電力變換裝置的制造方法
【專利摘要】提供一種能夠防止人為錯誤的發(fā)生并能夠容易且低成本地診斷安全電路的動作的電力變換裝置。一種電力變換裝置，具備安全電路，該安全電路基于來自外部的指令使驅(qū)動電路部進行動作來運轉(zhuǎn)主電路部、且通過發(fā)生故障時的切斷信號來使主電路部停止，在該電力變換裝置中，由生成用于進行主電路部(25)的運轉(zhuǎn)或停止的輸入信號的輸入部(21)、將輸入信號作為一個輸入的邏輯部(22)以及根據(jù)該邏輯部的輸出信號來生成切斷信號的切斷停止部(23)構(gòu)成安全電路(27)。該電力變換裝置還具備：診斷部(26)，其使用切斷信號的反饋信號來生成切斷指令，該切斷指令被作為邏輯部(22)的另一個輸入；以及CPU(10)，其基于輸入信號、切斷指令以及反饋信號監(jiān)視安全電路(27)和診斷部(26)的狀態(tài)來估計故障的有無和故障發(fā)生部位，向驅(qū)動電路部(24)輸出切斷信號。
【專利說明】
電力變換裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種具備安全功能的電力變換裝置，該安全功能用于在設(shè)置于各種工廠、大樓等的對電動機等負(fù)載進行驅(qū)動的伺服裝置、逆變器裝置中當(dāng)裝置發(fā)生故障、異常(以下將它們稱為故障等)時停止裝置的運轉(zhuǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種工廠、大樓中使用著應(yīng)用了對電動機進行驅(qū)動的伺服裝置、逆變器裝置等電力變換裝置的驅(qū)動系統(tǒng)。這些驅(qū)動系統(tǒng)用于對風(fēng)扇、栗、電梯、各種制造設(shè)備進行驅(qū)動，但是存在以下?lián)鷳n:當(dāng)電力變換裝置發(fā)生故障等時，會招致裝置的損壞、人體的損傷。
[0003]從這種背景出發(fā)，在世界各國，要求驅(qū)動系統(tǒng)具備基于國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等各種規(guī)范的安全功能。
[0004]然而，為了實現(xiàn)這種安全功能，不僅需要該安全功能基于法令來遵循各種規(guī)范，還需要用于診斷安全功能是否可靠地起到作用的診斷功能、支援功能。
[0005]在此，作為能夠以簡單的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)電動機的安全停止的以往的電力變換裝置，已知圖13所示的電力變換裝置。此外，在專利文獻I中記載有該電力變換裝置。
[0006]在圖13中，501是逆變器裝置，502是電動機，在該以往技術(shù)中，如以下那樣構(gòu)成電動機502的安全停止單元。
[0007]S卩，在通常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，安全停止信號503、504關(guān)閉(0FF)，從PffM生成電路507輸出的PWM信號被輸入到正側(cè)柵極驅(qū)動電路508和負(fù)側(cè)柵極驅(qū)動電路509。因此，這些柵極驅(qū)動電路508、509進行動作，從而逆變器裝置501的半導(dǎo)體開關(guān)元件被控制，電動機502被驅(qū)動。
[0008]但是，當(dāng)裝置發(fā)生故障等而輸入了安全停止信號503或504時，導(dǎo)通柵極電源切斷電路505或506進行動作，從而對柵極驅(qū)動電路508或509內(nèi)的光電耦合器的電源供給被切斷。由此，柵極信號被阻斷，逆變器裝置501停止運轉(zhuǎn)，由此使電動機502成為空轉(zhuǎn)(free-run) 狀態(tài) ，之后使旋轉(zhuǎn)停止。
[0009]另外，作為其它以往技術(shù)，已知專利文獻2所記載的安全控制系統(tǒng)。
[0010]該安全控制系統(tǒng)601如圖14所示那樣具備處理器單元603、604以及經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)606而與外部控制器607連接的通信裝置602，從這些處理器單元603、604向?qū)﹄妱訖C608進行驅(qū)動的電力變換裝置605輸入控制信號和安全信號。此外，一方的處理器單元603具備控制功能和安全功能，另一方的處理器單元604僅具備安全功能。
[0011]在此，處理器單元603在從外部控制器607接收到的通信數(shù)據(jù)是控制數(shù)據(jù)的情況下，基于該控制數(shù)據(jù)生成控制指令來對電力變換裝置605進行控制。另外，在通信數(shù)據(jù)是安全數(shù)據(jù)的情況下，處理器單元603也向另一方的處理器單元604傳輸安全數(shù)據(jù)，由兩方的處理器單元603、604對電力變換裝置605執(zhí)行包括運轉(zhuǎn)停止、存儲器診斷在內(nèi)的安全處理。由處理器單元603、604對安全數(shù)據(jù)進行處理得到的結(jié)果通過數(shù)據(jù)同步單元被匯總到一方的處理器單元603，并被變換為通信數(shù)據(jù)后發(fā)送到外部控制器607。
[0012]即，在該系統(tǒng)中，安全功能被雙重化，控制功能則是單一化的。
[0013]專利文獻1:日本特開2013-247693號公報(第
[0011]?
[0017]段、圖1等)
[0014]專利文獻2:日本專利第5494255號公報(第
[0018]?
[0024]段、圖1?圖3等)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明要解決的問題
[0016]在電力變換裝置等的工作中發(fā)生故障等的情況下，需要迅速地切斷動力來轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)。然而，例如在專利文獻I(圖13)中，存在以下?lián)鷳n:在導(dǎo)通柵極電源切斷電路505、506等安全電路發(fā)生故障的情況下，無法正確地對此進行判定來轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩臓顟B(tài)，無法切斷動力。
[0017]因此，為了對安全電路的正常動作進行確認(rèn)，需要進行使安全電路定期地動作的檢查，但是若存在檢查員所導(dǎo)致的流程錯誤、疏漏等人為錯誤，則會導(dǎo)致看漏安全電路的故障。
[0018]另一方面，根據(jù)專利文獻2(圖14)，由于使安全功能雙重化，因此能夠提高可靠性。但是，需要使承擔(dān)安全功能的處理器單元603、604冗余化，并使用外部中斷信號線等來在兩個單元603、604之間使數(shù)據(jù)同步等，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、成本方面尚有改進的余地。
[0019]因此，本發(fā)明要解決的問題在于提供一種能夠防止人為錯誤的發(fā)生并能夠容易且低成本地診斷安全電路的動作的電力變換裝置。
[0020]用于解決問題的方案
[0021]為了解決上述問題，第一發(fā)明所涉及的發(fā)明是一種電力變換裝置，該電力變換裝置根據(jù)從驅(qū)動電路部輸出的驅(qū)動信號對構(gòu)成主電路部的半導(dǎo)體開關(guān)元件進行控制來向負(fù)載供給電力，該電力變換裝置具備安全電路，該安全電路基于來自外部的指令使所述驅(qū)動電路部進行動作來生成所述驅(qū)動信號，且在裝置內(nèi)部發(fā)生故障時向所述驅(qū)動電路部輸出切斷信號來停止所述主電路部的運轉(zhuǎn)，所述電力變換裝置的特征在于，
[0022]在所述安全電路中設(shè)置有:輸入部，其生成用于指示所述主電路部的運轉(zhuǎn)或停止的輸入信號;邏輯部，所述輸入信號被作為該邏輯部的一個輸入；以及切斷停止部，其根據(jù)所述邏輯部的輸出信號來生成所述切斷信號，
[0023]所述電力變換裝置還具備:
[0024]診斷部，其將所述切斷信號用作反饋信號來生成切斷指令，該切斷指令被作為所述邏輯部的另一個輸入;以及
[0025]監(jiān)視單元，其基于所述輸入信號、所述切斷指令以及所述反饋信號監(jiān)視所述安全電路和所述診斷部的狀態(tài)來估計故障的有無以及故障發(fā)生部位，在判定為發(fā)生故障時生成切斷信號并將該切斷信號輸出到所述驅(qū)動電路部，來使所述主電路部的運轉(zhuǎn)停止。
[0026]第二發(fā)明所涉及的發(fā)明的特征在于，在第一發(fā)明所述的電力變換裝置中，所述安全電路具備兩組包括所述輸入部、所述邏輯部以及所述切斷停止部的通道從而被雙重化，從兩個通道的所述切斷停止部分別將所述反饋信號輸入到所述診斷部，并且，所述監(jiān)視單元除了被輸入所述切斷指令以外，還被分別輸入來自兩個通道的所述輸入部的所述輸入信號以及來自兩個通道的所述切斷停止部的所述反饋信號。
[0027]第三發(fā)明所涉及的發(fā)明的特征在于，在第二發(fā)明所述的電力變換裝置中，具備兩組所述診斷部來使所述診斷部雙重化。
[0028]第四發(fā)明所涉及的發(fā)明的特征在于，在第二發(fā)明或第三發(fā)明所述的電力變換裝置中，所述監(jiān)視單元基于兩個通道的所述輸入信號和所述反饋信號的邏輯電平的組合來估計故障發(fā)生部位。
[0029]第五發(fā)明所涉及的發(fā)明的特征在于，在第四發(fā)明所述的電力變換裝置中，所述監(jiān)視單元能夠?qū)⒅辽偃我粋€通道中的輸入電路或輸出電路估計為故障發(fā)生部位。
[0030]發(fā)明的效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明，向安全電路輸入的輸入信號、切斷信號的反饋信號以及來自診斷部的切斷指令被輸入到CHJ等監(jiān)視單元，監(jiān)視單元能夠?qū)Π踩娐泛驮\斷部的動作進行監(jiān)視。另外，能夠基于輸入信號和所述反饋信號的邏輯電平的組合來進行故障發(fā)生部位的估計、驅(qū)動電路部的切斷處理等。由此，能夠提供一種消除與安全功能的診斷相伴的人為錯誤的、可靠性高的電力變換裝置。
[0032]此外，本發(fā)明不是為了實現(xiàn)安全功能而使CPU雙重化，因此與前述的專利文獻2所涉及的以往技術(shù)相比，能夠通過硬件和軟件的簡化來實現(xiàn)成本降低。
【附圖說明】
[0033]圖1是表示本發(fā)明的實施方式的功能框圖。
[0034]圖2是表示圖1的主要部分的功能框圖。
[0035]圖3是表示本發(fā)明的實施方式的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖4是圖1?圖3中的主要部分的電路圖。
[0037]圖5是本發(fā)明的實施方式中的驅(qū)動電路部的結(jié)構(gòu)圖。
[0038]圖6是本發(fā)明的實施方式中的診斷部的結(jié)構(gòu)圖。
[0039]圖7是表示本發(fā)明的實施方式中的診斷部的動作的流程圖。
[0040]圖8是表示本發(fā)明的實施方式中的正常時的動作的時序圖。
[0041]圖9是表示本發(fā)明的實施方式中的故障發(fā)生時的動作的時序圖。
[0042]圖10是表示本發(fā)明的實施方式中的故障發(fā)生部位的判定表的圖。
[0043]圖11是表示本發(fā)明的實施方式中的故障發(fā)生部位的判定表的圖。
[0044]圖12是表示本發(fā)明的實施方式中的信息顯示部的畫面例的圖。
[0045]圖13是專利文獻I所記載的以往技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖。
[0046]圖14是專利文獻2所記載的以往技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0047]下面，按圖來說明本發(fā)明的實施方式。首先，圖1是表示本發(fā)明的實施方式的功能框圖。
[0048]在圖1中，冗余化為2個通道的輸入信號A、B作為指令被輸入到輸入部21。這些輸入信號A、B在使電力變換裝置運轉(zhuǎn)來驅(qū)動作為負(fù)載的電動機時為“高(High)”電平，在使電力變換裝置停止來停止電動機的驅(qū)動時為“低(Low)”電平。
[0049]此外，輸入部21如后所述那樣具備以下功能:將輸入信號A、B通過光電耦合器進行絕緣之后變換為規(guī)定的電平來進行傳遞。
[0050]由輸入部21進行了絕緣的輸入信號A、B被傳遞到邏輯部22和CPU10。[0051 ] 邏輯部22例如由AND(與)門構(gòu)成，在該邏輯部22中，分別取從診斷部26輸出的切斷指令與輸入部21的輸出信號(輸入信號A、B)的邏輯與，將其結(jié)果輸出到切斷停止部23。此夕卜，也可以將除AND門以外的其它邏輯門組合來構(gòu)成邏輯部22。
[0052]作為監(jiān)視單元的CPU10通過軟件的功能而作為信號監(jiān)視部11、故障部位估計部12以及信息顯示部13進行動作。信號監(jiān)視部11除了被輸入輸入部21的輸出信號以外，還被輸入來自診斷部26的切斷指令以及來自切斷停止部23的雙重化的切斷信號(反饋(FB)信號)A、B。該信號監(jiān)視部11對包括輸入部21、邏輯部22及切斷停止部23的安全電路27的狀態(tài)以及診斷部26的狀態(tài)進行監(jiān)視，能夠檢測出這些部位發(fā)生了故障。然后，故障部位估計部12基于信號監(jiān)視部11的輸出來估計故障發(fā)生部位，信息顯示部13將該部位顯示在液晶監(jiān)視器、LED等顯示器。
[0053]所述切斷停止部23基于邏輯部22的輸出來輸出雙重化的切斷信號A、B。該切斷停止部23形成于安裝后述的柵極驅(qū)動電路的控制基板側(cè)。
[0054]切斷信號A、B經(jīng)由驅(qū)動電路部24被發(fā)送到電力變換裝置的主電路部25。驅(qū)動電路部24如后所述那樣具備光電耦合器和柵極驅(qū)動電路，在電力變換裝置的運轉(zhuǎn)時接通光電耦合器的動作電源來使柵極驅(qū)動電路進行動作，在電力變換裝置的停止時通過切斷信號A、B斷開動作電源來使柵極驅(qū)動電路的動作停止。
[0055]主電路部25例如包括構(gòu)成逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)元件的橋電路，在主電路部25的輸出側(cè)連接有作為負(fù)載的電動機。
[0056]此外，如上所述，在電力變換裝置的運轉(zhuǎn)停止時，除了使用切斷信號A、B來使驅(qū)動電路部24的動作停止以外，作為安全功能，還能夠?qū)乃龉收喜课还烙嫴?2輸出的切斷信號提供給驅(qū)動電路部24來使其動作停止。
[0057]圖2示出了圖1中的主要部分(安全電路27和CPU 10)。
[0058]如前所述，安全電路27的結(jié)構(gòu)要素均被雙重化，具備:輸入部21A、21B;邏輯部22A、22B;以及切斷停止部23A、23B。在診斷部26中，將從切斷停止部23A、23B輸出的切斷信號A、B作為FB信號A、B而輸入，判斷這些FB信號A、B的一致不一致來診斷故障。該診斷結(jié)果(切斷指令)被發(fā)送到邏輯部22A、22B，來分別求出該診斷結(jié)果與輸入部21A、21B的輸出信號的邏輯與，并且上述診斷結(jié)果還被發(fā)送到CPU 10。
[0059]圖3是表示本發(fā)明的實施方式的整體結(jié)構(gòu)圖。電力變換裝置100具備包括CPU10和安全電路/診斷部28的控制部14、驅(qū)動電路部24以及主電路部25。在此，安全電路/診斷部28由前述的安全電路27和診斷部26構(gòu)成，從外部安全控制器50向安全電路/診斷部28提供輸入信號(指令)。
[0060]另外，在主電路部25上連接有三相交流電源等電源30和電動機40，安裝于電動機40的速度/位置傳感器41的輸出信號被輸入到CPU 10。
[0061]接著，圖4是與圖1?圖3對應(yīng)的主要部分的電路圖，詳細(xì)地說，是將圖2的功能框圖以及圖1、圖3中的驅(qū)動電路部24和主電路部25的結(jié)構(gòu)具體化的圖。
[0062]在圖4中，211、212是分別設(shè)置于輸入部21A、21B的光電耦合器。另外，231?234是分別構(gòu)成切斷停止部23A、23B的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
[0063]并且，241?246是驅(qū)動電路部24內(nèi)的光電耦合器，251?256是構(gòu)成主電路部25的IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)元件。
[0064]圖5詳細(xì)說明了驅(qū)動電路部24的結(jié)構(gòu)。切斷信號A以及針對主電路部25的上臂開關(guān)元件251?253的柵極信號U、V、W被輸入到光電耦合器241?243，切斷信號B以及針對下臂的開關(guān)元件254?256的柵極信號X、Y、Z被輸入到光電親合器244?246。
[0065]在該驅(qū)動電路部24中，通過“低”電平的切斷信號A、B來切斷光電耦合器241?246的電源并且停止針對開關(guān)元件251?256的柵極信號U、V、W、X、Y、Z，由此實現(xiàn)切斷功能。
[0066]返回到圖4，診斷部26從切斷停止部23A、23B接收2個通道的FB信號A、B，對這些信號的一致不一致進行監(jiān)視。假如在FB信號A、B不一致的情況下，判定為電路內(nèi)存在某種部件故障。部件故障例如是指部件的引腳(pin)的開路、引腳之間的短路、信號的固定(與5V電源布線的短路、與GND的短路等)。
[0067]在此，診斷部26如圖6所示那樣由邏輯IC等構(gòu)成。在圖6中，261是XOR(異或)門，262、265是RC濾波器，263是NAND(與非)門，264、266是構(gòu)成鎖存電路的NAND門。
[0068]圖7是表示診斷部26的動作的流程圖。該診斷部26的XOR門261獲取FB信號A、B(圖7的步驟SI)，在這些信號不一致的情況下(步驟S2“是”)，X0R門261的輸出為“高”電平，在這些信號一致的情況下(步驟S2“否” )，X0R門261的輸出為“低”電平。
[0069]RC濾波器262、265用于在視作前述的部件故障之前等待固定時間、例如100[ms]的經(jīng)過，RC濾波器262、265的時間常數(shù)是以與邏輯IC的“高”電平的閾值相匹配的方式選定的。
[0070]在XOR門261的輸出是“高”電平的情況下(FB信號A、B不一致的情況下)，RC濾波器262的輸出在上述時間常數(shù)經(jīng)過后變?yōu)椤案摺彪娖?。在該時間點，NAND門263的兩個輸入變?yōu)椤案摺彪娖?，其輸出變?yōu)椤暗汀彪娖?，因此從?gòu)成鎖存電路的NAND門266輸出“低”電平的切斷指令，該切斷指令被固定為“低”電平(步驟S3)。也就是說，在FB信號A、B不一致的情況下，“低”電平的切斷指令被固定為有效(active)的狀態(tài)。
[0071]由此，圖4的邏輯部22A、22B的輸出變?yōu)椤暗汀彪娖?，使切斷信號A、B有效來切斷驅(qū)動電路部24的光電耦合器241?246的電源，使基于主電路部25的電動機40的運轉(zhuǎn)停止(步驟S4)。
[0072]另外，在XOR門261的輸出是“低”電平的情況下(FB信號A、B—致的情況下)，NAND門263的兩個輸入為“低”電平，其輸出變?yōu)椤案摺彪娖讲⒈惠斎氲絅AND門264的一個輸入端子。此時，如果輸入到NAND門264的另一個輸入端子的切斷指令是“高”電平，則NAND門264的輸出為“低”電平，該信號被輸入到NAND門266的一個輸入端子，而NAND門266的另一個輸入端子的信號電平為“高”電平，由此，NAND門266的輸出繼續(xù)保持“高”電平。
[0073]此外，若設(shè)為在NAND門264的一個輸入是“高”電平時切斷指令是“低”電平，則NAND門264的輸出為“高”電平，該信號被輸入到NAND門266的一個輸入端子。在該情況下，NAND門266的另一個輸入端子的信號電平也為“高”電平，因此NAND門266的輸出繼續(xù)保持“低”電平。
[0074]也就是說，在FB信號A、B—致的情況下，診斷部26不特別進行動作，而是保持原有的狀態(tài)(步驟S5)。
[0075]接著，圖8、圖9是表示本實施方式的動作的時序圖。
[0076]圖8表示在安全電路27正常時通過電力變換裝置100的動作來使電動機運轉(zhuǎn)或停止的情況下的輸入信號A、B和FB信號A、B，圖9表不例如輸入部21B發(fā)生故障時的輸入信號A、B和FB信號A、B。在這些圖中，“停止(stop)”(時刻tO、“運轉(zhuǎn)(run)”(時刻t2)是電力變換裝置10的停止、運轉(zhuǎn)的時機。
[0077]在圖8的正常時，輸入信號A、B彼此一致，F(xiàn)B信號A、B彼此一致，在電力變換裝置100的停止期間圖4的邏輯部22A、22B的輸出變?yōu)椤暗汀彪娖?，因此向電動機40的電力供給被切斷。另外，在時刻^以前和時刻t2以后的電力變換裝置100的運轉(zhuǎn)期間，由于處于正常時，因此安全電路處于非有效狀態(tài)。
[0078]另一方面，在圖9中，假設(shè)在時刻t例如輸入部21B的光電耦合器212發(fā)生了故障。在該情況下，輸入信號A、B彼此變得不一致，F(xiàn)B信號A、B彼此變得不一致，安全電路變?yōu)橛行?，向電動機40的電力供給被切斷。此外，如前所述，一旦安全電路變?yōu)橛行?，診斷部26就會持續(xù)輸出切斷指令。
[0079]接著，說明圖1中的CPU10內(nèi)的信號監(jiān)視部11和故障部位估計部12的動作。
[0080]圖10是用于使用輸入信號A、B和FB信號A、B來估計故障發(fā)生部位(存在故障的可能性的部位)的判定表。信號監(jiān)視部11經(jīng)由CPU 1的數(shù)字輸入(DI)端子來獲取輸入信號A、B和FB信號A、B，故障部位估計部12針對各情況(N0.1?N0.16)，基于各信號的電平(“高”電平、“低”電平)的組合來估計故障發(fā)生部位。此外，在該判定表中，沒有特別有意地區(qū)分使用“異常”、“故障”的用語，它們均表示不正常的狀態(tài)。
[0081]并且，“Ch(通道)A”是輸入信號A的傳遞路徑(圖1、圖2中的安全電路27內(nèi)的輸入部21A—邏輯部22A—切斷停止部23A的路徑)，“Ch(通道)B”是輸入信號B的傳遞路徑(圖1、圖2中的安全電路27內(nèi)的輸入部21B—邏輯部22B—切斷停止部23B的路徑)。
[0082]下面，說明圖10中的幾個情況。
[0083]例如，關(guān)于N0.UN0.2，輸入信號A、B和FB信號A、B的電平全部一致，因此判定為正常而沒有故障。順帶一提，N0.1相當(dāng)于電力變換裝置100的運轉(zhuǎn)時，N0.2相當(dāng)于電力變換裝置100的停止時。
[0084]關(guān)于N0.5，輸入信號A、B的電平一致為“低”電平，但是FB信號A、B的電平不一致，并且FB信號A的電平與輸入信號A、B的電平不一致，因此Ch(通道)A的輸出電路(例如，切斷停止部23A)異常的可能性高。另外，關(guān)于N0.8，F(xiàn)B信號A、B的電平一致為“高”電平，但是輸入信號A、B的電平不一致，并且輸入信號B的電平與FB信號A、B的電平不一致，因此Ch(通道)B的輸入電路(例如，輸入部21B)異常的可能性高。
[0085]關(guān)于其它N0.3、4、6、7、9、10，也能夠通過同樣的方法來估計ChA或ChB的輸入電路或輸出電路的異常。
[0086]關(guān)于N0.11，輸入信號A、B的電平一致為“低”電平，并且FB信號A、B的電平一致為“高”電平，但是輸入信號A、B的電平與FB信號A、B的電平不一致。
[0087]在該情況下，由于ChA、ChB的輸入電路同時為異常的可能性低，因此能夠認(rèn)為輸入信號A、B的“低”電平正常、也就是說ChA、ChB的輸入電路正常。于是，電平與輸入信號A、B的電平不同的FB信號A、B異常的可能性變高，換言之，ChA、ChB的輸出電路(例如，切斷停止部23A、23B)異常的可能性高。
[0088]在該情況下，由于診斷部26的輸入信號(FB信號A、B)—致為“高”電平，因此診斷部26的輸出信號(切斷指令)應(yīng)該是“高”電平。但是，如果設(shè)由于診斷部26發(fā)生故障而其輸出信號(切斷指令)變?yōu)椤暗汀彪娖?，則邏輯部22A、22B的輸出為“低”電平，能夠如上所述那樣認(rèn)為由于ChA、ChB的輸出電路(例如，切斷停止部23A、23B)的異常而FB信號A、B變?yōu)椤案摺彪娖健?br>[0089]因而，N0.11的情況是ChA、ChB的輸出電路異常、且診斷部26發(fā)生故障的可能性高。
[0090]并且，關(guān)于N0.12，輸入信號A、B的電平一致為“高”電平，且FB信號A、B的電平一致為“低”電平，但是輸入信號A、B的電平與FB信號A、B的電平不一致。
[0091]在該情況下，也由于ChA、ChB的輸入電路同時為異常的可能性低，因此認(rèn)為輸入信號A、B的“高”電平正常、也就是說ChA、ChB的輸入電路正常。于是，電平與輸入信號A、B的電平不同的FB信號A、B異常的可能性變高，換言之，ChA、ChB的輸出電路異常的可能性高。
[0092]另外，由于診斷部26的輸入信號(FB信號A、B)—致為“低”電平，因此診斷部26的輸出信號(切斷指令)是“高”電平。也就是說，當(dāng)診斷部26的輸入信號(FB信號A、B)為“低”電平、且輸出信號(切斷指令)為“高”電平時可以認(rèn)為診斷部26處于鎖存狀態(tài)。
[0093]因而，N0.12的情況是ChA、ChB的輸出電路異常、且診斷部26處于鎖存狀態(tài)的可能性高。
[0094]并且，如.13、如.14的情況是以下情況:輸入信號4、8的電平不一致，？8信號六、8的電平不一致，并且，輸入信號A與FB信號A的電平一致，輸入信號B與FB信號B的電平一致。
[0095]在該情況下，在ChA、ChB中，F(xiàn)B信號相對于輸入信號的關(guān)系均適當(dāng)，因此不考慮ChA、ChB的輸出電路的異常而著眼于輸入信號A、B的電平不一致，ChA、ChB的輸入電路異常的可能性尚。
[0096]另外，如.15、如.16的情況是以下情況:輸入信號4、8的電平不一致，？8信號4、8的電平不一致，并且，輸入信號A與FB信號A的電平也不一致，輸入信號B與FB信號B的電平也不一 Sc ο
[0097]在該情況下，在ChA、ChB中，F(xiàn)B信號相對于輸入信號的關(guān)系均異常、且輸入信號A、B的電平也不一致，因此ChA、ChB的輸入電路、輸出電路均異常的可能性高。
[0098]如以上那樣，信號監(jiān)視部11和故障部位估計部12根據(jù)輸入信號A、B和FB信號A、B的電平的組合來估計故障發(fā)生部位。然后，故障部位估計部12經(jīng)由圖1的信息顯示部13，如圖12所示那樣在液晶監(jiān)視器131等顯示器上例如“ChA輸入”那樣顯示故障發(fā)生部位。
[0099]接著，圖11是假設(shè)前述的診斷部26也雙重化的情況時的判定表。
[0100]S卩，將從切斷停止部23A、23B輸出的FB信號A、B輸入到兩個相同結(jié)構(gòu)的診斷部(設(shè)為診斷部A、B)，得到這些診斷部A、B的診斷信號(切斷指令)A、B，對此未進行圖示。也就是說，圖11的判定表用于由信號監(jiān)視部11和故障部位估計部12使用輸入信號A、B和上述診斷信號A、B來估計故障發(fā)生部位。
[0101]下面，說明圖11中的幾個情況。
[0102]例如，N0.21、N0.22是與電平相互一致的輸入信號A、B相對地診斷信號A、B均為“高”電平的情況，判定為正常。
[0103]如.23、如.24是以下情況:與電平相互一致的輸入信號4、8相對地診斷信號六、8均為“低”電平。在該情況下，盡管輸入信號A、B的電平相互一致，但是診斷信號A、B是“低”電平、也就是說輸出了切斷指令，因此安全功能處于鎖定狀態(tài)(自我診斷中止)的可能性高。
[0104]另外，N0.25?N0.28是以下情況:輸入信號A、B的電平不一致，因此診斷信號A、B本應(yīng)該均為“低”電平但是卻為“高”電平。在該情況下，由于診斷部A、B這雙方均發(fā)生故障的可能性小，因此能夠?qū)⒃\斷信號A、B的“高”電平視作正常，作為結(jié)果，ChA或ChB的輸入電路異常的可能性尚。
[0105]N0.29?N0.32是以下情況:盡管輸入信號A、B的電平一致，但是診斷信號A、B的電平相互不一致。在該情況下，由于輸入部21A、21B這雙方均發(fā)生故障的可能性小，因此能夠?qū)⑤斎胄盘朅、B的電平視作正常，作為結(jié)果，診斷部A或診斷部B發(fā)生故障的可能性高。
[0106]N0.33?N0.35是以下情況:在輸入信號A或B的電平從N0.33(與N0.22同樣地被判定為正常的情況)的狀態(tài)如N0.34或N0.35那樣變化的情況下，分別根據(jù)是否得到N0.34、N0.35所示的診斷信號A、B來判定故障或正常。
[0107]這些情況N0.33?N0.35主要在診斷信號A、B的故障判定中有效。
[0108]如以上所說明的那樣，根據(jù)本實施方式，能夠?qū)Τ袚?dān)電力變換裝置100的安全功能的安全電路27(輸入部21A、21B、邏輯部22A、22B、切斷停止部23A、23B)、診斷部26的狀態(tài)進行監(jiān)視，幾乎正確地估計發(fā)生了異?；蚬收系牟课?。
[0109]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0110]本發(fā)明能夠利用于具備在裝置故障時使運轉(zhuǎn)停止的安全功能的逆變器裝置、轉(zhuǎn)換器裝置、斬波裝置等電力變換裝置、以及包括這種電力變換裝置的各種驅(qū)動系統(tǒng)。
[0111]附圖標(biāo)記說明
[0112]10: CPU(監(jiān)視單元)；11:信號監(jiān)視部；12:故障部位估計部；13:信息顯示部；14:控制部;21、21A、21B:輸入部;22、22A、22B:邏輯部;23、23A、23B:切斷停止部;24:驅(qū)動電路部；25:主電路部；26:診斷部；27:安全電路;28:安全電路/診斷部;30:電源;40:電動機;41:速度/位置傳感器；50:外部安全控制器；131:液晶監(jiān)視器；211、212、241?246:光電耦合器；231?234、251?256:半導(dǎo)體開關(guān)元件；261:XOR(異或)門；262、265:RC濾波器；263、264、266: NAND 門。
【主權(quán)項】
1.一種電力變換裝置，根據(jù)從驅(qū)動電路部輸出的驅(qū)動信號對構(gòu)成主電路部的半導(dǎo)體開關(guān)元件進行控制來向負(fù)載供給電力，該電力變換裝置具備安全電路，該安全電路基于來自外部的指令使所述驅(qū)動電路部進行動作來生成所述驅(qū)動信號，且在裝置內(nèi)部發(fā)生故障時向所述驅(qū)動電路部輸出切斷信號來停止所述主電路部的運轉(zhuǎn)，所述電力變換裝置的特征在于， 在所述安全電路中設(shè)置有:輸入部，其生成用于指示所述主電路部的運轉(zhuǎn)或停止的輸入信號;邏輯部，所述輸入信號被作為該邏輯部的一個輸入；以及切斷停止部，其根據(jù)所述邏輯部的輸出信號來生成所述切斷信號， 所述電力變換裝置還具備: 診斷部，其將所述切斷信號用作反饋信號來生成切斷指令，該切斷指令被作為所述邏輯部的另一個輸入;以及 監(jiān)視單元，其基于所述輸入信號、所述切斷指令以及所述反饋信號監(jiān)視所述安全電路和所述診斷部的狀態(tài)來估計是否發(fā)生故障，在判定為發(fā)生故障時生成切斷信號并將該切斷信號輸出到所述驅(qū)動電路部，來使所述主電路部的運轉(zhuǎn)停止。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述安全電路具備兩組包括所述輸入部、所述邏輯部以及所述切斷停止部的通道從而被雙重化， 從兩個通道的所述切斷停止部分別將所述反饋信號輸入到所述診斷部，并且， 所述監(jiān)視單元除了被輸入所述切斷指令以外，還被分別輸入來自兩個通道的所述輸入部的所述輸入信號以及來自兩個通道的所述切斷停止部的所述反饋信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于， 具備兩組所述診斷部來使所述診斷部雙重化。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述監(jiān)視單元基于兩個通道的所述輸入信號和所述反饋信號的邏輯電平的組合來估計故障發(fā)生部位。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述監(jiān)視單元能夠?qū)⒅辽偃我粋€通道中的輸入電路或輸出電路估計為故障發(fā)生部位。
【文檔編號】H02M7/48GK105981285SQ201580007708
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年6月3日
【發(fā)明人】國分博之, 佐藤以久也, 仲渡由征, 木內(nèi)忠昭
【申請人】富士電機株式會社