JP2010239700A - インバータ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電流又は駆動電圧が不足することによってスイッチング素子が故障することを抑制する。
【解決手段】ＰＷＭ信号の周波数が高くなると、ワンショットマルチバイブレータ３１が出力する矩形波のデューティ比が大きくなることによって、ローパスフィルタ３２から出力されるＤＣ電圧が大きくなる。そしてローバスフィルタ３２から出力されるＤＣ電圧が大きくなるのに合わせて、電源電圧Ｖｄｃの検知レベルが大きくなる。すなわち電源電圧Ｖｄｃが低下するのに伴い電源電圧Ｖｄｃの検知レベルが高くなる。これにより、電源電圧が一時的に低電圧になる前に電源電圧Ｖｄｃの検知レベルを変更できるので、駆動電流又は駆動電圧が不足することによってスイッチング素子が故障することを抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、低電圧保護回路を有するインバータ回路に関する。

従来より、２次側トランス出力の負荷電流に応じて、１次側回路の過電流保護機能を作動させる電源電圧閾値を変化させる過電流保護回路が知られている。

特開平１１−５５９４６号公報

従来の過電流保護回路によれば、負荷電流が増加することによって電源電圧が一時的に低電圧になった場合、電源電圧閾値を変更する前に１次側回路の過電流保護機能が作動する。このため従来の過電流保護回路をインバータ回路に適用した場合において、電源電圧が一時的に低電圧になった場合には、過電流保護機能が作動することによってインバータ回路のスイッチング素子を駆動する駆動回路の電源電圧が確保できなくなり、結果として、駆動電流又は駆動電圧が不足することによってスイッチング素子が故障する可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は駆動電流又は駆動電圧が不足することによってスイッチング素子が故障することを抑制可能なインバータ回路を提供することにある。

本発明に係るインバータ回路は、電流指令値に従って生成されたＰＷＭ信号の状態に基づいて、低電圧閾値と比較する直流電源電圧のレベル又は低電圧閾値を変更する。

本発明に係るインバータ回路によれば、電源電圧が一時的に低電圧になる前に低電圧閾値と比較する直流電源電圧のレベル又は低電圧閾値を変更できるので、駆動電流又は駆動電圧が不足することによりスイッチング素子が故障することを抑制できる。

本発明の実施形態となるインバータ回路の構成を示すブロック図である。 図１に示す駆動部の内部構成を示すブロック図である。 図２に示す検知回路及び低電圧保護回路の内部構成を示す回路図である。 ＰＷＭ信号の波形の一例を示す図である。 図３に示すワンショットマルチバイブレータから出力される矩形波の一例を示す図である。 （ａ）ＰＷＭ信号の周波数の変化に伴う（ｂ）電源電圧と（ｃ）電源電圧検知レベルの変化を示す図である。 図３に示す検知回路の変形例を示す回路図である。 図２に示す駆動部の変形例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となるインバータ回路について説明する。

〔インバータ回路の構成〕
本発明の実施形態となるインバータ回路１０は、図１に示すように、モータジェネレータ（ＭＧ）１に接続され、外部からの電流指令値ｉ＊に従ってモータジェネレータ１に供給する三相電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを制御することによりモータジェネレータ１の出力を制御する。本実施形態では、インバータ回路１０は、ＰＷＭ信号演算部１１，駆動部１２，及びスイッチング素子部１３を含む。

ＰＷＭ信号演算部１１は、磁極位置センサ２により検出されたモータジェネレータの磁極位置（電気角），スイッチング素子部１３の動力源としてのＤＣ電源３の電圧値Ｖｄｃ，外部からの電流指令値ｉ＊，及び三相電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを用いて、三相電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが電流指令値ｉ＊となるように駆動部１２を制御するＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）制御信号を演算する。

駆動部１２は、ＰＷＭ信号演算部１１から出力されたＰＷＭ信号に従ってスイッチング素子部１３を制御する。なお駆動部１２の内部構成については、図２を参照して後述する。スイッチング素子部１３は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor），ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transister），ダイオード素子等の公知のスイッチング素子により構成され、駆動部１２から出力されたゲート駆動信号に従って複数のスイッチング素子のオン／オフを切り換えることにより電源電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換する。

本実施形態では、ＤＣ電源３は、バッテリや大容量のコンデンサにより構成され、モータジェネレータ１に電力を供給するための蓄電機能を有する。図示しないが、ＰＷＭ信号演算部１１は、各部の電流／電圧を検出する各種センサ（電流センサ，電圧センサ），Ａ／Ｄ変換回路等のインタフェイス回路，及びマイクロコンピュータ等の演算装置を有する。

〔駆動部の内部構成〕
駆動部１２は、図２に示すように、絶縁素子２１，検知回路２２，低電圧保護回路２３，及び駆動回路２４を含む。絶縁素子２１は、ＰＷＭ信号演算部１１と駆動部１２の内部とを電気的に絶縁し、ＰＷＭ信号演算部１１から出力されたＰＷＭ信号を高電圧状態にある駆動回路２４と検知回路２２に出力する。検知回路２２は、ＰＷＭ信号の状態を検出し、検出された状態に基づいて低電圧保護回路２３の電源電圧検知レベル又は低電圧閾値を変更する。低電圧保護回路２３は、電源電圧Ｖｄｃの検知レベルが低電圧閾値以下である場合、駆動回路２４の駆動を停止させる停止信号を駆動回路２４に出力する。駆動回路２４は、電源電圧ＶｄｃとＰＷＭ信号を入力としてスイッチング素子部１３を駆動するゲート駆動信号を出力する。駆動回路２４は、低電圧保護回路２３から停止信号が入力された場合、ゲート駆動信号の出力を停止する。

〔検知回路の内部構成〕
検知回路２２は、図３に示すように、ワンショットマルチバイブレータ３１，ローパスフィルタ３２，及びダイオード３３を含む。ワンショットマルチバイブレータ３１は、ＰＷＭ信号が図４に示すような波形である場合、図５（ａ），（ｂ）に示すような矩形波を出力する。すなわちワンショットマルチバイブレータ３１は、ＰＷＭ信号の周波数に係わらず一定のパルス幅を有する矩形波を出力する。ＰＷＭ信号のデューティ比（１周期に対するオン時間の比）が回路検出能未満である場合（デューティ比が非常に小さい場合）、ワンショットマルチバイブレータ３１はＰＷＭ信号を検出できないために、ＰＷＭ信号のデューティ比は回路検出能以上である必要がある。

ローパスフィルタ３２は、ワンショットマルチバイブレータ３１から出力された矩形波を平滑化することにより矩形波をＤＣ電圧に変換する。ローパスフィルタ３２の折れ点周波数（利得が低下し始める周波数）はＰＷＭ信号の周波数より十分低い値に設定されている。なお上述の通り、ワンショットマルチバイブレータ３１はＰＷＭ信号の周波数に係わらず一定のパルス幅を有する矩形波を出力する。従ってＰＷＭ信号の周波数が高くなると、矩形波のデューティ比が大きくなることによってローパスフィルタ３２から出力されるＤＣ電圧は大きくなる。ダイオード３３は、ローパスフィルタ３２から出力されたＤＣ電圧を低電圧保護回路２３に出力する。

〔低電圧保護回路の構成〕
低電圧保護回路２３は、図３に示すように、比較器Ｃ１を有する。比較器Ｃ１は、ダイオード３３から出力されたＤＣ電圧に電源電圧Ｖｄｃを分圧した電圧を加算した値を電源電圧Ｖｄｃの検知レベルとして電源電圧Ｖｄｃの検知レベルと低電圧閾値とを比較し、電源電圧Ｖｄｃの検知レベルが低電圧閾値以下である場合、停止信号を出力する。

ＰＷＭ信号の周波数が高くなると（図６（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ０）、スイッチング素子のゲートへの充放電回数が増えるために、駆動部１２の消費電流が増加し、図６（ｂ）に示すように電源電圧Ｖｄｃは低下する。従来技術では、電源電圧Ｖｄｃに比例して電源電圧Ｖｄｃの検知レベルが低下するために、電源電圧Ｖｄｃの検知レベルが低電圧閾値以下になることによって低電圧保護機能が作動し、ゲート駆動信号の出力が停止してしまう（図６（ｃ）に示す破線，時刻ｔ＝ｔ０）。このため従来技術によれば、駆動電流又は駆動電圧が不足することによってスイッチング素子が故障する可能性があった。

これに対して本実施形態のインバータ回路では、上述の通り、ＰＷＭ信号の周波数が高くなると、ワンショットマルチバイブレータ３１が出力する矩形波のデューティ比が大きくなることによって、ローパスフィルタ３２から出力されるＤＣ電圧が大きくなる。そしてローバスフィルタ３２から出力されるＤＣ電圧が大きくなるのに合わせて、図６（ｃ）に実線で示すように、電源電圧Ｖｄｃの検知レベルが大きくなる。すなわち検知回路２２の機能によって電源電圧Ｖｄｃが低下するのに伴い電源電圧Ｖｄｃの検知レベルが高くなる。従って本実施形態のインバータ回路によれば、電源電圧が一時的に低電圧になる前に電源電圧Ｖｄｃの検知レベルを変更できるので、駆動電流又は駆動電圧が不足することによってスイッチング素子が故障することを抑制できる。

本実施形態ではＰＷＭ信号の周波数の変化に基づいて電源電圧Ｖｄｃの検知レベルを変更したが、検知回路２２は、ＰＷＭ信号の周波数の変化に基づいて低電圧閾値を変更するようにしてもよい。また本実施形態では、ＰＷＭ信号の周波数の変化に基づいて電源電圧Ｖｄｃの検知レベルを変更したが、検知回路２２は、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定値に固定されている時には、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定値以外の値にある状態が所定時間以上経過した場合、電源電圧Ｖｄｃの検知レベルを変更するようにしてもよい。具体的には、この場合、検知回路２２は、図７に示すように、フィルタＣ２，ローパスフィルタ３２，及びダイオード３３を含む。フィルタＣ２はＰＷＭ信号のデューティ比が所定値以上である場合、矩形波を出力する。ローパスフィルタ３２は、フィルタＣ２から出力された矩形波を平滑化することにより矩形波をＤＣ電圧に変換する。ダイオード３３は、ローパスフィルタ３２から出力されたＤＣ電圧を低電圧保護回路２３に出力する。

本実施形態では、ＰＷＭ信号の周波数変化に基づいて電源電圧Ｖｄｃの検知レベルを変更したが、検知回路２２は、３相の上下アームのスイッチング素子のオン／オフのタイミングに基づいて電源電圧Ｖｄｃの検知レベルを変更するようにしてもよい。具体的には、この場合、検知回路２２は、図８に示すように、絶縁素子２１，低電圧保護回路２３，及び駆動回路２４に加えて、エッジ検知回路４１とタイミング比較器４２を有する。エッジ検知回路４１は、ＰＷＭ信号の各相の立ち上がりを検知し、検知信号をタイミング比較器４２に出力する。タイミング比較器４２は、各相の立ち上がりのタイミングを比較し、各相の立ち上がりのタイミングが同じである場合、電源電圧Ｖｄｃの検知レベルを変更する。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１：モータジェネレータ（ＭＧ）
２：磁極位置センサ
３：ＤＣ電源
１０：インバータ回路
１１：ＰＷＭ信号演算部
１２：駆動部
１３：スイッチング素子部
２１：絶縁素子
２２：検知回路
２３：低電圧保護回路
２４：駆動回路
３１：ワンショットマルチバイブレータ
３２：ローパスフィルタ
３３：ダイオード
Ｃ１：比較器

Claims (4)

1. 複数のスイッチング素子のオン／オフを制御することにより直流電源電圧を交流電圧に変換する駆動回路と、
   電流指令値に従って前記駆動回路の動作を制御するＰＷＭ信号を演算するＰＷＭ信号演算部と、
   前記直流電源電圧と低電圧閾値の大小関係を比較し、直流電源電圧が低電圧閾値以下である場合、前記駆動回路の動作を停止させる低電圧保護回路と、
   前記ＰＷＭ信号演算部により演算されたＰＷＭ信号の状態を検知し、検知されたＰＷＭ信号の状態に基づいて、前記低電圧保護回路が比較に用いる前記直流電源電圧のレベル又は前記低電圧閾値を変更する検知回路と
   を備えることを特徴とするインバータ回路。
2. 請求項１に記載のインバータ回路において、
   前記検知回路は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が一定の状態においてＰＷＭ信号の周波数が所定値以上である場合に、前記低電圧保護回路が比較に用いる前記直流電源電圧のレベル又は前記低電圧閾値を変更することを特徴とするインバータ回路。
3. 請求項１又は請求項２に記載のインバータ回路において、
   前記検知回路は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が所定値でない状態が所定時間以上継続した場合、前記低電圧保護回路が比較に用いる前記直流電源電圧のレベル又は前記低電圧閾値を変更することを特徴とするインバータ回路。
4. 請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載のインバータ回路において、
   前記検知回路は、前記ＰＷＭ信号のオン／オフのタイミングに基づいて、前記低電圧保護回路が比較に用いる前記直流電源電圧のレベル又は前記低電圧閾値を変更することを特徴とするインバータ回路。

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