JPS6169368A

JPS6169368A - 多相チヨツパ装置

Info

Publication number: JPS6169368A
Application number: JP19088784A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kuno; 裕道久野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1986-04-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、電気自動車の制御装置において用いられる
ことが多い多相チョッパ装置に関し、特に、チョッパ装
置のスイッチング素子が開放状態で故障した際のフェイ
ルセーフ機口しを備えた多相チョッパ装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

電気自動車のモータの制御回路の一例が第６図に示され
ている（三菱電機技報　昭和４２年Ｖ。

１．４１　　Ｎｏ、１２　　Ｐ、１４９２〜１４９８「
電動機制御用多相多重サイリスクＤＣチョッパ」により
公知）。この図において、８１０が電源を成すバッテリ
、８４０がモータの電機子、８５０がモータの界磁コイ
ル、８６０が界磁用チョッパ、７００が電機子用チョッ
パである。

この場合、モータは直流分巻モータで、電機子８４０お
よび界磁コイル８５０は、それぞれ電機子用チョッパ７
００および界磁用チョッパ８６０を介してバッテリ８１
０に接続され、この接続回路中には、メインコンタクタ
スイッチ８２０およびメインヒユーズ８３０が介挿され
ている。従って、メインコンタクタスイッチ８２０がオ
ン操作されている状態で、電機子用チョッパ７００およ
び界磁用チョッパ８６０が作動され、電機子８４０およ
び界磁コイル８５０に流される電流が調整されることに
よってモータの回転数やトルクを制御できるようになっ
ている。

ところで、電機子用チョッパ７００は３相チヨツパであ
り、スイッチング素子としてＮＰＮ型トランジスタが３
つ互いに並列接続され、各トランジスタ１１０〜１３０
のコレクタ、エミッタ回路には、それぞれリアクトル５
１０が接続されて成る。そして、リアクトル５１０に蓄
えられた電磁エネルギを電機子８４０に供給するように
、各トランジスタ１１０〜１３０とリアクトル５１０と
の接続点並びに電機子８４０の一端の間には、それぞれ
ダイオード５２１〜５２３が接続され、ダイオード５２
１〜５２３、リアクトル５】０および電機子８４０の閉
回路が形成されている。また、各トランジスタ１１０〜
１３０のベースには、制御回路６００が接続され、各ト
ランジスタ１１０〜１３０を互いに１２０度の位相差を
持って導通制御するようになっている。

第７図は、電機子用チョッパ７００の各部の電流波形を
示しており、各トランジスタ１１０〜１３０のベースに
は、制御回路６００からＩｂｌ〜Ｉｂ３の如く、互いに
１２０度位相差のパルス電流が供給され、その間トラン
ジスタは導通される。

各トランジスタ１１０〜１３０がそれぞれ導通される結
果、リアクトル５１０には、各トランジスタ１１０〜１
３０に対応してＩａｌ〜Ｉａ３の如き電流が流れ、電機
子８４０には、電流１ａｌ〜Ｉａ３が総合されてＩａの
如き電流が流れる。従って、各トランジスタ１１０〜１
３０のベースに供給される電流１ｂｌ〜Ｔｂ３のデユー
ティ比を変えることによって、電機子８４０に流れる電
流Ｔａをｍ竪することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、ここで、トランジスタ１１０〜１３０の一つ、
例えばトランジスタ１３０が開放状態で故障してしまう
と、第８図のタイムチャー１・で示すように、各トラン
ジスタ１１０〜１３０のベースには、制御回路６００か
らそれまでと同様にベース電流１ｂｌ〜Ｉｂ３が供給さ
れていても、電流Ｔａ３が全く流れなくなってしまう。

こうなると、電流１ａの脈動が大きくなり、モータはト
ルク変動を生じ、車両は滑らかに走行することができな
くなる。

従って、本発明の目的は、多相チョッパ装置において、
トランジスタ、つまりスイッチング素子が開放状態で故
障した場合のモータ、つまり負荷への供給電流の脈動を
抑えて負荷を滑らかに作動させることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、開放状態で故障したスイッチング素
子があるとき、故障したスイッチング素子を除いた残り
のスイッチング素子の導通制御の位相差を、残りのスイ
ッチング素子だけで互いの位相差が均等になるように改
めて設定することを特徴とする。

具体的には、本発明の多相チョッパ装置は、互いに並列
接続されて負荷の電源回路中に介挿されているＮ個のス
イッチング素子と、Ｎ個のスイッチング素子を互いに３
６０度／Ｎの位相差を持って導通させる制御回路と、各
スイッチング素子からの信号を入力するように設けられ
、制御回路によって導通制御されたスイッチング素子が
導通したか否かを検出する検出器と、検出器によってＭ
個のスイッチング素子の非導通状態が検出されると、制
御回路による残りのスイッチング素子への導通制御の位
相差を３６０度／　（Ｎ−Ｍ）とする位相差指令回路と
を備えることを特徴とする。

〔作用〕

開放状態で故障したスイッチング素子があると、それは
検出器によって検出され、残りのスイッチング素子の導
通制御の位相差が、それまでの３６０度／Ｎから３６０
度／　（Ｎ−Ｍ）とされる。従って、残りのスイッチン
グ素子の作動によって、故障前よりもチョッパの相数が
少なくされるだけで、同様に作動する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す電気回路図であり、
第６図の電機子用チョッパ７００と同様の３相チヨツパ
装置である。ここで、スイッチング素子であるトランジ
スタ１１０〜１３０、リアクトル５１０およびダイオー
ド５２１〜５２３は、接続関係を含めて第６図の電機子
用チョッパ７００と全く同一である。

一方、制御回路２００は、第６図の制御回路６００と同
様に各トランジスタ１１０〜１３０にベース電流１ｂｌ
〜Ｉｂ３を供給して、３つのトランジスタ１１０〜１３
０を互いに１２０度（３６０度／３）の位相差を持って
導ｉｍさせ、また、各トランジスタ１１０〜１３０のコ
レクタ、エミッタ間電圧信号を入力する検出器３００が
設けられ、この検出器３００では、制御回路２００によ
って導通制御されたトランジスタが導通したか否かをコ
レクタ、エミッタ間電圧信号のレベルに基づいて検出す
るようになっている。そして、位相差指令回路４００で
は、あるトランジスタが非導通状イ１　　　　　　態に
あることが検出器３００によって検出されると、制御回
路２００により残りの２つのトランジスタへの導通制御
の位相差を１８０度（３６０度／（３−１））とする。

第２図は、第１図における制御回路２００の詳細を示し
ており、クロックジェネレータ２０１で発生された基本
クロックパルスは、アナログスイッチ２０２およびアン
ドゲート２０３を介して分周回路から成るタイマ２０７
に送り込まれ、ここで、互いに１２０度位相差の３つの
パルス信号が形成される。そして、３つのパルス信号は
、それぞれオアゲート２１１〜２１３およびパルス増幅
器２１４〜２１６を介して増幅され、各端子２５２〜２
５４を介してトランジスタ１１０〜１３０のベースに供
給される。

また、タイマ２０７に対して並列にタイマ２゜８が設け
られ、このタイマ２０８にも、やはりクロックジェネレ
ータ２０１からのクロックパルスがアナログスイッチ２
０２およびアンドゲート２０４を介して送り込まれ、タ
イマ２０８では、互いに１８０度位相差の２つのパルス
信号が形成される。この２つのパルス信号の一方は、ア
ンドゲート２２１．２２２を介して、オアゲート２１１
．２′１２に信号を送り、他方はアンドゲート２２３．
２２４を介してオアゲート２１２．２１３に信号を送る
ようになっている。

そして、各タイマ２０７．２０８には、デユーティ指令
発生器２０６から信号が送り込まれ、各タイマ２０７．
２０Ｂにおいて発生するパルス信号のデユーティ比を調
整するようになっている。

アナログスイッチ２０２のゲートには、ロジック回路２
３０から信号が送り込まれるようになっており、ロジッ
ク回路２３０は、アンドゲート２３１〜２３４、ノット
ゲート２３５〜２３７．２３９およびオアゲート２３８
から成り、端子２４１〜２４３から入力される信号の少
なくとも２つが論理レベルで「１」レベルとなったとき
、アナログスイッチ２０２のゲートへの信号を「０」レ
ベルとしてアナログスイッチ２０２を遮断し、クロック
ジェネレータ２０１のクロックパルスがアンドゲート２
０３．２０４に出力されないようにするものである。

また、アンドゲート２０３．２０４には、端子２４４か
ら入力される信号がアンドゲート２０４には直接、アン
ドゲート２０３にはノットゲート２０５を介して送り込
まれ、端子２４４から論理レベルで「０」レベルの信号
が入力されている間は、アンドゲート２０３が開かれて
アンドゲート２０４は閉じられ、「１」レベルの信号が
入力されている間は、アンドゲート２０４が開かれてア
ンドゲート２０３は閉じられる。従って、端子２４４か
ら「０」レベルの信号が入力されている間は、クロック
ジェネレータ２０１で発生されたクロックパルスは、タ
イマ２０７に送られ、タイマ２０８には送られない。ま
た、端子２４４から入力される信号が「１」レベルとな
ると、クロックパルスは、タイマ２０８に送られ、タイ
マ２０７には送られなくなる。

さらに、各アンドゲート２２１〜２２４には、それぞれ
端子２４５〜２４８から入力される信号が送り込まれて
おり、各端子２４５〜２４８から「１」レベルの信号を
送り込まれているアンドゲートのみが開き、「０」レベ
ルの信号を送り込まれているアンドゲートは閉じられる
。

第３図は、第１図における検出器３００の詳細を示して
おり、ここで、３１０〜３３０は電圧検出回路、３４０
は遅延回路、３５７〜３５９はＤ型フリップフロップで
ある。電圧検出回路３１０〜３３０は、符号３１０の付
された回路を代表として示すように、ツェナーダイオー
ド３１１、抵抗３１２．３１４、ホトカプラ３１３など
から成り、端子３６４〜３６９を介してトランジスタ１
１０〜１３０のコレクタ、エミッタ間に、ツェナーダイ
オード３１１、抵抗３１２、発光ダイオード３１３ａの
直列回路が接続されている。そして、ホトトランジスタ
３１３ｂのコレクタ、エミッタは抵抗３１４を介して、
電源（図示せず）に接続され、このホトトランジスタ３
１３ｂのコレクタ電圧が検出信号として取り出される。

従って、トランジスタ１１０が導通しているときは、端
子３、　　　　　　６４．３６５間の電圧は低く、発光
ダイオード３１３ａが発光せず、ホトトランジスタ３１
３ｂは非導通であるため、検出信号は論理レベル「１」
の信号となるが、トランジスタ１１０が非導通のときは
、それぞれ逆になって検出信号は「０」レベルとなる。

各電圧検出回路３１０〜３３０の検出信号は、ノットゲ
ート３５１〜３５３およびアンドゲート３５４〜３５６
を介してフリップフロップ３５７〜３５９のＣＰ端子に
送り込まれている。そして、各フリップフロップ３５７
〜３５９は、そのＤ端子が電源（図示せず）に接続され
、ＰＲ端子およびＣＬ端子が接地されており、一旦、Ｃ
Ｐ端子に「１」レベルの信号が送り込まれると、その後
継続してＱ端子に「ｌ」レベルの信号を発生するもので
、Ｑ端子は、端子３７０〜３７２から信号を出力するよ
うになっている。

一方、遅延回路３４０は、第２図の端子２４９〜２５１
および第３図の端子３６１〜３６３を介して第２図のタ
イマ２０７からの３つのパルス信号を入力し、これらの
パルス信号のプラスエツジのめを短時間遅延して、アン
ドゲート３５４〜３５６に送り込むようになっており、
遅延回路３４０は、３つの信号に対応して３つの積分回
路を構成するように、それぞれ抵抗、コンデンサが組み
合わされて成り、各抵抗にはダイオードが並列接続され
ている。

従って、各トランジスタ１１０〜１３０のベースにタイ
マ２０７からパルス信号が供給されているときに、トラ
ンジスタ１１０〜１３０が導通せず、非導通のままであ
ると、電圧検出回路３１０〜３３０からは検出信号とし
て「０」レベルの信号が発生され、一方、遅延回路３４
０からは、タイマ２０７のパルス信号よりも若干遅れて
アンドゲート３５４〜３５６に「１」レベルの信号が送
り込まれ、アンドゲート３５４〜３５６を開く。

電圧検出回路３１０〜３３０からの検出信号は、ノット
ゲート３５１〜３５３で論理を反転されて「１」レベル
とされるため、この信号は、アンドゲート３５４〜３５
６を介してフリップフロップ３５７〜３５９のＣＰ端子
に送り込まれて、フリツブフロップ３５７〜３５９のＱ
端子から「１」レベルの信号を発生させる。

トランジスタ１１０〜１３０が導通しているききには、
電圧検出回路３１０〜３３０の検出信号は「１」レベル
となり、これがノットゲート３５１〜３５３で反転され
ると、ｒＯＪレベルの信号となるため、フリップフロッ
プ３５７〜３５９のＣＰ端子には、「１」レベルの信号
が送り込、まれず、また、トランジスタ１１０〜１３０
が非導通であっても、トランジスタ１１０〜１３０のベ
ースにタイマ２０７からパルス信号が供給されていない
ときには、遅延回路３４０がらアンドゲート３５４〜３
５６に「１」レベルの信号が送り込まれないため、やは
りフリップフロップ３５７〜３５９のＣＰ端子には、「
１」レベルの信号が送り込まれず、Ｑ端子からは「１」
レベルの信号は発生されず、「０」レベルのままとなる
。

第４図は、第１図における位相差指令回路４゜Ｏの詳細
を示しており、ここで、４０５〜４０７．４０９は、そ
れぞれ４個づつのトランスミソションゲートの群である
。トランスミッションゲートは、言わば双方向スイッチ
であり、非反転側ゲートに論理レベル「１」の信号が印
加されたとき、あるいは反転側ゲートに論理レベル「０
」の信号が印加されたとき導通され、その他のときは非
導通とされて出力インピーダンスが高くされる素子であ
る。

トランスミッションゲー　ト群４０５は、ノットゲート
４０２とともに組み合わされて、端子４１５に「１」レ
ベルの信号が入力されたとき、端子４１１〜４１４から
それぞれｒｏｊ、Ｉｌｌ、「０」、「１」の信号を出力
するようにされ、また、トランスミッションゲート群４
０６は、ノットゲート４０３とともに組み合わされて、
端子４１６に「１」レベルの信号が入力されたとき、端
子４１１〜４１４からそれぞれ「１」、「０」、「０」
、「１」の信号を出力するようにされ、さらに、トラン
スミッションゲート群４０７は、ノットゲート４０４と
ともに組み合わされて、端子４１７に「１」レベルの信
号が入力されたとき、端子４１１〜４１４からそれぞれ
「１」、「０」、「１」、「０」の信号を出力するよう
にされている。

一方、トランスミッションゲート群４０９は、オアゲー
１−４０８とともに組み合わされて、端子４１５〜４１
７の全てに「０」レベルの信号が入力されているときに
、端子４１１〜４１４の全てに「０」レベルの信号を出
力させるようにされている。

ところで、端子４１５〜４１７は、第３図の端子３７０
〜３７２に接続され、端子４１１〜４１４は、第２図の
端子２４５〜２４８に接続されている。そして、端子４
１５〜４１７に入力される信号は、そのまま端子４１９
〜４２１を介して第２図の端子２４１〜２４３に送り込
まれるとともに、オアゲート４０１を介して端子４１Ｂ
から第２図の端子２４４に送り込まれる。

次に作用を説明する。

いま、トランジスタ１１０〜１３０がいずれも正常に作
動する状態にあり、検出器３００のフリップフロップ３
５７〜３５９から「０」レベルのｆｉｌ）信号が発生されているときには、位相差指令回路４００
のトランスミッションゲート群４０９によって制御回路
２００のアンドゲート２２１〜２２４には、ｒＯＪレベ
ルの信号が送り込まれ、さらに、位相差指令回路４００
のオアゲート４０】を介して制御回路２００のアンドゲ
ート２０４に「０ルベルの信号が送り込まれるため、タ
イマ２０８は作動せず、タイマ２０７が作動されて、第
７図のＩｂｌ〜Ｉｂ３と同様の１２０度位相差のパルス
ｉｌ［がトランジスタ１１０〜１３０のベースに供給さ
れ、負荷（図示せず）には、第７図のＩａと同様の電流
が流される。このとき、制御回路２００の端子２４１〜
２４３に入力される信号も「０」レベルであるため、ロ
ジック回路２３０は、アナログスイッチ２０２のゲート
に「１」レベルの信号を供給して、アナログスイッチ２
０２を導通状態にしている。

しかし、トランジスタ１３０が故障して、制御回路２０
０のパルス増幅器２１６からベース電流Ｉｂ３が供給さ
れてもトランジスタ１３０が導通Ｉｂせず、非導通のままとなると、検出器３００の電圧検出
回路３３０は検出信号として「ｌ」レベルの信号を発生
し、フリップフロップ３５９は、Ｑ端子から「１」レベ
ルの信号を発生するため、位相差指令回路４００のオア
ゲート４０１を介して制御回路２００のアンドゲート２
０４に「１」レベルの信号、さらに、ノットゲート２０
５を介してアンドゲート２０３に「０」レベルの信号を
送り、タイマ２０７の作動を停止して、タイマ２０８を
作動させる。同時に位相差指令回路４００のトランスミ
ッションゲート群４０７によって制御回路２００のアン
ドゲート２２１〜２２４にそれぞれ「１」、「０」、「
１」、「０」のレベルの信号が送り込まれ、タイマ２０
８からの位相差１８０度の２つのパルス信号がアンドゲ
ート２２１．２２３およびオアゲート２１１．２１２を
介してパルス増＠器２１４．２１５からトランジスタ１
１０．１２０のベースに供給される。そして、アンドゲ
ート２２２．２２４が閉じられるため、トランジスタ１
３０にはベース電流Ｉｂ３が供給されず、ベース電流Ｉ
ｂ３を供給するための無駄な電力消費を避けることがで
きる。

第５図は、このときの各部の電流波形を示しており、ト
ランジスタ１１０．１２０のベース電流Ｉｂｌ、Ｉｂ２
は、互いの位相差が１８０度のパルス電流となり、トラ
ンジスタ１３００ベース電流１ｂ３は全く流れないこと
がわかる。従って、Ｉａ１〜Ｉａ３、Ｉａは、第５図の
如くとなり、負荷に供給される電流であるＩａは、第８
図に示される従来の場合に比べて脈動が少なくなってい
ることがわかる。

トランジスタ１１０，１２０が故障した場合も、トラン
ジスタ１３０が故障した場合と同様であり、検出器３０
０の電圧検出回路３１０．３２０によってトランジスタ
１１０．１２０の非導通状態が検出されて、故障したト
ランジスタを除くトランジスタのベースに１８０度位相
差のベース電流が供給される。

ところで、故障のトランジスタが２つとなると、′□　
　　　　　　　検出器３００の２つのフリップフロップ
が「１」レベルの信号を発生して、制御回路２００のロ
ジック回路２３０に送り込まれる信号の２つが「１」レ
ベルの信号となるため、ロジック回路２３０からアナロ
グスイッチ２０２のゲートへは「０」レベルの信号が送
り込まれ、アナログスイッチ２０２を遮断する。従って
、このときは、チョッパ装置の作動が停止卜され、一つ
のトランジスタのみの導通作動による負荷の断続的な作
動が防止される。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は、この実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含されるも
のであり、例えば、チョッパの相数は、３相に限らず、
一般的にＮ相の多相であることができる。また、スイッ
チング素子は、号イリスタでも良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多相チョッパ装置におけるスイッチン
グ素子のうちで、開放状態のまま故障するものがあって
も、それを検出して、故障したスイツチング素子を除く
、残りのスイッチング素子の導通制御の位相差を、残り
のスイッチング素子だけで互いの位相差が均等になるよ
うに設定するので、故障したスイッチング素子が導通し
ないことによって、負荷への電流が脈動することを最小
限に抑えることができ、負荷を滑らかに作動することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の電気回路図、第２図は、
第１図の制御回路の詳細を示す電気回路図、第３図は、
第１図の検出器の詳細を示す電気回路図、第４図は、第
１図の位相差指令回路の詳細を示す電気回路図、第５図
は、第１図における各部の電流波形を示すタイムチャー
ト、第６図は、本発明の従来例を示す電気回路図、第７
図および第８図は、第６図における各部の電流波形を示
すタイムチャートである。１１０〜１３０−−−−−−　）ランジスタ（スイッチ
ング素子）２００−−−−−一制御回路３００−−−−一検出器４００−−−一位相差指令回路

Claims

【特許請求の範囲】１、互いに並列接続されて負荷の電源回路中に介挿され
ているＮ個のスイッチング素子と、Ｎ個のスイッチング
素子を互いに３６０度／Ｎの位相差を持って導通させる
制御回路と、各スイッチング素子からの信号を入力するように設けら
れ、制御回路によって導通制御されたスイッチング素子
が導通したか否かを検出する検出器と、検出器によってＭ個のスイッチング素子の非導通状態が
検出されると、制御回路による残りのスイッチング素子
への導通制御の位相差を３６０度／（Ｎ−Ｍ）とする位
相差指令回路と、を備える多相チョッパ装置。