JPH03277122A - 過電流保護回路 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、ＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）インバー
タ等の電力変換装置に適用される過電流保護回路に関す
る。

（従来の技術） 第４図は従来における三相電圧形ＶＶＶＦインバータの
主回路を示しており、図において、５１は三相交流電源
、５２は整流器、５３は直流中間コンデンサ、Ｔｒ１〜
Ｔｒ、はインバータ部５４を構成するパワトランジスタ
、ＳＨよ、ＳＨ，はシャント抵抗、Ｍは負荷としてのモ
ータである。

一方、第５図は上記三相電圧形ＶＶＶＦインバータの過
電流保護回路及び電流制御系の一例を示すものである。

この第５図において、１はシャント抵抗ＳＨ１゜ＳＨ，
に接続され、かつ強電部と弱電部とを絶縁する絶縁アン
プ、２は過電流検出回路、３は減算器、４は電流調節器
（ＡＣＲ）、５はキャリア発生回路、６はコンパレータ
、７はオンデイレ−回路、８はベース遮断回路、ｐｃ、
、ｐｃ、はフォトカプラ、ＢＤ□、ＢＤ、はベースドラ
イバをそれぞれ示している。

以下、このように構成された過電流保護回路及び電流制
御系の動作を略述する。まず、モータＭに流れる相電流
を検出するためにシャント抵抗ＳＨ１，ＳＨ２の端子間
電圧を検出し、絶縁アンプ１を介してその出力（相電流
検出信号）が三相合成され、この値が過電流検出回路２
において予め設定された過電流レベル以上の場合にはベ
ース遮断信号Ｓ１がアクティブになる。これにより、イ
ンバータ部５４を構成する金相のパワトランジスタのベ
ース信号が、各相ごとに設けられたベース遮断回路８、
ホトカプラＰＣよ、ｐｃ２、ペースドライバＢＤ１．Ｂ
Ｄ、を介して遮断される。ここで、シャント抵抗ＳＨ１
，ＳＨ２、絶縁アンプ１、過電流検出回路２、ベース遮
断回路８、ホトカプラｐｃ１゜ＰＣ２及びペースドライ
バＢＤ１．ＢＤ２により過電流保護回路が構成されてい
る。

一方、各相電流検出信号ｉｄは各相電流指令値ｉｒと減
算器３にて比較され、各相ごとに設けられた電流調節器
４に入力される。これらの各電流調節器４の出力信号と
キャリア発生回路５からのキャリア信号とがコンパレー
タ６により比較され、その結果得られた各相のＰＷＭ信
号Ｓ２は、インバータ部５４の上下アーム短絡防止用に
設けられたオンデイレ−回路７に入力される。そして、
このオンデイレ−回路７は、各相の上アームのパワトラ
ンジスタのベース信号とこの信号に対し位相がずれた下
アームのパワトランジスタのベース信号とを出力する。

これらの出力信号を前記ベース遮断回路８、ホトカプラ
ＰＣ□、ｐｃ２及びペースドライバＢＤ工。

ＢＤ、を介してインバータ部５４の上下アームのパワト
ランジスタに加えることにより、電流制御系が構成され
るものである。

（発明が解決しようとする課題） 第５図のような構成において、インバータに出力短絡故
障や地絡故障などが発生して各相電流が急激に増加する
ような場合、特に絶縁アンプ１の応答速度が遅い場合に
は、前述したベース遮断がかかる前にパワトランジスタ
が過電流により破壊する恐れがある。

また、絶縁アンプ１にはストレイキャパシタンスがある
ので、インバータ部５４のスイッチングによって絶縁ア
ンプ１の出力信号にコモンモードノイズが乗るため、過
電流検出回路２が誤動作することがあった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、絶縁アンプの応答遅れによる
スイッチング素子の破壊や、コモンモードノイズによる
過電流検出回路の誤動作を防止するようにした過電流保
護回路を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、第１の発明は、各相の過電
流検出回路やスイッチング素子の駆動信号遮断回路等を
各相の強電部に設けて各相ごとに過電流を検出し、絶縁
アンプ等により絶縁することなく駆動信号を直接遮断す
る。また、他相における過電流検出信号の論理和出力信
号をホトカプラにより絶縁したうえで駆動信号遮断回路
に取り込むことにより、各相のスイッチング素子の駆動
信号を遮断可能としたものである。

更に、第２の発明は、各相の過電流検出回路を強電部に
設け、駆動信号遮断回路等を弱電部に設ける。そして、
各相の過電流検出信号をホトカプラにより絶縁して弱電
部に伝送し、その論理和出力信号を駆動信号遮断回路に
伝送することにより、各相のスイッチング素子の駆動信
号を遮断可能としたものである。

（作用） 第１の発明によれば、強電部において絶縁アンプを介す
ることなく各相ごとに過電流を検出し、過電流が検出さ
れた相の上下アームスイツチング素子の駆動信号を直接
遮断する。同時に、ホトカプラを介した他相の過電流検
出信号の論理和出力を用いて当該相の駆動信号の遮断を
も行なう。また、第２の発明によれば、強電部に過電流
検出回路を設け、各相ごとに検出された過電流検出信号
をホトカプラを介し弱電部に伝送して金相の駆動信号を
遮断する。

これにより、従来の絶縁アンプによる過電流検出遅れや
コモンモードノイズによる誤動作の問題を解決すること
ができる。

（実施例） 以下、図に沿って各発明の詳細な説明する。

まず、第１図は第１の発明の一実施例を示すものである
。また、第２図はこの実施例が適用される三相電圧形Ｖ
ＶＶＦインバータの主回路の構成を示している。なお、
この第２図において、第４図と同一の構成要素には同一
の符号を付して説明を省略するが、第２図ではインバー
タ部５４の各相出力端子Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇ％ＮにモータＭ
の各相電流検出用のシャント抵抗ＳＨ，，ＳＨ２，ＳＨ
３が接続されている。

一方、第１図において第５図と異なる点を以下に説明す
ると、まず、シャント抵抗ＳＨ□〜ＳＨ。

の両端はインバータ側の強電部に設けられた各相ごとの
過電流検出回路２に接続されていると共に、各相ごとの
絶縁アンプ１の入力側に接続されている。また、前記過
電流検出回路２の出力側には各相間を絶縁するための第
１のホトカプラＰＣ８が接続され、その出力側は、電流
制御系側の弱電部において、他相の過電流検出回路から
の出力信号が加えられるオア回路９の入力側に接続され
ている。このオア回路９の出力側は、各相間を絶縁する
ための第２のホトカプラＰＣ４を介して過電流検出回路
２の出力側と共にオア回路１０の入力側に接続されてい
る。そして、このオア回路ＩＯの出力側は、各相ごとに
設けられた駆動信号遮断回路としてのベース遮断回路８
に接続されている。

ベース遮断回路８の一方の出力端子は、ペースドライバ
ＢＤ□を介してインバータ部５４の一相分の上アームの
パワトランジスタに接続され、また、他方の出力端子は
、上下アーム間を絶縁するためのホトカプラＰＣ８及び
ペースドライバＢＤ、を介して、下アームのパワトラン
ジスタに接続されている。更に、この実施例では、弱電
部に設けられた電流制御系におけるコンパレータ６の出
力端子が、ホトカプラＰＣ工を介して強電部のオンデイ
レ−回路７に接続されている。

ここで、シャント抵抗ＳＨ□〜ＳＨ，、過電流検出回路
２、ホトカプラＰＣ２〜ＰＣいオア回路９゜１０、ベー
ス遮断回路８、ペースドライバＢＤ□。

ＢＤ２が過電流保護回路を構成している。

次にこの動作を説明する。

まず、シャント抵抗ＳＨ１〜ＳＨ，の端子間電圧は、各
相ごとに設けられた絶縁アンプ１に入力される一方で過
電流検出回路２にも入力される。そして、各相電流と予
め設定された過電流レベルとが比較されて過電流レベル
以上である場合には過電流検出信号がアクティブになる
。この信号はホトカプラＰＣ３を介して弱電部に伝送さ
れ、オア回路９において各相の過電流検出信号の論理和
をとった結果の出力信号が、ホトカプラＰＣ４を介して
各相の強電部しこ伝送される。

この信号と前記各相の過電流検出信号とがオア回路１０
に入力され、その出力信号がベース遮断信号Ｓ工として
ベース遮断回路８に入力される。これにより、ペースド
ライバＢＤ、及びホトカプラＰＣ２，ＢＤ２を介して当
該相の上下アームのパワトランジスタのベース信号が遮
断される。また、当該相の過電流検出信号は他の二相の
オア回路９゜１０にも入力されるため、結果的に全相の
パワトランジスタのベース信号が遮断されることになる
。

換言すれば、第１図に示された相が過電流とならなくて
も、他相からの過電流検出信号がオア回路９．１０に入
力されるため、第１図に示された相の上下アームのパワ
トランジスタのベース信号が遮断される。

すなわちこの実施例では、強電部において、絶縁アンプ
１を介することなく過電流検出回路２により当該相の過
電流状態を検出してベース遮断回路８により当該相のパ
ワトランジスタのベース信号を直接遮断し、または、他
の相における過電流検出信号をオア回路９．ホトカプラ
ＰＣ４及びオア回路１０を介してベース遮断回路８に加
えることにより、当該相のパワトランジスタを遮断する
。

このため、絶縁アンプ１の応答が遅い場合でも過電流発
生時に速やかにベース信号を遮断することができ、パワ
トランジスタを破壊してしまう心配がないと共に、絶縁
アンプ１によるコモンモードノイズに起因する過電流検
出回路２の誤動作も生じない。

なお、電流制御系の動作としては、絶縁アンプ１の出力
信号１ｄと外部から与えられた各相電流指令値１ｒとの
差が減算器３を介して各相ごとに設けられた電流調節器
４に入力され、この出力信号とキャリア信号とがコンパ
レータ６により比較されて、各相のＰＷＭ信号Ｓ８が出
力される。このＰＷＭ信号Ｓ２はホトカプラＰＣ１を介
して絶縁された後、各相の強電部に伝送され、各相ごと
に設けられたオンデイレ−回路７によって各相の上下ア
ームのパワトランジスタに対応する二つの信号に変換さ
れる。これらの出力信号は前記ベース遮断回路８に入力
され、この回路８から出力される上アームのパワトラン
ジスタのベース信号をベースドライバＢＤ、に入力して
上アームのパワトランジスタを駆動する。また、ベース
遮断回路８から出力される下アームのパワトランジスタ
のベース信号は上下アーム絶縁用のホトカプラＰＣ２を
介してペースドライバＢＤ、に入力され、下アームのパ
ワトランジスタを駆動することによって電流制御系が構
成される。

次に、第３図は第２の発明の一実施例を示している。第
５図と異なるのは、シャント抵抗ＳＨ□〜ＳＨ，の両端
電圧はインバータ側の強電部に設けられた過電流検出回
路２に入力されていると共に、その出力信号はホトカプ
ラＰＣ８を介して各相についての過電流検出信号が入力
されるオア回路９に入力され、このオア回路９の出力信
号がベース遮断信号Ｓ□としてベース遮断回路８に入力
されている。その他の構成は第５図と同一であり、この
過電流保護回路も第２図に示したようなインバータに適
用されるものである。

以下、この回路の過電流保護動作を説明する。

まず、前記同様にシャント抵抗ＳＨ１〜ＳＨ２の端子間
電圧は各相の絶縁アンプ１に入力される一方で各相ごと
の過電流検出回路２に入力され、各相電流が過電流レベ
ル以上の場合には過電流検出信号がアクティブになる。

この信号はホトカプラＰＣ１を介して弱電部に伝送され
、オア回路９における各相の過電流検出信号の論理和出
力がベース遮断信号Ｓ１として弱電部内のベース遮断回
路８に入力される。そして、ホトカプラＰ　Ｃ１，Ｐ　
Ｃ，及びペースドライバＢＤ、。

ＢＤ２を介し、当該相の上アーム及び下アームのパワト
ランジスタのベース信号を遮断することにより、各パワ
トランジスタを過電流から保護する。

また、第１図と同様に各相の過電流検出信号は他の二相
にも加えられることから、−相の過電流発生により金相
のパワトランジスタのベース信号が遮断されることにな
る。

なお、第３図における電流制御系の動作は、実質上第５
図と同一であるため１重複を避けるために説明を省略す
る。

上記各実施例において、強電部に電子回路を構成する場
合、弱電部及び他の強電部と絶縁された電源が必要とな
るが、この場合は従来のペースドライバの電源を使用す
ることができるので、特別に電源を用意する必要がなく
、構成の複雑化を招くおそれがない。

更に上記各実施例では、電力変換装置のスイッチング素
子としてパワトランジスタを用いた場合を説明したが１
本発明はサイリスタ等のスイッチング素子を用いた場合
にも勿論適用可能であり、また、電力変換装置としては
ＶＶＶＦインバータのみならず各種のインバータ、コン
バータ等に適用することができる。

加えて、本発明は、例えば第１図の実施例における過電
流検出回路２の出力信号（過電流検出信号）をホトカプ
ラｐｃ、、ｐｃ４やオア回路９，１゜を介することなく
ベース遮断回路８に直接加え、あるいは、第３図の実施
例におけるホトカプラＰＣ３の出力信号（過電流検出信
号）をオア回路９を介することなくペース遮断回路８に
直接加えることにより、過電流が生じた当該相のみの上
下アームスイツチング素子の駆動信号を遮断する機能を
も含むものである。

（発明の効果） 以上詳述したように、第１の発明は、インバータ等の電
力変換装置の主回路が設けられた強電部にて各相の過電
流を検出すると共に、その検出信号を絶縁することなく
各相ごとの駆、動信号遮断回路に加え、同時にホトカプ
ラにより絶縁して他相の駆動信号遮断回路に加えるもの
である。このため、過電流発生時に各相のスイッチング
素子ひいては全相のスイッチング素子の駆動信号を速や
かに遮断することができる。

また、絶縁アンプは電流制御系の信号伝送経路に設けら
れているため、従来のように絶縁アンプの応答性が悪い
場合の駆動信号遮断遅れによるスイッチング素子の破壊
や、絶縁アンプ出力のコモンモードノイズに起因する過
電流検出回路の誤動作を防止して過電流保護の万全を期
すことができる。

更に、第２の発明は、前記強電部にて各相の過電流を検
出すると共に、その検出信号をホトカプラにより絶縁し
て各相ひいては金相の駆動信号遮断回路に加えるもので
ある。

このため、上述した第１の発明と同様の効果があるほか
、第１の発明に比べて回路構成の簡略化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示す構成図、第２図は
三相電圧形ＶＶＶＦインバータの主回路構成図、第３図
は第２の発明の一実施例を示す構成図、第４図は従来に
おける三相電圧形ＶＶＶＦインバータの主回路構成図、
第５図は従来の過電流保護回路及び電流制御系の構成図
である。 １・・・絶縁アンプ　　２・・・過電流検出回路３・・
・減算器　　　　４・・・電流調節器５・・・キャリア
発生回路　　６・・・コンパレータ７・・・オンデイレ
−回路　　８・・・ベース遮断回路９．１０・・オア回
路　　　　５１・・・交流電源５２・・・整流器　　　
　５３・・・直流中間コンデンサ５４・・・インバータ
部　ＰＣ１〜ＰＣ，・・・ホトカプラＢ　Ｄ、、Ｂ　Ｄ
２・・・ペースドライバ　　Ｍ・・・モータＴｒ□〜Ｔ
ｒ、・・・パワトランジスタＳＨ，〜ＳＨ，・・・シャ
ント抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力変換装置の主回路を構成するスイッチング素
   子を過電流から保護するための過電流保護回路において
   、 前記電力変換装置の各相電流の過電流状態を絶縁するこ
   となく検出する過電流検出手段と、この検出手段から出
   力された過電流検出信号を絶縁して伝送する第１のホト
   カプラと、各相に対応して設けられた前記第１のホトカ
   プラの出力信号の論理和を演算する第１の演算手段と、
   この演算手段の出力信号を絶縁して伝送する第２のホト
   カプラと、この第２のホトカプラの出力信号と前記過電
   流検出信号との論理和を演算する第２の演算手段と、こ
   の出力信号により各相のスイッチング素子の駆動信号を
   遮断する駆動信号遮断回路とを備えたことを特徴とする
   過電流保護回路。
2. （２）電力変換装置の主回路を構成するスイッチング素
   子を過電流から保護するための過電流保護回路において
   、 前記電力変換装置の各相電流の過電流状態を絶縁するこ
   となく検出する過電流検出手段と、この検出手段から出
   力された過電流検出信号を絶縁して伝送するホトカプラ
   と、各相に対応して設けられた前記ホトカプラの出力信
   号の論理和を演算する演算手段と、この演算手段の出力
   信号により各相のスイッチング素子の駆動信号を遮断す
   る駆動信号遮断回路とを備えたことを特徴とする過電流
   保護回路。