JPH01214266A - インバータ用のビルデイングブロツク - Google Patents

インバータ用のビルデイングブロツク

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JPH01214266A
JPH01214266A JP63335739A JP33573988A JPH01214266A JP H01214266 A JPH01214266 A JP H01214266A JP 63335739 A JP63335739 A JP 63335739A JP 33573988 A JP33573988 A JP 33573988A JP H01214266 A JPH01214266 A JP H01214266A
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JP
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current
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diode
phase
output terminal
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Application number
JP63335739A
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English (en)
Inventor
Thomas M Jahns
トーマス・マーリン・ジエーンズ
Eric J Wildi
エリツク・ジヨセフ・ワイルデイ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
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    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、全体として電流制御されるＡＣ電動機駆動装
置に関するものであり、更に詳しくいえば、インバータ
スイッチに組込まれて一体にされた電流センサを用いる
ＡＣ！動機駆動装置に関するものである。
〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕多相
ＡＣ［動機用の高品質トルク調整、電動機の各相巻線中
の瞬時電流の正確な制御に依存する。
そのようなためにｆ″ｉ瞬時相電流のレベルを正確に検
出することを必要とする。電流を制御される現在のＡＣ
駆動装置は、電動機の相巻線を流れる電流のレベルを検
出するために、それらの相巻線に直列接続された個々の
電流センサを用いている。
相巻線を流れる電流を検出する従来技術の１つは、巻線
に直列接続されている抵抗の電圧降下を検出することを
含む。可能な電流範囲が広いから、検出用抵抗器の電力
定格は比較的大きくなければ々らないが、そのような抵
抗器は価格が高い。あるンスデューサを使用できるが、
そのようなトランスデユーサも比較的高価である。電流
データの完全さを維持するために、それらの電流センサ
は互いに、および制御論理部から電気的に分離させねば
ならず、インバータのスイッチングに関連する大きな同
相信号を除去しなければならない。ホール効果電流セン
サはそれらの分離要求は満すが、温度に敏感で、大きく
、破損しやすく、出力信号がオフセットし、ドリフトす
る。性能が向上した高品質のホール効果電流センサを利
用することができるが、そのようなホール効果電流セン
サは非常に高価である。
上側トランジスタ諸欠点に加えて、個々の電流センサに
対する分離および寸法に対する要求のために、インバー
タに使用される電力用半導体装置の物理的寸法が縮小を
続けているＫもかかわらず、それらの電流センサを使用
するＡＣ駆動装置の寸法の縮小および重量の軽減が制限
される。主電流部と、この主電流部の電流に追従する電
流検出部とを有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
（ＩＧＢＴ）が、１９８３年９月６日付の米国特許出願
第５２９　、２４０号の出願記録継続として１９８６年
６月３１日に出願された米国特許出願第８９２　、７３
９号に開示されている。それらの米国特許出願はいずれ
も本願出願人へ譲渡されている。電流センサが一体にさ
れているいくつかのＩＧＢＴスイッチがある種のＡＣ駆
動装置に組込まれたが、それらの駆動装置においてはそ
れらの電流センサは過電流しきい値検出を行うためにの
み機能する。したがって、それらの電流センサは閉ルー
プ電流調整のために必要である完全な電流情報を供給す
ることはない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記諸欠点を持たない、ＡＣ電動機駆
動装置の新規かつ改良した電流センサを得ることである
。
本発明の別の目的は、個々の電動機相巻線中に個々の電
流センサを用いることなしに電流制御を行うことを可能
とする、ＡＣ電動機駆動装置のための新規かつ改良した
電流センサを得ることである。
本発明の別の目的は、従来の個々の電流センサを使用す
ることによる小型化の困難を無くした、新規かつ改良し
た電流センサを得ることである。
本発明の更に別の目的は、簡単かつ経済的に製作できる
新規かつ改良した電流センサを得ることである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の原理に従って、ＡＣ多相電動機駆動装置は、イ
ンバータ半導体スイッチおよびダイオードに一体にされ
た電流検出部を有する電流制御インバータを含む。電流
検出部は同じ半導体製造法でスイッチまたはダイオード
により形成され、スイッチまたはダイオードを流れる主
電流に比例する出力電流信号を発生する。各電流センサ
からの信号電流を、半導体装置中の主電流に比例する出
力電圧に変換する手段が設けられる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は、誘導電動機または同期電動機１０へ固定子電
流を供給する従来の三相ＡＣ電動機駆動装置を示す。こ
の図ではその電動機１０は固定子巻線だけが示されてい
るそれらの固定子巻線は相巻線４０，４８．５０を有す
る。この電動機駆動装置の基本的な要素にはＤＣ電源（
図示せず）と、三相全波ブリッジインバータ１２と、電
流制御器１４とを含む。
インバータ１２は正のＤＣ入力母線１６と、負のＤＣ入
力母線１８と、＃１ぼ同一の３つの位相−脚２０，２２
．２４とを含む。各位相−脚はＡＣ出力電流を電動機１
０の種々の相へ供給する。位相−脚２０はＡＣ出力端子
２６と、負のＤＣ入力母線１８とＡＣ端子２６の間Ｋ［
列接続されている絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（
ＩＧＢＴ）２８およびフライバックダイオード３４とを
含む。Ｉ　ＧＢＴ２８のコレクタが正のＤＣ入力母線１
６へ接続され、エミッタはＡＣ端子２６へ接続され、フ
ライバックダイオード３０のカソードが正のＤＣ入力母
線１６へ接続され、それのアノードがＡＣ端子２６へ接
続される。ＩＧＢＴ３２のコレクタカＡＣ端子２６へ接
続され、エミッタが負のＤＣ入力母線１８へ接続され、
フライバックダイオード３４のカソードがＡＣ端子２６
へ接続され、それのアノードが負のＤＣ入力母線１８へ
接続される。
ＩＧＢＴ２８と３２のゲート端子は導体３６と３８をそ
れぞれ介して電流制御器１４へ接続される。
導体４２がＡＣ端子２６と電動機１０の相巻線４０の間
に電流を流す。同様に、位相−脚２２と２４が電流を導
体４４と４６をそれぞれ介しして電動機１０の相巻線４
８と５０へ供給するＯ 動作時には、ＤＣ電圧がＤＣ入力母線１６と１８の間に
加えられる。電流制御器１４は電流指令信号Ｉ”人に従
ってＩＧＢＴ２８と３２を動作させ、出力端子２６にＡ
ｃｔ流を発生させる。ＩＧＢＴ２Ｂと３２の２個のＩＧ
ＥＴのうち１個だけがある任意の時刻にゲートされるよ
うにそれらのが動作させられる。
ＩＧＢＴ２８が制御線３６を介してゲートオンさせられ
ると、誘導電動機の相巻線４０を流れる電流の向きに応
じてＩＧＢＴ２８またはダイオード３０を負荷電流が流
れる。同様に、制御線３８を通じてＩＧＢＴ３２へ加え
られたゲート信号がＩＧＢＴ３２またはダイオード６４
を通じて電流を流させる。とのようにして、ゲート信号
をＩＧＢＴ２Ｂと３２へ交互に埒加えることによシ、出
力端子２６ＫＡＣ電流が発生される。
導体４２と位相巻線４０を流れる実際の電流はホール効
果電流トランスデユーサのような個々の電流センサ５２
により検出され、実際の電流に比例する信号が発生され
て帰還導体５８を介して電流制御器１４へ帰還される。
変流器は測定される相電流中のＤＣ成分を感じないから
、変流器は電流センサとして使用することはできない。
電流制御器は、電流センサ５２によシ発生された帰還信
号を、位相−脚２０のための電流指令信号と比較し、Ｉ
ＧＢＴ２８と３２のゲート操作を修正して、相巻線中の
実際の電流指令されたＡＣ電流波形にするための公知の
手段を含む。電流制御器としては、アイイーイーイー・
トランザクションズ・オンφインダストリイ佛アプリケ
ーションズ（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｅｔｉｏｎｓ　ｏ
ｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ａｐｐｌｉｃｍｔｉｏｎｓ）Ｓ
ＶＯｌ−ＩＡ−２１、１９８５年５月／り月、５６２〜
５７０ページ所載のデイー嗜エム嗜プロト（Ｄ、　Ｍ、
　Ｂｒｏｄ）およびデイー会ダフ゛リューーノボトニー
（Ｄ、　Ｗ、　Ｎ。
ｖｏ　ｔ　ａｙ）の「カレント番コントロール拳オブ・
■ＳニーＰＭｗインバータス（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ　ｏｆＶＳＩ　−ＰＭＷ　Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ
）　Ｊと題する論文において述べられている種類の電流
制御器の１つとすることができる。
同様に１位相−脚２２と２４のＩＧＥＴは電流指令信号
工”Ｂ、Ｉ札に従って電流制御器１４によシ動作させら
れて、相巻線４８．５０にそれぞれＡＣ電流波形を生ず
る。個々の電流センサ５４と５６が位相−脚２２．２４
のためのそれぞれの帰還信号を発生する。
本発明は、電力半導体と一体にされている電流センナを
用いることによシ、第１図に示されている個々の電流セ
ンサ５２．５４．５６を無くすものである。電流センサ
が一体くされたｎチャネル絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタが第２Ａ図に示されている、Ｉ　ＧＢＴ装置内に
主電流導通部と電流検出部がある。両方の部分は１つの
半導体ウェハー上に形成されている。ＩＧＢＴ装置の外
部接続はコレクタ６４と、制御ゲート６６と、エミッタ
６８とを含み、それらは全て内部において主電流導通部
へ接続される。Ｉ　ＧＢＴ装置は電流検出端子７０も含
む。この電流検出端子は内部で電流導通部へ接続される
。動作中に電流検出部および電流検出端子７０が、主電
流導通部内の電流に比例するセンナ電流を生ずるようＫ
この半導体装置は構成される。第２Ａ図に示すように、
電流検出端子ＴＯから流れ出るセンサ電流はＩ　６　／
　Ｎ　１である。ここに、Ｉｏは端子６８に流入するＩ
ＧＢＴのエミッタ電流、Ｎ１はエミッタ電流と検出部電
流の比である。その比はＩ　ＧＥＴの物理的設計によシ
設定される。ＩＧＢＴ装置の構造および動作の詳細が前
記米国特許出願第８９２．７３９号明細書に記載されて
いる。
第２Ｂ図は電流センサが一体にされたダイオードを示す
。このダイオードも、１つの半導体装置内に、主電流導
通部と電流検出部を含む。アノードＴ２とカソードＴ４
がＩＧＢＴ装置の主電流導通部へ内部で接続され、端子
７６が内部で電流検出部へ接続される。動作中は電流検
出部および端子７６はダイオードの主電流導通部内の電
流に比例するセンサ電流を生ずる。第２Ｂ図に示すよう
に、端子７６へ流入するセンサ電流はＩＯ／Ｎ２　であ
る。
ことに、工０は端子７２に流入する７ノード電流、Ｎ２
はアノード電流と検出部電流の比である。その比はダイ
オードの設計によυ設定される。この種の装置内が前記
米国特許出願第８９２，７３９号明細書に記載されてい
る。
再び第１図を参照して、三相インバータ用の基本的なビ
ルディングブロックはＩＧＢＴ２８とダイオード３０の
ようなＩＧＥＴとフライバックダイオードの並列組合わ
せである。完全なインバータは、第１図に示すようにＩ
ＧＢＴ−ダイオードの組合わせ６組で構成される。本発
明における主な素子は、第３Ａ図に示すように、ＩＧＢ
Ｔ５１とダイオード５３の並列組合わせである。それら
のＩＧＢＴとダイオードには電流センサが一体に組合わ
されている。
それらのＩ　ＧＢＴとダイオードの検出部電流と主部の
電流との比Ｎが同じであるようにそれらのＩＧＥＴとダ
イオードが構成されているものとすると、２つのセンサ
の端子を端子５７へ直結できる。この直結が可能である
理由は、ＩＣＢＴとダイオードにおける電流センサ部が
同じ基準回路点６３へ接続されているからである。それ
らの接続によシ、端子５７から流れ出る（または流れ込
む）組合わされたセンサ電流はＩｔ／Ｎである。ここＩ
ｃＸＩｊはＩＧＢＴとダイオードの組合わせにおける全
電流であって、端子６３から電流が流れ出す場合を正で
あるものと定める。端子６１へ流入する電流はＩｊＸ（
Ｎ＋１）／Ｎであって、これは、Ｎが大きいとするとほ
とんどＩｔと同じであることに注目すべきである。Ｎの
典型的な値は１０００以上であるから、・　　端子６１
を流れる電流は、０．１％を超えない誤差で、端子６３
を流れる電流に等しいと考えられる。
電流センサが一体に組込まれているＩＧＢＴ−ダイオー
ドの組合わせの２組を、第３Ｂ図に示すようＫ、直列接
続してインバー）位相−脚を形成する。ＩＧＢＴ６９の
コレクタが正のＤＣ母線７７へ接続され、エミッタがＡ
Ｃ出力端子７９へ接続される。フライバックダイオード
７１のカソードが正のＤＣ母線７７へ接続され、アノー
ドがＡＣ出力端子７９へ接続される。ＩＧＢＴ７３のコ
レクタがＡＣ出力端子７Ｓへ接続され、エミッタが負の
ＤＣ母線８１へ接続される。フライバックダイオードＴ
５のカソードが正のＡＣ出力端子７９へ接続され、アノ
ードが負のＤＣ母線８１へ接続される。
ＩＧＢＴ６９と７３は通常の論理回路（図示せず）Ｋよ
り制御される。その論理回路はゲート端子６５と６７へ
電圧を加える。その論理回路によｐ　ＩＧＢＴ６９と７
３が同時には決して導通状態にされないようにして、直
流電源端子γＴと８１が短絡されることを°避ける。
電動機へ供給される電流を調整するためＫは、端子Ｔ９
から流れ出る電流Ｌ３　（第３Ｂ図）を測定せねばなら
ない。第３Ｂ図は、上側のＩＧＢＴ−ダイオードの組合
わせ８３から流れ出る電流１１　も示し、電流Ｉ２が下
側のＩＧＢＴ−ダイオードの組合わせ８５へ流入する。
キルヒホッフの電流法則は、負荷電流工、が和Ｉｌ＋（
−Ｉ２）に等しいことを求めているから、電流工１と工
２が別々に判っておれば電流工３を再構成できる。第３
Ｂ図に示されている上、側と下側のＩ　ＧＢＴ−ダイオ
ードの組合わせ８３．８５には電流センサが一体に含ま
れているから、希望の負荷電流工３の測定値を再構成す
るために電流工１と工２を端子８７と８９においてそれ
ぞれ測定できる。
第４図は、本発明の三相ＡＣの電動機駆動装置の好適な
実施例を示す。インバータ１１２はほぼ同一の３つの位
相−脚１２０，１２２，１２４を含む。各位相−脚は正
のＤＣ入力母線１１６と負のＤＣ入力母線１１８の間に
接続される。各位相−脚は第３Ｂ図に示すように構成さ
れる。たとえば、電動機１゜の相巻線４０へ電流を供給
する位相−脚１２０はＡＣ出力端子１２６と、電流セン
サが一体にされた絶縁ゲートバイポーラトランジスタ１
２８　、１３２と電流センサが一体にされたフライバッ
クダイオード１３０　、１３４とを有する。
相巻線４０中に希望のＡＣ電流波形を生じさせるために
、電流制御器１４はゲート端子３６　、３８をそれぞれ
介してＩＧＢＴ　１２８と１３２を交互に動作させる。
上側のＩＧＢＴ−ダイオード対１２８　、１３０におけ
る電流の測定値が導体４５を介して電流制御器１４へ帰
還され、下側のＩＧＢＴ−ダイオード対１３２　、１３
４における電流の測定値が導体５８を介して電流制御器
１４へ帰還される。電流制御器１４はそれら２つの測定
値を組合わせて導体４２を介して電動機へ供給される全
位相−押出力電流１人の測定値を供給する。電流制御器
ＶｉＩＧＢＴ１２８　、１３２のスイッチング動作を調
整して、導体４２を流れる実際の位相−脚出力電流ＩＡ
を、導体３９を介して電流制御器へ供給される指令され
た電流波彫工Ａに一致させる、位相−脚１２２と１２４
の構造は位相−脚１２０の構造とほぼ同じであり、導体
４４と４６を流れる電流波形ＩＢ、ＩＣが位相−脚１２
０の導体４２を流れる電流ＩＡの波形と位相がそれぞれ
１２０度および２４０度異なることを除き、動作も位相
−脚１２０の動作に類似する。
再びｇａＡ図を参照する。端子５７における電流センサ
の出力信号は、ＩＧＢＴ−ダイオードの組合わせから端
子６３を通って流れ出す全位相−脚Ｉｔに比例する換算
された電流Ｉｔ／Ｎである。この小さいセンサ電流を、
測定された電流Ｉｔを表す電圧へ変換することが電流制
御器にとっては好都合である。それから、電流Ｉｉの振
幅を調整するためにそれが電流制御器によシ用いられる
。
第５Ａ図はＩＧＢＴから得た電流を電圧信号へ変換する
回路を示す。ＩＧＢＴ７８のエミッタが演算増幅器８０
の正入力端子へ接続され、ＩＧＢＴ７８の電流検出端子
が演算増幅器８０の負入力端子へ接続される。帰還抵抗
８２が演算増幅器８０の負入力端子とそれの出力端子の
間に接続される。ＩＧＢＴＴ８のソースを基準にした出
力電圧の振幅は、理想的な演算増幅器の特性を仮定して
、−（Ｉｏ　ＸＲ／Ｎ）である。ここに１ １Ｏ−ＩＧＢＴ７８の主電流部内の電流、Ｒ−抵抗８２
の抵抗値蔦 Ｎ−ＩＧＢＴ７８の主電流部と電流検出部の間の比、 である。
第５Ｂ図は、並列に接続されている、同じ電流検出比Ｎ
を有するＩ　ＧＢＴとフライバックダイオードから得た
センサ電流の組合わせに比例する電圧信号を供給する回
路を示す。ＩＧＢＴ８４のエミッタとダイオード８６の
アノードが演算増幅器８８の正入力端子へ接続され、両
方の装置内の電流検出部端子が演算増幅器の負入力端子
へ接続される。
演算増幅器８８の負入力端子と正入力端子の間に帰還抵
抗９０が接続される。ＩＧＢＴ８４のソースを基準にし
た演算増幅器の出力電圧信号の振幅は、理想的な演算増
幅器の特性を仮定して、−（Ｉ。×Ｒ／Ｎ　）である。
ここに、 ｌｏ−ＩＧＢＴ８４とダイオード８６の主電流部内の全
電流、 Ｒ−抵抗９０の抵抗値、 Ｎ−第５Ａ図を参照して上で述べた電流検出比、である
。
第５Ｃ図は、並列に接続されている、異なる電流検出比
を有するＩＧＢＴとフライバックダイオードから得たセ
ンナ電流の組合わせに比例する電圧信号を供給する別の
回路を示す。ＩＧＢＴ９２のエミッタとダイオード９４
のアノードが１組の演算増幅器９６　、９９　、１０５
の正入力端子へ接続される。
ＩＧＢＴ９２の電流検出端子が演算増幅器９９の負入力
端子へ接続され、ダイオード９４の電流検出端子が演算
増幅器９６の負入力端子へ接続される。
演算増幅器９６．９９の出力端子が抵抗１０２．１０３
へそれぞれ接続される。抵抗１０２　、１０３は演算増
幅器１０５の負入力端子へ更に接続される。それらの演
算増幅器は理想的な特性を有するものと考えることがで
きる。
演算増幅器９６，９９，１０５の負入力端子と出力端子
の間に帰還抵抗９７．ＩＱｏ、１０６がそれぞれ接続さ
れる。抵抗９１の抵抗値Ｒ２がＲ１×Ｎ　２　／Ｎ　１
に等しいように選択される。ここに、Ｒ１は抵抗９７の
抵抗値であυ、Ｎ、、Ｎ２はそれぞれダイオード９４と
ＩＧＢＴ９２の電流検出比である。各抵抗１０２と１０
３の抵抗値はＲ３に等しく選択される。
したがって、演算増幅器１０５からの出力信号は（Ｉ　
ｏ　ＸＲｒ　ＸＲ４）／　（Ｎｔ　ＸＲ３）テある。コ
こに、Ｉｏ−ＩＧＢＴ９２とダイオード９４の主電流部
内の全電流、 Ｒ１−抵抗９４の抵抗値、 Ｒ３−抵抗１０２と１０３の抵抗値、 Ｒ４−抵抗１０６の抵抗値、 Ｎ１−ダイオード９４の電流検出比、 である。
第５Ｄ図は、第３図に示されている上側ＩＧＢＴ−ダイ
オードの組合わせ８３と、下側ＩＧＢＴ−ダイオードの
組合わせ８５からの一体にされた電流センサ信号を、位
相−脚ＡＣ出力負荷電流に比例する１つの出力電圧へ変
換する信号調整回路を示す。上側ＩＧＢＴ−ダイオード
の組合わせ８３（第３Ｂ図）からのエミッターアノード
端子γ９第５Ｄ図の回路の演算増幅器１１３の正入力端
子１７９へ接続され、上側Ｉ　ＧＢＴ−ダイオードの組
合わせ８３（第３Ｂ図）からの電流検出部端子８Ｔが演
算増幅器１１３の負入力端子１８７へ接続される。下側
ＩＧＢＴ−ダイオードの組合わせ８５（第３Ｂ図）から
のエミッターアノード端子８１が演算増幅器ｊ１７の正
入力端子１８１へ接続され、下側Ｉ　ＧＢＴ−ダイオー
ド対８５からの電流検出部端子８９が演算増幅器１１７
の負入力端子１８９へ接続される。第３Ｂ図において、
上側ＩＧＢＴ−ダイオード対８３から電流センサの出力
端子８７に生ずる信号は１１／Ｎであシ、下側ＩＧＢＴ
−ダイオード対８５から電流センサ出力端子８９に生ず
る信号はＩ２／Ｎである。
それらの信号は第５Ｄ図の入力端子１８７　、　ｆ、８
９に示されている。
第５Ｄ図に示されている演算増幅器１１３からの出力電
圧が−（１，ＸＲＩ／Ｎ）であり、演算増幅器１１７か
らの出力電圧が−（ＩｚＸＲ１／Ｎ）であるように、演
算増幅器１１３と１１７は第５Ｂ図に示されているのと
同じ回路構成で接続される。演算増幅器１２３は利得が
１の分離増幅器であって、レベル移行を行うために１そ
れの出力電圧が入力端子１１９　、１３９から電気的に
分離される。この分離増幅器が必要である理由は、上側
Ｉ　ＧＢＴ−ダイオード対と下側ＩＧＢＴ−ダイオード
対の一体にされている電流センサが種々の電圧レベルを
基単にしているからである。再び第３Ｂ図を参照して、
下側ＩＧＢＴ−ダイオード対８５のためのエミッターア
ノード接続部８１が負の電源電圧へ接続され、上＃ＩＧ
ＢＴ−ダイオード対８３のためのエミッターアノード接
続部７９が、ＩＧＢＴの導通状態に応じて正のＤＣ電源
電圧７Ｔと負の電源電圧８１の間で切換わる。この電圧
差の結果として、上側ＩＧＥＴ−ダイオード対と下側Ｉ
　ＧＢＴ−ダイオード対からの電流センサ信号を電気的
に組合わせることができるように、レベル移行を行うた
めの分離増幅器のような何らかの手段を使用する必要が
ある。
分離増幅器１２３の出力段が導体１４１によシ負のＤＣ
電源電圧を基単とする。
分離増幅器１２３の出力電圧−（ｒＩＸＲ１／Ｎ）であ
る。その理由は、この分離増幅器の利得が１だからであ
る。この出力電圧は抵抗値がＲ２である抵抗１２７を介
して演算増幅器１３３の負入力端子へ加えられ、演算増
幅器１１７の出力電圧が、抵抗値がＲ２である抵抗１２
９を介して演算増幅器１３３の正入力端子へ加えられる
。演算増幅器１３３はこの回路においては差動増幅器と
して機能する。したがって、抵抗値がＲ３である抵抗１
３５が演算増幅器１３３の正入力端子と基準電圧端子１
８１０間に接続される。演算増幅器１３３の出力端子１
３７と負入力端子の間に接続されている帰還抵抗１３１
は同じ抵抗値Ｒ３を有する。その結果として、出力端子
１３７に生ずるこの回路の出力電圧は（Ｉ、−Ｉ２）Ｘ
ＲＩ　ＸＲ３／　（Ｒ２ＸＮ）である。ここに、ＮはＩ
ＧＢＴとダイオードのセンサ素子の全てに対する電流検
出比であυ、演算増幅器は理想的な特性を有するものと
している。第３Ｂ図を参照して先に述べたように、（ｈ
　　Ｉｚ）は位相−脚出力電流工３に等しいから、出力
端子１３７に生じた出力電圧は希望に応じた負荷電流に
比例する。この負荷電流測定値は、第１図に示されてい
る従来の装置における（センサ５２，５４または５６の
ような）個々の電流センサを交換するための帰還情報と
して使用できる。
第６図および第７図に本発明の別の実施例が示されてい
る。それらの図には第４図に示されているインバータ１
１２の異なる構造が示されている。
第６図および第７図に示されている実施例においては、
第４図に示されている好適な実施例の場合と同様に、電
流センサが一体くされているＩＧＢＴおよびダイオード
よ構成る第１の半導体装置群から帰還情報を得るために
接続される。電流制御器１４はその電流帰還情報を、イ
ンバータ内の全てのＩＧＢＴへ供給される電流指令信号
とともに用いて、それらのＩＧＢＴの導通状態を制御す
る。
第６図は、負のＤＣ入力母線へ接続されている装置だけ
が電流検出部を含むように構成された三相全波ブ＋）ツ
ジインバータを示す。この構成によシ、第４図に示すよ
うに正のＤＣ母線へ接続されているスイッチから電流デ
ータを取出すことに伴う信号調整の諸困難が解消される
。それらの困難は、帰還信号から無くさなければならず
、かつ上側位相−脚のＩＧＢＴ　、す々わち、正のＤＣ
入力母線へ接続されている工ＧＢＴのエミッタが正と負
のＤＣ母線電圧の間で高い周波数で切換えられるからで
ある。この実施例は、分離増幅器１２３（第５Ｄ図）の
ような特殊なレベル移行素子の必要を解消する。
第６図に示されている回路においては、インバータは正
のＤＣ入力母線２１６と、負のＤＣ入力母線２１８と、
３つの位相−脚２２０　、２２２　、２２４とを有する
。位相−脚２２０はＡＣ出力端子２２６と、正のＤＣ母
線２１６とＡＣ端子２２６の間に接続されているＩＧＢ
Ｔ　２２８およびフライバックダイオード２３０と、負
のＤＣ母線２１６とＡＣ端子２２６の間に接続されてい
るＩＧＢＴ　２３２およびフライバックダイオード２３
４とを含む。ＩＧＢＴ　２３２とダイオード２３４は電
流検出部を含む。ＩＧＢＴ　２３２とダイオード２３４
の電流検出端子は位相−脚２２０から端子２５８に出力
されたセンサ電流帰還信号１　人／を、第４図に示すよ
うに、電流制御器へ供給する。しかし、この構成では、
ＩＧＢＴ　２３２とダイオード２３４に電流が流れてい
る時だけ帰還データが発生される。位相−脚２２２と２
２４は同じ構成であって、同様に動作する。帰還情報の
一部だけを利用できる場合に出力電流を調整するための
制御アルゴリズムが、本願と同時に出願されて、本願出
願人へ譲渡された米国特許出願第　　　　　号明細書に
記載されている。
本発明の別の実施例に従って、可変周波数三相磁気抵抗
切換え電動機駆動インバータが第７図に示されている。
このインバータは正のＤＣ入力母線４１８と、３つの位
相−脚４２０　、４２２　、４２４とを有する。位相−
脚４２０は一対の出力端子４２６　、４２７を有する。
それらの出力端子は電動機の相巻線４４０へ接続される
。ＩＧＢＴ　４２８のコレクタが正のＤＣ母線４１２へ
接続され、エミッタが出力端子４２６へ接続され、フラ
イバックダイオード４３０のカソードが正のＤＣ母線４
１６へ接続され、アノードが出力端子４２７へ接続され
る。ＩＧＢＴ　４３２のコレクタが出力端子４２７へ接
続され、エミッタが負のＤＣ母線４１８へ接続され、フ
ライパックダイオード４３４０カンードが出力端子４２
６へ接続され、アノードが負のＤＣ母線４１８へ接続さ
れる。
動作時には、ＤＣ入力母線４１６と４１８の間に電圧が
加えられる。電流制御器（図示せず）は電流指令信号に
従ってＩＧＢＴ　４２８と４３２を動作させて、電流を
電動機の相巻線４４０へ供給する。出力端子４２６と４
２７の間に接続されている相巻線４４０を流れる電流が
ＤＣ入力母線４１６と４１８の間を一方向に流れる。し
かし、その電流の大きさはＩＧＢＴ４２８と４３２の動
作により変化させられる。ｒＧＢＴ４２８と４３２の動
作は、先に説明した同期電動機または誘導電動機の駆動
装置に用いられているＩ　ＧＢＴの動作とは異なυ、Ｉ
ＧＢＴ４２８と４３２は、それぞれの動作サイクルの一
部の間に導通状態（または非導通状態）へ切換えられる
。
負のＤＣｆ＆線４１８へ接続されているＩＧＢＴとダイ
オードだけが電流センサを含んでいる。たとえば、位相
−脚４２０のＩＧＢＴ　４３２とダイオード４３４だけ
が電流センサを一体に含み、導体４５２と４５４ヘセン
サの出力信号をそれぞれ出力する。前記したよりＫ、磁
気抵抗切換え電動機用のインパークは）その電動機の位
相−脚内の両方のＩＧＢＴを同時に導通状態にできる点
が、前記ＡＣ電動機のインバータと異なる。その結果、
相４１４４０を流れる電動機負荷電流についての完全な
情報、ＩＧＢＴ４２Ｂとダイオード４３０が一体の電流
センサを含んでいないとしても、インバータを動作させ
ることができる。信号調整回路には、下側位相−脚のＩ
ＧＢＴとダイオードから出力電流を変換する動作は、第
５図を参照して先に説明した簡単な演算増幅器を用いて
行うことができる。全ての下側位相−脚電流センサは母
線４１８上の同じ基準電圧を基準にしているから、電動
機の電流測定値を再構成するために分離増幅器のような
特殊なレベル移行素子は不要である。
以上、本発明をｎチャネル電力装置についてのものであ
るが、この技術はｐチャネル電力装置にも等しく適用で
きる。たとえば、第４図に示されている、ｎチャネルエ
ＧＢＴを用いている上側ＩＧＢＴ１２８とダイオード１
３０の組合わせを、第８図に示すように、対応するｐチ
ャネルＩＧＢＴ−ダイオードの組合わせで置き換えるこ
とができる。ＩＧＢＴ５５１は電流センサが一体にされ
ているｐチャネル装置であり、ダイオード５５３はカソ
ード端子を基準とする電流検出部を含むように構成され
る。その結果として、ＩＧＢＴ５５１とダイオード５５
３における電流センサはエミッターカソード接続端子５
６１を基準にする。Ｉ　ＧＢＴとダイオードが同じ電流
センサ比を持つように構成されていると仮定すると、端
子５５６へ流入するセンサ電流は、エミッターカソード
端子５６１へ流入する（ｔたは流出する）全電流Ｉｔの
換算された値Ｉｉ／Ｎである。センサ電流をセンサ電圧
へ変換する第５Ｂ図に示されているような信号調整回路
は、ｎチャネル装置におけるエミッターアノード接続の
代りにエミッターカソード接続端子５６１を回路基準回
路点として用いることにより、第８図に示されているｐ
チャネルＩＧＢＴ−ダイオードの組合わせに容易に使用
できる。
以上の説明および添附図面は、個々の電動機相巻線中に
個々の電流センサを用いることなしに電流制御を行うこ
とができるようにする、新規かつ改良した電流センサを
示すものである。この回路は簡単かつ経済的に構成でき
、個々の電流センサおよびそれに関連する重量および寸
法の問題を解消することによシ、ＡＣ電動機の駆動装置
を小型にできる。
以上の説明から、本発明は説明および図示した特定の実
施例に限定されるものではないこと、本発明の要旨を逸
脱することなしに数多くの変更を加えることが可能であ
ることが轟業者には明らかであろう。たとえば、以上の
説明は三相電動機用のＡＣ駆動装置についてのものであ
るが、任意の多相負荷のＡＣ電源にも本発明を等しく応
用できる。また、説明および図示した駆動装置のインバ
ータは絶縁ゲートトランジスタおよびフライバックダイ
オードを用いているが、適切であれば一体の電流検出部
を有する、絶縁ゲートバイポーラトランジスタではなく
て、主スイツチング装置は各種のＭＯＳ（金属−酸化物
一半導体）ゲーテッド装置、またはバイポーラトランジ
スタを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は電動機の位相巻線と直列の個々の電流センサを
含む従来のＡＣ電動機駆動装置の回路図、第２Ａ図およ
び第２Ｂ図は、電流センサが一体に組合わされている絶
縁ゲートバイポーラトランジスタおよびｘｉセンサが一
体に組合わされているダイオードを表すために後の図で
用いられる記号を示す図、第３Ａ図は、第２Ａ図に示さ
れている種類の装置を１つと、第２Ｂ図に示されている
種類の装置を１つ用いるＡＣ［動機駆動装置における三
相全波ブリッジインバータ用のビルディングブロックの
回路図、第３Ｂ図は第３Ａ図に示されている２つの基本
的なビルディングブロックの直列接続を示す回路図、第
４図はＡＣ！動機駆動装置が三相全波ブリッジインバー
タを含む本発明の好適な実施例の回路図、第５Ａ図乃至
第５Ｄ図は各電流センサからの電流を出力電圧へ変換す
る各種の回路の回路図、第６図は本発明の別の実施例の
三相全波ブリッジインバータの回路図、第７図は本発明
の別の実施例による磁気抵抗切換え電動機駆動インバー
タの回路図、第８図は電流センサが一体に組合わされた
ｐチャネルＩＧＢＴと、電流センサが一体に組合わされ
て、カンード端子を基準としているダイオードとを用い
た、ＡＣ電動機駆動装置における三相全波ブリッジイン
バータ用の基本的なビルディングブロックの回路図であ
る。 １２＠・番拳三相全波ブリッジインバータ、１４９＠ｅ
・電流制御器、２０，２２．２４，１２０，１２２　。 １２４、２２０　、２２２　、２２４　、４２０　、４
２２　、４２４　　・寺・曝位相−脚、３０，７５，８
６，９４，４３０．５５３令傷争令フライバツクダイオ
ード、５２−＠−・個々の電流センサ、１２３−・・・
分離増幅器。 特許出願人　　　ゼネラル・エレクトリック嗜カンパニ
イ燻代理人　山　州政　樹（ほか２名） ＦＩＧ、　　／ （ぼ六ど〃°７） ＦＩＧ、　　２Ａ ＦＩＧ、　　３Ｂ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）インバータ用のビルディングブロックであつて、
    このビルディングブロックは、ＤＣ入力電圧を受け、Ａ
    Ｃ出力端子にＡＣ電圧を生ずる一対の入力母線と、前記
    ビルディングブロック内の電流に応答してそれへ制御信
    号を供給する制御手段とを含むインバータ用のビルディ
    ングブロックにおいて、 第１の一体電流センサと、第１の電力端子と、第２の電
    力端子と、制御端子とを含む三端子半導体電力スイッチ
    ング装置と、 第２の一体電流センサと、第１のダイオード端子と、第
    ２のダイオード端子とを含むダイオードと、 第１の電力端子と第１のダイオード端子を前記入力母線
    の一方へ結合する手段と、 第２の電力端子と第２のダイオード端子を前記ＡＣ出力
    端子へ結合する手段と、 前記ＡＣ出力端子を前記入力母線の他方へ結合する手段
    と、 前記第１の一体電流センサと前記第２の一体電流センサ
    を前記制御手段へ結合してそれへ帰還情報を供給する手
    段と、 を備え、前記制御手段は制御信号を制御端子へ供給する
    インバータ用のビルディングブロック。
  2. （２）インバータ用のビルディングブロックであつて、
    このビルディングブロックは、ＤＣ入力電圧を受け、Ａ
    Ｃ出力端子にＡＣ電圧を生ずる一対の入力母線と、前記
    ビルディングブロック内の電流に応答してそれへ制御信
    号を供給する制御手段とを含むインバータ用のビルディ
    ングブロックにおいて、 第１の一体電流センサと、コレクタと、ゲートと、エミ
    ッタとを含むＭＯＳゲーテツド半導体電力スイッチング
    装置と、 第２の一体電流センサと、第１のダイオード端子と、第
    ２のダイオード端子とを含むダイオードと、 エミッタと第１のダイオード端子を前記入力母線の一方
    へ結合する手段と、 コレクタと第２のダイオード端子を前記ＡＣ出力端子へ
    結合する手段と、 前記ＡＣ出力端子を前記入力母線の他方へ結合する手段
    と、 前記第１の一体電流センサと前記第２の一体電流センサ
    を前記制御手段へ結合してそれへ帰還信号を供給する手
    段と、 を備え、前記制御手段は制御信号を前記ゲート端子へ供
    給するインバータ用のビルディングブロック。
  3. （３）一対の正および負のＤＣ入力母線と、多相電動機
    へ接続するためのＡＣ出力端子をおのおの含み、かつ電
    動機の各相に対応する位相−脚とを含む全波ブリッジイ
    ンバータと、 前記正のＤＣ入力母線と前記ＡＣ出力端子の間に並列接
    続された上側トランジスタおよび上側フライバックダイ
    オードと、前記負のＤＣ入力母線と前記ＡＣ出力端子の
    間に並列接続された下側トランジスタおよび下側ダイオ
    ードとを含む１組の半導体装置と、 少くとも各前記下側トランジスタおよび下側フライバッ
    クダイオードと一体で、それぞれの一体半導体装置を流
    れる電流に応答して比例センサ電流をおのおの供給する
    別々の電流センサと、前記位−相脚により供給されたセ
    ンサ電流から帰還信号を得るための各位相−脚内の手段
    と、１組の指令信号を受け、前記帰還情報と前記指令信
    号の比較に応答して前記トランジスタの動作を制御する
    手段を含み、各前記トランジスタへ結合される電流制御
    器と、 を備える調整された電流を多相電動機へ供給するＡＣ駆
    動装置。
  4. （４）正のＤＣ入力母線および負のＤＣ入力母線と、Ａ
    Ｃ出力端子と、前記正のＤＣ入力母線と前記ＡＣ出力端
    子の間に並列接続された上側トランジスタおよび上側フ
    ライバックダイオードおよび前記負のＤＣ入力母線と前
    記ＡＣ出力端子の間に並列接続された下側トランジスタ
    および下側フライバックダイオードを含む１組の半導体
    装置とをおのおの含む複数の位相−脚と、 少くとも各前記下側トランジスタおよび下側フライバッ
    クダイオードと一体で、それぞれの一体半導体装置を流
    れる電流に応答して比例センサ電流をおのおの供給する
    別々の電流センサと、前記それぞれの位相−脚により供
    給されたセンサ電流から帰還信号を得るためのそれぞれ
    の各位相−脚内の手段と、 を備える多相全波ブリッジインバータ。
  5. （５）調整された電流を多相可変磁気抵抗電動機へ供給
    する可変周波数駆動装置において、 正のＤＣ入力母線および負のＤＣ入力母線と、電動機の
    各相の第１の側と第２の側へそれぞれ接続するための第
    １のＡＣ出力端子と第２のＡＣ出力端子をおのおの含み
    、かつ電動機の各相に対応する位相−脚 とを含む電力コンバータ回路と、 前記ＤＣ入力母線の一方と前記ＡＣ出力端子の間に接続
    された上側電力スイッチング装置と、前記ＤＣ入力母線
    の他方と前記ＡＣ出力端子の間に接続された下側電力ス
    イッチング装置と、前記第１のＡＣ出力端子と前記ＤＣ
    入力母線の他方との間に接続された下側フライバックダ
    イオードと、前記ＤＣ入力母線の前記一方と前記第２の
    ＡＣ出力端子の間に接続された上側フライバックダイオ
    ードとを含む１組の半導体装置と、 各前記下側電力スイッチング装置および前記下側フライ
    バックダイオードと一体で、それぞれの一体半導体装置
    を流れる電流に応答して比例センサ電流をおのおの供給
    する別々の電流センサと、各前記電力スイッチング装置
    へ結合される電流制御器と、 この電流制御器へ信号を供給するために各位相−脚内の
    各前記別々の電流センサをそれぞれ結合し、１組の指令
    信号を受け、それらの指令信号と前記帰還情報の比較に
    応答して前記スイッチング装置の動作を制御する手段と
    、 を備える可変周波数駆動装置。
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