JP4736545B2

JP4736545B2 - スイッチング素子の過電流保護装置

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Publication number: JP4736545B2
Application number: JP2005162199A
Authority: JP
Inventors: 公教尾崎
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: US20060285372A1; US7457136B2; JP2006340501A

Description

本発明は、スイッチング素子の過電流保護装置に係り、詳しくは車両のバッテリを電源としたインバータ装置に好適なスイッチング素子の過電流保護装置に関する。

車両のバッテリを電源として家庭用の電気機器を使用可能にするためのインバータ装置では、使用する電気機器により負荷が大きく異なる場合があるため、スイッチング素子の過電流保護装置が設けられている。過電流保護装置として、図６に示すように、インバータを構成するスイッチング素子４１〜４４に流れる電流を電流検出回路４５で検出し、過電流が検出されると、過電流状態でなければオンとすべきスイッチング素子も含めて全てのスイッチング素子４１〜４４をオフとするものがある。

この過電流保護装置では、電流検出回路４５で過電流が検出されてスイッチング素子４１〜４４がオフになると、スイッチング素子４１〜４４を流れる電流が低下して電流検出回路４５の検出電圧も低下する。そのため、過電流状態が解消されて過電流状態でなければオンとすべきスイッチング素子が再びオンになる。従って、過負荷の状態が継続すると、短時間にスイッチング素子のオン・オフが繰り返されて、スイッチング素子が高周波数でスイッチングを行い、スイッチング損失が増大するという問題がある。この問題を解消するため、過電流保護回路の動作時にスイッチング周波数の増大を防止する過電流保護装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、過電流発生時にインバータの全てのスイッチング素子をオフにする過電流保護装置におけるモータ電流の発振を抑制するとともに、サージ電圧を抑制するモータ駆動用インバータの出力電流制限方式が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２では、図７において、スイッチＳａ１とスイッチＳｂ２がオン中に過電流が発生すると、スイッチＳａ１及びスイッチＳｂ２のどちらか一方のみをオフとする。スイッチＳａ１のみをオフとした場合は、点Ｐ、モータの抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、スイッチＳｂ２、ダイオードＤａ２、点Ｐの閉回路によって無効電流を流してモータの抵抗Ｒで消費させる。スイッチＳｂ２のみをオフとした場合は、点Ｐ、モータの抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、ダイオードＤｂ１、スイッチＳａ１、点Ｐの閉回路によって無効電流を流してモータの抵抗Ｒで消費させる。
特開２００２−３５４６５９号公報（明細書の段落［０００６］〜［０００８］、図１）特開平５−１３７３９２号公報（明細書の段落［０００９］〜［００１２］、図２）

ところが、近年インバータ装置において、過電流保護動作時におけるインバータのスイッチングは人の可聴周波数の上限の２０ｋＨｚより高い周波数で行われるものがある。そして、特許文献１のように過電流保護回路の動作時にスイッチング周波数の増大を防止する過電流保護装置において、例えば、スイッチング周波数が４０ｋＨｚで行われている状態において、過電流保護のため、全てのスイッチング素子をオフにすると、インバータから耳障りな音が発生する場合がある。この原因としては、スイッチング素子は４０ｋＨｚの周波数でスイッチングを継続するが、インバータは回生動作を行っており、電流は図６に矢印で示すように電解コンデンサＣ及び電源（図示せず）のプラス端子に向かって流れるため、図５に示すような急激な立下り電流波形になることが考えられる。そして、過電流状態が解除されると、過電流保護のためにオフされていた分だけ電圧が低下しているため、スイッチング素子はできるだけ大きいデューティで制御が再開される。この出力電流の立ち下がりが立ち上がりより急になってデューティが大きく変化し、見かけ上、４０ｋＨｚの１／３の約１３ｋＨｚのリプル電流の波形となって、唸り音が聞こえる状態になる。

特許文献２のように、過電流発生時に回生動作ではなく出力コイルのエネルギーを負荷で消費させる方法、即ちフライホイール動作を行わせる方法を採用すれば、オフ期間に電流の立ち下がりの傾きが緩やかになり、デューティの大きな変化がなく、出力電流は４０ｋＨｚで変化するため唸り音の発生は防止される。しかし、出力がショートした場合等のように出力コイルのエネルギーを負荷で消費できない場合、電流ピークが増大してスイッチング素子が破壊される可能性がある。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、過電流保護動作時に耳障りな音が発生するのを防止することができ、定格負荷時と出力ショート時との電流ピークの差を抑制することができるスイッチング素子の過電流保護装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、スイッチング素子それぞれに逆並列に接続されたダイオードを備え、過電流保護の動作時に、スイッチング周波数の増大を防止するスイッチング周波数増大防止手段を備えたインバータ装置におけるスイッチング素子の過電流保護装置である。そして、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出される電流に基づいて、第１の過電流状態であるか、前記第１の過電流状態より少なくとも検出される電流の高い第２の過電流状態であるかを判断する判断手段とを備えている。前記判断手段により第１の過電流状態と判断されると、前記スイッチング素子であって電源のプラス端子側に接続されたスイッチング素子の組と電源の接地端子側に接続されたスイッチング素子の組とのうちの一方の組におけるスイッチング素子への駆動信号をオフ状態とすると共に、電流が前記インバータ装置に接続された負荷と他方の組におけるスイッチング素子との間で循環するように他方の組におけるスイッチング素子の少なくとも１つをオン状態としたフライホイール動作をし、前記判断手段により第２の過電流状態と判断されると全てのスイッチング素子への駆動信号をオフ状態とした回生動作をする制御手段を備えている。また、前記判断手段は、検出された電流値で回生動作を行ったとした場合に出力電流の立ち上がりが立ち下がりよりも緩やかになることを条件に第１の過電流状態であると判断し、検出された電流値で回生動作を行ったとした場合に出力電流の立ち上がりが立ち下がりよりも急になることを条件に第２の過電流状態であると判断する。

この発明では、電流検出手段によってスイッチング素子に流れる電流が検出され、第１の過電流状態と判断されると、スイッチング素子であって電源のプラス端子側に接続されたスイッチング素子の組と電源の接地端子側に接続されたスイッチング素子の組とのうちの一方の組におけるスイッチング素子への駆動信号がオフ状態にされる。また、電流がインバータ装置に接続された負荷と他方の組におけるスイッチング素子との間で循環するように他方の組におけるスイッチング素子の少なくとも１つがオン状態にされる。そして、フライホイール動作が行われて出力コイルのエネルギーが負荷によって消費される。フライホイール動作の場合、スイッチング素子オフ時における電流の下がる傾きが緩やかになり、見かけ上電流波形が人の可聴周波数の範囲で変化するようになることが防止され、過電流保護動作時に耳障りな音が発生するのを防止することができる。

出力がショートした場合のように出力コイルのエネルギーを負荷で消費できない状態で過電流保護動作としてフライホイール動作を行うようにすると、出力コイルのエネルギーを負荷で消費できないため、スイッチング素子を流れる電流量が過大になる。この発明では、第２の過電流状態と判断されると、全てのスイッチング素子への駆動信号がオフ状態とされて回生動作が行われ、スイッチング素子を流れる電流量がスイッチング素子の破壊を招くような過大になることが防止される。回生動作では、オフ時の電流の傾きがフライホイール動作に比較して急になる。また、第２の状態はオン時の電流の傾きも第１の過電流状態の場合より急になり、見かけ上電流波形が人の可聴周波数の範囲で変化するようになることが防止される。つまり第２の過電流状態に達するような場合は電流の立ち上がりの傾きは、立下りの傾きより急になる為、図５に示すような可聴周波数の発生がなく、耳障りな音が発生するのが防止される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記判断手段は、さらに、前記インバータ装置の定格の出力レベルに対応する電流値が検出されたことを条件に第１の過電流状態であると判断し、前記判断手段は、さらに、出力端子がショートしたときに前記スイッチング素子が破壊されない電流値が検出されたことを条件に第２の過電流状態であると判断する。

本発明によれば、過電流保護動作時に耳障りな音が発生するのを防止することができ、定格負荷時と出力ショート時との電流ピークの差を抑制することができる。

以下、本発明を車両に搭載されたバッテリを電源として、その電源をＡＣ１００Ｖの交流として出力する車載用のインバータ装置に具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。

図１に示すように、インバータ装置１１は４個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４よりなるＨブリッジ回路１２を備えている。Ｈブリッジ回路１２は、第１及び第３のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３が電源Ｅのプラス端子側に接続され、第２及び第４のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４が電源Ｅの接地端子側に接続されている。各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４にはそれぞれダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が逆並列に接続されている。

ここで、Ｈブリッジ回路１２（スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４）の基本動作を商用交流の５０〜６０Ｈｚの１周期を前半周期と後半周期にわけて説明する。前半周期（後述の通常モード（Ａ）の状態）では、スイッチング素子ＳＷ１をオフ状態に保ち、スイッチング素子ＳＷ２をオン状態に保ち、スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ４を４０ｋＨｚ（制御周波数）で交互にオン・オフさせる。後半周期（後述の通常モード（Ｂ）の状態）では、スイッチング素子ＳＷ３をオフ状態に保ち、スイッチング素子ＳＷ４をオン状態に保ち、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２を４０ｋＨｚ（制御周波数）で交互にオン・オフさせる。この前半周期と後半周期を繰り返す。前半周期のスイッチング素子ＳＷ３のオンデューティと後半周期のスイッチング素子ＳＷ１のオンデューティを目標とする電圧に合わせて調整することにより、出力端子に正弦波の交流電圧を出力する。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４にはＩＧＢＴが使用されている。出力部にはフィルタを構成するリアクトル（出力コイル）１３ａ，１３ｂ及びコンデンサ１４が接続されている。

スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３の制御端子（この実施形態ではＩＧＢＴのゲート）には、制御手段としての制御装置１５から出力される駆動信号Ｖｓ１，Ｖｓ３がそれぞれ入力される。スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４の制御端子には制御装置１５から出力される駆動信号Ｖｓ２，Ｖｓ４がそれぞれ入力されるようになっている。制御装置１５は、通常モード（正常モード）では、上述の前半期間と後半期間を所定周期で繰り返すように第１〜第４の駆動信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４を生成し、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４に出力する。

スイッチング素子ＳＷ２のエミッタ及びスイッチング素子ＳＷ４のエミッタの結合点と接地点との間に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４に流れる電流を検出する電流検出手段としての電流検出回路１６が接続されている。電流検出回路１６は、シャント抵抗Ｒｓに流れる電流に対応した検出電圧を出力する。また、電源Ｅと並列に電解コンデンサ１７が接続されている。

制御装置１５は、図示しないマイクロコンピュータ（マイコン）を備え、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４に対する駆動モードとして、通常モードの他に電流制限モードが記憶されている。通常モードとは、基本動作を行う駆動モードであり、電流制限モードとは、過電流（大電流）によるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の破壊を防ぎ、かつ出力を完全に止めずに予め定められた値の電流を供給する駆動モードである。

電流制限モードには第１の過電流レベルモード及び第２の過電流レベルモードの２つのモードがある。制御装置１５は、第１の過電流レベルモードでは、電源Ｅのプラス端子側に接続された一方の組のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３への駆動信号をオフ状態とする。また、制御装置１５は、第２の過電流レベルモードでは、他方の組のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４への駆動信号もオフ状態、即ち全てのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４への駆動信号をオフ状態とする。

通常モード、第１の過電流レベルモード及び第２の過電流レベルモードにおけるスイッチング素子への駆動信号の状態を表１に示す。制御装置１５は各モードにおいて、表１の上側（Ａ）の状態（前半周期）及び下側（Ｂ）の状態（後半周期）を繰り返すように各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４へ駆動信号を出力する。なお「交互にＯＮ／ＯＦＦ」と「ＯＮ／ＯＦＦ」は４０ｋＨｚ（制御周波数）でオンとオフを繰り返すことを示す。

制御装置１５は、電流検出回路１６の検出信号を入力して、第２及び第４のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４に過電流が流れているか否かを判断する。過電流レベルを判断するため、第１の状態としての第１のレベル及び第１のレベルより高い第２の状態としての第２のレベルが設定されている。第１のレベルは、インバータ装置１１の定格の出力レベルに対応する値であり、第２のレベルは、出力端子がショートしたときにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４が破壊されないレベルである。

制御装置１５は、第１のレベルが検出されると、第１の過電流レベルモードでスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動制御（フライホイール動作）し、第２のレベルが検出されると、第２の過電流レベルモードでスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動制御（回生動作）する。

制御装置１５は、過電流保護の動作時にスイッチング周波数の増大を防止するスイッチング周波数増大防止手段１８を備えている。スイッチング周波数増大防止手段１８は、特許文献１に開示された過電流保護装置と基本的に同様な構成を採用している。例えば、過電流検出信号をラッチするラッチ回路と、ラッチ回路がラッチ状態に保持された状態でスイッチング素子への駆動信号を遮断し、ラッチ回路のラッチ状態が解除された状態で前記駆動信号の遮断を解除するゲート回路と、ラッチ回路のラッチ状態を駆動信号と同期した信号で解除する解除手段とを備えている。

次に前記のように構成された装置の作用について説明する。
電流検出回路１６からの検出信号で過電流が検出されない状態では、通常モードで制御が行われ、制御装置１５から商用交流の周波数（５０〜６０Ｈｚ）である所定周期で表１の通常モード（Ａ）の状態と（Ｂ）の状態を繰り返すように駆動信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４が出力され出力部から正弦波の交流電圧が出力される。

次に過電流保護時の作用を説明する。
通常モード（Ｂ）の時、スイッチング素子ＳＷ１がオン状態では、図２に破線の矢印で示すように電流が負荷１９を経て流れる。この状態で、スイッチング素子ＳＷ４に第１のレベルの過電流が流れて、電流検出回路１６の検出信号によりそれが検出されると、制御装置１５は、電流制限モードで、かつ第１のレベルに対応する過電流保護動作を行う。即ち、制御装置１５は、Ｈブリッジ回路１２の上アームのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３への駆動信号をオフ状態とする。この場合、スイッチング素子ＳＷ３はオフ状態に保持されているのでスイッチング素子ＳＷ１がオフ状態となる。

その結果、表１の第１の過電流レベルモード（Ｂ）に示されるようにスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３がオフ状態で第４のスイッチング素子ＳＷ４がオン状態となる。そして、図３（ａ）に示すように、電流が破線で示す矢印の経路、即ち、リアクトル１３ａ→負荷１９→リアクトル１３ｂ→第４のスイッチング素子ＳＷ４→第２のスイッチング素子ＳＷ２（のダイオードＤ２）→リアクトル１３ａとなるフライホイール動作が行われて、リアクトル１３ａ，１３ｂのエネルギーが負荷１９によって消費される。言い換えると、電流が負荷１９とオフ状態にされないスイッチング素子であるスイッチング素子ＳＷ２とＳＷ４の間で循環して、エネルギーが消費される。

オン状態であった第１のスイッチング素子ＳＷ１がオフになると、電流検出回路１６を流れる電流量が第１のレベルの過電流より小さくなる。しかし、直ちに第１のスイッチング素子ＳＷ１がオン状態に復帰されるのではなく、スイッチング周波数増大防止手段１８の作用により、次の駆動信号の出力時期に第１及び第３のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３のオフ状態が解除される。そして、再び通常モード（Ｂ）の状態となり、図２に破線の矢印で示すように電流が負荷１９を経て流れる。ただし、後半周期（（Ｂ）の状態）から前半周期（（Ａ）の状態）に移行するタイミングでは通常モード（Ａ）の状態となり、電源Ｅから第３のスイッチング素子ＳＷ３→リアクトル１３ｂ→負荷１９→リアクトル１３ａ→第２のスイッチング素子ＳＷ２→電流検出回路１６の経路で負荷１９に電流が供給される。

フライホイール動作の場合、オフ期間に電流量の下がる傾きが穏やかになり、電流の時間変化を示す波形が図４に示すようになる。すなわち、図５に示す波形図と異なり、電流波形は、立ち下がりが立ち上がりより緩やかで、４０ｋＨｚでデューティの大きな変化がない波形となり、コイルの唸り音が無くなる。

通常モード（Ｂ）の時、スイッチング素子ＳＷ１がオン状態で、図２に破線の矢印で示すように電流が負荷１９を経て流れている状態で、スイッチング素子ＳＷ４に第２のレベルの過電流が流れて、電流検出回路１６の検出信号によりそれが検出されると、制御装置１５は、電流制限モードで、かつ第２のレベルに対応する過電流保護動作を行う。即ち、制御装置１５は、Ｈブリッジ回路１２の上アームのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３への駆動信号をオフ状態とするとともに下アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４への駆動信号もオフ状態とする。

その結果、表１の第２の過電流レベルモード（Ｂ）に示されるように全てのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４がオフ状態となり、回生動作が行われる。即ち、リアクトル１３ａに蓄積されたエネルギーが、図３（ｂ）に示すように、破線の矢印の経路を経て、電解コンデンサ１７あるいは電源Ｅに回生される。この場合、各スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードＤ１〜Ｄ４が導通する。過電流が第１のレベルで回生動作をさせると、スイッチング素子のオン時における電流の立ち上がりが、スイッチング素子のオフ時における電流の立ち下がりに比較して緩やかになる。そのため、４０ｋＨｚでスイッチングが行われても、電流波形は、図５に示すように、４０ｋＨｚのほぼ１／３の周期でリプル電流が大きく変化する状態となって、耳障りな音、例えば唸り音が聞こえる状態になる。

ところが、この実施形態では、過電流保護動作で回生動作を行うようにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御するのは、電流検出回路１６により第２のレベルの過電流が検出されたときである。第２のレベルの過電流の値は、第１のレベルの過電流の値より大きく、その時の目標電圧は第１のレベルの場合より高いため、スイッチング素子のオン時における電流の立ち上がりが第１のレベルで過電流保護動作が行われる場合より急になる。その結果、スイッチング素子のオン時における電流の立ち上がりが、スイッチング素子のオフ時における電流の立ち下がりに比較して急になるため、電流波形は図５に示すような１３ｋＨｚの周期でリプル電流が大きく変動するようにはならず、図４に示す様な電流波形と同様に４０ｋＨｚで変化する。そのため、２０ｋＨｚ以下の可聴領域での耳障りな音が聞こえることが防止される。上述の過電流保護時の作用は各モードの（Ｂ）の状態の説明であるが、（Ａ）の状態でも同様であるので説明を省略する。

この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）過電流保護装置は、電流検出回路１６によってスイッチング素子に流れる電流を検出して、予め設定された第１のレベルの過電流が検出されると、スイッチング素子のうち電源Ｅのプラス端子側に接続されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３への駆動信号がオフ状態にされてフライホイール動作が行われる。また、第１のレベルより高い第２のレベルが検出されると残りスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４への駆動信号がオフ状態にされる。従って、過電流保護動作時に耳障りな音が発生するのを防止することができる。

（２）過電流の第１のレベルは、インバータ装置１１の定格の出力レベルに対応する値であり、第２のレベルは、出力端子がショートしたときにスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４が破壊されないレベルである。従って、インバータ装置の出力端子に過負荷が接続された状態では過電流保護動作としてフライホイール動作が行われ、出力端子がショートした場合は過電流保護動作として回生動作が行われて、過電流保護動作時に耳障りな音が発生するのを防止することができる。また、定格負荷時と出力ショート時とでスイッチング素子に流れる電流ピークの差を無くすことが可能になり、定格負荷時の電流定格スイッチング素子でインバータを設計することが可能になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ 通常モード（Ａ）ではスイッチング素子ＳＷ１をオフに保持、スイッチング素子ＳＷ２をオンに保持、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を交互にオン・オフとし、通常モード（Ｂ）ではスイッチング素子ＳＷ３をオフに保持、スイッチング素子ＳＷ４をオンに保持、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を交互にオン・オフとしたが、この制御に限らない。

通常モード（Ａ）ではスイッチング素子ＳＷ１をオンに保持、スイッチング素子ＳＷ２をオフに保持、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を交互にオン・オフとし、通常モード（Ｂ）ではスイッチング素子ＳＷ３をオンに保持、スイッチング素子ＳＷ４をオフに保持、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を交互にオン・オフとしても正弦波の交流電圧を出力可能である。この制御の場合、第１のレベルの過電流を検出した際に、下アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４をオフ状態としてフライホイール動作を行わせ、第２のレベルの過電流を検出した際に、全てのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオフ状態として回生動作を行わせる。この場合も前記実施形態と同様な効果を有する。

また、通常モード（Ａ）でスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３を同時にオン・オフ動作させて、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオフに保持し、通常モード（Ｂ）ではスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４を同時にオン・オフ動作させて、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオフに保持しても正弦波交流電圧を出力可能である。この制御の場合、第１のレベルの過電流を検出した際に、上アームのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３をオフ状態とすると共に、負荷１９と残りのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４との間で電流が循環するように（Ａ）の状態では少なくともスイッチング素子ＳＷ２をオン状態とし（Ｂ）の状態では少なくともスイッチング素子ＳＷ４をオン状態とすればよい。もしくは、第１のレベルの過電流を検出した際に、下アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４をオフ状態とすると共に、負荷１９と残りのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３との間で電流が循環するように（Ａ）の状態では少なくともスイッチング素子ＳＷ３をオン状態とし（Ｂ）の状態では少なくともスイッチング素子ＳＷ１をオン状態とすればよい。第２のレベルの過電流を検出した際には、全てのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオフ状態として回生動作を行わせる。この場合も前記実施形態と同様な効果を有する。

○ 実施の形態では、第１の過電流レベルモード（Ａ）ではスイッチング素子ＳＷ４をオン・オフ動作させ、第１の過電流レベルモード（Ｂ）ではスイッチング素子ＳＷ２をオン・オフ動作させているが、オンに保持してもオフに保持してもよい。接続された負荷とオフ状態にしない側のアームにおけるスイッチング素子との間で循環するようにオフ状態にしない側のアームにおけるスイッチング素子の少なくとも１つをオン状態とすればよい。

○ 実施の形態では正弦波出力をするインバータについて説明したが、擬似正弦波（矩形波）出力するインバータに適用しても良い。この場合通常モードの制御周波数は出力する電力の周波数と同じで例えば５０〜６０Ｈｚとして矩形波を出力し、過電流レベルモードでは４０ｋＨｚに変更され実施の形態と同じ制御をする。この場合も前記実施形態と同様な効果を有する。

○ 第１の状態として、検出される電流値がインバータ装置１１の定格の出力レベルとなり、且つスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の回生動作時の出力電流の立ち下がりが、前記出力電流の立ち上がりより急になる状態としてもよい。あらかじめ接続される負荷が判っているなど、回生動作時の出力電流の立ち下がりの傾きがわかっている場合や予想できる場合に、この傾きを記憶しておき、検出される電流値が定格の出力レベルとなったときの電流値の立ち上がりと比べることで、第１の状態となるか否かを判断する。この場合も過電流保護動作としてフライホイール動作を行うことで、耳障りな可聴域の音の発生を防止することができる。また、フライホイール動作が必要な場合のみ第１の状態となりフライホイール動作させることができる。

○ 過電流保護の動作時に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチングを行う非可聴領域の周波数は４０ｋＨｚに限らない。
○ 電解コンデンサ１７を省略してもよい。電源ＥからＨブリッジ回路１２までの距離が短く、配線の容量が問題にならない場合は電解コンデンサ１７を省略しても問題はない。

○ スイッチング周波数増大防止手段は、マイコンでソフト的にその動作を行う構成でも、実際の回路で構成してもよい。
○ スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４としてＩＧＢＴに代えてＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチング素子を使用してもどちらでもよい。

○ 車載用のインバータ装置に限らず、バッテリを電源とする１００ＶのＡＣインバータに適用してもよい。また、インバータ装置の出力は１００Ｖに限らず、１００Ｖ以外の出力電圧の構成としてもよい。

○ 単相交流用のインバータ装置に限らず三相交流用のインバータ装置に適用してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

（１）前記インバータ装置は車両のバッテリを電源とする車載用である。
（２）前記スイッチング素子にはＩＧＢＴが使用されている。

インバータ装置の回路図。正常状態における電流の流れを示す回路図。（ａ）はフライホイール動作における電流の流れを示す回路図、（ｂ）は回生動作における電流の流れを示す回路図。フライホイール動作時の電流波形を示す模式図。従来技術の回生動作時の電流波形を示す模式図。インバータ装置の部分回路図。別の従来技術の過電流保護動作を説明する図。

符号の説明

Ｅ…電源、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４…スイッチング素子、Ｖｓ１，Ｖｓ２，Ｖｓ３，Ｖｓ４…駆動信号、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…ダイオード、１１…インバータ装置、１５…制御手段としての制御装置、１６…電流検出手段としての電流検出回路、１８…スイッチング周波数増大防止手段、１９…負荷。

Claims

スイッチング素子それぞれに逆並列に接続されたダイオードを備え、過電流保護の動作時に、スイッチング周波数の増大を防止するスイッチング周波数増大防止手段を備えたインバータ装置におけるスイッチング素子の過電流保護装置であって、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出される電流に基づいて、第１の過電流状態であるか、前記第１の過電流状態より少なくとも検出される電流の高い第２の過電流状態であるかを判断する判断手段と、
前記判断手段により第１の過電流状態と判断されると、前記スイッチング素子であって電源のプラス端子側に接続されたスイッチング素子の組と電源の接地端子側に接続されたスイッチング素子の組とのうちの一方の組におけるスイッチング素子への駆動信号をオフ状態とすると共に、電流が前記インバータ装置に接続された負荷と他方の組におけるスイッチング素子との間で循環するように他方の組におけるスイッチング素子の少なくとも１つをオン状態としたフライホイール動作をし、前記判断手段により第２の過電流状態と判断されると全てのスイッチング素子への駆動信号をオフ状態とした回生動作をする制御手段とを備え、
前記判断手段は、検出された電流値で回生動作を行ったとした場合に出力電流の立ち上がりが立ち下がりよりも緩やかになることを条件に第１の過電流状態であると判断し、検出された電流値で回生動作を行ったとした場合に出力電流の立ち上がりが立ち下がりよりも急になることを条件に第２の過電流状態であると判断するスイッチング素子の過電流保護装置。
前記判断手段は、さらに、前記インバータ装置の定格の出力レベルに対応する電流値が検出されたことを条件に第１の過電流状態であると判断し、
前記判断手段は、さらに、出力端子がショートしたときに前記スイッチング素子が破壊されない電流値が検出されたことを条件に第２の過電流状態であると判断する請求項１に記載のスイッチング素子の過電流保護装置。