逆變器的故障診斷裝置及故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明的逆變器的故障診斷裝置抑制通過了逆變器的過大的短路電流。對用上臂側(cè)開關元件(32u、32v、32w)和下臂側(cè)開關元件(34u、34v、34w)在各相中構(gòu)成上下臂來驅(qū)動3相電機(10)的逆變器(30)進行故障診斷。從連接點(N)的電路輸入連接點(N)的電壓的控制器(70)，將在電源和上臂之間的正極母線(24p)上設置的第1開關(SW1)截止，將與第1開關(SW1)并聯(lián)并且與第3電阻(R3)串聯(lián)地設置的第2開關(SW2)導通，將電源和連接點(N)之間與第4電阻(R4)串聯(lián)地設置的第3開關(SW3)導通，基于將開關元件以規(guī)定的模式設定了導通和截止時的連接點(N)的電壓，進行故障診斷。
【專利說明】
逆變器的故障診斷裝置及故障診斷方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及診斷在驅(qū)動電機的逆變器(inverter)中是否發(fā)生故障的逆變器的故障診斷裝置及故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為以往的逆變器的故障診斷裝置及故障診斷方法，已知在將逆變器的開關元件進行了 PffM驅(qū)動時，作為與電機的中性點對應的虛擬中性點的電壓，基于將逆變器的各相的輸出電壓合成所得的合成電壓，診斷逆變器的故障的技術(shù)(例如，參照專利文獻I)。在這樣的技術(shù)中，由于逆變器的各相的輸出電壓為矩形波狀，所以利用將合成電壓的信號通過具有截止頻率比PWM載波頻率低的低通特性的濾波器，從合成電壓的信號中提取直流分量，使用該直流分量的值診斷在逆變器中是否發(fā)生故障。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻I:日本特開2006-81327號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的問題
[0007]可是，至通過了濾波器的合成電壓的信號電平收斂某種程度之前產(chǎn)生時間性延遲。因此，在上臂側(cè)的開關元件和下臂側(cè)的開關元件的至少一方中發(fā)生了導通粘連的情況下，被預想至少在診斷為逆變器中發(fā)生故障之前，通過逆變器在電源和地之間產(chǎn)生過大的短路電流，所以有對于逆變器整體誘發(fā)2次故障的顧慮。
[0008]本發(fā)明鑒于上述問題而完成，目的在于提供在診斷逆變器的故障時，抑制了在電源和地之間發(fā)生通過了逆變器的過大的短路電流的、逆變器的故障診斷裝置及故障診斷方法。
[0009]解決問題的方案
[0010]為此，在本發(fā)明的逆變器的故障診斷裝置中，將對于串聯(lián)地連接的一對開關元件在各相構(gòu)成上下臂來驅(qū)動3相電機的逆變器診斷是否發(fā)生故障作為前提，包括:電壓檢測電路，構(gòu)成為將多個第I電阻的一端彼此連接，并將該連接點通過第2電阻與地連接，同時將多個第I電阻的另一端以一對一方式分別連接在各相的上下臂間，檢測連接點的電壓;第I開關，設置在連接電源和上臂側(cè)開關元件的正極母線上;第2開關，與第I開關并聯(lián)、并且與第3電阻串聯(lián)地設置;第3開關，在電源和連接點之間與第4電阻串聯(lián)地設置；以及控制單元，構(gòu)成為控制上臂側(cè)開關元件及下臂側(cè)開關元件、以及第I開關、第2開關及第3開關的導通和截止，并且與連接點電連接。
[0011]此外，在本發(fā)明的逆變器的故障診斷方法中，將對于串聯(lián)地連接的一對開關元件在各相構(gòu)成上下臂來驅(qū)動3相電機的逆變器，診斷是否發(fā)生故障作為前提，從將多個第I電阻的一端彼此連接，將該連接點通過第2電阻與地連接，同時將多個第I電阻的另一端以一對一方式分別連接在各相的上下臂間的電路，輸入連接點的電壓的控制單元，將設置在連接電源和上臂側(cè)開關元件的正極母線上的第1開關截止，將與第1開關并聯(lián)、并且與第3電阻串聯(lián)地設置的第2開關導通，將在電源和連接點之間與第4電阻串聯(lián)地設置的第3開關導通， 然后基于進行了以使上臂側(cè)開關元件及下臂側(cè)開關元件按規(guī)定的模式(pattern)導通或截止那樣的控制時的連接點的電壓，診斷逆變器是否故障。[〇〇12]發(fā)明的效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明的逆變器的故障診斷裝置及故障診斷方法，在診斷逆變器的故障時， 能夠抑制在電源和地之間發(fā)生通過了逆變器的過大的短路電流?！靖綀D說明】
[0014]圖1是適用了本發(fā)明的實施方式的逆變器的故障診斷裝置的無刷電機的驅(qū)動控制裝置的例示性的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2是表示上述的驅(qū)動控制裝置中的開關設定的列表圖。
[0016]圖3是表示上述的驅(qū)動控制裝置中的控制器的功能的功能框圖。
[0017]圖4是表示上述的控制器中的逆變器故障診斷處理的流程圖。
[0018]圖5是表示上述的逆變器故障診斷處理的第1故障診斷中的開關元件的導通和截止設定的列表圖。
[0019]圖6是表示上述的逆變器故障診斷處理的第2故障診斷中的開關元件的導通和截止設定的列表圖。
[0020]圖7是表示上述的逆變器故障診斷處理的第3故障診斷中的開關元件的導通和截止設定的列表圖?！揪唧w實施方式】
[0021]以下，詳細地說明本發(fā)明的實施方式。
[0022]圖1是適用了本發(fā)明的實施方式的逆變器的故障診斷裝置的無刷電機的驅(qū)動控制裝置的例示性的電路結(jié)構(gòu)圖。[〇〇23] 無刷電機10是3相的直流同步電動機，將U相、V相及W相的3相的線圈10u、10v、10w 配備在未圖示的圓筒狀的定子(定子)上，將各相的線圈10u、10v、10w的一端彼此連接構(gòu)成形成了中性點No的星形聯(lián)結(jié)。此外，在定子的中央部形成的空間中可旋轉(zhuǎn)地配備未圖示的轉(zhuǎn)子(永磁轉(zhuǎn)子)。
[0024]在本實施方式中，無刷電機10以適用于使用滾珠絲杠使制動主液壓缸直接產(chǎn)生液壓的車載用電動制動的電動促動器作為前提，但適用例子不限于此。例如，能夠適用于VTC (Valve Timing Control;氣門正時控制)、VCR(Variable Compres1n Rat1;可變壓縮比)、電動油栗、電動水栗、電動助力轉(zhuǎn)向、散熱風扇等所有的車載系統(tǒng)的電動促動器。
[0025]在以端子22u、22v、22w分別與無刷電機10的3相的線圈10u、10v、10w的另一端可拆裝地電連接的驅(qū)動控制裝置20中，包括:具有驅(qū)動無刷電機10的驅(qū)動電路的逆變器30;檢測在無刷電機10中流過的電流的電流傳感器40;檢測轉(zhuǎn)子的磁極位置的磁極位置檢測傳感器 50;用于檢測與無刷電機10的中性點No對應的虛擬中性點N的電壓的電壓檢測電路60;第1 開關SW1;第2開關SW2;第3開關SW3;以及控制逆變器30的控制器70。[0〇26]逆變器30具有開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w為3相橋式連接的開關元件組，在該開關元件組中，從電源80供給電壓Vcc。更詳細地說，逆變器30中，串聯(lián)地連接的一對開關元件32u、34u在U相構(gòu)成上下臂，串聯(lián)地連接的一對開關元件32v、34v在V相構(gòu)成上下臂， 串聯(lián)地連接的一對開關元件32w、34w在W相構(gòu)成上下臂。上臂由高電位側(cè)即上臂側(cè)開關元件 32u、32v、32w構(gòu)成，下臂由低電位側(cè)即下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w構(gòu)成。而且，U相的上下臂間的A點與端子22u連接，V相的上下臂間的B點與端子22v連接，W相的上下臂間的C點與端子22w連接。
[0027]在逆變器30中，開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w^|^r^FET(FieldEfect Transistor;場效應晶體管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;絕緣概雙極晶體管)、或雙極晶體管等能夠進行開關動作的半導體元件構(gòu)成，分別包含用于回流反電動勢造成的浪涌電流而反向并聯(lián)地連接的二極管3211(1、32￥(1、32￥(1、3411(1、34￥(1、34￥(1。開關元件 32u、32v、32w、34u、34v、34w的控制端子(柵極端子)連接到控制器70,如后述，構(gòu)成為通過從控制器70輸入柵極控制信號，導通和截止受到控制。[〇〇28]電流傳感器40是，在連結(jié)逆變器30和電源80的正極母線24p及負極母線24n之中的、低電位側(cè)的負極母線24n上串聯(lián)地設置電阻器來檢測無刷電機10中流過的電流的分流電阻式傳感器，電流傳感器40的兩端和控制器70電連接。[〇〇29]磁極位置檢測傳感器50可以是使用分析器、霍爾元件、霍爾1C、磁電阻元件、旋轉(zhuǎn)式編碼器等無論接觸式或非接觸式的各種各樣的傳感器，將與無刷電機10的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的磁極位置對應的磁極位置檢測信號輸出到控制器70。
[0030]電壓檢測電路60將多個第1電阻R1的一端彼此連接，將該連接點N通過第2電阻R2 與地連接，同時分別將多個第1電阻R1的另一端以一對一方式連接到U相的上下臂間的A點、 V相的上下臂間的B點及W相的上下臂間的C點。電壓檢測電路6 0構(gòu)成為將連接點N的電壓作為與無刷電機1 〇的中性點N 〇對應的虛擬中性點N的電壓，并能夠檢測該虛擬中性點N的電壓。第1電阻R1及第2電阻R2分別具有與電流傳感器40比較足夠大的電阻值。[〇〇31]第1開關SW1、第2開關SW2及第3開關SW3構(gòu)成為基于來自外部的信號而控制導通和截止的其中一方，是晶體管和電磁繼電器等的開關元件。[〇〇32]第1開關SW1設置在連結(jié)逆變器30和電源80的正極母線24p及負極母線24n之中的高電位側(cè)的正極母線24p上，第2開關SW2通過連結(jié)與正極母線24p并聯(lián)的逆變器30和電源80 的線，與第1開關SW1并聯(lián)地、并且與第3電阻R3串聯(lián)地設置，第3開關SW3在電源80和虛擬中性點N之間與第4電阻R4串聯(lián)地設置。[〇〇33]第3電阻R3及第4電阻R4與電流傳感器40比較分別具有足夠大的電阻值。特別地，第3電阻R3具有即使在上下臂兩方中發(fā)生導通粘連，在電源80和地之間發(fā)生了通過第2開關 SW2及逆變器30的過大的短路電流的情況下，也能夠在抑制逆變器30的過熱造成的2次故障的范圍內(nèi)，使逆變器30的施加電壓從Vcc下降的電阻值。
[0034]控制器70具有包括CPU(Central Processing Unit;)、R0M(Read Only Memory)、 RAM(Random Access Memory)等的微計算機，輸入電流傳感器40的兩端中的電壓、來自磁極位置檢測傳感器50的磁極位置信號、電壓檢測電路60的虛擬中性點N的電壓、進而例如從電動制動系統(tǒng)中的高位的控制裝置等的外部的控制裝置90輸出的對無刷電機10的驅(qū)動請求信號，基于這些信號，對于逆變器30的開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w，單獨地輸出用于使這些開關元件導通和截止的柵極控制信號，同時對于開關SWl、SW2、SW3，單獨地輸出用于使這些開關導通和截止的設定信號。由此，控制器70在通常時進行用于使無刷電機10的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的控制，另一方面，形成在規(guī)定的定時對逆變器30診斷是否發(fā)生故障的驅(qū)動控制裝置20的控制單元。
[0035]圖2是表示控制器70的功能的功能框圖。控制器70具有以電流運算單元70a、目標電流運算單元70b、占空運算單元70c、磁極位置運算單元70d、通電方式(mode)設定單元70e、柵極控制信號生成單元70f、虛擬中性點電壓運算單元70g、故障診斷單元70h、以及開關設定單元70i所示的功能。
[0036]電流運算單元70a將電流傳感器40的兩端中的電壓(電流檢測信號)分別進行A/D轉(zhuǎn)換來計算兩電壓間的電位差，從該電位差和電流傳感器40的已知的電阻值計算在無刷電機10中實際地流過的電流即實際電流值。再有，電流傳感器40的兩端的電壓也可以是將通過差動放大器求得的電位差輸入到電流運算單元70a。
[0037]目標電流運算單元70b從外部的控制裝置90例如輸入對于制動踏板的踏力需要的無刷電機10的要求扭矩等的、有關對無刷電機10的要求輸出的驅(qū)動請求信號，基于該驅(qū)動請求信號，計算對無刷電機10供給的電流的目標值即目標電流值。
[0038]占空運算單元70c基于實際電流值和目標電流值之間的偏差，運算為了在柵極控制信號生成單元70f中生成柵極控制信號而進行的PWM(Pulse Width Modulat1n;脈寬調(diào)制)動作的占空(％)。例如，基于實際電流值和目標電流值之間的偏差，通過比例積分控制(PI控制)，能夠根據(jù)下式運算占空。
[0039 ]電流偏差ΔI =目標電流值-實際電流值
[0040]占空=(ΛIX比例增益+ΛI的積分值X積分增益)/電源電壓X 100
[0041]再有，不是將占空的運算處理限定為比例積分控制，也可適當采用比例積分微分控制(PID控制)等公知的運算處理方法。
[0042]磁極位置運算單元70d基于輸入的磁極位置檢測信號，計算轉(zhuǎn)子的磁極角度(磁極位置)。
[0043]通電方式設定單元70e基于由磁極位置運算單元70d算出的轉(zhuǎn)子的磁極角度，設定通電方式(mode)。
[0044]通電方式表示在無刷電機10的U相線圈10u、V相線圈10v、W相線圈1w的3相的線圈之中通電的2相的選擇模式，由從U相向V相流動電流的第I通電方式、從U相向W相流動電流的第2通電方式、從V相向W相流動電流的第3通電方式、從V相向U相流動電流的第4通電方式、從W相向U相流動電流的第5通電方式、從W相向V相流動電流的第6通電方式的6種通電方式構(gòu)成。
[0045]柵極控制信號生成單元70f構(gòu)成為基于由占空運算單元70c算出的占空和由通電方式設定單元70e設定的通電方式，或基于來自故障診斷單元70h的指示，生成開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w的柵極控制信號，將其輸出到開關元件32u、32v、32w、34u、34v、
34w0
[0046]虛擬中性點電壓運算單元70g將從電壓檢測電路60的虛擬中性點N輸入的電壓進行A/D轉(zhuǎn)換作為數(shù)字值來計算。
[0047]故障診斷單元70h基于由虛擬中性點電壓運算單元70g算出的虛擬中性點N的電壓值，執(zhí)行對逆變器30診斷是否發(fā)生故障的故障診斷處理。故障診斷處理主要由第1診斷、第2 診斷及第3診斷構(gòu)成。[0〇48]開關設定單元70i構(gòu)成為基于來自故障診斷單元70h的指示，在不實施逆變器30的故障診斷的通常時和執(zhí)行逆變器30的故障診斷處理的故障診斷時切換第1開關SW1、第2開關SW2及第3開關SW3的導通和截止設定。[〇〇49]具體地說，如圖3所示，在不實施逆變器30的故障診斷的通常時，開關設定單元70i 構(gòu)成為輸出將第1開關SW1導通(ON)，并且將第2開關SW2及第3開關SW3截止(OFF)的設定信號(參照圖1的SW1、SW2、SW3)。由此，在通常時，從電源80向逆變器30通過正極母線24p流動電流，同時不妨礙無刷電機10的驅(qū)動控制。另一方面，在執(zhí)行逆變器30的故障診斷處理的故障診斷時，開關設定單元70i構(gòu)成為輸出將第1開關SW1截止、并且將第2開關SW2及第3開關 SW3導通的設定信號。
[0050] 再有，逆變器30的故障診斷裝置由電壓檢測電路60、控制器70、第1開關SW1、第2開關SW2和與其串聯(lián)地連接的第3電阻R3、以及第3開關SW3和與其串聯(lián)地連接的第4電阻R4構(gòu)成，控制器70的各單元通過CPU將ROM中存儲的程序讀取到RAM中并執(zhí)行來實現(xiàn)。[〇〇51]圖4是表示在控制器70中，將點火鑰匙的導通作為契機，根據(jù)車輛的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而適當執(zhí)行的、逆變器30的故障診斷處理的流程圖。[〇〇52]在步驟101(圖中，簡記為“S101”。以下，同樣)中，為了執(zhí)行逆變器30的故障診斷處理，切換第1開關SW1、第2開關SW2及第3開關SW3的導通和截止設定。具體地說，例如，故障診斷單元70h探測點火鑰匙從截止變化為導通狀態(tài)，對于開關設定單元70i進行指示以切換為故障診斷時的開關設定，由此，圖3所示，開關設定單元70i輸出將第1開關SW1截止、并且將第2開關SW2及第3開關SW3導通的設定信號。[〇〇53] 在步驟102中，為了實施第1診斷而進行開關元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*的導通和截止設定(第1診斷設定)。[OOM] 第1診斷是，診斷在開關元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*的其中一個中是否發(fā)生了導通粘連、即開關元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*是否正常地截止。
[0055]因此，在第1診斷設定中，如圖5所示，將對開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w的柵極控制信號全部截止。具體地說，例如，即使由占空運算單元70c計算占空，由通電方式設定單元70e設定通電方式，但故障診斷單元70h對于柵極控制信號生成單元70f進行指示，以將對開關元件3211、32￥、32?、3411、3如、34?的柵極控制信號全部強制性地截止。
[0056]然后，將第1診斷設定之下的、由虛擬中性點電壓運算單元70g算出的虛擬中性點N 的電壓值Vn保存在RAM等的可寫入的存儲器中。
[0057]在步驟103中，診斷在開關元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*中是否發(fā)生導通粘連。
[0058]具體地說，故障診斷單元70h基于第1診斷設定之下的、由虛擬中性點電壓運算單元70g算出的被保存的虛擬中性點N的電壓值Vn和ROM等的存儲器中預先保存的閾值的比較，診斷是否發(fā)生導通粘連。[〇〇59] 在故障診斷處理中的第1診斷設定之下，在開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w* 沒有發(fā)生導通粘連的情況下，通過第1開關SW1、第2開關SW2,逆變器30進一步向第2電阻R2 不流動電流。因此，在第2電阻R2中，從第3開關SW3通過第4電阻R4流入電流，在將第4電阻R4 及第2電阻R2的電阻值分別設為R2及R4時，所以虛擬中性點N的電壓值Vn被預想為包含在將電源80的電壓Vcc分壓的分壓值VR2—R4{ =Vcc X R2/(R2+R4)}中考慮了電阻值R2及R4的偏差等誤差(土α)的規(guī)定范圍內(nèi)。
[0000]但是，在故障診斷處理中的第I診斷設定之下，在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中發(fā)生導通粘連的情況下，在第2電阻R2中，流入不僅通過了第3開關SW3還通過了第2開關SW2的電流，所以虛擬中性點N的電壓Vn上升。另一方面，在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中發(fā)生導通粘連的情況下，通過第3開關SW3流到第4電阻R4的電流不僅通過第2電阻R2流向地，而且通過在第I電阻R1、下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w之中發(fā)生了導通粘連的開關元件、以及電流傳感器40流向地，流入第2電阻R2的電流減少，所以虛擬中性點N的電壓值Vn下降。
[0061 ]因此，在步驟103中，在故障診斷處理中的第I診斷設定之下，在開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w中不發(fā)生導通粘連時所預想的虛擬中性點N的電壓值Vn的規(guī)定范圍內(nèi)，在包含實際地檢測、算出的虛擬中性點N的電壓值Vn的情況下，例如在VR2-R4-a < Vn < VR2-R4+a的情況下，能夠診斷為在開關元件3211、32￥、32*、3411、34￥、34￥中沒有發(fā)生導通粘連，所以接著為了診斷截止粘連的發(fā)生而進至步驟104(“是”)。另一方面，在虛擬中性點N的電壓值Vn不包含在第I規(guī)定范圍內(nèi)的情況下，能夠診斷為在開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w的其中一個中發(fā)生導通粘連，所以進至步驟109( “否”)，診斷為在逆變器30中發(fā)生故障并結(jié)束故障診斷處理。再有，例如，如在Vn>VR2-R4+a的情況下，診斷為在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中發(fā)生導通粘連，另一方面，在Vn<VR2-R4_a的情況下，診斷為在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中發(fā)生導通粘連那樣，能夠區(qū)別臂的上下來診斷導通粘連的發(fā)生。
[0062]這里，在故障診斷處理中，假設從第I開關SWl通過正極母線24p向逆變器30施加電壓，在開關元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*的上下臂的哪一個中都發(fā)生導通粘連時，也可能上下臂短路，并在電源80和地之間通過逆變器30流動過大的電流。
[0063]相對于此，在本實施方式的故障診斷處理中，通過第3電阻R3對逆變器30供給電流，所以即使在開關元件3211、32￥、32*、3411、34￥、34￥的上下臂的兩方中發(fā)生導通粘連，逆變器30上所施加的電壓可通過第3電阻R3而適度地使電壓降低，所以抑制在電源和地之間的過大的短路電流的發(fā)生，并且能夠執(zhí)行逆變器30的故障診斷處理。
[0064]此外，在本實施方式的故障診斷處理中，在開關元件32u、32v、32w，34u、34v、34w的上下臂的兩方發(fā)生導通粘連時，虛擬中性點N的電壓值Vn也有可能偶然包含在第I規(guī)定范圍內(nèi)，所以通過在故障診斷單元70h中同時監(jiān)視由電流運算單元70a算出的實際電流值，也可以診斷在上下臂兩方中是否發(fā)生導通粘連(參照圖2的虛線箭頭)。
[0065]在步驟104中，為了實施第2診斷而進行開關元32u、32v、32w，34u、34v、34w的導通和截止設定(第2診斷設定)。
[ΟΟ??] 第2診斷是，以根據(jù)第1診斷的診斷結(jié)果，開關元件3211、32￥、32*、3411、34￥、34￥正常地截止作為前提，診斷在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中是否發(fā)生截止粘連、即診斷下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w是否正常地導通。
[0067]因此，如圖6所示，在第2診斷設定中，在將對上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w的柵極控制信號全部強制性地截止的狀態(tài)下，以任意的順序進行僅導通對下臂側(cè)開關元件34u的柵極控制信號的模式1A、僅導通對下臂側(cè)開關元件34v的柵極控制信號的模式2A、以及僅導通對下臂側(cè)開關元件34W的柵極控制信號的模式3A。具體地說，例如，即使由占空運算單元70c計算占空，由通電方式設定單元70e設定通電方式，故障診斷單元70h仍然對于柵極控制信號生成單元70f進行指示，以依次地輸出模式1A、模式IB及模式IC的柵極控制信號。而且，在第2診斷設定的各模式之下，將由虛擬中性點電壓運算單元70g算出的虛擬中性點N的各電壓值Vn依次保存在RAM等的可寫入的存儲器中。
[0068]在步驟105中，診斷在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中是否發(fā)生截止粘連。
[0069]具體地說，故障診斷單元70h基于以模式1A、模式2A及模式3A分別保存的虛擬中性點N的各電壓值Vn和ROM等的存儲器中預先保存的閾值的比較，診斷在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中是否發(fā)生截止粘連。
[°07°] 根據(jù)第1診斷的診斷結(jié)果，被確認為開關元件3211、32￥、32*、3411、34￥、34￥正常地截止，所以在故障診斷處理中的第2診斷設定之下，在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中發(fā)生截止粘連的情況下，從第3開關SW3通過第4電阻R4流過的電流不流入到逆變器30，通過第2電阻R2流向地，所以虛擬中性點N中的電壓值Vn被預想包含在前述的分壓值VR2—R4 {= Vcc X R2/(R2+R4)}中考慮了電阻值R2及R4的偏差等誤差(土α)的規(guī)定范圍內(nèi)。另一方面，在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中沒有發(fā)生截止粘連的情況下，通過第3開關SW3流到第4電阻R4的電流不僅通過第2電阻R2流向地，而且通過第4電阻R4、第I電阻R1、下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w之中設定為導通的開關元件以及電流傳感器40流向地。因此，對于前述的分壓值VR2-R4{ =VccXR2/(R2+R4)}，虛擬中性點N中的電壓值Vn相當于低了電流在第2電阻R2之外的其他的路徑中流出到地的相應電壓值。
[0071]因此，在步驟105中，在故障診斷處理中的第2診斷設定之下，在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中發(fā)生截止粘連時所預想的虛擬中性點N的電壓值Vn的規(guī)定范圍內(nèi)，包含在模式1A、模式2A及模式3A中分別實際地檢測出的虛擬中性點N的各電壓值Vn的情況下，例如在VR2-R4_a < Vn < Vr2-R4+a的情況下，能夠診斷為在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中發(fā)生截止粘連。該情況下，進至步驟109(“否”)，診斷為在逆變器30中發(fā)生故障并結(jié)束故障診斷處理。另一方面，在模式1A、模式2A及模式3A中分別實際地檢測出的虛擬中性點N的各電壓值Vn不包含在前述的規(guī)定范圍內(nèi)的情況下，例如在Vn<VR2-R4-a的情況下，能夠診斷為在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中沒有發(fā)生截止粘連，所以接著為了診斷在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中是否發(fā)生截止粘連而進至步驟106( “是”)。
[0072]在步驟106中，為了實施第3診斷而進行開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w的導通和截止設定(第3診斷設定)。
[0073]第3診斷是，根據(jù)第I診斷的診斷結(jié)果，以開關元件32u、32v、32w、34u、34v、34w正常地截止作為前提，診斷在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中是否發(fā)生截止粘連，S卩，診斷上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w是否正常地導通。
[0074]因此，如圖7所示，在第3診斷設定中，在將對下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w的柵極控制信號全部強制性地截止的狀態(tài)下，以任意的順序進行僅導通對上臂側(cè)開關元件32u的柵極控制信號的模式1B、僅導通對上臂側(cè)開關元件32v的柵極控制信號的模式2B、以及僅導通對上臂側(cè)開關元件32w的柵極控制信號的模式3B。具體地說，例如，即使由占空運算單元70c計算占空，由通電方式設定單元70e設定通電方式，故障診斷單元70h仍然對于柵極控制信號生成單元70f進行指示，以依次地輸出模式1A、模式IB及模式IC的柵極控制信號。而且，在第3診斷設定的各模式之下，將由虛擬中性點電壓運算單元70g算出的虛擬中性點N的各電壓值Vn依次保存在RAM等的可寫入的存儲器中。[0〇75] 在步驟107中，診斷在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中是否發(fā)生截止粘連。[〇〇76]具體地說，故障診斷單元70h基于模式1B、模式2B及模式3B中分別保存的虛擬中性點N的各電壓值Vn和ROM等的存儲器中預先保存的閾值的比較，診斷在上臂側(cè)開關元件32u、 32v、32w中是否發(fā)生截止粘連。[0〇77] 根據(jù)第1診斷的診斷結(jié)果，確認了開關元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*正常地截止，所以在故障診斷處理中的第3診斷設定之下，在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中發(fā)生截止粘連的情況下，電流通過上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w不流向第2電阻R2,而在第2電阻R2 中，流入通過第3開關SW3在第4電阻中流動的電流。因此，在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中發(fā)生截止粘連的情況下，虛擬中性點N中的電壓Vn被預想包含在前述的分壓值Vr2-r4{=Vcc XR2/(R2+R4)}中考慮了電阻值R2及R4的偏差等誤差(土a)的規(guī)定范圍內(nèi)。另一方面，在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中沒有發(fā)生截止粘連的情況下，在第2電阻R2中，從第2開關SW2 通過上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w之中設定為導通的開關元件流入的電流和從第3開關SW3 通過第4電阻R4流入的電流的2個電流進行合流，所以虛擬中性點N的電壓值Vn相對于前述的分壓值 Vr2-R4 {= Vcc X R2/ (R2+R4)}上升。[〇〇78]因此，在步驟107中，在故障診斷處理中的第3診斷設定之下，在下臂側(cè)開關元件 34u、34v、34w中發(fā)生截止粘連時所預想的虛擬中性點N的電壓值Vn的規(guī)定范圍內(nèi)，包含在模式1B、模式2B及模式3B中分別實際地檢測出的虛擬中性點N的各電壓值Vn的情況下，例如在 VR2-R4-a < Vn < VR2-R4+a的情況下，能夠診斷為在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中發(fā)生截止粘連。在該情況下，進至步驟1〇9(“否”)，診斷為在逆變器30中發(fā)生故障并結(jié)束故障診斷處理。 另一方面，在模式1B、模式2B及模式3B中分別實際地檢測出的虛擬中性點N的各電壓值Vn不包含在前述的規(guī)定范圍內(nèi)的情況下，例如在Vn>VR2-R4+a的情況下，能夠診斷為在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中沒有發(fā)生截止粘連，所以進至步驟108( “是”)，基于第1診斷、第2診斷及第3診斷的診斷結(jié)果，綜合性地診斷為在逆變器30中沒有發(fā)生故障，并結(jié)束故障診斷處理。
[0079]根據(jù)這樣的逆變器30的故障診斷裝置及故障診斷方法，如前述的，在故障診斷處理中，不從第1開關SW1通過正極母線24p向逆變器30供給電流，而從第2開關SW2通過第3電阻R3向逆變器30供給電流，所以即使在上下臂兩方發(fā)生導通粘連，通過第2開關SW2在電源 80和地之間發(fā)生了過大的短路電流的情況下，通過第3電阻R3,也能夠使逆變器30上所施加的電壓下降至可以抑制逆變器30的過熱造成的2次故障的范圍內(nèi)。因此，根據(jù)本實施方式的逆變器30的故障診斷裝置及故障診斷方法，能夠抑制通過了逆變器30的電源80和地之間的過大的短路電流的發(fā)生，并且能夠執(zhí)行逆變器30的故障診斷處理。
[0080]此外，根據(jù)逆變器30的故障診斷裝置及故障診斷方法，在第1診斷中被確認在開關元件中沒有發(fā)生導通粘連，所以在第2診斷及第3診斷中，上下臂兩方不導通，能夠抑制通過逆變器30的在電源80和地之間發(fā)生過大的短路電流，并且執(zhí)行逆變器30的故障診斷處理。 [0081 ]再有，在前述的實施方式中，在第2診斷及第3診斷中，基于各模式之下分別保存的虛擬中性點N的各電壓值Vn和ROM等的存儲器中預先保存的閾值的比較，診斷在開關元件 3211、32￥、32￥、3411、3知、34￥中是否發(fā)生截止粘連，但可以取代這種方式，將步驟105及步驟 107如以下那樣進行。即，在步驟105中，在第2診斷設定的各模式中保存的虛擬中性點N的各電壓值Vn與第1診斷設定中保存的虛擬中性點N的電壓值Vn比較幾乎無變化的情況下，診斷為在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中發(fā)生截止粘連，另一方面，在變化的情況下，也可以診斷為在下臂側(cè)開關元件34u、34v、34w中沒有發(fā)生截止粘連。此外，在步驟107中，在第3診斷設定的各模式中保存的虛擬中性點N的各電壓值Vn與第1診斷設定中保存的虛擬中性點N的電壓值Vn比較幾乎無變化的情況下，診斷為在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中發(fā)生截止粘連，另一方面，在變化的情況下，也可以診斷為在上臂側(cè)開關元件32u、32v、32w中沒有發(fā)生截止粘連。
[0082]在前述的實施方式中，故障診斷處理按第1診斷、第2診斷、第3診斷的順序執(zhí)行，但不限于此，也可以調(diào)換第2診斷和第3診斷的前后，按第1診斷、第3診斷、第2診斷的順序執(zhí)行。[〇〇83] 在前述的實施方式中，逆變器30在通過端子22u、22v、22w電連接了無刷電機10的狀態(tài)下執(zhí)行故障診斷處理。但是，第1診斷中沒有發(fā)生導通粘連時所預想的虛擬中性點N的電壓值Vn、第2診斷中下臂上發(fā)生截止粘連時所預想的虛擬中性點N的電壓值Vn、以及第3診斷中上臂上發(fā)生截止粘連時所預想的虛擬中性點N的電壓值Vn幾乎不因逆變器30和無刷電機10是否連接而變化，所以也可以在將無刷電機10從逆變器30電分離的狀態(tài)下執(zhí)行故障診斷處理。
[0084]在前述的實施方式中，說明了故障診斷處理以點火鑰匙的導通作為契機，以不妨礙車載電動制動器的動作，根據(jù)車輛的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而適當執(zhí)行，但可以根據(jù)無刷電機10所適用的車載系統(tǒng)，以各種各樣的定時執(zhí)行。在無刷電機10作為電動水栗的驅(qū)動源來適用的情況下，例如，也可以在發(fā)動機的冷卻水溫低于目標值時等不要求電動水栗的動作時執(zhí)行故障診斷處理。而且，在無刷電機10和逆變器30處于電分離的狀態(tài)的情況下，也可以不考慮適用的車載系統(tǒng)而以任意的定時執(zhí)行故障診斷處理。
[0085]在前述的實施方式中，通過磁極位置檢測傳感器50檢測轉(zhuǎn)子的磁極位置，但能夠根據(jù)無刷電機10適用的車載系統(tǒng)，不使用磁極位置檢測傳感器50而進行無傳感器驅(qū)動。例如，在無刷電機10適用于電動水栗的驅(qū)動源的情況下，也可以將由電壓檢測電路60檢測和算出的虛擬中性點N的電壓值Vn為0伏時作為通電方式的切換定時。
[0086]標號說明[〇〇87]10...無刷電機、10u...U相線圈、10v...V相線圈、10w...W相線圈、20...驅(qū)動控制裝置、24p...正極母線、24n...負極母線、30...逆變器、32u、32v、32w...上臂側(cè)開關元件、 34u、34v、34w...下臂側(cè)開關元件、40...電流傳感器、60...電壓檢測電路、70...控制器、 70d...電流運算單元、70f...柵極控制信號生成單元、70g...虛擬中性點電壓運算單元、 70h...故障診斷單元、701...開關設定單元、80...電源、SW1...第1開關、SW2...第2開關、 SW3...第3開關、R1...第1電阻、R2...第2電阻、R3...第3電阻、R4...第4電阻、N...虛擬中性點。
【主權(quán)項】
1.一種逆變器的故障診斷裝置，其為對于串聯(lián)地連接的一對開關元件在各相構(gòu)成上下臂來驅(qū)動3相電機的逆變器，診斷是否發(fā)生故障的逆變器的故障診斷裝置，包括: 電壓檢測電路，構(gòu)成為將多個第I電阻的一端彼此連接，并將該連接點通過第2電阻與地連接，同時將所述多個第I電阻的另一端以一對一方式分別連接在各相的所述上下臂間，檢測所述連接點的電壓； 第I開關，設置在連接電源和上臂側(cè)開關元件的正極母線上； 第2開關，與所述第I開關并聯(lián)、并且與第3電阻串聯(lián)地設置； 第3開關，在所述電源和所述連接點之間與第4電阻串聯(lián)地設置；以及 控制單元，構(gòu)成為控制所述上臂側(cè)開關元件及所述下臂側(cè)開關元件、以及所述第I開關、所述第2開關及所述第3開關的導通和截止，并且與所述連接點電連接。2.如權(quán)利要求1所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于， 所述控制單元構(gòu)成為基于從所述電壓檢測電路檢測出的所述連接點的電壓，診斷所述逆變器是否故障。3.如權(quán)利要求2所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于， 所述控制單元構(gòu)成為在診斷所述逆變器是否故障時，進行將所述第2開關及所述第3開關導通，同時將所述第I開關截止的控制。4.如權(quán)利要求3所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于， 所述控制單元構(gòu)成為基于在進行了將所述上臂側(cè)開關元件及所述下臂側(cè)開關元件全部截止的控制的情況下檢測的所述連接點的電壓，診斷在所述上臂側(cè)開關元件及所述下臂側(cè)開關元件中是否發(fā)生導通粘連。5.如權(quán)利要求4所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于， 所述控制單元構(gòu)成為在診斷為所述上臂側(cè)開關元件及所述下臂側(cè)開關元件中沒有發(fā)生導通粘連時，基于在進行將所述上臂側(cè)開關元件全部截止的控制，同時進行了將所述下臂側(cè)開關元件順序地一次導通一個的控制的情況下檢測的所述連接點的電壓，診斷在所述下臂側(cè)開關元件中是否發(fā)生截止粘連。6.如權(quán)利要求5所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于， 所述控制單元構(gòu)成為在診斷為所述下臂側(cè)開關元件中沒有發(fā)生截止粘連時，基于在進行將所述下臂側(cè)開關元件全部截止的控制，同時進行了將所述上臂側(cè)開關元件順序地一次導通一個的控制的情況下檢測的所述連接點的電壓，診斷在所述上臂側(cè)開關元件中是否發(fā)生截止粘連。7.如權(quán)利要求4所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于， 所述控制單元構(gòu)成為在診斷為所述上臂側(cè)開關元件及所述下臂側(cè)開關元件中沒有發(fā)生導通粘連時，基于在進行將所述下臂側(cè)開關元件全部截止的控制，同時進行了將所述上臂側(cè)開關元件順序地一次導通一個的控制的情況下檢測的所述連接點的電壓，診斷在所述上臂側(cè)開關元件中是否發(fā)生截止粘連。8.如權(quán)利要求7所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于， 所述控制單元構(gòu)成為在診斷為所述上臂側(cè)開關元件中沒有發(fā)生截止粘連時，基于在進行將所述上臂側(cè)開關元件全部截止的控制，同時進行了將所述下臂側(cè)開關元件順序地一次導通一個的控制的情況下檢測的所述連接點的電壓，診斷在所述下臂側(cè)開關元件中是否發(fā)生截止粘連。9.如權(quán)利要求2所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于，在連接所述地和所述上臂側(cè)開關元件的負極母線上，還設置用于檢測所述3相電機中 流過的電流的電流傳感器。10.如權(quán)利要求9所述的逆變器的故障診斷裝置，其特征在于，所述控制單元構(gòu)成為還基于由所述電流傳感器檢測出的電流，診斷在所述逆變器中是 否發(fā)生故障。11.一種逆變器的故障診斷方法，其為對于串聯(lián)地連接的一對開關元件在各相構(gòu)成上 下臂來驅(qū)動3相電機的逆變器，診斷是否發(fā)生故障的逆變器的故障診斷方法，從將多個第1電阻的一端彼此連接，將該連接點通過第2電阻與地連接，同時將所述多 個第1電阻的另一端以一對一方式分別連接在各相的所述上下臂間的電路，輸入所述連接 點的電壓的控制單元將設置在連接電源和上臂側(cè)開關元件的正極母線上的第1開關截止，將與所述第1開關并聯(lián)、并且與第3電阻串聯(lián)地設置的第2開關導通，將在所述電源和所述連接點之間與第4電阻串聯(lián)地設置的第3開關導通，而且基于進行了以使所述上臂側(cè)開關元件及所述下臂側(cè)開關元件按規(guī)定的模式導通 或截止那樣的控制時的所述連接點的電壓，診斷所述逆變器是否故障。
【文檔編號】G01R31/02GK105939127SQ201610115758
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月1日
【發(fā)明人】黑巖伸幸
【申請人】日立汽車系統(tǒng)株式會社