JP2007185018A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置内部の制御回路１０でのマイクロコンピュータ（マイコン）による演算の回数は、増加する傾向にある。電力変換装置の入力電源を遮断するときに行う演算処理も増加傾向にある。入力電源遮断後は、平滑コンデンサＣ２内に蓄積したエネルギーによって制御電源を介して制御回路に電力が供給されるので、平滑コンデンサのエネルギーがなくなると、制御回路で必要な演算処理ができなくなる。
【解決手段】入力電源遮断とする電圧を検知した際に、制御電源１と冷却用ファン４の間のスイッチ９をマイコン制御によりオフにし、冷却用ファンへの電力の供給を遮断することで制御回路に電力を供給する時間を延長することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は電力変換装置に係り、特に入力電源遮断後の制御回路での処理や演算に必要な時間を確保できる電力変換装置に関する。

近年、電力変換装置の制御や機能は日々進化を続けている。電力変換装置の制御方法もアナログ方式からデジタル方式へと変わり、不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）に書き込まれている各種制御に関する設定パラメータのデジタルデータに基づいてマイコン（マイクロコンピュータ）によって制御されるようになってきた。このため、電力変換装置内部の制御回路内のマイコンによる演算の回数は増加する傾向にある。電力変換装置の入力電源を遮断するときに行われる演算及び各種設定パラメータ、変更されたパラメータ等のデジタルデータも膨大になり、メモリへの書込み等の処理時間が増加傾向にある。

従来、入力電源遮断後は、制御電源内部の平滑コンデンサ内に蓄積されたエネルギーが制御回路と冷却用ファン、その他の付属回路に電力として供給されている。従来は、入力電源を遮断後、制御回路と冷却用ファン、その他の付属回路に電力を供給し続けることができる時間を延ばすため、内部制御電源内の平滑コンデンサの静電容量を大きくし、蓄積できるエネルギーを大きくしていた。或いは、メモリに書き込むデータ量を限定したりしていた。

従来の電力変換装置としては、例えば特許文献１に開示されるようなスイッチング素子の異常を検出できる電力変換装置が知られている。

特開平８−３０８２４４号公報

上述したように、電力変換装置の入力電源を遮断してから内部制御電源が遮断されるまでの時間を延ばすために、内部制御電源内の平滑コンデンサの容量を大きくしたり、メモリに書き込むデータ量を限定したりする従来のやり方では、年々向上が要求される高性能化や高機能化を満足する高付加価値化に対応し難くなるという問題があった。

平滑コンデンサに蓄積できるエネルギーを大きくすればよいが、そのためには、平滑コンデンサ自体の容量を大きくする必要がある。しかし、電力変換装置は小型化の傾向にあるため部品を大きくすることは得策ではないし、コスト面でも不利である。このため、内部制御電源回路を大きくすることなく、制御回路へ電力を供給する時間を延長することが必要である。

そこで本発明の目的は、平滑コンデンサや、内部制御電源回路を大きくすることなく、制御回路への電力供給時間を延長でき、小型・高性能・高機能化に対応可能な電力変換装置を提供することにある。

本明細書において開示される発明のうち代表的手段の一例を示せば下記のとおりである。すなわち、本発明に係る電力変換装置は、三相電力を入力とする第１の順変換部、単相電力を入力とする第２の順変換部、および逆変換部とを備え、周波数を可変できる電力変換装置であって、
冷却用ファンと、前記電力変換装置を制御する制御回路と、前記冷却用ファンおよび前記制御回路に電力を供給する内部制御電源とを備え、
前記電力変換装置の入力電源の遮断が検出された際に前記冷却用ファンをオフして前記内部制御電源に蓄積されたエネルギーによる電力が前記制御回路に供給されることを特徴とするものである。

平滑コンデンサの容量を増加せずに、入力電源遮断後の制御回路への電力供給時間を延長することができ、電力変換装置の性能向上を図れる。

以下、本発明に係る電力変換装置の実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、入力電源遮断後の本発明に係る電力変換装置の制御回路への電力供給時間を長く維持する原理を簡単に説明する。

通常、入力電源遮断を検出してから制御電源が動作し得るまでの時間Ｔ_offは、次式(1)で表される。
Ｔ_off＝(１／２・ＣＶ_U ^２−１／２・ＣＶ_S ^２)／(Ｐ_control＋Ｐ_fan）…(1)
ここでＶ_Uは入力電源が遮断したと判別する検出電圧値、Ｖ_Sは制御電源を動作させ得る最小電圧値、Ｃは平滑コンデンサの静電容量、Ｐ_controlは制御回路が消費する電力、Ｐ_fanは冷却用ファンが消費する電力である。

本発明に係る電力変換装置は、平滑コンデンサＣに蓄積された静電エネルギー１／２・ＣＶ_U ^２を利用して入力電源遮断後、冷却用ファン等への電力を供給し続けるものである。
入力電源遮断と判断する電圧を検知した際に、制御回路内のマイコンから制御電源と冷却用ファンの間のスイッチをオフすることにより、制御回路への電力供給時間を長く維持する。言い換えると、式（1）の分母において、消費電力の大きいＰ_fanをゼロにしてＴ_offを大きくするものである。

次に、本発明に係る電力変換装置について具体的に説明する。

図１は、本発明に係る電力変換装置（以下、インバータと呼ぶ）の一実施例を示す構成図である。ＳＷは三相交流力電源のメインスイッチであり、メインスイッチがオン状態で、制御電源１は冷却用ファン４や制御回路１０に電力を供給し、平滑コンデンサＣ２は制御電源の入力電圧を平滑し、制御回路１０はインバータ自身や、後述の逆変換部を制御する。冷却用ファン４は、インバータのパワー素子５及び７を冷却し、順変換部５は交流電力を直流電力に変換する。なお、パワー素子５，７としては、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）や、パワーＭＯＳＦＥＴを始め種々の自己消弧形の半導体スイッチング素子などが用いられる。

平滑コンデンサＣ１は、順変換部５からの直流電圧を平滑化し、逆変換部７は、直流電力を任意の周波数の交流電力に変換して負荷であるモータＭに電力を供給する。インバータの動作については、公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。スイッチングレギュレータ回路で構成される制御電源１は、制御回路１０及び冷却用ファン４へ電力を供給する。制御回路１０は、マイコン、メモリ回路等を含んでいる。

なお、インバータに供給される交流電力から、順変換部８を介して平滑コンデンサＣ２にて得られる直流電力が、制御電源１に供給される。

図１では、平滑コンデンサＣ２で平滑された後の直流電圧を検出器６により検出しているが、インバータ制御電源の入力電圧値Ｖinを検出してもよい。この検出値は制御回路に送られ、もしこの検出した電圧値が入力電源遮断（メインスイッチＳＷをオフするか、或いは停電による遮断）と判断する電圧値より低い場合は、制御回路１０内のマイコン（図示していない）が、冷却用ファンと制御電源間のスイッチ９をオフ（開放状態）にし、冷却用ファンへの電力供給を停止する。

図２に、上記動作の処理手順をフローチャートで示す。
処理を開始すると（ステップ２００）、時間延長処理の開始を検出するステップ２１０へ進む。
そして、時間延長処理の開始が必要なければステップ２１０で、“ＮＯ”へ進み、上記処理の開始の後（ステップ２００の後）に戻る。
一方、時間延長処理の開始が必要であればステップ２１０で“ＹＥＳ”へ進み、制御電源１から冷却用ファン４への電力の供給を遮断する（ステップ２２０）。
その後、電力変換動作に関する諸々のパラメータ、動作値等の保存を実施し（ステップ２３０）、処理を終了する（ステップ２４０）。

ここで、ステップ２１０の時間延長処理の開始を検出する処理は、順変換部８への入力電源Ｖinの遮断をフォトカプラ等を用いて検出する方式や、平滑コンデンサＣ２の電圧が予め定めた所定の電圧よりも小さくなったことを用いて検出する方式を用いることができる。勿論、この両者の論理和をとり検出の判断をするものであっても本発明が意図する効果に変わりはない。

図３に、入力電源遮断後の制御回路１０へ供給される直流電圧Ｖc（例えば、マイコンの電源＋５Ｖ）のタイムチャートを示す。図３において、Ｖｉｎは順変換部８への入力電源のタイムチャートであり、時刻ｔ０において交流の入力電力が遮断した場合を示している。

実線Ａは、入力電源遮断後、冷却用ファンへの電力供給を停止しない従来の場合のタイムチャートであり、電源遮断後、時刻ｔ１以後は５Ｖの直流電圧を供給できなくなっている。

一方、点線Ｂは、入力電源遮断後、冷却用ファンへの電力供給を停止した場合の本実施例のタイムチャートであり、電源遮断後、時刻ｔ２まで、５Ｖの直流電圧を供給できている。すなわち、従来の場合と比べて入力電源遮断後、消費電力の大きい冷却用ファンへの電力供給を停止することにより、制御回路１０への電力供給時間が平滑コンデンサの容量を増大せずにＴ時間だけ長くできることがわかる。
したがって、電源遮断後のマイコンでの演算処理を従来よりも長くすることができる。

本発明に係る電力変換装置の一実施例を示す構成図。 本発明に係る電力変換装置における処理のフローチャート。 本発明に係る電力変換装置の制御回路電圧のタイムチャート。

符号の説明

１…制御電源、４…冷却用ファン、５，８…順変換部、６…検出器、７…パワー素子、９…スイッチ、１０…制御回路、Ｃ１，Ｃ２…平滑コンデンサ、Ｍ…モータ。

Claims (3)

1. 三相電力を入力とする第１の順変換部、単相電力を入力とする第２の順変換部、および逆変換部とを備え、周波数を可変できる電力変換装置であって、
   冷却用ファンと、前記電力変換装置を制御する制御回路と、前記冷却用ファンおよび前記制御回路に電力を供給する内部制御電源とを備え、
   前記電力変換装置の入力電源の遮断が検出された際に前記冷却用ファンをオフして前記内部制御電源に蓄積されたエネルギーによる電力を前記制御回路に供給することを特徴とする電力変換装置。
2. 三相電力を入力とする第１の順変換部、単相電力を入力とする第２の順変換部、および逆変換部を備え周波数を可変できる電力変換装置であって、
   前記電力変換装置を制御する制御回路と、前記電力変換装置に取り付けられた付属回路と、前記制御回路および前記付属回路へ電力を供給する内部制御電源とを備え、
   前記電力変換装置の入力電源の遮断が検出された際に前記内部制御電源から前記付属回路への電力供給をオフして前記内部制御電源に蓄積されたエネルギーによる電力を、前記制御回路に供給することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記内部制御電源は、前記第２の順変換部の出力に設けられた平滑コンデンサで構成されることを特徴とする電力変換装置。

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