JP7185538B2 - Inverter device for washing machine - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、洗濯運転を行うための駆動力を発生させるモータを駆動対象とするインバータ装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to an inverter device driven by a motor that generates a driving force for performing a washing operation.
従来より、インバータ回路を介して駆動される洗濯機用モータの回転トルクを向上させるため、インバータ回路に供給される駆動用電源を昇圧させることが行われている。例えば、インダクタを介して入力される交流電源をブリッジ回路により整流し、スイッチング素子によりブリッジ回路の出力端子間を短絡することで昇圧を行う。 2. Description of the Related Art Conventionally, in order to increase the rotational torque of a washing machine motor that is driven via an inverter circuit, it has been practiced to increase the voltage of the drive power supplied to the inverter circuit. For example, AC power input through an inductor is rectified by a bridge circuit, and the output terminals of the bridge circuit are short-circuited by a switching element to boost the voltage.
ところで、スイッチング素子を駆動するための低圧の電源は、別途電源回路を用いて生成する必要がある。上記の整流回路を含んで倍電圧回路が構成されていると、交流電源電圧が100Vの場合、倍電圧回路が出力する電圧の最大値は280V程度になる。この場合、スイッチング素子側のグランドレベルとインバータ回路側のグランドレベルとが異なるため、両者のグランドを分離する必要がある。そして、図5に示すように、整流ブリッジ回路の出力電圧に、例えば発振周波数が数10kHz程度の発振回路及び絶縁トランスを介して整流及び平滑化を行い、低圧の駆動電源を生成している。しかしながら、発振回路や絶縁トランスは高価な部品であるため、上記の構成は洗濯機のコストを上昇させる要因となっていた。 By the way, a low-voltage power supply for driving the switching elements needs to be generated using a separate power supply circuit. When the voltage doubler circuit includes the rectifier circuit described above, the maximum value of the voltage output by the voltage doubler circuit is about 280V when the AC power supply voltage is 100V. In this case, since the ground level on the switching element side and the ground level on the inverter circuit side are different, it is necessary to separate the two grounds. Then, as shown in FIG. 5, the output voltage of the rectifying bridge circuit is rectified and smoothed through, for example, an oscillating circuit having an oscillation frequency of about several tens of kHz and an insulating transformer to generate a low-voltage driving power supply. However, since the oscillation circuit and the isolation transformer are expensive parts, the above configuration has been a factor in increasing the cost of the washing machine.
そこで、安価な構成で、グランド間の短絡を問題にすることなくスイッチング素子の駆動電源を生成できる洗濯機用インバータ装置を提供する。 Therefore, an inverter device for a washing machine is provided that can generate a drive power source for a switching element with a low-cost configuration without causing a short circuit between grounds.
実施形態の洗濯機用インバータ装置は、洗濯運転を行うための駆動力を発生させるモータを駆動対象とするインバータ回路と、
交流電源側に挿入されるインダクタと、
前記インダクタを介して入力される交流電源を整流する整流ブリッジ回路と、
この整流ブリッジ回路の出力端子間に接続されるスイッチング素子と、
前記出力端子間に接続され、前記スイッチング素子を駆動するための電源を、前記出力端子間の電圧を分圧して生成する駆動電源回路とを備え、
前記インバータ回路のグランドである制御回路グランドと、前記駆動電源回路のグランドであるドライバグランドとは、異なるグランドである。
An inverter device for a washing machine according to an embodiment includes an inverter circuit driven by a motor that generates a driving force for performing a washing operation;
an inductor inserted on the AC power supply side;
a rectifying bridge circuit for rectifying AC power input via the inductor;
a switching element connected between the output terminals of the rectifying bridge circuit;
a driving power supply circuit that is connected between the output terminals and generates a power supply for driving the switching element by dividing the voltage between the output terminals ;
The control circuit ground, which is the ground for the inverter circuit, and the driver ground, which is the ground for the drive power supply circuit, are different grounds .
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1及び図2を参照して説明する。図1は、洗濯機に搭載され、昇圧回路を備えるインバータ装置1の構成を示す。100Vの商用交流電源には、一端側にインダクタ2を介して、4つのダイオードをブリッジ接続してなる整流ブリッジ回路3が接続される。整流ブリッジ回路3の出力端子間には、平滑コンデンサ4a及び4bの直列回路並びにインバータ回路5が接続されている。平滑コンデンサ4a及び4bの共通接続点は、商用交流電源の他端側に接続されている。これらにより、倍電圧整流回路が構成されており、最大で280V程度のリップルを含む平滑された直流電圧が発生する。
(First embodiment)
A first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 shows the configuration of an inverter device 1 mounted in a washing machine and having a booster circuit. A rectifying
インバータ回路5は、スイッチング素子である例えば6個のIGBT6を3相ブリッジ接続して構成されている。IGBT6のコレクタ,エミッタ間には、フリーホイールダイオード7が接続されている。インバータ回路5の各相出力端子は、モータ8のスター結線されている各相固定子巻線9U,9V,9Wの一端にそれぞれ接続されている。モータ8は、例えばDCブラシレスモータであり、洗い運転や脱水運転を行うため、例えば洗濯機のドラムを回転駆動する。
The
インバータ回路5の負側と制御回路グランドとの間には、抵抗素子10が接続されている。抵抗素子10の両端は、マイクロコンピュータで構成される制御回路11の入力端子にそれぞれ接続されている。抵抗素子10は、インバータ回路5を介してモータ6に通電される相電流を検出するもので、本実施形態では、1シャント電流検出方式を採用している。制御回路11は、抵抗素子10の端子電圧を所定のタイミングでA/D変換して読み込むことで、U,V,Wの各相電流を検出する。そして、制御回路11は、検出した電流に基づいてPWM信号を生成し、インバータ回路5を構成する各IGBT6にゲート信号として出力する。制御回路11の動作電源電圧は、例えば5Vである。
A
また、整流ブリッジ回路3には、もう1つの整流ブリッジ回路12が並列に接続されている。整流ブリッジ回路12の出力端子間には、電圧駆動型の半導体素子であるIGBT13が接続されている。IGBT13のコレクタ,エミッタ間には、フリーホイールダイオード14が接続されている。IGBT13のエミッタは、ドライバグランドに接続されている。インダクタ2,整流ブリッジ回路12及びIGBT13により、昇圧回路16が構成されている。制御回路11は、ドライバであるフォトカプラ15を介してIGBT13にゲート信号を出力する。フォトカプラ15には、電圧が例えば15Vの電源が、IGBT13の駆動用電源として供給される。
Another rectifying
図2は、上記の駆動用電源を生成する駆動電源回路21の構成を示している。駆動電源回路21は、整流ブリッジ回路12の出力端子間に接続されている。前記出力端子間の脈流電圧の最大値は140V程度である。駆動電源回路21は、抵抗素子22及びツェナーダイオード23の直列回路と、ツェナーダイオード23に並列に接続される電解コンデンサ24とを備える。抵抗素子22は、例えば抵抗値20kΩ,ワット数3Wであり、ツェナーダイオード23のツェナー電圧は15Vである。これにより、ドライバグランドを基準とする15Vの駆動用電源が生成される。
FIG. 2 shows the configuration of a driving
図3は、制御回路11がIGBT13をスイッチング制御することで昇圧回路16により昇圧動作を行う際の電圧,電流及び信号波形であり、特許文献1の図9相当図である。IGBT13のオンオフを、商用交流電源周期内で複数回繰り返すことで短絡電流を発生させて、図中ではリアクタであるインダクタ2に流す電流により昇圧動作を行う。本実施形態の駆動電源回路21では、整流ブリッジ回路12とIGBT13及びフォトカプラとが共通のドライバグランドを電位基準としているので、グランド間短絡が問題とはならない。
FIG. 3 shows voltage, current, and signal waveforms when the
以上のように本実施形態によれば、洗濯運転を行うための駆動力を発生させるモータ8を駆動対象とするインバータ回路5,電源側に挿入されるインダクタ2,インダクタ2を介して入力される交流電源を整流する整流ブリッジ回路12,整流ブリッジ回路12の出力端子間に接続されるIGBT13,前記出力端子間に接続され、IGBT13をフォトカプラ14を介して駆動するための電源を、前記出力端子間の電圧を分圧して生成する駆動電源回路21を備える。このように構成すれば、IGBT13の駆動用電源を安価な構成で生成できる。
As described above, according to this embodiment, the
具体的には、駆動電源回路21を、抵抗素子22及びツェナーダイオード23との直列回路と、ツェナーダイオード23に並列に接続される電解コンデンサ24とで構成したので、IGBT13の駆動用電源を精度良く安定して生成できる。また、昇圧回路16に電圧駆動型のIGBT13を用いることにより、駆動電流が少なくなるのでコンデンサ24の容量を低減できる。
Specifically, since the driving
(第2実施形態)
以下、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図4に示すように、第2実施形態の駆動電源回路31は、第1実施形態の構成において、抵抗素子22とツェナーダイオード23との間に、ダイオード32を順方向に接続したものである。ダイオード32は、コンデンサ24の放電防止用である。これにより、駆動用電源の電圧をより安定化させることができる。
(Second embodiment)
Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted, and different parts will be described. As shown in FIG. 4, the driving
(その他の実施形態)
駆動用電源回路は、整流ブリッジ回路の出力端子間の電圧を分圧する構成であれば良い。
スイッチング素子は、IGBTに限ることなく、MOSFETやバイポーラトランジスタ等でも良い。
電流検出は1シャント方式に限らず、3シャント方式や電流センサを用いても良い。
電源電圧や抵抗値等の具体数値については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
洗濯機は縦型でも良いし、モータはパルセータを駆動対象とするものでも良い。
(Other embodiments)
The driving power supply circuit may be configured to divide the voltage between the output terminals of the rectifying bridge circuit.
The switching elements are not limited to IGBTs, and may be MOSFETs, bipolar transistors, or the like.
Current detection is not limited to the one-shunt method, and a three-shunt method or a current sensor may be used.
Specific numerical values such as the power supply voltage and the resistance value may be appropriately changed according to individual designs.
The washing machine may be of a vertical type, and the motor may be one that drives a pulsator.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
図面中、1はインバータ装置、2はインダクタ、3は整流ブリッジ回路、5はインバータ回路、8はモータ、13はIGBT、15はフォトカプラ、16は昇圧回路、21は駆動電源回路、22は抵抗素子、23はツェナーダイオード、24は電解コンデンサ、31は駆動電源回路、32はダイオードを示す。
In the drawings, 1 is an inverter device, 2 is an inductor, 3 is a rectifying bridge circuit, 5 is an inverter circuit, 8 is a motor, 13 is an IGBT, 15 is a photocoupler, 16 is a booster circuit, 21 is a drive power supply circuit, and 22 is a resistor.
Claims (4)
交流電源側に挿入されるインダクタと、
前記インダクタを介して入力される交流電源を整流する整流ブリッジ回路と、
この整流ブリッジ回路の出力端子間に接続されるスイッチング素子と、
前記出力端子間に接続され、前記スイッチング素子を駆動するための電源を、前記出力端子間の電圧を分圧して生成する駆動電源回路とを備え、
前記インバータ回路のグランドである制御回路グランドと、前記駆動電源回路のグランドであるドライバグランドとは、異なるグランドである洗濯機用インバータ装置。 an inverter circuit driven by a motor that generates a driving force for performing the washing operation;
an inductor inserted on the AC power supply side;
a rectifying bridge circuit for rectifying AC power input via the inductor;
a switching element connected between the output terminals of the rectifying bridge circuit;
a driving power supply circuit that is connected between the output terminals and generates a power supply for driving the switching element by dividing the voltage between the output terminals ;
In the washing machine inverter device, a control circuit ground, which is the ground of the inverter circuit, and a driver ground, which is the ground of the driving power supply circuit, are different grounds .
前記ツェナーダイオードに並列に接続されるコンデンサとを備える請求項1記載の洗濯機用インバータ装置。 The drive power supply circuit includes a series circuit of a resistive element and a Zener diode;
2. The washing machine inverter device according to claim 1, further comprising a capacitor connected in parallel with said Zener diode.
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