电力转换装置的制作方法

本发明涉及一种电力转换装置。

背景技术：

一直以来，在电力转换装置中，作为在输出控制停止时将电容中积蓄的残留电荷进行放电的技术，已知有，例如，专利文献1中所记载的那样的技术。在专利文献1所记载的技术中，通过由控制器进行开/关控制与电容并联地配置的开关元件对电容的电荷进行放电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2017-028873号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，专利文献1所记载的技术中，存在当控制器发生了状况不佳时不能够正常地控制开关元件，电容的电荷不能够放电的担忧。

解决问题的技术手段

根据本发明的一形态，电力转换装置具备：逆变器电路部，其进行直流电与交流电间的转换；平滑电容器，其电气地并联连接至所述逆变器电路部；放电电阻元件，其电气地并联连接至所述平滑电容器；开关元件，其串联连接至所述放电电阻元件，并开关流向所述放电电阻元件的放电电流；控制器电路部，其选择性地输出高电平信号以及低电平信号作为对通过所述放电电阻元件的放电进行指示的放电控制信号；信号生成电路，其输出规定占空比d的第一矩形波信号；以及逻辑电路，其根据所述放电控制信号与所述第一矩形波信号，将与所述第一矩形波信号相同占空比的第二矩形波信号以及占空比为1-d的第三矩形波信号的某一方作为开关控制信号，输出至所述开关元件。

发明的效果

根据本发明，即使在输出放电控制信号的电路部发生了故障时，也能够可靠地进行电压平滑用电容器的放电。

附图说明

图1为表示电力转换装置的一个实施方式的图。

图2为说明放电用门驱动电路的详情的图。

图3为表示逻辑电路中使用了排他的逻辑和时的真值表的图。

图4为说明现有的放电控制方法的图。

图5为表示开关信号电路部的一个例子的图。

图6为说明在开关信号电路部的信号波形的图。

图7为说明mode1以及mode2的图。

图8为表示mode1矩形波信号、mode2矩形波信号的运用例的图。

图9为表示采用了急速型时的放电模式的一个例子的流程图。

图10为表示通过图9的控制流程已经放电了的情况中的输出信号out的信号波形以及电压vc的波形的图。

图11为表示采用了平衡型的情况的放电模式的一个例子的流程图。

图12为表示根据图11的控制流程已放电时的输出信号out的信号波形以及电压vc的波形的图。

具体实施方式

下面，参照附图，说明用于实施本发明的实施方式。图1为表示电力转换装置的一个实施方式的图。图1中所示的电力转换装置100具备驱动马达用的三相逆变器装置14，将直流电池1的直流电力转换为驱动马达11的交流电力。在再生时驱动马达11作为发电机，通过再生电力给直流电池1充电。驱动马达用的三相逆变器装置14具备：具有多个开关元件3的逆变器电路部90、驱动该多个开关元件3的门驱动电路4、电压平滑用电容器2、电压测定电路13。在三相逆变器装置14与直流电池1之间，设有控制其连接切断的接触器12。

马达控制器5反馈由电流传感器9、电流传感器10检出的马达11的通电电流值，并向门驱动电路4输出用于将马达11控制至所期望的扭矩、旋转数的马达用pwm信号。门驱动电路4根据来自马达控制器5的马达用pwm信号控制开关元件3。电压平滑用电容器2平滑在电力转换时变动的施加电压。放电电阻6与放电控制用开关元件7的串联电路与电压平滑用电容器2并联连接。

马达控制器5对积蓄在电压平滑用电容器2的电力进行放电控制。电压测定电路13测定电压平滑用电容器2的电压vc。马达控制器5向放电用门驱动电路8输出放电控制信号，并如后述那样通过从放电用门驱动电路8输出的放电用开关信号开关控制开关元件7。其结果，通过放电电阻6消耗在电压平滑用电容器2中积蓄的电力。

图2为说明放电用门驱动电路8的详情的图。放电用门驱动电路8具有：开关信号电路部16、下拉电阻18、上拉电阻19以及逻辑电路20。从马达控制器5向逻辑电路20输入放电控制信号in_a。放电控制信号in_a为指示通过两种放电用开关信号(mode1矩形波信号以及mode2矩形波信号)的哪一种进行放电的信号，采用“高”以及“低”的两个电压电平。进行根据mode1矩形波信号的放电控制时，输出“低”信号作为放电控制信号in_a，进行根据mode2矩形波信号的放电控制时，输出“高”信号作为放电控制信号in_a。上拉电阻19连接至放电控制信号in_a的信号线。

开关信号电路部16是生成矩形波信号in_b的电路，生成的矩形波信号in_b被输入至逻辑电路20。之后描述开关信号电路部16的详细构成。下拉电阻18连接至矩形波信号in_b的信号线。mode1矩形波信号以及mode2矩形波信号中的某一方占空比为与矩形波信号in_b相同。下面，以矩形波信号in_b的占空比与mode1矩形波信号的占空比相同的情况为例进行说明。

逻辑电路20为将放电控制信号in_a以及矩形波信号in_b作为输入，并输出mode1矩形波信号以及mode2矩形波信号的某一个的电路。在此，逻辑电路20以作为使用了排他的逻辑和(exclusiveor，异或)的电路的情况为例进行说明。图3为表示使用了排他的逻辑和时的真值表的图，真值表a为信号in_a、in_b的真值表，真值表b为对应马达控制器5的故障状态的真值表。根据真值表a，放电控制信号in_a为“高”的话，逻辑电路20的输出信号out为矩形波信号in_b的反向信号，放电控制信号in_a为“低”时，输出信号out为矩形波信号in_b。

另一方面，作为马达控制器5的故障状态考虑有：如真值表b所示输出“高”信号的高固着，输出“低”信号的低固着，不输出任何信号的高阻抗(称为hi-z状态)。在hi-z状态中通过上拉电阻19上拉，作为放电控制信号in_a而输入至逻辑电路20的信号为“高”

马达控制器5的故障状态为hi-z状态时，从逻辑电路20输出的输出信号out成为mode2矩形波信号。若将从开关信号电路部16输出的矩形波信号in_b的占空比设为d,则mode2矩形波信号为占空比(1-d)的矩形波信号。故障状态为高固着时也同样，输出信号out为mode2矩形波信号。另一方面，在故障状态为低固着的情况下，自逻辑电路20输出的输出信号out为与矩形波信号in_b相同占空比d的矩形波信号(下面，称为mode1矩形波信号)。

如此，本实施方式中，电力转换装置100具备：进行直流电与交流电之间的转换的逆变器电路部90，电气地并联连接至逆变器电路部90的电压平滑用电容器2，电气地并联连接至电压平滑用电容器2的放电电阻6；串联连接至放电电阻6且开关流向放电电阻6的放电电流的开关元件7；选择性地输出高电平信号以及低电平信号作为对通过放电电阻6的放电进行指示的放电控制信号in_a的马达控制器5；输出规定占空比d的矩形波信号in_b的开关信号电路部16；根据放电控制信号in_a与矩形波信号in_b，将与矩形波信号in_b相同占空比d的mode1矩形波信号以及占空比(1-d)的mode2矩形波信号的某一方作为开关控制信号向开关元件7输出的逻辑电路20。

当马达控制器5发生了故障的情况下，由于该故障状态(高固着、低固着以及hi-z状态)为与“高”信号或者“低”信号相同信号状态，所以不管故障状态如何均从逻辑电路20输出mode1矩形波信号或者mode2矩形波信号。由此，无论马达控制器5的故障为任何故障状态，都能够将电压平滑用电容器2中积存的电荷放电。

图4为说明现有的放电控制方法的图。马达控制器50输出用于开关开关元件7的pwm信号。放电用门驱动电路80根据已输入的pwm信号向开关元件7输出门驱动信号(即开关信号)。由此，马达控制器50发生了故障并为如之前描述的hi-z状态、高固着以及低固着的某一故障状态的情况下，不能够对开关元件7进行与根据pwm信号的开关控制相同的开关控制，故障时不能够进行合适的放电控制。例如，在为低固着的故障状态的情况下，存在电压平滑用电容器2不能放电的问题。

在本实施方式中，如图2所示将生成mode1矩形波信号或者mode2矩形波信号的开关信号电路部16与马达控制器5分开地由硬件构成这一点作为特征。图5为表示开关信号电路部16的一个例子的图。开关信号电路部16具备三角波生成电路161和比较器162。来自三角波生成电路161的三角波信号va输入至比较器162的非反向输入端子，通过电阻r1、电阻r2对电压vcc进行分压后的电压vb输入至反相输入端子。比较器162的输出vout(即矩形波信号in_b)为，当va≧vb时为高电平，当va＜vb时为低电平。

图6为表示三角波信号va、电压vb以及输出vout的波形的图。如图6的(a)所示，当增大电压vb时，输出vout的占空比＝ton/t变小，如图6的(b)所示，当减小电压vb时，输出vout的占空比变大。电压vb，例如，能够通过改变电阻r2的大小进行变更。

接着，说明放电动作中的mode1矩形波信号以及mode2矩形波信号的运用。如图6所示，通过由开关信号电路部16生成的矩形波信号in_b(即mode1矩形波信号)的占空比的设定，能够设定为各种作为输出信号out的mode1矩形波信号以及mode2的矩形波信号。在此，关于放电速度的急速型和平衡型进行说明。

(急速型)

所谓急速型是设定mode1矩形波信号的占空比，使得通过使用了mode1矩形波信号的放电，使积存在电压平滑用电容器2中的电荷能够急速地放电的模式。在急速型中，mode1矩形波信号的占空比设定得较大，为90％左右。例如，mode1矩形波信号的占空比设定为95％时，作为mode1矩形波信号的反向信号的mode2矩形波信号的占空比为5％。

图7为说明根据mode1矩形波信号的放电(mode1中所示)，和根据mode2矩形波信号的放电(mode2中所示)的图。由于在矩形波信号的高电平时进行放电，所以电压平滑用电容器2的电压达到安全的电压vgoal为止的时间为mode1这方特别短。例如，在像钥匙关断车辆时放电那样，有必要急速地结束放电的情况下，使用mode1的放电。

另一方面，根据mode2的mode2矩形波信号的放电的情况下，由于mode2矩形波信号的占空比较小，所以矩形波信号每个周期的放电量非常小，达到电压vgoal为止的时间(放电结束时间)较长。但是，这样的放电，例如，在再生时的放电中利用的情况下，存在如下优点。再生时，在电压平滑用电容器2接近充满电时，为了防止成为过电压状态，所以通过放电电阻6消耗电力。此时，进行根据mode2矩形波信号的mode2的放电的话，由于与mode1的情况下相比通过放电消耗电力较小，能够将无效地消耗的电力抑制得较小。

但是，在运用急速型模式的情况下，在控制器故障时，如图3的高固着那样执行根据mode2矩形波信号的放电的话，到放电结束为止的时间变长。因此，进行根据从逻辑电路20输出的mode2矩形波信号的mode2的放电时，马达控制器5优选进行通过马达11的绕组的放电。由此，能够缩短通过mode2放电时的放电结束时间。此时，马达控制器5使设置于逆变器电路部90的开关元件3动作，以便通过马达绕组消耗电压平滑用电容器2的电力。

(平衡型)

所谓平衡型是将mode1矩形波信号的占空比设定为60％左右，并设定为不论在mode1以及mode2的哪个，放电结束的时间也不出现较大差别。平衡型的特征为，当马达控制器5故障时，由于不论通过mode1以及mode2的任一放电，放电结束时间也不发生大的差别，所以减小由触电带来二次灾害的危险性。

对通过mode1以及mode2放电时的具体的放电时间进行说明。在此，将作为放电对象的电压平滑用电容器2的容量设为c，将放电开始电压设为v1，将放电结束电压设为v2(相当于图3的vgoal)，将放电电阻6的电阻值设为r。通过定电阻r放电时的放电结束时间t0为下式(1)。此时，通过mode1的放电结束时间t1表示如式(2)，通过mode2的放电结束时间t2表示如式(3)。

t0＝-rc×ln(v2/v1)…(1)

t1＝t0/(ton/t)…(2)

t2＝t0/{(t-ton)/t}…(3)

在重视急速放电的设定的情况下，以使通过式(2)计算的放电结束时间t1成为被要求的时间的方式决定占空比，并运用急速型。另一方面，在故障时的放电结束时间优先的情况下，即，为了在故障时即使无论通过mode1以及mode2的任一放电，放电结束时间也为既定值以内，使用放电结束时间更长的mode2的式(3)计算放电结束时间t2。并且，以使该放电结束时间t2为既定值内的方式决定占空比，并运用平衡型。

图8为在马达控制器5非故障时决定通过mode1或者mode2的哪个进行放电的流程图。图8表示了采用图7所示的急速型，并根据异常状态(有无alm信号)或者钥匙关断车辆状态进行运用的情况。虽然省略说明，但在采用了平衡型时也为同样的运用。

步骤s10中，马达控制器5判定异常时发生的alm信号的有无。alm信号，在例如检出车辆相撞等时发生。步骤s10中判定为有alm信号时进至步骤s25，马达控制器5放电时运用mode1。即，从马达控制器5输出“低”信号作为放电控制信号in_a。在图3的真值表b中，由于放电控制信号in_a为“低”时，从逻辑电路20输出矩形波信号in_b，所以输出mode1矩形波信号作为输出信号out，并使用mode1矩形波信号实行急速放电。

另一方面，步骤s10中判定为无alm信号时，进至步骤s20。步骤s20中马达控制器5判定钥匙关断状态。由步骤s20判定为被钥匙关断时，进至步骤s25以设定为运用mode1。即，实行使用了mode1矩形波信号的急速放电。由步骤s20判定为未被钥匙关断时，即钥匙打开状态时，进至步骤s30以设定为运用mode2。因此，再生充电时当成为过放电状况时，通过mode2矩形波信号慢慢进行放电，防止无效地消耗电力。

当根据如图7所示的mode1或者mode2进行放电的情况下，像钥匙关断时那样进行急速地放电时，放电结束时间短的mode1进行放电。但是，根据mode1的急速放电突入电力较大，且施加至放电电阻6的负荷也较大。因此，重复这样的放电的话，有影响放电电阻6的寿命的问题。

下面，使用图9-12说明考虑了放电电阻6的寿命的放电模式。具体来说，通过混合根据mode1的放电与根据mode2的放电，使平均放电电力减小。另外，在mode1以及mode2中的突入电力，分别表示为式(4)、式(5)。在式(4)、式(5)中，电压v为切换mode时在电压平滑用电容器2中残留的电压。

pmode1＝(v²/r)×(ton/t)…(4)

pmode2＝(v²/r)×{(t－ton)/t}…(5)

图9为表示采用了急速型时放电模式的一个例子的流程图。步骤s110中，通过放电结束时间长的mode2开始放电，并仅进行x周期根据mode2的放电。步骤s120中，从mode2切换至放电结束时间短的mode1，进行y周期根据mode1的放电。步骤s130中，判定电压平滑用电容器2的电压vc是否为已降低至规定电压值vth以下。步骤s130中，当判定为vc≦vth时，进至步骤s140，当判定为vc＞vth时，返回步骤s110。步骤s140中，至放电结束为止持续根据mode1的放电。

另外，关于x周期以及y周期，考虑矩形波的大致一个周期(t秒后)的电压平滑用电容器2(静电容量c)的电压下降量而决定。通过定电阻r进行了放电时的一个周期后的电压v4通过下式(6)算出，通过mode1进行了放电时的一个周期后的电压v5通过下式(7)算出，通过mode2进行了放电时的一个周期后的电压v6通过下式(8)算出。另外，电压v3为放电开始时的电压。

v4＝v3×exp(－t/rc)…(6)

v5＝v4×(ton/t)…(7)

v6＝v4×{(t－ton)/t}…(8)

如步骤s110以及s120，通过mode2开始放电，并在此后通过mode1进行放电，开始时的突入电力能够比通过mode1开始放电的情况更小。此外，由于在比规定电压值vth更高的电压区域中交互进行通过mode1放电与通过mode2放电，所以比仅通过mode1进行放电的情况更能够降低平均放电电力。因此，能够降低在放电开始区域中对放电电阻6的寿命的影响。由于当电压平滑用电容器2的电压vc降低至规定电压值vth为止时，即使为mode1放电电力也较小，所以步骤s140中即使通过只有mode1持续放电，对放电电阻6的寿命的影响也较小。

图10表示通过图9的控制流程放电时的逻辑电路20的输出信号out的信号波形，以及，电压平滑用电容器2的电压vc的波形的图。在期间d1中进行10周期根据mode2的放电(步骤s110),在期间d2中进行2周期根据mode1的放电(步骤s120),通过在期间d3中的根据mode2的放电，使得电压平滑用电容器2的电压vc低于规定电压值vth。其结果，在图9的步骤s130中判定为“是”，在期间d4中进行根据mode1的放电(步骤s140)。

图11为表示采用了平衡型时的放电模式的例子的流程图。平衡型时，在mode1与mode2内矩形波信号的占空比差较小，mode2的占空比也为40％左右。因此，即使仅根据mode2开始放电，也能够抑制对放电电阻6的寿命的影响，并且，即使不进行急速型那样的mode2与mode1的交互的往返也能够得到充分的放电速度。

因此，步骤s210中开始根据mode2的放电的话，到步骤s220中电压平滑用电容器2的电压vc对于规定电压值vth判定为vc≦vth为止，持续根据mode2的放电。并且，步骤s220中判定为vc≦vth的话，进至步骤s230切换至通过mode1放电，至放电结束为止持续根据mode1的放电。

图12为表示通过图11的控制流程进行放电时的逻辑电路20的输出信号out的信号波形，以及，电压平滑用电容器2的电压vc的波形的图。在期间d5进行根据mode2的放电(步骤s210)，在电压平滑用电容器2的电压vc为规定电压值vth以下时，开始期间d6中的根据mode1的放电(步骤s230)。

在上述的说明中，平衡型的占空比设定为：mode1矩形波信号为60％左右，mode2矩形波信号为40％左右。在平衡型的情况下，为了使mode1与mode2的放电速度的差不过大，优选为mode1矩形波信号的占空比与mode2矩形波信号的占空比的差的大小为占空比20％以内。

如图9、图11所示的例子，为了减低突入电力的影响，使得通过mode2开始放电，但是当放电开始时的电压平滑用电容器2的电压vc满足vc≦v1时，也可以通过mode1开始放电。

在上述中，说明了各种实施方式以及变形例，但是本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内能够考虑到的其他的形态也包含于本发明的范围内。

符号说明

1直流电池

2电压平滑用电容

3、7开关元件

5、50马达控制器

6放电电阻

8、80放电用门驱动电路

11马达

14三相逆变器装置

16开关信号电路部

20逻辑电路

90逆变器电路部

100电力转换装置

161三角波生成电路

162比较器。