JP2019187042A - Discharge method and discharge device for smoothing capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、平滑コンデンサを放電方法及び放電装置に関する。 The present invention relates to a discharge method and a discharge device for a smoothing capacitor.
電圧形インバータ回路（以降、インバータ回路と称する）は直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器であり、広く交流モータの可変速駆動用途に使われている。インバータ回路は、環境意識の高まりを背景に市場規模を拡大するハイブリッド電気自動車や電気自動車の中核部品の一つでもある。 A voltage source inverter circuit (hereinafter referred to as an inverter circuit) is a power converter that converts a DC voltage into an AC voltage, and is widely used for variable-speed drive applications of AC motors. Inverter circuits are one of the core components of hybrid electric vehicles and electric vehicles that expand the market scale against the backdrop of growing environmental awareness.
これら自動車用途では、特に、何らかの不具合により起こる現象を回避するため、各種異常の検出手段を設け、異常検出結果に応じて、より安全な動作状態にシステムを遷移させている。 In these automobile applications, in particular, in order to avoid a phenomenon caused by some trouble, various abnormality detection means are provided, and the system is shifted to a safer operating state according to the abnormality detection result.
また、インバータ回路に供給される直流電圧が６０Ｖを超える場合には、スイッチング動作に伴う電圧リプルを除去するためにインバータ回路に並列接続された平滑コンデンサの電荷を所定時間内に放電するための電力消費手段が設けられている。電力消費手段は、イグニッションをオフにする事で車両を停止状態にした場合や、事故などによりシステムが必要と判断した場合に動作させ、平滑コンデンサの放電を行い、その電圧が人身の感電がないレベル（６０Ｖ未満）にし、安全を確保している。 Further, when the DC voltage supplied to the inverter circuit exceeds 60V, the power for discharging the charge of the smoothing capacitor connected in parallel to the inverter circuit within a predetermined time in order to remove the voltage ripple accompanying the switching operation. Consumption means are provided. The power consumption means is operated when the vehicle is stopped by turning off the ignition, or when the system determines that the system is necessary due to an accident, etc., and the smoothing capacitor is discharged. Level (less than 60V) to ensure safety.
なお、電力消費手段としては、最低２手段の採用（冗長性）が求められ、放電に係る時間は例えば、第１の手段では５ｓ以内、第２の手段では５分以内に６０Ｖ未満にする必要がある。 It should be noted that at least two means are required to be used as power consumption means (redundancy), and the discharge time needs to be less than 60 V within 5 s for the first means and within 5 minutes for the second means, for example. There is.
こうした技術は、例えば、特許文献１や特許文献２などに記載されている。
Such a technique is described in, for example,
特許文献１には、平滑コンデンサの電荷を所定時間内に放電するための電力消費手段として、放電抵抗並びに、スイッチ素子を直列に接続した回路を平滑コンデンサに並列接続する回路（放電回路）が例示され、何らかの制御が実施される事が記載されている。
ここで、平滑コンデンサの放電動作は、コンタクタが開放されているときに、実行されなければならず、コンタクタの故障により、閉路が形成されている場合には、平滑コンデンサの放電を停止するように制御する必要がある。 Here, the discharging operation of the smoothing capacitor must be performed when the contactor is open. If the closed circuit is formed due to the failure of the contactor, the discharging of the smoothing capacitor is stopped. Need to control.
そこで、特許文献２には、例えば、特許文献１記載に例示された放電回路を制御する方法が詳細に示されている。特許文献２に記載の技術によれば、平滑コンデンサ電圧の電圧を検出し、イグニッションをオフすることにより、直流バッテリーとインバータ回路の間に直列接続されたコンタクタの開放指令が与えられた時を基点に、所定時間毎に検出電圧値の変化を算出し、その結果と所定の閾値を比較判定して、コンデンサ放電が正常に行われているか判定している。これにより、例えば、コンタクタが故障して、指令に反し、閉路を形成している場合は、異常と判定でき、放電動作を停止することで、放電抵抗の不具合発生（過熱による焼損など）を未然に防ぐことが出来る。
Therefore,
しかし、特許文献２に記載の技術は、電圧変化を演算し、比較するような複雑な処理が必要で、その診断確定には所定の時間が必要となる、また、上位コントローラがコンタクタの異常判断を行うために、その期間の放電継続が要求される場合がある。その診断時間はシステム的に決められるため、ユニット単位の診断時間より長い。そして、診断の結果を確定させるまでに消費される電力を加味して、放電抵抗の定格電力を設定すると、抵抗の体格が大きくなり、延いては、コストアップや実装のためのサイズが大きくなるなどの課題があった。
However, the technique described in
高圧バッテリーとコンデンサの電気接続がコンタクタなどにより断たれ、コンデンサ電圧は放電を開始し、電圧が降下する。その電圧変化を検出し、コンタクタの開放を判定し、放電動作を開始する放電回路がある。この放電回路は、コンタクタの開放を判定し、動作を開始するため、前記のような放電開始後に診断を行う故に、判定確定時間に伴う抵抗体格のアップの必要がない。 The electrical connection between the high-voltage battery and the capacitor is broken by the contactor or the like, and the capacitor voltage starts to discharge, and the voltage drops. There is a discharge circuit that detects the voltage change, determines whether the contactor is open, and starts a discharge operation. Since this discharge circuit determines whether the contactor is open and starts its operation, the diagnosis is performed after the start of the discharge as described above. Therefore, it is not necessary to increase the resistance body with the determination determination time.
しかしながら、この放電回路は、通常運転モード時、モータ負荷をインバータ回路により、電動機動作させた場合、高圧バッテリーからインバータ回路を電気接続する電路インピーダンスにより電圧降下が生ずる。延いては、放電回路は、コンタクタが閉じた状態であるにも関わらず、開放状態にあるという誤判定をする問題がある。 However, in this discharge circuit, when the motor load is operated by an inverter circuit by an inverter circuit in the normal operation mode, a voltage drop occurs due to an electric circuit impedance that electrically connects the inverter circuit from the high voltage battery. As a result, there is a problem that the discharge circuit erroneously determines that the contactor is in an open state even though the contactor is in a closed state.
本発明の目的は、コンタクタが閉じた状態で平滑コンデンサの放電を行うことを防止でき、安全で高信頼性を有する平滑コンデンサの放電方法及び放電装置を実現することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to realize a smoothing capacitor discharging method and discharging apparatus that can prevent a smoothing capacitor from being discharged in a state where a contactor is closed, and that is safe and highly reliable.
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
平滑コンデンサの放電方法において、直流６０Ｖを越える電源により駆動されるインバータ回路に接続された平滑コンデンサに並列に接続され、前記電源と前記インバータ回路との接続及び分離を行うコンタクタにより、前記電源と前記インバータ回路とが分離されたと判定したときに、前記平滑コンデンサを放電させる放電動作を行い、前記インバータ回路が動作しているか否かを判定し、動作していると判定したとき、前記放電部の前記放電動作を停止させる。 In the smoothing capacitor discharging method, the contact between the power source and the inverter circuit is connected in parallel to a smoothing capacitor connected to an inverter circuit driven by a power source exceeding 60 V DC, and the power source and the inverter circuit are connected and separated. When it is determined that the inverter circuit is separated, a discharge operation is performed to discharge the smoothing capacitor, whether the inverter circuit is operating, and when it is determined that the inverter circuit is operating, The discharge operation is stopped.
平滑コンデンサの放電装置において、直流６０Ｖを越える電源により駆動されるインバータ回路に接続された平滑コンデンサに並列に接続され、前記電源と前記インバータ回路との接続及び分離を行うコンタクタにより、前記電源と前記インバータ回路とが分離されたと判定したときに、前記平滑コンデンサを放電させる放電動作を行う放電部と、前記インバータ回路が動作しているか否かを判定し、動作していると判定したとき、前記放電部の前記放電動作を停止させるインバータ動作判定部とを備える。 In the smoothing capacitor discharging apparatus, the power supply and the inverter circuit are connected in parallel to a smoothing capacitor connected to an inverter circuit driven by a power supply exceeding DC 60 V, and the power supply and the inverter circuit are connected and separated by a contactor. When it is determined that the inverter circuit is separated, a discharge unit that performs a discharge operation for discharging the smoothing capacitor, and whether or not the inverter circuit is operating, and when it is determined that the inverter circuit is operating, An inverter operation determination unit for stopping the discharge operation of the discharge unit.
コンタクタが閉じた状態で平滑コンデンサの放電を行うことを防止でき、安全で高信頼性を有する平滑コンデンサの放電方法及び放電装置を実現することができる。 It is possible to prevent the smoothing capacitor from being discharged in a state in which the contactor is closed, and it is possible to realize a smoothing capacitor discharging method and discharge device that are safe and highly reliable.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１が適用されるモータ駆動装置の構成図である。図１に示した例は、自動車用途の交流モータの可変速駆動系におけるモータ駆動装置である。
Example 1
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor drive device to which a first embodiment of the present invention is applied. The example shown in FIG. 1 is a motor drive device in a variable speed drive system of an AC motor for automobile use.
図１に示すように、モータ駆動装置は、６０Ｖを越える高圧バッテリー１（電源）、インバータ回路２、直流入力電圧検出器４、交流出力電流検出器５、６、７、回転角検出器（回転位置検出器）８、制御回路９、ゲート駆動回路１０、制御やゲート駆動に必要なスイッチング電源１１を備え、交流モータ３を駆動する。
As shown in FIG. 1, the motor drive device includes a high voltage battery 1 (power source) exceeding 60V, an
インバータ回路２には平滑コンデンサ１２並びに、コンデンサ（Ｃ１）１３、コンデンサ（Ｃ２）１４を直列接続したものが並列に接続されている。それぞれのコンデンサ容量は、例えば、平滑コンデンサ１２の容量Ｃ０は、約８００μＦと大きく、コンデンサ１３の容量Ｃ１とコンデンサ１４の容量Ｃ２は、それぞれ０．１μＦと小さい。
The
また、放電回路１５（放電部）が、平滑コンデンサ１２及びインバータ回路２に並列に接続されている。
A discharge circuit 15 (discharge unit) is connected in parallel to the
図１に示す通り、低圧バッテリー１７により例えば、１２Ｖを入力としたスイッチング電源１１から動作電圧が、制御回路９及びゲート駆動回路１０に与えられる。そして、インバータ回路２は、図示しない上位コントローラの指令に基づき、その出力電流が所定になるように制御され、モータ３が電動もしくは、発電の動作をする。
As shown in FIG. 1, for example, an operating voltage is supplied to the control circuit 9 and the
また、放電回路１５、平滑コンデンサ１５、インバータ回路２にはコンタクタ１６（高圧バッテリー１（電源）とインバータ回路２との接続及び分離を行う）が接続されている。コンタクタ１６は、高圧バッテリー１の直流バス（＋）及び直流バス（−）に接続されている。また、図示しない、例えば高圧バッテリーコントローラにより、コンタクタ１６の開閉が行われ、運転中は高圧バッテリー１とインバータ回路２との間は、閉路が構成される。モータ３が電動の動作では、バッテリー１からインバータ回路２に電流が流れ、モータ３が発電の動作では、インバータ回路２から高圧バッテリー１に電流が流れる。
Further, a contactor 16 (which connects and disconnects the high voltage battery 1 (power source) and the inverter circuit 2) is connected to the
コンタクタ１６が閉となっている状態では、放電回路１５は動作しない。放電回路１５は、コンタクタ１６が開となっていること（高圧バッテリー１（電源）とインバータ回路２とが分離されたこと）を判定し、この状態において動作し、平滑コンデンサ１２の放電を行う構成となっている。つまり、コンタクタ１６が開放されると、高圧バッテリー１と平滑コンデンサ１２との電気接続が断たれ、平滑コンデンサ１２は放電を開始し、電圧が降下する。放電回路１５は、平滑コンデンサ１２の電圧降下を検出し、コンタクタ１５が開放されたと判定し、平滑コンデンサ１２の放電動作を開始する。
When the
図２は、本発明の実施例１を、図１に示したモータ駆動回路に適用した場合の要部構成図である。本発明の実施例１においては、図１に示したモータ駆動回路に、図２に示したインバータ回路動作判定回路１５ａが配置されている。
FIG. 2 is a configuration diagram of a main part when the first embodiment of the present invention is applied to the motor drive circuit shown in FIG. In the first embodiment of the present invention, the inverter drive
インバータ回路動作判定回路１５ａには、制御回路９がゲート駆動回路１０に出力する駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗが供給される。駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗは、インバータ回路２が備えるスイッチ素子であるトランジスタのオンオフ制御を行うための信号である。
Drive signals Su, Sv, Sw output from the control circuit 9 to the
インバータ回路動作判定回路１５ａは、制御回路９から出力された駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗに基づいてインバータ回路２が備えるスイッチ素子がオンオフ制御されているか否かを判定する（インバータ回路２が動作しているか否かを判定する）。
The inverter circuit
インバータ回路動作判定回路１５ａは、インバータ回路２が備えるスイッチ素子がオンオフ制御されていると判定した場合は、放電回路１５に放電停止信号Ｓｔｏｐを送り、放電回路１５の放電動作を停止させる。放電回路１５は、平滑コンデンサ１２の放電動作を開始しようとしても、インバータ回路動作判定回路１５ａから放電停止信号Ｓｔｏｐが送られているので、放電動作の開始を停止する。
When the inverter circuit
コンタクタ１６が閉じた状態で、制御回路９が運転モードに移行し、図１に示したモータ３をインバータ回路２により、電動機動作をさせた場合、高圧バッテリー１とインバータ回路２とを電気的に接続するための電路におけるインピーダンスにより電圧降下が生ずる。この場合、放電回路１５は、コンタクタ１６が閉じた状態であるにも関わらず、インピーダンスにより生じた電圧降下によって、コンタクタ１６が開放状態にあるという誤判定をする場合がある。
When the
放電回路１５が誤判定し、コンタクタ１６が閉状態であるにも関わらず、平滑コンデンサ１２の放電を開始した場合であっても、モータ３の運転中であるから、制御回路９から駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗが出力されている。インバータ回路動作判定回路１５ａは駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗが出力されていることから、スイッチ素子がオンオフ制御されていると判定し、放電回路１５に放電停止信号Ｓｔｏｐを送る。
Even when the
これにより、モータ３の運転時に、放電回路１５がコンタクタ１６は開状態であるという誤判定を防止し、平滑コンデンサ１２の放電動作の開始を停止することができる。
Thereby, during operation of the motor 3, the
すなわち、本発明の実施例１によれば、コンタクタが閉じた状態で平滑コンデンサの放電を行うことを防止でき、安全で高信頼性を有する平滑コンデンサの放電方法及び放電装置を実現することができる。 That is, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to prevent the smoothing capacitor from being discharged while the contactor is closed, and it is possible to realize a smoothing capacitor discharging method and discharging device that are safe and highly reliable. .
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図３は、本発明の実施例２が適用されるモータ駆動装置の放電回路１５、電源回路３０、及び平滑コンデンサ１２の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of the
図３において、平滑コンデンサ１２が接続された直流バス（＋）（−）に、放電回路１５並びに放電回路１５を駆動する電源回路３０が接続されている。
In FIG. 3, a
放電回路１５は、電力消費体としての放電抵抗２０と、放電抵抗２０に流れる電流を略一定に制御するためのスイッチ素子２１（電流一定制御部）と、電流検出抵抗２５と、ローパスフィルタ回路２３と、ヒステリシスコンパレータ回路２２と、電流指令設定回路２４と、電流指令切替回路２６と、電圧時間変化率検出回路２７とを備える。
The
ローパスフィルタ回路２３は、抵抗２３−１の一端とコンデンサ２３−２の一端とが接続され、抵抗２３−１の他端とオペアンプ２３−３の出力端子とが接続されている。コンデンサ２３−２の他端はＧＮＤに接続される。オペアンプ２３−３の出力端子には抵抗２３−４の一端が接続され、抵抗２３−４の他端と抵抗２３−５の一端とが接続されて直列抵抗回路を形成し、抵抗２３−４と抵抗２３−５との接続点は、オペアンプ２３−３の負入力端に接続されている。抵抗２３−５の他端はＧＮＤに接続されている。 In the low-pass filter circuit 23, one end of the resistor 23-1 and one end of the capacitor 23-2 are connected, and the other end of the resistor 23-1 and the output terminal of the operational amplifier 23-3 are connected. The other end of the capacitor 23-2 is connected to GND. One end of the resistor 23-4 is connected to the output terminal of the operational amplifier 23-3, and the other end of the resistor 23-4 and one end of the resistor 23-5 are connected to form a series resistor circuit. The connection point with the resistor 23-5 is connected to the negative input terminal of the operational amplifier 23-3. The other end of the resistor 23-5 is connected to GND.
ヒステリシスコンパレータ回路２２は、電流検出抵抗２５を介して得られる放電抵抗２０に流れる電流に比例したローパスフィルタ回路２３通過後の電圧と、放電回路１５の電源電圧を分圧抵抗により所定電流に対応し設定した電圧とを入力として、スイッチ素子２１をオンオフ制御する。
The
また、ヒステリシスコンパレータ回路２２は、コンパレータ２２−１と、ヒステリシス幅設定抵抗２２−２及び２２−３とを備えている。ヒステリシス幅設定抵抗２２−２の一方端とヒステリシス幅設定抵抗２２−３の一方端とが接続され、この接続点がコンパレータ２１−１の出力端子に接続されている。ヒステリシス幅設定抵抗２２−２の他端はコンパレータ２２−１の正入力端に接続され、ヒステリシス幅設定抵抗２２−３の他端は放電回路１５の正電源に接続されている。コンパレータ２１−１の負入力端は、ローパスフィルタ回路２３の抵抗２３−１の一端とコンデンサ２３−２の一端との接続点に接続されている。
The
スイッチ素子２１は、ＦＥＴ２１−１のゲート端子は、抵抗２１−２を介してコンパレータ２２−１の出力端子が接続されている。ＦＥＴ２１−１のドレインは放電抵抗２０の一端にされている。放電抵抗２０の他端は、直流バス（＋）に接続されている。また、ＦＥＴ２１−１のソースは、電流検出抵抗２５の一端に接続され、電流検出抵抗２５の他端は直流バス（−）に接続されている。また、ＦＥＴ２１−１のソースと電流検出抵抗２５との接続点は、オペアンプ２３−３の正入力端に接続されている。
In the
ローパスフィルタ回路２３は、その周波数特性を決定するコンデンサ２３−２と抵抗２３−１に加えて、抵抗２３−４と抵抗２３−５により所定ゲインを設定できるＯＰアンプ２３−３を備えることにより、放電抵抗２０を流れる電流の検出感度を設定することができる。 The low-pass filter circuit 23 includes an OP amplifier 23-3 that can set a predetermined gain by the resistor 23-4 and the resistor 23-5 in addition to the capacitor 23-2 and the resistor 23-1 that determine the frequency characteristics. The detection sensitivity of the current flowing through the discharge resistor 20 can be set.
所定電流に対応し設定した電圧を出力する電流指令設定回路２４（放電抵抗２０に流れる略一定の電流を切り替える電流指令設定部）は、抵抗２４−１と、抵抗２４−２と、抵抗２４−３とを備え、抵抗２４−１と抵抗２４−２との分圧比で決まるレベル、抵抗２４−１と抵抗２４−３の分圧比で決まるレベルにより、電流指令切替え回路２６のコンパレータ２６−１の出力が設定される。 A current command setting circuit 24 (a current command setting unit that switches a substantially constant current flowing through the discharge resistor 20) that outputs a voltage set corresponding to a predetermined current includes a resistor 24-1, a resistor 24-2, and a resistor 24- 3 and the level determined by the voltage dividing ratio between the resistors 24-1 and 24-2, and the level determined by the voltage dividing ratio between the resistors 24-1 and 24-3, the comparator 26-1 of the current command switching circuit 26 Output is set.
オープンコレクタ出力であるコンパレータ２６−１は、その出力がＯＦＦ（出力−ＧＮＤ間がハイインピーダンス）の場合、抵抗２４−１と抵抗２４−２とで決まる電流指令値が、コンパレータ２６−１の出力がＯＮ（出力−ＧＮＤ間がローインピーダンス）の場合、抵抗２４−１と抵抗２４−３で決まる電流指令値が、ヒステリシスコンパレータ回路２２のコンパレータ２２−１の正入力端に供給される。
When the output of the comparator 26-1 which is an open collector output is OFF (output-GND is high impedance), the current command value determined by the resistor 24-1 and the resistor 24-2 is the output of the comparator 26-1. Is ON (low impedance between output and GND), the current command value determined by the resistors 24-1 and 24-3 is supplied to the positive input terminal of the comparator 22-1 of the
電流指令切替え回路２６のコンパレータ２６−１の負入力端には、電圧時間変化率検出回路２７のコンデンサ２７−２と直列接続された抵抗２７−４により構成された不完全微分回路が接続されている。コンパレータ２６−１の負入力端を接続点の一方とした抵抗２７−３及び抵抗２７−４はコンパレータ２６−１の負入力レベルをバイアスし、単電源動作のコンパレータ２６−１で上記微分回路出力が減少する場合においても、判定可能とする目的で接続されている。
Connected to the negative input terminal of the comparator 26-1 of the current command switching circuit 26 is an incomplete differentiation circuit composed of a resistor 27-4 connected in series with a capacitor 27-2 of the voltage time change
コンパレータ２６−１の正入力には、上記微分回路により検知される電圧の時間変化率に基づき、電流指令設定回路２４の電流指令値を切替えるための予定の値を設定する。それは正入力に接続された抵抗２６−２と抵抗２６−３との分圧比により設定できる。 A predetermined value for switching the current command value of the current command setting circuit 24 is set in the positive input of the comparator 26-1 based on the time change rate of the voltage detected by the differentiation circuit. It can be set by the voltage division ratio between the resistor 26-2 and the resistor 26-3 connected to the positive input.
電圧時間変化率検出回路２７のコンデンサ２７−２と直列接続された抵抗２７−３により構成された不完全微分回路の残る一方には、平滑コンデンサ１２両端電圧を分圧した信号を入力とするゲイン１のオペアンプ２７−１の出力が接続されているため、上記微分回路により検知される電圧の時間変化率は、平滑コンデンサ１２の両端電圧の変化を示す。
On the other side of the incomplete differentiation circuit constituted by the resistor 27-3 connected in series with the capacitor 27-2 of the voltage time change
オペアンプ２７−１の正入力端には、平滑コンデンサ１２の両端電圧を分圧する抵抗２７−６と抵抗２７−５との接続点が接続されている。オペアンプ２７−１の負入力は、オペアンプ２７−１の出力端に接続されている。
The positive input terminal of the operational amplifier 27-1 is connected to a connection point between a resistor 27-6 and a resistor 27-5 that divides the voltage across the smoothing
電流指令切替回路２６と電圧時間変化率検出回路２７とにより、平滑コンデンサ１２の両端電圧の時間変化率を検出し、それに応答して放電抵抗２０に流れる電流レベルの切り替えを指令する電流切替指令部を形成する。
The current command switching circuit 26 and the voltage time change
電源回路３０（電源回路部）は、電流を制限するための抵抗３０−１と、この抵抗３０−１と直列に接続され、所定の略一定電圧を得るためのツェナダイオード３０−２と、このツェナダイオード３０−２に並列接続されたリプル分除去用のコンデンサ３０−３を備えている。電源回路３０は、平滑コンデンサ１２の両端から放電回路１５を駆動する電源を供給する。
The power supply circuit 30 (power supply circuit section) includes a resistor 30-1 for limiting current, a Zener diode 30-2 connected in series with the resistor 30-1, and for obtaining a predetermined substantially constant voltage, A ripple removing capacitor 30-3 connected in parallel to the Zener diode 30-2 is provided. The power supply circuit 30 supplies power for driving the
図４は、実施例２による放電回路１５の放電動作時における、直流バス（＋）及び直流バス（−）の両端電圧並びに、放電抵抗２０に流れる電流をＳＰＩＣＥ（シミュレーションソフトウェア）により、シミュレーションした結果を示す図である。
FIG. 4 shows the result of simulating the voltage at both ends of the DC bus (+) and DC bus (−) and the current flowing through the discharge resistor 20 by SPICE (simulation software) during the discharging operation of the discharging
なお、平滑コンデンサ１２の容量Ｃ０は８００μＦ、放電抵抗２０の抵抗価は８００Ω、電流検出抵抗２５の抵抗値は０．２Ω、電流検出信号を得るローパスフィルタ回路２３のオペアンプ２３−３のゲインは３６とした。
The capacitance C0 of the smoothing
また、ヒステリシスコンパレータ回路２２にて比較する電圧基準（電流指令）は電圧の時間変化率が所定値より低い場合は１３０ｍＶ（１８ｍＡ）と設定し、そうでない場合は２３１５ｍＶ（３２０ｍＡ）と設定した。
The voltage reference (current command) to be compared by the
上記電圧の時間変化率の所定値は、１８ｍＡの放電による平滑コンデンサ１２の電圧の時間変化率以下に設定した。
The predetermined value of the time change rate of the voltage was set to be equal to or less than the time change rate of the voltage of the smoothing
そして、平滑コンデンサ１２両端電圧の初期電圧は５５０Ｖとし、時刻０ｓにバッテリーコンタクタ１６（図１に示す）は開放されたと設定した。
Then, the initial voltage of the voltage across the smoothing
図４の（ａ）は、平滑コンデンサ１２の両端電圧の時間変化を示し、図４の（ｂ）は、放電抵抗２０に流れる電流を示している。
4A shows the change over time of the voltage across the smoothing
また、図４の（ａ−１）は、図４の（ａ）における時間０〜０．２秒までを拡大して示す図である。また、図４の（ｂ−１）は、図４の（ｂ）における時間０〜０．０５秒までを拡大して示す図であり、図４の（ｂ−２）は、図４の（ｂ）における時間０．２〜０．２５秒までを拡大して示す図である。
Moreover, (a-1) of FIG. 4 is an enlarged view showing the
図４の（ｂ−１）及び（ｂ−２）をそれぞれ参照すれば、スイッチ素子２１により放電抵抗２０に流れる電流はパルス状に制御されている様子がわかる。
Referring to (b-1) and (b-2) of FIG. 4, it can be seen that the current flowing through the discharge resistor 20 by the
また、図４の（ｂ−１）及び（ｂ−２）では後者が、通電パルスの幅が前者に比べ、広くなっている。図４の（ｂ−１）の期間は、そのパルス電流の平均は概ね１８ｍＡであり、図４の（ｂ−２）の期間のパルス電流の平均は概ね３００ｍＡとなっている。また、設定したスイッチ制御するためのヒステリシス幅では、スイッチング周波数は５００Ｈｚ程度となっている。放電動作時は、このスイッチングに伴う損失とスイッチ素子２１の導通損失が、消費電力に加算され、平滑コンデンサ１２の放電の補助となる。
In (b-1) and (b-2) of FIG. 4, the latter has a wider energization pulse width than the former. During the period (b-1) in FIG. 4, the average pulse current is approximately 18 mA, and the average pulse current during the period (b-2) in FIG. 4 is approximately 300 mA. In the hysteresis width for controlling the set switch, the switching frequency is about 500 Hz. During the discharge operation, the loss associated with the switching and the conduction loss of the
なお、図４の（ａ）に示すように、時間０．９５ｓ以降は平滑コンデンサ１２の両端電圧が２５６Ｖ（＝８００Ω×３２０ｍＡ）より下がったため、スイッチ素子２１が常時オンの動作モードとなった。
As shown in FIG. 4A, the voltage across the smoothing
平滑コンデンサ１２の両端電圧は、図４に示した放電動作により、略２２．５Ｖ／ｓにて下降する（図４の（ａ−１）参照）。そして、この電圧下降により、設定した時間変化率の検出値が所定値を越えると、電流指令が３００ｍＡに切替り、放電動作による平滑コンデンサ１２の両端電圧の時間変化率は、略４００Ｖ／ｓに増大して、下降する。この電圧変化率の変化は、概ね時刻０．１３ｓで起こっている。
The voltage across the smoothing
その結果、平滑コンデンサ１２の両端電圧は概ね１．８ｓで６０Ｖ未満になっている。このように、本発明の実施例２を適用することで、所定の放電を短時間に達成できることがわかる。
As a result, the voltage across the smoothing
さらに、放電回路１５を動作させる電源を、電源回路３０により、平滑コンデンサ１２の両端から得ているため、電圧が６０Ｖ以上である場合は、制御回路９の電源である低圧バッテリー１７が切り離された状態であっても、放電動作が継続できるという特有の効果も有している。
Furthermore, since the power supply for operating the
また、放電回路１５を動作させる電源経路３０は、平滑コンデンサ１２を放電せしめるため、十分な安全確保のために、早い時間で放電を実現できる回路とは別に搭載を求められる常時放電回路として、活用することができる。
Further, the power supply path 30 for operating the
図５は、図３に示した放電回路１５が放電開始を誤判定する事を防止するインバータ回路動作判定回路１５ａを示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an inverter circuit
図５において、図１及び図２に示したインバータ回路２のスイッチ素子Ｔｕ−、Ｔｖ−、Ｔｗ−を駆動するための駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを、ＥＸＯＲ回路１５ａ−１、ＥＸＯＲ回路１５ａ−２、及びＥＸＯＲ回路１５ａ−３の一方の入力端に入力している。また、駆動信号Ｓｕを、抵抗１５ａ−６及びコンデンサ１５ａ―７で構成したＲＣフィルタ回路に入力し、駆動信号Ｓｖを、抵抗１５ａ−８及びコンデンサ１５ａ―９で構成したＲＣフィルタ回路に入力し、駆動信号Ｓｗを、抵抗１５ａ−１０及びコンデンサ１５ａ―１１で構成したＲＣフィルタ回路に入力し、これらのフィルタ回路出力は、それぞれ、ＥＸＯＲ回路１５ａ−１、１５ａ−２、１５ａ−３の他方の入力端に入力している。
In FIG. 5, drive signals Su, Sv, Sw for driving the switch elements Tu−, Tv−, Tw− of the
ＥＸＯＲ回路１５ａ−１、１５ａ−２、１５ａ−３は、駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗのパルス波が入力されると、その立上り、立下りを起点に所定のパルス幅の信号を出力する。図５には、駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗと、ＥＸＯＲ回路１５ａ−１、１５ａ−２、１５ａ−３の出力Ｏｕ、Ｏｖ、Ｏｗとの関係を示している。所定のパルス幅は、抵抗１５ａ−６、１５ａ−８、１５ａ−１０とコンデンサ１５ａ−７、１５ａ−９、１５ａ−１１で調整することができる。
When the pulse waves of the drive signals Su, Sv, Sw are input, the
ＥＸＯＲ回路１５ａ−１、１５ａ−２、１５ａ−３の出力Ｏｕ、Ｏｖ、Ｏｗは、ダイオード１５ａ−１２、１５ａ−１３、１５ａ−１４のアノードに入力され、これらダイオード１５ａ−１２、１５ａ−１３、１５ａ−１４のカソードは互いに接続され、抵抗１５ａ−４とコンデンサ１５ａ−５で構成したＲＣフィルタ回路に入力されている。
The outputs Ou, Ov, Ow of the
そして、抵抗１５ａ−４とコンデンサ１５ａ−５で構成したＲＣフィルタ回路の出力はコンパレータ１５ａ−１８の負入力端に接続されている。コンパレータ１５ａ―１８の正入力端には抵抗１５ａ−１５の一方端と１５ａ−１６の一方端との接続点に接続されている。
The output of the RC filter circuit composed of the
また、抵抗１５ａ−１５の他端は正電源に接続され、抵抗１５ａ−１６の他端はグラウンドに接続されて、コンパレータ１５ａ−１８の比較基準電圧を供給している。
Further, the other end of the
コンパレータ１５ａ−１８の出力端子はフォトカプラー１５ａ−１９のフォトダイオードのカソードに接続され、そのアノードは抵抗１５ａ−１７の一方端に接続されている。また、抵抗１５ａ−１７の他端は正電源に接続されている。
The output terminal of the
上述の通り、駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗがパルス波となった場合、すなわち、モータ３を動作させるためインバータ回路２にスイッチング信号が与えられた場合、抵抗１５ａ−４とコンデンサ１５ａ−５で構成したＲＣフィルタ回路出力が上昇し、比較基準電圧を超えるとコンパレータ１５ａ−１８の出力トランジスタはオンとなり、抵抗１５ａ−１７を介して、正電源からフォトダイオードに電流が流れ、フォトカプラー１５ａ−１９のフォトトランジスタをオンとする。このフォトトランジスタのコレクタは放電回路１５の放電抵抗２０に接続されたスイッチ素子２１のＦＥＴ２１−１のゲート端子に接続された、抵抗２１−２の一端に接続している。ＦＥＴ２１−１のソース端子は電流検出抵抗２５を介してグラウンドに接続される。
As described above, when the drive signals Su, Sv, and Sw become pulse waves, that is, when a switching signal is given to the
よって、フォトカプラー１５ａ−１９のフォトトランジスタがオンすると、スイッチ素子２１のＦＥＴ２１−１のゲート電圧が略０となり、放電動作は停止する。
Therefore, when the phototransistor of the
本発明の実施例２によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる他、放電回路１５の放電動作用電源を、平滑コンデンサ１２の充電電圧を利用する電源回路３０から得るように構成したので、平滑コンデンサ２１の放電時間を短縮化することができると共に、放電回路の動作用電源を別箇設ける必要が無いという効果を得ることができる。
According to the second embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the power supply for the discharge operation of the
なお、上述した例は、本発明を、自動車用の可変速駆動系におけるモータ駆動装置に適用した例を説明したが、自動車用のみならず、例えば産業用機械等の高圧バッテリーに接続されたインバータ回路に適用することができる。 In the above example, the present invention is applied to a motor drive device in a variable speed drive system for an automobile. However, the inverter is not only used for an automobile but also connected to a high voltage battery such as an industrial machine. It can be applied to a circuit.
１・・・高圧バッテリー、２・・・インバータ回路、３・・・モータ、４・・・直流電圧検出器、５、６、７・・・電流検出器、８・・・回転位置検出器、９・・・制御回路、１０・・・ゲート駆動回路、１１・・・スイッチング電源、１２・・・平滑コンデンサ、１３、１４・・・コンデンサ、１５・・・放電回路、１５ａ・・・インバータ回路動作判定回路、１５ａ−１、１５ａ−２、１５ａ−３・・・ＥＸＯＲ回路、１５ａ−４、１５ａ−６、１５ａ−８、１５ａ−１０、１５ａ−１５、１５ａ−１６、１５ａ−１７・・・抵抗、１５ａ−５、１５ａ−７、１５ａ−９、１５ａ−１１・・・コンデンサ、１５ａ−１２、１５ａ−１３、１５ａ−１４・・・ダイオード、１５ａ−１８・・・コンパレータ、１５ａ−１９・・・フォトカプラー、１６・・・コンタクタ、１７・・・低圧バッテリー、２０・・・放電抵抗、２１・・・スイッチ素子、２１−１・・・ＦＥＴ、２１−２・・・抵抗、２２・・・ヒステリシスコンパレータ回路、２２−１・・・コンパレータ、２２−２、２２−３・・・抵抗、２３・・・ローパスフィルタ回路、２３−１、２３−４、２３−５・・・抵抗、２３−２・・・コンデンサ、２３−３・・・オペアンプ、２４・・・電流指令設定回路、２４−１、２４−２、２４−３・・・抵抗、２５・・・電流検出抵抗、２６・・・電流指令切替回路、２６−１・・・コンパレータ、２６−２、２６−３・・・抵抗、２７・・・電圧時間変化率検出回路、２７−１・・・オペアンプ、２７−２・・・コンデンサ、２７−３、２７−４、２７−５、２７−６、２７−７・・・抵抗、３０・・・電源回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記インバータ回路が動作しているか否かを判定し、動作していると判定したとき、前記放電部の前記放電動作を停止させることを特徴とする平滑コンデンサの放電方法。 The power supply and the inverter circuit are separated by a contactor connected in parallel to a smoothing capacitor connected to an inverter circuit driven by a power supply exceeding DC 60V, and connecting and separating the power supply and the inverter circuit. When determined, perform a discharging operation to discharge the smoothing capacitor,
It is determined whether or not the inverter circuit is operating, and when it is determined that the inverter circuit is operating, the discharging operation of the discharging unit is stopped.
前記平滑コンデンサの両端から前記放電動作の電源を供給することを特徴とする平滑コンデンサの放電方法。 The method for discharging a smoothing capacitor according to claim 1,
A smoothing capacitor discharging method, wherein power for the discharging operation is supplied from both ends of the smoothing capacitor.
前記放電動作は、
電力消費用の放電抵抗を流れる電流を略一定に制御し、
前記放電抵抗を流れる略一定の電流を切り替え、前記平滑コンデンサの両端電圧の時間変化率を検出し、それに応答して前記放電抵抗に流れる電流レベルの切り替えを指令することを特徴とする平滑コンデンサの放電方法。 The method for discharging a smoothing capacitor according to claim 2,
The discharge operation is
The current flowing through the discharge resistor for power consumption is controlled to be substantially constant,
Switching a substantially constant current flowing through the discharge resistor, detecting a time change rate of the voltage across the smoothing capacitor, and in response to instructing switching of a current level flowing through the discharge resistor. Discharge method.
前記インバータ回路が動作しているか否かを判定し、動作していると判定したとき、前記放電部の前記放電動作を停止させるインバータ動作判定部と、
を備えることを特徴とする平滑コンデンサの放電装置。 The power supply and the inverter circuit are separated by a contactor connected in parallel to a smoothing capacitor connected to an inverter circuit driven by a power supply exceeding DC 60V, and connecting and separating the power supply and the inverter circuit. A discharge unit that performs a discharging operation to discharge the smoothing capacitor when determined;
Determining whether the inverter circuit is operating, and when determining that the inverter circuit is operating, an inverter operation determining unit that stops the discharging operation of the discharging unit;
A discharge device for a smoothing capacitor, comprising:
前記平滑コンデンサの両端から前記放電部の電源を供給する電源回路部をさらに備え、
前記放電部は、
電力消費用の放電抵抗と、
前記放電抵抗を流れる電流を略一定に制御する電流一定制御部と、
前記放電抵抗を流れる略一定の電流を切り替える電流指令設定部と、
前記平滑コンデンサの両端電圧の時間変化率を検出し、それに応答して前記放電抵抗に流れる電流レベルの切り替えを指令する電流切替指令部と、
を有することを特徴とする平滑コンデンサの放電装置。 In the smoothing capacitor discharging apparatus according to claim 4,
A power supply circuit unit that supplies power to the discharge unit from both ends of the smoothing capacitor;
The discharge part is
A discharge resistor for power consumption;
A constant current control unit that controls the current flowing through the discharge resistor to be substantially constant;
A current command setting unit for switching a substantially constant current flowing through the discharge resistor;
A current switching command unit that detects a time change rate of the voltage across the smoothing capacitor and commands the switching of the current level flowing through the discharge resistor in response thereto;
A discharge device for a smoothing capacitor, comprising:
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| CN116488446A (en) * | 2023-06-21 | 2023-07-25 | 深圳市联明电源有限公司 | Laser pumping source discharging circuit, switching power supply and laser |
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