JP3572058B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源装置、特に主電源からの直流電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータ装置に供給し、インバータ装置から所定の交流電圧を出力すると共に、主電源の遮断時に平滑コンデンサの蓄積電荷を消費するようにした電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車などにおいては、バッテリからの直流電圧をインバータ装置で所定の交流電圧に変換する電源装置を用いてモータを駆動している。この電源装置は、アクセル操作等に応じて、インバータ装置内のスイッチングトランジスタをオンオフ制御し、上記モータの出力トルクを制御している。このような制御を行なうためには、インバータ装置に供給される直流電圧の変動を抑制することが必要であるため、通常平滑コンデンサを利用して、主電源（バッテリ）から供給される直流電圧の変動を抑制するようにしている。
【０００３】
一方、点検整備などで主電源を遮断する場合には、平滑コンデンサに蓄積電荷が残留しているのは好ましくないので、実開平３−１１３９３号公報に示されるように、ホーロー抵抗等の大きな体積を持つ耐熱性の放電用抵抗を設け、この放電用抵抗を主電源の遮断時に平滑コンデンサの両電極間に接続して上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費するようにしている。
また、特開平９−２０１０６５号公報に示されたものは、インバータ装置内に放電専用回路を設けて、平滑コンデンサに蓄積された電荷をスイッチング用のトランジスタに流して消費するようにしたものである。その内容を図４に示し、簡単に説明する。
【０００４】
図４は、インバータ装置の一相分のアームを示すもので、２０、２１はインバータ装置の直流入力端子、１４は直流入力端子に印加される直流電圧を平滑するコンデンサ、１、２は一相分のアーム、例えばＵ相のアームを構成する一対のスイッチングトランジスタ、７は各スイッチングトランジスタのコレクタ−エミッタ間に接続され、逆起電流を流すためのフライホイールダイオード、２３、２４は他の相への接続端子、２５はＵ相の交流出力端子、１８は電流センサで、出力信号端子２２が図示しない制御装置に接続されている。
Ｒ１、Ｒ２はスイッチングトランジスタ１のゲート回路に接続された抵抗で、抵抗値はＲ１＜Ｒ２とされている。Ｓは抵抗Ｒ１とＲ２とを切り替えるためのスイッチ、Ｔｒ１、Ｔｒ２は上記抵抗Ｒ１、Ｒ２、スイッチＳと共にスイッチングトランジスタ１のドライブ回路を構成する制御用トランジスタで、端子２６に上述した制御装置から制御信号が与えられる。Ｒ３はスイッチングトランジスタ２のゲート回路に接続された抵抗、Ｔｒ３、Ｔｒ４は上記抵抗Ｒ３と共にスイッチングトランジスタ２のドライブ回路を構成する制御用トランジスタで、端子２７に上述した制御装置から制御信号が与えられる。
【０００５】
このような構成において、主電源の直流電圧遮断時にスイッチＳを操作して、アームの一方のスイッチングトランジスタ１のゲートに接続される抵抗を、小さな抵抗Ｒ１から大きな抵抗Ｒ２に切り替えると共に、スイッチングトランジスタ１の制御用トランジスタＴｒ１と、アームの他方のスイッチングトランジスタ２の制御用トランジスタＴｒ３とを共にオン状態として、スイッチングトランジスタ１，２をオン状態とし、平滑コンデンサ１４の蓄積電荷を、スイッチングトランジスタ１，２に流して消費するようにしたものである。このとき、スイッチングトランジスタ１における電流（コレクタ電流）は、そのゲートに印加される電圧を大きな抵抗Ｒ２により制限しているので、スイッチングトランジスタ１を活性領域の所定値に抑制することができる。このように、主電源の直流電圧遮断時において、放電用の抵抗による放電、または放電専用回路による放電によって、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を放電することにより、回路の電源ラインがいつまでも高電圧に維持されるのを防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電源装置は以上のように構成されているが、電気自動車等においては、十分な出力トルクを得るために、かなりの高電圧の主電源（バッテリ）が採用され、この電圧を一定に維持するために、平滑コンデンサも大きな容量のものが用いられている。しかし、このような大容量の平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費するためには、放電用抵抗を使用する場合には、放電用抵抗の体積が更に大きくなり、従って、回路が全体として大型になり、製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
また、放電専用回路を使用する場合には、放電専用回路の占有面積だけ回路の規模が大きくなり、コストも高くなってしまうという問題点があった。更に、トランジスタの活性領域を用いて電流を流す場合には、トランジスタにおける損失が、飽和領域を用いて同じ電流を流す場合に比べて相当大きくなるので、放電電流の制御を誤るとトランジスタが熱破壊を起こす可能性があった。反面、放電電流を制限しすぎると、放電に時間がかかるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点に対処するためになされたもので、主電源の直流電圧遮断時に、放電用抵抗及び放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタが熱破壊を起こすことなく、平滑用コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費することができる電源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る電源装置は、主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの各スイッチングトランジスタを同時にオンさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によってオンさせたスイッチングトランジスタにアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させると共に、短絡されたアームのスイッチングトランジスタの電流を検出し、検出電流が所定値以上の時にそのアームの少なくとも一方のスイッチングトランジスタをオフさせる過電流保護手段を設け、アーム短絡電流の最大値を制限するようにしたものである。
【０００９】
請求項２に係る電源装置は、また、主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの各スイッチングトランジスタを同時にオンさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によってオンさせたスイッチングトランジスタにアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させると共に、上記アーム短絡電流が所定値以上とならないように、アームの少なくとも一方のスイッチングトランジスタのオン時間の幅を制御するようにしたものである。
【００１０】
請求項３に係る電源装置は、また、上記ドライブ手段によって短絡されたアームの各スイッチングトランジスタの温度を検出し、検出温度が所定値以上の時に検出スイッチングトランジスタをオフさせる過熱保護手段を有し、スイッチングトランジスタの温度上昇を抑制するようにしたものである。
【００１１】
請求項４に係る電源装置は、また、上記ドライブ手段によってアーム短絡電流を流す時間間隔を制御して、スイッチングトランジスタの温度上昇を抑制するようにしたものである。
【００１２】
請求項５に係る電源装置は、また、上記ドライブ手段によって短絡されるインバータ装置のアームを、一つまたは複数相とするものである。
【００１３】
請求項６に係る電源装置は、また、上記ドライブ手段によって短絡されるインバータ装置のアームが、所定の順序で切り替えるようにされているものである。
【００１４】
請求項７に係る電源装置は、また、主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの一方のスイッチングトランジスタを常時オンさせ、他方のスイッチングトランジスタをオンオフさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によって他方のスイッチングトランジスタをオンさせてアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させるようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示すブロック図で、交流出力端子に三相モータを接続した場合を示す。この図において、１３は主電源であるバッテリ、１７はメインスイッチで、電気自動車のイグニッションスイッチのオン、オフを後述する制御装置によって検知し、イグニッションスイッチのオフ時にオフとなるようにされている。
【００１６】
１４は主電源の端子間に接続された平滑コンデンサで、バッテリ１３から供給される直流電圧を平滑し、直流電圧の変動を抑制するものである。１１はバッテリ１３の直流電圧を入力とするインバータ装置で、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを有し、各アームは以下のように構成されている。即ち、１、２はＵ相のアームを構成する一対のスイッチングトランジスタで、直列接続されている。また、３、４は同じく直列接続されてＶ相のアームを構成する一対のスイッチングトランジスタ、５、６は同じく直列接続されてＷ相のアームを構成する一対のスイッチングトランジスタである。
【００１７】
各スイッチングトランジスタ１〜６は、それぞれエミッタ電流検出用端子１Ａ〜６Ａを有するＩＧＢＴ（ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ）によって構成されている。７は各スイッチングトランジスタ１〜６のコレクターエミッタ間に接続され、逆起電流を流すためのフライホイールダイオード、８は各スイッチングトランジスタのゲート回路に接続されたゲート駆動回路、１２はゲート駆動回路８を介して各スイッチングトランジスタ１〜６のスイッチング動作を制御する制御装置、１５はインバータ装置１１の交流出力端子に接続された三相モータ、１６は三相モータの回転センサで、三相モータの回転数の情報を制御装置１２に与えるものである。また、１８は電流センサで、インバータ装置１１に流れる電流を検出し、検出結果を制御装置１２に与えるようにされている。
【００１８】
制御装置１２は、トルク指令や回転センサ１６からのモータ１５の回転数の情報及び電流センサ１８からのインバータ電流情報にもとづいて、各スイッチングトランジスタ１〜６のスイッチング動作を制御する。また、９は各スイッチングトランジスタのエミッタ電流検出用端子１Ａ〜６Ａに接続された過電流（ＳＣ）保護回路で、各スイッチングトランジスタに流れる電流を検出すると共に、検出電流が所定の閾値（ＳＣレベル）を超えると、ゲート駆動回路８にゲート遮断信号を出力するようにされている。このため、過電流が流れたスイッチングトランジスタのゲートは強制遮断され、制御装置１２から次のゲートオン信号が出力されるまで、遮断状態が継続する。１０は各スイッチングトランジスタ１〜６の温度を検出する過熱（ＯＴ）保護回路で、抵抗に温度特性を持つサーミスタやダイオードなどのセンシング素子を有し、各スイッチングトランジスタの検出温度が所定の閾値（○Ｔレベル）を超えると、ゲート駆動回路８にゲート遮断信号を出力するようにされている。このため、過熱したスイッチングトランジスタのゲートは強制遮断され、過熱したスイッチングトランジスタの温度が、○Ｔレベルより低い値に設定されたゲート遮断解除閾値（ＯＴｒレベル）を下回るまで、かつ制御装置１２から次のゲートオン信号が出力されるまで遮断状態が継続されるようになっている。
【００１９】
このような構成において、電気自動車のイグニッションスイッチ（図示せず）がオフされた場合、制御装置１２は、メインスイッチ１７をオフし、バッテリ１３をインバータ装置１１から遮断する。ここで制御装置１２のＵＨとＵＬにゲートオン指令を出力すると、Ｕ相アームの一対のスイッチングトランジスタ１，２が同時オンし、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷は、スイッチングトランジスタ１，２のアーム短絡電流として消費される。アーム短絡電流は時間とともに増大し、やがて過電流保護回路９が検出したスイッチングトランジスタのコレクタ電流が図２の波形図に示されるように、ＳＣレベルを超えると、過電流保護回路９からゲート駆動回路８にゲート強制遮断信号が出力され、スイッチングトランジスタ１，２はゲートの強制遮断によって共にオフし、アーム短絡電流は流れなくなる。アーム短絡電流の最大値は、図２に示すように、ゲート強制遮断の応答時間の分だけＳＣレベルを超える。その後、制御装置１２のＵＨとＵＬにゲートオフ指令が出力されると、過電流保護回路９によるゲート強制遮断は解除され、再び制御装置１２のＵＨとＵＬにゲートオン指令を出力した時、スイッチングトランジスタ１，２にアーム短絡電流が流れる。
【００２０】
このようなアーム短絡による放電を短い時間間隔で繰り返し行なうと、アーム短絡時のスイッチングトランジスタ１，２の損失による発熱量がスイッチングトランジスタオフ時の放熱量を上回り、スイッチングトランジスタ１，２に熱が蓄積されて温度が上昇する。スイッチングトランジスタ１，２のどちらか一方でも、過熱保護回路１０の検出温度が図２に示すように、○Ｔレベルを超えると、その過熱保護回路１０からゲート駆動回路８にゲート強制遮断信号が出力され、対応するスイッチングトランジスタのゲートが強制遮断される。強制遮断されると、過熱したスイッチングトランジスタの検出温度が、図２に示すＯＴｒレベルを下回るまで、かつ制御装置１２から次のゲートオン信号が出力されるまで、過熱したスイッチングトランジスタのゲートは強制遮断され続ける。
従って、○Ｔレベルを超えたスイッチングトランジスタが１，２のうちの一方であっても、その間アーム短絡電流は流れない。
【００２１】
このように、インバータ装置が一般的に備えている過電流・過熱保護機能を用いて、アーム短絡電流の最大値とスイッチングトランジスタの温度を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
なお、インバータ装置１１に流れる電流、即ち、電流センサ１８の検出電流が所定の閾値以下になった時、もしくは、平滑コンデンサ１４の両端子間電圧が所定の閾値以下になった時は、所定の放電が終了したものとして、スイッチングトランジスタ１〜６をオフし放電処理を終了する。
【００２２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態は、図１に示すブロック図における過熱保護回路１０の機能を必要としない例であり、具体的には図１から過熱保護回路１０を除去した形の回路構成とするものである。
実施の形態１との相違点は、アーム短絡電流を流す時間間隔を広げることによって、平滑コンデンサの蓄積電荷の放電が終了するまで、スイッチングトランジスタの温度を熱破壊レベルにまで上昇させないようにした点である。
【００２３】
このように、インバータ装置１１が一般的に備えている過電流保護機能を用いて、アーム短絡電流の最大値を制限しながら、アーム短絡電流を流す時間間隔を長くして、スイッチングトランジスタの温度上昇を制限することにより、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
ただし、アーム短絡をさせる間隔を長くするため、実施の形態１に比して放電に要する時間が長くなる。
【００２４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態は、図１に示すブロック図における過電流保護回路９の機能を必要としない例であり、具体的には図１から過電流保護回路９を除去した形の回路構成とするものである。
電気自動車のイグニッションスイッチ（図示せず）がオフされた場合、制御装置１２は、メインスイッチ１７をオフし、バッテリ１３は遮断される。ここで制御装置１２のＵＨとＵＬに短パルスのゲートオン指令を出力すると、Ｕ相アームの一対のスイッチングトランジスタ１，２は同時オンし、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷は、スイッチングトランジスタ１，２のアーム短絡電流として消費される。アーム短絡電流は時間とともに増大するが、同時オンさせる時間が短いため、図３の波形図に示されるように、過電流保護回路９によって検出される各スイッチングトランジスタのコレクタ電流がＳＣレベルを超える前に、スイッチングトランジスタ１，２がオフし、アーム短絡電流が流れなくなる。即ち、アーム短絡電流の最大値は、スイッチングトランジスタ１，２を同時オンさせる時間幅で制御されることになる。その後、再び制御装置１２のＵＨとＵＬに短パルスのゲートオン指令を出力すると、スイッチングトランジスタ１，２に同様なアーム短絡電流が流れる。
【００２５】
このように、アーム短絡による放電を短い時間間隔で繰り返し行なうと、アーム短絡時のスイッチングトランジスタ１，２の損失による発熱量がスイッチングトランジスタオフ時の放熱量を上回り、スイッチングトランジスタ１，２に熱が蓄積されて温度が上昇する。スイッチングトランジスタ１，２のどちらか一方でも、過熱保護回路１０の検出温度が図３に示すように、○Ｔレベルを超えると、その過熱保護回路１０からゲート駆動回路８にゲート遮断信号が出力され、対応するスイッチングトランジスタのゲートが強制遮断される。強制遮断されると、図３に示されるように、過熱したスイッチングトランジスタの検出温度が、ＯＴｒレベルを下回るまで、かつ制御装置１２から次のゲートオン信号が出力されるまで、過熱したスイッチングトランジスタのゲートは遮断され続ける。
従って、○Ｔレベルを超えたスイッチングトランジスタが１，２のうちの一方であっても、その間アーム短絡電流は流れない。
【００２６】
このように、スイッチングトランジスタ１，２を同時オンさせる時間幅でアーム短絡電流の最大値を制御し、インバータ装置が一般的に備えている過熱保護機能を用いて、スイッチングトランジスタの温度を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
なお、インバータ装置１１に流れる電流、即ち、電流センサ１８の検出電流が所定の閾値以下になった時、もしくは、平滑コンデンサ１４の両端子間電圧が所定の閾値以下になった時は、所定の放電が終了したものとして、スイッチングトランジスタ１〜６をオフし放電処理を終了する。
【００２７】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態は、図１に示すブロック図において過電流保護回路９と過熱保護回路１０の機能を必要としない例であり、具体的には図１から過電流保護回路９と過熱保護回路１０を除去した形の回路構成とするものである。実施の形態３との相違点は、アーム短絡電流を流す時間間隔を広げることによって、平滑コンデンサの蓄積電荷の放電が終了するまで、スイッチングトランジスタの温度を熱破壊レベルにまで上昇させないようにした点である。
このように、スイッチングトランジスタ１，２を同時オンさせる時間幅でアーム短絡電流の最大値を制御すると共に、アーム短絡電流を流す時間間隔を長くして、スイッチングトランジスタの温度上昇を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。ただし、アーム短絡をさせる間隔を長くするため、実施の形態１に比して放電に要する時間が長くなる。
【００２８】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態は、上述した各実施の形態のようにアーム短絡電流を流して平滑コンデンサの蓄積電流を消費する場合に限らず、特開平９−２０１０６５号公報に記載されているような手段など、一般的にインバータ装置のスイッチングトランジスタ１〜６のいずれかに電流を流して、平滑コンデンサの蓄積電流を消費する場合に、過熱保護回路１０の機能を併用して、スイッチングトランジスタ１〜６が所定の温度以上にならないように制限しながら、平滑コンデンサの蓄積電流を消費するようにしたものである。このようにすることにより、より確実にスイッチングトランジスタの熱破壊を防ぎながら、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
【００２９】
実施の形態６．
上述した各実施の形態では、Ｕ相アームの一対のスイッチングトランジスタ１，２を同時オンさせて、アーム短絡電流を流すようにしたが、Ｕ相アームに代えて、Ｖ相アームのスイッチングトランジスタ３，４、またはＷ相アームのスイッチングトランジスタ５，６を同時オンさせて短絡電流を流すようにしてもよい。更に、アーム短絡させる相を所定の順序で切り替えたり、複数相のアームを同時に短絡させるようにしてもよい。複数相のアームで同時に放電すれば、より短時間で平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
【００３０】
なお、実施の形態１あるいは２においては、スイッチングトランジスタ１〜６の過電流検出を、エミッタ電流検出用端子の電流を用いて行なうようにしたが、スイッチングトランジスタ１〜６のコレクターエミッタ間の電圧を用いて行なってもよい。または、アームにシャント抵抗を挿入してその両端電圧を用いて行なってもよい。これらの場合、もしくは過電流保護回路を用いない実施の形態３あるいは４においては、エミッタ電流検出用端子がないＩＧＢＴを使用してもよい。
また、上記各実施の形態において、スイッチングトランジスタ１〜６のそれぞれに過電流保護回路９を設けるようにしたが、アームの一方のスイッチングトランジスタ１，３，５のみ、もしくはアームの他方のスイッチングトランジスタ２，４，６のみに過電流保護回路９を設けるようにしても同様な効果を期待することができる。
【００３１】
また、上記各実施の形態においては、スイッチングトランジスタ１、２の両方をオンオフさせるようにしたが、アームの一方のスイッチングトランジスタ１，３，５またはアームの他方のスイッチングトランジスタ２，４，６の片側のスイッチングトランジスタを常時オンさせ、残りの側のスイッチングトランジスタのみをオンオフさせるようにしてもよい。
更に、上記各実施の形態においては、スイッチングトランジスタ１〜６としてＩＧＢＴを用いているが、ＩＧＢＴに代えてＭＯＳＦＥＴ（ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ）等の電力用半導体デバイスを用いても同様の効果を期待することができる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１、３、６に記載の発明によれば、主電源からの直流電圧遮断時に、インバータ装置が一般的に備えている過電流・過熱保護機能を用いて、アーム短絡電流の最大値とスイッチングトランジスタの温度を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する。従って、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。また、制御装置が短い時間間隔でアーム短絡させる指令を出力しても、スイッチングトランジスタが所定の温度を超えれば過熱保護回路によって強制ゲート遮断されるので、アーム短絡させる時間間隔の制御方法が簡単になり、かつ短い時間で放電を完了させることができる。
【００３３】
請求項１、４に記載の発明によれば、主電源からの直流電圧遮断時に、インバータ装置が一般的に備えている過電流保護機能を用いて、アーム短絡電流の最大値を制限しながら、アーム短絡電流を流す時間間隔を大きくして、スイッチングトランジスタの温度上昇を制限することにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する。従って、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、また、過熱保護機能がなくても、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。
【００３４】
請求項１、２、３に記載の発明によれば、主電源からの直流電圧遮断時に、アームを構成する各スイッチングトランジスタを同時オンさせる時間幅でアーム短絡電流の最大値を制御し、インバータ装置が一般的に備えている過熱保護機能を用いて、スイッチングトランジスタの温度を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する。従って、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、また、過電流保護機能がなくても、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。また、制御装置が短い時間間隔でアーム短絡させる指令を出力しても、スイッチングトランジスタが所定の温度を超えれば、過熱保護回路によって強制ゲート遮断されるので、アーム短絡させる時間間隔の制御方法が簡単になり、かつ短い時間で放電を完了させることができる。
【００３５】
請求項１、２、４に記載の発明によれば、主電源からの直流電圧遮断時に、アームを構成する各スイッチングトランジスタを同時オンさせる時間幅でアーム短絡電流の最大値を制御し、アーム短絡電流を流す時間間隔を大きくしてスイッチングトランジスタの温度上昇を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する。従って、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、また、過電流・過熱保護機能がなくても、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。
【００３６】
請求項４に記載の発明によれば、アーム短絡電流を流して平滑コンデンサの蓄積電流を消費する場合に限らず、一般的にスイッチングトランジスタに電流を流して、平滑コンデンサの蓄積電流を消費する場合に、過熱保護機能を併用して、スイッチングトランジスタが所定の温度以上にならないように制限しながら、平滑コンデンサの蓄積電流を消費する。従って、インバータ装置のスイッチングトランジスタに電流を流して放電を行なうあらゆる手段において、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができる。
【００３７】
請求項５に記載の発明によれば、短時間に平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができる。
【００３８】
請求項７に記載の発明によれば、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における各点の測定波形を示す波形図である。
【図３】実施の形態３における各点の測定波形を示す波形図である。
【図４】従来の電源装置における放電専用回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１〜６ スイッチングトランジスタ、 ７ フライホイールダイオード、８ ゲート駆動回路、 ９ 過電流保護回路、１０ 過熱保護回路、 １１ インバータ装置、 １２ 制御装置、１３ バッテリ、 １４ 平滑コンデンサ、 １５ 三相モータ、１６ 回転センサ、 １７ メインスイッチ、 １８ 電流センサ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源装置、特に主電源からの直流電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータ装置に供給し、インバータ装置から所定の交流電圧を出力すると共に、主電源の遮断時に平滑コンデンサの蓄積電荷を消費するようにした電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車などにおいては、バッテリからの直流電圧をインバータ装置で所定の交流電圧に変換する電源装置を用いてモータを駆動している。この電源装置は、アクセル操作等に応じて、インバータ装置内のスイッチングトランジスタをオンオフ制御し、上記モータの出力トルクを制御している。このような制御を行なうためには、インバータ装置に供給される直流電圧の変動を抑制することが必要であるため、通常平滑コンデンサを利用して、主電源（バッテリ）から供給される直流電圧の変動を抑制するようにしている。
【０００３】
一方、点検整備などで主電源を遮断する場合には、平滑コンデンサに蓄積電荷が残留しているのは好ましくないので、実開平３−１１３９３号公報に示されるように、ホーロー抵抗等の大きな体積を持つ耐熱性の放電用抵抗を設け、この放電用抵抗を主電源の遮断時に平滑コンデンサの両電極間に接続して上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費するようにしている。
また、特開平９−２０１０６５号公報に示されたものは、インバータ装置内に放電専用回路を設けて、平滑コンデンサに蓄積された電荷をスイッチング用のトランジスタに流して消費するようにしたものである。その内容を図４に示し、簡単に説明する。
【０００４】
図４は、インバータ装置の一相分のアームを示すもので、２０、２１はインバータ装置の直流入力端子、１４は直流入力端子に印加される直流電圧を平滑するコンデンサ、１、２は一相分のアーム、例えばＵ相のアームを構成する一対のスイッチングトランジスタ、７は各スイッチングトランジスタのコレクタ−エミッタ間に接続され、逆起電流を流すためのフライホイールダイオード、２３、２４は他の相への接続端子、２５はＵ相の交流出力端子、１８は電流センサで、出力信号端子２２が図示しない制御装置に接続されている。
Ｒ１、Ｒ２はスイッチングトランジスタ１のゲート回路に接続された抵抗で、抵抗値はＲ１＜Ｒ２とされている。Ｓは抵抗Ｒ１とＲ２とを切り替えるためのスイッチ、Ｔｒ１、Ｔｒ２は上記抵抗Ｒ１、Ｒ２、スイッチＳと共にスイッチングトランジスタ１のドライブ回路を構成する制御用トランジスタで、端子２６に上述した制御装置から制御信号が与えられる。Ｒ３はスイッチングトランジスタ２のゲート回路に接続された抵抗、Ｔｒ３、Ｔｒ４は上記抵抗Ｒ３と共にスイッチングトランジスタ２のドライブ回路を構成する制御用トランジスタで、端子２７に上述した制御装置から制御信号が与えられる。
【０００５】
このような構成において、主電源の直流電圧遮断時にスイッチＳを操作して、アームの一方のスイッチングトランジスタ１のゲートに接続される抵抗を、小さな抵抗Ｒ１から大きな抵抗Ｒ２に切り替えると共に、スイッチングトランジスタ１の制御用トランジスタＴｒ１と、アームの他方のスイッチングトランジスタ２の制御用トランジスタＴｒ３とを共にオン状態として、スイッチングトランジスタ１，２をオン状態とし、平滑コンデンサ１４の蓄積電荷を、スイッチングトランジスタ１，２に流して消費するようにしたものである。このとき、スイッチングトランジスタ１における電流（コレクタ電流）は、そのゲートに印加される電圧を大きな抵抗Ｒ２により制限しているので、スイッチングトランジスタ１を活性領域の所定値に抑制することができる。このように、主電源の直流電圧遮断時において、放電用の抵抗による放電、または放電専用回路による放電によって、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を放電することにより、回路の電源ラインがいつまでも高電圧に維持されるのを防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電源装置は以上のように構成されているが、電気自動車等においては、十分な出力トルクを得るために、かなりの高電圧の主電源（バッテリ）が採用され、この電圧を一定に維持するために、平滑コンデンサも大きな容量のものが用いられている。しかし、このような大容量の平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費するためには、放電用抵抗を使用する場合には、放電用抵抗の体積が更に大きくなり、従って、回路が全体として大型になり、製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
また、放電専用回路を使用する場合には、放電専用回路の占有面積だけ回路の規模が大きくなり、コストも高くなってしまうという問題点があった。更に、トランジスタの活性領域を用いて電流を流す場合には、トランジスタにおける損失が、飽和領域を用いて同じ電流を流す場合に比べて相当大きくなるので、放電電流の制御を誤るとトランジスタが熱破壊を起こす可能性があった。反面、放電電流を制限しすぎると、放電に時間がかかるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点に対処するためになされたもので、主電源の直流電圧遮断時に、放電用抵抗及び放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタが熱破壊を起こすことなく、平滑用コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費することができる電源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る電源装置は、主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの各スイッチングトランジスタを同時にオンさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によってオンさせたスイッチングトランジスタにアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させると共に、短絡されたアームのスイッチングトランジスタの電流を検出し、検出電流が所定値以上の時にそのアームの少なくとも一方のスイッチングトランジスタをオフさせる過電流保護手段を設け、アーム短絡電流の最大値を制限するようにしたものである。
【０００９】
請求項２に係る電源装置は、また、主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの各スイッチングトランジスタを同時にオンさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によってオンさせたスイッチングトランジスタにアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させると共に、上記アーム短絡電流が所定値以上とならないように、アームの少なくとも一方のスイッチングトランジスタのオン時間の幅を制御するようにしたものである。
【００１０】
請求項３に係る電源装置は、また、上記ドライブ手段によって短絡されたアームの各スイッチングトランジスタの温度を検出し、検出温度が所定値以上の時に検出スイッチングトランジスタをオフさせる過熱保護手段を有し、スイッチングトランジスタの温度上昇を抑制するようにしたものである。
【００１１】
請求項４に係る電源装置は、また、上記ドライブ手段によってアーム短絡電流を流す時間間隔を制御して、スイッチングトランジスタの温度上昇を抑制するようにしたものである。
【００１２】
請求項５に係る電源装置は、また、上記ドライブ手段によって短絡されるインバータ装置のアームを、一つまたは複数相とするものである。
【００１３】
請求項６に係る電源装置は、また、上記ドライブ手段によって短絡されるインバータ装置のアームが、所定の順序で切り替えるようにされているものである。
【００１４】
請求項７に係る電源装置は、また、主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの一方のスイッチングトランジスタを常時オンさせ、他方のスイッチングトランジスタをオンオフさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によって他方のスイッチングトランジスタをオンさせてアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させるようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示すブロック図で、交流出力端子に三相モータを接続した場合を示す。この図において、１３は主電源であるバッテリ、１７はメインスイッチで、電気自動車のイグニッションスイッチのオン、オフを後述する制御装置によって検知し、イグニッションスイッチのオフ時にオフとなるようにされている。
【００１６】
１４は主電源の端子間に接続された平滑コンデンサで、バッテリ１３から供給される直流電圧を平滑し、直流電圧の変動を抑制するものである。１１はバッテリ１３の直流電圧を入力とするインバータ装置で、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを有し、各アームは以下のように構成されている。即ち、１、２はＵ相のアームを構成する一対のスイッチングトランジスタで、直列接続されている。また、３、４は同じく直列接続されてＶ相のアームを構成する一対のスイッチングトランジスタ、５、６は同じく直列接続されてＷ相のアームを構成する一対のスイッチングトランジスタである。
【００１７】
各スイッチングトランジスタ１〜６は、それぞれエミッタ電流検出用端子１Ａ〜６Ａを有するＩＧＢＴ（ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ）によって構成されている。７は各スイッチングトランジスタ１〜６のコレクターエミッタ間に接続され、逆起電流を流すためのフライホイールダイオード、８は各スイッチングトランジスタのゲート回路に接続されたゲート駆動回路、１２はゲート駆動回路８を介して各スイッチングトランジスタ１〜６のスイッチング動作を制御する制御装置、１５はインバータ装置１１の交流出力端子に接続された三相モータ、１６は三相モータの回転センサで、三相モータの回転数の情報を制御装置１２に与えるものである。また、１８は電流センサで、インバータ装置１１に流れる電流を検出し、検出結果を制御装置１２に与えるようにされている。
【００１８】
制御装置１２は、トルク指令や回転センサ１６からのモータ１５の回転数の情報及び電流センサ１８からのインバータ電流情報にもとづいて、各スイッチングトランジスタ１〜６のスイッチング動作を制御する。また、９は各スイッチングトランジスタのエミッタ電流検出用端子１Ａ〜６Ａに接続された過電流（ＳＣ）保護回路で、各スイッチングトランジスタに流れる電流を検出すると共に、検出電流が所定の閾値（ＳＣレベル）を超えると、ゲート駆動回路８にゲート遮断信号を出力するようにされている。このため、過電流が流れたスイッチングトランジスタのゲートは強制遮断され、制御装置１２から次のゲートオン信号が出力されるまで、遮断状態が継続する。１０は各スイッチングトランジスタ１〜６の温度を検出する過熱（ＯＴ）保護回路で、抵抗に温度特性を持つサーミスタやダイオードなどのセンシング素子を有し、各スイッチングトランジスタの検出温度が所定の閾値（○Ｔレベル）を超えると、ゲート駆動回路８にゲート遮断信号を出力するようにされている。このため、過熱したスイッチングトランジスタのゲートは強制遮断され、過熱したスイッチングトランジスタの温度が、○Ｔレベルより低い値に設定されたゲート遮断解除閾値（ＯＴｒレベル）を下回るまで、かつ制御装置１２から次のゲートオン信号が出力されるまで遮断状態が継続されるようになっている。
【００１９】
このような構成において、電気自動車のイグニッションスイッチ（図示せず）がオフされた場合、制御装置１２は、メインスイッチ１７をオフし、バッテリ１３をインバータ装置１１から遮断する。ここで制御装置１２のＵＨとＵＬにゲートオン指令を出力すると、Ｕ相アームの一対のスイッチングトランジスタ１，２が同時オンし、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷は、スイッチングトランジスタ１，２のアーム短絡電流として消費される。アーム短絡電流は時間とともに増大し、やがて過電流保護回路９が検出したスイッチングトランジスタのコレクタ電流が図２の波形図に示されるように、ＳＣレベルを超えると、過電流保護回路９からゲート駆動回路８にゲート強制遮断信号が出力され、スイッチングトランジスタ１，２はゲートの強制遮断によって共にオフし、アーム短絡電流は流れなくなる。アーム短絡電流の最大値は、図２に示すように、ゲート強制遮断の応答時間の分だけＳＣレベルを超える。その後、制御装置１２のＵＨとＵＬにゲートオフ指令が出力されると、過電流保護回路９によるゲート強制遮断は解除され、再び制御装置１２のＵＨとＵＬにゲートオン指令を出力した時、スイッチングトランジスタ１，２にアーム短絡電流が流れる。
【００２０】
このようなアーム短絡による放電を短い時間間隔で繰り返し行なうと、アーム短絡時のスイッチングトランジスタ１，２の損失による発熱量がスイッチングトランジスタオフ時の放熱量を上回り、スイッチングトランジスタ１，２に熱が蓄積されて温度が上昇する。スイッチングトランジスタ１，２のどちらか一方でも、過熱保護回路１０の検出温度が図２に示すように、○Ｔレベルを超えると、その過熱保護回路１０からゲート駆動回路８にゲート強制遮断信号が出力され、対応するスイッチングトランジスタのゲートが強制遮断される。強制遮断されると、過熱したスイッチングトランジスタの検出温度が、図２に示すＯＴｒレベルを下回るまで、かつ制御装置１２から次のゲートオン信号が出力されるまで、過熱したスイッチングトランジスタのゲートは強制遮断され続ける。
従って、○Ｔレベルを超えたスイッチングトランジスタが１，２のうちの一方であっても、その間アーム短絡電流は流れない。
【００２１】
このように、インバータ装置が一般的に備えている過電流・過熱保護機能を用いて、アーム短絡電流の最大値とスイッチングトランジスタの温度を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
なお、インバータ装置１１に流れる電流、即ち、電流センサ１８の検出電流が所定の閾値以下になった時、もしくは、平滑コンデンサ１４の両端子間電圧が所定の閾値以下になった時は、所定の放電が終了したものとして、スイッチングトランジスタ１〜６をオフし放電処理を終了する。
【００２２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態は、図１に示すブロック図における過熱保護回路１０の機能を必要としない例であり、具体的には図１から過熱保護回路１０を除去した形の回路構成とするものである。
実施の形態１との相違点は、アーム短絡電流を流す時間間隔を広げることによって、平滑コンデンサの蓄積電荷の放電が終了するまで、スイッチングトランジスタの温度を熱破壊レベルにまで上昇させないようにした点である。
【００２３】
このように、インバータ装置１１が一般的に備えている過電流保護機能を用いて、アーム短絡電流の最大値を制限しながら、アーム短絡電流を流す時間間隔を長くして、スイッチングトランジスタの温度上昇を制限することにより、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
ただし、アーム短絡をさせる間隔を長くするため、実施の形態１に比して放電に要する時間が長くなる。
【００２４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態は、図１に示すブロック図における過電流保護回路９の機能を必要としない例であり、具体的には図１から過電流保護回路９を除去した形の回路構成とするものである。
電気自動車のイグニッションスイッチ（図示せず）がオフされた場合、制御装置１２は、メインスイッチ１７をオフし、バッテリ１３は遮断される。ここで制御装置１２のＵＨとＵＬに短パルスのゲートオン指令を出力すると、Ｕ相アームの一対のスイッチングトランジスタ１，２は同時オンし、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷は、スイッチングトランジスタ１，２のアーム短絡電流として消費される。アーム短絡電流は時間とともに増大するが、同時オンさせる時間が短いため、図３の波形図に示されるように、過電流保護回路９によって検出される各スイッチングトランジスタのコレクタ電流がＳＣレベルを超える前に、スイッチングトランジスタ１，２がオフし、アーム短絡電流が流れなくなる。即ち、アーム短絡電流の最大値は、スイッチングトランジスタ１，２を同時オンさせる時間幅で制御されることになる。その後、再び制御装置１２のＵＨとＵＬに短パルスのゲートオン指令を出力すると、スイッチングトランジスタ１，２に同様なアーム短絡電流が流れる。
【００２５】
このように、アーム短絡による放電を短い時間間隔で繰り返し行なうと、アーム短絡時のスイッチングトランジスタ１，２の損失による発熱量がスイッチングトランジスタオフ時の放熱量を上回り、スイッチングトランジスタ１，２に熱が蓄積されて温度が上昇する。スイッチングトランジスタ１，２のどちらか一方でも、過熱保護回路１０の検出温度が図３に示すように、○Ｔレベルを超えると、その過熱保護回路１０からゲート駆動回路８にゲート遮断信号が出力され、対応するスイッチングトランジスタのゲートが強制遮断される。強制遮断されると、図３に示されるように、過熱したスイッチングトランジスタの検出温度が、ＯＴｒレベルを下回るまで、かつ制御装置１２から次のゲートオン信号が出力されるまで、過熱したスイッチングトランジスタのゲートは遮断され続ける。
従って、○Ｔレベルを超えたスイッチングトランジスタが１，２のうちの一方であっても、その間アーム短絡電流は流れない。
【００２６】
このように、スイッチングトランジスタ１，２を同時オンさせる時間幅でアーム短絡電流の最大値を制御し、インバータ装置が一般的に備えている過熱保護機能を用いて、スイッチングトランジスタの温度を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
なお、インバータ装置１１に流れる電流、即ち、電流センサ１８の検出電流が所定の閾値以下になった時、もしくは、平滑コンデンサ１４の両端子間電圧が所定の閾値以下になった時は、所定の放電が終了したものとして、スイッチングトランジスタ１〜６をオフし放電処理を終了する。
【００２７】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態は、図１に示すブロック図において過電流保護回路９と過熱保護回路１０の機能を必要としない例であり、具体的には図１から過電流保護回路９と過熱保護回路１０を除去した形の回路構成とするものである。実施の形態３との相違点は、アーム短絡電流を流す時間間隔を広げることによって、平滑コンデンサの蓄積電荷の放電が終了するまで、スイッチングトランジスタの温度を熱破壊レベルにまで上昇させないようにした点である。
このように、スイッチングトランジスタ１，２を同時オンさせる時間幅でアーム短絡電流の最大値を制御すると共に、アーム短絡電流を流す時間間隔を長くして、スイッチングトランジスタの温度上昇を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。ただし、アーム短絡をさせる間隔を長くするため、実施の形態１に比して放電に要する時間が長くなる。
【００２８】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態は、上述した各実施の形態のようにアーム短絡電流を流して平滑コンデンサの蓄積電流を消費する場合に限らず、特開平９−２０１０６５号公報に記載されているような手段など、一般的にインバータ装置のスイッチングトランジスタ１〜６のいずれかに電流を流して、平滑コンデンサの蓄積電流を消費する場合に、過熱保護回路１０の機能を併用して、スイッチングトランジスタ１〜６が所定の温度以上にならないように制限しながら、平滑コンデンサの蓄積電流を消費するようにしたものである。このようにすることにより、より確実にスイッチングトランジスタの熱破壊を防ぎながら、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
【００２９】
実施の形態６．
上述した各実施の形態では、Ｕ相アームの一対のスイッチングトランジスタ１，２を同時オンさせて、アーム短絡電流を流すようにしたが、Ｕ相アームに代えて、Ｖ相アームのスイッチングトランジスタ３，４、またはＷ相アームのスイッチングトランジスタ５，６を同時オンさせて短絡電流を流すようにしてもよい。更に、アーム短絡させる相を所定の順序で切り替えたり、複数相のアームを同時に短絡させるようにしてもよい。複数相のアームで同時に放電すれば、より短時間で平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を消費することができる。
【００３０】
なお、実施の形態１あるいは２においては、スイッチングトランジスタ１〜６の過電流検出を、エミッタ電流検出用端子の電流を用いて行なうようにしたが、スイッチングトランジスタ１〜６のコレクターエミッタ間の電圧を用いて行なってもよい。または、アームにシャント抵抗を挿入してその両端電圧を用いて行なってもよい。これらの場合、もしくは過電流保護回路を用いない実施の形態３あるいは４においては、エミッタ電流検出用端子がないＩＧＢＴを使用してもよい。
また、上記各実施の形態において、スイッチングトランジスタ１〜６のそれぞれに過電流保護回路９を設けるようにしたが、アームの一方のスイッチングトランジスタ１，３，５のみ、もしくはアームの他方のスイッチングトランジスタ２，４，６のみに過電流保護回路９を設けるようにしても同様な効果を期待することができる。
【００３１】
また、上記各実施の形態においては、スイッチングトランジスタ１、２の両方をオンオフさせるようにしたが、アームの一方のスイッチングトランジスタ１，３，５またはアームの他方のスイッチングトランジスタ２，４，６の片側のスイッチングトランジスタを常時オンさせ、残りの側のスイッチングトランジスタのみをオンオフさせるようにしてもよい。
更に、上記各実施の形態においては、スイッチングトランジスタ１〜６としてＩＧＢＴを用いているが、ＩＧＢＴに代えてＭＯＳＦＥＴ（ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ）等の電力用半導体デバイスを用いても同様の効果を期待することができる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１、３、６に記載の発明によれば、主電源からの直流電圧遮断時に、インバータ装置が一般的に備えている過電流・過熱保護機能を用いて、アーム短絡電流の最大値とスイッチングトランジスタの温度を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する。従って、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。また、制御装置が短い時間間隔でアーム短絡させる指令を出力しても、スイッチングトランジスタが所定の温度を超えれば過熱保護回路によって強制ゲート遮断されるので、アーム短絡させる時間間隔の制御方法が簡単になり、かつ短い時間で放電を完了させることができる。
【００３３】
請求項１、４に記載の発明によれば、主電源からの直流電圧遮断時に、インバータ装置が一般的に備えている過電流保護機能を用いて、アーム短絡電流の最大値を制限しながら、アーム短絡電流を流す時間間隔を大きくして、スイッチングトランジスタの温度上昇を制限することにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する。従って、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、また、過熱保護機能がなくても、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。
【００３４】
請求項１、２、３に記載の発明によれば、主電源からの直流電圧遮断時に、アームを構成する各スイッチングトランジスタを同時オンさせる時間幅でアーム短絡電流の最大値を制御し、インバータ装置が一般的に備えている過熱保護機能を用いて、スイッチングトランジスタの温度を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する。従って、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、また、過電流保護機能がなくても、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。また、制御装置が短い時間間隔でアーム短絡させる指令を出力しても、スイッチングトランジスタが所定の温度を超えれば、過熱保護回路によって強制ゲート遮断されるので、アーム短絡させる時間間隔の制御方法が簡単になり、かつ短い時間で放電を完了させることができる。
【００３５】
請求項１、２、４に記載の発明によれば、主電源からの直流電圧遮断時に、アームを構成する各スイッチングトランジスタを同時オンさせる時間幅でアーム短絡電流の最大値を制御し、アーム短絡電流を流す時間間隔を大きくしてスイッチングトランジスタの温度上昇を制限しながら、アーム短絡電流を繰り返し流すことにより、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費する。従って、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、また、過電流・過熱保護機能がなくても、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。
【００３６】
請求項４に記載の発明によれば、アーム短絡電流を流して平滑コンデンサの蓄積電流を消費する場合に限らず、一般的にスイッチングトランジスタに電流を流して、平滑コンデンサの蓄積電流を消費する場合に、過熱保護機能を併用して、スイッチングトランジスタが所定の温度以上にならないように制限しながら、平滑コンデンサの蓄積電流を消費する。従って、インバータ装置のスイッチングトランジスタに電流を流して放電を行なうあらゆる手段において、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができる。
【００３７】
請求項５に記載の発明によれば、短時間に平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができる。
【００３８】
請求項７に記載の発明によれば、放電用抵抗や放電専用回路を用いずに、スイッチングトランジスタを熱破壊させることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における各点の測定波形を示す波形図である。
【図３】実施の形態３における各点の測定波形を示す波形図である。
【図４】従来の電源装置における放電専用回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１〜６ スイッチングトランジスタ、 ７ フライホイールダイオード、８ ゲート駆動回路、 ９ 過電流保護回路、１０ 過熱保護回路、 １１ インバータ装置、 １２ 制御装置、１３ バッテリ、 １４ 平滑コンデンサ、 １５ 三相モータ、１６ 回転センサ、 １７ メインスイッチ、 １８ 電流センサ。
Claims (7)
- 主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの各スイッチングトランジスタを同時にオンさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によってオンさせたスイッチングトランジスタにアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させると共に、短絡されたアームのスイッチングトランジスタの電流を検出し、検出電流が所定値以上の時にそのアームの少なくとも一方のスイッチングトランジスタをオフさせる過電流保護手段を設け、アーム短絡電流の最大値を制限するようにしたことを特徴とする電源装置。
- 主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの各スイッチングトランジスタを同時にオンさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によってオンさせたスイッチングトランジスタにアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させると共に、上記アーム短絡電流が所定値以上とならないように、アームの少なくとも一方のスイッチングトランジスタのオン時間の幅を制御するようにしたことを特徴とする電源装置。
- 上記ドライブ手段によって短絡されたアームの各スイッチングトランジスタの温度を検出し、検出温度が所定値以上の時に検出スイッチングトランジスタをオフさせる過熱保護手段を有し、スイッチングトランジスタの温度上昇を抑制することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電源装置。
- 上記ドライブ手段によってアーム短絡電流を流す時間間隔を制御してスイッチングトランジスタの温度上昇を抑制することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電源装置。
- 上記ドライブ手段によって短絡されるインバータ装置のアームは、一つまたは複数相とされることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電源装置。
- 上記ドライブ手段によって短絡されるインバータ装置のアームは、所定の順序で切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電源装置。
- 主電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサによって平滑された電圧が入力され、一対のスイッチングトランジスタを直列接続して少なくとも一相のアームを構成し、上記各スイッチングトランジスタをオンオフ制御することにより、所定の交流電圧を出力するインバータ装置とを有する電源装置において、上記インバータ装置の少なくとも一相のアームの一方のスイッチングトランジスタを常時オンさせ、他方のスイッチングトランジスタをオンオフさせるドライブ手段を備え、上記主電源の直流電圧遮断時に、上記ドライブ手段によって他方のスイッチングトランジスタをオンさせてアーム短絡電流を流すことにより、上記平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させるようにしたことを特徴とする電源装置。
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