JP2001128466A

JP2001128466A - モータ駆動用インバータ装置

Info

Publication number: JP2001128466A
Application number: JP30500899A
Authority: JP
Inventors: Koichi Taniguchi; 幸一谷口
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】モータ駆動用インバータ装置において、回生
用パワートランジスタの短絡破壊を確実に検出できるよ
うにすること。【解決手段】モータ駆動用インバータ装置６は短絡検
知回路８を有し、この回路８は、回生用トランジスタＱ
３のコレクタに順方向に直列接続したダイオードＤ３
と、当該ダイオードの通電時に駆動するフォトカプラ８
１を備えている。ダイオードＤ３を経由する駆動電源の
供給回路は、回生駆動回路７から回生用トランジスタＱ
３にオン信号が出力されていないにもかかわらず当該ト
ランジスタが通電状態にあるときにのみ形成される。よ
って、フォトカプラ８１から検知信号Ｓが発生するのは
回生用トランジスタＱ３が短絡破壊された状態の時のみ
であり、この信号に基づき、確実に回生用パワートラン
ジスタの短絡破壊を知ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータ等の
制御装置におけるパワー変換器に用いられるインバータ
装置に関するものであり、さらに詳しくは、モータ制動
時の回生動作を行うために用いる回生用パワートランジ
スタが短絡破壊したことを確実に検出できるモータ駆動
用インバータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】モータ駆動用インバータ装置では、モー
タ制動時にモータの回転エネルギがパワー変換器を介し
て電源側に戻り、直流電源の平滑コンデンサに充電され
直流電源電圧が上昇する。かかるエネルギを放電させる
ために、直流電源には、回生処理抵抗と回生用パワート
ランジスタが直列接続され、回生用パワートランジスタ
が回生駆動回路によってオンオフ制御されるようになっ
ている。

【０００３】すなわち、直流電圧が所定の値に達すると
回生用パワートランジスタをオンしてコンデンサを放電
させ、逆にある所定の値に低下すると当該トランジスタ
をオフさせるという動作を繰り返すことにより、電圧の
異常上昇を抑制し、パワー変換器の耐圧破壊を未然に防
止している。

【０００４】ここで、何らかの異常によって、回生用パ
ワートランジスタに過剰電流が流れる等して短絡破壊し
た場合には、回生処理抵抗には過大な電流が流れ、焼損
するなどの弊害が発生する。回生処理抵抗を焼損等から
保護するために、従来においては、特開昭６１−１８９
１７８号公報に開示されているように、過電流防止用の
温度ヒューズを回生処理抵抗に直列接続した保護装置が
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、温度ヒ
ューズを用いる場合には次のような問題点がある。ま
ず、インバータ装置の入力電圧範囲、使用する回生処理
抵抗値の範囲に応じて最適な温度ヒューズを選択するこ
とが困難である。特に、抵抗値範囲が広い場合には、最
適な温度ヒューズ容量を選択することは実質的に不可能
である。

【０００６】また、温度ヒューズが溶断した場合、回生
処理抵抗の焼損等を防止することはできるが、当該温度
ヒューズが溶断した原因を特定することができない。特
に、この原因の主なものは回生用パワートランジスタの
短絡破壊であるが、かかるトランジスタの短絡破壊を直
接に検知することができない。

【０００７】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
回生用トランジスタの短絡破壊を確実に検出できるモー
タ駆動用インバータ装置を提案することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、回生処理抵抗と、これに直列に接続さ
れた回生用パワートランジスタと、直流電圧が所定のレ
ベルに達すると前記回生用パワートランジスタにオン信
号を出力して導通状態に切り換える回生駆動回路とを有
するモータ駆動用インバータ装置において、前記回生用
パワートランジスタの短絡破壊を検出する短絡破壊検出
手段を有し、当該短絡破壊検出手段は、前記回生用パワ
ートランジスタの駆動用電源と当該回生用パワートラン
ジスタのコレクタの間に順方向に直列接続されたダイオ
ードと、前記オン信号が出力されていない状態において
前記ダイオードが通電状態にあるときに検出信号を出力
する通電検出回路とを有することを特徴としている。

【０００９】ここで、前記通電検出回路は、前記オン信
号により導通状態に切り換わるスイッチングトランジス
タと、フォトカプラから構成することができる。この場
合には、前記フォトカプラのフォトダイオードは前記駆
動用電源と前記ダイオードの間に順方向に直列接続さ
れ、前記スイッチングトランジスタは、前記フォトダイ
オード、前記ダイオードおよび前記回生用パワートラン
ジスタに対して、並列接続され、導通状態に切り換わる
と前記ダイオードをバイパスさせて前記フォトダイオー
ドを発光させないバイパス経路を形成可能となっている
構成とされる。この構成では、前記フォトカプラのフォ
トダイオードから前記検出信号が出力される。

【００１０】フォトカプラを用いる代わりに、トラジス
タを用いて前記通電検出回路を構成することもできる。
この場合には、前記通電検出回路は、前記オン信号によ
り導通状態に切り換わるスイッチングトランジスタと、
前記駆動用電源と前記スイッチングトランジスタの間に
直列接続されている制御用トランジスタと、前記スイッ
チングトランジスタのコレクタおよびエミッタにそれぞ
れベースおよびエミッタが接続されている検出用トラン
ジスタから構成できる。

【００１１】ここで、前記制御用トランジスタのベース
は前記駆動用電源と前記ダイオードの間に接続され、前
記スイッチングトランジスタが導通状態に切り換わる
と、前記検出用トランジスタをオンさせないバイパス経
路を形成可能となっており、前記検出用トランジスタか
ら前記検出信号が発生するように構成される。

【００１２】本発明のモータ駆動用インバータ装置で
は、回生用パワートランジスタが本来オフ状態にあるに
もかかわらず、当該トランジスタを通って電流が流れて
いることを検出すると、回生用トランジスタが短絡破壊
したことを示す検出信号が出力される。したがって、こ
の検出信号の発生の有無に基づき、回生用トランジスタ
の短絡破壊の有無を直ちに知ることができる。

【００１３】ここで、インバータ装置の駆動電力（主電
源）は、交流電源から供給される交流をインバータ駆動
用の直流電圧に変換するコンバータを介して得られる。
かかる電力供給経路とは別経路で、回生駆動用の前記駆
動用電源を、前記交流電源から直接に得ることが望まし
い。このようにすれば、主電源をオンしなくとも、駆動
用電源のみをオンすれば、回生用パワートランジスタが
短絡破壊しているか否かを確認できる。

【００１４】また、前記交流電源と前記コンバータの間
に配置されている電力供給遮断用のメインスイッチを、
前記検出信号により遮断状態に切り換えるようにすれ
ば、回生用パワートランジスタが短絡破壊すると、直ち
に主電源の供給を停止できるので、回生処理抵抗等の素
子に過剰電流が流れて焼損してしまうなどの弊害を確実
に防止できるので好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用したモータ駆動用インバータ装置を備えたモータ
のパワー変換器の実施例を説明する。

【００１６】図１は、本発明を適用したモータ駆動用イ
ンバータ装置を備えたモータ制御装置におけるパワー変
換器を示す概略ブロック図である。この図に示すよう
に、三相のＡＣサーボモータＭのパワー変換器１では、
三相交流電源２から供給される交流電圧をメインスイッ
チ３を介してコンバータ４に供給し、ここで、直流電源
に変換する。生成した直流電圧は平滑用コンデンサＣ１
を介してトランジスタインバータ５に供給される。トラ
ンジスタインバータ５では、不図示のモータ制御装置の
制御部から供給される指令信号に基づき、例えばＰＷＭ
方式により、三相の駆動電流を生成して、モータＭの各
駆動コイルに供給する。

【００１７】トランジスタインバータ５を含むインバー
タ装置６は、回生処理動作を行うための回生処理抵抗Ｒ
７と、回生用パワートランジスタＱ３と、当該トランジ
スタＱ３をオンオフ制御する回生駆動回路７を備えてい
る。さらには、回生用パワートランジスタＱ３が短絡破
壊されたことを検知するための短絡破壊検出回路８と、
この短絡破壊検出回路８によって短絡破壊が検知された
時に、メインスイッチ３を強制遮断するためのアラーム
処理回路９と、短絡破壊検出回路８およびアラーム処理
回路９の駆動電源１０とを備えている。

【００１８】回生処理抵抗Ｒ７および回生用パワートラ
ンジスタＱ３は、直流電源に対して直列に接続されてい
る。本例では、さらに、抵抗Ｒ７と直流電源ラインＬの
間に抵抗損傷防止用の温度ヒューズＦｕ１も接続されて
いる。回生駆動回路７は、直流電源電圧を基準電圧Ｖｒ
ｅｆと比較する比較回路Ｖ１を備えている。

【００１９】この回生駆動回路７は、直流電源電圧が予
め定めた一定の電圧値に達した場合には、スイッチング
トランジスタＱ１にオン信号を出力し、予め定めた一定
の値に直流電源電圧が戻った場合にはオフ信号をトラン
ジスタＱ１に出力する。トランジスタＱ１がオンする
と、回生用パワートランジスタＱ３のベースに抵抗Ｒ５
を介してオン信号Ｓが供給され、当該パワートランジス
タＱ３がオンして、コンデンサＣ１が放電する。

【００２０】本例における短絡破壊検出回路８は、駆動
電源Ｖｃと回生用パワートランジスタＱ３の間に順方向
に直列接続されたダイオードＤ３と、オン信号Ｓが出力
されていない状態においてダイオードＤ３を介してトラ
ンジスタＱ３に電流が流れていることを検出する通電検
知回路を備えている。本例の通電検知回路は、フォトカ
プラ８１と、スイッチングトランジスタＱ２を備えてい
る。フォトカプラ８１のフォトダイオードＤは、駆動電
源ＶｃとダイオードＤ３の間に順方向に直列接続されて
いる。スイッチングトランジスタＱ２は、回生用パワー
トランジスタＱ３に並列接続されていると共に、回生駆
動回路７によって、回生用パワートランジスタＱ３と同
期してオンオフ制御される。したがって、当該トランジ
スタＱ２がオンすると、ダイオードＤ３をバイパスさせ
て駆動電源を流し、フォトダイオードを発光させないバ
イパス回路が形成される。

【００２１】フォトカプラ８１のフォトトランジスタＴ
の出力は、短絡破壊検出検知信号Ｓとして、アラーム処
理回路９に供給される。アラーム処理回路９は、この検
知信号Ｓを受取ると、その旨のアラームを発生するとと
もに、メインスイッチ３を強制遮断する。

【００２２】次に、本例の短絡破壊検出回路８の動作を
詳細に説明する。まず、正常動作状態においては、回生
駆動回路７からオン信号が出力されると、すなわちトラ
ンジスタＱ１がオンすると、回生用パワートランジスタ
Ｑ３およびスイッチングトランジスタＱ２がオンする。
スイッチングトランジスタＱ２がオンするので、駆動電
源ＶｃからトランジスタＱ２を経由するバイパス回路が
形成され、フォトカプラ８１のフォトダイオードＤには
通電されず発光しない。よって、検知信号Ｓは出力され
ない。

【００２３】また、回生駆動回路７からのオン信号が停
止すると、すなわちトランジスタＱ１がオフに切り換わ
ると、回生用パワートランジスタＱ３およびスイッチン
グトランジスタＱ２が共にオフに切り換わる。よって、
この場合においても、フォトダイオードＤを経由する電
力供給路が形成されないので、検出信号Ｓは出力されな
い。

【００２４】次に、回生用パワートランジスタＱ３が短
絡破壊した場合について説明する。この場合に、回生駆
動回路７からオン信号が出力されると、スイッチングト
ランジスタＱ２が既に説明したようにオンに切り換わ
り、バイパス回路が形成される。よって、正常動作時に
おける回生駆動回路７からオン信号が出力された場合と
同様に、フォトダイオードＤには電流が流れないので、
検知信号が出力されることはない。

【００２５】しかるに、回生駆動回路７からのオン信号
が停止すると、スイッチングトランジスタＱ２はオフに
切り換わるものの、短絡破壊している回生用パワートラ
ンジスタＱ３は導通状態のままである。この結果、フォ
トダイオードＤおよびダイオードＤ３を経由する電流供
給路が形成される。換言すると、ダイオードＤ３の導通
状態がフォトカプラ８１によって検出され、検出信号Ｓ
がアラーム処理回路９に出力される。

【００２６】このように、本例においては、回生用パワ
ートランジスタがオフ状態にあるべき時に、ドランジス
タＱ３電流が流れているか否かが検出され、これに基づ
き、当該回生用パワートランジスタが短絡破壊されてい
るか否かが確実に検出される。

【００２７】また、本例では、アラーム処理回路９は上
記により短絡破壊が検出されると、強制的に主電源を遮
断しているので、回生処理抵抗等の素子が過剰電流によ
って焼損する等の弊害を確実に防止できる。

【００２８】さらには、短絡破壊検出回路８およびアラ
ーム処理回路９は、主電源とは別系統の駆動電源回路１
０から給電されている。従って、主電源を投入せずに、
駆動電源Ｖｃのみを投入すれば、回生用パワートランジ
スタＱ３が短絡破壊しているか否かを検出できるという
利点もある。

【００２９】（短絡検知回路の別の例）図２には、短絡
検知回路８の別の構成例を示してある。この図に示す短
絡検知回路１８は、フォトカプラを用いる代わりに、ト
ランジスタＱ１１、Ｑ１２を用いた構成となっている。
なお、図１に対応する部分には同一の符号を付して、そ
の説明は省略する。

【００３０】短絡検出回路１８では、回生用パワートラ
ンジスタＱ３と同期してオンオフするスイッチングトラ
ンジスタＱ２と駆動電源Ｖｃの間に、制御用トランジス
タＱ１１を直列接続してある。このトランジスタＱ１１
のベースは、駆動電源ＶｃとダイオードＤ３の間に直列
接続されている分割抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の分割点に接続
されている。検知用トランジスタＱ１２のベースおよび
エミッタは、それぞれ、スイッチングトランジスタＱ２
のコレクタおよびエミッタに接続されている。なお、抵
抗Ｒ１１は保護用であり、省略することも可能である。

【００３１】この構成の短絡検知回路１８の動作を詳細
に説明する。まず、正常動作状態においては、回生駆動
回路７からオン信号が出力されると、すなわちトランジ
スタＱ１がオンすると、回生用パワートランジスタＱ３
およびスイッチングトランジスタＱ２がオンする。スイ
ッチングトランジスタＱ２がオンすることにより、駆動
電源ＶｃからトランジスタＱ２を経由するバイパス回路
が形成され、ダイオードＤ３には通電されない。また、
検知用トランジスタＱ１２はオフ状態のままであり、短
絡破壊を示す検知信号Ｓは出力されない。

【００３２】また、回生駆動回路７からのオン信号が停
止すると、すなわちトランジスタＱ１がオフに切り換わ
ると、回生用パワートランジスタＱ３およびスイッチン
グトランジスタＱ２が共にオフに切り換わる。この場
合、制御用トランジスタＱ１１がオンしないので、検知
用トランジスタＱ１２はオフのままである。よって、こ
の場合にも検知信号Ｓは出力されない。

【００３３】次に、回生用パワートランジスタＱ３が短
絡破壊した場合について説明する。この場合に、回生駆
動回路７からオン信号が出力されると、スイッチングト
ランジスタＱ２がオンに切り換わり、ダイオードＤ３を
バイパスする駆動電源のバイパス回路が形成される。よ
って、正常動作時における回生駆動回路７からオン信号
が出力された場合と同様に、検知用トランジスタＱ１２
はオフのままであるので、検知信号Ｓは出力されない。

【００３４】しかるに、回生駆動回路７からのオン信号
が停止すると、スイッチングトランジスタＱ２はオフに
切り換わるものの、短絡破壊している回生用パワートラ
ンジスタＱ３は導通状態のままである。この結果、分割
抵抗Ｒ１１、Ｒ１２から、ダイオードＤ３を経由する電
流経路が形成される。この結果、制御用トランジスタＱ
１１がオンに切り換わり、これに伴って、検知用トラン
ジスタＱ１２もオンに切り換わる（なお、前述のように
抵抗Ｒ１１は保護用抵抗であり、これがなくてもオンに
切り換わる）。換言すると、ダイオードＤ３の導通状態
が検知されて、検知信号Ｓがアラーム検知回路９に出力
される。

【００３５】このように、本例の短絡検知回路１８を用
いた場合においても、回生用パワートランジスタがオフ
状態にあるべき時に、当該トランジスタに電流が流れて
いるか否かに基づき、当該回生用パワートランジスタが
短絡破壊されているか否かを確実に検出できる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のモータ駆
動用インバータ装置においては、回生用パワートランジ
スタのコレクタに順方向にダイオードを接続し、回生用
パワートランジスタにオン信号が出力されていない状態
において当該ダイオードを介して電流が流れているか否
かを検出し、流れている場合には当該トランジスタに短
絡破壊が発生している旨の検知信号を出力するようにし
ている。従って、本発明によれば、回生用パワートラン
ジスタが短絡破壊したことを確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモータ駆動用インバータ装置を備
えたモータ制御装置におけるパワー変換器の部分を示す
概略構成図である。

【図２】図の短絡破壊検知回路の別の例を示す概略ブロ
ック図である。

【符号の説明】

１パワー変換器２交流電源（主電源）３メインスイッチ４コンバータ５トランジスタインバータ６インバータ装置７回生駆動回路８短絡破壊検出回路９アラーム処理回路１０駆動電源回路Ｑ１回生駆動回路のスイッチングトランジスタＱ２スイッチングトランジスタＱ３回生用パワートランジスタＲ７回生処理抵抗Ｓ検知信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０２Ｈ 7/12 Ｈ０２Ｈ 7/12 ＥＦターム(参考） 5G053 AA03 BA04 CA08 DA02 DA03 EA02 EB01 EC03 FA04 5H007 AA05 BB06 CA01 CC23 FA00 FA12 FA19 5H530 AA01 CC23 CC27 CD40 CE15 CE16 DD03 DD04 DD13 DD15 DD19 EE01 EE05 EF03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回生処理抵抗と、これに直列に接続され
た回生用パワートランジスタと、直流電圧が所定のレベ
ルに達すると前記回生用パワートランジスタにオン信号
を出力して導通状態に切り換える回生駆動回路とを有す
るモータ駆動用インバータ装置において、前記回生用パワートランジスタの短絡破壊を検出する短
絡破壊検出手段を有し、当該短絡破壊検出手段は、前記
回生用パワートランジスタの駆動用電源と当該回生用パ
ワートランジスタのコレクタの間に順方向に直列接続さ
れたダイオードと、前記オン信号が出力されていない状
態において前記ダイオードが通電状態にあるときに検出
信号を出力する通電検出回路とを有することを特徴とす
るモータ駆動用インバータ装置。
【請求項２】請求項１において、前記通電検出回路は、フォトカプラと、前記オン信号に
より導通状態に切り換わるスイッチングトランジスタと
を有しており、前記フォトカプラのフォトダイオードは前記駆動用電源
と前記ダイオードの間に順方向に直列接続されており、前記スイッチングトランジスタは、前記フォトダイオー
ド、前記ダイオードおよび前記回生用パワートランジス
タに対して並列接続され、導通状態に切り換わると前記
ダイオードをバイパスさせて前記フォトダイオードを発
光させないバイパス経路を形成可能となっており、前記フォトカプラのフォトダイオードから前記検出信号
が出力されることを特徴とするモータ駆動用インバータ
装置。
【請求項３】請求項１において、前記通電検出回路は、前記オン信号により導通状態に切
り換わるスイッチングトランジスタと、前記駆動用電源
と前記スイッチングトランジスタの間に直列接続されて
いる制御用トランジスタと、前記スイッチングトランジ
スタのコレクタおよびエミッタにそれぞれベースおよび
エミッタが接続されている検出用トランジスタとを備え
ており、前記制御用トランジスタのベースは前記駆動用電源と前
記ダイオードの間に接続され、前記スイッチングトラン
ジスタが導通状態に切り換わると、前記検出用トランジ
スタをオンさせないバイパス経路を形成可能となってお
り、前記検出用トランジスタから前記検出信号が発生するこ
とを特徴とするモータ駆動用インバータ装置。
【請求項４】請求項１ないし３のうちのいずれかの項
において、交流電源から供給される交流をインバータ駆動用の直流
電流に変換するコンバータを有し、前記駆動用電源は、
前記交流電源から直接に供給される交流に基づき生成さ
れることを特徴とするモータ駆動用インバータ装置。
【請求項５】請求項４において、前記交流電源と前記コンバータの間には電力供給遮断用
のメインスイッチが配置されており、当該メインスイッ
チは、前記検出信号により強制遮断されることを特徴と
するモータ駆動用インバータ装置。