电力变换装置的制作方法

本说明书公开的技术涉及诸如转换器(包括dc-dc转换器)、逆变器(inverter)等电力变换装置。

背景技术：

日本特开2009-136115号公报记载了一种电力变换装置。该电力变换装置具备多个开关元件以及经由驱动器单元控制多个开关元件的控制器。驱动器单元被配置为监视开关元件的电流以及温度，当在这些指标中检测到异常时，向控制器输出故障信号。

技术实现要素：

在上述电力变换装置中，驱动器单元被配置为针对多个开关元件中的各个开关元件单独输出故障信号。根据这样的配置，控制器能够从多个开关元件之中确定被检测到异常的开关元件。然而，为了单独地发送针对每个开关元件输出的故障信号，需要在驱动器单元与控制器之间设置很多信号线。为了避免这种情况，考虑如下配置：不在多个开关元件之间区分故障信号，当针对任意的开关元件检测到异常时，将共通故障信号发送给控制器。根据这样的配置，在驱动器单元与控制器之间，为了发送共通故障信号而仅设置单条信号线就足够。然而，仅凭共通故障信号，控制器无法确定被检测到异常的开关元件。鉴于这样的实际情况，本说明书提供一种能够在电力变换装置中削减所需的信号线的数量并向控制器传达更多信息的技术。

本说明书公开的电力变换装置具备：多个开关元件；多个驱动电路，被配置为各自驱动多个开关元件之中的对应的一个以上的开关元件，并且各自能够输出故障信号；中继电路，与多个驱动电路的各个驱动电路连接，当从多个驱动电路之中的至少一个驱动电路接收到故障信号时，输出共通故障信号；以及控制器，经由单独的驱动信号线与多个驱动电路的各个驱动电路连接，并接收中继电路输出的共通故障信号。控制器以及多个驱动电路能够择一地执行通常模式和诊断模式。在通常模式下，控制器经由单独的驱动信号线向多个驱动电路的各个驱动电路发送驱动信号。此外，多个驱动电路的各个驱动电路响应于驱动信号而驱动对应的一个以上的开关元件，并且在针对对应的一个以上的开关元件检测到异常时输出故障信号。另一方面，在诊断模式下，控制器通过单独的驱动信号线向多个驱动电路的各个驱动电路依次发送请求信号。然后，多个驱动电路之中的检测到异常的驱动电路响应于请求信号而输出故障信号。

在上述电力变换装置中，控制器以及多个驱动电路能够择一地执行通常模式和诊断模式。在通常模式下，如果针对任意的开关元件检测到异常，则将共通故障信号发送给控制器。由此，控制器能够针对任意的开关元件检测到发生了异常。控制器不从各个驱动电路分别接收故障信号，而仅从中继电路接收共通故障信号即可，因此不需要在控制器与中继电路之间设置很多信号线。与之相对，仅接收共通故障信号，控制器无法确定检测到异常的驱动电路。

于是，控制器以及多个驱动电路通过转变到诊断模式，来确定检测到异常的驱动电路。在诊断模式下，控制器向多个驱动电路的各个驱动电路依次发送请求信号。经由驱动信号线进行请求信号的发送，因此不需要用于此的新的信号线。接收到请求信号的各个驱动电路如果在通常模式下检测到异常，则响应于请求信号而输出故障信号。驱动电路输出的故障信号被作为共通故障信号输入到控制器。像这样，在诊断模式下，如果控制器输出的请求信号被输入到检测到异常的驱动电路，则响应于此，共通故障信号被输入到控制器。由此，控制器不从各个驱动电路单独接收故障信号，就能够确定在哪个驱动电路中检测到了异常。

附图说明

图1是示出电力变换装置10的配置的框图。

图2是示出功率单元12的配置的电路框图。

图3是示出各种信号sel、min1-min6、fail1-fail6、finv的时序图。

图4是与一个变形例相关的时序图，示出了脉冲列的模式切换信号sel。

图5是与一个变形例相关的时序图，示出了包括元件识别信号x以及异常识别信号y的故障信号fail4。

图6是示出驱动电路dr1-dr6检测的多种异常和分配给这些异常的占空比以及优先顺位的表格。

具体实施方式

在本技术的一个实施方式中，控制器可以被配置为向多个驱动电路的各个驱动电路发送模式切换信号。在该情况下，多个驱动电路的各个驱动电路可以被配置为，响应于接收到的模式切换信号，择一地执行通常模式和诊断模式。根据这样的配置，各个驱动电路的动作模式能够由控制器统一控制。

但是，作为其他的实施方式，也可以代替控制器而从其他装置、或者除了从控制器外还从其他装置向各个驱动电路发送模式切换信号。在该情况下，可以通过向各个驱动电路供给动作电力的电力供给线向各个驱动电路发送模式切换信号。即，可以通过电力线通信(powerlinecommunication)发送模式切换信号。根据这样的配置，无需为了发送模式切换信号而设置新的信号线。

在上述实施方式中，控制器可以被配置为，在通常模式下接收到共通故障信号时，从通常模式转变到诊断模式，并使用模式切换信号使多个驱动电路的各个驱动电路从通常模式转变为诊断模式。根据这样的配置，当任意的驱动电路检测到异常时，能够快速地确定该驱动电路(即，产生了异常的开关元件)。

在本技术的一个实施方式中，控制器可以经由模式切换信号线与多个驱动电路的各个驱动电路连接。在该情况下，模式切换信号可以通过模式切换信号线被从控制器发送给多个驱动电路的各个驱动电路。像这样，可以通过专门设置的信号线向各个驱动电路发送模式切换信号。

也可以替代上述情况，模式切换信号通过单独的驱动信号线被从控制器发送给多个驱动电路的各个驱动电路。像这样，通过使用已有的驱动信号线，无需新的信号线，就能够将模式切换信号发送给各个驱动电路。

在本技术的一个实施方式中，模式切换信号也可以为脉冲列。在该情况下，多个驱动电路的各个驱动电路可以根据模式切换信号的占空比，择一地执行通常模式和诊断模式。但是，作为其他的实施方式，模式切换信号也可以仅是脉冲信号。模式切换信号的具体形态并不特别限定。

在本技术的一个实施方式中，至少在诊断模式下，故障信号可以包括元件识别信号。在该情况下，该元件识别信号可以在多个驱动电路之间互不相同。故障信号所包括的元件识别信号作为共通故障信号的一部分，被输入到控制器。控制器能够基于接收到的元件识别信号，更准确地确定输出故障信号的驱动电路、即检测到异常的驱动电路。

在本技术的一个实施方式中，也可以为多个驱动电路的各个驱动电路能够区分检测多种异常。在该情况下，至少在诊断模式下，故障信号可以包括异常识别信号。并且，该异常识别信号可以根据检测到的异常的种类而不同。故障信号所包括的异常识别信号作为共通故障信号的一部分，被输入到控制器。控制器能够基于接收到的异常识别信号，准确地确定检测出的异常的种类。

在上述实施方式中，异常识别信号也可以为脉冲列。在该情况下，异常识别信号的占空比可以根据检测到的异常的种类而被变更。根据这样的配置，控制器能够基于接收到的异常识别信号，准确地确定检测出的异常的种类。

在上述实施方式中，多个驱动电路的各个驱动电路可以针对多种异常存储优先顺位。并且，多个驱动电路的各个驱动电路可以在检测到两种以上的异常时，输出与优先顺位最高的异常对应的异常识别信号。根据这样的配置，即使在检测到两种以上的异常时，控制器也能够可靠地检测到更严重的异常，适当地执行与之相应的处理。

以下，参照附图，详细说明本发明的具有代表性但不进行限定的具体例。该详细说明仅意在向本领域技术人员示出用于实施本发明的若干例子的细节，并不意图限定本发明的保护范围。此外，下面公开的附加特征及技术可以单独使用或与其他特征及发明组合使用，以提供进一步被改善的电力变换装置及其使用方法和制造方法。

另外，在以下详细说明中公开的特征或工序的组合，并非是最大范围下实施本发明时所必需的，其仅是为了特别说明本发明的代表性具体例而记载的内容。另外，上述及下述代表性具体例的各种特征、以及独立权利要求及从属权利要求中记载的各种特征，都无需按照提供本发明的附加性的实用实施方式时所记载的具体例、或所列举的顺序进行组合。

记载在本说明书和/或权利要求书的范围内的所有特征的目的在于，在实施例和/或权利要求中记载的特征的构成之外，还作为对本发明的原始公开的内容以及要求保护的特定内容的限定而单独且彼此独立地公开的特征。此外，所有数值范围、以及涉及组或群的记载的目的在于，都是作为对本发明的原始公开及要求保护的特定内容的限定而公开了其中的构成。

实施例

参照附图，对实施例的电力变换装置10进行说明。本实施例的电力变换装置10搭载在混合动力车辆、燃料电池车辆或电动车等汽车上，在直流电源2与负载4之间进行电力变换。负载4是电动发电机(motorgenerator)，被配置为驱动汽车的车轮。但是，本实施例公开的技术不仅可以应用于搭载于汽车的电力变换装置10，还可以广泛应用于各种用途的电力变换装置。

如图1所示，本实施例的电力变换装置10具备功率单元12和控制器14。功率单元12电连接在直流电源2与负载4之间。虽然详情后述，但功率单元12具有三相逆变器的电路结构，来自直流电源2的直流电力通过功率单元12被变换为三相交流电力，供给给负载4(电动发电机)。此外，来自负载4的三相交流电力通过功率单元12被变换为直流电力，供给给直流电源2。

控制器14经由多个信号线16、18、20与功率单元12连接，控制功率单元12的动作。多个信号线16、18、20包括模式切换信号线16、多个驱动信号线18以及共通故障信号线20。模式切换信号线16将控制器14输出的模式切换信号sel发送给功率单元12。多个驱动切换信号线16将控制器14输出的驱动信号min1-min6发送给功率单元12。并且，共通故障信号线20将功率单元12输出的共通故障信号finv发送给控制器14。关于这些信号sel、min1-min6、finv，在后面的段落中详细进行说明。

如图2所示，功率单元12具备多个开关元件sw1-sw6。各个开关元件sw1-sw6并不特别限定，可以是igbt(insulatedgatebipolartransistor)或者mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)。多个开关元件sw1-sw6包括第一开关元件sw1、第二开关元件sw2、第三开关元件sw3、第四开关元件sw4、第五开关元件sw5以及第六开关元件sw6。第一开关元件sw1设置在u相上支路上，该u相上支路连接直流电源2的正极与负载4的u相端子，第二开关元件sw2设置在u相下支路上，该u相下支路连接直流电源2的负极与负载4的u相端子。第三开关元件sw3设置在v相上支路上，该v相上支路连接直流电源2的正极与负载4的v相端子，第四开关元件sw4设置在v相下支路上，该v相下支路连接直流电源2的负极与负载4的v相端子。第五开关元件sw5设置在w相上支路上，该w相上支路连接直流电源2的正极与负载4的w相端子，第六开关元件sw6设置在w相下支路上，该w相下支路连接直流电源2的负极与负载4的w相端子。由此，多个开关元件sw1-sw6构成三相逆变器电路。另外，作为其他的实施方式，在各个支路上可以设置两个以上的开关元件。

功率单元12还具备多个驱动电路dr1-dr6。多个驱动电路dr1-dr6包括第一驱动电路dr1、第二驱动电路dr2、第三驱动电路dr3、第四驱动电路dr4、第五驱动电路dr5以及第六驱动电路dr6。第一驱动电路dr1与第一开关元件sw1连接，根据控制器14输出的驱动信号min1，控制第一开关元件sw1的动作。相同地，其他的驱动电路dr2-dr6分别与其他的开关元件sw2-sw6连接，根据控制器14输出的驱动信号min2-min6，分别控制这些开关元件sw2-sw6。另外，在各个支路上设置有两个以上的开关元件的情况下，各个驱动电路dr1-dr6被配置为驱动该两个以上的开关元件。此外，多个驱动电路dr1-dr6的一部分或者全部可以由具有相同的功能的单一单元或者模块构成。

各个驱动电路dr1-dr6经由单独的驱动信号线18与控制器14连接，控制器14输出的驱动信号min1-min6通过单独的驱动信号线18被输入到各个驱动电路dr1-dr6。为了将控制器14与各个驱动电路dr1-dr6电绝缘，针对各个驱动信号线18设置有光电耦合器pc2。此外，各个驱动电路dr1-dr6经由模式切换信号线16与控制器14连接，控制器14输出的模式切换信号sel通过模式切换信号线16被输入到各个驱动电路dr1-dr6。另外，为了将控制器14与各个驱动电路dr1-dr6电绝缘，在模式切换信号线16与各个驱动电路dr1-dr6之间也设置有光电耦合器pc1。

多个驱动电路dr1-dr6分别监视多个开关元件sw1-sw6的状态指标，当针对这些状态指标检测到异常时，输出故障信号fail1-fail6。例如第一驱动电路dr1监视第一开关元件sw1的状态指标，当针对这些状态指标检测到异常时，输出故障信号fail1。同样地，其他的驱动电路dr2-dr6分别监视其他的开关元件sw2-sw6的状态指标，当针对这些状态指标检测到异常时，分别输出故障信号fail2-fail6。在此所说的状态指标例如是开关元件sw1-sw6的电流、电压、温度。各个驱动电路dr1-dr6监视这些状态指标中的至少一个状态指标即可。除此之外，各个驱动电路dr1-dr6被配置为具有自我诊断功能，当针对自己检测到异常时，输出故障信号fail1-fail6。

功率单元12还具备中继电路rl。中继电路rl与各个驱动电路dr1-dr6连接，分别接收各个驱动电路dr1-dr6输出的故障信号fail1-fail6。并且，中继电路rl当从多个驱动电路dr1-dr6之中的至少一个驱动电路接收到故障信号fail1-fail6时，输出共通故障信号finv。中继电路rl输出的共通故障信号finv被发送给控制器14。另外，中继电路rl经由共通故障信号线20与控制器14连接，中继电路rl输出的共通故障信号finv通过共通故障信号线20被输入到控制器14。

中继电路rl的具体结构并不特别限定。中继电路rl只要是当从驱动电路dr1-dr6之中的至少一个驱动电路接收到故障信号fail1-fail6时输出共通故障信号finv的中继电路即可。作为一个示例，本实施例中的中继电路rl配置为具有串联连接的多个光电耦合器pc3，多个驱动电路dr1-dr6输出的故障信号fail1-fail6被分别输入到多个光电耦合器pc3。由此，在全部的驱动电路dr1-dr6均未输出故障信号fail1-fail6的情况下，共通故障信号线20通过多个光电耦合器pc3连接到接地电位。即，在该情况下，控制器14判断为共通故障信号finv未被输出。与之相对，如果驱动电路dr1-dr6之中的至少一个驱动电路输出了故障信号fail1-fail6，则共通故障信号线20被至少一个光电耦合器pc3从接地电位电切断。在该情况下，控制器14判断为共通故障信号finv被输出。由此，中继电路rl能够将全部的故障信号fail1-fail6的逻辑和信号作为共通故障信号finv输出。

在本实施例的电力变换装置10中，控制器14以及多个驱动电路dr1-dr6能够择一地执行通常模式和诊断模式。在通常模式下，控制器14经由单独的驱动信号线18向各个驱动电路dr1-dr6发送驱动信号min1-min6。然后，各个驱动电路dr1-dr6根据接收到的驱动信号min1-min6，驱动对应的一个开关元件sw1-sw6。由此，在直流电源2与负载4之间进行期望的电力变换。

与上述动作并行，各个驱动电路dr1-dr6监视开关元件sw1-sw6以及自己的状态指标，当针对这些状态指标检测到异常时，输出故障信号fail1-fail6。如果驱动电路dr1-dr6之中的至少一个驱动电路输出了故障信号fail1-fail6，则共通故障信号fiva被从中继电路rl发送到控制器14。例如在图3所示的例子中，第四驱动电路dr4针对第四开关元件sw4或者自己检测到异常，输出故障信号fail4。然后，第四驱动电路dr4输出故障信号fail4，从而共通故障信号finv被发送给控制器14。

如图3所示，正在执行通常模式(图3中的a)的控制器14在接收到共通故障信号finv后，从通常模式(a)转变到诊断模式(图3中的b)。此时，控制器14向各个驱动电路dr1-dr6发送模式切换信号sel。各个驱动电路dr1-dr6在接收到模式切换信号sel后，从通常模式(a)转变到诊断模式(b)。在诊断模式下，控制器14通过单独的驱动信号线18向各个驱动电路dr1-dr6依次发送请求信号min1-min6。由此，各个驱动电路dr1-dr6在互不相同的定时接收请求信号min1-min6。另外，与驱动信号min1-min6相同，请求信号min1-min6是通过驱动信号线18发送的信号，因此在本说明书中对两种信号赋予相同的附图标记min1-min6。

各个驱动电路dr1-dr6如果在之前的通常模式(a)下检测到异常，则响应于请求信号min1-min6而输出故障信号fail1-fail6。因此，各个驱动电路dr1-dr6如果在通常模式(a)下检测到异常，则在从通常模式(a)转变到诊断模式(b)时，可以存储规定的标识。在图3所示的例子中，第四驱动电路dr4响应于来自控制器14的请求信号min4，输出故障信号fail4。如果第四开关元件sw4输出了故障信号fail4，则共通故障信号fiva被从中继电路rl通过共通故障信号线20发送到控制器14。控制器14能够基于发送请求信号min4的定时和接收共通故障信号finv的定时，检测到在第四驱动电路dr4中检测到异常。在执行了诊断模式(b)之后，控制器14向各个驱动电路dr1-dr6发送模式切换信号sel。然后，控制器14从诊断模式(b)转变到通常模式(a)。各个驱动电路dr1-dr6也在接收到模式切换信号sel后，从诊断模式(b)转变到通常模式(a)。

如上所述，在本实施例的电力变换装置10中，控制器14以及多个驱动电路dr1-dr6能够择一地执行通常模式(a)和诊断模式(b)。在通常模式(a)下，如果针对任意的开关元件sw1-sw6(或者任意的驱动电路dr1-dr6)检测到异常，则共通故障信号finv被发送给控制器14。由此，控制器14能够针对任意的开关元件sw1-sw6(或者任意的驱动电路dr1-dr6)检测到发生了异常。控制器14不单独地接收多个故障信号fail1-fail6，而仅从中继电路rl接收共通故障信号finv即可，因此不需要在控制器14与中继电路rl之间设置很多信号线。另一方面，仅接收共通故障信号finv，控制器14无法确定检测到异常的驱动电路dr1-dr6。

于是，控制器14以及多个驱动电路dr1-dr6通过转变到诊断模式(b)，来确定检测到异常的驱动电路dr1-dr6。在诊断模式(b)下，控制器14向各个驱动电路dr1-dr6依次发送请求信号min1-min6。经由驱动信号线18进行请求信号min1-min6的发送，因此不需要用于此的新的信号线。接收到请求信号min1-min6的各个驱动电路dr1-dr6如果在通常模式(a)下检测到异常，则响应于请求信号min1-min6而输出故障信号fail1-fail6。驱动电路dr1-dr6输出的故障信号fail1-fail6被作为共通故障信号finv输入到控制器14。像这样，在诊断模式下，在控制器14输出的请求信号min1-min6被输入到检测到异常的驱动电路dr1-dr6后，响应于此，共通故障信号finv被输入到控制器14。由此，控制器14不从各个驱动电路dr1-dr6单独接收故障信号fail1-fail6，就能够确定在哪个驱动电路dr1-dr6检测到了异常。

在本实施例的电力变换装置10中，控制器14输出的模式切换信号sel通过模式切换信号线16发送到各个驱动电路dr1-dr6。关于这一点，在其他的实施方式中，模式切换信号sel可以通过单独的驱动信号线18被从控制器14发送给各个驱动电路dr1-dr6。像这样，通过使用已有的驱动信号线18，不必新设置模式切换信号线16，就能够将模式切换信号sel发送给各个驱动电路dr1-dr6。

在本实施例的电力变换装置10中，如图3所示，模式切换信号sel是被单发地输出的脉冲信号。关于这一点，在其他的实施方式中，如图4所示，模式切换信号sel也可以是脉冲列。在该情况下，控制器14能够根据正在执行的模式(通常模式或者诊断模式)，变更模式切换信号sel的占空比。然后，各个驱动电路dr1-dr6可以根据模式切换信号sel的占空比，择一地执行通常模式和诊断模式。根据这样的配置，能够抑制例如由于噪声等的影响而各个驱动电路dr1-dr6意外地转变到诊断模式(或者通常模式)。

在本实施例的电力变换装置10中，如图5所示，故障信号fail1-fail6可以包括元件识别信号x。在该情况下，元件识别信号x可以在多个驱动电路dr1-dr6之间互不相同。另外，在图5中，作为一个示例，放大而图示了针对第四驱动电路dr4的请求信号min4、针对第五驱动电路dr5的请求信号min5、以及第四驱动电路dr4输出的故障信号fail4。故障信号fail1-fail6所包括的元件识别信号x作为共通故障信号finv的一部分，被输入到控制器14。控制器14基于接收到的元件识别信号x，能够准确地确定输出了故障信号fail1-fail6的驱动电路dr1-dr6，即检测到异常的驱动电路dr1-dr6。另外，图5所示的元件识别信号x示出了分配给第四驱动电路dr4的信号列[000100]。

除了上述之外，或者代替上述，如图5所示，故障信号fail1-fail6可以包括异常识别信号y。在该情况下，异常识别信号y可以根据检测到的异常的种类而为不同的信号。如图6所示，各个驱动电路dr1-dr6能够针对开关元件sw1-sw6以及自己(驱动电路dr1-dr6)，区分检测多种异常(图6中的项目2-9)。如果异常识别信号y根据检测到的异常的种类而不同，则接收到共通故障信号finv的控制器14能够基于共通故障信号finv所包括的异常识别信号y，确定检测到的异常的种类。由此，控制器14能够根据检测到的异常的种类，执行适当的处理。

作为一个示例，异常识别信号y可以为脉冲列，其占空比可以根据检测到的异常的种类而被变更。如图6所示，例如在检测到开关元件sw1-sw6的短路(项目2)的情况下，异常识别信号y的占空比被设定为20％。根据这样的配置，控制器14能够基于接收到的异常识别信号y，准确地确定检测到的异常的种类。另外，异常识别信号y不限于脉冲列。异常识别信号y为控制器14能够确定异常的种类的信号即可，并不限定其具体的结构。

如图6所示，各个驱动电路dr1-dr6可以针对多种异常存储优先顺位。并且，各个驱动电路dr1-dr6可以在检测到两种以上的异常时，输出与优先顺位最高的异常对应的异常识别信号y。根据这样的配置，即使在检测到两种以上的异常时，控制器14也能够可靠地检测到更严重的异常，适当地执行与之相应的处理。在此，如图5所示，故障信号fail1-fail6也可以包括两个以上的异常识别信号y。在该情况下，各个驱动电路dr1-dr6可以在检测到三种以上的异常时，分别输出与优先顺位最高的两个异常对应的异常识别信号y。

在本说明书中说明的电力变换装置10具有6个开关元件sw1-sw6，这些开关元件构成三相逆变器电路。关于这一点，电力变换装置10也可以至少具有2个开关元件，这些开关元件构成dc-dc转换器。在本说明书公开的技术中，关于多个开关元件的具体的数量、它们构成的电路构造(即，多个开关元件的连接构造)，能够进行各种变形、变更。

标号的说明

2：电源

4：负载

10：电力变换装置

12：功率单元

14：控制装置

16：模式切换信号线

18：驱动信号线

20：共通故障信号线

sw1-sw6：开关元件

dr1-dr6：驱动电路

rl：中继电路

sel：模式切换信号

min1-min6：驱动信号

fail1-fail6：故障信号

finv：共通故障信号

x：故障信号内的元件识别信号

y：故障信号内的异常识别信号