JP4985756B2 - 逆回復電流防止装置ならびにモータ駆動装置 - Google Patents
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Description
図2は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置1、逆回復電流防止装置2、及びモータ駆動システム100の構成図である。モータ駆動システム100は、モータ11と、当該モータ11を駆動するためのモータ駆動装置1とを備える。
次に、本実施形態に係る逆回復電流防止装置2の構成について、具体的に説明する。
全波整流部21は、複数のダイオードD2a,D2b,D2c,D2dによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD2aとD2b、D2cとD2dは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD2a,D2cの各カソード端子は、共に第1配線OL1上に接続されており、全波整流部21の正側出力端子として機能する。ダイオードD2b,D2dの各アノード端子は、共に第2配線OL2上に接続されており、全波整流部21の負側出力端子として機能する。ダイオードD2a,D2b同士の接続点である第1入力端子s2は、リアクトルL1を介して交流電源10のプラス側出力端子s1に接続され、ダイオードD2c,D2d同士の接続点である第2入力端子t2は、交流電源10のマイナス側出力端子t1に直接接続されている。なお、交流電源10は、交流電圧を、プリント基板P1の電源電圧Vacとして出力する。
第1ダイオードD22のアノード端子は、全波整流部21の第1入力端子s2に接続され、第2ダイオードD23のアノード端子は、全波整流部21の第2入力端子t2に接続されている。第1ダイオードD22及び第2ダイオードD23には、第1入力端子s2及び第2入力端子t2に印加される電源電圧Vacとカソード端子s3,t3側の電圧との差が所定値以上の場合に、電流がアノード側からカソード側へと流れるようになっている。
スイッチング素子24は、1つのN型絶縁ゲートバイポーラトランジスタで構成されている。スイッチング素子24のコレクタ端子は、第1ダイオードD22のカソード端子s3及び第2ダイオードD23のカソード端子t3に接続されており、エミッタ端子は、第2配線OL2を介して全波整流部21の負側出力端子に接続されている。スイッチング素子24のゲート端子は、後述するスイッチング素子制御部30に接続されている。即ち、スイッチング素子24は、第1及び第2ダイオードD22,D23の各カソード端子s3,t3と全波整流部21の負側出力端子との間に接続されていると言える。
電圧検出部25は、第1ダイオードD22及び第2ダイオードD23の各カソード端子s3,t3と全波整流部21の負側出力端子との間の電圧、つまりはスイッチング素子24の両端電圧Vigbt(第1検出結果に相当)を検出するためのものである。電圧検出部25は、主として、2つの抵抗R26a,R26bと、電圧検出回路27とで構成される。
ゼロクロス検出部28は、交流電源10のプラス側出力端子s1及びマイナス側出力端子t1に接続されていると共に、後述するスイッチング素子制御部30に接続されている。ゼロクロス検出部28は、交流電源10からの電源電圧Vac(交流電圧)のゼロクロスを検出すると、当該検出結果をスイッチング素子制御部30に出力する。
平滑コンデンサC29は、一端が第1配線OL1に、他端が第2配線OL2に接続されている。平滑コンデンサC29は、全波整流部21によって整流された電源電圧Vacを平滑することで、直流電圧Vdcを生成する。直流電圧Vdcは、リップルの比較的低い電圧となっており、インバータ部5に印加される。
スイッチング素子制御部30は、スイッチング素子24のオン及びオフを制御する。特に、本実施形態に係るスイッチング素子制御部30は、電圧検出部25によって検出されたスイッチング素子24の両端電圧Vigbtを閾値と比較し、その比較結果が閾値以上である場合、スイッチング素子24がオンすることで第1及び第2ダイオードD22,D23の各カソード端子s3,t3と第2配線OL2との間が電気的に短絡されることを禁止する。具体的には、図4に示すように、スイッチング素子24の両端電圧Vigbtが閾値以上となっている区間in3では、スイッチング素子24がマイクロコンピュータ(図示せず)の暴走によって、誤ってオンしてしまうのを強制的に禁止される。
(3―1)逆回復電流防止装置の動作と電流の流れ
図4〜図5に基づいて、本実施形態に係る逆回復電流防止装置2の動作の流れと、逆回復電流防止装置2内を流れる電流について説明する。図5は、一例として、第1入力端子s1に正電圧の電源電圧Vacが印加された場合の、逆回復電流防止装置2内を流れる電流の流れを図示している。
図6(a)は、全波整流部21に入力電流が流れている間はスイッチング素子24のオンを強制的に禁止した本実施形態の場合の、スイッチング素子24に流れる電流の値を示すグラフである。図6(b)は、全波整流部に入力電流が流れている間にスイッチング素子をオンさせた従来例における、スイッチング素子に流れる電流の値を示すグラフである。
(A)
本実施形態に係る逆回復電流防止装置2によると、第1及び第2ダイオードD22,D23の各カソード端子s3,t3と第2配線OL2(具体的には、全波整流部21の負側電圧端子)との間の電圧、即ちスイッチング素子24の両端電圧が閾値以上であり高くなっている場合には、図2の回路構成上、交流電源10から全波整流部21へと入力電流が流れていることが想定される。そこで、この場合には、スイッチング素子制御部30は、スイッチング素子24が第1及び第2ダイオードD22,D23の各カソード端子s3,t3と第2配線OL2とを電気的に短絡することを禁止する。これにより、全波整流部21へと入力電流が流れている間、第1及び第2ダイオードD22,D23の各カソード端子s3,t3と全波整流部21の負側電圧端子との間は電気的に開放された状態となり、逆回復電流の電流経路は形成されないため、逆回復電流はスイッチング素子24上を流れない。従って、スイッチング素子24が破壊するのを防止することができる。
また、本実施形態のスイッチング素子制御部30は、電圧検出部25により検出されたスイッチング素子24の両端電圧を閾値と比較する。これにより、スイッチング素子制御部30は、スイッチング素子24の両端電圧を知ることができ、当該電圧と閾値との比較によってスイッチング素子24の状態を制御することができる。
また、本実施形態に係る逆回復電流防止装置2のスイッチング素子制御部30は、スイッチング素子24の両端電圧だけではなく、更にゼロクロス検出部28により検出された電源電圧Vacのゼロクロスに基づいて短絡を禁止する。そのため、逆回復電流防止装置2は、より確実にスイッチ部が破壊するのを防止することができる。
また、本実施形態に係る逆回復電流防止装置2によると、スイッチング素子制御部30は、演算部31と、論理積回路32で簡単に構成されることができる。
また、本実施形態に係る逆回復電流防止装置2に係るスイッチング素子制御部30は、電源電圧Vacのゼロクロス付近であってかつ交流電源10から全波整流部21へと入力電流が流れ出すタイミングで、各カソード端子s3,t3と負側出力端子との間をスイッチング素子24によって電気的に短絡させる。閾値は、スイッチング素子24が各カソード端子s3,t3と第2配線OL2との間を電気的に短絡する時の電源電圧Vacよりも、高く設定されている。これにより、閾値を、スイッチング素子24がオンを強制的に禁止する制御に適した値にすることができる。
直流電圧Vdcが電源電圧Vacよりも低くなり、交流電源10から全波整流部21へと入力電流が流れている場合、いわゆる逆回復電流がスイッチング素子24に流れる恐れが考えられる。しかし、本実施形態に係る逆回復電流防止装置2によると、スイッチング素子24のオンを強制的に禁止し始める制御に用いられる閾値は、直流電圧Vdcが電源電圧Vacよりも低くなり、交流電源10から全波整流部21へと電流が流れ出す時の電源電圧Vac(図4のtp1)よりも低く設定されている。そのため、それまで直流電圧Vdcが電源電圧Vacよりも低かった関係が逆転して直流電圧Vdcが電源電圧Vacよりも高くなり(Vac>Vdc)、逆回復電流を考慮しなければならなくなる状態に至るよりも、前もってスイッチング素子24のオンを強制的に禁止することができる。従って、スイッチング素子24が破壊するのを、より確実に防止することができる。
ところで、逆回復電流のうち、特にスイッチング素子24がオンした瞬間にスイッチング素子24に流れる過渡的な電流は、モータ駆動装置1の周囲に設けられている各種機器のノイズ源となり、例えばモータ駆動装置1のインバータ駆動制御用のマイクロコンピュータ(図示せず)等にも悪影響を及ぼすことが考えられる。しかし、本実施形態に係るモータ駆動装置1は、上述した逆回復電流防止装置2がモータ駆動装置1に搭載されているため、スイッチング素子24上には逆回復電流が流れなくなる。従って、モータ駆動装置1は、逆回復電流による影響を受けることがなく、問題なくモータ11を駆動することができる。
上記実施形態では、スイッチング素子24が絶縁ゲートバイポーラトランジスタで構成される場合について説明した。しかし、スイッチング素子24は、第1ダイオードD22及び第2ダイオードD23の各カソード端子s3,t3と第2配線OL2との間を短絡或いは開放できれば、どのような構成であってもよい。スイッチング素子24のその他の構成としては、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ、サイリスタ、トライアック等が挙げられる。
2 逆回復電流防止装置
5 インバータ部
10 交流電源
11 モータ
12 室外ファン
21 全波整流部
D22 第1ダイオード
D23 第2ダイオード
24 スイッチング素子
25 電圧検出部
R26a、R26b 抵抗
27 電圧検出回路
28 ゼロクロス検出部
C29 平滑コンデンサ
30 スイッチング素子制御部
31 演算部
32 論理積回路
100 モータ駆動システム
P1 プリント基板
Claims (4)
- 複数のダイオード(D2a〜D2d)で構成されており、第1入力端子(s2)及び第2入力端子(t2)に入力された交流電源(10)からの電源電圧を整流する全波整流部(21)と、
前記全波整流部(21)の前記第1入力端子(s2)にアノード端子が接続された第1ダイオード(D22)と、
前記全波整流部(21)の前記第2入力端子(t2)にアノード端子が接続された第2ダイオード(D23)と、
前記第1ダイオード(D22)及び前記第2ダイオード(D23)の各カソード端子と前記全波整流部(21)の負側出力端子との間に接続され、各前記カソード端子と前記負側出力端子との間を電気的に開放或いは短絡するスイッチング素子で構成されたスイッチ部(24)と、
各前記カソード端子及び前記負側出力端子間の電圧を検知する電圧検出部(25)と、
前記電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部(28)と、
各前記カソード端子及び前記負側出力端子間の電圧が閾値以上である場合、前記スイッチ部(24)が各前記カソード端子と前記負側出力端子との間を電気的に短絡することを禁止することで、前記スイッチ部を含む逆回復電流の経路形成を防止するスイッチ制御部(30)と、
を備え、
前記スイッチ制御部(30)は、
前記ゼロクロス検出部(28)による第2検出結果に基づいて前記閾値に関する信号である第2パルス信号を出力する信号出力部(31)と、
前記電圧検出部(25)による第1検出結果を示す第1パルス信号と前記第2パルス信号との論理積を演算し、前記スイッチ部(24)に出力する論理積回路(32)と、
を有する、
逆回復電流防止装置(2)。 - 前記スイッチ制御部(30)は、前記電源電圧のゼロクロス付近であってかつ前記交流電源(10)から前記全波整流部(21)へと電流が流れ出すタイミングで、各前記カソード端子と前記負側出力端子との間を前記スイッチ部(24)によって電気的に短絡させ、
前記閾値は、前記スイッチ部(24)が各前記カソード端子と前記負側出力端子との間を電気的に短絡する時の前記電源電圧よりも高く設定されている、
請求項1に記載の逆回復電流防止装置(2)。 - 前記全波整流部(21)によって整流された前記電源電圧を平滑することで直流電圧を生成する平滑部(C29)、
を更に備え、
前記閾値は、前記直流電圧が前記電源電圧より低いために前記交流電源(10)から前記全波整流部(21)へと電流が流れ出す時の前記電源電圧よりも低く設定されている、
請求項1または2のいずれかに記載の逆回復電流防止装置(2)。 - モータ(11)を駆動するためのモータ駆動装置(1)であって、
請求項1〜3のいずれかに記載の逆回復電流防止装置(2)と、
互いに直列に接続された複数のスイッチング素子を含み、前記モータ(11)を駆動するための駆動電圧を前記モータ(11)に出力するインバータ部(5)と、
を備え、
前記逆回復電流防止装置(2)は、前記インバータ部(5)の前段部分に設けられている、
モータ駆動装置(100)。
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