JP6119778B2

JP6119778B2 - インバータの制御装置

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Publication number: JP6119778B2
Application number: JP2015034074A
Authority: JP
Inventors: 悦司田口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: KR101793581B1; KR20160103525A; JP2016158377A; US9866107B2; DE102016202470A1; CN105915093B; CN105915093A; US20160248317A1

Description

本発明は、インバータの制御装置に関し、詳しくは、６個のトランジスタと６個のダイオードにより構成されるインバータの制御装置に関する。

従来、この種のインバータの制御装置としては、インバータに短絡故障が発生した場合には、短絡故障したスイッチング素子と並列接続されたスイッチング素子をすべてオンとする三相オン制御を実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、インバータに短絡故障が生じている最中にインバータにより駆動されるモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下のときには、短絡故障したスイッチング素子と直列接続されたスイッチング素子をオンとして退避走行制御を行なう。一方、モータジェネレータの回転数が所定の基準回転数を超えるときには、三相オン制御を実行する。これにより、退避走行を行なうと共に、インバータに過電流が流れるのを防止している。

特開２００９−１９５０２６号公報

しかしながら、上述のインバータの制御装置では、スイッチング素子に並列に逆方向に接続されるダイオードが破損する場合が生じる。三相オン制御を開始する際に順方向の電流が流れているダイオードに逆方向の電圧が作用すると、ダイオードにはリカバリ電流（逆回復電流）が流れる。この際、逆方向の電圧が高すぎたりリカバリ電流が大きすぎると、リカバリ損失がリカバリ耐量を超過し、ダイオードが破損する場合が生じる。

本発明のインバータの制御装置は、インバータに短絡故障が生じたことにより三相オン制御を実行する際にインバータを構成するダイオードが破損するのを抑制することを主目的とする。

本発明のインバータの制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のインバータの制御装置は、
６個のトランジスタと６個のダイオードにより構成されるインバータの制御装置であって、
前記６個のトランジスタのうちのいずれか１つに短絡故障が生じたことによって短絡故障したトランジスタと並列に接続された２つのトランジスタをオンとする三相オン制御を実行する際には、前記６個のダイオードのうち逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定されるときに前記三相オン制御を開始する、
ことを特徴とする。

この本発明のインバータの制御装置では、インバータを構成する６個のトランジスタのうちのいずれか１つに短絡故障が生じたことによって短絡故障したトランジスタと並列に接続された２つのトランジスタをオンとする三相オン制御を実行する際には、６個のダイオードのうち逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定されるときに三相オン制御を開始する。ここで、「リカバリ損失」としては、順方向電流が流れているダイオードに逆方向の電圧を作用したときにダイオードの逆回復電流とダイオードに作用させた逆方向電圧との積を意味しており、逆回復損失とも称する。「リカバリ耐量」としては、ダイオードが破損しないリカバリ損失（逆回復損失）の上限値より若干小さい値として予め定められるものである。上述のように、逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定されるときに三相オン制御を開始するから、逆回復電流が生じるダイオードの破損を抑制することができる。

こうした本発明のインバータの制御装置において、前記逆回復電流が生じるダイオードに作用する逆方向電圧が所定電圧未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満になると推定されるときであるとして前記三相オン制御を開始するものとしてもよい。ここで、逆方向電圧は電圧センサなどにより検出することができる。リカバリ損失（逆回復損失）は、上述したように逆回復電流と逆方向電圧との積であるから、逆方向電圧が小さいときにはリカバリ損失（逆回復損失）も小さくなる。したがって、所定電圧を適当に定めることにより、逆方向電圧が所定電圧未満のときにはリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができる。

また、本発明のインバータの制御装置において、前記インバータにより駆動される回転電機の回転数が所定回転数未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満になると推定されるときであるとして前記三相オン制御を開始するものとしてもよい。回転電機は回転により誘起電圧（逆起電圧）を発生し、その電圧は回転数に応じたものとなる。一方、三相オン制御の実行は、通常、回転電機の逆起電圧が大きいときに行なわれるから、ダイオードに作用する逆方向電圧は回転電機の逆起電圧となる場合が多い。したがって、回転電機の逆起電圧が上述の所定電圧となる回転電機の回転数を所定回転数として用いることにより、逆起電圧としての逆方向電圧を所定電圧未満とすることができる。この結果、所定回転数と所定電圧とを適当に定めることにより、回転電機の回転数が所定回転数未満のときにはリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができる。なお、前記インバータにより駆動される回転電機を走行用の電動機として搭載する車両では、車速が所定車速未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満になると推定されるときであるとして前記三相オン制御を開始するものとしてもよい。この場合、車速に換算係数を乗じることにより回転電機の回転数となるから、回転電機の回転数が所定回転数であるときの車速を所定車速とすれば、車速が所定車速未満のときは回転電機の回転数が所定回転数未満のときとなり、上述したように、リカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができる。

さらに、本発明のインバータの制御装置において、前記逆回復電流が生じるダイオードに流れる順方向の電流値が所定電流値未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満になると推定されるときであるとして前記三相オン制御を開始するものとしてもよい。ここで、順方向の電流値が所定電流未満であるか否かについては、電流センサからの検出値や回転電機の回転数を検出するレゾルバからの信号を用いて判定することができる。上述したように、リカバリ損失（逆回復損失）は、逆回復電流と逆方向電圧との積であるから、逆回復電流が小さいときにはリカバリ損失（逆回復損失）も小さくなる。逆回復電流はダイオードに流れる順方向の電流値が大きいときには大きくなると考えられるから、所定電流値を適当に定めることにより、順方向の電流値が所定電流値未満のときにはリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができる。

あるいは、本発明のインバータの制御装置において、前記逆回復電流が生じるダイオードに流れる順方向の電流値と該ダイオードに作用する逆方向電圧との積が所定値未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満になると推定されるときであるとして前記三相オン制御を開始するものとしてもよい。ここで、順方向の電流値は、電流センサにより検出することができる。また、逆方向電圧は、電圧センサなどにより検出したり、インバータが駆動する回転電機の回転数や車速などから推定することができる。上述したように、逆回復電流はダイオードに流れる順方向の電流値が大きいときには大きくなると考えられるから、ダイオードに流れる順方向の電流値と逆方向電圧との積が大きいほどリカバリ損失は大きくなると考えることができる。したがって、所定値を適当に定めることにより、順方向の電流値と逆方向電圧との積が所定値未満のときにはリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。ＥＣＵ５０により実行される一相短絡故障時処理の一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ５０により実行される三相オン移行可能判定処理の一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ５０により実行される変形例の三相オン移行可能判定処理の一例を示すフローチャートである。インバータ３４のトランジスタＴ１４に短絡故障が生じたときにｕ相のダイオードＤ１２に順方向の最大電流が流れているときの状態を説明する説明図である。ｕ相、ｖ相、ｗ相の相電流の時間変化と三相オンへの移行が可能であるか否かの判定の様子を示す説明図である。ＥＣＵ５０により実行される変形例の三相オン移行可能判定処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、パワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵという）３３と、バッテリ３６と、リレー４２と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０と、を備える。

モータ３２は、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を有する周知の同期発電電動機として構成されている。モータ３２は、駆動輪２２ａ，２２ｂにドライブシャフト（車軸）２３およびデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に取り付けられている。このモータ３２は、回転に伴って逆起電圧（誘起電圧とも称する）Ｖｍを発生する。

ＰＣＵ３３は、インバータ３４と、昇圧コンバータ３５と、平滑用のコンデンサ４８とを備え、これらを単一のケースに収納している。インバータ３４は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）として構成された６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、高電圧系電力ライン４６の正極母線４６ａと負極母線４６ｂとに対して、ソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、ＥＣＵ５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

昇圧コンバータ３５は、インバータ４１，４２が接続された高電圧系電力ライン４６と、バッテリ３６が接続された低電圧系電力ライン４０と、に接続されている。この昇圧コンバータ３５は、２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２と、トランジスタＴ２１，Ｔ２２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ２１は、高電圧系電力ライン４６の正極母線４６ａに接続されている。トランジスタＴ２２は、トランジスタＴ２１に接続されていると共に、高電圧系電力ライン４６の負極母線４６ｂを兼ねる低電圧系電力ライン４０の負極母線４０ｂに接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ２１，Ｔ２２同士の接続点と、低電圧系電力ライン４０の正極母線４０ａと、に接続されている。昇圧コンバータ３５は、ＥＣＵ５０によってトランジスタＴ２１，Ｔ２２がオンオフされることにより、低電圧系電力ライン４０の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４６に供給したり、高電圧系電力ライン４６の電力を降圧して低電圧系電力ライン４０に供給したりする。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。コンデンサ４４は、低電圧系電力ライン４０の正極母線４０ａと負極母線４０ｂとに接続されている。リレー４２は、正極母線４０ａおよび負極母線４０ｂの、コンデンサ４４との接続点よりバッテリ３６側に設けられている。このリレー４２は、ＰＣＵ３３側（昇圧コンバータ３５やインバータ３４）と、バッテリ３６側との接続および接続の解除を行なう。

ＥＣＵ５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＥＣＵ５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ｂからの回転位置θｍ。モータ３２とインバータ３４とを接続する電力ラインに取り付けられた電流センサ３４ｕ，３４ｖからのモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖ。バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサからの電池電圧Ｖｂ。バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ｉｂ。バッテリ３６に取り付けられた温度センサからの電池温度Ｔｂ。コンデンサ４４の端子間に取り付けられた電圧センサ４４ａからのコンデンサ電圧（低電圧系電圧）ＶＢ。コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ電圧（高電圧系電圧）ＶＨ。イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号。シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ。アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ。ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ。車速センサ６８からの車速Ｖ。ＥＣＵ５０からは、種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号。昇圧コンバータ３５のトランジスタＴ２１，Ｔ２２へのスイッチング制御信号。リレー４２への制御信号。なお、ＥＣＵ５０は、回転位置検出センサ３２ｂにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の回転数Ｎｍを演算したり、電流センサ３４ｕ，３４ｖからのモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖにより相電流Ｉｗを演算している。また、ＥＣＵ５０は、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサにより検出された電池電流Ｉｂの積算値に基づいて、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特にインバータ３４の６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のいずれか１つに短絡故障が生じたときの動作について説明する。図２は、インバータ３４の６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のいずれか１つに短絡故障が生じたときにＥＣＵ５０により実行される一相短絡故障時処理の一例を示すフローチャートである。

一相短絡故障時処理が実行されると、ＥＣＵ５０は、まず、インバータ３４の６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のすべてをオフする（ステップＳ１００）。続いて、電圧センサ４８ａからの高電圧系電圧ＶＨとモータ３２の回転数Ｎｍとを入力する（ステップＳ１１０）。ここで、モータ３２の回転数Ｎｍは、回転位置検出センサ３２ｂにより検出された回転位置θｍに基づいて計算されたものを入力するものとした。そして、入力したモータ３２の回転数Ｎｍに逆起電圧（誘起電圧）を計算するための換算係数ｋｍを乗じて逆起電圧Ｖｍを計算し（ステップＳ１２０）、高電圧系電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｍ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。

ステップＳ１３０で高電圧系電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｍ以上であると判定したときには、短絡故障が生じたトランジスタと並列接続されている２つのトランジスタをオンとして三相オン制御を開始して（ステップＳ１６０）、本処理を終了する。例えば、三相オン制御は、例えば下アームのトランジスタＴ１４に短絡故障が生じている場合にはこのトランジスタＴ１４と並列接続されている下アームの２つのトランジスタＴ１５，Ｔ１６をオンとすることにより行ない、例えば上アームのトランジスタＴ１２に短絡故障が生じている場合にはこのトランジスタＴ１２と並列接続されている上アームの２つのトランジスタＴ１１，Ｔ１３をオンとすることにより行なわれる。

ステップＳ１３０で高電圧系電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｍ未満であると判定したときには、三相オン制御に移行可能であるか否かを判定し（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）、三相オン制御に移行可能と判定されたときには、短絡故障が生じたトランジスタと並列接続されている２つのトランジスタをオンとして三相オン制御を開始して（ステップＳ１６０）、本処理を終了する。三相オン制御に移行可能であるか否かの判定は、インバータ３４の６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６のうち三相オンとする際に逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定されるときには移行可能と判定し、リカバリ損失がリカバリ耐量未満になるとは推定されないときには移行不能と判定することにより行なう。ここで、「リカバリ損失」は、順方向電流が流れているダイオードに逆方向の電圧を作用したときにダイオードの逆回復電流とダイオードに作用させた逆方向電圧との積を意味しており、逆回復損失とも称する。「リカバリ耐量」は、ダイオードが破損しないリカバリ損失（逆回復損失）の上限値より若干小さい値として予め定められるものである。

実施例では、三相オン制御に移行可能であるか否かの判定は、図３に例示する三相オン移行可能判定処理を実行することにより行なわれる。三相オン移行可能判定処理では、モータ３２の回転数Ｎｍを入力し（ステップＳ２００）、入力した回転数Ｎｍが所定回転数閾値Ｎｍｒｅｆ未満であるか否かを判定し（ステップＳ２１０）、回転数Ｎｍが所定回転数閾値Ｎｍｒｅｆ未満であるときには三相オンへの移行は可能と判定し（ステップＳ２２０）、回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ以上のときには三相オンへの移行は不能と判定する（ステップＳ２３０）。モータ３２の回転数Ｎｍは、換算係数ｋｍを乗じることによりモータ３２が生じる逆起電圧Ｖｍとなることから、逆起電圧Ｖｍとリニアな相関関係を有する。図２の一相短絡故障時処理では、高電圧系電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｍ未満であるときに三相オン制御に移行可能であるか否かを判定するため、逆回復電流が生じるダイオードに作用する逆方向電圧はモータ３２の逆起電圧Ｖｍとなる。リカバリ損失は、逆回復電流と逆方向電圧との積であるから、逆方向電圧が小さいときにはリカバリ損失も小さくなる。いま、リカバリ損失がリカバリ耐量になると推定することができる電圧を計算や実験などにより求めて所定電圧とし、この所定電圧を逆起電圧としてモータ３２に生じさせる回転数を所定回転数Ｎｍｒｅｆとする。すると、モータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ未満のときには、モータ３２の逆起電圧Ｖｍが所定電圧未満となり、リカバリ損失はリカバリ耐量未満になると推定することができる。実施例では、こうした理由に基づいて、モータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ未満のときにはリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定して三相オンへの移行は可能と判定し、逆に、モータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ以上のときにはリカバリ損失がリカバリ耐量未満になるとは推定することができないとして三相オンへの移行は不能と判定するのである。

一方、ステップＳ１４０，Ｓ１５０の三相オン制御に移行可能であるか否かの判定において、三相オンへの移行は不能と判定されたときには、ステップＳ１１０の高電圧系電圧ＶＨとモータ３２の回転数Ｎｍとを入力する処理に戻る。したがって、高電圧系電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｍ未満である最中は、図３に例示する三相オン移行可能判定処理により三相オン制御に移行可能であると判定されるまでステップＳ１１０からＳ１５０の処理を繰り返す。こうした繰り返し処理の最中に、ステップＳ１４０，Ｓ１５０の三相オン制御に移行可能であると判定されるか、ステップＳ１３０で高電圧系電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｍ以上であると判定されたときには、繰り返し処理を終了し、三相オン制御を開始して（ステップＳ１６０）、本処理を終了する。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、インバータ３４の６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のうちのいずれか１つに短絡故障が生じたときには、高電圧系電圧ＶＨがモータ３２が生じる逆起電圧Ｖｍ未満であるか否かを判定する。そして、高電圧系電圧ＶＨがモータ３２が生じる逆起電圧Ｖｍ未満であると判定したときには、三相オンとする際に逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定されるまで待って三相オン制御を開始する。これにより、三相オン制御の開始の際に逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量を超えるためにそのダイオードが破損するのを抑制することができる。しかも、三相オンへの移行が可能であるか否かの判定、即ち、リカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができるか否かの判定を、モータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ未満であるか否かによって行なうから、簡易な判定によりダイオードの破損を抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、三相オンへの移行が可能であるか否かの判定をモータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ未満であるか否かにより行なった。しかし、三相オンへの移行が可能であるか否かの判定を車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ未満であるか否かにより行なうものとしてもよい。車速Ｖは、モータ３２の回転数Ｎｍに換算係数ｋｖを乗じたものであるから、車速Ｖをモータ３２の回転数Ｎｍと同様に用いることができる。この場合、所定車速Ｖｒｅｆは、所定回転数Ｎｍｒｅｆに換算係数ｋｖを乗じて計算すればよい。また、三相オンへの移行が可能であるか否かの判定をモータ３２に生じる逆起電圧Ｖｍが所定電圧Ｖｓｅｔ未満であるか否かにより行なうものとしてもよい。モータ３２に生じる逆起電圧Ｖｍは、モータ３２の回転数Ｎｍに換算係数ｋｍを乗じたものであるから、逆起電圧Ｖｍをモータ３２の回転数Ｎｍと同様に用いることができる。この場合、所定電圧Ｖｓｅｔは、所定回転数Ｎｍｒｅｆに換算係数ｋｍを乗じて計算すればよい。さらに、三相オンへの移行が可能であるか否かの判定を、高電圧系電力ライン４６の正極母線４６ａと負極母線４６ｂとに電圧センサを取り付け、この電圧センサにより検出される電圧が所定電圧未満であるか否かにより行なうものとしてもよい。この電圧センサにより検出される電圧はモータ３２の逆起電圧Ｖｍとなるから、逆起電圧Ｖｍと同様に電圧センサにより検出される電圧を用いることができる。

実施例の電気自動車２０では、三相オンへの移行が可能であるか否かの判定をモータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ未満であるか否かにより行なった。しかし、三相オンへの移行が可能であるか否かの判定を相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて行なうものとしてもよい。相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて三相オンへの移行が可能であるか否かの判定を行なう際にＥＣＵ５０により実行される三相オン移行可能判定処理の一例を示すフローチャートを図４に示す。

図４の三相オン移行可能判定処理が実行されると、ＥＣＵ５０は、まず、電流センサ３４ｕ，３４ｖからのモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖを入力する（ステップＳ３００）。相電流Ｉｗは相電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて式（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）により容易に演算することができる。そして、短絡故障が生じたトランジスタが上アームか下アームかを判定し（ステップＳ３１０）、短絡故障が生じたトランジスタが下アームであると判定したときには、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち最も小さい（負の値として大きい）ものを電流値Ｉｓとして設定し（ステップＳ３２０）、短絡故障が生じたトランジスタが上アームであると判定したときには、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち最も大きい（正の値として大きい）ものを電流値Ｉｓとして設定する（ステップＳ３３０）。短絡故障が生じたトランジスタが下アームであるときには、下アームのトランジスタＴ１４〜Ｔ１６をオンとする三相オン制御を開始する際に逆回復電流が生じるダイオードは上アームのダイオードとなり、上アームのダイオードに順方向の電流を流すときはそのときの相電流は負の値となる。したがって、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち最も小さい（負の値として大きい）ものを電流値Ｉｓとして設定することは、最も大きな逆回復電流が生じるダイオードに順方向に流している電流値を電流値Ｉｓとして設定することになる。逆に、短絡故障が生じたトランジスタが上アームであるときには、上アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１３をオンとする三相オン制御を開始する際に逆回復電流が生じるダイオードは下アームのダイオードとなり、下アームのダイオードに順方向の電流を流すときはそのときの相電流は正の値となる。したがって、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち最も大きい（正の値として大きい）ものを電流値Ｉｓとして設定することは、最も大きな逆回復電流が生じるダイオードに順方向に流している電流値を電流値Ｉｓとして設定することになる。

そして、設定した電流値Ｉｓの絶対値が所定電流値Ｉｒｅｆ未満であるか否かを判定し（ステップＳ３４０）、電流値Ｉｓの絶対値が所定電流値Ｉｒｅｆ未満のときには三相オンへの移行は可能と判定し（ステップＳ３５０）、電流値Ｉｓの絶対値が所定電流値Ｉｒｅｆ以上のときには三相オンへの移行は不能と判定する（ステップＳ３６０）。リカバリ損失（逆回復損失）は、逆回復電流と逆方向電圧との積であるから、逆回復電流が小さいときにはリカバリ損失も小さくなる。逆回復電流はダイオードに流れる順方向の電流値が大きいときには大きくなると考えられるから、リカバリ損失がリカバリ耐量になると推定することができる電流値を実験などにより求めて所定電流値Ｉｒｅｆとすれば、電流値Ｉｓの絶対値が所定電流値Ｉｒｅｆ未満のときにはリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができる。

図５は、インバータ３４のトランジスタＴ１４に短絡故障が生じたときにｕ相のダイオードＤ１２に順方向の最大電流が流れているときの状態を説明する説明図であり、図６は、ｕ相、ｖ相、ｗ相の相電流の時間変化と三相オンへの移行が可能であるか否かの判定の様子を示す説明図である。なお、図５の状態は図６の時間ｔ１の状態である。上述したように、インバータ３４の下アームのトランジスタＴ１４に短絡故障が生じたときには、三相オン制御は、トランジスタＴ１４と並列に接続されたトランジスタＴ１５，Ｔ１６をオンする制御となるから、三相オン制御の開始の際には逆回復電流は上アームのダイオードＤ１１〜Ｄ１３に生じ得る。三相オン制御を開始するタイミングのうちｕ相、ｖ相、ｗ相のダイオードＤ１１〜Ｄ１３で最も大きな逆回復電流が生じるタイミングは時間ｔ１，ｔ３，ｔ２となる。ｕ相、ｖ相、ｗ相のダイオードＤ１１〜Ｄ１３に流れる順方向の電流値の絶対値が所定電流値Ｉｒｅｆ未満となるのは、図６の上部に記載したＢ領域となる。したがって、Ｂ領域のタイミングで三相オン制御を開始するときには、電流値Ｉｓの絶対値が所定電流値Ｉｒｅｆ未満となってリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定できる。一方、Ａ領域のタイミングで三相オン制御を開始すると、電流値Ｉｓの絶対値が所定電流値Ｉｒｅｆ以上となるから、リカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができない。

こうした図４の変形例の三相オン移行可能判定処理を実行するものとしても、実施例と同様の効果、即ち、三相オン制御の開始の際に逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量を超えるためにそのダイオードが破損するのを抑制することができる効果を奏することができる。

こうした変形例の三相オン移行可能判定処理では、電流センサ３４ｕ，３４ｖからのモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖを用いて三相オンへの移行が可能であるか否かの判定を行なった。しかし、瞬時の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを推定することができればよいから、電流センサ３４ｕ，３４ｖに代えてモータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ｂ（例えば、レゾルバ）からの信号に基づいて三相オンへの移行が可能であるか否かの判定を行なうものとしてもよい。

また、三相オンへの移行が可能であるか否かの判定を相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとモータ３２に生じる逆起電圧Ｖｍとに基づいて行なうものとしてもよい。相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとモータ３２の逆起電圧Ｖｍとに基づいて三相オンへの移行が可能であるか否かの判定を行なう際にＥＣＵ５０により実行される三相オン移行可能判定処理の一例を示すフローチャートを図７に示す。

図７の三相オン移行可能判定処理が実行されると、ＥＣＵ５０は、まず、電流センサ３４ｕ，３４ｖからのモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖとモータ３２に生じる逆起電圧Ｖｍとを入力する（ステップＳ４００）。相電流Ｉｗは相電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいて式（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）により容易に演算することができる。そして、短絡故障が生じたトランジスタが上アームか下アームかを判定し（ステップＳ４１０）、短絡故障が生じたトランジスタが下アームであると判定したときには、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち最も小さい（負の値として大きい）ものを電流値Ｉｓとして設定し（ステップＳ４２０）、短絡故障が生じたトランジスタが上アームであると判定したときには、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち最も大きい（正の値として大きい）ものを電流値Ｉｓとして設定する（ステップＳ４３０）。この電流値Ｉｓの意味については上述した。そして、モータ３２に生じる逆起電圧Ｖｍと電流値Ｉｓの絶対値との積が所定値Ｐｒｅｆ未満であるか否かを判定し（ステップＳ４４０）、逆起電圧Ｖｍと電流値Ｉｓの絶対値との積が所定値Ｐｒｅｆ未満のときには三相オンへの移行は可能と判定し（ステップＳ４５０）、逆起電圧Ｖｍと電流値Ｉｓの絶対値との積が所定値Ｐｒｅｆ以上のときには三相オンへの移行は不能と判定する（ステップＳ４６０）。逆回復電流はダイオードに流れる順方向の電流値が大きいときには大きくなると考えられ、リカバリ損失（逆回復損失）は逆回復電流と逆方向電圧（逆起電圧Ｖｍ）との積であるから、逆起電圧Ｖｍと電流値Ｉｓの絶対値との積が大きいほどリカバリ損失（逆回復損失）も大きくなる。したがって、リカバリ損失がリカバリ耐量になると推定することができる逆方向電圧と順方向の電流値との積を実験などにより求めて所定値Ｐｒｅｆとすれば、逆起電圧Ｖｍと電流値Ｉｓの絶対値との積が所定値Ｐｒｅｆ未満のときにはリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定することができる。こうした図７の変形例の三相オン移行可能判定処理を実行するものとしても、実施例と同様の効果、即ち、三相オン制御の開始の際に逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量を超えるためにそのダイオードが破損するのを抑制することができる効果を奏することができる。

実施例の電気自動車２０では、昇圧コンバータ３５を備えるものとしたが、こうした昇圧コンバータ３５を備えないものとしてもよい。また、実施例の電気自動車２０では、走行用のモータ３２を備えるものとしたが、２つ以上の走行用のモータを備えるものとしてもよい。更に、実施例では、本発明を電気自動車に適用するものとしたが、本発明をエンジンとモータとを備えるハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ３４が「インバータ」に相当し、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、インバータの制御装置の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２３ドライブシャフト、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３２ｂ回転位置検出センサ、３３パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、３４インバータ、３４ｕ，３４ｖ電流センサ、３５昇圧コンバータ、３６バッテリ、４０低電圧系電力ライン、４０ａ正極母線、４０ｂ負極母線、４２リレー、４４コンデンサ、４４ａ電圧センサ、４６高電圧系電力ライン、４６ａ正極母線、４６ｂ負極母線、４８コンデンサ、４８ａ電圧センサ、５０電子制御ユニット（ＥＣＵ）、６０イグニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２２ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１，Ｔ２２トランジスタ、Ｌリアクトル。

Claims

６個のトランジスタと６個のダイオードにより構成されるインバータの制御装置であって、
前記６個のトランジスタのうちのいずれか１つに短絡故障が生じたことによって短絡故障したトランジスタと並列に接続された２つのトランジスタをオンとする三相オン制御を実行する際には、前記６個のダイオードのうち逆回復電流が生じるダイオードのリカバリ損失がリカバリ耐量未満になると推定されるときに前記三相オン制御を開始する、
ことを特徴とするインバータの制御装置。
請求項１記載のインバータの制御装置であって、
前記逆回復電流が生じるダイオードに作用する逆方向電圧が所定電圧未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満となるときであるとして前記三相オン制御を開始する、
インバータの制御装置。
請求項１記載のインバータの制御装置であって、
前記インバータにより駆動される回転電機の回転数が所定回転数未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満になると推定されるときであるとして前記三相オン制御を開始する、
インバータの制御装置。
請求項１記載のインバータの制御装置であって、
前記逆回復電流が生じるダイオードに流れる順方向の電流値が所定電流値未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満になると推定されるときであるとして前記三相オン制御を開始する、
インバータの制御装置。
請求項１記載のインバータの制御装置であって、
前記逆回復電流が生じるダイオードに流れる順方向の電流値と該ダイオードに作用する逆方向電圧との積が所定値未満のときが前記リカバリ損失が前記リカバリ耐量未満になると推定されるときであるとして前記三相オン制御を開始する、
インバータの制御装置。