JP2015128359A - 過電圧保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】瞬間的な過大電圧から機器を保護する小型・低コストの過電圧保護回路を提供する。
【解決手段】制御部４０は、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフする際に、バランス回路３３ａ，３３ｂをトランジスタＱ３ａ，Ｑ３ｂ及びダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂに、バランス回路３４ａ，３４ｂをトランジスタＱ４ａ，Ｑ４ｂ及びダイオードＤ４ａ，Ｄ４ｂに、バランス回路３５ａ，３５ｂをトランジスタＱ５ａ，Ｑ５ｂ及びダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂに対応するように接続するので、上アームのスイッチング素子のトランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａの両端にかかる分圧値Ｖ１と、下アームのスイッチング素子のトランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂの両端にかかる分圧値Ｖ２とが均等になり、破壊を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、過電圧保護回路に関する。

交流電圧を整流して直流電圧を得る機器においては、直流電圧は交流電圧に応じて変動する。特に、電源電圧の変動が起こり易い地域で使用される機器は、電圧上昇時の対策如何によっては、機器の故障を招く虞がある。それゆえ、特許文献１（特開２００７−１６６８１５号公報）に開示されているような過電圧保護手段が設けられる。この過電圧保護手段は、入力変圧器を負荷時タップ切換器付き変圧器とし、インバータに閾値以上の電圧が所定時間を越えて入力されたときに、負荷時タップ切換器付き変圧器のタップを低圧側に切り換えている。

しかしながら、上記のような負荷時タップ切換器付き変圧器は大規模な電気設備向けとしては適しているが、家電製品などのインバータ制御される機器に適用することは容易ではない。

また、電源電圧が過大となるのに要する時間は極めて短く、上記のようなタップ切換は時間がかかり過ぎるので、機器を確実に保護することは困難である。さらに、半導体素子のような、過電圧に耐えうる時間が短いものについては、リレーによる遮断では保護ができない。かといって瞬間的な過大電圧のためだけに半導体素子などの耐圧を高くすることは高コスト化、大型化を招来する。

そこで、本発明の課題は、瞬間的な過大電圧から機器を保護する小型・低コストの過電圧保護回路を提供することにある。

本発明の第１観点に係る過電圧保護回路は、複数の上下アームそれぞれが２つのスイッチング素子を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点それぞれから対応する負荷へ電圧を出力する電源装置の過電圧保護回路であって、電源供給部と、電圧検出部と、バランス回路と、制御部とを備えている。電源供給部は、上下アームに直流電圧Ｖｄｃを供給する。電圧検出部は、上下アームに並列に接続されている。バランス回路は、電源供給部と上下アームとを結ぶ一対のＤＣバスと上記接続点との間に配置される。制御部は、スイッチング素子をオンオフ動作させる。また、制御部は、電圧検出部の検出値が所定の閾値を超えたとき、上下アームの両方のスイッチング素子をオフにする。

上下アームのいずれかのスイッチング素子が動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは上下アームのオフしているスイッチング素子にかかるので、過大電圧になったときはオフしている１つのスイッチング素子にその過大電圧がかかり破壊される可能性が高い。

この過電圧保護回路では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分程度に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

但し、直流電圧Ｖｄｃは２つのスイッチング素子のインピーダンスの違いにより均等に分圧されることはないので、バランス回路を接続することによって、直流電圧Ｖｄｃが２つのスイッチング素子の両端にほぼ均等に分圧されるようにする。

本発明の第２観点に係る過電圧保護回路は、第１観点に係る過電圧保護回路であって、バランス回路は、複数の上下アームの各スイッチング素子ごとに対応するように配置されている。

この過電圧保護回路では、例えばインバータ回路の場合、３対の上下アームが並列に接続されているので、各上下アームにバランス回路を接続することによって、過電圧時には直流電圧Ｖｄｃが各上下アームの２つのスイッチング素子の両端にほぼ均等に分圧されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

本発明の第３観点に係る過電圧保護回路は、第１観点又は第２観点に係る過電圧保護回路であって、スイッチを備えている。スイッチは、直列接続された２つのスイッチング素子の接続点と、それに対応する一対のバランス回路の中間点との間を接続又は遮断する。制御部は、電圧検出部の検出値が所定の閾値を超えたとき、バランス回路を接続する。

この過電圧保護回路では、接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと、それに対応する一対のバランス回路の中間点との間にスイッチを配置し、インバータのオフ時のみバランス回路を接続することで、バランス回路の消費電力を抑制することができる。

本発明の第４観点に係る過電圧保護回路は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る過電圧保護回路であって、バランス回路は抵抗素子で構成されている。

この過電圧保護回路では、抵抗素子が比較的安価であるので、バランス回路の設置によるコスト増を抑制することができる。

本発明の第１観点に係る過電圧保護回路では、上下アームのいずれかのスイッチング素子が動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは上下アームのオフしているスイッチング素子にかかるので、過大電圧になったときはオフしている１つのスイッチング素子にその過大電圧がかかり破壊される可能性が高い。

しかし、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分程度に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

但し、直流電圧Ｖｄｃは２つのスイッチング素子のインピーダンスの違いにより均等に分圧されることはないので、バランス回路を接続することによって、直流電圧Ｖｄｃが２つのスイッチング素子の両端にほぼ均等に分圧されるようにする。

本発明の第２観点に係る過電圧保護回路では、インバータ回路の場合、３対の上下アームが並列に接続されているので、各上下アームにバランス回路を接続することによって、過電圧時には直流電圧Ｖｄｃが各上下アームの２つのスイッチング素子の両端にほぼ均等に分圧されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

本発明の第３観点に係る過電圧保護回路では、接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと、それに対応する一対のバランス回路の中間点との間にスイッチを配置し、インバータのオフ時のみバランス回路を接続することで、バランス回路の消費電力を抑制することができる。

本発明の第４観点に係る過電圧保護回路では、抵抗素子が比較的安価であるので、バランス回路の設置によるコスト増を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る過電圧保護回路が採用されているモータ駆動装置の回路構成を示すブロック図。 モータ駆動装置の運転時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図。 モータ駆動装置の停止時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図。 モータ駆動装置の停止後、バランス回路を接続したときの上下アームへの電圧のかかり方を示す図。 本発明の第２実施形態に係る過電圧保護回路が採用されているモータ駆動装置の回路構成を示すブロック図。 その他の実施形態に係る過電圧保護回路が採用されているモータ駆動装置の停止後、バランス回路を接続したときの上下アームへの電圧のかかり方を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
（１）概要
図１は、本発明の第１実施形態に係る過電圧保護回路５０が採用されているモータ駆動装置１０の回路構成を示すブロック図である。図１において、全体のシステム１００は、モータ駆動装置１０とモータ５１とで構成されている。

（１−１）モータ５１
モータ５１は、３相のブラシレスＤＣモータであって、ステータ５２と、ロータ５３とを備えている。ステータ５２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを含む。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一方端は、それぞれインバータ２５から延びるＵ相、Ｖ相及びＷ相の各配線の駆動コイル端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに接続されている。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他方端は、互いに端子ＴＮとして接続されている。これら３相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、ロータ５３が回転することによりその回転速度とロータ５３の位置に応じた誘起電圧を発生させる。

ロータ５３は、Ｎ極及びＳ極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ５２に対し回転軸を中心として回転する。

なお、モータ５１は、例えばヒートポンプ式空気調和機の圧縮機モータ、ファンモータである。

（１−２）モータ駆動装置１０
モータ駆動装置１０は、図１に示すように、整流部２１と、平滑コンデンサ２２と、電圧検出部２３と、電流検出部２４と、インバータ２５と、ゲート駆動回路２６と、制御部４０とを備えている。これらは、例えば１枚のプリント基板上に実装されてもよい。

（２）モータ駆動装置１０の詳細構成
（２−１）整流部２１
整流部２１は、４つのダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ２ｂは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ２２のプラス側端子に接続されており、整流部２１の正側出力端子として機能する。ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ２２のマイナス側端子に接続されており、整流部２１の負側出力端子として機能する。

ダイオードＤ１ａ及びダイオードＤ１ｂの接続点は、商用電源９１の一方の極に接続されている。ダイオードＤ２ａ及びダイオードＤ２ｂの接続点は、商用電源９１の他方の極に接続されている。整流部２１は、商用電源９１から出力される交流電圧を整流して直流電源を生成し、これを平滑コンデンサ２２へ供給する。

（２−２）平滑コンデンサ２２
平滑コンデンサ２２は、一端が整流部２１の正側出力端子に接続され、他端が整流部２１の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ２２は、整流部２１によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ２２による平滑後の電圧を直流電圧Ｖｄｃという。

直流電圧Ｖｄｃは、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されるインバータ２５へ印加される。つまり、整流部２１及び平滑コンデンサ２２は、インバータ２５に対する電源供給部２０を構成している。

なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ２２として電解コンデンサが採用される。

（２−３）電圧検出部２３
電圧検出部２３は、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されており、平滑コンデンサ２２の両端電圧、即ち直流電圧Ｖｄｃの値を検出するためのものである。電圧検出部２３は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗が平滑コンデンサ２２に並列接続され、直流電圧Ｖｄｃが分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御部４０に入力される。

（２−４）電流検出部２４
電流検出部２４は、平滑コンデンサ２２及びインバータ２５の間であって、かつ平滑コンデンサ２２の負側出力端子側に接続されている。電流検出部２４は、モータ５１の起動後、モータ５１に流れるモータ電流Ｉｍを三相分の電流の合計値として検出する。

電流検出部２４は、例えば、シャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部２４によって検出されたモータ電流Ｉｍは、制御部４０に入力される。

（２−５）インバータ２５
インバータ２５は、モータ５１のＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに対応する３つの上下アームが互いに並列に、且つ平滑コンデンサ２２の出力側に接続されている。

図１において、インバータ２５は、複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという）Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ及び複数の還流用のダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂを含む。

トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂは、それぞれ互いに直列に接続されることによって各上下アームを構成しており、それによって形成された接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷそれぞれから対応する相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに向かって出力線が延びている。

各ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂは、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。このそれぞれ並列接続されたトランジスタとダイオードにより、スイッチング素子が構成される。

インバータ２５は、平滑コンデンサ２２からの直流電圧ＶｄｃがＤＣバス８０１，８０２を介して印加され、かつゲート駆動回路２６により指示されたタイミングで各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂがオン及びオフを行うことによって、モータ５１を駆動する駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する。この駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、各トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷからモータ５１の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力される。

なお、本実施形態のインバータ２５は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、電流形インバータでもよい。

（２−６）ゲート駆動回路２６
ゲート駆動回路２６は、制御部４０からの指令電圧Ｖｐｗｍに基づき、インバータ２５の各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路２６は、制御部４０によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷがインバータ２５からモータ５１に出力されるように、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲートに印加するゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。生成されたゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚは、それぞれのトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲート端子に印加される。

（２−７）バランス回路３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ
バランス回路３３ａ〜３５ｂは、抵抗素子で構成されている。一対のバランス回路３３ａ，３３ｂは、上下アームを構成する一対のスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ，Ｑ３ｂ及びダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ）と対応する。同様に、一対のバランス回路３４ａ，３４ｂは、一対のスイッチング素子（トランジスタＱ４ａ，Ｑ４ｂ及びダイオードＤ４ａ，Ｄ４ｂ）と対応し、一対のバランス回路３５ａ，３５ｂは、一対のスイッチング素子（トランジスタＱ５ａ，Ｑ５ｂ及びダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂ）と対応している。

バランス回路３３ａと３３ｂ、３４ａと３４ｂ、３５ａと３５ｂはそれぞれ互いに直列に接続され、それによって形成された接続点ＭＵ，ＭＶ，ＭＷは、トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂがそれぞれ互いに直列に接続されることによって形成された接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと繋がっている。

説明の便宜上、接続点ＭＵと接続点ＮＵとを結ぶ配線をライン４７ｕ、接続点ＭＶと接続点ＮＶとを結ぶ配線をライン４７ｖ、接続点ＭＷと接続点ＮＷとを結ぶ配線をライン４７ｗとする。

（２−８）制御部４０
制御部４０は、電圧検出部２３、電流検出部２４、及びゲート駆動回路２６と接続されている。本実施形態では、制御部４０は、モータ５１をロータ位置センサレス方式にて駆動させている。なお、ロータ位置センサレス方式に限定されるものではないので、センサ方式で行なってもよい。

ロータ位置センサレス方式とは、モータ５１の特性を示す各種パラメータ、モータ５１起動後の電圧検出部２３の検出結果、電流検出部２４の検出結果、及びモータ５１の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するＰＩ制御、モータ電流に対するＰＩ制御等を行い駆動する方式である。モータ５１の特性を示す各種パラメータとしては、使用されるモータ５１の巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。なお、ロータ位置センサレス制御については多くの特許文献が存在するので、詳細はそれらを参照されたい（例えば、特開２０１３−１７２８９号公報）。

また、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値を監視し、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたとき、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフにする保護制御も行っている。

（３）モータ駆動装置１０の動作
以下、モータ駆動装置１０の動作について説明する。図１において、制御部４０は、ゲート駆動回路２６への波形出力を行なうと共に、その波形出力状態を制御して、モータ５１を所定回転数で駆動する。

図２Ａはモータ駆動装置１０の運転時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図であり、図２Ｂはモータ駆動装置１０の停止時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図である。

図２Ａに示すように、運転中、駆動コイルＬｕに対応する上アームのトランジスタＱ３ａ、駆動コイルＬｖに対応する下アームのトランジスタＱ４ｂ、及び駆動コイルＬｗに対応する下アームのトランジスタＱ５ｂがオン動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは各上下アームのオフしているトランジスタにかかっている。

このとき、直流電圧Ｖｄｃが過大電圧になった場合、オフしているスイッチング素子のトランジスタＱ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａとダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａにその過大電圧がかかる。一つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）の素子耐圧をＶｒとすると、直流電圧Ｖｄｃ＞素子耐圧Ｖｒとなったときにスイッチング素子のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂもしくはダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂが破壊される可能性が高い。

そこで、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたと判断したとき、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフする。

これによって、図２Ｂに示すように、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧される。例えば、上アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａ）の両端には分圧値Ｖ１がかかり、下アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂ）の両端には分圧値Ｖ２がかかる。理想的には各スイッチング素子のインピーダンスが等しければＶ１＝Ｖ２となるので、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分にまで低減され、各スイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）を破壊から保護することができる。

但し、実際には、上下アームの両方のスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂ）の内部抵抗（漏れ電流）や素子の容量成分に応じて分圧されるので、均等な分圧にはならない。

そこで、図１のようにバランス回路３３ａ，３３ｂをスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ，Ｑ３ｂ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ）に、バランス回路３４ａ，３４ｂをスイッチング素子（トランジスタＱ４ａ，Ｑ４ｂ、ダイオードＤ４ａ，Ｄ４ｂ）に、バランス回路３５ａ，３５ｂをスイッチング素子（トランジスタＱ５ａ，Ｑ５ｂ、ダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂ）に対応するように接続する。

これによって、上アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａ）の両端にかかる分圧値Ｖ１と、下アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂ）の両端にかかる分圧値Ｖ２とを均等にすることができる。

（４）第１実施形態の特徴
（４−１）
モータ駆動装置１０では、制御部４０が過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）を破壊から保護することができる。

（４−２）
バランス回路３３ａ，３３ｂをトランジスタＱ３ａ，Ｑ３ｂ、及びダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂに、バランス回路３４ａ，３４ｂをトランジスタＱ４ａ，Ｑ４ｂ、及びダイオードＤ４ａ，Ｄ４ｂに、バランス回路３５ａ，３５ｂをトランジスタＱ５ａ，Ｑ５ｂ、及びダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂに対応するように接続するので、上アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ、Ｄ４ａ，Ｄ５ａ）の両端にかかる分圧値Ｖ１と、下アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂ）の両端にかかる分圧値Ｖ２とを均等にすることができ、不均等な分圧に起因するスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）の破壊を防止することができる。

＜第２実施形態＞
（１）概要
図３は、本発明の第２実施形態に係る過電圧保護回路５０が採用されているモータ駆動装置１０の回路構成を示すブロック図である。図３において、全体のシステム１００は、モータ駆動装置１０とモータ５１とで構成されている。

図３において、第２実施形態に係るモータ駆動装置１０は、図１で示された第１実施形態に加えて、リレー回路４３，４４，４５が設けられている。したがって、ここではリレー回路４３，４４，４５について説明し、それ以外の要素は第１実施形態と同様であるので、同じ名称及び符号を付して詳細な説明を省略する。

（２）モータ駆動装置１０の詳細構成
（２−１）リレー回路４３，４４，４５
リレー回路４３，４４，４５は、ライン４７ｕ，４７ｖ，４７ｗを開閉する。ここで、ライン４７ｕ，４７ｖ，４７ｗを開閉するとは、接続点ＭＵと接続点ＮＵとの間、接続点ＭＶと接続点ＮＶとの間、接続点ＭＷと接続点ＮＷとの間を接続又は遮断することである。

リレー回路４３，４４，４５は、リレー接点４３ａ，４４ａ，４５ａと、リレーコイル４３ｂ，４４ｂ，４５ｂと、トランジスタ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃと、を含んでいる。

リレー接点４３ａ，４４ａ，４５ａはライン４７ｕ，４７ｖ，４７ｗを開閉する。リレーコイル４３ｂ，４４ｂ，４５ｂは、リレー接点４３ａ，４４ａ，４５ａを動作させる。

トランジスタ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃは、リレーコイル４３ｂ，４４ｂ，４５ｂへの通電と非通電とを行う。

リレーコイル４３ｂ，４４ｂ，４５ｂの一端は、駆動用電源Ｖｂの正極に接続され、他端はトランジスタ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃのコレクタ側に接続されている。

制御部４０は、トランジスタ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル４３ｂ，４４ｂ，４５ｂへの通電と非通電を行う。

通常時、リレー回路４３，４４，４５はライン４７ｕ，４７ｖ，４７ｗを非導通状態に維持している。そして、制御部４０から各リレー回路４３，４４，４５のトランジスタ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃの各ベースに対して駆動信号が出力されたときに、各リレーコイル４３ｂ，４４ｂ，４５ｂが励磁され、リレー接点４３ａ，４４ａ，４５ａがライン４７ｕ，４７ｖ，４７ｗを導通させる方向に動作させる。

（３）モータ駆動装置１０の動作
以下、モータ駆動装置１０の動作について説明する。なお、制御部４０が、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたと判断したとき、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフするところまでは、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。

制御部４０は、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフするときに、リレー回路４３，４４，４５を介して、バランス回路３３ａ，３３ｂをトランジスタＱ３ａ，Ｑ３ｂ及びダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂに、バランス回路３４ａ，３４ｂをトランジスタＱ４ａ，Ｑ４ｂ及びダイオードＤ４ａ，Ｄ４ｂに、バランス回路３５ａ，３５ｂをトランジスタＱ５ａ，Ｑ５ｂ及びダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂに対応するように接続する。

これによって、上アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａ）の両端にかかる分圧値Ｖ１と、下アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂ）の両端にかかる分圧値Ｖ２とを均等にすることができる。

（４）第２実施形態の特徴
（４−１）
モータ駆動装置１０では、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂを破壊から保護することができる。

（４−２）
制御部４０は、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフする際に、リレー回路４３，４４，４５を介して、バランス回路３３ａ，３３ｂをトランジスタＱ３ａ，Ｑ３ｂ及びダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂに、バランス回路３４ａ，３４ｂをトランジスタＱ４ａ，Ｑ４ｂ及びダイオードＤ４ａ，Ｄ４ｂに、バランス回路３５ａ，３５ｂをトランジスタＱ５ａ，Ｑ５ｂ及びダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂに対応するように接続するので、上アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ、Ｄ４ａ，Ｄ５ａ）の両端にかかる分圧値Ｖ１と、下アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂ）の両端にかかる分圧値Ｖ２とを均等にすることができ、不均等な分圧に起因するスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）の破壊を防止することができる。

（４−３）
接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと、それに対応する一対のバランス回路の中間点との間にスイッチを配置し、インバータのオフ時のみバランス回路を接続することで、バランス回路の消費電力を抑制することができる。

すなわち、スイッチがなくバランス回路が常時接続されている場合には、インバータのスイッチング素子のオン時には、片アーム側のバランス回路に対して直流電圧Ｖｄｃが印加されることになるため、例えばバランス回路の抵抗値をＲとすれば、バランス回路の消費電力は（Ｖｄｃ）²／Ｒとなるが、バランス回路が接続されていない状態では、バランス回路の消費電力は（Ｖｄｃ）²／２Ｒとなるため、消費電力を１／２に抑えることができる。

＜その他の実施形態＞
（Ａ）
スイッチはリレーではなく、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを用いてもよい。その場合はより高速にバランス回路を接続することができるため、分圧が不均一となる状態を早く脱することができる。

（Ｂ）
第２実施形態より更に消費電力を低減するため、バランス回路自体を接続／遮断する第２スイッチを更に設けてもよい。

図４は、その他の実施形態に係る過電圧保護回路５０が採用されているモータ駆動装置１０の停止後、バランス回路３３ａ，３３ｂを接続したときの上下アームへの電圧のかかり方を示す図である。図４において、第２スイッチ４７は通常は接点４７ａをオフ（開）としておき、リレー回路４３のリレー接点４３ａをオンすると同時に第２スイッチ４７が接点４７ａをオン（閉）とすることにより、通常状態におけるバランス回路の電力消費をゼロとすることができる。

本願発明は、上下アームの各トランジスタを過電圧から保護することができるので、インバータを用いた他の駆動装置にも有用である。

２０ 電源供給部
２３ 電圧検出部
３３ａ バランス回路
３３ｂ バランス回路
３４ａ バランス回路
３４ｂ バランス回路
３５ａ バランス回路
３５ｂ バランス回路
４０ 制御部
４３ リレー回路（スイッチ）
４４ リレー回路（スイッチ）
４５ リレー回路（スイッチ）
５０ 過電圧保護回路
Ｑ３ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ３ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ５ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ５ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
ＮＵ 接続点
ＮＶ 接続点
ＮＷ 接続点
Ｖｄｃ 直流電圧

特開２００７−１６６８１５号公報

Claims (4)

1. 複数の上下アームそれぞれが２つのスイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）それぞれから対応する負荷へ電圧を出力する電源装置の過電圧保護回路であって、
   前記上下アームに直流電圧（Ｖｄｃ）を供給する電源供給部（２０）と、
   前記上下アームに並列に接続された電圧検出部（２３）と、
   前記電源供給部（２０）と前記上下アームとを結ぶ一対のＤＣバスと前記接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）との間に配置されるバランス回路（３３ａ、３３ｂ，３４ａ、３４ｂ，３５ａ、３５ｂ）と、
   前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオンオフ動作させる制御部（４０）と、
   を備え、
   前記制御部（４０）は、前記電圧検出部（２３）の検出値が所定の閾値を超えたとき、前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフにする、
   過電圧保護回路（５０）。
2. 前記バランス回路（３３ａ、３３ｂ，３４ａ、３４ｂ，３５ａ、３５ｂ）は、複数の前記上下アームの各スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）ごとに対応するように配置されている、
   請求項１に記載の過電圧保護回路（５０）。
3. 前記接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）と、それに対応する一対の前記バランス回路（３３ａ、３３ｂ，３４ａ、３４ｂ，３５ａ、３５ｂ）の中間点との間を接続又は遮断するスイッチ（４３，４４，４５）をさらに備え、
   前記制御部（４０）は、前記電圧検出部（２３）の検出値が所定の閾値を超えたとき、前記バランス回路（３３ａ、３３ｂ，３４ａ、３４ｂ，３５ａ、３５ｂ）を接続する、
   請求項１又は請求項２に記載の過電圧保護回路（５０）。
4. 前記バランス回路（３３ａ、３３ｂ，３４ａ、３４ｂ，３５ａ、３５ｂ）は、抵抗素子で構成されている、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の過電圧保護回路（５０）。

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