JPS59213284A - 電力変換装置の電流検出装置 - Google Patents

電力変換装置の電流検出装置

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JPS59213284A
JPS59213284A JP58085957A JP8595783A JPS59213284A JP S59213284 A JPS59213284 A JP S59213284A JP 58085957 A JP58085957 A JP 58085957A JP 8595783 A JP8595783 A JP 8595783A JP S59213284 A JPS59213284 A JP S59213284A
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石橋 耀
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Masatomo Yabu
薮 雅智
Tatsuhiro Suzuki
鈴木 達洋
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Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スイッチング素子として電界効果形トランジ
スタを使用したインバータ装置などの電力変換装置にお
ける電流検出装置に係り、特に、電力変換装置の主電流
通路に特別な装置を設けることなく、その主電流通路に
流れる電流の測定を可能にした電流検出装置に関する。
〔発明の背景〕
インバータ装置などの電力変換装置においては、多様化
する性能要求に対応して種々の制御特性の付与が必要に
なり、このため、動作状態を常時適確に検出するための
各種の検出装置が必要になってきたが、このような検出
装置の一つに電流検出装置がある。
第1図に従来のインバータ装置における電流検出装置の
一例を示す。
この第1図において、Tr1ないしTr6はインバータ
装置のスイッチング素子を構成するトランジスタで、直
流電源からの電力を三相交流に変換して負荷となる三相
誘導電動機IMに供給する。
CT1〜CT3はインバータ装置の三相の出力U,V,
Wにそれぞれ設けた変流器で、これらの変流器CT1〜
CT3の2次側電流な抵抗Rによって電圧に変換し、整
流回路で電流信号Vcを得る。
また、これとは別に、分流抵抗SHを用い、この抵抗S
Hに発生する電圧降下により電流を検出する装置も用い
られている。
このように、従来は、測定すべき主回路中に接続した変
流器や分流抵抗を用いて電流の検出を行なっていたため
、コストアップやスペースの増加或いは余分な電力損失
が発生するなどの欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、変流
器や分流抵抗など余分な装置を主回路中に挿入すること
なく、正確に主回路電流を検出することができる電流検
出装置を提供するにある。
〔発明の概要〕 この目的を達成するため、本発明は、スイッチング素子
として電界効果形トランジスタ(以下、FETという)
を用いた電力変換装置において、そのFETがオン状態
にあるとき、そのソース・ドレイン間の電圧降下を測定
し、この測定値から主回路に流れる電流を検出するよう
にしたもので、オン状態にあるFETには主回路の電流
が流れ、しかも、オン状態にあるFETのソース・ドレ
イン間の抵抗(以下これをオン抵抗という)が第2図に
示すように純抵抗特性を示すことを利用した点を特徴と
するものである。なお、第2図でVDSはFETのソー
ス・ドレイン間の電圧降下、IDはドレイン電流を表わ
す。また、第3図は比較のために示したバイポーラトラ
ンジスタの特性で、VCEはコレクタ・エミッタ間電圧
降下、ICはコレクタ電流である。
〔発明の実施例〕
以下、発明による電流検出装置の実施例を図面について
説明する。
第4図は本発明の一実施例で、1、2はMOS形FET
、10は負荷、11、12は電圧検出回路、13、14
はアナログゲート、15は反転回路、16、17はダイ
オード、18はアナログ加算器である。なお、この第4
図の実施例はスイッチング素子としてFETを用いたイ
ンバータ装置の一部を示し、MOS形FET1、2はそ
の1アーム分を示したものと考えればよい。
MOS形FET1と2はそれぞれのオン状態が重ならな
いようにしてオン・オフ制御され、直流電圧Eをスイッ
チングして例えばIM(誘導電動機)などの負荷10に
交流電力を供給する。
A電圧検出回路11は正極側のFET1のソース・ドレ
イン間に並列に接続され、他方、B電圧検出回路12は
負極側のFET2のソース・ドレイン間に接続され、そ
れぞれFET1又は2のソース・ドレイン間の電圧を検
出し、検出信号a、bを発生する働きをする。なお、F
ET1又は2がオフ状態になったときには、そのオフに
なったFETのソース・ドレイン間に電源電圧Eに近い
電圧を発生するので、これらの電圧検出回路11及び1
2の入力にはツエナーダイオードなどを用いた電圧制限
回路が設けられている。
アナログゲート13、14はそれぞれFET1又は2が
オン状態に制御されたとき、それに合わせて同じタイミ
ングで開くように制御される。
反転回路15は信号b′の極性を反転し、信号cを得る
働きをする。
ダイオード16、17はアナログゲート14及び15の
出力信号a′及びcの正方向成分だけを抽出する働きを
する。
アナログ加算器18は信号a′、cの正方向成分をそれ
ぞれ加算して電流検出信号を得る動きをする。
次に、この実施例の動作を第5図の波形図によって説明
する。
負荷10がIMなどの誘導性負荷であったとすると、F
ET1がオンしている期間TAにおいてアナログゲート
13の出力に現われる信号a′は第5図の(イ)に示す
ようになる。そして、この信号a′の波形は、オン状態
にあるFET1のソース・ドレイン間が第2図に示した
ように純抵抗特性を呈することから、この期間TAにF
ET1のソース・ドレイン間に流れた主電流の波形に正
確に対応したものとなる。なお、この期間TAの一部も
逆方向の電圧が現われているのはFETのダイオード特
性の為で、このときの電圧はFET1のソース・ドレイ
ン間の電流波形とは一致しない。また、第5図(ロ)は
アナログゲート13のゲート信号AONを示したもので
ある。
同様に、FET2がオンされたとき、アナログゲート1
4のゲート入力に第5図(ニ)に示すゲート信号BON
を供給し、このゲート14の出力に得られる信号b′は
第5図(ハ)に示すようになり、これもFET2がオン
状態でそのソース・ドレイン間が純抵抗を呈する状態に
なっているため、この信号b′の波形もFET2のソー
ス・ドレイン間を流れる主電流の波形に正確に対応して
いる。なお、この場合でも、信号b′の負極性部分はダ
イオード特性のため、正確なものとはならない。このア
ナログゲート14の出力信号b′は反転回路15で極性
反転され、第5図(ホ)に示す信号cが得られる。
信号a′とcはそれぞれダイオード16、17を介して
加算器18に供給されることにより、これらの信号a′
とcのダイオード特性による部分が除かれた上で加算さ
れ、第5図(ヘ)に示すような交流の検出信号dとなる
そして、このようなインバータ装置では、そのアームの
スイッチング素子であるFET1と2とは、正常な動作
状態では必ず交互にオン状態に制御され、同時にオン状
態に制御されることは絶対にないから、これらFET1
、2に流れる電流は負荷10に流れる電流そのものであ
り、従って、検出信号dは負荷10の電流に正確に対応
したものとなり、この検出信号dの演算により負荷10
の電流を測定することができる。
従って、この実施例によれば、変流器や分流抵抗などの
余分な装置を主電流通路に設けることなく、負荷10に
流れる電流を充分正確に測定でき、インバータ装置の制
御に利用することができる。
次に、第6図は本発明を3相のインバータ装置に適用し
た場合の一実施例で、5、6、7はMOS形FET、2
0、21、22は電圧検出回路、23、24、25はア
ナログゲート、26、27、28はダイオード、29は
アナログ加算器であり、IMなどの負荷10は第4図の
実施例と同じである。
FET5〜7は3相インバータ装置の各アームの負極側
のスイッチング素子となるものである。
電圧検出回路20〜22は第4図の実施例における電圧
検出回路12と同じものである。
アナログゲート23〜25とダイオード26〜28も第
4図の実施例におけるアナログゲート13、14とダイ
オード16、17と同じものである。
加算器29は3入力加算形のものである。
この第6図の実施例の動作は第7図の波形図に示したと
おりで、FET5がオンしているときには信号B1ON
によりゲート23が開くので、オン状態にあるFET5
のソース・エミッタ間の電圧が電圧検出回路20で検出
され、ゲート23の出力に信号iとして供給される。
同じように、FET6がオンしたときには信号B2ON
によりゲート24が開き、FET7がオンしているとき
には信号B3ONによりゲート25が開くため、それぞ
れのFET6又は7のソース・エミッタ間の電圧が信号
j,kとして各ゲート24、25の出力に得られる。
これらの信号i,j,kには、第4図。第5図の場合と
同じで、FETのダイオード特性による負方向電圧部分
を含んでいるから、これをダイオード26〜28で除き
、加算器29で加算することにより電流検出信号lが得
られる。
この実施例の場合でも、負荷10に流れる電流はFET
5〜7のいずれかを必ず通って流れるから、加算器29
から得られた電流検出信号lの演算により負荷10に供
給される電流を正確に測定することができる。
なお、この第6図の実施例では、インバータ装置の各ア
ームのFETのうち負極側のFETから電流を検出する
ようにしているが、正極側のFETによっても同様な結
果を得ることができる。
ところで、以上の実施例でインバータ装置のスイッチン
グ素子として使用したMOS形FETのオン抵抗には、
僅かではあるが正の温度依存性がある。
そこで、本発明による電流検出をさらに高精度にするた
めには、温度補正要素を盛込んだ検出を行なってやれば
よい。
第8図はこのような高精度化のために使用する補正回路
の一例を示したもので、オペアンプ30と抵抗31〜3
3、それにサーミスタ34からなる負帰還増幅回路で補
正回路を構成したものである。
抵抗31は入力抵抗、抵抗33とサーミスタ34が帰還
抵抗を構成しているため、2の回路によって得られるゲ
インlo/liは次式のようになる。
ここで、liは入力電圧、loは出力電圧、R31、R
33、R34はそれぞれ抵抗31、33、サーミスタ3
4の抵抗値である。
そこで、サーミスタ34をFET1,2、5〜7のいず
れかの冷却フインに埋込んで、これらFETの温度とほ
ぼ同じ温度になるようにしておけば、FETの温度が上
昇してそのオン抵抗が増加すると、それに応じてサーミ
スタ34の抵抗が減少し、補正回路のゲインが低下する
ようにできる。
従って、FETのオン抵抗の温度特性に合わせてサーミ
スタ34の温度特性を所定のものに選択し、電流検出信
号d(第4図の実施例)又はl(第6図の実施例)を入
力電圧liとして補正回路に供給してやれば、その出力
電力loとして温度補償された正確な電流検出信号が得
られ、さらに正確な電流検出を行なうことができる。
次に、本発明による電流検出装置の応用例について説明
する。
第9図は第4図の実施例と同じ構成の電流検出回路40
をインバータ装置に適用し、モートルの定電流加速制御
を行なうようにした応用例で、インバータ部の電流検出
信号dが規定値より小さいときにはインバータ出力周波
数と電圧の増加を行なわせ、モートルの負荷が重くて電
流が多く流れたときには、検出信号dの増加によりイン
バータ出力周波数と電圧の増加を止めるようにし、これ
によりモートルの定電流加速を行なわせるようにしたも
のである。
次に第10図はインバータ部のFETを過電流から保護
する装置に適用した例で、第6図の実施例と同じ構成の
電流検出回路50を用いたものである。
インバータ部の電流が過大になり、電流検出回路50か
らの電流検出信号lが設定値を超えたら、その状態をラ
ッチし、それ以後、インバータ部に対するゲート信号の
供給をしゃ断し、FETを保護するようにしたものであ
る。
なお、以上の説明では、インバータ装置の電流検出につ
いて示したが、本発明はこれに限らず、主電流のスイッ
チングをFETによって行なうようにした電力変換装置
などのような装置にも適用可能で、例えばスイッチング
・レギュレータ装置などに適用してもよい。
また、上記実施例では、いずれもMOS形FETによる
ものについて説明したが、接合形FETに対しても全く
同様に適用可能なことはいうまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、主回路中に挿入
されているFETがオン状態にあるときのソース・エミ
ッタ間の電圧を取り出すだけで、常に正確に主回路に流
れる電流を測定することができるから、変流器や分流抵
抗など主回路電流の測定に必要な装置を主回路中に余分
に設ける必要がなくなり、従来技術の欠点を除き、従来
、変流器や分流抵抗を用いて行なっていた電力変換装置
の各種の制御、例えばインバータ装置の高効率制御、ベ
クトル制御などをローコストでしかも少ないスペースで
、その上、余分な電力損失を生じることなく行なうこと
ができる電流検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電流検出装置を備えたインバータ装置の
一例を示す回路図、第2図は電界効果形トランジスタの
特性図、第3図はバイポーラトランジスタの特性図、第
4図は本発明による電流検出装置の一実施例を示すブロ
ック図、第5図(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)、(ホ
)、(ヘ)はそ の動作説明用の波形図、第6図は本発明の他の一実施例
を示すブロック図、第7図(イ)、(ロ)、(ハ)、(
ニ)、(ホ)、(へ)(ト)はその動作説明用の波形図
、第8図は補正回路の一実施例を示す回路図、第9図は
本発明の応用例を示すブロック図、第10図は本発明の
他の応用例を示すブロック図である。 1、2、5、6、7・・・・・・MOS形FET、11
、12、20、21、22・・・・・・電圧検出回路、
13、14、23、24、25・・・・・・アナログゲ
ート、16、17、26、27、28・・・・・・ダイ
オード、18、29・・・・・・アナログ加算器。 代理人 弁理士 武  顕次郎

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電界効果形トランジスタなスイッチング素子として
    使用した電力変換装置において、上記電界効果形トラン
    ジスタのソース・ドレイン間の電圧を検出する手段と、
    上記電界効果形トランジスタがオン状態に制御されたと
    きだけ開くゲート手段とを設け、上記電界効果形トラン
    ジスタのソース・ドレイン間電圧により電力変換装置の
    主回路電流を検出するように構成したことを特徴とする
    電力変換装置の電流検出装置。 2、特許請求の範囲第1項において、上記電界効果形ト
    ランジスタのソース・ドレイン間の電圧な検出する手段
    が、上記電界効果形トランジスタの温度に応じた補償特
    性を有するように構成したことを特徴とする電力変換装
    置の電流検出装置。
JP58085957A 1983-05-18 1983-05-18 電力変換装置の電流検出装置 Granted JPS59213284A (ja)

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JPH0368634B2 JPH0368634B2 (ja) 1991-10-29

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005086923A (ja) * 2003-09-09 2005-03-31 Toyota Central Res & Dev Lab Inc インバータ出力電流測定装置
JP2010029024A (ja) * 2008-07-23 2010-02-04 Denso Corp 電力変換装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005086923A (ja) * 2003-09-09 2005-03-31 Toyota Central Res & Dev Lab Inc インバータ出力電流測定装置
JP2010029024A (ja) * 2008-07-23 2010-02-04 Denso Corp 電力変換装置

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