JPH0884494A - 半導体ブリッジ主回路の故障検出装置 - Google Patents

半導体ブリッジ主回路の故障検出装置

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JPH0884494A
JPH0884494A JP6215451A JP21545194A JPH0884494A JP H0884494 A JPH0884494 A JP H0884494A JP 6215451 A JP6215451 A JP 6215451A JP 21545194 A JP21545194 A JP 21545194A JP H0884494 A JPH0884494 A JP H0884494A
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JP
Japan
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voltage
main circuit
bridge main
circuit
failure
Prior art date
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Pending
Application number
JP6215451A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuji Suzuki
哲治 鈴木
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の運転停止状態で、しかも少しの回路の
追加により半導体ブリッジ主回路素子の導通故障を検出
する。 【構成】 制御回路7により半導体ブリッジ主回路1の
上アームU,Vをオン制御した状態で電圧検出回路11
で入力端子間の電圧を検出し、この検出電圧が設定電圧
よりも低いときに下アームX,Yに導通故障があると制
御回路7で判定する。逆に、下アームをオン制御した状
態での検出電圧から上アームに導通故障があるか否かを
判定する。これら故障判定は、半導体ブリッジ主回路を
備える装置の運転停止状態で判定を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直流負荷に正負極性を
切り換えて直流電力を供給するための半導体ブリッジ主
回路の故障検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】直流電気車(フォークリフト、無人車
等)には、走行用直流モータやパワーステアリング用直
流モータさらには荷役用直流モータが搭載され、各モー
タを正逆転駆動するために半導体ブリッジ主回路による
駆動回路が設けられる。
【0003】図3は、電気車用のパワーステアリング用
直流電動機の駆動回路を示す。半導体ブリッジ主回路1
は、パワートランジスタU,V,X,Yとそれぞれの還
流用ダイオードDの逆並列接続になる上下アームをブリ
ッジ接続した構成にされ、その出力端子に直流電動機2
が接続される。
【0004】半導体ブリッジ主回路1の入力端子には、
バッテリ3からキースイッチ4とヒューズ5及びパワー
ステアリングコンタクタ6を通して直流電源が供給され
る。
【0005】制御装置7は、マイクロコンピュータ構成
にされ、直流電気車のハンドルの操作方向(又は操作指
令)及び操作量に応じてパワートランジスタTrのオン
・オフ制御を行い、直流電動機2に印加する直流の正負
の極性を切り換えかつチョッパ動作による直流電圧制御
を行う。
【0006】例えば、図4にゲート波形例を示すよう
に、直流電動機2の正転期間T1には、パワートランジ
スタUを連続的にオン制御し、かつパワートランジスタ
Yをステアリング操作量に応じた導通率で繰り返すオン
・オフ制御する。
【0007】また、直流電動機2の逆転期間T2には、
パワートランジスタVを連続的にオン制御し、かつパワ
ートランジスタXをステアリング操作量に応じた導通率
でオン・オフ制御する。
【0008】電気車の走行用モータの駆動や荷役用モー
タの駆動も同様になされる。また、パワートランジスタ
に代えて、GTOやSIトランジスタなどの自己消弧能
力を有する電力用半導体素子が使用される。さらに、電
力用半導体及びダイオードDは、同じ基板に一体に組み
込んでモジュール化したものもある。
【0009】さらに、直流電動機を駆動源として正転と
逆転を必要とする各種産業用装置、さらには正負逆転を
必要とする直流負荷にも使用される。これらの場合、チ
ョッパ動作を省略して対となる電力用半導体素子をオン
状態のままとする制御方式が採られることもある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体ブリッジ
主回路において、半導体素子に故障が発生すると他の半
導体素子及び周辺回路へ故障拡大する恐れがある。
【0011】例えば図3の構成において、パワートラン
ジスタYが導通故障した場合、パワートランジスタVと
Xをオン制御したときにパワートランジスタVとYが短
絡状態になり、パワートランジスタVも破損させてしま
う。さらに、ヒューズ5の溶断やコンタクタ6の焼損に
なる。
【0012】また、パワートランジスタYが導通故障し
た状態において、パワートランジスタUをオン制御し、
パワートランジスタYをチョッパ制御すると、パワート
ランジスタYの導通故障によって全電圧が直流電動機2
に印加されてしまい、電動機2に大電流が流れることか
ら急加速や急ハンドルさらにはハンドル操作不能になっ
てしまい、事故や機械的な故障を起こす恐れがある。
【0013】これら課題を解消するため、半導体素子の
短絡故障からの保護に、該素子や主回路の入出力端子の
過電流を検出したときに電源遮断を行う方式が考えられ
るが、電流検出器と高速遮断器を必要とするなど、複雑
・高価な保護装置を必要とする。
【0014】また、過電流検出による保護は、装置が運
転状態にあることを条件とし、保護動作の応答遅れ等で
事故等を起こす恐れがある。
【0015】本発明の目的は、少しの回路の追加により
主回路素子の導通故障を検出できる故障検出装置を提供
することにある。
【0016】本発明の他の目的は、装置の運転停止状態
で主回路素子の導通故障を検出できる故障検出装置を提
供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、電力用半導体素子のブリッジ接続構成に
され、直流電源が入力端子間に印加され、該素子のオン
・オフ制御で出力端子の直流極性を正負に反転して直流
負荷に供給する半導体ブリッジ主回路において、前記入
力端子間に直流電圧を印加して該入力端子間の電圧を検
出する電圧検出回路と、前記半導体ブリッジ主回路の上
アームをオン制御したとき又は下アームをオン制御した
ときの前記電圧検出回路の検出電圧が設定電圧よりも低
いときに前記電力用半導体素子に導通故障があると判定
して保護処理を行う処理手段を備えたことを特徴とす
る。
【0018】
【作用】半導体ブリッジ主回路の上アームをオン制御し
た状態では下アームに導通故障があるときに入力端子間
の電圧が低くなることから下アームの導通故障の判定を
得る。逆に、下アームをオン制御した状態では上アーム
に導通故障があるときに入力端子間の電圧が低くなるこ
とから上アームの導通故障の判定を得る。
【0019】これら故障判定は、半導体ブリッジ主回路
を備える装置の運転停止状態で判定を得る。
【0020】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す回路図であ
り、図3と同等のものは同一符号で示す。
【0021】電圧検出回路11は、半導体ブリッジ主回
路1の電源入力端子間に電源電圧を印加し、この電圧印
加に対する半導体ブリッジ主回路1の電源入力端子間の
電圧を検出する。
【0022】この電圧印加は、パワーステアリングスイ
ッチ6とヒューズ5を迂回し、バッテリ3からキースイ
ッチ4を通して抵抗111により行われる。また、電圧
検出は、抵抗111と半導体ブリッジ主回路1の電源入
力端子との接続点から分圧抵抗112、113の直列接続
回路に接続し、半導体ブリッジ主回路1の電源入力端子
間の電圧を分圧抵抗112、113の分圧電圧として取り
出す。ツェナーダイオード114は、検出電圧が過大に
なるのを制限する。また、コンデンサ115は、検出電
圧が脈動やノイズで変化するのを防止する。
【0023】A/D変換器12は、電圧検出回路11が
検出した電圧をディジタル値に変換し、マイクロコンピ
ュータ構成の制御回路7に検出データとして与える。こ
のA/D変換器12は、制御回路7が電気車の制御のた
めにステアリング操作角データやアクセル踏み込み量デ
ータを取り込むための既設のものを利用できる。
【0024】また、電圧検出回路11は、半導体ブリッ
ジ主回路1の電源入力端子間の電圧を検出するが、この
検出は後述のように設定レベル以上になるか否かを検出
することから、A/D変換器12に代えて、コンパレー
タに置換し、このコンパレータで設定レベル以上になる
か否かを予め検出しておくこともできる。
【0025】制御回路7は、電気車の各種制御のための
プログラムとデータを内蔵し、その1つとして半導体ブ
リッジ主回路の故障検出のためのソフトウエアを備え
る。
【0026】また、制御回路7は、A/D変換器12を
通した電圧検出回路11の検出電圧データをパラレル入
出力デバイス71で取り込み、さらに故障表示手段とし
ての表示器13に故障表示出力を発生する。さらに、半
導体ブリッジ主回路1の各パワートランジスタのゲート
制御のためのインタフェース72やドライブ回路73を備
える。
【0027】図2は、制御回路7に設ける故障検出ソフ
トウエアの処理フローを示し、この処理を以下に説明す
る。
【0028】まず、電気車のキースイッチ4を投入した
ときに電気車の各種制御のための初期設定及び半導体ブ
リッジ主回路1の上下アームになるパワートランジスタ
U,V,X,Yの全てをオフ状態に制御する初期設定を
行う(S1)。
【0029】次に、電圧検出回路11が検出する入力端
子間電圧VPNを取り込み、設定電圧VC以上にあるか否
かを判定する(S2)。この判定でVPN≧VCでないと
き、半導体ブリッジ主回路1の各パワートランジスタ
U,V,X,Yが全てオフ制御状態にするにも拘わら
ず、入力端子間の電圧VPNが低すぎる(導通故障の可能
性あり)として故障表示処理を行う。
【0030】この処理は、上下アームのオフ制御(S
3)と、保護出力(S4)及び表示器13による故障表
示(S5)になる。このうち、保護出力(S4)は、パ
ワーステアリングスイッチ6の投入による半導体ブリッ
ジ主回路1への電源接続を禁止する保護リレー14の開
放制御になる。
【0031】判定処理S2の判定で、VPN≧VCの判定
が得られたとき、上アーム(パワートランジスタU,
V)をオン制御し(S6)、この状態で電圧検出回路1
1からの検出電圧VPNを再度取り込んで設定電圧VC
上にあるか否かを判定する(S7)。
【0032】このとき、下アーム(パワートランジスタ
X,Y)に導通故障が発生していると、上アームのオン
状態によって半導体ブリッジ主回路の電圧(検出電圧V
PN)は設定電圧に比べて非常に低い値になり、下アーム
の一方又は両方の導通故障を検出できる。この導通故障
の判定がなされたとき、故障処理(S3〜S5)を行
う。
【0033】判定処理S7の判定で、VPN≧VCの判定
が得られたとき、上アームをオフ制御する初期状態に戻
し(S8)、下アームをオン制御し(S9)、この状態
で電圧検出回路11からの検出電圧VPNを再度取り込ん
で設定電圧VC以上にあるか否かを判定する(S1
0)。
【0034】このとき、上アームに導通故障が発生して
いると、下アームのオン状態によって半導体ブリッジ主
回路の電圧(検出電圧VPN)は設定電圧に比べて非常に
低い値になり、上アームの一方又は両方の導通故障を検
出できる。この導通故障の判定がなされたときも、故障
処理(S3〜S5)を行う。
【0035】判定処理S10の判定で、VPN≧VCの判
定が得られたとき、上下アームに導通故障がないことが
検出されたことになり、下アームをオフ制御する初期状
態に戻し(S11)、パワーステアリングスイッチ6の
投入(S12)による運転を開始する。
【0036】なお、故障判定は、装置の運転停止状態で
行われることから、適用する装置によっては処理S2の
判定を省略できる場合もある。また、保護処理や故障表
示処理は、適宜設計変更される。
【0037】また、制御回路を利用した故障検出のソフ
トウエアに代えて、故障検出専用のハードウエアを設け
る場合にも、コンパレータと素子のオン・オフ制御手順
をもつ論理回路構成という簡単なハードウエアで済む。
【0038】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、半導体
ブリッジ主回路の故障検出に、入力端子間の電圧を検出
し、上アームをオン制御したとき又は下アームをオン制
御したときの電圧検出回路の検出電圧から電力用半導体
素子に導通故障があるか否かの判定を得るようにしたた
め、簡単な電圧検出回路の追加と制御回路への簡単な故
障検出ソフトウエア又はハードウエアの追加により容易
に判定と保護処理ができる効果がある。
【0039】特に、故障判定は、半導体ブリッジ主回路
を備える装置の運転停止状態で判定でき、例えばパワー
ステアリングに適用する場合に急ハンドルやハンドリン
グ不能を無くして安全性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図。
【図2】実施例の処理フロー。
【図3】直流電動機の駆動回路。
【図4】図3のゲート波形例。
【符号の説明】
1…半導体ブリッジ主回路 2…直流電動機 7…制御回路 11…電圧検出回路 12…A/D変換器 13…故障表示器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力用半導体素子のブリッジ接続構成に
    され、直流電源が入力端子間に印加され、該素子のオン
    ・オフ制御で出力端子の直流極性を正負に反転して直流
    負荷に供給する半導体ブリッジ主回路において、前記入
    力端子間に直流電圧を印加して該入力端子間の電圧を検
    出する電圧検出回路と、前記半導体ブリッジ主回路の上
    アームをオン制御したとき又は下アームをオン制御した
    ときの前記電圧検出回路の検出電圧が設定電圧よりも低
    いときに前記電力用半導体素子に導通故障があると判定
    して保護処理を行う処理手段を備えたことを特徴とする
    半導体ブリッジ主回路の故障検出装置。
JP6215451A 1994-09-09 1994-09-09 半導体ブリッジ主回路の故障検出装置 Pending JPH0884494A (ja)

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