JP2008029198A - 温度検出回路を備えたインバータ回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ回路の温度検出と共に過熱保護及び過電流保護も行えるようにする。
【解決手段】インバータ回路の温度検出結果と過電流検出結果、夫々に応じて、違った保護を行うことで、品質を高める。前記制御回路１は異常信号（ＴＴ）が変化した場合は直ちにドライバ回路２の出力を停止させ、温度検出信号（ＩＴＲＩＰ）が変化した場合はその緩やかな変化に応じて、ドライブ回路２の出力を緩やかに変化させる機能を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は過熱保護及び過電流保護も行えるようにした温度検出回路を備えたインバータ回路装置に関する。

まず、図６を参照して、温度検出回路を備えたインバータ回路装置およびその制御回路の動作を簡単に説明する。

マイクロコンピュータあるいはＤＳＰにより構成された制御回路１から回転速度設定信号に応じた周波数の基準信号がドライバ回路２に出力される。この基準信号は、それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された矩形波とこのパルス幅変調された矩形波に対して一般的に１８０度位相が遅れた３つの矩形波からなっている。

それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された矩形波はドライバ回路２を介して、インバータ回路を構成する上側アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の制御電極に入力され、このスイッチング素子をオン・オフ制御する。

また、このパルス幅変調された矩形波に対して１８０度位相が遅れたパルス幅変調された矩形波は同様にドライバ回路２を介して下側アームのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をオン・オフ制御する。

なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は回生ダイオードである。

従って、それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された矩形波とこのパルス幅変調された矩形波に対してそれぞれ１８０度位相が遅れた３つのパルス幅変調された矩形波によりオン・オフ制御されるインバータ回路の出力端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とＱ４、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ６の接続点Ｕ、Ｖ、Ｗには３相のパルス幅変調された電圧が得られ、モータＭに流れる負荷電流は正弦波に近似したものとなる。

前述のインバータ回路において、温度に応じてモータＭの回転速度を変化させたり、あるいは必要以上に温度が上昇したとき、インバータ回路が破損しないように停止させる必要がある。そのため温度検出回路３を設け、インバータ回路の異常温度上昇を検出し、検出された加熱異常信号を制御回路に加え、前記モータＭを停止させていた。

インバータ回路の温度変化に伴い、前記温度検出回路で検出された温度検出信号を制御回路に加えるには制御回路に専用の端子が必要とするので、制御回路の端子数が増加する。

またインバータ回路の温度が所定の温度以上に過熱されたときに、回路素子が破損されるのを防止するため、単にスイッチング回路等に流れる電流を制御するだけでなく、前記インバータ回路の動作を停止させる必要がある。

さらに図７に示すように、前記温度検出回路３において温度を検出するにはサーミスタ３ａが使用される。従来はインバータ回路を印刷基板４に取り付け、前記サーミスタ３ａをインバータ回路が取り付けられた放熱板５に設けていた。従ってインバータ回路の正確な温度上昇を検出出来ず、またスペースを必要とした。

本発明は、モータの回転をスイッチング制御するスイッチング回路と、パルス幅変調された矩形波を用いて、前記スイッチング回路をドライブするドライブ回路と、前記スイッチング回路の電流を検出し、電流がある一定以上になると、一方のレベルから他方のレベルとなる異常信号を出力する過電流検出回路と、サーミスタを有し、温度に応じて緩やかに変化する前記サーミスタの抵抗値を用いて、その抵抗値の変化を温度検出信号として出力する温度検出回路と、前記異常信号と前記温度検出信号に応じて、前記ドライブ回路からの出力を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記異常信号が変化した場合は直ちに前記ドライブ回路の出力を停止させ、前記温度検出信号が変化した場合はその緩やかな変化に応じて、前記ドライブ回路の出力を緩やかに変化させることを特徴とする温度検出回路を備えたインバータ回路装置を提供する。

本発明は温度検出回路の温度検出素子と過電流検出素子とを接続し、検出された信号を制御回路の同一端子に加えるようにしたので、制御回路に別に端子あるいは回路を設けることなく、温度制御と過電流検出をすることができる。

また前記温度検出回路に過熱保護信号検出回路を接続したので、回路が所定温度以上に上昇したとき動作を停止させて、過熱して回路が破壊されるのを保護できる。

さらに回路は放熱兼用配線基板にスイッチング回路とドライブ回路とを取り付けたので、その熱伝達性の良さから基板温度がほぼ均一となる特性を利用し、スイッチング回路の温度変化が的確にサーミスタにより正確に検出でき温度変化に応じて負荷に供給される電流を制御できる。

図１に本発明の温度検出回路を備えたインバータ回路装置のブロック図を示す。

本発明におけるインバータ回路は、上側アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、下側アームのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６とで構成されるスイッチング回路９と、各スイッチング素子の制御電極に入力され、このスイッチング素子をオン・オフ制御するドライバ回路２と、該ドライバ回路２に入力され制御信号を発生する制御回路１とを備える。

前記スイッチング回路９のスイッチング素子Ｑ１とＱ４、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ６の接続点Ｕ、Ｖ、ＷにモータＭ等の負荷が接続されている。制御回路１からは前述したようにパルス幅変調された矩形波がドライブ回路２に出力され、スイッチング回路９の制御を行っている。

本発明の特徴は制御回路１に温度検出回路１０が接続されていることである。前記温度検出回路１０は制御回路１、ドライバ回路２、スイッチング回路９からなるインバータ回路の温度変化を検出するもので、電源ＶＤＤに接続された抵抗１１と、該抵抗１１に一端が接続されると共に制御回路１のＦＡＵＬＴ端子に接続されたサーミスタ１２からなる。

前記サーミスタ１２に並列に過電流保護用ＦＥＴ１３のドレイン・ソース電極が接続されている。前記過電流保護用ＦＥＴ１３のドレイン電極はダイオード１４を介して電源ＶＤＤに接続され、且つ前記サーミスタ１２の一端と共にＦＡＵＬＴ端子として制御回路１に接続されている。

また、前記過電流保護用ＦＥＴ１３のゲート電極は抵抗１５に流れる過電流を検出する過電流検出回路１６に接続されている。尚前記過電流保護用ＦＥＴ１３は前記ドライバ回路２に組み込まれているが、前記温度検出回路１０に設けてもよい。

図２は本発明の温度検出回路を備えたインバータ回路装置に用いた温度検出回路１０を放熱兼用配線基板１７に取り付けた取付図である。前記放熱兼用配線基板１７は表面を酸化し絶縁したアルミニュウム基板を用いている。

前記絶縁された放熱兼用配線基板１７の表面には印刷配線が施されていると共に、前記スイッチング回路９の上側アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、下側アームのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６及びドライバ回路２等が取り付けられている。

前記サーミスタ１２は放熱兼用配線基板１７上の動作時温度上昇するスイッチング回路９及びドライバ回路２に出来るだけ近接して取り付けることが望ましい。しかし、本発明の場合、基板材にアルミニュウムを使用している為、その熱伝達性の良さから基板温度がほぼ均一となるので、基板内に実装すればその位置に関係なくインバータ回路の温度を正確に検出できる。

前記制御回路１から出力されたそれぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された矩形波はドライバ回路２を介して、スイッチング回路９を構成する上側アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の制御電極に入力され、このスイッチング素子をオン・オフ制御する。

また制御回路１からの前記パルス幅変調された矩形波に対して１８０度位相が遅れたパルス幅変調された矩形波は同様にドライバ回路２を介して下側アームのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をオン・オフ制御する。

従って、それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された矩形波とこのパルス幅変調された矩形波に対してそれぞれ１８０度位相が遅れた３つのパルス幅変調された矩形波によりオン・オフ制御されるスイッチング回路９の出力端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とＱ４、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ６の接続点Ｕ、Ｖ、Ｗには３相のパルス幅変調された電圧が加えられ、前記モータＭに負荷電流を供給し該モータＭを回転させる。

モータＭが回転し、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６及びＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６等の温度が上昇すると、前記放熱兼用配線基板１７の温度も熱を伝達され直ぐに上昇する。図３に示すように、放熱兼用配線基板１７の温度が上昇すると、サーミスタ１２の抵抗値は２５℃で１００ＫΩであるのが１２５℃で約２．８ＫΩと抵抗値が低下する。

従って図５に示す回路においては、抵抗１１の抵抗値を１０ＫΩ、抵抗１９の抵抗値を５．１ＫΩそして電源電圧ＶＤＤを１５Ｖとすると、図３、図４に示すように、サーミスタ１２の温度検出信号Ｖ（ＩＴＲＩＰ）は２５℃のとき約０．７Ｖであったのが、１２５℃では約４．３Ｖまで変化する。

この変化した温度検出信号はＦＡＵＬＴ端子から制御回路１に加えられ、前記制御回路１によりパルス幅変調された矩形波を制御し、モータＭに温度の変化に応じたモータ電流を流し、回転数を変化させることができる。

また、図３及び図４に示すように、放熱兼用配線基板１７の温度（Ｔc）が上昇するにつれ、Ｖ（ＩＴＲＩＰ）電圧が上昇したとき、その電圧が設定したＶｒｅｆ電圧を超えるとコンパレータ２０が反転して、ＦＡＵＬＴ端子がＬｏレベルとなる。ＦＡＵＬＴ端子がＬｏレベルとなると、制御回路１は異常が発生したと判断し、ドライブ回路２を駆動停止すると共に、前記制御回路１から発生するパルス幅変調された矩形波を遮断して、モータ動作を停止させ、スイッチング素子の加熱による破壊を防止する。

ところでモータＭがロックする等して、ドライバ回路２及びスイッチング回路９に過電流が流れると抵抗１５に流れる電流が増加する。前記抵抗１５に流れる電流が設定値以上となると、過電流検出回路１６より過電流検出信号が検出される。図１においては、前記過電流検出回路１６に検出された過電流検出信号は過電流保護ＦＥＴ１３のゲート電極に加わる。それにより前記過電流保護用ＦＥＴ１３がオンしてＦＡＵＬＴ端子がＬｏレベルとなる。

前記過電流保護ＦＥＴ１３がオンしてＬｏレベルとなる過電流異常信号が出力されるが、このとき前記温度検出信号を出力するのと同じＦＡＵＬＴ端子を通じて制御回路１に異常信号を伝える。そして前記制御回路１から発生するパルス幅変調された矩形波を遮断して、モータＭの動作を停止させスイッチング素子の過電流破壊やモータ故障を防止する。

図５を用いて温度検出回路を有するインバータ回路装置の放熱兼用配線基板の温度が設定したある温度以上になったら、前記モータＭに流れる電流を遮断し、過熱保護ができることを詳しく説明する。前記温度検出回路１０に過熱検出用のコンパレータ２０を設け、該コンパレータ２０の一入力端子には前記サーミスタ１２が接続され、他端子には基準電圧Ｖｒｅｆが加えられる。

前述と同様に、インバータ回路装置の温度が上昇すると、サーミスタ１２の抵抗値が低下して、温度検出信号を検出する。前記温度検出信号はＩＴＲＩＰ端子から制御回路に加えられ、該制御回路１から出力されるパルス幅変調された矩形波を制御し、モータＭに温度の変化に応じたモータ電流を流し、温度に応じて回転数を変化させることができる機能は同じである。

しかし前述した図４に示すように、本回路ではある温度以上になり、サーミスタ１２で検出されコンパレータ２０の一入力端子に加えられる前記温度検出信号Ｖ（ＩＴＲＩＰ）が基準電圧Ｖｒｅｆ以上となると、コンパレータ２０の出力端子から過熱異常信号ＴＴが発生する。

前記過熱異常信号ＴＴは制御回路１に加えられると、前記制御回路１から発生するパルス幅変調された矩形波は遮断して、モータＭの動作を停止させスイッチング素子の過電流破壊やモータ故障を防止する。

また過電流が流れる抵抗１５に過電流検出回路１６を接続し、抵抗１９の一端に過電流検出回路１６から検出される過電流検出信号を加えることにより、図１と同様に同一端子で過電流と過熱保護ができる。

本発明の温度検出回路を備えたインバータ回路装置を説明するブロック図である。 本発明の温度検出回路を放熱兼用配線基板に取り付けた模型図である。 本発明の温度検出回路を備えたインバータ回路装置に用いたサーミスタの温度と抵抗値及び電圧を示す表である。 本発明の温度検出回路を備えたインバータ回路装置に用いたサーミスタの温度と電圧の関係を示す特性図である。 本発明の温度検出回路を備えたインバータ回路装置の他の実施例を示すブロック図である。 従来のインバータ回路を説明するブロック図である。 従来のインバータ回路の温度検出回路を取り付けた模型図である。

符号の説明

Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６ スイッチング素子
１ 制御回路
２ ドライバ回路
９ スイッチング回路
１０ 温度検出回路
１２ サーミスタ
１３ 過電流保護用ＦＥＴ
１７ 放熱兼用配線基板
２０ 過熱検出用及び過電流保護用のコンパレータ

Claims (6)

1. モータの回転をスイッチング制御するスイッチング回路と、
   パルス幅変調された矩形波を用いて、前記スイッチング回路をドライブするドライブ回路と、
   前記スイッチング回路の電流を検出し、電流がある一定以上になると、一方のレベルから他方のレベルとなる異常信号を出力する過電流検出回路と、
   サーミスタを有し、温度に応じて緩やかに変化する前記サーミスタの抵抗値を用いて、その抵抗値の変化を温度検出信号として出力する温度検出回路と、
   前記異常信号と前記温度検出信号に応じて、前記ドライブ回路からの出力を制御する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記異常信号が変化した場合は直ちに前記ドライブ回路の出力を停止させ、前記温度検出信号が変化した場合はその緩やかな変化に応じて、前記ドライブ回路の出力を緩やかに変化させることを特徴とする温度検出回路を備えたインバータ回路装置。
2. 前記制御回路は、前記温度検出信号が加わる温度検出端子と前記異常信号が加わる異常端子を兼用した兼用端子を有し、前記兼用端子からの信号に応じて、前記ドライブ回路を制御することを特徴とする請求項１記載の温度検出回路を備えたインバータ回路装置。
3. 前記温度検出回路は、前記サーミスタと保護抵抗とを第１の電圧レベルと第２の電圧レベルの間に直列接続し、前記サーミスタと前記保護抵抗との接続点の電位を前記温度検出信号とし、前記異常信号が変化した場合には、強制的に前記温度検出信号をある一定の電圧レベルとし、前記制御回路に出力することを特徴とする請求項２記載の温度検出回路を備えたインバータ回路装置。
4. 前記温度検出回路と前記スイッチング回路は同一の基板上にあり、前記基板は金属を使用し、金属の熱伝導性により、前記スイッチング回路の温度を検出することを特徴とする請求項１記載の温度検出回路を備えたインバータ回路装置。
5. 更に、前記基板上に前記ドライブ回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の温度検出回路を備えたインバータ回路装置。
6. 前記基板は、アルミニュウムを用いたことを特徴とする請求項５に記載の温度検出回路を備えたインバータ回路装置。

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