【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主電源からの直流電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータに供給し、インバータから所定の交流電流をモータのステータコイルに出力する電源回路とその遮断方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電気自動車などにおいては、バッテリからの直流電圧をインバータで所定の交流電流に変換し、モータを駆動している。そして、アクセル操作等に応じて、インバータ内のトランジスタのスイッチング動作を制御し、上記モータの出力トルクを制御している。このような制御を行うためには、インバータに供給される直流電圧の変動を抑制することが必要であり、通常平滑コンデンサを利用して、主電源(バッテリ)から供給される直流電圧の変動を抑制している。
【0003】
一方、点検整備などの主電源の遮断時において、平滑コンデンサに蓄積電荷が残留している状態は好ましくない。そこで、実開平3−11393号公報では、ホーロー抵抗等の大きな体積を持つ耐熱性の放電用抵抗を設け、主電源の遮断時に平滑コンデンサの両電極間をこの放電用抵抗で接続し、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費するようにしている。
また、特開平9−201065号公報には、インバータ内に放電専用回路を設けて、平滑コンデンサに蓄積された電荷をスイッチング用のトランジスタに流して消費する技術が開示されている。これは、図4に示すように、インバータの少なくとも1つのアームにおいて、上側のトランジスタ1のゲートに接続される抵抗を切換えるスイッチSを設け、主電源の遮断時に上記スイッチSを操作して、上記トランジスタ1のゲートに接続される抵抗を小さな抵抗Rlから大きな抵抗R2に切り換えるとともに、上側のトランジスタ1の制御用トランジスタTr1と、下側トランジスタ4の制御用トランジスタTr3とをともにオン状態として、上記トランジスタ1,4をオン状態とし、平滑コンデンサ13の蓄積電荷が、トランジスタ1,4を介し流れ消費されるようにしたものである。このとき、上記トランジスタ1における電流(コレクタ電流)は、そのゲートに印加される電圧を上記大きな抵抗R2により制限しているので、トランジスタ1の活性領域の所定値に抑制することができる。
このように、主電源の遮断時において、放電用の抵抗による放電または、放電専用回路による放電によって、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することにより、回路の電源ラインがいつまでも高電圧に維持されるのを防止することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気自動車等では、十分な出力トルクを得るために、かなりの高電圧の主電源(バッテリ)が採用され、この電圧を一定に維持するために、平滑コンデンサも大きな容量のものが用いられている。このような大容量の平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費するためには、放電用抵抗を使用する場合であれば、放電用抵抗の体積が更に大きくなり、回路が全体として大型になり、また製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
また、放電専用回路を使用する場合でも、放電専用回路の占有面積だけ回路の規模が大きくなり、コストも高くなってしまうという問題点があった。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、主電源の遮断時に、放電用抵抗や放電専用回路を用いることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費することのできる電源回路と電源回路の遮断方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載の電源回路の遮断方法は、主電源を遮断する際に、イグニションスイッチがオフされたことを検出した時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルに流して消費させるようにしたことを特徴とする。
【0007】
本発明の請求項2に記載の電源回路は、主電源の遮断時に、インバータの上側及び下側のトランジスタから構成される各アームのスイッチング動作を制御する制御装置により、イグニションスイッチがオフされたことを検出し、この時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルヘ流して消費させるようにしたものである。
【0008】
本発明の請求項3に記載の電源回路は、主電源の遮断時に、上記オン状態のトランジスタに流す電流を所定の値に制御するようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態に係わるモータシステムの構成を示す回路図で、主電源であるバッテリ12は、インバータ10を介してモータ14に接続されている。インバータ10は、スイッチング用のトランジスタ1,3,5から成る上側トランジスタ8と、スイッチング用のトランジスタ2,4,6から成る下側トランジスタ9のそれぞれの直列接続からなる3本のアーム(1−4,2−5,3−6)を有し、制御装置11により、所定のトランジスタ1〜6の各ゲート電圧を制御し、トランジスタ1〜6をスイッチングモード順にオン・オフさせることによって、モータ14のステータコイル14u,14v,14wに三相の交流電流を順次供給し、モータ14の図示しないロータを回転させる。
例えば、電圧形PWMインバータのスイッチングモードは、図2に示すように、各相につき、同一アームの上側トランジスタ8と下側トランジスタ9のどちらかのトランジスタ1〜6がオンしているかにより各2通りであるため、U相、V相、W相で8通りとなる。モータ14の駆動時には、インバータ10は、この8通りのスイッチングモードを順次切換えて、60度ずつ位相がずれたステップ的に回転するベクトルで表わされるインバータ電圧をモータ14のステータコイル14u,14v,14wに出力する。なお、上記各トランジスタ1〜6は、IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor )で構成されており、それぞれのコレクタ−エミッタ間には逆起電流を流すためのフィードバックダイオード7が接続されている。
また、制御装置11には、トルク指令や回転センサ15からのモータ14の回転数などの情報が供給され、制御装置11はこれらの情報に基づいて、トランジスタ1〜6のスイッチング動作を制御し、モータ14の駆動を制御する。なお、本例では、電流センサ17を設け、インバータに流れる電流を検出し、検出結果の信号を上記制御装置11に供給している。
更に、インバータ10の電源・アース間には、平滑コンデンサ13が接続され、バッテリ12から供給される直流電圧の変動を抑制している。また、メインスイッチ16は、電気自動車のイグニッションスイッチのオフにより、バッテリ12をインバータ10から切離すものである。
【0010】
次に、動作について説明する。電気自動車のイグニッションスイッチ(図示せず)がオフされた場合、制御装置11は、トランジスタ1〜6を、上側トランジスタ8と下側トランジスタ9がともにオンしているスイッチングモードb〜gのいずれかに固定した後、メインスイッチ16をオフして平滑コンデンサ13の放電準備に入る。例えば、図3に示すように、スイッチングモードがaのときイグニッションスイッチがオフされたとすると、制御装置11は、制御区間Aにおいて、スイッチングモードをbへ切換えて固定するとともに、上記スイッチングモードbを記憶する。すなわち、イグニッションスイッチがオフ時には、トランジスタ1がオフで、トランジスタ6,2がオン状態にあるので、制御装置11は、トランジスタ6,2をオン状態に保持するとともに、トランジスタ1のスイッチングのパルス幅を徐々に増加させてトランジスタ1をオン状態にする。このとき、トランジスタ1と同一アームであるトランジスタ4のスイッチングのパルス幅は徐々に減少し、トランジスタ4はオフ状態となる。制御装置11は、メインスイッチ16のオフ後、記憶したスイッチングモードbのトランジスタ1,6,2に、平滑コンデンサ13の放電電流が流れるようにゲート電圧を与え、上記トランジスタ1,6,2に流れるコレクタ電流を制御する。したがって、平滑コンデンサ13の蓄積電荷は、インバータ10を介しモータ14のステータコイル14u,14v,14wにて消費される。ここで、平滑コンデンサ13の放電時間は、上記トランジスタ1,6,2のゲート電圧を調整することにより、適宜設定することができる。なお、インバータに流れる電流、すなわち、電流センサ17の検出電流が0になったとき、所定の放電が終了したものとして、トランジスタ1,6,2をオフし放電処理を終了する。
また、制御装置11は、自分自身で電源オン・オフの制御を行うため、トランジスタ1〜6のスイッチングモードを車両停止直前に固定することで、放電中のモータ14の回転を防止している。
【0011】
このように、本実施の形態によれば、主電源であるバッテリ12の遮断時に、インバータ10のスイッチングモードを、上側のトランジスタ8と下側のトランジスタ9とがともにオンしているスイッチングモード(b〜g)の一つに固定するよう各トランジスタ1〜6を制御し、平滑コンデンサ13の放電電流をモータ14のステータコイル14u,14v,14wヘ流すようにしたので、放電用抵抗や放電専用回路を用いることなく平滑コンデンサ13に蓄積された電荷を短時間で消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。なお、放電時のスイッチングモードは、同一モードに固定されているので、モータ14は回転せず、車両が動き出すことはないので、安全である。
【0012】
なお、上記実施の形態では、放電の終了の判定は、電流センサ17の検出電流により行ったが、平滑コンデンサ13の両端子電圧を監視することにより判定しても良い。また、上記例ではトランジスタ1〜6としてIGBTを用いたが、IPM( Intelligent Power Modules )等の電力用半導体デバイスを用いてもよい。また、上記実施の形態では、電圧形PWMインバータによるインバータの制御について説明したが、他のインバータ制御でもよい。
【0013】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、主電源を遮断する際に、イグニションスイッチがオフされたことを検出した時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルに流して消費させるようにしたので、例えば、放電用抵抗や放電専用回路を用いることなく平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費することができる。
【0014】
また、請求項2記載の発明によれば、主電源の遮断時に、インバータの上側及び下側のトランジスタから構成される各アームのスイッチング動作を制御する制御装置により、イグニションスイッチがオフされたことを検出し、この時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルヘ流して消費させるようにしたので、放電用抵抗や放電専用回路を用いることなく、かつ安全に、平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。
【0015】
また、請求項3記載の発明によれば、主電源の遮断時に、上記オン状態のトランジスタに流す電流を所定の値に制御するようにしたので、平滑コンデンサの放電時間の設定を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係わるモータシステムの構成を示す回路図である。
【図2】 インバータのスイッチングモードを示す図である。
【図3】 本実施の形態に係わる電源回路の遮断時の動作を示すタイムチャートである。
【図4】 従来の電源回路における放電専用回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
1〜6 トランジスタ、7 ダイオード、8 上側トランジスタ、
9 下側トランジスタ、10 インバータ、11 制御装置、12 バッテリ、
13 平滑コンデンサ、14 モータ、15 回転センサ、
16 メインスイッチ、17 電流センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply circuit that smoothes a DC voltage from a main power supply with a smoothing capacitor and supplies the DC voltage to an inverter, and outputs a predetermined AC current from the inverter to a stator coil of a motor, and a method for shutting it off.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an electric vehicle or the like, a direct current voltage from a battery is converted into a predetermined alternating current by an inverter to drive a motor. And according to accelerator operation etc., the switching operation of the transistor in an inverter is controlled, and the output torque of the said motor is controlled. In order to perform such control, it is necessary to suppress fluctuations in the DC voltage supplied to the inverter. Usually, fluctuations in the DC voltage supplied from the main power supply (battery) are reduced using a smoothing capacitor. Suppressed.
[0003]
On the other hand, when the main power supply is shut off for inspection and maintenance, it is not preferable that the accumulated charge remains in the smoothing capacitor. Therefore, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-11393, a heat-resistant discharge resistor having a large volume, such as a hollow resistor, is provided, and both electrodes of the smoothing capacitor are connected by this discharge resistor when the main power is shut off. The electric charge accumulated in the capacitor is consumed.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-201065 discloses a technique in which a dedicated discharge circuit is provided in an inverter, and the charge accumulated in the smoothing capacitor is caused to flow through the switching transistor. As shown in FIG. 4, the switch S for switching the resistance connected to the gate of the upper transistor 1 is provided in at least one arm of the inverter, and the switch S is operated when the main power supply is shut off. The resistance connected to the gate of the transistor 1 is switched from the small resistance R1 to the large resistance R2, and the control transistor Tr1 of the upper transistor 1 and the control transistor Tr3 of the lower transistor 4 are both turned on, 1 and 4 are turned on, and the charge stored in the smoothing capacitor 13 flows and is consumed through the transistors 1 and 4. At this time, the current (collector current) in the transistor 1 is limited to a predetermined value in the active region of the transistor 1 because the voltage applied to the gate thereof is limited by the large resistor R2.
In this way, when the main power supply is shut off, the circuit power line is maintained at a high voltage indefinitely by discharging the electric charge accumulated in the smoothing capacitor by discharging by a discharging resistor or discharging by a dedicated discharge circuit. Can be prevented.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to obtain a sufficient output torque, an electric vehicle or the like employs a considerably high voltage main power source (battery), and a smoothing capacitor having a large capacity is used to maintain this voltage constant. ing. In order to consume the electric charge accumulated in such a large-capacity smoothing capacitor in a short time, if a discharge resistor is used, the volume of the discharge resistor is further increased, and the circuit becomes large as a whole. In addition, there is a problem that the manufacturing cost becomes high.
Further, even when a dedicated discharge circuit is used, there is a problem that the scale of the circuit is increased by the area occupied by the dedicated discharge circuit and the cost is increased.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a power supply circuit capable of consuming electric charge accumulated in a smoothing capacitor in a short time without using a discharge resistor or a dedicated discharge circuit when the main power supply is shut off. An object of the present invention is to provide a method for shutting off a power supply circuit.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, when the main power supply is shut down, the switching mode of the transistor is stored at the time when it is detected that the ignition switch is turned off. Alternatively, in the switching mode in which only the lower transistor is turned on, the switching pulse width of the specific transistor among the transistors that are turned off is gradually increased to turn on the specific transistor. On the other hand, another transistor in the same arm as this specific transistor is turned off by gradually decreasing the switching pulse width, and the charge accumulated in the smoothing capacitor is made to flow through the motor coil to be consumed. Features.
[0007]
In the power supply circuit according to claim 2 of the present invention , the ignition switch is turned off by the control device that controls the switching operation of each arm composed of the upper and lower transistors of the inverter when the main power supply is shut off. And the switching mode of the transistor is memorized at this point, and when this switching mode is a switching mode in which only the upper or lower transistor is on, of the transistors on the side where the transistor is off The switching pulse width of the specific transistor is gradually increased to turn on the specific transistor, and another transistor in the same arm as the specific transistor is turned off by gradually decreasing the switching pulse width. the motor coil charges accumulated in the smoothing capacitor Is obtained so as to consume in flow.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a power supply circuit that controls the current flowing through the on-state transistor to a predetermined value when the main power supply is shut off.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a motor system according to an embodiment of the present invention. A battery 12 as a main power source is connected to a motor 14 via an inverter 10. The inverter 10 includes three arms (1-4) each composed of a serial connection of an upper transistor 8 composed of switching transistors 1, 3, 5 and a lower transistor 9 composed of switching transistors 2, 4, 6. , 2-5, 3-6), and the control device 11 controls the gate voltages of the predetermined transistors 1 to 6 to turn on and off the transistors 1 to 6 in the switching mode order. A three-phase alternating current is sequentially supplied to the stator coils 14u, 14v, and 14w, and a rotor (not shown) of the motor 14 is rotated.
For example, as shown in FIG. 2, there are two switching modes of the voltage-type PWM inverter depending on whether the transistors 1 to 6 of the upper transistor 8 and the lower transistor 9 of the same arm are turned on for each phase. Therefore, there are eight types of U phase, V phase, and W phase. When the motor 14 is driven, the inverter 10 sequentially switches the eight switching modes, and converts the inverter voltage represented by a step-rotating vector whose phase is shifted by 60 degrees into the stator coils 14u, 14v, 14w of the motor 14. Output to. Each of the transistors 1 to 6 is composed of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and a feedback diode 7 for flowing a counter electromotive current is connected between each collector and emitter.
Further, the control device 11 is supplied with information such as a torque command and the number of rotations of the motor 14 from the rotation sensor 15, and the control device 11 controls the switching operation of the transistors 1 to 6 based on the information. The drive of the motor 14 is controlled. In this example, a current sensor 17 is provided, a current flowing through the inverter is detected, and a detection result signal is supplied to the control device 11.
Further, a smoothing capacitor 13 is connected between the power source and ground of the inverter 10 to suppress fluctuations in the DC voltage supplied from the battery 12. The main switch 16 is for disconnecting the battery 12 from the inverter 10 when the ignition switch of the electric vehicle is turned off.
[0010]
Next, the operation will be described. When the ignition switch (not shown) of the electric vehicle is turned off, the control device 11 switches the transistors 1 to 6 to any one of the switching modes b to g in which the upper transistor 8 and the lower transistor 9 are both turned on. After fixing, the main switch 16 is turned off and the smoothing capacitor 13 is ready for discharge. For example, as shown in FIG. 3, if the ignition switch is turned off when the switching mode is a, the control device 11 switches and fixes the switching mode to b and stores the switching mode b in the control section A. To do. That is, when the ignition switch is off, the transistor 1 is off and the transistors 6 and 2 are in the on state. Therefore, the control device 11 holds the transistors 6 and 2 on and sets the switching pulse width of the transistor 1 to be on. The transistor 1 is gradually turned on to turn it on. At this time, the switching pulse width of the transistor 4 having the same arm as the transistor 1 gradually decreases, and the transistor 4 is turned off. After the main switch 16 is turned off, the control device 11 applies a gate voltage to the stored transistors 1, 6 and 2 in the switching mode b so that the discharge current of the smoothing capacitor 13 flows, and flows to the transistors 1, 6 and 2. Control collector current. Therefore, the accumulated charge in the smoothing capacitor 13 is consumed by the stator coils 14u, 14v, 14w of the motor 14 via the inverter 10. Here, the discharge time of the smoothing capacitor 13 can be appropriately set by adjusting the gate voltages of the transistors 1, 6 and 2. Note that when the current flowing through the inverter, that is, the current detected by the current sensor 17, becomes 0, it is assumed that the predetermined discharge has ended, and the transistors 1, 6 and 2 are turned off to end the discharge process.
Further, since the control device 11 performs power on / off control by itself, the switching mode of the transistors 1 to 6 is fixed immediately before the vehicle stops, thereby preventing the motor 14 from rotating during discharge.
[0011]
Thus, according to the present embodiment, when the battery 12 as the main power source is shut off, the switching mode of the inverter 10 is changed to the switching mode (b in which the upper transistor 8 and the lower transistor 9 are both on). ~ G), the transistors 1 to 6 are controlled so as to be fixed to one of them, and the discharge current of the smoothing capacitor 13 is caused to flow to the stator coils 14u, 14v and 14w of the motor 14, so that the discharge resistor and the discharge dedicated circuit Thus, the charge accumulated in the smoothing capacitor 13 can be consumed in a short time without using the circuit, and the circuit can be reduced in size and cost. In addition, since the switching mode at the time of discharge is being fixed to the same mode, since the motor 14 does not rotate and a vehicle does not start moving, it is safe.
[0012]
In the above embodiment, the end of discharge is determined by the current detected by the current sensor 17, but may be determined by monitoring the voltage across both terminals of the smoothing capacitor 13. In the above example, IGBTs are used as the transistors 1 to 6, but power semiconductor devices such as IPM (Intelligent Power Modules) may be used. Moreover, in the said embodiment, although control of the inverter by a voltage form PWM inverter was demonstrated, other inverter control may be sufficient.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, when the main power supply is shut off, the switching mode of the transistor is stored when it is detected that the ignition switch is turned off. Alternatively, in the switching mode in which only the lower transistor is turned on, the switching pulse width of the specific transistor among the transistors that are turned off is gradually increased to turn on the specific transistor. The other transistor in the same arm as the specific transistor is turned off by gradually reducing the switching pulse width, and the charge accumulated in the smoothing capacitor is made to flow through the motor coil for consumption. For example, smoothing capacitors can be used without using a discharge resistor or a dedicated discharge circuit. It can be consumed in a short time the charges accumulated in the service.
[0014]
According to the second aspect of the present invention , the ignition switch is turned off by the control device that controls the switching operation of each arm composed of the upper and lower transistors of the inverter when the main power supply is shut off. Detect and store the switching mode of the transistor at this point, and when this switching mode is a switching mode in which only the upper or lower transistor is on, of the transistors on the side where the transistor is off The switching pulse width of a specific transistor is gradually increased to turn on the specific transistor, and another transistor in the same arm as the specific transistor is turned off by gradually decreasing the switching pulse width. the charge accumulated in the capacitor Motakoiruhe Since so as to consume by, without using the discharge resistor or a discharge dedicated circuit, and safely, can be consumed in a short time the charges accumulated in the smoothing capacitor, circuit miniaturization, cost reduction Can be achieved.
[0015]
According to the third aspect of the present invention, since the current flowing through the on-state transistor is controlled to a predetermined value when the main power supply is shut off, the discharge time of the smoothing capacitor can be easily set. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a motor system according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a switching mode of an inverter.
FIG. 3 is a time chart showing the operation when the power supply circuit according to the present embodiment is shut off.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a discharge dedicated circuit in a conventional power supply circuit.
[Explanation of symbols]
1-6 transistors, 7 diodes, 8 upper transistors,
9 Lower transistor, 10 Inverter, 11 Controller, 12 Battery,
13 smoothing capacitor, 14 motor, 15 rotation sensor,
16 Main switch, 17 Current sensor