JPH03178565A - インバータ装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ＰＷＭ制御によりインバータ主回路のスイッ
チング素子のオンオフ制御を行なうインバータ装置に関
する。

（従来の技術） パルス幅変調（ＰＷＭ）制御形インバータ装置の基本構
成例を第４図に示す。これは、交流電源１の出力を整流
回路２及び平滑用コンデンサ３により直流出力に変換し
、さらにインバッタ主回路４により所定周波数の交流出
力に変換して出力するものである。インバータ主回路４
は、例えば６個のトランジスタ５ａ乃至５ｆを三相出力
に対応させて２個ずつ対にしてブリッジ接続することに
より構成されたもので、これらのトランジスタ５ａ乃至
５ｆは信号発生回路６から与えられるパルス幅変調信号
（以下ＰＷＭ信号と称す）によりオンオフのスイッチン
グ制御が行なわれる。この場合、信号発生回路６は、イ
ンバータ主回路４の出力周波数及び出力電圧を指示する
周波数指令ｆ８及び電圧指令Ｖ８が与えられると、これ
らから決定される正弦波の制御信号と予め設定されてい
るキャリア周波数の三角波信号とを大小比較して各トラ
ンジスタ５ａ乃至５ｆに対応させてオンオフを行なわせ
るＰＷＭ信号を生成する。これにより、各トランジスタ
５ａ乃至５ｆは駆動回路７を介してオンオフ制御され、
上記制御信号に対応する三を目の交流電流を出力し、負
荷としての電動機８を回転させる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述のようなＰＷＭ制御を行うインバータ装
置においては、ＰＷＭ信号のキャリア周波数を出来るだ
け高くするのが望ましい。その理由は、キャリア周波数
が低くなる程、出力電流は制御信号の正弦波形からかけ
はなれた波形となり、電動機８を駆動する場合に振動等
による騒音が発生してしまう不具合があるからである。

しかしながら、上記の不具合を解消すべく、ＰＷＭ信号
のキャリア周波数を高めてトランジスタを高速でスイッ
チング動作させる場合には次のような別の不具合が生ず
る。つまり、一般にトランジスタはスイッチング動作を
行う際に熱損失が発生し、特にスイッチング周期が短い
と素子自体の温度が上昇して破壊に至る虞があるからで
ある。

このような現象を第５図を用いて説明する。トランジス
タの電流電圧特性（ＩＣＶＣ！特性）をベース電流（例
えば図示のＩＢＯ乃至１　ａ６）をパラメータとして示
す第５図（ａ）において、トランジスタにベース電流が
与えられると、動作点ｐは遮断領域Ｉから負荷線りに沿
って活性領域■を経て飽和領域■の動作点ｑに移る。こ
のとき、遮断領域Ｉにおいては等価抵抗が略無限大であ
り、また飽和領域■においては等価抵抗が略ゼロとみな
せる。従って、スイッチング時には遮断領域■及び飽和
領域■では損失が略ゼロとなるが、活性領域■において
はベース電流に応じて等価抵抗が変化することにより損
失が生ずる。一方、第５図（ｂ）に示すトランジスタの
コレクタ電流ＩＣのスイッチング時の波形において、そ
の立ち上がり時間ｔＯＮ及び立ち下がり時間ｔ。２Ｆは
、トランジスタ自体の特性により決まるもので、スイッ
チング周波数に無関係に一定である。従って、前述した
ＰＷＭ信号のキャリア周波数を高く設定しておくことは
、活性領域■を通過する回数つまり通過時間が増えて熱
損失が増加することになり、それだけトランジスタの温
度上昇が急になるのである。そして、トランジスタは温
度が上昇すると、第５図（ａ）に示す特性が変化して、
動作点が降伏領域■に入ってしまう場合があり、最悪の
場合には破壊に至ってしまう虞がある。

上述のような不具合を解決するために、従来では例えば
トランジスタの温度上昇を抑制するために冷却装置の冷
却効率を上げたり、予めキャリア周波数を低く設定した
ＰＷＭ信号を使用する等の方法がある。しかし、これで
は冷却装置が大形化。

複雑化したり、或は設計時にトランジスタの特性を考慮
して予め大容量のトランジスタを使用する必要も生ずる
ため、総じて高価になってしまう不具合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、キャリア周波数が高いＰＷＭ信号を使用する場合で
も、冷却装置を大形化或は複雑化させることなく、また
設計段階においてもスイッチング素子の特性に対して過
度な安全度を見積る必要がなくなり、総じて小形化及び
低廉化が図れるインバータ装置を提供するにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、インバータ主回路のスイッチング素子を任意
のキャリア周波数を有するパルス幅変調信号によりスイ
ッチングさせるインバータ装置を対象とし、前記スイッ
チング素子の温度を検出する温度検出手段、及びこの温
度検出手段による検出温度と基準温度とを比較する比較
手段、並びにこの比較手段からの出力信号を基に前記パ
ルス幅変調信号のキャリア周波数を補正する補正手段を
設けて構成したところに特徴を有する。

（作用） 本発明のインバータ装置によれば、温度検出手段により
スイッチング素子の温度が検出され、その検出温度と所
定の基準温度とを比較し、その比較結果に応じて補正手
段により信号発生回路で生成されるパルス幅変調信号の
キャリア周波数を補正する。これにより、スイッチング
素子のオンオフの回数が減少しその熱損失は低減される
。従って、スイッチング素子の温度上昇が自動的に抑制
されるようになり、結果的にその温度上昇を最天眼まで
許容した状態でパルス幅変調信号のキャリア周波数を極
力高めることができる。

（実施例） 以下、本発明を三角波−正弦波比較方式によりＰＷＭ信
号を発生させるインバータ装置に適用した場合の一実施
例について第１図乃至第３図を参照しながら説明する。

全体構成を示す第１図において、直流電源回路１１は、
ダイオードをブリッジ接続してなる整流回路１２及び平
滑用コンデンサ１３より構成され、三相の交流電源１４
の出力を整流及び平滑化して直流出力に変換し、直流電
源線１５ａ及び１５ｂ間に与える。インバータ主回路１
６は、スイッチング素子たるパワートランジスタ１７ａ
乃至１７ｆがブリッジ接続されており、その入力端は直
流′ｆ＠源線１５ａ及び１５ｂに接続され、出力側は負
荷としての電動機１８に接続されている。この場合、イ
ンバータ主回路１６はトランジスタ１７ａ及び１７ｂ、
）ランジスタ１７ｃ及び１７ｄ、トランジスタ１７ｅ及
び１７ｆの夫々の対が直列にして直流電源線１５ａ及び
１５ｂ間に接続され、三相に対応して交流電流を出力す
る。そして、これらのトランジスタ１７ａ乃至１７ｆは
、信号発生回路１９により駆動回路２０を介してベース
１こＰＷＭ信号が与えられる。信号発生回路１つは、イ
ンバータ主回路１６が出力すべき周波数及び電圧に対応
した周波数指令ｆ”及び電圧指令Ｖ８力（図示しない指
令回路から与えられ、これらの指令値ｔ＊、Ｖ＊に応じ
た周波数、振幅の制御信号ａを決定する。そして、この
制御信号ａと後述するキャリア周波数の三角波信号すと
を比較してＰＷＭ信号をトランジスタ１７ａ乃至１７ｆ
に対応して出力するものである（第３図（ａ）及び（ｂ
）参照）。

さて、温度検出手段たる温度検出回路２１は、パワート
ランジスタ１７ａ乃至１７ｆの温度を図示しない温度検
出素子により検出して電圧値として検出信号を出力する
。比較手段たる温度比較回路２２は、温度検出回路２１
からの検出信号を基準温度ＴＩ及びＴ２　（Ｔｌ＜Ｔ２
）と比較し、基準温度Ｔ２よりも大きいときには周波数
低下指令ＳＤを出力し、基準温度Ｔ１よりも低いときに
は周波数復帰指令ＳＵを出力する。この場合、基準温度
Ｔ２はパワートランジスタ１７ａ乃至１７ｆの使用状態
における上限温度に対応する値とされ、基準温度Ｔ１は
動作上冷却された状態としての温度を示す値となるよう
に設定されている。補正手段たる周波数制御回路２３は
、信号発生回路１９に三角波信号すを出力するもので、
そのキャリア周波数は初期値としてＦｏに設定されてい
るが、温度比較回路２２から周波数低下指令Ｓ、が与え
られると、これに応じて一定の値ΔＦだけ低下させてそ
の値をＦｌに補正して出力する。この場合、周波数制御
回路２３は、周波数低下指令Ｓ０が与えられる度に三角
波信号すのキャリア周波数をΔＦだけ低下させてゆくが
、周波数復帰指令ＳＵが与えられたときには、再び初期
値として設定されたキャリア周波数Ｆ０の三角波信号す
を出力する。

次に、本実施例の作用について第２図及び第３図をも参
照して説明する。

まず、信号発生回路１９は、インバータ主回路１６が出
力すべき周波数、電圧に対応した周波数指令ｆ４及び電
圧指令■８が与えられると、これに応じた周波数、振幅
となる正弦波の制御信号ａを決定する（第３図（ａ）参
照）。そして、この制御信号ａと所定のキャリア周波数
Ｆ。の三角波信号すとを比較することにより第３図（ｂ
）の（イ）及び（ロ）に示すごと（ＰＷＭ信号がトラン
ジスタ１７ａ及び１７ｂに対応して生成される（他のト
ランジスタ１７ｃ乃至１７ｆについては図示せず）。こ
の場合、各ＰＷＭ信号は三ト目に対応して夫々の位相は
１２０’ずつずれている。そして、インバータ主回路１
６の各トランジスタ１７ａ乃至１７ｆは、ＰＷＭ信号が
与えられるとこれに応じてオンオフを繰り返してスイ・
ソチング動作し、これにより上記した制御信号ａに応じ
た正弦波の交流電流が出力され、この結果、インノ＜−
夕主回路１９は周波数指令ｆ８及び電圧指令■１に応じ
た三を目の交流電流を出力するのである。

次に、上述のように所定のキャリア周波数Ｆ。

で生成されたＰＷＭ信号で動作しているときに、パワー
トランジスタ１７ａ乃至１７ｆの温度が上昇して基準温
度Ｔ２を超えると、温度検出回路２１はこれを検知し、
温度比較回路２２から周波数低下指令ＳＤが出力される
。これにより、周波数１＋制御回路２３は信号発生回路
１９に対してキャリア周波数Ｆ。をΔＦだけ低下させた
キャリア周波数Ｆ１の三角波信号を出力する。信号発生
回路１つはこれに応じてキャリア周波数Ｆ１のＰＷＭ信
号を出力するようになり、インバータ主回路１６の各ト
ランジスタ１７ａ乃至１７ｆは、前述の場急に比べてス
イッチング回数の少ない状態でオンオフの制御が行なわ
れ、この結果、スイッチングによる熱損失は低減される
。

この後、例えば、第２図に示すように検出温度が低下せ
ず所定時間ｔを経過してもなお検出温度が基準温度Ｔ２
よりも大きいときには、温度比較回路２２は再びキャリ
ア周波数Ｆ、をΔＦだけ低下させ、キャリア周波数Ｆ２
とする。これにより、上述同様にスイッチングによる熱
損失はさらに低減され、トランジスタ１７ａ乃至１７ｆ
の温度ハ低下して行く。

そして、検出温度が低下して基準温度Ｔ２を経て基準温
度Ｔｌに達すると、温度比較回路２２は周波数復帰指令
Ｓｕを出力する。これにより、周波数制御回路２３は、
信号発生回路１つに対してキャリア周波数Ｆ２をもとの
所定のキャリア周波数Ｆｏに復帰させる。信号発生回路
１９はこれに応じて再びキャリア周波数Ｆ。のＰＷＭ信
号を出力するようになり、インバータ主回路１６の各ト
ランジスタ１７ａ乃至１７ｆは脈動の少ない交流電流を
出力する。

以下、上述と同様にして、温度検出回路２１の検出温度
に基づいて温度比較回路２２及び周波数制御回路２３に
よりキャリア周波数が変更されることにより、トランジ
スタ１７ａ乃至１７ｆは常にその温度が過大とならない
ように制御される。

このような本実施例によれば、温度検出回路２１により
インバータ主回路１６のトランジスタ１７ａ乃至１７ｆ
の温度を検出し、その検出温度が基準温度Ｔ２を超えた
ときには温度比較回路２２及び周波数制御回路２３によ
りＰＷＭ信号のキャリア周波数Ｆ。をΔＦだけ低下させ
るようにし、検出温度が基慣温度Ｔ１よりも低下したと
きにキャリア周波数Ｆ。に復帰させるようにした。これ
により、トランジスタ１７ａ乃至１７ｆのスイッチング
回数を一時的に低減させてその熱損失量を減らし、もっ
てトランジスタ１７ａ乃至１７ｆの温度上昇を抑制でき
、検出温度が低下したら再び所定のキャリア周波数Ｆ。

のＰＷＭ信号を出力させることを自動的に行わせること
ができる。この結果、従来と異なり、冷却装置を簡単な
ものとして小形化が図れると共に、不必要に安全度を設
けた設計を行なう必要がなく、トランジスタの性能を十
分に生かして高いキャリア周波数のＰＷＭ信号を使用す
ることができる。

尚、上記実施例においてはＰＷＭ制御の方式を三角波信
号と正弦波の制御信号とを比較してＰＷＭ信号を発生さ
せるインバータ装置に適用する場合について述べたが、
これに限らず、ＰＷＭ信号に対応したデータをＲＯＭ等
の記憶手段から読出してＰＷＭ信号を生成する方式のイ
ンバータ装置に適用しても良く、この場合には、ＰＷＭ
信号のキャリア信号を複数の周波数に対応させたデータ
を予め記憶させておき、温度比較回路２２からの指令に
応じてＰＷＭ信号のキャリア周波数を補正するようにす
れば良い等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の
変形が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のインバータ装置によれば
、パルス変調信号のキャリア周波数をスイッチング素子
の温度に応じて補正できるので、スイッチング素子のス
イッチング回数を一時的に低下させ、その温度上昇を抑
制することができ、従来と異なり、スイッチング素子の
冷却装置を大形化させることなく簡単な冷却装置で良く
なると共に、過度な設計余裕を設ける必要がなくなり、
スイッチング素子の特性を十分に生かせ、総じて小形化
及び低廉化が図れるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示し、第１図は
電気的構成図、第２図は作用説明図、第３図はＰ　Ｗ　
Ｍ信号の波形を示す図であり、第４図及び第５図は従来
例を示すもので、第４図は第１図相当図、第５図は従来
の不具合を説明するための図である。 図面中、１１は直流電源回路、１４は交流電源、１６は
インバータ主回路、１７ａ乃至１７ｆはパワートランジ
スタ（スイッチング素子）、１８は電動機（負荷）、１
９は信号発生回路、２１は温度検出回路（／ｌ！ｉ度検
出手段）、２２は温度比較回路（比較手段）、２３は周
波数制御回路（補正手段）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、インバータ主回路のスイッチング素子を任意のキャ
   リア周波数を有するパルス幅変調信号によりスイッチン
   グさせるものにおいて、前記スイッチング素子の温度を
   検出する温度検出手段と、この温度検出手段による検出
   温度と所定の基準温度とを比較する比較手段と、この比
   較手段からの出力信号を基に前記パルス幅変調信号のキ
   ャリア周波数を補正する補正手段とを具備したことを特
   徴とするインバータ装置。