JPH11215837A - インバータの過電流保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の高速で作動することが要求されるイン
バータ過電流保護回路では，ノイズ等による誤動作を最
小限にし，異常信号を受けた制御回路は再起動時に通常
の起動制御ができない問題があった。 【解決手段】 この発明はインバータの過電流検出回路
１６の過電流異常検出時に出力遮断時間を延長するタイ
マ回路１７を備え、前記タイマ回路１７の出力信号を、
制御回路６と出力遮断回路１８との両方に出力する構成
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，空気調和機用イ
ンバータの過電流保護回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、例えば特開昭６１−１０２１７
１号公報に示されたインバータのリトライ制御装置を示
す回路図であり、図において、１はインバータ主回路
で、整流回路２、平滑コンデンサ３、インバータ回路４
及び母線電流を検出するシャント抵抗５とから成ってい
る。６制御回路で、前記インバータの主回路１の動作を
制御する回路である。７はベース駆動回路で、前記制御
回路６から与えられる制御信号に基づいて前記インバー
タ主回路１のインバータ側スイッチング素子を駆動する
ため、例えば６チャンネルのベース駆動信号を発生する
と共に、ベース遮断信号ｂが入力されているときにはベ
ース駆動信号の発生を抑圧して出力しない様に動作す
る。８はベース遮断回路の第１のラッチ回路で、フリッ
プフロップ回路などからなり、異常検出信号ａとリトラ
イ禁止信号ｅの少なくとも一方がオア回路９を介して入
力されたときにセットされ、ベース遮断信号ｂをラッチ
する働きをする。

【０００３】１０は第１のタイマ回路で、第１のアンド
回路１１からの信号ｃによりトリガされ、第１の所定の
時間Ｔ１経過後に比較的狭いパルス信号ｄを発生する働
きをする。１２は第２のタイマ回路で、パルス信号ｄに
よってトリガされ、第２の所定の時間Ｔ２の期間中ハイ
を保つ信号ｅを発生する働きをする。１３はリトライ表
示信号の第２のラッチ回路で、第２のアンド回路１４の
信号ｂとｅのアンド条件として現れる信号ｆによってセ
ットされ、リトライ禁止信号ｇをラッチする働きをす
る。なお、ａは異常検出信号で、前記インバータ主回路
１に過電流が現れたときなどの異常発生時に出力される
信号である。なお、ベース遮断信号ｂの第１のラッチ回
路８は、第１のタイマ回路１０の出力であるパルス信号
ｄによってセットされるが、リトライ表示信号ｇの第２
のラッチ回路１３はインバータ装置の始動時にリセット
されるようになっている。

【０００４】次に動作を図８のタイムチャートによって
説明する。まず、図８の（ａ）は、インバータが運転
中、ノイズ等によって過渡的に異常が発生した場合の動
作を示すもので、いま、時刻ｔ０で過渡的な異常の結果
として異常検出信号ａが立ち上ったとすると、これによ
り第１のラッチ回路８がセットされベース遮断信号ｂが
立上がるため、この時刻ｔ０でインバータ主回路１の出
力が遮断される。

【０００５】一方、このときには第２のタイマ回路１２
はまだ動作していないから、その出力信号ｅはローレベ
ルにあり、この結果、ベース遮断振動ｂは第１のアンド
回路１１を通って第１のタイマ回路１１に入力され、こ
れにより第１のタイマ回路１０は時刻ｔ０でトリガされ
時間Ｔ１の計測に入る。こうして時刻ｔ０から時間Ｔ１
が経過すると，この時刻ｔ１で第１のタイマ回路１０か
らパルス信号ｄが出力され、これにより第１のラッチ回
路８はリセットされてベース遮断信号ｂは消滅し、この
結果、インバータ主回路１は再びベース駆動回路７から
ベース駆動信号が入力され始め、これによって主回路１
からは再び交流出力が負荷に供給されるようになる。

【０００６】次に図８（ｂ）はインバータ運転中に、ノ
イズなどによるものではなくて、機器の何らかの異常に
よる永続性の異常を生じた場合の動作を説明するための
もので、まず、時刻ｔ０で異常が検出され信号ａが現れ
たとすると、これによりベース遮断が信号ｂによって行
われる、これにより異常検出信号ａは直ちに消滅させら
れる。

【０００７】しかして、この後、第１のタイマ回路１０
により設定されている時間Ｔ１が経過すると、時刻ｔ１
でパルス信号ｄが発生し、リトライが行われ、ベース遮
断が解除されてインバータ主回路１が交流出力を発生し
始めようとする。ところが、上記したように、このとき
には時刻ｔ０で永続的な異常が発生したのであるから、
この時刻ｔ１で再度リトライされ再びインバータが動作
を開始すると、これに僅かに遅れた時刻ｔ２で再び異常
検出信号ａが現れ、ベース遮断信号ｂが立上がり、この
結果、リトライはキャンセルされ、再びベース遮断が行
われてインバータの交流出力はゼロにされる。

【０００８】しかしながら、このときには、時刻ｔ１以
降、第２のタイマ回路１２が動作しており，その出力信
号ｅはハイレベルになっている。従って、今度はアンド
回路７は禁止され、一方、第３のアンド回路１４は能動
化されており、この結果、ベース遮断振動ｂは第３のア
ンド回路１４を通過して信号ｆとなり、第２のラッチ回
路１３をセットし、これにより時刻ｔ２で信号ｇを立ち
上げ、以後、この信号ｇはラッチされ、第１のラッチ回
路８のリセットを禁止してしまう。

【０００９】また、第１の保護連動手段が異常時に保護
依頼信号が出力されると、第２の保護連動手段の出力信
号に基づいて交直変換部の保護動作を行う技術が、特開
平８−１１１９８１号公報に開示されている。

【００１０】また、異常発生時にインバータの出力遮断
を行い１〜２ミリ秒後にリセットを行い、５０ミリ秒間
異常が発生しなかった場合に運転を継続し、５０ミリ秒
の間に異常が生じた時にインバータを遮断する技術が、
特開昭６１−１０２１７１号公報に開示さ。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のインバータの過
電流保護装置は以上のように構成されているので、イン
バータ制御回路に異常信号が伝達されず、例えばインバ
ータ負荷が圧縮機等の場合には、一度ノイズ等による誤
動作で過電流遮断した場合には、遮断が解除されて再起
動するときには制御回路の出力パターン（周波数・電
圧）が運転中と同じであるためトルク不足で再度過電流
遮断を取り込む等の問題点があった。

【００１２】また、インバータ主回路と過電流検出回路
とを制御回路とは別の基板上に構成した場合には、例え
ば異常検出信号回路が抜けていた場合等には、制御回路
に異常信号が伝達されず、ハードウェアでのリトライが
繰り換えされ、インバータ主回路素子にストレスを加え
インバータ主回路を破壊させる恐れがあった。

【００１３】また、インバータ主回路の母線電圧が低く
なれば長くなる主回路素子の短絡耐力に関係なく一定の
時間で作動するフィルタ回路構成としているため、本来
異常停止しなくてもよい母線電圧でノイズに対しても過
敏に作動する等の問題点があった。

【００１４】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、異常信号を制御回路に送信す
るとともに、異常信号を受けた制御回路は再起動時に通
常の起動制御をできるようにした空調機用インバータの
過電流保護装置を得るものである。

【００１５】また、異常検出信号の断線時にも異常を検
出し、停止できるインバータの過電流検出回路を得るも
のである。

【００１６】さらに、インバータ母線電圧を検出し、そ
の電圧により許容可能な最大時間まで運転を継続できる
インバータの過電流保護回路を得るものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るインバー
タの過電流保護回路においては、 出力周波数及び，出
力電圧に応じたスイッチングパターンをマイコンにより
演算し、ゲート信号を出力し主回路スイッチング素子を
駆動すると共に，異常検出機能を設け、異常発生時に出
力遮断を行う機能を備えたインバータ装置において、過
電流異常検出時に出力遮断時間を延長するタイマ回路を
備え、前記タイマ回路の出力信号を、制御回路と出力遮
断回路との両方に出力するようにしたものである。

【００１８】また、この発明に係るインバータの過電流
保護回路においては、出力周波数及び，出力電圧に応じ
たスイッチングパターンをマイコンにより演算し、ゲー
ト信号を出力し主回路スイッチング素子を駆動すると共
に，異常検出機能を設け、異常発生時に出力遮断を行う
機能を備えたインバータ装置において、過電流異常検出
時に出力遮断時間を延長するタイマ回路を備え、負荷駆
動中に所定時間負荷電流が零の時に出力遮断する負荷電
流検出回路を設けたものである。

【００１９】また、この発明に係るインバータの過電流
保護回路においては、出力遮断時間を負荷電流異常検出
時間よりも長くしたものである。

【００２０】また、この発明に係るインバータの過電流
保護回路においては、整流回路、平滑コンデンサ、イン
バータ回路及び母線電流を検出するシャント抵抗とから
成るインバータ主回路を備えたインバータ装置におい
て、過電流と母線電圧検出回路とを備え、インバータの
直流母線電圧を検出し、母線電圧に応じて過電流の検出
遅れ時間定数を切換えるようにしたものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１である空調機用インバータの過電流保護回
路を示すブロック図である。図１において、１はインバ
ータ主回路で、整流回路２、平滑回路３、インバータ回
路４及び前記インバータ主回路１に設けられ母線電流を
検出するシャント抵抗５とから成っている。６は目標周
波数よび電圧に応じたインバータの出力パターンを演算
し、信号出力をする制御回路で、前記インバータの主回
路１の動作を制御する回路である。１５は空調機の圧縮
機モータで、前記インバータ主回路１により駆動され
る。１６は前記シャント抵抗５の両端電圧信号ｃにより
インバータ主回路１の電流が異常レベルかどうかを判定
し、異常の時に過電流検出信号ｄを出力する過電流検出
回路、１７は過電流検出信号ｄ出力を延長するタイマ回
路、１８はこのタイマ回路１７からの出力遮断信号ｆに
よりインバータ主回路１への出力を遮断する出力遮断回
路である。

【００２２】図において、ａは制御回路６から出力され
るインバータスイッチング信号、ｂは出力遮断回路１８
を通過したインバータスイッチング信号、ｃはシャント
抵抗４の両端電圧信号、ｄは過電流検出回路１６より出
力される過電流検出信号、ｅは過電流検出信号をタイマ
回路１７により延長し出力した出力遮断信号、ｆは出力
遮断信号ｅと同タイミングで制御回路６へ出力される過
電流検出信号を示す。

【００２３】次にこの発明による実施の形態１のインバ
ータの過電流保護回路の動作について説明する。圧縮機
モータ１５が正常に運転している時、インバータ主回路
１に搭載されたシャント抵抗５の両端電圧信号ｃは正常
なレベルとなり、過電流検出回路１６からの過電流検出
信号ｄ、タイマ回路１７からの出力遮断信号ｅと過電流
検出信号ｆはそれぞれ、正常な状態の０（正常は０、異
常は１を出力）を出力する。この時、制御回路６から出
力されるインバータスイッチング信号ａは出力遮断回路
１８を通過しインバータスイッチング信号ｂとなり動作
状態１（停止中は０、動作中は１を示す）を出力し、イ
ンバータ主回路１は駆動され圧縮機モータ１５は運転を
続ける。

【００２４】次に、圧縮機モータ１５がロックし電流が
増大したとき、シャント抵抗５の両端電圧信号ｃは上昇
し、過電流検出回路１６から出力される過電流検出信号
ｄは異常な状態１となり、この異常信号１を受けたタイ
マ回路１７の出力信号である出力遮断信号ｅは異常な状
態１となる。出力遮断回路１８を通過したインバータス
イッチング信号ｂは制御回路６のインバータスイッチン
グ信号ａとは無関係に停止状態０を出力し、インバータ
主回路１は停止状態となり、圧縮機モータ１５は運転を
停止し、シャント抵抗５の両端電圧信号ｃは０レベルと
なる。そして、過電流検出回路１６から検出信号ｄが出
力され、かつタイマ回路１７から制御回路６へ出力され
た過電流検出信号ｆは出力遮断信号ｅと同タイミングで
出力され、その後、制御回路６からのインバータスイッ
チング信号ａは動作状態１から停止状態０に変わる。そ
の約３分後、制御回路６では低周波から再起動し、正常
動作に復帰する。

【００２５】図２は，この実施の形態１のインバータの
過電流保護回路の動作を説明するためのタイムチャート
である。図において、ａ〜ｆの記号は図１上の記号に対
応している。図３は、制御回路６への過電流検出信号ｆ
が断線していた場合の動作を示すタイムチャートであ
る。

【００２６】次に、図２と図３により、制御回路６への
過電流検出信号ｆが配線の断線等で伝達されない場合に
過電流を検出した時の動作について説明する。インバー
タ主回路１の運転中に圧縮機モータ１５がロックし電流
が増大した時、シャント抵抗５の両端電圧信号ｃは上昇
し、過電流検出信号ｄは異常の状態の１を出力し、出力
遮断信号ｅも異常の状態１となり、出力遮断回路１８を
通過したインバータスイッチング信号ｂは、，制御回路
６から出力されたのインバータスイッチング信号ａとは
無関係に０（停止）状態となり、インバータ主回路１は
停止し、シャント抵抗４の両端電圧信号ｃは０となる。
この時、制御回路６への過電流検出信号ｆは、制御回路
６へ伝わらないためインバータスイッチング出力ａは動
作状態を継続する。タイマ回路１７からの出力遮断信号
ｅの異常状態１はＴ１後に解除され正常状態０となり、
出力遮断回路１８を通過したインバータスイッチング信
号ｂは動作状態１となり、インバータ主回路１は前回の
スイッチングパターンでスイッチングを開始する。

【００２７】しかし、その直後にシャント抵抗５の両端
の電圧信号ｃは急激に上昇し、過電流検出回路１６は過
電流検出信号ｄを異常状態１を出力し、タイマ回路１７
は異常状態１を出力し、出力遮断信号ｅは異常状態１と
なり、出力遮断回路１８によってインバータスイチイン
グ信号ｂは、停止状態０となり、インバータ主回路１は
停止し、圧縮機モータ１５も停止する。その後も同様の
動作を繰返す。この時のタイマ回路１７の設定値Ｔ１は
万一制御回路６への出力遮断信号ｆの回路が断線した場
合でも、インバータ主回路１が破壊しないように十分長
い時間に設定する。

【００２８】実施の形態２．実施の形態１において、過
電流検出信号ｆの回路が断線した場合に出力遮断信号ｅ
によるインバータスイッチング信号ｂの遮断と解除を繰
返したが、図４に示すこの発明の実施の形態２のよう
に、圧縮機モータ１５へ流れ込む負荷電流を検出する負
荷電流検出回路１９を設け、負荷電流レベル信号ｇを制
御回路６へ取り込む構成とすれば、出力遮断信号ｆの回
路の断線時にも制御回路６での異常検出が可能となり再
起動ができる。

【００２９】図５はこの発明の実施の形態２の動作を説
明するためのタイムチャート図である。図において，ａ
〜ｇは図４に示す回路の記号に対応する。

【００３０】次に動作について説明する。圧縮機モータ
１５が正常な時、インバータ主回路１の電流を検出する
ためのシャント抵抗５の両端電圧信号ｃは過電流検出回
路１６からの過電流検出信号ｄ、タイマ回路１７からの
出力遮断信号ｅ、過電流検出信号ｆはそれぞれ正常状態
０となる。この時、制御回路６から出力されるインバー
タスイッチング信号ａ、出力遮断回路１８を通過したイ
ンバータスイッチング信号ｂは動作状態１となり、イン
バータ主回路１は圧縮機モータ１５の運転を継続する。
この時、負荷電流検出回路１９からの負荷電流レベル信
号ｇは通常のレベルを示す。

【００３１】次に、圧縮機がロックし、インバータ主回
路１に過大電流が流れたとすると、シャント抵抗４の両
端電圧信号ｃは上昇し異常レベルとなり、，過電流検出
回路１６からの過電流検出信号ｄは異常状態１となり、
タイマ回路１７からの出力遮断信号ｅは１となり、出力
遮断回路１８を通過したインバータスイッチング信号ｂ
は制御回路６のインバータスイッチング信号ａとは無関
係に停止状態０となり、インバータ主回路１は停止し、
圧縮機モータ１５を停止させる。制御回路６への出力遮
断信号ｆは，制御回路６へ伝わらずインバータスイッチ
ング出力ａは動作状態１を継続する。この時、負荷電流
レベル信号ｇは正常値から０に変化する。

【００３２】その後、タイマ回路１７からの出力遮断信
号ｅがＴ１後に解除され０となり、出力遮断回路１８が
出力を解除する。インバータスイッチング信号ａがＯＮ
中に負荷電流レベル信号ｇが０を連続してＴ２（＜Ｔ
１）継続した場合には、制御回路６は異常を検出しイン
バータスイッチング信号ａを停止状態０にし、出力遮断
回路１８を通過したインバータスイッチング信号ｂを停
止状態０にし、インバータ主回路１を停止し、圧縮機モ
ータ１５の運転を停止させる。

【００３３】その約３分後、制御回路６では約１０ＨＺ
の低周波から再起動するインバータスイッチング信号ａ
を出力し，出力遮断回路１８を通過インバータスイッチ
ング信号ｂにより、インバータ主回路１は駆動され圧縮
機モータ１５は正常動作に復帰する。

【００３４】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３を示すもので、図において、１６は過電流検出回路
で、一端を整流回路２とシャント抵抗５との間の平滑コ
ンデンサ３接続部の第一母線１aに接続し、他端をイン
バータ回路４とシャント抵抗５との間の母線１aに接続
している。１６ａ、１６ｂは過電流検出レベルを決定す
る第１抵抗及び第２抵抗、１６ｃ、１６ｄは検出遅れ時
間、即ち、電流が過電流保護レベルを越えても遮断回路
を作動させない時間を決定するためのそれぞれ第３抵抗
およびコンデンサで、フィルタ１６ｅを構成している。
１６ｆはコンパレータ、１６ｇはフォトカプラ１６ｈの
ダイオード電流を決定するための制限抵抗、１６ｉはこ
の発明に係る遅れ時間を切換えるためのコンデンサ、１
６ｊは母線電圧が低い時に閉路となるリレーの切換接点
である。２０は母線電圧検出回路で、一端を整流回路２
とシャント抵抗５との間の平滑コンデンサ３接続部の第
一母線１aに接続し、他端を前記平滑コンデンサ３接続
部の第二母線１bに接続している。２０ａ、２０ｂは母
線電圧検出レベルを決定する第１及び第２抵抗、２０
ｃ、２０ｄは母線電圧を分圧するための第３及び第４抵
抗、２０ｅはコンパレータ、２０ｆは過電流検出回路の
遅れ時間を切換えるリレーコイルからなる。

【００３５】次に動作について説明する。母線電圧があ
る設定電圧以下の時にはリレーコイル２０ｆに電圧が印
加され、リレー接点１６ｉが閉となり、検出遅れ時間は
抵抗１６ｃとコンデンサ１６ｄとコンデンサ１６ｉとで
決まり通常よりも長くなる。これに対して、母線電圧が
ある設定電圧以上の時にはリレーコイル２０ｆに電圧は
印加されず、検出遅れ時間はリレー接点１６ｉは開とな
り、抵抗１６ｃとコンデンサ１６ｄとで決まる。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明に係る
インバータの過電流保護回路においては、 出力周波数
及び，出力電圧に応じたスイッチングパターンをマイコ
ンにより演算し、ゲート信号を出力し主回路スイッチン
グ素子を駆動すると共に，異常検出機能を設け、異常発
生時に出力遮断を行う機能を備えたインバータ装置にお
いて、過電流異常検出時に出力遮断時間を延長するタイ
マ回路を備え、前記タイマ回路の出力信号を、制御回路
と出力遮断回路との両方に出力するように構成したか
ら、主回路スイッチングの影響を受けやすい高速遮断回
路と制御回路を別々の基板上で構成でき、制御回路への
信号に対して出力遮断遅れの少ないノイズ対策が可能と
なり、信頼性が向上する効果がある。

【００３７】また、この発明に係るインバータの過電流
保護回路においては、出力周波数及び，出力電圧に応じ
たスイッチングパターンをマイコンにより演算し、ゲー
ト信号を出力し主回路スイッチング素子を駆動すると共
に，異常検出機能を設け、異常発生時に出力遮断を行う
機能を備えたインバータ装置において、過電流異常検出
時に出力遮断時間を延長するタイマ回路を備え、負荷駆
動中に所定時間負荷電流が零の時に出力遮断する負荷電
流検出回路を設けた構成としたから、制御回路への過電
流検出信号線の断線時にも、低周波からの再起動制御が
可能となる効果がある。

【００３８】また、この発明に係るインバータの過電流
保護回路においては、出力遮断時間を負荷電流異常検出
時間よりも長くした構成としたから、主回路素子へのス
トレスを最小限に抑えられ、信頼性が向上する効果があ
る。

【００３９】また、この発明に係るインバータの過電流
保護回路においては、整流回路、平滑コンデンサ、イン
バータ回路及び母線電流を検出するシャント抵抗とから
成るインバータ主回路を備えたインバータ装置におい
て、過電流と母線電圧検出回路とを備え、インバータの
直流母線電圧を検出し、母線電圧に応じて過電流の検出
遅れ時間定数を切換えるようにした構成としたから、母
線電圧に応じた最適な検出遅れ時間定数となり、ノイズ
等による誤動作を少なくでき、信頼性が向上する効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示すインバータの
過電流保護回路のブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態１の動作を示すタイム
チャートである。

【図３】 この発明の実施の形態１の異常信号回路断線
時の動作を示すタイムチャートである。

【図４】 この発明の実施の形態２を示すインバータの
過電流保護回路のブロック図である。

【図５】 この発明の実施の形態２の動作を示すタイム
チャートである。

【図６】 この発明の実施の形態３を示すインバータの
過電流検出回路図である。

【図７】 従来の発明に係るインバータのリトライ制御
装置である。

【図８】 従来の発明に係るインバータのリトライ制御
装置の動作を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ インバータ主回路、４ シャント抵抗、６ 制御回
路、１５ 圧縮機モータ、１６ 過電流検出回路、１７
タイマ回路、１８ 出力遮断回路、１９ 負荷電流検
出回路、２０ 母線電圧検出回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力周波数及び，出力電圧に応じたスイ
   ッチングパターンをマイコンにより演算し、ゲート信号
   を出力し主回路スイッチング素子を駆動すると共に，異
   常検出機能を設け、異常発生時に出力遮断を行う機能を
   備えたインバータ装置において、過電流異常検出時に出
   力遮断時間を延長するタイマ回路を備え、前記タイマ回
   路の出力信号を、制御回路と出力遮断回路との両方に出
   力する構成としたことを特徴とするインバータの過電流
   保護回路。
2. 【請求項２】 出力周波数及び，出力電圧に応じたスイ
   ッチングパターンをマイコンにより演算し、ゲート信号
   を出力し主回路スイッチング素子を駆動すると共に，異
   常検出機能を設け、異常発生時に出力遮断を行う機能を
   備えたインバータ装置において、過電流異常検出時に出
   力遮断時間を延長するタイマ回路を備え、負荷駆動中に
   所定時間負荷電流が零の時に出力遮断する負荷電流検出
   回路を設けたことを特徴とするインバータ過電流保護回
   路。
3. 【請求項３】 出力遮断時間を負荷電流異常検出時間よ
   りも長くしたことを特徴とする請求項1記載のインバー
   タの過電流保護装置。
4. 【請求項４】 整流回路、平滑コンデンサ、インバータ
   回路及び母線電流を検出するシャント抵抗とから成るイ
   ンバータ主回路を備えたインバータ装置において、過電
   流と母線電圧検出回路とを備え、インバータの直流母線
   電圧を検出し、母線電圧に応じて過電流の検出遅れ時間
   定数を切換えることを特徴とするインバータの過電流保
   護回路。