JP2014509184A - インバータまたは関連する機械と関連する不具合を検出するためのシステム - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (19)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
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