JP7392570B2 - inverter device - Google Patents

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この発明は、インバータ装置に関し、特に、ブートストラップコンデンサを備えるインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device, and particularly to an inverter device including a bootstrap capacitor.

従来、ブートストラップコンデンサを備えるインバータ装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, an inverter device including a bootstrap capacitor is known (for example, see Patent Document 1).

上記特許文献1に記載のモータ駆動装置には、モータ駆動用直流電源と、上段スイッチング素子と、下段スイッチング素子とが設けられている。また、上段スイッチング素子と下段スイッチング素子との接続点がモータへの出力端となっている。また、上記モータ駆動装置には、上段スイッチング素子のエミッタに所定の電圧を加えて上段スイッチング素子をオンさせるためのブートストラップコンデンサが設けられている。ブートストラップコンデンサには、モータの回転動作前に下段スイッチング素子をオンさせることにより充電が行われる。また、上記特許文献1には明記されていないが、上記モータ駆動装置に記載のような従来のモータ駆動装置には、モータ駆動用直流電源の電圧を平滑化するための主回路コンデンサが設けられていると考えられる。 The motor drive device described in Patent Document 1 is provided with a motor drive DC power source, an upper switching element, and a lower switching element. Further, the connection point between the upper switching element and the lower switching element serves as an output end to the motor. Further, the motor drive device is provided with a bootstrap capacitor for applying a predetermined voltage to the emitter of the upper-stage switching element to turn on the upper-stage switching element. The bootstrap capacitor is charged by turning on the lower switching element before the motor rotates. Furthermore, although it is not specified in Patent Document 1, the conventional motor drive device described in the above motor drive device is provided with a main circuit capacitor for smoothing the voltage of the DC power supply for driving the motor. It is thought that

ここで、モータがフリーラン状態(モータ駆動装置からモータへの出力が停止しているにも関わらずモータの回転が継続されている状態)である間に、モータ駆動装置の再起動を行うためにブートストラップコンデンサの充電を行う場合がある。この場合、下段スイッチング素子をオンさせることによってブートストラップコンデンサの充電を行う際に、モータからの逆起電圧に起因して、モータ駆動装置(モータと下段スイッチング素子との間)に過電流が流れる場合がある。これに対し、上記特許文献1には明記されていないが、下段スイッチング素子のデューティ比を低下させることにより、過電流の発生を抑制する制御が行われる場合がある。 Here, to restart the motor drive device while the motor is in a free run state (a state in which the motor continues to rotate even though the output from the motor drive device to the motor has stopped). The bootstrap capacitor may be charged. In this case, when the bootstrap capacitor is charged by turning on the lower switching element, an overcurrent flows in the motor drive device (between the motor and the lower switching element) due to the back electromotive voltage from the motor. There are cases. In contrast, although not specified in Patent Document 1, control may be performed to suppress the occurrence of overcurrent by lowering the duty ratio of the lower switching element.

特開2013-198234号公報JP2013-198234A

しかしながら、上記特許文献1に記載されているような従来のモータ駆動装置(インバータ装置)では、下段スイッチング素子のデューティ比を低下させて下段スイッチング素子を充電する場合、下段スイッチング素子がオフの期間中にモータから主回路コンデンサに回生電流が流れるため、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなるという問題点が生じる場合がある。なお、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなると、主回路コンデンサが破損する場合や、主回路コンデンサの過電圧を防止するためにモータ駆動装置自体が強制停止される場合がある。 However, in the conventional motor drive device (inverter device) as described in Patent Document 1, when charging the lower switching element by lowering the duty ratio of the lower switching element, during the period when the lower switching element is off, Since regenerative current flows from the motor to the main circuit capacitor, a problem may arise in which the voltage of the main circuit capacitor becomes excessively large. Note that if the voltage of the main circuit capacitor becomes excessively high, the main circuit capacitor may be damaged, or the motor drive device itself may be forced to stop in order to prevent overvoltage of the main circuit capacitor.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、モータのフリーラン中にブートストラップコンデンサを充電する場合に、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなるのを抑制することが可能なインバータ装置を提供することである。 This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and one purpose of this invention is to solve the problem of excessive voltage on the main circuit capacitor when charging the bootstrap capacitor during free running of the motor. An object of the present invention is to provide an inverter device that can suppress the increase in size.

上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるインバータ装置は、直流電圧を出力する電源部と、電源部からの直流電圧を平滑化する主回路コンデンサと、互いに直列に接続される上アーム素子および下アーム素子を含み、上アーム素子と下アーム素子との接続点がモータに接続されているスイッチング素子部と、下アーム素子がオンしている状態で充電されるブートストラップコンデンサと、を含むインバータ回路部と、下アーム素子のデューティ比を制御する制御部と、を備え、下アーム素子がオフしている状態で、ブートストラップコンデンサに充電された電圧により上アーム素子がオンされるように構成されており、制御部は、インバータ回路部からモータへの出力が停止された状態でモータの回転が停止されずに一定時間継続されるフリーラン状態において、ブートストラップコンデンサの充電中に、第1のデューティ比により下アーム素子をオンオフさせることによりブートストラップコンデンサを充電する制御を行うとともに、主回路コンデンサの電圧に基づいて、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサを充電する制御を行うように構成されている。 In order to achieve the above object, an inverter device according to one aspect of the present invention includes a power supply section that outputs a DC voltage, a main circuit capacitor that smoothes the DC voltage from the power supply section, and a superconductor connected in series with each other. a switching element section including an arm element and a lower arm element, in which a connection point between the upper arm element and the lower arm element is connected to the motor; a bootstrap capacitor that is charged while the lower arm element is turned on; and a control unit that controls the duty ratio of the lower arm element, and when the lower arm element is off, the upper arm element is turned on by the voltage charged in the bootstrap capacitor. In a free run state where the output from the inverter circuit to the motor is stopped and the rotation of the motor continues for a certain period of time without being stopped, the control section controls whether the bootstrap capacitor is being charged , controls charging of the bootstrap capacitor by turning on and off the lower arm element according to the first duty ratio, and changes the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio based on the voltage of the main circuit capacitor. By changing the duty ratio to , the bootstrap capacitor is controlled to be charged while controlling to suppress the increase in the voltage of the main circuit capacitor.

この発明の一の局面によるインバータ装置では、上記のように、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサの充電中に、主回路コンデンサの電圧に基づいて、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサを充電する制御が行われる。ここで、第2のデューティ比の方が第1のデューティ比よりも小さい場合は、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させる(低下させる)ことによって、インバータ回路部に流れる電流値が大きくなるのを抑制することができる。これにより、モータのフリーラン中にブートストラップコンデンサを充電する場合に、主回路コンデンサの電圧に基づいて主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御が行われることによって、インバータ回路部に流れる電流値が大きくなるのを抑制することができるとともに、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなるのを容易に抑制することができる。また、第2のデューティ比の方が第1のデューティ比よりも大きい場合は、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させる(増加させる)ことによって、ブートストラップコンデンサの充電に要する時間を短くすることができる。これにより、モータのフリーラン中にブートストラップコンデンサを充電する場合に、主回路コンデンサの電圧に基づいて主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御が行われることによって、ブートストラップコンデンサの充電に要する時間を短くすることができるとともに、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなるのを容易に抑制することができる。 In the inverter device according to one aspect of the present invention, as described above, the duty ratio of the lower arm element is changed from the first duty ratio based on the voltage of the main circuit capacitor during charging of the bootstrap capacitor in the free run state. By changing the duty ratio to the second duty ratio, control is performed to charge the bootstrap capacitor while controlling to suppress an increase in the voltage of the main circuit capacitor. Here, if the second duty ratio is smaller than the first duty ratio, by changing (lowering) the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio, It is possible to suppress an increase in the current value flowing through the inverter circuit section. As a result, when the bootstrap capacitor is charged during free running of the motor, control is performed to suppress the rise in voltage of the main circuit capacitor based on the voltage of the main circuit capacitor, thereby increasing the current flowing through the inverter circuit. can be suppressed from increasing, and it is also possible to easily suppress the voltage of the main circuit capacitor from becoming excessively large. In addition, if the second duty ratio is larger than the first duty ratio, booting is performed by changing (increasing) the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio. The time required to charge the strap capacitor can be shortened. As a result, when charging the bootstrap capacitor while the motor is free-running, control is performed to suppress the rise in voltage of the main circuit capacitor based on the voltage of the main circuit capacitor. The time can be shortened, and the voltage of the main circuit capacitor can be easily prevented from becoming excessively large.

また、上記一の局面によるインバータ装置において、好ましくは、制御部は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサの充電中において、主回路コンデンサの電圧に基づいて、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第1のデューティ比よりも小さい第2のデューティ比に低下させることによって、主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサを充電する制御を行うように構成されている。ここで、ブートストラップコンデンサの充電中において下アーム素子がオンオフしているうちのオン期間では、モータと下アーム素子との間に短絡電流が流れる。この短絡電流に起因してモータのコイルにエネルギーが蓄えられる。また、下アーム素子がオンしている状態からオフされると、モータのコイルに蓄えられた(回生)エネルギーが主回路コンデンサに放出されるため、主回路コンデンサの電圧値が高くなる。ここで、モータと下アーム素子との間の短絡電流は、下アーム素子のデューティ比が大きい(下アーム素子がオンしている時間が長い)ほど大きくなる。また、モータのコイルに蓄えられるエネルギーは、モータと下アーム素子との間の電流値の2乗に依存する。したがって、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に低下させる(下アーム素子のオフ期間を長くする)ことによって、モータからの回生電流が主回路コンデンサに流れることによって主回路コンデンサの電圧が上昇する時間が長くなる場合でも、主回路コンデンサの電圧上昇に起因するモータのコイルに蓄えられるエネルギーが大幅に小さくなるので、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなるのを抑制することができる。 In the inverter device according to the first aspect, preferably, the control unit adjusts the duty ratio of the lower arm element to the first duty based on the voltage of the main circuit capacitor during charging of the bootstrap capacitor in the free run state. By lowering the duty ratio from the first duty ratio to a second duty ratio smaller than the first duty ratio, the bootstrap capacitor is controlled to be charged while performing control to suppress an increase in the voltage of the main circuit capacitor. . Here, during the ON period in which the lower arm element is turned on and off while the bootstrap capacitor is being charged, a short-circuit current flows between the motor and the lower arm element. Energy is stored in the motor coils due to this short circuit current. Further, when the lower arm element is turned off from the on state, the (regenerated) energy stored in the coil of the motor is released to the main circuit capacitor, so that the voltage value of the main circuit capacitor increases. Here, the short-circuit current between the motor and the lower arm element increases as the duty ratio of the lower arm element increases (the longer the time the lower arm element is turned on). Moreover, the energy stored in the coil of the motor depends on the square of the current value between the motor and the lower arm element. Therefore, by reducing the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio (lengthening the off period of the lower arm element), the regenerative current from the motor flows to the main circuit capacitor. Even if the main circuit capacitor voltage rises for a longer period of time, the energy stored in the motor coil due to the main circuit capacitor voltage rise will be significantly smaller, preventing the main circuit capacitor voltage from increasing excessively. Can be suppressed.

また、この場合、好ましくは、制御部は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサの充電中において、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に低下させた場合に、予め設定されたブートストラップコンデンサの充電時間を長くする制御を行うように構成されている。このように構成すれば、下アーム素子のデューティ比を低下させた分ブートストラップコンデンサの充電効率が低下する一方で、予め設定されたブートストラップコンデンサの充電時間を長くする制御が行われることによって、ブートストラップコンデンサが満充電にならないうちに充電期間が終了するのを抑制することができる。 Further, in this case, preferably, the control unit preliminarily controls the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio while charging the bootstrap capacitor in the free run state. It is configured to perform control to lengthen the charging time of the set bootstrap capacitor. With this configuration, although the charging efficiency of the bootstrap capacitor decreases by the reduction in the duty ratio of the lower arm element, control is performed to lengthen the preset charging time of the bootstrap capacitor. It is possible to prevent the charging period from ending before the bootstrap capacitor is fully charged.

また、上記一の局面によるインバータ装置では、好ましくは、制御部は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサの充電中において、第1のデューティ比により下アーム素子をオンオフさせることによって主回路コンデンサの電圧が第1しきい電圧以上になった場合に、ブートストラップコンデンサの充電時における下アーム素子のデューティ比を、第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサを充電する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、第1しきい電圧と主回路コンデンサの電圧値との比較を行うだけで下アーム素子のデューティ比の制御を行うことができるので、たとえば主回路コンデンサの電圧値の変化率を算出して、算出した変化率に基づいて下アーム素子のデューティ比の制御を行う場合等に比べて、制御部による制御を簡易にする(制御負荷を軽減する)ことができる。 Further, in the inverter device according to the first aspect, preferably, the control unit turns on and off the lower arm element according to the first duty ratio while charging the bootstrap capacitor in the free run state, thereby increasing the voltage of the main circuit capacitor. When the voltage exceeds the first threshold voltage, the voltage of the main circuit capacitor can be reduced by changing the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio when charging the bootstrap capacitor. It is configured to perform control to charge the bootstrap capacitor while performing control to suppress the increase. With this configuration, the duty ratio of the lower arm element can be controlled simply by comparing the first threshold voltage with the voltage value of the main circuit capacitor. Compared to the case where the duty ratio of the lower arm element is controlled based on the calculated rate of change by calculating the rate of change, the control by the control unit can be simplified (the control load can be reduced).

また、この場合、好ましくは、制御部は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサの充電中において、主回路コンデンサの電圧が第1しきい電圧以上の状態から第1しきい電圧よりも低い状態に変化した場合に、下アーム素子のデューティ比を、第2のデューティ比から第1のデューティ比に戻す制御を行うように構成されている。このように構成すれば、主回路コンデンサの電圧が元の状態に戻ったことに併せて、下アーム素子のデューティ比を元の状態に戻すことができる。これにより、第1のデューティ比の方が大きい場合は、ブートストラップコンデンサの充電をより速やかに行うことができる。また、第1のデューティ比の方が小さい場合は、インバータ回路部に流れる電流値を低下させることができる。 In this case, preferably, the control unit changes the voltage of the main circuit capacitor from a state equal to or higher than the first threshold voltage to a state lower than the first threshold voltage while charging the bootstrap capacitor in the free run state. In this case, the control is performed to return the duty ratio of the lower arm element from the second duty ratio to the first duty ratio. With this configuration, the duty ratio of the lower arm element can be returned to its original state in conjunction with the return of the voltage of the main circuit capacitor to its original state. Thereby, when the first duty ratio is larger, the bootstrap capacitor can be charged more quickly. Furthermore, when the first duty ratio is smaller, the value of current flowing through the inverter circuit section can be reduced.

また、上記一の局面によるインバータ装置では、好ましくは、インバータ回路部は、主回路コンデンサの電圧値を検出する電圧検出部をさらに含み、制御部は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサの充電中において、電圧検出部により検出された主回路コンデンサの電圧値に基づいて、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサを充電する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、電圧検出部の検出値に基づいて下アーム素子のデューティ比の制御を行うことができるので、主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を正確に行うことができる。 Further, in the inverter device according to the first aspect, preferably, the inverter circuit section further includes a voltage detection section that detects the voltage value of the main circuit capacitor, and the control section is configured such that the , by changing the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio based on the voltage value of the main circuit capacitor detected by the voltage detection section, the increase in the voltage of the main circuit capacitor is suppressed. It is configured to perform control to charge the bootstrap capacitor while performing control to suppress the charge. With this configuration, the duty ratio of the lower arm element can be controlled based on the detected value of the voltage detection section, so that control to suppress the increase in voltage of the main circuit capacitor can be accurately performed.

また、上記一の局面によるインバータ装置では、好ましくは、インバータ回路部は、スイッチング素子部とモータとの間を流れる電流値を検出する電流検出部をさらに含み、制御部は、下アーム素子のオンオフ制御が停止している状態から、下アーム素子をデューティ比が1の状態でオンさせることにより、ブートストラップコンデンサの初期充電を行う制御と、初期充電中に電流検出部により過電流が流れていることが検知されたことに基づいて、下アーム素子のデューティ比を1から第1のデューティ比に低下させてブートストラップコンデンサを充電する制御と、主回路コンデンサの電圧に基づいて、下アーム素子のデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサを充電する制御と、を行うように構成されている。このように構成すれば、電流検出部の検出値に基づいて下アーム素子のデューティ比を低下させることによりスイッチング素子部とモータとの間を流れる電流が過電流になるのを抑制しながら、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなるのを抑制することができる。 Further, in the inverter device according to the first aspect, preferably, the inverter circuit section further includes a current detection section that detects a current value flowing between the switching element section and the motor, and the control section is configured to turn on/off the lower arm element. When the control is stopped, the lower arm element is turned on with a duty ratio of 1 to perform initial charging of the bootstrap capacitor, and during initial charging, an overcurrent is flowing due to the current detection unit. Based on this detection, the duty ratio of the lower arm element is lowered from 1 to the first duty ratio to charge the bootstrap capacitor, and the lower arm element is controlled to charge the bootstrap capacitor based on the voltage of the main circuit capacitor. By changing the duty ratio from a first duty ratio to a second duty ratio, the bootstrap capacitor is charged while performing control to suppress a rise in voltage of the main circuit capacitor. There is. With this configuration, by reducing the duty ratio of the lower arm element based on the detected value of the current detection unit, the current flowing between the switching element unit and the motor is suppressed from becoming an overcurrent, and the main It is possible to suppress the voltage of the circuit capacitor from becoming excessively large.

また、上記一の局面によるインバータ装置では、好ましくは、スイッチング素子部は、複数相の上アーム素子と複数相の下アーム素子とを含み、ブートストラップコンデンサは、複数相の上アーム素子の各々に対応して複数設けられており、制御部は、フリーラン状態における複数相のブートストラップコンデンサの充電中において、主回路コンデンサの電圧に基づいて、複数相の下アーム素子の各々のデューティ比を一律に第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させて、複数のブートストラップコンデンサの各々を充電する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、複数相に対応するインバータ装置において、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなるのを抑制することができる。また、複数相の下アーム素子の各々のデューティ比を一律に第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、複数相のブートストラップコンデンサの充電状態が互いに異なる状態になるのを抑制することができる。 In the inverter device according to the first aspect, preferably, the switching element section includes a multi-phase upper arm element and a multi-phase lower arm element, and the bootstrap capacitor is connected to each of the multi-phase upper arm elements. The control unit uniformly sets the duty ratio of each of the lower arm elements of the multiple phases based on the voltage of the main circuit capacitor while charging the bootstrap capacitors of multiple phases in a free run state. The battery charger is configured to charge each of the plurality of bootstrap capacitors by changing the duty ratio from the first duty ratio to the second duty ratio. With this configuration, it is possible to prevent the voltage of the main circuit capacitor from becoming excessively large in an inverter device that supports multiple phases. Furthermore, by uniformly changing the duty ratio of each of the lower arm elements of the multiple phases from the first duty ratio to the second duty ratio, it is possible to prevent the charging states of the bootstrap capacitors of the multiple phases from becoming different from each other. Can be suppressed.

本発明によれば、上記のように、モータのフリーラン中にブートストラップコンデンサを充電する場合に、主回路コンデンサの電圧が過剰に大きくなるのを抑制することができる。 According to the present invention, as described above, when charging the bootstrap capacitor during free running of the motor, it is possible to suppress the voltage of the main circuit capacitor from becoming excessively large.

第1実施形態によるインバータ装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an inverter device according to a first embodiment. 第1実施形態によるインバータ装置におけるブートストラップコンデンサの充電方法を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method of charging a bootstrap capacitor in the inverter device according to the first embodiment. 第1および第2実施形態による下アーム素子がオンの場合にモータから流れる電流を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the current flowing from the motor when the lower arm element according to the first and second embodiments is on. 第1および第2実施形態による下アーム素子がオフの場合にモータから流れる電流を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the current flowing from the motor when the lower arm element according to the first and second embodiments is off. 第1および第2実施形態によるモータの逆起電圧により形成されるチョッパ回路を模式的に表した図である。FIG. 3 is a diagram schematically representing a chopper circuit formed by a back electromotive voltage of a motor according to the first and second embodiments. 第1および第2実施形態による主回路コンデンサの電圧値が第2しきい電圧以上になった場合の下アーム素子の動作を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the lower arm element when the voltage value of the main circuit capacitor becomes equal to or higher than the second threshold voltage according to the first and second embodiments. 第1および第2実施形態による主回路コンデンサの電圧値が第1しきい電圧よりも小さくなった場合の下アーム素子の動作を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the lower arm element when the voltage value of the main circuit capacitor becomes smaller than the first threshold voltage according to the first and second embodiments. 第2実施形態によるインバータ装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an inverter device according to a second embodiment. 第2実施形態によるインバータ装置におけるブートストラップコンデンサの充電方法を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a method of charging a bootstrap capacitor in an inverter device according to a second embodiment.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described based on the drawings.

[第1実施形態]
図1~図7を参照して、第1実施形態によるインバータ装置100の構成について説明する。
[First embodiment]
The configuration of an inverter device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7.

(インバータ装置の構成)
図1に示すように、インバータ装置100は、インバータ回路部10を備える。インバータ回路部10は、直流電圧を出力する電源部1を含む。電源部1は、3相出力の交流電源1aと、交流電源1aからの交流電圧を直流電圧に変換する整流部1bと、を含む。
(Configuration of inverter device)
As shown in FIG. 1, the inverter device 100 includes an inverter circuit section 10. The inverter circuit section 10 includes a power supply section 1 that outputs a DC voltage. The power supply unit 1 includes a three-phase output AC power supply 1a and a rectification unit 1b that converts an AC voltage from the AC power supply 1a into a DC voltage.

インバータ回路部10は、電源部1からの直流電圧を平滑化する主回路コンデンサ2を含む。主回路コンデンサ2は、電源部1からの直流電圧により充電されている。また、インバータ回路部10は、主回路コンデンサ2の電圧値Edcを検出する電圧検出部2aを含む。 Inverter circuit section 10 includes a main circuit capacitor 2 that smoothes the DC voltage from power supply section 1 . The main circuit capacitor 2 is charged with DC voltage from the power supply section 1. Further, the inverter circuit section 10 includes a voltage detection section 2a that detects the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2.

インバータ回路部10は、スイッチング素子部3を含む。スイッチング素子部3は、互いに直列に接続される上アーム素子3aおよび下アーム素子3bを含む。上アーム素子3aおよび下アーム素子3bの各々は、複数相(R相、S相、およびT相)ごとに設けられている。なお、上アーム素子3aおよび下アーム素子3bは、バイポーラトランジスタである。 Inverter circuit section 10 includes switching element section 3 . The switching element section 3 includes an upper arm element 3a and a lower arm element 3b that are connected in series with each other. Each of the upper arm element 3a and the lower arm element 3b is provided for each of multiple phases (R phase, S phase, and T phase). Note that the upper arm element 3a and the lower arm element 3b are bipolar transistors.

また、3つの上アーム素子3aの各々には上側ダイオード素子3cが並列に接続されている。また、3つの下アーム素子3bの各々には下側ダイオード素子3dが並列に接続されている。なお、上側ダイオード素子3cのアノード側が上アーム素子3aのエミッタ側に接続されている。また、下側ダイオード素子3dのアノード側が下アーム素子3bのエミッタ側に接続されている。 Further, an upper diode element 3c is connected in parallel to each of the three upper arm elements 3a. Furthermore, a lower diode element 3d is connected in parallel to each of the three lower arm elements 3b. Note that the anode side of the upper diode element 3c is connected to the emitter side of the upper arm element 3a. Further, the anode side of the lower diode element 3d is connected to the emitter side of the lower arm element 3b.

また、上アーム素子3aと下アーム素子3bとの接続点Aがモータ101に接続されている。すなわち、相ごとに設けられた3つの接続点Aの各々が、モータ101に接続されている。 Further, a connection point A between the upper arm element 3a and the lower arm element 3b is connected to the motor 101. That is, each of the three connection points A provided for each phase is connected to the motor 101.

また、インバータ回路部10は、下アーム素子3bがオンしている状態で充電されるブートストラップコンデンサ4を含む。ブートストラップコンデンサ4は、正側が上アーム素子3aのベース側に接続されている。また、ブートストラップコンデンサ4は、負側が上アーム素子3aのエミッタ側に接続されている。これにより、下アーム素子3bがオフしている状態で、ブートストラップコンデンサ4に充電された電圧により上アーム素子3aがオンされる。具体的には、ブートストラップコンデンサ4は、上アーム素子3aのベースおよびエミッタに所定の電圧を印加することにより上アーム素子3aをオン状態にする。 The inverter circuit section 10 also includes a bootstrap capacitor 4 that is charged while the lower arm element 3b is turned on. The positive side of the bootstrap capacitor 4 is connected to the base side of the upper arm element 3a. Further, the negative side of the bootstrap capacitor 4 is connected to the emitter side of the upper arm element 3a. As a result, the upper arm element 3a is turned on by the voltage charged in the bootstrap capacitor 4 while the lower arm element 3b is turned off. Specifically, bootstrap capacitor 4 turns on upper arm element 3a by applying a predetermined voltage to the base and emitter of upper arm element 3a.

なお、下アーム素子3bがオンしているとともに上アーム素子3aがオフしている状態で、後述する電源6aと、ブートストラップコンデンサ4と、下アーム素子3bとにより閉回路が構成されることにより、ブートストラップコンデンサ4が電源6aにより充電される。 Note that when the lower arm element 3b is on and the upper arm element 3a is off, a closed circuit is formed by the power supply 6a, which will be described later, the bootstrap capacitor 4, and the lower arm element 3b. , the bootstrap capacitor 4 is charged by the power supply 6a.

インバータ回路部10は、上アーム素子3aのベース駆動部5aと、下アーム素子3bのベース駆動部5bとを含む。ブートストラップコンデンサ4の正側は、ベース駆動部5aに接続されている。ベース駆動部5aは、3相の上アーム素子3aの各々に対応して設けられている。また、ベース駆動部5bは、3相の下アーム素子3bの各々に対応して設けられている。また、ベース駆動部5aおよびベース駆動部5bの各々は、後述する制御部8により動作(開閉)が制御されている。なお、図1では、簡略化して、制御部8から1つの相のベース駆動部5aおよびベース駆動部5bに信号を送信しているように図示しているが、実際は3相それぞれのベース駆動部5aおよびベース駆動部5bに信号を送信している。 The inverter circuit section 10 includes a base drive section 5a of the upper arm element 3a and a base drive section 5b of the lower arm element 3b. The positive side of the bootstrap capacitor 4 is connected to the base drive section 5a. The base drive section 5a is provided corresponding to each of the three-phase upper arm elements 3a. Furthermore, the base drive section 5b is provided corresponding to each of the three-phase lower arm elements 3b. Further, the operation (opening/closing) of each of the base drive section 5a and the base drive section 5b is controlled by a control section 8, which will be described later. Although FIG. 1 is simplified and shows that signals are transmitted from the control unit 8 to the base drive units 5a and 5b of one phase, in reality, signals are transmitted to the base drive units of each of the three phases. 5a and the base drive unit 5b.

また、インバータ回路部10には、1つのベース電圧用の電源6aが設けられている。電源6aは、各相のベース駆動部5aおよび各相のベース駆動部5bに入力されている。そして、後述する制御部8により動作(開閉)されたベース駆動部5aおよびベース駆動部5bを介して、電源6aの電圧が上アーム素子3aおよび下アーム素子3bのベースに入力される。なお、電源6aと各相のベース駆動部5aの各々との間には、アノード側が電源6aに接続されているダイオード6bが設けられている。 The inverter circuit section 10 is also provided with one base voltage power source 6a. The power source 6a is input to the base drive section 5a of each phase and the base drive section 5b of each phase. Then, the voltage of the power source 6a is input to the bases of the upper arm element 3a and the lower arm element 3b via the base drive unit 5a and base drive unit 5b operated (opened and closed) by the control unit 8, which will be described later. Note that a diode 6b whose anode side is connected to the power source 6a is provided between the power source 6a and each of the base drive units 5a of each phase.

インバータ回路部10は、スイッチング素子部3とモータ101との間を流れる電流値を検出する電流検出部7を含む。電流検出部7は、3つの接続点Aとモータ101との間のそれぞれの電流値を検出するように構成されている。なお、電流検出部7は、3つの接続点Aのうちの2つとモータ101との間のそれぞれの電流値を検出するように構成されていてもよい。なぜならば、3相の交流電流値の合計は常に0になるので、3相のうちの1相の電流値は直接計測しなくても、残りの2相の検出値から検知(算出)することが可能であるからである。 The inverter circuit section 10 includes a current detection section 7 that detects the value of the current flowing between the switching element section 3 and the motor 101. The current detection unit 7 is configured to detect current values between the three connection points A and the motor 101. Note that the current detection unit 7 may be configured to detect the respective current values between two of the three connection points A and the motor 101. This is because the sum of the AC current values of the three phases is always 0, so the current value of one of the three phases can be detected (calculated) from the detected values of the remaining two phases without directly measuring it. This is because it is possible.

また、インバータ装置100は、上アーム素子3aおよび下アーム素子3bのデューティ比を制御する制御部8を備える。具体的には、制御部8は、ベース駆動部5aおよびベース駆動部5bの各々にパルス信号を送信することにより、上アーム素子3aおよび下アーム素子3bのオンオフを制御(デューティ比を制御)するように構成されている。 The inverter device 100 also includes a control section 8 that controls the duty ratios of the upper arm element 3a and the lower arm element 3b. Specifically, the control unit 8 controls the on/off of the upper arm element 3a and the lower arm element 3b (controls the duty ratio) by transmitting a pulse signal to each of the base drive unit 5a and the base drive unit 5b. It is configured as follows.

(インバータ装置の再始動に関する制御)
ここで、図2~図7を参照して、インバータ装置100の再始動に関する制御について説明する。
(Control regarding restart of inverter device)
Here, control related to restarting the inverter device 100 will be explained with reference to FIGS. 2 to 7.

まず、インバータ装置100によりモータ101が正常に運転されている場合(図2の最初の状態「運転」を参照)は、主回路コンデンサ2の電圧値Edcは一定である。ここで、所定のアラーム要因等が生じたことに基づいて、インバータ装置100が停止(図2の状態「停止」を参照)したとする。所定のアラーム要因等が生じる場合とは、たとえば主回路コンデンサ2の電圧値Edcが低下した場合である。この場合、インバータ回路部10(インバータ装置100)からモータ101への出力が停止される。この際、モータ101は、モータ101の回転が停止されずに一定時間継続される(図2の状態「停止」におけるモータ速度を参照)フリーラン状態となる。フリーラン状態とは、慣性力や外力だけでモータ101が回転している状態を意味する。フリーラン状態には、ファンやポンプが外力によって回されている状況や、運転中に瞬時停電が発生して出力が遮断された状態で発生する。また、インバータ装置100が停止している間は、ブートストラップコンデンサ4の充電が低下する。 First, when the motor 101 is normally operated by the inverter device 100 (see the first state "operating" in FIG. 2), the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 is constant. Here, it is assumed that the inverter device 100 is stopped (see the state "stopped" in FIG. 2) based on the occurrence of a predetermined alarm factor or the like. A case where a predetermined alarm factor or the like occurs is, for example, a case where the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 decreases. In this case, the output from the inverter circuit unit 10 (inverter device 100) to the motor 101 is stopped. At this time, the motor 101 enters a free run state in which the rotation of the motor 101 is not stopped and continues for a certain period of time (see the motor speed in the "stop" state in FIG. 2). The free run state means a state in which the motor 101 is rotating only by inertia force or external force. A free-run state occurs when the fan or pump is being turned by an external force, or when a momentary power outage occurs during operation and the output is cut off. Further, while the inverter device 100 is stopped, the charge of the bootstrap capacitor 4 decreases.

次に、アラーム要因等が解除され正常に運転可能になった場合、運転の指令があれば、モータ101がフリーラン状態であるか否かに関わらず、インバータ装置100は運転を再開する。具体的には、インバータ装置100に備わる瞬時停電復帰等の機能により、停電直後にトリップレスで動作を再開する。トリップレスとは、異常電圧によって緊急停止要の状態とならないことを意味する。 Next, when the alarm factor etc. are canceled and normal operation is possible, if there is a command to operate, the inverter device 100 resumes operation regardless of whether the motor 101 is in a free running state. Specifically, the inverter device 100 resumes operation without tripping immediately after a power outage due to functions such as instantaneous power failure recovery. Tripless means that an emergency stop is not required due to abnormal voltage.

インバータ装置100の再始動の際には、まず、制御部8は、フリーラン状態において、ブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行う。以下に、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電について詳細に説明する。なお、ブートストラップコンデンサ4の充電中において、3相の下アーム素子3bのオンオフ状態は互いに同一である。すなわち、ブートストラップコンデンサ4の充電中において、3相の下アーム素子3bのデューティ比(オンオフ)は、制御部8により一律に制御される。 When restarting the inverter device 100, the control unit 8 first performs control to charge the bootstrap capacitor 4 in a free run state. Charging of the bootstrap capacitor 4 in the free run state will be described in detail below. Note that while the bootstrap capacitor 4 is being charged, the on/off states of the three-phase lower arm elements 3b are the same. That is, while the bootstrap capacitor 4 is being charged, the duty ratio (on/off) of the three-phase lower arm element 3b is uniformly controlled by the control unit 8.

具体的には、制御部8は、下アーム素子3bのオンオフ制御が停止している状態(オフ状態が維持されている状態)から、下アーム素子3bをデューティ比が1の状態でオンさせることにより、ブートストラップコンデンサ4を初期充電(図2の状態「ブートストラップ充電待ち」の期間T1を参照)する制御を行うように構成されている。これにより、ブートストラップコンデンサ4の充電が増加する。なお、図2の状態「ブートストラップ充電待ち」の期間の間は、3つの上アーム素子3aは、オフ状態が維持される。 Specifically, the control unit 8 turns on the lower arm element 3b with a duty ratio of 1 from a state where the on/off control of the lower arm element 3b is stopped (a state where the off state is maintained). The controller is configured to control the initial charging of the bootstrap capacitor 4 (see period T1 in the state "waiting for bootstrap charging" in FIG. 2). This increases the charging of the bootstrap capacitor 4. Note that during the period of the state "waiting for bootstrap charging" in FIG. 2, the three upper arm elements 3a are maintained in the off state.

ここで、3相の下アーム素子3bがオン状態になると、モータ101のR相、S相、およびT相が互いに短絡状態になり、モータ101と下アーム素子3bとの間に大きな電流(過電流)(図3の破線矢印参照)が流れる。なお、この電流は、モータ101がフリーラン状態において回転しているために発生する誘導起電力に起因して流れる。また、この電流は、RST相間の短絡電流である。なお、図3は、説明に不要な素子等は、簡略化のため図示を省略している。 Here, when the three-phase lower arm element 3b is turned on, the R phase, S phase, and T phase of the motor 101 are short-circuited to each other, and a large current (overload) is generated between the motor 101 and the lower arm element 3b. Current) (see dashed arrow in FIG. 3) flows. Note that this current flows due to an induced electromotive force generated because the motor 101 is rotating in a free run state. Further, this current is a short circuit current between the RST phases. Note that in FIG. 3, elements unnecessary for the explanation are omitted for the sake of simplification.

この場合、インバータ回路部10に過剰に大きい電流(図2の期間T1の出力電流を参照)が発生する。そして、制御部8は、この初期充電中に電流検出部7により過電流が流れていることが検知されたことに基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を1から第1のデューティ比(たとえば0.5)に低下させてブートストラップコンデンサ4を充電する制御(図2の状態「ブートストラップ充電待ち」の期間T2を参照)を行うように構成されている。なお、制御部8は、電流検出部7により検出された電流値がI1以上になった場合に、下アーム素子3bのデューティ比を1から第1のデューティ比に低下させる制御を行う。 In this case, an excessively large current (see the output current during period T1 in FIG. 2) is generated in the inverter circuit section 10. Then, the control unit 8 changes the duty ratio of the lower arm element 3b from 1 to a first duty ratio (for example 0.5) to charge the bootstrap capacitor 4 (see period T2 in the state "waiting for bootstrap charging" in FIG. 2). Note that the control unit 8 performs control to reduce the duty ratio of the lower arm element 3b from 1 to the first duty ratio when the current value detected by the current detection unit 7 becomes I1 or more.

ここで、下アーム素子3bが第1のデューティ比でオンオフされることにより、下アーム素子3bがオフにされる期間が生じる。下アーム素子3bがオフの状態(図4の状態)では、モータ101からの回生電流が、上アーム素子3aと並列に接続される上側ダイオード素子3cを通り、主回路コンデンサ2に流れる。これにより、主回路コンデンサ2の電圧値Edcが上昇する。なお、期間T2の間は、下アーム素子3bが1よりも小さいデューティ比によりオンオフされるので、インバータ回路部10には、I1よりも小さい電流値I2の電流が流れる。 Here, by turning on and off the lower arm element 3b at the first duty ratio, a period in which the lower arm element 3b is turned off occurs. When the lower arm element 3b is off (the state shown in FIG. 4), regenerative current from the motor 101 flows to the main circuit capacitor 2 through the upper diode element 3c connected in parallel with the upper arm element 3a. As a result, the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 increases. Note that during the period T2, the lower arm element 3b is turned on and off with a duty ratio smaller than 1, so a current with a current value I2 smaller than I1 flows through the inverter circuit section 10.

また、下アーム素子3bがオンしている状態(図3の状態)では、モータ101とインバータ回路部10との間で昇圧チョッパ回路(図5参照)が構成される。ここで、図5のEおよびLは、それぞれ、モータ101の逆起電圧およびモータ101内のインダクタンスを表している。また、図5のTRおよびDは、それぞれ、下アーム素子3bおよび上側ダイオード素子3cを表している。また、図5のCは主回路コンデンサ2を表している。 Further, when the lower arm element 3b is on (the state shown in FIG. 3), a boost chopper circuit (see FIG. 5) is configured between the motor 101 and the inverter circuit section 10. Here, E and L in FIG. 5 represent the back electromotive force of the motor 101 and the inductance within the motor 101, respectively. Further, TR and D in FIG. 5 represent the lower arm element 3b and the upper diode element 3c, respectively. Further, C in FIG. 5 represents the main circuit capacitor 2.

図5に示すように、TR(下アーム素子3b)がオンしている間、E、L、TRの経路で電流が流れる。その後、TRがオフすると、Lに溜められたエネルギーが放出され、Cに充電がなされる。この時にCに発生する電圧は、EとLの電圧が加算されるため、Eよりも大きくなる。また、Lに溜められるエネルギーは、TR(下アーム素子3b)がオンしている間にLに流れる電流値の2乗に依存する。 As shown in FIG. 5, while TR (lower arm element 3b) is on, current flows through the paths E, L, and TR. Thereafter, when TR is turned off, the energy stored in L is released and C is charged. The voltage generated at C at this time is larger than E because the voltages of E and L are added. Moreover, the energy stored in L depends on the square of the current value flowing in L while TR (lower arm element 3b) is on.

ここで、第1実施形態では、図2に示すように、制御部8は、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比(たとえば0.25)に低下させることによって、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサ4を充電する制御(図2の状態「ブートストラップ充電待ち」の期間T3を参照)を行うように構成されている。すなわち、下アーム素子3bのデューティ比を低下させることにより、主回路コンデンサ2の電圧値Edcの上昇に起因するL(図5参照)に流れる電流値が低下(I2からI3に低下)するとともにLに溜められるエネルギーが低下する。一方で、下アーム素子3bのデューティ比を低下させることにより主回路コンデンサ2にモータ101からの電流が流れる時間が増加するが、Lに溜められるエネルギーが低下する分、主回路コンデンサ2の電圧値Edcの上昇が抑制される。これは、Lに溜められるエネルギーがLに流れる電流値の2乗に依存することにより、電流値の大きさがエネルギーに及ぼす影響が大きいことに起因する。なお、第1のデューティ比および第2のデューティ比の各々は、予め設定された値である。 Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the control unit 8 changes the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio based on the voltage of the main circuit capacitor 2. (for example, 0.25), the bootstrap capacitor 4 is charged while performing control to suppress the increase in voltage of the main circuit capacitor 2 (period T3 of the state "waiting for bootstrap charging" in FIG. 2). ). That is, by lowering the duty ratio of the lower arm element 3b, the current value flowing through L (see FIG. 5) caused by the increase in the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 decreases (reduced from I2 to I3) and L The energy stored in the is reduced. On the other hand, by lowering the duty ratio of the lower arm element 3b, the time during which the current from the motor 101 flows through the main circuit capacitor 2 increases, but the voltage value of the main circuit capacitor 2 decreases by the amount of energy stored in L. The increase in Edc is suppressed. This is because the energy stored in L depends on the square of the current value flowing through L, and the magnitude of the current value has a large effect on energy. Note that each of the first duty ratio and the second duty ratio is a preset value.

具体的には、制御部8は、第1のデューティ比により下アーム素子3bをオンオフさせることによって主回路コンデンサ2の電圧が第1しきい電圧E1以上になった場合に、ブートストラップコンデンサ4の充電時における下アーム素子3bのデューティ比を、第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化(低下)させる制御を行うように構成されている。第1しきい電圧E1は、予め設定された値である。たとえば、第1しきい電圧E1は、400V程度である。 Specifically, the control unit 8 controls the bootstrap capacitor 4 when the voltage of the main circuit capacitor 2 becomes equal to or higher than the first threshold voltage E1 by turning the lower arm element 3b on and off according to the first duty ratio. It is configured to perform control to change (reduce) the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio during charging. The first threshold voltage E1 is a preset value. For example, the first threshold voltage E1 is about 400V.

詳細には、制御部8は、電圧検出部2aにより検出された主回路コンデンサ2の電圧値Edcに基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化(低下)させる制御を行うように構成されている。すなわち、制御部8は、電圧検出部2aにより検出された電圧値Edcと第1しきい電圧E1との比較を行い、電圧値Edcが第1しきい電圧E1以上になった場合に、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化(低下)させる制御を行う。 Specifically, the control unit 8 changes the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio based on the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 detected by the voltage detection unit 2a. (lower) control. That is, the control unit 8 compares the voltage value Edc detected by the voltage detection unit 2a with the first threshold voltage E1, and when the voltage value Edc becomes equal to or higher than the first threshold voltage E1, the lower arm Control is performed to change (reduce) the duty ratio of the element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio.

なお、仮に、図6に示すように、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、主回路コンデンサ2の電圧が第2しきい電圧E2以上になった場合は、インバータ回路部10が強制停止状態にされる。この場合、下アーム素子3bは、オフ状態に固定される。第2しきい電圧E2は、第1しきい電圧E1よりも大きい。具体的には、第2しきい値は、たとえば420V程度である。また、第2しきい電圧E2は、予め設定された値である。なお、主回路コンデンサ2は、第2しきい電圧E2よりも大きい耐圧(たとえば450V程度)を有する。 As shown in FIG. 6, if the voltage of the main circuit capacitor 2 becomes equal to or higher than the second threshold voltage E2 while the bootstrap capacitor 4 is being charged in the free run state, the inverter circuit section 10 is forced to be stopped. In this case, the lower arm element 3b is fixed in the off state. The second threshold voltage E2 is greater than the first threshold voltage E1. Specifically, the second threshold is, for example, about 420V. Further, the second threshold voltage E2 is a preset value. Note that the main circuit capacitor 2 has a withstand voltage (for example, about 450 V) that is higher than the second threshold voltage E2.

また、第1実施形態では、図7に示すように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、主回路コンデンサ2の電圧が第1しきい電圧E1以上の状態から第1しきい電圧E1よりも低い状態に変化した場合に、下アーム素子3bのデューティ比を、第2のデューティ比から第1のデューティ比に戻す制御を行うように構成されている。具体的には、図7の期間T4の間は、主回路コンデンサ2の電圧(Edc)が第1しきい電圧E1以上であるので、下アーム素子3bは第2のデューティ比でオンオフされる。また、図7の期間T5の間は、主回路コンデンサ2の電圧(Edc)が第1しきい電圧E1よりも小さいので、下アーム素子3bは第1のデューティ比でオンオフされる。なお、主回路コンデンサ2の電圧(Edc)が第1しきい電圧E1よりも小さくなった後に再び第1しきい電圧以上になった場合は、下アーム素子3bのデューティ比は第1のデューティ比から再び第2のデューティ比に変更される。 Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 7, the control unit 8 controls the voltage of the main circuit capacitor 2 from being equal to or higher than the first threshold voltage E1 while the bootstrap capacitor 4 is being charged in the free run state. When the voltage changes to a state lower than the first threshold voltage E1, the duty ratio of the lower arm element 3b is controlled to return from the second duty ratio to the first duty ratio. Specifically, during the period T4 in FIG. 7, the voltage (Edc) of the main circuit capacitor 2 is equal to or higher than the first threshold voltage E1, so the lower arm element 3b is turned on and off at the second duty ratio. Further, during the period T5 in FIG. 7, the voltage (Edc) of the main circuit capacitor 2 is lower than the first threshold voltage E1, so the lower arm element 3b is turned on and off at the first duty ratio. Note that if the voltage (Edc) of the main circuit capacitor 2 becomes smaller than the first threshold voltage E1 and then becomes equal to or higher than the first threshold voltage again, the duty ratio of the lower arm element 3b becomes the first duty ratio. The duty ratio is then changed to the second duty ratio again.

また、第1実施形態では、図2に示すように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に低下させた場合に、予め設定されたブートストラップコンデンサ4の充電時間を長くする制御を行うように構成されている。具体的には、予め、下アーム素子3bのデューティ比が1のままの状態でブートストラップコンデンサ4の充電が行われた場合に充電に要する時間に対応して、充電時間が設定されている。そして、制御部8は、下アーム素子3bのデューティ比が第1のデューティ比および第2のデューティ比に変更された場合に、変更されたデューティ比に対応して充電時間を長くする制御を行う。 Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the control unit 8 changes the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio while the bootstrap capacitor 4 is being charged in the free run state. When the duty ratio is lowered, the charging time of the bootstrap capacitor 4, which is set in advance, is controlled to be extended. Specifically, the charging time is set in advance in accordance with the time required for charging when the bootstrap capacitor 4 is charged while the duty ratio of the lower arm element 3b remains 1. Then, when the duty ratio of the lower arm element 3b is changed to the first duty ratio and the second duty ratio, the control unit 8 performs control to lengthen the charging time in accordance with the changed duty ratio. .

たとえば、予め設定された充電時間が10秒であるとして、下アーム素子3bのデューティ比が1の状態での充電が1秒行われたとする。その後、デューティ比が0.5に変更された場合、デューティ比が1の状態で残り9秒充電に要するので、9秒の2倍(1/0.5=2)の18秒が残りの充電時間となる。また、デューティ比が0.25に変更された場合は、上記と同じ考え方で、デューティ比が1の場合と0.5の場合のそれぞれにおいて充電された時間に基づく残りの充電容量から、充電に要する時間が算出される。たとえば、デューティ比が1の場合において1秒充電され、デューティ比が0.5の場合において8秒充電された後は、満充電の半分が充電されている状態なので、デューティ比が0.25に変更された場合、20秒(10×1/2×1/0.25=20)が残りの充電時間となる。 For example, assume that the preset charging time is 10 seconds, and charging is performed for 1 second with the duty ratio of the lower arm element 3b being 1. After that, if the duty ratio is changed to 0.5, charging will take 9 seconds remaining when the duty ratio is 1, so 18 seconds, which is twice 9 seconds (1/0.5 = 2), will remain for charging. It's time. In addition, when the duty ratio is changed to 0.25, using the same idea as above, the remaining charge capacity based on the charging time when the duty ratio is 1 and 0.5 is used for charging. The time required is calculated. For example, after charging for 1 second when the duty ratio is 1 and charging for 8 seconds when the duty ratio is 0.5, the duty ratio becomes 0.25 because the battery is half fully charged. If changed, the remaining charging time will be 20 seconds (10 x 1/2 x 1/0.25 = 20).

そして、ブートストラップコンデンサ4の充電が完了した後(算出された充電時間が経過した後)は、モータ101の正常運転(図2の状態「ブートストラップ充電待ち」の後の状態「運転」を参照)が再開される。 After the charging of the bootstrap capacitor 4 is completed (after the calculated charging time has elapsed), the motor 101 operates normally (see the state "operating" after the state "waiting for bootstrap charging" in FIG. 2). ) will be resumed.

[第1実施形態の効果]
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effects of the first embodiment]
In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中に、第1のデューティ比により下アーム素子3bをオンオフさせることによりブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行うとともに、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行うように構成されている。これにより、モータ101のフリーラン中にブートストラップコンデンサ4を充電する場合に、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御が行われることによって、インバータ回路部10に流れる電流値が大きくなるのを抑制することができるとともに、主回路コンデンサ2の電圧が過剰に大きくなるのを容易に抑制することができる。 In the first embodiment, as described above, the control unit 8 charges the bootstrap capacitor 4 by turning on and off the lower arm element 3b according to the first duty ratio while charging the bootstrap capacitor 4 in the free run state. The increase in the voltage of the main circuit capacitor 2 is controlled by controlling the voltage of the main circuit capacitor 2 and changing the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio based on the voltage of the main circuit capacitor 2. It is configured to perform control to charge the bootstrap capacitor 4 while performing suppression control. As a result, when the bootstrap capacitor 4 is charged during free running of the motor 101, control is performed to suppress the increase in the voltage of the main circuit capacitor 2 based on the voltage of the main circuit capacitor 2, so that the inverter circuit section It is possible to suppress the current value flowing through the main circuit capacitor 10 from increasing, and it is also possible to easily suppress the voltage of the main circuit capacitor 2 from becoming excessively large.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第1のデューティ比よりも小さい第2のデューティ比に低下させることによって、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行うように構成されている。ここで、ブートストラップコンデンサ4の充電中において下アーム素子3bがオンオフしているうちのオン期間では、モータ101と下アーム素子3bとの間に短絡電流が流れる。この短絡電流に起因してモータ101のコイルにエネルギーが蓄えられる。また、下アーム素子3bがオンしている状態からオフされると、モータ101のコイルに蓄えられた(回生)エネルギーが主回路コンデンサ2に放出されるため、主回路コンデンサ2の電圧値Edcが高くなる。ここで、モータ101と下アーム素子3bとの間の短絡電流は、下アーム素子3bのデューティ比が大きい(下アーム素子3bがオンしている時間が長い)ほど大きくなる。また、モータ101のコイルに蓄えられるエネルギーは、モータ101と下アーム素子3bとの間の電流値の2乗に依存する。したがって、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に低下させる(下アーム素子3bのオフ期間を長くする)ことによって、モータ101からの回生電流が主回路コンデンサ2に流れることによって主回路コンデンサ2の電圧が上昇する時間が長くなる場合でも、主回路コンデンサ2の電圧上昇に起因するモータ101のコイルに蓄えられるエネルギーが大幅に小さくなるので、主回路コンデンサ2の電圧が過剰に大きくなるのを抑制することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the control unit 8 sets the duty ratio of the lower arm element 3b to the first value based on the voltage of the main circuit capacitor 2 while the bootstrap capacitor 4 is being charged in the free run state. By lowering the duty ratio from 1 to a second duty ratio smaller than the first duty ratio, control is performed to charge the bootstrap capacitor 4 while performing control to suppress an increase in the voltage of the main circuit capacitor 2. It is composed of Here, during the ON period during which the lower arm element 3b is turned on and off while the bootstrap capacitor 4 is being charged, a short-circuit current flows between the motor 101 and the lower arm element 3b. Energy is stored in the coil of motor 101 due to this short circuit current. Furthermore, when the lower arm element 3b is turned off from the on state, the (regenerative) energy stored in the coil of the motor 101 is released to the main circuit capacitor 2, so the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 increases. It gets expensive. Here, the short circuit current between the motor 101 and the lower arm element 3b increases as the duty ratio of the lower arm element 3b increases (the longer the time that the lower arm element 3b is turned on). Furthermore, the energy stored in the coil of the motor 101 depends on the square of the current value between the motor 101 and the lower arm element 3b. Therefore, by reducing the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio (lengthening the off period of the lower arm element 3b), the regenerative current from the motor 101 is reduced to the main circuit capacitor 2. Even if the time for the voltage of the main circuit capacitor 2 to rise by flowing to It is possible to suppress the voltage from becoming excessively large.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に低下させた場合に、予め設定されたブートストラップコンデンサ4の充電時間を長くする制御を行うように構成されている。これにより、下アーム素子3bのデューティ比を低下させた分、ブートストラップコンデンサ4の充電効率が低下する一方で、予め設定されたブートストラップコンデンサ4の充電時間を長くする制御が行われることによって、ブートストラップコンデンサ4が満充電にならないうちに充電期間が終了するのを抑制することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the control unit 8 changes the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio while charging the bootstrap capacitor 4 in the free run state. When the charging time of the bootstrap capacitor 4 is lowered to 1, the preset charging time of the bootstrap capacitor 4 is extended. As a result, while the charging efficiency of the bootstrap capacitor 4 is reduced by the amount that the duty ratio of the lower arm element 3b is reduced, control is performed to lengthen the preset charging time of the bootstrap capacitor 4. It is possible to prevent the charging period from ending before the bootstrap capacitor 4 is fully charged.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、第1のデューティ比により下アーム素子3bをオンオフさせることによって主回路コンデンサ2の電圧が第1しきい電圧E1以上になった場合に、ブートストラップコンデンサ4の充電時における下アーム素子3bのデューティ比を、第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行うように構成されている。これにより、第1しきい電圧E1と主回路コンデンサ2の電圧値Edcとの比較を行うだけで下アーム素子3bのデューティ比の制御を行うことができるので、たとえば主回路コンデンサ2の電圧値Edcの変化率を算出して、算出した変化率に基づいて下アーム素子3bのデューティ比の制御を行う場合等に比べて、制御部8による制御を簡易にする(制御負荷を軽減する)ことができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the control unit 8 controls the main circuit capacitor 2 by turning on and off the lower arm element 3b according to the first duty ratio while charging the bootstrap capacitor 4 in the free run state. By changing the duty ratio of the lower arm element 3b during charging of the bootstrap capacitor 4 from the first duty ratio to the second duty ratio when the voltage becomes equal to or higher than the first threshold voltage E1, It is configured to perform control to charge the bootstrap capacitor 4 while performing control to suppress an increase in the voltage of the main circuit capacitor 2. As a result, the duty ratio of the lower arm element 3b can be controlled simply by comparing the first threshold voltage E1 and the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2, so that, for example, the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 Compared to the case where the rate of change of is calculated and the duty ratio of the lower arm element 3b is controlled based on the calculated rate of change, the control by the control unit 8 can be simplified (the control load can be reduced). can.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、主回路コンデンサ2の電圧が第1しきい電圧E1以上の状態から第1しきい電圧E1よりも低い状態に変化した場合に、下アーム素子3bのデューティ比を、第2のデューティ比から第1のデューティ比に戻す(増加させる)制御を行うように構成されている。これにより、主回路コンデンサ2の電圧が元の状態に戻ったことに併せて、下アーム素子3bのデューティ比を元の状態に戻すことができる。これにより、ブートストラップコンデンサ4の充電をより速やかに行うことができる。 Further, in the first embodiment, as described above, while charging the bootstrap capacitor 4 in the free-run state, the control unit 8 changes the voltage of the main circuit capacitor 2 from a state equal to or higher than the first threshold voltage E1 to a first threshold voltage E1. When the voltage changes to a state lower than the threshold voltage E1, the duty ratio of the lower arm element 3b is controlled to return (increase) from the second duty ratio to the first duty ratio. Thereby, the duty ratio of the lower arm element 3b can be returned to the original state in conjunction with the return of the voltage of the main circuit capacitor 2 to the original state. Thereby, the bootstrap capacitor 4 can be charged more quickly.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、電圧検出部2aにより検出された主回路コンデンサ2の電圧値Edcに基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行うように構成されている。これにより、電圧検出部2aの検出値に基づいて下アーム素子3bのデューティ比の制御を行うことができるので、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御をより正確に行うことができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the control unit 8 controls the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 detected by the voltage detection unit 2a while charging the bootstrap capacitor 4 in the free run state. , by changing the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio, control is performed to charge the bootstrap capacitor 4 while performing control to suppress an increase in the voltage of the main circuit capacitor 2. is configured to do so. Thereby, the duty ratio of the lower arm element 3b can be controlled based on the detected value of the voltage detection section 2a, so that control to suppress the increase in voltage of the main circuit capacitor 2 can be performed more accurately.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部8は、下アーム素子3bをデューティ比が1の状態でオンさせることにより、ブートストラップコンデンサ4の初期充電を行う制御を行うように構成されている。また、制御部8は、初期充電中に電流検出部7により過電流が流れていることが検知されたことに基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を1から第1のデューティ比に低下させてブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行うように構成されている。また、制御部8は、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行うように構成されている。これにより、電流検出部7の検出値に基づいて下アーム素子3bのデューティ比を低下させることによりスイッチング素子部3とモータ101との間を流れる電流が過電流になるのを抑制しながら、主回路コンデンサ2の電圧が過剰に大きくなるのを抑制することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the control unit 8 is configured to control the initial charging of the bootstrap capacitor 4 by turning on the lower arm element 3b with a duty ratio of 1. has been done. Further, the control unit 8 reduces the duty ratio of the lower arm element 3b from 1 to the first duty ratio based on the fact that the current detection unit 7 detects that an overcurrent is flowing during the initial charging. The device is configured to perform control to charge the bootstrap capacitor 4 using the power supply voltage. Further, the control unit 8 increases the voltage of the main circuit capacitor 2 by changing the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio based on the voltage of the main circuit capacitor 2. It is configured to perform control to charge the bootstrap capacitor 4 while performing control to suppress. As a result, the duty ratio of the lower arm element 3b is reduced based on the detected value of the current detection section 7, thereby suppressing the current flowing between the switching element section 3 and the motor 101 from becoming an overcurrent. It is possible to suppress the voltage of the circuit capacitor 2 from becoming excessively large.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部8は、フリーラン状態における複数相のブートストラップコンデンサ4の充電中において、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて、複数相の下アーム素子3bの各々のデューティ比を一律に第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させて、複数のブートストラップコンデンサ4の各々を充電する制御を行うように構成されている。これにより、複数相に対応するインバータ装置100において、主回路コンデンサ2の電圧が過剰に大きくなるのを抑制することができる。また、複数相の下アーム素子3bの各々のデューティ比を一律に第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、複数相のブートストラップコンデンサ4の充電状態が互いに異なる状態になるのを抑制することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the control unit 8 controls the lower arm elements of the plural phases based on the voltage of the main circuit capacitor 2 while charging the bootstrap capacitors 4 of the plural phases in the free run state. 3b is uniformly changed from the first duty ratio to the second duty ratio to control charging of each of the plurality of bootstrap capacitors 4. Thereby, in the inverter device 100 that supports multiple phases, it is possible to suppress the voltage of the main circuit capacitor 2 from becoming excessively large. Furthermore, by uniformly changing the duty ratio of each of the lower arm elements 3b of the plural phases from the first duty ratio to the second duty ratio, the states of charge of the bootstrap capacitors 4 of the plural phases become different from each other. can be suppressed.

[第2実施形態]
次に、図8および図9を参照して、第2実施形態によるインバータ装置200の構成について説明する。第2実施形態のインバータ装置200では、主回路コンデンサ2の電圧値Edcが第1しきい電圧E1以上になった場合に下アーム素子3bのデューティ比を低下させる上記第1実施形態とは異なり、電圧値Edcが第1しきい電圧E1以上になった場合に下アーム素子3bのデューティ比を増加させる。なお、上記第1実施形態と同様の構成は、第1実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, the configuration of the inverter device 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. In the inverter device 200 of the second embodiment, unlike the first embodiment, the duty ratio of the lower arm element 3b is reduced when the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 becomes equal to or higher than the first threshold voltage E1. When the voltage value Edc becomes equal to or higher than the first threshold voltage E1, the duty ratio of the lower arm element 3b is increased. Note that configurations similar to those in the first embodiment are illustrated with the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof will be omitted.

(インバータ装置の構成)
図8に示すように、インバータ装置200は、上アーム素子3aおよび下アーム素子3bのデューティ比を制御する制御部18を備える。
(Configuration of inverter device)
As shown in FIG. 8, the inverter device 200 includes a control section 18 that controls the duty ratio of the upper arm element 3a and the lower arm element 3b.

(インバータ装置の再始動に関する制御)
図9を参照して、インバータ装置200の再始動に関する制御について説明する。
(Control regarding restart of inverter device)
Control regarding restart of inverter device 200 will be described with reference to FIG. 9.

第2実施形態では、図9に示すように、制御部18は、第1のデューティ比(たとえば0.5)により下アーム素子3bをオンオフさせることによって主回路コンデンサ2の電圧が第1しきい電圧E1以上になった場合に、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比(たとえば0.75)に増加させることによって、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサ4を充電する制御(図9の状態「ブートストラップ充電待ち」の期間T13を参照)を行うように構成されている。 In the second embodiment, as shown in FIG. 9, the control unit 18 causes the voltage of the main circuit capacitor 2 to reach the first threshold by turning on and off the lower arm element 3b with a first duty ratio (for example, 0.5). When the voltage exceeds E1, the increase in the voltage of the main circuit capacitor 2 is suppressed by increasing the duty ratio of the lower arm element 3b from the first duty ratio to the second duty ratio (for example, 0.75). The controller is configured to perform control to charge the bootstrap capacitor 4 while performing control to charge the bootstrap capacitor 4 (see period T13 in the state "waiting for bootstrap charging" in FIG. 9).

この場合、下アーム素子3bのデューティ比を増加させることにより、主回路コンデンサ2の電圧値Edcの上昇に起因するL(図5参照)に流れる電流値が増加(I2からI13に増加)するとともにLに溜められるエネルギーが増加する。一方で、下アーム素子3bのデューティ比を増加させることにより主回路コンデンサ2にモータ101からの電流が流れる時間が減少する。すなわち、主回路コンデンサ2にモータ101からの電流が流れる時間が減少することの方が、Lに溜められるエネルギーが増加することよりも、主回路コンデンサ2の電圧値Edcに与える影響が大きいことに起因して、下アーム素子3bのデューティ比を第2のデューティ比に増加させることにより主回路コンデンサ2の電圧値Edcの上昇が抑制される。 In this case, by increasing the duty ratio of the lower arm element 3b, the current value flowing through L (see FIG. 5) due to the increase in the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 increases (increases from I2 to I13). Energy stored in L increases. On the other hand, by increasing the duty ratio of the lower arm element 3b, the time during which the current from the motor 101 flows through the main circuit capacitor 2 is reduced. In other words, a decrease in the time during which the current from the motor 101 flows through the main circuit capacitor 2 has a greater effect on the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 than an increase in the energy stored in L. Therefore, by increasing the duty ratio of the lower arm element 3b to the second duty ratio, an increase in the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 is suppressed.

なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。 Note that the other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effects of the second embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、上記のように、制御部18は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中に、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比から第2のデューティ比に増加させることによって、主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御を行いながらブートストラップコンデンサ4を充電する制御を行うように構成されている。これにより、モータ101のフリーラン中にブートストラップコンデンサを充電する場合に、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて主回路コンデンサ2の電圧の上昇を抑制する制御が行われることによって、ブートストラップコンデンサ4の充電に要する時間を短くすることができるとともに、主回路コンデンサ2の電圧が過剰に大きくなるのを容易に抑制することができる。 In the second embodiment, as described above, the control unit 18 sets the duty ratio of the lower arm element 3b to the first value based on the voltage of the main circuit capacitor 2 while charging the bootstrap capacitor 4 in the free run state. By increasing the duty ratio to the second duty ratio, control is performed to charge the bootstrap capacitor 4 while performing control to suppress a rise in the voltage of the main circuit capacitor 2. As a result, when the bootstrap capacitor is charged during free running of the motor 101, control is performed to suppress the increase in the voltage of the main circuit capacitor 2 based on the voltage of the main circuit capacitor 2, so that the bootstrap capacitor 4 The time required for charging the main circuit capacitor 2 can be shortened, and the voltage of the main circuit capacitor 2 can be easily prevented from becoming excessively large.

また、第2実施形態では、上記のように、制御部8は、フリーラン状態におけるブートストラップコンデンサ4の充電中において、主回路コンデンサ2の電圧が第1しきい電圧E1以上の状態から第1しきい電圧E1よりも低い状態に変化した場合に、下アーム素子3bのデューティ比を、第2のデューティ比から第1のデューティ比に戻す(低下させる)制御を行うように構成されている。これにより、主回路コンデンサ2の電圧が元の状態に戻ったことに併せて、下アーム素子3bのデューティ比を元の状態に戻すことができる。これにより、ブートストラップコンデンサ4の充電をより速やかに行うことができる。これにより、インバータ回路部10に流れる電流値を低下させることができる。 Further, in the second embodiment, as described above, the control unit 8 controls the voltage of the main circuit capacitor 2 from the state where the voltage is equal to or higher than the first threshold voltage E1 to the first threshold voltage E1 while the bootstrap capacitor 4 is being charged in the free run state. When the voltage changes to a state lower than the threshold voltage E1, the duty ratio of the lower arm element 3b is controlled to be returned (reduced) from the second duty ratio to the first duty ratio. Thereby, the duty ratio of the lower arm element 3b can be returned to the original state in conjunction with the return of the voltage of the main circuit capacitor 2 to the original state. Thereby, the bootstrap capacitor 4 can be charged more quickly. Thereby, the value of the current flowing through the inverter circuit section 10 can be reduced.

なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Note that other effects of the second embodiment are similar to those of the first embodiment.

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modified example]
Note that the embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the description of the embodiments described above, and further includes all changes (modifications) within the meaning and range equivalent to the claims.

たとえば、上記第1および第2実施形態では、主回路コンデンサ2の電圧値Edcが第1しきい電圧E1以上になった場合に下アーム素子3bのデューティ比を変化させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、主回路コンデンサ2の電圧値Edcの上昇率に基づいて下アーム素子3bのデューティ比を変化させてもよい。 For example, in the first and second embodiments described above, an example was shown in which the duty ratio of the lower arm element 3b is changed when the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2 becomes equal to or higher than the first threshold voltage E1. The invention is not limited to this. For example, the duty ratio of the lower arm element 3b may be changed based on the rate of increase in the voltage value Edc of the main circuit capacitor 2.

また、上記第1および第2実施形態では、ブートストラップコンデンサ4の初期充電時に下アーム素子3bのデューティ比を1にする制御が行われる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、初期充電時から下アーム素子3bのデューティ比を第1のデューティ比(1よりも小さいデューティ比)にしてもよい。 Further, in the first and second embodiments described above, an example was shown in which control is performed to set the duty ratio of the lower arm element 3b to 1 during the initial charging of the bootstrap capacitor 4, but the present invention is not limited to this. For example, the duty ratio of the lower arm element 3b may be set to the first duty ratio (duty ratio smaller than 1) from the time of initial charging.

また、上記第1および第2実施形態では、インバータ装置100(200)が、3相の交流電流に対応する構成である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、インバータ装置が、単相の交流電流に対応する構成であってもよい。また、インバータ装置が、3相以上の複数相(たとえば6相)の交流電流に対応する構成であってもよい。 Further, in the first and second embodiments described above, an example was shown in which the inverter device 100 (200) is configured to handle three-phase alternating current, but the present invention is not limited to this. For example, the inverter device may be configured to handle single-phase alternating current. Further, the inverter device may be configured to handle alternating current of three or more phases (for example, six phases).

また、上記第1および第2実施形態では、下アーム素子3bのデューティ比を低下させた場合に、ブートストラップコンデンサ4の充電時間を長くする制御が行われる例を示したが、本発明はこれに限られない。下アーム素子3bのデューティ比が変化した場合でも、ブートストラップコンデンサ4の充電時間を、予め設定された充電時間のまま変化させずに維持してもよい。 Further, in the first and second embodiments described above, an example was shown in which control is performed to lengthen the charging time of the bootstrap capacitor 4 when the duty ratio of the lower arm element 3b is decreased. Not limited to. Even when the duty ratio of the lower arm element 3b changes, the charging time of the bootstrap capacitor 4 may be maintained at the preset charging time without changing.

また、上記第1および第2実施形態では、主回路コンデンサ2の電圧が第1しきい電圧E1以上の状態から第1しきい電圧E1よりも低い状態に変化した場合に、下アーム素子3bのデューティ比を、第2のデューティ比から第1のデューティ比に戻す制御が行われる例を示したが、本発明はこれに限られない。主回路コンデンサ2の電圧が第1しきい電圧E1以上になった場合は、主回路コンデンサ2の充電が完了するまで、下アーム素子3bのデューティ比を第2のデューティ比のまま維持してもよい。 Further, in the first and second embodiments described above, when the voltage of the main circuit capacitor 2 changes from a state higher than the first threshold voltage E1 to a state lower than the first threshold voltage E1, the lower arm element 3b Although an example has been shown in which control is performed to return the duty ratio from the second duty ratio to the first duty ratio, the present invention is not limited to this. If the voltage of the main circuit capacitor 2 exceeds the first threshold voltage E1, the duty ratio of the lower arm element 3b may be maintained at the second duty ratio until the main circuit capacitor 2 is completely charged. good.

また、上記第1および第2実施形態では、上アーム素子3aおよび下アーム素子3bの各々がバイポーラトランジスタである例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上アーム素子3aおよび下アーム素子3bの各々が、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。 Further, in the first and second embodiments described above, an example was shown in which each of the upper arm element 3a and the lower arm element 3b is a bipolar transistor, but the present invention is not limited to this. For example, each of the upper arm element 3a and the lower arm element 3b may be a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

また、上記第1および第2実施形態では、主回路コンデンサ2の電圧に基づいて、下アーム素子3bのデューティ比を、予め設定された値に変更する例を示したが、本発明はこれに限られない。下アーム素子3bのデューティ比の変化量を電流値等に基づき算出し、随時変化させてもよい。この場合、下アーム素子3bのデューティ比の増加および減少の両方を行うことを可能に制御部を構成してもよい。 Further, in the first and second embodiments described above, an example was shown in which the duty ratio of the lower arm element 3b is changed to a preset value based on the voltage of the main circuit capacitor 2, but the present invention does not change this. Not limited. The amount of change in the duty ratio of the lower arm element 3b may be calculated based on the current value, etc., and may be changed at any time. In this case, the control section may be configured to be able to both increase and decrease the duty ratio of the lower arm element 3b.

1 電源部
2 主回路コンデンサ
2a 電圧検出部
3 スイッチング素子部
3a 上アーム素子
3b 下アーム素子
4 ブートストラップコンデンサ
7 電流検出部
8、18 制御部
10 インバータ回路部
100、200 インバータ装置
101 モータ
A 接続点
E1 第1しきい電圧
Edc 電圧値(主回路コンデンサの電圧値)
1 Power supply section 2 Main circuit capacitor 2a Voltage detection section 3 Switching element section 3a Upper arm element 3b Lower arm element 4 Bootstrap capacitor 7 Current detection section 8, 18 Control section 10 Inverter circuit section 100, 200 Inverter device 101 Motor A Connection point E1 1st threshold voltage Edc voltage value (main circuit capacitor voltage value)

Claims (8)

直流電圧を出力する電源部と、前記電源部からの直流電圧を平滑化する主回路コンデンサと、互いに直列に接続される上アーム素子および下アーム素子を含み、前記上アーム素子と前記下アーム素子との接続点がモータに接続されているスイッチング素子部と、前記下アーム素子がオンしている状態で充電されるブートストラップコンデンサと、を含むインバータ回路部と、
前記下アーム素子のデューティ比を制御する制御部と、を備え、
前記下アーム素子がオフしている状態で、前記ブートストラップコンデンサに充電された電圧により前記上アーム素子がオンされるように構成されており、
前記制御部は、前記インバータ回路部から前記モータへの出力が停止された状態で前記モータの回転が停止されずに一定時間継続されるフリーラン状態において、前記ブートストラップコンデンサの充電中に、第1のデューティ比により前記下アーム素子をオンオフさせることにより前記ブートストラップコンデンサを充電する制御を行うとともに、前記主回路コンデンサの電圧に基づいて、前記下アーム素子のデューティ比を前記第1のデューティ比から第2のデューティ比に変化させることによって、前記主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながら前記ブートストラップコンデンサを充電する制御を行うように構成されている、インバータ装置。
A power supply section that outputs a DC voltage, a main circuit capacitor that smoothes the DC voltage from the power supply section, and an upper arm element and a lower arm element that are connected in series with each other, the upper arm element and the lower arm element. an inverter circuit section including a switching element section whose connection point is connected to the motor; and a bootstrap capacitor that is charged while the lower arm element is turned on;
a control unit that controls a duty ratio of the lower arm element,
The upper arm element is configured to be turned on by the voltage charged in the bootstrap capacitor while the lower arm element is off,
The control unit is configured to control a first operation while charging the bootstrap capacitor in a free run state in which rotation of the motor continues for a certain period of time without being stopped while output from the inverter circuit unit to the motor is stopped. Control is performed to charge the bootstrap capacitor by turning on and off the lower arm element with a duty ratio of 1, and the duty ratio of the lower arm element is set to the first duty ratio based on the voltage of the main circuit capacitor. An inverter device configured to perform control to charge the bootstrap capacitor while performing control to suppress an increase in voltage of the main circuit capacitor by changing the duty ratio from 1 to a 2nd duty ratio.
前記制御部は、前記フリーラン状態における前記ブートストラップコンデンサの充電中において、前記主回路コンデンサの電圧に基づいて、前記下アーム素子のデューティ比を前記第1のデューティ比から前記第1のデューティ比よりも小さい前記第2のデューティ比に低下させることによって、前記主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながら前記ブートストラップコンデンサを充電する制御を行うように構成されている、請求項1に記載のインバータ装置。 The control unit changes the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the first duty ratio based on the voltage of the main circuit capacitor during charging of the bootstrap capacitor in the free run state. Claim 1: The second duty ratio is lowered to the second duty ratio, thereby controlling the bootstrap capacitor to be charged while suppressing a rise in the voltage of the main circuit capacitor. The inverter device described in . 前記制御部は、前記フリーラン状態における前記ブートストラップコンデンサの充電中において、前記下アーム素子のデューティ比を前記第1のデューティ比から前記第2のデューティ比に低下させた場合に、予め設定された前記ブートストラップコンデンサの充電時間を長くする制御を行うように構成されている、請求項2に記載のインバータ装置。 The control unit is configured to perform a preset duty ratio when the duty ratio of the lower arm element is decreased from the first duty ratio to the second duty ratio while charging the bootstrap capacitor in the free run state. The inverter device according to claim 2, wherein the inverter device is configured to perform control to lengthen the charging time of the bootstrap capacitor. 前記制御部は、前記フリーラン状態における前記ブートストラップコンデンサの充電中において、前記第1のデューティ比により前記下アーム素子をオンオフさせることによって前記主回路コンデンサの電圧が第1しきい電圧以上になった場合に、前記ブートストラップコンデンサの充電時における前記下アーム素子のデューティ比を、前記第1のデューティ比から前記第2のデューティ比に変化させることによって、前記主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながら前記ブートストラップコンデンサを充電する制御を行うように構成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載のインバータ装置。 The control unit is configured to cause the voltage of the main circuit capacitor to become equal to or higher than a first threshold voltage by turning on and off the lower arm element according to the first duty ratio while charging the bootstrap capacitor in the free run state. In this case, the increase in voltage of the main circuit capacitor is suppressed by changing the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio when charging the bootstrap capacitor. The inverter device according to claim 1, wherein the inverter device is configured to perform control to charge the bootstrap capacitor while performing control to charge the bootstrap capacitor. 前記制御部は、前記フリーラン状態における前記ブートストラップコンデンサの充電中において、前記主回路コンデンサの電圧が前記第1しきい電圧以上の状態から前記第1しきい電圧よりも低い状態に変化した場合に、前記下アーム素子のデューティ比を、前記第2のデューティ比から前記第1のデューティ比に戻す制御を行うように構成されている、請求項4に記載のインバータ装置。 When the voltage of the main circuit capacitor changes from a state equal to or higher than the first threshold voltage to a state lower than the first threshold voltage while charging the bootstrap capacitor in the free run state, The inverter device according to claim 4, wherein the inverter device is configured to perform control to return the duty ratio of the lower arm element from the second duty ratio to the first duty ratio. 前記インバータ回路部は、前記主回路コンデンサの電圧値を検出する電圧検出部をさらに含み、
前記制御部は、前記フリーラン状態における前記ブートストラップコンデンサの充電中において、前記電圧検出部により検出された前記主回路コンデンサの電圧値に基づいて、前記下アーム素子のデューティ比を前記第1のデューティ比から前記第2のデューティ比に変化させることによって、前記主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながら前記ブートストラップコンデンサを充電する制御を行うように構成されている、請求項1~5のいずれか1項に記載のインバータ装置。
The inverter circuit section further includes a voltage detection section that detects a voltage value of the main circuit capacitor,
The control section adjusts the duty ratio of the lower arm element to the first voltage value based on the voltage value of the main circuit capacitor detected by the voltage detection section during charging of the bootstrap capacitor in the free run state. Claim 1, wherein the bootstrap capacitor is controlled to be charged while controlling to suppress a rise in voltage of the main circuit capacitor by changing the duty ratio to the second duty ratio. 5. The inverter device according to any one of items 5 to 5.
前記インバータ回路部は、前記スイッチング素子部と前記モータとの間を流れる電流値を検出する電流検出部をさらに含み、
前記制御部は、
前記下アーム素子のオンオフ制御が停止している状態から、前記下アーム素子をデューティ比が1の状態でオンさせることにより、前記ブートストラップコンデンサの初期充電を行う制御と、
前記初期充電中に前記電流検出部により過電流が流れていることが検知されたことに基づいて、前記下アーム素子のデューティ比を1から前記第1のデューティ比に低下させて前記ブートストラップコンデンサを充電する制御と、
前記主回路コンデンサの電圧に基づいて、前記下アーム素子のデューティ比を前記第1のデューティ比から前記第2のデューティ比に変化させることによって、前記主回路コンデンサの電圧の上昇を抑制する制御を行いながら前記ブートストラップコンデンサを充電する制御と、を行うように構成されている、請求項1~6のいずれか1項に記載のインバータ装置。
The inverter circuit section further includes a current detection section that detects a current value flowing between the switching element section and the motor,
The control unit includes:
control for initially charging the bootstrap capacitor by turning on the lower arm element with a duty ratio of 1 from a state in which on/off control of the lower arm element is stopped;
Based on the current detection unit detecting that an overcurrent is flowing during the initial charging, the duty ratio of the lower arm element is reduced from 1 to the first duty ratio, and the bootstrap capacitor is and control to charge the
Control for suppressing a rise in the voltage of the main circuit capacitor by changing the duty ratio of the lower arm element from the first duty ratio to the second duty ratio based on the voltage of the main circuit capacitor. The inverter device according to any one of claims 1 to 6, wherein the inverter device is configured to control charging the bootstrap capacitor while performing the control.
前記スイッチング素子部は、複数相の前記上アーム素子と複数相の前記下アーム素子とを含み、
前記ブートストラップコンデンサは、前記複数相の上アーム素子の各々に対応して複数設けられており、
前記制御部は、前記フリーラン状態における前記複数相のブートストラップコンデンサの充電中において、前記主回路コンデンサの電圧に基づいて、前記複数相の下アーム素子の各々のデューティ比を一律に前記第1のデューティ比から前記第2のデューティ比に変化させて、前記複数のブートストラップコンデンサの各々を充電する制御を行うように構成されている、請求項1~7のいずれか1項に記載のインバータ装置。



The switching element section includes the upper arm element of multiple phases and the lower arm element of multiple phases,
A plurality of the bootstrap capacitors are provided corresponding to each of the upper arm elements of the plurality of phases,
The control unit uniformly controls the duty ratio of each of the lower arm elements of the plurality of phases based on the voltage of the main circuit capacitor while charging the bootstrap capacitor of the plurality of phases in the free run state. The inverter according to any one of claims 1 to 7, wherein the inverter is configured to charge each of the plurality of bootstrap capacitors by changing the duty ratio from the second duty ratio to the second duty ratio. Device.



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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001178147A (en) 1999-12-17 2001-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Inverter
JP2001211654A (en) 2000-01-20 2001-08-03 Toshiba Corp Inverter unit
JP2007135285A (en) 2005-11-09 2007-05-31 Yaskawa Electric Corp Inverter device
JP2008043025A (en) 2006-08-04 2008-02-21 Yaskawa Electric Corp Inverter device and starting method therefor
JP2009284747A (en) 2008-04-23 2009-12-03 Mitsubishi Electric Corp Permanent magnet synchronous motor drive, air conditioner, ventilating fan drive, washing machine, automobile, and vehicle
JP2013172492A (en) 2012-02-18 2013-09-02 Nidec Techno Motor Corp Motor drive circuit and motor unit equipped with the same
JP2017200337A (en) 2016-04-28 2017-11-02 株式会社富士通ゼネラル Motor drive device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001178147A (en) 1999-12-17 2001-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Inverter
JP2001211654A (en) 2000-01-20 2001-08-03 Toshiba Corp Inverter unit
JP2007135285A (en) 2005-11-09 2007-05-31 Yaskawa Electric Corp Inverter device
JP2008043025A (en) 2006-08-04 2008-02-21 Yaskawa Electric Corp Inverter device and starting method therefor
JP2009284747A (en) 2008-04-23 2009-12-03 Mitsubishi Electric Corp Permanent magnet synchronous motor drive, air conditioner, ventilating fan drive, washing machine, automobile, and vehicle
JP2013172492A (en) 2012-02-18 2013-09-02 Nidec Techno Motor Corp Motor drive circuit and motor unit equipped with the same
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