DE112018006737T5

DE112018006737T5 - Leistungswandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018006737T5
Application number: DE112018006737.8T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ogura; Ryuji Kurihara; Ryoichi Inada
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-09-10
Also published as: US20210050799A1; US11444551B2; WO2019155776A1; JP6944546B2; CN111656666B; CN111656666A; JPWO2019155776A1

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verfügbarkeit bei einem Stromausfall zu verbessern. In einer Leistungswandlungsvorrichtung 1 kann eine Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 einen Gate-Treiberstrom innerhalb eines vorgegebenen normalen Spannungsbereichs zuführen. Eine Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 führt den Gate-Treiberstrom einer Gate-Schaltung 40 eines unteren Arms zu, wenn die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführten Gate-Treiberstroms bis unter einen normalen Spannungsbereich abfällt. Wenn der Gate-Treiberstrom von der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 zugeführt wird, versetzt die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms einen Schaltkreis 22 des unteren Arms in einen Kurzschlusszustand, in dem alle Schaltelemente des Schaltkreises 22 des unteren Arms eingeschaltet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungswandlungsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Eine in PTL 1 beschriebene Technologie ist als technischer Hintergrund der vorliegenden Erfindung bekannt. PTL 1 offenbart eine Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine, welche eine Steuerung des Antriebs einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine ausführt und Folgendes aufweist: einen Wechselrichter, der zwischen einer Hochspannungs-Gleichstromversorgung und der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet ist und eine Wandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom ausführt, eine Wechselrichter-Steuervorrichtung, die durch einen Strom betrieben wird, der von einer Niederspannungs-Gleichstromversorgung zugeführt wird, wobei es sich um eine Stromversorgung handelt, deren Spannung niedriger als jene der Hochspannungs-Gleichstromversorgung ist, und welche von der Hochspannungs-Gleichstromversorgung isoliert ist, und das Schalten zwischen Schaltelementen des Wechselrichters steuert, eine Reserve-Stromversorgung, welche die Hochspannungs-Gleichstromversorgung als Stromquelle aufweist und in der Lage ist, der Wechselrichter-Steuervorrichtung einen Strom zuzuführen, und einen Stromversorgungs-Wechselschalter, der einen Stromversorgungsweg schaltet, um der Wechselrichter-Steuervorrichtung von der Reserve-Stromversorgung in einem reduzierten Zustand der Niederspannungs-Stromversorgung, in dem der Strom, der von der Niederspannungs-Gleichstromversorgung der Wechselrichter-Steuervorrichtung zugeführt wird, kleiner oder gleich einem vorgegebenen Referenzwert ist, einen Strom zuzuführen.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2015-159684 A
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der in PTL 1 beschriebenen Technologie wird der Stromversorgungsweg durch Erkennen einer Verringerung des der Niederspannungs-Gleichstromversorgung der Wechselrichter-Steuervorrichtung zugeführten Stroms geschaltet und wird der Strom von der Reserve-Stromversorgung unter Verwendung der Hochspannungs-Gleichstromversorgung der Wechselrichter-Steuervorrichtung zugeführt. Daher ist es nicht möglich, einer Verringerung der von der Gate-Treiber-Stromversorgung der Gate-Treiberschaltung zugeführten Versorgungsspannung Rechnung zu tragen, so dass es Raum für eine Verbesserung der Verfügbarkeit bei einem Stromausfall gibt.
Lösung des Problems
Eine Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Wechselrichter-Schaltungseinheit, die einen Schaltkreis eines oberen Arms und einen Schaltkreis eines unteren Arms aufweist, die jeweils mehrere Schaltelemente aufweisen, eine Gate-Schaltung des oberen Arms, die ein Gate-Signal an den Schaltkreis des oberen Arms ausgibt, eine Gate-Schaltung des unteren Arms, die ein Gate-Signal an den Schaltkreis des unteren Arms ausgibt, eine Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung, die der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms Ströme zuführt, und eine Reserve-Stromversorgungsschaltung, welche den Strom an Stelle der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms zuführt. Die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung ist in der Lage, den Strom innerhalb eines vorgegebenen normalen Spannungsbereichs zuzuführen, die Reserve-Stromversorgungsschaltung führt den Strom wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms zu, wenn die Spannung des Stroms, der von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt, und wenigstens eine von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms steuert jeden vom Schaltkreis des oberen Arms und vom Schaltkreis des unteren Arms an, indem sie einen vom Schaltkreis des oberen Arms und vom Schaltkreis des unteren Arms in einen Kurzschlusszustand versetzt, in dem alle Schaltelemente eingeschaltet sind, und den anderen Schaltkreis in einen offenen Zustand versetzt, in dem alle Schaltelemente ausgeschaltet sind, wenn der Strom von der Reserve-Stromversorgungsschaltung zugeführt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verfügbarkeit bei einem Stromausfall verbessert werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Diagramm einer Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ein erklärendes Diagramm des Betriebs der Leistungswandlungsvorrichtung beim Auftreten eines Fehlers in einer Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung,
3 ein Diagramm eines Schaltungskonfigurationsbeispiels der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung, einer Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung und einer Reserve-Stromversorgungsschaltung,
4 ein Diagramm einer Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
5 ein Diagramm einer Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6 ein Diagramm einer Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
7 ein Diagramm einer Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
8 ein Diagramm einer Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem vierten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
9 ein Diagramm einer Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem fünften Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die in 1 dargestellte Leistungswandlungsvorrichtung 1 ist beispielsweise an einem Fahrzeug angebracht, um einen Fahrmotor des Fahrzeugs anzutreiben, und sie weist eine Steuerschaltung 10, eine Wechselrichter-Schaltungseinheit 20, eine Gate-Schaltung 30 des oberen Arms, eine Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, eine Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50, eine Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und eine Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 auf.
Die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20 wandelt einen von einer Hochspannungsbatterie (nicht dargestellt) zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom um und gibt den Wechselstrom an einen Motor aus, und sie weist einen Schaltkreis 21 des oberen Arms und einen Schaltkreis 22 des unteren Arms auf. Der Schaltkreis 21 des oberen Arms und der Schaltkreis 22 des unteren Arms weisen jeweils mehrere Schaltelemente auf, deren Anzahl der Anzahl der Phasen des Motors entspricht. Wenn der Motor beispielsweise ein Dreiphasen-Wechselstrommotor ist, weisen der Schaltkreis 21 des oberen Arms und der Schaltkreis 22 des unteren Arms jeweils drei Schaltelemente auf. Jedes Schaltelement weist beispielsweise einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) auf.
Die Steuerschaltung 10 erzeugt der Anzahl der Phasen entsprechende PWM-Signale auf der Grundlage eines von einer oberen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) eingegebenen Betriebsbefehlswerts des Motors und gibt die erzeugten PWM-Signale an die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms aus. Wenn der Motor beispielsweise ein Dreiphasen-Wechselstrommotor ist, erzeugt die Steuerschaltung 10 drei PWM-Signale und gibt sie an die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms bzw. die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms aus.
Die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms erzeugen Gate-Signale auf der Grundlage der von der Steuerschaltung 10 eingegebenen PWM-Signale und geben die erzeugten Gate-Signale an den Schaltkreis 21 des oberen Arms bzw. den Schaltkreis 22 des unteren Arms aus. Der Schaltkreis 21 des oberen Arms schaltet die mehreren Schaltelemente ansprechend auf die Gate-Signale von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms. Ähnlich schaltet der Schaltkreis 22 des unteren Arms die mehreren Schaltelemente ansprechend auf die Gate-Signale von der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms.
Dementsprechend wird der Gleichstrom in einen Wechselstrom umgewandelt und dem Motor zugeführt.
Die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 erzeugt Ströme (nachstehend als „Gate-Treiberströme“ bezeichnet) zum Betreiben der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms und führt die Ströme den Gate-Schaltungen zu. Wenngleich 1 ein Beispiel zeigt, bei dem die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 die Gate-Treiberströme unter Verwendung des von der Hochspannungsbatterie zum Antreiben des Motors zugeführten Gleichstroms erzeugt, kann die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 die Gate-Treiberströme unter Verwendung eines Gleichstroms erzeugen, der von einer Niederspannungsbatterie zugeführt wird, die als Betriebsstromversorgung der Steuerschaltung 10 verwendet wird.
Wenn die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführten Gate-Treiberstroms bis unter einen vorgegebenen Spannungsbereich abfällt, erkennt die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 diesen Spannungsabfall als Niederspannungsabnormität und betätigt die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70. Nachstehend wird der Spannungsbereich des Gate-Treiberstroms, worin die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 die Niederspannungsabnormität erkennt, als „Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich“ bezeichnet. Die Einzelheiten des Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereichs werden nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben.
Wenn die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführten Gate-Treiberstroms unterhalb des Spannungsbereichs des Gate-Treiberstroms liegt, der während eines Normalbetriebs durch die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt werden kann (nachstehend als „normaler Spannungsbereich“ bezeichnet), führt die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms an Stelle der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 einen Reserve-Gate-Treiberstrom zu. Insbesondere wird die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, welcher der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt wird, unter den normalen Spannungsbereich fällt und den vorstehend erwähnten Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich erreicht, durch die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 aktiviert und wird die Zufuhr des Gate-Treiberstroms von der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 zur Gate-Schaltung 40 des unteren Arms eingeleitet. Ähnlich wie bei der Gate-TreiberStromversorgungsschaltung 50 kann der Gate-Treiberstrom unter Verwendung des Gleichstroms erzeugt werden, der von der Niederspannungsbatterie zugeführt wird, die als Betriebsstromversorgung der Steuerschaltung 10 verwendet wird, wenngleich 1 ein Beispiel zeigt, bei dem die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 den Reserve-Gate-Treiberstrom unter Verwendung des von der Hochspannungsbatterie zum Antreiben des Motors zugeführten Gleichstroms erzeugt.
Wenn die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms erkennt, dass ein Betriebszustand der Gate-Schaltung des oberen Arms selbst oder des Schaltkreises 21 des oberen Arms abnormal ist, gibt die Gate-Schaltung des oberen Arms ein Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal an die Steuerschaltung 10 aus. Wenn die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführten Gate-Treiberstroms beispielsweise niedriger ist als eine vorgegebene Betriebsstoppspannung, die zum Erzeugen des Gate-Signals erforderlich ist, oder wenn ein Strom, der durch den Schaltkreis 21 des oberen Arms fließt, in einem vorgegebenen Überstromzustand ist, gibt die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms das Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal aus. Ähnlich gibt die Gate-Schaltung des unteren Arms ein Gate-Schaltung-des-unteren-Arms-abnormal-Signal an die Steuerschaltung 10 aus, wenn die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms erkennt, dass der Betriebszustand der Gate-Schaltung des unteren Arms selbst oder des Schaltkreises 22 des unteren Arms abnormal ist.
Wenn das Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms eingegeben wird oder das Gate-Schaltung-des-unteren-Arms-abnormal-Signal von der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms eingegeben wird, erzeugt die Steuerschaltung 10 PWM-Signale zum sicheren Anhalten des Motors und gibt die erzeugten PWM-Signale an die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms aus. Beispielsweise werden die PWM-Signale zum Ausschalten aller Schaltelemente, um zu bewirken, dass sich der Schaltkreis im offenen Zustand befindet, an jene von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, die das abnormale Signal ausgibt, ausgegeben, und werden die PWM-Signale zum Einschalten aller Schaltelemente, um zu bewirken, dass sich der Schaltkreis im kurzgeschlossenen Zustand befindet, an die andere dieser Gate-Schaltungen ausgegeben. Demgemäß kann das Fahrzeug durch sicheres Anhalten des Motors in einen sicheren Zustand überführt werden, wenn eine Abnormität in der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms, der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, dem Schaltkreis 21 des oberen Arms oder dem Schaltkreis 22 des unteren Arms auftritt.
Als nächstes wird ein Betrieb der Leistungswandlungsvorrichtung 1, wenn ein Fehler in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 auftritt, mit Bezug auf 2 beschrieben. In 2 gibt ein durch ein Bezugszeichen 110 angegebener Spannungsbereich den Spannungsbereich des Gate-Treiberstroms an, der während des Normalbetriebs durch die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt werden kann, d. h. den vorstehend erwähnten normalen Spannungsbereich. Dieser normale Spannungsbereich 110 beträgt beispielsweise 16 V bis 20 V. Ein durch ein Bezugszeichen 112 angegebener Spannungsbereich gibt einen Spannungsbereich des Gate-Treiberstroms in einem abnormalen Niederspannungszustand an, in dem die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms nicht normal arbeiten können, d. h. einen Spannungsbereich, der unterhalb der erwähnten Betriebsstoppspannung liegt. Dieser Spannungsbereich 112 liegt beispielsweise unterhalb von 12,5 V. Im Gegensatz zu diesen Spannungsbereichen gibt ein durch ein Bezugszeichen 111 angegebener Spannungsbereich einen Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich an, in dem die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 die Niederspannungsabnormität erkennt. Der Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich 111 wird zwischen den normalen Spannungsbereich 110 und den Spannungsbereich 112 unterhalb der Betriebsstoppspannung gelegt. Beispielsweise wird der Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich 111 auf 13 V bis 15 V gelegt.
In 2 zeigen eine unterbrochene Linie 120 und eine durchgezogene Linie 121 Beispiele von Änderungen in der Spannung der Gate-Treiberströme, die der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführt werden, wenn ein Fehler in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 auftritt. Bis zur Zeit t2 fallen die unterbrochene Linie 120 und die durchgezogene Linie 121 zusammen.
Wie durch die unterbrochene Linie 120 und die durchgezogene Linie 121 dargestellt ist, geschieht der Fehler zur Zeit t1 in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50, und beginnen die Spannungen der Gate-Treiberströme, die der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt werden, abzunehmen. In diesem Fall, wenn die Spannung des Gate- Treiberstroms bis unter den normalen Spannungsbereich 110 und in den Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich 111 fällt, erkennt die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 beispielsweise die Niederspannungsabnormität und wird die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 zur Zeit t2 aktiviert. Dementsprechend wird der Reserve-Gate-Treiberstrom der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 statt von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt und steigt die an die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms angelegte Spannung an, wie durch die durchgezogene Linie 121 angegeben ist. Wenn die an die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms angelegte Spannung innerhalb eines vorgegebenen Betriebsspannungsbereichs abfällt, kann die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms normal arbeiten, selbst wenn die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 ausfällt.
Wenn demgegenüber ein Fehler in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 auftritt, nimmt die Spannung des Gate-Treiberstroms, welcher der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt wird, weiter ab, wie durch die unterbrochene Linie 120 angegeben ist. Wenn die an die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms angelegte Spannung abfällt, bis sie den Spannungsbereich 112 erreicht, gibt die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms das Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal beispielsweise zur Zeit t3 an die Steuerschaltung 10 aus.
Wenn das Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal zur Zeit t3 von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms eingegeben wird, gibt die Steuerschaltung 10 die PWM-Signale an die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms aus, um alle Schaltelemente des Schaltkreises 21 des oberen Arms auszuschalten. Die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms, welche die PWM-Signale empfängt, schaltet alle Schaltelemente des Schaltkreises 21 des oberen Arms aus, um zu bewirken, dass sich der Schaltkreis des oberen Arms im offenen Zustand befindet. Wenn das Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal ausgegeben wird, kann eine Steuerung ausgeführt werden, die bewirkt, dass die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms alle Schaltelemente des Schaltkreises 21 des oberen Arms ausschaltet, ohne auf die PWM-Signale von der Steuerschaltung 10 zu warten. Demgegenüber gibt die Steuerschaltung 10 die PWM-Signale an die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms aus, um alle Schaltelemente des Schaltkreises 22 des unteren Arms einzuschalten. Die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, welche die PWM-Signale empfängt, schaltet alle Schaltelemente des Schaltkreises 22 des unteren Arms ein, um zu bewirken, dass sich der Schaltkreis des unteren Arms im kurzgeschlossenen Zustand befindet. Das Fahrzeug kann demgemäß selbst in einem Zustand, in dem die Drehgeschwindigkeit des Motors hoch ist, durch sicheres Anhalten des Motors in einen sicheren Zustand überführt werden.
Als nächstes werden spezifische Konfigurationsbeispiele der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50, der Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 und Operationen davon beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das die Konfigurationsbeispiele der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50, der Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 für den Dreiphasen-Wechselstrommotor zeigt. Die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 weist eine U-Phasen-Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 51, eine V-Phasen-Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 52 und eine W-Phasen-Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 53 auf. Die in 3 dargestellte Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zeigt nur eine Sekundärseite einer Flyback-Stromversorgungsschaltung. Die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 weist eine U-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 61, eine V-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 62 und eine W-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 63 auf. Die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 weist eine U-Phasen-Reserve-Stromversorgungsschaltung 71, eine V-Phasen-Reserve-Stromversorgungsschaltung 72 und eine W-Phasen-Reserve-Stromversorgungsschaltung 73 auf.
Bei der U-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 40 ist eine Zener-Spannung Vz einer Zener-Diode Z11 in einen durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückten Bereich gesetzt. In Ausdruck (1) ist Vth1 ein Minimalwert der Spannung des Gate-Treiberstroms, wobei die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms normal arbeiten kann, d. h. die Betriebsstoppspannung der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, und sie entspricht einem oberen Grenzwert des Spannungsbereichs 112 aus 2. Demgegenüber ist Vth2 ein Minimalwert der Ausgangsspannung der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 und entspricht einem unteren Grenzwert des normalen Spannungsbereichs 110 von 2. Vbe repräsentiert die Basis-Emitter-Spannung eines Transistors T11, und Vd repräsentiert einen Spannungswert eines Durchlassspannungsabfalls einer Diode D11. Das Gleiche gilt für die V-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 62 und die W-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 63. $Vth1 + Vbe < Vz < Vth2 - Vd + Vbe$
Wenn der Spannungswert des von der U-Phasen-Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 51 ausgegebenen U-Phasen-Gate-Treiberstroms abnimmt, bricht die Zener-Diode Z11 in der U-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 61 zusammen und wird der Transistor T11 eingeschaltet. In der U-Phasen-Reserve-Stromversorgungsschaltung 71 wird ein durch Subtrahieren einer Gate-Schwellenspannung zum Einschalten eines Gates eines Transistors T1 von der Zener-Spannung einer Zener-Diode Z1 erhaltener Spannungswert als Reserve-U-Phasen-Gate-Treiberstrom ausgegeben. Das Gleiche gilt für die V-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 62 und die V-Phasen-Reserve-Stromversorgungsschaltung 72 sowie die W-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 63 und die W-Phasen-Reserve-Stromversorgungsschaltung 73.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der U-Phasen-Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 61 die Gültigkeit oder Ungültigkeit der Reserve des U-Phasen-Gate-Treiberstroms durch die U-Phasen-Reserve-Stromversorgungsschaltung 71 entsprechend dem Ein- oder Ausschaltzustand des Transistors T11 gesteuert. Dementsprechend wird die Zeit vom Auftreten der Abnormität in der U-Phasen-Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 51 bis zum Beginn der Reserve-stromversorgung verkürzt. Das Gleiche gilt außer für die U-Phase auch für die V-Phase und die W-Phase.
(Vergleichsbeispiel)
Hier wird eine Leistungswandlungsvorrichtung, die keine Reservefunktion der Gate-Treiberströme aufweist, als Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine in 4 dargestellte Leistungswandlungsvorrichtung 1N hat abgesehen davon die gleiche Konfiguration wie die in 1 dargestellte Leistungswandlungsvorrichtung 1, dass sie die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 nicht aufweist.
Weil die Leistungswandlungsvorrichtung 1N die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 nicht aufweist, nehmen, wenn ein Fehler in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 auftritt, beide Spannungen der Gate-Treiberströme, die der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt werden, weiter ab. Dadurch werden das Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal und das Gate-Schaltung-des-unteren-Arms-abnormal-Signal von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms bzw. der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms an die Steuerschaltung 10 ausgegeben. In diesem Fall gibt die Steuerschaltung 10 die PWM-Signale an die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms aus, um alle Schaltelemente des Schaltkreises 21 des oberen Arms auszuschalten, und gibt auch die PWM-Signale an die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms aus, um alle Schaltelemente des Schaltkreises 22 des unteren Arms auszuschalten.
Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn alle Schaltelemente im Schaltkreis 21 des oberen Arms und im Schaltkreis 22 des unteren Arms ausgeschaltet sind, eine durch die Drehung des Motors erzeugte elektromotorische Kraft auf die Schaltelemente ausgeübt. Daher überschreitet die elektromotorische Kraft des Motors in einem Zustand, in dem die Drehgeschwindigkeit des Motors hoch ist, die Stehspannung des Schaltelements und kann das Schaltelement zerstört werden. Es ergeben sich auch die Probleme, dass ein durch die elektromotorische Kraft des Motors erzeugter regenerativer Strom zur Hochspannungsbatterie fließt und ein regeneratives Drehmoment erzeugt wird. Weil der Reserve-Gate-Treiberstrom in der Leistungswandlungsvorrichtung 1N nicht der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführt werden kann, können diese Probleme nicht vermieden werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden bei der Leistungswandlungsvorrichtung 1N gemäß dem Vergleichsbeispiel sowohl die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms als auch die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms ausgeschaltet, wenn ein Fehler in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 auftritt. Demgemäß kann einer vom Schaltkreis 21 des oberen Arms und vom Schaltkreis 22 des unteren Arms nicht in einen Dreiphasen-kurzgeschlossenen Zustand eintreten, in dem alle den Schaltkreis bildenden Schaltelemente eingeschaltet sind, so dass sich der Motor nur schwer in einen sicheren Zustand überführen lässt.
Demgegenüber wird bei der Leistungswandlungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 ein Fehler auftritt, der Reserve-Gate-Treiberstrom von der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführt und wird der Betrieb der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms fortgesetzt. Daher befindet sich der Schaltkreis des unteren Arms in der Wechselrichter-Schaltungseinheit 20 durch Einschalten aller Schaltelemente des Schaltkreises 22 des unteren Arms ansprechend auf das Gate-Signal von der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms im kurzgeschlossenen Zustand und kann der Motor in den sicheren Zustand überführt werden.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann folgendermaßen modifiziert werden.
(Erstes Modifikationsbeispiel)
5 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In einer in 5 dargestellten Leistungswandlungsvorrichtung 1A sind die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 mit der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms verbunden. Daher wird, wenn in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 ein Fehler auftritt und die Spannung des Gate-Treiberstroms, der von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms zugeführt wird, abnimmt und den Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich erreicht, der Reserve-Gate Treiberstrom der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms statt der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt. Dementsprechend befindet sich in der Wechselrichter-Schaltungseinheit 20 der Schaltkreis des oberen Arms durch das Einschalten aller Schaltelemente des Schaltkreises 21 des oberen Arms ansprechend auf das Gate-Signal von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms im kurzgeschlossenen Zustand und kann der Motor in den sicheren Zustand überführt werden. Andere Punkte gleichen jenen der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Leistungswandlungsvorrichtung 1.
(Zweites Modifikationsbeispiel)
6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei einer in 6 dargestellten Leistungswandlungsvorrichtung 1B sind eine Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60A und eine Reserve-Stromversorgungsschaltung 70A mit der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms und einer Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60B verbunden und ist eine Reserve-Stromversorgungsschaltung 70B mit der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms verbunden. Die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltungen 60A und 60B gleichen der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60, und die Reserve-Stromversorgungsschaltungen 70A und 70B gleichen der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Reserve-Stromversorgungsschaltung 70. Daher werden, wenn ein Fehler in der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 auftritt und die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 ausgegebenen Gate-Treiberstroms abnimmt und den Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich erreicht, die Reserve-Gate-Treiberströme der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms an Stelle der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt. Dementsprechend kann der Motor bei einer Wechselrichter-Schaltungseinheit 20B in den sicheren Zustand überführt werden, in dem alle Schaltelemente des Schaltkreises 21 des oberen Arms oder des Schaltkreises 22 des unteren Arms eingeschaltet werden, um zu bewirken, dass sich einer von ihnen im kurzgeschlossenen Zustand befindet, und alle Schaltelemente des anderen Schaltkreises ausgeschaltet werden, um zu bewirken, dass sich ansprechend auf das Gate-Signal von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms oder der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms der andere Schaltkreis im offenen Zustand befindet.
In der Leistungswandlungsvorrichtung 1B aus 6 weist die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20B eine Temperaturerfassungsschaltung 23 auf. Die Temperaturerfassungsschaltung 23 erfasst die Temperatur jedes Schaltelements des Schaltkreises 21 des oberen Arms und des Schaltkreises 22 des unteren Arms und gibt ein dem Erfassungsergebnis entsprechendes Temperaturerfassungssignal an die Steuerschaltung 10 aus. Die Steuerschaltung 10 schaltet jenen vom Schaltkreis 21 des oberen Arms und vom Schaltkreis 22 des unteren Arms, der in den kurzgeschlossenen Zustand zu überführen ist, auf der Grundlage des von der Temperaturerfassungsschaltung 23 eingegebenen Temperaturerfassungssignals auf den anderen Schaltkreis. Das heißt, dass die Steuerschaltung 10, wenn die Temperatur eines Schaltelements des Schaltkreises, der in den kurzgeschlossenen Zustand überführt wurde, größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur ist, feststellt, dass sich dieses Schaltelement in einem Übertemperaturzustand befindet, und den Schaltkreis, der in den kurzgeschlossenen Zustand zu überführen ist, von einem Schaltkreis zum anderen schaltet. Andere Punkte gleichen jenen der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Leistungswandlungsvorrichtung 1.
(Drittes Modifikationsbeispiel)
7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei einer in 7 dargestellten Leistungswandlungsvorrichtung 1C wird das von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms ausgegebene Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal in die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms statt in die Steuerschaltung 10 eingegeben. Wenn das Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms eingegeben wird, veranlasst die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, dass sich der Schaltkreis 22 des unteren Arms im kurzgeschlossenen Zustand befindet, in dem all seine Schaltelemente eingeschaltet sind. Dementsprechend kann der Motor in den sicheren Zustand überführt werden. Andere Punkte gleichen jenen der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Leistungswandlungsvorrichtung 1.
In 7 sind die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 mit der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms verbunden und wird das von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms ausgegebene Gate-Schaltung-des-oberen-Arms-abnormal-Signal in die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms eingegeben. Der gleiche Vorgang kann jedoch selbst dann ausgeführt werden, wenn die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms ausgetauscht sind. Das heißt, dass, wenn die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 wie beim ersten Modifikationsbeispiel mit der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms verbunden sind, das von der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms ausgegebene Gate-Schaltung-des-unteren-Arms-abnormal-Signal in die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms eingegeben werden kann. In diesem Fall bewirkt die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms, wenn das Gate-Schaltung-des-unteren-Arms-abnormal-Signal von der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms eingegeben wird, dass sich der Schaltkreis 21 des oberen Arms im kurzgeschlossenen Zustand befindet, in dem all seine Schaltelemente eingeschaltet sind. Selbst in diesem Fall kann der Motor in den sicheren Zustand überführt werden.
(Viertes Modifikationsbeispiel)
8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem vierten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei einer in 8 dargestellten Leistungswandlungsvorrichtung 1D ist die Ausgabe der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 nicht nur mit der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, sondern auch mit der Temperaturerfassungsschaltung 23 und einer in einer Wechselrichter-Schaltungseinheit 20D enthaltenen aktiven Entladungsschaltung 24 verbunden. Die Temperaturerfassungsschaltung 23 erfasst die Temperatur jedes Schaltelements des Schaltkreises 21 des oberen Arms und des Schaltkreis 22 des unteren Arms und gibt ein dem Erfassungsergebnis entsprechendes Temperaturerfassungssignal an die Steuerschaltung 10 aus. Die aktive Entladungsschaltung 24 veranlasst die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20D, in einem Glättungskondensator (nicht dargestellt) angesammelte elektrische Ladungen schnell zu entladen, wenn der Strom ausgeschaltet wird, um einen versehentlichen elektrischen Schock eines Bedieners oder eines Fahrers zu verhindern. Dementsprechend wird die Sicherheit beim Anhalten des Motors weiter verbessert. Andere Punkte gleichen jenen der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Leistungswandlungsvorrichtung 1.
In 8 sind die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 mit der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms verbunden. Der gleiche Vorgang kann jedoch selbst dann ausgeführt werden, wenn die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms ausgetauscht sind. Das heißt, dass, wenn die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60 und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 wie beim ersten Modifikationsbeispiel mit der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms verbunden sind, der Reserve-Gate-Treiberstrom der Temperaturerfassungsschaltung 23 und der aktiven Entladungsschaltung 24 von der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 zugeführt werden kann. Wenn die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60A und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70A mit der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms und die Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60B und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70B mit der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms verbunden sind, wie dies beim zweiten Modifikationsbeispiel der Fall ist, kann der Reserve-Gate-Treiberstrom der Temperaturerfassungsschaltung 23 und der aktiven Entladungsschaltung 24 von zumindest einer der Reserve-Stromversorgungsschaltungen 70A und 70B zugeführt werden. Alternativ kann bei der Leistungswandlungsvorrichtung 1B gemäß dem in 6 dargestellten zweiten Modifikationsbeispiel der Reserve-Gate-Treiberstrom der Temperaturerfassungsschaltung 23 von zumindest einer der Reserve-Stromversorgungsschaltungen 70A und 70B zugeführt werden. Selbst in diesem Fall kann die Sicherheit beim Anhalten des Motors weiter verbessert werden.
(Fünftes Modifikationsbeispiel)
9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einem fünften Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der in 9 dargestellten Leistungswandlungsvorrichtung sind die in der ersten Ausführungsform beschriebene Leistungswandlungsvorrichtung 1 und die im Vergleichsbeispiel beschriebene Leistungswandlungsvorrichtung 1N mit einem gemeinsamen Wechselstrommotor 80 verbunden. Das heißt, dass die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20 der mit Bezug auf 1 beschriebenen Leistungswandlungsvorrichtung 1 und die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20 der mit Bezug auf 4 beschriebenen Leistungswandlungsvorrichtung 1N mit dem gemeinsamen Wechselstrommotor 80 verbunden sind und dem Wechselstrommotor 80 Wechselströme zuführen.
Wenn in den Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltungen 50 in den Leistungswandlungsvorrichtungen 1 und 1N ein Fehler auftritt und die Spannung des der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführten Gate-Treiberstroms abnimmt, führt die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 der Leistungswandlungsvorrichtung 1 den Reserve-Gate-Treiberstrom der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms der Leistungswandlungsvorrichtung 1 zu. Dementsprechend kann der Schaltkreis 22 des unteren Arms durch Einschalten aller seiner Schaltelemente in den kurzgeschlossenen Zustand versetzt werden. Demgegenüber wird der Reserve-Gate-Treiberstrom, weil die Leistungswandlungsvorrichtung 1N die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 nicht aufweist, nicht der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms der Leistungswandlungsvorrichtung 1N zugeführt und kann der Schaltkreis 22 des unteren Arms nicht in den Kurzschlusszustand versetzt werden. Weil die Leistungswandlungsvorrichtung 1 und die Leistungswandlungsvorrichtung 1N jedoch mit demselben Wechselstrommotor 80 verbunden sind, wird der Schaltkreis 22 des unteren Arms der Leistungswandlungsvorrichtung 1 wie vorstehend beschrieben in den Kurzschlusszustand versetzt, so dass das vorstehend erwähnte Problem in der Leistungswandlungsvorrichtung 1N nicht hervorgerufen wird.
Wenngleich die Leistungswandlungsvorrichtung 1 und die Leistungswandlungsvorrichtung 1N mit dem gemeinsamen Wechselstrommotor 80 in 9 verbunden sind, kann die Leistungswandlungsvorrichtung 1 durch die in den Modifikationsbeispielen beschriebenen Leistungswandlungsvorrichtungen 1A bis 1D ersetzt werden. Drei oder mehr Leistungswandlungsvorrichtungen können mit einem Wechselstrommotor 80 verbunden werden. Es kann jede beliebige Konfiguration verwendet werden, solange zumindest eine der mehreren gemeinsam mit dem Wechselstrommotor 80 verbundenen Leistungswandlungsvorrichtungen die in der vorstehend erwähnten Ausführungsform und den Modifikationsbeispielen beschriebene Leistungswandlungsvorrichtung ist.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die folgenden Wirkungen erhalten werden.

(1) Eine Leistungswandlungsvorrichtung 1, 1A oder 1D umfasst eine Wechselrichter-Schaltungseinheit 20, die einen Schaltkreis 21 des oberen Arms und einen Schaltkreis 22 des unteren Arms aufweist, die jeweils mehrere Schaltelemente aufweisen, eine Gate-Schaltung 30 des oberen Arms, die ein Gate-Signal an den Schaltkreis 21 des oberen Arms ausgibt, eine Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, die ein Gate-Signal an den Schaltkreis 22 des unteren Arms ausgibt, eine Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50, die der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms Gate-Treiberströme zuführt, und eine Reserve-Stromversorgungsschaltung 70, die den Gate-Treiberstrom wenigstens einer von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms an Stelle der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zuführt. Die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 ist in der Lage, den Gate-Treiberstrom innerhalb eines vorgegebenen normalen Spannungsbereichs 110 zuzuführen. Die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 führt den Gate-Treiberstrom wenigstens einer von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zu, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, der von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 wenigstens einer von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführt wird, unter den normalen Spannungsbereich 110 fällt. Wenigstens eine von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms treibt jeden vom Schaltkreis 21 des oberen Arms und vom Schaltkreis 22 des unteren Arms, indem sie veranlasst, dass ein Schaltkreis vom Schaltkreis 21 des oberen Arms oder vom Schaltkreis 22 des unteren Arms in einem kurzgeschlossenen Zustand ist, worin alle Schaltelemente eingeschaltet sind, und veranlasst, dass der andere Schaltkreis in einem offenen Zustand ist, in dem alle Schaltelemente ausgeschaltet sind, wenn der Gate-Treiberstrom von der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 zugeführt wird. Mit dieser Konfiguration kann die Verfügbarkeit verbessert werden, wenn der Gate-Treiberstrom ausfällt.
(2) Die Leistungswandlungsvorrichtung umfasst ferner eine Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung 60, die eine Niederspannungsabnormität erkennt und die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 betätigt, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, der wenigstens einer von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt wird, in einen vorgegebenen Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich 111 unterhalb des normalen Spannungsbereichs 110 fällt. Mit dieser Konfiguration kann der Reserve-Gate-Treiberstrom zu einer geeigneten Zeit von der Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 zugeführt werden.
(3) Wenigstens eine von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms versetzt jeden vom Schaltkreis 21 des oberen Arms und vom Schaltkreis 22 des unteren Arms in den offenen Zustand, wenn die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführten Gate-Treiberstroms unterhalb einer vorgegebenen Betriebsstoppspannung Vth1 liegt. Die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 führt den Gate-Treiberstrom wenigstens einer von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zu, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, der von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 wenigstens einer von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich 110 fällt und höher als die Betriebsstoppspannung Vth1 ist. Mit dieser Konfiguration kann der Reserve-Gate-Treiberstrom zugeführt werden, bevor die Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und die Gate-Schaltung 40 des unteren Arms in den abnormalen Niederspannungszustand eintreten, worin diese Gate-Schaltungen nicht normal arbeiten können.
(4) In der Leistungswandlungsvorrichtung 1 führt die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 den Gate-Treiberstrom der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zu, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, welcher der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich 110 fällt. Mit dieser Konfiguration können der Stromverbrauch verringert werden, die Schaltungsgröße verringert werden und die Kosten verringert werden, wenn die Verfügbarkeit bei einem Ausfall des Gate-Treiberstroms verbessert wird.
(5) In der Leistungswandlungsvorrichtung 1A führt die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 den Gate-Treiberstrom der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms zu, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, welcher der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich 110 fällt. Mit dieser Konfiguration können, wenn die Verfügbarkeit bei einem Ausfall der Gate-Treiber-Stromversorgung verbessert wird, der Stromverbrauch, die Schaltungsgröße und die Kosten verringert werden, wie vorstehend beschrieben.
(6) In der Leistungswandlungsvorrichtung 1B führt die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70A oder 70B den Gate-Treiberstrom der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms zu, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, welcher der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich 110 abfällt, und sie führt den Gate-Treiberstrom der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zu, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, welcher der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich 110 abfällt. Mit dieser Konfiguration kann die Verfügbarkeit weiter verbessert werden, wenn der Gate-Treiberstrom ausfällt.
(7) In der Leistungswandlungsvorrichtung 1B weist die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20B eine Temperaturerfassungsschaltung 23 auf, welche die Temperatur jedes Schaltelements des Schaltkreises 21 des oberen Arms und des Schaltkreises 22 des unteren Arms erfasst. Wenn einer vom Schaltkreis 21 des oberen Arms und vom Schaltkreis 22 des unteren Arms in den Kurzschlusszustand versetzt wird und die von der Temperaturerfassungsschaltung 23 erfasste Temperatur des Schaltelements größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur ist, wird der in den Kurzschlusszustand zu versetzende Schaltkreis vom einen zum anderen Schaltkreis geschaltet und wird der in den offenen Zustand zu versetzende Schaltkreis vom anderen Schaltkreis zum einen Schaltkreis geschaltet. Mit dieser Konfiguration kann der Kurzschlusszustand selbst dann in einem der Schaltkreise aufrechterhalten werden, wenn das Schaltelement in einem der Schaltkreise überhitzt.
(8) In der Leistungswandlungsvorrichtung 1C gibt eine von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und von der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms ein vorgegebenes abnormales Signal an die andere Gate-Schaltung aus, wenn die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführten Gate-Treiberstroms unterhalb einer vorgegebenen Betriebsstoppspannung Vth1 liegt. Die andere Gate-Schaltung versetzt den Schaltkreis 21 des oberen Arms oder den Schaltkreis 22 des unteren Arms in den Kurzschlusszustand, wenn das abnormale Signal von der einen Gate-Schaltung eingegeben wird. Mit dieser Konfiguration kann die Verfügbarkeit bei einem Ausfall des Gate-Treiberstroms selbst dann weiter verbessert werden, wenn die Steuerschaltung 10 nicht normal arbeiten kann, weil der Schaltkreis 21 des oberen Arms oder der Schaltkreis 22 des unteren Arms kurzgeschlossen werden kann.
(9) In der Leistungswandlungsvorrichtung 1D weist die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20D eine Temperaturerfassungsschaltung 23, welche die Temperatur jedes Schaltelements des Schaltkreises 21 des oberen Arms und des Schaltkreises 22 des unteren Arms erfasst, und eine aktive Entladungsschaltung 14, die in der Wechselrichter-Schaltungseinheit 20D angesammelte elektrische Ladungen abführt, auf. Die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 führt den Reserve-Gate-Treiberstrom wenigstens einer von der Temperaturerfassungsschaltung 23 und der aktiven Entladungsschaltung 24 zu, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, der von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 wenigstens einer von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich 110 des Gate-Treiberstroms abfällt. Alternativ kann in der Leistungswandlungsvorrichtung 1B die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70A oder 70B den Reservestrom der Temperaturerfassungsschaltung 23 zuführen, wenn die Spannung des Gate-Treiberstroms, der wenigstens einer von der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms und der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung 50 zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich 110 abfällt. Mit dieser Konfiguration kann die Sicherheit beim Anhalten des Motors weiter verbessert werden.
(10) Zusätzlich zur Leistungswandlungsvorrichtung 1 umfasst die im fünften Modifikationsbeispiel beschriebene Leistungswandlungsvorrichtung ferner die Leistungswandlungsvorrichtung 1N, die eine Wechselrichter-Schaltungseinheit 20 aufweist, die einen Schaltkreis 21 des oberen Arms und einen Schaltkreis 22 des unteren Arms aufweist, die jeweils mehrere Schaltelemente aufweisen, eine Gate-Schaltung 30 des oberen Arms, die ein Gate-Signal an den Schaltkreis 21 des oberen Arms ausgibt, und eine Gate-Schaltung 40 des unteren Arms, die ein Gate-Signal an den Schaltkreis 22 des unteren Arms ausgibt. Die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20 der Leistungswandlungsvorrichtung 1 und die Wechselrichter-Schaltungseinheit 20 der Leistungswandlungsvorrichtung 1N sind mit einem gemeinsamen Wechselstrommotor 80 verbunden. Die Reserve-Stromversorgungsschaltung 70 der Leistungswandlungsvorrichtung 1 führt den Gate-Treiberstrom weder der Gate-Schaltung 30 des oberen Arms noch der Gate-Schaltung 40 des unteren Arms der Leistungswandlungsvorrichtung 1N zu. Mit dieser Konfiguration kann die Verfügbarkeit bei einem Ausfall des Gate-Treiberstroms in der Leistungswandlungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, den Motor unter Verwendung mehrerer Wechselrichter anzutreiben, kostengünstig verbessert werden.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform und verschiedene Modifikationsbeispiele sind lediglich als beispielhaft anzusehen, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Inhalte beschränkt, solange die Merkmale der Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Wenngleich vorstehend verschiedene Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Inhalte beschränkt. Andere Ausführungsformen, die als innerhalb des Bereichs der technischen Gedanken der vorliegenden Erfindung angesehen werden, sind auch im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1N: Leistungswandlungsvorrichtung
10: Steuerschaltung
20, 20B, 20D: Wechselrichter-Schaltungseinheit
21: Schaltkreis des oberen Arms
22: Schaltkreis des unteren Arms
23: Temperaturerfassungsschaltung
24: aktive Entladungsschaltung
30: Gate-Schaltung des oberen Arms
40: Gate-Schaltung des unteren Arms
50: Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung
60, 60A, 60B: Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung
70, 70A, 70B: Reserve-Stromversorgungsschaltung

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 2015159684 A [0003]

Claims

Leistungswandlungsvorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Wechselrichter-Schaltungseinheit, die einen Schaltkreis eines oberen Arms und einen Schaltkreis eines unteren Arms aufweist, die jeweils mehrere Schaltelemente aufweisen, eine Gate-Schaltung des oberen Arms, die ein Gate-Signal an den Schaltkreis des oberen Arms ausgibt, eine Gate-Schaltung des unteren Arms, die ein Gate-Signal an den Schaltkreis des unteren Arms ausgibt, eine Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung, die der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms Ströme zuführt, und eine Reserve-Stromversorgungsschaltung, welche den Strom an Stelle der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms zuführt, wobei die Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung in der Lage ist, den Strom innerhalb eines vorgegebenen normalen Spannungsbereichs zuzuführen, die Reserve-Stromversorgungsschaltung den Strom wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms zuführt, wenn die Spannung des Stroms, der von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt, und wenigstens eine von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms jeden vom Schaltkreis des oberen Arms und vom Schaltkreis des unteren Arms ansteuert, indem sie einen vom Schaltkreis des oberen Arms und vom Schaltkreis des unteren Arms in einen Kurzschlusszustand versetzt, in dem alle Schaltelemente eingeschaltet sind, und den anderen Schaltkreis in einen offenen Zustand versetzt, in dem alle Schaltelemente ausgeschaltet sind, wenn der Strom von der Reserve-Stromversorgungsschaltung zugeführt wird.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes aufweist: eine Niederspannungs-Abnormitätserkennungsschaltung, die eine Niederspannungsabnormität erkennt und die Reserve-Stromversorgungsschaltung betätigt, wenn die Spannung des Stroms, der wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführt wird, in einen vorgegebenen Niederspannungs-Abnormitätserkennungs-Spannungsbereich unterhalb des normalen Spannungsbereichs fällt.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms jeden vom Schaltkreis des oberen Arms und vom Schaltkreis des unteren Arms in den offenen Zustand versetzt, wenn die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführten Stroms unterhalb einer vorgegebenen Betriebsstoppspannung liegt, und die Reserve-Stromversorgungsschaltung den Strom wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms zuführt, wenn die Spannung des Stroms, der von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt und höher als die Betriebsstoppspannung ist.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reserve-Stromversorgungsschaltung den Strom der Gate-Schaltung des unteren Arms zuführt, wenn die Spannung des der Gate-Schaltung des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführten Stroms bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reserve-Stromversorgungsschaltung den Strom der Gate-Schaltung des oberen Arms zuführt, wenn die Spannung des der Gate-Schaltung des oberen Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführten Stroms bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reserve-Stromversorgungsschaltung den Strom der Gate-Schaltung des oberen Arms zuführt, wenn die Spannung des Stroms, welcher der Gate-Schaltung des oberen Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt, und den Strom der Gate-Schaltung des unteren Arms zuführt, wenn die Spannung des Stroms, welcher der Gate-Schaltung des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Wechselrichter-Schaltungseinheit eine Temperaturerfassungsschaltung aufweist, welche die Temperatur jedes Schaltelements des Schaltkreises des oberen Arms und des Schaltkreises des unteren Arms erfasst, und wenn der eine Schaltkreis in den Kurzschlusszustand versetzt wird und die von der Temperaturerfassungsschaltung erfasste Temperatur des Schaltelements größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur ist, der in den Kurzschlusszustand zu versetzende Schaltkreis vom einen Schaltkreis zum anderen geschaltet wird und der in den offenen Zustand zu versetzende Schaltkreis vom anderen Schaltkreis zum einen Schaltkreis geschaltet wird.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die eine von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms ein vorgegebenes abnormales Signal an die andere Gate-Schaltung ausgibt, wenn die Spannung des von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführten Stroms unterhalb einer vorgegebenen Betriebsstoppspannung liegt, und die andere Gate-Schaltung den Schaltkreis des oberen Arms oder den Schaltkreis des unteren Arms in den Kurzschlusszustand versetzt, wenn das abnormale Signal von der einen Gate-Schaltung eingegeben wird.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wechselrichter-Schaltungseinheit eine Temperaturerfassungsschaltung, welche die Temperatur jedes Schaltelements des Schaltkreises des oberen Arms und des Schaltkreises des unteren Arms erfasst, und eine aktive Entladungsschaltung, welche in der Wechselrichter-Schaltungseinheit angesammelte elektrische Ladungen abführt, aufweist, und die Reserve-Stromversorgungsschaltung den Strom wenigstens einer von der Temperaturerfassungsschaltung und der aktiven Entladungsschaltung zuführt, wenn die Spannung des wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführten Stroms bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Reserve-Stromversorgungsschaltung den Strom der Temperaturerfassungsschaltung zuführt, wenn die Spannung des Stroms, der wenigstens einer von der Gate-Schaltung des oberen Arms und der Gate-Schaltung des unteren Arms von der Gate-Treiber-Stromversorgungsschaltung zugeführt wird, bis unter den normalen Spannungsbereich abfällt.
Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche ferner Folgendes aufweist: eine zweite Wechselrichter-Schaltungseinheit, die einen zweiten Schaltkreis des oberen Arms und einen zweiten Schaltkreis des unteren Arms aufweist, die jeweils mehrere Schaltelemente aufweisen, eine zweite Gate-Schaltung des oberen Arms, die ein Gate-Signal an den zweiten Schaltkreis des oberen Arms ausgibt, und eine zweite Gate-Schaltung des unteren Arms, die ein Gate-Signal an den zweiten Schaltkreis des unteren Arms ausgibt, wobei die Wechselrichter-Schaltungseinheit und die zweite Wechselrichter-Schaltungseinheit mit einem gemeinsamen Motor verbunden sind und die Reserve-Stromversorgungsschaltung den Strom keiner von der zweiten Gate-Schaltung des oberen Arms und der zweiten Gate-Schaltung des unteren Arms zuführt.