JPH0421363A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は出力素子としてＭＯＳ−ＦＥＴＳ　ＩＧＢＴ等
の絶縁ゲート人力を持つ電力スイッチング素子を有する
インバータ装置に関するものであり、特に、パルス幅変
＠（ＰＷＭ）波形出力開始時の制御に関するものである
。

［従来の技術］ 第３図は、実開昭６４−４７５９３号公報に掲載の従来
のインバータ装置の１相分の回路構成を示す回路図であ
る。なお、この図は従来のチャージポンプ回路を有する
駆動回路と、この駆動回路で駆動される絶縁ゲート入力
を持つ電力スイッチング素子を説明に適するように書換
えたものである。

図において、（１）は直流電源、（２ａ）及び（２ｄ）
は絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子であり、
この図ではＭＯＳ−ＦＥＴを採用している。（３）は直
流電源（１）の正極側に接続された（以下、上アームと
いう）スイッチング素子（２ａ）を駆動する駆動回路で
あり、ダイオード（３ａ）を経て駆動回路（３）駆動用
の電源となるコンデンサ（３ｂ）に所定の電圧が充電さ
れる。（３Ｃ）は制御回路（図示せず）からのＰＷＭ信
号を絶縁状態で伝達するホトカプラ、（３ｄ）はスイッ
チング素子（２ａ）に直接ゲート信号を出力するバッフ
ァである。（６）は直流電源（１）の負極側に接続され
た（以下、下アームという）スイッチング素子（２ｄ）
を駆動する駆動回路であり、（６ａ）は制御回路（図示
せず）からのＰＷＭ信号を絶縁状態で伝達するホトカプ
ラ、（６ｂ）はスイッチング素子（２ｄ）に直接ゲート
信号を出力するバッファである。（９）は駆動回路用電
源であり、（１１）は駆動回路（３）のマイナス側電源
ラインである。

従来のインバータ装置は上記のように構成されており、
絶縁ゲート入力を持つスイッチング素子（２ａ）、（２
ｄ）を直流電源（１）に対してブリッジ状に接続し、直
流電源（１）を適宜スイッチングすることにより所定の
疑似交流波形を出力する。また、この上アームのスイッ
チング素子（２ａ）を駆動する駆動回路（３）はダイオ
ード（３ａ）及びコンデンサ（３ｂ）を有するチャージ
ポンプ回路を備えている。即ち、駆動回路用電源（９）
から所定の電圧がダイオード（３ａ）を経てコンデンサ
（３ｂ）に供給され、コンデンサ（３ｂ）・を充電する
ことにより、このコンデンサ（３ｂ）を電源として駆動
回路（３）が駆動する。

なお、下アームのスイッチング素子（２ｄ）を駆動する
駆動回路（６）には、駆動回路用電源（９）から直接電
源が供給されるので、ダイオード及びコンデンサは備え
ていない。

つぎに、このインバータ装置の動作について説明をする
。制御回路（図示せず）からの所定の信号により、下ア
ームのスイッチング素子（２ｄ）がオン状態になると、
上アームの駆動回路（３）のマイナス側電源ライン（１
１）の電位は、直流電源（１）のマイナス側電位とほぼ
同じ電位にまで降下する。このとき、上アーム用の駆動
回路（３）のコンデンサ（３ｂ）は駆動回路用電源（９
）からダイオード（３ａ）を経て駆動回路用電源（９）
とほぼ同電圧にまで充電される。つぎに、下アームのス
イッチング素子（２ｄ）がオフ状態になり、上アームの
スイッチング素子（２ａ）がオン状態になると、上アー
ムの駆動回路（３）のマイナス側電源ライン（１１）の
電位は、今度は、直流電源（１）のプラス側電位とほぼ
同じ電位にまで上昇する。しかし、この状態においては
、ダイオード（３ａ）は逆阻止状態となり、コンデンサ
（３ｂ）の電荷は保たれ、このコンデンサ（３ｂ）から
駆動回路（３）に電源が供給し続けられる。

このようにして、絶えず上アームと下アームとが交互に
オン、オフを繰返すことにより、駆動回路（３）にはコ
ンデンサ（３ｂ）から常時電源が供給され、波形出力動
作が続行される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のインバータ装置では、上アーム用の
駆動回路（３）の電源たるチャージポンプ回路のコンデ
ンサ（３ｂ）は下アームのスイッチング素子（２ｄ）が
オン状態の間に充電されていた。したがって、このよう
なチャージポンプ回路を有するインバータ装置をＰＷＭ
変調した信号の出力部として用い、電源投入後、初めて
波形出力を開始するときには、コンデンサ（３ｂ）は充
電されていないために、出力開始時の波形が目標通りの
波形にならないことがあった。これを図によって説明す
る。

第４図は従来のインバータ装置による波形出力間゛始時
の出力波形を示す特性図であり、（ａ）はＰＷＭ変調さ
れる被変調波及び搬送波を示す特性図、（ｂ）は（ａ）
の０間を拡大した波形を示す特性図、（Ｃ）はＣｂ）に
よりＰＷＭ変調されたＰＷＭ波形を示す特性図である。

図において、（Ａ）はＰＷＭ変調される被変調波たる正
弦波、（Ｂ）はＰＷＭ変調用のキャリアである搬送波た
る三角波、（Ｃ）はＰＷＭ変調されたＰＷＭ波である。

従来のこの種のインバータ装置では、電源投入後、初め
て波形出力を開始するとき、或いは、出力を停止してス
イッチング素子の全てのゲートをオフしてから長時間が
経過した後に、再度出力を開始するとき等においては、
下アームのオン信号を与える前に上アームのオン信号を
与えても、駆動回路（３）の電源たるコンデンサ（３ｂ
）は充電されていないので、スイッチング素子（２ａ）
はオンしなかった。したがって、第４図の（ｃ）に示す
実線のような出力波形になり、斜線部分が希望する電圧
波形との誤差となっていた。このため、出力開始時の波
形が目標通りの波形にならず、この種のインバータ装置
をモータ駆動用に使用した場合には、モータの起動特性
に悪影響を及ぼしていた。

そこで、出力素子としてＭＯＳ−ＦＥＴＳ　ＩＧＢＴ等
の絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子を、チャ
ージポンプ回路を有する駆動回路を介してスイッチング
制御する構成のインバータ装置において、波形出力開始
時からスイッチング素子がＰＷＭ信号通りに作動し、乱
れのない出力波形を出力できるように改善することが望
まれていた。

また、従来より、出力波形の乱れを抑制できるインバー
タ装置は考えられていた。例えば、特開昭６２−１６３
５７８号公報に記載されているインバータ装置のように
、ＰＷＭ信号を各々独立して出力する第１及び第２の信
号発生器を備え、第１の信号発生器からの変調信号と第
２の信号発生器からの変調信号とを重畳して、スイッチ
ング素子のスイッチング制御を行なうことにより、出力
電圧、周波数が低いときでも波形が乱れることなく、任
意の出力電圧を得ていた。この他にも、ＰＷＭ信号の発
生方法について、各種の補正を加えることにより正弦波
との波形の誤差を小さくする技術があった。

しかし、これらの技術は何れも波形の乱れを抑制すると
いう効果においては共通するものの、発生したＰＷＭ信
号に対してインバータ出力部がある一定のデイレイを持
ちながらも、忠実に信号通りにオン／オフの動作を行な
うことを前提にしていた。そして、ＰＷＭ信号を発生す
る手段を制約することにより、乱れの少ないＰＷＭ信号
を発生させていた。この点が、上述の従来技術に示した
インバータ装置で課題となっている技術とは観点が相違
していた。即ち、上述の従来技術に示したインバータ装
置では、必しも、波形出力開始時からインバータ出力部
が忠実に信号通りにオン／オフの動作が行なわれていな
かった。

そこで、この発明は出力素子として絶縁ゲート入力を持
つ電力スイッチング素子を、チャージポンプ回路を有す
る駆動回路を介してスイッチング制御する構成のインバ
ータ装置において、波形出力開始時から与えられたＰＷ
Ｍ信号通りに駆動回路が駆動し、スイッチング素子をオ
ン／オフさせることができ、波形出力開始時から乱れの
ない波形を出力できるインバータ装置の提供を課題とす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかるインバータ装置は、絶縁ゲート入力を持
つスイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）を直流電源（１
）に対してブリッジ状に接続したスイッチング手段と、
前記スイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）を駆動する駆
動回路（３）〜（８）と、下アームのスイッチング素子
（２ｄ）〜（２ｆ）がオン状態の間に、上アームのスイ
ッチング素子（２ａ）　〜（２ｃ）の駆動回路（３）〜
（５）の電源であるコンデンサを充電するチャージポン
プ回路と、前記スイッチング手段からの波形出力開始に
先立って、前記下アームの全てのスイッチング素子（２
ａ）〜（２ｃ）を−旦オン状態にしてから出力を開始す
る出力開始前処理手段とを具備するものである。

［作用］ 本発明においては、出力素子として絶縁ゲート人力を持
つスイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）を、チャージポ
ンプ回路を有する駆動回路（３）〜（８）を介してスイ
ッチング制御することによリ、疑似交流波形を出力する
が、この波形出力開始に先立って、下アームのスイッチ
ング素子（２ｄ）〜（２ｆ）を全てオン状態にすること
により、この間にチャージポンプ回路のコンデンサが充
電されるから、波形出力の際に下アームまたは上アーム
のいずれのオン信号を先に与えても、与えられたＰＷＭ
信号通りに駆動回路（３）〜（５）が駆動し、スイッチ
ング素子（２ａ）〜（２ｆ）をオン／オフさせることが
でき、波形出力開始時から乱れのない波形を出力するこ
とができる。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例であるインバータ装置の回
路構成を示す回路図である。

図において、（１）は直流電源、（２ａ）から（２ｆ）
は絶縁ゲート人力を持つ電力スイッチング素子であり、
この図ではＩ　ＧＢＴを採用している。（３）は上アー
ムのスイッチング素子（２ａ）を駆動する駆動回路であ
り、ダイオード（３ａ）を介して駆動回路（３）駆動用
の電源となるコンデンサ（３ｂ）に所定の電圧が充電さ
れる。（３Ｃ）は制御回路（図示せず）からのＰＷＭ信
号を絶縁状態で伝達するホトカプラ、（３ｄ）はスイッ
チング素子（２ａ）に直接ゲート信号を出力するバッフ
ァである。（４）及び（５）も同じく上アームのスイッ
チング素子（２ｂ）、　　（２ｃ）を各々駆動する駆動
回路であり、各々ダイオード、コンデンサ、ホトカプラ
、及びバッファ（いずれも図示せず）を備えており、上
記の駆動回路（３）と同一の構成となっている。（６）
は下アームのスイッチング素子（２ｄ）を駆動する駆動
回路であり、（６ａ）は制御回路（図示せず）からのＰ
ＷＭ信号を絶縁状態で伝達するホトカプラ、（６ｂ）は
スイッチング素子（２ｄ）に直接ゲート信号を出力する
バッファである。（７）及び（８）モ同じく下アームの
スイッチング素子（２ｅ）（２ｆ）を各々駆動する駆動
回路であり、各々ホトカプラ、及びバッファ（いずれも
図示せず）を備えており、上記の駆動回路（６）と同一
の構成となっている。（９）は駆動回路用電源、（１０
）はＰＷＭ信号発生手段であり、駆動回路（３）〜（８
）を介してスイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）をオン
／オフさせる信号を発生する。（１１）は駆動回路（３
）のマイナス側電源ラインである。

この実施例のインバータ装置は上記のように構成されて
おり、絶縁ゲート入力を持つスイッチング素子（２ａ）
〜（２ｆ）を直流電源（１）に対してブリッジ状に接続
し、直流電源（１）を適宜スイッチングすることにより
所定の疑似交流波形を出力する。また、この上アームの
スイ・ソチング素子（２ａ）〜（２Ｃ）を駆動する駆動
回路（３）〜（５）は各々ダイオード及びコンデンサを
有するチャージポンプ回路を備えている。

つぎに、このインバータ装置による波形出力動作につい
て説明する。第２図はこの発明の一実施例であるインバ
ータ装置の波形出力動作を示すフローチャートである。

図において、まず、ステップＳ１でＰＷＭ信号発生手段
（１０）が波形出力を開始するか否かを判断し、波形出
力を開始する場合にはステップＳ２に進み、下アームの
スイッチング素子（２ｄ）〜（２ｆ）を全てオン状態に
する。このときの上アームの駆動回路（３）〜（５）の
動作は、各相共に同様であるので、ここでは、駆動回路
（３）について説明をする。下アームのスイッチング素
子（２ｄ）がオン状態になると、上アームの駆動回路（
３）のマイナス側電源ライン（１１）の電位が直流電源
（１）のマイナス側電位とほぼ同じレベルにまで降下す
る。このとき、駆動回路用電源（９）からダイオード（
３ａ）を経てコンデンサ（３ｂ）は駆動回路用電源（９
）とほぼ同電圧に充電される。この後、ステップＳ３で
チャージポンプ回路のコンデンサ（３ｂ）の充電が完了
したか否かを判断する。即ち、ステップＳ３でコンデン
サ（３ｂ）の充電に必要な時間待ちを行なう。

そして、所定の時間が経過し充電が完了した場合には、
ステップＳ４で波形出力を開始し、この波形出力開始動
作は終了する。一方、ステップＳ１でＰＷＭ信号発生手
段（１０）が波形出力を開始しないと判断された場合に
は、上記のステップＳ２からステップＳ４の一連の動作
は行なわれず、波形出力が開始されずに、このまま、こ
の波形出力開始動作は終了する。これらの動作は、イン
バータ装置の制御回路（図示せず）内の出力開始前処理
手段によって実行される。

このように、この実施例のインバータ装置は、上記のよ
うな波形出力開始動作を行なう出力開始前処理手段を備
えており、疑似交流波形の出力開始に先立って、下アー
ムの全てのスイッチング素子（２ａ）〜（２Ｃ）を−旦
オン状態にしてから波形出力を開始する。

したがって、波形出力が開始され、例えば、はじめに上
アームのスイッチング素子（２ａ）がオンし、駆動回路
（３）のマイナス側電源ライン（１１）の電位が、直流
電源（１）のプラス側電位とほぼ同じレベルにまで上昇
しても、ダイオード（３ａ）が逆阻止状態になり、コン
デンサ（３ｂ）の電荷は保たれ、駆動回路（３）に電源
を供給し続ける。したがって、上アームのスイッチング
素子（２ａ）はオンし続け、波形出力開始時から希望通
りの波形を出力する。

上記のように、この実施例のインバータ装置は、絶縁ゲ
ート入力を持つスイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）を
直流電源（１）に対してブリッジ状に接続し、前記直流
電源（１）をスイッチングすることにより疑似交流波形
を出力するスイッチング手段と、前記スイッチング素子
（２ａ）〜（２ｆ）を駆動する駆動回路（３）〜（８）
と、下アームのスイッチング素子（２ｄ）〜（２ｆ）が
オン状態の間に、前記上アームのスイッチング素子（２
ａ）〜（２ｃ）の駆動回路（３）　〜（５）の電源であ
るコンデンサを充電するチャージポンプ回路と、前記ス
イッチング手段からの疑似交流波形の出力開始直前に、
前記下アームの全てのスイッチング素子（２ａ）〜（２
Ｃ）を−旦オン状態にしてから出力を開始する出力開始
前処理手段とを備えている。

したがって、スイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）を、
チャージポンプ回路を有する駆動回路（３）〜（８）を
介して適宜スイッチング制御することにより、疑似交流
波形を出力する。しかも、この波形出力開始直前に、下
アームのスイッチング素子（２ｄ）〜（２ｆ）を全てオ
ン状態にすることにより、この間にチャージポンプ回路
のコンデンサが各々充電されるから、与えられたＰＷＭ
信号通りに駆動回路（３）〜（５）が駆動し、波形出力
開時からスイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）をオン／
オフさせることができる。即ち、電源投入後、初めて波
形出力を開始するとき、或いは、出力を停止してスイッ
チング素子の全てのゲートをオフしてから長時間が経過
した後に、再度出力を開始するときに、下アームまたは
上アームのいずれのオン信号を与えても、駆動回路（３
）〜（５）の電源たるコンデンサは各々充電されている
から、スイッチング素子（２ａ）〜（２Ｃ）はオンし、
波形出力開始時から乱れのない波形を出力できる。この
結果、出力開始時の波形が目標通りの波形になり、この
種のインバータ装置をモータ駆動用に使用した場合にも
、モータの起動を円滑に行なえ、モータの起動特性が向
上する。

ところで、上記実施例では、三相ブリッジ構成のインバ
ータについて説明をしたが、スイッチング素子を４個用
いた単相インバータや、更に、多相のインバータにも当
然適用することができ、同様の効果を奏す。また、スイ
ッチング素子としてｌ　ＧＢＴを用いた回路図で説明を
したが、ＭＯＳＦＥＴ等の絶縁ゲート入力を持つ電力ス
イッチング素子であっても構わない。

［発明の効果］ 以上のように、本発明のインバータ装置は、絶縁ゲート
入力を持つスイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）を直流
電源（１）に対してブリッジ状に接続したスイッチング
手段と、前記スイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）を駆
動する駆動回路（３）〜（８）と、上アームのスイッチ
ング素子（２ａ）〜（２Ｃ）の駆動回路（３）〜（５）
の電源であるコンデンサを充電するチャージポンプ回路
と、下アームの全てのスイッチング素子（２ａ）〜（２
ｃ）を−旦オン状態にしてから出力を開始する出力開始
前処理手段とを備え、スイッチング素子（２ａ）〜（２
ｆ）をチャージポンプ回路を有する駆動回路（３）〜（
８）を介してスイッチング制御することにより、疑似交
流波形を出力するが、この波形出力開始に先立って、下
アームのスイッチング素子（２ｄ）〜（２ｆ）を全てオ
ン状態にし、この間にチャージポンプ回路のコンデンサ
を各々充電することにより、出力開始時から下アームま
たは上アームのいずれのオン信号を与えても、与えられ
たＰＷＭ信号通りに駆動回路（３〜（５）が駆動し１、
スイッチング素子（２ａ）〜（２ｆ）をオン／オフさせ
ることができ、波形出力開始時から乱れのない波形を出
力できるので、出力開始時の波形が目標通りの波形にな
り、この種のインバータ装置をモータ駆動用に使用した
場合には、モータの起動特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるインバータ装置の回
路構成を示す回路図、第２図はこの発明の一実施例であ
るインバータ装置の波形出力動作を示すフローチャート
、第３図は従来のインバータ装置のイ相分の回路構成を
示す回路図、第４図は従来のインバータ装置による波形
出力開始時の出力波形を示す特性図である。 図において、 １：直流電源 ２ａ〜２ｆニスイツチング素子 ３〜８：駆動回路 ３ａ：ダイオード ３ｂ：コンデンサ ９：駆動回路用電源 １０：ＰＷＭ信号発生手段 である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。 代理人　弁理士　大吉　増雄　外２名 Ｄ 第４図 手 続 補 正 書 （自発）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁ゲート入力を持つスイッチング素子を直流電源に対
   してブリッジ状に接続したスイッチング手段と、 前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記直流
   電源の負極側に接続されたスイッチング素子がオン状態
   の間に、前記直流電源の正極側に接続されたスイッチン
   グ素子の駆動回路の電源となるコンデンサを充電するチ
   ャージポンプ回路と、 前記スイッチング手段からの波形出力開始に先立って、
   前記直流電源の負極側に接続された全てのスイッチング
   素子を一旦オン状態にしてから出力を開始する出力開始
   前処理手段と を具備することを特徴とするインバータ装置。