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JP5320351B2 - Power converter failure monitoring device - Google Patents

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JP5320351B2
JP5320351B2 JP2010155508A JP2010155508A JP5320351B2 JP 5320351 B2 JP5320351 B2 JP 5320351B2 JP 2010155508 A JP2010155508 A JP 2010155508A JP 2010155508 A JP2010155508 A JP 2010155508A JP 5320351 B2 JP5320351 B2 JP 5320351B2
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Description

本発明は、直流を交流に、または、交流を直流に変換する電力変換器の故障をモニタリングする電力変換器の故障モニタ装置に関する。   The present invention relates to a failure monitor device for a power converter that monitors a failure of a power converter that converts direct current to alternating current or alternating current to direct current.

複数のスイッチング素子を使用する電力変換器には、各スイッチング素子の故障解析用にゲートパルスや素子の電流、電圧等のアナログモニタ信号の状態をモニタリングし、故障を監視する故障モニタ装置が設置されている。故障発生時には、これらのゲートパルスとアナログモニタ信号を、例えばパソコン上に表示して故障時の動作の解析を行う。   Power converters that use multiple switching elements are equipped with a fault monitoring device that monitors the status of analog monitor signals such as gate pulses, element currents, and voltages for failure analysis of each switching element and monitors faults. ing. When a failure occurs, these gate pulses and analog monitor signals are displayed on, for example, a personal computer to analyze the operation at the time of the failure.

このような電力変換器の故障モニタ装置では、スイッチング素子のゲートパルスは数μsの分解能が必要になり、一方アナログモニタ信号(電圧や電流など)の分解能はゲートパルスと非同期で、かつ信号の変化が少ないために数百μsの分解能でサンプリングする方式が一般的である。   In such a power converter failure monitoring device, the gate pulse of the switching element needs a resolution of several μs, while the resolution of the analog monitor signal (voltage, current, etc.) is asynchronous with the gate pulse and the signal changes. In general, a method of sampling with a resolution of several hundred μs is common.

このように、サンプルタイミングのスケールが数桁も異なる装置では、モニタメモリの容量が増大したり、ゲートパルスとアナログモニタ信号のサンプリングのずれにより表示に正確さがなくなり、故障原因の究明に時間を費やしていた。   In this way, in a device with a sample timing scale that is several orders of magnitude, the capacity of the monitor memory increases or the display is not accurate due to the sampling difference between the gate pulse and the analog monitor signal. Was spending.

故障原因の究明時間を短縮する一例として、本出願人は、先に以下のようなものを提案している。すなわち、一定周期のパルスを出力するクロック発生器と、クロックのタイミングに基づいて、ゲートパルスの変化点を検出する回路と、ゲートパルスの変化点のゲートパルスの異常パターンを検出する回路と、外部からの故障検知信号と異常パターン検出信号とによりパルストリガを出力する手段と、パルストリガが出力された時の時刻データを生成する時刻カウンタと、パルストリガが出力された時、それに同期させて電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログモニタ信号(アナログモニタデータ)と時刻データを格納するモニタメモリと、モニタ再生時に前記アナログモニタ信号(データ)と時刻データをリンクさせるアドレスを管理するアドレスカウンタと、これらの動作を制御するマイクロコンピュータとを有して、電力変換器の異常時にアナログモニタ信号を集中してサンプリングを行い、故障原因の解明時間を短縮する故障モニタ装置である(特許文献1参照)。   As an example of shortening the time for investigating the cause of failure, the present applicant has previously proposed the following. That is, a clock generator that outputs a pulse with a fixed period, a circuit that detects a change point of the gate pulse based on the timing of the clock, a circuit that detects an abnormal pattern of the gate pulse at the change point of the gate pulse, and an external A means for outputting a pulse trigger based on a failure detection signal and an abnormal pattern detection signal from, a time counter for generating time data when the pulse trigger is output, and a power synchronized with the time when the pulse trigger is output Manages analog monitor signals (analog monitor data) such as converter DC input current or voltage or output current and time data, and addresses that link the analog monitor signals (data) and time data during monitor playback Address counters and microcomputers that control these operations The have, to sample and concentrate the analog monitoring signal when the power converter abnormality, a malfunction monitoring apparatus to shorten the elucidation of fault cause time (see Patent Document 1).

係る故障モニタ装置によれば、ゲートパルスに同期したアナログモニタ信号の変化をモニタできるので、ゲートの破損事故が起きた場合などの異常時の詳細なアナログモニタ信号の状態を確認ですることができ、原因追求時間を短縮することができる。
しかしながら、複数のスイッチング素子を使用する電力変換器では、スイッチング素子に供給するゲートパルスが正常な組み合わせでも、スイッチング素子の故障が発生している場合があり、故障原因のより正確な解明のためにはスイッチング素子へのゲートパルスとそれに対応する素子の状態を示すフィードバック信号との関係を考慮する必要があった。
According to such a failure monitoring device, the change in the analog monitor signal synchronized with the gate pulse can be monitored, so that the detailed state of the analog monitor signal at the time of abnormality such as when a gate breakage accident occurs can be confirmed. , Cause pursuit time can be shortened.
However, in power converters that use multiple switching elements, even if the gate pulses supplied to the switching elements are in a normal combination, a failure of the switching element may occur. Therefore, it is necessary to consider the relationship between the gate pulse to the switching element and the feedback signal indicating the state of the corresponding element.

特許第3793909号Patent No. 3793909

本発明は、上記事情に鑑みなされ、その目的は、スイッチング素子の異常の状態時に故障原因の究明ができ、その対策にかかる時間を短縮することが可能な故障モニタ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a failure monitoring device capable of investigating the cause of a failure when the switching element is in an abnormal state and reducing the time taken for the countermeasure.

本発明は、上記目的を達成するため、異常時にゲートパルスと同期したアナログモニタ信号をサンプリングすることに加え、スイッチング素子に供給したゲートパルスに対応するフィードバック信号が戻ってくる期間に、アナログモニタ信号をサンプリングすることにより、故障解析に必要なアナログモニタデータのみを多くモニタできるようにしたことにある。
または、ゲートパルス信号とフィードバック信号とが不一致となる期間にアナログモニタ信号をサンプリングする。
具体的には、例えば、一定周期のパルスを出力するクロック発生器と、クロックのタイミングに基づいて、ゲートパルスの変化点およびフィードバック信号を検出する回路と、ゲートパルスおよびフィードバック信号の異常パターンを検出する回路と、外部からの故障検知信号と異常パターン検出信号とによりパルストリガを出力する手段と、パルストリガが出力された時の時刻データを生成する時刻カウンタと、パルストリガが出力された時、それに同期させて電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログモニタデータと時刻データを格納するモニタメモリと、モニタ再生時に前記アナログモニタデータと時刻データをリンクさせるアドレスを管理するアドレスカウンタと、これらの動作を制御するマイクロコンピュータを有し、スイッチング素子へ供給するゲートパルスと、このスイッチング素子からのフィードバック信号との不一致期間にも、パルストリガを出力する手段を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention, in addition to sampling the analog monitor signal synchronized with the gate pulse at the time of abnormality, in the period when the feedback signal corresponding to the gate pulse supplied to the switching element returns, This means that only a large amount of analog monitor data required for failure analysis can be monitored.
Alternatively, the analog monitor signal is sampled during a period in which the gate pulse signal and the feedback signal do not match.
Specifically, for example, a clock generator that outputs a pulse with a fixed period, a circuit that detects a change point of a gate pulse and a feedback signal based on the timing of the clock, and an abnormal pattern of the gate pulse and the feedback signal are detected. A circuit that outputs a pulse trigger based on an external failure detection signal and an abnormal pattern detection signal, a time counter that generates time data when the pulse trigger is output, and a pulse trigger that is output, Synchronously with this, a monitor memory for storing analog monitor data such as DC input current or voltage or output current of the power converter and time data, and an address counter for managing addresses for linking the analog monitor data and time data during monitor reproduction And a microcomputer that controls these operations. Has over data, a gate pulse is supplied to the switching element, to be mismatched periods of the feedback signal from the switching element, characterized in that a means for outputting a pulse trigger.

本発明によれば、スイッチング素子の異常な状態の時に、ゲートパルスに同期してアナログモニタ信号を集中的に収集できるので、故障解析に必要な電力変換器の異常時のアナログモニタ信号の変化が正確になり、故障原因の追跡と対策にかかる時間を短縮することができる。   According to the present invention, when the switching element is in an abnormal state, the analog monitor signal can be collected intensively in synchronization with the gate pulse, so that the change of the analog monitor signal when the power converter is abnormal necessary for failure analysis is reduced. It becomes accurate, and the time taken to track down and deal with the cause of failure can be reduced.

図1は、本発明の実施例1の電力変換器の故障モニタ装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a failure monitor apparatus for a power converter according to a first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施例1の故障モニタ装置のハードウェアブロックの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of hardware blocks of the failure monitoring apparatus according to the first embodiment of this invention. 図3は、本発明の実施例1の故障モニタ装置のアナログモニタデータの構造を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a structure of analog monitor data of the failure monitoring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図4(a)〜(h)は、本発明の実施例1の故障モニタ装置によるアナログモニタ信号の一例を示す説明図である。4A to 4H are explanatory diagrams illustrating an example of an analog monitor signal by the failure monitoring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図5(a)、(i)、(j)、(e)〜(h)は、本発明の実施例1の故障モニタ装置によるアナログモニタ信号の他の一例を示し、電力変換器が正常動作である場合の説明図である。5 (a), (i), (j), and (e) to (h) show another example of the analog monitor signal by the failure monitoring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and the power converter operates normally. It is explanatory drawing in the case of being. 図6(a)、(i)、(j)、(e)〜(h)は、本発明の実施例1の故障モニタ装置によるアナログモニタ信号の他の一例を示し、電力変換器が異常動作である場合の説明図である。6 (a), (i), (j), and (e) to (h) show another example of the analog monitor signal by the failure monitoring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and the power converter operates abnormally. It is explanatory drawing in the case of being.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1の電力変換器の故障モニタ装置を示す回路図である。図1では、電力変換器として直流を交流に変換するインバータを記載するが、対象とする電力変換器は、静止形のインバータ(SIV)や交流を直流に変換するコンバータであってもよい。   FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a failure monitor apparatus for a power converter according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an inverter that converts direct current to alternating current is described as the power converter, but the target power converter may be a static inverter (SIV) or a converter that converts alternating current to direct current.

図1において、三相の電力変換器では、直流電源6の間に直列接続した二つのスイッチング素子(例えばIGBT:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等のスイッチング素子)4を三相(U相、V相、W相)分として、各相のスイッチング素子4の直列接続先から負荷となる交流モータ5に接続する。各々のスイッチング素子4のPWM生成部2から出力されるPWM変調信号101はゲートドライブ3に入力される。ゲートドライブ3は、このPWM変調信号により動作し、その出力信号はスイッチング素子4のゲートに印加される。   In FIG. 1, in a three-phase power converter, two switching elements (for example, IGBT: switching element such as an insulated gate bipolar transistor) 4 connected in series between DC power supplies 6 are three-phased (U phase, V phase, W As a phase), the switching element 4 of each phase is connected from the serial connection destination to the AC motor 5 serving as a load. The PWM modulation signal 101 output from the PWM generator 2 of each switching element 4 is input to the gate drive 3. The gate drive 3 is operated by this PWM modulation signal, and the output signal is applied to the gate of the switching element 4.

また、PWM変調信号101は、故障モニタ装置1に印加される。ここで、PWM変調信号101とゲートドライブ3の出力信号は、電圧レベルが異なるだけでパルスのタイミングは同一であるので、本実施例ではPWM変調信号101をゲートパルス信号と称する。また、ゲートドライブ3の内部では、スイッチング素子4のゲートに直結したトランジスタでスイッチング素子4のオン/オフ状態を判別できるため、ゲートドライブ3の内部から出力される信号(図1の102参照)をスイッチング素子4のフィードバック信号としている。100は、電力変換器に異常が発生したとき、ゲート停止信号を前記PWM生成部2に供給し、該PWM生成部を制御する信号である。   Further, the PWM modulation signal 101 is applied to the failure monitor device 1. Here, since the PWM modulation signal 101 and the output signal of the gate drive 3 have the same pulse timing except for the voltage level, the PWM modulation signal 101 is referred to as a gate pulse signal in this embodiment. Further, in the gate drive 3, since the on / off state of the switching element 4 can be determined by a transistor directly connected to the gate of the switching element 4, a signal output from the inside of the gate drive 3 (see 102 in FIG. 1) The feedback signal of the switching element 4 is used. Reference numeral 100 denotes a signal for supplying a gate stop signal to the PWM generator 2 and controlling the PWM generator when an abnormality occurs in the power converter.

本実施例の故障モニタ装置1には、ゲートパルス信号101とフィードバック信号102、及び電力変換器の出力電流や直流電圧等のアナログモニタ信号24、さらに図示しない電力変換器の制御装置からの故障検知信号が入力される。出力電流は、電力変換器の出力段から電流検出器(CT:Current Transformer)で検出し、直流電圧は、直流電源6から電圧検出器(PT:Potential Transformer)で検出する。
図1では、便宜上、一つのスイッチング素子4に関しての故障モニタ装置についてしか記載していないが、当然ながら全素子について行うことは勿論である。
The failure monitor device 1 of this embodiment includes a gate pulse signal 101 and a feedback signal 102, an analog monitor signal 24 such as an output current and a DC voltage of the power converter, and a failure detection from a control device of the power converter (not shown). A signal is input. The output current is detected from the output stage of the power converter by a current detector (CT: Current Transformer), and the DC voltage is detected from the DC power supply 6 by a voltage detector (PT: Potential Transformer).
In FIG. 1, for the sake of convenience, only the failure monitoring apparatus for one switching element 4 is described, but it goes without saying that it is performed for all elements.

次に、故障モニタ装置1の詳細について説明する。図2は、その故障モニタ装置1のハードウェアのブロック図である。
図2において、7は一定周期のクロックパルスを出力するクロック発生器、8はクロック発生器7のクロックのタイミングに基づいて、PWM信号(ゲートパルス信号)及びフィードバック信号の変化点を検出する変化点検出回路、9はゲートパルス信号及びフィードバック信号の異常パターンを検出する異常パターン検出回路である。
Next, details of the failure monitoring apparatus 1 will be described. FIG. 2 is a hardware block diagram of the failure monitoring apparatus 1.
In FIG. 2, 7 is a clock generator that outputs a clock pulse of a fixed period, 8 is a change inspection that detects change points of a PWM signal (gate pulse signal) and a feedback signal based on the clock timing of the clock generator 7. An output circuit 9 is an abnormal pattern detection circuit for detecting an abnormal pattern of the gate pulse signal and the feedback signal.

10はフリーランタイマを示し、該タイマ10は、後述するパルストリガ23が出力されたときの時刻データを生成する時刻カウンタを構成する。
11は電力変換器の電流CTや電圧PTからなるアナログ信号を受け、デジタル信号に変換するA/D変換器、12はアドレスカウンタを示し、該アドレスカウンタ12は、アナログモニタ信号のモニタ時に前記アナログモニタ信号24をA/D変換器11にてデジタル信号に変換したアナログモニタデータと前記時刻データをリンクさせるアドレスを管理する。
13はモニタメモリを示し、該モニタメモリ13は、図3に示すようにハードウェアが書き込むエリア(ページ1−7)と、ソフトウェアが書き込むエリア(ページ8)からなり、前記パルストリガが出力されたとき、それに同期させて前記電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログモニタ信号(アナログモニタデータ)と前記時刻データを、例えばエリア(ページ1)に格納する。
14はマイクロコンピュータを示し、該マイクロコンピュータ14は、これらの動作を制御する。15はページレジスタを示す。太線はアドレスバス及びデータバス、細線は制御信号ラインを示す。
Reference numeral 10 denotes a free-run timer, and the timer 10 constitutes a time counter that generates time data when a pulse trigger 23 described later is output.
Reference numeral 11 denotes an A / D converter that receives an analog signal composed of a current CT and a voltage PT of the power converter and converts it into a digital signal. Reference numeral 12 denotes an address counter. An address for linking the analog monitor data obtained by converting the monitor signal 24 into a digital signal by the A / D converter 11 and the time data is managed.
Reference numeral 13 denotes a monitor memory. The monitor memory 13 includes an area in which hardware is written (page 1-7) and an area in which software is written (page 8) as shown in FIG. 3, and the pulse trigger is output. At the same time, the analog monitor signal (analog monitor data) such as the DC input current or voltage or output current of the power converter and the time data are stored in the area (page 1), for example.
Reference numeral 14 denotes a microcomputer, and the microcomputer 14 controls these operations. Reference numeral 15 denotes a page register. Thick lines indicate an address bus and data bus, and thin lines indicate a control signal line.

21、22、23、30、31は論理回路を構成する複数の論理素子101〜107の各出力を示す。
ここで、論理素子のOR(オア)101、AND(アンド)102、OR(オア)103は、制御装置(図示せず)からの故障検知信号、例えば、電流検出器CTに異常電流が流れたとき、その異常電流の検知をもって故障とする故障検知信号と前記異常パターン検出信号とによりパルストリガ22(図4および図5参照)を出力する手段を構成し、論理素子EXOR(エクスクルーシブ・オア)106、AND(アンド)107、OR(オア)103は、前記スイッチング素子へのゲートパルスと、該ゲートパルスに対応するフィードバック信号とを比較し、不一致期間を検出する手段を構成している。論理素子OR(オア)103、104、AND(アンド)105は両手段に関与している。
21, 22, 23, 30 and 31 indicate outputs of the plurality of logic elements 101 to 107 constituting the logic circuit.
Here, in the logic elements OR 101, AND 102, and OR 103, a fault detection signal from a control device (not shown), for example, an abnormal current flows in the current detector CT. A means for outputting a pulse trigger 22 (refer to FIG. 4 and FIG. 5) based on the failure detection signal that makes a failure upon detection of the abnormal current and the abnormal pattern detection signal constitutes a logic element EXOR (exclusive OR) 106. AND (OR) 107 and OR (OR) 103 constitute a means for comparing the gate pulse to the switching element and a feedback signal corresponding to the gate pulse to detect a mismatch period. The logic elements OR (or) 103 and 104 and AND (and) 105 are involved in both means.

図3において、ハードウェアが書き込むエリアとして、ページ1〜7を示し、ページ毎に1回目ハードデータ(例えば、ゲートパルス信号101やフィードバック信号102)〜7回目ハードデータを書き込む。ここで、各ページのアドレスには、それぞれ時刻データとアナログモニタデータ(例えばアナログモニタ信号24)が書き込まれる。また、ソフトウェアが書き込むエリアとして、ページ8を示し、このページには1回目〜7回目の故障ソフトデータエリアがあり、それぞれの故障ソフトデータとして故障発生時のハードウェアのアドレスカウンタ値、故障発生時刻データを書き込む。   In FIG. 3, pages 1 to 7 are shown as areas to be written by the hardware, and the first hard data (for example, the gate pulse signal 101 and the feedback signal 102) to the seventh hard data are written for each page. Here, time data and analog monitor data (for example, analog monitor signal 24) are written in the addresses of the respective pages. Further, page 8 is shown as an area written by the software, and this page has first to seventh failure software data areas. The hardware address counter value at the time of failure and the failure occurrence time as each failure software data. Write data.

続いて、故障モニタ装置1の動作を説明する。マイクロコンピュータ14がモニタメモリ13にアナログモニタデータを書き込むページ(ページアドレス)をページレジスタ15に設定してから、モニタスタートデータを出力する。一方、クロック発生器7からは、ゲートパルス信号のパルス幅より十分に短い周期のクロックパルスをエッジ検出用として出力する。本実施例では、スイッチング素子4のスイッチング周波数が数kHzに対してクロック周波数を1.25MHzとしている。このクロック周波数であれば、1μsのエッジを検出できる。   Subsequently, the operation of the failure monitoring apparatus 1 will be described. The microcomputer 14 sets a page (page address) for writing analog monitor data to the monitor memory 13 in the page register 15 and then outputs monitor start data. On the other hand, the clock generator 7 outputs a clock pulse having a cycle sufficiently shorter than the pulse width of the gate pulse signal for edge detection. In this embodiment, the switching frequency of the switching element 4 is set to 1.25 MHz with respect to several kHz. With this clock frequency, an edge of 1 μs can be detected.

故障検知信号がない場合、すなわち異常パターンが検出されない場合には、異常パターントリガ21は出力(AND102の出力)されず、パルストリガ22も出力(OR103の出力)されない。タイマ10が出力するタイマトリガ23(タイマ10の出力)により周期的にアドレスカウンタ12を動作させ、(ページレジスタ値+アドレスカウンタ値)番地にA/D変換器11の出力(アナログモニタデータ1−n)と、その時のタイマ10が出力する時刻データ1−n(相対時刻)を、図3に示すようにページ1に格納する。以降、故障検知のない状態が続くと、この動作が繰り返され、前に書き込まれたデータは上書きされる。   When there is no failure detection signal, that is, when an abnormal pattern is not detected, the abnormal pattern trigger 21 is not output (output of the AND 102), and the pulse trigger 22 is not output (output of the OR 103). The address counter 12 is periodically operated by a timer trigger 23 (output of the timer 10) output from the timer 10, and the output (analog monitor data 1-n) of the A / D converter 11 at the address (page register value + address counter value). ) And time data 1-n (relative time) output by the timer 10 at that time are stored in the page 1 as shown in FIG. Thereafter, when a state in which no failure is detected continues, this operation is repeated, and previously written data is overwritten.

次に、故障検知信号やゲートパルスの異常パターンのある場合には、変化点検出回路8でゲートパルス信号およびフィードバック信号の変化点を検出した時に、異常パターン検出回路9の異常パターン検出信号25か、図示しない電力変換器の制御装置からの故障検知信号があれば、異常パターントリガ21が出力(AND102の出力)され、ゲートパルスの変化点ごとにアドレスカウンタ12を作動させ、そのページレジスタ値+アドレスカウンタ値の番地にA/D変換器11の出力(アナログモニタデータ)と、その時のタイマ10が出力する時刻データ(相対時刻)を、管理データとして図3に示すようにページ8に格納する。   Next, when there is a failure detection signal or an abnormal pattern of the gate pulse, the abnormal pattern detection signal 25 of the abnormal pattern detection circuit 9 is detected when the change point detection circuit 8 detects the change point of the gate pulse signal and the feedback signal. If there is a failure detection signal from a power converter control device (not shown), an abnormal pattern trigger 21 is output (output of AND 102), the address counter 12 is activated at each change point of the gate pulse, and the page register value + The output of the A / D converter 11 (analog monitor data) and the time data (relative time) output by the timer 10 at that time are stored as management data in the page 8 as shown in FIG. .

マイクロコンピュータ14は、故障検知信号を受け取ると、まず、図3のページ8の管理データ、すなわち、故障発生時のハードウェアデータのアドレスカウンタ値、故障発生時刻データをモニタメモリ13に格納してから、所定時間以内にモニタスタート信号の出力を停止し、ハードウェア及びソフトウェアの現在のデータの更新を停止する。そして、ページレジスタ15の値をインクリメントしてハードウェアが格納するモニタメモリ13のページをページ2(2回目ハードデータ)に切り替え、かつ、ソフトウェアの書き込み領域を2回目故障ソフトデータに切り替えた後に、再びモニタリング動作を開始する。   Upon receiving the failure detection signal, the microcomputer 14 first stores the management data of page 8 in FIG. 3, that is, the address counter value of the hardware data at the time of failure occurrence and the failure occurrence time data in the monitor memory 13. The output of the monitor start signal is stopped within a predetermined time, and the update of the current data of the hardware and software is stopped. After incrementing the value of the page register 15 and switching the page of the monitor memory 13 stored in the hardware to page 2 (second hard data) and switching the software writing area to the second fault soft data, The monitoring operation starts again.

以下、同様に、故障検知がある場合には、ページレジスタ15の値をインクリメントして、順次ハードウェアがアナログモニタデータを格納するモニタメモリ13のページをページ3〜7(3〜7回目ハードデータ)に切り替え、かつ、ソフトウェアの書き込みエリアを3〜7回目故障ソフトデータに切り替えた後に、再びモニタリング動作を開始する。   Hereinafter, similarly, when there is a failure detection, the value of the page register 15 is incremented, and the pages of the monitor memory 13 in which the hardware sequentially stores the analog monitor data are changed to pages 3 to 7 (third to seventh hard data). ) And the software writing area is switched to the third to seventh failure software data, and then the monitoring operation is started again.

図4(a)〜(h)は、二つのゲートパルス信号1(図4(a)参照)とゲートパルス信号2(図4(b)参照)間で異常パターン検出信号(図4(d)参照)が検出され、スイッチング素子4の故障に至った場合のモニタ結果の例を示す。異常パターントリガ21が出力(AND102の出力)されると、その時のゲートパルス信号の変化点毎にパルストリガ22(図4(e)参照)が出力(OR103の出力)され、異常時のアナログモニタデータ(図4(g)参照)がゲートパルス信号1に同期して集中的に収集され、モニタメモリ13に格納される。このデータを再生すれば、再生データは、図4(h)の実線で示すようにアナログモニタデータ(図4(g)参照)とほぼ同様に再現でき、図4(h)の一点鎖線で示すタイマトリガ23(タイマ10の出力、図4(f)参照)だけのアナログモニタデータの再生データと大きな差がでることが分かる。   4A to 4H show an abnormal pattern detection signal (FIG. 4D) between the two gate pulse signals 1 (see FIG. 4A) and the gate pulse signal 2 (see FIG. 4B). An example of a monitoring result when the switching element 4 has failed is shown. When the abnormal pattern trigger 21 is output (output of the AND 102), the pulse trigger 22 (see FIG. 4 (e)) is output (output of the OR 103) at each change point of the gate pulse signal at that time, and the analog monitor at the time of abnormality is output. Data (see FIG. 4G) is collected in synchronization with the gate pulse signal 1 and stored in the monitor memory 13. If this data is reproduced, the reproduced data can be reproduced in substantially the same manner as the analog monitor data (see FIG. 4 (g)) as shown by the solid line in FIG. 4 (h), and is shown by the one-dot chain line in FIG. 4 (h). It can be seen that there is a great difference from the reproduction data of the analog monitor data only for the timer trigger 23 (the output of the timer 10, see FIG. 4F).

本実施例では、異常パターンの検知や故障検知信号が発生する前からアナログモニタデータを集中的に収集し、モニタメモリ13に格納できる。すなわち、図2に示すようにゲートパルスとそのゲートパルスのフィードバック信号の不一致期間を、ここではEXOR106で検出し、不一致信号30(EXOR106の出力)が出力されている期間クロック発生器7のクロック周波数で、不一致検出トリガ31(AND107の出力)を発生させる。これを前述の異常パターントリガ21(AND102の出力)と組み合わせて、パルストリガ22(OR103の出力)を生成する。   In this embodiment, analog monitor data can be collected intensively and stored in the monitor memory 13 before an abnormal pattern is detected or a failure detection signal is generated. That is, as shown in FIG. 2, the period of mismatch between the gate pulse and the feedback signal of the gate pulse is detected by the EXOR 106, and the clock frequency of the clock generator 7 is output during the period when the mismatch signal 30 (output of the EXOR 106) is output. Thus, the mismatch detection trigger 31 (output of the AND 107) is generated. This is combined with the above-described abnormal pattern trigger 21 (output of AND102) to generate a pulse trigger 22 (output of OR103).

図5に動作例を示す。ゲートパルス信号1のフィードバック信号(図5(i)参照)はゲートドライバ3から、時間遅れを持って戻ってくる。スイッチング素子4が正常動作であっても、この遅れ時間は発生する。そこでゲートパルス信号1と、ゲートパルス信号1のフィードバック信号の不一致期間を検出し、不一致信号30(EXOR106の出力、図5(j)参照)が出力されている期間パルストリガ22(OR103の出力、図5(e)参照)を発生させ、アナログモニタデータ(図5(g)参照)を集中的に収集し、モニタメモリ13に格納する。図示しない電力変換器の制御装置はフィードバック信号の遅れ時間によって故障検知信号を発生させるが、ゲートドライバ3回路内の動作バラツキを考慮し、誤動作を避けるため10μs程度遅れても正常動作とみなしている。このデータを再生すれば、再生データは、図5(h)の実線で示すようにアナログモニタデータ(図5(g)参照)とほぼ同様に再現できる。   FIG. 5 shows an operation example. The feedback signal of the gate pulse signal 1 (see FIG. 5 (i)) returns from the gate driver 3 with a time delay. Even when the switching element 4 is operating normally, this delay time occurs. Therefore, a mismatch period between the gate pulse signal 1 and the feedback signal of the gate pulse signal 1 is detected, and the pulse trigger 22 (output of the OR103, the period of the mismatch signal 30 (output of the EXOR 106, see FIG. 5 (j)) is output. 5 (e)) is generated, and analog monitor data (see FIG. 5 (g)) is intensively collected and stored in the monitor memory 13. A power converter control device (not shown) generates a failure detection signal according to the delay time of the feedback signal. However, considering the operation variation in the gate driver 3 circuit, it is regarded as normal operation even if it is delayed by about 10 μs in order to avoid malfunction. . If this data is reproduced, the reproduced data can be reproduced in substantially the same manner as the analog monitor data (see FIG. 5G) as indicated by the solid line in FIG.

したがって、図5のように不一致期間に集中的に収集してもモニタメモリ13への影響は少ない。10μsでも正常動作としているので、例えば不一致検出トリガ31(AND107の出力)を作成するクロックを5μsに固定して不一致期間に2回サンプリングさせても、前述のようにタイマトリガ23(タイマ出力)は数百μs(本実施例では200μs)であり、分解能的には何ら問題がない。   Therefore, even if concentrated in the mismatch period as shown in FIG. 5, the influence on the monitor memory 13 is small. Since the normal operation is performed even at 10 μs, for example, even if the clock for generating the mismatch detection trigger 31 (output of the AND 107) is fixed to 5 μs and sampled twice in the mismatch period, the timer trigger 23 (timer output) is a number as described above. This is 100 μs (200 μs in this embodiment), and there is no problem in terms of resolution.

図6はフィードバック信号に異常があり、ゲートパルス信号1のパターンが戻ってこない例である。故障検知信号は、不一致信号30(EXOR106の出力)が少なくとも10μs経過後に発生するが、図6では故障検知前にアナログモニタデータを集中的に収集し、モニタメモリ13に格納している。したがって、このデータを再生すれば、図6(h)の実線で示す如く、故障検知前のアナログモニタデータ(図6(g)参照)を、ほぼ忠実に再現でき、やはり図6(h)の一点鎖線で示すタイマトリガ23(タイマ10の出力)だけのアナログモニタデータの再生データと大きな差がでることが分かる。この動作はゲートパルス信号が発生していないパターンでフィードバック信号がパターンのある状態で戻ってきた場合にも同様の動作となる。   FIG. 6 shows an example in which the feedback signal is abnormal and the pattern of the gate pulse signal 1 does not return. The failure detection signal is generated after at least 10 μs elapse of the mismatch signal 30 (output of the EXOR 106). In FIG. 6, analog monitor data is intensively collected and stored in the monitor memory 13 before failure detection. Therefore, if this data is reproduced, as shown by the solid line in FIG. 6 (h), the analog monitor data before failure detection (see FIG. 6 (g)) can be reproduced almost faithfully. It can be seen that there is a great difference from the reproduction data of the analog monitor data of only the timer trigger 23 (the output of the timer 10) indicated by a one-dot chain line. This operation is the same when the feedback signal returns with a pattern in which no gate pulse signal is generated.

以上説明してきたように、本実施形態の故障モニタ装置によれば、アナログモニタ信号を正確に再生すると同時に、故障検知信号の発生時刻、モニタ信号に異常のあった時刻、そして、異常発生前からのアナログモニタ信号の観測結果によって、何が発生したのかを速やかに断定でき、その後、適切な処置を施すことができる。   As described above, according to the failure monitoring apparatus of the present embodiment, the analog monitor signal is accurately reproduced, and at the same time, the time when the failure detection signal is generated, the time when the monitor signal is abnormal, and before the occurrence of the abnormality From the observation result of the analog monitor signal, it is possible to quickly determine what has occurred, and then take appropriate measures.

1 故障モニタ装置
2 PWM生成部
3 ゲートドライブ
4 スイッチング素子
5 交流モータ
6 直流電源
7 クロック発生器
8 変化点検出回路
9 異常パターン検出回路
10 タイマ
11 A/D変換器
12 アドレスカウンタ
13 モニタメモリ
14 マイクロコンピュータ
15 ページレジスタ
20 パルス変化点
21 異常パターントリガ
22 パルストリガ
23 タイマトリガ
24 アナログモニタ信号(アナログモニタデータ)
25 異常パターン検出信号
30 不一致信号
31 不一致検出トリガ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Failure monitor apparatus 2 PWM production | generation part 3 Gate drive 4 Switching element 5 AC motor 6 DC power supply 7 Clock generator 8 Change point detection circuit 9 Abnormal pattern detection circuit 10 Timer 11 A / D converter 12 Address counter 13 Monitor memory 14 Micro Computer 15 Page register 20 Pulse change point 21 Abnormal pattern trigger 22 Pulse trigger 23 Timer trigger 24 Analog monitor signal (analog monitor data)
25 Abnormal pattern detection signal 30 Mismatch signal 31 Mismatch detection trigger

Claims (4)

複数のスイッチング素子を各々所定のゲートパルスにより駆動する電力変換器の故障モニタ装置において、
一定周期のパルスを出力するクロック発生器と、前記クロックのタイミングに基づいて、ゲートパルス信号およびフィードバック信号の変化点を検出する回路と、前記ゲートパルス信号およびフィードバック信号の異常パターンを検出する回路と、電力変換器からの故障検知信号と前記異常パターン検出信号とによりパルストリガを出力する手段と、該パルストリガが出力された時の時刻データを生成する時刻カウンタと、前記パルストリガが出力された時、それに同期させて前記電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログモニタ信号のアナログモニタデータと前記時刻データを格納するモニタメモリと、モニタ再生時に前記アナログモニタデータと前記時刻データをリンクさせるアドレスを管理するアドレスカウンタと、これらの動作を制御するマイクロコンピュータを備え、
前記スイッチング素子へのゲートパルスと該ゲートパルスに対応するフィードバック信号とを比較し、不一致期間を検出する手段を設け、
前記不一致期間検出手段による不一致期間の出力と前記パルストリガ出力手段の出力とに基づき前記アナログモニタ信号を再生することを特徴とする電力変換器の故障モニタ装置。
In a power converter failure monitoring device for driving a plurality of switching elements each with a predetermined gate pulse,
A clock generator for outputting a pulse having a constant period; a circuit for detecting a change point of the gate pulse signal and the feedback signal based on the timing of the clock; and a circuit for detecting an abnormal pattern of the gate pulse signal and the feedback signal. A means for outputting a pulse trigger based on a failure detection signal from the power converter and the abnormal pattern detection signal; a time counter for generating time data when the pulse trigger is output; and the pulse trigger is output. In synchronism therewith, the analog monitor data of the analog monitor signal such as the DC input current or voltage or output current of the power converter, the monitor memory for storing the time data, the analog monitor data and the time data at the time of monitor reproduction Address cow that manages the address to link Comprising a motor, a microcomputer for controlling these operations,
A means for comparing the gate pulse to the switching element and a feedback signal corresponding to the gate pulse to detect a mismatch period;
A fault monitor apparatus for a power converter, wherein the analog monitor signal is regenerated based on the output of the mismatch period by the mismatch period detection means and the output of the pulse trigger output means.
請求項1に記載された電力変換器の故障モニタ装置において、前記不一致期間を検出する手段および前記パルストリガ出力手段が、前記ゲートパルス信号を出力するPWM生成部と前記フィードバック信号を出力するゲートドライブおよび前記各部との間に配置された複数の論理素子からなる電力変換器の故障モニタ装置。   2. The failure monitor apparatus for a power converter according to claim 1, wherein the means for detecting the mismatch period and the pulse trigger output means are a PWM generator for outputting the gate pulse signal and a gate drive for outputting the feedback signal. And a fault monitoring device for a power converter comprising a plurality of logic elements arranged between the respective units. 請求項2に記載された電力変換器の故障モニタ装置において、前記複数の論理素子が、前記異常パターン検出回路の出力信号と前記故障検知信号の第1オア素子と、前記第1オア素子の出力信号と前記変化点検出回路の出力信号の第1アンド素子と、前記ゲートパルスと前記フィードバック信号のエクスクルーシブ・オア素子と、前記エクスクルーシブ・オア素子の出力信号と前記クロック発生器の出力信号の第2アンド素子と、前記第1アンド素子の出力信号と前記第2アンド素子の出力信号の第2オア素子と、前記タイマの出力と前記第2オア素子の出力信号の第3オア素子と、前記マイクロコンピュータのモニタスタート信号と前記第3オア素子の出力信号の第3アンド素子からなる電力変換器の故障モニタ装置。   3. The failure monitor apparatus for a power converter according to claim 2, wherein the plurality of logic elements are an output signal of the abnormal pattern detection circuit, a first OR element of the failure detection signal, and an output of the first OR element. A first AND element of the signal and the output signal of the change point detection circuit; an exclusive OR element of the gate pulse and the feedback signal; an output signal of the exclusive OR element; and a second of the output signal of the clock generator. An AND element, a second OR element of the output signal of the first AND element, an output signal of the second AND element, a third OR element of the output of the timer and the output signal of the second OR element, and the micro A fault monitor apparatus for a power converter comprising a third AND element of a monitor start signal of a computer and an output signal of the third OR element. スイッチング素子を所定のゲートパルス信号により駆動する電力変換器の故障モニタ装置において、
一定周期のパルスを出力するクロック発生器と、
前記クロック発生器のタイミングに基づいて、ゲートパルス信号および前記スイッチング素子のオン/オフ状態を示すフィードバック信号の変化点を検出する回路と、
前記ゲートパルス信号と前記フィードバック信号とを比較して両信号の不一致期間を検出する手段と、
前記ゲートパルス信号と前記フィードバック信号の不一致期間に、前記クロック発生器の出力するパルスに基づいて、パルストリガを発生させるパルストリガ発生手段と、
前記パルストリガに同期させて前記電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログモニタ信号のアナログモニタデータを記録するモニタメモリと、を備えることを特徴とする電力変換器の故障モニタ装置。
In a failure monitor device for a power converter that drives a switching element with a predetermined gate pulse signal,
A clock generator that outputs pulses with a constant period;
A circuit that detects a change point of a gate pulse signal and a feedback signal indicating an on / off state of the switching element based on the timing of the clock generator;
Means for comparing the gate pulse signal and the feedback signal to detect a mismatch period of both signals;
Pulse trigger generation means for generating a pulse trigger based on a pulse output from the clock generator during a mismatch period between the gate pulse signal and the feedback signal;
A monitor memory for recording analog monitor data of an analog monitor signal such as a DC input current or a voltage or an output current of the power converter in synchronization with the pulse trigger; .
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