JPS62272821A - トランジスタの過電流保護回路 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野゛〕 本発明は、インバータを構成する半導体スイッチング素
子としてのトランジスタを負荷側の短絡事故により生じ
る過電流から保護する回路に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

第４図に従来のトランジスタインバータ９の一例を示す
と、交流電源に接続されるダイオード整流器１とこれに
並列接続される平滑コンデンサ２、及び各スイッチング
素子としてのトランジスタＴ１〜Ｔ６がブリッジ接続さ
れたインバータ部３からなり、その出力側には電流検出
器４が設けられる。図中８は該電流検出器４からの出力
を受ける過電流検出回路、６はインバータ制御回路、７
は各トランジスタＴ１〜Ｔ６のベース駆動回路である。

インバータの入力端子（Ｒ，Ｓ、Ｔ　）に供給された交
流電圧は、整流器１によって直流に変換され、平滑コン
デンサ２により平滑化されて、インバータ部３で可変電
圧可変周波数の交流に変換され出力端子（Ｕ、Ｖ、Ｗ）
に接続された電動機に供給される。

インバータ出力端子から電動機までは電線で接続されて
おり、この浮遊インダクタンスを図中にインダクタンス
５として表示した。主回路の各トランジスタＴ１〜Ｔ６
は、インバータ制御回路６の措令信号にもとづき、ベー
ス駆動回路７によってオン、オフの制御が行われる。イ
ンバータ出力電流は、電流検出器４で検出され、過電流
検出回路８へ導かれ、ここで予め設定された基準値と比
較することにより過電流の有無を判別する。

過電流発生時には、この過電流検出回路８はインバータ
制御回路６及びベース駆動回路７に故障信号を送出し、
トランジスタをオフすると共に、制御回路６で故障処理
をし、図には記載していないインターフェース部分を通
じてインバータ９の外部へ故障発生を知らせる。

ところで、負荷側のａ、ｂの２点間で短絡事故が生じた
場合を考える。第５ａ図〜第５ｃ図は、トランジスタＴ
１とＴｓが導通している状態で、ａ、ｂ２点間が短絡し
た場合の動作モードと動作波形を示すもので、このうち
第５ａ図は短絡発生から短絡継続中のモードを示す。

短絡電流はトランジスタＴ１−インダクタンスＬ−トラ
ンジスタＴ５を介して流れる。このインダクタンスしは
第４図に示したインダクタンス５を２相分（Ｕと■）ま
とめて表している。インダクタンスＬの値が小さく短絡
継続時間が長い場合には、短絡電流の値はトランジスタ
Ｔｌ、Ｔｓの出力特性によって決まり、直流電圧Ｅｄは
トランジスタＴ１．Ｔｓにそれぞれ分かれて加わること
になる。このときの分担電圧は、トランジスタＴＩＴ５
の出力特性によって決まる。

第５ｂ図は、トランジスタＴ５がオフすることにより過
電流をしゃ断する場合の動作を示したもので、トランジ
スタＴ５に流れていた電流がダイオードＤ２に転流し、
トランジスタＴ５のエミッタ、コレクタ間には直流電圧
Ｅｄが直接加わる。

この様子を第５ｃ図に示す。

このように、直流電圧Ｅｄが高くなると、短絡電流をし
ゃ断する場合、トランジスタが高電圧、大電流の領域で
動作することになり、２次降伏により破壊するという問
題があった。

ところで、負荷短絡によって生じた過電流をしゃ断した
際のトランジスタの破壊耐量（トランジスタが破壊した
ときの直流電圧値Ｅｄｘ）の、インダクタンスし、パル
ス幅ｔｗおよび逆バイアスベース電流ｒ、に対する依存
性をみた場合、第３図のようになる。これより、パルス
幅ｔｗおよび逆バイアスベース電流を日２については、
それぞれパルス幅ｔｗはある程度長い方が耐量は大きく
、しゃ断する際の逆バイアスベース電流ｆＢ２は小さい
方がよいことがわかる。

一方、インダクタンスＬに対する依存性はあるインダク
タンス値で極小値をとる形となっている。

従って、直流電圧がＥ　ｄ　１の場合でも負荷短絡から
トランジスタを保護するにはＬの値はＬ≦Ｌ１又はＬ≧
Ｌ２の範囲にあればよいことが判る。

しかし、インダクタンスしは電動機とインバータ装置と
の間の配線によるものであるが、この値を規定すること
は一般に困難であり、Ｌ≧Ｌ２とするには、装置内部に
リアクトルを備える必要があり、これでは体積、Ｍ量お
よびコストが増加すると共に、インピーダンス降下によ
り出力電圧が低下するという問題が生じる。従って、負
荷側にＬ≧Ｌ２のりアクドルを備え、これにより短絡保
護を可能とする方法は、実用的ではない。

本発明は前記従来例の不都合を解消し、インバータ装置
において直流電圧が高い場合でも、特別なりアクドルを
備えることなく、負荷短絡による過電流からトランジス
タを保護できる回路を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するため、トランジスタブリッ
ジインバータの交流出力側に交流出力端子間の短絡を可
能にするスイッチ手段と、負荷側の短絡事故による過電
流を検出して前記スイッチ手段に短絡動作をさせると共
にその短絡動作後にインバータ内のトランジスタの導通
制御を阻止する信号を発生する過電流検出手段とを設け
たことを要旨とするものである。

〔作用〕 本発明によれば、負荷短絡によって生じた過電流をしゃ
断した際のトランジスタの破壊耐量（インバータ直流中
間回路電圧値）が負荷側のインダクタンスに依存し、あ
るインダクタンス値において極小値をとることに着目し
たもので、インハー夕装置内に短絡回路を備え、負荷短
絡発生時にはインバータ装置内の短絡回路を動作させる
ことにより、インバータ装置外部のインダクタンスによ
る影響を除去し、トランジスタの破壊耐量を向上させる
ことができる。

（実施例〕 以下、図面について本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明のトランジスタの過電流保護回路の１実
施例を示すブロック回路図で、前記第４図の従来例と同
一構成要素には同一参照番号を付したものである。

すなわち、図中１は交流電源に接続され、交流を直流に
変換するダイオード整流器、２はその出力を平滑する平
滑コンデンサ、３はトランジスタＴ１〜Ｔ６をブリッジ
接続してなるインバータ部で、これはコンデンサ２で平
滑された電流を可変電圧可変周波数の交流に変換する。

該インバータ部３の出力側には電流検出器４が設けられ
、その出力は過電流検出回路８に送られる。図中６はイ
ンバータ制御回路、７は該インバータ制御回路６の指令
信号にもとづき各トランジスタＴ１〜Ｔ６のオン、オフ
制御を行うベース駆動回路である。

前記過電流検出回路８は、インバータ制御回路６及びベ
ース駆動回路７に故障信号を送出し、これによりトラン
ジスタＴ１〜Ｔ６を必要に応じてオフして負荷側の短絡
電流をしゃ断する手段が形成される。

本発明は、このような電流検出器４と過電流検出回路８
による負荷側の短絡事故による過電流検出手段と、前記
トランジスタのオフによる短絡電流しゃ断手段の他に、
インバータ部３の交流出力側に短絡回路１１と該短絡回
路１１を構成するスイッチ素子の駆動回路１０を設けた
。この短絡回路は、駆動回路１０が過電流検出回路８か
ら出力を受け、負荷側に過電流があったときに作動する
ものである。

第２ａ図、第２ｂ図はかかる短絡回路１１の具体例を示
すもので、第２ａ図は１個のスイッチ素子で実現可能な
回路例であり、スイッチ素子１２はトランジスタ、サイ
リスク、ＧＴＯその他ＯＦＦ→ＯＮの制御のみできるも
のであればよい。ヒユーズ１３は、電動機が発電機とし
て動作している状態で短絡を生じた場合に、短絡回路が
破損するのを防ぐためのものである。第２ｂ図は、整流
回路部分にスイッチ機能を持たせた例であり、この場合
使用するスイッチ素子には逆耐圧が必要となる。

これら短絡回路１１に使用する半導体素子には短絡発生
時にのみ、短時間（短絡発生からトランジスタをオフす
るまでの間）だけパルス電流が流れることから素子は短
時間定格で選定すればよ（、従って比較的小容量のもの
が適用できる。

このような第１図に示す回路において、負荷短絡が生じ
ると、電流検出器４の検出電圧から過電流検出回路８は
負荷短絡を検知し、まず短絡スイッチ駆動回路ｌＯに信
号を送り、これを導通状態とする。

つぎに第４図の場合と同様に、インバータ制御回路６と
ベース駆動回路７に故障信号を送りトランジスタをオフ
すると共に故障処理を行う。

このようにして、トランジスタがオフする場合、インバ
ータ装置外部のインダクタンスに酊えられたエネルギー
によって流れる電流は短絡回路１１を流れ、従って装置
外部のインダクタンスによる影響を除去することができ
る。

なおこの場合、第３図からも知見できるように、トラン
ジスタをオフする際にトランジスタのベース逆バイアス
電流を小さくして、あるいは逆バイアスなしでしゃ断す
るようにすればより効果的である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明のトランジスタの過電流保護
回路は、トランジスタブリッジインバータによる装置内
に短絡回路を備え、負荷短絡発生時にはこの短絡回路を
動作させることにより、インバータ装置の外部のインダ
クタンスによる影響を除去することができ、この結果、
直流電圧が高い場合でも、特別なりアクドルを設けずと
も負荷短絡保護が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトランジスタの過電流保護回路の１実
施例を示す回路図、第２ａ図は第１図回路で設ける短絡
回路の具体例を示すブロック回路図、第２ｂ図は同上他
の具体例を示す回路図、第３図はトランジスタ破壊時の
直流電圧Ｅｄｘの各パラメータに対する依存性を示すグ
ラフ、第４図は従来のインバータ回路を示すブロック回
路図、第５ａ図、第５ｂ図はそれぞれ第４図回路におけ
る負荷短絡時の動作モードを示す回路図、第５ｃ図は同
上動作波形図である。 ■・・・整流器　　　　２・・・平滑コンデンサ３・・
・インバータ部 ４・・・電流検出器　　５・・・インダクタンス６・・
・インバータ制御回路 ７・・・ベース駆動回路８・・・過電流検出回路９・・
・トランジスタインバータ １０・・・短絡スイッチ駆動回路 １１・・・短絡回路　　　　１２・・・スイッチ素子１
３・・・ヒユーズ 第１図 第２０図 第３図 ｄｘ 第４図 第５ａ図 第５ｂ図 第５ｃ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トランジスタブリッジインバータの交流出力側に交流出
   力端子間の短絡を可能にするスイッチ手段と、負荷側の
   短絡事故による過電流を検出して前記スイッチ手段に短
   絡動作をさせると共にその短絡動作後にインバータ内の
   トランジスタの導通制御を阻止する信号を発生する過電
   流検出手段とを設けたことを特徴とするトランジスタの
   過電流保護回路。