电力变换装置、电动助力转向系统、电动汽车、电子控制节气门、电动制动器

摘要

第1目的是，在发生故障时分离发生了故障的相，实现将驱动电路连接到应驱动的电动机端子的单元的高可靠性、长寿命化、小型化、保护动作的高速化。为此，在本发明中，在与4相电动机或3相电动机的各相以及中性点连接的电力变换装置中，作为分离发生了故障的相，将驱动电路连接到应驱动的电动机端子的单元使用半导体元件。并且，第2目的是，在进行上述单元的半导体化时，除了构成逆变器的MOSFET的短路故障外，相输出线中的任意一个发生接地故障/接电源故障的情况下，不对电动机进行再生制动地切断该输出。为此，在本发明中，以不形成电源和接地点间的电流路径的方向连接与半导体开关元件并联连接的二极管，并且，以不形成电动机的线圈和电源间的电流路径以及电动机的线圈和接地点间的电流路径的方向连接二极管。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用半导体开关元件来对从电源供给的电力进行变换的 电力变换装置。

背景技术

控制的自动化推进，针对电子控制装置的安全性和可靠性的要求变高。为 了确保电子控制装置的安全性，要求在异常发生时立即检测出该异常并停止动 作。为了在发生异常时分离装置，大多情况下使用继电器。例如，在发生异常 时，有时通过继电器切断主电源。在电动机驱动装置(尤其在电动助力转向) 中，在发生异常时有时通过继电器切断针对电动机的驱动电流输出(相输出)。

另一方面，将上述的继电器置换成半导体元件来谋求高可靠性、长寿命化、 小型化、保护动作的高速化也得到了推进。

在下述专利文献1中公开了如下的技术：在电动助力转向系统中，向电力 变换器的相输出插入MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应管)，在发生异常时，通过将MOSFET设 为断开来分离电动机和逆变器。

在下述专利文献2的图4中公开了如下的技术：在电源和电力变换器之间， 以二极管的方向相互成相反方向(具体而言，电流的通过方向相互朝外)的方 式配置2个MOSFET。在将MOSFET用作继电器的情况下，即使MOSFET 处于断开状态，也因MOSFET的寄生二极管流过电流。因此，在专利文献2 中，以寄生二极管的方向相互成相反方向(具体而言，电流的通过方向相互朝 外或朝内)的方式串联连接有2个MOSFET。

下述专利文献3(图2)公开了通过继电器切断电荷泵电源而使MOSFET 可靠地断开的技术。

此外，不仅要求为了安全在发生故障时使动作可靠地停止，还要求在确保 安全性的基础之上继续进行动作。随着电动助力转向系统的性能提高，还能够 应用于重量更大的大型车中，若在发生故障时使动作停止，则需要人力的大操 舵力，因此即使在发生故障时也需要在确保安全性的基础之上使动作继续。

在下述专利文献4中公开了如下的方法：在电动助力转向中，在星形接线 的三相无刷电动机中，在一相中发生了异常时，控制剩余两相的驱动电流的大 小和方向，使在电动机内部产生的磁场向量旋转。并且，在下述专利文献5 中公开了对包含中性点合计4组的电桥进行了模块化的安装方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-274686号公报

专利文献2：日本特开平10-167085号公报

专利文献3：日本特开2011-109779号公报

专利文献4：日本特开2007-99066号公报

专利文献5：日本特开2013-74712号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述专利文献1所记载的技术中，通过半导体元件切断电力变换器的相 输出，由此，在发生构成逆变器的MOSFET的短路故障等异常时，能够将电 动机从逆变器分离来停止向电动机的驱动，防止危险的举动。但是，对于相输 出线接地的情况，需要进一步考虑。

将MOSFET用作继电器的情况下，即使MOSFET处于断开状态，也由于 寄生二极管流过电流，因此，因专利文献1的FET7～9电动机侧的相输出线中 的某一个接地的情况下，在没有接地的剩余两相中，形成从FET4→FET7、 FET5→FET8、FET6→FET9的某一个经由电动机的线圈到接地点(ground) 的电流路径(闭合电路)。即，按照该电流路径流过由电动机再生的电流，由 此，电动机受到再生制动，因此明显阻碍人力操舵。另外，即使将插入到相输 出中的FET7～9的方向设为相反的情况下，只要相输出线中的某一个发生接电 源，则也会发生同样的现象。

在上述专利文献2所记载的技术中，若发生与上述同样的接地故障，则发 生同样的课题。如专利文献3所记载的那样，还考虑通过机械继电器切断电源， 但若设置机械继电器，则在高可靠性、长寿命化、小型化、保护动作的高速化 等观点存在课题。

在上述专利文献5所记载的技术中，包含中性点的所有相始终与电动机连 接，在发生故障时的该相的分离等观点存在课题。在故障相的上支路或下支路 发生了短路故障的情况下，该相的总输出成为保持与电源或地电位连接的状态， 在能够驱动的磁场向量的范围内受到制约，难以使磁场向量旋转。

在上述专利文献4所记载的技术中，为了在发生故障时分离该相，将驱动 电路连接到中性点而使用继电器，但在高可靠性、长寿命化、小型化、保护动 作的高速化等观点存在课题。

本发明是鉴于上述课题而提出的，其第1目的是在发生故障时分离该相， 将驱动电路连接到应驱动的电动机端子的单元的高可靠性、长寿命化、小型化、 保护动作的高速化。

并且，其第2目的是在发生故障时分离该相，将驱动电路连接到应驱动的 电动机端子的单元的半导体化时，除了构成逆变器的MOSFET的短路故障外， 在相输出线的任意一个发生接地/接电源的情况下，也不使电动机进行再生制 动，切断该输出。

用于解决课题的手段

为了实现本发明的第1目的，在本发明的电力变换装置中，作为与四相电 动机或三相电动机的各相以及中性点连接，分离该相并将驱动电路连接到应驱 动的电动机端子的单元，使用半导体元件。

并且，为了实现本发明的第2目的，本发明的电力变换装置所具备的半导 体开关元件，以不形成电源和接地点间的电流路径的方向(即，与至少1个半 导体开关元件并联连接的二极管与其他二极管是反方向)连接与半导体开关元 件并联连接的二极管，并且，以不形成电动机的线圈和电源间的电流路径以及 电动机的线圈和接地点间的电流路径的方向连接二极管。

发明效果

根据本发明的电力变换装置，即使发生了故障也能够继续动作。将在发生 故障时分离该相，将驱动电路连接到应驱动的电动机端子的单元置换成半导体 元件来提高性能，并且能提高针对短路故障的安全性。

附图说明

图1是本发明的基本的实施例。

图2是为了说明而将图1所示的电路图中的三相逆变器的一部分简化为电 路网X1的图。

图3是表示将配置于电路网X外的二极管的方向设为与图2相反方向的 变形例的图。

图4是为了说明而将图1所示的电路图中的三相逆变器的一部分简化为电 路网X2的图。

图5是为了说明而将图4所示的电路图中的三相逆变器的一部分简化为电 路网X2的图。

图6是表示将配置于电路网X2外的二极管的方向设为与图2相反方向的 变形例的图。

图7是表示将图6的第3MOSFET3兼用作升压电路20的构成要素的电路 结构的图。

图8是说明图7所示的电路的动作的时序图。

图9是驱动四相电动机的实施例。

图10是在中性点插入了半导体继电器的实施例。

图11是在中性点插入了半导体继电器的实施例。

图12是将半导体开关元件串联插入到逆变器中的实施例。

图13是将半导体开关元件串联插入到相输出的实施例。

图14是使用了本发明的电动助力转向系统的结构图。

图15是使用了本发明的电动汽车的结构图。

图16是使用了本发明的电子控制节气门的结构图。

图17是使用了本发明的电动制动器的结构图。

图18是表示实际PWM计时器10周边的电路结构的图。

图19是表示图14所示的电路结构的动作的时序图。

图20是表示图14的变形例的图。

图21是表示图16所示的电路结构的动作的时序图。

图22是带有电荷泵的前置驱动器6的电路图。

图23是表示通过微处理器100生成交变信号7的结构例的图。

图24是表示比较器110生成交变信号7的结构例的图。

图25是表示FS-AND120生成交变信号7的结构例的图。

图26是表示通过PWM计时器10控制带有电荷泵的前置驱动器6的结构 例的图。

图27是表示将AND130的输出设为OUT_EN或POW_EN的结构例的图。

图28是表示组合交变信号的FS-AND、输出控制信号的逻辑积(AND) 以及全电流控制信号的逻辑积(AND)而得的结构例的图。

图29是表示在每个相组合OUT_EN、POW_EN以及表示微处理器100为 正常的信号7’的逻辑积(AND)而得的结构例的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施例进行说明。在以下的说明中，在各 MOSFET群内对每相设置MOSFET的情况下附加表示各相的标注，不对每相 设置MOSFET而设为1个的情况下省略标注。

<实施方式1>

图1是本发明的实施方式1的电力变换装置1000的电路图。电力变换装 置1000是将从电源供给的电力变换为电动机8的驱动电流的装置，为第 1MOSFET群1u～1w、1n、第2MOSFET群2u～2w、2n、第3MOSFET群3u～3w、 3n、第4MOSFET4(或第4MOSFET群4u～4w、4n)。

第1MOSFET群1u～1w、1n是构成三相(或四相)逆变器的上支路的半 导体开关元件群。标注u～w分别对应于电动机的U相～W层。并且，标注n 相当于三相电动机中的中性点，或相当于四相电动机中的第四相。在以下的说 明中也相同。第2MOSFET群2u～2w、2n是构成三相(或四相)逆变器的下 支路的半导体开关元件群。

第3MOSFET群3u～3w、3n被连接到电力变换装置1000的各相输出和电 动机8的各相输出之间。在向电动机8供给电流的方向连接与第3MOSFET群 3u～3w、3n并联连接的寄生二极管。

在电力变换装置1000的各相输出和接地点之间串联连接第4MOSFET4 (或第4MOSFET群4u～4w、4n)和第2MOSFET群2u～2w、2n。向接地点流 过电流的方向连接与第4MOSFET4(或第4MOSFET群4u～4w、4n)并联连 接的寄生二极管。

另外，在各相输出合流的位置前配置了第4MOSFET群4u～4w的情况下， 为了完全地切断电流路径需要对每个相设置MOSFET。如图1所示，在各相 输出合流后(比合流位置接近接地点侧)配置了第4MOSFET4的情况下，通 过仅设置1个第4MOSFET4能够完全切断通往接地点的电流路径。并且，从 电动机8回流的电流也可以不经由第4MOSFET4，因此可以减少2个电流通 过的MOSFET的个数，能够相应地减少接通电阻来抑制损失。

通过PWM计时器10控制第1MOSFET群1u～1w、1n和第2MOSFET群 2u～2w、2n。为了避免附图的复杂性，仅记载了从PWM计时器10针对第 1MOSFET1u的栅极的控制信号UH的配线、针对第2MOSFET2u的栅极的控 制信号UL的配线、针对第3MOSFET3w和第4MOSFET4u的控制信号 OUT_EN的配线，而省略了针对第1MOSFET群1v～1w、1n的栅极的控制信 号VH、WH、NH的配线、针对第2MOSFET群2v～2w、2n的栅极的控制信 号VL、WL、NL的配线、针对第3MOSFET群3u～3v、3n、第4MOSFET群 4v～4w、4n的栅极的控制信号OUT_EN的配线。此外，实际上并非是通过PWM 计时器10的输出直接驱动MOSFET群的栅极端子，而是一般通过因升压电源 而动作的前置驱动器以充分的栅极源极间电压进行驱动，但同样地为了避免附 图的复杂性而进行了省略。对于在以下叙述的实施方式也同样进行省略。

根据上述的图1所示的电路结构，正常时接通第3MOSFET群3u～3v和第 4MOSFET4、断开第3MOSFET3n，由此能够对第1MOSFET群1u～1w、第 2MOSFET群2u～2w进行PWM开关来提供通常的三相电动机驱动动作。此外， 在发生故障时，断开与发生了故障的相对应的第3MOSFET群3u～3v，对该相 进行切断分离，接通第3MOSFET3n来驱动中性点，从而能够继续电动机的运 转。

图2是为了说明而将图1所示的电路图中的三相逆变器的一部分简化为电 路网X1的图。如图2所示，将针对电路网X1的第1MOSFET群1u～1w、1n 的寄生二极管的方向、第3MOSFET群3u～3w、3n的寄生二极管的方向、第 4MOSFET4的寄生二极管的方向设为相同。由此，能够发挥以下的效果。容 易理解在图1中也能够发挥同样的效果。

(图2的效果之一)在电路网X1正常的情况下，能够实施正常动作。

(图2的效果之二)即使在被第1MOSFET群1u～1w、2n、第3MOSFET 群3u～3w、3n、第4MOSFET4包围的电路网X1内发生了短路故障的情况下， 也只存在针对电路网X的电流流入路径和流出路径中的某一方(不存在双方)， 因此不会构成通过寄生二极管连接电源VB和接地点GND的电流路径。

(图2的效果之三)即使在电路网X1内发生了短路故障的情况下，也不 会构成连接电源VB和相输出的电流路径或连接接地点GND和相输出的电流 路径。

(图2的效果之四)即使在相输出为接电源(与电源间短路)/接地(与 GND间短路)的情况下，也不会构成经由电源VB或接地点GND与电动机8 连接的闭合电路。

图3是表示将配置于电路网X1外的MOSFET寄生二极管的方向设为与 图1、图2相反方向的变形例的图。在图3中，将第3MOSFET3配置于电力 变换装置1000的各相输出和电源VB之间，朝着电流从电源VB向电动机8 流过的方向(在图2中向电路网X1的方向、在后述的图5中向X2的方向) 连接寄生二极管。此外，将第4MOSFET群4u～4w、4n配置于电力变换装置 1000的各相输出和电动机8的各相输出之间，朝着电流从电动机8向电路网 X1、X2流过的方向连接寄生二极管。

此外，如图3所示，若将第3MOSFET3配置在各相输出合流的位置的上 游，则可以通过1个MOSFET防止相输出的接电源时的再生制动，但将第 3MOSFET3配置在各相输出合流的位置前面(比合流位置靠近电路侧)的情 况下，需要4个MOSFET(第3MOSFET群3u～3w、3n)。

如图3所示那样将第3MOSFET仅设为1个的效果与图1、图2所示的第 4MOSFET4的效果相同。

根据上述的图3所示的电路结构，正常时接通第3MOSFET和第4MOSFET 群4u～4w，断开第4MOSFET4n、第5MOSFET5n，由此可以使第1MOSFET 群1u～1w、第2MOSFET群2u～2w进行PWM开关来提供通常的三相电动机 驱动动作。此外，在发生异常时，断开与发生了异常的相对应的第4MOSFET 群4u～4w，对该相进行切断分离，接通第4MOSFET4n来驱动中性点，从而能 够继续进行电动机的运转。

当然，以上所述的电路的效果与之前所述的图1、图2的效果相同。

<实施方式2>

图4是在图1的实施例基础上串联连接了第5MOSFET群5u～5w、5n和 第1MOSFET群1u～1w、1n而得的实施例。在此，关于第5MOSFET群5u～5w、 5n的方向，并联连接的二极管与第1MOSFET群1u～1w、1n为相同方向。第 5MOSFET群5u～5w、5n是为了防止在第1MOSFET群1u～1w、1n发生短路 故障时，经由与第3MOSFET群3u～3w、3n并联连接的寄生二极管始终向电 动机施加电源电压。此外，使第5MOSFET群5u～5w、5n兼备全电流切断功 能(切断从电源VB向电力变换装置1000流过的电流)，由此可以不需要用于 全电流切断功能的MOSFET，能够减少MOSFET的数量。

根据上述的图4所示的电路结构，正常时通过接通第3MOSFET群3u～3v、 第4MOSFET4以及第5MOSFET群5u～5w，断开第3MOSFET3n和第5MOSFET 群5n，可以对第1MOSFET群1u～1w、第2MOSFET群2u～2w进行PWM开 关来提供通常的三相电动机驱动动作。此外，在发生故障时，断开与发生了故 障的相对应的第3MOSFET群3u～3v、第5MOSFET群5u～5w，对该相进行切 断分离，接通第3MOSFET3n和第5MOSFET群5n来驱动中性点，从而能够 继续电动机的运转。

如通过图4说明的那样，上述各MOSFET的配置是为了实现如下的目的： 不因单一故障，形成电源和接地点之间的电流路径，并且不形成电动机8的各 相输出和电源之间的电流路径以及电动机8的各相输出和接地点之间的电流 路径。

进一步地，图5是将图4所示的电路中的逆变器的一部分简化为电路网 X2的图。如图5所示，将针对电路网X2的第3MOSFET群3u～3w、3n的寄 生二极管的方向、第4MOSFET4的寄生二极管的方向、第5MOSFET群5u～5w、 5n的寄生二极管的方向设为相同。由此，能够发挥以下的效果。

(图4的效果之一)能够发挥与图2的效果1、3、4相同的效果。

(图5的效果之二)即使在被第3MOSFET群3u～3w、3n、第4MOSFET4、 第5MOSFET群5u～5w、5n包围的电路网X2内发生了短路故障的情况下，也 只存在针对电路网X的电流流入路径和流出路径中的某一方(不存在双方)， 因此不会构成通过寄生二极管连接电源VB和接地点GND的电流路径。

(图5的效果之三)即使在第1MOSFET群1u～1w、1n、第2MOSFET群 2u～2w、2n、第3MOSFET群3u～3w、3n、第4MOSFET4、第5MOSFET群 5u～5w、5n中的某一个中发生短路故障，也能够将相输出从电源、接地点、其 他相输出分离(为了不具有电流路径)。

对于第1MOSFET群1u～1w、1n的短路故障，可以通过将第5MOSFET 群5u～5w、5n设为断开来对应；对于第2MOSFET群2u～2w、2n的短路故障， 可以通过将第3MOSFET群3u～3w、3n设为断开来对应；对于第3MOSFET 群3u～3w、3n的短路故障，可以通过将第2MOSFET群2u～2w、2n设为断开 来对应；对于第5MOSFET群5u～5w、5n的短路故障，可以通过将第1MOSFET 群1u～1w、1n设为断开来对应。此外，对于第4MOSFET4的短路故障，只要 不发生相输出的接地故障(即，双重故障)，就不会成为问题。

图6是表示将图5所示的配置于电路网X2之外的MOSFET的寄生二极 管的方向设为与图4、图5相反方向的变形例的图，是将图3的实施例的第 5MOSFET群5u～5w、5n与第2MOSFET群2u～2w、2n串联连接的实施例。 在此，关于第5MOSFET群5u～5w、5n的方向，并联连接的二极管与第 2MOSFET群2u～2w、2n为相同方向。

第5MOSFET群5u～5w、5n是为了防止在第2MOSFET群2u～2w、2n发 生短路故障时，电动机经由与第4MOSFET群4u～4w、4n并联连接的二极管 始终与接地点连接。此外，使第5MOSFET群5u～5w、5n兼备全电流切断功 能(切断从电源VB向电力变换装置1000流过的电流)，由此可以不需要用于 全电流切断功能的MOSFET，能够减少MOSFET的数量。

根据上述的图6所示的电路结构，正常时接通第3MOSFET3、第4MOSFET 群4u～4w以及第5MOSFET群5u～5w，断开第4MOSFET4n、第5MOSFET5n， 由此可以对第1MOSFET群1u～1w、第2MOSFET群2u～2w进行PWM开关来 提供通常的三相电动机驱动动作。此外，在发生异常时，断开与发生了故障的 相对应的第4MOSFET群4u～4w、第5MOSFET群5u～5w，对该相进行切断分 离，接通第4MOSFET4n、第5MOSFET5n来驱动中性点，从而能够继续电动 机的运转。

当然，以上所述的电路的效果与之前所述的图4、图5的效果相同。

图7是表示将图6的第3MOSFET3兼用作升压电路20的构成要素的电路 结构的图。另外，也可以如图7所示使用二极管D来代替第3MOSFET3。

首先，对升压电路20的动作进行叙述。当MOSFET21接通时，电流流过 线圈L，当MOSFET21断开时，对VB相加v＝L·di/dt的电压，在漏极端子上 产生比VB高的电压。此时，经由第3MOSFET3的寄生二极管或二极管D向 电容器C充电在MOSFET21的漏极端子产生的电压。如上所述，通过重复 MOSFET21的接通断开，向电容器C充电比VB高的电压。并且，在MOSFET21 断开时，通过接通第3MOSFET3，能够降低正方向电压效果，能够提高变换 效率。

并且，即使在相输出接电源/接地的情况下，若与图4同样地第3MOSFET3 断开，则不构成经由电源VB或接地点GND向电动机8连接的闭合电路。

图8是说明图7所示的电路的动作的时序图。在图8中假定在时刻A发 生接电源/接地等异常，之后以电动机8不进行再生制动的方式动作。

MOSFET21、MOSFET3在时刻A以前交替地重复接通断开来将电源VB 升压，将电荷积蓄在电容器C中。优选在异常发生的时刻A以后持续 MOSFET21的动作，断开MOSFET3。

优选断开MOSFET3是因为在相输出中发生了接电源故障的情况下，若电 动机8的再生电压超过通过MOSFET21和线圈L产生的电压，则经由 MOSFET3向VB侧流过电流，作为结果防止对电动机8进行再生制动。优选 持续MOSFET21的动作是因为通过使电容器C的电压持续升压，来自电动机 8的再生电流流入到电容器C，作为结果防止对电动机8进行再生制动。另外， 在该情况下，即使断开MOSFET3，也可以经由与MOSFET3并联连接的二极 管向电容器C持续施加升压电压。

当然，时刻A以后如图8所示停止各相的驱动，断开OUT_EN。

大多情况下，电力变换装置1000或控制装置的壳体与地(ground)连接， 因此在发生故障时，发生电路的接地短路的可能性比接电源短路高。因此，当 比较图4、图5和图6、图7时，在最接近VB的位置能够通过第5MOSFET 群5u～5w、5n切断电流的图4～图5的安全性高。另一方面，在电力变换装置 1000或控制装置的壳体与VB连接的情况下，图6、图7的安全性高。

<实施方式4>

以上，示出了在三相逆变器外还增加了中性点驱动功能的实施例，但也可 以如图9所示地驱动四相电动机。在该情况下，在发生故障时停止发生了故障 的相的驱动，断开发生了故障的相所对应的第3MOSFET群3u～3v、3n、第 4MOSFET4、第5MOSFET群5u～5w、5n，由此可以对该相进行分离，驱动剩 余的三相来继续进行电动机的运转。

<实施方式5>

图10、图11是向电动机的中性点侧插入了第3MOSFET群3u～3w、3n或 第4MOSFET群4u～4w、4n的实施例。图10的第3MOSFET3’用于在线圈～中 性点发生接电源时切断电流环路，若没有发生接电源的可能性则不需要。图9 的第4MOSFET4’用于切断线圈～中性点发生接地时的电流环路。

在图10中，第3MOSFET群3u～3w、3n与图4、图5的实施例同样地， 在构成三相以及中性点驱动逆变器的第1MOSFET群1u～1w、1n、第2MOSFET 群2u～2w、1n中的某一个发生短路时，使来自电动机8的再生电流流过而不 使电动机8进行再生制动，将其插入中性点侧。

关于第5MOSFET群5u～5w、5n，在图8中即使第1MOSFET群1u～1w、 1n发生了短路故障的情况下也不经由第3MOSFET群3u～3w、3n的寄生二极 管始终向电动机的线圈施加VB，在图9中即使在第2MOSFET群2u～2w、1n 短路的情况下，也不经由第4MOSFET群4u～4w、4n的寄生二极管始终使电 动机的线圈成为GND电位，且用于切断全部电流。

另外，半导体开关3u～3w或4u～4w的方向可以是任意的，但可以对源极 电位进行共通化，对驱动4u～4w的电路进行共通化，因此图9所示的方向较 佳。

<实施方式6>

图12是本发明的实施方式2的电力变换装置1000的电路图。在图12中， 在电力变换装置1000的各相输出和电源之间，以与第1MOSFET群1u～1w、 1n串联且寄生二极管成为逆向的方式连接有第3MOSFET群3u～3w、3n。此 外，在电力变换装置1000的各相输出和接地点之间，以与第2MOSFET群 2u～2w、2n串联且寄生二极管成为逆向的方式连接有第4MOSFET群4u～4w、 4n。

正常时，接通第3MOSFET群3u～3w和第4MOSFET群4u～4w，能够通 过第1MOSFET群1u～1w和第2MOSFET群2u～2w来实现通常的电动机驱动 动作。单一故障时，断开发生了故障的相所涉及的第3MOSFET群3u～3w和 第4MOSFET群4u～4w，接通用于驱动中性点的第3MOSFET3n和第 4MOSFET4n，驱动正常的两相和中性点来继续电动机的运转。发生多重故障 等无法继续进行电动机的运转的异常时，断开第3MOSFET群3u～3w、3n和 第4MOSFET群4u～4w、4n，由此能够将三相逆变器电路从电动机8分离而不 会通过寄生二极管构成在实施方式1中说明的短路闭合电路。

<实施方式7>

图13是本发明的实施方式3的电力变换装置1000的电路图。在图13中， 在电力变换装置1000的各相输出和电动机8的各相输出之间串联连接有第 3MOSFET群3u～3w、3n和第4MOSFET群4u～4w、3n。配置成第3MOSFET 群3u～3w、3n的寄生二极管的方向与第4MOSFET群4u～4w、3n的寄生二极 管的方向相互成为逆向。

第1MOSFET群1u～1w和第2MOSFET群2u～2w进行通常的电动机驱动 动作，第3MOSFET群3u～3w、3n和第4MOSFET群4u～4w、4n通过信号线 OUT_EN被控制，正常时接通，异常时断开。正常时，接通第3MOSFET群 3u～3w和第4MOSFET群4u～4w，因此能够通过第1MOSFET群1u～1w和第 2MOSFET群2u～2w来实现通常的电动机驱动动作。单一故障时，断开第 3MOSFET群3u～3w和第4MOSFET群4u～4w，接通中性点所涉及的第 3MOSFET3n和第4MOSFET4n，由此能够驱动正常的两相和中性点来继续进 行电动机的运转。发生多重故障等无法继续进行电动机的运转的异常时，断开 第3MOSFET群3u～3w、3n和第4MOSFET群4u～4w、4n，由此能够将三相 逆变器电路从电动机8分离而不会通过寄生二极管构成在实施方式1中说明的 短路闭合电路。

也可以代替第3MOSFET群3u～3w、3n和第4MOSFET群4u～4w、4n， 在电力变换装置1000的各相输出和电动机8的各相输出之间串联连接逆向并 联连接了没有寄生二极管的晶闸管(Thyristor)、IGBT、双极型晶体管等而得 的电路。

对于工作电源电压为12～36V程度的设备，基于半导体元件的电压下降与 工作电源电压相比无法无视，因此多数情况下作为半导体元件使用如图1所示 电压下降小的MOSFET。也可以使用没有寄生二极管的晶闸管、IGBT、双极 型晶体管等，但产生因PN结引起的0.7V左右的电压下降。

当然，如图13所示串联连接了逆向的MOSFET的情况下，作为结果产生 相同程度的电压下降，因此即使在使用晶闸管、IGBT、双极型晶体管等的情 况下，实质上也能够发挥与图13相同的效果。

<实施方式8>

图14是本发明的实施方式8的电动助力转向系统的结构图。电动助力转 向系统具备与在实施方式1～7的任一个中说明的电力变换装置1000同样的电 路结构，并且具备转向盘11、安装在转向盘11上的旋转轴16、安装在旋转轴 16上的扭矩传感器12、操舵机构17、微处理器100-1和100-2以及电动机8。 向微处理器100-1输入相电流检测信号14、全电流检测信号15

操舵机构17被旋转轴16操舵，控制车轮18的方向。操舵机构17或旋转 轴16通过电动机8被辅助操舵力。微处理器100-1根据扭矩传感器12的输出 13，经由PWM计时器10输出针对第1MOSFET群1u～1w、1n、第2MOSFET 群2u～2w、2n、第3MOSFET群3u～3w、3n、第4MOSFET4或第4MOSFET 群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n的控制信号，以使相电流检测信 号14成为目标值。通过由这些开关元件构成的三相或四相逆变器驱动电动机 8。

在发生单一故障时，发生了故障的相所对应的第3MOSFET群3u～3w、3n、 第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n断 开，切断、隔离该相输出，通过四相逆变器中剩余的三相继续驱动电动机。在 三相逆变器中，中性点所涉及的第3MOSFET3n、第4MOSFET4或4n、第 5MOSFET5n接通，驱动剩余的两相和中性点，由此使电动机继续运转。

因此，在本实施例的电动助力转向系统中，即使在发生了逆变器的单一故 障的情况下，也能够继续动作。

在发生进一步的异常时，根据相电流检测信号14等检测出异常，通过断 开第3MOSFET群3u～3w、3n、第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、 第5MOSFET群5u～4w、5n，将电动机8可靠地从电力变换装置(三相或四相 逆变器)分离。由此，可以不妨碍向转向盘11施加的人力对电动机8的操作， 即针对旋转轴16、操舵机构17的操作而确保安全。在发生过电流时，也根据 全电流检测信号15检测出异常，能够通过第5MOSFET群5u～4w、5n可靠地 切断电源来确保安全。

<实施方式9>

图15是本发明的实施方式9的电动汽车的结构图。电动汽车具备与在实 施方式1～7的任一个中说明的电力变换装置1000同样的电路结构，还具备检 测加速踏板的踏入量的加速踏板位置传感器21、微处理器100-1和100-2、电 动机8、被电动机驱动的车轮18，根据需要还具备减速机构19。

向微处理器100-1输入相电流检测信号14和全电流检测信号15。微处理 器100-1根据加速踏板位置传感器21的输出，经由PWM计时器10输出针对 第1MOSFET群1u～1w、1n、第2MOSFET群2u～2w、2n、第3MOSFET群 3u～3w、3n、第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群 5u～4w、5n的控制信号。通过由这些开关元件构成的三相或四相逆变器驱动电 动机8。

在发生单一故障时，发生了故障的相所对应的第3MOSFET群3u～3w、3n、 第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n断 开，切断、隔离该相输出，在四相逆变器中通过剩余的三相继续驱动电动机。 在三相逆变器中，中性点涉及的第3MOSFET3n、第4MOSFET4或4n、第 5MOSFET5n接通，驱动剩余的两相和中性点，由此使电动机继续运转。

因此，在本实施例的电动汽车中，即使在发生了逆变器的单一故障的情况 下，也能够继续动作。

发生进一步的异常时，从相电流检测信号14等检测出异常，断开第 3MOSFET群3u～3w、3n、第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、第 5MOSFET群5u～4w、5n，由此将电动机8可靠地从电力变换装置(三相或四 相逆变器)分离。由此，能够防止电动机8的再生制动，即针对车轮18和被 车轮18驱动的未图示的车体的紧急制动。

<实施方式10>

图16是本发明的实施方式10的电子控制节气门的结构图。电子控制节气 门具备与在实施方式1～7的任一个中说明的电力变换装置1000同样的电路结 构，还具备检测加速踏板的踏入量的加速踏板位置传感器21、微处理器100-1 和100-2、电动机8、被电动机8驱动的节流阀23、测量节流阀23的开度的节 气门位置传感器22、电动机8的驱动力消失时能够将节流阀23设为能够通过 制动器进行速度控制的预定的开度的默认位置机构24，根据需要还具备减速 机构19。

向微处理器100-1输入相电流检测信号14和全电流检测信号15。微处理 器100-1根据加速踏板位置传感器21的输出，经由PWM计时器10输出针对 第1MOSFET群1u～1w、1n、第2MOSFET群2u～2w、2n、第3MOSFET群 3u～3w、3n、第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群 5u～4w、5n的控制信号，以使通过节气门位置传感器22测量出的节流阀23 的开度成为预定的开度。通过由这些开关元件构成的三相或四相逆变器驱动电 动机8。

在发生单一故障时，发生了故障的相所对应的第3MOSFET群3u～3w、3n、 第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n断 开，切断、隔离该相输出，在四相逆变器中通过剩余的三相继续驱动电动机。 在三相逆变器中，中性点涉及的第3MOSFET3n、第4MOSFET4或4n、第 5MOSFET5n接通，驱动剩余的两相和中性点，由此使电动机继续运转。

因此，在本实施例的电子控制节气门中，即使在发生了逆变器的单一故障 的情况下，也能够继续动作。

在发生电力变换装置(三相逆变器)的进一步的异常等时，根据相电流检 测信号14等检测出异常，断开第3MOSFET群3u～3w、3n、第4MOSFET4或 第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n，由此将电动机8可 靠地从电力变换装置(三相或四相逆变器)分离，通过默认位置机构24将节 流阀23保持预定的开度。由此，能够进行基于制动器的速度控制，能够继续 行驶。

<实施方式11>

图17是本发明的实施方式11的电动制动器的结构图。电动制动器具备与 在实施方式1～7的任一个中说明的电力变换装置1000同样的电路结构，还具 备检测制动踏板的踏入量的制动踏板位置传感器28、微处理器100-1和100-2、 电动机8、被电动机8驱动的制动闸片26、测量制动闸片26向转子27的推压 量的推力传感器25、电动机8的驱动力消失时将制动闸片26保持在没有推压 转子27的位置的默认位置机构24，根据需要还具备减速机构19。

向微处理器100-1输入相电流检测信号14和全电流检测信号15。微处理 器100-1根据制动踏板位置传感器28的输出，经由PWM计时器10输出针对 第1MOSFET群1u～1w、1n、第2MOSFET群2u～2w、2n、第3MOSFET群 3u～3w、3n、第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群 5u～4w、5n的控制信号，以使通过推力传感器25测量出的制动闸片26向转子 27的推压量成为预定值。通过由这些开关元件构成的三相或四相逆变器驱动 电动机8。

在发生单一故障时，发生了故障的相所对应的第3MOSFET群3u～3w、3n、 第4MOSFET4或第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n断 开，切断、隔离该相输出，在四相逆变器中通过剩余的三相继续驱动电动机。 在三相逆变器中，中性点涉及的第3MOSFET3n、第4MOSFET4或4n、第 5MOSFET5n接通，驱动剩余的两相和中性点，由此使电动机继续运转。

因此，在本实施例的电动制动器中，即使在发生了逆变器的单一故障的情 况下，也能够继续动作。

在发生电力变换装置(三相逆变器)的进一步的异常等时，根据相电流检 测信号14等检测出异常，通过断开第3MOSFET群3u～3w、3n、第4MOSFET4 或第4MOSFET群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n，将电动机8可靠 地从电力变换装置(三相或四相逆变器)分离，通过默认位置机构24将制动 闸片26保持在没有推压在转子27的位置。由此，能够防止针对被车轮18驱 动的未图示的车体的紧急制动。

<实施方式12>

图18是表示本发明的实施方式12的电力变换装置1000中的、PWM计 时器10周边的电路结构的图。带有电荷泵的前置驱动器6具备：根据所输入 的交变信号7动作的电荷泵61和通过被电荷泵61升压后的电源电压动作的前 置驱动器62。带有电荷泵的前置驱动器6对第1MOSFET群1u～1w的栅极端 子和第2MOSFET群2u～2w的栅极端子进行控制。另外，在图18中，为了简 单仅示出了1相的第1MOSFET1i和第2MOSFET2i(i：u、v、w、n中的任一 个)。

半导体元件的输出故障大多是输出固定为H或L的固定(stuck-at)故障。 正常时，作为许可输出的信号使用交变信号7，由此不仅能够避免因固定故障 引起而固定为许可输出的状态，还能够确认能够进行周期性地使电平在H/L 间交替变化的动作。

图19是表示图18所示的电路结构的动作的时序图。UH、UL，VH、VL、 WH、WL分别是PWM计时器10输出的U、V、W相的上支路、下支路的驱 动信号。在输出交变信号7的时刻A以前，驱动第1MOSFET群1u～1w、第 2MOSFET群2u～2w，但交变信号7停止的时刻A以后，第1MOSFET群1u～1w、 第2MOSFET群2u～2w不被驱动而断开。

通过图19所示的动作，尤其在微处理器100发生异常时，交变信号7停 止而能够使三相逆变器的动作停止，从而能够确保安全性。

图20是表示图18的变形例的图。在图20中，除了第1MOSFET群1u～1w、 1n的栅极端子和第2MOSFET群2u～2w、2n的栅极端子外，还通过交变信号 7驱动第3MOSFET3群3u～3w、3n的栅极端子和第4MOSFET4群4u～4w、4n 的栅极端子。同样地，也能够通过带有电荷泵的前置驱动器6对每相分别控制 第5MOSFET群5u～4w、5n。

根据本实施例，尤其在微处理器100正常且得到交变信号7时，对每个相 个别地控制OUE_EN，由此在发生了电力变换器1000内的单一故障时控制第 3MOSFET3群3u～3w、3n、第4MOSFET4群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、 5n来对发生了故障的相进行切断、分离后，可以通过没有发生故障的相驱动 电动机来继续进行动作。此外，在微处理器100异常而没有得到交变信号7 的情况下，能够对所有的相断开第3MOSFET3群3u～3w、3n、第4MOSFET4 群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n来停止电动机驱动，确保安全。

另外，如上所述的动作，针对每个相，即使通过OUE_EN和表示微处理 器100为正常的信号的逻辑积(AND)来驱动前置驱动器，即将带有电荷泵 的前置驱动器6置换成带逻辑积(AND)的前置驱动器也得到相同的效果。 并且，如本实施例那样设为通过交变信号7驱动的带有电荷泵的前置驱动器6， 由此完全不会因将逻辑积(AND)或前置驱动器的输出固定为H那样的故障， 而无法断开第3MOSFET3群3u～3w、3n、第4MOSFET4群4u～4w、4n、第 5MOSFET群5u～4w、5n，在发生带有电荷泵的前置驱动器6的故障时，能够 可靠地断开第3MOSFET3群3u～3w、3n、第4MOSFET4群4u～4w、4n、第 5MOSFET群5u～4w、5n，能够确保安全性。

图21是表示图20所示的电路结构的动作的时序图。在输出交变信号7 的时刻D之前，可以通过OUT_EN控制第3MOSFET群3u～3w和第4MOSFET 群4u～4w，在OUT_EN变为接通的时刻A～B之间第3MOSFET3群3u～3w和 第4MOSFET4群4u～4w接通，在OUT_EN变为断开的时刻B～C之间这些 MOSFET断开。再次在OUT_EN接通且输出交变信号7的时刻C～D之间第 3MOSFET3群3u～3w和第4MOSFET4群4u～4w接通，在交变信号7停止的 时刻D以后停止。

通过图21所示的动作，尤其在处理器发生异常时交变信号7停止而能够 将三相逆变器和电动机8分离，因此能够确保安全性。

图22是带有电荷泵的前置驱动器6的电路图。带有电荷泵的前置驱动器 6具备根据交变信号7动作的电荷泵61和通过由其升压后的电源动作的前置 驱动器62。

电荷泵61由以MOSFET组成的SW1、SW2、SW3、SW4和电容器C1、 Co构成，将在SW1、SW4接通时积蓄在电容器C1中的电压Vbase，在SW2、 SW3接通时附加到VB上，充电到电容器Co中。通过重复以上的动作，电容 器Co的电位逐渐趋向于

VCP＝Vbase+VB

。另外，SW1、SW2也可以是二极管。

基于如上所述地升压后的电压，由SW5、SW6构成的前置驱动器62驱动 电力变换装置1000的各MOSFET的栅极端子。

在图22中示出了在带有电荷泵的前置驱动器6内具有1个电荷泵61和1 个前置驱动器62的电路结构，但也可以在带有电荷泵的前置驱动器6内设置 1个电荷泵61和多个前置驱动器62。

另外，通过将Vbase连接到驱动对象的MOSFET源极端子，前置驱动器 62输出比源极端子的电位高VB的电压，能够向源极栅极间施加预定的电压。 此外，若设为Vbase＝VB，则前置驱动器62能够输出VCP＝2VB的电压。

图23是表示通过微处理器100生成交变信号7的结构例的图。在微处理 器100中，通过周期性地向输出端口的寄存器写入用于输出H/L的数据，能 够输出交变信号7。

根据图23所示的结构例，在微处理器100中发生了异常的情况下，无法 周期性地向输出端口的寄存器写入用于交替地输出H/L的数据，无法输出交 变信号7。由此，电力变换装置1000的MOSFET断开，能够确保安全性。

图24是表示对微处理器100-1和100-2各自的输出信号101-1和101-2进 行比较的比较器110生成交变信号7的结构例的图。比较器110为了输出交变 信号7，针对要比较的输出信号101-1和101-2，作为测试模式定期性地注入 错误，或使用在日本特开平07-234801号公报中公开的比较器即可。

根据图24所示的结构例，在微处理器100-1或100-2中的任意一个发生 了异常的情况下，比较器110不输出交变信号7。由此，能够断开电力变换装 置1000的MOSFET，能够确保安全性。

图25是表示通过微处理器100-1和100-2生成交变信号7-1和7-2，由FF (FlipFlop，触发器)1和FF2构成的FS-AND120生成交变信号7的结构例的 图。根据图25所示的结构例，在微处理器100-1或100-2中的某一个发生了 异常的情况下，无法输出交变信号7-1和7-2中的某一个。由此，能够断开电 力变换装置1000的MOSFET，能够确保安全性。

图26是表示通过内置于微处理器100-1内的PWM计时器10输出的UH、 UL，VH、VL、WH、WL控制根据微处理器100-2生成的交变信号7动作的 带有电荷泵的前置驱动器6，驱动第1MOSFET群1u～1w和第2MOSFET群 2u～2w的结构例的图。根据图26所示的结构例，即使因微处理器100-1的异 常而PWM计时器10输出了不正确的UH、UL，VH、VL、WH、WL信号的 情况下，若微处理器100-2停止交变信号7，则能够停止第1MOSFET群1u～1w 和第2MOSFET2的驱动并设为断开，因此能够确保安全性。

图27是表示通过微处理器100-1和100-2生成OUT_EN9-1和9-2，将逻 辑积(AND)130的输出设为OUT_EN或POW_EN的结构例的图。根据图27 所示的结构例，当判断为微处理器100-1或100-2中的某一个应该切断相输出 或全电流时，能够切断它们，因此能够确保安全性。

图28是表示组合了交变信号的FS-AND、输出控制信号的逻辑积(AND) 以及全电流控制信号的逻辑积(AND)而得的结构例的图。

FS-AND120，根据微处理器100-1和100-2生成的交变信号7-1和7-2生 成交变信号7。交变信号7使带有电荷泵的前置驱动器6-1～6-3动作。带有电 荷泵的前置驱动器6-1被内置于微处理器100-1内的PWM计时器10输出的 UH、UL，VH、VL、WH、WL、NH、NL控制，驱动第1MOSFET群1u～1w、 1n和第2MOSFET群2u～2w2。带有电荷泵的前置驱动器6-2根据微处理器 100-1和100-2生成的POW_EN的逻辑积即AND130-1的输出来驱动第 5MOSFET群5u～5w、5n。带有电荷泵的前置驱动器6-3根据微处理器100-和 100-2生成的OUT_EN9-1和9-2的逻辑积即AND130-2的输出来驱动第 3MOSFET3群3u～3w、3n和第4MOSFET4群4u～4w、4n。

根据图28所示的结构例，当判断为微处理器100-1和100-2中的某一个 应该切断三相逆变器的动作、相输出或全电流时，能够切断它们，因此能够确 保安全性。此外，即使因带有电荷泵的前置驱动器6-1～6-3中的某一个的故障 而成为始终驱动MOSFET的栅极端子的状态，其他带有电荷泵的前置驱动器 也能够停止栅极端子的驱动。由此，能够断开第1MOSFET群1u～1w、1n、第 2MOSFET群2u～2w、2n、第3MOSFET3群3u～3w、3n、第4MOSFET4群4u～4w、 4n或第5MOSFET群5u～5w、5n中的某一个，确保安全性。

根据本实施例，尤其在微处理器100正常且得到交变信号7时，对每个相 控制OUT_EN、POW_EN，由此在发生了电力变换器1000内的单一故障时控 制第3MOSFET3群3u～3w、3n、第4MOSFET4群4u～4w、4n、第5MOSFET 群5u～4w、5n来对发生了故障的相进行切断、分离后，可以通过没有发生故 障的相驱动电动机来继续进行动作。此外，在微处理器100异常且没有得到交 变信号7的情况下，能够对所有的相断开第3MOSFET3群3u～3w、3n、第 4MOSFET4群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n来停止电动机驱动， 确保安全。

另外，如图29所示，如上所述的动作针对每个相，即使根据OUT_EN、 POW_EN和表示微处理器100为正常的信号7’的逻辑积(AND)130来驱动 前置驱动器，即将带有电荷泵的前置驱动器6置换成逻辑积(AND)130和通 常的前置驱动器6’也得到相同的效果。并且，如本实施例那样设为通过交变信 号7驱动的带有电荷泵的前置驱动器6，由此完全不会因将逻辑积(AND)或 前置驱动器的输出固定为H那样的故障而无法断开第3MOSFET3群3u～3w、 3n、第4MOSFET4群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n，在发生带有 电荷泵的前置驱动器6的故障时，能够可靠地断开第3MOSFET3群3u～3w、 3n、第4MOSFET4群4u～4w、4n、第5MOSFET群5u～4w、5n，能够确保安 全性。

本发明并不局限于上述的实施方式，还包括各种变形例。上述实施方式是 为了便于理解本发明而进行的详细说明，并不一定必须具备说明的所有结构。 此外，也可以将某实施方式的结构的一部分置换成其他实施方式的结构。此外， 也可以向某实施方式的结构追加其他实施方式的结构。此外，也可以对各实施 方式的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。

例如，在以上的说明中，作为本发明的实施方式，叙述了用于直流无刷电 动机或交流同步电动机的驱动的三相逆变器，但也可以对用于直流电刷电动机 的驱动的H电桥应用本发明所提供的技术。

关于上述各结构、功能、处理部、处理单元等，其中的一部分或全部例如 可以通过用集成电路设计等而以硬件实现。此外，上述的各结构、功能等，也 可以通过由处理器解释、执行用于实现各种功能的程序而以软件实现。可以将 实现各功能的程序、表格、文件等信息存储在存储器或硬盘、SSD(SolidState Drive，固态硬盘)等记录装置、IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。

符号说明

1：第1MOSFET、1u～1w、1n：第1MOSFET群、2：第2MOSFET、2u～2w、 2n：第2MOSFET群、3：第3MOSFET、3u～3w、3n：第3MOSFET群、4： 第4MOSFET、4u～4w、4n：第4MOSFET群、5u～5w、5n：第5MOSFET群、 6：带有电荷泵的前置驱动器、7：交变信号、8：电动机、10：PWM计时器、 100：微处理器、1000：电力变换装置。