JP7239779B2 - 電力変換用電子制御装置、電源ic - Google Patents
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Description
特許文献1には、集積回路(IC)ダイに配置された複数のプログラマブルハードウェア資源と、前記ICダイに配置された、前記ICダイの1つまたは複数のアナログパラメータの値を量子化するように構成されたアナログデジタル変換器(ADC)と、前記ICダイに配置された、一組のコンフィギュレーションデータに応答して、前記一組のコンフィギュレーションデータによって指定される一組の回路を実装するように、および前記1つまたは複数のアナログパラメータをサンプリングするために前記ICダイのそれぞれのノードに前記ADCを接続するように、前記プログラマブルハードウェア資源をプログラムするように構成されたコンフィギュレーション制御回路と、前記ADCに結合された、前記ADCからの前記1つまたは複数のアナログパラメータの量子化値に基づいて制御信号を生成し、前記ICダイの電力端子に結合された電源に前記制御信号を出力するように構成されたインタフェース回路と、を備える装置が開示されている。
本発明の第2の態様による電源ICは、前述の電力変換用電子制御装置に備えられる。
このため、インバータ3にはモータ4に交流電力を供給する3つのパワーモジュール、すなわち第1パワーモジュール201、第2パワーモジュール202、および第3パワーモジュール203が搭載されている。
図4は、第1の実施の形態におけるインバータ3Aの構成図である。インバータ3Aは、外部に電力を供給する電源IC30Aと、モータ4に電力を供給するパワーモジュール群200と、パワーモジュール群200を制御するゲートドライバ群100と、ゲートドライバ群100を制御するマイクロコントローラ20と、パワーモジュール群200に供給される電圧を観測する電圧センサ301と、パワーモジュール群200に供給される高電圧をコンデンサ403から放電する放電回路400と、モータ4に供給される電流を観測する電流センサ302とを備える。なお図4では電源生成部80の詳細を省略しているが、図3において説明したように電源生成部80の昇降圧回路31、および内部電源回路34から電源IC30の各構成要素に給電が行われる。
マイクロコントローラ20は動作中に、定期的に電源IC30Aと通信を行っている。電源IC30Aのマイコン異常検出回路70は、カウンタを備えるウォッチドッグタイマの機能も有する。このウォッチドッグタイマは、たとえば一定期間ごとにカウンタの値を増加させ、電源IC30Aとマイクロコントローラ20とが決まったやり取りを行うとカウンタの値を減らす。マイコン異常検出回路70は、このカウンタの値がユーザの設定した閾値を超えるとマイクロコントローラ20に異常が発生したと判断し、第1安全処理回路52に異常の発生を通知する。この異常の発生が通知された第1安全処理回路52は、モータ4を停止させる。
(1)電力変換用電子制御装置であるインバータ3Aは、直流電力を交流電力に変換してモータ4に供給するパワーモジュール群200と、パワーモジュール群200を制御するゲートドライバ群100と、ゲートドライバ群100およびマイクロコントローラ20に電力を供給する電源IC30Aと、ゲートドライバ群100を制御するマイクロコントローラ20と、パワーモジュール群200に供給される高電圧を放電する放電回路400と、電圧センサ301、電流センサ302、および温度センサ303と、を備える。電源IC30Aは、マイクロコントローラ20指令によるリセット信号、 マイクロコントローラ20の異常を検出するマイコン異常検出回路70、および複数のセンサの少なくとも一方の出力に基づき安全処理の必要性を判断して安全処理を行う第1安全処理回路52を備える。
第1安全処理回路52は、異常を検出した際に電源生成部80の第1電源回路40~第6電源回路45に出力を遮断させてもよい。特にゲートドライバ群100へ給電を行う第6電源回路45への給電を遮断することで、パワーモジュール群200による交流電力の生成が行われなくなるので、モータ4が停止する。
(3)第1安全処理回路52は、安全処理としてゲートドライバ群100への給電を遮断する。そのためマイクロコントローラ20に頼ることなくモータ4を停止でき、第1安全処理回路52が直接ゲートドライバ群100を制御し、パワーモジュール群200の動作を停止させるのと同じ効果が得られる。
図5を参照して、インバータの第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、放電により安全を確保する点で、第1の実施の形態と異なる。
(4)インバータ3Bに備えられるセンサは、高電圧の電圧を測定する電圧センサ301である。第2安全処理回路53は、安全処理として放電回路400に放電を行わせる。そのため、高電圧を安全に取り扱うための制御機能などの機能安全に関する重要な機能の信頼性の向上が可能となる。
図6を参照して、インバータの第3の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、第1安全処理回路52および第2安全処理回路53を備える点で、第1の実施の形態と異なる。
(5)インバータ3Cは、第1安全処理回路52および第2安全処理回路53を備える。
そのためインバータ3C、安全処理としてモータ4の停止および高電圧の放電ができる。
図7を参照して、インバータの第4の実施の形態を説明する。以下の説明では、第3の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第3の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、第1安全処理回路52および第2安全処理回路53に2系統の電源が供給される点である。
(6)第1安全処理回路52および第2安全処理回路53には、第1電源14の第1入力電力と、第1電源14とは異なる第2電源15の第2入力電力が供給される。2つの電源のいずれか一方が例えば断線等で給電されなくなった場合でも、断線していないいずれか一方の電源で、第1安全処理回路52と、第2安全処理回路53の動作は維持されるため、高電圧を安全に取り扱うための制御機能、異常発生時に車両を安全な状態に制御する制御機能などの機能安全に関する重要な機能の信頼性の向上が可能となる。
図8を参照して、インバータの第5の実施の形態を説明する。以下の説明では、第4の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第4の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、別途の電源を設けない点で、第4の実施の形態と異なる。
(7)第1電源14は低電圧バッテリ12である。第2電源15は、パワーモジュール群200に電力を供給し低電圧バッテリ12よりも電圧が高い高電圧バッテリ13である。
第1安全処理回路52および第2安全処理回路53は、低電圧バッテリ12および高電圧バッテリ13のいずれかから電力が供給されることで、動作を継続する。そのため、新たに電源を設けることなく、すでに車両に搭載されているバッテリを用いて、第1安全処理回路52と、第2安全処理回路53を動作させることができる。
図9を参照して、インバータの第6の実施の形態を説明する。以下の説明では、第5の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第5の実施の形態と同じである。本実施の形態では、第5の実施の形態において、主に、安全処理回路が変更不可能な論理ゲートで構成される実施例を示している。
(8)第1安全処理回路52および第2安全処理回路53の論理が、書き換え不可の状態で設定されている。そのため、第1安全処理回路52と、第2安全処理回路53の動作を書き換えることができないため、誤った書き込みによる、安全機能の喪失や車両の暴走等を防止できる。
図10を参照して、インバータの第7の実施の形態を説明する。以下の説明では、第6の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第6の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、電源ICが1回のみ書き込みが可能な不揮発性メモリを備える点で、第6の実施の形態と異なる。
(9)第1安全処理回路52および第2安全処理回路53の論理が、電源IC30Gの外部に存在するマイクロコントローラ20に搭載されているインタフェースを使用して書き換え可能な状態で設定される。そのため、同じ半導体チップを用いて、車両ごとに異なる機能を設定することができる。詳述すると、電源IC30Gが保有しているマイクロコントローラ20とのインタフェースを介して、マイクロコントローラ20から第1安全処理回路52および第2安全処理回路53の処理内容を容易にプログラムすることが可能となる。
図11を参照して、インバータの第8の実施の形態を説明する。以下の説明では、第7の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第7の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、不揮発性メモリに複数回の書き込みが可能な点で、第7の実施の形態と異なる。
その他の点は第7の実施の形態と同様なので説明を省略する。
(11)電源IC30Hには、複数回の書き込みが可能な不揮発性メモリ62が搭載される。第1安全処理回路52および第2安全処理回路53は、不揮発性メモリに記憶された情報に基づいて論理が設定される論理ゲートを含んで構成される。そのため、安全機能要求の変更時に対応することが可能となる。この効果を一般化して記載すると次のとおりである。すなわち、電源IC30Hが保有しているマイクロコントローラ20とのインタフェースを介して、マイクロコントローラ20から第1安全処理回路52および第2安全処理回路53の処理内容を容易にプログラムすることが可能となる。
図12を参照して、インバータの第9の実施の形態を説明する。以下の説明では、第7の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第7の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、不揮発性メモリを備えない点で、第7の実施の形態と異なる。
(12)電源IC30Iには、レジスタ63が搭載される。第1安全処理回路52および第2安全処理回路53は、外部からレジスタ63に書き込まれた情報に基づいて論理が設定される論理ゲートを含んで構成される。そのため、安全機能要求の変更時に対応することが可能となる。この効果を一般化して記載すると次のとおりである。すなわち、電源IC30Iが保有しているマイクロコントローラ20とのインタフェースを介して、マイクロコントローラ20から第1安全処理回路52および第2安全処理回路53の処理内容を容易にプログラムすることが可能となる。
図13を参照して、インバータの第10の実施の形態を説明する。以下の説明では、第8の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第8の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、不揮発性メモリの書き換え可否を制御する点で、第8の実施の形態と異なる。
(13)電源IC30Jは、不揮発性メモリ62への書き込み禁止と不揮発性メモリ62への書き込み許可とを制御する書き換え制御回路60を備える。そのため、安全機能要求の変更へも対応可能であり、かつ書き込み禁止に設定することで誤った書き込みを防止できる。
図14を参照して、インバータの第11の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、第2の実施の形態以降の複数の実施の形態の構成が含まれる点で、第1の実施の形態と異なる。
別々の機能ブロックとして示したいくつかの機能構成を一体に構成してもよいし、1つの機能ブロック図で表した構成を2以上の機能に分割してもよい。また各機能ブロックが有する機能の一部を他の機能ブロックが備える構成としてもよい。
4…モータ
12…低電圧バッテリ
13…高電圧バッテリ
14…第1電源
15…第2電源
20…マイクロコントローラ
50…機能安全処理回路
51…安全処理回路
52…第1安全処理回路
53…第2安全処理回路
54…第1論理ゲート
55…第2論理ゲート
56…可変ゲート論理回路
60…書き換え制御回路
61…不揮発性メモリ
62…不揮発性メモリ
63…レジスタ
64…セレクタ
70…マイコン異常検出回路
80…電源生成部
100…ゲートドライバ群
200…パワーモジュール群
301…電圧センサ
302…電流センサ
303…温度センサ
400…放電回路
Claims (14)
- 直流電力を交流電力に変換してモータに供給するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールを制御するゲートドライバと、
前記ゲートドライバを制御するマイクロコントローラと、
前記ゲートドライバおよび前記マイクロコントローラの少なくとも一方に電力を供給する電源ICと、
前記パワーモジュールに供給される高電圧を放電する放電回路と、
センサと、を備え、
前記電源ICは、前記マイクロコントローラの異常を検出するマイコン異常検出回路と、前記マイコン異常検出回路および前記センサの少なくとも一方の出力に基づき安全処理の必要性を判断して安全処理を行う安全処理回路とを備え、
前記安全処理回路は、前記モータを停止させる、または前記放電回路を用いて高電圧を放電する、電力変換用電子制御装置。 - 請求項1に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記センサは、前記パワーモジュールの温度を測定する温度センサ、前記モータに供給する電流を測定する電流センサ、および前記高電圧の電圧を測定する電圧センサの少なくとも1つであり、
前記安全処理回路は、前記安全処理として前記マイクロコントローラに頼らず直接前記ゲートドライバを制御して前記モータを停止させる第1安全処理回路である電力変換用電子制御装置。 - 請求項1に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記センサは、前記高電圧の電圧を測定する電圧センサであり、
前記安全処理回路は、前記安全処理として前記放電回路に放電を行わせる第2安全処理回路である電力変換用電子制御装置。 - 請求項1に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記センサは、前記パワーモジュールの温度を測定する温度センサ、前記モータに供給する電流を測定する電流センサ、および前記高電圧の電圧を測定する電圧センサの少なくとも1つであり、
前記安全処理回路は、前記安全処理として前記マイクロコントローラに頼らず直接前記ゲートドライバを制御して前記モータを停止させる第1安全処理回路、および前記安全処理として前記放電回路に放電を行わせる第2安全処理回路である電力変換用電子制御装置。 - 請求項1に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記安全処理回路には、第1電源の第1入力電力と、第1電源とは異なる第2電源の第2入力電力が供給される、電力変換用電子制御装置。 - 請求項5に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記第1電源は低電圧電源であり、
前記第2電源は前記パワーモジュールに電力を供給し前記第1電源よりも電圧が高い高電圧電源であり、
前記安全処理回路は、前記第1電源、および前記第2電源のいずれかから電力が供給されることで、動作を継続する電力変換用電子制御装置。 - 請求項1に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記安全処理回路の論理が、書き換え不可の状態で設定されている電力変換用電子制御装置。 - 請求項1に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記安全処理回路の論理が、外部のマイクロコントローラに搭載されているインタフェースを使用して書き換え可能な状態で設定される電力変換用電子制御装置。 - 請求項8に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記電源ICには、1回のみの書き込みが可能な不揮発性メモリが搭載され、
前記安全処理回路は、前記不揮発性メモリに記憶された情報に基づいて論理が設定される論理ゲートを含んで構成される、電力変換用電子制御装置。 - 請求項8に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記電源ICには、複数回の書き込みが可能な不揮発性メモリが搭載され、
前記安全処理回路は、前記不揮発性メモリに記憶された情報に基づいて論理が設定される論理ゲートを含んで構成される、電力変換用電子制御装置。 - 請求項8に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記電源ICには、レジスタが搭載され、
前記安全処理回路は、外部から前記レジスタに書き込まれた情報に基づいて論理が設定される論理ゲートを含んで構成される、電力変換用電子制御装置。 - 請求項10に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記電源ICは、前記不揮発性メモリへの書き込み禁止と前記不揮発性メモリへの書き込み許可とを制御する書き換え制御回路をさらに備える、電力変換用電子制御装置。 - 請求項1に記載の電力変換用電子制御装置において、
前記安全処理回路は、前記安全処理として前記ゲートドライバへの給電を遮断する電力変換用電子制御装置。 - 請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載の電力変換用電子制御装置に備えられる電源IC。
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