PWM控制信号PWM-un是使半导体开关元件Qun导通的信号电平，U相下臂驱动电路62的驱动器电路部17也将作为U相下臂栅极驱动信号171un的栅极电压从Hi电平切换为Lo电平，并检测出U相下臂DESAT信号36un的异常，作为U相下臂过电流异常检测信号50un通知给后续的短路控制单元7。

由此，DESAT检测部能够检测对象臂的过电流，停止对象臂的栅极驱动，但由于在过电流时瞬间检测出该过电流而将半导体开关元件栅极切断，因此不能判断是半导体开关元件的短路故障还是开路故障。

另外，DESAT方式不能确定是上臂还是下臂，也不能判别异常是一时性的，还是由于半导体开关元件的短路故障、开路故障等持续的异常。因此，在专利文献1所公开的现有技术中，以DESAT信号为触发，通过电流传感器等确认相电流，同时进行故障臂的确定、短路故障还是开路故障的判定，实施三相短路控制。

根据本申请的实施方式1所涉及的功率转换装置，如上所述及后述，构成为通过短路控制单元，根据过电流检测单元的异常的检测结果和栅极驱动异常检测单元的异常的检测结果，使上臂和下臂中任一方的臂的全部半导体开关元件导通，进行短路控制。

接着，对U相上臂驱动电路61及U相下臂驱动电路62中的栅极驱动异常检测单元60进行说明。如图3所示，U相上臂驱动电路61具有对U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极-源极间的电压进行监视的栅极驱动异常检测单元60，判定半导体开关元件Qup的栅极-源极间的电压是否达到预先确定的电压。

例如，U相上臂驱动电路61的栅极驱动异常检测单元60具有用于检测作为对象的半导体开关元件Qup的栅极电压的固化Hi或固化Lo的判定阈值电压，根据来自微型计算机9的U相上臂PWM控制信号PWM-up的H电平或L电平的状态，通过比较器等检测半导体开关元件Qup的栅极电压有无固化Hi或固化Lo。将该检测结果作为U相上臂栅极驱动异常检测信号60up输出。

同样地，U相下臂驱动电路62具有栅极驱动异常检测单元60，该栅极驱动异常检测单元60监视U相下臂的半导体开关元件Qun的栅极-源极间的电压，判断半导体开关元件Qun的栅极-源极间的电压是否达到预先确定的电压。

例如，U相下臂驱动电路62的栅极驱动异常检测单元60具有用于检测作为对象的半导体开关元件Qun的栅极电压的固化Hi或固化Lo固定的判定阈值电压，根据来自微型计算机9的U相下臂PWM控制信号PWM-un的Hi电平或Lo电平的状态，通过比较器等检测半导体开关元件Qun的栅极电压有无固化Hi或固化Lo。将该检测结果作为U相下臂栅极驱动异常检测信号60un输出。

U相上臂驱动电路61和U相下臂驱动电路62中的驱动器电路部17对应于来自短路控制单元7的逻辑电路部11的第一ASC信号ASC1和第二ASC信号ASC2，如图4所示那样控制作为对象的半导体开关元件Qup、Qun的栅极。

即，图4是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的逻辑电路部的输出信号、栅极电压、栅极控制的关系的说明图，示出了对应于由ASC构成的短路控制单元7中的来自逻辑电路部11的第一ASC信号ASC1和第二ASC信号ASC2，从驱动电路6中的各个驱动器电路部17输出的作为栅极驱动信号171的栅极电压和栅极控制。

如图4所示，在来自短路控制单元7的逻辑电路部11的第一ASC信号ASC1及第二ASC信号ASC2都为L电平的情况下，全相的上臂及下臂的驱动电路部17的栅极电压都为Lo电平，所有的半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn断开，全相断路。

另外，在来自逻辑电路部11的第一ASC信号ASC1为L电平、第二ASC信号ASC2为H电平的情况下，全相的下臂的驱动电路部17的栅极电压为Hi电平，对下臂的半导体开关元件Qun、Qvn、Qwn进行三相短路控制。

此外，在来自逻辑电路部11的第一ASC信号ASC1为H电平、第二ASC信号ASC2为L电平的情况下，全相的上臂的驱动电路部17的栅极电压为Hi电平，对上臂的半导体开关元件Qup、Qvp、Qwp进行三相短路控制。

另外，在来自逻辑电路部11的第一ASC信号ASC1和第二ASC信号ASC2都为H电平的情况下，来自微型计算机9的PWM控制信号10对于所有驱动电路都有效，基于从微型计算机9输出的PWM控制信号10，所有的半导体开关元件Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn被PWM控制，功率转换电路3作为逆变器或转换器被驱动。

在以上说明中，构成为在全相的上臂及下臂的驱动电路6各自的内部设置过电流检测单元50和栅极驱动异常检测单元60，但也可以在驱动电路6的外部设置过电流检测单元50和栅极驱动异常检测单元60，另外，这些单元不限于硬件结构，也可以是软件结构。

接着，对使用上臂和下臂中的哪个臂实施三相短路控制的判定方法进行说明。具体而言，将上臂或下臂的栅极驱动异常检测信号和基于上臂或下臂的DESAT信号的过电流异常检测信号进行组合，决定使用上臂和下臂中的哪一个臂实施三相短路控制，并执行该控制。

在以下的说明中，以U相为例进行说明。V相、W相与U相的情况相同，省略其说明。

(1)下臂栅极电压检测信号异常且下臂DESAT信号异常时

在这种情况下，U相下臂的栅极电压为Hi电平，U相下臂栅极电压检测信号37un和U相下臂过电流异常检测信号50un都异常，由此能够判定为U相下臂的半导体开关元件Qun固化Hi。

图5是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的U相下臂发生了固化Hi时的动作的波形图。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示下述内容。即，在图5的纵轴上，A)表示输入到U相上臂驱动电路61的U相上臂PWM控制信号PWM-up，B)表示输入到U相下臂驱动电路62的U相下臂PWM控制信号PWM-un，C)表示施加到U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极的栅极电压，D)表示施加到U相下臂的半导体开关元件Qun的栅极的栅极电压。

另外，E)表示U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极-源极间电压Vgsp[V]，F)表示U相下臂的半导体开关元件Qun的栅极-源极间电压Vgsn[V]，G)表示U相上臂的半导体开关元件Qup的漏极-源极间电压Vdsp[V]，H)表示U相下臂的半导体开关元件Qun的漏极-源极间电压Vdsn[V]，I)表示U相上臂DESAT信号36up，J)表示U相下臂DESAT信号36un，K)表示U相上臂过电流异常检测信号50up，L)表示U相下臂过电流异常检测信号50un。

在图5中，A)所示的U相上臂PWM控制信号PWM-up在时刻T51从L电平上升到H电平，响应于此，C)所示的U相上臂驱动电路61的栅极电压在时刻T51从L电平上升到H电平。另一方面，B)所示的U相下臂PWM控制信号PWM-un在时刻T52从H电平下降到L电平，但D)所示的U相下臂驱动电路62的栅极电压固化Hi，因此在时刻T52以后也保持为H电平。

I)所示的U相上臂的DESAT电压Vdesat从C)所示的掩蔽期间M51结束的时刻T53开始逐渐增加，在时刻T54达到Vdesat阈值。其结果是，U相上臂DESAT信号36up在时刻T54从正常变为异常，U相上臂过电流异常检测信号50up在时刻T54成为表示异常的L电平。

另一方面，J)所示的U相下臂的DESAT电压Vdesat从D)所示的掩蔽期间M52结束的时刻T55开始逐渐增加，并在H)所示的U相下臂的半导体开关元件Qun的漏极-源极间电压Vdsn[V]上升的时刻T56进一步增加，在时刻T57达到Vdesat阈值。其结果是，J)所示的U相下臂DESAT信号36un在时刻T57从正常变化为异常。

另外，在B)所示U相下臂PWM控制信号PWM-un从H电平变为L电平的时刻T52，J)所示的U相下臂的DESAT电压Vdesat不是0[V]，因此，L)所示的U相下臂栅极驱动异常检测信号60un在B)所示的U相下臂PWM控制信号PWM-un从H电平下降到L电平的时刻T52，从表示正常的H电平成为表示异常的L电平，检测出U相下臂的栅极驱动电压的异常。K)所示的U相上臂栅极驱动异常检测信号60up继续表示正常的H电平。

U相上臂PWM控制信号PWM-up在时刻T51上升到H电平后，E)所示U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极-源极间电压上升，同时G)所示的U相上臂的半导体开关元件Qup的漏极-源极间电压下降，在时刻T57达到Vdsp/2[V]。同时，在该时刻T57，H)所示的U相下臂的半导体开关元件Qun的漏极-源极间电压达到Vdsn/2[V]。

如上所述，在U相下臂半导体开关元件Qun固化Hi的情况下，在U相下臂PWM控制信号PWM-un从H电平变为L电平的时刻T52检测出下臂的栅极驱动的异常，在时刻T51 U相上臂PWM控制信号PWM-up从L电平变为H电平后，在时刻T57 U相下臂的DESAT信号异常，检测出U相下臂的过电流异常。

以上的说明是U相下臂的半导体开关元件固化Hi的情况，但U相上臂的半导体开关元件固化Hi的情况以及V相、W相固化Hi也分别对应地进行同样的动作。

如上所述，在栅极驱动异常信号异常且DESAT信号异常的情况下，如果利用栅极驱动异常信号成为异常的一侧的臂进行三相短路控制，则能够避免因上臂和下臂的短路等引起的二次故障。

(2)上臂和下臂中任一方的栅极驱动异常信号异常时

在这种情况下，由于在上臂和下臂处DESAT信号正常，因此在上臂和下臂的半导体开关元件中没有开路或短路的故障。另外，由于仅是栅极驱动异常检测信号的异常，DESAT信号不产生异常，因此能够判定为对象臂固化Lo。

图6是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的U相下臂发生了固化Lo时的动作的波形图。在图6中，横轴表示时间，纵轴的A)～L)是分别与图5的A)～L)对应的电压或信号的波形。

在图6中，A)所示的U相上臂PWM控制信号PWM-up在时刻T61从L电平上升到H电平，响应于此，C)所示的U相上臂驱动电路61的栅极电压在时刻T61从L电平上升到H电平。另一方面，B)所示的U相下臂PWM控制信号PWM-un在时刻T62从L电平上升到H电平，响应于此，D)所示的U相下臂驱动电路62的栅极电压在时刻T62上升。

D)所示的U相下臂驱动电路62的栅极电压在时刻T62上升到H电平，但由于U相下臂的半导体开关元件Qun固化Lo，因此在时刻T63下降到L电平。U相下臂驱动电路62的栅极电压在时刻T63下降到L电平的同时被掩蔽期间M63阻断，之后，继续掩模期间M63。

I)所示的U相上臂DESAT电压Vdesat从C)所示的掩蔽期间M61结束的时刻T64开始逐渐增加，之后持续保持不会达到Vdesat阈值的值。其结果是，U相上臂DESAT信号36up持续地显示正常。

另一方面，J)所示的U相下臂DESAT电压Vdesat从D)所示的掩蔽期间M62结束的时刻T65开始逐渐增加，但在D)所示的U相下臂的栅极电压成为L电平的时刻T63立即下降到逐渐增加前的电平，之后持续不会达到Vdesat阈值的状态。因此，U相下臂DESAT信号36un持续地表示正常。

上述动作的结果是，K)所示的U相上臂栅极驱动异常检测信号60up持续地表示正常。另一方面，L)所示的U相下臂栅极驱动异常检测信号60un在时刻T63从正常转变为异常，之后持续地表示异常。

U相上臂PWM控制信号PWM-up在时刻T61上升到H电平后，E)所示的U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极-源极间电压上升，同时G)所示的U相上臂的半导体开关元件Qup的漏极-源极间电压下降，在时刻T66达到0[V]。同时，在该时刻T66，H)所示的U相下臂的半导体开关元件Qun的漏极-源极间电压达到Vdsn[V]。

如上所述，在U相下臂半导体开关元件Qun固化Lo的情况下，即使从微型计算机9输入的U相下臂PWM控制信号PWM-un为H电平，U相下臂的驱动电路62的栅极电压也为L电平，通过U相下臂栅极驱动异常检测信号60un，能够检测其异常。

此外，由于U相上臂DESAT信号36up和U相下臂DESAT信号36un正常，因此U相上臂和U相下臂的半导体开关元件Qup、Qun中没有开路故障或短路故障。另外，由于作为过电流检测单元的DESAT方式是在接通半导体开关元件时进行检测DESAT的动作，因此能够判定栅极驱动的固化Lo。

以上的说明是U相下臂的半导体开关元件固化Lo的情况，但U相上臂的半导体开关元件固化Lo的情况以及V相、W相固化Lo也分别对应地进行同样的动作。

因此，在上臂或下臂的任一个臂的栅极驱动异常信号异常的情况下，如果利用栅极驱动异常信号成为异常的一侧的臂的相反侧的臂进行三相短路控制，则能够避免上臂和下臂的短路等引起的二次故障。

(3)上臂和下臂中任一方的DESAT信号异常时

如果仅DESAT信号异常，则可以判断为上臂和下臂的栅极驱动正常。DESAT方式是在半导体开关元件导通时检测DESAT。因此，如果上臂和下臂中的一个臂的半导体开关元件发生短路故障，则在使另一个臂的半导体开关元件导通时，能够检测导通侧的臂的DESAT信号的异常。

另外，在上臂和下臂中的一个臂的半导体开关元件为开路故障的状态下，即使接通另一个臂的半导体开关元件，也不会流过短路电流，因此DESAT信号保持正常。因此，若接通开路故障侧的臂的半导体开关元件，则电流不会从DESAT检测部的电流源向半导体开关元件侧分流，而是流向电容器，能够检测开路故障侧的臂的DESAT信号的异常。

接着，首先，对上臂和下臂中的一方的半导体开关元件发生短路故障的情况进行说明。图7是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的U相下臂发生了短路故障时的动作的波形图。在图7中，横轴表示时间，纵轴的A)～L)是分别与图5的A)～L)对应的电压或信号的波形。

在图7中，A)所示的U相上臂PWM控制信号PWM-up在时刻T71从L电平上升到H电平，响应于此，C)所示的U相上臂驱动电路61的栅极电压在时刻T71从L电平上升到H电平。另一方面，B)所示的U相下臂PWM控制信号PWM-un在时刻T72从L电平上升到H电平，响应于此，D)所示的U相下臂驱动电路62的栅极电压在时刻T72上升。

D)所示的U相下臂驱动电路62的栅极电压与B)所示的U相下臂PWM控制信号PWM-un的动作同步，在时刻T72上升，在时刻T73下降。这里，如H)所示，如果在时刻T74 U相下臂半导体开关元件Qun发生短路故障，则即使D)所示的U相下臂的栅极电压在时刻T73为L电平，H)所示的U相下臂的半导体开关元件Qun的漏极-源极间电压也保持0[V]，并在F)所示的U相下臂的半导体开关元件Qun的栅极-源极间电压成为0[V]的时刻T75之前持续0[V]。

H)所示的U相下臂的半导体开关元件Qun的漏极-源极间电压在时刻T75从0[V]逐渐增加，在时刻T79达到漏极-源极间电压Vds/2[V]。J)所示的U相下臂的DESAT电压Vdesat从将D)所示的U相下臂的栅极电压阻断的掩蔽期间M72结束的时刻T76开始逐渐增加，但不会达到Vdesat阈值，并在B)所示的U相下臂PWM控制信号PWM-un变为L电平的时刻T73回到原来的电压值。因此，J)所示的U相下臂DESAT信号36un没有异常而保持正常。

另一方面，在C)所示的U相上臂驱动电路61的栅极电压在时刻T71上升到H电平之后，在掩蔽期间M71结束的时刻T77上臂的半导体开关元件Qup变为导通，由此，下臂的半导体开关元件Qun因短路故障流过短路电流，其结果是，I)所示的U相上臂的DESAT电压Vdesat从时刻T77开始逐渐增加，在时刻T78达到Vdesat阈值，U相上臂DESAT信号36up异常。

E)所示的U相上臂驱动电路61的栅极-源极间电压和F)所示的U相下臂驱动电路62的栅极-源极间电压都不会异常，因此，K)所示的U相上臂栅极驱动异常检测信号60up和L)所示的U相下臂栅极驱动异常检测信号60un均持续地表示正常。

U相上臂PWM控制信号PWM-up在时刻T71上升到H电平后，E)所示的U相上臂的半导体开关元件Qup的栅极-源极间电压上升，同时G)所示的U相上臂的半导体开关元件Qup的漏极-源极间电压下降，在时刻T79达到Vdsn/2[V]。同时，在该时刻T79，H)所示的U相下臂的半导体开关元件Qun的漏极-源极间电压达到Vdsn/2[V]。

以上的说明是U相下臂的半导体开关元件发生短路故障的情况，但U相上臂的半导体开关元件发生短路故障的情况以及V相、W相短路故障的情况也分别对应地进行同样的动作。

如上所述，在下臂的半导体开关元件发生短路故障的情况下，在下臂的半导体开关元件导通的期间，其漏极-源极间电压为短路状态，几乎不产生电压。但是，当接通上臂的半导体开关元件时，短路电流流过该相的上臂和下臂，电源电压由上臂和下臂的半导体开关元件分压。如上所述，在DESAT方式中，由于在半导体开关元件导通时检测DESAT电压，因此能够根据上臂侧的DESAT信号检测DESAT电压的异常、即过电流引起的异常。

接着，对上臂和下臂中的一个臂的半导体开关元件发生短路故障的情况进行说明。图8是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的U相下臂发生了开路故障时的动作的波形图。在图8中，横轴表示时间，纵轴的A)～L)是分别与图5的A)～L)对应的电压或信号的波形。

在图8中，A)所示的U相上臂PWM控制信号PWM-up在时刻T81从L电平上升到H电平，响应于此，C)所示的U相上臂驱动电路81的栅极电压在时刻T81从L电平上升到H电平。另一方面，B)所示的U相下臂PWM控制信号PWM-un在时刻T82从L电平上升到H电平，响应于此，D)所示的U相下臂驱动电路62的栅极电压在时刻T82上升。

这里，如H)所示，如果在时刻T83 U相下臂的半导体开关元件Qun发生了开路故障，则U相下臂的半导体开关元件Qun的漏极-源极间电压从时刻T83增加，之后达到Vds/2[V]的值。由于U相下臂的半导体开关元件Qun发生开路故障，因此作为U相下臂的过电流检测单元50的DESAT检测部仅对电容器14充电。这里，U相下臂驱动电路62的DESAT电压Vdesat在时刻T84达到Vdesat阈值。

其结果是，J)所示的U相下臂DESAT信号36un在时刻T84从正常变化为异常。

另一方面，I)所示的U相上臂驱动电路61的DESAT电压Vdesat、E)所示的U相上臂驱动电路61的栅极-源极间电压和F)所示的U相下臂驱动电路62的栅极-源极间电压都不会异常，因此K)所示的U相上臂栅极驱动异常检测信号60up和L)所示的U相下臂栅极驱动异常检测信号60un均持续地表示正常。

以上的说明是U相下臂的半导体开关元件发生了开路故障的情况，但U相上臂的半导体开关元件发生了开路故障的情况以及V相、W相的开路故障也分别对应地进行同样的动作。

如上所述，在上臂和下臂中任一个臂的半导体开关元件发生短路故障时，DESAT信号在该短路故障的臂的相反侧的臂上异常，当上臂和下臂中的任一个臂的半导体开关元件发生开路故障时，在该开路故障发生一侧的臂上发生DESAT信号的异常。

因此，在上臂和下臂中任一方的臂的DESAT信号表示异常的情况下，能够判定上臂和下臂的半导体开关元件的短路故障或开路故障，如果利用上臂和下臂中的与表示异常的DESAT信号侧的臂相反侧的臂，进行三相短路控制，则能够避免上臂和下臂的短路等引起的二次故障。

通过上述的(1)、(2)、(3)，根据上臂或下臂的栅极驱动异常检测信号和上臂或下臂的DESAT信号的组合，能够从逻辑上判断对上臂和下臂中的哪一个臂进行三相短路控制才好，因此通过硬件也可以实现三相短路控制。

在上述(1)、(2)、(3)以外的栅极驱动异常检测信号和DESAT信号的组合中，上臂和下臂中的任一个臂的栅极驱动异常检测信号都表示异常的情况下，由上臂和下臂构成的三相各支路中的上臂和下臂都处于不能进行栅极驱动的状态，可以判断为不能进行三相短路控制。在这种情况下，设为全相断路控制。

另外，在上臂和下臂的任一臂的DESAT信号都表示异常的情况下，对于作为驱动电路的输入信号的PWM控制信号，可以判断为上臂和下臂的栅极驱动正常，并且可以判断为通过驱动电路和微型计算机之间的PWM控制信号10发生了固化Hi。在这种情况下，半导体开关元件能够推定为正常，在实施方式1中对下臂进行三相短路控制，但也可以利用上臂和下臂中的任一个臂进行三相短路控制。

根据实施方式1所涉及的功率转换装置，通过栅极驱动的异常判定和DESAT信号的组合，可知上臂和下臂中的任意一方的臂发生了短路故障或开路故障，因此，不需要如现有技术那样通过微型计算机的软件处理来观测相电流。其结果是，即使在功率转换电路中发生故障，也能够通过硬件结构实现三相短路控制，因此能够缩短功率转换装置转变至使车辆成为退避运行状态的动作状态的时间。

因此，不需要现有技术那样利用电流传感器来观测相电流不平衡，能够避免上臂和下臂的短路等引起的二次故障，并且能够通过硬件结构来实现三相短路控制，因此能够使车辆迅速地转移到退避运行状态。

另外，不需要为了改善三相短路控制的响应性而追加专用微型计算机，或者不需要考虑了相电流偏移量的汇流条形状的设计(尺寸增大)等，因此，相应地能够避免成本的增大。

另外，不需要考虑相电流不平衡引起的偏移，不需要扩大电流传感器的观测范围。因此，还可以提高传感器的分辨率和精度。

此外，通过通用逻辑电路、电阻、二极管、晶体管等廉价的电路结构，能够在不介入软件的情况下通过硬件结构实现三相短路控制。

在实施方式1中，将过电流检测单元作为DESAT检测方式进行了说明，但电流感测(OC)方式也能够期待同样的效果。

本申请记载了示例性的实施方式1，但实施方式1中记载的各种特征、方式及功能并不限于特定实施方式的应用，可单独或以各种组合来应用于实施方式。因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请所公开的技术范围内。例如，设为包含有对至少一个结构要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况。

下面将本申请公开的功率转换装置的方式作为附记进行记载。

(附记1)一种功率转换装置，其特征在于，包括：

功率转换电路，该功率转换电路中，将上臂的半导体开关元件和下臂的半导体开关元件串联连接的多个串联电路彼此并联连接，所述多个串联电路的并联连接部与直流电源连接，所述多个串联电路中所述上臂的半导体开关元件与所述下臂的半导体开关元件的串联连接部与交流电动机的电枢绕组连接，通过所述多个串联电路中所述上臂的半导体开关元件与所述下臂的半导体开关元件的开关控制，进行所述直流电源与所述交流电动机之间的功率转换，

驱动电路，该驱动电路对所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件提供栅极驱动信号，进行所述开关控制，

短路控制单元，该短路控制单元使所述多个串联电路中所述上臂和所述下臂中的任一个臂的半导体开关元件全部导通，进行所述功率转换电路的短路控制，

过电流检测单元，该过电流检测单元检测所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件有无因过电流引起的异常；以及

栅极驱动异常检测单元，该栅极驱动异常检测单元检测所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件的栅极电压有无异常，

所述短路控制单元构成为：

根据所述过电流检测单元的所述异常的检测结果和所述栅极驱动异常检测单元的所述异常的检测结果，使所述上臂和所述下臂中的任一个臂的全部半导体开关元件导通，进行所述短路控制。

(附记2)如附记1所述的功率转换装置，其特征在于，

当所述过电流检测单元的检测结果是所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件中的一方或双方异常，所述栅极驱动异常检测单元的检测结果是所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件中的一方异常时，

所述短路控制单元利用所述栅极驱动异常检测单元检测出异常的一侧的臂的半导体开关元件进行所述短路控制。

(附记3)如附记1所述的功率转换装置，其特征在于，

在仅所述栅极驱动异常检测单元的检测结果异常时，

所述短路控制单元利用所述栅极驱动异常检测单元检测出所述异常的一侧的臂的相反侧的臂的半导体开关元件进行所述短路控制。

(附记4)如附记1所述的功率转换装置，其特征在于，

在仅所述过电流检测单元的检测结果异常时，

所述短路控制单元利用所述过电流检测单元检测出异常的一侧的臂的相反侧的臂的半导体开关元件进行所述短路控制。

(附记5)如附记1至4中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述短路控制单元由硬件构成。

(附记6)如附记1至5中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述驱动电路包括所述栅极驱动异常检测单元和所述过电流检测单元中的至少一方。

标号说明

100功率转换装置，1直流电源，2交流电动机，2U、2V、2W电枢绕组、3功率转换电路，3P正极侧端子，3N负极侧端子，6驱动电路，61U相上臂驱动电路，62U相下臂驱动电路，63V相上臂驱动电路，64V相下臂驱动电路，65W相上臂驱动电路，66W相下臂驱动电路，7短路控制单元，8平滑电容器，9微型计算机，10PWM控制信号，11逻辑电路部，13二极管，14电容器，15电流源，18MOSFET，17驱动电路部，171栅极驱动信号，171up U相上臂栅极驱动信号，171vpV相上臂栅极驱动信号，171wp W相上臂栅极驱动信号，171un U相下臂栅极驱动信号，171vnV相下臂栅极驱动信号，171wn W相下臂栅极驱动信号，31、32、33串联连接部，34、35并联连接部，36DESAT信号，36up U相上臂DESAT信号，36un U相下臂DESAT信号，36vp V相上臂DESAT信号，36vn V相下臂DESAT信号，36wp W相上臂DESAT信号，36wn W相下臂DESAT信号，37栅极电压检测信号，37up U相上臂栅极电压检测信号，37un U相下臂栅极电压检测信号，37vp V相上臂栅极电压检测信号，37vn V相下臂栅极电压检测信号，37wp W相上臂栅极电压检测信号，37wn W相下臂栅极电压检测信号，50过电流检测单元，50up U相上臂过电流异常检测信号，50vp V相上臂过电流异常检测信号，50wp W相上臂过电流异常检测信号，50unU相下臂过电流异常检测信号，50vn V相下臂过电流异常检测信号，50wn W相下臂过电流异常检测信号，60栅极驱动异常检测单元，60up U相上臂栅极驱动异常检测信号，60vp V相上臂栅极驱动异常检测信号，60wp W相上臂栅极驱动异常检测信号，60un U相下臂栅极驱动异常检测信号，60vn V相下臂栅极驱动异常检测信号，60wn W相下臂栅极驱动异常检测信号，71第一AND电路，72第二AND电路，73第三AND电路，74第四AND电路，71p上臂过电流异常检测信号，72p上臂栅极驱动异常检测信号，73n下臂过电流异常检测信号，74n下臂栅极驱动异常检测信号，121、122电阻，Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn半导体开关元件，PWM-up U相上臂PWM控制信号，PWM-un U相下臂PWM控制信号，PWM-vp V相上臂PWM控制信号，PWM-vn V相下臂PWM控制信号，PWM-wp W相上臂PWM控制信号，PWM-wn W相下臂PWM控制信号，A1第一输出部，A2第二输出部，ASC1第一ASC信号，ASC2第二ASC信号。

Claims (7)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

功率转换电路，该功率转换电路中，将上臂的半导体开关元件和下臂的半导体开关元件串联连接的多个串联电路彼此并联连接，所述多个串联电路的并联连接部与直流电源连接，所述多个串联电路中所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件的串联连接部与交流电动机的电枢绕组连接，通过所述多个串联电路中所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件的开关控制，进行所述直流电源与所述交流电动机之间的功率转换；

驱动电路，该驱动电路对所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件提供栅极驱动信号，进行所述开关控制；

短路控制单元，该短路控制单元使所述多个串联电路中所述上臂和所述下臂中的任一个臂的半导体开关元件全部导通，进行所述功率转换电路的短路控制；

过电流检测单元，该过电流检测单元检测所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件有无因过电流引起的异常；以及

栅极驱动异常检测单元，该栅极驱动异常检测单元检测所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件的栅极电压有无异常，所述短路控制单元构成为：

根据所述过电流检测单元的所述异常的检测结果和所述栅极驱动异常检测单元的所述异常的检测结果，使所述上臂和所述下臂中的任一个臂的全部半导体开关元件导通，进行所述短路控制。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

当所述过电流检测单元的检测结果是所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件中的一方或双方异常，所述栅极驱动异常检测单元的检测结果是所述上臂的半导体开关元件和所述下臂的半导体开关元件中的一方异常时，

所述短路控制单元构成为利用所述栅极驱动异常检测单元检测出异常的一侧的臂的半导体开关元件来进行所述短路控制。

3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

在仅所述栅极驱动异常检测单元的检测结果异常时，

所述短路控制单元构成为利用所述栅极驱动异常检测单元检测出所述异常的一侧的臂的相反侧的臂的半导体开关元件来进行所述短路控制。

4.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

在仅所述过电流检测单元的检测结果异常时，

所述短路控制单元构成为利用所述过电流检测单元检测出所述异常的一侧的臂的相反侧的臂的半导体开关元件来进行所述短路控制。

5.如权利要求1至4中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，所述短路控制单元由硬件构成。

6.如权利要求1至4中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述驱动电路包括所述栅极驱动异常检测单元和所述过电流检测单元中的至少一方。

7.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，

所述驱动电路包括所述栅极驱动异常检测单元和所述过电流检测单元中的至少一方。