JP2022118656A - インターフェース回路、電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧異常から正常状態への復帰を判定可能なインターフェース回路を提供する。【解決手段】インターフェース回路１０は、センサ１とマイコン２の間に接続され、センサ１からの出力信号をマイコン２への入力信号に変換する。インターフェース回路１０は、センサ１の出力信号に基づく電圧信号Ｖ１を出力する電圧信号出力回路４と、電圧信号Ｖ１に基づいてセンサ１の出力信号における電圧異常である天絡の発生を検知し、電圧信号出力回路４をセンサ１の出力信号から遮断するための遮断信号を出力する天絡検知回路６と、天絡が解除された場合に天絡検知回路６を通常動作に復旧させる復旧回路７とを備える。復旧回路７は、天絡検知回路６が出力する遮断信号に基づいて天絡の解除を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、２つの装置間に接続されるインターフェース回路と、このインターフェース回路を備えた電力変換装置に関する。

従来、センサからの出力信号をマイコンに入力して利用するために、センサとマイコンの間に配置されてセンサの出力信号をマイコンへの入力に適した信号に変換するインターフェース回路が広く利用されている。こうしたインターフェース回路を含むシステムでは、マイコンの誤動作や破壊を防止するため、インターフェース回路において天絡、地絡、断線等を原因とする電圧異常が生じた場合にはこれを速やかに検知し、所定の保護動作に移行することが好ましい。例えば特許文献１には、電源電圧から生成された定電圧に基づいて生成される第１のクランプ電圧、又は電源電圧に基づいて生成され、当該電源電圧に依存して変動する第２のクランプ電圧を上限として、センサから出力される出力電圧をクランプし、クランプした出力電圧と、電源電圧に基づいて生成される所定の閾値とを比較して天絡の発生を検知する異常検知回路が開示されている。

特開２０１７－９４８１号公報

特許文献１に記載の異常検知回路では、電圧異常の発生を検知した後に正常状態に復帰した場合であっても、これを判定することができない。

本発明によるインターフェース回路は、２つの装置間に接続され、一方の装置からの出力信号を他方の装置への入力信号に変換するものであって、前記出力信号に基づく電圧信号を出力する電圧信号出力回路と、前記電圧信号に基づいて前記出力信号における電圧異常の発生を検知し、前記電圧信号出力回路を前記出力信号から遮断するための遮断信号を出力する異常検知回路と、前記電圧異常が解除された場合に前記異常検知回路を通常動作に復旧させる復旧回路と、を備え、前記復旧回路は、前記異常検知回路が出力する前記遮断信号に基づいて前記電圧異常の解除を検知する。
本発明による電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力をモータに出力して前記モータを駆動させるものであって、インターフェース回路および前記マイコンを有し、前記センサからの前記出力信号を用いてモータ制御演算を行うモータコントロール基板と、前記モータコントロール基板による前記モータ制御演算の結果に基づいて、パワー半導体素子を駆動するためのゲート信号を生成するゲート駆動回路と、前記パワー半導体素子を有し、前記ゲート信号に応じて前記直流電力から前記交流電力への電力変換を行うパワーモジュールと、を備える。

本発明によれば、電圧異常から正常状態への復帰を判定可能なインターフェース回路を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係るインターフェース回路の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース回路の動作を説明するタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るインターフェース回路の構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置を含む車載システムの構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインターフェース回路の構成図である。図１に示すインターフェース回路１０は、センサ１とマイコン２の間に接続され、センサ１からの出力信号をマイコン２への入力信号に変換するものである。インターフェース回路１０は、信号入力線３、電圧信号出力回路４、マイコン入力コンパレータ回路５、天絡検知回路６および復旧回路７を備える。

センサ１は、不図示の電源から供給される電源電圧ＶＢを用いて動作する。センサ１は、所定の測定対象物に関する物理量を測定し、その測定結果に応じたパルス状の出力信号を出力する。このときセンサ１は、出力信号の電圧を監視し、天絡やセンサ１自身の故障などにより電圧が異常値を示した場合には、出力信号における電圧異常の発生を検知する機能を有している。この機能によって電圧異常の発生を検知すると、センサ１は、測定対象物に関する物理量の測定結果に関わらず、所定の保護電流を出力信号として出力する。これにより、センサ１の出力信号において電圧異常が生じたことをマイコン２へ通知するとともに、過電流がマイコン２やインターフェース回路１０に流れるのを防いで、これらを保護することができる。

センサ１から出力された出力信号は、インターフェース回路１０において信号入力線３に入力される。信号入力線３には、電圧信号出力回路４、マイコン入力コンパレータ回路５、天絡検知回路６および復旧回路７が接続されている。

電圧信号出力回路４では、抵抗Ｒ１とスイッチＴ１が直列接続されている。抵抗Ｒ１の一端側は信号入力線３に接続されており、他端側はスイッチＴ１に接続されている。スイッチＴ１は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング動作可能な半導体素子を用いて構成されており、天絡検知回路６から出力される遮断信号に応じてその切替状態が制御される。なお、切替状態を制御可能なものであれば、ＭＯＳＦＥＴ以外を用いてスイッチＴ１を構成してもよい。

スイッチＴ１がオン状態であるときにセンサ１からの出力信号が信号入力線３に入力されると、その出力信号が電圧信号出力回路４を経由してインターフェース回路１０のグランドに流れることで、出力信号に応じたパルス状の電圧Ｖ１が抵抗Ｒ１の一端側に生じる。これにより、電圧信号出力回路４は、信号入力線３を介して、センサ１からの出力信号に基づく電圧信号Ｖ１を、マイコン入力コンパレータ回路５、天絡検知回路６および復旧回路７にそれぞれ出力することができる。

マイコン入力コンパレータ回路５は、電圧信号出力回路４から出力された電圧信号Ｖ１をデジタル信号に変換し、マイコン２へ出力する。マイコン２は、マイコン入力コンパレータ回路５から出力されたデジタル信号を取得することで、センサ１の測定結果を取得し、これを用いて所定の演算処理を行うことができる。

天絡検知回路６は、入力端子と出力端子を備えており、入力端子には電圧信号出力回路４から出力された電圧信号Ｖ１が入力される。天絡検知回路６は、入力端子に入力された電圧信号Ｖ１を所定の電圧閾値Ｖｔｈ１と比較し、Ｖ１＞Ｖｔｈ１である場合に、センサ１の出力信号において天絡が発生したことを検知する。天絡の発生を検知すると、天絡検知回路６は、出力端子の電圧Ｖ２を変化させることにより、遮断信号を出力する。

天絡検知回路６から出力された遮断信号は、電圧信号出力回路４においてスイッチＴ１のゲート端子に入力され、スイッチＴ１をオンからオフに切り替える。これにより、天絡発生時には電圧信号出力回路４をセンサ１の出力信号から遮断して、天絡による過電圧や過電流から電圧信号出力回路４を保護するようにしている。

なお本実施形態では、天絡検知回路６により、センサ１の出力信号において発生する電圧異常の一種である天絡を検知する例を説明するが、例えばセンサ１の故障による電圧異常など、センサ１の出力信号における他の電圧異常を検知する場合にも、天絡検知回路６を適用可能である。すなわち、インターフェース回路１０において、天絡検知回路６は、センサ１の出力信号における電圧異常の発生を検知し、電圧信号出力回路４をその出力信号から遮断するための遮断信号を出力する異常検知回路として作用するものである。

復旧回路７は、天絡解除検知部８とスイッチＴ２を備えて構成され、センサ１の出力信号において天絡が解除された場合に、これを検知して天絡検知回路６を通常動作に復旧させる。天絡解除検知部８は、抵抗Ｒ２、Ｒ３およびＲ４と、コンパレータＩ２と、ＮＯＴゲートＩ３とにより構成される。抵抗Ｒ２およびＲ３は、電源電圧ＶＢとグランドの間に直列に接続されており、電源電圧ＶＢを所定の分圧比で分圧した電圧閾値Ｖｔｈ２をコンパレータＩ２の非反転入力端子へ出力する。抵抗Ｒ４は、コンパレータＩ２の反転入力端子と信号入力線３の間に接続されている。

コンパレータＩ２の電源端子は、天絡検知回路６の出力端子にＮＯＴゲートＩ３を介して接続されている。コンパレータＩ２は、天絡発生時に天絡解除検知部８からＬｏｗレベルの遮断信号が出力され、これに応じてＮＯＴゲートＩ３からＨｉｇｈレベルの信号が出力されることにより、電源が供給されて起動する。このとき天絡解除検知部８は、コンパレータＩ２により、非反転入力端子に入力される電圧閾値Ｖｔｈ２と、抵抗Ｒ４を介して反転入力端子に入力される電圧信号Ｖ１とを比較し、Ｖ１＜Ｖｔｈ２である場合に、天絡が解除されたことを検知する。天絡の解除を検知すると、天絡解除検知部８は、コンパレータＩ２により所定の復旧信号を出力する。

天絡解除検知部８から出力された復旧信号は、復旧回路７においてスイッチＴ２のゲート端子に入力され、スイッチＴ２をオフからオンに切り替える。これにより、天絡が解除されると天絡検知回路６への入力電圧をグランドレベルにリセットする。

復旧回路７によって入力電圧がリセットされると、天絡検知回路６は、遮断信号の出力を停止する。これにより、電圧信号出力回路４においてスイッチＴ１がオフからオンに切り替えられ、電圧信号出力回路４が信号入力線３と再接続される。また、遮断信号の停止によってコンパレータＩ２への電源供給が停止されることで、復旧回路７において天絡解除検知部８からの復旧信号の出力が停止され、スイッチＴ２がオンからオフに切り替えられる。一方、センサ１は、信号入力線３の電圧がリセットされて正常範囲に戻ることにより、保護電流の出力を停止して測定結果に応じた信号出力を再開する。その結果、電圧信号出力回路４では、センサ１の出力信号に基づく電圧信号Ｖ１の出力を再開することができる。

続いて、インターフェース回路１０の具体的な動作について以下に説明する。

まず、通常時の動作について説明する。通常時は、電源からセンサ１に電源電圧ＶＢが供給されており、センサ１から測定結果に応じたパルス信号が出力される。このとき天絡検知回路６は、出力端子の電圧Ｖ２をＨｉｇｈとする。これにより、電圧信号出力回路４においてスイッチＴ１がオンとなり、抵抗Ｒ１を通って電流が流れることで、センサ１からの出力信号に応じた電圧信号Ｖ１が、マイコン入力コンパレータ回路５を通してマイコン２へ入力され、マイコン２でモニタされる。この場合、天絡解除検知部８のＮＯＴゲートＩ３の入力電圧Ｖ２はＨｉｇｈであるため、ＮＯＴゲートＩ３の出力電圧はＬｏｗとなり、コンパレータＩ２への電源供給が行われない。したがって、復旧回路７において天絡解除検知部８は動作せず、スイッチＴ２はオフとなる。

次に、天絡時の動作について説明する。天絡検知回路６は、入力端子に入力される電圧信号Ｖ１を検出し、抵抗Ｒ１の定格に応じて設定された電圧閾値Ｖｔｈ１と比較する。その結果、電圧信号Ｖ１が閾値Ｖｔｈ１を超えた場合に、センサ１の出力信号において天絡が発生していると判断し、出力端子の電圧Ｖ２をＨｉｇｈからＬｏｗに変化させることで遮断信号を出力する。この遮断信号が天絡解除検知部８のＮＯＴゲートＩ３に入力されると、ＮＯＴゲートＩ３の出力電圧はＨｉｇｈとなり、コンパレータＩ２への電源供給が開始されることで、復旧回路７が起動する。このときセンサ１は、電圧信号Ｖ１を監視することで自身の出力電圧が異常であることを検知し、保護電流を出力する。また、天絡検知回路６から遮断信号が出力されることで、電圧信号出力回路４においてスイッチＴ１がオフとなり、電圧信号出力回路４とセンサ１の接続が切断される。

上記のように天絡発生時にはスイッチＴ１がオフ状態となるため、センサ１から出力される保護電流は、電圧信号出力回路４の抵抗Ｒ１ではなく、天絡検知回路６の内部抵抗に流れ込む。この場合、天絡検知回路６では保護電流によって内部抵抗に生じる電圧が電圧信号Ｖ１として検出される。そのため、天絡検知回路６の内部抵抗値が比較的高いと、保護電流による内部抵抗の電圧が閾値Ｖｔｈ１を超えてしまい、天絡解除後であっても天絡の誤検知が発生してセンサ１を復旧させることができない場合がある。そこで本実施形態では、復旧回路７の動作により、以下のようにして天絡解除後に天絡の誤検知が発生するのを防いでいる。

天絡検知回路６から遮断信号が出力されると、復旧回路７において天絡解除検知部８のコンパレータＩ２は、ＮＯＴゲートＩ３からの電源供給により、電圧信号Ｖ１と電圧閾値Ｖｔｈ２を比較する。ここで、天絡解除検知部８では、抵抗Ｒ２，Ｒ３の分圧比により、天絡検知回路６が天絡の発生を検知する閾値Ｖｔｈ１よりも大きく、かつ、天絡解除後に保護電流が天絡検知回路６の内部抵抗に流れたときの内部抵抗の電圧よりも大きくなるように、閾値Ｖｔｈ２が設定されるものとする。これにより、天絡解除後の保護電流による内部抵抗の電圧が閾値Ｖｔｈ１を超えていたとしても、閾値Ｖｔｈ２よりは小さくなるため、天絡解除検知部８において天絡が解除されたことを検知できる。

天絡解除検知部８によって天絡の解除が検知され、コンパレータＩ２の出力がＬｏｗからＨｉｇｈに変化すると、復旧回路７においてスイッチＴ２がオフからオンに変化し、天絡検知回路６の入力端子がグランドに接続される。すると、天絡検知回路６の入力電圧がグランドレベルまで低下するため、天絡検知回路６は天絡が発生していないと判断し、出力端子の電圧Ｖ２をＬｏｗからＨｉｇｈに変化させることで遮断信号の出力を停止する。これにより、電圧信号出力回路４においてスイッチＴ１がオンとなる。また、出力端子の電圧Ｖ２がＨｉｇｈとなることで、ＮＯＴゲートＩ３の出力電圧はＬｏｗとなり、コンパレータＩ２への電源供給が停止されて復旧回路７の動作が停止する。これにより、スイッチＴ２はオフとなる。その結果、インターフェース回路１０が天絡発生前の状態へと戻り、センサ１から測定結果に応じたパルス信号の出力が再開される。

以上説明したように、本実施形態のインターフェース回路１０を用いることで、天絡発生時にマイコン２を保護することが可能となる。さらに、天絡解除による正常状態への復帰を、追加のマイコンやプログラムを使用することなく簡単なハードウェアで判定し、天絡発生前の動作をセンサ１やマイコン２に再開させることができる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るインターフェース回路の動作を説明するタイムチャートである。

まず、通常時の動作について説明する。通常時は、（ａ）に示すように、センサ１の出力電流（図１においてセンサ１から抵抗Ｒ１に流れる電流）はパルス状に変化する。この出力電流に応じて天絡検知回路６に印加される電圧（電圧信号Ｖ１）は、（ｂ）に示すように、回路内部に設定された所定の電圧閾値Ｖｔｈ１よりも低い。そのため（ｃ）に示すように、天絡検知回路６の出力信号電圧（出力端子の電圧Ｖ２）は常にＨｉｇｈとなり、（ｄ）に示すように、天絡解除検知部８の出力信号電圧（スイッチＴ２に印加されるゲート電圧）はＬｏｗとなっている。したがって復旧回路７は動作しない。

次に天絡時の動作について説明する。時刻ｔ１においてセンサ１の出力電圧に天絡が発生すると、（ｂ）に示すように、天絡検知回路６の印加電圧が電圧閾値Ｖｔｈ１を超過する。これにより、天絡検知回路６は天絡を検知し、（ｃ）に示すように、出力信号電圧をＨｉｇｈからＬｏｗに切り替える。このときセンサ１は、（ａ）に示すように、保護動作に移行して一定の電流値Ｉｐで保護電流を出力し続ける。

その後、時刻ｔ２において天絡が解除されると、（ｂ）に示すように、天絡検知回路６の印加電圧が低下する。しかしながら、保護電流に基づく内部抵抗の電圧が電圧信号Ｖ１として天絡検知回路６に印加されており、これが電圧閾値Ｖｔｈ１を超えているため、天絡検知回路６では天絡しているとの誤判定状態が続く。そのため（ｃ）に示すように、天絡検知回路６の出力信号電圧はＬｏｗのままとなる。

一方、天絡発生時の時刻ｔ１において、（ｃ）に示すように天絡検知回路６の出力信号電圧がＬｏｗになると、天絡解除検知部８ではＮＯＴゲートＩ３を介して、コンパレータＩ２に電力が供給される。これにより復旧回路７が起動する。電力供給を受けたコンパレータＩ２は、抵抗Ｒ２，Ｒ３の分圧回路から非反転入力端子に入力される所定の電圧閾値Ｖｔｈ２と、抵抗Ｒ４を介して反転入力端子に入力される電圧信号Ｖ１とを比較する。

時刻ｔ２で天絡が解除され、これに応じて電圧信号Ｖ１が電圧閾値Ｖｔｈ２を下回ると、天絡解除検知部８は天絡解除と判定し、（ｄ）に示すように出力信号電圧をＬｏｗからＨｉｇｈに切り替えて、復旧信号を出力する。これにより、復旧回路７においてスイッチＴ２がオンされ、時刻ｔ３において（ｂ）に示すように、天絡検知回路６の印加電圧がグランドレベルに低下してリセットされる。

天絡検知回路６の印加電圧がリセットされて電圧閾値Ｖｔｈ１未満になると、（ｃ）に示すように、天絡検知回路６の出力信号電圧がＬｏｗからＨｉｇｈに戻る。これにより、天絡解除検知部８ではコンパレータＩ２への電力供給が停止し、（ｄ）に示すように、天絡解除検知部８の出力信号電圧がＨｉｇｈからＬｏｗに戻ってスイッチＴ２がオフされる。このようにして、復旧回路７の動作が停止する。

復旧回路７の動作が停止すると、時刻ｔ４において（ｂ）に示すように、天絡検知回路６の印加電圧が元の天絡発生前の状態に戻る。その後、通常時の動作が再開され、（ａ）に示すように、センサ１から再びパルス状の電流が出力される。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）インターフェース回路１０は、センサ１とマイコン２の間に接続され、センサ１からの出力信号をマイコン２への入力信号に変換する。インターフェース回路１０は、センサ１の出力信号に基づく電圧信号Ｖ１を出力する電圧信号出力回路４と、電圧信号Ｖ１に基づいてセンサ１の出力信号における電圧異常の一種である天絡の発生を検知し、電圧信号出力回路４をセンサ１の出力信号から遮断するための遮断信号を出力する天絡検知回路６と、天絡が解除された場合に天絡検知回路６を通常動作に復旧させる復旧回路７とを備える。復旧回路７は、天絡検知回路６が出力する遮断信号に基づいて天絡の解除を検知する。このようにしたので、電圧異常から正常状態への復帰を判定可能なインターフェース回路を提供できる。

（２）復旧回路７は、遮断信号の出力に応じて起動され電圧信号Ｖ１を所定の閾値Ｖｔｈ２と比較するコンパレータＩ２を有し、コンパレータＩ２により電圧信号Ｖ１が閾値Ｖｔｈ２を下回ったと判定されると、天絡の解除を検知する。このようにしたので、天絡検知回路６が出力する遮断信号に基づいて、天絡の解除を確実に検知することができる。

（３）天絡検知回路６は、電圧信号Ｖ１が所定の閾値Ｖｔｈ１よりも大きくなると、天絡の発生を検知する。閾値Ｖｔｈ２は、閾値Ｖｔｈ１よりも大きい値に設定される。このようにしたので、天絡解除後にセンサ１の保護電流が天絡検知回路６の内部抵抗に流れる場合でも、復旧回路７において天絡が解除されたことを検知できる。

（４）インターフェース回路１０は、センサ１とマイコン２の間に接続され、電圧信号出力回路４から出力される電圧信号Ｖ１に基づいて、センサ１からの出力信号をマイコン２への入力信号に変換する。このようにしたので、センサとマイコンの間に配置されてセンサの出力信号をマイコンへの入力に適した信号に変換するインターフェース回路において、本発明を適用することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るインターフェース回路の構成図である。図３に示すインターフェース回路１０は、第１の実施形態で説明した図１のインターフェース回路１０と比べて、復旧回路７のうち天絡解除検知部８の回路構成が異なっている。これ以外の点では、第１の実施形態と同様であるため、以下では第１の実施形態と重複する説明を省略する。

本実施形態では、天絡解除検知部８においてコンパレータＩ２は、インターフェース回路１０の動作中には電源が常時供給される。ＮＯＴゲートＩ３とコンパレータＩ２の出力は、ＡＮＤゲートＩ４にそれぞれ入力される。ＡＮＤゲートＩ４は、ＮＯＴゲートＩ３からＨｉｇｈレベルの信号が出力されており、かつコンパレータＩ２からＨｉｇｈレベルの信号が出力されている場合に、スイッチＴ２のゲート端子へＨｉｇｈレベルの信号を出力する。本実施形態における天絡解除検知部８は、このような回路動作により、第１の実施形態と同様に、天絡解除を検知して復旧信号を出力することができる。

なお、本実施形態におけるインターフェース回路１０の全体動作は、第１の実施形態と同様である。すなわち、天絡が発生していない通常時には、天絡検知回路６から天絡解除検知部８のＮＯＴゲートＩ３への出力電圧Ｖ２がＨｉｇｈであるため、ＮＯＴゲートＩ３の出力電圧はＬｏｗとなる。そのため、天絡解除検知部８においてＡＮＤゲートＩ４の出力はＬｏｗとなり、スイッチＴ２はオフとなる。また、天絡発生中には電圧信号Ｖ１が閾値Ｖｔｈ２以上となり、これに応じてコンパレータＩ２の出力がＬｏｗとなる。そのため、この場合にも天絡解除検知部８においてＡＮＤゲートＩ４の出力はＬｏｗとなり、スイッチＴ２はオフとなる。

一方、天絡が解除されて電圧信号Ｖ１が閾値Ｖｔｈ２を下回り、これに応じてコンパレータＩ２の出力がＨｉｇｈになると、天絡解除検知部８においてＡＮＤゲートＩ４の出力もＨｉｇｈになる。これにより、天絡解除検知部８の出力信号電圧がＬｏｗからＨｉｇｈに切り替えられ、復旧信号が出力される。その結果、第１の実施形態と同様に、天絡検知回路６の印加電圧がリセットされてインターフェース回路１０が天絡発生前の状態へと戻り、センサ１から測定結果に応じたパルス信号の出力が再開される。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、復旧回路７は、電圧信号Ｖ１を所定の閾値Ｖｔｈ２と比較するコンパレータＩ２を有し、天絡検知回路６から遮断信号が出力されているときに、コンパレータＩ２により電圧信号Ｖ１が閾値Ｖｔｈ２を下回ったと判定されると、天絡の解除を検知する。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、天絡検知回路６が出力する遮断信号に基づいて、天絡の解除を確実に検知することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１、第２の実施形態でそれぞれ説明したインターフェース回路１０を適用した電力変換装置を説明する。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置を含む車載システムの構成図である。図４に示す車載システムは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されて使用されるものであり、センサ１、電力変換装置１００、モータ１５、動力伝達装置１６、測定対象１７を備えている。

センサ１は、車両の低電圧直流給電１９から電力変換装置１００を介して電力供給を受けることで動作する。センサ１は、車両の走行状態に関する物理量、例えば車両の走行速度等を測定し、その測定結果を示す信号を電力変換装置１００へ出力する。

電力変換装置１００は、不図示の高電圧電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータ１５に出力してモータ１５を駆動させる。電力変換装置１００は、モータコントロール基板１８、ゲート駆動回路１３およびパワーモジュール１４を備える。

モータコントロール基板１８は、マイコン２、インターフェース回路１０および電力供給回路１１を備える。インターフェース回路１０は、第１または第２の実施形態で説明した回路構成の復旧回路７を含んで構成され、センサ１からの出力信号をマイコン２への入力信号に変換するとともに、天絡発生時にはマイコン２を保護する。マイコン２は、センサ１からインターフェース回路１０を介して入力される信号を用いて所定のモータ制御演算を行い、その演算結果をゲート駆動回路１３へ出力する。電力供給回路１１は、低電圧直流給電１９から供給される直流電力に基づき、センサ１やインターフェース回路１０へ電源電圧ＶＢを供給する。

ゲート駆動回路１３は、モータコントロール基板１８によるモータ制御演算の結果に基づいて、パワーモジュール１４が備えるパワー半導体素子を駆動するためのゲート信号を生成する。パワーモジュール１４は、複数のパワー半導体素子を有しており、ゲート駆動回路１３から入力されるゲート信号に応じて各パワー半導体素子をスイッチング動作させることで、直流電力から交流電力への電力変換を行う。パワーモジュール１４の電力変換によって生成された交流電力は、モータ１５に出力される。これにより、モータ１５が回転駆動される。

モータ１５において発生された回転駆動力は、各種ギヤ類やシャフト等によって構成される動力伝達装置１６を介して、車両が備える不図示の駆動輪へと伝達される。これにより、車両において駆動輪が回転され、車両が走行する。センサ１は、動力伝達装置１６の一部または動力伝達装置１６に連動する測定対象１７（例えばシャフトなど）から出力される信号に基づいて、車両の走行状態に関する物理量の測定を行う。

次に、通常時における電力変換装置１００の動作について以下に説明する。センサ１からモータコントロール基板１８に出力される電圧信号Ｖ１において天絡が発生していない通常時には、モータ１５からの出力が動力伝達装置１６に伝達され、これに応じて測定対象１７が動作する。このときセンサ１は、モータコントロール基板１８の電力供給回路１１から電力供給を受けて動作し、測定対象１７を測定して得られた信号を出力する。このセンサ１からの出力信号は、インターフェース回路１０を介してマイコン２に入力される。なお、通常時にはインターフェース回路１０において復旧回路７は不動作状態となっている。マイコン２は、センサ１からの出力信号を解析してモータ制御演算を行い、ゲート駆動回路１３とパワーモジュール１４を通して、モータ１５を制御する。

続いて、天絡時における電力変換装置１００の動作について以下に説明する。センサ１からモータコントロール基板１８に出力される電圧信号Ｖ１において天絡が発生すると、マイコン２はインターフェース回路１０を介して故障信号の解析を行い、その解析結果に基づき、ゲート駆動回路１３とパワーモジュール１４を通して、モータ１５を制御する。また同時に、インターフェース回路１０内の復旧回路７において、前述のようにセンサ１の出力電圧Ｖ１と所定の電圧閾値Ｖｔｈ２とを比較することで、天絡が解除されたか否かを判定する。その結果、天絡の解除を検知した場合は、マイコン２を通さずに、復旧回路７内の天絡解除検知部８から所定の復旧信号を出力することで、センサ１の出力電圧をリセットする。これにより、センサ１や電力変換装置１００を通常時の動作状態へと復旧させるようにする。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、電力変換装置１００は、直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ１５に出力してモータ１５を駆動させる。電力変換装置１００は、インターフェース回路１０およびマイコン２を有し、センサ１からの出力信号を用いてモータ制御演算を行うモータコントロール基板１８と、モータコントロール基板１８によるモータ制御演算の結果に基づいて、パワー半導体素子を駆動するためのゲート信号を生成するゲート駆動回路１３と、パワー半導体素子を有し、ゲート信号に応じて直流電力から交流電力への電力変換を行うパワーモジュール１４とを備える。このようにしたので、ソフトウェアよりも短時間で判断可能なハードウェアを利用して天絡解除の判断を行うインターフェース回路１０を用いて、安全性の高い電力変換装置１００を提供できる。

ここで、車両に搭載される電力変換装置１００において、天絡解除の判断を正確かつ素早く行うことは、車両の安全性にとって大きな影響がある。そのため、マイコン２によるソフトウェアと、インターフェース回路１０によるハードウェアとを同時に使用して、天絡解除の判断を行うようにしてもよい。このようにすれば、より一層安全性の高い電力変換装置１００を実現することが可能となる。

なお、以上説明した各実施形態では、センサ１が自身の出力信号を監視し、電圧異常の発生を検知すると所定の保護電流を出力する例を説明したが、こうした保護電流出力機能を持たないセンサについても、本発明は適用可能である。また、センサ１とマイコン２の間に接続されるインターフェース回路１０を例として説明したが、センサやマイコン以外の装置と接続されるインターフェース回路であっても、本発明の適用範囲に含まれる。すなわち本発明は、２つの装置間に接続され、一方の装置からの出力信号を他方の装置への入力信号に変換するインターフェース回路であって、当該出力信号における電圧異常の発生を検知するとともに、その電圧異常の解除を検知するものであれば、任意のインターフェース回路について適用可能である。

以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１：センサ、２：マイコン、３：信号入力線、４：電圧信号出力回路、５：マイコン入力コンパレータ回路、６：天絡検知回路、７：復旧回路、８：天絡解除検知部、１０：インターフェース回路、１１：電力供給回路、１３：ゲート駆動回路、１４：パワーモジュール、１５：モータ、１６：動力伝達装置、１７：測定対象、１８：モータコントロール基板、１９：低電圧直流給電、１００：電力変換装置

Claims (6)

1. ２つの装置間に接続され、一方の装置からの出力信号を他方の装置への入力信号に変換するインターフェース回路であって、
   前記出力信号に基づく電圧信号を出力する電圧信号出力回路と、
   前記電圧信号に基づいて前記出力信号における電圧異常の発生を検知し、前記電圧信号出力回路を前記出力信号から遮断するための遮断信号を出力する異常検知回路と、
   前記電圧異常が解除された場合に前記異常検知回路を通常動作に復旧させる復旧回路と、を備え、
   前記復旧回路は、前記異常検知回路が出力する前記遮断信号に基づいて前記電圧異常の解除を検知するインターフェース回路。
2. 請求項１に記載のインターフェース回路であって、
   前記復旧回路は、前記遮断信号の出力に応じて起動され前記電圧信号を所定の解除判定閾値と比較する比較器を有し、
   前記比較器により前記電圧信号が前記解除判定閾値を下回ったと判定されると、前記電圧異常の解除を検知するインターフェース回路。
3. 請求項１に記載のインターフェース回路であって、
   前記復旧回路は、前記電圧信号を所定の解除判定閾値と比較する比較器を有し、
   前記異常検知回路から前記遮断信号が出力されているときに、前記比較器により前記電圧信号が前記解除判定閾値を下回ったと判定されると、前記電圧異常の解除を検知するインターフェース回路。
4. 請求項２または３に記載のインターフェース回路であって、
   前記異常検知回路は、前記電圧信号が所定の異常判定閾値よりも大きくなると、前記電圧異常の発生を検知し、
   前記解除判定閾値は、前記異常判定閾値よりも大きい値に設定されるインターフェース回路。
5. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインターフェース回路であって、
   前記２つの装置は、センサおよびマイコンであり、
   前記電圧信号出力回路から出力される前記電圧信号に基づいて、前記センサからの前記出力信号を前記マイコンへの前記入力信号に変換するインターフェース回路。
6. 直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力をモータに出力して前記モータを駆動させる電力変換装置であって、
   請求項５に記載のインターフェース回路および前記マイコンを有し、前記センサからの前記出力信号を用いてモータ制御演算を行うモータコントロール基板と、
   前記モータコントロール基板による前記モータ制御演算の結果に基づいて、パワー半導体素子を駆動するためのゲート信号を生成するゲート駆動回路と、
   前記パワー半導体素子を有し、前記ゲート信号に応じて前記直流電力から前記交流電力への電力変換を行うパワーモジュールと、を備える電力変換装置。
   

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