JP3301283B2 - スイッチング信号線異常検出装置 - Google Patents
スイッチング信号線異常検出装置Info
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Description
をスイッチング素子に供給するためのスイッチング信号
線やこれに接続されている回路等に異常又はその可能性
が発生したか否かを監視する装置、すなわちスイッチン
グ信号線異常検出装置に関する。
を用いて直流から交流への電力変換を制御する際には、
当該インバータを構成する各スイッチング素子を制御す
るためのスイッチング信号(ここではPWM信号)が確
かに各スイッチング素子に供給されているか否かを、監
視する必要がある。実開昭63−146488号には、
インバータに対し出力されたPWM信号の周波数を検出
し、これをPWM信号の周波数を指令する信号と比較す
ることにより、インバータに供給すべきPWM信号の周
波数を監視する手法が開示されている。
方法では、PWM信号の周波数を検出する際に、インバ
ータにPWM信号を供給するためのPWM信号線を分岐
し周波数比較演算回路に接続しているから、PWM信号
線の分岐点以降に断線等の異常が発生した場合、この異
常を検出することができず、結果としてインバータにお
ける電力変換動作が目標から外れた動作となってしま
う。これは、インバータを構成する各スイッチング素子
や、当該インバータの負荷(例えばモータ)の破損の原
因となる。
とを課題としてなされたものであり、インバータ等を構
成するスイッチング素子にPWM信号等のスイッチング
信号を供給する際の異常検出の論理を改善することによ
り、スイッチング信号を伝送するスイッチング信号線に
関連する異常の検出手段を提供することを目的とする。
るために、本発明の第1の構成に係るスイッチング信号
線異常検出装置は、スイッチング信号を発生させる手段
と、発生させたスイッチング信号をスイッチング信号線
に送出する信号出力回路と、信号出力回路から実際にス
イッチング信号線に送出されている出力信号を信号出力
回路とスイッチング信号線との接続端にて検出する監視
回路と、発生させたスイッチング信号及び検出した出力
信号に基づき、スイッチング信号線に関連する異常が発
生した可能性を検出する手段と、を備え、スイッチング
信号線を介しスイッチング信号をスイッチング素子に供
給する際、スイッチング信号線に関連する異常の発生有
無を上記接続端にて監視することを特徴とする。
出力された出力信号を、スイッチング信号の周波数を指
令する信号ではなくスイッチング信号それ自体と照合す
るようにしているため、本構成においては、スイッチン
グ信号線に関連する異常が発生した可能性を検出するこ
とが可能になる。
号線異常検出装置は、第1の構成において、上記可能性
が検出された場合に、スイッチング信号のオン時間及び
オフ時間双方を所定時間以上に強制設定する手段と、上
記可能性の検出をオン時間及びオフ時間それぞれについ
て実行させる手段と、を備えることを特徴とする。本構
成においては、スイッチング信号のオン時間が所定時間
以上に強制設定されるため、スイッチング信号がオンし
ている状態における異常可能性検出動作が確実に実行さ
れる。同様に、スイッチング信号のオフ時間が所定時間
以上に強制設定されているためスイッチング信号がオフ
している状態における異常可能性検出動作も確実に実行
される。その結果、第1の構成に比べ、さらに正確に、
スイッチング信号線における異常発生が検出される。
号線異常検出装置は、第1又は第2の構成において、上
記可能性が引き続き所定時間以上に亘り検出された場合
に、スイッチング信号線に関連する異常と判定する手段
を備えることを特徴とする。本構成においては、スイッ
チング速度や雑音等の影響によりスイッチング信号線の
異常可能性が誤検出される状況が排除される結果、第1
又は第2の構成に比べより正確に、スイッチング信号線
の異常が検出される。
号線異常検出装置は、第1乃至第3の構成において、異
常又はその可能性が検出された場合に、スイッチング信
号線とは別体の非常停止用信号線を介し非常停止信号を
供給することにより、スイッチング信号の動作を強制的
に停止させる手段を備えることを特徴とする。本構成に
おいては、異常又はその可能性の検出に応じてスイッチ
ング素子の動作が停止するため、このスイッチング素子
や当該スイッチング素子の負荷となるモータ等の装置に
スイッチング信号線の異常の影響が波及することがな
い。
関し図面に基づき説明する。
自動車のシステム構成が示されている。この図に示され
る電気自動車は、永久磁石によって励磁される三相交流
モータを車両走行用のモータ10として使用している。
モータ10のU,V,W各相巻線には、インバータ12
を介し、バッテリ14から駆動電流が供給される。イン
バータ12は、モータ10のU,V,W各相巻線に対応
して設けられているIGBT等のスイッチング素子Q1
〜Q6の他、バッテリ14から供給される電圧を平滑す
るためのコンデンサCやこのコンデンサCの放電のため
の抵抗Rが内蔵されている。
オンされた後、アクセル信号、ブレーキ信号、シフトポ
ジション信号等に基づき、かつ回転子位置センサ18に
より検出されるモータ10の回転子の位置に基づき、P
WM信号を発生させ、インバータ12を構成する各スイ
ッチング素子を制御する。ECU16は、インバータ1
2を動作させるのに先立ち、バッテリ14とインバータ
12の間に設けられているリレーユニット20を制御
し、バッテリ14とインバータ12の間を接続する。E
CU16は、また、適宜インバータ12の入力電圧(イ
ンバータ電圧)を入力し、またインバータ12からモー
タ10のU,V,W各相巻線電流をフィードバック入力
する。
6の内部構成、特にそのPWM信号出力/監視回路22
の構成が示されている。ECU16は、前述のようにア
クセル信号等に基づきPWM信号を生成する制御CPU
24を内蔵しており、PWM信号出力/監視回路22は
このPWM信号をPWM信号線26を介しインバータ1
2に供給する。PWM信号線26は、インバータ12に
内蔵されているプリドライブ回路28に接続されてい
る。プリドライブ回路28は、インバータ12を構成す
る各スイッチング素子に対応して設けられたバッファ3
0や、電気的な絶縁を確保しながらPWM信号線26と
バッファ30とを接続するフォトカプラ32を有してい
る。フォトカプラ32は、この図では+15V電源に接
続されている。なお、この図においては、図示の簡単化
のためU相のソース側アームに関連する回路のみが示さ
れている。
NOT34及び36、NOT34の出力を+5V電源に
プルアップする抵抗38、NOT36の出力抵抗40、
NOT36の出力を+5V電源にプルアップする抵抗4
2、+15V電源を分圧することによりしきい値電圧S
H(例えば+7V)を生成する抵抗44、抵抗40と抵
抗42の接続点の電位をしきい値電圧SHと比較するコ
ンパレータ46、並びにコンパレータ46の出力とNO
T34の出力の排他的論理和を求めPWM論理不一致信
号を生成するEOR48から構成されている。制御CP
U24は、NOT34にPWM信号を供給しており、ま
た抵抗40と抵抗42の接続点がPWM信号線26に接
続されている。制御CPU24は、さらに、所定の条件
が満たされた場合に非常停止信号線50上に非常停止信
号を送出する。非常停止信号線50はプリドライブ回路
28中のフォトカプラ52に接続されている。フォトカ
プラ52は+15V電源に接続されており、またバッフ
ァ30にも接続されている。
U24の動作の流れが示されている。この図に示される
ように、制御CPU24は、まず、アクセル信号、ブレ
ーキ信号等を入力し(100)、入力した信号に基づき
モータ10に対する電流指令を算出する(102)。制
御CPU24は、インバータ12から電流フィードバッ
クを受け(104)、算出した電流指令及びフィードバ
ックを受けたモータ電流に基づきPWM信号を生成する
(106)。生成されたPWM信号は、PWM信号出力
/監視回路22によりPWM信号線26に送出される。
PWM信号線26やプリドライブ回路28が正常なとき
には、このPWM信号に応じ各スイッチング素子Q1〜
Q6がスイッチングし、これによりアクセル信号等に応
じた電流がモータ10に流れる。
R48の出力電位、すなわちPWM論理不一致信号の電
位に基づき、PWM信号線26やプリドライブ回路28
に異常が生じているか否かを判定する(108)。すな
わち、図中Aで示されるNOT34の出力の電位がハイ
レベルである場合、図中Bで表されているPWM信号線
26の一端の電位や、図中Cで表されているコンパレー
タ46の出力端の電位や、図中Dで表されているEOR
48の出力端の電位は、次の表1に示されるような電位
となり、逆にA点の電位がローレベルである場合には次
の表2に表されるような電位となる。
常である場合にはPWM論理不一致信号の電位は必ずハ
イになるのに対し、PWM信号線26が断線していたり
あるいはアースに短絡している場合にはA点の電位がロ
ーであればPWM論理不一致信号の電位はローとなり、
また、PWM信号線26がプリドライブ回路28を介し
+15V電源に短絡している場合にはA点の電位がハイ
であればPWM論理不一致信号の論理はローとなる。制
御CPU24は、ステップ108において、このような
論理に基づき、PWM信号線26やプリドライブ回路2
8の異常を検出している。ステップ108において異常
が検出されなかった場合には、制御CPU24は異常が
発生していないとみなし(110)ステップ100〜1
06の動作を繰り返し実行する。
場合、制御CPU24は、それまでアクセル信号等に応
じて発生させていたPWM信号に代え、デューティ比が
50%のPWM信号を出力させる(112)。すなわ
ち、アクセル信号等に応じPWM信号を出力している状
態では、例えばモータ10の回転数が極めて低いとき等
にデューティ比が0%又は100%に近い値となるか
ら、ステップ108に係る検出動作を正確に実行できる
とは限らない。そこで、デューティ比を50%とするこ
とにより、A点の電位がハイレベルとなる状態とローレ
ベルとなる状態とを、共に正確な異常検出に適する比較
的長い時間に強制設定する。むろん、デューティ比は厳
密に50%とすることはなく、A点のレベルがハイレベ
ルとなる時間及びローレベルとなる時間が共に正確な異
常検出に十分な時間となるようなデューティ比とすれば
よい。このようにデューティ比を50%等に強制設定し
たPWM信号を出力させている状態で(112)、制御
CPU24は、ステップ108において使用した論理と
同様の論理にてPWM信号線26やプリドライブ回路2
8における異常の有無を判定し(114)、その結果異
常を検出しなかった場合にはステップ108において異
常が検出されなかった場合と同様ステップ110に移行
する。
た場合、制御CPU24は、ステップ108において最
初に異常が検出されてから所定時間、例えば100ms
ecが経過するまで(116)、ステップ112及び1
14を繰り返し実行する。すなわち、PWM信号の伝送
遅延やノイズ等により瞬時的に異常と誤判定されること
もあるため、そのような誤判定を排除すべく、所定時間
に亘る監視が実行される。ただし、この時間は、車両操
縦者等が違和感を感じない程度の短時間とする必要があ
る。ステップ116において所定時間の経過が検出され
た時点でも相変わらず異常が検出されている場合には、
制御CPU24はPWM信号線26又はプリドライブ回
路28に異常が発生したと見なし(118)、これに対
処するための処理を実行する(120)。例えば、制御
CPU24は、非常停止信号を非常停止信号線50上に
送出することにより、インバータ12の各スイッチング
素子に対応して設けられたバッファ30に非常停止信号
を供給し、各スイッチング素子を強制的にオフさせる。
これにより、インバータ12を介したバッテリ14から
モータ10への電力供給が絶たれることになる。
号線26やプリドライブ回路28に異常が発生した場合
に、これに対処してスイッチング停止等の処理を実行す
ることができる。すなわち、PWM信号線26に断線等
の異常が発生した後も引き続き長時間に亘りPWM信号
が出力され続けるといった事態は生じなくなるから、従
来に比べ、異常を早期に検出可能な装置が得られる。さ
らに、ステップ112においてデューティ比を50%等
の値に設定したPWM信号を出力し異常の際検出を行っ
ているため、誤検出を確実に防止することができる。加
えて、ステップ116において所定時間の経過を条件と
して異常検出を行っているため、さらに確実な異常検出
が可能になる。
信号線26における異常とプリドライブ回路28におけ
る異常とを区別していなかったが、表1及び表2に示さ
れる論理に従えば両者を区別することができる。従っ
て、PWM信号線26に異常が生じているのかそれとも
プリドライブ回路28に異常が生じているのかを車両操
縦者等に報知するよう本実施形態を変形することも可能
である。さらに、コンパレータ46や抵抗44、EOR
48を複数個並列に設け、B点の電位を異なるSHでし
きい値判定するようにすれば、“断線”と“アース短
絡”とを区別できる。また、図2に示されるPWM信号
出力/監視回路22の構成や表1及び表2に示される判
定論理から明らかなように、本発明に係る異常検出手順
を実行する際にはモータ10の各相電流を検出する必要
はない。従って、本発明を、モータ10の各相電流を検
出することなしにインバータ12を制御する制御論理と
組み合わせることにより、モータ10の各相電流を検出
するための電流センサを廃止することもできる。さら
に、上述の説明では、電気自動車への応用を例とした
が、本発明はこのような用途に限定されるものではな
い。さらに、インバータ12を構成するスイッチング素
子以外のスイッチング素子を対象として本発明を実施す
ることもできる。PWM信号以外のスイッチング信号に
も、本発明を適用できる。加えて、実開昭63−146
488号との併用も可能である。
成に係るスイッチング信号線異常検出装置によれば、発
生させたスイッチング信号及び実際にスイッチング信号
に送出されている出力信号に基づき、スイッチング信号
線に関連する異常が発生した可能性を検出するようにし
たため、スイッチング信号線に関連し断線等の異常が生
じている場合であってもこの異常を確実に検出すること
が可能になる。
ング信号線異常検出装置によれば、スイッチング信号の
オン時間及びオフ時間双方を所定時間以上に強制設定す
るようにしたため、誤検出を確実に防止することができ
る。
チング信号線異常検出装置によれば、異常の可能性が引
き続き所定時間以上に亘り検出された場合にスイッチン
グ信号線の異常と判定するようにしたため、さらに確実
な異常検出が可能になる。
チング信号線異常検出装置によれば、異常又はその可能
性が検出された場合に非常停止信号にてスイッチング素
子の動作を強制的に停止させるようにしたため、スイッ
チング信号線の異常の影響がスイッチング素子やその負
荷に波及することを確実に防止することができる。
テム構成を示すブロック図である。
回路の構成を示す回路図である。
の流れを示すフローチャートである。
6 ECU、18 回転子位置センサ、20 リレーユ
ニット、22 PWM信号出力/監視回路、24 制御
CPU、26 PWM信号線、28 プリドライブ回
路、30 バッファ、32,52 フォトカプラ、3
4,36 NOT、38,40,42,44抵抗、46
コンパレータ、48 EOR、50 非常停止信号
線、Q1〜Q6 スイッチング素子。
Claims (4)
- 【請求項1】 スイッチング信号を発生させる手段と、 発生させたスイッチング信号をスイッチング信号線に送
出する信号出力回路と、 信号出力回路から実際にスイッチング信号線に送出され
ている出力信号を信号出力回路とスイッチング信号線と
の接続端にて検出する手段と、 発生させたスイッチング信号及び検出した出力信号に基
づき、スイッチング信号線に関連する異常が発生した可
能性を、検出する監視回路と、 を備え、 スイッチング信号線を介しスイッチング信号をスイッチ
ング素子に供給する際、スイッチング信号線に関連する
異常の発生有無を上記接続端にて監視することを特徴と
するスイッチング信号線異常検出装置。 - 【請求項2】 上記可能性が検出された場合に、スイッ
チング信号のオン時間及びオフ時間双方を所定時間以上
に強制設定する手段と、上記可能性の検出をオン時間及
びオフ時間それぞれについて実行させる手段と、を備え
ることを特徴とする請求項1記載のスイッチング信号線
異常検出装置。 - 【請求項3】 上記可能性が引き続き所定時間以上に亘
り検出された場合に、スイッチング信号線に関連する異
常と判定する手段を備えることを特徴とする請求項1又
は2記載のスイッチング信号線異常検出装置。 - 【請求項4】 異常又はその可能性が検出された場合
に、スイッチング信号線とは別体の非常停止用信号線を
介し非常停止信号を供給することにより、スイッチング
素子の動作を強制的に停止させる手段を備えることを特
徴とする請求項1乃至3記載のスイッチング信号線異常
検出装置。
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