JPH0698547A - インバータの電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータ主回路側と制御回路との間の電気
的絶縁を維持しながら、それほどコストアップすること
なくインバータ主回路に流れる電流を検出する。 【構成】 インバータ主回路６に流れる電流Ｉｏを検出
抵抗１９で検出し、その検出信号Ｓ１を積分回路３９で
積分し、その積分出力信号Ｓ２を比較回路４３の比較電
圧信号Ｓ３と比較する。そして、比較回路４３は、積分
出力信号Ｓ２が比較電圧信号Ｓ３に達する毎に出力信号
Ｓ４をハイレベルとし、このハイレベル信号によりトラ
ンジスタ４８をオンさせてコンデンサ４２を放電させ
る。フォトカプラ５１は、出力信号Ｓ４がハイレベルと
なる毎にパルス信号を出力してマイクロコンピュータ２
１に与え、マイクロコンピュータ２１は、そのパルス信
号の間隔を測定して電流量を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電源からの直流電
源電圧をインバータ主回路により交流電圧に変換して負
荷に供給するようにしたインバータの電流検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】インバータは、例えば６個のトランジス
タを３相ブリッジ接続してなるインバータ主回路を直流
電源の正，負端子間に接続し、そのインバータ主回路の
出力端子に負荷を接続し、制御回路たるマイクロコンピ
ュータによりベースドライブ回路を介して前記インバー
タ主回路のトランジスタにベース電流を供給してスイッ
チングさせることによって、直流電源電圧を交流電圧に
変換して負荷に供給する構成である。

【０００３】ところで、インバータは、産業機器は勿
論、空調機，冷蔵庫等のような家電製品にも用いられて
きており、この種のインバータにおいては、インバータ
主回路に流れる電流を検出して、その電流量に応じて各
種制御を行なって性能，機能の向上若しくは安全性の確
保を図ることが行なわれる。而して、インバータ主回路
に流れる電流を検出する装置としては、従来では次のよ
うなものが考えられている。

【０００４】（１）直流電源の負端子とインバータ主回
路との間に検出抵抗を接続し、その検出抵抗による検出
信号をマイクロコンピュータに直接入力する。

【０００５】（２）上記検出抵抗の検出信号を絶縁増幅
器を介してマイクロコンピュータに入力する。

【０００６】（３）インバータ主回路と直流電源の負端
子とを接続する電源ラインに流れる電流によって発生す
る磁束を磁気検出器で検出して、その検出信号をマイク
ロコンピュータに入力する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記（１）で述べた検
出抵抗を用いる従来の構成では、インバータ主回路とマ
イクロコンピュータとを電気的に絶縁することができな
いので、マイクロコンピュータはインバータ主回路側で
発生したノイズの影響を受け易く、又、インバータ主回
路側の素子が破壊したときにはマイクロコンピュータも
連鎖破壊する不具合がある。

【０００８】上記（２）で述べた絶縁増幅器及び（３）
で述べた磁気検出器を用いる従来の構成では、インバー
タ主回路側とマイクロコンピュータとの間の電気的絶縁
の問題はないが、いずれのものも高価な素子を使用する
必要があるので、コストアップになる不具合がある。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、インバータ主回路側と制御回路との間
の電気的絶縁を維持しながら、それほどコストアップす
ることなくインバータ主回路に流れる電流を検出するこ
とができるインバータの電流検出装置を提供するにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電源から
の直流電源電圧をインバータ主回路により交流電圧に変
換して負荷に供給するようにしたインバータにおいて、
前記インバータ主回路に流れる電流を検出する検出抵抗
を設け、この検出抵抗による検出信号を積分する積分回
路を設け、この積分回路の積分出力信号が設定値となる
毎に所定幅の出力信号を出力するとともにその積分回路
をリセットする比較回路を設け、この比較回路の出力信
号に基づいてパルス信号を出力するフォトカプラを設
け、このフォトカップラのパルス信号の出力間隔に基づ
いて電流量を判断する制御回路を設ける構成に特徴を有
する。

【００１１】

【作用】本発明のインバータの電流検出装置によれば、
検出抵抗にはインバータ主回路に流れる電流の量に応じ
た大きさの検出信号が発生するようになり、積分回路は
この検出信号を積分する。従って、積分回路の積分出力
信号が比較回路の設定値に達するまでの時間は検出抵抗
の検出信号の大きさに応じたものとなる。そして、比較
回路は積分回路の積分出力が設定値になる毎に所定幅の
出力信号を出力するとともにその積分回路をリセットす
るので、比較回路の出力信号の出力間隔は前記インバー
タ主回路に流れる電流量に応じたものとなる。これによ
り、この比較回路の出力信号に基づいてフォトカプラに
よりパルス信号を出力して制御回路に与えるようにすれ
ば、制御回路はパルス信号の出力間隔を測定することに
より電流量を判断することができる。この場合、比較回
路の出力信号はフォトカプラを介して制御回路に与えら
れるので、制御回路と比較回路との間即ちインバータ主
回路側との間の電気的絶縁は維持されるようになる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面を参照
しながら説明する。先ず、図２に従ってインバータの構
成について述べる。直流電源たる直流電源回路１は、１
００ボルトの単相交流電源２の両端子が一方の端子側に
リアクトル３を介して全波整流回路４の交流入力端子に
接続され、その全波整流回路４の正及び負直流出力端子
間にコンデンサ５が接続されて構成されている。

【００１３】インバータ主回路６は、６個のＮＰＮ形の
トランジスタ７乃至１２が３相ブリッジ接続され、各ト
ランジスタ７乃至１２のコレクタ，エミッタ間にダイオ
ード１３乃至１８が夫々接続されて構成されている。そ
して、インバータ主回路６の正側のトランジスタ７乃至
９のコレクタの共通接続点は全波整流回路４の正直流出
力端子に接続され、負側のトランジスタ１０乃至１２の
エミッタの共通接続点は検出抵抗１９を介して全波整流
回路４の負直流出力端子に接続されている。更に、イン
バータ主回路６のトランジスタ７，８及び９のエミッタ
とトランジスタ１０，１１及び１２のコレクタとの共通
接続点たる出力端子Ｕ，Ｖ及びＷは負荷としての交流モ
ータ２０の各相入力端子に接続されている。

【００１４】制御回路たるマイクロコンピュータ２１
は、図示しない操作部からの速度指令信号に基づいてト
ランジスタ７乃至１２に対する通電タイミング信号及び
ＰＷＭ信号を出力するようになっており、その多数の出
力ボートはベースドライブ回路２２の入力端子に接続さ
れている。又、ベースドライブ回路２２は、制御回路２
１からの通電タイミング信号及びＰＷＭ信号に基づいて
トランジスタ７乃至１２に対する点弧信号（ベース電
流）を出力するようになっており、その多数の出力端子
はトランジスタ７乃至１２のベース及びエミッタに接続
されている。

【００１５】電源回路２３は、両入力端子がコンデンサ
５の両端子に接続されていて、直流の駆動電源を得るも
のである。即ち、電源回路２３は、直流電源回路１から
の直流電源電圧をスイッチングするスイッチング回路，
このスイッチング回路によるスイッチング電圧を適宜降
圧するスイッチングトランス及びこのスイッチングトラ
ンスの出力電圧を整流し平滑する整流平滑回路等から構
成されていて、電気的に絶縁された複数の直流の駆動電
源を得るようになっている。そして、この電源回路２３
によって得られた幾つかの駆動電源はマイクロコンピュ
ータ２１の直流電源として供給され、一つの駆動電源２
４（図１参照）はインバータ主回路６の負側のトランジ
スタ１０乃至１２のベースドライブ用の共通の直流電源
として供給され、３つの駆動電源はインバータ主回路６
の正側のトランジスタ７乃至９の各ベースドライブ用の
直流電源として供給されるようになっている。

【００１６】さて、図２に従ってベースドライブ回路２
２の具体的構成の一部について述べる。インバータ主回
路６の負側のトランジスタ１０乃至１２に共通の駆動電
源２４の正，負端子間には、コンデンサ２５が接続され
ているとともに、抵抗２６及びダイオード２７乃至２９
の直列回路が接続されており、更に、ダイオード２７乃
至２９の直列回路に並列にコンデンサ３０が接続されて
おり、この場合、抵抗２６とダイオード２７との共通接
続点が基準電圧端子３１とされていて、この基準電圧端
子３１はインバータ主回路６の負側のトランジスタ１０
のエミッタに接続されている。

【００１７】インバータ主回路６の負側のトランジスタ
１０にベース電流を供給するためのフォトカプラ３２
は、発光ダイオード３３，図示しないフォトトランジス
タを含む内部回路３４及び出力用のＮＰＮ形のトランジ
スタ３５，３６を備えている。そして、発光ダイオード
３３のアノード及びカソードはマイクロコンピュータ２
１の出力ポートに接続され、内部回路３４の出力端子は
トランジスタ３５及び３６のベースに接続されている。
更に、トランジスタ３５において、コレクタは駆動電源
２４の正端子に接続され、エミッタは抵抗３７を介して
インバータ主回路６のトランジスタ１０のベースに接続
されており、又、トランジスタ３６において、コレクタ
はトランジスタ１０のベースに接続され、エミッタは駆
動電源２４の負端子に接続されている。

【００１８】ここで、フォトカプラ３２は、発光ダイオ
ード３３がマイクロコンピュータ２１からの信号により
発光されると、内部回路３４がこれを検出してトランジ
スタ３５にベース電流を供給してオンさせ、発光ダイオ
ード３３の発光が停止されると、トランジスタ３５をオ
フさせるとともにトランジスタ３６にベース電流を供給
してオンさせるようになっている。

【００１９】以上は、インバータ主回路６のベースドラ
イブ回路２２の内の一つの負側のトランジスタ１０に対
するベースドライブ回路部分を説明したものであるが、
他の負側のトランジスタ１１及び１２に対しても駆動電
源２４を共用電源としてフォトカプラ３２と同様のフォ
トカプラが夫々接続されて夫々のベースドライブ回路部
分が構成されている。

【００２０】又、インバータ主回路６の正側のトランジ
スタ７，８及び９に対しては、駆動電源２４とは別に電
源回路２３によって得られた３つの電気的に絶縁された
駆動電源及びフォトカプラ３２と同様の３つのフォトカ
プラが用いられて夫々の独立したゲートドライブ回路部
分が構成されている。

【００２１】さて、図１に従って、電流検出装置３８に
ついて述べる。即ち、積分回路３９は、オペアンプ４０
を備えている。このオペアンブ４０において、反転入力
端子（−）は抵抗４１を介して全波整流回路４（図２参
照）の負端子に接続されているとともに、非反転入力端
子（＋）は基準電圧端子３１に接続され、そして、出力
端子と反転入力端子（−）との間にはコンデンサ４２が
接続されている。

【００２２】比較回路４３はコンパレータ４４を備えて
いる。このコンパレータ４４において、非反転入力端子
（＋）はオペアンプ４０の出力端子に接続され、反転入
力端子（−）は抵抗４５を介して駆動電源２４の正端子
に接続されているとともにツェナーダイオード４６を介
して基準電源端子３１に接続され、出力端子は抵抗４７
を介してＮＰＮ形のトランジスタ４８のベースに接続さ
れているとともに抵抗４９を介してＮＰＮ形のトランジ
スタ５０のベースに接続されている。そして、トランジ
スタ４８のコレクタ及びエミッタはコンデンサ４２の両
端子に接続され、トランジスタ５０のコレクタ及びエミ
ッタはツェナーダイオード４６のカソード及びアノード
に接続されている。

【００２３】フォトカプラ５１は、発光ダイオード５２
及びフォトトランジスタ５３を備えている。そして、発
光ダイオード５２のアノードはコンパレータ４４の出力
端子に接続され、カソードは抵抗５４を介して駆動電源
２４の負端子に接続されている。又、フォトトランジス
タ５３のコレクタ及びエミッタはマイクロコンピュータ
２１の入力ポートに接続されている。

【００２４】次に、本実施例の作用につき、図３をも参
照しながら説明する。インバータ主回路６のトランジス
タ７乃至１２にマイクロコンピュータ２１からの通電タ
イミング信号及びＰＷＭ信号に基づいてベースドライブ
回路２２を介してベース電流を供給して順次オン，オフ
させると、直流電源回路１からの直流電源電圧が交流電
圧に変換されて交流モータ２０に供給される。

【００２５】以上の動作をインバータ主回路６の負側の
トランジスタ１０を例にとって具体的に述べるに、マイ
クロコンピュータ２１からフォトカプラ３２の発光ダイ
オード３３に電流が供給されると、発光ダイオード３３
が発光して、これに応じて、トランジスタ３５がオンさ
れるようになり、これによって、駆動電源２４からトラ
ンジスタ３５のコレクタ，エミッタ間及び抵抗３７を介
してトランジスタ１０にベース電流が供給され、トラン
ジスタ１０がオンする。

【００２６】逆に、マイクロコンピュータ２１からフォ
トカプラ３２の発光ダイオード３３への電流の供給が停
止されると、発光ダイオード３３の発光が停止して、こ
れに応じて、トランジスタ３５がオフされ、代りにトラ
ンジスタ３６がオンされるようになる。そして、トラン
ジスタ３５のオフによりトランジスタ１０に対するベー
ス電流の供給が停止され、トランジスタ３６のオンによ
りコンデンサ３０の端子間電圧がトランジスタ１０のエ
ミッタ，ベース間に印加される。この場合、トランジス
タ１０のエミッタ電位は基準電圧端子３１に生ずる基準
電圧ＶＲとなり、ベース電位はこの基準電圧ＶＲよりも
低い電位となるので、トランジスタ１０は逆バイアスさ
れて瞬時にオフとなる。

【００２７】このようにして、インバータ主回路６のト
ランジスタ７乃至１２が順次オン，オフされると、イン
バータ主回路６に流れる電流Ｉｏが検出抵抗１９に流れ
るようになる。この電流Ｉｏは、インバータ主回路６が
ＰＷＭ制御されていることにより、図３（ａ）で示すよ
うに断続的なものとなり、且つ、電流量の大小によっ
て、例えば、Ｉｏａ及びＩｏｂのようにピーク値の大小
異なるものになる。従って、今、検出抵抗１９の抵抗値
をＲとし、電流Ｉｏの平均値をＩとすると、検出抵抗１
９でＩ×Ｒの電圧降下が生ずるが、トランジスタ１０の
エミッタは基準電圧ＶＲとなっているので、検出抵抗１
９から積分回路３９に入力される信号Ｓ１は、

【数１】 となって、図３（ｂ）に示すように、基準電圧ＶＲから
負側に変化するものとなる。

【００２８】そして、この信号Ｓ１は積分回路３９によ
って積分されるので、入力用抵抗４１の抵抗値をＲＸ及
び帰還用コンデンサ４２の容量をＣＸとすると、その積
分出力信号Ｓ２は、

【数２】 のようになり、図３（ｃ）に示すようになる。

【００２９】更に、この積分出力信号Ｓ２は、比較回路
４３のコンパレータ４４の設定値たる比較電圧信号Ｓ３
と比較される。この場合、コンパレータ４４の比較電圧
信号Ｓ３は、コンパレータ４４の出力信号Ｓ４がロウレ
ベル（０）のときには、

【数３】 となっており、図３（ｄ）に示す如くである。比較回路
４３においては、図３（ｃ）及び（ｅ）で示すように、
積分出力信号Ｓ２が比較電圧信号Ｓ３＝ＶＺとなると、
コンパレータ４４の出力信号Ｓ４がハイベル（Ｖｃｃ）
に変化する。

【００３０】コンパレータ４４の出力信号がハイレベル
になると、これに応じて、トランジスタ４８がオンされ
てコンデンサ４２を放電し、又、トランジスタ５０がオ
ンしてツェナーダイオード４６を短絡する。従って、コ
ンパレータ４４の比較電圧信号Ｓ３は、

【数４】 に変化する（図３（ｄ）参照）。

【００３１】そして、コンデンサ４２が放電されて積分
出力信号Ｓ２が基準電圧ＶＲとなると、コンパレータ４
４の出力信号Ｓ４は再びロウレベル（０）に変化する。
従って、コンパレータ４４の出力信号Ｓ４のハイレベル
の時間だけフォトカプラ５１の発光ダイオード５２が通
電されて発光し、図３（ｆ）で示すように、フォトトラ
ンジスタ５３がオンする。

【００３２】このように、積分回路３９の積分出力信号
Ｓ２が比較回路４３の比較電圧信号Ｓ３に達する毎にフ
ォトカプラ５１のフォトトランジスタ５３がオンするよ
うになる。この場合、フォトトランジスタ５３のオン時
間はコンデンサ４２の放電時間で一定であり、オフ時間
は電流Ｉの値によって変化する。即ち、

【数５】 となり、時間Ｔはフォトカプラ５１のフォトトランジス
タ５３のオフ時間であり、例えば、電流Ｉｏ＝Ｉｏａの
ときには時間Ｔａであり、電流Ｉｏ＝Ｉｏｂのときには
時間Ｔｂ（Ｔｂ＜Ｔａ）である。

【００３３】以上のようにして、マイクロコンピュータ
２１は、フォトカプラ５１のフォトトランジスタ５３か
らのオン，オフ信号即ちパルス信号を受けて、そのパル
ス信号の間隔Ｔを測定することにより、回路定数を用い
て次式によって電流Ｉｏの平均値Ｉを演算する。

【００３４】

【数６】 そして、インバータ主回路６がＰＷＭ制御されているこ
とから、マイクロコンピュータ２１は、ＰＷＭのデュー
ティで（６）式を除算することにより交流モータ２０の
巻線電流を求めるようにしている。

【００３５】尚、積分回路３９の時定数を大に設定した
場合には、より長期的な電流の平均値を検出することが
でき、逆に、時定数を小に設定した場合には、より瞬時
的な電流を検出することができる。

【００３６】このように、本実施例によれば、インバー
タ主回路６に流れる電流Ｉｏを検出抵抗１９により検出
し、その検出信号Ｓ１を積分回路３９により積分し、積
分回路３９による積分出力信号Ｓ２を比較回路４３によ
り設定値たる比較電圧信号Ｓ３と比較し、積分出力信号
Ｓ２が比較電圧信号Ｓ３に達する毎に比較回路４３が所
定幅の出力信号Ｓ４たるハイレベルの信号を出力すると
ともに積分回路３９をリセット（コンデンサ４２の放
電）させ、そして、出力信号Ｓ４に基づいてフォトカプ
ラ５１のフォトトランジスタ５３がパルス信号を出力す
るようにした。

【００３７】従って、マイクロコンピュータ２１は、フ
ォトカプラ５１からのパルス信号の間隔Ｔを測定するこ
とにより電流Ｉｏの平均値を演算することができるもの
であり、この場合に、マイクロコンピュータ２１とベー
スドライブ回路２２即ちインバータ主回路６側とはフォ
トカプラ５１によって電気的に絶縁されているので、イ
ンバータ主回路６側のノイズの影響をマイクロコンピュ
ータ２１が受けることがなく、又、インバータ主回路６
側の素子が破壊してもマイクロコンピュータ２１が連鎖
破壊することを防止できる。

【００３８】しかも、電流検出装置３８は、検出抵抗１
９，積分回路３９，比較回路４３及びフォトカプラ５１
の簡単な回路構成の組合せで実現できるので、従来の絶
縁増幅器或いは磁気検出器とは異なり、高価な素子を用
いる必要がなくて、それほどコストアップとなることは
ない。

【００３９】そして、電流検出装置３８の駆動電源とし
ては、インバータ主回路６の負側のトランジスタ１０乃
至１２にベース電流を供給するための駆動電源２４を共
用しているので、専用の駆動電源を設ける必要はなく、
それだけ、回路構成が簡単になる。

【００４０】尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例
にのみ限定されるものではなく、例えば負荷としては交
流モータに限らず交流負荷全般に適用し得る等、要旨を
逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論
である。

【００４１】

【発明の効果】本発明のインバータの電流検出装置は、
以上説明した通り、インバータ主回路に流れる電流を検
出抵抗により検出して、この検出信号を積分回路，比較
回路及びフォトカプラを介して電流量に応じた間隔を有
するパルス信号に変換して制御回路に与えるようにした
ので、インバータ主回路側と制御回路との間の電気的絶
縁を維持しながら、それほどコストアップすることなく
インバータ主回路に流れる電流を検出することができる
という優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部の回路構成図

【図２】全体の回路構成図

【図３】作用説明要の信号波形図

【符号の説明】 １は直流電源回路（直流電源）、６はインバータ主回
路、７乃至１２はトランジスタ、１９は検出抵抗、２０
は交流モータ（負荷）、２１はマイクロコンピュータ
（制御回路）、２２はベースドライブ回路、２３は電源
回路、２４は駆動電源、３２はフォトカプラ、３８は電
流検出装置、３９は積分回路、４３は比較回路、５１は
フォトカプラを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源からの直流電源電圧をインバー
   タ主回路により交流電圧に変換して負荷に供給するよう
   にしたインバータの電流検出装置において、 前記インバータ主回路に流れる電流を検出する検出抵抗
   と、 この検出抵抗による検出信号を積分する積分回路と、 この積分回路の積分出力信号が設定値となる毎に所定幅
   の出力信号を出力するとともにその積分回路をリセット
   する比較回路と、 この比較回路の出力信号に基づいてパルス信号を出力す
   るフォトカプラと、 このフォトカプラのパルス信号の出力間隔に基づいて電
   流量を判断する制御回路とを具備してなるインバータの
   電流検出装置。