功率转换装置的制作方法

本发明涉及设置于直流功率源与多相旋转电机之间以将直流转换为交流、将交流转换为直流的功率转换装置，特别以具有内部电源开关的功率转换装置为对象，所述内部电源开关用于防止电源起动时和停止时的误动作。

背景技术：

车辆中搭载有多个电子控制装置，构成为利用由功率源所提供的功率来进行规定的动作。作为该功率源，存在使用来自可充放电的直流电源的直流功率的情况、以及使用对来自多相旋转电机的交流功率进行整流而得的直流功率的情况。

该功率源的电压在多相旋转电机起动时或者停止时会过渡性地发生变动。该过渡性的电压变动有时会引起利用微小的电气信号来进行动作的电子控制装置发生误动作。

因此，在直流电源的阳极端与电源装置之间设置电源开关，在电源起动的过渡期内检测到直流电源的电压下降的情况下，通过使该电源开关断开，来停止电源装置的动作，从而防止后级的负载即电子控制装置发生误动作(专利文献1)。

然而，在由直流电源向多相旋转电机提供功率、或者对来自多相旋转电机的感应电压进行整流并将其提供给直流电源的功率转换装置中，在作为功率源的直流电源的电压较低的系统、即将铅蓄电池作为功率源这样的系统中，由于在处理大电流的功率转换部与处理微小电气信号的控制部之间未设置绝缘元件，因此，在功率源起动、停止的次序(sequence)不佳的情况下，有可能因从功率转换部折回控制部的折回电流而导致控制部的微小信号电路发生损坏，有可能因功率转换部的功率半导体开关元件的误动作而导致产生贯通电流。

另外，在如将功率转换部和多相旋转电机构成为一体的功率转换装置一体型旋转电机装置中所搭载的那样的小型的功率转换装置中，在考虑尺寸限制的前提下，要设法去掉电流传感器、平滑电容器等，并设置将直流电源的阳极电压或阴极电压与多相旋转电机的相电压进行比较、运算的电路，使得即使没有上述传感器类，也能对功率转换部的故障进行检测(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4412141号公报

专利文献2：日本专利特开2007－185027号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

因此，在设置于直流功率源与多相旋转电机之间以将直流转换为交流、将交流转换为直流的功率转换装置中，在为了防止电源起动或停止时的误动作而在直流电源与故障检测部之间设置电源开关的情况下，由电源开关所引起的电压下降或响应延迟会导致产生电压检测误差，从而有可能导致所述故障检测部的故障检测精度下降。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种功率转换装置，该功率转换装置具备内部电源开关，能减小动作停止时的暗电流，并且能防止电源起动或停止时的误动作，输入故障检测部的电压误差较低。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的功率转换装置包括：功率转换部，该功率转换部在直流电源与多相旋转电机之间将直流功率转换为交流功率；控制部，该控制部对所述功率转换部的动作进行控制；升压电源电路，该升压电源电路与所述功率转换部相连接，向所述功率转换部提供动作电源；内部电源电路，该内部电源电路经由外部电源开关与所述直流电源的阳极端相连接，基于所述外部电源开关的状态来输出规定的电压，并向所述升压电源电路输出升压电源电路起动信号；内部电源开关，该内部电源开关连接于所述直流电源与所述升压电源电路之间，基于所述升压电源电路的输出电压来使从所述直流电源通向所述升压电源电路的电流路径导通或断开；以及偏置电源开关，该偏置电源开关与所述内部电源开关并联连接，基于所述内部电源电路的输出电压来使从所述直流电源通向所述升压电源电路的电流路径导通或断开，在利用所述外部电源开关进行起动时，在所述内部电源电路的输出电压为规定值以上的情况下，所述偏置电源开关使电流路径导通，所述升压电源电路基于所述升压电源电路起动信号来进行升压并输出规定的电压，并且所述内部电源开关使电流路径导通，在利用所述外部电源开关进行停止时，在所述内部电源电路的输出电压为规定值以下的情况下，由于所述升压电源电路起动信号的停止而使所述升压电源电路的升压动作停止，并且所述内部电源开关断开电流路径，在所述内部电源电路的输出电压小于规定值的情况下，所述偏置电源开关断开电流路径。

另外，内部电源开关由n沟道MOSFET构成，在电源起动时，在所述内部电源电路的输出电压为规定值以上的情况下，所述偏置电源开关使电流路径导通，所述升压电源电路基于所述电源起动信号来进行升压并输出规定的电压，并且所述内部电源开关使电流路径导通，在电源停止时，由于所述电源起动信号的停止而使所述升压电源电路的升压动作停止，并且所述内部电源开关断开电流路径，在所述内部电源电路的输出电压小于规定值的情况下，所述偏置电源开关断开电流路径。

发明效果

本发明的功率转换装置经由与可充放电的直流电源相连接的功率转换部，向多相旋转电机提供交流功率，或者从多相旋转电机向所述直流电源提供直流功率，能减小动作停止时的暗电流，并能防止电源起动或停止时的误动作，进而能降低输入至故障检测部的电压的误差。

关于本发明的上述以外的目的、特征、观点及效果，可通过参照附图进行的以下详细说明来进一步明确。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的结构的框图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的电源起动和停止时的各电压波形的时序图。

图3是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的结构的框图。

图4是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的结构的框图。

图5是表示本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置的结构的框图。

图6是表示本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置的结构的框图。

图7是表示本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置的电源起动和停止时的各电压波形的时序图。

图8是对本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置中的控制部的动作进行说明的流程图。

具体实施方式

以下，将本发明的实施方式与附图一起进行详细描述。此外，各图中的同一标号表示同一结构。

实施方式1.

图1表示本发明的实施方式1中的功率转换装置的结构。如图1所示，功率转换装置1中并联连接有规定个数(在图1中为3个)的相桥式电路，并且这些相桥式电路的两端(1对端)与可充放电的直流电源3相连接，所述相桥式电路通过将2个功率半导体开关元件2进行串联连接来构成上下桥臂，构成这些相桥式电路的功率半导体开关元件2的串联连接的连接点分别与多相旋转电机4的各相的电枢绕组的交流端子相连接，在多相旋转电机4与直流电源3之间，进行交流-直流功率转换或者直流-交流功率转换。

功率转换装置1包括：具有上述功率半导体开关元件2的功率转换部5；控制部6；内部电源电路7；升压电源电路8；内部电源开关10；以及偏置电源开关11。

控制部6利用各种传感器(未图示)或通信来获取直流电源3的阳极电压、多相旋转电机4的转速等外部环境的信息，对构成功率转换部5的功率半导体开关元件2的导通时间进行运算，并向功率转换部5输出栅极驱动信号6a。另外，获取故障检测部9所检测出的故障信息，使栅极驱动信号6a的输出停止。

内部电源电路7对外部电源开关12的导通或断开进行检测，若外部电源开关12导通，则从输出端7a输出规定电压，并输出升压电源电路起动信号7b。

升压电源电路8获取升压电源电路起动信号7b，若升压电源电路起动信号7b导通，则以直流电源3的阳极电压为基准来进行升压，从输出端8a输出规定电压。

内部电源开关10连接于直流电源3的阳极端与升压电源电路8之间，基于升压电源电路8的输出电压来使电流路径导通或断开。

偏置电源开关11与内部电源开关10并联连接，基于内部电源电路7的输出电压，来使从直流电源3的阳极端通向升压电源电路8的电流路径导通或断开。

此外，在图1中，功率转换部5的功率半导体开关元件2例如由MOSFET或IGBT等构成。此外，功率转换部5例如由推挽型的预驱动器、以及由二极管、电阻或电阻开关等组合而成的关断浪涌电压抑制电路构成。

另外，直流电源3例如由一般用作为汽车用电源的铅蓄电池(电池)、锂离子电池、或电气双层电容器等构成。控制部6例如由如微机、ASIC那样的逻辑电路构成。

内部电源电路7例如由DCDC变换器、串联调节器等构成。另外，内部电源电路7为了对外部电源开关的导通或断开进行检测，从而具备例如使用了晶体管、或比较电路等的电压检测电路。此外，内部电源电路7为了在输出规定电压后又经过规定时间后输出升压电源电路起动信号7b，从而设置有例如利用了由电阻和电容器所构成的一阶延迟电路的时间常数的定时电路、或者利用了振荡器和半导体元件的计数器电路等。

升压电源电路8例如由DCDC变换器、电荷泵电路等构成。

内部电源开关10例如由n沟道MOSFET构成。偏置电源开关11例如由晶体管、p沟道MOSFET构成。另外，为了对内部电源电路的输出电压进行检测，也可以包括如比较电路那样的比较器。

以下利用图2的时序图来对功率转换装置1的电源起动时和停止时的动作进行说明。

功率转换装置1的电源起动时，首先，在时间T1，外部电源开关12导通，若在内部电源电路7中检测到该信息，则内部电源电路7开始输出电压，在时间T2内部电源电路7的输出电压达到电压V1。这里，电压V1是指超过控制部6的电源起动过渡期而成为不会发生误动作的状态的电压值，例如可以举出将其设为从内部电源电路7的规定输出电压的60％到70％左右的方法。或者，作为内部电源电路7的规定输出电压值，例如希望设定为控制部6不会发生误动作的电压的1.4倍至1.7倍左右。

另外，若在时间T3内部电源电路7的输出电压达到电压V2，则偏置电源开关11导通，将直流电源3的阳极电压施加于升压电源电路8。

此外，在从内部电源电路7的输出电压达到规定值(T3a)起经过规定时间Ton后的时间T4，内部电源电路7(导通)输出升压电源电路起动信号7b，在升压电源电路8中，接受该升压电源电路起动信号7b，开始升压动作。这里，作为规定时间Ton的设定方法，例如可以举出将规定时间Ton设为从内部电源电路的输出电压达到电压V2起到偏置电源开关11导通、施加于功率转换装置1内的直流电源3的阳极电压变得稳定为止的时间的方法，或者将规定时间Ton设为构成控制部6的微机的初始化所需要的时间的方法等。

若在时间T5升压电源电路的输出电压达到电压V3，则内部电源开关10导通，由此完成功率转换装置1的起动。

功率转换装置1的电源停止时，首先，在时间T6，外部电源开关12断开，在内部电源电路7中对该情况进行检测，并使升压电源电路起动信号7b的输出停止(断开)，在升压电源电路8中，接受升压电源电路起动信号7b的输出停止(断开)并停止升压动作。然后，若在时间T7升压电源电路8的输出电压小于电压V3，则内部电源开关10断开。

另外，内部电源电路7在从外部电源开关12断开起经过规定时间Toff后的时间T8使电压输出停止。这里，作为规定时间Toff的设定方法，例如可以举出将规定时间Toff设为升压电源电路8的输出电压下降至直流电源3的阳极电压的时间的方法，或者将规定时间Toff设为构成控制部6的微机的电源停止处理所需要的时间的方法等。

然后，在时间T9，若内部电源电路7的输出电压小于电压V2，则偏置电源开关11断开，从直流电源3的阳极端通向功率转换装置1内的电流路径被断开。

至此为止为电源停止处理，此后，进一步地，若在时间T10内部电源电路7的输出电压小于电压V1，则电压V1成为功率转换部5的电源停止过渡期，按各电路的推移进行放电。

如上所述，根据实施方式1，由于在直流电源3的阳极端与升压电源电路8和故障检测部9之间设有内部电源开关10，因此，能减小功率转换装置1的动作停止时的暗电流。

另外，将偏置电源开关11与内部电源开关10并联设置，利用内部电源电路7的输出电压和升压电源电路起动信号7b，按各部分的电压和时间来对电源起动和停止时的动作顺序进行规定，从而能防止电源起动和停止时的误动作。即，在内部电源电路7的输出电压小于电压V1的情况下，功率转换部5的驱动电源即升压电源电路8停止电压输出，因此，能防止电源起动和停止时的过渡期内的控制部6和功率转换部5的功率半导体开关元件2的误动作所引起的贯通电流，并能防止由来自功率转换部5的折回电流引起的控制部6内的小信号电路的损坏。

实施方式2.

图3表示在本发明的实施方式1中设置故障检测部9，还使用n沟道MOSFET来作为内部电源开关10的具体结构的事例。

故障检测部9例如由晶体管、或者比较电路那样的比较器构成。该故障检测部9将直流电源3的阳极或阴极的电压与多相旋转电机4的相电压进行比较，在两者不同的情况下，将功率转换部5的异常状态作为故障来进行检测，该故障检测部9与功率转换装置1中获得直流电源3的连接端子和多相旋转电机4的连接端子的电压的部位相连接。

此外，与实施方式1中在设定内部电源电路7的输出电压时将其设定为控制部6不会发生误动作的电压的方式同样地，希望将内部电源电路7的输出电压设定为该故障检测部9不会发生误动作的电压的1.4倍至1.7倍左右。

在本实施方式2中，仅具体示出了内部电源开关10和故障检测部9，由于其它部分的动作和结构相同，因此省略说明。但是，由于将n沟道MOSFET用于内部电源开关10，因此，能降低由内部电源开关10所引起的电压下降，能减小对故障检测部9的电压检测精度的影响，此外，通过将n沟道MOSFET用于内部电源开关10，即使功率转换部5的关断浪涌电压导致直流电源3的阳极电压发生变动，内部电源开关10的导通电阻也不会增加，能达到使故障检测部9不容易产生电压检测误差的效果。

实施方式3.

图4表示本发明的实施方式3中的功率转换装置的结构。与图3所示的实施方式2相比，其不同之处在于，在图4中，内部电源开关10被一分为二，故障检测部9经由第1内部电源开关101连接至直流电源3的阳极端，升压电源电路8经由第2内部电源开关102和偏置电源开关11连接至直流电源3的阳极端。其它结构和动作与图1相同，因此，这里省略说明。

此外，关于本实施方式中的功率转换装置的电源起动时和停止时的动作，与上述实施方式1所示的图2的时序图相同，这里省略说明。

第1内部电源开关101和第2内部电源开关102与内部电源开关10同样地由n沟道MOSFET构成，基于升压电源电路8的输出电压来使电流路径导通或断开。

如上所述，根据实施方式3，在直流电源3的阳极端与故障检测部9之间设有第1内部电源开关101，在直流电源3的阳极端与升压电源电路8之间设有第2内部电源开关102，因此，与上述实施方式1相同，能减小功率转换装置1的动作停止时的暗电流。

另外，将偏置电源开关11与第2内部电源开关102并联设置，利用内部电源电路7的输出电压和升压电源电路起动信号7b，按各部分的电压和时间来对电源起动和停止时的动作顺序进行规定，从而能防止电源起动和停止时的误动作。即，在内部电源电路7的输出电压小于电压V1的情况下，功率转换部5的驱动电源即升压电源电路8停止电压输出，因此，能防止电源起动和停止时的过渡期内的控制部6和功率转换部5的功率半导体开关元件2的误动作所引起的贯通电流，并能防止由来自功率转换部5的折回电流引起的控制部6内的小信号电路的损坏。

此外，由于将内部电源开关10一分为二，并且将n沟道MOSFET用于第1内部电源开关101，因此，在第1内部电源开关101中，不存在伴随升压电源电路8的升压动作的电流消耗，能进一步降低第1内部电源开关101处的电压降，能将对故障检测部9的电压检测精度的影响减小到最小限度。

此外，即使直流电源3的阳极电压因功率转换部5的关断浪涌电压而发生变动，第1内部电源开关101的导通电阻也不会增加，具有使故障检测部9不容易产生电压检测误差的效果。

实施方式4.

图5表示本发明的实施方式4中的功率转换装置的结构。与图4所示的实施方式3相比，其不同之处在于，在图5中，不存在偏置电源开关11，且将p沟道MOSFET用于第2内部电源开关15。其它结构和动作与图1相同，因此，这里省略说明。

此外，关于本实施方式中的功率转换装置的电源起动时和停止时的动作，其不同之处在于，将上述实施方式1中所示的图2的时序图中的偏置电源开关11的动作替换为第2内部电源开关15的动作，除此以外，与前述的动作相同，因此，这里省略其说明。

第2内部电源开关15由p沟道MOSFET构成，基于升压电源电路8的输出电压来使电流路径导通或断开。

如上所述，根据实施方式4，在直流电源3的阳极端与故障检测部9之间设有第1内部电源开关101，在直流电源3的阳极端与升压电源电路8之间设有第2内部电源开关15，因此，与上述实施方式1相同，能减小功率转换装置1的动作停止时的暗电流。

另外，利用内部电源电路7的输出电压和升压电源电路起动信号7b，按各部分的电压和时间来对电源起动和停止时的动作顺序进行规定，从而能防止电源起动和停止时的误动作。即，在内部电源电路7的输出电压小于电压V1的情况下，功率转换部5的驱动电源即升压电源电路8停止电压输出，因此，能防止电源起动和停止时的过渡期内的控制部6和功率转换部5的功率半导体开关元件2的误动作所引起的贯通电流，并能防止由来自功率转换部5的折回电流引起的控制部6内的小信号电路的损坏。

此外，由于将内部电源开关10一分为二，并且将n沟道MOSFET用于第1内部电源开关101，因此，在第1内部电源开关101中，不存在伴随升压电源电路8的升压动作的电流消耗，能进一步降低第1内部电源开关101处的电压降，能将对故障检测部9的电压检测精度的影响减小到最小限度。

此外，即使直流电源3的阳极电压因功率转换部5的关断浪涌电压而发生变动，第1内部电源开关101的导通电阻也不会增加，具有使故障检测部9不容易产生电压检测误差的效果。

另外，由于将p沟道MOSFET用于第2内部电源开关15，因此，电路结构简单，能实现功率转换装置1的小型化并降低成本。

实施方式5.

在至此为止的实施方式中，利用内部电源电路7的输出电压和升压电源电路起动信号7b，按各部分的电压和时间来规定电源起动和停止时的动作顺序，但本发明并不局限于此，例如也可以利用构成控制部6的微机或ASIC来规定电源起动和停止的动作。以下，在本发明的实施方式5中，对其结构和动作进行详细描述。

图6表示本发明的实施方式5中的功率转换装置的结构。与图1所示的实施方式1相比，其不同之处在于，在图6中，控制部6与外部电源开关12直接连接，对外部电源开关12的导通或断开进行检测，并且，从控制部6输出升压电源电路起动信号6b，偏置电源开关11基于从控制部6输出的偏置电源开关驱动信号6c，来使电流路径导通或断开。其它结构和动作与图1相同，因此，这里省略说明。

以下利用图7的时序图来对功率转换装置1的电源起动时和停止时的动作进行说明，并利用图8的流程图对控制部6的动作次序进行说明。

功率转换装置1的电源起动时，在图7的时间T1’，外部电源开关12导通，内部电源电路7开始输出电压。然后，控制部6开始动作，对外部电源开关12导通的情况进行检测，开始图8的处理。

在图8中，首先，控制部6在步骤S401中输出偏置电源开关驱动信号6c(在图7的时序图中为时间T2’)。然后，前进至步骤S402，在图7的时间T3’输出升压电源电路起动信号6b，前进至步骤S403。此外，作为从图7的时间T2’到时间T3’为止的等待时间的设定方法，例如可以举出将等待时间设为到偏置电源开关11导通、施加于功率转换装置内的直流电源3的阳极电压变得稳定为止的时间的方法，或者将等待时间设为偏置电源开关驱动信号6c传输至偏置电源开关11为止的延迟时间的方法。或者，也可以是如下方法：新设置对施加于功率转换装置内的直流电源3的阳极电压进行检测的电路，基于在该电路中所检测出的电压值来输出升压电源电路起动信号6b。

之后，在图7的时间T4’，若升压电源电路8的输出电压达到电压V3，则内部电源开关10导通，电源起动处理结束。

另一方面，在图8的步骤S403中，对外部电源开关12的状态进行检测，若外部电源开关12断开，则前进至步骤S404，实施电源停止处理。若外部电源开关12未断开，则再次实施对外部电源开关12的状态进行监视的程序处理。

在步骤S404中，使升压电源电路起动信号6b停止，前进至步骤S405。在步骤S405中，使偏置电源开关驱动信号6c停止(图7的时序图中为时间T5’)。

之后，在图7的时间T4’，若升压电源电路8的输出电压小于电压V3，则内部电源开关10断开，进而在时间T7’内部电源电路7停止电压输出，然后按各电路的推移进行放电。此外，作为从图7的时间T5’到时间T7’为止的等待时间的设定方法，例如可以举出将等待时间设为到升压电源电路8的输出电压消失为止的时间的方法，或将等待时间设为构成控制部6的微机的电源停止处理所需的时间的方法等。或者，也可以是如下方法：新设置对施加于功率转换装置内的直流电源3的阳极电压进行检测的电路，基于在该电路中所检测出的电压值来使内部电源电路7的电压输出停止。

如上所述，根据实施方式5，由于在直流电源3的阳极端与升压电源电路8和故障检测部9之间设有内部电源开关10，因此，能减小功率转换装置1的动作停止时的暗电流。

另外，将偏置电源开关11与内部电源开关10并联设置，利用从控制部6输出的偏置电源开关驱动信号6c和升压电源电路起动信号6b，按时间或各部分的电压来对电源起动和停止时的动作顺序进行规定，从而能防止电源起动和停止时的误动作。即，在内部电源电路7的输出电压小于电压V1的情况下，功率转换部5的驱动电源即升压电源电路8停止电压输出，因此，能防止电源起动和停止时的过渡期内的控制部6和功率转换部5的功率半导体开关元件2的误动作所引起的贯通电流，并能防止由来自功率转换部5的折回电流引起的控制部6内的小信号电路的损坏。

此外，不仅利用控制部6来允许升压电源电路8的电压输出，还利用控制部6来对外部电源开关12的状态进行监视，对外部电源开关12的断开进行检测并使升压电源电路起动信号6b和偏置电源开关驱动信号6c停止，因此，能比上述实施方式1更快地使升压电源电路8的电压输出停止，能减小电源下降时间的偏差的影响，更可靠地防止电源停止时的误动作。

此外，由于将n沟道MOSFET用于内部电源开关10，因此，能降低内部电源开关10所引起的电压降，能减小对故障检测部9的电压检测精度的影响。

另外，由于将n沟道MOSFET用于内部电源开关10，因此，即使直流电源3的阳极电压因功率转换部5的关断浪涌电压而发生变动，内部电源开关10的导通电阻也不会增加，具有故障检测部9不容易产生电压检测误差的效果。

另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。