JP2011035983A - Power supply circuit for inverter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely suppress a rush current and a rise of a voltage of a regeneration capacitor by using a circuit which is relatively low in price and easy in mounting. <P>SOLUTION: When suppressing the rise of the voltage caused by the charge of the smoothing capacitor 105 using regeneration power, a DC power supply of a control part 119 which turns on a voltage-absorption switch 109 uses a bootstrap power supply circuit in which a current flows and is formed as shown by a dashed arrow D in Fig. via a bootstrap diode 117 from a control power supply 114. Three power resistors of a power resistor which suppresses the rush current generated at the input of DC input power, a power resistor which discharges accumulated electric charges in order to suppress the rise of the voltage caused by charging the capacitor by a regeneration power and a power resistor which is used in the bootstrap power supply circuit and stabilizes an output voltage of the power supply circuit are made to be common by one power resistor 112. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、直流の入力電力をコンデンサで平滑してインバータ回路に出力すると共に、インバータからの回生電力を該コンデンサに蓄えるようにしたインバータ用電源回路に係り、特に、比較的安価で実装が容易な回路により、突入電流の抑制、及び回生コンデンサの電圧上昇抑制の動作を確実に行えるようにすることができるインバータ用電源回路に関する。   The present invention relates to an inverter power supply circuit in which DC input power is smoothed by a capacitor and output to an inverter circuit, and regenerative power from the inverter is stored in the capacitor. In particular, the present invention is relatively inexpensive and easy to mount. The present invention relates to an inverter power supply circuit that can reliably perform operations of suppressing an inrush current and suppressing a voltage increase of a regenerative capacitor.

図1は、従来の一般的なインバータ用電源回路の回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional general inverter power supply circuit.

この図において、外部の三相又は単相の交流電源101から供給される交流電力は、整流器102により直流に整流される。整流された直流電力は、平滑コンデンサ105により脈流が取り除かれて整流され、インバータ106に供給される。このインバータ106は、供給される直流電力から所定の電圧及び周波数の交流電力を発生させ、モータ108を回転させる。   In this figure, AC power supplied from an external three-phase or single-phase AC power source 101 is rectified to DC by a rectifier 102. The rectified DC power is rectified after the pulsating flow is removed by the smoothing capacitor 105 and supplied to the inverter 106. The inverter 106 generates AC power having a predetermined voltage and frequency from the supplied DC power, and rotates the motor 108.

ここで、平滑コンデンサ105に蓄積電荷が少ない状態で交流電源101から電力供給が開始されると(電源投入)、図中一点鎖線の矢印Aで示されるように、該平滑コンデンサ105への過大な充電電流が交流電源101から流れることになる(突入電流)。   Here, when power supply from the AC power supply 101 is started in a state where the accumulated charge in the smoothing capacitor 105 is small (power is turned on), as indicated by the one-dot chain line arrow A in FIG. A charging current flows from the AC power supply 101 (inrush current).

このような突入電流を抑制するため、電源投入時には、突入電流抑制回路の電力抵抗により、突入電流を抑え、突入電力の電力を消費させる。例えば、図1のインバータ用電源回路では、入力電流バイパススイッチ103及び突入電流抑制抵抗104を中心とし、突入電流抑制回路が構成されている。   In order to suppress such inrush current, when power is turned on, the inrush current is suppressed by the power resistance of the inrush current suppression circuit, and the power of the inrush power is consumed. For example, in the inverter power supply circuit of FIG. 1, an inrush current suppression circuit is configured around the input current bypass switch 103 and the inrush current suppression resistor 104.

図1において、このような突入電流を抑制するため、電源投入時には、突入電流抑制抵抗104に並列の入力電流バイパススイッチ103をオフにする。すると、整流器102からの電流は全て突入電流抑制抵抗104を流れることになり、該突入電流抑制抵抗104の電気抵抗により突入電流は抑制され、電力として消費される。   In FIG. 1, in order to suppress such inrush current, the input current bypass switch 103 in parallel with the inrush current suppression resistor 104 is turned off when the power is turned on. Then, all the current from the rectifier 102 flows through the inrush current suppression resistor 104, and the inrush current is suppressed by the electrical resistance of the inrush current suppression resistor 104, and is consumed as electric power.

なお、充電電流が流れて平滑コンデンサ105に電荷が蓄積されていくと、該平滑コンデンサ105の電圧が上昇していき、このため、該電圧及び整流器102出力側電圧との差が漸次縮まり、該充電電流が減少していく。又、この後、インバータ106によりモータ108を回転させるまでには、上記の入力電流バイパススイッチ103はオンにされる。これにより、該入力電流バイパススイッチ103によって突入電流抑制抵抗104はバイパスされ、インバータ106や平滑コンデンサ105に、整流器102から直接直流電力が供給されるようになる。   As the charge current flows and the electric charge is accumulated in the smoothing capacitor 105, the voltage of the smoothing capacitor 105 increases. Therefore, the difference between the voltage and the output side voltage of the rectifier 102 is gradually reduced. The charging current decreases. Thereafter, the input current bypass switch 103 is turned on until the motor 108 is rotated by the inverter 106. As a result, the inrush current suppression resistor 104 is bypassed by the input current bypass switch 103, and direct current power is directly supplied from the rectifier 102 to the inverter 106 and the smoothing capacitor 105.

次に、モータ108の回転の減速や停止に伴って発生する回生電力が、インバータ106から平滑コンデンサ105に蓄えられる。平滑コンデンサ105に蓄積された電荷が増大すると、平滑コンデンサ105の電圧が上昇する。ここで、この平滑コンデンサ105の電圧は、その定格電圧などの規定範囲に抑える必要がある。   Next, the regenerative power generated as the motor 108 rotates and decelerates is stopped and stored in the smoothing capacitor 105 from the inverter 106. When the charge accumulated in the smoothing capacitor 105 increases, the voltage of the smoothing capacitor 105 increases. Here, it is necessary to suppress the voltage of the smoothing capacitor 105 within a specified range such as its rated voltage.

このため、電圧吸収回路によって、平滑コンデンサ105に蓄えられた電荷を放電するように電流を流したり、該平滑コンデンサ105に流れ込まないように回生電力の電流を迂回させて流したりする(電圧吸収動作)。図1では、電圧吸収スイッチ124、電力抵抗125、及びサージ吸収ダイオード126により、この電圧吸収回路が構成されている。なお、サージ吸収ダイオード126は、電圧吸収スイッチ124のオン・オフ時に発生するサージ電流を吸収するものである。   For this reason, the voltage absorption circuit causes a current to flow so as to discharge the electric charge stored in the smoothing capacitor 105, or a current of the regenerative power is bypassed so as not to flow into the smoothing capacitor 105 (voltage absorption operation). ). In FIG. 1, this voltage absorption circuit is constituted by the voltage absorption switch 124, the power resistor 125, and the surge absorption diode 126. The surge absorption diode 126 absorbs a surge current generated when the voltage absorption switch 124 is turned on / off.

図1において、この電圧吸収動作の際には電圧吸収スイッチ124をオンにする。すると、二点鎖線の矢印Bで図示されるように、平滑コンデンサ105の蓄積電荷による電流が電力抵抗125に流れて放電され、平滑コンデンサ105の電圧は下降する。同時に、この二点鎖線の矢印Bで図示されるように、インバータ106からの回生電力による電流も電力抵抗125に流れ、平滑コンデンサ105への充電が抑制される。   In FIG. 1, the voltage absorption switch 124 is turned on during this voltage absorption operation. Then, as indicated by a two-dot chain line arrow B, the current due to the accumulated charge of the smoothing capacitor 105 flows through the power resistor 125 and is discharged, and the voltage of the smoothing capacitor 105 drops. At the same time, as indicated by the two-dot chain line arrow B, the current due to the regenerative power from the inverter 106 also flows to the power resistor 125, and charging of the smoothing capacitor 105 is suppressed.

ここで、図2は、特許文献1のインバータ用電源回路を示す回路図である。   Here, FIG. 2 is a circuit diagram showing the inverter power supply circuit of Patent Document 1. In FIG.

この図2は、特許文献1の図3を再録したものである。前述の図1のインバータ用電源回路においては突入電流抑制抵抗104及び電力抵抗125となる、定格電力が大きくなる2つの電力抵抗を、この特許文献1では、1つの電力抵抗112に集約することで、部品価格の低減、及び部品実装の容易化を図っている。   FIG. 2 is a reproduction of FIG. 3 of Patent Document 1. In the above-described inverter power supply circuit of FIG. 1, two power resistors that increase the rated power, which are the inrush current suppression resistor 104 and the power resistor 125, are integrated into one power resistor 112 in this Patent Document 1. , To reduce component prices and facilitate component mounting.

このような図2のインバータ用電源回路では、突入電流を抑制するため、電源投入時には、入力電流バイパススイッチ103をオフにすると、整流器102からの電流は、この図2において一点鎖線の矢印Aで示されるように流れ、整流器102からの電流は全て、突入電流流入ダイオード113を経て電力抵抗112を流れることになり、該電力抵抗112により突入電流は抑制される。ここで、入力電流バイパススイッチ103、電力抵抗112、及び突入電流流入ダイオード113を中心とし、突入電流抑制回路が構成されている。   In the inverter power supply circuit of FIG. 2, when the input current bypass switch 103 is turned off at the time of turning on the power in order to suppress the inrush current, the current from the rectifier 102 is represented by the dashed line arrow A in FIG. As shown, all the current from the rectifier 102 flows through the power resistor 112 via the inrush current inflow diode 113, and the inrush current is suppressed by the power resistor 112. Here, an inrush current suppression circuit is configured with the input current bypass switch 103, the power resistor 112, and the inrush current inflow diode 113 as the center.

なお、電源を投入してから平滑コンデンサ105の充電電流の減少後、インバータ106によりモータ108を回転させるまでには、上記の入力電流バイパススイッチ103はオンにされる。これにより、該入力電流バイパススイッチ103によって突入電流流入ダイオード113及び電力抵抗112はバイパスされ、インバータ106や平滑コンデンサ105に整流器102から直流電力が直接供給されるようになる。   The input current bypass switch 103 is turned on from when the power is turned on until the motor 108 is rotated by the inverter 106 after the charging current of the smoothing capacitor 105 is reduced. As a result, the inrush current inflow diode 113 and the power resistor 112 are bypassed by the input current bypass switch 103, and DC power is directly supplied from the rectifier 102 to the inverter 106 and the smoothing capacitor 105.

次に、平滑コンデンサ105に蓄積された回生電力による電圧を降下させるために、電圧吸収スイッチ109及び電力抵抗112によって、電圧吸収回路が構成されている。   Next, in order to drop the voltage due to the regenerative power accumulated in the smoothing capacitor 105, the voltage absorption switch 109 and the power resistor 112 constitute a voltage absorption circuit.

電圧吸収の際には、電圧吸収スイッチ109をオンにする。すると、図2において二点鎖線の矢印Bで図示されるように、平滑コンデンサ105の蓄積電荷による電流が電力抵抗112に流れて放電され、平滑コンデンサ105の電圧は降下される。同時に、この二点鎖線の矢印Bで図示されるように、インバータ106からの回生電力による電流も電力抵抗112に流れ込むようになり、これにより、平滑コンデンサ105への充電が抑制される。   At the time of voltage absorption, the voltage absorption switch 109 is turned on. Then, as indicated by a two-dot chain line arrow B in FIG. 2, a current due to the electric charge accumulated in the smoothing capacitor 105 flows through the power resistor 112 and is discharged, and the voltage of the smoothing capacitor 105 drops. At the same time, as indicated by the two-dot chain line arrow B, the current due to the regenerative power from the inverter 106 also flows into the power resistor 112, thereby suppressing charging of the smoothing capacitor 105.

ここで、インバータ用電源回路において突入電流を抑制するためには、何らかの回路によって「電源投入」を検出し、この突入電流抑制のためのスイッチング素子の操作を行なう必要がある。例えば、前述の図1のインバータ用電源回路では入力電流バイパススイッチ103をオフとし、図2のインバータ用電源回路では入力電流バイパススイッチ103をオフとする必要がある。   Here, in order to suppress the inrush current in the inverter power supply circuit, it is necessary to detect “power on” by some circuit and operate the switching element for suppressing the inrush current. For example, it is necessary to turn off the input current bypass switch 103 in the inverter power supply circuit of FIG. 1 and to turn off the input current bypass switch 103 in the inverter power supply circuit of FIG.

又、インバータ用電源回路において電圧吸収動作をするためには、何らかの回路によって、回生電力による平滑コンデンサの「蓄積電荷の増大」や、該蓄積電荷の増大による「電圧上昇」を検出し、この電圧吸収動作のためのスイッチング素子の操作を行なう必要がある。例えば、前述の図1のインバータ用電源回路では電圧吸収スイッチ124をオンとし、図2のインバータ用電源回路では電圧吸収スイッチ109をオンとする必要がある。   In addition, in order to perform a voltage absorption operation in the inverter power supply circuit, a certain circuit detects “increase in accumulated charge” of the smoothing capacitor due to regenerative power and “voltage increase” due to increase in the accumulated charge. It is necessary to operate the switching element for the absorption operation. For example, the voltage absorption switch 124 needs to be turned on in the inverter power supply circuit shown in FIG. 1, and the voltage absorption switch 109 needs to be turned on in the inverter power supply circuit shown in FIG.

例えば、特許文献2では、微分回路のCR時定数の期間により「電源投入」を検出し、抑制すべき突入電流が発生する期間としている。又、この期間において、突入電流を抑制するための電力抵抗をバイパスさせるトランジスタをオフのままとして、突入電流を電力抵抗に流すようにし、突入電流を抑制している。   For example, in Patent Document 2, “power-on” is detected based on the period of the CR time constant of the differentiating circuit, and a period in which an inrush current to be suppressed is generated. Also, during this period, the transistor that bypasses the power resistor for suppressing the inrush current is kept off, and the inrush current is allowed to flow through the power resistor, thereby suppressing the inrush current.

特開平8−168250号公報(図3)JP-A-8-168250 (FIG. 3) 特許3564694号公報(図5)Japanese Patent No. 3564694 (FIG. 5)

しかしながら、このような突入電流抑制や電圧吸収動作に関わる検出を行なう回路は、容易には実現できない。   However, such a circuit that performs detection related to inrush current suppression and voltage absorption operation cannot be easily realized.

例えば、上述の特許文献2についても、微分回路のCR時定数の期間に、突入電流を抑制するための電力抵抗をバイパスさせるトランジスタをオフのままとし、これ以外のときにはオンとする動作には、以下に述べるとおり安定動作という面で疑問が生じる。なお、この特許文献2では、電圧吸収回路については扱われていない。   For example, also in the above-mentioned Patent Document 2, in the operation of turning on the transistor that bypasses the power resistor for suppressing the inrush current during the period of the CR time constant of the differentiating circuit, and turning on at other times, As described below, questions arise regarding the stable operation. In Patent Document 2, the voltage absorption circuit is not dealt with.

この特許文献2では、CR時定数の微分回路の信号によって、MOSトランジスタQ1やQ2のゲートを制御している。しかしながら、これらトランジスタのソース電位は、CR時定数の微分回路のグランド電位とは異なり、これら電位間の電圧の過渡変化も配慮した設計をする必要がある。特に、突入電流抑制回路を作用させる時期は、MOSトランジスタQ1はOFFの状態であり、C8,R5,Q2に電源入力1からの大きな電圧がそのままかかってくるため、C8の逆向きの充電に対する保護や、R5の抵抗は大きな抵抗値が必要となり抵抗のワット数も大きな値が求められるほか、モータ駆動における回生電力がC1の電圧を急激に上昇させる場合などでは、Q1が一度OFFした後、再度ONする場合も考えられる。その際、Q1のゲート充電時定数が大きいため、Q1のターンオン時間にも配慮する必要がある。   In Patent Document 2, the gates of the MOS transistors Q1 and Q2 are controlled by a signal from a differential circuit having a CR time constant. However, the source potential of these transistors is different from the ground potential of the CR time constant differentiating circuit, and it is necessary to design in consideration of the transient change of the voltage between these potentials. In particular, when the inrush current suppression circuit is activated, the MOS transistor Q1 is in an OFF state, and a large voltage from the power input 1 is applied to C8, R5, and Q2 as they are, so that protection against reverse charging of C8 is performed. In addition, a large resistance value is required for the resistance of R5, and a large value of the wattage of the resistance is required. In addition, when regenerative power in the motor drive increases the voltage of C1 rapidly, after Q1 is turned off once, The case where it turns ON is also considered. At this time, since the gate charge time constant of Q1 is large, it is necessary to consider the turn-on time of Q1.

あるいは、電源入力1が瞬断された場合にも注意が必要であり、あらゆる過渡変化に対して備えた設計が求められる。   Alternatively, attention must be paid even when the power input 1 is momentarily interrupted, and a design for any transient change is required.

次に、前述したように、特許文献1では、定格電力が大きくなる傾向の2つの電力抵抗を、1つの電力抵抗112に集約し、部品価格の低減、及び部品実装の容易化を図っている点で優れている。しかしながら、この電力抵抗112が実際に利用されている期間は、突入電流を抑制する電源投入時の初期と、電圧吸収動作をさせている期間のみであり、このように利用期間は短く、電力抵抗112が十分に活用されているとは言えない。   Next, as described above, in Patent Document 1, two power resistors whose rated power tends to increase are concentrated in one power resistor 112 to reduce the component price and facilitate component mounting. Excellent in terms. However, the period in which the power resistor 112 is actually used is only the initial period when the power is turned on to suppress the inrush current and the period in which the voltage absorption operation is performed. Thus, the usage period is short and the power resistance is reduced. It cannot be said that 112 is fully utilized.

又、この特許文献1では、入力電流バイパススイッチ103や電圧吸収スイッチ109を、どのような回路によってオン・オフするか開示されていない。更に、電圧吸収スイッチ109のソース電位は整流器102のマイナスから電位が浮いた状態にあるので、該電圧吸収スイッチ109のゲートに信号を与える回路は、このような回路状態を配慮する必要がある。   Further, this Patent Document 1 does not disclose what circuit is used to turn on / off the input current bypass switch 103 and the voltage absorption switch 109. Furthermore, since the source potential of the voltage absorption switch 109 is in a state where the potential has floated from the minus of the rectifier 102, a circuit that gives a signal to the gate of the voltage absorption switch 109 needs to consider such a circuit state.

なお、図1のインバータ用電源回路においても、入力電流バイパススイッチ103や電圧吸収スイッチ124に関し、同様にオン・オフについて開示されていない。   In the inverter power supply circuit of FIG. 1 as well, the input current bypass switch 103 and the voltage absorption switch 124 are not disclosed for on / off in the same manner.

本発明は、前記従来の問題点を解決するためのもので、比較的安価で実装が容易な回路により、突入電流の抑制、及び回生コンデンサの電圧上昇抑制の動作を確実に行うことができるインバータ用電源回路を提供することを課題とする。   The present invention is for solving the above-mentioned conventional problems, and is an inverter that can reliably perform inrush current suppression and regenerative capacitor voltage rise suppression operation with a relatively inexpensive and easy-to-mount circuit. It is an object of the present invention to provide a power supply circuit.

本発明は、直流入力電力をコンデンサで平滑してインバータ回路に出力すると共に、インバータからの回生電力を該コンデンサに蓄えるようにしたインバータ用電源回路において、該コンデンサの蓄積電荷が少ない状態で前記直流入力電力を投入した時に生じる突入電流を抑制するための電力抵抗と、回生電力による該コンデンサへの充電による電圧上昇を抑制するために、該コンデンサの蓄積電荷を放出するための電力抵抗と、プラス及びマイナスのいずれの電位も、前記直流入力電力のプラス及びマイナスとは異なる第1次内部電源を、該直流入力電力から発生させて供給するブートストラップ電源回路に用いる、該第1次内部電源の出力電圧を安定させるための電力抵抗との、これら3つの電力抵抗それぞれの少なくとも一部抵抗を、1つの共用電力抵抗で共用化すると共に、該共用電力抵抗の両端子の一方が、前記直流入力電力のマイナスに接続されていることにより、前記課題を解決したものである。   The present invention provides an inverter power supply circuit in which DC input power is smoothed by a capacitor and output to an inverter circuit, and regenerative power from the inverter is stored in the capacitor. A power resistor for suppressing the inrush current generated when the input power is input, a power resistor for discharging the accumulated charge of the capacitor in order to suppress a voltage increase due to charging of the capacitor by regenerative power, and a plus The first internal power supply is used in a bootstrap power supply circuit that generates and supplies a primary internal power supply different from the positive and negative direct current input power from the direct current input power. At least part of the resistance of each of these three power resistors with the power resistor for stabilizing the output voltage, One of the well as sharing the shared power resistors, one of the two terminals of the co power resistance, by being connected to the negative of the DC input power, is obtained by solving the above problems.

ここで、プラス及びマイナスのいずれの電位も、前記直流入力電力のプラス及びマイナスとは異なる電源であって、且つ、前記ブートストラップ電源回路の前記第1次内部電源のプラス及びマイナスとは異なる第2次内部電源を、該ブートストラップ電源回路が供給する電源から発生させて供給する第2次ブートストラップ電源回路を備えることができる。   Here, both the positive and negative potentials are power supplies different from the positive and negative of the DC input power, and are different from the positive and negative of the primary internal power supply of the bootstrap power supply circuit. A secondary bootstrap power supply circuit may be provided that generates and supplies secondary internal power supply from power supplied by the bootstrap power supply circuit.

本発明によれば、突入電流抑制回路、及び電圧吸収回路に共用される電力抵抗を、更に、ブートストラップ電源回路において出力電圧を安定させるための電力抵抗にも共用することができ、このようにして、電力抵抗の効果的な利用を図ることができる。又、突入電流抑制回路、及び電圧吸収回路のスイッチング素子を動作させる信号は、このブートストラップ電源回路を用いて生成することができる。従って、比較的安価で実装が容易な回路により、突入電流抑制や電圧吸収動作を確実に行えるようにすることができる。   According to the present invention, the power resistor shared by the inrush current suppression circuit and the voltage absorption circuit can be further shared by the power resistor for stabilizing the output voltage in the bootstrap power supply circuit. Thus, the power resistor can be effectively used. A signal for operating the switching element of the inrush current suppression circuit and the voltage absorption circuit can be generated by using this bootstrap power supply circuit. Therefore, inrush current suppression and voltage absorption operation can be reliably performed by a circuit that is relatively inexpensive and easy to mount.

ブートストラップ電源回路から供給される直流電力のプラス及びマイナスは、該ブートストラップ電源回路に供給する入力側の直流電力のプラス及びマイナスとは異なり、浮いた電位となっているので、パワー素子駆動電圧の容易な生成、パワー素子としての選択肢の拡大が可能であり、例えば、安価なNチャンネル型パワー素子を使用することも可能である。例えば、比較的安価で選択肢が豊富なNチャンネルのIGBTや、MOSFETを採用することもできる。   Since the positive and negative DC power supplied from the bootstrap power supply circuit are different from the positive and negative DC powers on the input side supplied to the bootstrap power supply circuit, they are floating potentials. Can be easily generated and the options for the power element can be expanded. For example, an inexpensive N-channel power element can be used. For example, N-channel IGBTs and MOSFETs that are relatively inexpensive and have many options can be employed.

従来の一般的なインバータ用電源回路の回路図Circuit diagram of a conventional general inverter power supply circuit 特許文献1のインバータ用電源回路を示す回路図Circuit diagram showing power supply circuit for inverter of Patent Document 1 本発明が適用された第1実施形態のインバータ用電源回路を含む回路図1 is a circuit diagram including a power supply circuit for an inverter according to a first embodiment to which the present invention is applied. 本発明が適用された第2実施形態のインバータ用電源回路を含む回路図The circuit diagram containing the power supply circuit for inverters of 2nd Embodiment to which this invention was applied 上記第2実施形態の動作を示すタイムチャートTime chart showing operation of the second embodiment 上記タイムチャートの要部を拡大したタイムチャートAn enlarged time chart of the main part of the above time chart 本発明が適用された第3実施形態のインバータ用電源回路を含む回路図The circuit diagram containing the power supply circuit for inverters of 3rd Embodiment to which this invention was applied 本発明が適用された第4実施形態のインバータ用電源回路を含む第1の回路図A first circuit diagram including an inverter power supply circuit according to a fourth embodiment to which the present invention is applied. 上記第4実施形態のインバータ用電源回路を含む第2の回路図Second circuit diagram including the inverter power supply circuit of the fourth embodiment.

図3は、本発明が適用された第1実施形態のインバータ用電源回路を含む回路図である。   FIG. 3 is a circuit diagram including the inverter power supply circuit of the first embodiment to which the present invention is applied.

本実施形態のインバータ用電源回路は、外部の三相又は単相の交流電源101から供給される交流電力を直流へと整流する整流器102と、整流された直流電力の脈流を取り除く平滑コンデンサ105と、突入電流抑制回路と、電圧吸収回路と、を備える。該平滑コンデンサ105は、インバータからの回生電力の電荷の蓄積にも用いられる。   The inverter power supply circuit of the present embodiment includes a rectifier 102 that rectifies AC power supplied from an external three-phase or single-phase AC power supply 101 into DC, and a smoothing capacitor 105 that removes pulsating flow of rectified DC power. And an inrush current suppression circuit and a voltage absorption circuit. The smoothing capacitor 105 is also used for accumulating charges of regenerative power from the inverter.

更に、該電圧吸収回路その他に直流電源を供給する制御電源114及び制御電圧平滑コンデンサ115と、該制御電源114を電源としてブートストラップ電源回路(チャージポンプ回路)を構成し、突入電流抑制回路に直流電源を供給するブートストラップダイオード117及び制御電圧平滑コンデンサ118と、を備える。   Further, a control power supply 114 and a control voltage smoothing capacitor 115 for supplying DC power to the voltage absorption circuit and others, and a bootstrap power supply circuit (charge pump circuit) using the control power supply 114 as a power supply are configured. A bootstrap diode 117 for supplying power and a control voltage smoothing capacitor 118;

上記の突入電流抑制回路は、ダイオードが並列接続されたトランジスタである入力電流バイパススイッチ103と、制御部116と、突入電流流入ダイオード113と、電力抵抗112と、によって構成される。該制御部116は、点A及び点Bの間の電圧、又は点C及び点Dの間の電圧を監視し、電源投入後の突入電流の減少を検出する。又、該制御部116は、突入電流減少に伴って監視する電圧が予め設定した電圧以上になった場合にH状態を出力する。このH状態の出力によって入力電流バイパススイッチ103がオンになる。   The inrush current suppression circuit includes an input current bypass switch 103 that is a transistor having diodes connected in parallel, a control unit 116, an inrush current inflow diode 113, and a power resistor 112. The controller 116 monitors the voltage between point A and point B, or the voltage between point C and point D, and detects a decrease in inrush current after power-on. In addition, the control unit 116 outputs an H state when the voltage to be monitored becomes equal to or higher than a preset voltage as the rush current decreases. The input current bypass switch 103 is turned on by the output in the H state.

電圧吸収回路は、電圧吸収動作を行う際にオンとなるトランジスタである電圧吸収スイッチ109と、制御部119と、電力抵抗112と、によって構成されている。該制御部119は、点A及び点Bの間の電圧、又は点C及び点Dの間の電圧を監視し、これにより、平滑コンデンサ105に回生電力の電荷が蓄えられて電圧が上昇して、電圧吸収動作を行うべき設定値以上となったか否か判定する。又、該制御部119は、電圧吸収動作を行うべきと判定するとH状態を出力して電圧吸収スイッチ109をオンにする。   The voltage absorption circuit includes a voltage absorption switch 109 which is a transistor that is turned on when performing a voltage absorption operation, a control unit 119, and a power resistor 112. The control unit 119 monitors the voltage between the point A and the point B or the voltage between the point C and the point D, and as a result, the charge of the regenerative power is stored in the smoothing capacitor 105 and the voltage increases. Then, it is determined whether or not the value is equal to or higher than a set value at which the voltage absorption operation should be performed. When the control unit 119 determines that the voltage absorption operation should be performed, the control unit 119 outputs an H state and turns on the voltage absorption switch 109.

以上のような本実施形態において、又後述の第2〜第4の実施形態においても、突入電流抑制回路、電圧吸収回路、及びブートストラップ電源回路の3つの回路において、電力抵抗112が共用されている。   In the present embodiment as described above and also in the second to fourth embodiments described later, the power resistor 112 is shared in the three circuits of the inrush current suppression circuit, the voltage absorption circuit, and the bootstrap power supply circuit. Yes.

ここで、ブートストラップ電源回路の出力電圧を安定させるための電力抵抗は、ブートストラップ電流(該ブートストラップ電源回路からの電源供給の出力電流)が流れても電圧降下が無視できるような抵抗値である必要があり、およそ100〔Ω〕以下の値である必要がある。又、この電力抵抗は、定格電力が大きくなる傾向があるので、他の回路と共用することで、部品価格を抑えたり部品実装スペースを抑えたりすることができる。   Here, the power resistance for stabilizing the output voltage of the bootstrap power supply circuit is such a resistance value that a voltage drop can be ignored even when a bootstrap current (output current of power supply from the bootstrap power supply circuit) flows. There must be a value of about 100 [Ω] or less. Also, since the power resistance tends to increase the rated power, it is possible to reduce the component price and the component mounting space by sharing with other circuits.

このような本実施形態において、まず突入電流を抑制するため、電源投入時には入力電流バイパススイッチ103をオフにする。すると、整流器102からの電流は全て電力抵抗112を流れることになり、該電力抵抗112により突入電流は抑制される。本実施形態では、該入力電流バイパススイッチ103、電力抵抗112、及び突入電流流入ダイオード113を中心とし、突入電流抑制回路が構成されている。   In this embodiment, in order to suppress the inrush current, the input current bypass switch 103 is turned off when the power is turned on. Then, all the current from the rectifier 102 flows through the power resistor 112, and the inrush current is suppressed by the power resistor 112. In the present embodiment, an inrush current suppression circuit is configured around the input current bypass switch 103, the power resistor 112, and the inrush current inflow diode 113.

なお、電源投入してから平滑コンデンサ105の充電電流の減少後、インバータ106によりモータ108を回転させるまでには、上記の入力電流バイパススイッチ103はオンにされる。これにより、該入力電流バイパススイッチ103によって、突入電流流入ダイオード113及び電力抵抗112はバイパスされ、インバータ106や平滑コンデンサ105に整流器102から直流電力が直接供給されるようになる。   The input current bypass switch 103 is turned on from when the power is turned on until the motor 108 is rotated by the inverter 106 after the charging current of the smoothing capacitor 105 is reduced. Thus, the inrush current inflow diode 113 and the power resistor 112 are bypassed by the input current bypass switch 103, and direct current power is directly supplied from the rectifier 102 to the inverter 106 and the smoothing capacitor 105.

次に、本実施形態において、電圧吸収動作を行なうために、電圧吸収スイッチ109及び電力抵抗112によって、電圧吸収回路が構成されている。なお、本実施形態では平滑コンデンサ105において、インバータ106からの回生電力の電荷が蓄積される。   Next, in this embodiment, a voltage absorption circuit is configured by the voltage absorption switch 109 and the power resistor 112 in order to perform a voltage absorption operation. In the present embodiment, the smoothing capacitor 105 accumulates the charge of regenerative power from the inverter 106.

この電圧吸収動作の際には、電圧吸収スイッチ109をオンにする。すると、図3において二点鎖線の矢印Bで図示されるように、平滑コンデンサ105の蓄積電荷による電流が電力抵抗112に流れて放電され、平滑コンデンサ105の電圧は下降する。同時に、この二点鎖線の矢印Bで図示されるように、インバータ106からの回生電力による電流も電力抵抗112に流れ、平滑コンデンサ105への充電が抑制される。   In this voltage absorption operation, the voltage absorption switch 109 is turned on. Then, as indicated by a two-dot chain line arrow B in FIG. 3, a current due to the accumulated charge of the smoothing capacitor 105 flows through the power resistor 112 and is discharged, and the voltage of the smoothing capacitor 105 drops. At the same time, as indicated by the two-dot chain line arrow B, the current due to the regenerative power from the inverter 106 also flows to the power resistor 112, and charging of the smoothing capacitor 105 is suppressed.

ここで、入力電流バイパススイッチ103及び電圧吸収スイッチ109は、ソース電位が平滑コンデンサ105のマイナス側の電位と異なっている。従って、これらのゲートに与える信号を生成する回路においては、この点を配慮する必要がある。   Here, the input current bypass switch 103 and the voltage absorption switch 109 have different source potentials from the negative potential of the smoothing capacitor 105. Therefore, this point needs to be taken into consideration in a circuit that generates signals to be supplied to these gates.

このため、本実施形態では、図中点Bを基準とし、プラス15ボルトの直流電圧を発生させるための、直流安定化電源を用いる制御電源114を備える。又、図中破線の矢印Cで示されるように、該制御電源114から制御電圧平滑コンデンサ115に電流が流れ、これにより、該制御電圧平滑コンデンサ115は該制御電源114から供給される直流電源の脈流を抑制する。この制御電圧平滑コンデンサ115では、図示されるように、電圧V1(=15v)となる。   For this reason, this embodiment includes a control power supply 114 that uses a DC stabilized power supply for generating a DC voltage of plus 15 volts with reference to point B in the figure. Further, as indicated by a broken line arrow C in the figure, a current flows from the control power source 114 to the control voltage smoothing capacitor 115, whereby the control voltage smoothing capacitor 115 is connected to the DC power source supplied from the control power source 114. Suppresses pulsating flow. In the control voltage smoothing capacitor 115, as shown in the figure, the voltage is V1 (= 15v).

次に、制御電圧平滑コンデンサ118には、ブートストラップダイオード117を介して上記の制御電源114から直流電力が供給される。この電源供給では、図中破線の矢印Dで示されるように、制御電源114の出力U端子、ブートストラップダイオード117、制御電圧平滑コンデンサ118、電力抵抗112、制御電源114のマイナス端子の順に電流が流れる。従って、制御電圧平滑コンデンサ118は、図示されるように電圧V2となる。   Next, the control voltage smoothing capacitor 118 is supplied with DC power from the control power supply 114 via the bootstrap diode 117. In this power supply, as indicated by the broken line arrow D in the figure, the current flows in the order of the output U terminal of the control power supply 114, the bootstrap diode 117, the control voltage smoothing capacitor 118, the power resistor 112, and the negative terminal of the control power supply 114. Flowing. Therefore, the control voltage smoothing capacitor 118 becomes the voltage V2 as shown.

これら電圧V1の電源、及び電圧V2の電源は、制御部116及び制御部119に供給される。これら制御部116及び制御部119は、それぞれ入力電流バイパススイッチ103及び電圧吸収スイッチ109をオン・オフする信号を生成するものである。   The power source of the voltage V1 and the power source of the voltage V2 are supplied to the control unit 116 and the control unit 119. The control unit 116 and the control unit 119 generate signals for turning on / off the input current bypass switch 103 and the voltage absorption switch 109, respectively.

ここで、このブートストラップ電源回路の制御電圧平滑コンデンサ118には、該制御電圧平滑コンデンサ118から電力抵抗112に流れる電流で充電されることになる。この電流は、突入電流抑制回路や電圧吸収回路が動作していない遊休期間に多くなる。従って、これら突入電流抑制回路や電圧吸収回路と共に、このブートストラップ電源回路において、この電力抵抗112が効果的に利用されることになる。又、電力抵抗112は、通常、数Ω〜数十Ωとされ、従って、制御電圧平滑コンデンサ118を充電するためには十分に小さな値である。   Here, the control voltage smoothing capacitor 118 of the bootstrap power supply circuit is charged with a current flowing from the control voltage smoothing capacitor 118 to the power resistor 112. This current increases during an idle period when the inrush current suppression circuit and the voltage absorption circuit are not operating. Therefore, the power resistor 112 is effectively used in the bootstrap power supply circuit together with the inrush current suppressing circuit and the voltage absorbing circuit. In addition, the power resistor 112 is usually several Ω to several tens Ω, and thus is a sufficiently small value for charging the control voltage smoothing capacitor 118.

又、制御電圧平滑コンデンサ118の負荷は、制御部119及び電圧吸収スイッチ109となる。又、電圧吸収動作が働くのは、例えば10ms程度のごく短い期間であり、制御電圧平滑コンデンサ118の負荷としては小さくなる。該制御電圧平滑コンデンサ118の負荷電流は、例えば数mA〜数十mA程度である。   The load of the control voltage smoothing capacitor 118 is the control unit 119 and the voltage absorption switch 109. Further, the voltage absorption operation works for a very short period of about 10 ms, for example, and the load on the control voltage smoothing capacitor 118 becomes small. The load current of the control voltage smoothing capacitor 118 is, for example, about several mA to several tens mA.

但し、制御電圧平滑コンデンサ118の電荷は、電圧吸収動作が長引くほど放電されていくため、例えば100ms以上連続するような場合は、電圧吸収スイッチ109をオフにするなどの保護機能を持たせることが好ましい。又、このような保護機能は、必要に応じて制御部119において実現することができる。   However, since the charge of the control voltage smoothing capacitor 118 is discharged as the voltage absorption operation is prolonged, for example, when the voltage absorption operation continues for 100 ms or more, a protective function such as turning off the voltage absorption switch 109 may be provided. preferable. Such a protection function can be realized in the control unit 119 as necessary.

なお、本実施形態では、プラス15ボルトの直流電源として制御電源114を備え、この点でコスト負担が生じる。しかしながら、該制御電源114は、本実施形態のインバータ用電源回路が実装される基板を冷却するファンモータに用いたり、コネクタを介して他の周辺回路に用いたりして有効活用することができる。後述する第4実施形態では、該制御電源114から、インバータ106の内部の電力トランジスタ制御部144にも電源を供給している。   In the present embodiment, the control power supply 114 is provided as a plus 15 volt DC power supply, and this causes a cost burden. However, the control power supply 114 can be effectively used by being used for a fan motor that cools the substrate on which the inverter power supply circuit of the present embodiment is mounted, or for other peripheral circuits via a connector. In a fourth embodiment to be described later, power is also supplied from the control power supply 114 to the power transistor control unit 144 inside the inverter 106.

ここで、本実施形態では、電力抵抗112を、突入電流抑制回路、電圧吸収回路、及びブートストラップ電源回路の3つの回路において共用しているため、その抵抗値は、これら回路において最小公倍数的に決定される。このため、電力抵抗112の抵抗値を、突入電流抑制回路、及びブートストラップ電源回路での動作に好ましい値とすると、この電力抵抗112の抵抗値が、電圧吸収回路における値として小さい場合も考えられる。あるいは、電圧吸収回路における値として大きい場合も考えられる。   Here, in this embodiment, since the power resistor 112 is shared by the three circuits of the inrush current suppression circuit, the voltage absorption circuit, and the bootstrap power supply circuit, the resistance value is the least common multiple in these circuits. It is determined. For this reason, if the resistance value of the power resistor 112 is set to a value preferable for operation in the inrush current suppression circuit and the bootstrap power supply circuit, the resistance value of the power resistor 112 may be small as a value in the voltage absorption circuit. . Or the case where it is large as a value in a voltage absorption circuit is also considered.

電圧吸収回路における値として小さい場合、以下に述べる第2実施形態により、電圧吸収回路として不足する電力抵抗の抵抗値を補い、電圧吸収動作を抑えることができる。又、以下に述べる第3実施形態や第4実施形態によれば、反対に、電圧吸収回路として電力抵抗の抵抗値が大きすぎる場合には該余剰分を解消するように電圧吸収動作を向上させることができる。   When the value in the voltage absorption circuit is small, according to the second embodiment described below, the resistance value of the power resistor that is insufficient as the voltage absorption circuit can be compensated, and the voltage absorption operation can be suppressed. Also, according to the third and fourth embodiments described below, on the contrary, when the resistance value of the power resistor is too large as a voltage absorption circuit, the voltage absorption operation is improved so as to eliminate the surplus. be able to.

図4は、本発明が適用された第2実施形態のインバータ用電源回路を含む回路図である。   FIG. 4 is a circuit diagram including an inverter power supply circuit according to a second embodiment to which the present invention is applied.

本実施形態は、前述した第1実施形態に対して、電圧吸収回路の一部として、電力抵抗120及びサージ吸収ダイオード127を追加したものである。   In the present embodiment, a power resistor 120 and a surge absorbing diode 127 are added as part of the voltage absorbing circuit to the first embodiment described above.

ここで、電力抵抗112を、突入電流抑制回路、電圧吸収回路、及びブートストラップ電源回路の3つの回路において共用すると、電力抵抗112の抵抗値が、電圧吸収回路における値として小さい場合も考えられる。この場合、本実施形態では、抵抗値の不足分を電力抵抗120によって補うことができる。電力抵抗120を備える場合には、これによって、電圧降下の際に電力抵抗112に生じる発熱(電力消費)を該電力抵抗120に分散することができる。   Here, if the power resistor 112 is shared by three circuits, the inrush current suppression circuit, the voltage absorption circuit, and the bootstrap power supply circuit, the resistance value of the power resistor 112 may be small as a value in the voltage absorption circuit. In this case, in this embodiment, the shortage of the resistance value can be compensated by the power resistor 120. In the case where the power resistor 120 is provided, heat (power consumption) generated in the power resistor 112 at the time of a voltage drop can be distributed to the power resistor 120.

次に、図5は、本実施形態の動作を示すタイムチャートであり、図6は、この要部を拡大したタイムチャートである。   Next, FIG. 5 is a time chart showing the operation of this embodiment, and FIG. 6 is an enlarged time chart of the main part.

これらの図において、上段は入力電流バイパススイッチ103に流れる電流であり、下段は平滑コンデンサ105の両端の電圧である。又、図6全体は、図5の区間Tの部分を拡大したものである。   In these figures, the upper part is the current flowing through the input current bypass switch 103, and the lower part is the voltage across the smoothing capacitor 105. 6 is an enlarged view of the section T in FIG.

又、図6において、期間t1〜t5は、それぞれ、モータ加速期間、モータ定速期間、モータ減速期間、モータ減速(電圧吸収動作あり)期間、モータ停止期間である。これら
期間t1〜t5は、モータの回転が停止状態から加速して定速状態となり、この後、減速して再び停止状態になるまでの1サイクルの運転に相当する。
In FIG. 6, periods t1 to t5 are a motor acceleration period, a motor constant speed period, a motor deceleration period, a motor deceleration (with voltage absorption operation) period, and a motor stop period, respectively. These periods t1 to t5 correspond to one-cycle operation in which the rotation of the motor accelerates from the stopped state to the constant speed state, and then decelerates to the stopped state again.

図6の区間t4の電圧吸収動作期間には、入力電流バイパススイッチ103に、負の電流が流れている。これは、入力電流バイパススイッチ103に並列のダイオードの順方向に流れていることを示している。このため、入力電流バイパススイッチ103は、電圧吸収時には、エミッタ(ソース)からコレクタ(ドレイン)方向に電流を流すことができる必要がある。この入力電流バイパススイッチ103に、ダイオード内蔵のIGBT、逆方向に導通することができるMOSFETなどを使用すると、これに並列のダイオードの外付けを省くことができるので好ましい。   A negative current flows through the input current bypass switch 103 during the voltage absorption operation period of the section t4 in FIG. This indicates that the diode parallel to the input current bypass switch 103 flows in the forward direction. For this reason, the input current bypass switch 103 needs to be able to flow a current from the emitter (source) to the collector (drain) during voltage absorption. It is preferable to use an IGBT with a built-in diode, a MOSFET capable of conducting in the reverse direction, or the like as the input current bypass switch 103 because an external diode in parallel can be omitted.

次に、図7は、本発明が適用された第3実施形態のインバータ用電源回路を含む回路図である。   FIG. 7 is a circuit diagram including an inverter power supply circuit according to a third embodiment to which the present invention is applied.

図示されるように、本実施形態は、前述の図3の第1実施形態に、電力抵抗161と、電圧吸収電流流入ダイオード162とを追加したものであり、前述の図4の第2実施形態とは逆に、電圧吸収動作を向上させるものである。即ち、前述の第1実施形態や第2実施形態において、電圧吸収回路による電圧吸収の能力が不足する場合、本実施形態は、これら電力抵抗161及び電圧吸収電流流入ダイオード162を追加するだけで、電圧吸収能力を増強することが可能である。   As shown in the figure, this embodiment is obtained by adding a power resistor 161 and a voltage absorption current inflow diode 162 to the first embodiment of FIG. 3 described above, and the second embodiment of FIG. 4 described above. On the contrary, the voltage absorption operation is improved. That is, in the first embodiment and the second embodiment described above, when the voltage absorption capability of the voltage absorption circuit is insufficient, the present embodiment only adds the power resistor 161 and the voltage absorption current inflow diode 162. It is possible to enhance the voltage absorption capability.

電圧吸収動作の際には、電圧吸収スイッチ109をオンにする。すると、図7において二点鎖線の矢印Bで図示されるように、平滑コンデンサ105の蓄積電荷による電流が、第1実施形態及び第2実施形態と同様の電力抵抗112に加えて、電力抵抗161に流れて放電され、平滑コンデンサ105の電圧は下降する。同時に、この二点鎖線の矢印Bで図示されるように、インバータ106からの回生電力による電流も、電力抵抗112に加えて、電力抵抗161に流れ、平滑コンデンサ105への充電が抑制される。   In the voltage absorption operation, the voltage absorption switch 109 is turned on. Then, as illustrated by a two-dot chain line arrow B in FIG. 7, the current due to the accumulated charge of the smoothing capacitor 105 is added to the power resistor 112 in addition to the power resistor 112 similar to the first embodiment and the second embodiment. And the voltage of the smoothing capacitor 105 drops. At the same time, as indicated by the two-dot chain line arrow B, the current due to the regenerative power from the inverter 106 also flows to the power resistor 161 in addition to the power resistor 112, and charging to the smoothing capacitor 105 is suppressed.

又、本実施形態において、電圧吸収電流流入ダイオード162を追加することで、突入電流抑制時には、この突入電流が電力抵抗161に流れないようにすることができ、二点鎖線の矢印Aの電流値に影響を与えないようにすることができる。   In addition, in this embodiment, by adding the voltage absorption current inflow diode 162, when the inrush current is suppressed, this inrush current can be prevented from flowing to the power resistor 161, and the current value of the two-dot chain line arrow A is shown. Can be prevented from affecting.

更に、追加された電力抵抗161は、ブートストラップ電源回路の制御電圧平滑コンデンサ118を充電する電流を流す経路ともなり、該ブートストラップ電源回路の電圧安定度を向上することができる。即ち、該制御電圧平滑コンデンサ118への充電は、該制御電圧平滑コンデンサ118から電圧吸収電流流入ダイオード162及び電力抵抗112を通る充電経路と、該制御電圧平滑コンデンサ118から電力抵抗161を通る充電経路との、2つの充電経路により行なうことが可能となるため、該電力抵抗161を追加することで、これから供給する電圧がより安定したブートストラップ電源回路を実現できる。   Furthermore, the added power resistor 161 also serves as a path for passing a current for charging the control voltage smoothing capacitor 118 of the bootstrap power supply circuit, and the voltage stability of the bootstrap power supply circuit can be improved. That is, charging to the control voltage smoothing capacitor 118 is performed by charging the control voltage smoothing capacitor 118 through the voltage absorption current inflow diode 162 and the power resistor 112 and charging the control voltage smoothing capacitor 118 through the power resistor 161. Therefore, the bootstrap power supply circuit with a more stable voltage to be supplied can be realized by adding the power resistor 161.

続いて、図8及び図9は、本発明が適用された第4実施形態のインバータ用電源回路を含む回路図である。   8 and 9 are circuit diagrams including the inverter power supply circuit according to the fourth embodiment to which the present invention is applied.

図8は回路の左側、図9は右側となり、これら図8及び図9は、作図の都合上2つに分割したものである。なお、これら図8及び図9において、制御電圧平滑コンデンサ122、制御部123、電圧吸収スイッチ124、電力抵抗125、及びサージ吸収ダイオード126、電流制限抵抗129は、これら2つの図の接続が判りやすいよう重複して図示されている。   8 is the left side of the circuit, and FIG. 9 is the right side. FIG. 8 and FIG. 9 are divided into two parts for convenience of drawing. 8 and 9, the control voltage smoothing capacitor 122, the control unit 123, the voltage absorption switch 124, the power resistor 125, the surge absorption diode 126, and the current limiting resistor 129 are easily understood in the connection between these two diagrams. As shown in FIG.

本実施形態は、前述した第2実施形態に対して、電圧吸収回路において一部回路が追加されている。この追加回路には、該第2実施形態又第1実施形態のものとは別のブートストラップ電源回路が含まれる。又、本実施形態では、この追加されたブートストラップ電源回路から、インバータ106に対しても電源が供給されている。更に、該インバータ106内部においても、3つのブートストラップ電源回路が構成されている。   In the present embodiment, a part of the voltage absorption circuit is added to the above-described second embodiment. This additional circuit includes a bootstrap power supply circuit different from that of the second embodiment or the first embodiment. In this embodiment, power is also supplied to the inverter 106 from the added bootstrap power supply circuit. Further, three bootstrap power supply circuits are also formed in the inverter 106.

まず、本実施形態において電圧吸収回路の一部に追加された回路について説明する。   First, a circuit added to a part of the voltage absorption circuit in the present embodiment will be described.

本実施形態の電圧吸収回路には、電圧吸収スイッチ124、電力抵抗125、サージ吸収ダイオード126が追加され、更に、該電圧吸収スイッチ124のゲートに信号を与える制御部123、又該制御部123に直流電源を供給するためのブートストラップ電源回路を構成するブートストラップダイオード121及び制御電圧平滑コンデンサ122、更には、ブートストラップ電源回路から供給される電源の電圧を安定化させる電流制限抵抗129が追加される。   In the voltage absorption circuit of this embodiment, a voltage absorption switch 124, a power resistor 125, and a surge absorption diode 126 are added. Further, a control unit 123 that gives a signal to the gate of the voltage absorption switch 124, and the control unit 123 A bootstrap diode 121 and a control voltage smoothing capacitor 122 constituting a bootstrap power supply circuit for supplying a DC power supply, and a current limiting resistor 129 for stabilizing the voltage of the power supply supplied from the bootstrap power supply circuit are added. The

電流制限抵抗129は、平滑コンデンサ105に回生電力の電荷が蓄えられて電圧が上昇し、点C−D間の電位差や、点A−B間の電位差が急激に変化する場合に、制御電圧平滑コンデンサ115の電圧と制御電圧平滑コンデンサ122の電圧を安定化させ、よって、これら制御電圧平滑コンデンサ115や制御電圧平滑コンデンサ122から供給される電源の電圧を安定化させる。   The current limiting resistor 129 stores the regenerative electric power in the smoothing capacitor 105 and the voltage rises. When the potential difference between the points CD and the potential difference between the points AB changes rapidly, the current limiting resistor 129 The voltage of the capacitor 115 and the voltage of the control voltage smoothing capacitor 122 are stabilized, and thus the power supply voltage supplied from the control voltage smoothing capacitor 115 and the control voltage smoothing capacitor 122 is stabilized.

該制御部123は、点A及び点Bの間の電圧、又は点C及び点Dの間の電圧を監視し、平滑コンデンサ105に回生電力の電荷が蓄えられて電圧が上昇して、電圧吸収動作を行うべき設定値以上となったか否か判定し、電圧吸収動作を行うべきと判定するとH状態を出力して電圧吸収スイッチ124をオンにする。すると、図8及び図9において二点鎖線の矢印B’で図示されるように、平滑コンデンサ105の蓄積電荷による電流が電力抵抗125に流れて放電され、平滑コンデンサ105の電圧は下降する。同時に、この二点鎖線の矢印B’で図示されるように、インバータ106からの回生電力による電流も電力抵抗125に流れ、平滑コンデンサ105への充電が抑制される。   The control unit 123 monitors the voltage between the point A and the point B or the voltage between the point C and the point D, the electric charge of regenerative power is stored in the smoothing capacitor 105, the voltage rises, and the voltage is absorbed. It is determined whether or not the set value to be operated is exceeded, and if it is determined that the voltage absorption operation should be performed, the H state is output and the voltage absorption switch 124 is turned on. Then, as indicated by a two-dot chain line arrow B ′ in FIGS. 8 and 9, a current due to the accumulated charge of the smoothing capacitor 105 flows through the power resistor 125 and is discharged, and the voltage of the smoothing capacitor 105 drops. At the same time, as indicated by the two-dot chain line arrow B ', the current due to the regenerative power from the inverter 106 also flows to the power resistor 125, and charging of the smoothing capacitor 105 is suppressed.

前述の第1実施形態や第2実施形態において、電圧吸収回路による電圧吸収の能力が不足する場合、本実施形態のように更に、電力抵抗125に回生電力の電流を流す上記の回路を電圧吸収回路に追加する。電圧吸収スイッチ109がオンになる時に電圧吸収スイッチ124もオンとすると、平滑コンデンサ105やインバータ106に対して、電力抵抗112に電力抵抗125を並列にして動作させることができ、これら電力抵抗112及び電力抵抗125により、平滑コンデンサ105に蓄えられた電荷やインバータ106からの回生電力を吸収することができ、電圧吸収時の電流量を増加させる役割を果たすことができる。   In the first embodiment and the second embodiment described above, when the voltage absorption capability of the voltage absorption circuit is insufficient, the above circuit for supplying a current of regenerative power to the power resistor 125 is further absorbed by the voltage absorption circuit as in this embodiment. Add to the circuit. If the voltage absorption switch 124 is also turned on when the voltage absorption switch 109 is turned on, the power resistor 125 can be operated in parallel with the power resistor 112 with respect to the smoothing capacitor 105 and the inverter 106. The electric power resistor 125 can absorb the electric charge stored in the smoothing capacitor 105 and the regenerative electric power from the inverter 106, and can play a role of increasing the amount of current at the time of voltage absorption.

ここで、本実施形態において、制御部116などは、制御電圧平滑コンデンサ115を用い、点Bが基準電位となっている。これに対して、電圧吸収スイッチ124のゲートに対して信号を出力する制御部123は、平滑コンデンサ105のマイナス側の点Dを基準電位とする必要があり、このための制御電源が必要になる。   Here, in the present embodiment, the control unit 116 or the like uses the control voltage smoothing capacitor 115, and the point B is the reference potential. On the other hand, the control unit 123 that outputs a signal to the gate of the voltage absorption switch 124 needs to use the point D on the minus side of the smoothing capacitor 105 as a reference potential, and a control power supply for this is required. .

従って、この制御電源を、ブートストラップダイオード121及び制御電圧平滑コンデンサ122を用いたブートストラップ電源回路によって供給するようにしている。このブートストラップ電源回路では、図中破線の矢印Eで示されるように、ブートストラップダイオード121、電流制限抵抗129、制御電圧平滑コンデンサ122、入力電流バイパススイッチ103の順方向で一巡する回路によって制御電圧平滑コンデンサ122を充電することで、電圧V3として図示されるように、浮き電位の点Dに対する制御電源を、制御電圧平滑コンデンサ122の両端に得るようにしている。   Therefore, the control power is supplied by a bootstrap power supply circuit using the bootstrap diode 121 and the control voltage smoothing capacitor 122. In this bootstrap power supply circuit, as indicated by a broken line arrow E in the figure, the control voltage is controlled by a circuit that makes a circuit in the forward direction of the bootstrap diode 121, the current limiting resistor 129, the control voltage smoothing capacitor 122, and the input current bypass switch 103. By charging the smoothing capacitor 122, a control power supply for the floating potential point D is obtained at both ends of the control voltage smoothing capacitor 122 as shown as a voltage V 3.

ここで、入力電流バイパススイッチ103は、突入電流抑制時以外は、常時オンとする。又、外来サージ等によって入力側から過電流が流れた場合等には、制御部116によって入力電流バイパススイッチ103を遮断されることも考えられる。該入力電流バイパススイッチ103は上述のブートストラップ電源回路にも介在することになり、従って、これがオフになると制御電圧平滑コンデンサ122への充電が妨げられるが、短時間であるので問題にはならない。但し、保護として必要があれば、制御部116、制御部119、及び制御部123のそれぞれに、低電圧保護機能を持たせるようにしてもよい。   Here, the input current bypass switch 103 is always turned on except when the inrush current is suppressed. In addition, when an overcurrent flows from the input side due to an external surge or the like, the input current bypass switch 103 may be blocked by the control unit 116. The input current bypass switch 103 is also interposed in the above-described bootstrap power supply circuit. Therefore, when the switch is turned off, charging of the control voltage smoothing capacitor 122 is hindered. However, if necessary for protection, each of the control unit 116, the control unit 119, and the control unit 123 may be provided with a low voltage protection function.

ここで、本実施形態の電圧吸収スイッチ124、電力抵抗125、及びサージ吸収ダイオード126は、ブレーキ用としてインバータ用のパワーモジュールによく内蔵されているトランジスタや電力抵抗やサージ吸収ダイオードを用いることもできる。これらに対して、ブートストラップダイオード121、制御電圧平滑コンデンサ122、及び制御部123を追加すれば、比較的簡単に電圧吸収回路を構成することができる。   Here, as the voltage absorption switch 124, the power resistor 125, and the surge absorption diode 126 of the present embodiment, a transistor, a power resistor, or a surge absorption diode that is often built in a power module for an inverter can be used as a brake. . On the other hand, if the bootstrap diode 121, the control voltage smoothing capacitor 122, and the control part 123 are added, a voltage absorption circuit can be comprised comparatively easily.

次に、本実施形態では、ブートストラップダイオード121及び制御電圧平滑コンデンサ122を用いた、電圧吸収回路に追加された前述のブートストラップ電源回路から、インバータ106内において、制御部145を備える6つの電力トランジスタ制御部144a〜144fに対しても電源が供給されている。   Next, in the present embodiment, six powers including a control unit 145 are provided in the inverter 106 from the bootstrap power supply circuit added to the voltage absorption circuit using the bootstrap diode 121 and the control voltage smoothing capacitor 122. Power is also supplied to the transistor control units 144a to 144f.

ここで、これら電力トランジスタ制御部144a〜144fの内、3つの電力トランジスタ制御部144d〜144f(下側3相アーム分)は、それぞれ電力トランジスタ150d〜150f(下側3相アーム分)のゲートに入力する信号を出力するものであるが、これら電力トランジスタ150d〜150fのソースは、前述の制御電圧平滑コンデンサ122のマイナス端子と同電位である。従って、これら3つの電力トランジスタ制御部144d〜144fには、該制御電圧平滑コンデンサ122を用いた前述のブートストラップ電源回路から直接電源を供給する。   Of these power transistor control units 144a to 144f, three power transistor control units 144d to 144f (for the lower three-phase arm) are respectively connected to the gates of the power transistors 150d to 150f (for the lower three-phase arm). Although the input signal is output, the sources of these power transistors 150d to 150f have the same potential as the negative terminal of the control voltage smoothing capacitor 122 described above. Accordingly, power is directly supplied to the three power transistor control units 144d to 144f from the bootstrap power supply circuit using the control voltage smoothing capacitor 122.

これに対して、電力トランジスタ制御部144a〜144fの内、残りの3つの電力トランジスタ制御部144a〜144c(上側3相アーム分)は、それぞれ電力トランジスタ150a〜150c(上側3相アーム分)のゲートに入力する信号を出力するものであり、これら電力トランジスタ150a〜150cのソースは、互いに電位が異なり、更に、前述の制御電圧平滑コンデンサ122のマイナス端子とも電位が異なる。従って、これら3つの電力トランジスタ制御部144a〜144cには、それぞれに1つのブートストラップ電源回路を設けて電源を供給し、これにより個別に電源の基準電位(マイナス側電位)を設定する。   On the other hand, among the power transistor control units 144a to 144f, the remaining three power transistor control units 144a to 144c (for the upper three-phase arm) are gates of the power transistors 150a to 150c (for the upper three-phase arm), respectively. The power transistors 150a to 150c have different potentials from each other, and also have different potentials from the negative terminal of the control voltage smoothing capacitor 122 described above. Accordingly, each of these three power transistor control units 144a to 144c is provided with one bootstrap power supply circuit to supply power, thereby individually setting the reference potential (minus side potential) of the power supply.

即ち、図9に示すように、3つの電力トランジスタ制御部144a〜144cそれぞれに対して、ブートストラップダイオード140a〜140c及び制御電圧平滑コンデンサ142a〜142cを用いた、個別のブートストラップ電源回路を設けて電源を供給する。このように本実施形態では、該インバータ106内部においても、3つの互いに独立したブートストラップ電源回路が構成されている。例えば、ブートストラップダイオード140a及び制御電圧平滑コンデンサ142aを用いたブートストラップ電源回路からは、図9に示すように、電圧V4aの電源を供給することができる。又、これら3つのブートストラップ電源回路には、制御電圧平滑コンデンサ122を用いた前述のブートストラップ電源回路から電源を供給する。   That is, as shown in FIG. 9, an individual bootstrap power supply circuit using bootstrap diodes 140a to 140c and control voltage smoothing capacitors 142a to 142c is provided for each of the three power transistor control units 144a to 144c. Supply power. As described above, in this embodiment, three independent bootstrap power supply circuits are also formed in the inverter 106. For example, from the bootstrap power supply circuit using the bootstrap diode 140a and the control voltage smoothing capacitor 142a, the power supply of the voltage V4a can be supplied as shown in FIG. The three bootstrap power supply circuits are supplied with power from the bootstrap power supply circuit using the control voltage smoothing capacitor 122.

ここで、本実施形態では、3相のモータ108の各相に対応して、2つずつ電力トランジスタ150が設けられている。又、電力トランジスタ150それぞれに対して電力トランジスタ制御部144が設けられている。インバータ106では、これら電力トランジスタ制御部144により電力トランジスタ150に流れる電流を制御し、モータ108に供給する交流電力の電圧及び周波数を制御する。   Here, in this embodiment, two power transistors 150 are provided corresponding to each phase of the three-phase motor 108. A power transistor controller 144 is provided for each power transistor 150. In the inverter 106, the power transistor control unit 144 controls the current flowing through the power transistor 150 to control the voltage and frequency of AC power supplied to the motor 108.

又、このように、各相に対応する電力トランジスタ150を制御する各電力トランジスタ制御部144が、ブートストラップ電源回路からの電源で動作するため、これら電力トランジスタ150のゲート駆動用の浮き電位を生成し易く、設計の自由度を向上することができる。   Further, since each power transistor control unit 144 that controls the power transistor 150 corresponding to each phase operates with the power supply from the bootstrap power supply circuit, the floating potential for driving the gate of these power transistors 150 is generated. It is easy to do and can improve the freedom degree of design.

101…交流電源
102…整流器
103…入力電流バイパススイッチ
104…突入電流抑制抵抗
105…平滑コンデンサ
106…インバータ
108…モータ
109、124…電圧吸収スイッチ
112、125、161…電力抵抗
113…突入電流流入ダイオード
114…制御電源
115、118、122、142…制御電圧平滑コンデンサ
116、119、123、145…制御部
117、121、140…ブートストラップダイオード
129…電流制限抵抗
144…電力トランジスタ制御部
150…電力トランジスタ
162…電圧吸収電流流入ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... AC power supply 102 ... Rectifier 103 ... Input current bypass switch 104 ... Inrush current suppression resistance 105 ... Smoothing capacitor 106 ... Inverter 108 ... Motor 109, 124 ... Voltage absorption switch 112, 125, 161 ... Power resistance 113 ... Inrush current inflow diode 114: Control power supply 115, 118, 122, 142 ... Control voltage smoothing capacitor 116, 119, 123, 145 ... Control unit 117, 121, 140 ... Bootstrap diode 129 ... Current limiting resistor 144 ... Power transistor control unit 150 ... Power transistor 162. Voltage absorbing current inflow diode

Claims (2)

直流入力電力をコンデンサで平滑してインバータ回路に出力すると共に、インバータからの回生電力を該コンデンサに蓄えるようにしたインバータ用電源回路において、
該コンデンサの蓄積電荷が少ない状態で前記直流入力電力を投入した時に生じる突入電流を抑制するための電力抵抗と、
回生電力による該コンデンサへの充電による電圧上昇を抑制するために、該コンデンサの蓄積電荷を放出するための電力抵抗と、
プラス及びマイナスのいずれの電位も、前記直流入力電力のプラス及びマイナスとは異なる第1次内部電源を、該直流入力電力から発生させて供給するブートストラップ電源回路に用いる、該第1次内部電源の出力電圧を安定させるための電力抵抗との、
これら3つの電力抵抗それぞれの少なくとも一部抵抗を、1つの共用電力抵抗で共用化すると共に、
該共用電力抵抗の両端子の一方が、前記直流入力電力のマイナスに接続されていることを特徴とするインバータ用電源回路。
In the inverter power supply circuit in which the DC input power is smoothed by the capacitor and output to the inverter circuit, and the regenerative power from the inverter is stored in the capacitor.
A power resistor for suppressing an inrush current generated when the DC input power is applied in a state where the accumulated charge of the capacitor is small;
In order to suppress a voltage increase due to charging of the capacitor due to regenerative power, a power resistor for discharging the accumulated charge of the capacitor;
The primary internal power supply used in a bootstrap power supply circuit that generates and supplies a primary internal power supply that is different from the positive and negative of the DC input power from both the positive and negative potentials. With power resistance to stabilize the output voltage of
While sharing at least a partial resistance of each of these three power resistors with one shared power resistor,
One of the terminals of the shared power resistor is connected to the minus of the DC input power, and the inverter power supply circuit.
請求項1に記載のインバータ用電源回路において、
プラス及びマイナスのいずれの電位も、前記直流入力電力のプラス及びマイナスとは異なる電源であって、且つ、前記ブートストラップ電源回路の前記第1次内部電源のプラス及びマイナスとは異なる第2次内部電源を、該ブートストラップ電源回路が供給する電源から発生させて供給する第2次ブートストラップ電源回路を備えたことを特徴とするインバータ用電源回路。
In the inverter power supply circuit according to claim 1,
Both the positive and negative potentials are power supplies different from the positive and negative of the DC input power, and the secondary internal power different from the positive and negative of the primary internal power supply of the bootstrap power supply circuit. A power supply circuit for an inverter, comprising a secondary bootstrap power supply circuit that generates and supplies power from power supplied by the bootstrap power supply circuit.
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