电力变换装置、电动动力转向系统、电动汽车、电子控制节流阀、电动制动器制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电力变换装置、电动动力转向系统、电动汽车、电子控制节流阀、电动制动器。除了构成逆变器的MOSFET的短路故障外，在相输出线中的任一个被接地短路/接电源短路的情况下，为了不会使电动机进行再生制动，电力变换装置所具备的半导体开关元件中，与半导体开关元件并联连接的二极管中的至少一个在电源与地线之间的电流路径中按照与其他二极管相反的方向被连接，并且二极管中的至少一个在电动机的输出与电源之间的电流路径以及电动机的输出与地线之间的电流路径中按照与其他二极管相反的方向被连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力变换装置、电动动力转向系统、电动汽车、电子控制节流阀、电动制动器
本专利技术涉及使用半导体开关元件对从电源供给的电力进行变换的电力变换装置。
技术介绍
随着控制的自动化的发展，对电子控制装置的安全性及可靠性的要求正在变高。为了确保电子控制装置的安全性，要求在发生异常时立刻检测该异常并停止动作。在发生异常时为了切离装置，大多情况下使用继电器。例如，在发生异常时，有时通过继电器来切断主电源。在电动机驱动装置(尤其是电动动力转向装置)中，发生异常时，有时通过继电器切断对电动机的驱动电流输出(相输出)。另一方面，正在推进将上述的继电器替换为半导体元件，从而来实现高可靠性、长寿命化、小型化、保护动作的高速化。下述专利文献1公开了，在电动动力转向系统中，对电力变换器的相输出插入MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)，当发生异常时使MOSFET截止，从而切离电动机与逆变器的技术。下述专利文献2的图4公开了，在电源与电力变换器之间设置成使二极管的朝向相互成为相反方向(具体而言是电流的通过方向互相朝向外侧)来配置2个MOSFET的技术。在将MOSFET用作继电器的情况下，即使在MOSFET截止的状态下，因MOSFET的寄生二极管，会有电流流过。因此，在专利文献2中将2个MOSFET串联连接成了寄生二极管的朝向相互成为相反方向(具体而言是电流的通过方向互相朝向外侧或内侧)。下述专利文献3(图2)公开了通过继电器切断电荷泵电源来可靠地使MOSFET截止的技术。在先技术文献专利文献专利文献1：JP特开2009-274686号公报专利文献2：JP特开平10-167085号公报专利文献3：JP特开2011-109779号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在上述专利文献1记载的技术中，通过半导体元件切断电力变换器的相输出，从而在构成逆变器的MOSFET的短路故障等发生了异常时，从逆变器切离电动机来停止对电动机的驱动，由此能够防止危险的举动。但是，还需要考虑相输出线被接地短路(shortcircuittoGND)的情况。在作为继电器而使用MOSFET的情况下，即使在MOSFET截止的状态下，因寄生二极管的存在而有电流流过，因此在专利文献1的比FET7～9更靠电动机侧的相输出线的任一个被接地短路的情况下，在未被接地短路的剩下的2相中，形成从FET4→FET7、FET5→FET8、FET6→FET9中的任一个经由电动机的绕组而到达接地短路点(ground)的电流路径(闭合电路)。即，沿着该电流路径而有电动机再生的电流流过，所以电动机受到再生制动，因此会显著妨碍基于人力的操舵。另外，在使插入至相输出的FET7～9的方向相反时，若相输出线的任一个发生接电源短路(shortcircuittoVB)，则产生同样的现象，这种情况没有改变。在上述专利文献2记载的技术中，在产生了与上述相同的接地短路故障时也会产生同样的问题。如专利文献3所记载的那样，还考虑了以机械方式通过继电器断开电源的情形，但因为设置机械方式的继电器，存在高可靠性、长寿命化、小型化、保护动作的高速化等方面的问题。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，目的在于，除了在构成逆变器的MOSFET的短路故障外，在相输出线的任一个被接地/接电源短路的情况下，也能够不会对电动机进行再生制动。用于解决问题的手段本专利技术涉及的使用多个半导体开关元件来将从电源供给的电力变换为电动机的驱动电流的电力变换装置所具备的各半导体开关元件中，与各半导体开关元件并联连接的二极管，在电源与地线之间的电流路径中至少1个二极管以相反方向与其他二极管连接，并且在电动机的绕组与电源之间的电流路径以及所述电动机的相输出与地线之间的电流路径中至少1个二极管以相反方向与其他二极管连接。专利技术效果根据本专利技术的电力变换装置，将机械方式的继电器替换成半导体元件来提高了性能的同时能够提高相对于短路故障的安全性。附图说明图1是实施方式1的电力变换装置1000的电路图。图2是表示图1的变形例的图。图3是将图2所示的电路图中的三相逆变器的一部分简化成电路网X的图。图4是表示将在电路网X之外配置的二极管的朝向设置成与图2相反的朝向的变形例的图。图5是将图4所示的电路中的三相逆变器的一部分简化成电路网X的图。图6是表示将图5的第3MOSFET3兼用为升压电路20的构成要素的电路结构的图。图7是说明图6所示的电路的动作的时序图。图8是实施方式2的电力变换装置1000的电路图。图9是实施方式3的电力变换装置1000的电路图。图10是表示除了图2所示的电路结构外还附加了用于切断所有电流的第5MOSFET5的电路结构的图。图11是将图10所示的电路中的三相逆变器的一部分简化为电路网X的图。图12是表示除了图4所示的电路结构外还附加了用于切断所有电流的第5MOSFET5的电路结构的图。图13是表示图12的变形例的图。图14是表示图12的变形例的图。图15是表示除了图8所示的电路结构外还附加了用于切断所有电流的第5MOSFET5a的电路结构的图。图16是表示除了图9所示的电路结构外还附加了用于切断所有电流的第5MOSFET5a和5b的电路结构的图。图17是表示比较实施方式4中说明的用于切断所有电流所需的MOSFET的个数和在实施方式1～3中说明的MOSFET的个数的表的图。图18是实施方式5的电动动力转向系统2000的结构图。图19是实施方式6的电动汽车3000的结构图。图20是实施方式7的电子控制节流阀4000的结构图。图21是实施方式8的电动制动器5000的结构图。图22是表示实施方式9的电力变换装置1000中的PWM定时器10周边的电路结构的图。图23是表示图22所示的电路结构的动作的时序图。图24是表示图22的变形例的图。图25是表示图24所示的电路结构的动作的时序图。图26是带电荷泵的预驱动器6的电路图。图27是表示由微型处理器100生成交变信号7的结构例的图。图28是表示比较器110生成交变信号7的结构例的图。图29是表示FS-AND120生成交变信号7的结构例的图。图30是表示由PWM定时器10控制带电荷泵的预驱动器6的结构例的图。图31是表示将AND130的输出设为OUT_EN或POW_EN的结构例的图。图32是表示组合了交变信号的FS-AND、输出控制信号的AND、及所有电流控制信号的AND的结构例的图。图33是表示实施方式10的电力变换装置1000中的带电荷泵的预驱动器6周边的电路结构的图。图34是表示作为过电流检测电路63而具备通过PNP晶体管Q检测MOSFET5的漏极-源极间的电位差的电路结构的结构例的图。图35是对驱动2相电动机或直流电动机时的所需的MOSFET的个数进行比较的表。图36是图8的电力变换装置1000的其他电路图。图37是图15的电力变换装置1000的其他电路图。图38是在电动机的中性点侧追加了第3MOSFET组的电路图。图39是在图38的电路中附加了用于切断所有电流的第5MOSFET5的电路图。图40是在电动机的中性点侧追加了第4MOSFET组的电路图。图41是在图40的电路中附加了用于切断所有电流的第5MOSFE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变换装置，其使用多个半导体开关元件将从电源供给的电力变换为电动机的驱动电流，该电力变换装置的特征在于，各所述半导体开关元件中，与各所述半导体开关元件并联连接的二极管中的至少一个在所述电源与地线之间的电流路径中按照与其他二极管相反的方向被连接，进一步地，所述二极管中的至少一个在所述电动机的绕组与所述电源之间的电流路径、以及所述电动机的相输出与地线之间的电流路径中按照与其他二极管相反的方向被连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.22 JP 2012-0662461.一种电力变换装置，其使用多个半导体开关元件将从电源供给的电力变换为电动机的驱动电流，该电力变换装置的特征在于，各所述半导体开关元件中，与各所述半导体开关元件并联连接的二极管中的至少一个在所述电源与地线之间的电流路径中按照与所述电源与地线之间的电流路径中的其他二极管相反的方向被连接，进一步地，所述二极管中的至少一个在所述电力变换装置的相输出与所述电源之间的电流路径、以及所述电力变换装置的相输出与地线之间的电流路径中按照与所述电动机的绕组和所述电源之间的电流路径、以及所述电动机的相输出和地线之间的电流路径中的其他二极管相反的方向被连接，在所述电力变换装置的相输出与所述电源之间配置第1所述半导体开关元件，在所述电力变换装置的相输出与地线之间配置第2所述半导体开关元件，在所述电源与所述电力变换装置的相输出之间与所述第1所述半导体开关元件串联地配置第3所述半导体开关元件，在所述电动机的相输出与所述电力变换装置的相输出之间配置第4所述半导体开关元件，所述第3半导体开关元件将与所述第3半导体开关元件并联连接的二极管连接在使电流流向所述电动机的方向上，所述第4半导体开关元件将与所述第4半导体开关元件并联连接的二极管连接在使来自所述电动机的再生电流流过的方向上。2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述第3半导体开关元件构成为比所述电力变换装置配置在更靠所述电源侧的升压电路所具备的半导体开关元件。3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，在所述电力变换装置的相输出与所述电源之间配置第1所述半导体开关元件，在所述电力变换装置的相输出与地线之间配置第2所述半导体开关元件，在所述电力变换装置的相输出与所述电动机的相输出之间配置第3所述半导体开关元件，在所述电力变换装置的相输出与地线之间与所述第2所述半导体开关元件串联地配置第4所述半导体开关元件，所述第3半导体开关元件将与所述第3半导体开关元件并联连接的二极管连接在使电流流向所述电动机的方向上，所述第4半导体开关元件将与所述第4半导体开关元件并联连接的二极管连接在使电流流向地线的方向上。4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，在所述电力变换装置的相输出与所述电源之间配置第1所述半导体开关元件，在所述电力变换装置的相输出与地线之间配置第2所述半导体开关元件，在所述电力变换装置的相输出与所述电动机的相输出之间配置第3所述半导体开关元件，在所述电力变换装置的相输出与所述电动机的相输出之间与所述第3所述半导体开关元件串联地配置第4所述半导体开关元件，按照使与所述第3半导体开关元件并联连接的二极管和与所述第4半导体开关元件并联连接的二极管成为反向的方式来连接所述第3半导体开关元件以及所述第4半导体开关元件。5.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述电力变换装置具备第5所述半导体开关元件，所述第5所述半导体开关元件将与所述第5半导体开关元件并联连接的二极管连接在切断从所述电源沿着朝向所述电力变换装置的方向流动的电流的方向上。6.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述电力变换装置具备控制电路，该控制电路在所述电力变换装置中发生了异常时，将所述第3半导体开关元件和所述第4半导体开关元件切换为截止。7.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述多个半导体开关元件中的至少1个通过由升压电路升压后的所述电源的电压来控制栅极端子，所述升压电路根据输入的交变信号来工作。8.根据权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于，所述电力变换装置具备微型处理器，该微型处理器控制所述第1半导体开关元件和所述第2半导体开关元件，所述微型处理器输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：金川信康，小林良一，小关知延，矢次富美繁，
申请(专利权)人：日立汽车系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP