逆变器的故障诊断装置及故障诊断方法
【专利摘要】本发明的逆变器的故障诊断装置抑制通过了逆变器的过大的短路电流。对用上臂侧开关元件(32u、32v、32w)和下臂侧开关元件(34u、34v、34w)在各相中构成上下臂来驱动3相电机(10)的逆变器(30)进行故障诊断。从连接点(N)的电路输入连接点(N)的电压的控制器(70)，将在电源和上臂之间的正极母线(24p)上设置的第1开关(SW1)截止，将与第1开关(SW1)并联并且与第3电阻(R3)串联地设置的第2开关(SW2)导通，将电源和连接点(N)之间与第4电阻(R4)串联地设置的第3开关(SW3)导通，基于将开关元件以规定的模式设定了导通和截止时的连接点(N)的电压，进行故障诊断。
【专利说明】
逆变器的故障诊断装置及故障诊断方法
技术领域
[0001]本发明涉及诊断在驱动电机的逆变器(inverter)中是否发生故障的逆变器的故障诊断装置及故障诊断方法。
【背景技术】
[0002]作为以往的逆变器的故障诊断装置及故障诊断方法，已知在将逆变器的开关元件进行了 PffM驱动时，作为与电机的中性点对应的虚拟中性点的电压，基于将逆变器的各相的输出电压合成所得的合成电压，诊断逆变器的故障的技术(例如，参照专利文献I)。在这样的技术中，由于逆变器的各相的输出电压为矩形波状，所以利用将合成电压的信号通过具有截止频率比PWM载波频率低的低通特性的滤波器，从合成电压的信号中提取直流分量，使用该直流分量的值诊断在逆变器中是否发生故障。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本特开2006-81327号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的问题
[0007]可是，至通过了滤波器的合成电压的信号电平收敛某种程度之前产生时间性延迟。因此，在上臂侧的开关元件和下臂侧的开关元件的至少一方中发生了导通粘连的情况下，被预想至少在诊断为逆变器中发生故障之前，通过逆变器在电源和地之间产生过大的短路电流，所以有对于逆变器整体诱发2次故障的顾虑。
[0008]本发明鉴于上述问题而完成，目的在于提供在诊断逆变器的故障时，抑制了在电源和地之间发生通过了逆变器的过大的短路电流的、逆变器的故障诊断装置及故障诊断方法。
[0009]解决问题的方案
[0010]为此，在本发明的逆变器的故障诊断装置中，将对于串联地连接的一对开关元件在各相构成上下臂来驱动3相电机的逆变器诊断是否发生故障作为前提，包括:电压检测电路，构成为将多个第I电阻的一端彼此连接，并将该连接点通过第2电阻与地连接，同时将多个第I电阻的另一端以一对一方式分别连接在各相的上下臂间，检测连接点的电压;第I开关，设置在连接电源和上臂侧开关元件的正极母线上;第2开关，与第I开关并联、并且与第3电阻串联地设置;第3开关，在电源和连接点之间与第4电阻串联地设置；以及控制单元，构成为控制上臂侧开关元件及下臂侧开关元件、以及第I开关、第2开关及第3开关的导通和截止，并且与连接点电连接。
[0011]此外，在本发明的逆变器的故障诊断方法中，将对于串联地连接的一对开关元件在各相构成上下臂来驱动3相电机的逆变器，诊断是否发生故障作为前提，从将多个第I电阻的一端彼此连接，将该连接点通过第2电阻与地连接，同时将多个第I电阻的另一端以一对一方式分别连接在各相的上下臂间的电路，输入连接点的电压的控制单元，将设置在连接电源和上臂侧开关元件的正极母线上的第1开关截止，将与第1开关并联、并且与第3电阻串联地设置的第2开关导通，将在电源和连接点之间与第4电阻串联地设置的第3开关导通， 然后基于进行了以使上臂侧开关元件及下臂侧开关元件按规定的模式(pattern)导通或截止那样的控制时的连接点的电压，诊断逆变器是否故障。[〇〇12]发明的效果
[0013]根据本发明的逆变器的故障诊断装置及故障诊断方法，在诊断逆变器的故障时， 能够抑制在电源和地之间发生通过了逆变器的过大的短路电流。【附图说明】
[0014]图1是适用了本发明的实施方式的逆变器的故障诊断装置的无刷电机的驱动控制装置的例示性的电路结构图。
[0015]图2是表示上述的驱动控制装置中的开关设定的列表图。
[0016]图3是表示上述的驱动控制装置中的控制器的功能的功能框图。
[0017]图4是表示上述的控制器中的逆变器故障诊断处理的流程图。
[0018]图5是表示上述的逆变器故障诊断处理的第1故障诊断中的开关元件的导通和截止设定的列表图。
[0019]图6是表示上述的逆变器故障诊断处理的第2故障诊断中的开关元件的导通和截止设定的列表图。
[0020]图7是表示上述的逆变器故障诊断处理的第3故障诊断中的开关元件的导通和截止设定的列表图。【具体实施方式】
[0021]以下，详细地说明本发明的实施方式。
[0022]图1是适用了本发明的实施方式的逆变器的故障诊断装置的无刷电机的驱动控制装置的例示性的电路结构图。[〇〇23] 无刷电机10是3相的直流同步电动机，将U相、V相及W相的3相的线圈10u、10v、10w 配备在未图示的圆筒状的定子(定子)上，将各相的线圈10u、10v、10w的一端彼此连接构成形成了中性点No的星形联结。此外，在定子的中央部形成的空间中可旋转地配备未图示的转子(永磁转子)。
[0024]在本实施方式中，无刷电机10以适用于使用滚珠丝杠使制动主液压缸直接产生液压的车载用电动制动的电动促动器作为前提，但适用例子不限于此。例如，能够适用于VTC (Valve Timing Control;气门正时控制)、VCR(Variable Compres1n Rat1;可变压缩比)、电动油栗、电动水栗、电动助力转向、散热风扇等所有的车载系统的电动促动器。
[0025]在以端子22u、22v、22w分别与无刷电机10的3相的线圈10u、10v、10w的另一端可拆装地电连接的驱动控制装置20中，包括:具有驱动无刷电机10的驱动电路的逆变器30;检测在无刷电机10中流过的电流的电流传感器40;检测转子的磁极位置的磁极位置检测传感器 50;用于检测与无刷电机10的中性点No对应的虚拟中性点N的电压的电压检测电路60;第1 开关SW1;第2开关SW2;第3开关SW3;以及控制逆变器30的控制器70。[0〇26]逆变器30具有开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w为3相桥式连接的开关元件组，在该开关元件组中，从电源80供给电压Vcc。更详细地说，逆变器30中，串联地连接的一对开关元件32u、34u在U相构成上下臂，串联地连接的一对开关元件32v、34v在V相构成上下臂， 串联地连接的一对开关元件32w、34w在W相构成上下臂。上臂由高电位侧即上臂侧开关元件 32u、32v、32w构成，下臂由低电位侧即下臂侧开关元件34u、34v、34w构成。而且，U相的上下臂间的A点与端子22u连接，V相的上下臂间的B点与端子22v连接，W相的上下臂间的C点与端子22w连接。
[0027]在逆变器30中，开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w^|^r^FET(FieldEfect Transistor;场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;绝缘概双极晶体管)、或双极晶体管等能够进行开关动作的半导体元件构成，分别包含用于回流反电动势造成的浪涌电流而反向并联地连接的二极管3211(1、32￥(1、32￥(1、3411(1、34￥(1、34￥(1。开关元件 32u、32v、32w、34u、34v、34w的控制端子(栅极端子)连接到控制器70,如后述，构成为通过从控制器70输入栅极控制信号，导通和截止受到控制。[〇〇28]电流传感器40是，在连结逆变器30和电源80的正极母线24p及负极母线24n之中的、低电位侧的负极母线24n上串联地设置电阻器来检测无刷电机10中流过的电流的分流电阻式传感器，电流传感器40的两端和控制器70电连接。[〇〇29]磁极位置检测传感器50可以是使用分析器、霍尔元件、霍尔1C、磁电阻元件、旋转式编码器等无论接触式或非接触式的各种各样的传感器，将与无刷电机10的旋转的转子的磁极位置对应的磁极位置检测信号输出到控制器70。
[0030]电压检测电路60将多个第1电阻R1的一端彼此连接，将该连接点N通过第2电阻R2 与地连接，同时分别将多个第1电阻R1的另一端以一对一方式连接到U相的上下臂间的A点、 V相的上下臂间的B点及W相的上下臂间的C点。电压检测电路6 0构成为将连接点N的电压作为与无刷电机1 〇的中性点N 〇对应的虚拟中性点N的电压，并能够检测该虚拟中性点N的电压。第1电阻R1及第2电阻R2分别具有与电流传感器40比较足够大的电阻值。[〇〇31]第1开关SW1、第2开关SW2及第3开关SW3构成为基于来自外部的信号而控制导通和截止的其中一方，是晶体管和电磁继电器等的开关元件。[〇〇32]第1开关SW1设置在连结逆变器30和电源80的正极母线24p及负极母线24n之中的高电位侧的正极母线24p上，第2开关SW2通过连结与正极母线24p并联的逆变器30和电源80 的线，与第1开关SW1并联地、并且与第3电阻R3串联地设置，第3开关SW3在电源80和虚拟中性点N之间与第4电阻R4串联地设置。[〇〇33]第3电阻R3及第4电阻R4与电流传感器40比较分别具有足够大的电阻值。特别地，第3电阻R3具有即使在上下臂两方中发生导通粘连，在电源80和地之间发生了通过第2开关 SW2及逆变器30的过大的短路电流的情况下，也能够在抑制逆变器30的过热造成的2次故障的范围内，使逆变器30的施加电压从Vcc下降的电阻值。
[0034]控制器70具有包括CPU(Central Processing Unit;)、R0M(Read Only Memory)、 RAM(Random Access Memory)等的微计算机，输入电流传感器40的两端中的电压、来自磁极位置检测传感器50的磁极位置信号、电压检测电路60的虚拟中性点N的电压、进而例如从电动制动系统中的高位的控制装置等的外部的控制装置90输出的对无刷电机10的驱动请求信号，基于这些信号，对于逆变器30的开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w，单独地输出用于使这些开关元件导通和截止的栅极控制信号，同时对于开关SWl、SW2、SW3，单独地输出用于使这些开关导通和截止的设定信号。由此，控制器70在通常时进行用于使无刷电机10的转子旋转驱动的控制，另一方面，形成在规定的定时对逆变器30诊断是否发生故障的驱动控制装置20的控制单元。
[0035]图2是表示控制器70的功能的功能框图。控制器70具有以电流运算单元70a、目标电流运算单元70b、占空运算单元70c、磁极位置运算单元70d、通电方式(mode)设定单元70e、栅极控制信号生成单元70f、虚拟中性点电压运算单元70g、故障诊断单元70h、以及开关设定单元70i所示的功能。
[0036]电流运算单元70a将电流传感器40的两端中的电压(电流检测信号)分别进行A/D转换来计算两电压间的电位差，从该电位差和电流传感器40的已知的电阻值计算在无刷电机10中实际地流过的电流即实际电流值。再有，电流传感器40的两端的电压也可以是将通过差动放大器求得的电位差输入到电流运算单元70a。
[0037]目标电流运算单元70b从外部的控制装置90例如输入对于制动踏板的踏力需要的无刷电机10的要求扭矩等的、有关对无刷电机10的要求输出的驱动请求信号，基于该驱动请求信号，计算对无刷电机10供给的电流的目标值即目标电流值。
[0038]占空运算单元70c基于实际电流值和目标电流值之间的偏差，运算为了在栅极控制信号生成单元70f中生成栅极控制信号而进行的PWM(Pulse Width Modulat1n;脉宽调制)动作的占空(％)。例如，基于实际电流值和目标电流值之间的偏差，通过比例积分控制(PI控制)，能够根据下式运算占空。
[0039 ]电流偏差ΔI =目标电流值-实际电流值
[0040]占空=(ΛIX比例增益+ΛI的积分值X积分增益)/电源电压X 100
[0041]再有，不是将占空的运算处理限定为比例积分控制，也可适当采用比例积分微分控制(PID控制)等公知的运算处理方法。
[0042]磁极位置运算单元70d基于输入的磁极位置检测信号，计算转子的磁极角度(磁极位置)。
[0043]通电方式设定单元70e基于由磁极位置运算单元70d算出的转子的磁极角度，设定通电方式(mode)。
[0044]通电方式表示在无刷电机10的U相线圈10u、V相线圈10v、W相线圈1w的3相的线圈之中通电的2相的选择模式，由从U相向V相流动电流的第I通电方式、从U相向W相流动电流的第2通电方式、从V相向W相流动电流的第3通电方式、从V相向U相流动电流的第4通电方式、从W相向U相流动电流的第5通电方式、从W相向V相流动电流的第6通电方式的6种通电方式构成。
[0045]栅极控制信号生成单元70f构成为基于由占空运算单元70c算出的占空和由通电方式设定单元70e设定的通电方式，或基于来自故障诊断单元70h的指示，生成开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w的栅极控制信号，将其输出到开关元件32u、32v、32w、34u、34v、
34w0
[0046]虚拟中性点电压运算单元70g将从电压检测电路60的虚拟中性点N输入的电压进行A/D转换作为数字值来计算。
[0047]故障诊断单元70h基于由虚拟中性点电压运算单元70g算出的虚拟中性点N的电压值，执行对逆变器30诊断是否发生故障的故障诊断处理。故障诊断处理主要由第1诊断、第2 诊断及第3诊断构成。[0〇48]开关设定单元70i构成为基于来自故障诊断单元70h的指示，在不实施逆变器30的故障诊断的通常时和执行逆变器30的故障诊断处理的故障诊断时切换第1开关SW1、第2开关SW2及第3开关SW3的导通和截止设定。[〇〇49]具体地说，如图3所示，在不实施逆变器30的故障诊断的通常时，开关设定单元70i 构成为输出将第1开关SW1导通(ON)，并且将第2开关SW2及第3开关SW3截止(OFF)的设定信号(参照图1的SW1、SW2、SW3)。由此，在通常时，从电源80向逆变器30通过正极母线24p流动电流，同时不妨碍无刷电机10的驱动控制。另一方面，在执行逆变器30的故障诊断处理的故障诊断时，开关设定单元70i构成为输出将第1开关SW1截止、并且将第2开关SW2及第3开关 SW3导通的设定信号。
[0050] 再有，逆变器30的故障诊断装置由电压检测电路60、控制器70、第1开关SW1、第2开关SW2和与其串联地连接的第3电阻R3、以及第3开关SW3和与其串联地连接的第4电阻R4构成，控制器70的各单元通过CPU将ROM中存储的程序读取到RAM中并执行来实现。[〇〇51]图4是表示在控制器70中，将点火钥匙的导通作为契机，根据车辆的运转状态而适当执行的、逆变器30的故障诊断处理的流程图。[〇〇52]在步骤101(图中，简记为“S101”。以下，同样)中，为了执行逆变器30的故障诊断处理，切换第1开关SW1、第2开关SW2及第3开关SW3的导通和截止设定。具体地说，例如，故障诊断单元70h探测点火钥匙从截止变化为导通状态，对于开关设定单元70i进行指示以切换为故障诊断时的开关设定，由此，图3所示，开关设定单元70i输出将第1开关SW1截止、并且将第2开关SW2及第3开关SW3导通的设定信号。[〇〇53] 在步骤102中，为了实施第1诊断而进行开关元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*的导通和截止设定(第1诊断设定)。[OOM] 第1诊断是，诊断在开关元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*的其中一个中是否发生了导通粘连、即开关元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*是否正常地截止。
[0055]因此，在第1诊断设定中，如图5所示，将对开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w的栅极控制信号全部截止。具体地说，例如，即使由占空运算单元70c计算占空，由通电方式设定单元70e设定通电方式，但故障诊断单元70h对于栅极控制信号生成单元70f进行指示，以将对开关元件3211、32￥、32?、3411、3如、34?的栅极控制信号全部强制性地截止。
[0056]然后，将第1诊断设定之下的、由虚拟中性点电压运算单元70g算出的虚拟中性点N 的电压值Vn保存在RAM等的可写入的存储器中。
[0057]在步骤103中，诊断在开关元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*中是否发生导通粘连。
[0058]具体地说，故障诊断单元70h基于第1诊断设定之下的、由虚拟中性点电压运算单元70g算出的被保存的虚拟中性点N的电压值Vn和ROM等的存储器中预先保存的阈值的比较，诊断是否发生导通粘连。[〇〇59] 在故障诊断处理中的第1诊断设定之下，在开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w* 没有发生导通粘连的情况下，通过第1开关SW1、第2开关SW2,逆变器30进一步向第2电阻R2 不流动电流。因此，在第2电阻R2中，从第3开关SW3通过第4电阻R4流入电流，在将第4电阻R4 及第2电阻R2的电阻值分别设为R2及R4时，所以虚拟中性点N的电压值Vn被预想为包含在将电源80的电压Vcc分压的分压值VR2—R4{ =Vcc X R2/(R2+R4)}中考虑了电阻值R2及R4的偏差等误差(土α)的规定范围内。
[0000]但是，在故障诊断处理中的第I诊断设定之下，在上臂侧开关元件32u、32v、32w中发生导通粘连的情况下，在第2电阻R2中，流入不仅通过了第3开关SW3还通过了第2开关SW2的电流，所以虚拟中性点N的电压Vn上升。另一方面，在下臂侧开关元件34u、34v、34w中发生导通粘连的情况下，通过第3开关SW3流到第4电阻R4的电流不仅通过第2电阻R2流向地，而且通过在第I电阻R1、下臂侧开关元件34u、34v、34w之中发生了导通粘连的开关元件、以及电流传感器40流向地，流入第2电阻R2的电流减少，所以虚拟中性点N的电压值Vn下降。
[0061 ]因此，在步骤103中，在故障诊断处理中的第I诊断设定之下，在开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w中不发生导通粘连时所预想的虚拟中性点N的电压值Vn的规定范围内，在包含实际地检测、算出的虚拟中性点N的电压值Vn的情况下，例如在VR2-R4-a < Vn < VR2-R4+a的情况下，能够诊断为在开关元件3211、32￥、32*、3411、34￥、34￥中没有发生导通粘连，所以接着为了诊断截止粘连的发生而进至步骤104(“是”)。另一方面，在虚拟中性点N的电压值Vn不包含在第I规定范围内的情况下，能够诊断为在开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w的其中一个中发生导通粘连，所以进至步骤109( “否”)，诊断为在逆变器30中发生故障并结束故障诊断处理。再有，例如，如在Vn>VR2-R4+a的情况下，诊断为在上臂侧开关元件32u、32v、32w中发生导通粘连，另一方面，在Vn<VR2-R4_a的情况下，诊断为在下臂侧开关元件34u、34v、34w中发生导通粘连那样，能够区别臂的上下来诊断导通粘连的发生。
[0062]这里，在故障诊断处理中，假设从第I开关SWl通过正极母线24p向逆变器30施加电压，在开关元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*的上下臂的哪一个中都发生导通粘连时，也可能上下臂短路，并在电源80和地之间通过逆变器30流动过大的电流。
[0063]相对于此，在本实施方式的故障诊断处理中，通过第3电阻R3对逆变器30供给电流，所以即使在开关元件3211、32￥、32*、3411、34￥、34￥的上下臂的两方中发生导通粘连，逆变器30上所施加的电压可通过第3电阻R3而适度地使电压降低，所以抑制在电源和地之间的过大的短路电流的发生，并且能够执行逆变器30的故障诊断处理。
[0064]此外，在本实施方式的故障诊断处理中，在开关元件32u、32v、32w，34u、34v、34w的上下臂的两方发生导通粘连时，虚拟中性点N的电压值Vn也有可能偶然包含在第I规定范围内，所以通过在故障诊断单元70h中同时监视由电流运算单元70a算出的实际电流值，也可以诊断在上下臂两方中是否发生导通粘连(参照图2的虚线箭头)。
[0065]在步骤104中，为了实施第2诊断而进行开关元32u、32v、32w，34u、34v、34w的导通和截止设定(第2诊断设定)。
[ΟΟ??] 第2诊断是，以根据第1诊断的诊断结果，开关元件3211、32￥、32*、3411、34￥、34￥正常地截止作为前提，诊断在下臂侧开关元件34u、34v、34w中是否发生截止粘连、即诊断下臂侧开关元件34u、34v、34w是否正常地导通。
[0067]因此，如图6所示，在第2诊断设定中，在将对上臂侧开关元件32u、32v、32w的栅极控制信号全部强制性地截止的状态下，以任意的顺序进行仅导通对下臂侧开关元件34u的栅极控制信号的模式1A、仅导通对下臂侧开关元件34v的栅极控制信号的模式2A、以及仅导通对下臂侧开关元件34W的栅极控制信号的模式3A。具体地说，例如，即使由占空运算单元70c计算占空，由通电方式设定单元70e设定通电方式，故障诊断单元70h仍然对于栅极控制信号生成单元70f进行指示，以依次地输出模式1A、模式IB及模式IC的栅极控制信号。而且，在第2诊断设定的各模式之下，将由虚拟中性点电压运算单元70g算出的虚拟中性点N的各电压值Vn依次保存在RAM等的可写入的存储器中。
[0068]在步骤105中，诊断在下臂侧开关元件34u、34v、34w中是否发生截止粘连。
[0069]具体地说，故障诊断单元70h基于以模式1A、模式2A及模式3A分别保存的虚拟中性点N的各电压值Vn和ROM等的存储器中预先保存的阈值的比较，诊断在下臂侧开关元件34u、34v、34w中是否发生截止粘连。
[°07°] 根据第1诊断的诊断结果，被确认为开关元件3211、32￥、32*、3411、34￥、34￥正常地截止，所以在故障诊断处理中的第2诊断设定之下，在下臂侧开关元件34u、34v、34w中发生截止粘连的情况下，从第3开关SW3通过第4电阻R4流过的电流不流入到逆变器30，通过第2电阻R2流向地，所以虚拟中性点N中的电压值Vn被预想包含在前述的分压值VR2—R4 {= Vcc X R2/(R2+R4)}中考虑了电阻值R2及R4的偏差等误差(土α)的规定范围内。另一方面，在下臂侧开关元件34u、34v、34w中没有发生截止粘连的情况下，通过第3开关SW3流到第4电阻R4的电流不仅通过第2电阻R2流向地，而且通过第4电阻R4、第I电阻R1、下臂侧开关元件34u、34v、34w之中设定为导通的开关元件以及电流传感器40流向地。因此，对于前述的分压值VR2-R4{ =VccXR2/(R2+R4)}，虚拟中性点N中的电压值Vn相当于低了电流在第2电阻R2之外的其他的路径中流出到地的相应电压值。
[0071]因此，在步骤105中，在故障诊断处理中的第2诊断设定之下，在下臂侧开关元件34u、34v、34w中发生截止粘连时所预想的虚拟中性点N的电压值Vn的规定范围内，包含在模式1A、模式2A及模式3A中分别实际地检测出的虚拟中性点N的各电压值Vn的情况下，例如在VR2-R4_a < Vn < Vr2-R4+a的情况下，能够诊断为在下臂侧开关元件34u、34v、34w中发生截止粘连。该情况下，进至步骤109(“否”)，诊断为在逆变器30中发生故障并结束故障诊断处理。另一方面，在模式1A、模式2A及模式3A中分别实际地检测出的虚拟中性点N的各电压值Vn不包含在前述的规定范围内的情况下，例如在Vn<VR2-R4-a的情况下，能够诊断为在下臂侧开关元件34u、34v、34w中没有发生截止粘连，所以接着为了诊断在上臂侧开关元件32u、32v、32w中是否发生截止粘连而进至步骤106( “是”)。
[0072]在步骤106中，为了实施第3诊断而进行开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w的导通和截止设定(第3诊断设定)。
[0073]第3诊断是，根据第I诊断的诊断结果，以开关元件32u、32v、32w、34u、34v、34w正常地截止作为前提，诊断在上臂侧开关元件32u、32v、32w中是否发生截止粘连，S卩，诊断上臂侧开关元件32u、32v、32w是否正常地导通。
[0074]因此，如图7所示，在第3诊断设定中，在将对下臂侧开关元件34u、34v、34w的栅极控制信号全部强制性地截止的状态下，以任意的顺序进行仅导通对上臂侧开关元件32u的栅极控制信号的模式1B、仅导通对上臂侧开关元件32v的栅极控制信号的模式2B、以及仅导通对上臂侧开关元件32w的栅极控制信号的模式3B。具体地说，例如，即使由占空运算单元70c计算占空，由通电方式设定单元70e设定通电方式，故障诊断单元70h仍然对于栅极控制信号生成单元70f进行指示，以依次地输出模式1A、模式IB及模式IC的栅极控制信号。而且，在第3诊断设定的各模式之下，将由虚拟中性点电压运算单元70g算出的虚拟中性点N的各电压值Vn依次保存在RAM等的可写入的存储器中。[0〇75] 在步骤107中，诊断在上臂侧开关元件32u、32v、32w中是否发生截止粘连。[〇〇76]具体地说，故障诊断单元70h基于模式1B、模式2B及模式3B中分别保存的虚拟中性点N的各电压值Vn和ROM等的存储器中预先保存的阈值的比较，诊断在上臂侧开关元件32u、 32v、32w中是否发生截止粘连。[0〇77] 根据第1诊断的诊断结果，确认了开关元件3211、32￥、32￥、3411、34￥、34*正常地截止，所以在故障诊断处理中的第3诊断设定之下，在上臂侧开关元件32u、32v、32w中发生截止粘连的情况下，电流通过上臂侧开关元件32u、32v、32w不流向第2电阻R2,而在第2电阻R2 中，流入通过第3开关SW3在第4电阻中流动的电流。因此，在上臂侧开关元件32u、32v、32w中发生截止粘连的情况下，虚拟中性点N中的电压Vn被预想包含在前述的分压值Vr2-r4{=Vcc XR2/(R2+R4)}中考虑了电阻值R2及R4的偏差等误差(土a)的规定范围内。另一方面，在上臂侧开关元件32u、32v、32w中没有发生截止粘连的情况下，在第2电阻R2中，从第2开关SW2 通过上臂侧开关元件32u、32v、32w之中设定为导通的开关元件流入的电流和从第3开关SW3 通过第4电阻R4流入的电流的2个电流进行合流，所以虚拟中性点N的电压值Vn相对于前述的分压值 Vr2-R4 {= Vcc X R2/ (R2+R4)}上升。[〇〇78]因此，在步骤107中，在故障诊断处理中的第3诊断设定之下，在下臂侧开关元件 34u、34v、34w中发生截止粘连时所预想的虚拟中性点N的电压值Vn的规定范围内，包含在模式1B、模式2B及模式3B中分别实际地检测出的虚拟中性点N的各电压值Vn的情况下，例如在 VR2-R4-a < Vn < VR2-R4+a的情况下，能够诊断为在上臂侧开关元件32u、32v、32w中发生截止粘连。在该情况下，进至步骤1〇9(“否”)，诊断为在逆变器30中发生故障并结束故障诊断处理。 另一方面，在模式1B、模式2B及模式3B中分别实际地检测出的虚拟中性点N的各电压值Vn不包含在前述的规定范围内的情况下，例如在Vn>VR2-R4+a的情况下，能够诊断为在上臂侧开关元件32u、32v、32w中没有发生截止粘连，所以进至步骤108( “是”)，基于第1诊断、第2诊断及第3诊断的诊断结果，综合性地诊断为在逆变器30中没有发生故障，并结束故障诊断处理。
[0079]根据这样的逆变器30的故障诊断装置及故障诊断方法，如前述的，在故障诊断处理中，不从第1开关SW1通过正极母线24p向逆变器30供给电流，而从第2开关SW2通过第3电阻R3向逆变器30供给电流，所以即使在上下臂两方发生导通粘连，通过第2开关SW2在电源 80和地之间发生了过大的短路电流的情况下，通过第3电阻R3,也能够使逆变器30上所施加的电压下降至可以抑制逆变器30的过热造成的2次故障的范围内。因此，根据本实施方式的逆变器30的故障诊断装置及故障诊断方法，能够抑制通过了逆变器30的电源80和地之间的过大的短路电流的发生，并且能够执行逆变器30的故障诊断处理。
[0080]此外，根据逆变器30的故障诊断装置及故障诊断方法，在第1诊断中被确认在开关元件中没有发生导通粘连，所以在第2诊断及第3诊断中，上下臂两方不导通，能够抑制通过逆变器30的在电源80和地之间发生过大的短路电流，并且执行逆变器30的故障诊断处理。 [0081 ]再有，在前述的实施方式中，在第2诊断及第3诊断中，基于各模式之下分别保存的虚拟中性点N的各电压值Vn和ROM等的存储器中预先保存的阈值的比较，诊断在开关元件 3211、32￥、32￥、3411、3知、34￥中是否发生截止粘连，但可以取代这种方式，将步骤105及步骤 107如以下那样进行。即，在步骤105中，在第2诊断设定的各模式中保存的虚拟中性点N的各电压值Vn与第1诊断设定中保存的虚拟中性点N的电压值Vn比较几乎无变化的情况下，诊断为在下臂侧开关元件34u、34v、34w中发生截止粘连，另一方面，在变化的情况下，也可以诊断为在下臂侧开关元件34u、34v、34w中没有发生截止粘连。此外，在步骤107中，在第3诊断设定的各模式中保存的虚拟中性点N的各电压值Vn与第1诊断设定中保存的虚拟中性点N的电压值Vn比较几乎无变化的情况下，诊断为在上臂侧开关元件32u、32v、32w中发生截止粘连，另一方面，在变化的情况下，也可以诊断为在上臂侧开关元件32u、32v、32w中没有发生截止粘连。
[0082]在前述的实施方式中，故障诊断处理按第1诊断、第2诊断、第3诊断的顺序执行，但不限于此，也可以调换第2诊断和第3诊断的前后，按第1诊断、第3诊断、第2诊断的顺序执行。[〇〇83] 在前述的实施方式中，逆变器30在通过端子22u、22v、22w电连接了无刷电机10的状态下执行故障诊断处理。但是，第1诊断中没有发生导通粘连时所预想的虚拟中性点N的电压值Vn、第2诊断中下臂上发生截止粘连时所预想的虚拟中性点N的电压值Vn、以及第3诊断中上臂上发生截止粘连时所预想的虚拟中性点N的电压值Vn几乎不因逆变器30和无刷电机10是否连接而变化，所以也可以在将无刷电机10从逆变器30电分离的状态下执行故障诊断处理。
[0084]在前述的实施方式中，说明了故障诊断处理以点火钥匙的导通作为契机，以不妨碍车载电动制动器的动作，根据车辆的运转状态而适当执行，但可以根据无刷电机10所适用的车载系统，以各种各样的定时执行。在无刷电机10作为电动水栗的驱动源来适用的情况下，例如，也可以在发动机的冷却水温低于目标值时等不要求电动水栗的动作时执行故障诊断处理。而且，在无刷电机10和逆变器30处于电分离的状态的情况下，也可以不考虑适用的车载系统而以任意的定时执行故障诊断处理。
[0085]在前述的实施方式中，通过磁极位置检测传感器50检测转子的磁极位置，但能够根据无刷电机10适用的车载系统，不使用磁极位置检测传感器50而进行无传感器驱动。例如，在无刷电机10适用于电动水栗的驱动源的情况下，也可以将由电压检测电路60检测和算出的虚拟中性点N的电压值Vn为0伏时作为通电方式的切换定时。
[0086]标号说明[〇〇87]10...无刷电机、10u...U相线圈、10v...V相线圈、10w...W相线圈、20...驱动控制装置、24p...正极母线、24n...负极母线、30...逆变器、32u、32v、32w...上臂侧开关元件、 34u、34v、34w...下臂侧开关元件、40...电流传感器、60...电压检测电路、70...控制器、 70d...电流运算单元、70f...栅极控制信号生成单元、70g...虚拟中性点电压运算单元、 70h...故障诊断单元、701...开关设定单元、80...电源、SW1...第1开关、SW2...第2开关、 SW3...第3开关、R1...第1电阻、R2...第2电阻、R3...第3电阻、R4...第4电阻、N...虚拟中性点。
【主权项】
1.一种逆变器的故障诊断装置，其为对于串联地连接的一对开关元件在各相构成上下臂来驱动3相电机的逆变器，诊断是否发生故障的逆变器的故障诊断装置，包括: 电压检测电路，构成为将多个第I电阻的一端彼此连接，并将该连接点通过第2电阻与地连接，同时将所述多个第I电阻的另一端以一对一方式分别连接在各相的所述上下臂间，检测所述连接点的电压； 第I开关，设置在连接电源和上臂侧开关元件的正极母线上； 第2开关，与所述第I开关并联、并且与第3电阻串联地设置； 第3开关，在所述电源和所述连接点之间与第4电阻串联地设置；以及 控制单元，构成为控制所述上臂侧开关元件及所述下臂侧开关元件、以及所述第I开关、所述第2开关及所述第3开关的导通和截止，并且与所述连接点电连接。2.如权利要求1所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于， 所述控制单元构成为基于从所述电压检测电路检测出的所述连接点的电压，诊断所述逆变器是否故障。3.如权利要求2所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于， 所述控制单元构成为在诊断所述逆变器是否故障时，进行将所述第2开关及所述第3开关导通，同时将所述第I开关截止的控制。4.如权利要求3所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于， 所述控制单元构成为基于在进行了将所述上臂侧开关元件及所述下臂侧开关元件全部截止的控制的情况下检测的所述连接点的电压，诊断在所述上臂侧开关元件及所述下臂侧开关元件中是否发生导通粘连。5.如权利要求4所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于， 所述控制单元构成为在诊断为所述上臂侧开关元件及所述下臂侧开关元件中没有发生导通粘连时，基于在进行将所述上臂侧开关元件全部截止的控制，同时进行了将所述下臂侧开关元件顺序地一次导通一个的控制的情况下检测的所述连接点的电压，诊断在所述下臂侧开关元件中是否发生截止粘连。6.如权利要求5所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于， 所述控制单元构成为在诊断为所述下臂侧开关元件中没有发生截止粘连时，基于在进行将所述下臂侧开关元件全部截止的控制，同时进行了将所述上臂侧开关元件顺序地一次导通一个的控制的情况下检测的所述连接点的电压，诊断在所述上臂侧开关元件中是否发生截止粘连。7.如权利要求4所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于， 所述控制单元构成为在诊断为所述上臂侧开关元件及所述下臂侧开关元件中没有发生导通粘连时，基于在进行将所述下臂侧开关元件全部截止的控制，同时进行了将所述上臂侧开关元件顺序地一次导通一个的控制的情况下检测的所述连接点的电压，诊断在所述上臂侧开关元件中是否发生截止粘连。8.如权利要求7所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于， 所述控制单元构成为在诊断为所述上臂侧开关元件中没有发生截止粘连时，基于在进行将所述上臂侧开关元件全部截止的控制，同时进行了将所述下臂侧开关元件顺序地一次导通一个的控制的情况下检测的所述连接点的电压，诊断在所述下臂侧开关元件中是否发生截止粘连。9.如权利要求2所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于，在连接所述地和所述上臂侧开关元件的负极母线上，还设置用于检测所述3相电机中 流过的电流的电流传感器。10.如权利要求9所述的逆变器的故障诊断装置，其特征在于，所述控制单元构成为还基于由所述电流传感器检测出的电流，诊断在所述逆变器中是 否发生故障。11.一种逆变器的故障诊断方法，其为对于串联地连接的一对开关元件在各相构成上 下臂来驱动3相电机的逆变器，诊断是否发生故障的逆变器的故障诊断方法，从将多个第1电阻的一端彼此连接，将该连接点通过第2电阻与地连接，同时将所述多 个第1电阻的另一端以一对一方式分别连接在各相的所述上下臂间的电路，输入所述连接 点的电压的控制单元将设置在连接电源和上臂侧开关元件的正极母线上的第1开关截止，将与所述第1开关并联、并且与第3电阻串联地设置的第2开关导通，将在所述电源和所述连接点之间与第4电阻串联地设置的第3开关导通，而且基于进行了以使所述上臂侧开关元件及所述下臂侧开关元件按规定的模式导通 或截止那样的控制时的所述连接点的电压，诊断所述逆变器是否故障。
【文档编号】G01R31/02GK105939127SQ201610115758
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月1日
【发明人】黑岩伸幸
【申请人】日立汽车系统株式会社