电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置
阅读：328发布：2020-05-08
专利汇可以提供电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且确定逆变器所具有的 开关 元件中的哪个开关元件发生了故障。实施方式的电 力 转换装置(100)具有：第1逆变器(120)，其与 马 达(200)的各相的绕组的一端连接；第2逆变器(130)，其与各相的绕组的另一端连接；以及控制 电路 (300)，其对第1和第2逆变器(120、130)的动作进行控制。控制电路(300)在第1逆变器(120)中构成 中性点 (N1)，对第2逆变器(130)的高边、第1相的绕组(M1)、中性点(N1)、第2相的绕组(M2)以及第2逆变器(130)的低边相连的路径施加 电压 而诊断第1和第2逆变器(120、130)有无故障。，下面是电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置专利的具体信息内容。
1.一种电力转换装置，其将来自电源的电力转换为向具有n相的绕组的马达提供的电力，n为3以上的整数，其中，
所述电力转换装置具有：
第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接；
第2逆变器，其与所述各相的绕组的另一端连接；以及
控制电路，其对所述第1逆变器和所述第2逆变器的动作进行控制，
所述第1逆变器和所述第2逆变器分别具有多个开关元件，
所述n相的绕组包含第1相的绕组、第2相的绕组以及第3相的绕组，
所述控制电路在所述第1逆变器中构成中性点，对所述第2逆变器的高边、所述第1相的绕组、所述中性点、所述第2相的绕组以及所述第2逆变器的低边相连的路径施加电压而诊断所述第1逆变器和所述第2逆变器有无故障。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路在所述第1逆变器中构成所述中性点，对所述第2逆变器的高边、所述第2相的绕组、所述中性点、所述第3相的绕组以及所述第2逆变器的低边相连的路径施加电压而诊断所述第1逆变器和所述第2逆变器有无故障。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路在所述第1逆变器中构成所述中性点，对所述第2逆变器的高边、所述第3相的绕组、所述中性点、所述第1相的绕组以及所述第2逆变器的低边相连的路径施加电压而诊断所述第1逆变器和所述第2逆变器有无故障。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述多个开关元件分别包含续流二极管，
所述控制电路诊断在施加了所述电压时流动的电流在所述续流二极管中为反向电流的开关元件有无故障。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述第1逆变器和所述第2逆变器分别具有多个低边开关元件和多个高边开关元件作为所述多个开关元件，
所述第1逆变器的第1低边开关元件和第1高边开关元件与所述第1相的绕组的一端连接，
所述第1逆变器的第2低边开关元件和第2高边开关元件与所述第2相的绕组的一端连接，
所述第1逆变器的第3低边开关元件和第3高边开关元件与所述第3相的绕组的一端连接，
所述第2逆变器的第4低边开关元件和第4高边开关元件与所述第1相的绕组的另一端连接，
所述第2逆变器的第5低边开关元件和第5高边开关元件与所述第2相的绕组的另一端连接，
所述第2逆变器的第6低边开关元件和第6高边开关元件与所述第3相的绕组的另一端连接。
6.根据权利要求5所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路在所述第1逆变器中构成所述中性点，使所述第4高边开关元件和所述第
5低边开关元件接通、使所述第4低边开关元件、所述第5高边开关元件、所述第6低边开关元件以及所述第6高边开关元件断开，诊断在所述第1逆变器中用于构成所述中性点的开关元件、所述第4高边开关元件以及所述第5低边开关元件有无故障。
7.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路使所述第1低边开关元件、所述第2低边开关元件以及所述第3低边开关元件接通而构成所述中性点，诊断所述第1低边开关元件、所述第4高边开关元件以及所述第5低边开关元件有无故障。
8.根据权利要求5至7中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路在所述第1逆变器中构成所述中性点，使所述第5高边开关元件和所述第
6低边开关元件接通、使所述第4低边开关元件、所述第4高边开关元件、所述第5低边开关元件以及所述第6高边开关元件断开，诊断在所述第1逆变器中用于构成所述中性点的开关元件、所述第5高边开关元件以及所述第6低边开关元件有无故障。
9.根据权利要求8所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路使所述第1低边开关元件、所述第2低边开关元件以及所述第3低边开关元件接通而构成所述中性点，诊断所述第2低边开关元件、所述第5高边开关元件以及所述第6低边开关元件有无故障。
10.根据权利要求5至9中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路在所述第1逆变器中构成所述中性点，使所述第6高边开关元件和所述第
4低边开关元件接通、使所述第4高边开关元件、所述第5低边开关元件、所述第5高边开关元件以及所述第6低边开关元件断开，诊断在所述第1逆变器中用于构成所述中性点的开关元件、所述第6高边开关元件以及所述第4低边开关元件有无故障。
11.根据权利要求10所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路使所述第1低边开关元件、所述第2低边开关元件以及所述第3低边开关元件接通而构成所述中性点，诊断所述第3低边开关元件、所述第6高边开关元件以及所述第4低边开关元件有无故障。
12.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路使所述第1高边开关元件、所述第2高边开关元件以及所述第3高边开关元件接通而构成所述中性点，诊断所述第2高边开关元件、所述第4高边开关元件以及所述第5低边开关元件有无故障。
13.根据权利要求8所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路使所述第1高边开关元件、所述第2高边开关元件以及所述第3高边开关元件接通而构成所述中性点，诊断所述第3高边开关元件、所述第5高边开关元件以及所述第6低边开关元件有无故障。
14.根据权利要求10所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路使所述第1高边开关元件、所述第2高边开关元件以及所述第3高边开关元件接通而构成所述中性点，诊断所述第1高边开关元件、所述第6高边开关元件以及所述第4低边开关元件有无故障。
15.根据权利要求1至14中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述控制电路使用所述第1相的电压值、所述第2相的电压值以及所述第3相的电压值中的至少两个而进行有无故障的所述诊断。
16.一种马达驱动单元，其具有权利要求1至15中的任意一项所述的电力转换装置以及所述马达。
17.一种电动助力转向装置，其具有权利要求16所述的马达驱动单元。
电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置
技术领域
[0001] 本公开涉及对向电动马达提供的电力进行转换的电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置。
背景技术
[0002] 无刷DC马达和交流同步马达等电动马达(以下，简述为“马达”)一般使用三相电流进行驱动。为了准确地控制三相电流的波形，使用矢量控制等复杂的控制技术。在这样的控制技术中，需要高级的数学运算，使用微控制器(微型计算机)等数字运算电路。矢量控制技术在马达的负载变动大的用途、例如洗衣机、电动助力自行车、电动滑板车、电动助力转向装置、电动汽车、工业设备等领域中加以利用。另一方面，在输出相对较小的马达中，采用脉冲宽度调制(PWM)方式等其他的马达控制方式。
[0003] 在车载领域中，在车辆中使用汽车用电子控制单元(ECU：Electrical Control Unit)。ECU具有微控制器、电源、输入输出电路、AD转换器、负载驱动电路以及ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。以ECU为核心构建了电子控制系统。例如，ECU对来自传感器的信号进行处理从而对马达等致动器进行控制。具体说明的话，ECU一边监视马达的转速、扭矩一边对电力转换装置的逆变器进行控制。在ECU的控制下，电力转换装置对提向马达提供的驱动电力进行转换。
[0004] 近年来，开发了马达、电力转换装置以及ECU一体化的机电一体型马达。特别是在车载领域中，从安全性的观点出发，要求高品质保证。因此，引入了即使在部件的一部分发生了故障的情况下也能够继续进行安全动作的冗余设计。作为冗余设计的一例，研究了针对一个马达设置两个电力转换装置。作为另一例，研究了在主微控制器中设置备用微控制器。
[0005] 例如专利文献1公开了一种电力转换装置，其具有控制部和两个逆变器，对向三相马达提供的电力进行转换。两个逆变器分别与电源和接地端(以下，表述为“GND”)连接。一个逆变器与马达的三相的绕组的一端连接，另一个逆变器与三相的绕组的另一端连接。各逆变器具有由各自包含高边开关元件和低边开关元件的三个支路构成的桥电路。控制部在检测到两个逆变器的开关元件发生故障的情况下，将马达控制从正常时的控制切换为异常时的控制。在本申请说明书中，“异常”主要是指开关元件的故障。另外，“正常时的控制”是指全部的开关元件处于正常的状态下的控制，“异常时的控制”是指在某个开关元件发生了故障的状态下的控制。
[0006] 在异常时的控制中，对于两个逆变器中的包含有发生了故障的开关元件的逆变器(以下，表述为“故障逆变器”)，通过按照规定的规则使开关元件接通和断开而构成了绕组的中性点。根据该规则，例如，在发生了高边开关元件始终断开的开路故障的情况下，在逆变器的桥电路中，使三个高边开关元件中的发生了故障的开关元件以外的开关元件断开，并且使三个低边开关元件接通。在该情况下，在低边侧构成了中性点。或者在发生了高边开关元件始终接通的短路故障的情况下，在逆变器的桥电路中，使三个高边开关元件中的发生了故障的开关元件以外的开关元件接通，并且使三个低边开关元件断开。在该情况下，在高边侧构成了中性点。根据专利文献1的电力转换装置，在异常时，在故障逆变器中构成三相的绕组的中性点。即使在开关元件中产生故障，也能够使用正常的逆变器而继续进行马达驱动。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1：日本特开2014-192950号公报
[0010] 专利文献2：日本特开2017-063571号公报发明内容
[0011] 发明所要解决的课题
[0012] 在上述那样的使用两个逆变器对马达进行驱动的装置中，在逆变器发生了故障的情况下，要求确定该故障位置。
[0013] 专利文献2公开了使用一个逆变器对具有Y连接的绕组的马达进行驱动的装置。在专利文献2中公开了以下内容：将在预先设定的通电模式中检测到的信号与预先设定的异常种类对应表对照而检测布线的断线和短路。
[0014] 但是，在专利文献2的技术中，在逆变器所具有的开关元件发生了故障的情况下，无法确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。
[0015] 在使用两个逆变器对马达进行驱动的装置中，在开关元件发生了故障的情况下，要求确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。
[0016] 本公开的实施方式提供能够在开关元件发生了故障的情况下确定多个开关元件中的哪个开关元件发生了故障的电力转换装置。
[0017] 用于解决课题的手段
[0018] 本公开的例示的电力转换装置将来自电源的电力转换为向具有n相的绕组的马达提供的电力，n为3以上的整数，其中，所述电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接；第2逆变器，其与所述各相的绕组的另一端连接；以及控制电路，其对所述第1逆变器和所述第2逆变器的动作进行控制，所述第1逆变器和所述第2逆变器分别具有多个开关元件，所述n相的绕组包含第1相的绕组、第2相的绕组以及第3相的绕组，所述控制电路在所述第1逆变器中构成中性点，对所述第2逆变器的高边、所述第1相的绕组、所述中性点、所述第2相的绕组以及所述第2逆变器的低边相连的路径施加电压而诊断所述第1逆变器和所述第2逆变器有无故障。
[0019] 发明效果
[0021] 图1是示出例示的实施方式1的电力转换装置100的电路结构的电路图。
[0022] 图2是示出例示的实施方式1的电力转换装置100的另一电路结构的电路图。
[0023] 图3是示出例示的实施方式1的电力转换装置100的又一电路结构的电路图。
[0024] 图4是示出例示的实施方式1的电力转换装置100的又一电路结构的电路图。
[0025] 图5是示出具有电力转换装置100的马达驱动单元400的典型结构的框图。
[0026] 图6是示出对按照三相通电控制来控制电力转换装置100时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形(正弦波)的图。
[0027] 图7是示出两个切换电路110和第1逆变器120的FET处于第1状态时的电力转换装置100内的电流的流动的示意图。
[0028] 图8是示出对在第1状态下控制电力转换装置100时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形的图。
[0029] 图9是示出两个切换电路110和第1逆变器120的FET处于第3状态时的电力转换装置100内的电流的流动的示意图。
[0030] 图10是示出在低边构成中性点而进行故障诊断的动作的例子的图。
[0031] 图11是示出第1和第2逆变器120、130所具有的FET的图。
[0032] 图12是示出在低边构成中性点的情况下的、在第2逆变器130中接通的开关元件与进行诊断的开关元件之间的关系的图。
[0033] 图13是对使FET 132H、133L接通时的故障诊断进行说明的图。
[0034] 图14是对使FET 133H、131L接通时的故障诊断进行说明的图。
[0035] 图15是示出在高边构成中性点而进行故障诊断的动作的例子的图。
[0036] 图16是示出在高边构成中性点的情况下的、在第2逆变器130中接通的开关元件与进行诊断的开关元件之间的关系的图。
[0037] 图17是对使FET 132H、133L接通时的故障诊断进行说明的图。
[0038] 图18是对使FET 133H、131L接通时的故障诊断进行说明的图。
[0039] 图19是示出例示的实施方式2的电动助力转向装置500的典型结构的示意图。
具体实施方式
[0040] 以下，参照附图对本公开的电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，有时省略过于详细的说明。例如，有时省略对公知事项的详细说明以及对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明不必要地冗余、使本领域技术人员容易理解。
[0041] 在本申请说明书中，以对向具有三相(U相、V相、W相)的绕组的三相马达提供的电力进行转换的电力转换装置为例而对本公开的实施方式进行说明。但是，对向具有四相或五相等n相(n为4以上的整数)的绕组的n相马达提供的电力进行转换的电力转换装置也在本公开的范围内。
[0042] (实施方式1)
[0043] 图1示意性示出了本实施方式的电力转换装置100的电路结构。
[0044] 电力转换装置100具有第1逆变器120、第2逆变器130以及两个切换电路110。电力转换装置100能够对向各种马达提供的电力进行转换。马达200是三相交流马达。
[0045] 马达200具有U相的绕组M1、V相的绕组M2以及W相的绕组M3，与第1逆变器120和第2逆变器130连接。具体说明的话，第1逆变器120与马达200的各相的绕组的一端连接，第2逆变器130与各相的绕组的另一端连接。在本申请说明书中，部件(结构要素)彼此之间的“连接”主要是指电连接。第1逆变器120具有与各相对应的端子U_L、V_L以及W_L，第2逆变器130具有与各相对应的端子U_R、V_R以及W_R。
[0046] 第1逆变器120的端子U_L与U相的绕组M1的一端连接，端子V_L与V相的绕组M2的一端连接，端子W_L与W相的绕组M3的一端连接。与第1逆变器120同样地，第2逆变器130的端子U_R与U相的绕组M1的另一端连接，端子V_R与V相的绕组M2的另一端连接，端子W_R与W相的绕组M3的另一端连接。马达的这样的接线与所谓的星形接线和三角形接线不同。
[0047] 两个切换电路110具有开关元件111、112、113以及114。在本申请说明书中，在两个切换电路110中，将设置有开关元件111、112的GND侧的切换电路110称为“GND侧切换电路”，并且将设置有开关元件113、114的电源侧的切换电路110称为“电源侧切换电路”。即，GND侧切换电路具有开关元件111、112，电源侧切换电路具有开关元件113、114。
[0048] 在电力转换装置100中，第1逆变器120和第2逆变器130能够通过两个切换电路110而与电源101和GND电连接。
[0049] 具体说明的话，开关元件111切换第1逆变器120与GND的连接和非连接。开关元件112切换第2逆变器130与GND的连接和非连接。开关元件113切换电源101与第1逆变器120的连接和非连接。开关元件114切换电源101与第2逆变器130的连接和非连接。
[0050] 开关元件111、112、113以及114的接通和断开例如能够由微控制器或专用驱动器进行控制。开关元件111、112、113以及114能够切断双向的电流。作为开关元件111、112、113以及114，例如，可以使用晶闸管、模拟开关IC等半导体开关以及机械继电器等。也可以使用二极管与绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等的组合。但是，本公开的开关元件包含在内部形成有寄生二极管的场效应晶体管(典型地为MOSFET)等半导体开关。以下，对使用FET作为开关元件111、112、113以及114的例子进行说明，将开关元件111、112、113以及114分别表述为FET 111、112、113以及114。
[0051] FET 111、112分别具有寄生二极管111D、112D，配置为寄生二极管111D、112D分别朝向第1和第2逆变器120、130。更详细而言，FET 111配置为在寄生二极管111D中正向电流朝向第1逆变器120流动，FET 112配置为在寄生二极管112D中正向电流朝向第2逆变器130流动。
[0052] 不限于图示的例子，所使用的开关元件的个数是考虑设计规格等而适当决定的。特别是在车载领域中，从安全性的观点出发，要求高品质保证，因此优选预先在电源侧切换电路和GND侧切换电路中设置多个开关元件以用于各逆变器。
[0053] 图2示意性示出了本实施方式的电力转换装置100的另一电路结构。
[0054] 电源侧切换电路110还可以具有反向连接保护用的开关元件(FET)115和开关元件(FET)116。FET 113、114、115以及116具有寄生二极管，并且配置为FET内的寄生二极管的朝向相互对置。具体说明的话，FET 113配置为在寄生二极管中正向电流朝向电源101流动，FET 115配置为在寄生二极管中正向电流朝向第1逆变器120流动。FET 114配置为在寄生二极管中正向电流朝向电源101流动，FET 116配置为在寄生二极管中正向电流朝向第2逆变器130流动。即使在电源101反向连接的情况下，也能够通过反向连接保护用的两个FET来切断反向电流。
[0056] 电源101可以是在第1和第2逆变器120、130中共用的单一电源，也可以具有第1逆变器120用的第1电源和第2逆变器130用的第2电源。
[0057] 在电源101与电源侧切换电路之间设置有线圈102。线圈102作为噪声过滤器发挥功能，进行平滑化，使得向各逆变器提供的电压波形所包含的高频噪声、或在各逆变器中产生的高频噪声不会向电源101侧流出。另外，在电源101与各逆变器之间连接有电容器103。在图示的例子中，在线圈102与电源侧切换电路110之间连接有电容器103。电容器103是所谓的旁通电容器，抑制电压纹波。电容器103例如是电解电容器，容量以及使用的个数是根据设计规格等而适当决定的。
[0058] 第1逆变器120(有时表述为“桥电路L”)包含由三个支路构成的桥电路。各支路具有低边开关元件和高边开关元件。图1所示的开关元件121L、122L以及123L是低边开关元件，开关元件121H、122H以及123H是高边开关元件。作为开关元件，例如，可以使用FET或IGBT。以下，对使用FET作为开关元件的例子进行说明，有时将开关元件表述为FET。例如，将开关元件121L、122L以及123L表述为FET121L、122L以及123L。
[0059] 第1逆变器120具有三个分流电阻121R、122R以及123R作为用于检测在U相、V相以及W相的各相的绕组中流动的电流的电流传感器(参照图5)。电流传感器150包含检测在各分流电阻中流动的电流的电流检测电路(未图示)。例如，分流电阻121R、122R以及123R分别连接于第1逆变器120的三个支路所包含的三个低边开关元件与接地端之间。具体而言，分流电阻121R电连接于FET 121L与FET 111之间，分流电阻122R电连接于FET 122L与FET 111之间，分流电阻123R电连接于FET 123L与FET 111之间。分流电阻的电阻值例如为0.5mΩ～1.0mΩ左右。
[0060] 与第1逆变器120同样地，第2逆变器130(有时表述为“桥电路R”)包含由三个支路构成的桥电路。图1所示的FET 131L、132L以及133L是低边开关元件，FET 131H、132H以及133H是高边开关元件。另外，第2逆变器130具有三个分流电阻131R、132R以及133R。这些分流电阻连接于三个支路所包含的三个低边开关元件与接地端之间。第1和第2逆变器120、
130的各FET例如可以由微控制器或专用驱动器进行控制。
130的各FET例如可以由微控制器或专用驱动器进行控制。
[0061] 在图1中，例示了在各逆变器的各支路中配置有一个分流电阻的结构。但是，第1和第2逆变器120、130也可以具有六个以下的分流电阻。例如，六个以下的分流电阻可以连接于第1和第2逆变器120、130所具有的六个支路中的六个以下的低边开关元件与GND之间。另外，当将其扩展为n相马达时，第1和第2逆变器120、130可以具有2n个以下的分流电阻。例如，2n个以下的分流电阻可以连接于第1和第2逆变器120、130所具有的2n个支路中的2n个以下的低边开关元件与GND之间。
[0062] 图3和图4示意性示出了本实施方式的电力转换装置100的又一电路结构。
[0063] 也可以如图3所示，在第1或第2逆变器120、130的各支路与绕组M1、M2以及M3之间配置有三个分流电阻。例如，可以在第1逆变器120与绕组M1、M2以及M3的一端之间配置分流电阻121R、122R以及123R。另外，例如，虽未图示，但也可以是，分流电阻121R、122R配置于第1逆变器120与绕组M1、M2的一端之间，分流电阻123R配置于第2逆变器130与绕组M3的另一端之间。在这样的结构中，只要配置有U、V以及W相用的三个分流电阻就足够了，最低配置两个分流电阻即可。
[0064] 也可以如图4所示，例如，在各逆变器中仅配置有一个各相的绕组所共用的分流电阻。可以是，一个分流电阻电连接于例如第1逆变器120的低边侧的节点N1(各支路的连接点)与FET 111之间，另一个分流电阻电连接于例如第2逆变器130的低边侧的节点N2与FET 112之间。
[0065] 或者，与低边侧同样地，一个分流电阻电连接于例如第1逆变器120的高边侧的节点N3与FET 113之间，另一个分流电阻电连接于例如第2逆变器130的高边侧的节点N4与FET 114之间。这样，所使用的分流电阻的数量以及分流电阻的配置是考虑产品成本、设计规格等而适当决定的。
[0066] 图5示意性示出了具有电力转换装置100的马达驱动单元400的典型的块结构。
[0067] 马达驱动单元400具有电力转换装置100和马达200。电力转换装置100具有控制电路300。另外，控制电路300也可以设置为与电力转换装置100分体的结构要素。
[0068] 控制电路300例如具有电源电路310、角度传感器320、输入电路330、微控制器340、驱动电路350以及ROM 360。控制电路300与电力转换装置100连接，对电力转换装置100进行控制，从而对马达200进行驱动。
[0069] 具体而言，控制电路300能够对作为目标的转子的位置、转速以及电流等进行控制而实现闭环控制。另外，控制电路300也可以具有扭矩传感器来代替角度传感器。在该情况下，控制电路300能够对作为目标的马达扭矩进行控制。
[0070] 电源电路310生成电路内的各块所需的DC电压(例如3V、5V)。角度传感器320例如是旋转变压器或霍尔IC。角度传感器320检测马达200的转子的旋转角(以下，表述为“旋转信号”)，并将旋转信号输出给微控制器340。输入电路330接收由电流传感器150检测到的马达电流值(以下，表述为“实际电流值”)，根据需要将实际电流值的电平转换为微控制器340的输入电平而将实际电流值输出给微控制器340。
[0071] 微控制器340对电力转换装置100的第1和第2逆变器120、130的各FET的开关动作(打开或关闭)进行控制。微控制器340根据实际电流值和转子的旋转信号等而设定目标电流值，生成PWM信号并将其输出给驱动电路350。另外，微控制器340能够对电力转换装置100的两个切换电路110的各FET的接通和断开进行控制。
[0072] 驱动电路350典型地是栅极驱动器。驱动电路350根据PWM信号而生成对第1和第2逆变器120、130的各FET的开关动作进行控制的控制信号(栅极控制信号)，并将控制信号赋予给各FET的栅极。另外，驱动电路350根据来自微控制器340的指示而生成对两个切换电路110的各FET的接通和断开进行控制的控制信号(栅极控制信号)，并将控制信号赋予给各FET的栅极。
[0073] 驱动电路350具有电压检测电路380。电压检测电路380例如检测第1和第2逆变器120、130所具有的各FET的源极-漏极之间的电压。另外，例如，如后所述，检测U相、V相、W相各自的电压。
[0074] 另外，微控制器也可以执行两个切换电路110的FET的控制。另外，微控制器340也可以具有驱动电路350的功能。在该情况下，控制电路300可以不具备驱动电路350。
[0075] ROM 360例如是能够写入的存储器、能够改写的存储器或读出专用的存储器。ROM 360保存有控制程序，该控制程序包含用于使微控制器340控制电力转换装置100的命令组。
例如，控制程序在启动时在RAM(未图示)中被一次加载。
例如，控制程序在启动时在RAM(未图示)中被一次加载。
[0076] 在电力转换装置100中具有正常时和异常时的控制。控制电路300(主要为微控制器340)能够将电力转换装置100的控制从正常时的控制切换为异常时的控制。根据FET的故障模式而决定两个切换电路110的各FET的接通和断开状态。另外，也决定故障逆变器的各FET的接通和断开状态。
[0077] (1.正常时的控制)
[0078] 首先，对电力转换装置100的正常时的控制方法的具体例子进行说明。如上所述，正常是指第1和第2逆变器120、130的各FET没有发生故障、并且两个切换电路110的各FET也未没有发生故障的状态。
[0079] 在正常时，控制电路300使两个切换电路110的FET 111、112、113以及114全部接通。由此，电源101与第1逆变器120电连接，并且电源101与第2逆变器130电连接。另外，第1逆变器120与GND电连接，并且第2逆变器130与GND电连接。在该连接状态下，控制电路300使用第1和第2逆变器120、130双方而进行三相通电控制，从而对马达200进行驱动。具体而言，控制电路300按照相互反相(相位差＝180°)对第1逆变器120的FET和第2逆变器130的FET进行开关控制，从而进行三相通电控制。例如，关注包含FET 121L、121H、131L以及131H的H桥，当FET 121L接通时，FET 131L断开，当FET 121L断开时，FET 131L接通。与此同样地，当FET 121H接通时，FET 131H断开，当FET 121H断开时，FET 131H接通。从电源101输出的电流通过高边开关元件、绕组、低边开关元件而流动到GND。
[0080] 图6例示了对按照三相通电控制来控制电力转换装置100时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形(正弦波)。横轴表示马达电度角(度)，纵轴表示电流值(A)。在图6的电流波形中，每30°电度角地对电流值进行标绘。Ipk表示各相的最大电流值(峰电流值)。
[0081] 表1示出了在图6的正弦波的每个电度角下在各逆变器的端子中流动的电流值。具体而言，表1示出了在第1逆变器120(桥电路L)的端子U_L、V_L以及W_L中流动的每30°电度角的电流值、以及在第2逆变器130(桥电路R)的端子U_R、V_R以及W_R中流动的每30°电度角的电流值。这里，对于桥电路L，将从桥电路L的端子向桥电路R的端子流动的电流方向定义为正向。图6所示的电流的方向遵循该定义。另外，对于桥电路R，将从桥电路R的端子向桥电路L的端子流动的电流方向定义为正向。因此，桥电路L的电流与桥电路R的电流的相位差为180°。在表1中，电流值I1的大小为[(3)1/2/2]＊Ipk，电流值I2的大小为Ipk/2。
[0082] [表1]
[0083]
[0084] 在电度角为0°时，在U相的绕组M1中没有电流流动。在V相的绕组M2中从桥电路R向桥电路L流动大小为I1的电流，在W相的绕组M3中从桥电路L向桥电路R流动大小为I1的电流。
[0085] 在电度角为30°时，在U相的绕组M1中从桥电路L向桥电路R流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥电路R向桥电路L流动大小为Ipk的电流，在W相的绕组M3中从桥电路L向桥电路R流动大小为I2的电流。
[0086] 在电度角为60°时，在U相的绕组M1中从桥电路L向桥电路R流动大小为I1的电流，在V相的绕组M2中从桥电路R向桥电路L流动大小为I1的电流。在W相的绕组M3中没有电流流动。
[0087] 在电度角为90°时，在U相的绕组M1中从桥电路L向桥电路R流动大小为Ipk的电流，在V相的绕组M2中从桥电路R向桥电路L流动大小为I2的电流，在W相的绕组M3中从桥电路R向桥电路L流动大小为I2的电流。
[0088] 在电度角为120°时，在U相的绕组M1中从桥电路L向桥电路R流动大小为I1的电流，在W相的绕组M3中从桥电路R向桥电路L流动大小为I1的电流。在V相的绕组M2中没有电流流动。
[0089] 在电度角为150°时，在U相的绕组M1中从桥电路L向桥电路R流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥电路L向桥电路R流动大小为I2的电流，在W相的绕组M3中从桥电路R向桥电路L流动大小为Ipk的电流。
[0090] 在电度角为180°时，在U相的绕组M1没有电流流动。在V相的绕组M2中从桥电路L向桥电路R流动大小为I1的电流，在W相的绕组M3中从桥电路R向桥电路L流动大小为I1的电流。
[0091] 在电度角为210°时，在U相的绕组M1中从桥电路R向桥电路L流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥电路L向桥电路R流动大小为Ipk的电流，在W相的绕组M3中从桥电路R向桥电路L流动大小为I2的电流。
[0092] 在电度角为240°时，在U相的绕组M1中从桥电路R向桥电路L流动大小为I1的电流，在V相的绕组M2中从桥电路L向桥电路R流动大小为I1的电流。在W相的绕组M3中没有电流流动。
[0093] 在电度角为270°时，在U相的绕组M1中从桥电路R向桥电路L流动大小为Ipk的电流，在V相的绕组M2中从桥电路L向桥电路R流动大小为I2的电流，在W相的绕组M3中从桥电路L向桥电路R流动大小为I2的电流。
[0094] 在电度角为300°时，在U相的绕组M1中从桥电路R向桥电路L流动大小为I1的电流，在W相的绕组M3中从桥电路L向桥电路R流动大小为I1的电流。在V相的绕组M2中没有电流流动。
[0095] 在电度角为330°时，在U相的绕组M1中从桥电路R向桥电路L流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥电路R向桥电路L流动大小为I2的电流，在W相的绕组M3中从桥电路L向桥电路R流动大小为Ipk的电流。
[0096] 根据三相通电控制，考虑了电流方向时的在三相的绕组中流动的电流的总和在每个电度角始终为“0”。例如，控制电路300通过能够取得图6所示的电流波形那样的PWM控制而对桥电路L和R的各FET的开关动作进行控制。
[0097] (2.异常时的控制)
[0098] 如上所述，异常主要是指FET发生了故障。FET的故障大致划分为“开路故障”和“短路故障”。“开路故障”是指FET的源极-漏极之间开放的故障(换言之，源极-漏极之间的电阻rds为高阻抗)，“短路故障”是指FET的源极-漏极之间短路的故障。
[0099] 再次参照图1。在电力转换装置100进行动作时，通常认为发生随机故障，该随机故障是指多个FET中的一个FET随机地发生故障。本公开主要以发生了随机故障的情况下的电力转换装置100的控制方法作为对象。但是，本公开也以多个FET连锁地发生了故障的情况等的电力转换装置100的控制方法作为对象。连锁故障是指例如一个支路的高边开关元件和低边开关元件同时发生的故障。
[0100] 长时间使用电力转换装置100的话，有可能发生随机故障。另外，随机故障与在制造时可能会产生的制造故障不同。即使两个逆变器的多个FET中的一个发生故障时，已经不再能进行正常时的三相通电控制。
[0101] 作为故障检测的一例，驱动电路350监视各FET的源极-漏极之间的电压，对源极-漏极之间的电压与规定的阈值电压Vds进行比较，从而检测FET的故障。阈值电压例如通过与外部IC(未图示)的数字通信以及外置部件而设定于驱动电路350。驱动电路350与微控制器340的端口连接，将故障检测信号通知给微控制器340。例如，驱动电路350在检测到FET的故障时，断言(assert)故障检测信号。微控制器340在接收到所断言的故障检测信号时，读出驱动电路350的内部数据，判别多个FET中的哪个FET发生故障。
[0102] 作为故障检测的另一例，微控制器340也可以根据马达的实际电流值与目标电流值的差来检测FET的故障。但是，故障检测不限于这些方法，可以使用与故障检测相关的各种方法。
[0103] 微控制器340在故障检测信号被断言时，将电力转换装置100的控制从正常时的控制切换为异常时的控制。例如，将控制从正常时切换为异常时的时机是从故障检测信号被断言之后的10msec～30msec左右。
[0104] 在电力转换装置100的故障中存在各种故障模式。以下，按情况划分故障模式，按照每个模式对电力转换装置100的异常时的控制进行详细说明。在本实施方式中，将两个逆变器中的第1逆变器120视为故障逆变器，将第2逆变器130视为正常逆变器。
[0105] [2-1.高边开关元件_开路故障]
[0106] 对在第1逆变器120的桥电路中三个高边开关元件包含有发生了开路故障的开关元件的情况下的异常时的控制进行说明。
[0107] 假设在第1逆变器120的高边开关元件(FET 121H、122H以及123H)中FET121H发生了开路故障。另外，在FET 122H或123H发生开路故障的情况下，也能够通过以下说明的控制方法对电力转换装置100进行控制。
[0108] 在FET 121H发生了开路故障的情况下，控制电路300将两个切换电路110的FET 111、112、113、114以及第1逆变器120的FET 122H、123H、121L、122L、123L设为第1状态。在第
1状态下，两个切换电路110的FET 111、113断开，FET 112、114接通。另外，第1逆变器120的发生了故障的FET 121H以外的FET 122H、123H(与发生故障的FET 121H不同的高边开关元件)断开，FET 121L、122L以及123L接通。
1状态下，两个切换电路110的FET 111、113断开，FET 112、114接通。另外，第1逆变器120的发生了故障的FET 121H以外的FET 122H、123H(与发生故障的FET 121H不同的高边开关元件)断开，FET 121L、122L以及123L接通。
[0109] 在第1状态下，第1逆变器120与电源101和GND电分离，第2逆变器130与电源101和GND电连接。换言之，在第1逆变器120异常时，FET 113切断电源101与第1逆变器120的连接，并且FET 111切断第1逆变器120与GND的连接。另外，通过使三个低边开关元件全部接通，低边侧的节点N1作为各绕组的中性点发挥功能。在本申请说明书中，将某个节点作为中性点发挥功能的情况表达为“构成中性点”。电力转换装置100使用第2逆变器130以及在第1逆变器120的低边侧构成的中性点而对马达200进行驱动。
[0110] 图7示意性示出了两个切换电路110和第1逆变器120的FET处于第1状态时的电力转换装置100内的电流的流动。图8例示了对在第1状态下控制电力转换装置100时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形。在图7中示出了例如马达电度角为270°时的电流的流动。直线的箭头分别表示从电源101向马达200流动的电流。
[0111] 在图7所示的状态下，在第2逆变器130中，FET 131H、132L以及133L为接通状态，FET 131L、132H以及133H为断开状态。在第2逆变器130的FET 131H中流动的电流通过绕组M1和第1逆变器120的FET 121L而流动到中性点。该电流的一部分通过FET 122L而流动到绕组M2，剩余的电流通过FET 123L而流动到绕组M3。在绕组M2和M3中流动的电流通过第2逆变器130侧的FET 112而流动到GND。另外，在FET 131L的续流二极管(也被称为“再生二极管”)中再生电流朝向马达200的绕组M1流动。像后文使用图11所描述那样，在FET 121L、122L、123L、121H、122H、123H、131L、132L、133L、131H、132H、133H各自的内部形成有寄生二极管
140。在各FET中，寄生二极管140配置为正向电流朝向电源101的方向流动。在本实施方式中，使用该寄生二极管140作为续流二极管。
140。在各FET中，寄生二极管140配置为正向电流朝向电源101的方向流动。在本实施方式中，使用该寄生二极管140作为续流二极管。
[0112] 表2例示了在图8的电流波形的每个电度角下在第2逆变器130的端子中流动的电流值。具体而言，表2例示了在第2逆变器130(桥电路R)的端子U_R、V_R以及W_R中流动的每30°电度角的电流值。电流方向的定义如上所述。另外，根据电流方向的定义，图8所示的电流值的正负符号为与表2所示的电流值的正负符号相反的关系(相位差180°)。
[0113] [表2]
[0114]
[0115] 例如，在电度角为30°时，在U相的绕组M1中从桥电路L向桥电路R流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥电路R向桥电路L流动大小为Ipk的电流，在W相的绕组M3中从桥电路L向桥电路R流动大小为I2的电流。在电度角为60°时，在U相的绕组M1中从桥电路L向桥电路R流动大小为I1的电流，在V相的绕组M2中从桥电路R向桥电路L流动大小为I1的电流。在W相的绕组M3中没有电流流动。流入到中性点的电流与从中性点流出的电流的总和在每个电度角始终为“0”。控制电路300例如通过能够取得图8所示的电流波形那样的PWM控制而对桥电路R的各FET的开关动作进行控制。
[0116] 如表1和表2所示，可知，在正常时和异常时的控制的期间在马达200中流动的马达电流在每个电度角没有改变。因此，与正常时的控制相比较，在异常时的控制中，马达的辅助扭矩不降低。
[0117] 由于电源101与第1逆变器120非电连接，因此电流不会从电源101流入到第1逆变器120。另外，由于第1逆变器120与GND非电连接，因此在中性点流动的电流不会流动到GND。由此，能够抑制电力损失，并且能够通过形成驱动电流的闭环而进行适当的电流控制。
[0118] 在高边开关元件(FET 121H)发生了开路故障的情况下，两个切换电路110和第1逆变器120的FET的状态不限于第1状态。例如，控制电路300也可以将这些FET设为第2状态。在第2状态下，两个切换电路110的FET 113接通，FET 111断开，并且FET 112、114接通。另外，第1逆变器120的发生了故障的FET 121H以外的FET 122H、123H断开，FET 121L、122L以及123L接通。第1状态与第2状态的差异在于FET 113是否接通。FET 113可以接通的原因在于，在FET 121H为开路故障的情况下，通过将FET 122H、123H控制为断开状态，高边开关元件全部成为开放状态，即使FET 113接通，电流也不会从电源101流动到第1逆变器120。这样，在开路故障时，FET 113既可以为接通状态，也可以为断开状态。
[0119] [2-2.高边开关元件_短路故障]
[0120] 对在第1逆变器120的桥电路中三个高边开关元件包含有发生了短路故障的开关元件的情况下的异常时的控制进行说明。
[0121] 假设在第1逆变器120的高边开关元件(FET 121H、122H以及123H)中FET 121H发生了短路故障。另外，在FET 122H或123H发生了短路故障的情况下，也能够通过以下说明的控制方法对电力转换装置100进行控制。
[0122] 在FET 121H发生了短路故障的情况下，控制电路300将两个切换电路110的FET 111、112、113、114以及第1逆变器120的FET 122H、123H、121L、122L、123L设为第1状态。另外，在短路故障的情况下，如果FET 113接通时，则电流会从电源101流入到短路的FET
121H，因此第2状态下的控制被禁止。
121H，因此第2状态下的控制被禁止。
[0123] 与开路故障时同样地，通过使三个低边开关元件全部接通，在低边侧的节点N1构成了各绕组的中性点。电力转换装置100使用第2逆变器130以及在第1逆变器120的低边侧构成的中性点而对马达200进行驱动。控制电路300例如通过能够取得图8所示的电流波形那样的PWM控制而对桥电路R的各FET的开关动作进行控制。例如，在短路故障时的第1状态下，在电度角为270°时，在电力转换装置100内流动的电流的流动如图7所示，另外，每个马达电度角下的在各绕组中流动的电流值如表2所示。
[0124] 另外，在FET 121H发生短路故障的情况下，例如，在图7所示的各FET的第1状态下，在表2的马达电度角0°～120°，再生电流通过FET 122H的寄生二极管而流动到FET 121H，在表2的马达电度角60°～180°，再生电流通过FET 123H的寄生二极管而流动到FET 121H。这样，在短路故障的情况下，在马达电度角的某个范围内，电流会通过FET 121H而分散。
[0125] 根据该控制，由于电源101与第1逆变器120非电连接，因此电流不会从电源101流入到第1逆变器120。另外，由于第1逆变器120与GND非电连接，因此在中性点流动的电流不会流动到GND。
[0126] [2-3.低边开关元件_开路故障]
[0127] 对在第1逆变器120的桥电路中三个低边开关元件包含有发生了开路故障的开关元件的情况下的异常时的控制进行说明。
[0128] 假设第1逆变器120的低边开关元件(FET 121L、122L以及123L)中的FET 121L发生了开路故障。另外，在FET 122L或123L发生开路故障的情况下，也能够通过以下说明的控制方法对电力转换装置100进行控制。
[0129] 在FET 121L发生了开路故障的情况下，控制电路300将两个切换电路110FET111、112、113、114以及第1逆变器120的FET 121H、122H、123H、122L、123L设为第3状态。在第3状态下，两个切换电路110的FET 111、113断开，FET 112、114接通。另外，第1逆变器120的发生了故障的FET 121L以外的FET 122L、123L(与发生故障的121L不同的低边开关元件)断开，FET 121H、122H以及123H接通。
[0130] 在第3状态下，第1逆变器120与电源101和GND电分离，第2逆变器130与电源101和GND电连接。另外，通过使第1逆变器120的三个高边开关元件全部接通，在高边侧的节点N3构成了各绕组的中性点。
[0131] 图9示意性示了两个切换电路110和第1逆变器120的FET处于第3状态时的电力转换装置100内的电流的流动。在图9中示出了例如马达电度角为270°时的电流的流动。直线的箭头分别表示从电源101向马达200流动的电流。
[0132] 在图9所示的状态下，在第2逆变器130中，FET 131H、132L以及133L为接通状态，FET 131L、132H以及133H为断开状态。在第2逆变器130的FET 131H中流动的电流通过绕组M1和第1逆变器120的FET 121H而流动到中性点。该电流的一部分通过FET 122H而流动到绕组M2，剩余的电流通过FET 123H而流动到绕组M3。在绕组M2和M3中流动的电流通过第2逆变器130侧的FET 112而流动到GND。另外，在FET 131L的寄生二极管中，再生电流朝向马达200的绕组M1流动。例如，每个马达电度角下的在各绕组中流动的电流值如表2所示。
[0133] 电力转换装置100使用第2逆变器130以及在第1逆变器120的高边侧构成的中性点而对马达200进行驱动。控制电路300例如通过能够取得图8所示的电流波形那样的PWM控制而对桥电路R的各FET的开关动作进行控制。
[0134] 根据该控制，由于电源101与第1逆变器120非电连接，因此电流不会从电源101流入到第1逆变器120的中性点。另外，由于第1逆变器120与GND非电连接，因此电流不会从第1逆变器120流动到GND。
[0135] 在低边开关元件(FET 121L)发生了开路故障的情况下，两个切换电路110和第1逆变器120的FET的状态不限于第3状态。例如，控制电路300也可以将这些FET设为第4状态。在第4状态下，两个切换电路110的FET 113断开，FET 111接通，并且FET 112、114接通。另外，第1逆变器120的发生了故障的FET 121L以外的FET 122L、123L断开，FET 121H、122H以及123H接通。第3状态与第4状态的差异在于FET 111是否接通。FET 111可以接通的原因在于，在FET 121L为开路故障的情况下，通过将FET 122L、123L控制为断开状态，低边开关元件全部成为开放状态，即使FET 111接通，电流也不会流动到GND。这样，在开路故障时，FET 111既可以为接通状态，也可以为断开状态。
[0136] [2-4.低边开关元件_短路故障]
[0137] 对在第1逆变器120的桥电路中三个低边开关元件包含发生了短路故障的开关元件的情况下的异常时的控制进行说明。
[0138] 假设第1逆变器120的低边开关元件(FET 121L、122L以及123L)中的FET 121L发生了短路故障。另外，在FET 122L或123L发生了短路故障的情况下，也能够通过以下说明的控制方法对电力转换装置100进行控制。
[0139] 在FET 121L发生短路故障的情况下，控制电路300与开路故障时同样地将两个切换电路110的FET 111、112、113、114以及第1逆变器120的FET 121H、122H、123H、122L、123L设为第3状态。另外，在短路故障的情况下，如果FET 111接通，则电流会从短路的FET 121L流入到GND，因此第4状态下的控制被禁止。
[0140] 在图9所示的状态下，在第2逆变器130中，FET 131H、132L以及133L为接通状态，FET 131L、132H以及133H为断开状态。在第2逆变器130的FET 131H中流动的电流通过绕组M1和第1逆变器120的FET 121H而流动到中性点。该电流的一部分通过FET 122H而流动到绕组M2，剩余的电流通过FET 123H而流动到绕组M3。在绕组M2和M3中流动的电流通过第2逆变器130侧的FET 112而流动到GND。另外，在FET 131L的寄生二极管中，再生电流朝向马达200的绕组M1流动。另外，与开路故障不同地，在短路故障中，电流会从短路的FET 121L流动到低边侧的节点N1。该电流的一部分通过FET 122L的寄生二极管而流动到绕组M2，剩余的电流通过FET 123L的寄生二极管而流动到绕组M3。在绕组M2和M3中流动的电流通过FET 112而流动到GND。
[0141] 例如，每个马达电度角下的在各绕组中流动的电流值如表2所示。
[0142] 电力转换装置100使用第2逆变器130以及在第1逆变器120的高边侧构成的中性点而对马达200进行驱动。控制电路300例如通过能够取得图8所示的电流波形那样的PWM控制而对桥电路R的各FET的开关动作进行控制。
[0143] 根据该控制，由于电源101与第1逆变器120非电连接，因此电流不会从电源101流入到第1逆变器120的中性点。另外，由于第1逆变器120与GND非电连接，因此电流不会从第1逆变器120流动到GND。
[0144] 在上述实施方式的说明中，将两个逆变器中的第1逆变器120视为故障逆变器，将第2逆变器130视为正常逆变器。在第2逆变器130为故障逆变器、第1逆变器120为正常逆变器的情况下，也能够与上述同样地进行异常时的控制。在该情况下，第1逆变器120、第2逆变器130、切换电路110的控制与上述的控制相反。即，在第2逆变器130中构成中性点，能够使用该中性点和第1逆变器120而对马达200进行驱动。
[0145] (3.故障诊断)
[0146] 接下来，对在使用本实施方式的两个逆变器120、130来驱动马达200的电力转换装置100中诊断FET有无故障的动作进行说明。在本实施方式的故障诊断中，在FET发生了故障的情况下，能够确定多个FET中的哪个FET发生了故障。
[0147] 在本实施方式的故障诊断中，在构成了上述所说明的中性点的状态下进行诊断。故障诊断例如也可以通过在上述的正常时的控制动作中定期地构成中性点而进行。另外，例如，在已经发生故障、并且构成中性点而进行马达200的驱动的状态下，也能够进行故障诊断。
[0148] 在本实施方式的故障诊断中，检测FET的开路故障。如上所述，开路故障是指FET的源极-漏极之间开放的故障(换言之，源极-漏极之间的电阻始终为高阻抗)。
[0149] [3-1.在低边构成中性点时的故障诊断]
[0150] 首先，对在第1逆变器120的低边的节点N1构成中性点而进行故障诊断的动作进行说明。
[0151] 图10是示出构成中性点而进行故障诊断的动作的例子的图。
[0152] 控制电路300使FET 111、113断开、使FET 112、114接通。并且，使FET 121H、122H、123H断开、使FET 121L、122L、123L接通，从而在节点N1构成中性点。
[0153] 与构成中性点的动作并行地，控制电路300使FET 131H、132L接通、使FET131L、132H、133L、133H断开。由此，构成了第2逆变器130的高边的FET 131H、U相的绕组M1、中性点(节点N1)、V相的绕组M2以及第2逆变器130的低边的FET 132L相连的导电路径。从电源101对该导电路径施加电压，从而电流流动。直线的箭头分别表示在导电路径中流动的电流。
[0154] 图11是示出第1和第2逆变器120、130所具有的FET的图。在FET 121L、122L、123L、121H、122H、123H、131L、132L、133L、131H、132H、133H各自的内部形成有寄生二极管140。在各FET中，寄生二极管140配置为正向电流朝向电源101流动。即，以使阴极朝向电源101、使阳极朝向GND的方式配置寄生二极管140。在本实施方式中，将该寄生二极管140用作续流二极管。另外，能够在本实施方式中使用续流二极管与FET并联连接的元件结构。
[0155] 参照图10，在本实施方式中，诊断在上述的导电路径中流动的电流在续流二极管140中为反向电流的开关元件有无故障。在图10所示的例子中，在导电路径中流动的电流在FET 121L、131H、132L的续流二极管140中为反向电流。即，诊断FET121L、131H、132L有无故障。
[0156] 控制电路300使用对上述的导电路径施加电压时的U相的电压值、V相的电压值以及W相的电压值中的至少两个而进行有无故障的诊断。U相的电压值例如是连接FET 131H和FET 131L的节点N131的电压值。节点N131的电压值例如是节点N131与GND的电位差。节点N131的电压可以与端子U_R(图1)的电压相同。V相的电压值例如是连接FET 132H和FET 132L的节点N132的电压值。节点N132的电压值例如是节点N132与GND的电位差。节点N132的电压可以与端子V_R(图1)的电压相同。W相的电压值例如是连接FET 133H和FET 133L的节点N133的电压值。节点N133的电压值例如是节点N133与GND的电位差。节点N133的电压可以与端子W_R(图1)的电压相同。电压检测电路380(图5)检测这些U相、V相、W相各自的电压值并输出给微控制器340。
[0157] 首先，对FET 121L、131H、132L全部正常的情况下的电压值进行说明。在FET121L、131H、132L全部正常的情况下，节点N131的电压为接近电源101的输出电压的值。另外，节点N132的电压为电源101的输出电压与GND电压之间的值。例如，节点N132的电压为比电源101的输出电压稍微接近GND电压的值。以下，将这样的接近电源101的输出电压的值表达成电压为“高”。另外，将电源101的输出电压与GND电压之间的值表达成电压为“中”。
[0158] 微控制器340在节点N131的电压为“高”、并且节点N132的电压为“中”的情况下，判断为FET 121L、131H、132L全部正常。
[0159] 接下来，对FET 131H发生了开路故障的情况下的电压值进行说明。在FET 131H发生了开路故障的情况下，不对节点N131施加电源电压。因此，节点N131、N132的电压均为接近GND电压的值。以下，将这样的接近GND电压的值表达成电压为“低”。另外，上述的电压为“中”表示电压为“高”与“低”之间的值。
[0160] 微控制器340在节点N131、N132的电压均为“低”的情况下，判断为FET 131H发生了开路故障。
[0161] 接下来，对FET 121L发生了开路故障的情况下的电压值进行说明。在FET 121L发生了开路故障的情况下，节点N131的电压为“高”，节点N132的电压为“低”。
[0162] 微控制器340在节点N131的电压为“高”、并且节点N132的电压为“低”的情况下，判断为FET 121L发生了开路故障。
[0163] 接下来，对FET 132L发生了开路故障的情况下的电压值进行说明。在该情况下，节点N132与GND不连接。因此，节点N131、N132的电压均为“高”。
[0164] 微控制器340在节点N131、N132的电压均为“高”的情况下，判断为FET 132L发生了开路故障。
[0165] 图12是示出在低边构成中性点的情况下的、在第2逆变器130中接通的开关元件与进行诊断的开关元件之间的关系的图。在图12所示的表中，用白圈来表示对于接通的开关元件来说能够进行诊断的开关元件。在图10所示的例子中，FET 131H、132L为接通状态，能够诊断FET 121L、131H、132L有无故障。以下，使用图13，对FET 132H、133L为接通状态时的故障诊断进行说明。另外，使用图14，对FET 133H、131L为接通状态时的故障诊断进行说明。
[0166] 图13是对使FET 132H、133L接通时的故障诊断进行说明的图。与图10的例子同样地，控制电路300在节点N1构成中性点。
[0167] 与构成中性点的动作并行地，控制电路300使FET 132H、133L接通、使FET131L、131H、132L、133H断开。由此，构成了第2逆变器130的高边的FET 132H、V相的绕组M2、中性点(节点N1)、W相的绕组M3以及第2逆变器130的低边的FET 133L相连的导电路径。从电源101对该导电路径施加电压，从而电流流动。直线的箭头分别表示在导电路径中流动的电流。
[0168] 在图13所示的例子中，在导电路径中流动的电流在FET 132H、122L、133L的续流二极管140中为反向电流。在图13所示的例子中，诊断FET 132H、122L、133L有无故障。
[0169] 与使用图10所说明的方法同样地，微控制器340判断节点N132、N133各自的电压为“高”、“中”、“低”中的哪一个，从而进行故障诊断。
[0170] 微控制器340在节点N132的电压为“高”、并且节点N133的电压为“中”的情况下，判断为FET 132H、122L、133L全部正常。
[0171] 微控制器340在节点N132、N133的电压均为“低”的情况下，判断为FET 132H发生了开路故障。
[0172] 微控制器340在节点N132的电压为“高”、并且节点N133的电压为“低”的情况下，判断为FET 122L发生了开路故障。
[0173] 微控制器340在节点N132、N133的电压均为“高”的情况下，判断为FET 133L发生了开路故障。
[0174] 图14是对使FET 133H、131L接通时的故障诊断进行说明的图。与图10、图13的例子同样地，控制电路300在节点N1构成中性点。
[0175] 与构成中性点的动作并行地，控制电路300使FET 133H、131L接通、使FET131H、132L、132H、133L断开。由此，构成了第2逆变器130的高边的FET 133H、W相的绕组M3、中性点(节点N1)、U相的绕组M1以及第2逆变器130的低边的FET 131L相连的导电路径。从电源101对该导电路径施加电压，从而电流流动。直线的箭头分别表示在导电路径中流动的电流。
[0176] 在图14所示的例子中，在导电路径中流动的电流在FET 133H、123L、131L的续流二极管140中为反向电流。在图14所示的例子中，诊断FET 133H、123L、131L有无故障。
[0177] 与使用图10、图13所说明的方法同样地，微控制器340判断节点N133、N131各自的电压为“高”、“中”、“低”中的哪一个，从而进行故障诊断。
[0178] 微控制器340在节点N133的电压为“高”、并且节点N131的电压为“中”的情况下，判断为FET 133H、123L、131L全部正常。
[0179] 微控制器340在节点N133、N131的电压均为“低”的情况下，判断为FET 133H发生了开路故障。
[0180] 微控制器340在节点N133的电压为“高”、并且节点N131的电压为“低”的情况下，判断为FET 123L发生了开路故障。
[0181] 微控制器340在节点N133、N131的电压均为“高”的情况下，判断为FET 131L发生了开路故障。
[0182] 这样，根据本实施方式，在FET发生了故障的情况下，能够确定多个FET中的哪个FET发生了故障。
[0183] [3-2.在高边构成中性点时的故障诊断]
[0184] 接下来，对在第1逆变器120的高边的节点N3构成中性点而进行故障诊断的动作进行说明。
[0185] 图15是示出了构成中性点而进行故障诊断的动作的例子的图。
[0186] 控制电路300使FET 111、113断开、使FET 112、114接通。并且，使FET 121L、122L、123L断开、使FET 121H、122H、123H接通，从而在节点N3构成中性点。
[0187] 与构成中性点的动作并行地，控制电路300使FET 131H、132L接通、使FET131L、132H、133L、133H断开。由此，构成了第2逆变器130的高边的FET 131H、U相的绕组M1、中性点(节点N3)、V相的绕组M2以及第2逆变器130的低边的FET 132L相连的导电路径。从电源101对该导电路径施加电压，从而电流流动。直线的箭头分别表示在导电路径中流动的电流。
[0188] 在图15所示的例子中，在导电路径中流动的电流在FET 122H、131H、132L的续流二极管140中为反向电流。即，诊断FET 122H、131H、132L有无故障。
[0189] 微控制器340在节点N131的电压为“高”、并且节点N132的电压为“中”的情况下，判断为FET 122H、131H、132L全部正常。
[0190] 微控制器340在节点N131、N132的电压均为“低”的情况下，判断为FET 131H发生了开路故障。
[0191] 微控制器340在节点N131的电压为“高”、并且节点N132的电压为“低”的情况下，判断为FET 122H发生了开路故障。
[0192] 微控制器340在节点N131、N132的电压均为“高”的情况下，判断为FET 132L发生了开路故障。
[0193] 图16是示出在高边构成中性点的情况下的、在第2逆变器130中接通的开关元件与进行诊断的开关元件之间的关系的图。在图16所示的表中，用白圈来表示对于接通的开关元件而言能够进行诊断的开关元件。在图15所示的例子中，FET 131H、132L为接通状态，能够诊断FET 122H、131H、132L有无故障。
[0194] 图17是对使FET 132H、133L接通时的故障诊断进行说明的图。与图15的例子同样地，控制电路300在节点N3构成中性点。
[0195] 与构成中性点的动作并行地，控制电路300使FET 132H、133L接通、使FET131L、131H、132L、133H断开。由此，构成了第2逆变器130的高边的FET 132H、V相的绕组M2、中性点(节点N3)、W相的绕组M3以及第2逆变器130的低边的FET 133L相连的导电路径。从电源101对该导电路径施加电压，从而电流流动。直线的箭头分别表示在导电路径中流动的电流。
[0196] 在图17所示的例子中，在导电路径中流动的电流在FET 132H、123H、133L的续流二极管140中为反向电流。在图17所示的例子中，诊断FET 132H、123H、133L有无故障。
[0197] 与上述的方法同样地，微控制器340判断节点N132、N133各自的电压为“高”、“中”、“低”中的哪一个，从而进行故障诊断。
[0198] 微控制器340在节点N132的电压为“高”、并且节点N133的电压为“中”的情况下，判断为FET 132H、123H、133L全部正常。
[0199] 微控制器340在节点N132、N133的电压均为“低”的情况下，判断为FET 132H发生了开路故障。
[0200] 微控制器340在节点N132的电压为“高”、并且节点N133的电压为“低”的情况下，判断为FET 123H发生了开路故障。
[0201] 微控制器340在节点N132、N133的电压均为“高”的情况下，判断为FET 133L发生了开路故障。
[0202] 图18是对使FET 133H、131L接通时的故障诊断进行说明的图。与图15、图17的例子同样地，控制电路300在节点N3构成中性点。
[0203] 与构成中性点的动作并行地，控制电路300使FET 133H、131L接通、使FET131H、132L、132H、133L断开。由此，构成了第2逆变器130的高边的FET 133H、W相的绕组M3、中性点(节点N3)、U相的绕组M1以及第2逆变器130的低边的FET 131L相连的导电路径。从电源101对该导电路径施加电压，从而电流流动。直线的箭头分别表示在导电路径中流动的电流。
[0204] 在图18所示的例子中，在导电路径中流动的电流在FET 133H、121H、131L的续流二极管140中为反向电流。在图18所示的例子中，诊断FET 133H、121H、131L有无故障。
[0205] 与上述的方法同样地，微控制器340判断节点N133、N131各自的电压为“高”、“中”、“低”中的哪一个，从而进行故障诊断。
[0206] 微控制器340在节点N133的电压为“高”、并且节点N131的电压为“中”的情况下，判断为FET 133H、121H、131L全部正常。
[0207] 微控制器340在节点N133、N131的电压均为“低”的情况下，判断为FET 133H发生了开路故障。
[0208] 微控制器340在节点N133的电压为“高”、并且节点N131的电压为“低”的情况下，判断为FET 121H发生了开路故障。
[0209] 微控制器340在节点N133、N131的电压均为“高”的情况下，判断为FET 131L发生了开路故障。
[0210] 这样，根据本实施方式，在FET发生了故障的情况下，能够确定多个FET中的哪个FET发生了故障。
[0211] 特别是从图12和图16可知，通过进行在低边构成了中性点的状态下的故障诊断以及在高边构成了中性点的状态下的故障诊断双方，能够进行第1和第2逆变器120、130所具有的十二个FET的全部的故障诊断。
[0212] 由此，例如，在上述那样的不监视FET的源极-漏极之间的电压的方式中，也能够确定发生了故障的FET。
[0213] 另外，在电力转换装置100的正常时的控制动作中，能够通过定期地构成中性点而进行上述的故障诊断。在通过上述的故障诊断而检测到发生了故障的FET的情况下，能够将“正常时的控制”切换为“异常时的控制”而继续进行马达200的驱动。
[0214] 另外，例如在已经发生了故障、并构成中性点而进行马达200的驱动的状态下，也能够进行上述故障诊断。例如，当进行在第1逆变器120的低边构成中性点的“异常时的控制”的情况下，能够进行使用图10、图12、图13、图14所说明的故障诊断。另外，例如，当进行在第1逆变器120的高边构成中性点的“异常时的控制”的情况下，能够进行使用图15、图16、图17、图18所说明的故障诊断。
[0215] 在上述的实施方式的说明中，在两个逆变器中的第1逆变器120中构成中性点而进行故障诊断。当在第2逆变器130中构成中性点的情况下，也能够与上述同样地进行故障诊断。在该情况下，能够通过使第1逆变器120、第2逆变器130的控制与上述的控制相反而进行故障诊断。
[0216] (实施方式2)
[0217] 汽车等车辆一般具有电动助力转向装置。电动助力转向装置生成辅助扭矩，该辅助扭矩对通过驾驶员操作方向盘而产生的转向系统的操舵扭矩进行辅助。辅助扭矩由辅助扭矩机构生成，能够减轻驾驶员的操作负担。例如，辅助扭矩机构具有操舵扭矩传感器、ECU、马达以及减速机构等。操舵扭矩传感器检测转向系统的操舵扭矩。ECU根据操舵扭矩传感器的检测信号而生成驱动信号。马达根据驱动信号而生成与操舵扭矩对应的辅助扭矩，将辅助扭矩经由减速机构传递给转向系统。
[0218] 本公开的马达驱动单元400适当地用于电动助力转向装置。图19示意性示出了本实施方式的电动助力转向装置500的典型结构。电动助力转向装置500具有转向系统520和辅助扭矩机构540。
[0219] 转向系统520例如具有方向盘521、转向轴522(也被称为“转向柱”)、万向联轴器523A、523B、旋转轴524(也被称为“小齿轮轴”或“输入轴”)、齿轮齿条机构525、齿条轴526、左右球窝接头552A、552B、横拉杆527A、527B、转向节528A、528B以及左右操舵车轮(例如左右前轮)529A、529B。方向盘521经由转向轴522和万向联轴器523A、523B而与旋转轴524连结。旋转轴524经由齿轮齿条机构525而与齿条轴526连结。齿轮齿条机构525具有设置于旋转轴524的小齿轮531和设置于齿条轴526的齿条532。在齿条轴526的右端依次经由球窝接头552A、横拉杆527A以及转向节528A而连结有右操舵车轮529A。与右侧同样地，在齿条轴
526的左端依次经由球窝接头552B、横拉杆527B以及转向节528B而连结有左操舵车轮529B。
这里，右侧和左侧分别与从坐在座席上的驾驶员观察到的右侧和左侧一致。
526的左端依次经由球窝接头552B、横拉杆527B以及转向节528B而连结有左操舵车轮529B。
这里，右侧和左侧分别与从坐在座席上的驾驶员观察到的右侧和左侧一致。
[0220] 根据转向系统520，通过驾驶员操作方向盘521而产生操舵扭矩，并经由齿轮齿条机构525而传递给左右操舵车轮529A、529B。由此，驾驶员能够操作左右操舵车轮529A、529B。
[0221] 辅助扭矩机构540例如具有操舵扭矩传感器541、ECU 542、马达543、减速机构544以及电力转换装置545。辅助扭矩机构540对从方向盘521至左右操舵车轮529A、529B的转向系统520赋予辅助扭矩。另外，辅助扭矩有时也被称为“附加扭矩”。
[0222] 作为ECU 542，可以使用实施方式1的控制电路300，作为电力转换装置545，可以使用实施方式1的电力转换装置100。另外，马达543相当于实施方式1的马达200。作为具有ECU 542、马达543以及电力转换装置545的机电一体型单元，可以适当地使用实施方式1的马达驱动单元400。
[0223] 操舵扭矩传感器541检测由方向盘521赋予的转向系统520的操舵扭矩。ECU542根据来自操舵扭矩传感器541的检测信号(以下，表述为“扭矩信号”)而生成用于驱动马达543的驱动信号。马达543根据驱动信号而生成与操舵扭矩对应的辅助扭矩。辅助扭矩经由减速机构544而传递到转向系统520的旋转轴524。减速机构544例如是蜗轮机构。辅助扭矩进而从旋转轴524传递到齿轮齿条机构525。
[0224] 电动助力转向装置500根据对转向系统520赋予辅助扭矩的部位而能够分类为小齿轮辅助型、齿条辅助型以及柱辅助型等。在图19中例示了小齿轮辅助型的电动助力转向装置500。但是，电动助力转向装置500也可以是齿条辅助型、柱辅助型等。
[0225] 不仅可以对ECU 542输入扭矩信号，也可以输入例如车速信号。外部设备560例如是车速传感器。或者，外部设备560例如也可以是能够通过CAN(Controller Area Network：控制器局域网)等车内网络而进行通信的其他ECU。ECU 542的微控制器能够根据扭矩信号或车速信号等而对马达543进行矢量控制或PWM控制。
[0226] ECU 542根据至少扭矩信号而设定目标电流值。ECU 542优选为考虑由车速传感器检测到的车速信号、还考虑由角度传感器检测到的转子的旋转信号而设定目标电流值。ECU 542能够对马达543的驱动信号、即驱动电流进行控制，使得由电流传感器(未图示)检测到的实际电流值与目标电流值一致。
[0227] 根据电动助力转向装置500，能够利用驾驶员的操舵扭矩加上马达543的辅助扭矩而得到的复合扭矩、经由齿条轴526对左右操舵车轮529A、529B进行操作。特别是通过在上述的机电一体型单元中利用本公开的马达驱动单元400，提供了具有部件的品质提高、并且在正常时和异常时均能够进行适当的电流控制的马达驱动单元的电动助力转向装置。
[0228] 产业上的可利用性
[0230] 标号说明
[0231] 100：电力转换装置；101：电源；102：线圈；103：电容器；110：切换电路；111：开关元件(FET)；112：开关元件(FET)；113：开关元件(FET)；114：开关元件(FET)；115：开关元件(FET)；116：开关元件(FET)；120：第1逆变器；121H、122H、123H：高边开关元件(FET)；121L、122L、123L：低边开关元件(FET)；121R、122R、123R：分流电阻；130：第2逆变器；131H、132H、
133H：高边开关元件(FET)；131L、132L、133L：低边开关元件(FET)；131R、132R、133R：分流电阻；140：二极管；150：电流传感器；200：电动马达；300：控制电路；310：电源电路；320：角度传感器；330：输入电路；340：微控制器；350：驱动电路；360：ROM；380：电压检测电路；400：马达驱动单元；500：电动助力转向装置。
133H：高边开关元件(FET)；131L、132L、133L：低边开关元件(FET)；131R、132R、133R：分流电阻；140：二极管；150：电流传感器；200：电动马达；300：控制电路；310：电源电路；320：角度传感器；330：输入电路；340：微控制器；350：驱动电路；360：ROM；380：电压检测电路；400：马达驱动单元；500：电动助力转向装置。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 电源转换器与电源转换方法 | 2020-05-08 | 181 |
| 静止VAR补偿装置及其操作方法 | 2020-05-11 | 453 |
| 大中型水轮发电机中性点高阻抗接地装置参数优化方法 | 2020-05-08 | 741 |
| 一种三相不平衡系统电容电流测试修正方法 | 2020-05-08 | 757 |
| 三电平并网逆变器的无参数有限集模型预测控制方法 | 2020-05-08 | 588 |
| 多输入功率变换器及其控制方法和包括其的不间断电源 | 2020-05-08 | 794 |
| 一种电机缺相保护器和一种起重机 | 2020-05-08 | 157 |
| 一种变压器中性点接地变电阻成套装置 | 2020-05-08 | 377 |
| 電力変換装置 | 2020-05-08 | 941 |
| 一种适用于小机组的发电机保护成套装置 | 2020-05-11 | 386 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
中性点热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈