JPH09201065A

JPH09201065A - 電源回路

Info

Publication number: JPH09201065A
Application number: JP8007275A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Taki; 伸幸滝
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】放電用の抵抗を省略し、迅速な放電を行う。【解決手段】主電源のオフ時に、スイッチＳを操作し
て、小さな抵抗Ｒ１から大きな抵抗Ｒ２に切り換える。
そして、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３をオンして、トラ
ンジスタ２０、２２をオンする。これによって、平滑コ
ンデンサ４０の蓄積電荷が、トランジスタ２０、２２を
介し流れ消費される。ここで、トランジスタ２０におけ
る電流量は、そのゲートに印加電圧が大きな抵抗Ｒ２に
より制限されるため、所定値に抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主電源からの直流
電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータに供給
し、インバータから所定の交流電流を出力する電源回
路、特に主電源オフ時における平滑コンデンサの蓄積電
荷の消費に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気自動車などにおいては、
バッテリからの直流電圧をインバータで所定の交流電流
に変換し、モータを駆動している。そして、アクセル操
作等に応じて、インバータ内のスイッチングトランジス
タのスイッチングを制御し、モータの出力トルクを制御
している。このような制御を行うためには、インバータ
に供給される直流電圧の変動を抑制することが必要であ
り、通常平滑コンデンサを利用して、主電源から供給さ
れる直流電圧の変動を抑制している。

【０００３】一方、点検整備時などの主電源オフ時にお
いて、平滑コンデンサに蓄積電荷が残留しているのは好
ましくない。そこで、実開平３−１１３９３号公報に記
載の回路では、放電用の抵抗を設け、主電源のオフ時に
平滑コンデンサの両電極間をこの放電用の抵抗で接続
し、コンデンサに蓄積された電荷を消費している。

【０００４】このような放電用の抵抗による放電によっ
て、主電源オフにおいて、平滑コンデンサに蓄積された
電荷を放電することができ、回路の電源ラインがいつま
でも高電圧に維持されるのを防止することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、電気自動車等
では、十分な出力トルクを得るために、かなりの高電圧
の主電源（バッテリ）が採用され、この電圧を一定に維
持するために、平滑コンデンサも大きな容量のものにな
る。そこで、平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間
で消費するためには、放電用抵抗が非常に大きなものに
なり、回路が全体として大型になり、またそのコストも
高くなってしまうという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、放電用の抵抗を不要と
し、回路の小型化および低コスト化ができる電源回路を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、主電源からの
直流電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータに
供給し、インバータにおけるスイッチングトランジスタ
のスイッチングを制御して所定の交流電流を出力する電
源回路において、インバータにおける少なくとも１つの
スイッチングトランジスタの制御端子に印加される制御
電圧の大きさを調整するドライブ手段と、このドライブ
手段を制御して、対応するスイッチングトランジスタを
活性領域で動作させ、ここに流れる電流を所定値に制限
する電流制限手段と、を有し、主電源からの直流電圧の
出力オフ時に、上記電流制限手段により、上記スイッチ
ングトランジスタの制御電圧を制御して、ここに所定の
放電電流を流し、平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させ
ることを特徴とする。

【０００８】このように、主電源のオフ時に、スイッチ
ングトランジスタに調整された電流を流して、平滑コン
デンサの蓄積電荷を放電する。従って、放電用の抵抗が
不要であり、回路の小型化、低コスト化が達成できる。
また、スイッチングトランジスタの放電電流を所望のも
のに設定できるため、スイッチングトランジスタが破壊
されない範囲の大電流を流すことができ、短時間で放電
を終了することができる。

【０００９】また、他の発明は、上記調整手段が、所定
の抵抗を有し、この抵抗を挿入するか否かで、上記制御
電圧の大きさを調整することを特徴とする。主電源オフ
に抵抗の接続を切り換えるという簡単な手段で、スイッ
チングトランジスタにおける放電電流を調整できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。

【００１１】図１は、モータシステムの全体構成を示す
回路図である。バッテリ１０は、インバータ１２を介
し、モータ１４に接続されている。インバータ１２は、
上側トランジスタ２０と下側トランジスタ２２の直列接
続からなるアームを３本有し、所定のトランジスタ２
０、２２を順次オンすることによって、モータ１２のス
テータコイルに互いに１２０゜異なる三相の交流電流を
順次供給する。モータ１２は、その内部に、永久磁石を
有するロータを有し、ステータコイルに生じる回転磁界
によって、ロータが回転する。

【００１２】なお、各トランジスタ２０、２２は、ＩＧ
ＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）で構成さ
れており、それぞれのコレクタエミッタ間は、逆起電流
を流すためのダイオード２４で接続されている。

【００１３】また、各トランジスタ２０、２２のゲート
には、制御装置３０が接続されており、この制御装置３
０がゲート電圧を制御することによって、上述のトラン
ジスタ２０、２２のスイッチングが達成される。

【００１４】制御装置３０には、モータ１４のロータの
位置情報や、トルク指令などが供給され、制御装置３０
はこれらの情報に基づいて、トランジスタ２０、２２の
スイッチングを制御し、モータ１４の駆動を制御する。
また、制御装置３０からトランジスタ２０のゲートに至
るラインには、上側ドライブ回路３２が配置され、トラ
ンジスタ２２のゲートに至るラインには、下側ドライブ
回路３４が配置されており、これらドライブ回路３２、
３４によって、所望のゲート電圧が印加される。なお、
本例では、電流センサ３６が、インバータ１４に流れる
電流を検出し、検出結果の信号を制御装置３０に供給し
ている。

【００１５】さらに、インバータ１２の電源・アース間
には、平滑コンデンサ４０が接続されており、これによ
って、バッテリ１０から供給される直流電圧の変動を抑
制している。また、メインスイッチ４２は、電気自動車
のイグニッションスイッチのオフによって、バッテリ１
０をインバータ１４から切り離すものである。

【００１６】図２には、図１において、破線で示した平
滑コンデンサ４０及びドライブ回路３２、３４を含むイ
ンバータの１アーム分の構成を示す。このように、上側
ドライブ回路３２は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、抵
抗Ｒ１、Ｒ２及びスイッチＳからなっている。トランジ
スタＴｒ１はＰＮＰトランジスタ、Ｔｒ２はＮＰＮトラ
ンジスタであり、これらは、トランジスタ２０のエミッ
タ側に対し１５Ｖの制御用電源とトランジスタ２０のエ
ミッタ側の間に直列接続されて配置されている。そし
て、両トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベースは共通の端
子Ｔ１に接続され、ここを介し制御装置３０からの信号
を受け入れる。また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコ
レクタ・エミッタの接続部がスイッチＳの一端に接続さ
れており、スイッチＳの他端は、抵抗Ｒ１またはＲ２に
切り換え接続される。そして、抵抗Ｒ１、Ｒ２の他端
は、トランジスタ２０のゲートに共通接続されている。
従って、制御装置３０からの信号によって、トランジス
タＴｒ１またはＴｒ２のいずれかがオンし、トランジス
タ２０のオンオフが制御される。

【００１７】例えば、端子Ｔ１への入力が「Ｈ」であっ
た場合には、トランジスタＴｒ２がオンし、トランジス
タ２０のゲートがアース電位になり、トランジスタ２０
がオフされる。一方、端子Ｔ１が「Ｌ」になると、トラ
ンジスタＴｒ２がオンし、トランジスタ２０がオンす
る。

【００１８】また、下側ドライブ回路３４は、トランジ
スタＴｒ３、Ｔｒ４及び抵抗Ｒ３からなっている。この
下側ドライブ回路３４は、スイッチＳがなく抵抗が１つ
しかないが、その他の構成は上側ドライブ回路３２と同
様であり、制御装置３０からの信号を端子Ｔ２が受け入
れ、これによってトランジスタＴｒ３またはＴｒ４のい
ずれかがオンし、トランジスタ２２のオンオフが制御さ
れる。

【００１９】ここで、抵抗Ｒ１及びＲ３は、抵抗値が同
一の小さな抵抗で、抵抗Ｒ２は、抵抗値の大きな抵抗で
あり、スイッチＳは通常時抵抗Ｒ１を選択している。こ
のため、制御装置３０からの信号によって、トランジス
タ２０、２２がオンオフされて、モータの駆動が制御さ
れる。

【００２０】一方、メインスイッチ４２がオフされた場
合には、制御装置３０は、端子Ｔ１及びＴ２の両方に
「Ｌ」を供給すると共に、スイッチＳを抵抗Ｒ２側に切
り換える。これによって、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３
がオンされ、トランジスタ２０、２２の両方がオンされ
るが、トランジスタ２０へのゲート電圧は、大抵抗Ｒ２
を介し供給される。そこで、このトランジスタ２０は、
飽和領域ではなく、活性領域で動作することになり、そ
のコレクタ電流は、ゲート電圧値に依存するものにな
る。

【００２１】すなわち、図３に示すように、ＩＧＢＴの
コレクタ電流は、コレクタエミッタ間電圧が大きい場合
に、ゲート電圧のみによって決定される。そこで、メイ
ンスイッチ４２がオフされたときに、制御装置３０が、
トランジスタ２２をオンすると共に、スイッチＳにより
抵抗Ｒ２を介しトランジスタ２０をオンすることによっ
て、トランジスタ２０に流れる電流を制御することがで
きる。これによって、平滑コンデンサ４０の蓄積電荷の
放電経路における電流Ｉｃをトランジスタ２０によって
調整することができ、所望の放電が達成される。そし
て、所定の放電が終了したときに、トランジスタ２０、
２２をオフして、この放電処理を終了する。

【００２２】例えば、平滑コンデンサが７０００μＦで
あり、バッテリ１０が３００Ｖであった場合、蓄積電荷
は２．１クーロンである。このため、トランジスタ２０
の電流を３００Ａに調整することで、７ｍｓｅｃで放電
が完了する。なお、放電時におけるトランジスタ２０に
おける電流は、モータ駆動時に必要な最大電流に対応し
て設定すればよい。このようにして行う放電は、現実的
な大きさの放電用の抵抗によって行う放電より、短時間
にできる。

【００２３】これによって、放電抵抗を不要とし、短時
間で放電を完了することができる。なお、放電時にトラ
ンジスタ２０を１つだけオンし、これに接続されたトラ
ンジスタ２２をオンしてもよいが、トランジスタ２０、
２２をすべてオンすることによって、すべてのトランジ
スタ２０、２２の発熱によって、放電を達成できる。ま
た、上記例では、上側トランジスタ２０のゲート電圧を
調整したが、下側トランジスタ２２のゲート電圧を調整
してもよいし、さらに上側及び下側トランジスタ２０、
２２の両方のゲート電圧を調整してもよい。下側トラン
ジスタ２２のゲート電圧の調整にも上側トランジスタ２
０のゲート電圧調整と同様の回路が適用できる。特に、
すべてのトランジスタ２０、２２のゲート電圧を調整し
て放電を行うと、すべてのトランジスタ２０、２２にお
いて、同様の発熱がおこるため、放電をより短時間で終
了できる。さらに、ゲート電圧の調整は、抵抗の切り換
えに限らず、所定の定電圧が印加できればどのような構
成でもよい。また、ゲート電圧を調整するために抵抗Ｒ
２の抵抗値を可変とするのも好適である。

【００２４】図４に、平滑コンデンサ４０の蓄積電荷放
電処理のフローチャートを示す。制御装置３０は、メイ
ンスイッチ４２がオフされたかを検出しておき（Ｓ１
１）、オフされた場合には、すべてのトランジスタ２
０、２２をオフし（Ｓ１２）、モータ１４の駆動電流を
停止する。

【００２５】そして、スイッチＳを抵抗Ｒ１からＲ２に
切り換え（Ｓ１３）、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオ
ンする（Ｓ１４）。これによって、トランジスタ２０に
おける電流量が所定量に調整され、トランジスタ２０、
２２を貫通する電流による放電が開始される。

【００２６】そして、電流センサ３６の検出値である放
電電流Ｉｃが０になったかを判定し（Ｓ１５）、０にな
ったことで、放電の終了を検出する。

【００２７】放電が終了した場合には、トランジスタＴ
ｒ１、Ｔｒ２をオフし（Ｓ１６）、スイッチＳを抵抗Ｒ
１側に戻し処理を終了する。

【００２８】このようにして、メインスイッチ４２がオ
フされたときに制御装置３０の処理によって、平滑コン
デンサ４０の蓄積電荷の放電を確実に達成できる。な
お、このフローチャートのＳ１５においては、放電電流
が０になったことで放電の終了を判定したが、所定時間
経過したことで、放電の終了を判定してもよい。すなわ
ち、バッテリ１０の電圧、平滑コンデンサ４０の容量、
トランジスタ２０をオンしたときの電流量等はすべて予
め分かっており、放電に要する時間も予め分かってい
る。そこで、放電が確実に終了する時間が経ったことで
放電終了を判定してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】システムの全体構成を示す回路図である。

【図２】トランジスタ２０、２２のドライブの構成を
示す回路図である。

【図３】トランジスタの特性を示す図である。

【図４】処理動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０バッテリ、１２インバータ、１４モータ、２
０上側トランジスタ、２２下側トランジスタ、２４
ダイオード、３０制御装置、３２上側ドライブ回
路、３４下側ドライブ回路、４０平滑コンデンサ、
Ｔｒ１〜Ｔｒ４トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ３抵抗、Ｓ
スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主電源からの直流電圧を平滑コンデンサ
により平滑してインバータに供給し、インバータにおけ
るスイッチングトランジスタのスイッチングを制御して
所定の交流電流を出力する電源回路において、インバータにおける少なくとも１つのスイッチングトラ
ンジスタの制御端子に印加される制御電圧の大きさを調
整するドライブ手段と、このドライブ手段を制御して、対応するスイッチングト
ランジスタを活性領域で動作させ、ここに流れる電流を
所定値に制限する電流制限手段と、を有し、主電源からの直流電圧の出力オフ時に、上記電流制限手
段により、上記スイッチングトランジスタの制御電圧を
制御して、ここに所定の放電電流を流し、平滑コンデン
サの蓄積電荷を消費させることを特徴とする電源回路。
【請求項２】請求項１に記載の回路において、上記調整手段は、所定の抵抗を有し、この抵抗を挿入す
るか否かで、上記制御電圧の大きさを調整することを特
徴とする電源回路。