JP4440038B2

JP4440038B2 - モータ駆動装置およびインバータ回路の正常性判定方法

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Publication number: JP4440038B2
Application number: JP2004240635A
Authority: JP
Inventors: 元士松下
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: JP2006060930A

Description

本発明は、インバータ回路によりモータを駆動するモータ駆動装置およびインバータ回路の正常性判定方法に関する。

近年、空気調和機や冷蔵庫等においては、インバータ制御により制御負荷に応じてモータの回転数を制御することにより消費電力の効率化が行われている。インバータ回路内には駆動素子として、複数のパワー半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ））とそれを駆動するコントロールＩＣ（１つまたは複数）とを組み合せした回路や、インテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）が使用されているが、コントロールＩＣやＩＰＭの動作電圧レベルは品種によって異なっており、例えば、電圧レベル５Ｖで動作するハイアクティブタイプ、電圧レベル０Ｖで動作するローアクティブタイプが存在する。従来、この２種のＩＰＭに対しては、それぞれのアクティブタイプに対応して駆動レベルを事前に調節した制御装置またはソフトウェアを組み込み、コントロールＩＣやＩＰＭを駆動させていた。例えば、上述のような動作を行うインバータ装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２８６２７２号公報

しかし、このような従来の構成では、インバータ回路に使用するコントロールＩＣやＩＰＭの品種がソフトウェアにより限定され、コントロールＩＣやＩＰＭの自由な選択を制限していた。あるいは、従来の構成では、ハイアクティブタイプ、ローアクティブタイプの設定間違いが発生していた。つまり、ハイアクティブタイプに調節された制御装置あるいは制御ソフトウェアでは、ローアクティブタイプのコントロールＩＣやＩＰＭを制御することができず、また、逆にハイアクティブタイプに調節された制御装置あるいはソフトウェアでは、ローアクティブタイプのコントロールＩＣやＩＰＭを制御することができない。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、モータを駆動する前にインバータ回路内のコントロールＩＣの動作電圧レベルやＩＰＭのコントロール端子の電圧レベルを読み込むことにより、コントロールＩＣやＩＰＭの動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別し、コントロールＩＣやＩＰＭのアクティブレベルに対応したコントロールＩＣ制御信号またはＩＰＭ制御信号を生成することにより、モータ駆動を行うことを目的としている。

本発明のモータ駆動装置は、上記目的を達成するために、交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動するモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備えたモータ駆動装置であって、前記インバータ回路内には、モータを駆動する複数のパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子を駆動する１つまたは複数のコントロールＩＣとが少なくとも設けられており、前記制御手段は、モータを回転駆動する前に前記コントロールＩＣのコントロール端子電圧レベルを読み込む手段と、前記コントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する手段と、前記コントロール端子のアクティブレベルに対応したコントロールＩＣ制御信号を生成する手段とを有し、前記コントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する手段が、前記コントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別できない場合、インバータ回路内への前記コントロールＩＣの実装状態が異常と判定し、異常であるコントロールＩＣまたは異常であるコントロール端子を特定し報知する手段を有することを特徴とする。

また本発明のモータ駆動装置は、交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動するモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備えたモータ駆動装置であって、前記制御手段は、モータを回転駆動する前に前記インバータ回路内のＩＰＭのコントロール端子の電圧レベルを読み込む手段と、ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する手段と、ＩＰＭのアクティブレベルに対応したＩＰＭ制御信号を生成する手段とを有し、前記ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する手段が、ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別できない場合、インバータ回路内へのＩＰＭの実装状態が異常と判定し、異常端子を特定し報知する手段を有することを特徴とする。

また本発明のインバータ回路の正常性判定方法は、ＩＰＭを備えたインバータ回路の正常性判定方法において、インバータ回路の駆動に先立って、ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルを読み込み、全てのコントロール端子の動作電圧レベルが一致するか否かを判定し、全てのコントロール端子の動作電圧レベルが一致したときにＩＰＭがローアクティブタイプかハイアクティブタイプかを判定し、ＩＰＭのアクティブレベルに対応したＩＰＭ制御信号を生成し、ＩＰＭがローアクティブタイプかハイアクティブタイプか判定できないときに、ＩＰＭの実装状態が異常と判定し、異常端子を特定し、報知することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動するモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路内には、モータを駆動する複数のパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子を駆動する１つまたは複数のコントロールＩＣとが少なくとも設け、モータを回転駆動する前に前記制御手段は、コントロールＩＣのコントロール端子の電圧レベルを測定し、前記コントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別し、前記コントロール端子のアクティブレベルに対応したコントロールＩＣ制御信号を生成することにより、制御手段のコントロール電圧レベルを考慮することなくコントロールＩＣを実装することができる。

また、以上のように、本発明によれば、交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動するモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段を備え、前記モータを駆動する前に制御手段はＩＰＭのコントロール端子の設定電圧レベルを測定し、ＩＰＭの動作電圧レベルがハイアクティブかローアクティブのどちらかを判別することにより、制御手段のコントロール電圧レベルを考慮することなくＩＰＭを実装することができる。

以下、本発明の一実施形態をＩＰＭを用いた場合について説明する。本発明にかかるモータ駆動装置は、交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動するモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段を備え、前記モータを駆動する前に制御手段はＩＰＭのコントロール端子の設定電圧レベルを測定し、ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する。制御手段によりＩＰＭコントロール端子６個の全ての設定電圧レベルを測定する。ＩＰＭコントロール端子６個の測定結果の全ての電圧レベルが５Ｖ（Ｈｉｇｈ）であれば、ＩＰＭのコントロール端子は全てプルアップされていることになり、ＩＰＭはローアクティブタイプと判別される。また、ＩＰＭコントロール端子６個の測定結果の全ての電圧レベルが０Ｖ（Ｌｏｗ）であれば、ＩＰＭのコントロール端子は全てプルダウンされていることになり、ＩＰＭはハイアクティブタイプと判別される。つまり、モータ駆動前のＩＰＭのコントロール端子の設定電圧レベルにより、ＩＰＭのコントロール端子の動作レベルを判別するため、ハイアクティブタイプＩＰＭまたはローアクティブタイプＩＰＭの品種を考慮することなくインバータ回路に実装でき、ＩＰＭ動作の信頼性が向上する。

また、本発明は、上記モータ駆動装置において、ＩＰＭのコントロール端子６個の全てが５Ｖ（Ｈｉｇｈ）でも０Ｖ（Ｌｏｗ）でもない場合は、ＩＰＭのコントロール端子６個についてプルアップまたはプルダウンが正常に行われていない可能性があるため、異常報知を行い、モータの起動処理には移行しないので、ＩＰＭ動作の信頼性が向上する。

さらに、本発明は、上記モータ駆動装置において、ＩＰＭのコントロール端子６個の全てが５Ｖ（Ｈｉｇｈ）でも０Ｖ（Ｌｏｗ）でもない場合は、ＩＰＭのコントロール端子６個についてプルアップまたはプルダウンが正常に行われていない可能性があるため、異常端子を特定し、異常報知を行い、モータの起動処理には移行しない。

以下、本発明にかかるモータ駆動装置を空気調和機に適用した実施例について、図を参照して説明する。図１は、本発明にかかるモータ駆動装置を用いた空気調和機の構成の概要を示す図で、空気調和機は、交流電源１と、コンプレッサ駆動用モータ２と、冷凍サイクル中に設けた四方弁を駆動する四方弁駆動部３と、ファンモータ４と、温度検出手段であるサーミスタ５と、冷凍サイクル中に設けた膨張弁を駆動する膨張弁駆動部６と、制御手段７と、コンバータ回路８と、インバータ回路９を備えて構成される。

交流電源１の交流電力は、コンバータ回路(整流回路)８により直流電力に変換され、インバータ回路９に直流電圧を加える。インバータ回路９は６個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、パワートランジスタと逆並列ダイオード、およびその駆動回路と保護回路を内蔵したＩＰＭで構成している。インバータ回路９の出力端子にはコンプレッサを駆動するコンプレッサ駆動用モータ２が接続される。コンプレッサ駆動用モータ２は直流ブラシレスモータにより構成する。また、コンバータ回路８の交流電圧端子間には、冷凍サイクル中に設けた四方弁を駆動する四方弁駆動部３を接続し、スイッチング手段により制御する。コンバータ回路８の出力直流電圧間にはファンモータ４が接続され、制御手段(制御マイコン)７により回転数を制御する。出力直流電圧をスイッチング電源回路により変換し、制御手段７の駆動電圧を生成する。制御手段７により膨張弁駆動部６を制御する。また、冷凍サイクル中の各配管温度をサーミスタ５の電圧から制御手段７により測定する。制御手段７はマイクロコンピュータ（制御マイコン）から構成される。空気調和機の運転時において、ＩＰＭのコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３、ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）に制御マイコンからＩＰＭ駆動信号が入力されると、ＩＰＭは圧縮機のモータを駆動する駆動信号を出力するようになっている。

図２を用いて、ローアクティブタイプＩＰＭを用いたインバータ回路９の構成を説明する。インバータ回路９は、ＩＰＭ９１と、ＩＰＭコントロール端子電圧設定プルアップ抵抗Ｒ_１〜Ｒ_６と、その他の回路を有して構成される。ＩＰＭ９１には、インバータ正側電圧Ｖｐとインバータ負側電圧Ｖｎが入力され、モータ駆動用電圧Ｕ，Ｖ，Ｗが出力される。ＩＰＭ９１のコントロール端子ＨＩＮ_１、ＨＩＮ_２、ＨＩＮ_３は５Ｖ信号レベルであり、ＩＰＭ内部の高圧レベル変換回路によりＩＰＭ内部の上アームのパワーＭＯＳＦＥＴゲート端子にゲート駆動信号が加えられる。下アームは、高圧レベル変換回路を必要とせず、ＬＩＮ_１、ＬＩＮ_２、ＬＩＮ_３の５Ｖ信号レベルでゲート駆動信号がパワーＭＯＳＦＥＴに加えられる。ゲート駆動電圧は１２〜１５Ｖに設定される。

ＩＰＭ９１のコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）には、インバータ駆動時には、制御マイコン７のＩＰＭ出力ポート制御ポートから制御信号が入力される。本発明にかかるインバータ駆動方法によりＩＰＭのアクティブタイプと正常性を判定するときには、制御マイコン７のＩＰＭ出力制御ポートが入力側に設定され、ＩＰＭ９１のコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）に接続される。

以下、図１に示す構成の空気調和機のインバータ回路９にローアクティブＩＰＭを使用した場合について説明する。インバータ回路９は、ローアクティブＩＰＭを使用しているため、ＩＰＭのコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）６本全てはＩＰＭに電源が投入されたときにＨｉｇｈとなるように、プルアップ抵抗Ｒ_１〜Ｒ_６でプルアップされている。一方、図示しない、インバータ回路９にハイアクティブＩＰＭを用いた場合には、ＩＰＭのコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）６本全てはＩＰＭに電源が投入されたときにＬｏｗとなるように、プルダウン抵抗でプルダウンされている。

図３を用いて、ＩＰＭ動作レベル判定処理の詳細を説明する。制御マイコン７のＩＰＭ出力ポート制御ポートの入出力切替を入力側に設定する(Ｓ１)。その後、ＩＰＭコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）の設定電圧レベルの読み込みを行い(Ｓ２)、それぞれのＩＰＭコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）の電圧レベルを判定する（Ｓ３）。電圧レベルの読み込みは６相全てに対して行う。

ＩＰＭコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）の６相全てに対して複数回電圧レベルを読み込み、そのうち所定回数以上Ｈｉｇｈであるときに、ＩＰＭのコントロール端子はプルアップ接続されておりローアクティブＩＰＭと判定し、判定したアクティブレベルを制御マイコン７内の記憶部に記憶する（Ｓ４）。次に、判定結果に基づきアクティブレベルをローアクティブレベルに設定し(Ｓ６)、ブートストラップ信号を出力し（Ｓ７）、モータの起動処理に移行する（Ｓ８）。矩形波駆動、正弦波駆動波形出力レベルもローアクティブＩＰＭとして出力する。複数回電圧を読み込み、所定回数以上ＨｉｇｈまたはＬｏｗであることからアクティブレベルを判定する方法により、ノイズによる読み間違いを低減させることができるので、アクティブレベル判定の信頼性を向上させることができる。

ステップＳ３において、ＩＰＭコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）の６相すべてが所定回数以上Ｌｏｗであるときに、ＩＰＭのコントロール端子はプルダウン接続されているのでハイアクティブＩＰＭと判定し、判定したアクティブレベルを制御マイコン７内の記憶部に記憶する（Ｓ５）。次に、判定結果に基づきアクティブレベルをハイアクティブレベルに設定し(Ｓ６)、ブートストラップ信号を出力し（Ｓ７）、モータの起動処理に移行する（Ｓ８）。矩形波駆動、正弦波駆動波形出力レベルもハイアクティブＩＰＭとして出力する。

ステップＳ３で、ＩＰＭコントロール端子（ＨＩＮ_１〜ＨＩＮ_３，ＬＩＮ_１〜ＬＩＮ_３）の６相すべてが所定回数以上ＨｉｇｈまたはＬｏｗでないときには、アクティブレベル判定にエラーがあるとし（Ｓ９）、異常処理に移行する(Ｓ１０)。

このようにして、インバータ回路の駆動に先立って、インバータ回路内のＩＰＭのアクティブタイプを判断することができ、そのタイプにあった制御を行うことができる。また、インバータ回路の正常性を判定することができる。

図３のステップＳ１０における異常処理について、図４を用いて説明する。ステップＳ３の処理の結果、６相全てのコントロール端子の電圧レベルがＬｏｗまたはＨｉｇｈでないときには、過半数のＩＰＭコントロール端子がＬｏｗであるかを判定する(Ｓ１１)。過半数のＩＰＭコントロール端子がＬｏｗであるときには、ローアクティブＩＰＭのレベル判定エラーと判断し(Ｓ１２)、異常を報知するとともに、Ｈｉｇｈ出力のＩＰＭコントロール端子の番号を報知する(Ｓ１３）。

ステップＳ１１の判定の結果、過半数のＩＰＭコントロール端子がＬｏｗでないときには、過半数のＩＰＭコントロール端子がＨｉｇｈであるかを判定する(Ｓ１４)。過半数のＩＰＭコントロール端子がＨｉｇｈであるときには、ハイアクティブＩＰＭのレベル判定エラーと判断し(Ｓ１５)、異常を報知するとともに、Ｌｏｗ出力のＩＰＭコントロール端子の番号を報知する(Ｓ１６）。

ステップＳ１４の判定の結果、過半数のＩＰＭコントロール端子がＨｉｇｈでないとき、すなわちＨｉｇｈとＬｏｗが同数であるときには、ＩＰＭレベル判定エラーと判断し(Ｓ１７)、異常を報知する(Ｓ１８）。

上記の判定の結果、全てのコントロール端子の電圧レベルがＨｉｇｈまたはＬｏｗに一致しなかった場合には、ＩＰＭのコントロール端子が正常にプルアップ接続またはプルダウン接続されていない、もしくはマイコン制御ポートとＩＰＭのコントロール端子が正常に接続されていない可能性があるため、ＩＰＭ動作レベル判定異常として異常報知を行うと共に、ブートストラップ出力及びモータ起動処理を行わない。

ＩＰＭレベル判定が正常に行われた場合は、判定の結果に基づいてハイアクティブＩＰＭまたはローアクティブＩＰＭとして制御マイコン７内部に格納されたメモリデータに基づき、制御マイコン７内部のインバータ出力設定の極性を設定する。この極性設定により、矩形波駆動（１２０度通電）、正弦波駆動（１８０度通電）などの動作を適切に制御することができる。

このように、ＩＰＭのコントロール端子６個の全てが５Ｖ（Ｈｉｇｈ）でも０Ｖ（Ｌｏｗ）でもない場合は、ＩＰＭのコントロール端子６個のプルアップまたはプルダウンが正常に行われていない可能性があるため、異常報知を行い、モータの軌道処理には移行しないので、ＩＰＭ動作の信頼性が向上するだけでなく、異常個所の特定にも寄与する。

また、このようにすることで、コスト増加がなく、ＩＰＭがローアクティブタイプ、ハイアクティブタイプを考慮することなく選択することが可能となり、回路設計の自由度が向上する。また、ＩＰＭレベル判定異常報知により、異常個所特定の効率が向上する。

以上、本実施例ではＩＰＭを用いた場合について記述したが、ＩＰＭに代えて、複数のパワー半導体素子（例えばＩＧＢＴ）とパワー半導体素子を駆動するコントロールＩＣ（１つまたは複数）等からなる回路を備えたモータ駆動装置にも適用できる。例えば、１つのコントロールＩＣで複数のパワー半導体素子（例えばＩＧＢＴ）を駆動させる場合、コントロールＩＣのコントロール端子の電圧レベルを測定し、異常がある場合は、そのコントロール端子を報知するようにすればよい。また、複数のコントロールＩＣを用いる場合は、異常があるコントロールＩＣを報知してもよいし、異常があるコントロール端子を報知してもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更を加えて実施することができる。

本発明のモータ駆動装置を用いた空気調和機の構成の概要を説明する図。本発明のモータ駆動装置を構成するインバータ回路の構成を説明するブロック図本発明のインバータ駆動方法におけるＩＰＭ動作電圧レベル判定処理を説明するフロー図本発明のインバータ駆動方法におけるＩＰＭ動作電圧レベル判定処理における異常判定時の処理を説明するフロー図

符号の説明

１交流電源
２コンプレッサ駆動用モータ
３四方弁駆動部
４ファンモータ
５サーミスタ
６膨張弁駆動部
７制御手段(制御マイコン)
８コンバータ回路
９インバータ回路
９１ＩＰＭ(インテリジェントパワーモジュール)

Claims

交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動するモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備えたモータ駆動装置であって、
前記インバータ回路内には、モータを駆動する複数のパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子を駆動する１つまたは複数のコントロールＩＣとが少なくとも設けられており、前記制御手段は、モータを回転駆動する前に前記コントロールＩＣのコントロール端子電圧レベルを読み込む手段と、前記コントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する手段と、前記コントロール端子のアクティブレベルに対応したコントロールＩＣ制御信号を生成する手段とを有し、
前記コントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する手段が、前記コントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別できない場合、インバータ回路内への前記コントロールＩＣの実装状態が異常と判定し、異常であるコントロールＩＣまたは異常であるコントロール端子を特定し報知する手段を有することを特徴とするモータ駆動装置。
交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動するモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備えたモータ駆動装置であって、
前記制御手段は、モータを回転駆動する前に前記インバータ回路内のＩＰＭのコントロール端子の電圧レベルを読み込む手段と、ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する手段と、ＩＰＭのアクティブレベルに対応したＩＰＭ制御信号を生成する手段とを有し、
前記ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別する手段が、ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルがハイアクティブタイプかローアクティブタイプのどちらかを判別できない場合、インバータ回路内へのＩＰＭの実装状態が異常と判定し、異常端子を特定し報知する手段を有することを特徴とするモータ駆動装置。
ＩＰＭを備えたインバータ回路の正常性判定方法において、インバータ回路の駆動に先立って、ＩＰＭのコントロール端子の動作電圧レベルを読み込み、全てのコントロール端子の動作電圧レベルが一致するか否かを判定し、全てのコントロール端子の動作電圧レベルが一致したときにＩＰＭがローアクティブタイプかハイアクティブタイプかを判定し、ＩＰＭのアクティブレベルに対応したＩＰＭ制御信号を生成し、
ＩＰＭがローアクティブタイプかハイアクティブタイプか判定できないときに、ＩＰＭの実装状態が異常と判定し、異常端子を特定し、報知することを特徴とするインバータ回路の正常性判定方法。