JP6977766B2 - 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
本開示は、電源からの電力を、電動モータに供給する電力に変換する電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置に関する。
ブラシレスDCモータおよび交流同期モータなどの電動モータ(以下、単に「モータ」と表記する。)は、一般的に三相電流によって駆動される。三相電流の波形を正確に制御するため、ベクトル制御などの複雑な制御技術が用いられる。このような制御技術では、高度な数学的演算が必要であり、マイクロコントローラ(マイコン)などのデジタル演算回路が用いられる。ベクトル制御技術は、モータの負荷変動が大きな用途、例えば、洗濯機、電動アシスト自転車、電動スクータ、電動パワーステアリング装置、電気自動車、産業機器などの分野で活用されている。
車載分野においては、自動車用電子制御ユニット(ECU:Electrical Contorl Unit)が車両に用いられる。ECUは、マイクロコントローラ、電源、入出力回路、ADコンバータ、負荷駆動回路およびROM(Read Only Memory)などを備える。ECUを核として電子制御システムが構築される。例えば、ECUはセンサからの信号を処理してモータなどのアクチュエータを制御する。具体的に説明すると、ECUはモータの回転速度やトルクを監視しながら、電力変換装置におけるインバータを制御する。ECUの制御の下で、電力変換装置はモータに供給する駆動電力を変換する。
近年、モータ、電力変換装置およびECUが一体化された機電一体型モータが開発されている。特に車載分野においては、安全性の観点から高い品質保証が要求される。そのため、部品の一部が故障した場合でも安全動作を継続できる冗長設計が取り入れられている。冗長設計の一例として、1つのモータに対して2つの電力変換装置を設けることが検討されている。他の一例として、メインのマイクロコントローラにバックアップ用マイクロコントローラを設けることが検討されている。
例えば特許文献1は、制御部と、2つのインバータとを備え、三相モータに供給する電力を変換する電力変換装置を開示している。2つのインバータの各々は電源およびグランド(以下、「GND」と表記する。)に接続される。一方のインバータは、モータの三相の巻線の一端に接続され、他方のインバータは、三相の巻線の他端に接続される。各インバータは、各々がハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を含む3つのレグから構成されるブリッジ回路を備える。制御部は、2つのインバータにおけるスイッチング素子の故障を検出した場合、モータ制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。本願明細書において、「異常」とは、主としてスイッチング素子の故障を意味する。また、「正常時の制御」は、全てのスイッチング素子が正常な状態における制御を意味し、「異常時の制御」は、あるスイッチング素子に故障が生じた状態における制御を意味する。
異常時の制御において、2つのインバータのうちの故障したスイッチング素子を含むインバータ(以下、「故障インバータ」と表記する。)には、スイッチング素子を所定の規則でオンおよびオフすることにより巻線の中性点が構成される。その規則によれば、例えば、ハイサイドスイッチング素子が常時オフとなるオープン故障が発生した場合、インバータのブリッジ回路において、3つのハイサイドスイッチング素子のうちの故障したスイッチング素子以外のものはオフし、かつ、3つのローサイドスイッチング素子はオンする。その場合、中性点はローサイド側に構成される。または、ハイサイドスイッチング素子が常時オンとなるショート故障が発生した場合、インバータのブリッジ回路において、3つのハイサイドスイッチング素子のうちの故障したスイッチング素子以外のものはオンし、かつ、3つのローサイドスイッチング素子はオフする。その場合、中性点はハイサイド側に構成される。特許文献1の電力変換装置によれば、異常時において、三相の巻線の中性点は、故障インバータの中に構成される。スイッチング素子に故障が生じても、正常な方のインバータを用いてモータ駆動を継続させることができる。
上述したような従来の技術では、正常時および異常時における電流制御のさらなる向上が求められている。
本開示の実施形態は、正常時および異常時のいずれにおいても適切な電流制御が可能な電力変換装置を提供する。
本開示の例示的な電力変換装置は、電源からの電力を、n相(nは3以上の整数)の巻線を有するモータへ供給する電力に変換する電力変換装置であって、前記モータの各相の巻線の一端に接続される第1インバータと、前記各相の巻線の他端に接続される第2インバータと、前記第1インバータに接続され、前記第1インバータの異常時に前記第1インバータに構成される中性点の電位を設定する第1中性点電位設定回路とを備える。
本開示の実施形態によれば、中性点電位設定回路は、インバータの異常時に構成した中性点の電位を任意の値に設定する。これにより、正常時および異常時のいずれにおいても適切な電流制御が可能となる。
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった本願発明者の知見を説明する。
特許文献1の電力変換装置においては、電源およびGNDと、2つのインバータの各々とは常時接続されたままである。本願発明者は、異常時に故障インバータのハイサイドにおいて中性点を構成しても、その中性点には電源電圧が供給されるため、故障インバータにおける電力損失が大きくなるという課題を見出した。また、本願発明者は、異常時に故障インバータのローサイドにおいて中性点を構成しても、正常な方のインバータを通じて各相の巻線に供給される電流は、供給元のインバータには戻らずに、故障インバータからGNDに流れてしまうという課題を見出した。正常時および異常時のいずれにおいても、電力損失を抑えるとともに適切な電流制御が可能な電力変換装置が求められる。
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
本明細書においては、三相(U相、V相、W相)の巻線を有する三相モータに供給する電力を変換する電力変換装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。但し、例えば四相および五相などのn相(nは3以上の整数)の巻線を有するn相モータに供給する電力を変換する電力変換装置も本開示の範疇である。
(実施形態1)
図1は、本実施形態による電力変換装置100の回路構成を模式的に示している。
図1は、本実施形態による電力変換装置100の回路構成を模式的に示している。
電力変換装置100は、第1インバータ110と、第2インバータ140と、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hとを備える。また、電力変換装置100は、図6に示す制御回路300を備える。電力変換装置100は種々のモータに供給する電力を変換することができる。モータ200は、例えば三相交流モータである。
モータ200は、U相の巻線M1、V相の巻線M2およびW相の巻線M3を備え、第1インバータ110と第2インバータ140とに接続される。具体的に説明すると、第1インバータ110はモータ200の各相の巻線の一端に接続され、第2インバータ140は各相の巻線の他端に接続される。本願明細書において、部品(構成要素)同士の間の「接続」とは、主に電気的な接続を意味する。
第1インバータ110は、各相に対応した端子U_L、V_LおよびW_Lを有し、第2インバータ140は、各相に対応した端子U_R、V_RおよびW_Rを有する。第1インバータ110の端子U_Lは、U相の巻線M1の一端に接続され、端子V_Lは、V相の巻線M2の一端に接続され、端子W_Lは、W相の巻線M3の一端に接続される。第1インバータ110と同様に、第2インバータ140の端子U_Rは、U相の巻線M1の他端に接続され、端子V_Rは、V相の巻線M2の他端に接続され、端子W_Rは、W相の巻線M3の他端に接続される。このような結線は、いわゆるスター結線およびデルタ結線とは異なる。
中性点電位設定回路150Lは、第1インバータ110とGNDとの間に接続されている。中性点電位設定回路150Hは、第1インバータ110と電源101との間に接続されている。中性点電位設定回路160Lは、第2インバータ140とGNDとの間に接続されている。中性点電位設定回路160Hは、第2インバータ140と電源101との間に接続されている。詳細は後述するが、中性点電位設定回路150Lおよび150Hは、第1インバータ110の異常時に第1インバータ110に構成される中性点の電位を設定する。また、中性点電位設定回路160Lおよび160Hは、第2インバータ140の異常時に第2インバータ140に構成される中性点の電位を設定する。
電力変換装置100では、第1インバータ110および第2インバータ140は、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hを介して、電源101およびGNDに接続されている。
本明細書中において、第1インバータ110を「ブリッジ回路L」と表記する場合がある。また、第2インバータ140を「ブリッジ回路R」と表記する場合がある。第1インバータ110および第2インバータ140のそれぞれは、ローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を含むレグを3個備える。それらレグを構成する複数のスイッチング素子は、電動モータ200の巻線を介して第1インバータ110と第2インバータ140との間で複数のHブリッジを構成する。
第1インバータ110は、3個のレグから構成されるブリッジ回路を含む。図1に示されるスイッチング素子111L、112Lおよび113Lがローサイドスイッチング素子であり、スイッチング素子111H、112Hおよび113Hはハイサイドスイッチング素子である。スイッチング素子として、例えば電界効果トランジスタ(典型的にはMOSFET)または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を用いることができる。本願明細書において、インバータのスイッチング素子としてFETを用いる例を説明し、以下の説明ではスイッチング素子をFETと表記する場合がある。例えば、スイッチング素子111LはFET111Lと表記される。
第1インバータ110は、U相、V相およびW相の各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ(図6を参照)として、3個のシャント抵抗111R、112Rおよび113Rを備える。電流センサ170は、各シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路(不図示)を含む。例えば、シャント抵抗111R、112Rおよび113Rは、第1インバータ110の3個のレグに含まれる3個のローサイドスイッチング素子とGNDとの間にそれぞれ接続される。具体的には、シャント抵抗111RはFET111Lと中性点電位設定回路150Lとの間に接続され、シャント抵抗112RはFET112Lと中性点電位設定回路150Lとの間に接続され、シャント抵抗113RはFET113Lと中性点電位設定回路150Lとの間に接続される。シャント抵抗の抵抗値は、例えば0.5mΩから1.0mΩ程度である。
第1インバータ110と同様に、第2インバータ140は、3個のレグから構成されるブリッジ回路を含む。図1に示されるFET141L、142Lおよび143Lがローサイドスイッチング素子であり、FET141H、142Hおよび143Hはハイサイドスイッチング素子である。また、第2インバータ140は、3個のシャント抵抗141R、142Rおよび143Rを備える。それらのシャント抵抗は、3個のレグに含まれる3個のローサイドスイッチング素子とGNDとの間に接続される。第1および第2インバータ110、140の各FETは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。
図2、図3および図4は、電力変換装置100が有する3個のHブリッジ131、132および133を示す図である。
第1インバータ110は、レグ121、123および125を有する。レグ121は、FET111HとFET111Lを有する。レグ123は、FET112HとFET112Lを有する。レグ125は、FET113HとFET113Lを有する。
第2インバータ140は、レグ122、124および126を有する。レグ122は、FET141HとFET141Lを有する。レグ124は、FET142HとFET142Lを有する。レグ126は、FET143HとFET143Lを有する。
図2に示すHブリッジ131は、レグ121と巻線M1とレグ122とを有する。図3に示すHブリッジ132は、レグ123と巻線M2とレグ124とを有する。図4に示すHブリッジ133は、レグ125と巻線M3とレグ126とを有する。
電源101(図1)は、所定の電源電圧を生成する。電源101から第1および第2インバータ110、140に電力が供給される。電源101として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源101は、AC−DCコンバータまたはDC―DCコンバータであってもよいし、バッテリー(蓄電池)であってもよい。電源101は、第1および第2インバータ110、140に共通の単一電源であってもよいし、第1インバータ110用の第1電源および第2インバータ140用の第2電源を備えていてもよい。
電源101と電力変換装置100との間にコイル102が設けられている。コイル102は、ノイズフィルタとして機能し、各インバータに供給する電圧波形に含まれる高周波ノイズ、または各インバータで発生する高周波ノイズを電源101側に流出させないように平滑化する。また、電源101と電力変換装置100との間には、コンデンサ103の一端が接続されている。コンデンサ103の他端はGNDに接続されている。コンデンサ103は、いわゆるバイパスコンデンサであり、電圧リプルを抑制する。コンデンサ103は、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。
図1には、インバータ毎の各レグに1個のシャント抵抗を配置する構成を例示している。第1および第2インバータ110、140は、6個以下のシャント抵抗を備え得る。6個以下のシャント抵抗は、第1および第2インバータ110、140が備える6個のレグのうちの6個以下のローサイドスイッチング素子とGNDとの間に接続され得る。さらにこれをn相モータに拡張すると、第1および第2インバータ110、140は、2n個以下のシャント抵抗を備え得る。2n個以下のシャント抵抗は、第1および第2インバータ110、140が備える2n個のレグのうちの2n個以下のローサイドスイッチング素子とGNDとの間に接続され得る。
図5は、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hの回路構成の一例を模式的に示している。
中性点電位設定回路150Lは、分圧回路155Lと、分離スイッチング素子153Lとを備える。分圧回路155Lは、互いに直列接続される抵抗器151Lおよび抵抗器152Lを備える。分離スイッチング素子153Lは、分圧回路155Lと電源Vccとの接続および非接続を切り替える。この例では、電源Vccの電圧は、電源101の電圧と同じである。電源Vccの電圧として、電源101の電圧が供給されてもよい。
抵抗器151Lおよび抵抗器152Lの間のノードは、FET111L、112Lおよび113Lが接続されるノードN1に接続されている。抵抗器151Lは、ノードN1とGNDとの間に接続されている。抵抗器152Lは、ノードN1と分離スイッチング素子153Lとの間に接続されている。分離スイッチング素子153Lは、抵抗器152Lと電源Vccとの間に接続されている。
中性点電位設定回路150Hは、分圧回路155Hと、分離スイッチング素子153Hとを備える。分圧回路155Hは、互いに直列接続される抵抗器151Hおよび抵抗器152Hを備える。分離スイッチング素子153Hは、分圧回路155HとGNDとの接続および非接続を切り替える。
抵抗器151Hおよび抵抗器152Hの間のノードは、FET111H、112Hおよび113Hが接続されるノードN2に接続されている。抵抗器151Hは、ノードN2と電源101との間に接続されている。抵抗器152Hは、ノードN2と分離スイッチング素子153Hとの間に接続されている。分離スイッチング素子153Hは、抵抗器152HとGNDとの間に接続されている。
中性点電位設定回路160Lは、分圧回路165Lと、分離スイッチング素子163Lとを備える。分圧回路165Lは、互いに直列接続される抵抗器161Lおよび抵抗器162Lを備える。分離スイッチング素子163Lは、分圧回路165Lと電源Vccとの接続および非接続を切り替える。
抵抗器161Lおよび抵抗器162Lの間のノードは、FET141L、142Lおよび143Lが接続されるノードN3に接続されている。抵抗器161Lは、ノードN3とGNDとの間に接続されている。抵抗器162Lは、ノードN3と分離スイッチング素子163Lとの間に接続されている。分離スイッチング素子163Lは、抵抗器162Lと電源Vccとの間に接続されている。
中性点電位設定回路160Hは、分圧回路165Hと、分離スイッチング素子163Hとを備える。分圧回路165Hは、互いに直列接続される抵抗器161Hおよび抵抗器162Hを備える。分離スイッチング素子163Hは、分圧回路165HとGNDとの接続および非接続を切り替える。
抵抗器161Hおよび抵抗器162Hの間のノードは、FET141H、142Hおよび143Hが接続されるノードN4に接続されている。抵抗器161Hは、ノードN4と電源101との間に接続されている。抵抗器162Hは、ノードN4と分離スイッチング素子163Hとの間に接続されている。分離スイッチング素子163Hは、抵抗器162HとGNDとの間に接続されている。
分離スイッチング素子153L、153H、163L、163Hとしては、例えば電界効果トランジスタ(典型的にはMOSFET)または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を用いることができる。本願明細書において、分離スイッチング素子としてFETを用いる例を説明し、以下の説明では分離スイッチング素子をFETと表
記する場合がある。例えば、分離スイッチング素子153LはFET153Lと表記される。FET153L、153H、163L、163Hは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。
記する場合がある。例えば、分離スイッチング素子153LはFET153Lと表記される。FET153L、153H、163L、163Hは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。
図6は、電力変換装置100を備えるモータ駆動ユニット400のブロック構成を模式的に示している。電力変換装置100は制御回路300を備える。モータ駆動ユニット400は、電力変換装置100とモータ200を備える。
制御回路300は、例えば、電源回路310と、角度センサ320と、入力回路330と、マイクロコントローラ340と、駆動回路350と、ROM360とを備える。制御回路300は、電力変換装置100の全体の動作を制御することによりモータ200を駆動する。具体的には、制御回路300は、目的とするロータの位置、回転速度、および電流などを制御してクローズドループ制御を実現することができる。なお、制御回路300は、角度センサに代えてトルクセンサを備えてもよい。この場合、制御回路300は、目的とするモータトルクを制御することができる。
電源回路310は、回路内の各ブロックに必要なDC電圧(例えば3V、5V)を生成する。角度センサ320は、例えばレゾルバまたはホールICである。角度センサ320として、磁気抵抗効果素子とマグネットが用いられてもよい。角度センサ320は、モータ200のロータの回転角(以下、「回転信号」と表記する。)を検出し、回転信号をマイクロコントローラ340に出力する。入力回路330は、電流センサ170によって検出されたモータ電流値(以下、「実電流値」と表記する。)を受け取り、必要に応じて、実電流値のレベルをマイクロコントローラ340の入力レベルに変換し、実電流値をマイクロコントローラ340に出力する。
マイクロコントローラ340は、第1インバータ110と第2インバータ140、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hの各FETのスイッチング動作(ターンオンまたはターンオフ)を制御する。マイクロコントローラ340は、実電流値およびロータの回転信号などに従って目標電流値を設定してPWM信号を生成し、それを駆動回路350に出力する。
駆動回路350は、典型的にはゲートドライバである。駆動回路350は、第1および第2インバータ110、140における各FETのスイッチング動作を制御する制御信号(ゲート制御信号)をPWM信号に従って生成し、各FETのゲートに制御信号を与える。なお、マイクロコントローラ340が駆動回路350の機能を備えていてもよい。その場合、制御回路300は駆動回路350を備えていなくてもよい。
ROM360は、例えば書き込み可能なメモリ、書き換え可能なメモリまたは読み出し専用のメモリである。ROM360は、マイクロコントローラ340に電力変換装置100を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にRAM(不図示)に一旦展開される。
電力変換装置100には正常時および異常時の制御がある。制御回路300(主としてマイクロコントローラ340)は、電力変換装置100の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替えることができる。
(1.正常時の制御)
先ず、電力変換装置100の正常時の制御方法の具体例を説明する。上述したとおり、正常とは、第1および第2インバータ110、140の各FETに故障が生じていない状態を指す。
先ず、電力変換装置100の正常時の制御方法の具体例を説明する。上述したとおり、正常とは、第1および第2インバータ110、140の各FETに故障が生じていない状態を指す。
正常時の制御において、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160HのFET153L、153H、163L、163Hは全てオフにする。この状態において、制御回路300は、第1および第2インバータ110、140の両方を用いて三相通電制御することによってモータ200を駆動する。具体的に、制御回路300は、第1インバータ110のFETと第2インバータ140のFETとを互いに逆位相(位相差=180°)でスイッチング制御することにより三相通電制御を行う。例えば、FET111L、111H、141Lおよび141Hを含むHブリッジに着目すると、FET111Lがオンすると、FET141Lはオフし、FET111Lがオフすると、FET141Lはオンする。これと同様に、FET111Hがオンすると、FET141Hはオフし、FET111Hがオフすると、FET141Hはオンする。電源101から出力された電流は、ハイサイドスイッチング素子、巻線、ローサイドスイッチング素子を通ってGNDに流れる。
ここで、U相の巻線M1を流れる電流の経路を説明する。FET111HおよびFET141Lがオンであり、FET141HおよびFET111Lがオフのとき、電流は、電源101、FET111H、巻線M1、FET141L、GNDの順に流れる。FET141HおよびFET111Lがオンであり、FET111HおよびFET141Lがオフのとき、電流は、電源101、FET141H、巻線M1、FET111L、GNDの順に流れる。
次に、V相の巻線M2を流れる電流の経路を説明する。FET112HおよびFET142Lがオンであり、FET142HおよびFET112Lがオフのとき、電流は、電源101、FET112H、巻線M2、FET142L、GNDの順に流れる。FET142HおよびFET112Lがオンであり、FET112HおよびFET142Lがオフのとき、電流は、電源101、FET142H、巻線M2、FET112L、GNDの順に流れる。
次に、W相の巻線M3を流れる電流の経路を説明する。FET113HおよびFET143Lがオンであり、FET143HおよびFET113Lがオフのとき、電流は、電源101、FET113H、巻線M3、FET143L、GNDの順に流れる。FET143HおよびFET113Lがオンであり、FET113HおよびFET143Lがオフのとき、電流は、電源101、FET143H、巻線M3、FET113L、GNDの順に流れる。
図7は、正常時の三相通電制御に従って電力変換装置100を制御したときにモータ200のU相、V相およびW相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形(正弦波)を例示している。横軸は、モータ電気角(deg)を示し、縦軸は電流値(A)を示している。図7の電流波形において、電気角30°毎に電流値をプロットしている。Ipkは各相の最大電流値(ピーク電流値)を表している。
表1は、図7の正弦波において電気角毎に、各インバータの端子に流れる電流値を示している。表1は、具体的に、第1インバータ110(ブリッジ回路L)の端子U_L、V_LおよびW_Lに流れる、電気角30°毎の電流値、および、第2インバータ140(ブリッジ回路R)の端子U_R、V_RおよびW_Rに流れる、電気角30°毎の電流値を示している。ここで、ブリッジ回路Lに対しては、ブリッジ回路Lの端子からブリッジ回路Rの端子に流れる電流方向を正の方向と定義する。図7に示される電流の向きはこの定義に従う。また、ブリッジ回路Rに対しては、ブリッジ回路Rの端子からブリッジ回路Lの端子に流れる電流方向を正の方向と定義する。従って、ブリッジ回路Lの電流とブリッジ回路Rの電流との位相差は180°となる。表1において、電流値I1の大きさは〔(3)1/2/2〕*Ipkであり、電流値I2の大きさはIpk/2である。
電気角0°において、U相の巻線M1には電流は流れない。V相の巻線M2にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI1の電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI1の電流が流れる。
電気角30°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI2の電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさIpkの電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI2の電流が流れる。
電気角60°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI1の電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI1の電流が流れる。W相の巻線M3には電流は流れない。
電気角90°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさIpkの電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI2の電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI2の電流が流れる。
電気角120°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI1の電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI1の電流が流れる。V相の巻線M2には電流は流れない。
電気角150°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI2の電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI2の電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさIpkの電流が流れる。
電気角180°において、U相の巻線M1には電流は流れない。V相の巻線M2にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI1の電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI1の電流が流れる。
電気角210°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI2の電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさIpkの電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI2の電流が流れる。
電気角240°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI1の電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI1の電流が流れる。W相の巻線M3には電流は流れない。
電気角270°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさIpkの電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI2の電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI2の電流が流れる。
電気角300°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI1の電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI1の電流が流れる。V相の巻線M2には電流は流れない。
電気角330°において、U相の巻線M1にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI2の電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI2の電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさIpkの電流が流れる。
例えば、制御回路300は、図7に示される電流波形が得られるようなPWM制御によってブリッジ回路LおよびRの各FETのスイッチング動作を制御する。
(2.異常時の制御)
電力変換装置100の異常時の制御方法の具体例を説明する。上述したように、異常とは主としてFETに故障が発生したことを意味する。FETの故障には、大きく分けて「オープン故障」と「ショート故障」とがある。「オープン故障」は、FETのソース−ドレイン間が開放する故障(換言すると、ソース−ドレイン間の抵抗rdsがハイインピーダンスになること)を指す。「ショート故障」は、FETのソース−ドレイン間が短絡する故障を指す。
電力変換装置100の異常時の制御方法の具体例を説明する。上述したように、異常とは主としてFETに故障が発生したことを意味する。FETの故障には、大きく分けて「オープン故障」と「ショート故障」とがある。「オープン故障」は、FETのソース−ドレイン間が開放する故障(換言すると、ソース−ドレイン間の抵抗rdsがハイインピーダンスになること)を指す。「ショート故障」は、FETのソース−ドレイン間が短絡する故障を指す。
再び図1を参照する。電力変換装置100の動作時において、通常は、2つのインバータにおける12個のFETの中から1つのFETがランダムに故障するランダム故障が発生すると考えられる。本開示は、主としてランダム故障が発生した場合における電力変換装置100の制御方法を対象としている。ただし、本開示は、複数のFETが連鎖的に故障した場合などの電力変換装置100の制御方法も対象とする。連鎖的な故障とは、例えば1つのレグのハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子に同時に発生する故障を意味する。
電力変換装置100を長期間使用すると、ランダム故障が起こる可能性がある。なお、ランダム故障は、製造時に発生し得る製造故障とは異なるものである。2つのインバータにおける複数のFETのうちの1つでも故障すると、正常時の三相通電制御はできなくなる。
本実施形態の駆動回路350は、第1インバータ110および第2インバータ140が含む複数のFETの故障を検出する検出回路351を備える。各FETは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を有する。故障検知の一例として、検出回路351は、FETのドレイン−ソース間の電圧Vdsを監視し、所定の閾値電圧と電圧Vdsとを比較することによって、FETの故障を検知する。閾値電圧は、例えば外部IC(不図示)とのデータ通信および外付け部品によって駆動回路350に設定される。駆動回路350は、マイクロコントローラ340のポートと接続され、故障検知信号をマイクロコントローラ340に通知する。例えば、駆動回路350は、FETの故障を検知すると、故障検知信号をアサートする。マイクロコントローラ340は、アサートされた故障検知信号を受信すると、駆動回路350の内部データを読み出して、2つのインバータにおける複数のFETの中でどのFETが故障しているのかを判別する。
本実施形態では、駆動回路350がFETの故障を検出する検出回路351を備えるが、そのようなFETの故障を検出する検出回路は駆動回路350とは別に設けられていてもよい。また、故障検知の他の一例として、マイクロコントローラ340は、モータの実電流値と目標電流値との差に基づいてFETの故障を検知してもよい。ただし、FETの故障検知はこれらの手法に限られず、FETの故障検知に関する公知の手法を広く用いることができる。
マイクロコントローラ340は、故障検知信号がアサートされると、電力変換装置100の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。例えば、正常時から異常時に制御を切替えるタイミングは、故障検知信号がアサートされてから10msecから30msec程度である。
以下、電力変換装置100の異常時の制御をより詳細に説明する。
〔2−1.ハイサイドスイッチング素子_オープン故障〕
図8は、異常時の電力変換装置100を示す模式図である。まず、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のハイサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。
図8は、異常時の電力変換装置100を示す模式図である。まず、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のハイサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。
この例では、第1インバータ110のハイサイドスイッチング素子(FET111H、112Hおよび113H)の中でFET111Hがオープン故障したとする。なお、FET112Hまたは113Hがオープン故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
ハイサイドスイッチング素子111Hがオープン故障している場合、制御回路300は、第1インバータ110におけるオープン故障したハイサイドスイッチング素子111H以外の全てのハイサイドスイッチング素子112H、113Hはオフにする。制御回路300は、第1インバータ110の全てのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lはオンにする。また、制御回路300は、中性点電位設定回路150LのFET153Lはオンにする。制御回路300は、中性点電位設定回路150H、160L、160HのFET153H、163L、163Hはオフにする。
3つのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lを全てオンにすることにより、ローサイド側のノードN1が各巻線の中性点として機能する。本願明細書において、あるノードが中性点として機能することを、「中性点が構成される」と表現することとする。電力変換装置100は、第1インバータ110のローサイド側に構成された中性点および第2インバータ140を用いてモータ200を駆動する。
図8は、ノードN1に中性点を構成したときの電力変換装置100内の電流の流れを模式的に示している。図9は、ノードN1に中性点を構成した状態で電力変換装置100を制御したときにモータ200のU相、V相およびW相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示している。図8は、一例としてモータ電気角270°での電流の流れを実線の矢印で示している。3つの実線の矢印のそれぞれは、電源101からモータ200に流れる電流を表している。
図8に示される状態では、第2インバータ140においてFET141H、142Lおよび143Lはオン状態であり、FET141L、142Hおよび143Hはオフ状態である。第2インバータ140のFET141Hを流れた電流は、巻線M1および第1インバータ110のFET111Lを通って中性点(ノードN1)に流れる。その電流の一部は、FET112Lを通って巻線M2に流れ、残りの電流は、FET113Lを通って巻線M3に流れる。巻線M2およびM3を流れた電流は、第2インバータ140のFET142Lおよび143Lを通ってGNDに流れる。
表2は、図9の電流波形における電気角毎に、第2インバータ140の端子に流れる電流値を例示している。具体的には、表2は、第2インバータ140(ブリッジ回路R)の端子U_R、V_RおよびW_Rに流れる、電気角30°毎の電流値を例示している。電流方向の定義は上述したとおりである。なお、電流方向の定義によって、図9に示される電流値の正負の符号は、表2に示される電流値のそれとは逆の関係(位相差180°)になる。
例えば、電気角30°においては、U相の巻線M1にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI2の電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさIpkの電流が流れ、W相の巻線M3にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI2の電流が流れる。電気角60°においては、U相の巻線M1にはブリッジ回路Lからブリッジ回路Rに大きさI1の電流が流れ、V相の巻線M2にはブリッジ回路Rからブリッジ回路Lに大きさI1の電流が流れる。W相の巻線M3には電流は流れない。中性点に流れ込む電流と中性点から流れ出る電流との総和は電気角毎に常に「0」になる。制御回路300は、例えば図9に示される電流波形が得られるようなPWM制御によってブリッジ回路Rの各FETのスイッチング動作を制御する。
表1および表2に示されるように、正常時および異常時の制御の間でモータ200に流れるモータ電流は電気角毎に変わらないことが分かる。このため、正常時の制御と比較して、異常時の制御においてはモータのアシストトルクは低減しない。
図8に示す例では、中性点電位設定回路150LのFET153Lはオン状態になっている。電源Vccから供給される電圧により、電流が電源Vccから抵抗器152Lおよび抵抗器151Lを通って、GNDに流れる。ノードN1は、互いに直列接続される抵抗器151Lおよび抵抗器152Lの間に接続されている。すなわち、ノードN1に構成された中性点には、抵抗器151Lと抵抗器152Lとの間の電位が供給される。抵抗器151Lおよび152Lの電気抵抗値と電源Vccの出力電圧を任意の値にすることで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
抵抗器151Lと抵抗器152Lとの間の電位は一定であるため、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置100における電力損失を小さくすることができる。中性点の電位を一定の値に固定することにより、トルクリップル、平均トルク、モータの効率を改善することができる。
〔2−2.ローサイドスイッチング素子_ショート故障〕
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のローサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図10は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のローサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図10は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
この例では、第1インバータ110のローサイドスイッチング素子(FET111L、112Lおよび113L)の中でFET111Lがショート故障したとする。なお、FET112Lまたは113Lがショート故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
ローサイドスイッチング素子111Lがショート故障している場合、制御回路300は、第1インバータ110におけるショート故障したローサイドスイッチング素子111L以外の全てのローサイドスイッチング素子112L、113Lをオンにする。制御回路300は、第1インバータ110の全てのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hはオフにする。また、制御回路300は、中性点電位設定回路150LのFET153Lをオンにする。制御回路300は、中性点電位設定回路150H、160L、160HのFET153H、163L、163Hはオフにする。
3つのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lの全てが導通状態になることにより、ローサイド側のノードN1が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置100は、第1インバータ110のローサイド側に構成された中性点および第2インバータ140を用いてモータ200を駆動する。
図10は、ノードN1に中性点を構成したときの電力変換装置100内の電流の流れを模式的に示している。図10は、一例としてモータ電気角270°での電流の流れを実線の矢印で示している。3つの実線の矢印のそれぞれは、電源101からモータ200に流れる電流を表している。図8に示した故障状態における制御と同様に、制御回路300は、例えば図9に示される電流波形が得られるようなPWM制御によって第2インバータ140(ブリッジ回路R)の各FETのスイッチング動作を制御する。
図8に示した故障状態における制御と同様に、ノードN1に構成された中性点には、抵抗器151Lと抵抗器152Lとの間の電位が供給される。抵抗器151Lと抵抗器152Lとの間の電位は一定であるため、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置100における電力損失を小さくすることができる。
〔2−3.ローサイドスイッチング素子_オープン故障〕
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のローサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図11は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のローサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図11は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
この例では、第1インバータ110のローサイドスイッチング素子(FET111L、112Lおよび113L)の中でFET111Lがオープン故障したとする。なお、FET112Lまたは113Lがオープン故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
ハイサイドスイッチング素子111Lがオープン故障している場合、制御回路300は、第1インバータ110におけるオープン故障したローサイドスイッチング素子111L以外の全てのローサイドスイッチング素子112L、113Lをオフにする。制御回路300は、第1インバータ110の全てのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hはオンにする。また、制御回路300は、中性点電位設定回路150HのFET153Hをオンにする。制御回路300は、中性点電位設定回路150L、160H、160LのFET153L、163H、163Lはオフにする。
3つのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hを全てオンにすることにより、ハイサイド側のノードN2が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置100は、第1インバータ110のハイサイド側に構成された中性点および第2インバータ140を用いてモータ200を駆動する。
図11は、ノードN2に中性点を構成したときの電力変換装置100内の電流の流れを模式的に示している。図11は、一例としてモータ電気角270°での電流の流れを実線の矢印で示している。3つの実線の矢印のそれぞれは、電源101からモータ200に流れる電流を表している。
図11に示される状態では、第2インバータ140においてFET141H、142Lおよび143Lはオン状態であり、FET141L、142Hおよび143Hはオフ状態である。第2インバータ140のFET141Hを流れた電流は、巻線M1および第1インバータ110のFET111Hを通って中性点(ノードN2)に流れる。その電流の一部は、FET112Hを通って巻線M2に流れ、残りの電流は、FET113Hを通って巻線M3に流れる。巻線M2およびM3を流れた電流は、第2インバータ140のFET142Lおよび143Lを通ってGNDに流れる。
制御回路300は、例えば図9に示される電流波形が得られるようなPWM制御によってブリッジ回路Rの各FETのスイッチング動作を制御する。
図11に示す例では、中性点電位設定回路150HのFET153Hはオン状態になっている。電源101から供給される電圧により、電流が電源101から抵抗器151Hおよび抵抗器152Hを通って、GNDに流れる。ノードN2は、互いに直列接続される抵抗器151Hおよび抵抗器152Hの間に接続されている。すなわち、ノードN2に構成された中性点には、抵抗器151Hと抵抗器152Hとの間の電位が供給される。抵抗器151Hおよび152Hを任意の電気抵抗値にすることで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
抵抗器151Hと抵抗器152Hとの間の電位は一定であるため、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置100における電力損失を小さくすることができる。
〔2−4.ハイサイドスイッチング素子_ショート故障〕
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のハイサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図12は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のハイサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図12は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
この例では、第1インバータ110のハイサイドスイッチング素子(FET111H、112Hおよび113H)の中でFET111Hがショート故障したとする。なお、FET112Hまたは113Hがショート故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
ハイサイドスイッチング素子111Hがショート故障している場合、制御回路300は、第1インバータ110におけるショート故障したハイサイドスイッチング素子111H以外の全てのハイサイドスイッチング素子112H、113Hをオンにする。制御回路300は、第1インバータ110の全てのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lはオフにする。また、制御回路300は、中性点電位設定回路150HのFET153Hをオンにする。制御回路300は、中性点電位設定回路150L、160H、160LのFET153L、163H、163Lはオフにする。
3つのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hの全てが導通状態になることにより、ハイサイド側のノードN2が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置100は、第1インバータ110のハイサイド側に構成された中性点および第2インバータ140を用いてモータ200を駆動する。
図12は、ノードN2に中性点を構成したときの電力変換装置100内の電流の流れを模式的に示している。図12は、一例としてモータ電気角270°での電流の流れを実線の矢印で示している。3つの実線の矢印のそれぞれは、電源101からモータ200に流れる電流を表している。電力変換装置100内の電流の流れは、図11に示した電流の流れと同様である。図8に示した故障状態における制御と同様に、制御回路300は、例えば図9に示される電流波形が得られるようなPWM制御によって第2インバータ140(ブリッジ回路R)の各FETのスイッチング動作を制御する。
図11に示した故障状態における制御と同様に、ノードN2に構成された中性点には、抵抗器151Hと抵抗器152Hとの間の電位が供給される。抵抗器151Hと抵抗器152Hとの間の電位は一定であるため、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置100における電力損失を小さくすることができる。
なお、抵抗器151L、152L、151H、152Hの少なくとも1つは可変抵抗器であってもよい。制御回路300は、可変抵抗器の抵抗値を変更することで、中性点に供給する電位の大きさを変更することができる。また、中性点に供給する電位の大きさを変更する方法として、ノードN1に中性点を構成する場合に、FET153Lのオンおよびオフを繰り返し切り替えてもよい。また、ノードN2に中性点を構成する場合に、FET153Hのオンおよびオフを繰り返し切り替えてもよい。
上記の図8から図12の説明では、2つのインバータのうちの第1インバータ110を故障インバータとして扱い、第2インバータ140を正常インバータとして扱った。第2インバータ140が故障インバータであり、第1インバータ110が正常インバータである場合も上記と同様に、異常時の制御を行うことができる。この場合は、第1インバータ110、第2インバータ140、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hの制御を上記の制御と逆にする。
より具体的には、第2インバータ140が故障インバータである場合、第1インバータ110と第2インバータ140の制御を上記の制御と逆にする。中性点電位設定回路150Lと中性点電位設定回路160Lの制御を上記の制御と逆にする。中性点電位設定回路150Hと中性点電位設定回路160Hの制御を上記の制御と逆にする。第2インバータ140に中性点を構成し、その中性点および第1インバータ110を用いてモータ200を駆動することができる。
図13は、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hの回路構成の別の例を模式的に示している。
図13に示す中性点電位設定回路150Lは、降圧回路210Lと、分離スイッチング素子213Lと、抵抗器218Lとを備える。降圧回路210Lは、ノードN1に接続されている。分離スイッチング素子213Lは、降圧回路210LとGNDとの接続および非接続を切り替える。
降圧回路210Lは、FET212Lと、インダクタ214Lと、ダイオード215Lと、コンデンサ216Lとを備える。
インダクタ214Lの一端およびコンデンサ216Lの一端は、ノードN1に接続されている。FET212Lは、インダクタ214Lの他端と電源Vccとの間に接続されている。この例では、電源Vccの電圧は、電源101の電圧と同じである。電源Vccの電圧として、電源101の電圧が供給されてもよい。FET212Lは、インダクタ214Lと電源Vccとの接続および非接続を切り替える。ダイオード215Lのカソードは、インダクタ214Lの他端とFET212Lとの間に接続されている。ダイオード215Lのアノードおよびコンデンサ216Lの他端は、分離スイッチング素子213Lに接続されている。抵抗器218Lは、ノードN1とGNDとの間に接続されている。
中性点電位設定回路150Hは、降圧回路210Hと、分離スイッチング素子213Hとを備える。降圧回路210Hは、ノードN2に接続されている。分離スイッチング素子213Hは、降圧回路210HとGNDとの接続および非接続を切り替える。
降圧回路210Hは、FET212Hと、インダクタ214Hと、ダイオード215Hと、コンデンサ216Hとを備える。
インダクタ214Hの一端およびコンデンサ216Hの一端は、ノードN2に接続されている。FET212Hは、インダクタ214Hの他端と電源101との間に接続されている。FET212Hは、インダクタ214Hと電源101との接続および非接続を切り替える。ダイオード215Hのカソードは、インダクタ214Hの他端とFET212Hとの間に接続されている。ダイオード215Hのアノードおよびコンデンサ216Hの他端は、分離スイッチング素子213Hに接続されている。
中性点電位設定回路160Lは、降圧回路220Lと、分離スイッチング素子223Lと、抵抗器228Lとを備える。降圧回路220Lは、ノードN3に接続されている。分離スイッチング素子223Lは、降圧回路220LとGNDとの接続および非接続を切り替える。
降圧回路220Lは、FET222Lと、インダクタ224Lと、ダイオード225Lと、コンデンサ226Lとを備える。
インダクタ224Lの一端およびコンデンサ226Lの一端は、ノードN3に接続されている。FET222Lは、インダクタ224Lの他端と電源Vccとの間に接続されている。FET222Lは、インダクタ224Lと電源Vccとの接続および非接続を切り替える。ダイオード225Lのカソードは、インダクタ224Lの他端とFET222Lとの間に接続されている。ダイオード225Lのアノードおよびコンデンサ226Lの他端は、分離スイッチング素子223Lに接続されている。抵抗器228Lは、ノードN3とGNDとの間に接続されている。
中性点電位設定回路160Hは、降圧回路220Hと、分離スイッチング素子223Hとを備える。降圧回路220Hは、ノードN4に接続されている。分離スイッチング素子223Hは、降圧回路220HとGNDとの接続および非接続を切り替える。
降圧回路220Hは、FET222Hと、インダクタ224Hと、ダイオード225Hと、コンデンサ226Hとを備える。
インダクタ224Hの一端およびコンデンサ226Hの一端は、ノードN4に接続されている。FET222Hは、インダクタ224Hの他端と電源101との間に接続されている。FET222Hは、インダクタ224Hと電源101との接続および非接続を切り替える。ダイオード225Hのカソードは、インダクタ224Hの他端とFET222Hとの間に接続されている。ダイオード225Hのアノードおよびコンデンサ226Hの他端は、分離スイッチング素子223Hに接続されている。
FET212L、212H、222L、222Hは、例えば電界効果トランジスタ(典型的にはMOSFET)である。なお、FET212L、212H、222L、222Hとして、IGBTが用いられてもよい。分離スイッチング素子213L、213H、223L、223Hとしては、例えば電界効果トランジスタ(典型的にはMOSFET)またはIGBTを用いることができる。本願明細書において、分離スイッチング素子としてFETを用いる例を説明し、以下の説明では分離スイッチング素子をFETと表記する場合がある。FET212L、212H、222L、222H、213L、213H、223L、223Hは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。この例では、FET212L、212H、222L、222H、213L、213H、223L、223Hは、制御回路300(主としてマイクロコントローラ340)によって制御される。
図13に示す電力変換装置100には正常時および異常時の制御がある。制御回路300は、電力変換装置100の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替えることができる。
(3.正常時の制御)
先ず、電力変換装置100の正常時の制御方法を説明する。正常時の制御において、FET212H、222Hはオンにする。FET212L、222L、213L、213H、223L、223Hはオフにする。この状態において、制御回路300は、第1および第2インバータ110、140の両方を用いて三相通電制御することによってモータ200を駆動する。三相通電制御の方法は、図7および表1を用いて説明したとおりである。例えば、制御回路300は、図7に示される電流波形が得られるようなPWM制御によってブリッジ回路LおよびRの各FETのスイッチング動作を制御する。
先ず、電力変換装置100の正常時の制御方法を説明する。正常時の制御において、FET212H、222Hはオンにする。FET212L、222L、213L、213H、223L、223Hはオフにする。この状態において、制御回路300は、第1および第2インバータ110、140の両方を用いて三相通電制御することによってモータ200を駆動する。三相通電制御の方法は、図7および表1を用いて説明したとおりである。例えば、制御回路300は、図7に示される電流波形が得られるようなPWM制御によってブリッジ回路LおよびRの各FETのスイッチング動作を制御する。
(4.異常時の制御)
次に、電力変換装置100の異常時の制御方法の具体例を説明する。
次に、電力変換装置100の異常時の制御方法の具体例を説明する。
〔4−1.ハイサイドスイッチング素子_オープン故障〕
図14は、異常時の電力変換装置100を示す模式図である。まず、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のハイサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。
図14は、異常時の電力変換装置100を示す模式図である。まず、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のハイサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。
この例では、第1インバータ110のハイサイドスイッチング素子(FET111H、112Hおよび113H)の中でFET111Hがオープン故障したとする。なお、FET112Hまたは113Hがオープン故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
ハイサイドスイッチング素子111Hがオープン故障している場合、制御回路300は、第1インバータ110におけるオープン故障したハイサイドスイッチング素子111H以外の全てのハイサイドスイッチング素子112H、113Hはオフにする。制御回路300は、第1インバータ110の全てのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lはオンにする。3つのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lを全てオンにすることにより、ローサイド側のノードN1に中性点が構成される。
制御回路300は、FET222L、223L、213H、223Hはオフにする。FET212H、222Hはオンにする。なお、FET212Hはオフでもよい。
制御回路300は、FET213Lをオンにする。これにより、ダイオード215Lおよびコンデンサ216Lは、GNDに接続される。制御回路300は、FET212Lのオンおよびオフを繰り返し切り替え、降圧回路210Lの動作を開始する。
3つのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lを全て導通状態にすることにより、ローサイド側のノードN1が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置100は、第1インバータ110のローサイド側に構成された中性点および第2インバータ140を用いてモータ200を駆動する。
図14は、ノードN1に中性点を構成したときの電力変換装置100内の電流の流れを模式的に示している。図14は、一例としてモータ電気角270°での電流の流れを実線の矢印で示している。3つの実線の矢印のそれぞれは、電源101からモータ200に流れる電流を表している。図14に示す電力変換装置100内の電流の流れは、図8に示す電流の流れと同様である。制御回路300は、例えば図9に示される電流波形が得られるようなPWM制御によって第2インバータ140(ブリッジ回路R)の各FETのスイッチング動作を制御する。
降圧回路210Lは、例えば降圧チョッパ回路である。FET212Lがオンのときは、電源Vccの出力電圧がインダクタ214Lに供給されて、インダクタ214Lに電流が流れる。FET212Lがオフのときは、ダイオード215Lを介してGNDからインダクタ214Lに電流が流れ込む。FET212Lのオンとオフとを繰り返し切り替えることで、降圧回路210Lは、電源Vccよりも低い電圧を生成し、中性点(ノードN1)に供給する。FET212Lのデューティ比(オンにする時間とオフにする時間の割合)を調整することで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
降圧回路210Lから中性点に供給される電位を一定にした場合は、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置100における電力損失を小さくすることができる。
また、制御回路300がFET212Lのデューティ比を変更することで、中性点に可変電位を供給することができる。電力変換装置100の状態に応じて中性点に供給する電位を変更することで、電力損失を小さくすることができる。
中性点の電位を任意の値に設定することにより、トルクリップル、平均トルク、モータの効率を改善することができる。
〔4−2.ローサイドスイッチング素子_ショート故障〕
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のローサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図15は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のローサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図15は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
この例では、第1インバータ110のローサイドスイッチング素子(FET111L、112Lおよび113L)の中でFET111Lがショート故障したとする。なお、FET112Lまたは113Lがショート故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
ローサイドスイッチング素子111Lがショート故障している場合、制御回路300は、第1インバータ110におけるショート故障したローサイドスイッチング素子111L以外の全てのローサイドスイッチング素子112L、113Lをオンにする。制御回路300は、第1インバータ110の全てのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hはオフにする。制御回路300は、FET222L、223L、213H、223Hをオフにする。FET212H、222Hはオンにする。なお、FET212Hはオフでもよい。
制御回路300は、FET213Lをオンにする。これにより、ダイオード215Lおよびコンデンサ216Lは、GNDに接続される。制御回路300は、FET212Lのオンおよびオフを繰り返し切り替える。
3つのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lを全て導通状態にすることにより、ローサイド側のノードN1が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置100は、第1インバータ110のローサイド側に構成された中性点および第2インバータ140を用いてモータ200を駆動する。
図15は、ノードN1に中性点を構成したときの電力変換装置100内の電流の流れを模式的に示している。図15は、一例としてモータ電気角270°での電流の流れを実線の矢印で示している。3つの実線の矢印のそれぞれは、電源101からモータ200に流れる電流を表している。図15に示す電力変換装置100内の電流の流れは、図14に示す電流の流れと同様である。制御回路300は、例えば図9に示される電流波形が得られるようなPWM制御によって第2インバータ140(ブリッジ回路R)の各FETのスイッチング動作を制御する。
降圧回路210Lは、FET212Lのオンとオフとを繰り返し切り替えることで、電源Vccよりも低い電圧を生成し、中性点(ノードN1)に供給する。FET212Lのデューティ比を調整することで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
降圧回路210Lから中性点に供給される電位を一定にした場合は、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置100における電力損失を小さくすることができる。
また、制御回路300がFET212Lのデューティ比を変更することで、中性点に可変電位を供給することができる。電力変換装置100の状態に応じて中性点に供給する電位を変更することで、電力損失を小さくすることができる。
〔4−3.ハイサイドスイッチング素子_ショート故障〕
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のハイサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図16は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のハイサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図16は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
この例では、第1インバータ110のハイサイドスイッチング素子(FET111H、112Hおよび113H)の中でFET111Hがショート故障したとする。なお、FET112Hまたは113Hがショート故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
ハイサイドスイッチング素子111Hがショート故障している場合、制御回路300は、第1インバータ110におけるショート故障したハイサイドスイッチング素子111H以外の全てのハイサイドスイッチング素子112H、113Hをオンにする。制御回路300は、第1インバータ110の全てのローサイドスイッチング素子111L、112L、113Lはオフにする。3つのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hを全て導通状態にすることにより、ハイサイド側のノードN2に中性点が構成される。
制御回路300は、FET212L、213L、222L、223L、223Hをオフにする。FET222Hはオンにする。
制御回路300は、FET213Hをオンにする。これにより、ダイオード215Hおよびコンデンサ216Hは、GNDに接続される。制御回路300は、FET212Hのオンおよびオフを繰り返し切り替え、降圧回路210Hの動作を開始する。
3つのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hを全て導通状態にすることにより、ハイサイド側のノードN2が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置100は、第1インバータ110のハイサイド側に構成された中性点および第2インバータ140を用いてモータ200を駆動する。
図16は、ノードN2に中性点を構成したときの電力変換装置100内の電流の流れを模式的に示している。図16は、一例としてモータ電気角270°での電流の流れを実線の矢印で示している。3つの実線の矢印のそれぞれは、電源101からモータ200に流れる電流を表している。図16に示す電力変換装置100内の電流の流れは、図12に示す電流の流れと同様である。制御回路300は、例えば図9に示される電流波形が得られるようなPWM制御によって第2インバータ140(ブリッジ回路R)の各FETのスイッチング動作を制御する。
降圧回路210Hは、例えば降圧チョッパ回路である。FET212Hがオンのときは、電源101の出力電圧がインダクタ214Hに供給されて、インダクタ214Hに電流が流れる。FET212Hがオフのときは、ダイオード215Hを介してGNDからインダクタ214Hに電流が流れ込む。FET212Hのオンとオフとを繰り返し切り替えることで、降圧回路210Hは、電源101よりも低い電圧を生成し、中性点(ノードN2)に供給する。FET212Hのデューティ比を調整することで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
降圧回路210Hから中性点に供給される電位を一定にした場合は、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置100における電力損失を小さくすることができる。
また、制御回路300がFET212Hのデューティ比を変更することで、中性点に可変電位を供給することができる。電力変換装置100の状態に応じて中性点に供給する電位を変更することで、電力損失を小さくすることができる。
〔4−4.ローサイドスイッチング素子_オープン故障〕
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のローサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図17は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
次に、第1インバータ110のブリッジ回路において、3個のローサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図17は、異常時の電力変換装置100の別の例を示す模式図である。
この例では、第1インバータ110のローサイドスイッチング素子(FET111L、112Lおよび113L)の中でFET111Lがオープン故障したとする。なお、FET112Lまたは113Lがオープン故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
ローサイドスイッチング素子111Lがオープン故障している場合、制御回路300は、第1インバータ110におけるオープン故障したローサイドスイッチング素子111L以外の全てのローサイドスイッチング素子112L、113Lをオフにする。制御回路300は、第1インバータ110の全てのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hはオンにする。3つのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hを全て導通状態にすることにより、ハイサイド側のノードN2に中性点が構成される。
制御回路300は、FET212L、213L、222L、223L、223Hをオフにする。FET222Hはオンにする。
制御回路300は、FET213Hをオンにする。これにより、ダイオード215Hおよびコンデンサ216Hは、GNDに接続される。制御回路300は、FET212Hのオンおよびオフを繰り返し切り替え、降圧回路210Lの動作を開始する。
3つのハイサイドスイッチング素子111H、112H、113Hを全て導通状態にすることにより、ハイサイド側のノードN2が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置100は、第1インバータ110のハイサイド側に構成された中性点および第2インバータ140を用いてモータ200を駆動する。
図17は、ノードN2に中性点を構成したときの電力変換装置100内の電流の流れを模式的に示している。図17は、一例としてモータ電気角270°での電流の流れを実線の矢印で示している。3つの実線の矢印のそれぞれは、電源101からモータ200に流れる電流を表している。図17に示す電力変換装置100内の電流の流れは、図11に示す電流の流れと同様である。制御回路300は、例えば図9に示される電流波形が得られるようなPWM制御によって第2インバータ140(ブリッジ回路R)の各FETのスイッチング動作を制御する。
降圧回路210Hは、FET212Hのオンとオフとを繰り返し切り替えることで、電源101よりも低い電圧を生成し、中性点(ノードN2)に供給する。FET212Hのデューティ比を調整することで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
降圧回路210Hから中性点に供給される電位を一定にした場合は、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置100における電力損失を小さくすることができる。
また、制御回路300がFET212Hのデューティ比を変更することで、中性点に可変電位を供給することができる。電力変換装置100の状態に応じて中性点に供給する電位を変更することで、電力損失を小さくすることができる。
上記の図13から図17の説明では、2つのインバータのうちの第1インバータ110を故障インバータとして扱い、第2インバータ140を正常インバータとして扱った。第2インバータ140が故障インバータであり、第1インバータ110が正常インバータである場合も上記と同様に、異常時の制御を行うことができる。この場合は、第1インバータ110、第2インバータ140、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hの制御を上記の制御と逆にする。
より具体的には、第2インバータ140が故障インバータである場合、第1インバータ110と第2インバータ140の制御を上記の制御と逆にする。中性点電位設定回路150Lと中性点電位設定回路160Lの制御を上記の制御と逆にする。中性点電位設定回路150Hと中性点電位設定回路160Hの制御を上記の制御と逆にする。第2インバータ140に中性点を構成し、その中性点および第1インバータ110を用いてモータ200を駆動することができる。
次に、図18から図21を参照しながら、電力変換装置100の回路構成の変形例を説明する。
上記の実施形態において、電力変換装置100は4個の中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hを備えていたが、本開示はこれに限定されない。電力変換装置100は、中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hの少なくとも1つを備えていればよい。
図18は、4個の中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hのうち、中性点電位設定回路150H、160Hを備える電力変換装置100の回路構成を示している。この変形例によれば、ノードN2に中性点を構成する場合、その中性点に中性点電位設定回路150Hから任意の電位を供給することができる。また、ノードN4に中性点を構成する場合は、その中性点に中性点電位設定回路160Hから任意の電位を供給することができる。
図19は、4個の中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hのうち、中性点電位設定回路150L、160Lを備える電力変換装置100の回路構成を示している。この変形例によれば、ノードN1に中性点を構成する場合、その中性点に中性点電位設定回路150Lから任意の電位を供給することができる。ノードN3に中性点を構成する場合は、その中性点に中性点電位設定回路160Lから任意の電位を供給することができる。
図20は、4個の中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hのうち、中性点電位設定回路150Hを備える電力変換装置100の回路構成を示している。この変形例によれば、ノードN2に中性点を構成する場合、その中性点に中性点電位設定回路150Hから任意の電位を供給することができる。
図21は、4個の中性点電位設定回路150L、150H、160L、160Hのうち、中性点電位設定回路150Lを備える電力変換装置100の回路構成を示している。この変形例によれば、ノードN1に中性点を構成する場合、その中性点に中性点電位設定回路150Lから任意の電位を供給することができる。
(実施形態2)
自動車等の車両は一般的に、電動パワーステアリング装置を備えている。電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ECU、モータおよび減速機構などを備える。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ECUは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
自動車等の車両は一般的に、電動パワーステアリング装置を備えている。電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ECU、モータおよび減速機構などを備える。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ECUは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
本開示のモータ駆動ユニット400は、電動パワーステアリング装置に好適に利用される。図22は、本実施形態による電動パワーステアリング装置500を模式的に示している。電動パワーステアリング装置500は、ステアリング系520および補助トルク機構540を備える。
ステアリング系520は、例えば、ステアリングハンドル521、ステアリングシャフト522(「ステアリングコラム」とも称される。)、自在軸継手523A、523B、回転軸524(「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。)、ラックアンドピニオン機構525、ラック軸526、左右のボールジョイント552A、552B、タイロッド527A、527B、ナックル528A、528B、および左右の操舵車輪(例えば左右の前輪)529A、529Bを備える。ステアリングハンドル521は、ステアリングシャフト522と自在軸継手523A、523Bとを介して回転軸524に連結される。回転軸524にはラックアンドピニオン機構525を介してラック軸526が連結される。ラックアンドピニオン機構525は、回転軸524に設けられたピニオン531と、ラック軸526に設けられたラック532とを有する。ラック軸526の右端には、ボールジョイント552A、タイロッド527Aおよびナックル528Aをこの順番で介して右の操舵車輪529Aが連結される。右側と同様に、ラック軸526の左端には、ボールジョイント552B、タイロッド527Bおよびナックル528Bをこの順番で介して左の操舵車輪529Bが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。
ステアリング系520によれば、運転者がステアリングハンドル521を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構525を介して左右の操舵車輪529A、529Bに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪529A、529Bを操作することができる。
補助トルク機構540は、例えば、操舵トルクセンサ541、ECU542、モータ543、減速機構544および電力変換装置545を備える。補助トルク機構540は、ステアリングハンドル521から左右の操舵車輪529A、529Bに至るステアリング系520に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。
ECU542として、実施形態による制御回路300を用いることができ、電力変換装置545として、実施形態による電力変換装置100を用いることができる。また、モータ543は、実施形態におけるモータ200に相当する。ECU542、モータ543および電力変換装置545を備える機電一体型ユニットとして、実施形態によるモータ駆動ユニット400を好適に用いることができる。
操舵トルクセンサ541は、ステアリングハンドル521によって付与されたステアリング系520の操舵トルクを検出する。ECU542は、操舵トルクセンサ541からの検出信号(以下、「トルク信号」と表記する。)に基づいてモータ543を駆動するための駆動信号を生成する。モータ543は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構544を介してステアリング系520の回転軸524に伝達される。減速機構544は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸524からラックアンドピニオン機構525に伝達される。
電動パワーステアリング装置500は、補助トルクがステアリング系520に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類することができる。図22には、ピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置500を例示している。ただし、電動パワーステアリング装置500は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等であってもよい。
ECU542には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。外部機器560は例えば車速センサである。または、外部機器560は、例えばCAN(Controller Area Network)等の車内ネットワークで通信可能な他のECUであってもよい。ECU542のマイクロコントローラは、トルク信号や車速信号などに基づいてモータ543をベクトル制御等により制御することができる。
ECU542は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。ECU542は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサ320によって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。ECU542は、電流センサ170によって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、モータ543の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。
電動パワーステアリング装置500によれば、運転者の操舵トルクにモータ543の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸526によって左右の操舵車輪529A、529Bを操作することができる。特に、上述した機電一体型ユニットに、本開示のモータ駆動ユニット400を利用することにより、部品の品質が向上し、かつ、正常時および異常時のいずれにおいても適切な電流制御が可能となる、モータ駆動ユニットを備える電動パワーステアリング装置が提供される。
以上、本開示にかかる実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は例示であり、本開示の技術を限定するものではない。また、上述の実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせた実施形態も可能である。
本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫および電動パワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。
100 電力変換装置、101 電源、102 コイル、103 コンデンサ、110 第1インバータ、111H、112H、113H、141H、142H、143H ハイサイドスイッチング素子(FET)、111L、112L、113L、141L、142L、143L ローサイドスイッチング素子(FET)、111R、112R、113R、141R、142R、143R シャント抵抗、121、122、123、124、125、126 レグ、131、132、133 Hブリッジ、140 第2インバータ、150L、150H、160L、160H 中性点電位設定回路、153L、153H、163L、163H 分離スイッチング素子(FET)、155L、155H、165L、165H 分圧回路、200 電動モータ、210L、210H、220L、220H 降圧回路、213L、213H、223L、223H 分離スイッチング素子(FET)、300 制御回路、310 電源回路、320 角度センサ、330 入力回路、340 マイクロコントローラ、350 駆動回路、351 検出回路、360 ROM、400 モータ駆動ユニット、500 電動パワーステアリング装置
Claims (26)
- 電源からの電力を、n相(nは3以上の整数)の巻線を有するモータへ供給する電力に変換する電力変換装置であって、
前記モータの各相の巻線の一端に接続される第1インバータと、
前記各相の巻線の他端に接続される第2インバータと、
前記第1インバータに接続され、前記第1インバータの異常時に前記第1インバータに構成される中性点の電位を設定する第1中性点電位設定回路と、
を備える、電力変換装置。
- 前記第1および第2インバータのそれぞれは、ローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を含むレグをn個備え、
前記第1中性点電位設定回路は、
互いに直列接続される第1抵抗器および第2抵抗器を含む第1分圧回路と、
前記第1分圧回路と電源またはグランドとの接続および非接続を切り替える第1分離スイッチング素子と、
を備え、
前記第1抵抗器および前記第2抵抗器の間のノードは、n個の前記ローサイドスイッチング素子が接続される第1ノードまたはn個の前記ハイサイドスイッチング素子が接続される第2ノードに接続される、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1抵抗器は、前記第1ノードとグランドとの間に接続され、
前記第2抵抗器は、前記第1ノードと前記第1分離スイッチング素子との間に接続され、
第1分離スイッチング素子は、前記第2抵抗器と電源との間に接続される、請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータの前記n個のローサイドスイッチング素子にショート故障したローサイドスイッチング素子が含まれる場合、
前記第1インバータにおける前記ショート故障したローサイドスイッチング素子以外の全てのローサイドスイッチング素子はオンして中性点を構成し、
前記第1インバータの前記n個のハイサイドスイッチング素子は全てオフし、
前記第1分離スイッチング素子はオンし、
前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点には、前記第1抵抗器と前記第2抵抗器との間の電位が供給され、
前記第2インバータを用いて電力変換を行う、請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータの前記n個のハイサイドスイッチング素子にオープン故障したハイサイドスイッチング素子が含まれる場合、
前記第1インバータにおける前記オープン故障したハイサイドスイッチング素子以外の全てのハイサイドスイッチング素子はオフし、
前記第1インバータの前記n個のローサイドスイッチング素子は全てオンして中性点を構成し、
前記第1分離スイッチング素子はオンし、
前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点には、前記第1抵抗器と前記第2抵抗器との間の電位が供給され、
前記第2インバータを用いて電力変換を行う、請求項3または4に記載の電力変換装置。
- 前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に前記第1分圧回路から供給される電位は一定である、請求項4または5に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータに接続される第2中性点電位設定回路をさらに備え、
前記第2中性点電位設定回路は、
互いに直列接続される第3抵抗器および第4抵抗器を含む第2分圧回路と、
前記第2分圧回路とグランドとの接続および非接続を切り替える第2分離スイッチング素子と、
を備え、
前記第2分圧回路は、前記n個のハイサイドスイッチング素子が接続される前記第2ノードに接続される、請求項3から6のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第3抵抗器は、前記第2ノードと電源との間に接続され、
前記第4抵抗器は、前記第2ノードと前記第2分離スイッチング素子との間に接続され、
第2分離スイッチング素子は、前記第4抵抗器とグランドとの間に接続される、請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータの前記n個のハイサイドスイッチング素子にショート故障したハイサイドスイッチング素子が含まれる場合、
前記第1インバータにおける前記ショート故障したハイサイドスイッチング素子以外の全てのハイサイドスイッチング素子はオンして中性点を構成し、
前記第1インバータの前記n個のローサイドスイッチング素子は全てオフし、
前記第2分離スイッチング素子はオンし、
前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した中性点には、前記第3抵抗器と前記第4抵抗器との間の電位が供給され、
前記第2インバータを用いて電力変換を行う、請求項8に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータの前記n個のローサイドスイッチング素子にオープン故障したローサイドスイッチング素子が含まれる場合、
前記第1インバータにおける前記オープン故障したローサイドスイッチング素子以外の全てのローサイドスイッチング素子はオフし、
前記第1インバータの前記n個のハイサイドスイッチング素子は全てオンして中性点を構成し、
前記第2分離スイッチング素子はオンし、
前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点には、前記第3抵抗器と前記第4抵抗器との間の電位が供給され、
前記第2インバータを用いて電力変換を行う、請求項8または9に記載の電力変換装置。
- 前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に前記第2分圧回路から供給される電位は一定である、請求項9または10に記載の電力変換装置。
- 前記第1および第2インバータのそれぞれは、ローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を含むレグをn個備え、
前記第1中性点電位設定回路は、
n個の前記ローサイドスイッチング素子が接続される第1ノードまたはn個の前記ハイサイドスイッチング素子が接続される第2ノードに接続される第1降圧回路と、
前記第1降圧回路とグランドとの接続および非接続を切り替える第1分離スイッチング素子と、
を備える、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1降圧回路は、前記n個のローサイドスイッチング素子が接続される前記第1ノードに接続される、請求項12に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータの前記n個のローサイドスイッチング素子にショート故障したローサイドスイッチング素子が含まれる場合、
前記第1インバータにおける前記ショート故障したローサイドスイッチング素子以外の全てのローサイドスイッチング素子はオンして中性点を構成し、
前記第1インバータのn個の前記ハイサイドスイッチング素子は全てオフし、
前記第1降圧回路は、前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に電位を供給し、
前記第2インバータを用いて電力変換を行う、請求項13に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータの前記n個のハイサイドスイッチング素子にオープン故障したハイサイドスイッチング素子が含まれる場合、
前記第1インバータにおける前記オープン故障したハイサイドスイッチング素子以外の全てのハイサイドスイッチング素子はオフし、
前記第1インバータの前記n個のローサイドスイッチング素子は全てオンして中性点を構成し、
前記第1降圧回路は、前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に電位を供給し、
前記第2インバータを用いて電力変換を行う、請求項12から14のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第1降圧回路は、前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に可変電位を供給する、請求項14または15に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータに接続される第2中性点電位設定回路をさらに備え、
前記第2中性点電位設定回路は、
前記n個のハイサイドスイッチング素子が接続される前記第2ノードに接続される第2降圧回路と、
前記第2降圧回路とグランドとの接続および非接続を切り替える第2分離スイッチング素子と、
を備える、請求項13から16のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータの前記n個のハイサイドスイッチング素子にショート故障したハイサイドスイッチング素子が含まれる場合、
前記第1インバータにおける前記ショート故障したハイサイドスイッチング素子以外の全てのハイサイドスイッチング素子はオンして中性点を構成し、
前記第1インバータの前記n個のローサイドスイッチング素子は全てオフし、
前記第2降圧回路は、前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に電位を供給し、
前記第2インバータを用いて電力変換を行う、請求項17に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータの前記n個のローサイドスイッチング素子にオープン故障したローサイドスイッチング素子が含まれる場合、
前記第1インバータにおける前記オープン故障したローサイドスイッチング素子以外の全てのローサイドスイッチング素子はオフし、
前記第1インバータの前記n個のハイサイドスイッチング素子は全てオンして中性点を構成し、
前記第2降圧回路は、前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に電位を供給し、
前記第2インバータを用いて電力変換を行う、請求項17または18に記載の電力変換装置。
- 前記第2降圧回路は、前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に可変電位を供給する、請求項18または19に記載の電力変換装置。
- 前記第2インバータに接続され、前記第2インバータの異常時に前記第2インバータに構成される中性点の電位を設定する第3中性点電位設定回路をさらに備える、請求項1から20のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第1および第2インバータのそれぞれは、ローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を含むレグをn個備え、
前記第3中性点電位設定回路は、n個の前記ローサイドスイッチング素子が接続される第3ノードまたはn個の前記ハイサイドスイッチング素子が接続される第4ノードに接続される、請求項21に記載の電力変換装置。
- 前記第3中性点電位設定回路は、前記n個のローサイドスイッチング素子が接続される第3ノードに接続される、請求項22に記載の電力変換装置。
- 前記第2インバータに接続され、前記第2インバータの異常時に前記第2インバータに構成される中性点の電位を設定する第4中性点電位設定回路をさらに備え、
前記第4中性点電位設定回路は、前記n個のハイサイドスイッチング素子が接続される第4ノードに接続される、請求項23に記載の電力変換装置。
- 請求項1から24のいずれかに記載の電力変換装置と、
前記モータと、
前記電力変換装置を制御する制御回路と、
を備えるモータ駆動ユニット。
- 請求項25に記載のモータ駆動ユニットを備える電動パワーステアリング装置。
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