DE102010029596A1

DE102010029596A1 - Invertervorrichtung

Info

Publication number: DE102010029596A1
Application number: DE102010029596A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Ueki; Takao Ichihara
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: US20100309589A1; JP5333756B2; JP2010284051A; CN101908833B; US8274768B2; DE102010029596B4; CN101908833A

Abstract

Es wird die Vereinfachung und Miniaturisierung einer Schaltungskonfiguration in einer Invertervorrichtung ermöglicht, bei der eine Abschaltfunktion redundant gemacht wird, um die Sicherheitsnormen der europäischen Norm „EN954-1” und dergleichen zu erfüllen. Die Invertervorrichtung beinhaltet eine IGBT-Brückenschaltung 630, einen Antriebsblock 600, der einen Oberarm-Optokoppler 610 und einen Unterarm-Optokoppler 620 aufweist, und einen Steuerblock 500, der eine CPU 510 einschließt, die Gatesignale erzeugt und sie den Optokopplern 610, 620 zuführt. Der Steuerblock 500 beinhaltet eine Oberarm-Abschaltschaltung 520 und eine Unterarm-Abschaltschaltung 530, die die Treibersignale der Oberarm- und Unterarm-IGBTs U, V, W, X, Y, Z nach Maßgabe von von außerhalb eingegebenen Abschaltsignalen einzeln abschalten, und die Abschaltschaltungen führen einen Abschaltvorgang nach Maßgabe der Abschaltsignale aus, die zueinander umgekehrte Logiken aufweisen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Invertervorrichtung, die eine Funktion redundant macht, welche ein Treibersignal eines Halbleiterschaltelements abschaltet.
2. Stand der Technik
Die europäische Norm „EN954-1” (ISO 13849-1) ist als grundlegende Sicherheitsnorm für eine mechanische Vorrichtung bekannt. Mit der europäischen Norm „EN954-1”, wie in Tabelle 1 gezeigt, werden von einer mechanischen Vorrichtung geforderte Sicherheits-Anforderungspunkte und ein den Anforderungspunkten entsprechendes Systemverhalten nach Kategorie eingeteilt.

Beispielsweise fordert die Kategorie „3” der Tabelle 1 neben der Forderung der Kategorie „1”, dass eine Gestaltung derart sein müsse, dass sie eine Redundanz bereitstellt, damit eine Sicherheitsfunktion nicht aufgrund eines einzelnen Fehlers beeinträchtigt wird. Tabelle 1

Kategorie	Anforderungen (in Kürze)	Systemverhalten
B	Die sicherheitsbezogenen Teile von Steuerungen und/oder ihre Schutzeinrichtungen als auch ihr Bauteile müssen in Übereinstimmung mit den zutreffenden Normen so gestaltet, gebaut, ausgewählt und kombiniert werden, dass sie den zu erwartenden Einflüssen standhalten können. Es sind grundlegende Sicherheitsprinzipien anzuwenden.	Das Auftreten eines Fehlers kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.
1	Die Anforderungen von B müssen erfüllt sein. Bewährte Bauteile und bewährte Sicherheitsprinzipien müssen angewendet werden.	Wie für Kategorie B beschrieben, aber mit höherer sicherheitsbezogener Zuverlässigkeit der sicherheitsbezogenen Funktion (je größer die Zuverlässigkeit, desto geringer die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers).
2	Die Anforderungen von B und die Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Die Sicherheitsfunktion muss beim Anlassen der Maschine und in geeigneten Zeitabständen durch die Maschinensteuerung überprüft werden. Wird ein Fehler entdeckt, ist ein sicherer Zustand einzuleiten, oder, wenn dies nicht möglich ist, ein Alarm auszulösen.	Der Verlust der Sicherheitsfunktion wird durch die Prüfung erkannt. Das Auftreten eines Fehlers kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion zwischen den Prüfungsabständen führen.
	Die Anforderungen von B und die Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Sicherheitsbezogene Teile müssen so gestaltet sein, dass ein einzelner Fehler in jedem dieser Teile nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führt, und wann immer in angemessener Weise durchführbar, der einzelne Fehler erkannt wird.	Wenn ein einzelner Fehler auftritt, bleibt die Sicherheitsfunktion immer erhalten. Einige, aber nicht alle Fehler werden erkannt. Eine Anhäufung unerkannter Fehler kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.
4	Die Anforderungen von B und die Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Das System muss so gestaltet sein, dass ein einzelner Fehler in jedem dieser Teile nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führt, und der einzelne Fehler bei oder vor der nächsten Anforderung an die Sicherheitsfunktion erkannt wird, oder, wenn dies nicht möglich ist, darf eine Anhäufung von Fehlern nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.	Wenn Fehler auftreten, bleibt die Sicherheitsfunktion immer erhalten. Die Fehler werden rechtzeitig erkannt, um einen Verlust der Sicherheitsfunktion zu verhindern.

Eine bereits bekannte Technologie einer Invertervorrichtung, die redundant entworfen ist, um die Kategorie „3” zu erfüllen, ist in den 4 bis 6 gezeigt.
In einer ersten bereits bekannten Technologie, die in 4 gezeigt ist, bezeichnet 100A eine Invertervorrichtung und 200 einen als Last wirkenden Motor. Die Invertervorrichtung 100A beinhaltet einen Steuerblock 110A und einen Antriebsblock (Stromquellenblock) 120A.
Da eine CPU 111, die IGBT-Gatesignale erzeugt, und eine erste Abschaltschaltung 112 auf dem Steuerblock 110A angeordnet sind, sind eine zweite Abschaltschaltung 121, ein Treiber-Optokoppler 122 und eine IGBT-Brückenschaltung 123 auf dem Antriebsblock 120A angeordnet. Da die IGBT-Brückenschaltung 123 eine dreiphasige Brückenschaltung ist, die aus sechs brückengeschalteten IGBTs gebildet ist, sind die Ausgangsanschlüsse der drei Phasen mit dem Motor 200 verbunden.
In der bisher beschriebenen Konfiguration gehen die von der CPU 111 erzeugten Gatesignale normalerweise durch die erste Abschaltschaltung 112 hindurch und werden in den Treiber-Optokoppler 122 eingegeben, und dadurch, dass die IGBTs der IGBT-Brückenschaltung 123 von Ausgangssignalen des Treiber-Optokopplers 122 angesteuert werden, wird eine Wechselspannung an den Motor 200 angelegt. Dadurch dreht sich der Motor.
Auch wird in dem Fall, dass sich die Notwendigkeit ergibt, den Motor 200 aufgrund des Auftretens einer Anormalität, eines Fehlers oder dergleichen anzuhalten, ein Abschaltsignal von außen in die erste und zweite Abschaltschaltung 112 und 121 eingegeben. Dabei gibt es als Abschaltsignal ein Ausgangssignal eines Mikrolichtervorhangs, der optisch erfasst, dass sich jemand einer Fertigungsstraße, an der der Motor 200 eingebaut ist, und dergleichen genähert hat.
Wenn die Gatesignale und die Primärseiten-Stromquelle des Treiber-Optokopplers 122 von der ersten und zweiten Abschaltschaltung 112 und 121, die als Reaktion auf das Abschaltsignal arbeiten, abgeschaltet werden, wird der Motor 200 zuverlässig angehalten.
Indem die Gatesignal-Abschaltfunktion unter Verwendung der doppelt ausgelegten Abschaltschaltungen 112 und 121 auf diese Weise redundant gemacht wird, wird die Sicherheit des Systems aufrechterhalten.
Weiterhin bezeichnet in einer zweiten bereits bekannten Technologie, die in 5 gezeigt ist, 100B eine Invertervorrichtung und 200 einen Motor, wie zuvor beschrieben. Die Invertervorrichtung 100B beinhaltet einen Steuerblock 110B und einen Antriebsblock 120B.
Eine CPU 111, die IGBT-Gatesignale erzeugt, und eine erste und zweite Abschaltschaltung 112 und 113, die auf dem Steuerblock 110B angeordnet sind, ein Treiber-Optokoppler 122 und eine IGBT-Brückenschaltung 123 sind auf dem Antriebsblock 120B angeordnet.
In der bisher beschriebenen Konfiguration gehen die von der CPU 111 erzeugten Gatesignale normalerweise durch die erste und zweite Abschaltschaltung 112 und 113 hindurch und werden in den Treiber-Optokoppler 122 eingegeben, und dadurch, dass die IGBTs der IGBT-Brückenschaltung 123 von Ausgangssignalen des Treiber-Optokopplers 122 angesteuert werden, wird eine Wechselspannung an den Motor 200 angelegt. Dadurch dreht sich der Motor 200.
Auch werden, wenn ein Abschaltsignal von außen in die erste und zweite Abschaltschaltung 112 und 113 auf dem Steuerblock 110B eingegeben wird, die Gatesignale von der ersten und zweiten Abschaltschaltung 112 und 113, die als Reaktion auf das Abschaltsignal arbeiten, abgeschaltet, was bedeutet, dass der Motor 200 zuverlässig angehalten wird.
Auch mit dieser bereits bekannten Technologie wird, indem die Gatesignal-Abschaltfunktion unter Verwendung der doppelt ausgelegten Abschaltschaltungen 112 und 113 auf dem Steuerblock 110B redundant gemacht wird, die Sicherheit des Systems aufrechterhalten.
Des Weiteren ist 6, die eine dritte bereits bekannte Technologie zeigt, die Schaltung, die in IEC61800-5-2, Anhang B, Fig. B.3, veranschaulicht ist.
In 6 bezeichnet 100C eine Invertervorrichtung, 120C einen Antriebsblock, 122 einen Treiber-Optokoppler, 122X einen Oberarm-Optokoppler, 122Y einen Unterarm-Optokoppler und 123 eine IGBT-Brückenschaltung.
130, das einen Steuerblock bezeichnet, in den ein Abschaltsignal a eingegeben wird, beinhaltet eine CPU 131, eine erste Abschaltschaltung 132, einen Speicher 133, eine Takterzeugungsschaltung 134 und einen Optokoppler-122X-Stromquellen-Abschalttransistor 135. 140, das einen Abschaltblock bezeichnet, in den ein Abschaltsignal b eingegeben wird, beinhaltet eine zweite Abschaltschaltung 141, eine Laufzeitüberwachung 142 und einen Optokoppler-122Y-Stromquellen-Abschalttransistor 143. Außerdem bezeichnet 136 eine Abschaltbestätigungsschaltung.
In der bereits beschriebenen Konfiguration werden von der CPU 131 erzeugte Gatesignale normalerweise in den Treiber-Optokoppler 122 eingegeben, und dadurch, dass die Ober- und Unterarm-IGBTs der IGBT-Brückenschaltung 123 durch Ausgangssignale des Treiber-Optokopplers 122 angesteuert werden, wird eine Wechselspannung an den Motor 200 angelegt. Dadurch dreht sich der Motor 200.
Wenn das Abschaltsignal a von außen in die erste Abschaltschaltung 132 im Steuerblock 130 eingegeben wird, wird die Stromquelle des Oberarm-Optokopplers 122X durch einen Abschaltbefehl a', der an die CPU 131 gesendet wird, und ein Abschalten des Transistors 135 durch die CPU 131 abgeschaltet. Auch wird, wenn das Abschaltsignal b von außen in die zweite Abschaltschaltung 141 im Abschaltblock 140 eingegeben wird, die Stromquelle des Unterarm-Optokopplers 122Y abgeschaltet, indem der Transistor 143 durch einen Abschaltbefehl b' direkt abgeschaltet wird.
Die Konfiguration ist dergestalt, dass, wenn die Abschaltbefehle a' und b' in die CPU 131 eingegeben werden, die IGBT-Gatesignale selbst ebenfalls abgeschaltet werden.
Weiterhin gibt die CPU 131 einen Befehl aus, wenn Betätigungssignale der Transistoren 135 und 143 zum Zeitpunkt eines Abschaltvorgangs an die CPU 131 zurückgekoppelt werden, und ein Abschaltbestätigungssignal wird von der Abschaltbestätigungsschaltung 136 ausgegeben.
Gemäß dieser bisher bekannten Technologie wird, da die Stromquelle des Treiber-Optokopplers 122 und die IGBT-Gatesignale abgeschaltet werden, der Motor 200 zuverlässig angehalten.
In JP A-9-238476 (Absätze [0011] bis [0023], 1 und dergleichen) ist eine Technologie offenbart, bei der, da in einer Anormalitätserfassungs- und Schutzschaltung von Halbleiterelementen, die eine Strombrückenschaltung konfigurieren, sowie verschiedene Arten von Anormalität (ein Lastkurzschluss, ein zu den Halbleiterelementen fließender Überstrom oder ein Abfall einer Steuerstromquellenspannung) nach der Kategorie erfasst und gespeichert werden und das Schalten der Halbleiterelemente gestoppt wird, die Anormalitäten einem integrierten Steuersystem gemeldet werden.
Mit der ersten und dritten bereits bekannten Technologie ist ein Durchgang eines Abschaltsignals von dem Steuerblock 110A zu dem Antriebsblock 120A oder von dem Steuerblock 130 und dem Abschaltblock 140 zu dem Antriebsblock 120C notwendig. Aus diesem Grund nimmt die Zahl der Pins eines Konnektors zum Ausführen des Durchgangs des Abschaltsignals zu und die Schaltung wird kompliziert. Da es mit der ersten bereits bekannten Technologie notwendig ist, die Abschaltschaltung 121 auf dem Antriebsblock 120A anzubringen, wird der Antriebsblock 120A größer.
Mit der zweiten bereits bekannten Technologie ist, da die beiden Abschaltschaltungen 112 und 113 auf dem Steuerblock 110B angebracht sind, die Konfiguration der Abschaltschaltungen innerhalb des Steuerblocks 110B vollständig, weswegen es möglich ist, die Schaltungskonfiguration des Antriebsblocks 120B zu vereinfachen.
Jedoch werden in dem Fall, dass beispielsweise die IGBT-Brückenschaltung 123 drei Phasen aufweist, sechs Gatesignale von der CPU 111 erzeugt, und da die Gatesignale in die und aus den Abschaltschaltungen 112 und 113 ein- bzw. ausgegeben werden müssen, wird die Verdrahtung kompliziert. Auch besteht das Problem, dass sich der Anbringungsbereich der Abschaltschaltungen auf dem Steuerblock 110B vergrößert und der Block als Ganzes größer wird.
Da die Zahl von Anormalitätserfassungsschaltungen, Anormalitätsspeicherschaltungen und dergleichen mit der Zahl der Anormalitätsarten übereinstimmen muss, besteht mit der bereits bekannten Technologie, die in JP-A-9-238476 (Absätze [0011] bis [0023], 1 und dergleichen) beschrieben ist, das Problem, das dies zu einer komplizierteren und größeren Schaltungskonfiguration führt.
ZUSAMMENFASSUGN DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vereinfachung einer Schaltungskonfiguration und eine Miniaturisierung der Schaltung insgesamt in einer Invertervorrichtung zu ermöglichen, wobei eine Abschaltfunktion redundant gemacht wird, um die Sicherheitsnormen der europäischen Norm „EN954-1” und dergleichen zu erfüllen.
Um die bereits beschriebene Aufgabe zu lösen, beinhaltet eine Invertervorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Brückenschaltung, die aus brückengeschalteten Halbleiterschaltelemente, wie etwa IGBTs, einem Antriebsblock und einem Steuerblock besteht.
Dabei weist der Antriebsblock einen Oberarm-Optokoppler und einen Unterarm-Optokoppler auf, die Treibersignale (Gatesignale) zum Ein- und Ausschalten von Oberarm-Schaltelementen bzw. Unterarm-Schaltelementen ausgeben. Der Steuerblock beinhaltet auch eine Treibersignal-Erzeugungsschaltung, wie etwa eine CPU, die die Treibersignale erzeugt und dem Oberarm-Optokoppler und Unterarm-Optokoppler zuführt.
Der Steuerblock beinhaltet eine Oberarm-Abschaltschaltung und eine Unterarm-Abschaltschaltung, die die Treibersignale der Oberarm-Schaltelemente und die Treibersig nale der Unterarm-Schaltelemente nach Maßgabe von von außerhalb eingegebenen Abschaltsignalen einzeln abschalten. Dabei sind die Oberarm-Abschaltschaltung und die Unterarm-Abschaltschaltung auf eine solche Weise konfiguriert, dass sie einen Abschaltvorgang nach Maßgabe der Abschaltsignale ausführen, die zueinander umgekehrte Logiken aufweisen.
Die Oberarm-Abschaltschaltung und die Unterarm-Abschaltschaltung sind vorzugsweise zwischen der Treibersignal-Erzeugungsschaltung und dem Oberarm-Optokoppler und dem Unterarm-Optokoppler verbunden. Dementsprechend können sie auf eine solche Weise redundant gemacht werden, dass sie zumindest die Treibersignale der Oberarm-Schaltelemente oder die Treibersignale der Unterarm-Schaltelemente abschalten.
Vorzugsweise ist eine Fehlererfassungsschaltung auf der Ausgangsseite der Oberarm-Abschaltschaltung und der Unterarm-Abschaltschaltung geschaltet und ein Ausgangssignal der Fehlererfassungsschaltung wird vorzugsweise an die Treibersignal-Erzeugungsschaltung zurückgekoppelt. Weiterhin gibt die Treibersignal-Erzeugungsschaltung bevorzugt nach außen ein Fehlererfassungssignal aus, das auf der Grundlage des Ausgabesignals der Fehlererfassungsschaltung erzeugt worden ist.
Es ist bevorzugt, dass die Fehlererfassungsschaltung eine verdrahtete ODER-Schaltung beinhaltet, die aus beispielsweise Dioden gebildet ist, die jeweils zwischen der Ausgangsseite der Oberarm-Abschaltschaltung und der Unterarm-Abschaltschaltung und einer Gleichstromquelle verbunden sind und weiterhin wird ein Ausgangsignal der verdrahteten ODER-Schaltung bevorzugt an die Treibersignal-Erzeugungsschaltung zurückgekoppelt.
Gemäß der Erfindung ist es durch Anbringen der Oberarm-Abschaltschaltung und der Unterarm-Abschaltschaltung am Steuerblock möglich, die Abschaltfunktion innerhalb des Steuerblocks zu kulminieren, und es besteht keine Gefahr, dass die Schaltungskonfiguration des Antriebsblocks kompliziert oder größer wird. Da es möglich ist, durch Ersetzen von nur dem Steuerblock eine Invertervorrichtung zu konfigurieren, die Sicherheitsnormen entspricht oder nicht entspricht, ist es auch möglich, ein Produkt gemäß erforderlichen Sicherheitsspezifikationen flexibel bereitzustellen.
Weiterhin ist es durch Verringern der Zahl von Treibersignalen, die abgeschaltet werden müssen, möglich, eine Vereinfachung der Schaltungskonfiguration und eine Verringerung der Zahl der Drähte zu erzielen.
Indem die Oberarm-Abschaltschaltung und die Unterarm-Abschaltschaltung veranlasst werden, unter Verwendung von Abschaltsignalen mit zueinander umgekehrten Logiken zu arbeiten, ist es auch möglich, die Sicherheit der Invertervorrichtung weiterhin durch Verwendung einer Sicher-Abgeschaltetes-Drehmoment-(safety torque off, STO)-Funktion zu erhöhen, die den Motor zuverlässig anhält, selbst in dem Fall eines Kurzschlussfehlers zwischen den Ober- und Unterarm-Abschaltsignalen weiter zu erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagram, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2. ist ein Schaltdiagramm, das ein Arbeitsbeispiel der Erfindung zeigt;
3A ist eine Zeittafel, die einen Abschaltvorgang zu einer normalen Zeit im Arbeitsbeispiel zeigt;
3B ist eine Zeittafel, die einen Vorgang zu einer Zeit eines Abschaltens im Arbeitsbeispiel zeigt;
3C ist eine Zeittafel, die einen Vorgang zu einer Zeit eines Abschaltens im Arbeitsbeispiel zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das eine erste bereits bekannte Technologie zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite bereits bekannte Technologie zeigt; und
6 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte bereits bekannte Technologie zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUING DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung auf der Grundlage der Zeichnungen. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Ausführungsbeispiels zeigt.
In 1 bezeichnet 300 eine Invertervorrichtung, die einen als Last wirkenden Motor 200 ansteuert. Die Invertervorrichtung 300 beinhaltet einen Anschlussbasisblock 400, einen Steuerblock 500 und einen Antriebsblock 600.
Zum Aufteilen eines Abschaltsignals S1 von außen in zwei Signale und Eingeben derselben in den Steuerblock 500 sind Signaleingabeelemente 401 und 402 auf dem Anschlussbasisblock 400 vorgesehen. In 1 sind die Signaleingabeelemente 401 und 402 als Dioden dargestellt.
Da eine Inverterschaltung 501, die die Logik eines der Abschaltsignale S1 invertiert, auf dem Steuerblock 500 vorgesehen ist, wird ein Ausgangssignal S2 der Inverterschaltung 501 in eine CPU 510 eingegeben, die als Treibersignal-Erzeugungsschaltung dient, und in eine Oberarm-Abschaltschaltung 520 eingegeben. Auch das andere Abschaltsignal S1 wird in die CPU 510 und eine Unterarm-Abschaltschaltung 530 als Signal S3 mit unveränderter Logik eingegeben.
Vorliegend werden die Signale S2 und S3 auch als Abschaltsignale, auf dieselbe Weise wie das Signal S1, bezeichnet.
Drei Oberarm-Gatesignale S4 werden aus der CPU 510 ausgegeben. Die Gatesignale S4 gehen durch die Oberarm-Abschaltschaltung 520 hindurch und werden als Gatesignale S6 in einen Oberarm-Optokoppler 610 eingegeben, der in dem Antriebsblock 600 beinhaltet ist. Auf dieselbe Weise werden drei Unterarm-Gatesignale S5 aus der CPU 510 ausgegeben. Die Gatesignale S5 gehen durch die Unterarm-Abschaltschaltung 530 hindurch und werden als Gatesignale S7 in einen Unterarm-Optokoppler 620 eingegeben, der in dem Antriebsblock 600 beinhaltet ist.
Da eine Fehlererfassungsschaltung 540 mit jeder der Abschaltschaltungen 520 und 530 verbunden ist, wird auch ein Ausgangssignal (Feedbacksignal) S8 der Fehlererfassungsschaltung 540 in die CPU 510 eingegeben. Dabei betrifft ein Fehler beispielsweise die Art von Zustand, in dem das Abschaltsignal S2 oder S3, die Gatesignale S6 oder S7 oder das Feedbacksignal S8 unverändert auf einem niedrigen Niveau oder einem hohen Niveau festgelegt ist.
Da der Antriebsblock 600 die Optokoppler 610 und 620 und eine dreiphasige IGBT-Brückenschaltung 630 einschließt, gibt der Oberarm-Optokoppler 610 Gatesignale an die Oberarm-IGBTs U, V und W aus, die die IGBT-Brückenschaltung 630 konfigurieren, und der Unterarm-Optokoppler 620 gibt Gatesignale an die Unterarm-IGBTs X, Y und Z aus.
Im Ausführungsbeispiel ist ein Fall gezeigt, in dem IGBTs als Halbleiterschaltelemente verwendet werden, aber FETs oder andere Halbleiterschaltelemente können ebenfalls verwendet werden. Auch ist in dem Ausführungsbeispiel die IGBT-Brückenschaltung 630 auf dem Antriebsblock 600 zusammen mit den Ober- und Unterarm-Optokopplern 610 und 620 angeordnet, aber die IGBT-Brückenschaltung 630 kann auch auf einem von dem Antriebsblock 600 getrennten Block angebracht sein.
Arbeitsbeispiel 1
Als Nächstes ist 2 ein Schaltungsdiagramm eines spezifischen Arbeitsbeispiels des bereits beschriebenen Ausführungsbeispiels. In 2 sind Bauteile, die den in 1 abgebildeten Blöcken entsprechen, mit den gleichen Zahlen versehen.
In 2 ist es, da 701 einen Schalter bezeichnet, welcher veranlasst, das das Abschaltsignal S1 ausgegeben wird, beispielsweise ein Schalter eines Mikrolichtervor hangs, der die Tatsache erfasst, dass jemand sich einer Fertigungsstraße genähert hat, wie zuvor beschrieben. Da ein Ende des Schalters 701 mit einer Gleichstromquelle 503 verbunden ist, die in dem Steuerblock 500 beinhaltet ist, werden durch den Schalter 701, der normalerweise eingeschaltet, hier aber abgeschaltet ist, die Abschaltsignale S1 über den Anschlussbasisblock 400 in den Steuerblock 500 eingegeben.
401a und 402a, die in dem Anschlussbasisblock 400 enthalten sind, bezeichnen Signalleitungen, die den Signaleingabeelementen 401 und 402 entsprechen.
Auf dem Steuerblock 500, 501, der eine Inverterschaltung ist, die eines der Abschaltsignale S1 invertiert, wird das von der Inverterschaltung 501 ausgegebene Abschaltsignal S2 in die CPU 510 und Oberarm-Abschaltschaltung 520 eingegeben. Da 502 eine Signalübertragungsschaltung bezeichnet, die das andere Abschaltsignal S1 mit unveränderter Logik überträgt, wird das von der Signalübertragungsschaltung 502 ausgegebene Abschaltsignal S3 in die CPU 510 und Unterarm-Abschaltschaltung 530 eingegeben.
Dabei können die Inverterschaltung 501 und die Signalübertragungsschaltung 502 unter Verwendung von beispielsweise Optokopplern konfiguriert werden.
Ein Konnektor 551 ist mit der Ausgangsseite der Inverterschaltung 501 und der Signalübertragungsschaltung 502 verbunden. Der Konnektor 551 dient zum Übertragen der Abschaltsignale S2 und S3 und des Feedbacksignals S8 nach außen.
Wie auch in 1 veranschaulicht, werden die drei Oberarm-Gatesignale S4 und drei Unterarm-Gatesignale S5 von der CPU 510 in die Oberarm-Abschaltschaltung 520 bzw. Unterarm-Abschaltschaltung 530 eingegeben. Da jede der Abschaltschaltungen 520 und 530 aus zum Beispiel einem Dreizustandspuffer mit einem Ausgangsfreigabegate gebildet ist, konfiguriert eine Schaltung, bei der das Freigabegate aktiv niedrig (negative Logik) ist, die Oberarm-Abschaltschaltung 520, während eine Schaltung, bei der das Freigabegate aktiv hoch (positive Logik) ist, die Unterarm-Abschaltschaltung 530 konfiguriert.
Die aus der Oberarm-Abschaltschaltung 520 ausgegebenen Gatesignale S6 werden in den Oberarm-Optokoppler 610 eingegeben, der in dem Antriebsblock 600 beinhaltet ist, und die aus der Unterarm-Abschaltschaltung 530 ausgegebenen Gatesignale S7 werden in den Unterarm-Optokoppler 620 eingegeben.
Die aus dem Oberarm-Optokoppler 610 ausgegebenen Gatesignale werden an die Oberarm-IGBTs U, V und W in der IGBT-Brückenschaltung 630 eingegeben und die von dem Unterarm-Optokoppler 620 ausgegebenen Gatesignale werden an die Unterarm-IGBTs X, Y und Z angelegt. In 2 ist nur eine Phase der drei Phasen der IGBTs U und X gezeigt und die anderen Phasen der IGBTs sind weggelassen.
Da die Fehlererfassungsschaltung 540 auf der Ausgangsseite von jeder der Abschaltschaltungen 520 und 530 geschaltet ist, wird das Feedbacksignal S8, das das Ausgabesignal der Fehlererfassungsschaltung 540 ist, in die CPU 510 eingegeben.
Die Fehlererfassungsschaltung 540 beinhaltet beispielsweise Dioden 541 und 542, die eine verdrahtete ODER-Schaltung konfigurieren. Die Anoden der Dioden 541 und 542, die gemeinsam angeschlossen sind, sind über einen Pull-up-Widerstand 545 mit einer Gleichstromquelle verbunden. Auch ist die Kathode der Diode 541 mit dem Ausgangsanschluss der Oberarm-Abschaltschaltung 520 verbunden und die Kathode der Diode 542 ist mit dem Ausgangsanschluss der Unterarm-Abschaltschaltung 530 verbunden.
Die Anoden der Dioden 541 und 542 sind mit dem Feedbacksignal-Eingabeanschluss der CPU 510 über einen Dreizustandspuffer 543 und einen Puffer 544 verbunden. Das Freigabegate des Dreizustandspuffers 543 ist über einen Pull-up-Widerstand 546 mit einer Gleichstromquelle verbunden.
Die CPU 510 erzeugt ein Fehlererfassungssignal S9 auf der Grundlage des Feedbacksignals S8 und das Fehlererfassungssignal S9 wird nach außen von einem Ausgabeanschluss 403 des Anschlussbasisblocks 400 ausgegeben.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung einer Betätigung des Arbeitsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeittafeln der 3A bis 3C.
Wenn zum Beispiel während des Betriebs des Motors 200 durch die Invertervorrichtung 300 durch den Mikrolichtervorhang erfasst wird, dass sich jemand der Fertigungsstraße genähert hat, wird der Schalter 701 ausgeschaltet. Zusammen damit werden die Abschaltsignale S1 in die Inverterschaltung 501 und die Signalübertragungsschaltung 502 eingegeben.
Zu dieser Zeit werden die Abschaltsignale S2 und S3 mit zueinander umgekehrteh Logiken aus der Inverterschaltung 501 bzw. der Signalübertragungsschaltung 502 ausgegeben, das Abschaltsignal S2 wird in das Freigabegate der Oberarm-Abschaltschaltung 520 und das Abschaltsignal S3 in das Freigabegate der Unterarm-Abschaltschaltung 530 eingegeben.
Aus diesem Grund ist die Ausgabeseite von jeder der Abschaltschaltungen 520 und 530 von großer Impedanz und der Ausgangsanschluss von jeder der Abschaltschaltungen 520 und 530 ist im Wesentlichen von dem Oberarm-Optokoppler 610 und dem Unterarm-Optokoppler 620 isoliert, was bedeutet, dass die Oberarm- und Unterarm-Gatesignale S6 und S7 nicht mehr in die Optokoppler 610 und 620 eingegeben werden.
Wenn kein Fehler in der Inverterschaltung 501, Signalübertragungsschaltung 502, den Abschaltschaltungen 520 und 530 oder dergleichen vorliegt und jede von ihnen normal arbeitet, werden infolgedessen alle IGBTs U, V, W, X, Y und Z in der IGBT-Brückenschaltung 630 abgeschaltet und die Betätigung der IGBT-Brückenschaltung 630 und, durch Erweiterung auch der Betrieb des Motors 200, wird angehalten.
Selbst in dem Fall, dass zum Beispiel ein Fehler in der Oberarm-Abschaltschaltung 520 vorliegt, werden unter der Voraussetzung, dass die Unterarm-Abschaltschaltung 530 normal arbeitet, auch alle Gatesignale 57 an die Unterarm-IGBTs X, Y und Z abgeschaltet, was bedeutet, dass die Betätigung der IGBT-Brückenschaltung 630 und des Motors 200 zuverlässig angehalten wird. Indem die Gatesignal-Abschaltfunktion auf diese Weise redundant gemacht wird, ist es möglich, die Sicherheitsleistung des Systems zu erhöhen.
Da 3A eine Zeittafel ist, die den bereits beschriebenen Abschaltvorgang zeigt, werden die Gatesignale S4 bis S7 als PWM-Signale angezeigt.
Als Nächstes erfolgt als ein Beispiel eines Fehlers der Schaltung eine Beschreibung eines Vorgangs, wenn ein Fehler auftritt, wobei das Abschaltsignal S2 an die Oberarm-Abschaltschaltung 520 unverändert auf dem niedrigen Niveau festgelegt ist.
Wie in 3A gezeigt, sollte das Abschaltsignal S2 aufgrund der Eingabe des Abschaltsignals S1 normalerweise von dem niedrigen Niveau zu dem hohen Niveau invertieren. Jedoch ist in dem Fall, dass zum Beispiel ein Kurzschlussfehler zwischen den Abschaltsignalen S2 und S3 auftritt und das Niveau des Abschaltsignals S2 auf das Niveau des Abschaltsignals S3 heruntergezogen wird, das Abschaltsignal S2 unverändert auf dem niedrigen Niveau festgelegt, wie in 3B gezeigt.
In diesem Fall werden, da die Oberarm-Abschaltschaltung 520 aktiv niedrig ist, die Gatesignale S6 ausgegeben, aber da das andere, normale Abschaltsignal S3 (niedriges Niveau) in die Unterarm Abschaltschaltung 530 eingegeben wird, schalten die Gatesignale S7 an die Unterarm-IGBTs auf die gleiche Weise wie in 3A ab. Infolgedessen ist es selbst in dem Fall, dass ein Kurzschlussfehler zwischen den Abschaltsignalen S2 und S3 auftritt, möglich, eine Sicher-Abgeschaltetes-Drehmoment-(STO)-Funktion zu realisieren, die das Drehmoment des Motors aufhebt, ohne von dem Kurzschlussfehler beeinträchtigt zu sein. Zur gleichen Zeit wird ein Feedbacksignal S8 auf hohem Niveau von der Fehlererfassungsschaltung 540 in die CPU 510 eingegeben und die CPU 510 schaltet das Fehlererfassungssignal S9 auf der Grundlage des Feedbacksignals S8 und der Abschaltsignale S2 und S3 ein und gibt es nach außen aus, wie in 3B gezeigt.
Als weiteres Beispiel eines Fehlers der Schaltung erfolgt eine Beschreibung eines Vorgangs, wenn ein Kurzschlussfehler zwischen den Abschaltsignalen S2 und S3 auftritt, das Niveau des Abschaltsignals S3 auf das Niveau des Abschaltsignals S2 heraufgezogen wird und das Abschaltsignal S3 an die Unterarm-Abschaltschaltung 530 unverändert auf dem hohen Niveau festgelegt ist.
Wie in 3A gezeigt, sollte das Abschaltsignal S3 aufgrund der Eingabe des Abschaltsignals S1 normalerweise von dem hohen Niveau auf das niedrige Niveau invertieren. Jedoch, wie in 3C gezeigt, ist das Abschaltsignal S3 unverändert auf dem hohen Niveau festgelegt.
In diesem Fall werden, da die Unterarm Abschaltschaltung 530 aktiv hoch ist, die Gatesignale S7 ausgegeben, aber da das andere, normale Abschaltsignal S2 (hohes Niveau) in die Oberarm-Abschaltschaltung 520 eingegeben wird, schalten die Gatesignale S6 an die Oberarm-IGBTs auf die gleiche Weise wie in 3A ab. Infolgedessen ist es selbst in dem Fall, dass ein Kurzschlussfehler zwischen den Abschaltsignalen S2 und S3 auftritt, möglich, die Sicher-Abgeschaltetes-Drehmoment-(STO)-Funktion zu realisieren, die das Drehmoment des Motors aufhebt, ohne von dem Kurzschlussfehler beeinträchtigt zu sein. Zur gleichen Zeit wird das Feedbacksignal S8 auf hohem Niveau in die CPU 510 von der Fehlererfassungsschaltung 540 eingegeben und die CPU 510 schaltet das Fehlererfassungssignal S9 auf der Grundlage des Feedbacksignals S8 und der Abschaltsignale S2 und S3 ein und gibt es nach außen aus, wie in 3C gezeigt.
Obwohl keine detaillierte Beschreibung erfolgt, ist es selbst bei der Art Fall, in dem die Gatesignale S6 oder S7 oder das Feedbacksignal S8 auf dem hohen Niveau oder niedrigen Niveau festgelegt sind, möglich, den Fehler mit der Fehlererfassungsschaltung 540 und der CPU 510 zu erfassen.
Gemäß dem Arbeitsbeispiel ist es durch Anbringen der Oberarm-Abschaltschaltung 520 und der Unterarm-Abschaltschaltung 530 auf dem Steuerblock 500 möglich, die Abschaltfunktion innerhalb des Steuerblocks 500 zu kulminieren, und es besteht keine Gefahr, dass die Schaltungskonfiguration des Antriebsblocks 600 kompliziert oder größer wird. Da es möglich ist, durch Ersetzen nur des Steuerblocks 500 eine Invertervorrichtung, die den Sicherheitsnormen der europäischen Norm „EN954-1” und dergleichen entspricht, und eine Invertervorrichtung, die den Sicherheitsnormen nicht entspricht, zu konfigurieren, ist es auch möglich, ein Produkt gemäß geforderten Sicherheitsspezifikationen flexibel bereitzustellen.
Des Weiteren ist es im Fall von beispielsweise einer dreiphasigen Invertervorrichtung zur Realisierung der Sicher-Abgeschaltetes-Drehmoment-(STO)-Funktion, die das Drehmoment des Motors aufhebt, ausreichend, dass die Oberarm- und Unterarm-Abschaltschaltungen 520 und 530 jeweils drei Gatesignale (insgesamt sechs) abschalten. Das heißt, mit der zu vorbeschriebenen, bereits bekannten Technologie der 5 werden sechs Gatesignale (insgesamt zwölf) von jeder der doppelt ausgelegten Abschaltschaltungen 112 und 113 abgeschaltet, wohingegen es mit dem Arbeitsbeispiel möglich ist, die Abschaltschaltungen und die Verdrahtung zu vereinfachen, da die Zahl der Signale um die Hälfte reduziert wird.
Auch in den 1 und 2 ist es, da die Abschaltschaltungen 520 und 530 veranlasst werden, unter Verwendung der Abschaltsignale S2 und S3 mit zueinander umgekehrten Logiken zu arbeiten, möglich, die Sicherheit der Invertervorrichtung durch Verwenden der Sicher-Abgeschaltetes-Drehmoment-(STO)-Funktion weiter zu erhöhen, die den Motor durch Abschalten der Gatesignale zuverlässig anhält, ohne durch einen Kurzschlussfehler der Abschaltsignale S2 und S3 beeinträchtigt zu werden.
Die Erfindung, die ungeachtet der Zahl von Phasen der Invertervorrichtung angewendet werden kann, kann beispielsweise bei einem dreiphasigen Inverter oder einphasigen Inverter angewendet werden. Ebenfalls kann die Erfindung, da sie nicht auf den Fall des Antreibens eines Motors in einer Fabrik-Fertigungsstraße beschränkt ist, in Invertervorrichtungen eingesetzt werden, die verschiedene Lastarten für den industriellen oder Hausgebrauch antreiben.
Merkmale, Bestandteile und spezifische Einzelheiten der Aufbauten der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können ausgetauscht oder kombiniert werden, um weitere für den jeweiligen Anwendungszweck optimierte Ausführungsbeispiele zu bilden. Soweit jene Modifikationen für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sind, sollen sie der Kürze und Prägnanz der vorliegenden Beschreibung halber implizit durch die obige Beschreibung offenbart sein, ohne dass jede mögliche Kombination explizit angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 9-238476 A [0024, 0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- EN954-1 [0002]
- ISO 13849-1 [0002]
- EN954-1 [0002]
- IEC61800-5-2 [0016]
- EN954-1 [0029]
- EN954-1 [0083]

Claims

Invertervorrichtung mit: einer Brückenschaltung (630), die aus mehreren brückengeschalteten Halbleiterschaltelementen (U, V, W, X, Y, Z) gebildet ist; einem Antriebsblock (600), der einen Oberarm-Optokoppler (610) und einen Unterarm-Optokoppler (620) zum Ausgeben von Treibersignalen zum Ein- und Ausschalten von Oberarm-Halbleiterschaltelementen (U, V, W) bzw. Unterarm-Halbleiterschaltelementen (X, Y, Z) der Brückenschaltung (630) aufweist; und einem Steuerblock (500), der eine Treibersignal-Erzeugungsschaltung (510) zum Erzeugen der Treibersignale und Zuführen derselben an den Oberarm-Optokoppler (610) und den Unterarm-Optokoppler (620) einschließt, wobei der Steuerblock (500) eine Oberarm-Abschaltschaltung (520) und eine Unterarm-Abschaltschaltung (530) beinhaltet, die die Treibersignale der Oberarm-Halbleiterschaltelemente (U, V, W) und die Treibersignale der Unterarm-Halbleiterschaltelemente (X, Y, Z) nach Maßgabe von von außerhalb eingegebenen Abschaltsignalen einzeln abschalten, und die Oberarm-Abschaltschaltung (520) und die Unterarm-Abschaltschaltung (530) einen Abschaltvorgang nach Maßgabe der Abschaltsignale ausführen, die zueinander umgekehrte Logiken aufweisen.
Invertervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberarm-Abschaltschaltung (520) und die Unterarm-Abschaltschaltung (530) zwischen der Treibersignal-Erzeugungsschaltung (510) und dem Oberarm-Optokoppler (610) und dem Unterarm-Optokoppler (620) angeschlossen sind.
Invertervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Fehlererfassungsschaltung (540) auf der Ausgangsseite der Oberarm-Abschaltschaltung (520) und der Unterarm-Abschaltschaltung (530) verbunden ist und ein Ausgangssignal der Fehlererfassungsschaltung (540) an die Treibersignal-Erzeugungsschaltung (510) zurückgekoppelt wird.
Invertervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Treibersignal-Erzeugungsschaltung (510) nach außen ein Fehlererfassungssignal ausgibt, das auf der Grundlage des Ausgangssignals der Fehlererfassungsschaltung (540) erzeugt wurde.
Invertervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Fehlererfassungsschaltung (540) eine verdrahtete ODER-Schaltung einschließt, die zwischen der Ausgangsseite der Oberarm-Abschaltschaltung (520) und der Unterarm-Abschaltschaltung (530) und einer Gleichstromquelle angeschlossen ist, und ein Ausgangssignal der verdrahteten ODER-Schaltung an die Treibersignal-Erzeugungsschaltung (510) zurückgekoppelt wird.