JP6059958B2 - Inverter device - Google Patents
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Description
本発明は、直流電力源から供給される電力を交流に変換して負荷へ供給するインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device that converts electric power supplied from a DC power source into AC and supplies it to a load.
インバータ装置は、例えば、ブラシレスモータに交流電力を供給するために設けられる。このようなインバータ装置は、特許文献1に記載されている。図1は、特許文献1のインバータ装置の構成を示す。以下において、図1のインバータ装置を説明する。 The inverter device is provided for supplying AC power to a brushless motor, for example. Such an inverter device is described in Patent Document 1. FIG. 1 shows the configuration of the inverter device of Patent Document 1. In the following, the inverter device of FIG. 1 will be described.
インバータ装置は、図1では、3相のブラシレスモータを駆動する。また、このモータは、図1では、第1系と第2系の巻線41a,41bを有する。
In FIG. 1, the inverter device drives a three-phase brushless motor. Further, in FIG. 1, this motor has first and
インバータ装置は、第1系のインバータ43aと、第2系のインバータ43bと、制御部47とを備える。
The inverter device includes a
第1系と第2系のインバータ43a,43bは、それぞれ、直流電力源51から供給される直流電力を、交流に変換して第1系と第2系の巻線41a,41bに供給する。
制御部47には、各巻線41a,41bに流れる電流の検出値がフィードバックされる。フィードバックされた検出値と予め定めた電力供給パターンとに基づいて、制御部47は、各インバータ43a,43bを制御する。これにより、電力供給パターンに従って、各巻線41a,41bのU相、V相、W相に電力が供給され、モータの動作が制御される。
The first and
The detected value of the current flowing through each of the
図1では、第1系の巻線41aにおける中性点Pnと、第2系の巻線41bにおける中性点Pnとには、中性線49が接続されている。中性線49は、直流電力源51の中間電位の部分に接続されている。すなわち、直流電力源51は、直列に接続された2つの直流電源からなり、中性線49は、これらの直流電源を直列に接続している部分に接続されている。
In Figure 1, the neutral point P n in the first system of
この構成により、いずれかのトランジスタが故障により短絡しても、モータの駆動を継続することができる。例えば、第1系のインバータ43aにおいてU相(トランジスタ45b)が短絡した場合、第2系のインバータ43bのU相に2倍の電流を流すことにより、モータ出力の低下を抑えることができる。すなわち、第1系のインバータ43aにおいて、トランジスタ45bが短絡した場合に、第1系のインバータ43aからU相の巻線41aには電流が流れなくなるので、第2系のインバータ43bからU相の巻線41bに2倍の電流を流す。
With this configuration, even if any of the transistors is short-circuited due to a failure, the driving of the motor can be continued. For example, when the U-phase (
ところで、図1において、いずれかのトランジスタが短絡すると、過電流が流れる。例えば、第1系のインバータ43aにおいて、トランジスタ45aが故障で短絡している場合に、正常なトランジスタ45bが導通状態に制御されると、過大な短絡電流がトランジスタ45a,45bに流れる。
By the way, in FIG. 1, when any of the transistors is short-circuited, an overcurrent flows. For example, in the
(1)このような過電流を止めるために、例えば、直流電力源51と各系のインバータ43a,43bとの間に、過電流遮断器を設けることができる。この過電流遮断器は、直流電力源51から各系のインバータ43a,43bへ、しきい値より大きい電流が流れた時に、これを検出して、この電流を遮断する。この場合、過電流が流れたインバータを構成するすべてのトランジスタが使用されなくなる。したがって、これらのトランジスタが無駄になってしまう。
(1) In order to stop such overcurrent, for example, an overcurrent circuit breaker can be provided between the
(2)一方、各トランジスタ45a〜45fに過電流遮断器を設けることもできる。この場合、トランジスタ45aが故障により短絡した状態で、トランジスタ45bが導通状態に制御されると、トランジスタ45a,45bに過電流が流れる。この場合、トランジスタ45aの遮断器と、トランジスタ45bの遮断器のうち、早く動作した方が電流を遮断し、他方は電流を遮断しない可能性がある。そのため、正常なトランジスタ45bの遮断器が先に電流を遮断することもある。すなわち、短絡しているトランジスタ45aの電流を遮断できない可能性がある。
(2) On the other hand, an overcurrent circuit breaker can be provided in each of the
上記(1)(2)では、どのトランジスタが短絡故障したかを検出できないので、遮断器により機能させなくする正常なトランジスタの数が増えてしまう。
言い換えると、短絡故障したトランジスタのみの電流を遮断することができれば、次のように、引き続き機能させる正常なトランジスタの数を多くすることができる。例えば、第1系のインバータ43aにおいて、トランジスタ45aが故障により短絡した場合に、このトランジスタ45aへの電流だけでなく、トランジスタ45aと同列のトランジスタ45bへの電流も遮断してトランジスタ45a,45bが機能しないようにし、
他列のすべての正常なトランジスタ45c〜45fを機能させることができる。同様に、第1系のインバータ43aにおいて、トランジスタ45bが故障により短絡した場合に、このトランジスタ45bへの電流だけでなく、トランジスタ45bと同列のトランジスタ45aへの電流も遮断してトランジスタ45a,45bが機能しないようにし、他列のすべての正常なトランジスタ45c〜45fを機能させることができる。
In the above (1) and (2), it is impossible to detect which transistor has a short-circuit failure, so that the number of normal transistors that are disabled by the circuit breaker increases.
In other words, if the current of only the short-circuited transistor can be cut off, the number of normal transistors that continue to function can be increased as follows. For example, in the first system inverter 43a, when the
All the
なお、このように、短絡故障したトランジスタのみの電流を遮断することにより、引き続き機能させる正常なトランジスタの数を多くすることができる点は、図1以外のインバータ装置にも当てはまる。例えば、この点は、図1において中性線49を省略した構成にも当てはまる。
It should be noted that the fact that the number of normal transistors that can continue to function can be increased by interrupting the current of only the short-circuited transistors in this way also applies to inverter devices other than those in FIG. For example, this point also applies to a configuration in which the
そこで、本発明の目的は、インバータが故障により短絡した場合に、インバータを構成する複数のトランジスタのうち、どのトランジスタが短絡したかを検出できるようにすることにある。 Therefore, an object of the present invention is to enable detection of which of a plurality of transistors constituting an inverter is short-circuited when the inverter is short-circuited due to a failure.
本発明によると、直流電力源から供給される電力を交流に変換して負荷へ供給するインバータ装置であって、
直列に接続された複数のトランジスタを1つのトランジスタ列として、複数のトランジスタ列が互いに並列に接続されており、かつ、各トランジスタ列は、直流電力源に並列に接続されており、
各トランジスタにおける複数のトランジスタの間に位置する接点は、他のトランジスタにおける複数のトランジスタの間に位置する接点と負荷を介して接続されており、
各トランジスタに対してゲート駆動部が設けられ、ゲート駆動部は、対応するトランジスタのオン信号に反応して当該トランジスタを導通状態にし、対応するトランジスタのオフ信号に反応して当該トランジスタを非導通状態にし、
トランジスタに対して、短絡検出部が設けられ、
短絡検出部は、トランジスタ駆動用電源の正極と、対応するトランジスタのコレクタとの間に設けられた電流検出部と、
対応するトランジスタのオフ信号が出力された時に、電流検出部を通して、トランジスタ駆動用電源の正極と、当該トランジスタのコレクタとを導通させるスイッチ部と、
電流検出部に電流が流れると短絡検出信号を出力する信号出力部と、を有し、
対応するトランジスタのオフ信号が出力された時に、当該トランジスタが短絡しているかを検出し、当該トランジスタの短絡を検出した場合に、短絡検出信号を出力する、ことを特徴とするインバータ装置が提供される。
According to the present invention, an inverter device that converts power supplied from a DC power source into AC and supplies it to a load,
A plurality of transistors connected in series as one transistor row, the plurality of transistor rows are connected in parallel to each other, and each transistor row is connected in parallel to a DC power source,
A contact located between a plurality of transistors in each transistor is connected to a contact located between the plurality of transistors in another transistor via a load,
A gate driver is provided for each transistor. The gate driver turns on the transistor in response to the ON signal of the corresponding transistor, and turns off the transistor in response to the OFF signal of the corresponding transistor. West,
A short circuit detector is provided for the transistor,
The short-circuit detection unit is a current detection unit provided between the positive electrode of the transistor drive power supply and the collector of the corresponding transistor,
When a corresponding transistor OFF signal is output, a switch unit for conducting the positive electrode of the transistor driving power source and the collector of the transistor through the current detection unit,
A signal output unit that outputs a short circuit detection signal when a current flows through the current detection unit;
Provided is an inverter device that detects whether a corresponding transistor is short-circuited when a corresponding transistor OFF signal is output, and outputs a short-circuit detection signal when the short-circuit of the transistor is detected. The
本発明の好ましい実施形態によると、トランジスタに対して、過電流検出部が設けられ、
過電流検出部は、対応するトランジスタのオン信号が出力された時に、当該トランジスタに過電流が流れているかを検出し、当該トランジスタを流れる過電流を検出した場合に、過電流検出信号を出力する。
According to a preferred embodiment of the present invention, an overcurrent detector is provided for the transistor,
The overcurrent detection unit detects whether an overcurrent flows through the transistor when an ON signal of the corresponding transistor is output, and outputs an overcurrent detection signal when detecting an overcurrent flowing through the transistor. .
本発明の好ましい実施形態によると、過電流検出部は、対応するトランジスタのオン信号が出力された時に、当該トランジスタにおけるコレクタとエミッタとの電位差をしきい値と比べ、この電位差がしきい値より大きい場合には、当該トランジスタのゲート駆動部に過電流検出信号を出力し、
当該ゲート駆動部は、過電流検出信号を受けた場合に、対応するトランジスタのオン信号が出力されても、当該トランジスタを非導通状態に維持する。
According to a preferred embodiment of the present invention, when an ON signal of a corresponding transistor is output, the overcurrent detection unit compares the potential difference between the collector and the emitter of the transistor with a threshold value, and the potential difference is less than the threshold value. If larger, output an overcurrent detection signal to the gate drive of the transistor,
When receiving an overcurrent detection signal, the gate driver maintains the transistor in a non-conductive state even if an ON signal of the corresponding transistor is output.
本発明によると、インバータが短絡故障した場合に、インバータを構成する複数のトランジスタのうち、どのトランジスタが短絡したかを以下のように検出できる。 According to the present invention, when a short circuit failure occurs in an inverter, which transistor is short-circuited among a plurality of transistors constituting the inverter can be detected as follows.
短絡検出部は、対応するトランジスタのオフ信号に反応して、当該トランジスタが短絡しているかを検出する。すなわち、オフ信号により非導通状態にされるトランジスタが導通状態にある場合には、このトランジスタは短絡故障していることが分かる。したがって、短絡故障しているトランジスタを検出できる。
この場合、例えば、短絡を検出したトランジスタと同じ列にある他のトランジスタを適切な手段で非導通状態にして機能させなくすることにより、過電流が流れることを防止できる。
The short-circuit detection unit detects whether the transistor is short-circuited in response to the off signal of the corresponding transistor. That is, when a transistor that is turned off by an off signal is turned on, it can be seen that this transistor has a short circuit fault. Therefore, it is possible to detect a transistor having a short circuit failure.
In this case, for example, it is possible to prevent an overcurrent from flowing by causing other transistors in the same column as the transistor in which the short circuit is detected to be in a non-conducting state by an appropriate means so as not to function.
よって、インバータにおいて、トランジスタが故障により短絡した場合に、短絡したトランジスタを検出でき、短絡による過電流を止めることを可能となる。 Therefore, in the inverter, when a transistor is short-circuited due to a failure, the short-circuited transistor can be detected, and an overcurrent due to the short-circuit can be stopped.
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図2は、本発明の実施形態によるインバータ装置10の構成を示す。インバータ装置10は、直流電力源2から供給される電力を交流に変換して負荷3a,3bへ供給する。図2では、負荷3a,3bは、同じブラシレスモータの回転シャフトに同軸に配置された2つの巻線である。
FIG. 2 shows a configuration of the
インバータ装置10は、図2では、第1系のインバータ5aと、第2系のインバータ5bと、制御部7とを備える。
In FIG. 2, the
第1系と第2系のインバータ5a,5bは、それぞれ、直流電力源2から供給される直流電力を、交流に変換して巻線3a,3bに供給する。各インバータ5a,5bは、制御部7に制御されることにより、対応する巻線3a,3bの同じ相(U相、V相またはW相)に同じタイミングで電力を供給する。
The first and
各インバータ5a,5bは、複数のトランジスタ9により構成される。各インバータ5a,5bにおいて、直列に接続された複数の(図2では4つの)トランジスタ9を1つのトランジスタ列として、複数の(図2では3つの)トランジスタ列が互いに並列に接続されており、かつ、各トランジスタ列は、直流電力源2に並列に接続されている。
各トランジスタ列における複数のトランジスタ9の間に位置する接点Pc1は、他のトランジスタ列における複数のトランジスタ9の間に位置する接点Pc1と負荷3a,3bを介して接続されている。
Each
Contact P c1 located between the plurality of transistors 9 in each transistor column are connected via the contact P c1 located between the plurality of transistors 9
なお、図2の例において、各インバータ5a,5bは、3レベルインバータである。ただし、本発明のインバータ装置は、3レベルインバータに限定されない。
また、図2の例では、トランジスタ9は、IGBTであるが、本発明によると、トランジスタ9として、例えばMOSFETまたはバイポーラトランジスタを用いてもよい。
In the example of FIG. 2, each of the
In the example of FIG. 2, the transistor 9 is an IGBT. However, according to the present invention, for example, a MOSFET or a bipolar transistor may be used as the transistor 9.
制御部7は、各インバータ5a,5bを制御することにより、負荷3a,3bへの電力供給を制御する。制御部7には、各相に流れる電流の検出値がフィードバックされる。フィードバックされた検出値と、予め設定された電力供給パターンと基づいて、制御部7は、各インバータ5a,5bの各トランジスタ9に対してオン信号またはオフ信号(以下、単にトランジスタ9のオン信号またはオフ信号という)を出力する。これにより、各インバータ5a,5bは、オン信号またはオフ信号に従って、負荷3a,3bに電力を供給する。
なお、図2の例では、3レベルインバータである各インバータ5a,5bにおいて、その論理に従ったオン信号またはオフ信号が、各トランジスタ9に対して出力される。
The
In the example of FIG. 2, in each of the
図3は、図2の部分詳細図である。図3では、1つのトランジスタ9に対する構成を示しているが、図2の各トランジスタ9に対して図3の構成が設けられる。すなわち、図3に示すように、インバータ装置10は、各インバータ5a,5bの各トランジスタ9に対して設けられたゲート駆動部11と過電流検出部13と短絡検出部15を有する。
FIG. 3 is a partial detail view of FIG. Although FIG. 3 shows a configuration for one transistor 9, the configuration of FIG. 3 is provided for each transistor 9 of FIG. That is, as shown in FIG. 3, the
(ゲート駆動部)
ゲート駆動部11は、対応するトランジスタ9のオン信号に反応して当該トランジスタ9を導通状態にする。すなわち、当該トランジスタ9のコレクタ9aとエミッタ9bを導通状態にする。ゲート駆動部11は、制御部7から出力されるオフ信号に反応して当該トランジスタ9を非導通状態にする。すなわち、当該トランジスタ9のコレクタ9aとエミッタ9bを非導通状態にする。
(Gate drive unit)
The
図3の例では、オン信号は、ゲート信号線17を流れる電流である。この場合、ゲート信号線17に設けられた発光ダイオード19aが、オン信号により発光し、この発光をフォトトランジスタ19bが検出する。この検出により、ゲート駆動部11は、対応するトランジスタ9を導通状態にする。オフ信号は、ゲート信号線17に電流が流れていない状態に相当する。この場合、オフ信号(すなわち、ゲート信号線17に電流が流れていないこと)により発光ダイオード19aが発光していないことをフォトトランジスタ19bが検出する。この検出により、ゲート駆動部11は、対応するトランジスタ9を非導通状態にする。このように、ゲート駆動部11により、トランジスタ9を、導通状態と非導通状態との間で切り換えることに要する電力は、トランジスタ駆動用電源21からゲート駆動部11に供給される。
In the example of FIG. 3, the ON signal is a current flowing through the
(過電流検出部)
過電流検出部13は、対応するトランジスタ9のオン信号が制御部7から出力された時に、当該トランジスタ9に過電流が流れているかを検出し、当該トランジスタ9に過電流が流れていることを検出した場合に、過電流検出信号を出力する。本実施形態では、過電流検出部13は、対応するトランジスタ9のオン信号に反応して、当該トランジスタ9におけるコレクタ9aとエミッタ9bとの電位差をしきい値と比べ、この電位差がしきい値より大きい場合には、当該トランジスタ9のゲート駆動部11に過電流検出信号を出力する(後で詳しく説明する)。当該ゲート駆動部11は、過電流検出信号を受けた場合、対応するトランジスタ9のオン信号が制御部7から出力されても、当該トランジスタ9を非導通状態に維持する。
(Overcurrent detector)
When the ON signal of the corresponding transistor 9 is output from the
図3の例では、発光ダイオード23aがオン信号により発光し、この発光をフォトトランジスタ23bが検出する。この検出により、過電流検出部13は、上述のように、対応するトランジスタ9におけるコレクタ9aとエミッタ9bとの電位差をしきい値と比べ、この電位差がしきい値より大きい場合には、上述の過電流検出信号を出力する。このように過電流検出部13は作動する。一方、過電流検出部13は、対応するトランジスタ9のオフ信号が出力されている時には作動しない。
In the example of FIG. 3, the
好ましくは、過電流検出部13には、これに対応するトランジスタ9のオン信号が制御部7から出力された時に、トランジスタ駆動用電源21から電力が供給される。この電力により、過電流検出部13は、トランジスタ9におけるコレクタ9aとエミッタ9bとの電位差をしきい値と比べ、この電位差がしきい値より大きい場合には、当該トランジスタ9のゲート駆動部11に過電流検出信号を出力する。この場合、好ましくは、過電流検出部13には、これに対応するトランジスタ9のオフ信号が制御部7から出力された時には、トランジスタ駆動用電源21から電力が供給されない。これにより、消費電力を抑えることができる。
Preferably, power is supplied to the
(短絡検出部)
短絡検出部15は、対応するトランジスタ9のオフ信号が制御部7から出力された時に、当該トランジスタ9が短絡しているかを検出し、当該トランジスタ9が短絡していることを検出した場合に、短絡検出信号を出力する。本実施形態では、短絡検出部15は、電流検出部15aとスイッチ部15bと信号出力部15cとを有する。
電流検出部15aは、トランジスタ駆動用電源21の正極と、トランジスタ9のコレクタ9aとの間に設けられている。図3の例では、電流検出部15aは、発光ダイオードである。
スイッチ部15bは、対応するトランジスタ9に対するオフ信号に反応して、電流検出部15aを通して、トランジスタ駆動用電源21の正極と、当該トランジスタ9のコレクタ9aとを導通状態にする。図3の例では、スイッチ部15bは、発光ダイオード25aとフォトトランジスタ25bにより構成されている。フォトトランジスタ25bは、図3のように、発光ダイオード15aと並列に接続されている。
なお、トランジスタ駆動用電源21の負極は、対応するトランジスタ9のエミッタ9bに接続されている。
(Short-circuit detector)
When the short-
The
In response to the OFF signal for the corresponding transistor 9, the switch unit 15 b brings the positive electrode of the transistor
Note that the negative electrode of the transistor
図3において、接点Pc2と接点Pc3の間にはダイオード29が設けられている。なお、図3では、トランジスタ駆動用電源21の正極と接点Pc4との間に抵抗31が設けられているが、代わりに、接点Pc2と接点Pc3との間においてダイオード29と直列に抵抗を設けてもよい。
信号出力部15cは、電流検出部15aに電流が流れると短絡検出信号を出力する。図3の例では、信号出力部15cは、フォトトランジスタである。発光ダイオード15aが発光すると、フォトトランジスタ15cに電流が流れるようにし、この電流を短絡検出信号とすることができる。
In FIG. 3, a
The
図3の構成により、短絡検出部15は、対応するトランジスタ9が短絡しているかを、次のように検出する。
ゲート信号線17に、オン信号としての電流が流れている時には、発光ダイオード25aが発光する。この発光により、フォトトランジスタ25bは導通状態になる。この状態では、発光ダイオード15aに印加される電圧は小さいので、発光ダイオード15aには電流が流れず、発光ダイオード15aは発光しない。代わりに、フォトトランジスタ25bの導通状態により、電流が、トランジスタ駆動用電源21の正極から、フォトトランジスタ25bを流れ、さらに、対応するトランジスタ9を流れてトランジスタ駆動用電源21の負極へ至る。
ゲート信号線17に電流が流れないオフ信号により、発光ダイオード25aは発光しなくなる。これにより、フォトトランジスタ25bは非導通状態になる。この状態では、対応するトランジスタ9が故障で短絡している場合に、発光ダイオード15aに印加される電圧は所定値より大きくなるので、電流が、トランジスタ駆動用電源21の正極から、フォトトランジスタ25bには流れず、発光ダイオード15aとトランジスタ9を流れてトランジスタ駆動用電源21の負極へ至る。この電流を、発光ダイオード15aとフォトトランジスタ15cで検出することにより、トランジスタ9が短絡している旨の短絡検出信号が出力される。
With the configuration of FIG. 3, the short-
When a current as an ON signal flows through the
The
次に、過電流検出部13の作用を詳しく述べる。なお、以下は、1つのインバータ5aまたは5bについての説明である。
Next, the operation of the
(検出対象のトランジスタが接点Pc1よりも上流にある場合)
・正常時
1つのトランジスタ列において接点Pc1より上流(直流電力源2の正極側)に位置するトランジスタ9であって、過電流検出部13による検出対象のトランジスタ9(以下、単に対象トランジスタ9という)が、オン信号により導通状態にされた時には、対象トランジスタ9と同じ列において接点Pc1より下流(直流電力源2の負極側)に位置するトランジスタ9(以下、下流トランジスタ9という)はオフ信号により非導通状態に制御される。これにより、対象トランジスタ9から負荷3a,3bに電流が流れる。したがって、直流電力源2による印加電圧は、導通状態の対象トランジスタ9にはほとんどかからず、そのほとんどが負荷3a,3bにかかる。その結果、対象トランジスタ9におけるコレクタ9aとエミッタ9bとの電位差はしきい値よりも小さくなる。したがって、過電流検出部13は、過電流検出信号を出力しない。
・故障時
対象トランジスタ9がオン信号により導通状態にされた時に、下流トランジスタ9が、故障により、非導通状態に制御されず短絡している場合を想定する。この場合、直流電力源2からの電流は、対象トランジスタ9を流れた後、抵抗の大きい負荷3a,3bに流れず、短絡した下流トランジスタ9(図2の例では、2つの下流トランジスタ9)に流れる。したがって、直流電力源2による印加電圧は、対象トランジスタ9と下流トランジスタ9とにかかる。その結果、対象トランジスタ9におけるコレクタ9aとエミッタ9bとの電位差はしきい値よりも大きくなる(例えば直流電力源2による総印加電圧の半分になる)。過電流検出部13は、このような電位差を検出して、この旨を示す過電流検出信号を出力する。過電流検出信号に反応して、ゲート駆動部11は、対象トランジスタ9のオン信号が出力されても、対象トランジスタ9を非導通状態に維持する。これにより、過電流が、対象トランジスタ9に流れることを防止できる。
(When the transistor to be detected is upstream of the contact point P c1 )
Normal When the transistor 9 is located upstream of the contact point P c1 (on the positive electrode side of the DC power source 2) in one transistor row and is to be detected by the overcurrent detection unit 13 (hereinafter simply referred to as the target transistor 9). ) Is turned on by the ON signal, the transistor 9 (hereinafter referred to as the downstream transistor 9) located downstream of the contact Pc1 (the negative side of the DC power source 2) in the same column as the target transistor 9 is turned off. Is controlled to a non-conductive state. Thereby, a current flows from the target transistor 9 to the
· At failure When the target transistor 9 is turned on by an ON signal, a case is assumed in which the downstream transistor 9 is short-circuited due to a failure without being controlled to a non-conductive state. In this case, after the current from the
(対象トランジスタが接点Pc1よりも下流にある場合)
・正常時
1つのトランジスタ列において接点Pc1より下流に位置するトランジスタ9であって、過電流検出部13による検出対象のトランジスタ9(以下、単に対象トランジスタ9という)が、オン信号により導通状態にされた時には、対象トランジスタ9と同じ列において接点Pc1より上流(直流電力源2の正極側)に位置するトランジスタ9(以下、上流トランジスタ9という)はオフ信号により非導通状態に制御され、かつ、対象トランジスタ9には、他のトランジスタ列の接点Pc1から負荷3a,3bを通った電流が流れる。したがって、直流電力源2による印加電圧は、導通状態の対象トランジスタ9にはほとんどかからず、そのほとんどが当該負荷3a,3bにかかる。その結果、対象トランジスタ9におけるコレクタ9aとエミッタ9bとの電位差はしきい値よりも小さくなる。
・故障時
対象トランジスタ9がオン信号により導通状態にされた時に、上流トランジスタ9が、故障により、非導通状態に制御されず短絡している場合を想定する。この場合、直流電力源2からの電流は、短絡している上流トランジスタ9(図2の例では、2つの上流トランジスタ9)を流れた後、対象トランジスタ9に流れる。したがって、直流電力源2による印加電圧は、上流トランジスタ9と対象トランジスタ9とにかかる。その結果、対象トランジスタ9におけるコレクタ9aとエミッタ9bとの電位差はしきい値よりも大きくなる(例えば直流電力源2による総印加電圧の半分になる)。過電流検出部13は、このような電位差を検出して、この旨を示す過電流検出信号を出力する。過電流検出信号に反応して、ゲート駆動部11は、対象トランジスタ9のオン信号が出力されても、対象トランジスタ9を非導通状態に維持する。これにより、過電流が対象トランジスタ9に流れることを防止できる。
この場合には、さらに、適宜の手段により、短絡している上流トランジスタ9を含むトランジスタ列へ直流電力源2から電流を流さないようにして、他の2つのトランジスタ列を用いて、負荷3a,3bへ2相の交流電力を供給するようにしてもよい。
(When the target transistor is downstream of the contact Pc1 )
Normal When the transistor 9 is located downstream of the contact point P c1 in one transistor row and is detected by the overcurrent detection unit 13 (hereinafter simply referred to as the target transistor 9), the transistor 9 is turned on by an ON signal. When this is done, the transistor 9 (hereinafter referred to as the upstream transistor 9) located upstream of the contact point P c1 in the same column as the target transistor 9 (hereinafter referred to as the upstream transistor 9) is controlled to be non-conductive by the off signal, and In the target transistor 9, a current flows through the
-At the time of failure When the target transistor 9 is turned on by an ON signal, it is assumed that the upstream transistor 9 is short-circuited due to a failure without being controlled to a non-conductive state. In this case, the current from the
In this case, the
次に、短絡検出部15の作用を詳しく述べる。なお、以下は、1つのインバータ5aまたは5bについての説明である。
Next, the operation of the
(検出対象のトランジスタが接点Pc1よりも上流にある場合)
・正常時
1つのトランジスタ列において接点Pc1より上流に位置するトランジスタ9であって、短絡検出部15による検出対象のトランジスタ9(以下、対象トランジスタ9という)が、オフ信号により非導通状態にされた時には、トランジスタ駆動用電源21から電流検出部15aには電流が流れないので、短絡検出信号は出力されない。また、この時、電流検出部15aには電流が流れないので、無駄な電力消費が避けられる。
・故障時
対象トランジスタ9のオフ信号が出力された時に、対象トランジスタ9が、故障により短絡している場合を想定する。この場合、対象トランジスタ9は、短絡(導通)した状態のままであるため、トランジスタ駆動用電源21の正極から、電流が、上述のように電流検出部15aを流れ、その後、対象トランジスタ9を流れる。この電流は、トランジスタ駆動用電源21の負極へ至る。
したがって、電流が電流検出部15aを流れるので、信号出力部15cは短絡検出信号を出力する。この短絡検出信号に基づいて、制御部7は、例えば、短絡が検出された対象トランジスタ9と同じ列にある他のトランジスタ9を(好ましくは、ゲート駆動部11により)非導通状態に維持する制御をする。または、適宜の手段により、短絡している対象トランジスタ9を含むトランジスタ列へ直流電力源2から電流を流さないようにしてよい。このような場合、他の2つのトランジスタ列を用いて、負荷3a,3bへ2相の交流電力を供給するようにしてもよい。
(When the transistor to be detected is upstream of the contact point P c1 )
Normal When the transistor 9 is located upstream of the contact P c1 in one transistor row and is detected by the short-
-At the time of failure It is assumed that the target transistor 9 is short-circuited due to a failure when the off signal of the target transistor 9 is output. In this case, since the target transistor 9 remains in a short-circuited (conducting) state, current flows from the positive electrode of the transistor
Therefore, since the current flows through the
(対象トランジスタが接点Pc1よりも下流にある場合)
・正常時
1つのトランジスタ列において接点Pc1より下流に位置するトランジスタ9であって、短絡検出部15による検出対象のトランジスタ9(以下、対象トランジスタ9という)が、オフ信号により非導通状態にされた時には、上述のように、トランジスタ駆動用電源21から電流検出部15aには電流が流れないので、短絡検出信号は出力されない。また、この時、電流検出部15aには電流が流れないので、無駄な電力消費が避けられる。
・故障時
対象トランジスタ9のオフ信号が出力された時に、対象トランジスタ9が、故障している場合を想定する。この場合、対象トランジスタ9は、短絡(導通)した状態のままであるため、トランジスタ駆動用電源21の正極から、電流が、上述のように電流検出部15aを流れ、その後、対象トランジスタ9を流れる。この電流は、トランジスタ駆動用電源21の負極へ至る。
したがって、電流が電流検出部15aを流れるので、信号出力部15cは短絡検出信号を出力する。この短絡検出信号に基づいて、制御部7は、例えば、短絡が検出された対象トランジスタ9と同じ列にある他のトランジスタ9を(好ましくは、ゲート駆動部11により)非導通状態に維持する制御をする。これにより、過電流が流れなくなる。
(When the target transistor is downstream of the contact Pc1 )
Normal When the transistor 9 is located downstream of the contact P c1 in one transistor row and is detected by the short-circuit detection unit 15 (hereinafter referred to as the target transistor 9), the transistor 9 is turned off by an off signal. As described above, since no current flows from the transistor
-At the time of failure Assume that the target transistor 9 is in failure when the off signal of the target transistor 9 is output. In this case, since the target transistor 9 remains in a short-circuited (conducting) state, current flows from the positive electrode of the transistor
Therefore, since the current flows through the
上述した本発明の実施形態によると、以下の効果が得られる。 According to the embodiment of the present invention described above, the following effects can be obtained.
トランジスタ9のオン信号が出力された時に、当該トランジスタ9に過電流が流れていることを検出した場合には、当該トランジスタ9と同じ列の他のトランジスタ9が短絡故障していることになる。したがって、トランジスタ9のオン信号の出力時に、過電流検出部13は、当該トランジスタ9に過電流が流れているかを検出することにより、当該トランジスタ9と同じ列の他のトランジスタ9が短絡しているかを検出できる。
When it is detected that an overcurrent flows through the transistor 9 when the ON signal of the transistor 9 is output, another transistor 9 in the same column as the transistor 9 has a short circuit failure. Therefore, at the time of outputting the ON signal of the transistor 9, the
この場合、例えば、オン信号により導通状態にされ、過電流が流れていると検出されたトランジスタ9を、ゲート駆動部11が非導通状態にして機能させなくすることにより、過電流が流れることが防止できる。
In this case, for example, the transistor 9 that is turned on by the ON signal and is detected to be overcurrent may cause the overcurrent to flow due to the
短絡検出部15は、対応するトランジスタ9のオフ信号に反応して、当該トランジスタ9が短絡しているかを検出する。すなわち、オフ信号により非導通状態にされるトランジスタ9が導通状態にある場合には、このトランジスタ9は短絡故障していることが分かる。したがって、短絡故障しているトランジスタ9を検出できる。
この場合、例えば、短絡を検出したトランジスタ9と同じ列にある他のトランジスタ9を適切な手段で非導通状態にして機能させなくすることにより、過電流が流れることを防止できる。
The short-
In this case, for example, it is possible to prevent an overcurrent from flowing by making other transistors 9 in the same column as the transistor 9 that detects a short circuit non-conductive by an appropriate means so as not to function.
よって、インバータ5a,5bにおいて、トランジスタ9が故障により短絡した場合に、短絡したトランジスタ9を検出でき、短絡による過電流を止めることが可能となる。
Therefore, in the
また、各トランジスタ9に対して、過電流が流れたら電流を遮断する遮断器を設けた場合において、トランジスタ9の短絡を検出できない可能性がある。トランジスタ9のオン信号とオフ信号は、短時間で切り換わるので、短絡によるトランジスタ9に流れる電流が過電流になる前に、当該電流が、いずれかのトランジスタ9のオフ信号により止められる場合があるからである。このような問題は、本実施形態の短絡検出部15により解決される。短絡検出部15は、電流検出部15aに流れる電流により短絡を検出するからである。
Further, when a breaker is provided for each transistor 9 that cuts off the current when an overcurrent flows, there is a possibility that a short circuit of the transistor 9 cannot be detected. Since the ON signal and the OFF signal of the transistor 9 are switched in a short time, the current may be stopped by the OFF signal of any transistor 9 before the current flowing through the transistor 9 due to the short circuit becomes an overcurrent. Because. Such a problem is solved by the
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例1〜4のいずれかを採用し、または、変更例1〜4の2つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、他の点は、上述と同じであってよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, any one of the following modification examples 1 to 4 may be adopted, or two or more of modification examples 1 to 4 may be arbitrarily combined and employed. In this case, the other points may be the same as described above.
(変更例1)
上述では、過電流検出部13と短絡検出部15は、図2の3レベルインバータ5a,5bに設けられたが、他のインバータに設けられてもよい。
例えば、図1に示すインバータの各トランジスタに対して、過電流検出部13と短絡検出部15を設けてもよい。この場合、図1において、中性線49を省略してもよい。
(Modification 1)
In the above description, the
For example, you may provide the
(変更例2)
上述では、2つのインバータ5a,5bから同じ負荷に電力を供給していたが、本発明は、これに限定されない。例えば、負荷への電力供給を1つのインバータで行う場合に、このインバータの各トランジスタに過電流検出部13と短絡検出部15を設けてもよい。
(Modification 2)
In the above description, power is supplied from the two
(変更例3)
上述では、インバータを構成する各トランジスタに対して過電流検出部13と短絡検出部15を設けていたが、本発明は、これに限定されない。例えば、インバータを構成する複数のトランジスタのうち、一部のトランジスタに対して過電流検出部13と短絡検出部15を設けてもよい。
(Modification 3)
In the above description, the
(変更例4)
上述では、インバータを構成するトランジスタに対して過電流検出部13と短絡検出部15の両方を設けていたが、過電流検出部13と短絡検出部15のうち、短絡検出部15のみを、インバータを構成するトランジスタに対して設けてもよい。
(Modification 4)
In the above description, both the
2 直流電力源、3a,3b 負荷(巻線)、5a,5b インバータ、7 制御部、9 トランジスタ、9a コレクタ、9b エミッタ、10 インバータ装置、11 ゲート駆動部、13 過電流検出部、15 短絡検出部、15a 電流検出部(発光ダイオード)、15b スイッチ部、15c 信号出力部(フォトトランジスタ)、17 ゲート信号線、19a 発光ダイオード、19b フォトトランジスタ、21 トランジスタ駆動用電源、23a 発光ダイオード、23b フォトトランジスタ,25a 発光ダイオード、25b フォトトランジスタ、29 ダイオード、31 抵抗、41a,41b 巻線、43a,43b インバータ、45a,45b,45c,45d,45e,45f トランジスタ,47 制御部、49 中性線、51 直流電力源
2 DC power source, 3a, 3b Load (winding), 5a, 5b Inverter, 7 Control unit, 9 Transistor, 9a Collector, 9b Emitter, 10 Inverter device, 11 Gate drive unit, 13 Overcurrent detection unit, 15
Claims (3)
直列に接続された複数のトランジスタを1つのトランジスタ列として、複数のトランジスタ列が互いに並列に接続されており、かつ、各トランジスタ列は、直流電力源に並列に接続されており、
各トランジスタにおける複数のトランジスタの間に位置する接点は、他のトランジスタにおける複数のトランジスタの間に位置する接点と負荷を介して接続されており、
各トランジスタに対してゲート駆動部が設けられ、ゲート駆動部は、対応するトランジスタのオン信号に反応して当該トランジスタを導通状態にし、対応するトランジスタのオフ信号に反応して当該トランジスタを非導通状態にし、
トランジスタに対して、短絡検出部が設けられ、
短絡検出部は、トランジスタ駆動用電源の正極と、対応するトランジスタのコレクタとの間に設けられた電流検出部と、
対応するトランジスタのオフ信号が出力された時に、電流検出部を通して、トランジスタ駆動用電源の正極と、当該トランジスタのコレクタとを導通させるスイッチ部と、
電流検出部に電流が流れると短絡検出信号を出力する信号出力部と、を有し、
対応するトランジスタのオフ信号が出力された時に、当該トランジスタが短絡しているかを検出し、当該トランジスタの短絡を検出した場合に、短絡検出信号を出力する、ことを特徴とするインバータ装置。 An inverter device that converts power supplied from a DC power source into AC and supplies it to a load,
A plurality of transistors connected in series as one transistor row, the plurality of transistor rows are connected in parallel to each other, and each transistor row is connected in parallel to a DC power source,
A contact located between a plurality of transistors in each transistor is connected to a contact located between the plurality of transistors in another transistor via a load,
A gate driver is provided for each transistor. The gate driver turns on the transistor in response to the ON signal of the corresponding transistor, and turns off the transistor in response to the OFF signal of the corresponding transistor. West,
A short circuit detector is provided for the transistor,
The short-circuit detection unit is a current detection unit provided between the positive electrode of the transistor drive power supply and the collector of the corresponding transistor,
When a corresponding transistor OFF signal is output, a switch unit for conducting the positive electrode of the transistor driving power source and the collector of the transistor through the current detection unit,
A signal output unit that outputs a short circuit detection signal when a current flows through the current detection unit;
An inverter device, wherein when an off signal of a corresponding transistor is output, it is detected whether the transistor is short-circuited, and when a short-circuit of the transistor is detected, a short-circuit detection signal is output.
過電流検出部は、対応するトランジスタのオン信号が出力された時に、当該トランジスタに過電流が流れているかを検出し、当該トランジスタを流れる過電流を検出した場合に、過電流検出信号を出力する、ことを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 An overcurrent detector is provided for the transistor,
The overcurrent detection unit detects whether an overcurrent flows through the transistor when an ON signal of the corresponding transistor is output, and outputs an overcurrent detection signal when detecting an overcurrent flowing through the transistor. The inverter device according to claim 1 .
当該ゲート駆動部は、過電流検出信号を受けた場合に、対応するトランジスタのオン信号が出力されても、当該トランジスタを非導通状態に維持する、ことを特徴とする請求項2に記載のインバータ装置。 When the ON signal of the corresponding transistor is output, the overcurrent detection unit compares the potential difference between the collector and the emitter of the transistor with a threshold value, and if this potential difference is greater than the threshold value, Output an overcurrent detection signal to the drive unit,
3. The inverter according to claim 2 , wherein when receiving an overcurrent detection signal, the gate driving unit maintains the transistor in a non-conductive state even if an ON signal of the corresponding transistor is output. apparatus.
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