JP2712952B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧ
ＢＴなど、絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子
を有するインバータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、例えば実開昭６４−４７５９３
号公報に掲載の従来のインバータ装置の１相分の回路構
成を示す図である。図において１は直流電源、２ａ、２
ｄは絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子であ
り、この図はＭＯＳＦＥＴを採用している。３は直流電
源１の正極側に接続された（以下、上アームという）ス
イッチング素子２ａを駆動する駆動回路であり、ダイオ
ード３ａを経て駆動回路３の駆動用の電源となるコンデ
ンサ３ｂに所定の電圧が充電される。３ｃは制御回路
（図示せず）からのＰＷＭ信号を絶縁状態で伝達するホ
トカプラ、３ｄはスイッチング素子２ａに直接ゲート信
号を出力するバッファである。６は直流電源１の負極側
に接続された（以下、下アームという）スイッチング素
子２ｄを駆動する駆動回路であり、６ａは制御回路（図
示せず）からのＰＷＭ信号を絶縁状態で伝達するホトカ
プラ、６ｂはスイッチング素子２ｄに直接ゲート信号を
出力するバッファである。９は駆動回路用電源であり、
１１は駆動回路３のマイナス側電源ラインである。

【０００３】次に動作について説明する。制御回路（図
示せず）からの所定の信号により、下アームのスイッチ
ング素子２ｄがオン状態になると、上アームの駆動回路
３のマイナス側電源ライン１１の電位は、直流電源１の
マイナス側電位とほぼ同じレベルまで降下する。このと
き、上アーム用の駆動回路３のコンデンサ３ｂは駆動回
路用電源９からダイオード３ａを経て駆動回路用電源９
とほぼどう電圧に充電される。次に、下アームのスイッ
チング素子２ｄがオフ状態になり、上アームのスイッチ
ング素子２ａがオン状態になると上アームの駆動回路３
のマイナス側電源ライン１１の電位は、今度は直流電源
１のプラス側電位とほぼ同レベルまで上昇する。しか
し、この状態においてはダイオード３ａは逆阻止状態と
なり、コンデンサ３ｂの電荷は保たれ、このコンデンサ
３ｂから駆動回路３に電源を供給し続ける。このように
して、絶えず上アームと下アームとが交互にオン、オフ
を繰り返すことにより、駆動回路３にはコンデンサ３ｂ
から常時電源が供給され、波形出力動作を続けることが
できる。

【０００４】図５は従来のインバータ装置による波形出
力開始時の出力波形を示す特性図であり、ａはＰＷＭ変
調される被変調波及び搬送波を示す特性図、ｂはａのＤ
間を拡大した波形を示す特性図、ｃはｂによりＰＷＭ変
調されたＰＷＭ波形を示す特性図である。図において、
ＡはＰＷＭ変調される被変調波たる正弦波、ＢはＰＷＭ
変調用のキャリアである搬送波たる三角波、ＣはＰＷＭ
変調されたＰＷＭ波である。従来のこの種のインバータ
装置では、電源投入後初めて波形出力を開始するとき、
或いは出力を停止して全てのゲートをオフにしてから長
時間が経過した後、再度出力を開始するときにおいて
は、下アームのオン信号を与える前に上アームのオン信
号を与えても、駆動回路３の電源たるコンデンサ３ｂは
充電されていないので、スイッチング素子２ａはオンし
なかった。従って、図５のｃに示す実線のような出力波
形になり、斜線の部分が希望する電圧波形との誤差とな
っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のインバータ装置
は、以上のように構成されているので、上アームの駆動
回路３の電源たるチャージポンプ回路のコンデンサ３ｂ
は、下アームのスイッチング素子２ｄがオン状態の間に
充電されていた。従って、このようなチャージポンプ回
路を有するインバータ装置をＰＷＭ変調した信号の出力
部として用い、電源投入後初めて波形出力を開始すると
き、或いは出力を停止して全てのゲートをオフにしてか
ら長時間が経過した後、再度出力を開始するときには、
コンデンサ３ｂは充電されていないために、出力開始時
の波形が目標通りの波形にならないことがあった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので波形出力開始時から、与えられ
たＰＷＭ信号通りに駆動回路が駆動し、スイッチング素
子をオン／オフさせることができ、波形出力開始時から
波形の乱れがないとともに、駆動回路電源の変動を最小
に抑えることができるインバータ装置を得ることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るインバー
タ装置は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの絶縁ゲート入
力を持つ電力スイッチング素子を直流電源に対して複数
アームを有するブリッジ状に接続したスイッチング手段
と、上記各スイッチング素子を各々駆動する複数の駆動
回路と、上記直流電源の負極側に接続された上記各スイ
ッチング素子の駆動回路の共通の電源となる駆動回路用
電源と、上記直流電源の正極側に接続された各スイッチ
ング素子の駆動回路のそれぞれの電源となる各コンデン
サを、同一アームの上記直流電源の負極側に接続された
スイッチング素子がＯＮ状態の間に上記駆動回路用電源
により充電するチャージポンプ回路と、上記スイッチン
グ手段からの波形出力を開始するかどうかの出力開始判
定手段と、この出力開始判定手段の出力開始の判定にも
とづいて、直流電源の負極側に接続された複数のスイッ
チング素子を順次一旦オンにした後、再度オフしてから
順次出力を開始する出力開始前処理手段を設けたもので
ある。

【０００８】

【作用】この発明におけるインバータ装置が下アームの
スイッチング素子を１つずつ順次に、一旦オン状態にす
ることにより、チャージポンプ回路のコンデンサが順次
に充電され、波形出力開始時に下アームまたは上アーム
のいずれのオン信号を先に与えても、与えられたＰＷＭ
信号通りに駆動回路が駆動し、スイッチング素子をオン
／オフさせることができ、波形出力開始時から乱れのな
い波形を出力する。

【０００９】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図に
おいて、１は直流電源、２ａ〜２ｆは絶縁ゲート入力を
持つ電力スイッチング素子であり、この図では、ＩＧＢ
Ｔを採用している。３〜５は上アームのスイッチング素
子２ａ〜２ｃを駆動する駆動回路であり、３〜５は各各
同じ構成となっている。６〜８は下アームのスイッチン
グ素子２ｄ〜２ｆを駆動する駆動回路であり、６〜８は
各各同じ構成になっている。３ａ，４ａ，５ａは駆動回
路用電源９からコンデンサ３ｂ，４ｂ，５ｂに充電する
ためのダイオード、３ｂ，４ｂ，５ｂは上アームの駆動
回路３，４，５の電源となるコンデンサ、３ｃ，４ｃ，
５ｃはＰＷＭ信号波形発生手段１０からのＰＷＭ信号を
絶縁状態で伝達するホトカプラ、３ｄ，４ｄ，５ｄはス
イッチング素子２ａ，２ｂ，２ｃを駆動するバッファで
ある。下アームの駆動回路６〜８は駆動回路用電源９か
ら直接電源供給を受けるため、ダイオード、コンデンサ
は無く、ホトカプラ６ａ，７ａ，８ａ及びスイッチング
素子２ｄ，２ｅ，２ｆを駆動するバッファ６ｂ，７ｂ，
８ｂより成る。１０はＰＷＭ信号波形発生手段であり、
駆動回路３〜８を介してスイッチング素子２ａ〜２ｆを
オン／オフさせる信号を発生する。１１，１２，１３は
それぞれ、上アームの駆動回路３，４，５のマイナス側
電極ラインである。

【００１０】この発明に係る波形出力方法の動作につい
て説明する。図２はこの発明の一実施例であるインバー
タ装置の波形出力動作を示すフローチャートである。ス
テップ１において、ＰＷＭ信号波形発生手段１０は、波
形出力を開始するか否かを判断し、波形出力を開始する
場合はステップ２へ進む。ステップ２で、下アームの電
力スイッチング素子２ｄへオン信号を出力し、下アーム
２ｄをオン状態にする。このときの上アームの駆動回路
３の動作を説明する。下アームのスイッチング素子２ｄ
がオン状態になると、上アームの駆動回路３のマイナス
側電源ライン１１の電位が、直流電源１のマイナス側電
位とほぼ同じレベルまで降下する。このとき駆動回路用
電源９からダイオード３ａを経て、コンデンサ３ｂは駆
動回路用電源９とほぼ同電圧に充電される。ステップ３
で、チャージポンプ回路のコンデンサ３ｂの充電が完了
したか否かを判断する。即ち、充電に必要な時間待ちを
行う。ステップ４で、下アームの電力スイッチング素子
２ｄへオフ信号を出力し、下アーム２ｄはオフ状態とな
るが、ダイオード３ａは逆阻止状態となり、コンデンサ
３ｂの電荷は保たれる。

【００１１】次に、ステップ５において下アームの電力
スイッチング素子２ｅへオン信号を出力し、下アーム２
ｅがオンする。このときの上アームの駆動回路４の動作
は、ステップ２で説明した駆動回路３の動作と同様であ
り、駆動回路用電源９からダイオード４ａを通って、コ
ンデンサ４ｂが駆動回路用電源９とほぼ同電圧に充電さ
れる。また、ステップ６、ステップ７の動作も各々ステ
ップ３、ステップ４と同様でありコンデンサ４ｂの電荷
は保たれる。更に、ステップ８において下アームの電力
スイッチング素子２ｅへオン信号を出力し、下アーム２
ｅがオンする。このときの上アームの駆動回路５の動作
は、ステップ２で説明した駆動回路３の動作と同様であ
り、駆動回路用電源９からダイオード５ａを通って、コ
ンデンサ５ｂが駆動回路用電源９とほぼ同電圧に充電さ
れる。ステップ９において、チャージポンプ回路のコン
デンサの充電に必要な時間待ちを行い、ステップ１０で
波形出力を開始し、この波形出力開始動作は終了する。

【００１２】一方、ステップ１でＰＷＭ信号発生手段１
０が波形出力を開始しないと判断された場合には、上記
のステップ２からステップ１０の一連の動作は行われ
ず、波形出力は開始されずに、このまま波形出力開始動
作は終了する。これらの動作は、インバータ装置の制御
回路（図示せず）内の出力開始前処理手段によって実行
される。以上のフローチャートの流れを、タイミングチ
ャートにしたものが図３である。このように、この実施
例のインバータ装置は、上記のような波形出力開始動作
を行う出力開始前処理手段を備えており、疑似交流波形
の出力開始に先だって、下アームの複数のスイッチング
素子を一つずつ順次に、一旦オン状態にした後、再度オ
フ状態にしてから出力を開始する。

【００１３】従って、波形出力が開始され、例えば、は
じめに上アームのスイッチング素子２ａがオンすると、
駆動回路３のマイナス側電源ライン１１の電位は、直流
電源１のプラス側電位とほぼ同レベルまで上昇するが、
ダイオード３ａは逆素子状態となり、コンデンサ３ｂの
電荷は保たれ、駆動回路３に電源を供給し続ける。従っ
て、上アームのスイッチング素子２ａはオンし続け、波
形出力開始時から希望通りの波形を出力する。また、上
アームのスイッチング素子２ｂ、２ｃがオンした場合に
ついても、前記２ａと同様に波形出力開始時から希望通
りの波形を出力する。この結果、出力開始時の波形が目
標通りの波形になり、この種のインバータ装置をモータ
駆動用に使用した場合にも、モータの起動を円滑に行
え、モータの起動特性が向上する。

【００１４】本実施例においては、下アームに接続され
る電力スイッチング素子を２ｄ、２ｅ、２ｆの順にオン
しているが、その順序は任意でよく、例えば２ｅ、２
ｄ、２ｆのように３相を一つずつ順次にオンすればよ
い。

【００１５】実施例２．また、上記実施例では、３相ブ
リッジ構成のインバータについて説明したが、スイッチ
ング素子を４個用いた単相インバータや、更に多相のイ
ンバータにも当然適用することができ、同様の効果があ
る。また、スイッチング素子の例として、ＩＧＢＴを用
いた図で説明したが、ＭＯＳＦＥＴなどの絶縁ゲート入
力を持つ他のスイッチング素子であっても構わない。

【００１６】以上のように、この発明によればＭＯＳＦ
ＥＴ、ＩＧＢＴなどの絶縁ゲート入力を持つ電力スイッ
チング素子を直流電源に対して複数アームを有するブリ
ッジ状に接続したスイッチング手段と、上記各スイッチ
ング素子を各々駆動する複数の駆動回路と、上記直流電
源の負極側に接続された上記各スイッチング素子の駆動
回路の共通の電源となる駆動回路用電源と、上記直流電
源の正極側に接続された各スイッチング素子の駆動回路
のそれぞれの電源となる各コンデンサを、同一アームの
上記直流電源の負極側に接続されたスイッチング素子が
ＯＮ状態の間に上記駆動回路用電源により充電するチャ
ージポンプ回路と、上記スイッチング手段からの波形出
力を開始するかどうかの出力開始判定手段と、この出力
開始判定手段の出力開始の判定にもとづいて、直流電源
の負極側に接続された複数のスイッチング素子を順次一
旦オンにした後、再度オフしてから順次出力を開始する
出力開始前処理手段を設けた構成にしたから、波形出力
開始時から乱れのない波形を出力できるので、出力開始
時の波形が目標通りの波形になる。また、チャージポン
プ回路のコンデンサ３ｂ〜５ｂが１つずつ順次に充電さ
れることから、駆動回路用電源９の変動を最小に抑える
ことができる。従って、この種のインバータ装置をモー
タ駆動用に使用した場合には、モータの起動特性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるインバータ装置の回
路構成を示す図である。

【図２】この発明の一実施例によるインバータ装置の波
形出力動作を示すフローチャートである。

【図３】この発明の一実施例によるインバータ装置の波
形出力動作のタイミングチャートである。

【図４】スイッチング素子の駆動回路にチャージポンプ
回路を有する従来のインバータ装置の１相分の回路構成
を示す図である。

【図５】従来のインバータ装置による波形出力開始時の
出力波形を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ａ〜２ｆ スイッチング素子 ３〜５ チャージポンプ回路を有するスイッチング素子
駆動回路 ３ａ〜５ａ ダイオード ３ｂ〜５ｂ コンデンサ ３ｃ〜５ｃ ホトカプラ ３ｄ〜５ｄ バッファ ６〜８ チャージポンプ回路を有しないスイッチング素
子駆動回路 ６ａ〜８ａ ホトカプラ ６ｂ〜８ｂ バッファ ９ 駆動回路用電源 １０ ＰＷＭ信号発生手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−21363（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−129780（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95177（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−274670（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの絶縁ゲー
   ト入力を持つ電力スイッチング素子を直流電源に対して
   複数アームを有するブリッジ状に接続したスイッチング
   手段と、 上記各スイッチング素子を各々駆動する複数の駆動回路
   と、上記直流電源の負極側に接続された上記各スイッチング
   素子の駆動回路の共通の電源となる駆動回路用電源と、 上記直流電源の正極側に接続された各スイッチング素子
   の駆動回路のそれぞれの電源となる各コンデンサを、同
   一アームの上記直流電源の負極側に接続されたスイッチ
   ング素子がＯＮ状態の間に上記駆動回路用電源により 充
   電するチャージポンプ回路と、 上記スイッチング手段からの波形出力を開始するかどう
   かの出力開始判定手段と、 この出力開始判定手段の出力開始の判定にもとづいて、
   直流電源の負極側に接続された複数のスイッチング素子
   を順次一旦オンにした後、再度オフしてから順次出力を
   開始する出力開始前処理手段を設けたことを特徴とする
   インバータ装置。