功率转换装置及其故障诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率转换装置及其故障诊断方法，特别涉及向多相旋转电机提供电力或对来自多相旋转电机的感应电压进行整流的功率转换装置及其故障诊断方法。
【背景技术】
[0002]专利文献I中，提出了高精度地检测出全波整流电路的二极管的短路故障的方法。具体而言，将任意的交流端子与电压源或电流源连接，根据交流端子的电压值或电流值来判定异常。
现有技术文献专利文献
[0003]专利文献1:日本专利第4385068号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0004]专利文献I中，在没有电流从故障检测端子(P端子)流向电枢绕组时判定为正常，因此，在从故障检测端子(P端子)到电枢绕组的路径断路的情况下，存在如下问题:不仅无法检测出断路，还无法检测出全波整流电路的短路故障，也无法检测出电枢绕组的接电源及接地。
[0005]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种不会有大电流流过，而能检测出多相旋转电机的接电源故障、接地故障及断路故障的功率转换装置及其故障诊断方法。
解决技术问题的技术方案
[0006]本发明为一种功率转换装置，将由功率半导体开关元件串联连接而构成上下桥臂的多个相桥式电路并联连接，并将所述相桥式电路的两端与能充放电的直流电源相连接，所述相桥式电路的上下桥臂的所述功率半导体开关元件彼此的连接点与多相旋转电机的电枢绕组的交流端子相连接，进行交流一直流电力转换或直流一交流电力转换，其特征在于，包括:内部电源电路；将所述功率半导体开关元件导通或截止的驱动电路；将所述内部电源电路的输出端和所述多相旋转电机的电枢绕组的I个交流端子连接，使恒流从所述内部电源电路的输出端向所述多相旋转电机的电枢绕组的该交流端子流过的吐出型恒流电路；与所述吐出型恒流电路串联连接，防止从所述多相旋转电机的电枢绕组的交流端子向所述内部电源电路的逆流电流的防逆流二极管；将未与所述吐出型恒流电路连接的所述多相旋转电机的电枢绕组的其它交流端子连接至所述直流电源的阴极电位的下拉电阻；检测所述多相旋转电机的电枢绕组的相电压的相电压检测部；及基于所述相电压检测部检测出的各相的相电压来判定所述多相旋转电机的电枢绕组的接电源故障、接地故障及断路故障的故障判定部，所述故障判定部在所述功率半导体开关元件全部为截止状态、且所述多相旋转电机的电枢绕组中未产生感应电压的状态下，在所有的相电压实质上与所述直流电源的阳极电位相等时判定为接电源故障，在所有的相电压实质上与所述直流电源的阴极电位相等时判定为接地故障，在所有的相电压实质上不为同电位时判定为断路故障。
发明效果
[0007]本发明为一种功率转换装置，将由功率半导体开关元件串联连接而构成上下桥臂的多个相桥式电路并联连接，并将所述相桥式电路的两端与能充放电的直流电源相连接，所述相桥式电路的上下桥臂的所述功率半导体开关元件彼此的连接点与多相旋转电机的电枢绕组的交流端子相连接，进行交流一直流电力转换或直流一交流电力转换，其特征在于，包括:内部电源电路；将所述功率半导体开关元件导通或截止的驱动电路；将所述内部电源电路的输出端和所述多相旋转电机的电枢绕组的I个交流端子连接，使恒流从所述内部电源电路的输出端向所述多相旋转电机的电枢绕组的该交流端子流过的吐出型恒流电路；与所述吐出型恒流电路串联连接，防止从所述多相旋转电机的电枢绕组的交流端子向所述内部电源电路的逆流电流的防逆流二极管；将未与所述吐出型恒流电路连接的所述多相旋转电机的电枢绕组的其它交流端子连接至所述直流电源的阴极电位的下拉电阻；检测所述多相旋转电机的电枢绕组的相电压的相电压检测部；及基于所述相电压检测部检测出的各相的相电压来判定所述多相旋转电机的电枢绕组的接电源故障、接地故障及断路故障的故障判定部，所述故障判定部在所述功率半导体开关元件全部为截止状态、且所述多相旋转电机的电枢绕组中未产生感应电压的状态下，在所有的相电压实质上与所述直流电源的阳极电位相等时判定为接电源故障，在所有的相电压实质上与所述直流电源的阴极电位相等时判定为接地故障，在所有的相电压实质上不为同电位时判定为断路故障，因此，不会有大电流流过，而能检测出多相旋转电机的接电源故障、接地故障及断路故障。
【附图说明】
[0008]图1是表示本发明的实施方式I的功率转换装置的结构的框图。
图2是用于说明本发明的实施方式I的功率转换装置中的故障判定部11的动作的流程图。
图3是表示本发明的实施方式I的功率转换装置的变形例的结构的框图。
图4是表示本发明的实施方式2的功率转换装置的结构的框图。
图5是表示本发明的实施方式3的功率转换装置的结构的框图。
图6是表示本发明的实施方式4的功率转换装置的结构的框图。
图7是表示本发明的实施方式4的功率转换装置的变形例的结构的框图。
图8是用于说明本发明的实施方式4的功率转换装置中的故障判定部11的动作的流程图。
图9A是用于说明本发明的实施方式5的功率转换装置中的故障判定部11的动作的流程图。
图9B是用于说明本发明的实施方式5的功率转换装置中的故障判定部11的动作的流程图。
图10是表示本发明的实施方式6的功率转换装置的结构的框图。
【具体实施方式】
[0009]以下，将本发明的实施方式与附图一起进行详细说明。此外，各图中的相同标号表不相同的部分。
[0010]实施方式I
图1表示本发明的实施方式I的功率转换装置的结构。如图1所示，功率转换装置I将由2个功率半导体开关元件2串联连接而构成上下桥臂的相桥式电路以预先设定的个数(图1中为3个)并联连接，并将上述相桥式电路的两端(I对的端)与能充放电的直流电源3相连接，构成上述相桥式电路的功率半导体开关元件2彼此的连接点分别与多相旋转电机4的各相的电枢绕组的交流端子相连接，在内部电源电路6与直流电源3之间进行交流一直流电力转换或直流一交流电力转换。
[0011]另外，图1中，作为多相旋转电机4，以3相的旋转电机为例来示出。因此，以下，将多相旋转电机4设为3相的旋转电机来进行说明。然而，本发明并不限于此情况，也可使多相旋转电机4的相数为2或6等，或者，也可利用星型接线的旋转电机来作为多相旋转电机4。
[0012]功率转换装置I包括6个功率半导体开关元件2、驱动电路5、内部电源电路6、吐出型恒流电路7、防逆流二极管8、下拉电阻9、相电压检测部10及故障判定部11。
[0013]驱动电路5使6个功率半导体开关元件2分别导通或截止。
内部电源电路6从输出端6a输出预先设定的电压。
吐出型恒流电路7与内部电源电路6的输出端6a连接，从内部电源电路6的输出端6a向多相旋转电机4的电枢绕组的任意I个交流端子流过恒流。
防逆流二极管8连接在吐出型恒流电路7与多相旋转电机4的电枢绕组的交流端子之间，防止从多相旋转电机4的电枢绕组的交流端子向内部电源电路6的逆流电流。
下拉电阻9将未与吐出型恒流电路7连接的多相旋转电机4的电枢绕组的其它2个交流端子分别连接到直流电源3的阴极电位。
相电压检测部10检测多相旋转电机4的电枢绕组的相电压。
故障判定部11基于由相电压检测部10检测出的多相旋转电机4的各相的相电压的值，判定多相旋转电机4的电枢绕组的接电源故障(power fault或line_to-powerfault)、接地故障(earth fault, ground fault 或 line-to-ground fault)及断路故障(open fault)。
[0014]此处，接电源故障是指多相旋转电机4的电枢绕组与直流电源3之间的绝缘极度下降，它们之间由电弧或导体连接。例如，可举出布线接触直流电源3的阳极端子(电源线)的情况等作为示例。若发生接电源故障，则多相旋转电机4的所有相电压实质上与直流电源3的阳极电位相等。此处所说的实质上意味着即使减去相电压检测部10的检测误差，多相旋转电机4的相电压也与直流电源3的阳极电位相等。
此处，接地故障是指多相旋转电机4的电枢绕组与接地端子之间的绝缘极度下降，它们之间由电弧或导体连接。例如，可举出布线接触地线的情况等作为示例。若发生接地故障，则多相旋转电机4的所有相电压实质上与直流电源3的阴极电位相等。此处所说的实质上意味着即使减去相电压检测部10的检测误差，多相旋转电机4的相电压也与直流电源3的阴极电位相等。
断路故障是指多相旋转电机4的电枢绕组的布线的一部分断路。若发生断路故障，则多相旋转电机的所有相电压实质上不再是同电位。此处所说的实质上意味着即使减去相电压检测部10的检测误差，多相旋转电机4的所有相电压也彼此为同电位。
[0015]另外，图1中，功率半导体开关元件2例如由MOSFET或IGBT等构成。
直流电源3例如一般用作为汽车用电源，由铅蓄电池、锂离子电池、或双电层电容器等构成。
驱动电路5例如由电荷泵电路或自举电路的使用了驱动电源的推拉型预驱动器等构成。
内部电源电路6例如由DCDC转换器、串联调节器或恒压二极管等构成。
吐出型恒流电路7例如由恒流二极管、或电流镜像电路等使用了晶体管的恒流电路构成。
相电压检测部10例如由晶体管或使用了运算放大器的差动放大电路等构成。
[0016]对设定吐出型恒流电路7的恒流值的方法进行说明。在因盐水、泥水导致从多相旋转电机4的电枢绕组向直流电源3的阴极电位发生了泄漏的情况下，必须将此时的多相旋转电机4的相电压与直流电源3的阴极电位区分判别，因此，在多相旋转电机4的相电压与直流电源3的阴极电位之间需要有电位差。例如在设所假定的漏电阻的最小值为100 Ω，可与接地故障区分判别的电位差为IV时，根据欧姆定律，吐出型恒流电路7的恒流值为1mAo本实施方式中，使用吐出型恒流电路7来使恒流流过，因此，即使因盐水、泥水导致从多相旋转电机4的电枢绕组向直流电源3的阴极电位发生了泄漏，也能避免接地故障的误判定。
[0017]对下拉电阻9的电阻值的设定方法进行说明。考虑多相旋转电机4的电枢绕组的接电源故障或构成上桥臂的功率半导体开关元件2的短路故障导致多相旋转电机4的相电压上升到直流电源3的阳极电压，来设定下拉电