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JP7377650B2 - power converter - Google Patents

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JP7377650B2 JP2019157698A JP2019157698A JP7377650B2 JP 7377650 B2 JP7377650 B2 JP 7377650B2 JP 2019157698 A JP2019157698 A JP 2019157698A JP 2019157698 A JP2019157698 A JP 2019157698A JP 7377650 B2 JP7377650 B2 JP 7377650B2
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Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に電動車両を駆動するための電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and particularly to a power conversion device for driving an electric vehicle.

ハイブリッド自動車などの電動車両は、駆動用モータに交流電力を供給するためのインバータ装置(電力変換装置)を備える。このような電力変換装置は、数十~数百Vにも及ぶ高電圧の電源(バッテリ)から供給される電力によって動作する一方、インバータ装置を制御するための制御回路は、12V程度の比較的低電圧の電源によって動作する。 Electric vehicles such as hybrid vehicles include an inverter device (power conversion device) for supplying alternating current power to a drive motor. Such power converters operate on power supplied from a high-voltage power source (battery) of several tens to hundreds of volts, while the control circuit for controlling the inverter operates on relatively high voltage power of about 12 volts. Operated by low voltage power supply.

例えば特許文献1には、電源や電源生成回路等の電源供給経路を冗長化し、システムの異常発生時には保護動作を行う電力変換装置が記載されている。特許文献1に係る電力変換装置では、低圧電源が喪失した場合でも装置の保護動作を行うため、高圧電源から低電圧を生成し、保護動作回路に電力を供給するバックアップ電源を備えている。保護動作回路による保護動作の一例としては、高圧電源側の電圧が所定の閾値(例えば60V)を超えないように、インバータ回路の上下いずれかのアームを三相短絡する制御などである。 For example, Patent Document 1 describes a power conversion device that has redundant power supply paths such as a power source and a power generation circuit, and performs a protective operation when an abnormality occurs in the system. The power conversion device according to Patent Document 1 includes a backup power source that generates a low voltage from a high voltage power source and supplies power to a protective operation circuit in order to perform a protective operation of the device even when a low voltage power source is lost. An example of the protective operation by the protective operation circuit is control to short-circuit three phases of either the upper or lower arm of the inverter circuit so that the voltage on the high-voltage power supply side does not exceed a predetermined threshold (for example, 60 V).

国際公開第2018/030381号パンフレットInternational Publication No. 2018/030381 pamphlet

高圧電源の電圧は、HVセンサ回路によって監視される。高圧電源が0Vの状態も検知することができるよう、低圧電源からHVセンサ回路に電力を供給する電源回路を備える。さらに当該電源回路は、低圧電源喪失時にも装置の保護動作を行うことができるよう、高圧電源から低圧の電力を生成するバックアップ電源からも電力供給されることができる。 The voltage of the high voltage power supply is monitored by an HV sensor circuit. A power supply circuit is provided that supplies power from a low voltage power supply to the HV sensor circuit so that a state where the high voltage power supply is 0V can also be detected. Furthermore, the power supply circuit can also be powered by a backup power source that generates low-voltage power from the high-voltage power source so that the device can be protected even when the low-voltage power source is lost.

ここで、低圧電源喪失時に、車両が牽引されることでモータが回転すると、モータ起電力によって高圧電源側の電圧が上昇する。安全上の理由から、異常発生時には高圧電源側の電圧が所定の閾値を超えないように、保護動作回路によって保護動作が行われる必要がある。すなわち、低圧電源喪失時であっても、保護動作回路にバックアップ電源から駆動に必要な電力が供給され、高圧電源側の電圧に応じた保護動作が確実に実行されることが求められる。 Here, when the motor rotates due to the vehicle being towed when the low-voltage power supply is lost, the voltage on the high-voltage power supply side increases due to the motor electromotive force. For safety reasons, it is necessary to perform a protective operation by a protective operation circuit so that the voltage on the high-voltage power supply side does not exceed a predetermined threshold value when an abnormality occurs. That is, even when the low-voltage power supply is lost, the protection operation circuit is required to be supplied with the power necessary for driving from the backup power supply, and the protection operation according to the voltage on the high-voltage power supply side is reliably executed.

しかし、低速の牽引時には、回生により生じる電圧上昇が低く、バックアップ電源に安定した電力を供給できない場合がある。このため、供給電圧が不安定となったHVセンサ回路が誤動作を起こすおそれがある。HVセンサ回路の誤動作は、例えば保護動作の一つである三相短絡制御を意図せず実行してしまい、所定の閾値を超えるような高電圧をもたらしてしまうおそれがある。 However, during low-speed traction, the voltage increase caused by regeneration is low, and it may not be possible to stably supply power to the backup power source. Therefore, the HV sensor circuit whose supply voltage is unstable may malfunction. Malfunction of the HV sensor circuit may cause, for example, unintentional execution of three-phase short circuit control, which is one of the protection operations, resulting in a high voltage exceeding a predetermined threshold.

本発明は、このような低速牽引時などの高圧電圧値が低い状況でも、意図しないHVセンサ誤作動を防ぐことを主な目的とする。 The main purpose of the present invention is to prevent unintentional HV sensor malfunction even in situations where the high voltage value is low, such as during low-speed towing.

本発明に係る電力変換装置は、高電圧電源からの直流電力を交流電力に変換してモータに出力するインバータ回路と、前記インバータ回路の駆動を制御する駆動回路と、前記高電圧電源から前記インバータ回路に印加される高電圧を平滑化する平滑用キャパシタと、前記高電圧電源からの直流電力または前記平滑用キャパシタに蓄積された電力を変換して第1の電源電圧および第2の電源電圧を供給するバックアップ電源回路と、前記バックアップ電源回路から供給される前記第1の電源電圧または低電圧電源から供給される電圧を昇圧して第3の電源電圧を供給する昇圧回路と、前記バックアップ電源回路から供給される前記第2の電源電圧または前記昇圧回路から供給される前記第3の電源電圧を選択的に出力する電源切替回路と、前記電源切替回路から出力される前記第2の電源電圧または前記第3の電源電圧による電力を用いて動作し、前記インバータ回路に印加される高電圧を検出する電圧センサと、前記駆動回路を制御する制御回路と、を備え、前記低電圧電源から電圧が供給されておらず、かつ、前記高電圧電源と前記インバータ回路の接続が遮断されている場合に、前記バックアップ電源回路は、前記平滑用キャパシタに蓄積された電力を用いて、前記第1の電源電圧と、前記第1の電源電圧よりも高い電圧の前記第2の電源電圧とを供給し、前記電圧センサは、前記第2の電源電圧による電力を用いて動作し、前記モータから前記インバータ回路に印加される誘起電圧を前記高電圧として検出し、前記駆動回路は、前記第1の電源電圧が所定の第1の電圧値を超えると起動を開始し、前記制御回路は、前記駆動回路が起動済みであり、かつ、前記電圧センサにより検出された前記誘起電圧が所定値以上の場合に、前記駆動回路を制御して前記インバータ回路の三相短絡制御を行うことを特徴とする。 The power conversion device according to the present invention includes: an inverter circuit that converts DC power from a high voltage power source into AC power and outputs the converted AC power to a motor; a drive circuit that controls driving of the inverter circuit; A smoothing capacitor smoothes a high voltage applied to the circuit, and a first power supply voltage and a second power supply voltage are obtained by converting the DC power from the high voltage power supply or the power accumulated in the smoothing capacitor. a booster circuit that boosts the first power supply voltage supplied from the backup power supply circuit or the voltage supplied from the low voltage power supply to supply a third power supply voltage; and the backup power supply circuit. a power supply switching circuit that selectively outputs the second power supply voltage supplied from the booster circuit or the third power supply voltage supplied from the booster circuit; a voltage sensor that operates using power from the third power supply voltage and detects a high voltage applied to the inverter circuit; and a control circuit that controls the drive circuit ; If the high voltage power supply is not supplied and the connection between the high voltage power supply and the inverter circuit is cut off, the backup power supply circuit uses the power accumulated in the smoothing capacitor to supply power to the first power supply. voltage and the second power supply voltage that is higher than the first power supply voltage, the voltage sensor operates using power from the second power supply voltage, and the voltage sensor operates by using the power from the second power supply voltage, and the voltage sensor operates from the motor to the inverter circuit. detects an induced voltage applied to the high voltage as the high voltage, the drive circuit starts activation when the first power supply voltage exceeds a predetermined first voltage value, and the control circuit detects that the drive circuit If the inverter has already been activated and the induced voltage detected by the voltage sensor is equal to or higher than a predetermined value, the drive circuit is controlled to perform three-phase short-circuit control of the inverter circuit.

本発明によれば、高圧電圧値が低い状況でも、HVセンサ誤動作による、安全動作の誤動作を防ぐことができる。 According to the present invention, even in a situation where the high voltage value is low, it is possible to prevent malfunction of safety operation due to malfunction of the HV sensor.

電力変換装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a power conversion device. 比較例に係る電源構成における正常時における電源供給ラインを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a power supply line in a normal state in a power supply configuration according to a comparative example. 比較例に係る電源構成における低圧電源喪失時における電源供給ラインを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a power supply line when low voltage power is lost in a power supply configuration according to a comparative example. 比較例に係る電源構成における低速牽引時のタイムチャートである。It is a time chart during low-speed towing in a power supply configuration according to a comparative example. 本発明に係る電源構成を示す図である。1 is a diagram showing a power supply configuration according to the present invention. 本発明に係る電源構成における正常時における電源供給ラインを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a power supply line in a normal state in the power supply configuration according to the present invention. 本発明に係る電源構成における低圧電源喪失時における電源供給ラインを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a power supply line when a low voltage power supply is lost in the power supply configuration according to the present invention. 本発明に係る電源構成における低速牽引時のタイムチャートである。It is a time chart at the time of low-speed traction in the power supply configuration according to the present invention.

以下、図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a power conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted.

図1に、電力変換装置の一例であるモータ駆動用電力変換装置200の構成を示す。電力変換装置200の入力側には高圧バッテリ901、出力側にはモータ900が接続される。高圧バッテリ901と電力変換装置200との間には、コンタクタ902が設けられる。 FIG. 1 shows the configuration of a motor drive power conversion device 200, which is an example of a power conversion device. A high voltage battery 901 is connected to the input side of the power conversion device 200, and a motor 900 is connected to the output side. A contactor 902 is provided between high voltage battery 901 and power converter 200.

電力変換装置200は、コントローラ100aと、ドライバ回路100bと、電力変換用の半導体装置300と、電圧平滑用キャパシタ500と、を備える。図示しない上位コントローラがトルクや回転指令などのモータを駆動するための指令をコントローラ100aに与える。コントローラ100aは、指令に応じたPWM信号をドライバ回路100bに与える。ドライバ回路100bは、PWM信号に応じて、電力変換用の半導体装置300をスイッチング制御し、高圧バッテリ901からの直流電圧(DC電圧)を、モータ900を駆動するための交流電圧(AC電圧)に変換する機能を有している。電圧平滑用キャパシタ500は、電力変換時に変動する印加電圧を平滑する。 The power conversion device 200 includes a controller 100a, a driver circuit 100b, a semiconductor device 300 for power conversion, and a voltage smoothing capacitor 500. A higher-level controller (not shown) gives commands for driving the motor, such as torque and rotation commands, to the controller 100a. The controller 100a provides a PWM signal according to the command to the driver circuit 100b. The driver circuit 100b controls the switching of the semiconductor device 300 for power conversion according to the PWM signal, and converts the direct current voltage (DC voltage) from the high voltage battery 901 into an alternating current voltage (AC voltage) for driving the motor 900. It has the ability to convert. The voltage smoothing capacitor 500 smoothes applied voltage that varies during power conversion.

半導体装置300からモータ900に出力される交流電流は、電流センサ20によって検出される。電力変換装置200は、電流センサ20によって検出された電流値に基づいて電流フィードバック制御を行い、モータ900のトルクを制御する。 The alternating current output from the semiconductor device 300 to the motor 900 is detected by the current sensor 20. Power conversion device 200 performs current feedback control based on the current value detected by current sensor 20, and controls the torque of motor 900.

さらに、ドライバ回路100bの駆動用電源を生成するGD電源110が備えられる。GD電源110は、コントローラ100a経由で、低圧バッテリ10から供給される電圧(12V)で電源を生成する。また、低圧バッテリ10からの供給が停止した場合に備えて、冗長電源120が備えられる。冗長電源120は、高圧バッテリ901から供給される電圧を変換し、コントローラ100aに電源を供給する。 Furthermore, a GD power supply 110 is provided that generates power for driving the driver circuit 100b. The GD power supply 110 generates power using the voltage (12V) supplied from the low voltage battery 10 via the controller 100a. Further, a redundant power supply 120 is provided in case the supply from the low voltage battery 10 is stopped. The redundant power supply 120 converts the voltage supplied from the high voltage battery 901 and supplies power to the controller 100a.

放電回路130は、電力変換装置200が停止した際に、装置内の高圧バッテリ901を放電抵抗131で放電し、電圧を安全な値まで低下させるための回路である。HVセンサ回路140は、高圧バッテリ901に接続し、電圧を検知する。検知した情報は、コントローラ100aに送信される。 The discharge circuit 130 is a circuit for discharging the high voltage battery 901 in the device using the discharge resistor 131 when the power conversion device 200 is stopped, and lowering the voltage to a safe value. HV sensor circuit 140 is connected to high voltage battery 901 and detects voltage. The detected information is transmitted to the controller 100a.

以下では、本発明の特徴である電源の構成を示す前に、比較例となる電源構成について説明する。 Below, before showing the configuration of the power supply, which is a feature of the present invention, a power supply configuration as a comparative example will be explained.

図2は、比較例となる電力供給の系統を示している。図1における半導体装置300のスイッチング素子を駆動するゲートドライバ回路は、12Vの低圧バッテリ電源から供給される電源により駆動する。ゲートドライバ回路は、PWM制御に基づく駆動信号をインバータ回路に出力することで、高圧バッテリ電源の直流電力を交流電力に変換してモータに供給したり、逆にモータ回転に基づく回生電力を高圧バッテリ電源に充電したりする。さらに回生エネルギーが大きい状態でコンタクタ902がオフされた場合には、インバータ回路の上アームまたは下アームを全相でオンする三相短絡制御を行い、平滑用コンデンサに過度な電圧が加わることから保護するように、安全制御回路によって制御される。 FIG. 2 shows a power supply system as a comparative example. The gate driver circuit that drives the switching elements of the semiconductor device 300 in FIG. 1 is driven by power supplied from a 12V low-voltage battery power source. By outputting a drive signal based on PWM control to the inverter circuit, the gate driver circuit converts DC power from the high-voltage battery power supply into AC power and supplies it to the motor, or vice versa, converts the DC power from the high-voltage battery power supply into AC power and supplies it to the motor, or conversely, converts the regenerative power based on motor rotation to the high-voltage battery. or charge it to a power source. Furthermore, if the contactor 902 is turned off while the regenerated energy is large, three-phase short-circuit control is performed to turn on the upper arm or lower arm of the inverter circuit in all phases to protect the smoothing capacitor from excessive voltage being applied. controlled by a safety control circuit.

また、放電回路130は、アクティブ放電電源が生成する電源により駆動する。アクティブ放電電源は、低圧バッテリ電源から供給される電圧を昇圧し、高圧回路部にある放電回路を駆動するための電源を供給する。なお、本実施例におけるアクティブ放電電源は、フライバック方式により低圧から高圧に変換する電源回路であるが、電源回路の方式は特にこれに限られる必要はない。また、放電回路による放電動作は、HVセンサ回路140が検出するHV電圧に基づき、制御される。HVセンサ回路の駆動電源も、同じくアクティブ放電電源により供給される。HVセンサ回路が検出したHV電圧検出値は、アイソレータを介して安全制御回路へと出力される。安全制御回路は、HVセンサ回路の検出値をもとに演算を行い、ゲートドライバ回路または放電回路に対して、制御信号を出力する。 Further, the discharge circuit 130 is driven by power generated by an active discharge power source. The active discharge power supply boosts the voltage supplied from the low voltage battery power supply and supplies power for driving the discharge circuit in the high voltage circuit section. Note that although the active discharge power supply in this embodiment is a power supply circuit that converts low voltage to high voltage using a flyback method, the method of the power supply circuit is not particularly limited to this. Further, the discharge operation by the discharge circuit is controlled based on the HV voltage detected by the HV sensor circuit 140. The driving power for the HV sensor circuit is also supplied by the active discharge power supply. The HV voltage detection value detected by the HV sensor circuit is output to the safety control circuit via the isolator. The safety control circuit performs calculations based on the detected value of the HV sensor circuit, and outputs a control signal to the gate driver circuit or the discharge circuit.

例えば、HVセンサ回路による検出したHV電圧値が所定の閾値以上の場合には、放電回路に対して放電を指示する信号を出力し、HV電圧値が所定の閾値を下回った場合には放電を停止するように指示することができる。または、上アーム側または下アーム側のゲートドライバ回路に対して三相短絡の指示を出し、電力変換装置の保護動作を実行する。なお、低圧側に回路に配置される安全制御回路は、ゲートドライバ回路と同じく、低圧バッテリ電源からの供給電源により駆動する。 For example, if the HV voltage value detected by the HV sensor circuit is equal to or higher than a predetermined threshold, a signal instructing the discharge circuit to discharge is output, and if the HV voltage value falls below the predetermined threshold, the discharge is stopped. You can instruct it to stop. Alternatively, a three-phase short-circuit instruction is issued to the gate driver circuit on the upper arm side or the lower arm side, and a protection operation of the power conversion device is executed. Note that the safety control circuit arranged in the circuit on the low voltage side is driven by the power supplied from the low voltage battery power source, similarly to the gate driver circuit.

ここで、12Vの低圧バッテリ電源からの電源供給が喪失した場合、コンタクタ902がオープンされ、高圧バッテリ電源と電力変換装置の間を切り離す保護動作が行われ、その後速やかにアクティブ放電が実行される。アクティブ放電は、放電回路130を制御し、放電抵抗131に電流を流すことで、平滑用キャパシタ500に蓄えられた高電圧を放電するものである。安全上の理由から、例えば5秒以内に60V未満となるように、放電が実行される必要がある。 Here, if the power supply from the 12V low-voltage battery power source is lost, the contactor 902 is opened, a protective operation is performed to disconnect the high-voltage battery power source and the power converter, and then active discharge is immediately performed. Active discharge is to discharge the high voltage stored in the smoothing capacitor 500 by controlling the discharge circuit 130 and causing current to flow through the discharge resistor 131. For safety reasons, the discharge must be carried out such that it is below 60V within 5 seconds, for example.

低圧バッテリ電源の喪失時であっても確実に放電回路130を駆動し保護動作を実行するため、アクティブ放電電源は、冗長電源120からも電源供給されるように構成されている。冗長電源120は、高圧バッテリ901からの電圧、またはコンタクタ902がオープンの場合には平滑用キャパシタ500に残存する電圧を降圧することにより、LV側の電源を供給するものである。なお、本実施形態における冗長電源は、フライバック方式の電源回路により構成される。フライバック型電源回路は、絶縁トランスの一次側巻線に直列に接続されたスイッチング素子を制御ICによってオン・オフ制御することで、トランスに流れる電流を制御し、トランスの二次側回路に電力を伝達する。また、冗長電源のトランスは、3次巻線を備えており、冗長電源が立ち上がり後、電源回路自身の電源を供給し、出力をVCC_FBとして図示している。低圧バッテリ電源喪失時の電源供給の系統は、図3において示される。 In order to reliably drive the discharge circuit 130 and perform the protective operation even when the low-voltage battery power supply is lost, the active discharge power supply is configured to also be supplied with power from the redundant power supply 120. The redundant power supply 120 supplies power on the LV side by stepping down the voltage from the high-voltage battery 901 or the voltage remaining in the smoothing capacitor 500 when the contactor 902 is open. Note that the redundant power supply in this embodiment is configured by a flyback type power supply circuit. A flyback power supply circuit uses a control IC to turn on and off a switching element connected in series to the primary winding of an isolated transformer, thereby controlling the current flowing through the transformer and supplying power to the secondary circuit of the transformer. Communicate. Further, the transformer of the redundant power supply includes a tertiary winding, and after the redundant power supply starts up, it supplies power to the power supply circuit itself, and the output is shown as VCC_FB. The power supply system when low voltage battery power is lost is shown in FIG.

ここで、低圧バッテリ電源からの電源供給がなく、かつコンタクタ902がオープンにより、高圧バッテリ電源901とインバータ200が接続されていない状態において、車両が低速で牽引された場合を考える。牽引が開始されると、モータの回転による誘起電圧が発生し、平滑用キャパシタ500の電圧は、0Vから徐々に上昇する。なお、車両牽引時だけでなく、車両が惰性運転をしている場合や、下り坂などでもモータが回転して誘起電圧を発生させる場合がある。上述した通り、低圧バッテリ電源の失陥時には、冗長電源からの電源供給によりアクティブ放電が実行されるが、平滑用キャパシタ500の電圧がまだ低い状態では、冗長電源120は安定した電力を供給することができない。アクティブ放電電源に十分な電圧が供給できない場合、HVセンサ回路が駆動するのに必要な電源が供給されないため、HVセンサ回路の動作が不安定となり誤動作してしまう可能性がある。安全動作の動作判断基準となるHVセンサ回路が誤作動したことによって、三相短絡が実行されるべき電圧以下でゲートドライブ回路が誤動作し、意図しない電圧の上昇をもたらすおそれがある。 Here, consider a case where the vehicle is towed at low speed in a state where there is no power supply from the low voltage battery power source and the high voltage battery power source 901 and inverter 200 are not connected because the contactor 902 is open. When traction starts, an induced voltage is generated due to the rotation of the motor, and the voltage of the smoothing capacitor 500 gradually increases from 0V. Note that the motor may rotate and generate an induced voltage not only when the vehicle is being towed, but also when the vehicle is coasting or when going downhill. As described above, when the low-voltage battery power supply fails, active discharge is performed by power supply from the redundant power supply, but when the voltage of the smoothing capacitor 500 is still low, the redundant power supply 120 cannot supply stable power. I can't. If a sufficient voltage cannot be supplied to the active discharge power source, the power necessary to drive the HV sensor circuit will not be supplied, so the operation of the HV sensor circuit may become unstable and malfunction. If the HV sensor circuit, which is a criterion for safe operation, malfunctions, the gate drive circuit may malfunction below the voltage at which a three-phase short circuit should be performed, resulting in an unintended voltage increase.

このことについて、図4を用いて詳細を説明する。図4は、低圧バッテリ電源の供給が停止し、かつコンタクタがオープン状態における、低速牽引時の各電源電圧のタイムチャートを示す。 This will be explained in detail using FIG. 4. FIG. 4 shows a time chart of each power supply voltage during low-speed traction when the supply of low-voltage battery power is stopped and the contactor is in an open state.

停止状態から牽引のスピードが上昇すると、モータの回転数(速度)に合わせて、モータの誘起電力によりインバータの電圧平滑用キャパシタの電圧(HVDC)が上昇する。上述の通り、冗長電源120は、HVDCに基づいて、LV電圧を生成(変換)する。HVDCが10Vを超えたあたりから、冗長電源120の制御IC電源へと電圧が入力される。冗長電源120の制御ICの入力電圧が5Vを超えたあたりから、冗長電源120が動作を開始し、LV側の電圧を出力し始める。冗長電源120の出力電圧が立ち上がる過程において、GD電源と、HVセンサ電圧が立ち上がる。 When the speed of traction increases from a stopped state, the voltage (HVDC) of the voltage smoothing capacitor of the inverter increases due to the electromotive force of the motor in accordance with the rotational speed (speed) of the motor. As described above, the redundant power supply 120 generates (converts) the LV voltage based on HVDC. When the HVDC exceeds 10V, voltage is input to the control IC power supply of the redundant power supply 120. When the input voltage of the control IC of the redundant power supply 120 exceeds 5V, the redundant power supply 120 starts operating and starts outputting the voltage on the LV side. In the process of rising the output voltage of the redundant power supply 120, the GD power supply and the HV sensor voltage rise.

HVセンサに入力される電源は、図3のアクティブ放電電源から供給されるが、当該アクティブ放電電源は、入力される電圧、すなわち冗長電源の出力電圧が5Vを超えたあたりから起動し、電圧を出力し始める。なお、図4において斜線でハッチングした領域は、電圧が低いため動作が不安定な領域であることを示している。GD電源は、冗長電源の出力電圧が4Vを超えたあたりから立ち上がる。 The power input to the HV sensor is supplied from the active discharge power supply shown in Fig. 3, but the active discharge power supply starts when the input voltage, that is, the output voltage of the redundant power supply exceeds 5V, and increases the voltage. Start outputting. Note that the hatched area in FIG. 4 indicates an area where the operation is unstable due to low voltage. The GD power supply starts up when the output voltage of the redundant power supply exceeds 4V.

HVセンサ回路の電源は、図4の時刻t4から供給され始め、安定的に動作をすることができる電圧を得られる時刻t5までの期間においては、電源電圧が不足しているため動作が不安定となっている。そのため、この間に三相短絡をすべきとの閾値を超えたとの誤判定が発生する場合がある(安全制御回路は、例えばHVDCが39Vを超えた場合に三相短絡を行うようにゲートドライバ回路を制御する)。誤判定が発生した時点で、GD電源に入力される電圧がある程度まで立ち上がっていた場合、ゲートドライバ回路が三相短絡を実行すべく、インバータ回路の上アームまたは下アームのスイッチング素子に対して駆動信号が出力される。その結果、瞬間的にキャパシタ電圧(HVDC)が跳ね上がってしまい、キャパシタ電圧が60Vを超えてしまうおそれがある。 Power to the HV sensor circuit begins to be supplied from time t4 in FIG. 4, and until time t5 when a voltage that allows stable operation is obtained, operation is unstable due to insufficient power supply voltage. It becomes. Therefore, during this period, an erroneous judgment may occur that a threshold value for a three-phase short circuit has been exceeded (for example, the safety control circuit is configured to control the gate driver circuit so that a three-phase short circuit is performed when the HVDC voltage exceeds 39 V). ). If the voltage input to the GD power supply has risen to a certain level at the time an erroneous determination occurs, the gate driver circuit will drive the switching elements of the upper arm or lower arm of the inverter circuit to perform a three-phase short circuit. A signal is output. As a result, the capacitor voltage (HVDC) may jump up instantaneously, and there is a possibility that the capacitor voltage may exceed 60V.

本発明では、上記の課題への対策として、図5に示す電源構成とした。図2に示す比較例としての電源構成からの変更点として、HVセンサ回路は、LV側からのアクティブ放電電源だけでなく、冗長電源のトランスの3次巻線からの電源供給によっても動作することができるようにした。ここでは、HVセンサ回路の入力段において、アクティブ放電電源と、冗長電源とのいずれかから電源を供給することができるよう、ダイオードを介して接続されている。 In the present invention, as a countermeasure to the above problem, a power supply configuration shown in FIG. 5 is adopted. A change from the comparative example power supply configuration shown in Figure 2 is that the HV sensor circuit operates not only with the active discharge power supply from the LV side, but also with the power supply from the tertiary winding of the transformer of the redundant power supply. I made it possible to do this. Here, the input stage of the HV sensor circuit is connected via a diode so that power can be supplied from either the active discharge power source or the redundant power source.

低圧バッテリ電源が正常に動作している場合は、図2と同様に、アクティブ放電電源を介してHVセンサ回路に電源が供給される(図6を参照)。また、低圧バッテリ電源が喪失している場合であっても、HVDCが十分に安定している場合(HVDC>40V)は、やはり図3と同様、冗長電源からの電力供給により、アクティブ放電電源を介してHVセンサ回路に電力を供給することができる(図7を参照)。 When the low voltage battery power supply is operating normally, power is supplied to the HV sensor circuit via the active discharge power supply, similar to FIG. 2 (see FIG. 6). In addition, even if the low-voltage battery power supply is lost, if the HVDC is sufficiently stable (HVDC>40V), the active discharge power supply can be activated by power supply from the redundant power supply, as in Figure 3. (See FIG. 7).

低圧バッテリ電源からの電源供給がなく、かつコンタクタ902がオープン状態において、車両が低速で牽引された場合は、図4で説明した通り、アクティブ放電電源やゲートドライブ回路への供給電源である冗長電源の出力電圧は、HVDCが約30Vになるまで安定しない。ここで本発明では、冗長電源の3次巻線出力電圧は、時刻t3において5Vに達し比較的早期に安定領域に入ることに着目し、冗長電源の3次巻線の出力電力をHVセンサ回路の電源へ入力する構成とした。この場合のタイムチャートについて図8を用いて説明する。 If the vehicle is towed at low speed with no power supplied from the low-voltage battery power supply and the contactor 902 is open, the redundant power supply that is the active discharge power supply and the power supply to the gate drive circuit, as explained in FIG. The output voltage does not stabilize until HVDC reaches about 30V. Here, in the present invention, focusing on the fact that the output voltage of the tertiary winding of the redundant power supply reaches 5V at time t3 and enters a stable region relatively early, the output power of the tertiary winding of the redundant power supply is applied to the HV sensor circuit. The configuration is such that the input is input to the power supply of the A time chart in this case will be explained using FIG. 8.

図4と同様に、HVDCは牽引動作によって0Vから徐々に上昇する。そして、冗長電源の制御IC電源への入力電圧が5Vを超えたあたりから、冗長電源の3次巻線から電圧が出力され始める。この3次巻線出力電圧は、図5の電源切替回路と示したダイオードを開始、HVセンサ回路に入力される。HVセンサに入力される電源電圧がまだ低い間(5V未満の領域)では、HVセンサ回路の動作は不安定であるため、HVDCの電圧値を誤検知し、三相短絡閾値を超えていると判定してしまう場合がある。しかし、この時点ではまだ、冗長電源から十分な電圧が供給されておらず、GD電源が立ち上がっていない。そのため、HVセンサ回路が三相短絡閾値を超えたと誤検知したとしても、ゲートドライバ回路による三相短絡制御は実行されない。 Similar to FIG. 4, HVDC gradually increases from 0V due to the traction operation. Then, when the input voltage to the control IC power supply of the redundant power supply exceeds 5V, voltage begins to be output from the tertiary winding of the redundant power supply. This tertiary winding output voltage is input to the HV sensor circuit starting from the power supply switching circuit and the diode shown in FIG. While the power supply voltage input to the HV sensor is still low (in the region below 5V), the operation of the HV sensor circuit is unstable, so the HVDC voltage value may be incorrectly detected and the three-phase short circuit threshold may be exceeded. It may be judged. However, at this point, sufficient voltage is not yet supplied from the redundant power supply, and the GD power supply has not started up. Therefore, even if the HV sensor circuit incorrectly detects that the three-phase short circuit threshold has been exceeded, the three-phase short circuit control by the gate driver circuit is not executed.

その後時刻t3以降ではHVセンサ電源には動作するのに十分な電源が供給され、安定動作領域に入る。GD電源の立ち上がりは、HVセンサの動作が安定した後に開始されるため、本発明によれば、三相短絡の誤動作を防止することができる。結果、誤動作による三相短絡は起こらず、60V手前の安全動作が正常に機能する。 After time t3, sufficient power is supplied to the HV sensor power supply for operation, and the sensor enters a stable operation region. Since the GD power source starts rising after the operation of the HV sensor becomes stable, according to the present invention, it is possible to prevent malfunctions due to three-phase short circuits. As a result, three-phase short circuits due to malfunctions do not occur, and safe operation before 60V functions normally.

なお、時刻t5以降は、GD電源に供給される電圧も安定する。すなわち、低圧バッテリ電源が喪失した場合であっても、冗長電源によるバックアップ状態へと正常に移行できたこととなる。モータの回転数が上昇し続け、HVDCが40V付近となったタイミングでは、HVセンサ電源は、正常に三相短絡閾値であることを検出し、ゲートドライバ回路は、三相短絡制御を実行し、HVDCの過度な上昇を防ぐことができる。 Note that after time t5, the voltage supplied to the GD power supply is also stabilized. In other words, even if the low-voltage battery power source is lost, the system can successfully transition to the backup state using the redundant power source. When the motor rotation speed continues to rise and the HVDC reaches around 40V, the HV sensor power supply normally detects that it is at the three-phase short circuit threshold, and the gate driver circuit executes the three-phase short circuit control. Excessive rise in HVDC can be prevented.

以上のように、本発明に係る電力変換装置では、高圧バッテリ電源901からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路300と、低圧バッテリ電源10から供給される電力により動作し、インバータ回路300の駆動を制御するゲートドライバ回路と、高圧バッテリ電源901からの直流電力を変換してゲートドライバ回路に供給することができる冗長電源120と、インバータ回路300に印加される高電圧を検出するHVセンサ回路140と、を備え、HVセンサ回路140は、低圧バッテリ電源からゲートドライバ回路に供給される電圧が所定値以上の場合(低圧バッテリ電源正常時)には、低圧バッテリ電源からアクティブ放電電源を介して供給される電力により動作するとともに、低圧バッテリ電源からゲートドライバ回路に供給される電圧が所定値未満の場合(低圧バッテリ電源喪失時)には、冗長電源120から供給される電力により動作することができるように構成されている。 As described above, the power conversion device according to the present invention operates with the inverter circuit 300 that converts DC power from the high voltage battery power source 901 into AC power, and the power supplied from the low voltage battery power source 10. A gate driver circuit that controls driving, a redundant power supply 120 that can convert DC power from a high-voltage battery power supply 901 and supply it to the gate driver circuit, and an HV sensor circuit that detects the high voltage applied to the inverter circuit 300. 140, when the voltage supplied from the low voltage battery power source to the gate driver circuit is equal to or higher than a predetermined value (when the low voltage battery power source is normal), the HV sensor circuit 140 supplies voltage from the low voltage battery power source via the active discharge power source. It operates on the power supplied, and when the voltage supplied to the gate driver circuit from the low-voltage battery power supply is less than a predetermined value (when the low-voltage battery power supply is lost), it can operate on the power supplied from the redundant power supply 120. It is configured so that it can be done.

さらに、低圧バッテリ電源から供給される電力により動作し、ゲートドライバ回路を制御する安全制御回路は、低圧バッテリ電源から供給される電圧が所定値未満の場合には、冗長電源から供給される電力により動作する。安全制御回路は、HVセンサ回路が検出したHVDCに応じ、ゲートドライバ回路を制御し、三相短絡動作を実行させることができる。 Furthermore, the safety control circuit, which operates with power supplied from the low-voltage battery power supply and controls the gate driver circuit, uses power supplied from the redundant power supply when the voltage supplied from the low-voltage battery power supply is less than a predetermined value. Operate. The safety control circuit can control the gate driver circuit in response to the HVDC detected by the HV sensor circuit to perform a three-phase short circuit operation.

10:低圧バッテリ
20:電流センサ
100a:コントローラ
100b:ドライバ回路
110:GD電源
120:冗長電源(バックアップ電源)
130:放電回路
131:放電抵抗
140:HVセンサ回路(電圧センサ)
200:モータ駆動用電力変換装置
300:電力変換用の半導体装置
500:電圧平滑用キャパシタ
900:モータ
901:高圧バッテリ
902:コンタクタ
10: Low voltage battery 20: Current sensor 100a: Controller 100b: Driver circuit 110: GD power supply 120: Redundant power supply (backup power supply)
130: Discharge circuit 131: Discharge resistance 140: HV sensor circuit (voltage sensor)
200: Power conversion device for motor drive 300: Semiconductor device for power conversion 500: Voltage smoothing capacitor 900: Motor 901: High voltage battery 902: Contactor

Claims (4)

高電圧電源からの直流電力を交流電力に変換してモータに出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路の駆動を制御する駆動回路と、
前記高電圧電源から前記インバータ回路に印加される高電圧を平滑化する平滑用キャパシタと、
前記高電圧電源からの直流電力または前記平滑用キャパシタに蓄積された電力を変換して第1の電源電圧および第2の電源電圧を供給するバックアップ電源回路と、
前記バックアップ電源回路から供給される前記第1の電源電圧または低電圧電源から供給される電圧を昇圧して第3の電源電圧を供給する昇圧回路と、
前記バックアップ電源回路から供給される前記第2の電源電圧または前記昇圧回路から供給される前記第3の電源電圧を選択的に出力する電源切替回路と、
前記電源切替回路から出力される前記第2の電源電圧または前記第3の電源電圧による電力を用いて動作し、前記インバータ回路に印加される高電圧を検出する電圧センサと、
前記駆動回路を制御する制御回路と、を備え、
前記低電圧電源から電圧が供給されておらず、かつ、前記高電圧電源と前記インバータ回路の接続が遮断されている場合に、
前記バックアップ電源回路は、前記平滑用キャパシタに蓄積された電力を用いて、前記第1の電源電圧と、前記第1の電源電圧よりも高い電圧の前記第2の電源電圧とを供給し、
前記電圧センサは、前記電源切替回路から出力される前記第2の電源電圧による電力を用いて動作し、前記モータから前記インバータ回路に印加される誘起電圧を前記高電圧として検出し、
前記駆動回路は、前記第1の電源電圧が所定の第1の電圧値を超えると起動を開始し、
前記制御回路は、前記駆動回路が起動済みであり、かつ、前記電圧センサにより検出された前記誘起電圧が所定値以上の場合に、前記駆動回路を制御して前記インバータ回路の三相短絡制御を行う電力変換装置。
an inverter circuit that converts DC power from a high-voltage power supply into AC power and outputs it to the motor;
a drive circuit that controls driving of the inverter circuit;
a smoothing capacitor that smoothes the high voltage applied to the inverter circuit from the high voltage power supply;
a backup power supply circuit that converts DC power from the high voltage power supply or power accumulated in the smoothing capacitor to supply a first power supply voltage and a second power supply voltage;
a booster circuit that boosts the first power supply voltage supplied from the backup power supply circuit or the voltage supplied from the low voltage power supply to supply a third power supply voltage;
a power supply switching circuit that selectively outputs the second power supply voltage supplied from the backup power supply circuit or the third power supply voltage supplied from the booster circuit;
a voltage sensor that operates using power from the second power supply voltage or the third power supply voltage output from the power supply switching circuit and detects a high voltage applied to the inverter circuit;
A control circuit that controls the drive circuit,
When no voltage is supplied from the low voltage power supply and the connection between the high voltage power supply and the inverter circuit is cut off,
The backup power supply circuit uses power stored in the smoothing capacitor to supply the first power supply voltage and the second power supply voltage higher than the first power supply voltage,
The voltage sensor operates using power from the second power supply voltage output from the power supply switching circuit, and detects an induced voltage applied from the motor to the inverter circuit as the high voltage ;
The drive circuit starts activation when the first power supply voltage exceeds a predetermined first voltage value,
The control circuit controls the drive circuit to perform three-phase short circuit control of the inverter circuit when the drive circuit has been activated and the induced voltage detected by the voltage sensor is equal to or higher than a predetermined value. power conversion equipment .
請求項に記載の電力変換装置において、
前記電圧センサは、前記第2の電源電圧が前記第1の電圧値よりも大きい所定の第2の電圧値に達すると、安定動作状態に移行する電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1 ,
The voltage sensor is a power conversion device that shifts to a stable operating state when the second power supply voltage reaches a predetermined second voltage value that is larger than the first voltage value.
請求項またはに記載の電力変換装置において、
前記昇圧回路は、前記第1の電源電圧が前記第1の電圧値よりも大きい所定の第3の電圧値を超えると起動を開始する電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1 or 2 ,
The booster circuit is a power conversion device that starts activation when the first power supply voltage exceeds a predetermined third voltage value that is larger than the first voltage value.
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記高電圧電源と前記インバータ回路の間に前記平滑用キャパシタと並列に接続された放電抵抗と、
前記放電抵抗に電流を流して前記平滑用キャパシタを放電させる放電回路と、を備え、
前記放電回路は、前記昇圧回路から供給される前記第3の電源電圧による電力を用いて駆動する電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
a discharge resistor connected in parallel with the smoothing capacitor between the high voltage power supply and the inverter circuit;
a discharge circuit that causes a current to flow through the discharge resistor to discharge the smoothing capacitor,
The discharge circuit is a power conversion device that is driven using power from the third power supply voltage supplied from the booster circuit.
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