JP2736059B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、インバータ主回路の制御回路用電源とし
て、一次側巻線がインバータ主回路用の直流母線間に接
続された絶縁トランスを含んで成るスイッチング電源を
利用したインバータ装置、特には上記直流母線間が過電
圧状態となったときにこれを検出して過電圧検出信号を
発生する機能を備えたインバータ装置に関する。 （従来の技術） 第２図には、インバータ主回路用の直流母線間が過電
圧状態となったときに過電圧検出信号を発生する機能を
備えたインバータ装置の一例が示されている。 この第２図において、１は三相交流電源２の出力を直
流に変換するための順変換器としての主回路用整流回
路、３はこの整流回路１の出力を平滑するためのコンデ
ンサであり、このコンデンサ３の両端に直流母線4,5が
接続される。６は直流母線4,5から給電される逆変換器
としてのインバータ主回路で、これはジャイアントトラ
ンジスタ等のようなスイッチング素子を三相ブリッジ接
続して成り、各相のスイッチング素子を図示しない制御
回路からの指令に基づいてオンオフさせることによっ
て、可変電圧・可変周波数の三相交流電圧を発生するよ
うに構成されている。尚、７はインバータ主回路６の出
力により駆動される負荷としての例えば誘導電動機であ
る。 ８は上記図示しない制御回路用の電源をなすスイッチ
ング電源で、これは絶縁トランス９を利用したスイッチ
ングレギュレータとして構成されたものである。即ち、
絶縁トランス９の一次側巻線9aは、直流母線4,5間にス
イッチ回路10を直列に介して接続されている。また、絶
縁トランス９の二次側巻線9bには、正，負二電源を得る
ための周知構成の整流回路11（ダイオード11a,11b及び
平滑用コンデンサ11c,11dより成る）が接続されてお
り、この整流回路11の出力は電圧安定化回路12により定
電圧化されるようになっている。尚、斯かるスイッチン
グ電源８は以下のように動作する。今、スイッチ回路10
がオンされると、直流母線4,5間の電圧が絶縁トランス
９の一次側巻線9aに印加されるため、その巻線9aに対し
て電流が流れ始める。この電流は、一次側巻線9aの励磁
インダクタンスに反比例する傾きで増加し、これにより
絶縁トランス９に電磁エネルギが蓄積される。この後、
スイッチ回路10がオフされると、上記のように蓄積され
た電磁エネルギが二次側巻線9bを通じて放出されるもの
であり、斯様な電磁エネルギの蓄積及び放出をスイッチ
回路10のオンオフに応じて繰返すことによって、二次側
巻線9bから交流電圧出力が得られる。このとき、スイッ
チ回路10のスイッチング周波数は、絶縁トランス９の出
力電圧をフィードバックすることにより制御されるもの
であり、これにより上記出力電圧が安定化されるように
なっている。また、実際には、スイッチ回路10のスイッ
チング周波数は、絶縁トランス９の小形化等を図るため
に、高周波（数KHz以上）となるように設定される。そ
して、整流回路11は、上記のような絶縁トランス９から
の交流電圧出力を整流・平滑することによって、接地レ
ベル電位から正負に振った直流電圧を出力するものであ
り、この出力を受けた電圧安定化回路12は、正負２種類
の直流電圧を夫々正電源端子Vcc及び負電源端子Vssから
出力する。 一方、13は直流母線4,5間に過電圧が印加された状態
を検出するための過電圧検出回路で、これは以下のよう
に構成されている。即ち、14,15は直流母線4,5間に直列
接続された分圧抵抗で、一方の分圧抵抗15には、図示極
性のツェナーダイオード16とホトカプラ17の発光ダイオ
ード17aとの直列回路が並列に接続されている。ホトカ
プラ17のホトトランジスタ17bは、そのコレクタが前記
正電源端子＋Vccに接続され、且つエミッタが抵抗18を
介して接地端子に接続されている。そして、ホトトラン
ジスタ17bのエミッタから得られる電圧信号は、シュミ
ット回路19に与えられるようになっている。このとき、
上記電圧信号のレベルは、シュミット回路19のスレッシ
ョルド電圧以上となるように構成されている。このよう
に構成された過電圧検出回路13にあっては次のように動
作する。今、直流母線4,5間の電圧が、主回路用整流回
路１の出力電圧の上昇或は誘導電動機７からの回生電流
の流入等によって上昇すると、これに応じて分圧抵抗15
の両端電圧も上昇する。このとき、分圧抵抗15の両端電
圧がツェナーダイオード16のツェナー電圧以上に上昇す
ると、そのツェナーダイオード16がブレークダウンして
発光ダイオード17aに順電流が流れるため、ホトトラン
ジスタ17bがオンして光出力電流が流れる。すると、抵
抗18の両端で電圧降下が生じて、ホトトランジスタ17b
のエミッタから電圧信号が出力され、このとき上記電圧
信号のレベルはシュミット回路19のスレッショルド電圧
以上であるから、これを受けたシュミット回路19の出力
がハイレベル信号に反転し、そのハイレベル信号が過電
圧検出信号Saとして出力される。 尚、上記のように過電圧検出回路13にホトカプラ17を
用いるのは、インバータ主回路６の電源である直流母線
4,5と制御回路用のスイッチング電源８の二次側回路と
の間を電気的に絶縁するために絶縁トランス８を用いる
のと同じ理由で、直流母線4,5と過電圧検出信号Sa発生
用の回路ひいてはスイッチング電源８の二次側回路との
間を電気的に絶縁する必要があるためである。 （発明が解決しようとする問題点） ホトカプラ17の変換効率は、良く知られているよう
に、周囲温度が上昇するのに応じて低下するという特性
を示す。従って、周囲温度が上昇したときには、発光ダ
イオード17aに流れる順電流が同一であっても、ホトト
ランジスタ17bの光出力電流が減少するようになる。そ
して、このような光出力電流の減少度合がある程度以上
大きくなった場合には、抵抗18での電圧降下が減少する
のに伴い、ホトトランジスタ17bのエミッタから出力さ
れる電圧信号のレベルが、シュミット回路17のスレッシ
ョルド電圧以下となることがある。このような状態とな
ったときには、過電圧検出回路13内において直流母線4,
5間が過電圧状態となるのに応じてホトトランジスタ17b
から電圧信号が出力された場合でも、シュミット回路19
から過電圧検出信号Saが出力されなくなるものであり、
結果的に、過電圧状態の検出が周囲温度の変動に伴い不
正確になるという問題点が惹起される。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その
目的は、インバータ主回路用の直流母線と過電圧検出信
号出力用の信号発生手段との間の絶縁が必要であるとい
う情況下にありながら、上記直流母線間の過電圧状態
を、周囲温度に関係なく常に正確に検出できる等の効果
を奏するインバータ装置を提供するにある。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、一次側巻線がインバータ主回路用の直流母
線間に接続された絶縁トランスと、この絶縁トランスの
一次側をスイッチ回路によりオン・オフして、オン期間
に絶縁トランス内に電力を蓄え、オフ期間に当該絶縁ト
ランスの二次側巻線から前記インバータ主回路に制御回
路用電力を供給するスイッチング電源と、前記オン期間
に前記制御回路に電力を供給する前記二次側巻線の電圧
を検出する検出手段と、この検出手段による検出電圧が
所定の上限値以上になったときに過電圧検出信号を出力
する信号発生手段とを設ける構成としたものである。 （作用） スイッチング電源は、絶縁トランスの一次側をスイッ
チ回路によりオン・オフして、オン期間に絶縁トランス
内に電力を蓄え、オフ期間に当該絶縁トランスの二次側
巻線からインバータ主回路に制御回路用電力を供給する
動作を行う。検出手段は、上記のようなオン期間におい
て、インバータ主回路の制御回路に電力を供給する前記
二次側巻線の電圧を直接的に検出する。 この場合、絶縁トランスの一次側巻線は、前記インバ
ータ主回路用の直流母線間に接続された状態となってい
るから、検出手段による検出電圧は、直流母線間の電圧
レベルに比例したものとなり、しかも、制御回路に電力
を供給する二次側巻線の電圧を直接的に検出するように
しているので、その検出動作を正確に行い得るようにな
る。そして、直流母線間が過電圧状態となったときに
は、検出手段による検出電圧が所定の上限値以上となっ
て信号発生手段から過電圧検出信号が出力されるもので
あり、これにて直流母線間の過電圧状態を検出できる。
この場合、直流母線と制御回路用電源との間の絶縁は、
周囲温度による特性変化が少ない絶縁トランスによって
のみ行なっているから、ホトカプラを用いた従来構成の
ように周囲温度の変動に伴い上述のような過電圧検出動
作が不正確になる虞がなくなるものである。 （実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照しなが
ら説明する。但し、この第１図において、前記第２図と
同一部分には、これと同一符号を付すことによってその
構成及び作用の説明を省略する。 即ち、20は検出手段たる電圧検出回路で、これは絶縁
トランス９の二次側巻線9bにおける非接地側のタップ9c
と接地端子との間に図示極性のダイオード21及び平滑用
コンデンサ22の直列回路を接続すると共に、上記コンデ
ンサ22と並列に分圧抵抗23,24の直列回路を接続するこ
とにより構成されている。斯かる電圧検出回路20にあっ
ては、スイッチ回路10が断続される期間に、二次側巻線
9bの前記タップ9cと接地側のタップ9dとの間に誘起され
る電圧Voを検出するものであり、その誘起電圧Voは、絶
縁トランス９の一次側巻線9aの巻回数をＮ、その一次側
巻線9aに対する印加電圧（直流母線4,5間の印加電圧）
をＶIN、二次側巻線9bのタップ9c,9d間の巻回数をｎと
した場合、次式で表わされる。 Vo＝ＶIN・n/N つまり、タップ9c及び9d間には、スイッチ回路10の断
続期間に直流母線4,5間の印加電圧ＶINに比例した電圧V
o（タップ9c側が高電位）が誘起されるものであり、そ
の誘起電圧Voは、ダイオード21及びコンデンサ22により
整流・平滑された後に、分圧抵抗23,24により分圧され
る。この結果、分圧抵抗23,24の共通接続点からは、上
記のような分圧電圧が、直流母線4,5間の電圧に比例し
た検出電圧Vdとして出力されることになる。 25は信号発生手段たるコンパレータで、これは電圧検
出回路20による検出電圧Vdと所定の上限値たる基準電圧
Vrefとを比較し、検出電圧Vdが基準電圧Vref以上となっ
たときにハイレベル信号より成る過電圧検出信号Saを出
力する。尚、図示しないが、コンパレータ25は、ヒステ
リシス付与用の帰還抵抗が接続されており、これにより
シュミット回路として機能するように構成されている。
また、過電圧検出信号Saは、例えば主回路用整流回路１
に対する通電路の遮断或は整流回路１の出力電圧抑制の
ため等に使用される。 上記した構成によれば、電圧検出回路20からの検出電
圧Vdによって直流母線4,5間の電圧を常時監視でき、直
流母線4,5間が過電圧状態となって上記検出電圧Vdが基
準電圧Vref以上となったときには、コンパレータ25から
過電圧検出信号Saが出力される。従って、この過電圧検
出信号Saによって直流母線4,5間の過電圧状態を検出で
きる。しかも、このときには、インバータ主回路６の図
示しない制御回路に電力を供給するための二次側巻線の
9bの電圧を、電圧検出回路20によって直接的に検出する
ようにしているので、その検出動作を正確に行い得るよ
うになる。この場合、直流母線4,5と制御回路用電源を
なすスイッチング電源８の二次側回路との間並びに直流
母線4,5と電圧検出回路20,コンパレータ25との各間の絶
縁は、周囲温度による特性変化が少ない絶縁トランス９
によってのみ行なわれるものであるから、ホトカプラを
用いた従来構成のように周囲温度の変動の影響を受ける
ことがなくなるものである。また、絶縁トランス９の二
次側巻線9bに対して電圧検出回路20を接続するだけで済
んで、通常のトランスよりコスト高な絶縁トランス９の
構成そのものに変更を加える必要がないから、当該絶縁
トランス９の構成の複雑化に起因したコストの高騰を招
く虞がなくなる。 尚、上記実施例において、インバータ主回路６の制御
回路をマイクロコンピュータにより構成した場合等に
は、コンパレータ25の機能をそのマイクロコンピュータ
のプログラムによって得るようにしても良い。 ［発明の効果］ 本発明によれば以上の説明によって明らかなように、
一次側巻線がインバータ主回路用の直流母線間に接続さ
れた絶縁トランスを設けると共に、この絶縁トランスの
一次側をスイッチ回路によりオン・オフして、オン期間
に絶縁トランス内に電力を蓄え、オフ期間に当該絶縁ト
ランスの二次側巻線から前記インバータ主回路に制御回
路用電力を供給するスイッチング電源を設ける構成とし
た上で、前記直流母線間の過電圧状態を、上記のような
スイッチ回路によるオン期間において絶縁トランスの二
次側巻線を通じて直接的に検出する構成としたので、上
記直流母線と過電圧検出信号を出力するための信号発生
手段との間の絶縁が必要であるという状況下にありなが
ら、直流母線間の過電圧状態を周囲温度の影響を受ける
ことなく安定した状態で、尚且つ正確に検出できると共
に、コストの高騰を抑制できるという優れた効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示す結線図、
第２図は従来例説明用の第１図相当図である。 図中、２は三相交流電源、4,5は直流母線、６はインバ
ータ主回路、８はスイッチング電源、９は絶縁トラン
ス、9aは一次側巻線、9bは二次側巻線、10はスイッチ回
路、11は整流回路、20は電圧検出回路（検出手段）、21
はダイオード、22は平滑用コンデンサ、23,24は分圧抵
抗、25はコンパレータ（信号発生手段）を示す。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．一次側巻線がインバータ主回路用の直流母線間に接
   続された絶縁トランスと、 この絶縁トランスの一次側をスイッチ回路によりオン・
   オフして、オン期間に絶縁トランス内に電力を蓄え、オ
   フ期間に当該絶縁トランスの二次側巻線から前記インバ
   ータ主回路に制御回路用電力を供給するスイッチング電
   源と、 前記オン期間に前記制御回路に電力を供給する前記二次
   側巻線の電圧を検出する検出手段と、 この検出手段による検出電圧が所定の上限値以上になっ
   たときに過電圧検出信号を出力する信号発生手段とを設
   けたことを特徴とするインバータ装置。