控制装置、电动机驱动装置以及电动机驱动系统

摘要

本发明提供一种控制装置、电动机驱动装置以及电动机驱动系统,其能够在第一电源系统的异常时继续电动机的运转。该控制装置包括:控制电路,其控制逆变器电路,该逆变器电路通过直流母线间的多个开关元件对电动机进行驱动；第一电源系统,其将与上述直流母线不同的电压源设定为电源；第二电源系统,其将上述直流母线设定为电源；以及切换电路,其在检测到上述第一电源系统的异常后,将向上述控制电路供给电力的电源系统自上述第一电源系统切换为上述第二电源系统,上述控制电路在上述异常被检测后,以比上述异常被检测前低的耗费电力继续上述逆变器电路的控制。

权利要求

1.一种控制装置,包括:

控制电路,其控制逆变器电路,该逆变器电路通过直流母线间的多个开关元件对电动机进行驱动；

第一电源系统,其将与上述直流母线不同的电压源设定为电源；

第二电源系统,其将上述直流母线设定为电源；以及切换电路,其在检测到上述第一电源系统的异常后,将向上述控制电路供给电力的电源系统自上述第一电源系统切换为上述第二电源系统,上述控制电路在上述异常被检测后,以比上述异常被检测前低的耗费电力继续上述逆变器电路的控制。

2.根据权利要求1所述的控制装置,其中,上述切换电路自上述第一电源系统和上述第二电源系统的至少一者接受电力供给。

3.根据权利要求2所述的控制装置,其中,向上述切换电路供给电力的电源系统在上述异常被检测后，自上述第一电源系统切换为上述第二电源系统。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置,其中,上述切换电路具有:

异常检测电路,其检测上述异常；

第一开关,其在上述异常被上述异常检测电路检测后,切断上述第一电源系统与上述控制电路之间的供电线路；以及第二开关,其在上述异常被上述异常检测电路检测后,将上述第二电源系统与上述控制电路之间的供电线路连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置,其中,上述切换电路将上述第一电源系统的电压的异常降低作为上述第一电源系统的异常进行检测。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置,其中,上述控制电路在上述异常被检测后,以与上述异常被检测前相比耗费电力较低的调制方式继续上述逆变器电路的控制。

7.根据权利要求6所述的控制装置,其中,上述调制方式是与上述异常被检测前相比频率较低的脉冲宽度调制方式。

8.根据权利要求6所述的控制装置，其中，上述调制方式是二相调制方式。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制装置,其中,上述多个开关元件分别是由并联的多个开关元件构成的元件,上述控制电路在上述异常被检测后,在上述多个开关元件的每一个开关元件中,在使上述多个开关元件中的、一个以上的一部分的开关元件断开的状态下对余下的开关元件进行开关。

10.根据权利要求9所述的控制装置,其中,上述一部分的开关元件是上述多个开关元件中的、与流过上述逆变器电路与上述电动机之间的电流的瞬时值的绝对值最大的相不同的相的开关元件。

11.根据权利要求9所述的控制装置,其中,上述一部分的开关元件是上述多个开关元件中的、流过上述逆变器电路与上述电动机之间的电流的瞬时值的绝对值最小的相的开关元件。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的控制装置,其中,上述控制电路在检测到上述异常后,以比上述异常被检测前低的栅极电源电压继续上述多个开关元件的栅极驱动。

13.根据权利要求12所述的控制装置,其中,上述控制电路在检测到上述异常后,以第一栅极电源电压对流过上述逆变器电路与上述电动机之间的电流的瞬时值的绝对值最大的相的开关元件的栅极进行驱动,并且,以比上述第一栅极电源电压低的第二栅极电源电压对与上述最大的相不同的相的开关元件的栅极进行驱动。

14.根据权利要求12所述的控制装置,其中,上述控制电路在检测到上述异常后,以第二栅极电源电压对流过上述逆变器电路与上述电动机之间的电流的瞬时值的绝对值最小的相的开关元件的栅极进行驱动,并且,以比上述第二栅极电源电压高的第一栅极电源电压对与上述最小的相不同的相的开关元件的栅极进行驱动。

15.一种电动机驱动装置,包括:

权利要求1至14中任一项所述的控制装置；以及逆变器电路。

16.一种电动机驱动系统,包括:

权利要求15所述的电动机驱动装置；以及电动机。

17.根据权利要求16所述的电动机驱动系统,其中,上述电动机是用于车辆的行驶的电动机。

说明书

控制装置、电动机驱动装置以及电动机驱动系统

技术领域

[0001] 本发明涉及控制装置、电动机驱动装置以及电动机驱动系统。

背景技术

[0002] 在混动汽车等的电动车辆的通过逆变器装置对电动机进行驱动的电动机驱动系统中,公知有在系统的构成部件中产生某种不良的情况下、在车辆冲突等的紧急时,使失效保险电路工作。该失效保险电路例如操作逆变器主电路的半导体开关元件而使电动机的绕组短路,或者,使在正负的直流母线间连接的电容器进行放电。失效保险电路为了保护系统免于持续的损伤,且为了确保乘员的安全,要求较高的可靠性。

[0003] 在该种的电动机驱动系统中,一般来说,作为辅助电源例如12(V)的低压电源(以下,也称为第一电源)供给至包括失效保险电路的逆变器控制电路。需要说明的是,逆变器控制电路包括电动机控制用的CPU、电动机的电流传感器等。若上述第一电源因故障等而丧失,则向失效保险电路的电力供给断绝而无法动作,因此作为其对策,例如在专利文献1中,公开了使供给至包括失效保险电路的逆变器控制电路的电力冗余化的技术。

[0004] 图13是在专利文献1中记载的电动机驱动系统的电路图。在图13中,51是例如400(V)的主电池(以下,也称为第二电源),52是绝缘型的DC/DC换流器,53是动作状态检测装置,54是第一电源,60是包括失效保险电路的逆变器控制电路,61是使连接于直流母线的电容器63进行放电的开关元件,62是由半导体开关元件62a～62f构成的桥电路,M是三相电动机。

[0005] 在该现有技术中,第一电源54的电压与第二电源51的电压通过DC/DC换流器52绝缘、降压而获得的电压(均为12(V))以OR条件供给至逆变器控制电路60。如此,向逆变器控制电路60内的失效保险电路进行电力供给的电源被冗余化。由此,紧急时的失效保险动作(基于上桥臂的开关元件62a～62c或下桥臂的开关元件62d～62f的接通的电动机M的绕组短路、基于开关元件61的接通的电容器63的放电等)的可靠性提高。

[0006] <现有技术文献>

[0007] <专利文献>

[0008] 专利文献1:日本国特开2000‑14184号公报

发明内容

[0009] <发明要解决的问题>

[0010] 若第一电源系统产生故障等的异常,则电源自与第一电源系统不同的第二电源系统向逆变器控制电路内的失效保险电路供给电力,因此基于失效保险动作的系统的保护成为可能。但是,若以在第一电源系统的异常时电动机的运转能够继续的方式将第二电源系统的电源容量设定为与第一电源系统的电源容量相同,担心导致第二电源系统的大型化。

[0011] 本发明提供一种能够实现小型化且在第一电源系统的异常时电动机的运转能够继续的控制装置、电动机驱动装置以及电动机驱动系统。

[0012] <用于解决问题的方法>

[0013] 在本发明的第一方式中,提供一种控制装置,包括:

[0014] 控制电路,其用于控制逆变器电路,该逆变器电路通过直流母线间的多个开关元件对电动机进行驱动；

[0015] 第一电源系统,其将与上述直流母线不同的电压源设定为电源；

[0016] 第二电源系统,其将上述直流母线设定为电源；以及

[0017] 切换电路,其在检测到上述第一电源系统的异常后,将向上述控制电路供给电力的电源系统自上述第一电源系统切换为上述第二电源系统,

[0018] 上述控制电路在上述异常被检测后,以比上述异常被检测前低的耗费电力继续上述逆变器电路的控制。

[0019] 在本发明的第二方式中,提供一种电动机驱动装置,其包括该控制装置和上述逆变器电路。

[0020] 在本发明的第三方式中,提供一种电动机驱动系统,包括该电动机驱动装置以及上述电动机。

[0021] <发明的效果>

[0022] 根据本发明的各方式,在第一电源系统的异常时也能够继续电动机的运转。

附图说明

[0023] 图1是示出第一实施方式的电动机驱动系统的构成例的图。

[0024] 图2是示出二相调制后的电压指令的一个例子的图。

[0025] 图3是示出栅极驱动电路的第一构成例的图。

[0026] 图4是示出第二实施方式的电动机驱动系统的构成例的图。

[0027] 图5是示出用于检测三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值最大的相的检测电路的一个例子的图。

[0028] 图6是示出第二实施方式的电动机驱动系统的第一动作例的波形图。

[0029] 图7是用于说明开关元件的接通电阻的图。

[0030] 图8是举例示出第二实施方式的电动机驱动系统的第一动作例、开关元件的栅极驱动电压以及开关元件的接通电阻的关系的图。

[0031] 图9是示出用于检测三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值最小的相的检测电路的一个例子的图。

[0032] 图10是示出第二实施方式的电动机驱动系统的第二动作例的波形图。

[0033] 图11是示出第三实施方式的电动机驱动系统的构成例的图。

[0034] 图12是示出栅极驱动电路的第二构成例的图。

[0035] 图13是专利文献1中记载的电动机驱动系统的电路图。

[0036] 附图标记说明

[0037] 1 主电池

[0038] 2 主开关

[0039] 3 电容器

[0040] 4 逆变器电路

[0041] 5p、5n 直流母线

[0042] 6 辅助电池

[0043] 7 控制电路

[0044] 8 电动机控制电路

[0045] 9u,9v,9w,9x,9y,9z 栅极电源电路

[0046] 10u,10v,10w,10x,10y,10z 缓冲电路

[0047] 11u,11v,11w 电流传感器

[0048] 12u、12v、12w、12x、12y、12z 栅极驱动电路

[0049] 13 光耦合器

[0050] 14 互补输出电路

[0051] 15 电源电路

[0052] 16 开关

[0053] 21 第一电源系统

[0054] 22 第二电源系统

[0055] 30 切换电路

[0056] 31 第一开关

[0057] 32 第二开关

[0058] 33 异常检测电路

[0059] 84,85 检测电路

[0060] 100 电动机

[0061] 101,102,103 控制装置

[0062] 201,202,203 电动机驱动装置

[0063] 301,302,303 电动机驱动系统

[0064] u、v、w、x、y、z 开关元件

[0065] u1,v1,w1,x1,y1,z1 开关元件

[0066] u2,v2,w2,x2,y2,z2 开关元件

具体实施方式

[0067] 以下,对实施方式进行说明。

[0068] 图1是示出第一实施方式的电动机驱动系统的构成例的图。图1所示电动机驱动系统301是使用自主电池1经由主开关2供给的电力对电动机100进行驱动的系统。主电池1是电压比后述辅助电池6高的电源,例如,其为约400伏特的高压电池。

[0069] 电动机驱动系统301是搭载于车辆的系统,其用于驱动在车辆的行驶中使用的电动机100。电动机驱动系统301借助对电动机100进行驱动而产生的动力使车辆行驶。由于使多个车轮通过电动机100旋转,因此搭载于车辆的电动机驱动系统301的数量为多个。

[0070] 电动机驱动系统301包括电动机100和电动机驱动装置201。电动机驱动装置201用三相交流驱动三相的电动机100。电动机驱动装置201包括逆变器电路4和控制装置101。

[0071] 逆变器电路4是由在直流母线5p、5n间连接的多个开关元件u、v、w、x、y、z构成的桥电路。逆变器电路4在多个开关元件u、v、w、x、y、z的开关作用下,将在直流母线5p、5n间连接的电容器3的直流电压转换为交流电压,从而用三相交流驱动电动机100。电容器3通过自主电池1供给的电力、或自电动机100经由逆变器电路4再生的电力进行充电。

[0072] 控制装置101以电动机100被驱动的方式控制逆变器电路4。控制装置101例如包括控制电路7、第一电源系统21、第二电源系统22以及切换电路30。

[0073] 控制电路7是用于控制逆变器电路4的逆变器控制电路。控制电路7依照自外部供*给的转矩指令τ,对在逆变器电路4作用下流过电动机100的电流(电动机电流)进行控制,*
从而使其产生与转矩指令τ对应的转矩。电动机电流是流过逆变器电路4和电动机100之间的电流。

[0074] 第一电源系统21是将与直流母线5p、5n不同的电压源作为电源的系统,在该例子中,将辅助电池6设定为电源。第一电源系统21是用于将来自辅助电池6的直流电供给至控制装置101内的系统。辅助电池6是电压比主电池1的电压低的电源,例如,其为用于输出约12伏特的电源电压VL的低压电池。第一电源系统21可以包括未图示的电压转换电路,其用于对辅助电池6的电压进行降压而供给至控制装置101内。

[0075] 第二电源系统22是将直流母线5p、5n设定为电源的系统,在该例子中,其将电容器3设定为电源。第二电源系统22是用于对来自电容器3的直流电进行降压而供给至控制装置
101内的系统。在该例子中,第二电源系统22包括用于对来自电容器3的直流电进行降压而供给至控制装置101内的电源电路15。

[0076] 电源电路15将比电容器3的电压低的电源电压VH的直流电力供给至控制装置101内。电源电压VH比控制电路7以及切换电路30的最低工作电压高,且为电源电压VL以下的直流电压(例如,12伏特)。电源电路15例如是绝缘型的直流‑直流转换器。

[0077] 切换电路30在检测到第一电源系统21的故障等的异常后,将用于向控制电路7供给电力的电源系统自第一电源系统21切换至第二电源系统22。由此,即使在第一电源系统21产生异常,由于能够自第二电源系统22向控制电路7供给电力,因此确保了控制电路7的电源。因此,即使在第一电源系统21中产生异常,由于控制电路7能够利用自第二电源系统
22供给的电力,执行逆变器电路4的失效保险动作,因此能够安全地使电动机100停止。

[0078] 本实施方式的控制电路7在检测到第一电源系统21的故障等的异常后,以比检测到该异常前低的耗费电力继续逆变器电路4的控制。由此,在第一电源系统21的异常时,自第二电源系统22供给至控制电路7的电力降低,从而能够在第一电源系统21的异常时继续电动机100的运转,由此电动机100的运转能够继续的时间延长。

[0079] 另外,在本实施方式中,以比检测到第一电源系统21的异常前低的耗费电力继续逆变器电路4的控制。因此,即使不增加第二电源系统22的电源容量,在第一电源系统21的异常时也能够继续电动机100的运转,从而能够延长电动机100的运转继续的时间。另外,即使不增加第二电源系统22的电源容量,也能够在第一电源系统21的异常时继续电动机100的运转。因此,能够使第二电源系统22(特别是,电源电路15)小型化,从而控制装置101、电动机驱动装置201以及电动机驱动系统301的小型化成为可能。

[0080] 在车辆的动力传动系统等的用途中,在第一电源系统21等的异常时,需求降低逆变器电路4以及电动机100的输出的运转继续(应急运行功能)。根据本实施方式,由于以比检测到第一电源系统21的异常前低的耗费电力继续逆变器电路4的控制,因此能够在第一电源系统21的异常时延长电动机100的运转继续的时间,从而容易实现应急运行功能。

[0081] 切换电路30例如监视第一电源系统21的电源电压VL,其作为第一电源系统21的异常检测电源电压VL的异常降低。由此,若产生第一电源系统21的电源电压VL的异常降低,则控制电路7以与检测到该异常降低前相比耗费电力较低的省电模式继续逆变器电路4的控制,从而能够使电动机100的运转继续相对较长期间。作为电源电压VL的异常降低的具体例子,可以举出辅助电池6的故障等所导致的丧失(可以包括自辅助电池6至控制装置101的电源线束的断线)等。

[0082] 切换电路30自第一电源系统21和第二电源系统22的至少一者接受电力供给。由此,即使因第一电源系统21的异常导致来自第一电源系统21的电力供给中断,切换电路30也能够利用自第二电源系统22供给的电力,将向控制电路7供给电力的电源系统自第一电源系统21切换为第二电源系统22。

[0083] 向切换电路30供给电力的电源系统在检测到第一电源系统21的异常后,可以自第一电源系统21切换为第二电源系统22。由此,切换电路30能够利用自第一电源系统21供给的电力,对第一电源系统21的异常的有无进行监视。并且,切换电路30在检测到第一电源系统21的异常后,能够利用自第二电源系统22供给的电力,将向控制电路7供给电力的电源系统自第一电源系统21切换为第二电源系统22。

[0084] 切换电路30例如具有异常检测电路33、第一开关31以及第二开关。

[0085] 异常检测电路33利用自第一电源系统21或第二电源系统22供给的电力,对第一电源系统21的异常的有无进行监视。异常检测电路33在检测到第一电源系统21的异常后,使第一开关31断开且使第二开关32接通。通过第一开关31的断开,第一电源系统21与控制电路7之间的供电线路被阻断,通过第二开关32的接通,第二电源系统22与控制电路7之间的供电线路被连接。由此,若检测到第一电源系统21的异常,则能够将向控制电路7供给电力的电源系统自第一电源系统21切换为第二电源系统22。

[0086] 异常检测电路33可以利用自第一电源系统21或第二电源系统22供给的电力,对第一电源系统21的电源电压VL进行监视。异常检测电路33若检测到比规定的阈值低的电源电压VL,则可以进行使第一开关31断开且使第二开关32接通的切换动作。

[0087] 在第一电源系统21的异常被检测前的阶段中,控制电路7的电源电压Vin成为自第一电源系统21经由第一开关31供给的电源电压VL。在第一电源系统21的异常被检测后的阶段中,控制电路7的电源电压Vin成为自第二电源系统22经由第二开关32供给的电源电压VH。

[0088] 切换电路30在检测到第一电源系统21的异常后,将向控制电路7供给电力的电源系统自第一电源系统21切换为第二电源系统22,并且自异常检测电路33输出第一电源系统21的异常检测信号EM。异常检测信号EM是表示检测到第一电源系统21的异常的信号。异常检测信号EM被供给至控制电路7。控制电路7通过异常检测信号EM的输入而认知检测到第一电源系统21的异常。控制电路7在异常检测信号EM被输入后,以与检测到该异常前相比耗费电力较低的省电模式继续逆变器电路4的控制。

[0089] 在图1所示例子中,控制电路7包括电动机控制电路8和栅极驱动电路12(12u、12v、12w、12x、12y、12z)。

[0090] 电动机控制电路8依照自外部供给的转矩指令τ*,输出对于栅极驱动电路12u、12v、12w、12x、12y、12z的驱动指令Gu_LV、Gv_LV、Gw_LV、Gx_LV、Gy_LV、Gz_LV。对于栅极驱动电路的驱动指令例如是脉冲宽度调制信号(PWM信号)。栅极驱动电路12u、12v、12w、12x、
12y、12z依照与自身对应的驱动指令,输出栅极驱动电压Gu_O,Gv_O、Gw_O、Gx_O、Gy_O、Gz_O。栅极驱动电路12u、12v、12w、12x、12y、12z通过栅极驱动电压Gu_O、Gv_O、Gw_O、Gx_O、Gy_*
O、Gz_O,对与自身对应的开关元件u、v、w、x、y、z的栅极进行驱动。由此,产生与转矩指令τ对应的转矩。

[0091] 电动机控制电路8可以将各相的电动机电流的检测值(iu_det、iv_det、iw_det)用于驱动指令Gu_LV、Gv_LV、Gw_LV、Gx_LV、Gy_LV、Gz_LV的生成。电动机控制电路8自用于检测各相的电动机电流的电流传感器11u、11v、11w取得各相的电动机电流的检测值(iu_det、iv_det、iw_det)。

[0092] 电动机控制电路8例如具有存储器和CPU(Central Processing Unit)等的处理器。电动机控制电路8的功能通过在存储器中存储的程序使处理器进行动作而实现。电动机控制电路8例如是具有存储器和处理器的微型计算机。

[0093] 栅极驱动电路12u具有:缓冲电路10u,其基于驱动指令Gu_LV输出栅极驱动电压Gu_O；以及栅极电源电路9u,其生成缓冲电路10u输出栅极驱动电压Gu_O所需的栅极电源电压。其他的栅极驱动电路12v、12w、12x、12y、12z也具有与栅极驱动电路12u相同的构成,具有缓冲电路10v、10w、10x、10y、10z以及栅极电源电路9u、9v、9w、9x、9y、9z。

[0094] 控制电路7可以在检测到第一电源系统21的异常后,以与该异常被检测前相比耗费电力较低的调制方式继续逆变器电路4的控制。由此,对于控制电路7,在第一电源系统21的异常时自第二电源系统22供给至控制电路7的电力降低,因此能够将电源电路15的电源容量设定为比第一电源系统21小。因此,电源电路15的小型成为可能。例如,电动机控制电路8在检测到异常检测信号EM后,以与异常检测信号EM被输入前相比耗费电力较低的调制方式继续逆变器电路4的控制。

[0095] 控制电路7的电动机控制电路8可以在检测到第一电源系统21的异常后,以与该异常被检测前相比频率较低的脉冲宽度调制方式继续逆变器电路4的控制(控制方法1)。或者,控制电路7的电动机控制电路8可以在检测到第一电源系统21的异常后,以与该异常被检测前相比耗费电力较低的二相调制方式继续逆变器电路4的控制(控制方法2)。在通过控制方法2进行控制的情况下,电动机控制电路8在检测到第一电源系统21的异常后,将逆变器电路4的调制方式自三相调制方式切换为二相调制方式。

[0096] 第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P由下式1表示：

[0097] P＝Qg×Vg×n/T…式1。

[0098] 其中，式1中各符号的意义如下：

[0099] Qg:逆变器电路4的开关元件的栅极电容；

[0100] Vg:栅极驱动电压；

[0101] T:逆变器电路4的输出电流的基波的1周期；

[0102] n:逆变器电路4的输出电流的基波的1周期中的开关次数。

[0103] 根据式1,通过减少每单位时间的开关元件的开关次数,能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。即,通过执行降低PWM的载波频率的控制方法1或进行二相调制的控制方法2,每单位时间的开关次数降低,从而能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。

[0104] 图2是二相调制后的电压指令的一个例子。二相调制方式是在PWM控制中,将与调制波进行比较的三相的信号波中的、一相的信号波固定为1(高电平)或0(低电平),对余下的两相的信号波进行调制的方式。因此,二相调制方式与三相调制方式相比,每单位时间的开关次数减少,从而能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。

[0105] 在图1中,控制电路7可以在检测到第一电源系统21的异常后,以与该异常被检测前相比较低的栅极电源电压继续多个开关元件u、v、w、x、y、z的栅极驱动(控制方法3)。根据上述式1,通过降低栅极驱动电压Vg,能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。因此,控制电路7的栅极驱动电路12在检测到该异常后,使多个开关元件u、v、w、x、y、z的栅极驱动用的栅极电源电压比该异常被检测前降低。若栅极电源电压降低,则栅极驱动电压Vg也降低,从而能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。

[0106] 在通过控制方法3进行控制的情况下,优选电动机控制电路8在检测到第一电源系统21的异常后(例如,存在异常检测信号EM的输入后),使电动机100的电流限制值或转矩限制值降低。一般来说,由于使栅极电源电压、即栅极驱动电压降低,开关元件u、v、w、x、y、z的损失增加而开关元件温度上升。因此,通过降低电流限制值或转矩限制值,能够防止开关元件温度上升。

[0107] 图3是示出栅极驱动电路的第一构成例的图,其举例示出了多个栅极驱动电路中的一个即栅极驱动电路12x。其他的栅极驱动电路12u等也具有与栅极驱动电路12x相同的构成。栅极驱动电路12x具有输入输出间的带绝缘功能的缓冲电路10x、以及缓冲电路10x的电源即栅极电源电路9x。

[0108] 在该例子中,栅极电源电路9x由回扫换流器构成。栅极电源电路9x对其输出电压进行分压,并且进行反馈控制而将栅极电源电压Egx调整为第一值。缓冲电路10x将栅极电源电压Egx作为栅极驱动电压Gx_O给予逆变器电路4的开关元件x的栅极。栅极电源电路9x在异常检测信号EM被输入后,将栅极电源电压Egx切换为比第一值低的第二值。由此,栅极驱动电路12x在检测到第一电源系统21的异常后,能够以与该异常被检测前相比较低的栅极电源电压Egx(栅极驱动电压Gx_O)继续开关元件x的栅极驱动。

[0109] 栅极电源电路9x例如具有驱动控制IC90、晶体管91、变压器92、二极管93、电容器94、反馈电路95、分压电路96以及开关97。反馈电路95具有线圈95a,二极管95b以及电容器
95c。分压电路96具有串联的多个电阻元件96a、96b、96c。开关97以能够旁通电阻元件96a的方式与电阻元件96a并联。驱动控制IC90具有:栅极端子G,其用于输出用于驱动晶体管91的栅极信号；以及反馈端子FB,自反馈电路95输出的电压被分压电路96电阻分压而获得的反馈电压输入该反馈端子FB。

[0110] 驱动控制IC90以反馈电压被维持为基准电压的方式对晶体管91进行驱动,从而将栅极电源电压Egx调整为第一值。若输入异常检测信号EM,则开关97接通,因此分压电路96的分压比改变。在该例子中,若开关97自断开切换为接通,则反馈电压上升,从而驱动控制IC90以降低栅极电源电压Egx的方式驱动晶体管91。由此,栅极电源电路9x在输入异常检测信号EM后,将栅极电源电压Egx切换为比第一值低的第二值。

[0111] 缓冲电路10x具有用于使输入输出间绝缘的光耦合器13、以及通过根据输入的驱动指令Gx_LV而自光耦合器13输出的信号来输出栅极驱动电压Gx_O的互补输出电路14。缓冲电路10x将自栅极电源电路9x供给的栅极电源电压Egx作为自互补输出电路14输出的高电平的栅极驱动电压Gx_O进行输出。

[0112] 图4是示出第二实施方式的电动机驱动系统的构成例的图。在第二实施方式中,对于与第一实施方式相同的构成以及效果的说明通过引用上述说明而进行省略或简略。

[0113] 电动机控制电路8基于异常检测信号EM,降低电流限制值或转矩限制值。电动机控制电路8在接收到异常检测信号EM后,检测三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值为最大的相。栅极驱动电路12以第一栅极电源电压对该最大的相的开关元件的栅极进行驱动,以比第一栅极电源电压低的第二栅极电源电压对与该最大的相不同的其他的相的开关元件的栅极进行驱动(控制方法4A)。在该情况下,三相中的两相的栅极电源电压总是成为比第一值低的第二值。若栅极电源电压降低,则栅极驱动电压Vg也降低,因此根据上述式1,能够使自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P降低。

[0114] 图5是示出用于检测三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值为最大的相的检测电路的一个例子的图。电动机控制电路8具备由在图5中举例示出的检测电路84所表现的检测功能。检测电路84具有绝对值电路80、比较电路81以及逻辑电路82。绝对值电路80通过运算由电流传感器11u、11v、11w检测的各相的电动机电流的检测值(iu_det、iv_det、iw_det)的绝对值,从而检测各相的电动机电流的瞬时值的绝对值。比较电路81具有绝对值电路80的输出如图示那样输入的多个比较仪81a、81b、81c、81d、81e、81f。逻辑电路82具有输出比较仪81a、81b的各输出的逻辑积的逻辑积电路82u、输出比较仪81c、81d的各输出的逻辑积的逻辑积电路82v、以及输出比较仪81e、81f的各输出的逻辑积的逻辑积电路82w。逻辑电路82的各逻辑积电路输出选择信号U_sel、V_sel、W_sel。检测电路84通过具有这样的构成,将与三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值最大的相对应的选择信号的电平设定为高电平,将与其之外的相对应的选择信号的电平设定为低电平。

[0115] 图6是示出第二实施方式的电动机驱动系统的第一动作例的波形图。电动机控制电路8基于各相的电动机电流的检测值(iu_det、iv_det、iw_det),对三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值最大的相进行检测。电动机控制电路8将与该最大的相对应的选择信号U_sel、V_sel、W_sel的电平设定为高电平。多个栅极驱动电路12中的、接收了高电平的选择信号的两个栅极驱动电路(最大的相的上下桥臂的栅极驱动电路)将栅极电源电压设定为第一值,余下的四个栅极驱动电路将栅极电源电压设定为比第一值低的第二值(控制方法4A)。

[0116] 若栅极电源电压降低,则栅极驱动电压Vg也降低。因此,根据上述式1,通过以控制方法4A进行控制,能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。接下来,对于该点,使用图7以及图8,更详细进行说明。

[0117] 图7是用于说明开关元件的接通电阻的图。图8是举例示出第二实施方式的电动机驱动系统的第一动作例、开关元件的栅极驱动电压、以及开关元件的接通电阻的关系的图。栅极接通状态下的开关元件可以视为具有接通电阻值(Ron)的电阻元件(图7)。在图8中,将施加第一栅极电压(Vg1)条件下的接通电阻值设定为RON1,将施加比Vg1低的第二栅极电压Vg2(Vg1>Vg2)的条件下的接通电阻值设定为RON2。一般来说,半导体开关元件具有RON1比RON2小的特性。另一方面,正弦波电流(Iu·sinθ)流过电阻元件而产生的瞬时损耗dθPRON为下式
2:

[0118] dθPRON＝(Iu·sinθ)2·dθ·Ron…式2

[0119] 由该式可知,瞬时损耗与正弦波电流的瞬时值(瞬时电流)的平方成比例。

[0120] 接下来,如图8所示,着眼于U相电流,U相电流的瞬时值的绝对值在(1/3)π～(2/3)π以及(4/3)π～(5/3)π的特定的期间内,在全相的电流的瞬时值的绝对值中成为最大。

[0121] 因此,通过仅在该特定的期间通过Vg1进行驱动,与在整个期间中通过Vg2进行驱动的情况相比,能够有效地降低平均损耗,并且能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P(参照式1)。对于V相以及W相也相同。

[0122] 接下来,在图4所示第二实施方式中,对于其他的动作例进行说明。

[0123] 电动机控制电路8基于异常检测信号EM,使电流限制值或转矩限制值下降。电动机控制电路8在接收到异常检测信号EM后,对三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值最小的相进行检测。栅极驱动电路12通过第二栅极电源电压对该最小的相的开关元件的栅极进行驱动,并且通过比第二栅极电源电压高的第一栅极电源电压对与该最小的相不同的其他的相的开关元件的栅极进行驱动(控制方法4B)。在该情况下,三相中的一相的栅极电源电压总是成为比第一值低的第二值。若栅极电源电压降低,则栅极驱动电压Vg也降低,因此根据上述式1,能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。

[0124] 图9是示出用于检测三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值最小的相的检测电路的一个例子的图。电动机控制电路8具有由图9中举例示出的检测电路85表示的检测功能。检测电路85具有绝对值电路80、比较电路81以及逻辑电路82。图9所示检测电路85在逻辑电路82进一步具有反向电路83u、83v、83w这点与图5所示检测电路84不同。反向电路83u、83v、
83w分别输出使对应的逻辑积电路82u、82v、82w的电平反向的选择信号U_sel、V_sel、W_sel。检测电路85通过具有这样的构成,将与三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值最小的相对应的选择信号的电平设定为低电平,将与其之外的相对应的选择信号的电平设定为高电平。

[0125] 图10是示出第二实施方式的电动机驱动系统的第二动作例的波形图。电动机控制电路8基于各相的电动机电流的检测值(iu_det、iv_det、iw_det),对三相中的电动机电流的瞬时值的绝对值最小的相进行检测。电动机控制电路8将与其最小的相对应的选择信号U_sel、V_sel、W_sel的电平设定为低电平。多个栅极驱动电路12中的、接收到低电平的选择信号的两个栅极驱动电路(最小的相的上下桥臂的栅极驱动电路)将栅极电源电压设定为第二值,余下的四个栅极驱动电路将栅极电源电压设定为比第二值高的第一值(控制方法4B)。

[0126] 若栅极电源电压降低,则栅极驱动电压Vg也降低。因此,根据杉树式1,通过以控制方法4B进行控制,能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。更详细而言,通过仅在特定的期间以Vg1进行驱动,与在整个期间中通过Vg2进行驱动的情况相比,能够有效降低平均损耗,并且能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P(参照式1)。

[0127] 图11是示出第三实施方式的电动机驱动系统的构成例的图。在第三实施方式中,对于与第一以及第二实施方式相同的构成以及效果的说明通过引用上述说明而省略或简略。

[0128] 在第三实施方式中,多个开关元件u、v、w、x、y、z分别是由并联的多个开关元件构成的元件。在该例子中,开关元件u由并联的多个开关元件u1、u2构成。多个开关元件u1、u2彼此具有相同的构成。其他的开关元件v、w、x、y、z也具有与开关元件u相同的构成。开关元件v由多个开关元件v1、v2构成,开关元件w由多个开关元件w1、w2构成。开关元件x由多个开关元件x1、x2构成,开关元件y由多个开关元件y1、y2构成,开关元件z由多个开关元件z1、z2构成。

[0129] 电动机控制电路8基于异常检测信号EM,使电流限制值或转矩限制值下降。电动机控制电路8在接收到异常检测信号EM后,在多个开关元件u、v、w、x、y、z的各自中,在将并联的多个开关元件中的、一个以上的一部分的开关元件设定为断开的状态下,对余下的开关元件进行开关(控制方法5A)。通过减少开关元件的并联驱动数量,上述式1的Qg降低,因此能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。

[0130] 图12是示出栅极驱动电路的第二构成例的图。其举例示出了多个栅极驱动电路中的一个即栅极驱动电路12x。其他的栅极驱动电路12u等也具有与栅极驱动电路12x相同的构成。栅极驱动电路12x具有输入输出间的带绝缘功能的缓冲电路10x、以及缓冲电路10x的电源即栅极电源电路9x。图12所示栅极驱动电路12x在具有开关16这点与图3所示栅极驱动电路12x不同。另外,图12的构成在不存在图3所示开关97以及电阻元件96a这点,与图3的构成不同。

[0131] 在图12中,若输入异常检测信号EM,则自缓冲电路10x向开关元件x2的栅极的栅极驱动电压Gx2_O的供给被开关16阻断。由此,开关元件x2被固定为断开,与此相对,开关元件x1依照栅极驱动电压Gx1_O而接通或断开(开关)。因此,根据控制方法5A,由于开关元件的并联驱动数量减少,因此能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P。

[0132] 控制方法5A可以不将全部相的一部分的开关元件一律固定为断开,而是将特定的一部分的相的开关元件固定为断开。例如,固定为断开的一部分的开关元件可以为并联的多个开关元件中的、与电动机电流的瞬时值的绝对值最大的相不同的相的开关元件(控制方法5B)。另外,固定为断开的一部分的开关元件可以为并联的多个开关元件中的、电动机电流的瞬时值的绝对值最小的相的开关元件(控制方法5C)。根据控制方法5B或5C,与将全部相的一部分的开关相一律固定为断开的控制方法5A相比,能够有效降低平均损耗,并且能够降低自第二电源系统22供给至栅极驱动电路12的电力P(参照式1)。

[0133] 以上,对实施方式进行了说明,但是本发明的技术不限于上述实施方式。与其他的实施方式的一部分或全部的组合、置换等的各种变形以及改良是可能的。

[0134] 例如,控制电路7可以将上述多个控制方法中的、至少一部分的控制方法组合执行。另外,电动机100不限于车辆用电动机,也可以为电梯用等的其他的产业用电动机。