JPH0513562A - 駆動制御装置 - Google Patents
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- JPH0513562A JPH0513562A JP3191129A JP19112991A JPH0513562A JP H0513562 A JPH0513562 A JP H0513562A JP 3191129 A JP3191129 A JP 3191129A JP 19112991 A JP19112991 A JP 19112991A JP H0513562 A JPH0513562 A JP H0513562A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
- H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/04—Modifications for accelerating switching
- H03K17/041—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
- H03K17/0412—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
- H03K17/04126—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in bipolar transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- Element Separation (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速でのインバータのPWM周波数にも対応
でき、かつ高出力電動機を駆動制御でき、小型で安価な
ものとする。 【構成】 インバータ部のパワー素子25〜30を駆動
するベースドライブ回路や過電流や過温度からパワー素
子25〜30を保護する回路を、誘電体分離技術によ
り、モノリシック集積回路42とし、パワー素子25〜
30とともにモジュール36とする。回路基板37上に
はマイクロコンピュータ8やインバータ部の下アームの
パワー素子28〜30の直流駆動電圧を発生する内部直
流電源43が設けられる。モノリシック集積回路42
は、この内部直流電源43からの直流駆動電圧をインバ
ータ部の下アームのパワー素子28〜30に共通に供給
するとともに、この直流駆動電圧からインバータ部の上
アームのパワー素子25、26、27毎の直流駆動電圧
を発生する手段も含んでいる。
でき、かつ高出力電動機を駆動制御でき、小型で安価な
ものとする。 【構成】 インバータ部のパワー素子25〜30を駆動
するベースドライブ回路や過電流や過温度からパワー素
子25〜30を保護する回路を、誘電体分離技術によ
り、モノリシック集積回路42とし、パワー素子25〜
30とともにモジュール36とする。回路基板37上に
はマイクロコンピュータ8やインバータ部の下アームの
パワー素子28〜30の直流駆動電圧を発生する内部直
流電源43が設けられる。モノリシック集積回路42
は、この内部直流電源43からの直流駆動電圧をインバ
ータ部の下アームのパワー素子28〜30に共通に供給
するとともに、この直流駆動電圧からインバータ部の上
アームのパワー素子25、26、27毎の直流駆動電圧
を発生する手段も含んでいる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機の圧縮機用
電動機等の電動機に用いて好適な駆動制御装置に係り、
特に、該電動機の回転数を可変制御可能とする駆動制御
装置に関する。
電動機等の電動機に用いて好適な駆動制御装置に係り、
特に、該電動機の回転数を可変制御可能とする駆動制御
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は空気調和機の圧縮機用電動機に用
いられる駆動制御装置を示す回路ブロック図であって、
1は圧縮機駆動用電力変換部、2は圧縮機用の電動機、
3は圧縮機、4は信号制御部、5はインバータ部、6は
整流回路、7はベースドライブ回路、8はマイクロコン
ピュータ(以下、マイコンという)、9はセンサ、10
は商用交流電源、11は力率改善用のリアクタ、12は
力率改善用のコンデンサ、13は電流検出用の抵抗、1
4は平滑コンデンサ、15〜18…ダイオード、19〜
24は還流ダイオード、25〜30はパワートランジス
タ、31は圧縮機3の温度検出器、32はマイコン制御
回路である。
いられる駆動制御装置を示す回路ブロック図であって、
1は圧縮機駆動用電力変換部、2は圧縮機用の電動機、
3は圧縮機、4は信号制御部、5はインバータ部、6は
整流回路、7はベースドライブ回路、8はマイクロコン
ピュータ(以下、マイコンという)、9はセンサ、10
は商用交流電源、11は力率改善用のリアクタ、12は
力率改善用のコンデンサ、13は電流検出用の抵抗、1
4は平滑コンデンサ、15〜18…ダイオード、19〜
24は還流ダイオード、25〜30はパワートランジス
タ、31は圧縮機3の温度検出器、32はマイコン制御
回路である。
【0003】同図において、圧縮機駆動用電力変換部1
はリアクタ11とコンデンサ12とからなる3LCフィ
ルタ、ダイオード15〜18で構成される整流回路6、
平滑コンデンサ14、抵抗13、インバータ部5及びベ
ースドライブ回路7とからなっている。商用交流電源1
0からの交流電圧はリアクタ11とコンデンサ12とか
らなるLCフィルタを通り、整流回路6と平滑コンデン
サ14とに供給されて直流電圧が形成される。この直流
電圧はインバータ部5に印加される。
はリアクタ11とコンデンサ12とからなる3LCフィ
ルタ、ダイオード15〜18で構成される整流回路6、
平滑コンデンサ14、抵抗13、インバータ部5及びベ
ースドライブ回路7とからなっている。商用交流電源1
0からの交流電圧はリアクタ11とコンデンサ12とか
らなるLCフィルタを通り、整流回路6と平滑コンデン
サ14とに供給されて直流電圧が形成される。この直流
電圧はインバータ部5に印加される。
【0004】一方、マイコン8はマイコン制御回路32
によって制御され、温度検出器31で検出される圧縮機
3の温度やセンサ9で検出される電動機2の回転位置に
応じた制御信号(PWM信号)を発生する。ベースドラ
イブ回路7はこの制御信号によってインバータ部5の各
パワートランジスタ25〜30を駆動する。インバータ
部5は以上の直流電圧と制御信号とにより、3相の駆動
電流を発生し、電動機2に供給する。また、マイコン8
は、抵抗13に流れる電流により、圧縮機3の負荷変動
を検出し、この変動に応じて電動機2の回転速度を制御
する。
によって制御され、温度検出器31で検出される圧縮機
3の温度やセンサ9で検出される電動機2の回転位置に
応じた制御信号(PWM信号)を発生する。ベースドラ
イブ回路7はこの制御信号によってインバータ部5の各
パワートランジスタ25〜30を駆動する。インバータ
部5は以上の直流電圧と制御信号とにより、3相の駆動
電流を発生し、電動機2に供給する。また、マイコン8
は、抵抗13に流れる電流により、圧縮機3の負荷変動
を検出し、この変動に応じて電動機2の回転速度を制御
する。
【0005】インバータ部5が大きな駆動電流を発生す
るために、ベースドライブ回路7はマイコン8の制御に
応じて高電圧でインバータ部5を駆動するのであるが、
インバータ部5の上アームであるパワートランジスタ2
5、26、27を夫々別々の電源からの電圧により、ま
た、下アームであるパワートランジスタ28〜30を同
一の電源からの電圧により夫々駆動する。このように、
ベースドライブ回路7には高圧を扱う部分があり、この
ため、マイコン8をこの高圧部分から電気的に分離する
必要がある。実公昭63ー5436号公報においては、
この分離手段としてフォトカプラが用いられている。ま
た、ベースドライブ回路7には、インバータ部5のパワ
ートランジスタ25〜30を保護するための過電流保護
回路が設けられている。
るために、ベースドライブ回路7はマイコン8の制御に
応じて高電圧でインバータ部5を駆動するのであるが、
インバータ部5の上アームであるパワートランジスタ2
5、26、27を夫々別々の電源からの電圧により、ま
た、下アームであるパワートランジスタ28〜30を同
一の電源からの電圧により夫々駆動する。このように、
ベースドライブ回路7には高圧を扱う部分があり、この
ため、マイコン8をこの高圧部分から電気的に分離する
必要がある。実公昭63ー5436号公報においては、
この分離手段としてフォトカプラが用いられている。ま
た、ベースドライブ回路7には、インバータ部5のパワ
ートランジスタ25〜30を保護するための過電流保護
回路が設けられている。
【0006】図7は先の実公昭63ー5436号公報に
開示されている図6におけるベースドライブ回路7の一
例として、インバータ部5のパワートランジスタ25に
対する駆動部分を示す回路図である。同図において、マ
イコン8(図6)の出力パルス信号(制御信号)は入力
端子33,34からフォトカプラ35を介してパルス増
幅回路に供給される。このパルス増幅回路とマイコン8
とはフォトカプラ35によって電気的に絶縁されてい
る。フォトカプラ35でのフォトトランジスタのコレク
タは内部直流電源(図示せず)の高電位側(図示の6
(V)側)に接続され、そのエミッタは直列接続された
抵抗R4、R5を介して低電位側(グランド)に接続さ
れている。抵抗R4と抵抗R5との接続点はNPN型ト
ランジスタTr1のベースに接続されている。このNPN
型トランジスタTr1のコレクタは直列接続された抵抗R
6と順方向のダイオードD1を介して内部直流電源の高
電位側に接続され、そのエミッタは低電位側に接続され
ている。
開示されている図6におけるベースドライブ回路7の一
例として、インバータ部5のパワートランジスタ25に
対する駆動部分を示す回路図である。同図において、マ
イコン8(図6)の出力パルス信号(制御信号)は入力
端子33,34からフォトカプラ35を介してパルス増
幅回路に供給される。このパルス増幅回路とマイコン8
とはフォトカプラ35によって電気的に絶縁されてい
る。フォトカプラ35でのフォトトランジスタのコレク
タは内部直流電源(図示せず)の高電位側(図示の6
(V)側)に接続され、そのエミッタは直列接続された
抵抗R4、R5を介して低電位側(グランド)に接続さ
れている。抵抗R4と抵抗R5との接続点はNPN型ト
ランジスタTr1のベースに接続されている。このNPN
型トランジスタTr1のコレクタは直列接続された抵抗R
6と順方向のダイオードD1を介して内部直流電源の高
電位側に接続され、そのエミッタは低電位側に接続され
ている。
【0007】ダイオードD1とトランジスタTr1のコレ
クタとの接続点は抵抗R7を介してPNP型の第1のト
ランジスタTr2のベースに接続されている。このトラン
ジスタTr2のベース間は抵抗R8を介して内部直流電源
の高電位側に接続されており、そのエミッタは内部直流
電源の高電位側に、そのコレクタは抵抗R9を介してパ
ワートランジスタ25のベースに夫々接続されている。
クタとの接続点は抵抗R7を介してPNP型の第1のト
ランジスタTr2のベースに接続されている。このトラン
ジスタTr2のベース間は抵抗R8を介して内部直流電源
の高電位側に接続されており、そのエミッタは内部直流
電源の高電位側に、そのコレクタは抵抗R9を介してパ
ワートランジスタ25のベースに夫々接続されている。
【0008】また、ダイオードD1と抵抗R6との接続
点は、ダイオードD4を介してNPN型のトランジスタ
Tr3のべースに接続されている。このトランジスタTr3
のコレクタは抵抗R10を介して、抵抗R9とともに、パ
ワートランジスタ25のベースに接続され、そのエミッ
タは内部直流電源の低電位側に接続されている。なお、
このトランジスタTr3のエミッタとベースは抵抗R11を
介して接続されている。
点は、ダイオードD4を介してNPN型のトランジスタ
Tr3のべースに接続されている。このトランジスタTr3
のコレクタは抵抗R10を介して、抵抗R9とともに、パ
ワートランジスタ25のベースに接続され、そのエミッ
タは内部直流電源の低電位側に接続されている。なお、
このトランジスタTr3のエミッタとベースは抵抗R11を
介して接続されている。
【0009】さらに、パワートランジスタ25のエミッ
タは2個の直列接続された順方向ダイオードD2、D3
とコンデンサCとの並列回路を介して内部直流電源の低
電位側に接続されている。
タは2個の直列接続された順方向ダイオードD2、D3
とコンデンサCとの並列回路を介して内部直流電源の低
電位側に接続されている。
【0010】かかる構成において、入力端子33、34
からマイコン8の出力パルス信号が供給されると、フォ
トカプラ35はオンし、抵抗R4を介してトランジスタ
Tr1にベース電流が流れてトランジスタTr1がオンす
る。これにより、抵抗R6に電流が流れてトランジスタ
Tr2のベースは低電位となり、このトランジスタTr2は
オンする。従って、パワートランジスタ25のベースに
トランジスタTr2、抵抗R9を介してベース順電流IB1
が供給され、パワートランジスタ25はオンする。パワ
ートランジスタ25がオンすると、このパワートランジ
スタ25のエミッタを介してコンデンサCに電流が流れ
込み、これに2個のダイオードD2、D3の電圧降下分
だけの電圧が充電される。
からマイコン8の出力パルス信号が供給されると、フォ
トカプラ35はオンし、抵抗R4を介してトランジスタ
Tr1にベース電流が流れてトランジスタTr1がオンす
る。これにより、抵抗R6に電流が流れてトランジスタ
Tr2のベースは低電位となり、このトランジスタTr2は
オンする。従って、パワートランジスタ25のベースに
トランジスタTr2、抵抗R9を介してベース順電流IB1
が供給され、パワートランジスタ25はオンする。パワ
ートランジスタ25がオンすると、このパワートランジ
スタ25のエミッタを介してコンデンサCに電流が流れ
込み、これに2個のダイオードD2、D3の電圧降下分
だけの電圧が充電される。
【0011】なお、コンデンサCの充電を速めるために
は、破線で示すように、コンデンサCとパワートランジ
スタ25のエミッタとの接続点を抵抗R0を介して内部
直流電源の高電位側に接続すればよい。
は、破線で示すように、コンデンサCとパワートランジ
スタ25のエミッタとの接続点を抵抗R0を介して内部
直流電源の高電位側に接続すればよい。
【0012】トランジスタTr2がオンのときには、トラ
ンジスタTr3はそのベースが低電位となってオフ状態に
なる。従って、マイコン8の出力パルス信号がフォトカ
プラ35に供給されなくなると、フォトカプラ35はオ
フし、これに応じてトランジスタTr1がオフする。この
トランジスタTr1のオフにより、トランジスタTr2はそ
のベースが高電位となってオフし、パワートランジスタ
25のにベースにベース電流IB1が流れなくなる。これ
と同時に、トランジスタTr3はそのベーがは高電位とな
ってオンする。この際、パワートランジスタ25のエミ
ッタは、コンデンサCの充電電圧により、内部直流電源
の低電位側より高電位状態となり、このため、パワート
ランジスタ25のベースから抵抗R10を介してトランジ
スタTr3のベースに逆電流IB2が短時間流れる。このベ
ース逆電流IB2により、コンデンサCの蓄積電荷とパワ
ートランジスタ25のベース、エミッタ間の蓄積電荷が
急速に放出され、パワートランジスタ25がオフする。
このように、パワーパワートランジスタ25は高速でか
つ確実にオン、オフし、スイッチング速度が速いことに
なる。
ンジスタTr3はそのベースが低電位となってオフ状態に
なる。従って、マイコン8の出力パルス信号がフォトカ
プラ35に供給されなくなると、フォトカプラ35はオ
フし、これに応じてトランジスタTr1がオフする。この
トランジスタTr1のオフにより、トランジスタTr2はそ
のベースが高電位となってオフし、パワートランジスタ
25のにベースにベース電流IB1が流れなくなる。これ
と同時に、トランジスタTr3はそのベーがは高電位とな
ってオンする。この際、パワートランジスタ25のエミ
ッタは、コンデンサCの充電電圧により、内部直流電源
の低電位側より高電位状態となり、このため、パワート
ランジスタ25のベースから抵抗R10を介してトランジ
スタTr3のベースに逆電流IB2が短時間流れる。このベ
ース逆電流IB2により、コンデンサCの蓄積電荷とパワ
ートランジスタ25のベース、エミッタ間の蓄積電荷が
急速に放出され、パワートランジスタ25がオフする。
このように、パワーパワートランジスタ25は高速でか
つ確実にオン、オフし、スイッチング速度が速いことに
なる。
【0013】図8は以上説明した駆動制御装置の構造を
示す斜視図である。同図において、チップ部品としての
パワートランジスタ25〜30はモジュール36に搭載
されている。ベースドライブ回路7における各相のフォ
トカプラ35やパルス増幅回路38、ベースドライブ回
路7に内蔵される過電流保護回路39、内部直流電源4
0、さらに、マイコン8等が回路基板37に搭載され
る。このように、駆動制御装置は、従来、個別部品の半
導体素子で回路基板上に構成されていた。
示す斜視図である。同図において、チップ部品としての
パワートランジスタ25〜30はモジュール36に搭載
されている。ベースドライブ回路7における各相のフォ
トカプラ35やパルス増幅回路38、ベースドライブ回
路7に内蔵される過電流保護回路39、内部直流電源4
0、さらに、マイコン8等が回路基板37に搭載され
る。このように、駆動制御装置は、従来、個別部品の半
導体素子で回路基板上に構成されていた。
【0014】図9は図7に示した構造の駆動制御装置の
回路構成を示すブロック図である。ここで、内部直流電
源40はパワートランジスタ25、26、27夫々毎の
直流電圧とパワートランジスタ28〜30に共通の直流
電圧とを発生する。
回路構成を示すブロック図である。ここで、内部直流電
源40はパワートランジスタ25、26、27夫々毎の
直流電圧とパワートランジスタ28〜30に共通の直流
電圧とを発生する。
【0015】ところで、たとえば、平成2年3月22日
付日本電波新聞で発表されたように、100(V)の商用
交流電圧を整流、平滑して得られる電圧を直接電源電圧
として利用し、誘電体分離によるモノリシック化された
電動機の回転数制御のための3相インバータ(以下、ワ
ンチップ3相インバータという)が開発された。
付日本電波新聞で発表されたように、100(V)の商用
交流電圧を整流、平滑して得られる電圧を直接電源電圧
として利用し、誘電体分離によるモノリシック化された
電動機の回転数制御のための3相インバータ(以下、ワ
ンチップ3相インバータという)が開発された。
【0016】ここで誘電体分離法について若干説明して
おく。従来のpn接合による分離技術は、電圧を増加し
ていくとラッチアップ現象が発生し、通常100(V)
以上では信頼性が確保できなかった。そこで、誘電体分
離技術によって素子間の良好な絶縁を行なうことによ
り、耐圧を数100(V)以上確保し、商用電源電圧で
も使用可能となった。この誘電体分離によるワンチップ
3相インバータの素子構造は、図10(a)に示すよう
に、ポリシリコン(PolyーSi)をベースとし、誘
電体分離の手段により、すなわち、SiO2相によって
高耐圧に各相のエリアを仕切り、各エリアに1相分の回
路を形成したものである。
おく。従来のpn接合による分離技術は、電圧を増加し
ていくとラッチアップ現象が発生し、通常100(V)
以上では信頼性が確保できなかった。そこで、誘電体分
離技術によって素子間の良好な絶縁を行なうことによ
り、耐圧を数100(V)以上確保し、商用電源電圧で
も使用可能となった。この誘電体分離によるワンチップ
3相インバータの素子構造は、図10(a)に示すよう
に、ポリシリコン(PolyーSi)をベースとし、誘
電体分離の手段により、すなわち、SiO2相によって
高耐圧に各相のエリアを仕切り、各エリアに1相分の回
路を形成したものである。
【0017】また、図10(b)はこのワンチップ3相イ
ンバータの各素子のレイアウトを示す平面図である。こ
の図から明らかなように、主素子としてのスイッチング
動作する6個のパワートランジスタ25〜30と、各パ
ワートランジスタ25〜30のコレクタ・エミッタ間に
接続されパワートランジスタ25〜30をターンオフさ
せる6個のダイオード19〜24と、各パワートランジ
スタ25〜30をオン、オフさせるためのスイッチング
制御信号を形成するロジック回路41と、このスイッチ
ング制御信号で各パワートランジスタ25〜30をオ
ン、オフ駆動するドライブ回路7と、パワートランジス
タに流れる電流を検出し過電流によるICの破壊を防止
するための過電流保護回路39と、内部直流電源40と
がワンチップでIC化されている。このワンチップ3相
インバータのIC素子の大きさは、縦4.3mm、横5.
8mmである。
ンバータの各素子のレイアウトを示す平面図である。こ
の図から明らかなように、主素子としてのスイッチング
動作する6個のパワートランジスタ25〜30と、各パ
ワートランジスタ25〜30のコレクタ・エミッタ間に
接続されパワートランジスタ25〜30をターンオフさ
せる6個のダイオード19〜24と、各パワートランジ
スタ25〜30をオン、オフさせるためのスイッチング
制御信号を形成するロジック回路41と、このスイッチ
ング制御信号で各パワートランジスタ25〜30をオ
ン、オフ駆動するドライブ回路7と、パワートランジス
タに流れる電流を検出し過電流によるICの破壊を防止
するための過電流保護回路39と、内部直流電源40と
がワンチップでIC化されている。このワンチップ3相
インバータのIC素子の大きさは、縦4.3mm、横5.
8mmである。
【0018】かかるワンチップ3相インバータにおいて
は、パワートランジスタ25〜30として横型のIGB
T(Insulated Gate Bipolar Transistor)を開発、採用
することにより、従来のパワーMOSFETに比べて占
有面積を大幅に縮小でき、環流ダイオード19〜24も
横型IGBTと同じプロセスで実現できる新たに開発さ
れた高速ダイオードを採用することにより、逆回復電流
を大幅に低減して逆回復電流によるパワートランジスタ
25〜30のスイッチング損失を大幅に低減できるよう
にしている。
は、パワートランジスタ25〜30として横型のIGB
T(Insulated Gate Bipolar Transistor)を開発、採用
することにより、従来のパワーMOSFETに比べて占
有面積を大幅に縮小でき、環流ダイオード19〜24も
横型IGBTと同じプロセスで実現できる新たに開発さ
れた高速ダイオードを採用することにより、逆回復電流
を大幅に低減して逆回復電流によるパワートランジスタ
25〜30のスイッチング損失を大幅に低減できるよう
にしている。
【0019】また、ワンチップ3相インバータに内部直
流電源40を内蔵することにより、パワー素子であるパ
ワートランジスタ25〜30を駆動するための外部電源
が1個ですみ、過電流保護回路39を内蔵することによ
り、負荷短絡などで発生する過大電流によるICの破壊
が防止できるようにしている。さらに、インバータ周波
数を可聴周波数よりも高い20kHzとし、電動機の騒
音を低減できるようにしている。
流電源40を内蔵することにより、パワー素子であるパ
ワートランジスタ25〜30を駆動するための外部電源
が1個ですみ、過電流保護回路39を内蔵することによ
り、負荷短絡などで発生する過大電流によるICの破壊
が防止できるようにしている。さらに、インバータ周波
数を可聴周波数よりも高い20kHzとし、電動機の騒
音を低減できるようにしている。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明した従来の駆動制御装置は、図8に示したように、モ
ジュール化したインバータ部以外の電気部品は個別部品
の半導体素子として回路基板上に設けられ、しかも、内
部直流電源はインバータ部での上アームの3個のパワー
トランジスタ夫々に対する直流電圧と下アームの3個の
パワートランジスタに共通となる直流電圧との4つの直
流電圧を形成しなければならないため、非常に大型のも
のであって、かかる大型の内部直流電源をも回路基板に
搭載すると、この回路基板が非常に大型となってその占
有面積が膨大になり、必然的に空気調和機が大型にな
る。このことは、特にルームエアコンでは問題になる。
明した従来の駆動制御装置は、図8に示したように、モ
ジュール化したインバータ部以外の電気部品は個別部品
の半導体素子として回路基板上に設けられ、しかも、内
部直流電源はインバータ部での上アームの3個のパワー
トランジスタ夫々に対する直流電圧と下アームの3個の
パワートランジスタに共通となる直流電圧との4つの直
流電圧を形成しなければならないため、非常に大型のも
のであって、かかる大型の内部直流電源をも回路基板に
搭載すると、この回路基板が非常に大型となってその占
有面積が膨大になり、必然的に空気調和機が大型にな
る。このことは、特にルームエアコンでは問題になる。
【0021】また、上記のように、従来の駆動制御装置
にはフォトカプラが用いられているが、かかる駆動制御
装置でのインバータ部のPWM周波数は、現在のとこ
ろ、2〜5kHz程度であるため、このフォトカプラ
は、スイッチングスピードが比較的遅くても、インバー
タ部でのパワートランジスタをオンさせることはでき
る。しかし、インバータ部のPWM周波数が、誘電体分
離によるワンチップ3相インバータのように、数10k
Hzになると、高速でスイッチングが可能な高価なフォ
トカプラが必要になる。
にはフォトカプラが用いられているが、かかる駆動制御
装置でのインバータ部のPWM周波数は、現在のとこ
ろ、2〜5kHz程度であるため、このフォトカプラ
は、スイッチングスピードが比較的遅くても、インバー
タ部でのパワートランジスタをオンさせることはでき
る。しかし、インバータ部のPWM周波数が、誘電体分
離によるワンチップ3相インバータのように、数10k
Hzになると、高速でスイッチングが可能な高価なフォ
トカプラが必要になる。
【0022】さらに、上記従来の駆動制御装置では、イ
ンバータ部の各パワートランジスタ毎にフォトカプラが
使用しているが、これらのスイッチングスピードにばら
つきがあり、充分円滑な電動機の駆動制御を行なうこと
ができない。このため、たとえば、デットタイム等を大
きくせざるを得ないといった問題もある。
ンバータ部の各パワートランジスタ毎にフォトカプラが
使用しているが、これらのスイッチングスピードにばら
つきがあり、充分円滑な電動機の駆動制御を行なうこと
ができない。このため、たとえば、デットタイム等を大
きくせざるを得ないといった問題もある。
【0023】さらにまた、上記のワンチップ3相インバ
ータは現在のところ最大出力電流が1(A)程度であ
り、このため、負荷としての電動機の出力容量も最大5
0(W)程度にとどまっている。これではルームエアコ
ン用圧縮機のような1500(W)にも及ぶ電動機を駆
動することはできない。
ータは現在のところ最大出力電流が1(A)程度であ
り、このため、負荷としての電動機の出力容量も最大5
0(W)程度にとどまっている。これではルームエアコ
ン用圧縮機のような1500(W)にも及ぶ電動機を駆
動することはできない。
【0024】本発明の目的は、かかる問題点を解消し、
高速でのインバータのPWM周波数にも対応でき、高出
力電動機を駆動制御できる小型で安価な駆動制御装置を
提供することにある。
高速でのインバータのPWM周波数にも対応でき、高出
力電動機を駆動制御できる小型で安価な駆動制御装置を
提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくともインバータのパワー素子を駆
動するベースドライブ回路と過電流や過温度から該パワ
ー素子を保護する回路とを、誘電体分離技術により、単
一のモノリシック集積回路とする。
に、本発明は、少なくともインバータのパワー素子を駆
動するベースドライブ回路と過電流や過温度から該パワ
ー素子を保護する回路とを、誘電体分離技術により、単
一のモノリシック集積回路とする。
【0026】また、本発明は、該モノリシック集積回路
を該パワー素子とともにモジュール化する。
を該パワー素子とともにモジュール化する。
【0027】
【作用】誘電体分離技術によりベースドライブ回路をモ
ノリシック化することにより、高耐圧で小型のベースド
ライブ回路が得られ、しかも、従来使用していたフォト
カプラが不要となる。
ノリシック化することにより、高耐圧で小型のベースド
ライブ回路が得られ、しかも、従来使用していたフォト
カプラが不要となる。
【0028】また、モノリシック集積回路をインバータ
のパワー素子とともにモジュール化することにより、こ
れらモノリシック集積回路やパワー素子の占有スペース
が低減し、駆動制御装置本体が小形化する。
のパワー素子とともにモジュール化することにより、こ
れらモノリシック集積回路やパワー素子の占有スペース
が低減し、駆動制御装置本体が小形化する。
【0029】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図1は本発明による駆動制御装置の一実施例を示す
構成図であって、42は1チップのモノリシック集積回
路、43は内部直流電源であり、図8に対応する部分に
は同一符号をつけている。
る。図1は本発明による駆動制御装置の一実施例を示す
構成図であって、42は1チップのモノリシック集積回
路、43は内部直流電源であり、図8に対応する部分に
は同一符号をつけている。
【0030】この実施例の回路構成は図6に示されるも
のと同様とする。図1において、モノリシック集積回路
42は図6での過電流や温度から各パワー素子を保護す
る機能を備えた(すなわち、図9に示して過電流保護回
路39などを備えた)3相のベースドライブ回路7と、
インバータ部5での上アーム(すなわち、パワートラン
ジスタ25〜27夫々の)の直流駆動電圧発生回路をモ
ノリシック化したものである。このモノシリック集積回
路42とチップ部品としてのパワートランジスタ25〜
30とが同じモジュール36に搭載される。内部直流電
源43はインバータ部5の下アーム(パワートランジス
タ28〜30)に共通の直流駆動電圧を発生する。モノ
シリック集積回路42での直流駆動電圧発生回路はこの
内部直流駆動電源43からの直流駆動電圧からパワート
ランジスタ25、26、27夫々の直流駆動電圧を生成
する。
のと同様とする。図1において、モノリシック集積回路
42は図6での過電流や温度から各パワー素子を保護す
る機能を備えた(すなわち、図9に示して過電流保護回
路39などを備えた)3相のベースドライブ回路7と、
インバータ部5での上アーム(すなわち、パワートラン
ジスタ25〜27夫々の)の直流駆動電圧発生回路をモ
ノリシック化したものである。このモノシリック集積回
路42とチップ部品としてのパワートランジスタ25〜
30とが同じモジュール36に搭載される。内部直流電
源43はインバータ部5の下アーム(パワートランジス
タ28〜30)に共通の直流駆動電圧を発生する。モノ
シリック集積回路42での直流駆動電圧発生回路はこの
内部直流駆動電源43からの直流駆動電圧からパワート
ランジスタ25、26、27夫々の直流駆動電圧を生成
する。
【0031】なお、図6に示す駆動制御装置において
は、整流回路6、インバータ部5、電流検出用抵抗13
及びベースドライブ回路7をモジュール化することがで
きる。力率改善用のリアクタ11や力率改善用のコンデ
ンサ12、平滑コンデンサ14は、容量の大きいエネル
ギー素子であるため、モノリシック集積回路化が困難で
ある。また、一般に、マイコン8が使用されている信号
制御部4も、容量が小さければ、モノリシック化が可能
である。
は、整流回路6、インバータ部5、電流検出用抵抗13
及びベースドライブ回路7をモジュール化することがで
きる。力率改善用のリアクタ11や力率改善用のコンデ
ンサ12、平滑コンデンサ14は、容量の大きいエネル
ギー素子であるため、モノリシック集積回路化が困難で
ある。また、一般に、マイコン8が使用されている信号
制御部4も、容量が小さければ、モノリシック化が可能
である。
【0032】この実施例では、過電流や温度からパワー
トランジスタ25〜30を保護する過電流保護回路やイ
ンバータ7の上アームであるパワートランジスタ25、
26、27の直流駆動電圧を形成する直流駆動電圧発生
回路を備えたベースドライブ回路7をモノリシック化し
ているものとする。もちろん、上記のベースドライブ回
路7やインバータ部5での上アームの直流駆動電圧発生
回路以外の部分もモノリシック集積化してもよいが、エ
アコンの圧縮機用電動機2のように出力が大きい(たと
えばインバータ部5の電流が3(A)を超える)電動機
に対しては、そのチップ面積が膨大なものとなり、コス
トパフォーマンスが合わず、製品化が困難となる場合も
ある。
トランジスタ25〜30を保護する過電流保護回路やイ
ンバータ7の上アームであるパワートランジスタ25、
26、27の直流駆動電圧を形成する直流駆動電圧発生
回路を備えたベースドライブ回路7をモノリシック化し
ているものとする。もちろん、上記のベースドライブ回
路7やインバータ部5での上アームの直流駆動電圧発生
回路以外の部分もモノリシック集積化してもよいが、エ
アコンの圧縮機用電動機2のように出力が大きい(たと
えばインバータ部5の電流が3(A)を超える)電動機
に対しては、そのチップ面積が膨大なものとなり、コス
トパフォーマンスが合わず、製品化が困難となる場合も
ある。
【0033】この実施例の回路ブロックを図2に示す。
マイコン8の出力パルス信号はモノシリック集積回路4
2に供給されるが、このモノシリック集積回路42はこ
のパルス信号に基づいて内部直流電源43からの直流駆
動電圧をパワートランジスタ28〜30に供給するとと
もに、この直流駆動電圧からパワートランジスタ25、
26、27夫々の直流駆動電圧を生成する。
マイコン8の出力パルス信号はモノシリック集積回路4
2に供給されるが、このモノシリック集積回路42はこ
のパルス信号に基づいて内部直流電源43からの直流駆
動電圧をパワートランジスタ28〜30に供給するとと
もに、この直流駆動電圧からパワートランジスタ25、
26、27夫々の直流駆動電圧を生成する。
【0034】図3は図1におけるモノシリック集積回路
42の誘電体分離基板を示す断面図である。同図におい
て、夫々のエリアが異なる相をなしており、39、38
は夫々、図8、図9で示した過電流保護回路、ベースド
ライブ回路7のパルス増幅回路であって、44はインバ
ータ部5の上アームの直流電源電圧を生成する直流駆動
電圧発生回路である。また、この誘電体分離技術がフォ
トカプラの役割をしている。このため、図7に示したよ
うなフォトカプラは省くことができる。
42の誘電体分離基板を示す断面図である。同図におい
て、夫々のエリアが異なる相をなしており、39、38
は夫々、図8、図9で示した過電流保護回路、ベースド
ライブ回路7のパルス増幅回路であって、44はインバ
ータ部5の上アームの直流電源電圧を生成する直流駆動
電圧発生回路である。また、この誘電体分離技術がフォ
トカプラの役割をしている。このため、図7に示したよ
うなフォトカプラは省くことができる。
【0035】以上のように構成したこの実施例を先に説
明した従来技術と、図1と図8とにより、比較すると、
図1では、図8でのフォトカプラ35、パルス増幅回路
38及び過電流保護回路39が1チップでモノシリック
化されたものであり、しかも、内部直流電源40もイン
バータ部5の下アームの直流電源電圧を発生するだけで
よいため、図8に示した内部直流電源40に比べて著し
く小型になり、この分回路基板37を著しく小さくする
ことができる。従って、駆動制御装置は大幅に小型化さ
れる。
明した従来技術と、図1と図8とにより、比較すると、
図1では、図8でのフォトカプラ35、パルス増幅回路
38及び過電流保護回路39が1チップでモノシリック
化されたものであり、しかも、内部直流電源40もイン
バータ部5の下アームの直流電源電圧を発生するだけで
よいため、図8に示した内部直流電源40に比べて著し
く小型になり、この分回路基板37を著しく小さくする
ことができる。従って、駆動制御装置は大幅に小型化さ
れる。
【0036】なお、モノシリック集積回路42を回路基
板37上に設けてもよいが、図1に示すように、このモ
ノシリック集積回路42をインバータ部5とともにモジ
ュール化することにより、駆動制御装置はさらに小形と
なる。
板37上に設けてもよいが、図1に示すように、このモ
ノシリック集積回路42をインバータ部5とともにモジ
ュール化することにより、駆動制御装置はさらに小形と
なる。
【0037】図4に示すように、以上説明した駆動制御
装置45は金属ケース46に収納され、密閉端子ピン4
7によって圧縮機3の電動機2と接続するようにするこ
とができる。図5はこの接続手段を拡大して示したもの
である。一般に、圧縮機3内の電動機2の巻線は、図6
に示したように、インバータ部5のパワートランジスタ
25〜30と電気的に接続されているため、圧縮機2の
端部に密閉端子ピン47が設けられている。これに対
し、金属ケース46側には、圧縮機3の密閉端子ピン4
7とプラグイン可能にレセプタクル端子50が設けられ
ており、密閉端子ピン47をレセプタクル端子50に差
し込むことにより、インバータ部5のパワートランジス
タ25〜30が直接電動機2の巻線に接続できる。
装置45は金属ケース46に収納され、密閉端子ピン4
7によって圧縮機3の電動機2と接続するようにするこ
とができる。図5はこの接続手段を拡大して示したもの
である。一般に、圧縮機3内の電動機2の巻線は、図6
に示したように、インバータ部5のパワートランジスタ
25〜30と電気的に接続されているため、圧縮機2の
端部に密閉端子ピン47が設けられている。これに対
し、金属ケース46側には、圧縮機3の密閉端子ピン4
7とプラグイン可能にレセプタクル端子50が設けられ
ており、密閉端子ピン47をレセプタクル端子50に差
し込むことにより、インバータ部5のパワートランジス
タ25〜30が直接電動機2の巻線に接続できる。
【0038】なお、金属ケース46からは、外部接続線
としては、商用電源10(図6)に接続される電源線4
8とマイコン8(図6)に接続される信号線49とが導
出されている。外部温度の変化に応じて圧縮機用電動機
2の回転数が増減するように回転数の制御を行なわせる
ための速度指令やこの圧縮機電動機2の始動指令など
が、この信号線49を通って、駆動制御装置45に供給
される。
としては、商用電源10(図6)に接続される電源線4
8とマイコン8(図6)に接続される信号線49とが導
出されている。外部温度の変化に応じて圧縮機用電動機
2の回転数が増減するように回転数の制御を行なわせる
ための速度指令やこの圧縮機電動機2の始動指令など
が、この信号線49を通って、駆動制御装置45に供給
される。
【0039】また、インバータ部5のパワートランジス
タ25〜30としては、BJT(Bipolar Junction Tran
sistor)やMOS FET(Metal Oxide Semiconductor
Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate
Bipolar Transistor)などの素子を使用してもよい。
タ25〜30としては、BJT(Bipolar Junction Tran
sistor)やMOS FET(Metal Oxide Semiconductor
Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate
Bipolar Transistor)などの素子を使用してもよい。
【0040】さらに、圧縮機3の温度が上昇しすぎない
ようにするために、従来では、サーミスタ等の検出素子
を圧縮機3に貼付けてその温度を検出しているが、図4
において、熱伝達の良い金属ケース46が圧縮機3に直
接接触して圧縮機3と等価な温度となるから、図6にお
ける圧縮機3の温度検出器31を熱伝達の良い金属ケー
ス46に収納することにより、圧縮機3からサーミスタ
リード線を引き廻すことなく、金属ケース46内の温度
検出器31で圧縮機2の温度が検出できる。しかも、サ
ーミスタが金属ケース46でシールドされることになる
ので、サーミスタを放射ノイズから防護することもでき
る。圧縮機3の温度がある程度上昇した場合には、たと
えばファンモータを駆動させ、圧縮機3と金属ケース4
6とを冷却すればよい。
ようにするために、従来では、サーミスタ等の検出素子
を圧縮機3に貼付けてその温度を検出しているが、図4
において、熱伝達の良い金属ケース46が圧縮機3に直
接接触して圧縮機3と等価な温度となるから、図6にお
ける圧縮機3の温度検出器31を熱伝達の良い金属ケー
ス46に収納することにより、圧縮機3からサーミスタ
リード線を引き廻すことなく、金属ケース46内の温度
検出器31で圧縮機2の温度が検出できる。しかも、サ
ーミスタが金属ケース46でシールドされることになる
ので、サーミスタを放射ノイズから防護することもでき
る。圧縮機3の温度がある程度上昇した場合には、たと
えばファンモータを駆動させ、圧縮機3と金属ケース4
6とを冷却すればよい。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
過電流や過温度からパワー素子を保護する機能を備えた
ベースドライブ回路をモノリシックIC化し、かつ該パ
ワー素子の電源も同じ集積回路にモノリシック化するも
のであるから、パワー素子を駆動するための外部電源が
1個でよいことになるし、かかるモノリシック集積回路
をパワー素子とともにモジュール化するから、回路基板
に搭載される部品の点数が削減できて該回路基板の占有
面積が大幅に縮小し、駆動制御装置の大幅な小型化が図
れる。
過電流や過温度からパワー素子を保護する機能を備えた
ベースドライブ回路をモノリシックIC化し、かつ該パ
ワー素子の電源も同じ集積回路にモノリシック化するも
のであるから、パワー素子を駆動するための外部電源が
1個でよいことになるし、かかるモノリシック集積回路
をパワー素子とともにモジュール化するから、回路基板
に搭載される部品の点数が削減できて該回路基板の占有
面積が大幅に縮小し、駆動制御装置の大幅な小型化が図
れる。
【0042】また、該回路基板での部品点数が削減され
ることから、該回路基板上での半田付け点数も減少し、
基板実装における回路系統の信頼性が向上する。
ることから、該回路基板上での半田付け点数も減少し、
基板実装における回路系統の信頼性が向上する。
【0043】さらに、インバータのキャリア周波数が可
聴周波数よりも高い場合でも、従来必要とした高価なフ
ォトカプラが不要となり、コストアップを抑えることが
できる。
聴周波数よりも高い場合でも、従来必要とした高価なフ
ォトカプラが不要となり、コストアップを抑えることが
できる。
【0044】さらにまた、同一チップ上でベースドライ
ブ回路が構成されるため、各相のスイッチングスピード
のバラツキがほとんどなくなり、このため、デットタイ
ムも、従来のフォトカプラを用いた場合の3μsecに
比べ、1.5μsと非常に短く設計可能になる。
ブ回路が構成されるため、各相のスイッチングスピード
のバラツキがほとんどなくなり、このため、デットタイ
ムも、従来のフォトカプラを用いた場合の3μsecに
比べ、1.5μsと非常に短く設計可能になる。
【図1】本発明による駆動制御装置の一実施例の構造を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図2】図1における各部材の電気的な接続関係を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図3】図1におけるモノリシック集積回路の誘電体分
離基板の断面図である。
離基板の断面図である。
【図4】図1に示した実施例を収納した金属ケースと圧
縮機との接続方法の一例を示す図である。
縮機との接続方法の一例を示す図である。
【図5】図4における接続部分の拡大図である。
【図6】圧縮機用電動機の駆動制御装置の一例を示す回
路ブロック図である。
路ブロック図である。
【図7】図6におけるベースドライブ回路の一従来例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図8】圧縮機用電動機の駆動制御装置の一従来例の構
造を示す斜視図である。
造を示す斜視図である。
【図9】図8における各部材の電気的な接続関係を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図10】従来のワンチップ3相インバータの誘電体分
離基板を示す平面図である。
離基板を示す平面図である。
2 圧縮機用電動機
3 圧縮機
5 インバータ部
6 整流回路
7 ベースドライブ回路
8 マイクロコンピュータ
10 商用交流電源
14 平滑コンデンサ
25〜30 パワートランジスタ
36 モジュール
37 回路基板
43 内部直流電源
Claims (7)
- 【請求項1】 交流電圧から直流電圧を生成する整流回
路と、制御信号を発生するマイクロコンピュータと、圧
縮機に搭載された3相の電動機の各相毎のパワー素子か
らなり該直流電圧が電源電圧として印加されるインバー
タと、該制御信号に応じて該パワー素子を駆動し3相の
駆動電流を発生させるベースドライブ回路と、過電流や
過温度から該パワー素子を保護する回路とを備え、該駆
動電流で該電動機を回転駆動するようにした駆動制御装
置において、 該ベースドライブ回路と過電流や過温度から該パワー素
子を保護する該回路とを、誘電体分離技術により、単一
のモノリシック集積回路としたことを特徴とする駆動制
御装置。 - 【請求項2】 交流電圧から直流電圧を生成する整流回
路と、制御信号を発生するマイクロコンピュータと、圧
縮機に搭載された3相の電動機の各相毎のパワー素子か
らなり該直流電圧が電源電圧として印加されるインバー
タと、該制御信号に応じて該パワー素子を駆動し3相の
駆動電流を発生させるベースドライブ回路と、過電流や
過温度から該パワー素子を保護する回路とを備え、該駆
動電流で該電動機を回転駆動するようにした駆動制御装
置において、 該整流回路と該ベースドライブ回路と過電流や過温度か
ら該パワー素子を保護する該回路とを、誘電体分離技術
により、単一のモノリシック集積回路とし、該パワー素
子とともにモジュール化したことを特徴とする駆動制御
装置。 - 【請求項3】 交流電圧から直流電圧を生成する整流回
路と、制御信号を発生するマイクロコンピュータと、圧
縮機に搭載された3相の電動機の各相毎のパワー素子か
らなり該直流電圧が電源電圧として印加されるインバー
タと、該制御信号に応じて該パワー素子を駆動し3相の
駆動電流を発生させるベースドライブ回路と、過電流や
過温度から該パワー素子を保護する回路とを備え、該駆
動電流で該電動機を回転駆動するようにした駆動制御装
置において、 該ベースドライブ回路と過電流や過温度から該パワー素
子を保護する回路とを、誘電体分離技術により、単一の
モノリシック集積回路とし、該整流回路,該パワー素子
とともにモジュール化したことを特徴とする駆動制御装
置。 - 【請求項4】 請求項1、2または3において、前記モ
ノリシック集積回路を前記パワー素子、前記整流回路,
前記マイクロコンピュータとともにモジュール化したこ
とを特徴とする駆動制御装置。 - 【請求項5】 請求項1、2、3または4において、 前記インバータの下アームの前記パワー素子に共通の直
流駆動電圧を発生する内部直流電圧源を備え、 前記ベースドライブ回路は、該内部直流電圧源からの該
直流駆動電圧から前記インバータの上アームの前記パワ
ー素子毎の直流駆動電圧を発生し、前記制御信号に応じ
て該内部直流電圧源からの該直流駆動電圧と前記パワー
素子毎の直流駆動電圧とを前記インバータに供給するこ
とを特徴とする駆動制御装置。 - 【請求項6】 請求項1、2、3、4または5におい
て、前記モジュール以外の回路部品を回路基板上に配置
したことを特徴する駆動制御装置。 - 【請求項7】 請求項6において、前記モジュールと前
記回路基板とを金属ケースに収納し、プラグイン形式で
前記電動機と接続可能としたことを特徴とする駆動制御
装置。
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