功率轉(zhuǎn)換裝置及其故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換裝置及其故障診斷方法，特別涉及向多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供電力或?qū)碜远嘞嘈D(zhuǎn)電機(jī)的感應(yīng)電壓進(jìn)行整流的功率轉(zhuǎn)換裝置及其故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]專利文獻(xiàn)I中，提出了高精度地檢測(cè)出全波整流電路的二極管的短路故障的方法。具體而言，將任意的交流端子與電壓源或電流源連接，根據(jù)交流端子的電壓值或電流值來判定異常。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本專利第4385068號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0004]專利文獻(xiàn)I中，在沒有電流從故障檢測(cè)端子(P端子)流向電樞繞組時(shí)判定為正常，因此，在從故障檢測(cè)端子(P端子)到電樞繞組的路徑斷路的情況下，存在如下問題:不僅無法檢測(cè)出斷路，還無法檢測(cè)出全波整流電路的短路故障，也無法檢測(cè)出電樞繞組的接電源及接地。
[0005]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于獲得一種不會(huì)有大電流流過，而能檢測(cè)出多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的接電源故障、接地故障及斷路故障的功率轉(zhuǎn)換裝置及其故障診斷方法。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明為一種功率轉(zhuǎn)換裝置，將由功率半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連接而構(gòu)成上下橋臂的多個(gè)相橋式電路并聯(lián)連接，并將所述相橋式電路的兩端與能充放電的直流電源相連接，所述相橋式電路的上下橋臂的所述功率半導(dǎo)體開關(guān)元件彼此的連接點(diǎn)與多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的交流端子相連接，進(jìn)行交流一直流電力轉(zhuǎn)換或直流一交流電力轉(zhuǎn)換，其特征在于，包括:內(nèi)部電源電路；將所述功率半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通或截止的驅(qū)動(dòng)電路；將所述內(nèi)部電源電路的輸出端和所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的I個(gè)交流端子連接，使恒流從所述內(nèi)部電源電路的輸出端向所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的該交流端子流過的吐出型恒流電路；與所述吐出型恒流電路串聯(lián)連接，防止從所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的交流端子向所述內(nèi)部電源電路的逆流電流的防逆流二極管；將未與所述吐出型恒流電路連接的所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的其它交流端子連接至所述直流電源的陰極電位的下拉電阻；檢測(cè)所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的相電壓的相電壓檢測(cè)部；及基于所述相電壓檢測(cè)部檢測(cè)出的各相的相電壓來判定所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的接電源故障、接地故障及斷路故障的故障判定部，所述故障判定部在所述功率半導(dǎo)體開關(guān)元件全部為截止?fàn)顟B(tài)、且所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組中未產(chǎn)生感應(yīng)電壓的狀態(tài)下，在所有的相電壓實(shí)質(zhì)上與所述直流電源的陽極電位相等時(shí)判定為接電源故障，在所有的相電壓實(shí)質(zhì)上與所述直流電源的陰極電位相等時(shí)判定為接地故障，在所有的相電壓實(shí)質(zhì)上不為同電位時(shí)判定為斷路故障。
發(fā)明效果
[0007]本發(fā)明為一種功率轉(zhuǎn)換裝置，將由功率半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連接而構(gòu)成上下橋臂的多個(gè)相橋式電路并聯(lián)連接，并將所述相橋式電路的兩端與能充放電的直流電源相連接，所述相橋式電路的上下橋臂的所述功率半導(dǎo)體開關(guān)元件彼此的連接點(diǎn)與多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的交流端子相連接，進(jìn)行交流一直流電力轉(zhuǎn)換或直流一交流電力轉(zhuǎn)換，其特征在于，包括:內(nèi)部電源電路；將所述功率半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通或截止的驅(qū)動(dòng)電路；將所述內(nèi)部電源電路的輸出端和所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的I個(gè)交流端子連接，使恒流從所述內(nèi)部電源電路的輸出端向所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的該交流端子流過的吐出型恒流電路；與所述吐出型恒流電路串聯(lián)連接，防止從所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的交流端子向所述內(nèi)部電源電路的逆流電流的防逆流二極管；將未與所述吐出型恒流電路連接的所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的其它交流端子連接至所述直流電源的陰極電位的下拉電阻；檢測(cè)所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的相電壓的相電壓檢測(cè)部；及基于所述相電壓檢測(cè)部檢測(cè)出的各相的相電壓來判定所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組的接電源故障、接地故障及斷路故障的故障判定部，所述故障判定部在所述功率半導(dǎo)體開關(guān)元件全部為截止?fàn)顟B(tài)、且所述多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組中未產(chǎn)生感應(yīng)電壓的狀態(tài)下，在所有的相電壓實(shí)質(zhì)上與所述直流電源的陽極電位相等時(shí)判定為接電源故障，在所有的相電壓實(shí)質(zhì)上與所述直流電源的陰極電位相等時(shí)判定為接地故障，在所有的相電壓實(shí)質(zhì)上不為同電位時(shí)判定為斷路故障，因此，不會(huì)有大電流流過，而能檢測(cè)出多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的接電源故障、接地故障及斷路故障。
【附圖說明】
[0008]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置中的故障判定部11的動(dòng)作的流程圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的功率轉(zhuǎn)換裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖8是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式4的功率轉(zhuǎn)換裝置中的故障判定部11的動(dòng)作的流程圖。
圖9A是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率轉(zhuǎn)換裝置中的故障判定部11的動(dòng)作的流程圖。
圖9B是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式5的功率轉(zhuǎn)換裝置中的故障判定部11的動(dòng)作的流程圖。
圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下，將本發(fā)明的實(shí)施方式與附圖一起進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，各圖中的相同標(biāo)號(hào)表不相同的部分。
[0010]實(shí)施方式I
圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，功率轉(zhuǎn)換裝置I將由2個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)元件2串聯(lián)連接而構(gòu)成上下橋臂的相橋式電路以預(yù)先設(shè)定的個(gè)數(shù)(圖1中為3個(gè))并聯(lián)連接，并將上述相橋式電路的兩端(I對(duì)的端)與能充放電的直流電源3相連接，構(gòu)成上述相橋式電路的功率半導(dǎo)體開關(guān)元件2彼此的連接點(diǎn)分別與多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的各相的電樞繞組的交流端子相連接，在內(nèi)部電源電路6與直流電源3之間進(jìn)行交流一直流電力轉(zhuǎn)換或直流一交流電力轉(zhuǎn)換。
[0011]另外，圖1中，作為多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4，以3相的旋轉(zhuǎn)電機(jī)為例來示出。因此，以下，將多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4設(shè)為3相的旋轉(zhuǎn)電機(jī)來進(jìn)行說明。然而，本發(fā)明并不限于此情況，也可使多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的相數(shù)為2或6等，或者，也可利用星型接線的旋轉(zhuǎn)電機(jī)來作為多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4。
[0012]功率轉(zhuǎn)換裝置I包括6個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)元件2、驅(qū)動(dòng)電路5、內(nèi)部電源電路6、吐出型恒流電路7、防逆流二極管8、下拉電阻9、相電壓檢測(cè)部10及故障判定部11。
[0013]驅(qū)動(dòng)電路5使6個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)元件2分別導(dǎo)通或截止。
內(nèi)部電源電路6從輸出端6a輸出預(yù)先設(shè)定的電壓。
吐出型恒流電路7與內(nèi)部電源電路6的輸出端6a連接，從內(nèi)部電源電路6的輸出端6a向多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組的任意I個(gè)交流端子流過恒流。
防逆流二極管8連接在吐出型恒流電路7與多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組的交流端子之間，防止從多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組的交流端子向內(nèi)部電源電路6的逆流電流。
下拉電阻9將未與吐出型恒流電路7連接的多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組的其它2個(gè)交流端子分別連接到直流電源3的陰極電位。
相電壓檢測(cè)部10檢測(cè)多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組的相電壓。
故障判定部11基于由相電壓檢測(cè)部10檢測(cè)出的多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的各相的相電壓的值，判定多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組的接電源故障(power fault或line_to-powerfault)、接地故障(earth fault, ground fault 或 line-to-ground fault)及斷路故障(open fault)。
[0014]此處，接電源故障是指多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組與直流電源3之間的絕緣極度下降，它們之間由電弧或?qū)w連接。例如，可舉出布線接觸直流電源3的陽極端子(電源線)的情況等作為示例。若發(fā)生接電源故障，則多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的所有相電壓實(shí)質(zhì)上與直流電源3的陽極電位相等。此處所說的實(shí)質(zhì)上意味著即使減去相電壓檢測(cè)部10的檢測(cè)誤差，多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的相電壓也與直流電源3的陽極電位相等。
此處，接地故障是指多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組與接地端子之間的絕緣極度下降，它們之間由電弧或?qū)w連接。例如，可舉出布線接觸地線的情況等作為示例。若發(fā)生接地故障，則多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的所有相電壓實(shí)質(zhì)上與直流電源3的陰極電位相等。此處所說的實(shí)質(zhì)上意味著即使減去相電壓檢測(cè)部10的檢測(cè)誤差，多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的相電壓也與直流電源3的陰極電位相等。
斷路故障是指多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組的布線的一部分?jǐn)嗦?。若發(fā)生斷路故障，則多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的所有相電壓實(shí)質(zhì)上不再是同電位。此處所說的實(shí)質(zhì)上意味著即使減去相電壓檢測(cè)部10的檢測(cè)誤差，多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的所有相電壓也彼此為同電位。
[0015]另外，圖1中，功率半導(dǎo)體開關(guān)元件2例如由MOSFET或IGBT等構(gòu)成。
直流電源3例如一般用作為汽車用電源，由鉛蓄電池、鋰離子電池、或雙電層電容器等構(gòu)成。
驅(qū)動(dòng)電路5例如由電荷泵電路或自舉電路的使用了驅(qū)動(dòng)電源的推拉型預(yù)驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成。
內(nèi)部電源電路6例如由DCDC轉(zhuǎn)換器、串聯(lián)調(diào)節(jié)器或恒壓二極管等構(gòu)成。
吐出型恒流電路7例如由恒流二極管、或電流鏡像電路等使用了晶體管的恒流電路構(gòu)成。
相電壓檢測(cè)部10例如由晶體管或使用了運(yùn)算放大器的差動(dòng)放大電路等構(gòu)成。
[0016]對(duì)設(shè)定吐出型恒流電路7的恒流值的方法進(jìn)行說明。在因鹽水、泥水導(dǎo)致從多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組向直流電源3的陰極電位發(fā)生了泄漏的情況下，必須將此時(shí)的多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的相電壓與直流電源3的陰極電位區(qū)分判別，因此，在多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的相電壓與直流電源3的陰極電位之間需要有電位差。例如在設(shè)所假定的漏電阻的最小值為100 Ω，可與接地故障區(qū)分判別的電位差為IV時(shí)，根據(jù)歐姆定律，吐出型恒流電路7的恒流值為1mAo本實(shí)施方式中，使用吐出型恒流電路7來使恒流流過，因此，即使因鹽水、泥水導(dǎo)致從多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組向直流電源3的陰極電位發(fā)生了泄漏，也能避免接地故障的誤判定。
[0017]對(duì)下拉電阻9的電阻值的設(shè)定方法進(jìn)行說明。考慮多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的電樞繞組的接電源故障或構(gòu)成上橋臂的功率半導(dǎo)體開關(guān)元件2的短路故障導(dǎo)致多相旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的相電壓上升到直流電源3的陽極電壓，來設(shè)定下拉電