电动机驱动装置的制作方法

专利名称：电动机驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具备由PWM(Pulse Width Modulation ；脉宽调制)信号驱动的逆变器电路的电动机驱动装置，特别涉及用于从在电动机中产生的反电动势中保护在逆变器电路和电动机之间设置的用于失效保护(fail-safe)的半导体开关元件的技术。
背景技术：
在车辆的电动动力转向装置中，为了对转向机构提供与方向盘的操纵转矩对应的操纵辅助力，设置有3相无刷电动机等的电动式电动机。作为驱动该电动机的装置，已知基于PWM控制方式的电动机驱动装置。一般在PWM控制方式的电动机驱动装置中，具备由具有规定的占空比的PWM信号所驱动的逆变器电路。逆变器电路由设置了 3组在上臂和下臂中分别具有半导体开关元件的上下一对的臂的、所谓的3相电桥构成。并且，通过各个开关元件基于PWM信号进行接通 /断开动作，从而从逆变器电路对电动机提供各相的电压，电动机被驱动。此外，也已知如下的电动机驱动装置为了在检测出电路的故障的情况下，不会从逆变器电路对电动机(或者从电动机对逆变器电路)流过电流，在逆变器电路和电动机之间设置了用于失效保护的机械式继电器(例如，专利文献1、2)。这里，在电路的故障中，包括在电动机驱动装置中发生的各种故障。例如，有逆变器电路的各个开关元件不从接通状态变化为断开状态而一直成为接通状态的接通故障、在开关元件以外的布线部分产生的短路故障等。除此之外，还有在控制逆变器电路的CPU的内部产生异常，CPU进行与原本不同的控制的故障。在检测出如上所述的电路的故障的情况下，进行如下控制逆变器电路的各个开关元件全部成为断开状态的控制、在逆变器电路和车辆用电池之间设置的电源继电器成为断开状态的控制。由此，停止对于逆变器电路或电动机的电力供给，防止了逆变器电路的破坏和对驾驶者没有预期的方向进行帮助(assist)等的误动作。若检测出电路的故障，则由于电动机不会赋予操纵辅助力，所以驾驶者可通过人力来操纵方向盘。此时，电动机由方向盘的操纵所带领，电动机作为发电机起作用。因此， 若电动机和逆变器电路电连接的状态下，会因电动机的发电动作而对方向盘操作带来大的阻力。即，为了旋转反向盘需要较大的力。因此，为了防止这种情况，如专利文献1、2那样， 设置了能够切断逆变器电路和电动机之间的用于失效保护的机械式继电器。但是，在电动动力转向装置中，由于将用于控制的电路搭载在车辆内，所以虽然对于电动机的电力供给大，但存在需要将控制电路进一步小型化的要求。因此，在如专利文献 1、2那样使用了机械式继电器的情况下，继电器本身成为大型，所以不能满足上述要求。因此，已知如后述的专利文献3那样，代替机械式继电器，将用于失效保护的半导体开关元件设置在逆变器电路和电动机之间的电动机驱动装置(例如，专利文献3)。在专利文献3的电动机驱动装置中，在电动机和逆变器电路之间的供电线上设置 FET (Field Effect Transistor 场效应晶体管)，在逆变器电路中发生了短路等的异常的情况下，将各个供电线的FET组和构成逆变器电路的FET组一同断开。但是，在这个结构中，若在发生了异常的情况下，在对于电动机的通电中断开供电线的FET，则产生由电动机的电感引起的反电动势，该反电动势作为尖峰(spike)电压(瞬间的大电压)而施加到FET。因此，存在FET被破坏的情况。因此，在后述的专利文献4中，提出了在电动机和逆变器电路之间的供电线上设置了用于失效保护的FET的电动机驱动装置中，从上述的尖峰电压中保护半导体开关元件的技术。在专利文献4中，在发生异常时，将逆变器电路的FET全部断开之后，不是将供电线上的用于失效保护的FET全部同时断开，而是检测各个相的电流值，从其电流值成为规定的基准值以下的相起依次将FET断开。由此，能够抑制尖峰电压，从而防止FET的破坏。专利文献1特许第3686471号公报专利文献2特开2005-199746号公报专利文献3特开2009-274686号公报专利文献4特开2009-220705号公报在专利文献4的电动机驱动装置中，由于在发生了异常的情况下，从电流值成为规定值以下的相的用于失效保护的FET起依次断开来切断逆变器电路和电动机，所以必须始终检测分别流过各个相的电流值。因此，需要对每个相设置分流电阻等的电流检测元件， 导致电路变得大型化。此外，将各相的电流值与基准值比较或者对用于失效保护的每个FET 进行断开控制等，控制内容也变得复杂，成为导致电路的误动作和复杂化的结果。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种电动机驱动装置，其通过简单的电路结构和控制动作，就能够防止用于失效保护的半导体开关元件由尖峰电压而被破坏的情况。本发明的电动机驱动装置包括逆变器电路，至少设置了 3组在上臂和下臂分别具备半导体开关元件的上下一对臂，且基于通过PWM信号的各个半导体开关元件的接通/断开动作而对电动机提供电压；逆变器驱动部，对该逆变器电路的各个半导体开关元件输出PWM信号；失效保护电路，设置在逆变器电路和电动机之间，且对每个相具备用于切断从逆变器电路对于电动机的电压供给的半导体开关元件；失效保护驱动部，输出用于使该失效保护电路的半导体开关元件接通 /断开的信号；控制部，对逆变器驱动部输出指令逆变器电路的各个半导体开关元件的驱动的指令信号，且对失效保护驱动部输出指令失效保护电路的各个半导体开关元件的驱动的指令信号；以及异常检测部件，检测异常。并且，在异常检测部件检测出异常的情况下，逆变器驱动部基于来自控制部的指令信号来进行控制，使得将逆变器电路的各个半导体开关元件全部断开，且之后在经过了规定时间的时刻，失效保护驱动部基于来自控制部的指令信号来进行控制，使得将失效保护电路的各个半导体开关元件全部断开。通过这样构成，在发生了异常的情况下，首先，逆变器电路的半导体开关元件全部断开，之后，若经过规定时间，则接着失效保护电路的半导体开关元件全部断开。因此，即使是在逆变器电路的半导体开关元件全部断开之后，经过规定时间之前，在电动机中产生的反电动势也经由失效保护电路的接通状态的半导体开关元件而被逆变器电路侧吸收。因此，由于在失效保护电路的半导体开关元件中不会施加尖峰电压，所以能够防止元件的破坏。此外，由于控制将失效保护电路的半导体开关元件断开的定时即可，所以不需要如专利文件4那样设置电流检测元件而始终检测各个相的电流值，不需要负载的控制。在本发明中，优选地，失效保护驱动部将失效保护电路的各个半导体开关元件同时全部断开。由此，失效保护驱动部不需要单独控制半导体开关元件，所以能够容易进行对于元件的控制。在本发明中，优选地，失效保护驱动部在经过规定时间为止，将失效保护电路的各个半导体开关元件维持接通状态。或者，也可以替代这个方式，在经过规定时间为止，将失效保护电路的各个半导体开关元件进行PWM驱动。在本发明中，也可以在逆变器电路和对该逆变器电路提供电力的电源之间，设置由控制部来开闭控制的开闭器。优选地，在这样的电动机驱动装置中，在异常检测部件检测出异常的情况下，控制部对逆变器驱动部输出用于将逆变器电路的各个半导体开关元件全部断开的指令信号，同时将开闭器设为开状态，从而将逆变器电路和电源电断开。由此，并不是仅根据来自逆变器驱动部的指令而断开逆变器电路的半导体开关元件，而是由开闭器而从电源切断逆变器电路，所以能够可靠地将逆变器电路设为动作停止状态，安全性提高。在本发明中，优选地，逆变器电路和失效保护电路的各个半导体开关元件分别由N 沟道型MOS-FET构成。由此，能够利用在MOS-FET的源极-漏极之间存在的寄生二极管，将在电动机中产生的反电动势容易被逆变器电路侧吸收。此外，N沟道型MOS-FET具有电路设计比P沟道型MOS-FET容易的优点。根据本发明，通过简单的电路结构和控制动作，就能够防止用于失效保护的半导体开关元件由尖峰电压而被破坏的情况。


图1是本发明的实施方式的电动机驱动装置的电路图。图2(a) (e)是表示了第1实施方式的电动机驱动装置的动作的定时图。图3是表示了正常时的电流路径的图。图4是表示了异常时的电流路径的图。图5是表示了逆变器电路和电动机之间切断的状态的图。图6是表示了第1实施方式的控制的步骤的流程图。图7(a) (e)是表示了第2实施方式的电动机驱动装置的动作的定时图。图8是扩大了尖峰电压的波形的图。图9是表示了第2实施方式的控制的步骤的流程图。图10(a) (e)是表示了比较例的电动机驱动装置的动作的定时图。图11是表示了比较例中的异常时的电流路径的图。标号说明1控制部2逆变器驱动部3逆变器电路4失效保护电路5失效保护驱动部
6电动机10异常检测部100电动机驱动装置al a6 臂Ql Q6开关元件Zu、Zv、Zw 开关元件RY电源继电器B 电源
具体实施例方式以下，参照

本发明的实施方式。这里，例举在车辆的电动动力转向装置中使用的电动机驱动装置。另外，在附图中，对于同一个部分或者对应的部分赋予相同的标号。最初，参照图1说明本发明的第1实施方式的电动机驱动装置的结构。在图1中， 电动机驱动装置100包括控制部1、逆变器驱动部2、逆变器电路3、失效保护电路4、失效保护驱动部5、电容器C、电源继电器RY、电源B。电源继电器RY是本发明中的开闭器的一例。 由电动机驱动装置100驱动的电动机6例如是3相无刷电动机。逆变器电路3由与U相、V相、W相对应地设置了 3组在上臂和下臂中分别具备半导体开关元件(以下，简称为“开关元件”)的上下一对的臂的3相电桥构成。U相的上臂 al和下臂a2分别具备开关元件Q1、Q2，V相的上臂a3和下臂a4分别具备开关元件Q3、Q4， W相的上臂a5和下臂a6分别具备开关元件Q5、Q6。从开关元件Ql、Q2的连接点ρ引出U 相电压，从开关元件Q3、Q4的连接点q引出V相电压，从开关元件Q5、Q6的连接点r引出W 相电压。在本实施方式中，这些开关元件Ql Q6由N沟道型MOS-FET构成。在各个开关元件中，S表示源极、D表示漏极、G表示栅极、d表示在源极S和漏极D之间存在的寄生二极管。寄生二极管d的导通方向与各个开关元件Ql Q6的导通方向(漏极D—源极S) 成为相反的方向。开关元件Q1、Q3、Q5的各个漏极D共同地连接，且该连接点m经由电源继电器RY而连接到电源B。电容器C连接在上述连接点m和地之间。此外，开关元件Q2、Q4、 Q6的各个源极S共同地连接，且该连接点η经由电流检测电阻R而连接到地。在逆变器电路3中，从电源B经由电源继电器RY而提供电力。在逆变器电路3的开关元件Ql Q6的各个栅极G中，分别被提供从逆变器驱动部2输出的6种PWM信号。开关元件Ql Q6基于该PWM信号而进行接通/断开动作，其结果，从逆变器电路3输出上述的U相电压、V相电压、W相电压的3相电压。该3相电压经由失效保护电路4而提供给电动机6。失效保护电路4设置在逆变器电路3和电动机6之间，且在U相电压的供电线上具有开关元件^1、在V相电压的供电线上具有开关元件Ζν、在W相电压的供电线上具有开关元件Zw。在本实施方式中，与逆变器电路3的开关元件Ql Q6相同地，这些各个开关元件、Zv、Zw由N沟道型MOS-FET构成。在各个开关元件中，S表示源极、D表示漏极、G表示栅极、d表示在源极S和漏极D之间存在的寄生二极管。寄生二极管d的导通方向与各个开关元件ai、Zv、Zw的导通方向(漏极D—源极S)成为相反的方向。开关元件的源极S连接到开关元件Ql、Q2的连接点p，开关元件Zv的源极S 连接到开关元件Q3、Q4的连接点q，开关元件Zw的源极S连接到开关元件Q5、Q6的连接点 r。此外，开关元件的漏极D连接到电动机6的U相绕组6u，开关元件Zv的漏极D连接到电动机6的V相绕组6v，开关元件Zw的漏极D连接在电动机6的W相绕组6w。在失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw的各个栅极G中，从失效保护驱动部5被输入控制信号。失效保护驱动部5在将开关元件ai、Zv、Zw接通的情况下，输出“H”(高) 电平的控制信号，而在将开关元件Zu、Zv, Zw断开的情况下，输出“L” (低)电平的控制信号。开关元件ai、Zv、Zw基于该控制信号进行接通/断开动作。在开关元件Zv、Zw为接通状态时，从逆变器电路3对电动机6进行供电，若开关元件a!、Zv、Zw成为断开状态，则切断从逆变器电路3对于电动机6的供电。控制部1由CPU和存储器等构成，且包括异常检测部10。异常检测部10是本发明中的异常检测部件的一例。控制部1基于在电流检测电阻R中产生的电压来计算电动机电流的检测电流值，并基于从未图示的转矩传感器输入的操纵转矩来计算电动机电流的目标电流值。然后，根据这些检测电流值和目标电流值来设定各相的PWM信号的占空比，并将用于生成该占空比的PWM信号的指令信号输出到逆变器驱动部2。此外，控制部1在异常检测部10检测出短路故障等的异常的情况下，对电源继电器RY、逆变器驱动部2以及失效保护驱动部5进行后述的控制。逆变器驱动部2基于从控制部1提供的指令信号，生成具有规定的占空比的6种 PWM信号，并将该PWM信号输出到逆变器电路3的各个开关元件Ql Q6的栅极G。接着，参照图2 图5说明上述的电动机驱动装置100的动作。在图2的定时图中，在时刻tl以前电路中没有发生异常，如(a)所示，电源继电器RY和逆变器电路3都处于接通状态，且如(b)所示，失效保护电路4也处于接通状态。S卩，在异常检测部10没有检测出异常的情况下，控制部1将电源继电器RY控制为闭状态(ON)。此外，控制部1对逆变器驱动部2输出指令信号，将在开关元件Ql Q6中规定的元件接通，从而将逆变器电路3设为动作状态。此外，控制部1对失效保护驱动部5输出指令信号，将开关元件Zu、Zv, Zw全部接通，从而将失效保护电路4设为导通状态。在这个状态(正常时)中，例如形成如图3所示的电流路径(粗线)。在这里，表示了逆变器电路3的开关元件Ql、Q6接通时的电流路径。在图3中，在电源B—电源继电器RY —开关元件Ql (漏极D 源极S)—开关元件的寄生二极管d —电动机6的U相绕组6u的路径中，流过U相电流。此外，在电动机6的W相绕组6w —开关元件Zw (漏极D 源极幻一开关元件Q6(漏极D 源极幻一电流检测电阻R—地的路径中，流过W相电流。 图2 (c)表示这些U相电路和W相电流。此外，图2 (d)表示施加到电动机6的U相绕组6u 的端子的U相电压，图2 (e)表示施加到电动机6的W相绕组6w的端子的W相电压。另外， 实际上，U相电压和W相电压成为受到PWM控制的脉冲电压，但在图中，为了方便而作为直流电压来表示。接着，说明发生了异常时的动作。若异常检测部10检测出短路故障等的异常，则控制部1将电源继电器RY从闭状态(ON)切换为开状态(OFF)，且对逆变器驱动部2输出用于停止逆变器电路3的动作的指令信号。通过电源继电器RY切换为开状态，逆变器电路3和电源B电断开。此外，逆变器驱动部2基于来自控制部1的指令信号，停止对于逆变器电路3的PWM信号的输出。由此，逆变器电路3的开关元件Ql Q6全部断开。但是，即使如上所述那样进行电源继电器RY和开关元件Ql Q6成为断开状态的控制，若在继电器或电路发生故障，则存在从逆变器电路3对电动机6流过电流的顾虑。因此，为了阻止这种情况，通过将失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw全部断开来切断逆变器电路3和电动机6之间，从而担保失效保护功能。另外，如表示比较例的图10(a)、(b)那样，若在与断开逆变器电路3的定时tl相同的定时tl断开失效保护电路4，则产生失效保护电路4的开关元件由在电动机6中产生的反电动势而被破坏的问题。以下，详细说明这个问题。图11表示在从图3表示的正常状态发生了异常的情况下，基于与逆变器电路3的开关元件Ql Q6的断开同时将开关电路4的开关元件Zu、Zv, Zw断开时的反电动势而流过的电流的路径。由于反电动势，电动机6中的U相绕组6u的端子的极性从图3的+反转为_，W相卷绕6w的端子的极性从图3的-反转为+。其结果，关于U相，如粗实线所示，形成地一电流检测电阻R —开关元件Q2的寄生二极管d —开关元件的寄生二极管d —电动机6的U相绕组6u这样的电流路径，所以由该电流路径吸收在电动机6中产生的反电动势。因此，不会对U相的开关元件施加大的尖峰电压。但是，关于W相，即使电流想要从电动机6的W相绕组6w向逆变器电路3如粗虚线所示那样流过，也因开关元件Zw的寄生二极管d的导通方向与电流方向相反，所以不会形成粗虚线的路径。因此，不能吸收W相绕组6w中的+极性的反电动势，对开关元件Zw施加大的尖峰电压，开关元件Zw被破坏。若在图10中说明上述的现象，则通过与逆变器电路3的开关元件Ql Q6的断开同时将失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw断开，从而如(c)所示，电动机6的U相电流和W相电流急剧减少。由于电流的变化率(di/dt)越大，则在电动机6中产生的反电动势也越大，所以通过如(c)所示的急剧的电流变化而产生大的反电动势。但是，关于U相，由于如上所述那样形成反电动势的吸收路径，所以在U相电压中，如(d)所示那样不会产生尖峰电压X6。另一方面，关于W相，由于如上所述那样不会形成反电动势的吸收路径，所以在 W相电压中，如(e)所示那样产生尖峰电压X7。因此，在本实施方式中，为了防止因尖峰电压的元件破坏，如图2(a)、(b)所示，在从发生异常而电源继电器RY和逆变器电路3断开的时刻tl起经过了规定时间T的时刻 t2，断开失效保护电路4。以下，详细说明这个控制动作。若在时刻tl异常检测部10检测出异常，则控制部1将电源继电器RY设为开状态 (OFF)，且对逆变器驱动部2输出用于断开开关元件Ql Q6的指令信号。若接受到该指令信号，则逆变器驱动部2停止对于逆变器电路3的PWM信号的输出。即，逆变器驱动部2进行控制，使得将开关元件Ql Q6全部断开。由此，逆变器电路3的开关元件Ql Q6全部断开。另外，在这里，作为异常，例如假设控制部1的CPU等中的异常。设为逆变器电路 3的开关元件Ql Q6全部是正常地进行接通/断开动作的元件。此外，作为其他的异常， 虽省略了图示，但还考虑逆变器电路3的开关元件Ql Q6中的任一个为一直成为接通状态的接通故障等。此外，控制部1在从时刻tl起经过了规定时间T的时刻t2的时刻，对失效保护驱动部5输出用于断开开关元件a!、Zv、Zw的指令信号。若接受到该指令信号，则失效保护驱动部5对失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw的各个栅极G输出“L”电平的控制信号。 即，失效保护驱动部5进行控制，使得将开关元件a!、Zv、Zw全部断开。由此，失效保护电路 4的开关元件Zu、Zv, Zw全部断开。因此，在从时刻tl至时刻t2之间，逆变器电路3的开关元件Ql Q6全部断开， 失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw全部接通。因此，在从图3所示的正常状态发生了异常的情况下，形成在图4中用粗线表示的电流路径。S卩，关于U相，与图11的情况相同地，形成地一电流检测电阻R—开关元件Q2的寄生二极管d —开关元件的寄生二极管d —电动机6的U相绕组6u这样的电流路径， 所以通过该电流路径，在电动机6中产生的反电动势被逆变器电路3侧吸收。此外，关于W 相，由于开关元件Zw接通，所以形成W相绕组6w —开关元件Zw(漏极D 源极S)—开关元件Q5的寄生二极管d —电容器C —地这样的电流路径，所以通过该电流路径，在电动机 6中产生的反电动势被逆变器电路3侧吸收。由此，通过在逆变器电路3的开关元件Ql Q6断开之后经过规定时间T为止的期间，失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw维持接通状态，从而能够将在异常时在电动机 6中产生的反电动势经由失效保护电路4而在逆变器电路3中吸收。其结果，如图2(c)所示，电动机6的U相电路和W相电流缓慢地减少。因此，如图2 (d)所示，在U相电压中不会产生尖峰电压XI，如图2(e)所示，在W相电压中也不会产生尖峰电压X2。因此，不会对开关元件Zu、Zw施加大的尖峰电压，能够防止元件的破坏。并且，若经过规定时间T而成为时刻t2，则失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw 同时全部成为断开。其结果，如图5所示，由于电源继电器RY、逆变器电路3的开关元件 Ql Q6、失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw全部成为断开状态，所以能够从电动机驱动装置100中可靠地切断电动机6。以上，举出在逆变器电路3的开关元件中Ql和Q6接通的例子，说明了出现U相电压和W相电压的情况下的电流路径，但关于出现U相电压和V相电压的情况下的电流路径和出现V相电压和W相电压的情况下的电流路径也应用同样的原理。上述的规定时间T，例如可如下决定。一般，在设为I 电动机电流、L 电动机的电感、Vdss =MOS-FET的漏极-源极耐压额定值、Vbat 电池电压时，在电动机负载的切断时发生的雪崩能量Eav为 Eav = 1/2 · L · I2 · [VDSS/ (VDSS-VBAT)]，且该雪崩能量Eav的放出时间tAV为tAV = (L · I)/(VDSS-VBAT)。因此，决定规定时间T，使得成为tAV彡T即可。关于T的上限值，由于在发生异常时在规定时间内从逆变器电路切断电动机决定作为车的标准，所以该规定时间成为上限值。另外，在异常时电动机6的反电动势被逆变器电路3侧吸收的期间，进行再生动作，所以理论上是对电动机6施加了电气制动而操纵变重，但实际上，由于时间T例如是 Ims(毫秒)以下的小的值，所以基本上不影响操纵。
图6是表示了以上说明的第1实施方式的控制的步骤的流程图。该流程图的各个步骤由构成控制部1的CPU执行。在图6中，在步骤Sl中，监视异常检测部10是否检测出异常。若异常检测部10没有检测出异常(步骤Sl 否)，则重复执行步骤Si，若异常检测部10检测出异常(步骤Sl 是)，则进至步骤S2、S3。在步骤S2中，将逆变器电路3的全部开关元件Ql Q6断开，与此同时，在步骤S3中，将电源继电器RY设为开状态(OFF)。并且，从该时刻起，通过在控制部1中具备的未图示的定时器来测量时间，并在步骤S4中判定是否经过了规定时间T。若没有经过规定时间T (步骤S4 否)，则重复执行步骤S4,若经过规定时间T (步骤S4 是)， 则进至步骤S5，将失效保护电路4的全部开关元件Zu、Zv, Zw断开。由此，根据上述的第1实施方式，由于在电动机6中产生的反电动势经由失效保护电路4被逆变器电路3侧吸收，所以能够防止失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw因大的尖峰电压而被破坏的情况。此外，由于控制将失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw断开的定时即可，所以不需要如专利文献4那样设置电流检测元件而始终检测各相的电流值并比较检测电流值与基准值等的处理，图6所示的简单的控制即可。此外，根据第1实施方式，通过将失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw同时全部断开，从而失效保护驱动部5不需要分别控制开关元件Zu、Zv, Zw,能够容易进行对于元件的控制。此外，根据第1实施方式，在发生了异常的情况下，控制部1除了输出用于断开逆变器电路3的指令信号之外，还同时将电源继电器RY控制为开状态，所以逆变器电路3从电源B电切断。因此，能够将逆变器电路3可靠地成为动作停止状态，安全性提高。此外，根据第1实施方式，逆变器电路3和失效保护电路4的开关元件由N沟道型 MOS-FET构成。因此，能够利用在各个FET的源极-漏极之间存在寄生二极管d，容易将在电动机6中产生的反电动势被逆变器电路3侧吸收。此外，N沟道型MOS-FET具有电路设计比P沟道型MOS-FET容易的优点。接着，参照图7 图9说明本发明的第2实施方式。另外，由于第2实施方式的电动机驱动装置的结构与图1相同，正常时的电流路径也与图3相同，所以将图1和图3作为第2实施方式来引用。在第2实施方式中，如图7(b)所示，在从发生了异常的时刻tl起经过规定时间T 为止的期间，失效保护电路4的开关元件ai、Zv、Zw进行PWM驱动。S卩，在时刻tl的时刻， 控制部1将用于对开关元件a!、Zv、Zw进行PWM驱动的指令信号输出到失效保护驱动部5。 若接受到该指令信号，则失效保护驱动部5生成PWM信号而输出到失效保护电路4。在本实施方式中，在失效保护驱动部5中生成占空比为一定(不随时间而变化)的PWM信号，并提供给开关元件a!、Zv、Zw的各个栅极G。开关元件ai、Zv、Zw根据该PWM信号而进行接通/ 断开动作。因此，在从时刻tl至时刻t2为止的期间，逆变器电路3的开关元件Ql Q6全部断开，但失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw重复接通/断开动作。因此，在开关元件为接通的区间，与第1实施方式相同地，在电动机6中产生的反电动势经由失效保护电路4而被逆变器电路3侧吸收。其结果，如图7 (c)所示，电动机6的U相电流和W相电流根据开关元件ai、Zv、Zw的PWM动作而阶梯状地减少。因此，如图7(d)所示，在U相电压中不会产生尖峰电压X3，如图7(e)所示，在W相电压中也不会产生尖峰电压X4。但是，由于PWM驱动的开关元件存在断开的区间，所以关于W相电压，在开关元件Zw的断开区间，与图11相同地发生不能吸收反电动势的状况。因此，在图7(e)中由)(5表示的尖峰电压瞬间施加到开关元件Zw。图8 是扩大了尖峰电压X5的波形的图。然而，与原来的尖峰电压X4相比，此时的尖峰电压)(5的峰值小。因此，若将PWM 信号的占空比设定为该峰值不会破坏开关元件Zw的程度的值，则能够防止尖峰电压)(5的元件破坏。图9是表示了以上说明的第2实施方式的控制的步骤的流程图。该流程图的各个步骤由构成控制部1的CPU执行。在图9中，在步骤Sll中，监视异常检测部10是否检测出异常。若异常检测部10 没有检测出异常(步骤Sll 否)，则重复执行步骤S11，若异常检测部10检测出异常(步骤Sll 是)，则进至步骤S12 S14。在步骤S12中，将逆变器电路3的全部开关元件Ql Q6断开，与此同时，在步骤S13中，将电源继电器RY设为开状态(OFF)。并且，从该时刻起， 在步骤S14中，对失效保护电路4的全部开关元件Zu、Zv, Zw进行PWM驱动，且通过在控制部1中具备的未图示的定时器来测量时间。接着，在步骤S15中判定是否经过了规定时间 T，若没有经过规定时间T (步骤S15 否)，则返回到步骤S14继续PWM驱动。若经过规定时间T (步骤S15 是)，则进至步骤S16，停止PWM驱动，从而将失效保护电路4的全部开关元件ai、Zv、Zw断开。在上述的第2实施方式中，也能够与第1实施方式相同地，防止在发生异常时失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw因大的尖峰电压而被破坏的情况。此外，在第2实施方式的情况下，也因控制断开开关元件Zu、Zv, Zw的定时即可，所以不需要设置电流检测元件而始终检测各相的电流值并比较检测电流值与基准值等的处理，图9所示的简单的控制即可。关于第2实施方式的其他效果，由于与第1实施方式相同，所以省略说明。在本发明中，除了以上叙述的方式之外，还可以采用各种实施方式。以下，举出这些例子。在上述实施方式中，将异常检测部10设置在控制部1中(图1)，但也可以与控制部1分开而独立设置异常检测部10。此外，在异常检测部10检测出的异常中，不仅短路故障，包括所有异常。在上述实施方式中，将测量规定时间T的定时器(省略图示)设置在控制部1中， 但也可以在失效保护驱动部5中设置定时器，失效保护驱动部5管理规定时间T。此外，也可以代替定时器，将延迟电路设置在控制部1和失效保护驱动部5之间或设置在失效保护驱动部5和失效保护电路4之间。在上述实施方式中，在经过了规定时间T的时刻，同时断开了失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw,但也可以依次断开这些开关元件。在上述实施方式中，从失效保护驱动部5输出了占空比一定的PWM信号(图 7 (b))，但也可以输出占空比随时间而减小的PWM信号。在上述实施方式中，作为开闭器而例举了电源继电器RY，但也可以代替电源继电器RY而使用大电流开闭用的半导体开关元件。
在上述实施方式中，作为开关元件而使用了 N沟道型M0S-FET，但也可以使用P沟道型M0S-FET。此外，也可以代替M0S-FET，使用如IGBT(绝缘栅型双极晶体管)这样的其他的开关元件。在上述实施方式中，作为电动机而例举了 3相电动机，但本发明还可以应用于驱动4相以上的多相电动机的情况。在上述实施方式中，作为电动机而例举了无刷电动机，但本发明还可以应用于驱动感应电动机或同步电动机等的装置中。在上述实施方式中，举出将本发明应用于在车辆的电动动力转向装置中使用的电动机驱动装置的例子，但本发明还可以应用于在逆变器电路和电动机之间具备失效保护电路的全部电动机驱动装置中。
权利要求
1.一种电动机驱动装置，其特征在于，包括逆变器电路，至少设置了 3组在上臂和下臂分别具备半导体开关元件的上下一对臂， 且基于通过脉宽调制信号的各个半导体开关元件的接通/断开动作而对电动机提供电压；逆变器驱动部，对所述逆变器电路的各个半导体开关元件输出所述脉宽调制信号；失效保护电路，设置在所述逆变器电路和所述电动机之间，且对每个相具备用于切断从所述逆变器电路对于所述电动机的电压供给的半导体开关元件；失效保护驱动部，输出用于使所述失效保护电路的半导体开关元件接通/断开的信号；控制部，对所述逆变器驱动部输出指令所述逆变器电路的各个半导体开关元件的驱动的指令信号，且对所述失效保护驱动部输出指令所述失效保护电路的各个半导体开关元件的驱动的指令信号；以及异常检测部件，检测异常，在所述异常检测部件检测出异常的情况下，所述逆变器驱动部基于来自所述控制部的指令信号来进行控制，使得将所述逆变器电路的各个半导体开关元件全部断开，且之后在经过了规定时间的时刻，所述失效保护驱动部基于来自所述控制部的指令信号来进行控制，使得将所述失效保护电路的各个半导体开关元件全部断开。
2.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述失效保护驱动部将所述失效保护电路的各个半导体开关元件同时全部断开。
3.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述失效保护驱动部在经过所述规定时间为止，将所述失效保护电路的各个半导体开关元件维持接通状态。
4.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述失效保护驱动部在经过所述规定时间为止，将所述失效保护电路的各个半导体开关元件进行脉宽调制驱动。
5.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，在所述逆变器电路和对该逆变器电路提供电力的电源之间，设置由所述控制部来开闭控制的开闭器，在所述异常检测部件检测出异常的情况下，所述控制部对所述逆变器驱动部输出用于将所述逆变器电路的各个半导体开关元件全部断开的指令信号，同时将所述开闭器设为开状态，从而将所述逆变器电路和所述电源电断开。
6.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述逆变器电路和所述失效保护电路的各个半导体开关元件分别由N沟道型MOS-FET 构成。
全文摘要
提供一种电动机驱动装置，通过简单的电路结构和控制动作，就能够防止用于失效保护的半导体开关元件由尖峰电压而被破坏的情况。在异常检测部(10)检测出异常的情况下，逆变器驱动部(2)基于来自控制部(1)的指令信号，将逆变器电路(3)的各个半导体开关元件(Q1～Q6)全部断开。之后在经过了规定时间的时刻，失效保护驱动部(5)基于来自控制部(1)的指令信号，将失效保护电路(4)的各个半导体开关元件(Zu、Zv、Zw)全部断开。
文档编号H02H7/122GK102237849SQ20111011641
公开日2011年11月9日 申请日期2011年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者多田刚, 山根大辉, 村田广美, 滨崎真充 申请人:欧姆龙汽车电子株式会社