JP2008017649A

JP2008017649A - 過電流検出回路

Info

Publication number: JP2008017649A
Application number: JP2006187557A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ooto; 久志大音
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】発熱による損失が小さく確実に過電流検出ができる小型の過電流検出回路を提供する。
【解決手段】整流平滑手段３とインバータ回路５の負極間に接続して負荷の電流を検出する電流検出抵抗器１と、電流検出抵抗器１の端子間に接続され、電圧降下による電圧差を増幅比較する電流増幅比較回路２とを備え、電流増幅比較回路２は、オペアンプ２ａで増幅した電圧をフォトカプラ２ｂに入力し、増幅した電圧がフォトカプラ２ｂの閾値を超えたとき、フォトカプラ２ｂは駆動回路４に対して過電流検出信号８を出力し、駆動回路４はインバータ回路５の駆動を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源端子間に接続された複数のスイッチング素子を駆動回路で制御して負荷を駆動する装置、特に大電流で駆動するモータ制御装置の保護機能に関する。

従来のモータ制御装置は、交流入力を直流出力に電力変換し、この直流電圧を電源として、インバータ部をスイッチング動作させ、モータに印加する電圧を制御することでモータ電流を制御している。

例えば、交流電源を整流平滑手段で整流平滑した直流電源端子間の少なくとも一方に電流検出抵抗器（シャント抵抗器）を介在させ、スイッチング素子に流れる電流を電流検出抵抗器両端の電圧降下として検出し、この電流検出抵抗器両端の電圧値が一定値以上になった場合、異常電流が流れたと判断し、ゲート駆動回路を遮断状態にしてスイッチング素子やモータを破壊から保護する過電流検出回路が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−３１２９５５号公報

解決しようとする問題点は、過電流検出回路の電流検出抵抗器の発熱による損失と電流検出抵抗器の大型化である。

上記特許文献１では、過電流検出回路の閾値となる電圧が高いと、電流検出抵抗器の抵抗値を大きくする必要がある。このため過電流を検出するとＩ^２Ｒで計算される電流検出抵抗器での消費電力が大きくなり、発熱による損失が大きくなる。また、発熱が大きいため電流検出抵抗器の電流容量を大きくする必要があり、大型化するという問題があった。

一方、電流検出抵抗器の抵抗値を下げると消費電力は下がり、小型化できる反面、ＩＲで計算される電流検出抵抗器両端の電圧降下が小さくなり、過電流検出が困難になる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、発熱による損失が小さく確実に過電流検出ができる小型の過電流検出回路を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明の過電流検出回路は、直流電源端子間に接続された複数のスイッチング素子を駆動回路で制御し、負荷を駆動する装置において、直流電源端子の少なくとも一方と前記スイッチング素子との間に接続して負荷の電流を検出する電流検出抵抗器と、前記電流検出抵抗器の端子間に接続され、電圧降下による電圧差を増幅比較する電流増幅比較回路とを備え、前記電流増幅比較回路は、増幅した電圧をフォトカプラに入力し、増幅した電圧が前記フォトカプラの閾値を超えたとき、前記フォトカプラは前記駆動回路に対して過電流検出信号を出力し、前記駆動回路は前記スイッチング素子の駆動を停止する。

また、電流増幅比較回路は、増幅比率を上げることで電流検出抵抗器の抵抗値を下げ、発熱量を抑制する。

さらに、電流増幅比較回路は、発熱量の抑制に合わせて電流検出抵抗器の電流容量を下げ、前記電流検出抵抗器を小型化する。

このように、電流検出抵抗器の電圧降下による電圧差を検出する過電流検出回路に増幅回路を追加して電圧差を増幅し、フォトカプラに入力する。フォトカプラは、この電圧が信号ＯＮとなる閾値を超えると過電流検出信号を駆動回路に出力する。ＩＧＢＴを駆動制御する駆動回路は、ＩＧＢＴの動作を止めて過電流によるダメージから回路を保護する。

本発明の過電流検出回路によれば、増幅比率を上げることで電流検出抵抗器の抵抗値を小さくでき、電流検出時の発熱（損失）を抑制できる。また、発熱抑制により電流検出抵抗器の電流容量を小さくでき、電流検出抵抗器の小型化が可能となる。

このように、発熱による損失が小さく確実に過電流を検出して負荷を保護する小型の過電流検出回路を得ることができる。

直流電源端子間に接続された複数のスイッチング素子を駆動回路で制御し、負荷を駆動する装置において、直流電源端子の少なくとも一方と前記スイッチング素子との間に接続して負荷の電流を検出する電流検出抵抗器と、前記電流検出抵抗器の端子間に接続され、電圧降下による電圧差を増幅比較する電流増幅比較回路とを備え、前記電流増幅比較回路は、増幅した電圧をフォトカプラに入力し、増幅した電圧が前記フォトカプラの閾値を超えたとき、前記フォトカプラは前記駆動回路に対して過電流検出信号を出力し、前記駆動回路は前記スイッチング素子の駆動を停止する。このとき、電流増幅比較回路の増幅比率を上げることで電流検出抵抗器の抵抗値を下げて発熱量を抑制し、発熱量の抑制に合わせて電流容量を下げて電流検出抵抗器を小型化する。

本発明の過電流検出回路を備えたモータ駆動装置について、図面を参照して説明する。

図１において、本発明の過電流検出回路は、電流検出抵抗器１と、電流増幅比較回路２とで構成され、特に電流検出抵抗器１を流れる電流で生じる電圧降下（電圧差）を増幅して用いる点を特徴としている。

モータ駆動装置の整流平滑手段３は、ダイオードブリッジ３ａと平滑コンデンサ３ｂで構成され、交流電源７を接続して直流電力に変換する。整流平滑された直流電力を電源とする６つのスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）からなるインバータ回路５には、負荷としての３相ブラシレスモータ６が接続され、駆動回路４によってインバータ回路５のスイッチングを制御し、３相ブラシレスモータ６の電流を制御する。

電流検出抵抗器１は、従来と同様に整流平滑手段３とインバータ回路５との負極（−）間に接続され負荷電流を検出する。電流増幅比較回路２は、オペアンプ２ａ、フォトカプラ２ｂと複数の抵抗器で構成され、その抵抗値は、オペアンプ２ａの増幅率、フォトカプラ２ｂの閾値（動作電圧）に応じて設定する。

そして、フォトカプラ２ｂは、増幅した電圧が信号ＯＮとなる閾値に到達すると過電流検出信号８を駆動回路４に出力する。駆動回路４は、過電流検出信号８が入力されると、インバータ回路５の駆動を停止し、３相ブラシレスモータ６を過負荷から保護する。

ここで、従来構成の電流を増幅しない過電流検出について図２を用いて説明する。過電流検出回路は、検出抵抗器２１と比較回路２２で構成され、以外は本発明のモータ駆動装置の構成と同じであり、同じ符号を用いて説明を省略する。

３相ブラシレスモータ６の定格電流値を１５Ａ、過電流検出電流値４５Ａと規定した場合、電流検出抵抗器２１に接続した比較回路２２のフォトカプラ２２ｂが動作して過電流検出信号を出すための条件を電圧差１．２５Ｖと仮定し、電流検出抵抗器２１の抵抗値および電流容量について計算する。

まず、フォトカプラ２２ｂは、電流検出抵抗器２１の端子間に接続され、電圧降下を入力とし、電圧差１．２５ＶでＯＮするように設定すれば、電流検出抵抗器２１の抵抗値は、１．２５Ｖ÷４５Ａから約０．０２８Ωと規定される。

次に、定格電流１５Ａ時における電流容量について、Ｉ^２Ｒで計算すると６．３Ｗとなり、電流検出抵抗器２１は、抵抗値が０．０２８Ωで、定格６．３Ｗを許容できることが必要となる。例えば、抵抗値が０．０２８Ω、定格６Ｗを許容する抵抗器は、１６ｍｍ×１２ｍｍ×３５ｍｍのセメント抵抗器（リード部品）となり、６．３Ｗであればそれ以上のスペースが必要となる。

さらに、１５Ａ負荷時においては、６．３Ｗのエネルギーを熱として放出しロスするため、周辺を含めて温度上昇する原因となり、周辺部品の配置に対する規制、放熱対策が必要になる。

これに対して、本発明の電流増幅比較回路２を用いて、上記従来と同条件（定格電流値１５Ａ、過電流検出値４５Ａ、フォトカプラ２ｂは電圧差１．２５ＶでＯＮ）で比較する。なお、ここでは、増幅率を４倍とした場合について説明する。

電流検出抵抗器１に接続した電流増幅比較回路２のオペアンプ２ａと抵抗器Ｒ１からＲ３の設定により増幅率を４倍にすると、過電流値４５Ａを検出するための抵抗値は、約０．０２８Ωの１／４で約０．００７Ωと規定される。

そして、０．００７Ωの電流検出抵抗器１が、定格電流１５Ａ時に消費する電力は、１５Ａ×１５Ａ×０．０００７Ωから約１．５８Ｗとなり、消費電力も従来に比べて１／４となり、周辺回路を含む温度上昇を低下させることが可能となる。

また、電流検出抵抗器１のサイズに関して、２Ｗ程度まで許容する抵抗器の一例としては、１３ｍｍ×８ｍｍ×３ｍｍの表面実装部品で可能となり、従来構成の電流検出抵抗器２１と比較すると体積比で１／２０にまで小型化できる。

なお、モータ駆動装置のブロック構成図において、３相ブラシレスモータを負荷としたが、３相ブラシレスモータに限定するものではない。また、負荷は直流電力で駆動するものであればよく、モータに限定するものでもない。さらに、交流から直流に電力変換した後段に本発明の過電流検出回路を設けても同様に実施できるのは言うまでもない。

本発明の過電流検出回路は、直流電力で負荷を駆動するモータ駆動装置などに有用である。

本発明の過電流検出回路を備えたモータ駆動装置の要部ブロック構成図従来の過電流検出回路を備えたモータ駆動装置の要部ブロック構成図

符号の説明

１電流検出抵抗器
２電流増幅比較回路
２ａオペアンプ
２ｂフォトカプラ
３整流平滑手段
３ａダイオードブリッジ
３ｂ平滑コンデンサ
４駆動回路
５インバータ回路（スイッチング素子）
６３相ブラシレスモータ
７交流電源
８過電流検出信号

Claims

直流電源端子間に接続された複数のスイッチング素子を駆動回路で制御し、負荷を駆動する装置において、直流電源端子の少なくとも一方と前記スイッチング素子との間に接続して負荷の電流を検出する電流検出抵抗器と、前記電流検出抵抗器の端子間に接続され、電圧降下による電圧差を増幅比較する電流増幅比較回路とを備え、前記電流増幅比較回路は、増幅した電圧をフォトカプラに入力し、増幅した電圧が前記フォトカプラの閾値を超えたとき、前記フォトカプラは前記駆動回路に対して過電流検出信号を出力し、前記駆動回路は前記スイッチング素子の駆動を停止することを特徴とした過電流検出回路。
前記電流増幅比較回路は、増幅比率を上げることで電流検出抵抗器の抵抗値を下げ、発熱量を抑制する請求項１に記載の過電流検出回路。
前記電流増幅比較回路は、発熱量の抑制に合わせて電流検出抵抗器の電流容量を下げ、前記電流検出抵抗器を小型化する請求項２に記載の過電流検出回路。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の過電流検出回路を用いたモータ駆動装置。