JP4577465B2 - インバータ装置の保護方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機を含めた家電機器等の制御装置として用いるインバータ装置の保護技術に係り、特に詳しくは、入力交流電源から侵入するコモンモードノイズ(サージを含み)を除去するインバータ装置の保護方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インバータ装置は、例えば図4に示すように、入力交流電源1をダイオードブリッジ回路等のコンバータ部2で直流電圧に変換し、この直流電圧を平滑用コンデンサ3で平滑化してスイッチング部4に入力し、このスイッチング部4の複数スイッチング素子で入力直流電圧をスイッチングして例えば三相交流に変換して負荷(モータ)5に印加する。
なお、図中、Zは接地に対する負荷のインピーダンスを表している。
【0003】
また、このインバータ装置はコンバータ部2およびスイッチング部4を制御する制御部6を備え、この制御部6は、マイクロコンピュータ6aを主体としてコンバータ部2の出力直流電圧(つまりスイッチング部4の電源電圧)を制御するとともに、スイッチング部4を制御し、モータ5を所定に回転制御する。
なお、制御部電源7は、例えばコンバータ部2の出力直流電圧を利用して制御部6の電源を発生する。
【0004】
この場合、例えば、空気調和機であれば、温度センサ8や電磁弁9等を備えており、制御部6はその温度センサ8による検出温度を当該制御に利用し、電磁弁9を駆動制御し、室温コントロールを行う。
このとき、入力交流電源1から侵入するコモンモードノイズに対してインバータ装置を保護するため、入力交流電源1とコンバータ回路2との間には、一般的にバリスタ10a,10aとアレスタ11とを組み合わせた避雷回路、およびコンモンチョークコイル12とY形状に接続したコンデンサ13a,13b(Yコンデンサ13)とからなるフィルタ回路を設けている。
【0005】
上記避雷回路は、入力交流電源(商用電源)1から侵入するサージを大地に流し、そのサージを一定値以下に抑える。
また、上記フィルタ回路においては、コンモンチョークコイル12で低域のコモンモードノイズを除去し、Yコンデンサ13で高域のコモンモードノイズを除去する。
したがって、雷等の外乱的要因によりコモンモードノイズ(サージを含む)が侵入しても、コモンモードノイズによるイバータ装置の誤動作や破壊を防止することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記インバータ装置の保護方法にあっては、避雷回路およびフィルタ回路が全て受動部品のみで構成されているため、例えば、より高いサージ電圧を想定した場合では、アレスタ電圧を下げ(つまりよりアレスタ電圧の低い定格のアレスタを用い)、避雷回路のノイズ耐量を上げることが考えられるが、逆に当該インバータ装置の絶縁耐圧が低下してしまうという欠点がある。
また、Yコンデンサ13の静電容量を大きくし(つまりより大きい定格のコンデンサを用い)、フィルタ回路のノイズ耐量を上げることも考えられるが、この場合、当該インバータ装置の絶縁耐圧が低下するばかりでなく漏洩電流が増大してしまうという欠点がある。
【0007】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、当該インバータ装置の絶縁耐圧の低下を抑えるとともに漏洩電流の増大を抑え、コモンモードノイズによる誤動作や破壊を防止することができるようにしたインバータ装置の保護方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、入力交流電源をコンバータ手段で直流電圧に変換してスイッチング手段の電源とするとともに、前記スイッチング手段をスイッチングして所定電圧波形を負荷に印加するインバータ装置における前記入力交流電源とコンバータ手段との間に、少なくともバリスタとアレスタとを組み合わせた避雷回路と、コモンモードチョークコイルとYコンデンサからなるフィルタ回路とを備え、サージを含めたコモンモードノイズに対して前記インバータ装置を保護するインバータ装置の保護方法において、前記入力交流電源が入力される前記避雷回路の入力段に、2つのコンデンサをY形としたYコンデンサを設けるとともに、前記Yコンデンサを切替部を介して大地に接続し、前記入力交流電源の電源ラインに所定レベルのサージ電圧が現れた場合に、前記切替部を駆動して前記Yコンデンサを大地に接続することにより、サージを含むコモンモードノイズを除去することを特徴としている。
【0010】
上記Yコンデンサに代えてバリスタを用いることができる。また、上記Yコンデンサに代えてコンデンサとバリスタを直列に接続した回路を用いることもできる。上記切替手段は、スイッチあるいはトランジスタであるとよい。これにより、当該インバータ装置のコストや使用環境状況に合わせて受動部品および能動部品を選択することができ、適応的な保護を行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1ないし図3を参照して詳しく説明する。
なお、図1中、図4と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【0012】
図1において、本発明のインバータ装置の保護方法は、バリスタ10a,10aとアレスタ11とからなる避雷回路およびコモンチョークコイル12とY形状に接続したコンデンサ13a,13b(Yコンデンサ13)とからなるフィルタ回路の前、つまり当該入力交流電源1の入力段に、コンデンサ20a,20bをY形としたYコンデンサ20を設けるとともに、このYコンデンサ20を切替部(スイッチ)21を介して大地に接続し、入力交流電源1のラインのサージ電圧を検出して切替部21を駆動し、サージ電圧に対して当該インバータ装置の絶縁耐圧の低下および漏洩電流の増大なしに、サージを含めたコモンモードノイズを除去する。
【0013】
そのため、本発明のインバータ装置の保護方法が適用されるインバータ装置は、上記Yコンデンサ20および切替部21の他に、サージ電圧を検出して切替部21を駆動する制御部22を備えてなる。
なお、コンデンサ20a,20bの静電容量は、想定したサージ電圧に対応した値とするとよい。
【0014】
制御部22は、サージを検出するためのレベル変換部22aおよびサージ電圧検出部22bと、このサージ電圧検出信号により切替部21を駆動するためのマイクロコンピュータ22cおよび駆動部22dとを備えてなる。
なお、制御部22は図4に示す制御部6の機能を備え、マイクロコンピュータ22cはマイクロコンピュータ6の機能も備えている。
【0015】
レベル変換部22aは、入力交流電源1から侵入するサージの電圧を検出可能とするために、その入力交流電源1のラインの対接地電圧のレベル変換を行う。
サージ電圧検出部22bは、そのレベル変換した電圧によりサージ電圧を検出し、この検出信号(電圧値)をマイクロコンピュータ22cに出力する。
マイクロコンピュータ22cは、その検出信号によりサージを確認するとともに、切替部21を駆動する信号を駆動部22dを介して出力する。
【0016】
この場合、サージ電圧検出部22bは、サージ電圧を検出すると、切替部21を駆動する信号を駆動部22dを介して出力するようにしてもよい。すなわち、サージは瞬時高電圧であることから、マイクロコンピュータ22cを介して切替部21を駆動すると、時間的に対応できないことがあるからである。
【0017】
上記構成としたインバータ装置によると、雷等の外乱により入力交流電源1からサージを含むコモンモードノイズが侵入し、制御部22が所定レベル以上のサージ電圧を検出したときには、切替部21を切り替え、そのサージ電流を大地に流す。
所定レベルとは、後段のYコンデンサ10とアレスタ11とを組み合わせた避雷回路の最大許容レベル以下のレベルにするとよい。
【0018】
なお、上記サージ電圧が所定レベルより低いときは、切替部21を駆動せずとも、後段のバリスタ10a,10bとアレスタ11とを組み合わせた避雷回路によってそのサージ電流を大地に流すことができる。
また、Yコンデンサ20および切替部21によってサージ電流を大地に流すことにより、サージ電圧が低くなるため、このサージ電圧はさらに後段の避雷回路で十分に下げることができる。
【0019】
上記避雷回路の後段のコモンモードチョークコイル12およびYコンデンサ13のフィルタ回路により、低域および高域のコモンモード成分が除去される。
したがって、入力交流電源1から侵入するサージを含むコモンモードノイズ、特にサージが極めて大きいものであっても、そのサージ電圧を十分に下げ、コモンモードノイズを除去し、当該インバータ装置の誤動作や破壊を防止することができる。
【0020】
このように、サージ電圧を検出したときには、入力段のYコンデンサ20および切替部21を介してサージ電流を大地に流すことから、上記避雷回路を構成するアレスタ11のアレスタ電圧を下げずに済む。つまり、当該インバータ装置の絶縁耐圧を低下させることなく、サージに対処することができる。
【0021】
また、上記フィルタ回路を構成するYコンデンサ13の静電容量を大きくせずに済む。つまり、当該インバータ装置の絶縁耐圧を低下させ、漏洩電流を増大させることなく、サージを含むコモンモードノイズに対処することができる。
なお、Yコンデンサ20と接地との間に設けた切替部21は、通常オフ状態であることから、その絶縁耐圧および漏洩電流には何等影響を与えることもない。
【0022】
図1に示すように、サージ電圧を検出する方法としては、交流ラインの対接地電圧を用いているが、例えば、図2に示すように、コモンモードチョークコイル12の両端の電圧をもとにしてサージ電圧を検出するようにしてもよい。
この場合、コンバータ部2側の端子12c,12dに対する入力交流電源1側の端子12a,12b(交流ライン)の電圧を用いてサージ電圧を検出する。
【0023】
また、図3に示すように、コモンモードチョークコイル12の入力交流電源1側の中性点電圧とそのコンバータ部2側の中性点電圧をもとにしてサージ電圧を検出するようにしてもよい。
この場合、入力交流電源1側の電圧を抵抗R1,R2(R1=R2)で分圧して端子12eから中性点電圧を得、コンバータ部2側の電圧を抵抗R3,R4(R3=R4)で分圧して端子12fから中性点電圧を得るとともに、そのコンバータ部2側の中性点電圧に対する入力交流電源1側の中性点電圧を用いてサージ電圧を検出する。
【0024】
さらに、サージ電圧を検出する方法として、コンバータ部2の整流後の母線(直流電圧)の対接地電圧を検出し、あるいは制御部22の電圧基準点(例えば電源電圧)の対接地電圧を検出し、それら検出対接地電圧により検出するようにしてもよい。
【0025】
一方、図1に示すように、入力側のYコンデンサ20および切替部21を介してコモンモードノイズを大地に流しているが、コンバータ部2の直流電圧(整流後の母線)側で大地に流すようにしてもよい。
この場合、Yコンデンサ20および切替部21をコンバータ部2の直流電圧(整流後の母線)側と接地との間に設け、そのYコンデンサ20および切替部21を介してコモンモードノイズを大地に流す。
【0026】
また、そのコモンモードノイズを制御部22の電圧基準点(例えば電源電圧)側で大地に流すようにしてもよい。
この場合、Yコンデンサ20および切替部21をその電圧基準点側と接地との間に設け、このYコンデンサ20および切替部21を介してそのコモンモードノイズを大地に流す。
したがって、当該インバータ装置のコストや使用環境状況に合わせて受動部品等を選択すれば、適応的な保護が可能となる。
【0027】
ところで、上述した実施例ではYコンデンサ20および切替部(スイッチ)21を用いているが、そのYコンデンサ20のコンデンサ20a,20bに代えて、バリスタを用いてもよく、あるいはコンデンサとバリスタの直列に接続したものを用いてもよい。
また、上記切替部21としては、トランジスタを用いるようにしてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、入力交流電源をコンバータ手段で直流電圧に変換してスイッチング手段の電源とするとともに、前記スイッチング手段をスイッチングして所定電圧波形を負荷に印加するインバータ装置における前記入力交流電源とコンバータ手段との間に、少なくともバリスタとアレスタとを組み合わせた避雷回路と、コモンモードチョークコイルとYコンデンサからなるフィルタ回路とを備え、サージを含めたコモンモードノイズに対して前記インバータ装置を保護するインバータ装置の保護方法において、前記入力交流電源が入力される前記避雷回路の入力段に、2つのコンデンサをY形としたYコンデンサを設けるとともに、前記Yコンデンサを切替部を介して大地に接続し、前記入力交流電源の電源ラインに所定レベルのサージ電圧が現れた場合に、前記切替部を駆動して前記Yコンデンサを大地に接続することにより、サージを含むコモンモードノイズを除去するようにしたことにより、当該インバータ装置の絶縁耐圧の低下を抑え、かつ、漏洩電流の増大を抑えて、雷等の外乱によるサージを含むコモンモードノイズを除去し、インバータ装置の誤動作や破壊を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示し、インバータ装置の保護方法が適用される装置の概略的ブロック線図。
【図2】本発明のインバータ装置の保護方法のサージ検出を説明するための概略的部分ブロック図。
【図3】本発明のインバータ装置の保護方法のサージ検出を説明するための概略的部分ブロック図。
【図4】従来のインバータ装置を説明するための概略的ブロック線図。
【符号の説明】
1 入力交流電源
2 コンバータ部
4 スイッチング部
6,22 制御部
6a,22c マイクロコンピュータ
10a,10b バリスタ
11 アレスタ
12 コモンモードチョークコイル
12a,12b,12c,12d,12e,12f 端子
13,20 Yコンデンサ
13a,13b,20a,20b
21 切替部(スイッチあるいはトランジスタ)
22a レベル変換部
22b サージ電圧検出部
22d 駆動部
Claims (1)
- 入力交流電源をコンバータ手段で直流電圧に変換してスイッチング手段の電源とするとともに、前記スイッチング手段をスイッチングして所定電圧波形を負荷に印加するインバータ装置における前記入力交流電源とコンバータ手段との間に、少なくともバリスタとアレスタとを組み合わせた避雷回路と、コモンモードチョークコイルとYコンデンサからなるフィルタ回路とを備え、サージを含めたコモンモードノイズに対して前記インバータ装置を保護するインバータ装置の保護方法において、
前記入力交流電源が入力される前記避雷回路の入力段に、2つのコンデンサをY形としたYコンデンサを設けるとともに、前記Yコンデンサを切替部を介して大地に接続し、前記入力交流電源の電源ラインに所定レベルのサージ電圧が現れた場合に、前記切替部を駆動して前記Yコンデンサを大地に接続することにより、サージを含むコモンモードノイズを除去することを特徴とするインバータ装置の保護方法。
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