JP3025715B2 - インバータ回路 - Google Patents

インバータ回路

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JP3025715B2
JP3025715B2 JP3214283A JP21428391A JP3025715B2 JP 3025715 B2 JP3025715 B2 JP 3025715B2 JP 3214283 A JP3214283 A JP 3214283A JP 21428391 A JP21428391 A JP 21428391A JP 3025715 B2 JP3025715 B2 JP 3025715B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインバータ回路装置に関
し、詳細には、そのドライバの電源回路の保護回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】図1を参照すると、インバータ回路は、
上側および下側アームのスイッチング素子Qu1、Qu2
〜Qw1、Qw2の直列回路からなるU相、V相、W相の
3相のスイツチング回路(30)(32)(34)、上側アームのス
イッチング素子Qu1〜Qw1を駆動するための矩形波お
よび下側アームのスイッチング素子Qu2〜Qw2を駆動
するためのPWM波を生成する制御回路(44)、この制御
回路(44)の出力に基づいてスイッチング素子Qu1、Q
u2〜Qw1、Qw2を駆動するドライバ(46)から構成さ
れ、PWM波のオンデューティを変更することによって
負荷の、例えば速度制御が行われる。
【0003】図3はU相のスイツチング回路(30)および
そのドライバ(46)の具体回路を示す。ドライバ(46)はス
イッチング素子Qu1、Qu2に電流を供給し、それらを
オンさせるNPNトランジスタQu11、Qu13とスイッ
チング素子のオフ時にその制御電極の蓄積電荷を吸収す
るPNPトランジスタQu12、Q14からなり、スイッチ
ング素子Qu1、Qu2のスイッチング速度を向上させ
て、それらのスイッチング損失を低減する。図示するド
ライバ(46)は全ての相のスイツチング回路(30)(32)(34)
のスイッチング素子Qu1、Qu2〜Qw1、Qw2に付加
される。
【0004】次に、同図を参照してドライバ(46)および
このドライバ(46)に所定の電源電圧を供給するブートス
トラップ回路の動作を説明する。ブートストラップ回路
はコンデンサCu1〜Cu4、フローティング電源V1お
よびV2、上側アームのコンデンサC2のコールド端子を
フローティング電源V2の負極に選択的に接続するスイ
ッチング素子Qu15、ダイオードDuからなり、フロー
ティング電源V1およびV2はコンデンサCu1〜Cu4を
所定の電圧に充電する。
【0005】下側アームのスイッチング素子Qu2のた
めのPWM波Vu2が”H”になると、NPNトランジ
スタQu13がオンしてフローティング電源V1をスイッ
チング素子Qu2およびスイッチング素子Qu15の制御
電極に接続する。これにより、下側アームのスイッチン
グ素子Qu2がオンすると共にスイッチング素子Qu15
がオンして上側アームのコンデンサCu1、Cu2が例え
ば、電圧V1=V2で充電される。
【0006】次に、下側アームのスイッチング素子Qu
2のためのPWM波Vu2が”L”になると、PNPトラ
ンジスタQ14がオンしてフローティング電源V2の負極
をスイッチング素子Qu2およびスイッチング素子Qu1
5の制御電極に接続する。これにより、スイッチング素
子Qu2の制御電極の蓄積電荷が高速吸収されてこれを
オフさせると共にスイッチング素子Qu15がオフして上
側アームのコンデンサCu2のコールド端子をフローテ
ィングする。このタイミング以降、上側アームのドライ
バ(46)の電源電位はVu±V1(Vu=U相出力)とな
る。
【0007】さらに、上側アームのスイッチング素子Q
u1のためのPWM波Vu1が”H”になると、NPNト
ランジスタQu11がオンして電圧Vu+V1で充電され
たコンデンサCu1をスイッチング素子Qu1の制御電極
に接続し、結局、Vu+V1−Vu=V1でスイッチング
素子Qu1をオンさせる。このタイミングでは下側アー
ムのスイッチング素子Qu2は電源V1により深く逆バイ
アスされてオフしている。なお、上記ブートストラップ
回路は後述するその欠陥のため、単に検討されたにすぎ
ないものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記したインバータ回
路はモータ等の誘導性負荷の制御に使用されることが多
いためスイッチング素子のスイッチング時に出力端子に
異常電圧が発生することが多い。また、負荷短絡等の障
害時にも出力端子に異常電圧が発生することがある。そ
こで、図3に示したインバータ回路はそのU相出力端子
に現れた異常電圧がコンデンサCu2を介してスイッチ
ング素子Qu15の被制御端子に印加され、このスイッチ
ング素子Qu15を破壊するおそれがある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上側アームのブ
ートストラップ回路のコールド端子を下側アームのブー
トストラップ回路のコールド端子に選択接続するスイッ
チング素子に、このスイッチング素子の電流を制限する
保護抵抗を挿入したことを主要な特徴とする。
【0010】
【作用】異常電圧の発生が多い下側アームのスイッチン
グ素子のオフするタイミングにおいて、上側アームのブ
ートストラップ回路のコールド端子を下側アームのブー
トストラップ回路のコールド端子に選択接続するスイッ
チング素子の逆バイアス時の電流が制限される。
【0011】
【実施例】以下、図1および図2を参照して本発明の実
施例を説明する。図1を参照すると、インバータ回路
は、上側および下側アームのスイッチング素子Qu1、
Qu2〜Qw1、Qw2の直列回路からなるU相、V相、
W相の3相のスイツチング回路(30)(32)(34)、上側アー
ムのスイッチング素子Qu1〜Qw1を駆動するための矩
形波および下側アームのスイッチング素子Qu2〜Qw2
を駆動するためのPWM波を生成する制御回路(44)、こ
の制御回路(44)の出力に基づいてスイッチング素子Qu
1、Qu2〜Qw1、Qw2を駆動するドライバ(46)から構
成され、PWM波のオンデューティを変更することによ
って負荷の、例えば速度制御が行われる。
【0012】U相、V相、W相の各スイッチング回路(3
0)(32)(34)は同一回路構成であり、慣流ダイオードDu
1、Du2〜Dw1、Dw2が並列接続されるスイッチング
素子にはバイポーラトランジスタ、パワーMOSFE
T、IGBT等が使用される。このスイツチング回路(3
0)(32)(34)は例えば140VのDCを3相交流に変換
し、出力する。
【0013】制御回路(44)は互いに120度の位相差を
有する3つの矩形波および負荷の速度制御のための3つ
のPWM波を出力して、それぞれ上側アームのスイッチ
ング素子Qu1〜Qw1、下側アームのスイッチング素子
Qu2〜Qw2を駆動する。
【0014】図2はU相のスイツチング回路(30)および
そのドライバ(46)の具体回路を示す。なお、図3に示し
た回路との回路構成上の差異が抵抗Ruの有無に留まる
ので、同一機能の回路素子に図3と同一の番号を使用す
る。ドライバ(46)はスイッチング素子Qu1、Qu2に電
流を供給し、それらをオンさせるNPNトランジスタQ
u11、Qu13とスイッチング素子のオフ時にその制御電
極の蓄積電荷を吸収するPNPトランジスタQu12、Q
14からなり、スイッチング素子Qu1、Qu2のスイッチ
ング速度を向上させて、それらのスイッチング損失を低
減する。図示するドライバ(46)は全ての相のスイツチン
グ回路(30)(32)(34)のスイッチング素子Qu1、Qu2〜
Qw1、Qw2に付加される。
【0015】本実施例の基本動作は図3に示した回路の
それと異ならないため一部重複するが、同図を参照して
ドライバ(46)およびこのドライバ(46)に所定の電源電圧
を供給するブートストラップ回路の動作を説明する。ブ
ートストラップ回路はコンデンサCu1〜Cu4、フロー
ティング電源V1およびV2、上側アームのコンデンサC
2のコールド端子をフローティング電源V2の負極に選択
的に接続するスイッチング素子Qu15、ダイオードDu
からなり、フローティング電源V1およびV2はコンデン
サCu1〜Cu4を所定の電圧に充電する。
【0016】下側アームのスイッチング素子Qu2のた
めのPWM波Vu2が”H”になると、NPNトランジ
スタQu13がオンしてフローティング電源V1をスイッ
チング素子Qu2およびスイッチング素子Qu15の制御
電極に接続する。これにより、下側アームのスイッチン
グ素子Qu2がオンすると共にスイッチング素子Qu15
がオンして上側アームのコンデンサCu1、Cu2が例え
ば、電圧V1=V2で充電される。このスイッチング素子
Qu15がオンするタイミングではU相出力端子電位Vu
が接地電位となるためスイッチング素子Qu15の破壊の
問題は生じない。
【0017】次に、下側アームのスイッチング素子Qu
2のためのPWM波Vu2が”L”になると、PNPトラ
ンジスタQ14がオンしてフローティング電源V2の負極
をスイッチング素子Qu2およびスイッチング素子Qu1
5の制御電極に接続する。これにより、スイッチング素
子Qu2の制御電極の蓄積電荷が高速吸収されてこれを
オフさせると共にスイッチング素子Qu15がオフして上
側アームのコンデンサCu2のコールド端子をフローテ
ィングする。このタイミング以降、上側アームのドライ
バ(46)の電源電位はVu±V1(Vu=U相出力)とな
る。
【0018】このスイッチング素子Qu15がオフするタ
イミングではU相出力端子電位Vuが電源電位、あるい
はフローティングであるため、コンデンサCu2を介し
て逆バイアスされたスイッチング素子Qu15に誘導性負
荷に原因する異常電圧、あるいは負荷短絡等の障害に原
因する異常電圧が印加されるおそれがある。しかしなが
ら、本発明によればスイッチング素子Qu15に直列に、
その電流を制限する保護抵抗Ruが接続されているた
め、異常電圧印加時のスイッチング素子Qu15の損失を
定格の範囲に置くことができる。なお、この保護抵抗R
uによりコンデンサCu1およびCu2の充電速度が低下
するが、所定の周期後に定格電圧に達するので問題がな
い。
【0019】さらに、上側アームのスイッチング素子Q
u1のためのPWM波Vu1が”H”になると、NPNト
ランジスタQu11がオンして電圧Vu+V1で充電され
たコンデンサCu1をスイッチング素子Qu1の制御電極
に接続し、結局、Vu+V1−Vu=V1でスイッチング
素子Qu1をオンさせる。このタイミングでは下側アー
ムのスイッチング素子Qu2は電源V1により深く逆バイ
アスされてオフしている。このタイミングにおけるスイ
ッチング素子Qu15の保護動作も前述したものと同様で
ある。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように本発明は単に電流を制
限する保護抵抗を挿入するのみで、実用に適さないと考
えられていたドライバを実用化することができる。
【0021】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図。
【図2】実施例のU相ドライバの回路図。
【図3】従来例の回路図。
【符号の説明】
30 スイッチング回路 32 スイッチング回路 34 スイッチング回路 44 制御回路 46 ドライバ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子を直列接続した複数の
    スイッチング回路と、スイッチング素子の制御電極を制
    御するドライバと、このドライバに所定の電位を印加す
    るブートストラップ回路と、制御電極が下側アームのス
    イッチング素子の制御電極に接続され、上側アームのブ
    ートストラップ回路のコールド端子を下側アームのブー
    トストラップ回路のコールド端子に選択接続するスイッ
    チング素子と、このスイッチング素子の被制御電極に直
    列接続した保護抵抗から構成されるインバータ回路。
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