JP2010239766A

JP2010239766A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2010239766A
Application number: JP2009084607A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukue; 貴史福榮; Hideo Matsushiro; 英夫松城; Masanori Ogawa; 正則小川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】交流電圧を直接スイッチングしてモータ駆動を行うモータ駆動装置において、コンバータ部のスナバ回路のコンデンサを直流電源としてスイッチングレギュレータによりゲートドライブ電源、制御電源を得る場合に、交流電源やモータの駆動状態によりスイッチングレギュレータの入力電圧が許容値を超える場合、安定した電源供給を行うことができないという課題を有していた。
【解決手段】前記スナバ回路４のコンデンサＣに印加される電圧を検出する電圧検出部１０と、前記電圧検出部１０により検出される直流電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、スイッチ動作により放電抵抗Ｒを介して前記スナバ回路４のコンデンサＣを放電させる放電部１１を備えることにより、スイッチングレギュレータ９の入力電圧を所定の範囲内に制御し、交流電源１、モータ３の駆動状態によらない安定した電源供給を実現させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源からの交流電圧を直接スイッチングして３相モータを可変速で駆動できるモータ駆動装置に係り、特に制御電源に関するものである。

従来、この種のモータ駆動装置における制御電源として、コンバータ部の入出力部の各相における過電圧を抑制するため整流機構と各相共通のコンデンサＣで構成されるスナバ回路を備え、前記スナバ回路のコンデンサＣに蓄えられる直流電源から高周波トランスＴＲにより絶縁された前記コンバータ部を構成するスイッチング素子のゲートドライブ回路及び制御回路の電源を得るスイッチングレギュレータを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

図４は従来のモータ駆動装置の構成例を示したものである。このようにコンバータ部のスナバ回路にある各相共通のコンデンサＣを直流電源として、スイッチングレギュレータによりゲートドライブ回路の電源及び制御電源を得ることでゲートドライブ回路の電源及び制御電源の構成部品を減らすことが可能となり、コスト低減、容積縮小を図っている。
特開２００８−２９５２１９号公報

モータ駆動中にスナバ回路のコンデンサＣに蓄えられる直流電圧がスイッチングレギュレータの入力許容値を超える場合、ゲートドライブ回路及び制御回路への電源供給が遮断されるためモータ駆動を維持できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、スナバ回路のコンデンサＣに印加される電圧値を所定の範囲内に制御することでモータ駆動中のスイッチングレギュレータによるゲートドライブ回路及び制御回路への電源供給遮断を防止するモータ駆動装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、交流電源と、該交流電源出力を双方向に電流制御できるスイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるコンバータ部と、前記スイッチング素子に印加される過電圧を整流機構と各相共通のコンデンサＣの構成で抑制するスナバ回路と、前記コンバータ部のスイッチング素子のゲートドライブ回路及び制御回路と、前記スナバ回路のコンデンサを直流電源として前記ゲートドライブ回路および制御回路の電源を得るスイッチングレギュレータとを備えたモータ駆動装置において、前記スナバ回路のコンデンサＣに印加される電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出される直流電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、スイッチ動作により放電抵抗Ｒを介して前記スナバ回路のコンデンサＣを放電させる放電部を備えたものである。

これによりスナバ回路にある各相共通のコンデンサＣを直流電源としたスイッチングレギュレータによるゲートドライブ回路及び制御回路への電源供給について、モータ駆動を停止させることない安定供給を実現することができる。

本発明のモータ駆動装置は、スナバ回路にある各相共通のコンデンサＣに印加される直
流電圧を所定の電圧範囲内に制御することで、前記コンデンサＣを直流電源として、スイッチングレギュレータによりゲートドライブ回路の電源及び制御回路の電源を、交流電源やモータの駆動状態によらず安定して得ることができる。

第１の発明は、交流電源と、該交流電源出力を双方向に電流制御できるスイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるコンバータ部と、前記スイッチング素子に印加される過電圧を整流機構と各相共通のコンデンサＣの構成で抑制するスナバ回路と、前記コンバータ部のスイッチング素子のゲートドライブ回路及び制御回路と、前記スナバ回路のコンデンサＣを直流電源として前記ゲートドライブ回路および制御回路の電源を得るスイッチングレギュレータとを備えたモータ駆動装置において、前記スナバ回路のコンデンサＣに印加される電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出される直流電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、スイッチ動作により放電抵抗Ｒを介して前記スナバ回路のコンデンサＣを放電させる放電部を備えることにより、スナバ回路にある各相共通のコンデンサＣに印加される直流電圧を所定の電圧範囲内に制御することができ、前記コンデンサＣを直流電源として、スイッチングレギュレータによりゲートドライブ回路の電源及び制御回路の電源を、交流電源やモータの駆動状態によらず安定して供給することができる。

第２の発明は、第１の発明のモータ駆動装置において、前期コンバータ部が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも１つの特徴を有するＧａＮで構成されることにより、前記コンバータにおける導通損失低減、高速スイッチングによるスイッチング損失低減による高効率化、更に高速スイッチングにより生じるスイッチングノイズ成分をスナバ回路で吸収し、ＧａＮのドライブエネルギーとして再利用することによる高効率化、ノーマリオフ特性による装置の信頼性向上を図ることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明のモータ駆動装置を空気調和機に具備することにより交流電圧を直接スイッチングしてモータ駆動を行う装置において、装置全体の高効率化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１、２は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の構成図、図３は、放電部の動作説明図である。

図１、２のモータ駆動装置は、交流電源１と、該交流電源出力を双方向に電流制御できるスイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータ３を駆動させるコンバータ部２と、前記スイッチング素子に印加される過電圧を整流機構と各相共通のコンデンサＣの構成で抑制するスナバ回路４と、前記コンバータ部２のスイッチング素子のゲートドライブ回路５及び制御回路６と、前記スナバ回路４のコンデンサＣを直流電源として前記ゲートドライブ回路５および制御回路６の電源を得るスイッチングレギュレータ９とを備えたモータ駆動装置において、前記スナバ回路４のコンデンサＣに印加される電圧を検出する電圧検出部１０と、前記電圧検出部１０により検出される直流電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、スイッチ動作により放電抵抗Ｒを介して前記スナバ回路４のコンデンサＣを放電させる放電部１１を有している。

まず、コンバータ部２におけるスナバ回路４について説明する。

コンバータ部２のスナバ回路４にあたる各相共通のコンデンサＣはモータ駆動装置におけるスナバ回路４として作用するだけでなく、スイッチングレギュレータ９の入力直流電源としてスイッチング素子Ｓ１のオン／オフで高周波トランスＴＲの一次巻線に交流電流を流し、その二次巻線出力に絶縁された交流を得、これをダイオードで整流してゲートドライブ回路５、制御回路６のゲートドライブ電源７、制御電源８を作成する。

更に、入力電源停電直後のゲートドライブ電源７及び制御電源８が低下しないようにある程度の時間、電力供給を維持する際のエネルギー源として作用している。

ここで、各相共通のコンデンサＣは、交流電源投入時に、整流機構を介して充電されており、この充電状態で、スイッチングレギュレータ９を動作させることで、ゲートドライブ電源７や制御電源８を作成することができる。またコンバータ部２によるモータ駆動中にはスナバ回路４の動作でコンデンサＣが常時充電されており、ゲートドライブ回路５及び制御回路６に必要な電源を確保できる。

次にスナバ回路４のコンデンサ印加電圧を検出する電圧検出部１０と、スイッチＳ２と放電抵抗Ｒで構成される放電部１１の動作について説明する。

図３の（ａ）は電圧検出部の検出値、図３の（ｂ）は放電部のスイッチＳ２の動作信号を示す。

ここでスイッチングレギュレータ９の許容入力電圧をＶ１とし、更にスイッチ動作信号がＨではスイッチＳ２はオンすることで放電抵抗Ｒを介してコンデンサＣを放電させ、スイッチ動作信号がＬでスイッチＳ２をオフすることでコンデンサＣの放電を停止させる。

図３（ａ）に示すように電圧検出部による検出値がＶ１に達する（ｔ１）と放電部のスイッチＳ２をオンさせコンデンサの充電電圧がＶ２（＜Ｖ１）になる（ｔ２）まで放電させ、コンデンサ電圧がＶ２未満になるとスイッチＳ２をオフし放電を停止させる。

このようにスイッチングレギュレータ９の許容入力電圧を超えないように電圧検出部１０と放電部１１による電圧制御を行うことで入力交流電源電圧の異常、急変やモータ３の駆動状態によらずスイッチングレギュレータ９による安定した電源をゲートドライブ回路５及び制御回路６に供給することができる。

なお、コンバータ部２が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも１つの特徴を有するＧａＮで構成されることにより、コンバータ部２における動作抵抗低減による導通損失低減、高速スイッチングによるスイッチング損失低減、更に高速スイッチングにより生じるスイッチングノイズ成分をスナバ回路４で吸収し、ＧａＮのドライブエネルギーとして再利用することによる高効率化、ノーマリオフ特性による装置の信頼性向上を図ることができる。

以上のように本実施の形態においては、コンバータ部２においてスナバ回路４にある各相共通のコンデンサＣに印加される直流電圧を検出する電圧検出部１０と、前記電圧検出部１０により検出される直流電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、スイッチ動作により放電抵抗Ｒを介して前記スナバ回路４のコンデンサＣを放電させる放電部１１を備えることにより、前記コンデンサＣの印加電圧を所定の電圧範囲内に制御することができ、前記コンデンサＣに印加される電圧を直流入力電源としたスイッチングレギュレータ９により、交流電源１やモータ３の駆動状態によらない安定したゲートドライブ回路５の電源及び制御回路６の電源供給を実現することができる。

以上のように、本発明にかかるモータ駆動装置は、交流電源やモータの駆動状態によらずに安定したゲートドライブ電源、制御電源を供給することができるため、空気調和機など圧縮機（モータ）を備えたあらゆる機器への適用が可能である。

本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック構成図本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック構成図本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の放電部の動作説明図従来のモータ駆動装置のブロック構成図

１交流電源
２コンバータ部
３モータ
４スナバ回路
５ゲートドライブ回路
６制御回路
７ゲートドライブ電源
８制御電源
９スイッチングレギュレータ
１０電圧検出部
１１放電部
Ｓ１スイッチング素子（スイッチングレギュレータ用）
Ｓ２スイッチング素子（放電用）
Ｃスナバ回路のコンデンサ
Ｒ放電抵抗
ＴＲ高周波トランス

Claims

交流電源と、該交流電源出力を双方向に電流制御できるスイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるコンバータ部と、前記スイッチング素子に印加される過電圧を整流機構と各相共通のコンデンサの構成で抑制するスナバ回路と、前記コンバータ部のスイッチング素子のゲートドライブ回路及び制御回路と、前記スナバ回路のコンデンサを直流電源として前記ゲートドライブ回路および制御回路の電源を得るスイッチングレギュレータとを備えたモータ駆動装置において、
前記スナバ回路のコンデンサに印加される電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出される直流電圧値が所定の電圧値を超えた場合に、スイッチ動作により放電抵抗を介して前記スナバ回路のコンデンサを放電させる放電部を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
前記コンバータ部が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも１つの特徴を有するＧａＮで構成される請求項１記載のモータ駆動装置。
請求項１または２に記載のモータ駆動装置を具備した空気調和機。