JP2003033048A - インバータ装置 - Google Patents
インバータ装置Info
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- JP2003033048A JP2003033048A JP2001207858A JP2001207858A JP2003033048A JP 2003033048 A JP2003033048 A JP 2003033048A JP 2001207858 A JP2001207858 A JP 2001207858A JP 2001207858 A JP2001207858 A JP 2001207858A JP 2003033048 A JP2003033048 A JP 2003033048A
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Abstract
フ化を実現する。温度にかかわらず安定した長さのデッ
ドタイムを設定する。 【解決手段】 第1デッドタイムを制御部10により設
定し、第2デッドタイムを第2デッドタイム設定部12
により設定する。冗長系が構成されるので、制御部10
が故障した場合にも第2デッドタイム設定部12の作用
により最低限のデッドタイムが確保され、フェイルセー
フ化を実現できる。第1デッドタイムを温度に応じて変
更することにより、温度上昇を考慮してデッドタイムを
設定できる。
Description
し、特に、スイッチング素子を制御して各相の電力を互
いに所定のデッドタイムをおいて出力させるものに関す
る。
を構成する上下のアームの中間点から電力を出力する場
合に、上下のアームに設けられたスイッチング素子が同
時にオン状態になると、短絡によりブリッジ回路に大き
な貫流電流が流れ、ノイズの発生や消費電力の増大など
の障害を招く。このため通常、上下のアームに設けられ
たスイッチング素子がオン状態となるタイミングが重な
らないように、両者のオン時間の間に、所定のデッドタ
イム、すなわち、上下のアームに設けられたスイッチン
グ素子が共にオフとなる無通電時間を設けている。
動車に搭載される駆動用のバッテリの電力を降圧して車
室内の給電端子に接続することにより、車室内で家庭用
電化製品を利用できるようにしたいとの要請がある。し
かし、駆動用のバッテリの大電流を制御することからイ
ンバータ回路の負担が大きく、また、デッドタイムは短
絡の防止のほか、デッドタイムの調整によって出力波形
を正弦波に近づけることにより消費電力の節約にも寄与
しうるため極めて重要であるから、このデッドタイムを
設定する回路のフェイルセーフ化が要請される。また、
デッドタイムの長さはインバータ装置の温度の影響を受
けやすいため、温度にかかわらず安定した長さのデッド
タイムを設定する必要もある。
定する回路のフェイルセーフ化を実現でき、併せて温度
にかかわらず安定した長さのデッドタイムを設定しうる
手段を提供することにある。
第1アームおよび複数の第2アームをHブリッジ型に接
続すると共に前記複数の第1アームおよび前記複数の第
2アームのそれぞれにスイッチング素子を配置してなる
ブリッジ回路と、前記各スイッチング素子を制御して、
前記第1アームと前記第2アームとの中間点に各相の電
力を互いに所定のデッドタイムをおいて出力させる制御
回路と、を備えたインバータ装置において、前記制御回
路は、前記デッドタイムのうちの一部である第1の時間
を制御する第1制御部と、前記デッドタイムのうち他の
一部である第2の時間を制御する第2制御部と、を備え
たことを特徴とするインバータ装置である。
部とにより冗長系が構成されるので、これらの一方が故
障した場合にも他方により装置の運転を続行でき、フェ
イルセーフ化を実現できる。また、第1の時間と第2の
時間のうち少なくとも一方を可変に制御することによ
り、温度上昇を考慮して安定した長さのデッドタイムを
設定することが可能となる。
タ装置であって、前記ブリッジ回路の動作条件を検出す
る検出手段を更に備え、前記第1制御部は、前記検出手
段によって検出される前記動作条件に応じて前記第1の
時間を制御することを特徴とするインバータ装置であ
る。
回路の動作条件に応じて第1の時間を制御することとし
たので、温度上昇を考慮した安定した長さのデッドタイ
ムを設定できる。
発明のように動作条件を表す物理量の大きさとしてもよ
く、また第4の本発明のように当該物理量の単位時間当
たりの変化量としてもよい。
かの本発明のインバータ装置であって、前記第1制御部
は、前記動作条件を表す物理量が所定の加算基準値を上
回った場合に、その時点で設定されている前記第1の時
間に所定の単位加算時間を加算することを特徴とするイ
ンバータ装置である。
件を表す物理量が所定の加算基準値を上回った場合に、
その時点で設定されている第1の時間に所定の単位加算
時間を加算することとしたので、第1ないし第4の本発
明の効果を簡易な構成によって実現できると共に、この
加算を繰り返すことで第1の時間を多段階的に設定でき
る。
かの本発明のインバータ装置であって、前記第1制御部
は、前記動作条件を表す物理量が所定の減算基準値を下
回った場合に、その時点で設定されている前記第1の時
間から所定の単位減算時間を減算することを特徴とする
インバータ装置である。
件を表す物理量が所定の減算基準値を下回った場合に、
その時点で設定されている第1の時間から所定の単位減
算時間を減算することとしたので、第1ないし第4の本
発明の効果を簡易な構成によって実現できると共に、こ
の減算を繰り返すことで第1の時間を多段階的に設定で
きる。
明のように、第1制御部が動作条件に応じて、複数種類
定められた時間値のうちいずれかの時間値を選択するこ
とにより設定することとしてもよく、この構成によって
も第2ないし第4の本発明と同様の効果を実現できる。
のようにスイッチング素子の温度としたり、第9の本発
明のように出力電流値としたり、第10の本発明のよう
にブリッジ回路への入力電圧を変更する変圧器の温度と
したり、第11の本発明のようにブリッジ回路への入力
電圧とすれば、インバータ装置の温度変化をこれらの変
数により検出でき好適である。
発明のインバータ装置であって、前記第1制御部と前記
第2制御部とのうちいずれか一方の制御部の故障を検出
する故障検出部を更に備え、前記制御回路は、前記故障
検出部が故障を検出した場合に、前記第1制御部と前記
第2制御部とのうちの他方の制御部によって、前記第1
の時間および前記第2の時間の両者を制御することを特
徴とするインバータ装置である。
御部とのうちいずれか一方の制御部が故障している場合
に、制御回路は、第1制御部と第2制御部とのうちの他
方の制御部によって、第1の時間および第2の時間の両
者を制御するので、これにより運転を継続でき好適であ
る。
説明する。図1において、実施形態のインバータ装置1
は、電気自動車に搭載される駆動用のバッテリ2の電力
を降圧して、車室内の給電端子3に接続することによ
り、車室内で家庭用電化製品を利用できるようにしたも
のである。ここにいう電気自動車としては、バッテリ
(鉛蓄電池、Ni−MH電池や燃料電池を含む)の電力
をもとに走行用のモータの駆動力を得るもののほか、モ
ータのみならず内燃機関からの駆動力を利用できるよう
にしたハイブリッド車なども含まれ、いずれも本発明の
適用範囲である。
て変圧器5の一次側に接続されている。変圧器5の二次
側は、整流用のダイオードブリッジ6およびその出力端
間に並列接続された平滑コンデンサ7を介して、Hブリ
ッジ出力回路8に接続されている。
1,T2,T3,T4を含んで構成されており、一対の
第1のアームおよび第2のアームにそれぞれ設けられた
トランジスタT1,T3の中間点、およびトランジスタ
T2,T4の中間点には、コイル9を介して給電端子3
がそれぞれ接続されている。
ときには給電端子3,3間に順方向の電流が、またトラ
ンジスタT2,T3がオンされているときには給電端子
3,3間に逆方向の電流が生じ、これを繰り返すことに
よって、家庭用電化製品の運転に適した電圧の交流電力
の供給が行われる。
と同T3、およびトランジスタT2と同T4が、それぞ
れ同時にオンされることのないように、これらを駆動す
るA相信号およびB相信号は、互いにデッドタイムta
をおいてオンされる。このデッドタイムtaは、制御部
10の出力、および第2デッドタイム設定部12の設定
に基づいて制御される。
ップマイクロプロセッサとして構成されており、処理プ
ログラムを記憶したROMと、一時的にデータを記憶す
るRAMと、入出力ポートとを備えている。制御部10
には、バッテリ2からの入力電圧Vnのほか、給電端子
3の近傍に設けられた電流センサ13からのAC出力電
流In、変圧器5の近傍に温度検出可能に設けられた温
度センサ14からの変圧器温度Tn、およびトランジス
タT1,T2,T3,T4の近傍にそれぞれ1個ずつ温
度検出可能に設けられた温度センサ15からのトランジ
スタ温度TRnが、それぞれ入力される。制御部10の
ROMには、後述する第1デッドタイム設定処理に係る
処理プログラムのほか、制御部10自体および第2デッ
ドタイム設定部12の故障の有無を検出するための公知
の故障診断プログラムが記憶されており、制御部10で
はこれらのプログラムが所定時間ごとに実行される。
0のA相出力とB相出力のそれぞれに設けられたコンパ
レータ11を含んで構成されている。第2デッドタイム
設定部12は、コンパレータ11の反転入力端子に接続
された固定抵抗素子からなる抵抗R1および抵抗R2の
抵抗値(R1<R2)に応じたデッドタイムtaを設定
する。具体的には、コンパレータ11の非反転入力端子
に入力される制御部10からの制御信号、例えばA相信
号は、反転入力端子に接続されている抵抗R2の電気抵
抗によって生じる閾値Vth(図3参照)値と比較さ
れ、その比較結果がトランジスタT1,T4への出力と
なる。A相出力とB相出力は、立ち上がり・立ち下がり
の遅れ(なまり)を伴う台形波ないし略台形波として与
えられる。なお、本実施形態では抵抗R1および抵抗R
2に固定抵抗素子を使用するが、抵抗R2に可変抵抗素
子を用いることにより、第2デッドタイム設定部12に
より設定されるデッドタイムtaを変更・調整すること
ができる。なお、本実施形態における第2デッドタイム
ta2は、デッドタイムtaにおける第2デッドタイム
設定部12の寄与分、すなわちta2=ta−ta1を
いうものとする。
を説明する。図2は制御部10において行われる第1デ
ッドタイムta1の設定処理を示す。まず、電流センサ
13により検出されたAC出力電流Inを読み込み(S
10)、このAC出力電流Inを所定の基準値k1と比
較する(S20)。この基準値k1は、インバータ装置
1が動作中であるかの判断のための基準値であり、十分
低い値が設定される。
力電圧Vn、変圧器温度Tnおよびトランジスタ温度TR
nを読み込み(S30)、所定時間tnの経過後に、こ
れらの所定時間tn経過後の値である出力電流In+1、
入力電圧Vn+1、変圧器温度T n+1およびトランジスタ温
度TRn+1を読み込む(S40)。
出力電流基準値k2以上かが判断され(S50)、肯定
の場合にはステップS100に移行する。
Vn+1がいずれも入力電圧基準値k3以上かが判断され
(S60)、肯定の場合にはステップS100に移行す
る。
tnあたりの変化量であるTn+1−Tnが変圧器温度変化
基準値k4を上回るか、および変圧器温度Tn,Tn+1が
いずれも変圧器温度基準値k5を上回るかが判断され
(S70)、いずれかが肯定の場合にはステップS10
0に移行する。
いしT4の所定時間tnあたりの変化量TRn+1−TRn
がトランジスタ温度変化基準値k6を上回るか、および
トランジスタT1ないしT4の温度であるトランジスタ
温度TRn,TRn+1がいずれもトランジスタ温度基準値
k7を上回るかが判断され(S80)、いずれかが肯定
の場合にはステップS100に移行する。
ずれかで肯定の場合には、インバータ装置1の温度が高
い、あるいは高まる傾向にある場合であるとして、第1
デッドタイムta1を、所定の微小単位時間Δta1だ
け延長する(S100)。すなわち制御部10では、t
a1=ta1+Δta1の演算が行われ、この加算結果
により第1デッドタイムta1の値が更新される。但
し、ここでは第1デッドタイムta1の値は、所定の最
大許容第1デッドタイムTa1maxを超えないように
設定される。
で否定された場合には、インバータ装置1の温度が高く
ない場合であるとして、第1デッドタイムta1を、所
定の微小単位時間Δtb1だけ短縮する(S90)。す
なわち制御部10では、ta1=ta1−Δtb1の演
算が行われ、この減算結果により第1デッドタイムta
1の値が更新される。但し、ここでは第1デッドタイム
ta1の値は、所定の最小許容第1デッドタイムTa1
minを下回らないように設定される。
ッドタイム設定部12によって設定される第2デッドタ
イムta2が、電流センサ13の検出値に基づいて、t
a2=ta−ta1の演算により算出され、この値が加
算値k8として、制御部10のRAMに随時記憶され
る。
ラム(例えば、出力電流Inと各相信号との比較により
故障状態を検出するもの)の実行結果に基づいて、第2
デッドタイム設定部12が故障状態かが判断され(S1
10)、故障状態のときには、加算値k8の直近過去の
値が、最小許容デッドタイムTa1minに対して加算
され(S120)、本ルーチンを終了する。(S12
0)。故障状態でないときにはステップS120がスキ
ップされ、本ルーチンを終了する。
イムtaのうちの一部である第1デッドタイムta1を
第1制御部としての制御部10により設定し、他の一部
である第2デッドタイムta2を第2制御部としての第
2デッドタイム設定部12により設定することとした。
このように本実施形態では、制御部10と第2デッドタ
イム設定部12とにより冗長系が構成されるので、制御
部10が故障した場合にも第2デッドタイム設定部12
の作用、とくに立ち上がり・立ち下がりの遅れを伴う台
形波ないし略台形波として与えられるA相信号・B相信
号と閾値Vthとの協働によってなされる第1デッドタ
イムta1に対する拡張作用により、最低限のデッドタ
イムtaが確保され、フェイルセーフ化を実現できる。
制御部10が、Hブリッジ出力回路8の動作条件に応じ
て第1デッドタイムta1を制御することとしたので、
温度上昇を考慮した安定した長さのデッドタイムtaを
設定することが可能となる。
a1を可変するためのHブリッジ出力回路8の動作条件
として、動作条件を表す物理量の大きさである出力電流
In,In+1、入力電圧Vn,Vn+1、変圧器温度Tn,T
n+1、およびトランジスタ温度TRn,TRn+1、ならび
に動作条件を表す物理量の単位時間当たりの変化量であ
る変圧器5の所定時間tnあたりの変化量Tn+1−Tn、
およびトランジスタT1ないしT4の所定時間tnあた
りの変化量TRn+1−TRnを利用することとしたので、
インバータ装置の温度変化をこれらの変数により検出で
き好適であり、本発明による効果を簡易な構成で実現で
きる。
制御部10が、動作条件を表す物理量が加算基準値であ
る基準値k2ないしk7のいずれかを上回った場合に、
その時点で設定されている第1デッドタイムta1に単
位加算時間としての微小単位時間Δta1を加算するこ
ととしたので(S100)、本発明の効果を簡易な構成
によって実現できると共に、この加算を繰り返すことで
第1デッドタイムta1を多段階的に設定できる。
制御部10が、動作条件を表す物理量が減算基準値でも
ある基準値k2ないしk7のいずれかを下回った場合
に、その時点で設定されている第1デッドタイムta1
から単位減算時間としての微小単位時間Δtb1を減算
することとしたので、本発明の効果を簡易な構成によっ
て実現できると共に、この減算を繰り返すことで第1デ
ッドタイムta1を多段階的に設定できる。
ta1の現在値に、微小単位時間Δta1,Δtb1を
加算・減算することにより、第1デッドタイムを順次可
変する構成としたが、本発明における第1デッドタイム
ta1は、例えば制御部10が動作条件に応じて、複数
種類定められた時間値のうちいずれかの時間値を選択す
ることにより設定することとしてもよく、この構成によ
っても同様の効果を実現できる。
ッドタイム設定部12の故障を検出すると、第1制御部
としての制御部10によってデッドタイムtaを制御す
るので、これにより運転を継続でき好適である。
御部10と、コンパレータ11を備えた第2デッドタイ
ム設定部12とにより、第1デッドタイムta1と第2
デッドタイムta2とを設定する構成としたが、このよ
うな構成に代えて、CPUを備え制御部10と同様の構
成からなる第1制御部と第2制御部とを設け、これら第
1制御部と第2制御部とを互いに同期させて運転すると
共に、図4に示すように第1制御部の出力であるA1相
およびB1相と、第2制御部の出力であるA2相および
B2相とが、互いにパルス幅を異にするようにし、A1
相とA2相、B1相とB2相の出力をそれぞれOR処理
して、第1実施形態と同様の構成のHブリッジ出力回路
8に出力する構成としてもよい。
2制御部とによって冗長系が構成されフェイルセーフ化
を実現できる上、各相を個別に可変することも可能で設
計上の自由度が高く、さらに、別途に設けられる故障検
出部が第1制御部と第2制御部とのうちいずれか一方の
制御部の故障を検出したことを条件に、第1制御部と第
2制御部とのうちの他方の制御部によって、第1デッド
タイムta1および第2デッドタイムta2の両者を制
御する構成とすることにより、故障の際にも運転を継続
できる。
ある。
る。
タイミング図である。
インバータ、5 変圧器、6 ダイオードブリッジ、8
Hブリッジ出力回路、10 制御部、11 コンパレ
ータ、12 第2デッドタイム設定部、13 電流セン
サ、14,15 温度センサ、R1,R2 抵抗、T
1,T2,T3,T4 トランジスタ、ta デッドタ
イム、ta1 第1デッドタイム、ta2第2デッドタ
イム。
Claims (12)
- 【請求項1】 複数の第1アームおよび複数の第2アー
ムをHブリッジ型に接続すると共に前記複数の第1アー
ムおよび前記複数の第2アームのそれぞれにスイッチン
グ素子を配置してなるブリッジ回路と、 前記各スイッチング素子を制御して、前記第1アームと
前記第2アームとの中間点に各相の電力を互いに所定の
デッドタイムをおいて出力させる制御回路と、を備えた
インバータ装置において、 前記制御回路は、前記デッドタイムのうちの一部である
第1の時間を制御する第1制御部と、前記デッドタイム
のうち他の一部である第2の時間を制御する第2制御部
と、を備えたことを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載のインバータ装置であっ
て、 前記ブリッジ回路の動作条件を検出する検出手段を更に
備え、 前記第1制御部は、前記検出手段によって検出される前
記動作条件に応じて前記第1の時間を制御することを特
徴とするインバータ装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載のインバータ装置であっ
て、 前記第1制御部は、前記動作条件を表す物理量の大きさ
に応じて前記第1の時間を制御することを特徴とするイ
ンバータ装置。 - 【請求項4】 請求項2に記載のインバータ装置であっ
て、 前記第1制御部は、前記動作条件を表す物理量の単位時
間当たりの変化量に応じて前記第1の時間を制御するこ
とを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項5】 請求項2ないし4のいずれかに記載のイ
ンバータ装置であって、 前記第1制御部は、前記動作条件を表す物理量が所定の
加算基準値を上回った場合に、その時点で設定されてい
る前記第1の時間に所定の単位加算時間を加算すること
を特徴とするインバータ装置。 - 【請求項6】 請求項2ないし5のいずれかに記載のイ
ンバータ装置であって、 前記第1制御部は、前記動作条件を表す物理量が所定の
減算基準値を下回った場合に、その時点で設定されてい
る前記第1の時間から所定の単位減算時間を減算するこ
とを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項7】 請求項2ないし4のいずれかに記載のイ
ンバータ装置であって、 前記第1制御部は、前記動作条件に応じて、複数種類定
められた時間値のうちいずれかの時間値を選択すること
により前記第1の時間を設定することを特徴とするイン
バータ装置。 - 【請求項8】 請求項2ないし7のいずれかに記載のイ
ンバータ装置であって、 前記動作条件が前記スイッチング素子の温度であること
を特徴とするインバータ装置。 - 【請求項9】 請求項2ないし7のいずれかに記載のイ
ンバータ装置であって、 前記動作条件が出力電流値であることを特徴とするイン
バータ装置。 - 【請求項10】 請求項2ないし7のいずれかに記載の
インバータ装置であって、 前記動作条件が、前記ブリッジ回路への入力電圧を変更
する変圧器の温度であることを特徴とするインバータ装
置。 - 【請求項11】 請求項2ないし7のいずれかに記載の
インバータ装置であって、 前記動作条件が、前記ブリッジ回路への入力電圧値であ
ることを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項12】 請求項1ないし11に記載のインバー
タ装置であって、 前記第1制御部と前記第2制御部とのうちいずれか一方
の制御部の故障を検出する故障検出部を更に備え、 前記制御回路は、前記故障検出部が故障を検出した場合
に、前記第1制御部と前記第2制御部とのうちの他方の
制御部によって、前記第1の時間および前記第2の時間
の両者を制御することを特徴とするインバータ装置。
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