JPWO2019207809A1

JPWO2019207809A1 - インバータ装置、空気調和機およびインバータ装置のグランド接続方法

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Publication number: JPWO2019207809A1
Application number: JP2018555775A
Authority: JP
Inventors: 真也福田; 孝大石; 徹中居
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: EP3787176A1; US20200235693A1; WO2019207809A1; JP6462196B1; EP3787176A4; US10804835B2

Abstract

制御器は第１インバータ駆動回路および第２インバータ駆動回路を制御し、第１インバータ駆動回路は、第２インバータ駆動回路よりも負荷電流が大きな負荷を駆動させ、第１インバータ駆動回路は、互いに分離された制御系グランド端子と駆動系グランド端子とを備え、第２インバータ駆動回路のグランド端子は、制御器のグランドに接続され、第１インバータ駆動回路の制御系グランド端子は制御器のグランドに接続され、第１インバータ駆動回路の駆動系グランド端子は、第１インバータ回路の負極側に接続されている。

Description

本発明は、複数の負荷を駆動可能なインバータ装置、空気調和機およびインバータ装置のグランド接続方法に関する。

特許文献１には、１つのマイクロコンピュータ（以下、マイコンと言う）で圧縮機を駆動し、別のマイコンでファンを駆動する空気調和機が開示されている。

特開平１１−１４９９０３号公報

しかしながら、１つのマイコンで負荷電流が異なる複数の負荷を駆動させる場合、各負荷を駆動させるインバータ駆動回路のグランド間に電位差が発生する。負荷電流が大きいインバータ駆動回路のグランドにマイコン用グランドを接続した場合、負荷電流が大きいインバータ駆動回路のグランドと負荷電流が小さいインバータ駆動回路のグランドとの間に約２Ｖの電位差が生じる。このため、これらのグランド間の電流経路にノイズが発生し、小さい負荷側の過電流検出回路が誤動作することがあった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、インバータ駆動回路のグランド間で発生する電位差を低減することが可能なインバータ装置、空気調和機およびインバータ装置のグランド接続方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の観点に係るインバータ装置は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の負荷をそれぞれ駆動するＮ個のインバータ回路と、前記インバータ回路をそれぞれスイッチング制御するＮ個のインバータ駆動回路と、前記インバータ回路にそれぞれ流れる電流に基づいて、前記Ｎ個のインバータ駆動回路を制御する制御器とを備え、前記Ｎ個のうちのＭ（Ｍは１以上Ｎ−１以下の整数）個のインバータ駆動回路は、残りのＮ−Ｍ個のインバータ駆動回路よりも負荷電流が大きな負荷を駆動させ、前記Ｍ個のインバータ駆動回路のそれぞれは、互いに分離された制御系グランド端子と駆動系グランド端子とを備え、前記Ｎ−Ｍ個のインバータ駆動回路のうちの少なくとも１個のインバータ駆動回路のグランド端子は、前記制御器のグランドに接続され、前記制御系グランド端子は前記制御器のグランドに接続されている。

本発明によれば、インバータ駆動回路のグランド間で発生する電位差を低減することができる。

図１は、第１実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。図２は、図１のインバータ回路５Ａの負極側の電流経路Ｌ１およびインバータ回路５Ｂの負極側の電流経路Ｌ２を示す図である。図３は、第２実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。図４は、第３実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。図５は、第４実施形態に係るインバータ装置が適用される空気調和機の構成を示すブロック図である。図６は、比較例に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。
図１において、このインバータ装置は、インバータ回路５Ａ、５Ｂ、インバータ駆動回路７Ａ、７Ｂ、マイコン１Ａ、電流センサ１０、シャント抵抗１５Ｂ、過電流検出回路８Ａ、８Ｂおよび瞬時電流検出回路９Ｂを備える。

各インバータ回路５Ａ、５Ｂの正極と負極との間には直流電源３が接続されている。直流電源３は、交流を直流に変換するコンバータであってもよいし、直流電圧を発生するバッテリであってもよい。また、インバータ回路５Ａの正極と負極との間には、電流センサ１０よりも直流電源３よりにコンデンサ４Ａが接続されている。インバータ回路５Ｂの正極と負極との間には、シャント抵抗１５Ｂよりも直流電源３よりにコンデンサ４Ｂが接続されている。各コンデンサ４Ａ、４Ｂは、スイッチングサージを抑制するスナバコデンサとして用いることができる。電流センサ１０は、インバータ回路５Ａの負極側の電流経路に設けられている。シャント抵抗１５Ｂは、インバータ回路５Ｂの負極側の電流経路に設けられている。インバータ回路５Ａは負荷６Ａに接続されている。インバータ回路５Ｂは負荷６Ｂに接続されている。負荷６Ａの負荷電流は、負荷６Ｂの負荷電流よりも大きい。

インバータ回路５Ａの負極側の電流経路には寄生インダクタンス１１、１２が存在する。この寄生インダクタンス１１、１２は、例えば、電流センサ１０やインバータ回路５Ａの基板パターンなどに存在する。

インバータ回路５Ａは、負荷６Ａを駆動する。図１の例では、インバータ回路５Ａとして、３個の上アームおよび３個の下アームを持つ６アーム構成を示した。インバータ回路５Ａの各アームにはスイッチング素子１８Ａが設けられ、各スイッチング素子１８Ａには、還流ダイオードが接続されている。

インバータ回路５Ｂは、負荷６Ｂを駆動する。図１の例では、インバータ回路５Ｂとして、３個の上アームおよび３個の下アームを持つ６アーム構成を示した。インバータ回路５Ｂの各アームにはスイッチング素子１８Ｂが設けられ、各スイッチング素子１８Ｂには、還流ダイオードが接続されている。

各スイッチング素子１８Ａ、１８Ｂは、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよいし、バイポーラトランジスタであってもよいし、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。

インバータ駆動回路７Ａは、インバータ回路５Ａをスイッチング制御する。インバータ駆動回路７Ａは、制御系グランド端子１３および駆動系グランド端子１４を備える。制御系グランド端子１３および駆動系グランド端子１４は互いに分離されている。インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａは、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂと接続する。かつインバータ回路５Ａの負極側の電流経路と絶縁された経路に接続される。制御系グランド端子１３は、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａおよびマイコン１Ａのグランド２に接続されている。駆動系グランド端子１４は、インバータ回路５Ａの負極側でかつ図２の電流経路Ｌ１上ではないポイントに接続されている。インバータ回路５Ａの負極側は、インバータ回路５Ａの下アームに用いられるスイッチング素子１８Ａのエミッタに接続することができる。制御系グランド端子１３と駆動系グランド端子１４との間の電位差Ｖ２の耐量は２０Ｖ以上とすることができる。

インバータ駆動回路７Ｂは、インバータ回路５Ｂをスイッチング制御する。インバータ駆動回路７Ｂは、グランド端子１９を備える。グランド端子１９は、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂおよびマイコン１Ａのグランド２に接続されている。インバータ回路５Ｂの負極側は、インバータ回路５Ｂの下アームに用いられるスイッチング素子１８Ｂのエミッタに接続することができる。

マイコン１Ａは、インバータ回路５Ａに流れる電流に基づいてインバータ駆動回路７Ａを制御し、インバータ回路５Ｂに流れる電流に基づいてインバータ駆動回路７Ｂを制御する。マイコン１Ａは、インバータ駆動回路７Ａ、７Ｂを制御する制御器として用いることができる。制御器は、デジタルシグナルプロセッサなどの半導体演算素子であってもよい。ここで、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａおよびインバータ駆動回路７Ｂのグラン２Ｂドは、インバータ回路５Ａの負極側の電流経路を含まない経路を介してマイコン１Ａのグランド２に接続されている。

電流センサ１０は、インバータ回路５Ａの負極側と絶縁され、インバータ回路５Ａの負極側に流れる電流を検出する。電流センサ１０は、グランド端子１６および出力端子１７を備える。グランド端子１６は、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａに接続されている。出力端子１７は、電流センサ１０で検出された電流値を出力する端子である。出力端子１７は、マイコン１Ａおよび過電流検出回路８Ａに接続されている。電流センサ１０は、ホール素子式センサであってもよいし、電流検出トランスであってもよい。電流センサ１０の小型化の観点からは、ホール素子式センサを用いることが好ましい。

シャント抵抗１５Ｂは、インバータ回路５Ａの負極側に流れる電流を検出する。シャント抵抗１５Ｂは、インバータ回路５Ｂの負極とインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの間に接続することができる。この時、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂは、シャント抵抗１５Ｂの近傍に設けることができる。

過電流検出回路８Ａは、電流センサ１０で検出された電流値に基づいて、インバータ回路５Ａに流れる過電流を検出する。過電流検出回路８Ａのグランド端子は、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａに接続されている。過電流検出回路８Ｂは、シャント抵抗１５Ｂで検出された電流値に基づいて、インバータ回路５Ｂに流れる過電流を検出する。瞬時電流検出回路９Ｂは、シャント抵抗１５Ｂで検出された電流値に基づいて、インバータ回路５Ｂに流れる瞬時電流を検出する。過電流検出回路８Ｂおよび瞬時電流検出回路９Ｂのグランド端子は、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂに接続されている。

そして、直流電源３からの直流電圧が各インバータ回路５Ａ、５Ｂの正極と負極との間に印加される。この時、インバータ駆動回路７Ａは、マイコン１Ａからの指令に基づいてインバータ回路５Ａをスイッチング制御することにより、直流電源３からの直流電圧を交流電圧に変換し、負荷６Ａに流れる負荷電流を制御する。負荷６Ａがモータの場合、インバータ駆動回路７Ａは、インバータ回路５Ａで生成される交流電圧の周波数および電圧を変化させることにより、モータの回転数を変化させることができる。

インバータ回路５Ａの負極側に流れる電流は電流センサ１０で検出される。電流センサ１０で検出された電流値は、マイコン１Ａおよび過電流検出回路８Ａに入力される。マイコン１Ａは、電流センサ１０で検出された電流値に基ついて、インバータ回路５Ａの動作を監視する。そして、マイコン１Ａは、インバータ回路５Ａが指令値どおりに動作するようにインバータ駆動回路７Ａを制御する。また、過電流検出回路８Ａは、インバータ回路５Ａの過電流を検出すると、インバータ駆動回路７Ａを停止させる。

また、インバータ駆動回路７Ｂは、マイコン１Ａからの指令に基づいてインバータ回路５Ｂをスイッチング制御することにより、直流電源３からの直流電圧を交流電圧に変換し、負荷６Ｂに流れる負荷電流を制御する。負荷６Ｂがモータの場合、インバータ駆動回路７Ｂは、インバータ回路５Ｂで生成される交流電圧の周波数および電圧を変化させることにより、モータの回転数を変化させることができる。

インバータ回路５Ｂの負極側に流れる電流がシャント抵抗１５Ｂで検出される。シャント抵抗１５Ｂで検出された電流値は、瞬時電流検出回路９Ｂおよび過電流検出回路８Ｂに入力される。瞬時電流検出回路９Ｂは、シャント抵抗１５Ｂで検出された電流値を増幅することでインバータ回路５Ｂの瞬時電流を検出し、マイコン１Ａに出力する。マイコン１Ａは、インバータ回路５Ｂの瞬時電流に基づいて、インバータ回路５Ｂの動作を監視する。そして、マイコン１Ａは、インバータ回路５Ｂが指令値どおりに動作するようにインバータ駆動回路７Ｂを制御する。また、過電流検出回路８Ｂは、インバータ回路５Ｂの過電流を検出すると、インバータ回路５Ｂを停止させる。

図２は、図１のインバータ回路５Ａの負極側の電流経路Ｌ１およびインバータ回路５Ｂの負極側の電流経路Ｌ２を示す図である。
図２において、インバータ回路５Ａの負極側の電流経路Ｌ１には、負荷６Ａの負荷電流に応じた電流が流れる。この時、電流経路Ｌ１の電位差は、（電流経路Ｌ１の電流変化量）×（寄生インダクタンス１１、１２のインダクタンス値）で与えられ、約２Ｖとなることがある。

ここで、電流センサ１０は、インバータ回路５Ａの負極側と絶縁されているので、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａは電流経路Ｌ１から分離することができる。このため、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａの電位は、電流経路Ｌ１の電位差の影響を受けないようにすることができる。

一方、インバータ回路５Ｂの負極側の電流経路Ｌ２には、負荷６Ｂの負荷電流に応じた電流が流れる。インバータ回路５Ｂの負荷６Ｂの負荷電流は、インバータ回路５Ａの負荷６Ａの負荷電流より小さい。このため、インバータ回路５Ｂの負極側の電流経路Ｌ２に流れる電流は小さく、この電流経路Ｌ２の電位差は無視できるほど小さくなる。このため、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂが電流経路Ｌ２に接続されている場合においても、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂの電位は、電流経路Ｌ２の電位差の影響を受けないようにすることができる。

この結果、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａと、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの電位差Ｖ１を小さくすることができ、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａとインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの間の経路に発生するノイズを低減することができる。このため、過電流検出回路８Ｂの電流検出誤差を小さく抑えることができ、過電流検出回路８Ｂの誤動作を防止することができる。

この時、インバータ駆動回路７Ａの制御系グランド端子１３と駆動系グランド端子１４との間には、約２０Ｖの電位差が発生することがある。ここで、制御系グランド端子１３と駆動系グランド端子１４とを分離することにより、制御系グランド端子１３と駆動系グランド端子１４との間に約２０Ｖの電位差が発生した場合においても、インバータ回路５Ａをスイッチングさせることができ、インバータ回路５Ａの御動作を防止することができる。また、制御系グランド端子１３と駆動系グランド端子１４との間の電位差Ｖ２の耐量が２０Ｖ以上のインバータ駆動回路７Ａを用いることにより、インバータ駆動回路７Ａの破壊を防止することができる。

図３は、第２実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。
図１のインバータ装置は、１個のマイコン１Ａで２個の負荷６Ａ、６Ｂを駆動させるが、図３のインバータ装置は、１個のマイコン１Ｃで３個の負荷６Ａ、６Ｂ、６Ｃを駆動させる。各負荷６Ｂ、６Ｃの負荷電流は、負荷６Ａの負荷電流より小さい。

図３のインバータ装置には、インバータ回路５Ｃ、インバータ駆動回路７Ｃ、シャント抵抗１５Ｃ、過電流検出回路８Ｃおよび瞬時電流検出回路９Ｃが図１のインバータ装置に追加されている。また、図３のインバータ装置には、図１のマイコン１Ａの代わりにマイコン１Ｃが設けられている。インバータ回路５Ｃの正極と負極との間には直流電源３が接続されている。また、インバータ回路５Ｃの正極と負極との間には、シャント抵抗１５Ｃよりも直流電源３よりにコンデンサ４Ｃが接続されている。シャント抵抗１５Ｃは、インバータ回路５Ｃの負極側の電流経路に設けられている。インバータ回路５Ｃは負荷６Ｃに接続されている。

インバータ回路５Ｃは、負荷６Ｃを駆動する。図３の例では、インバータ回路５Ｃとして、３個の上アームおよび３個の下アームを持つ６アーム構成を示した。インバータ回路５Ｃの各アームにはスイッチング素子１８Ｃが設けられ、各スイッチング素子１８Ｃには、還流ダイオードが接続されている。

インバータ駆動回路７Ｃは、インバータ回路５Ｃをスイッチング制御する。インバータ駆動回路７Ｃは、グランド端子２０を備える。グランド端子２０は、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂに接続されている。インバータ回路５Ｃの負極側は、インバータ回路５Ｃの下アームに用いられるスイッチング素子１８Ｃのエミッタに接続することができる。

マイコン１Ｃは、インバータ回路５Ａに流れる電流に基づいてインバータ駆動回路７Ａを制御し、インバータ回路５Ｂに流れる電流に基づいてインバータ駆動回路７Ｂを制御し、、インバータ回路５Ｃに流れる電流に基づいてインバータ駆動回路７Ｃを制御する。マイコン１Ｃは、インバータ駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃを制御する制御器として用いることができる。

シャント抵抗１５Ｃは、インバータ回路５Ｃの負極側に流れる電流を検出する。シャント抵抗１５Ｃは、インバータ回路５Ｃの負極側の電流経路に接続することができる。過電流検出回路８Ｃは、シャント抵抗１５Ｃで検出された電流値に基づいて、インバータ回路５Ｃに流れる過電流を検出する。瞬時電流検出回路９Ｃは、シャント抵抗１５Ｃで検出された電流値に基づいて、インバータ回路５Ｃに流れる瞬時電流を検出する。

そして、直流電源３からの直流電圧が各インバータ回路５Ａ、５Ｂ、５Ｃの正極と負極との間に印加される。この時、インバータ駆動回路７Ｃは、マイコン１Ｃからの指令に基づいてインバータ回路５Ｃをスイッチング制御することにより、直流電源３からの直流電圧を交流電圧に変換し、負荷６Ｃに流れる負荷電流を制御する。

インバータ回路５Ｃの負極側に流れる電流はシャント抵抗１５Ｃで検出される。シャント抵抗１５Ｃで検出された電流値は、瞬時電流検出回路９Ｃおよび過電流検出回路８Ｃに入力される。瞬時電流検出回路９Ｃは、シャント抵抗１５Ｃで検出された電流値を増幅することでインバータ回路５Ｃの瞬時電流を検出し、マイコン１Ｃに出力する。マイコン１Ｃは、インバータ回路５Ｃの瞬時電流に基づいて、インバータ回路５Ｃの動作を監視する。そして、マイコン１Ｃは、インバータ回路５Ｃが指令値どおりに動作するようにインバータ駆動回路７Ｃを制御する。また、過電流検出回路８Ｃは、インバータ回路５Ｃの過電流を検出すると、インバータ回路５Ｃを停止させる。

インバータ回路５Ｃの負極側の電流経路には、負荷６Ｃの負荷電流に応じた電流が流れる。インバータ回路５Ｃの負荷６Ｃの負荷電流は、インバータ回路５Ａの負荷６Ａの負荷電流より小さい。このため、インバータ回路５Ｃの負極側の電流経路に流れる電流は小さく、この電流経路の電位差は無視できるほど小さくなる。このため、インバータ駆動回路７Ｃのグランド端子２０がインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂに接続されている場合においても、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂの電位は、インバータ回路５Ｃの負極側の電流経路の電位差の影響を受けないようにすることができる。

従って、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂと、インバータ駆動回路７Ｃのグランド端子２０との電位差を小さくしつつ、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａと、インバータ駆動回路７Ｃのグランド端子２０との電位差を小さくすることができる。この結果、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａとインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの間の経路に発生するノイズを低減しつつ、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａとインバータ駆動回路７Ｃのグランド端子２０との間の経路に発生するノイズを低減することができる。これにより、１個のマイコン１Ｃで３個の負荷６Ａ、６Ｂ、６Ｃを駆動させる場合においても、過電流検出回路８Ｂ、８Ｃの電流検出誤差を小さく抑えることができ、過電流検出回路８Ｂ、８Ｃの誤動作を防止することができる。

図４は、第３実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。
図４のインバータ装置は、１個のマイコン１Ｃで３個の負荷６Ａ、６Ｂ、６Ｄを駆動させる。各負荷６Ａ、６Ｄの負荷電流は、負荷６Ｂの負荷電流より大きい。

図４のインバータ装置には、インバータ回路５Ｄ、インバータ駆動回路７Ｄ、電流センサ１０Ｄおよび過電流検出回路８Ｄが図１のインバータ装置に追加されている。また、図４のインバータ装置には、図１のマイコン１Ａの代わりにマイコン１Ｄが設けられている。インバータ回路５Ｄの正極と負極との間には直流電源３が接続されている。また、インバータ回路５Ｄの正極と負極との間には、電流センサ１０Ｄよりも直流電源３よりにコンデンサ４Ｄが接続されている。電流センサ１０Ｄは、インバータ回路５Ｄの負極側の電流経路に設けられている。インバータ回路５Ｄは負荷６Ｄに接続されている。

インバータ回路５Ｄは、負荷６Ｄを駆動する。図４の例では、インバータ回路５Ｄとして、３個の上アームおよび３個の下アームを持つ６アーム構成を示した。インバータ回路５Ｄの各アームにはスイッチング素子１８Ｄが設けられ、各スイッチング素子１８Ｄには、還流ダイオードが接続されている。

インバータ駆動回路７Ｄは、インバータ回路５Ｄをスイッチング制御する。インバータ駆動回路７Ｄは、制御系グランド端子１３Ｄおよび駆動系グランド端子１４Ｄを備える。制御系グランド端子１３Ｄおよび駆動系グランド端子１４Ｄは互いに分離されている。インバータ駆動回路７Ｄのグランド２Ｄは、インバータ回路５Ｄの負極側の電流経路と異なる経路に接続される。制御系グランド端子１３Ｄは、インバータ駆動回路７Ｄのグランド２Ｄおよびマイコン１Ｄのグランド２に接続されている。駆動系グランド端子１４Ｄは、インバータ回路５Ｄの負極側に接続されている。インバータ回路５Ｄの負極側は、インバータ回路５Ｄの下アームに用いられるスイッチング素子１８Ｄのエミッタに接続することができる。制御系グランド端子１３Ｄと駆動系グランド端子１４Ｄとの間の電位差の耐量は２０Ｖ以上とすることができる。

マイコン１Ｄは、インバータ回路５Ａに流れる電流に基づいてインバータ駆動回路７Ａを制御し、インバータ回路５Ｂに流れる電流に基づいてインバータ駆動回路７Ｂを制御し、インバータ回路５Ｄに流れる電流に基づいてインバータ駆動回路７Ｄを制御する。マイコン１Ｄは、インバータ駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｄを制御する制御器として用いることができる。

電流センサ１０Ｄは、インバータ回路５Ｄの負極側と絶縁され、インバータ回路５Ｄの負極側に流れる電流を検出する。電流センサ１０Ｄは、グランド端子１６Ｄおよび出力端子１７Ｄを備える。グランド端子１６Ｄは、インバータ駆動回路７Ｄのグランド２Ｄに接続されている。出力端子１７Ｄは、電流センサ１０Ｄで検出された電流値を出力する端子である。出力端子１７Ｄは、マイコン１Ｄおよび過電流検出回路８Ｄに接続されている。

そして、直流電源３からの直流電圧が各インバータ回路５Ａ、５Ｂ、５Ｄの正極と負極との間に印加される。この時、インバータ駆動回路７Ｄは、マイコン１Ｄからの指令に基づいてインバータ回路５Ｄをスイッチング制御することにより、直流電源３からの直流電圧を交流電圧に変換し、負荷６Ｄに流れる負荷電流を制御する。

インバータ回路５Ｄの負極側に流れる電流は電流センサ１０Ｄで検出される。電流センサ１０Ｄで検出された電流値は、マイコン１Ｄおよび過電流検出回路８Ｄに入力される。マイコン１Ｄは、電流センサ１０Ｄで検出された電流値に基ついて、インバータ回路５Ｄの動作を監視する。そして、マイコン１Ｄは、インバータ回路５Ｄが指令値どおりに動作するようにインバータ駆動回路７Ｄを制御する。また、過電流検出回路８Ｄは、インバータ回路５Ｄの過電流を検出すると、インバータ回路５Ｄを停止させる。

インバータ回路５Ｄの負極側の電流経路には、負荷６Ｄの負荷電流に応じた電流が流れる。この時、インバータ回路５Ｄの負極側の電流経路の電位差は、約２Ｖとなることがある。ここで、電流センサ１０Ｄは、インバータ回路５Ｄの負極側と絶縁されているので、インバータ駆動回路７Ｄのグランド２Ｄは、インバータ回路５Ｄの負極側の電流経路から分離することができる。このため、インバータ駆動回路７Ｄのグランド２Ｄの電位は、インバータ回路５Ｄの負極側の電流経路の電位差の影響を受けないようにすることができる。

従って、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａと、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの電位差を小さくしつつ、インバータ駆動回路７Ｄのグランド２Ｄと、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの電位差を小さくすることができる。この結果、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａとインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの間の経路に発生するノイズを低減しつつ、インバータ駆動回路７Ｄのグランド２Ｄとインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの間の経路に発生するノイズを低減することができる。このため、１個のマイコン１Ｄで３個の負荷６Ａ、６Ｂ、６Ｄを駆動させる場合においても、過電流検出回路８Ｂの電流検出誤差を小さく抑えることができ、過電流検出回路８Ｂの誤動作を防止することができる。

なお、上述した実施形態では、１個のマイコンで２個または３個の負荷を駆動させる構成について説明したが、１個のマイコンでＮ（Ｎは２以上の整数）個の負荷を駆動させる場合に適用することができる。この時、Ｎ個の負荷のうちのＭ（Ｍは１以上Ｎ−１以下の整数）個の負荷の負荷電流は、残りのＮ−Ｍ個の負荷の負荷電流より大きくすることができる。

図５は、第４実施形態に係るインバータ装置が適用される空気調和機の構成を示すブロック図である。
図５において、空気調和機は、室外機２１と室内機２２を備える。室外機２１と室内機２２は配管２３を介して接続されている。配管２３は冷媒を通流させる。

室外機２１は、圧縮機２４、熱交換器２５、膨張弁２６、交流電源２７、コンバータ２８およびインバータ装置２９を備える。圧縮機２４は、モータ３０を備える。熱交換器２５は、ファン３１を備える。インバータ装置２９は、図１の構成を用いることができる。この時、図１の負荷６Ａは圧縮機２４のモータ３０、負荷６Ｂはファン３１とすることができる。室内機２２は、熱交換器２４を備える。熱交換器２４は、ファン３２を備える。

そして、交流電源２７からの交流電圧がコンバータ２８に印加されると、その交流電圧は直流電圧に変換され、インバータ装置２９に印加される。インバータ装置２９は、コンバータ２８からの直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧に基づいてモータ３０およびファン３１を駆動する。

圧縮機２４は、モータ３０の駆動によって冷媒を圧縮する。熱交換器２５は、ファン３１から送り込まれる空気と冷媒との熱交換を行う。膨張弁２６は、熱交換器２５または熱交換器２４から流れ込む冷媒を膨張させて減圧する。熱交換器２４は、ファン３２から送り込まれる空気と冷媒との熱交換を行う。

なお、図５の構成では、インバータ装置２９として図１の構成を用いた例を示したが、インバータ装置２９として図３の構成を用いるようにしてもよい。この時、図３の負荷６Ａは圧縮機２４のモータ３０、負荷６Ｂはファン３１、負荷６Ｃはファン３２とすることができる。

図６は、比較例に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。
図６のインバータ装置では、図１のインバータ駆動回路７Ａの代わりにインバータ駆動回路７Ｅが設けられている。ここで、インバータ駆動回路７Ｅの制御系グランド端子１３Ｅおよび駆動系グランド端子１４Ｅは短絡されている。また、制御系グランド端子１３Ｅおよび駆動系グランド端子１４Ｅは、マイコン１Ａのグランド２、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａおよびインバータ回路５Ａの負極に接続されている。

この時、マイコン１Ａのグランド２およびインバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａは、インバータ回路５Ａの負極側の電流経路Ｌ１を介してインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂと接続される。このため、インバータ回路５Ａの負極側の電流経路Ｌ１に電流が流れると、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａと、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの電位差Ｖ１が約２Ｖとなる。この結果、インバータ駆動回路７Ａのグランド２Ａとインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの間の経路ＲＮにノイズが発生し、過電流検出回路８Ｂの誤動作を引き起こすことがある。

１Ａ、１Ｃ〜１Ｅマイコン、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｄグランド、３直流電源、４Ａ〜４Ｄコンデンサ、５Ａ〜５Ｄインバータ回路、６Ａ〜６Ｄ負荷、７Ａ〜７Ｄインバータ駆動回路、８Ａ〜８Ｄ過電流検出回路、９、９Ｂ、９Ｃ瞬時電流検出回路、１０、１０Ｄ電流センサ、１３制御系グランド端子、１４駆動系グランド端子、１５、１５Ｂ、１５Ｃシャント抵抗、１６、１９、２０グランド端子、１７出力端子、１８Ａ〜１８Ｄスイッチング素子

シャント抵抗１５Ｂは、インバータ回路５Ｂの負極側に流れる電流を検出する。シャント抵抗１５Ｂは、インバータ回路５Ｂの負極とインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの間に接続することができる。この時、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂは、シャント抵抗１５Ｂの近傍に設けることができる。

図４は、第３実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。
図４のインバータ装置は、１個のマイコン１Ｄで３個の負荷６Ａ、６Ｂ、６Ｄを駆動させる。各負荷６Ａ、６Ｄの負荷電流は、負荷６Ｂの負荷電流より大きい。

室外機２１は、圧縮機２４、熱交換器２５Ａ、膨張弁２６、交流電源２７、コンバータ２８およびインバータ装置２９を備える。圧縮機２４は、モータ３０を備える。熱交換器２５Ａは、ファン３１を備える。インバータ装置２９は、図１の構成を用いることができる。この時、図１の負荷６Ａは圧縮機２４のモータ３０、負荷６Ｂはファン３１とすることができる。室内機２２は、熱交換器２５Ｂを備える。熱交換器２５Ｂは、ファン３２を備える。

圧縮機２４は、モータ３０の駆動によって冷媒を圧縮する。熱交換器２５Ａは、ファン３１から送り込まれる空気と冷媒との熱交換を行う。膨張弁２６は、熱交換器２５Ａから流れ込む冷媒を膨張させて減圧する。熱交換器２５Ｂは、ファン３２から送り込まれる空気と冷媒との熱交換を行う。

図６は、比較例に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。
図６のインバータ装置では、図１のインバータ駆動回路７Ａの代わりにインバータ駆動回路７Ｅが設けられている。ここで、インバータ駆動回路７Ｅの制御系グランド端子１３Ｅおよび駆動系グランド端子１４Ｅは短絡されている。また、制御系グランド端子１３Ｅおよび駆動系グランド端子１４Ｅは、マイコン１Ａのグランド２、インバータ駆動回路７Ｅのグランド２Ａおよびインバータ回路５Ａの負極に接続されている。

この時、マイコン１Ａのグランド２およびインバータ駆動回路７Ｅのグランド２Ａは、インバータ回路５Ａの負極側の電流経路Ｌ１を介してインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂと接続される。このため、インバータ回路５Ａの負極側の電流経路Ｌ１に電流が流れると、インバータ駆動回路７Ｅのグランド２Ａと、インバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの電位差Ｖ１が約２Ｖとなる。この結果、インバータ駆動回路７Ｅのグランド２Ａとインバータ駆動回路７Ｂのグランド２Ｂとの間の経路ＲＮにノイズが発生し、過電流検出回路８Ｂの誤動作を引き起こすことがある。

Claims

Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の負荷をそれぞれ駆動するＮ個のインバータ回路と、
前記インバータ回路をそれぞれスイッチング制御するＮ個のインバータ駆動回路と、
前記インバータ回路にそれぞれ流れる電流に基づいて、前記Ｎ個のインバータ駆動回路を制御する制御器とを備え、
前記Ｎ個のうちのＭ（Ｍは１以上Ｎ−１以下の整数）個のインバータ駆動回路は、残りのＮ−Ｍ個のインバータ駆動回路よりも負荷電流が大きな負荷を駆動させ、
前記Ｍ個のインバータ駆動回路のそれぞれは、互いに分離された制御系グランド端子と駆動系グランド端子とを備え、
前記Ｎ−Ｍ個のインバータ駆動回路のうちの少なくとも１個のインバータ駆動回路のグランド端子は、前記制御器のグランドに接続され、
前記制御系グランド端子は前記制御器のグランドに接続されているインバータ装置。
前記Ｍ個のインバータ駆動回路のそれぞれの駆動系グランド端子は、前記インバータ駆動回路のそれぞれに対応したインバータ回路の負極側に接続されている請求項１に記載のインバータ装置。
前記Ｍ個のインバータ駆動回路のそれぞれに対応したインバータ回路の負極側は、前記インバータ回路の下アームに用いられるスイッチング素子のエミッタに接続される請求項２に記載のインバータ装置。
前記Ｍ個のインバータ駆動回路のそれぞれの制御系グランド端子と駆動系グランド端子との間の電位差の耐量は２０Ｖ以上である請求項１に記載のインバータ装置。
前記Ｍ個のインバータ駆動回路のそれぞれに対応したインバータ回路の負極側に流れる電流を検出するＭ個の電流センサを備え、
前記電流センサは、前記インバータ回路の負極側と絶縁されている請求項１に記載のインバータ装置。
前記電流センサで検出された電流値に基づいて、前記Ｍ個のインバータ回路のそれぞれの過電流を検出するＭ個の過電流検出回路を備える請求項５に記載のインバータ装置。
前記Ｎ−Ｍ個のインバータ回路のそれぞれの負極側に流れる電流を検出するＮ−Ｍ個のシャント抵抗を備える請求項６に記載のインバータ装置。
前記シャント抵抗で検出された電流値に基づいて、前記Ｎ−Ｍ個のインバータ回路のそれぞれの過電流を検出するＮ−Ｍ個の過電流検出回路と、
前記シャント抵抗で検出された電流値に基づいて、前記Ｎ−Ｍ個のインバータ回路のそれぞれに流れる電流の瞬時値を検出する瞬時電流検出回路とを備え、
前記制御器は、
前記電流センサで検出された電流値に基づいて、前記Ｍ個のインバータ駆動回路を制御し、
前記瞬時電流検出回路で検出された電流の瞬時値に基づいて、前記Ｎ−Ｍ個のインバータ駆動回路を制御する請求項７に記載のインバータ装置。
前記インバータ回路は、
第１インバータ回路と、
前記第１インバータ回路で駆動される負荷の負荷電流よりも小さな負荷電流の負荷を駆動する第２インバータ回路とを備え、
前記インバータ駆動回路は、
前記第１インバータ回路をスイッチング制御する第１インバータ駆動回路と、
前記第２インバータ回路をスイッチング制御する第２インバータ駆動回路と、
前記第１インバータ回路の負極側に流れる電流を検出する電流センサと、
前記第２インバータ回路の負極側に流れる電流を検出するシャント抵抗とを備え、
前記第１インバータ駆動回路は、互いに分離された制御系グランド端子と駆動系グランド端子とを備え、
前記制御系グランド端子は、前記制御器のグランドに接続され、
前記駆動系グランド端子は、前記第１インバータ回路の負極側に接続され、
前記第２インバータ駆動回路のグランド端子は、前記制御器のグランドに接続され、
前記電流センサは、前記第１インバータ回路の負極側と絶縁されている請求項１に記載のインバータ装置。
前記インバータ回路は、
第１インバータ回路と、
前記第１インバータ回路で駆動される負荷の負荷電流よりも小さな負荷電流の負荷を駆動する第２インバータ回路と、
前記第１インバータ回路で駆動される負荷の負荷電流よりも小さな負荷電流の負荷を駆動する第３インバータ回路とを備え、
前記インバータ駆動回路は、
前記第１インバータ回路をスイッチング制御する第１インバータ駆動回路と、
前記第２インバータ回路をスイッチング制御する第２インバータ駆動回路と、
前記第３インバータ回路をスイッチング制御する第３インバータ駆動回路と、
前記第１インバータ回路の負極側に流れる電流を検出する電流センサと、
前記第２インバータ回路の負極側に流れる電流を検出する第１シャント抵抗と、
前記第３インバータ回路の負極側に流れる電流を検出する第２シャント抵抗とを備え、
前記第１インバータ駆動回路は、互いに分離された制御系グランド端子と駆動系グランド端子とを備え、
前記制御系グランド端子は、前記制御器のグランドに接続され、
前記駆動系グランド端子は、前記第１インバータ回路の負極側に接続され、
前記第２インバータ駆動回路のグランド端子は、前記制御器のグランドに接続され、
前記第３インバータ駆動回路のグランド端子は、前記第２インバータ駆動回路のグランド端子に接続され、
前記電流センサは、前記第１インバータ回路の負極側と絶縁されている請求項１に記載のインバータ装置。
前記インバータ回路は、
第１インバータ回路と、
前記第１インバータ回路で駆動される負荷の負荷電流よりも大きな負荷電流の負荷を駆動する第２インバータ回路と、
前記第１インバータ回路で駆動される負荷の負荷電流よりも大きな負荷電流の負荷を駆動する第３インバータ回路とを備え、
前記インバータ駆動回路は、
前記第１インバータ回路をスイッチング制御する第１インバータ駆動回路と、
前記第２インバータ回路をスイッチング制御する第２インバータ駆動回路と、
前記第３インバータ回路をスイッチング制御する第３インバータ駆動回路と、
前記第２インバータ回路の負極側に流れる電流を検出する第１電流センサと、
前記第３インバータ回路の負極側に流れる電流を検出する第２電流センサと、
前記第１インバータ回路の負極側に流れる電流を検出するシャント抵抗とを備え、
前記第２インバータ駆動回路は、互いに分離された第１制御系グランド端子と第１駆動系グランド端子とを備え、
前記第３インバータ駆動回路は、互いに分離された第２制御系グランド端子と第２駆動系グランド端子とを備え、
前記第１制御系グランド端子および前記第２制御系グランド端子は前記制御器のグランドに接続され、
前記第１駆動系グランド端子は、前記第２インバータ回路の負極側に接続され、
前記第２駆動系グランド端子は、前記第３インバータ回路の負極側に接続され、
前記第１インバータ駆動回路のグランド端子は、前記制御器のグランドに接続され、
前記第１電流センサは、前記第２インバータ回路の負極側と絶縁され、
前記第２電流センサは、前記第３インバータ回路の負極側と絶縁されている請求項１に記載のインバータ装置。
圧縮器を駆動する第１インバータ回路と、
ファンを駆動する第２インバータ回路と、
前記第１インバータ回路をスイッチング制御する第１インバータ駆動回路と、
前記第２インバータ回路をスイッチング制御する第２インバータ駆動回路と、
前記第１インバータ回路に流れる電流に基づいて前記第１インバータ駆動回路を制御し、前記第２インバータ回路に流れる電流に基づいて前記第２インバータ駆動回路を制御する制御器とを備え、
前記第１インバータ駆動回路は、互いに分離された制御系グランド端子と駆動系グランド端子とを備え、
前記制御系グランド端子は、前記制御器のグランドに接続され、
前記駆動系グランド端子は、前記第１インバータ回路の負極側に接続され、
前記第２インバータ駆動回路のグランド端子は、前記制御器のグランドに接続されている空気調和機。
前記第１インバータ回路の負極側に流れる電流を検出する電流センサと、
前記第２インバータ回路の負極側に流れる電流を検出するシャント抵抗と、
前記電流センサで検出された電流値に基づいて、前記第１インバータ回路の過電流を検出する第１過電流検出回路と
前記シャント抵抗で検出された電流値に基づいて、前記第２インバータ回路の過電流を検出する第２過電流検出回路と、
前記シャント抵抗で検出された電流値に基づいて、前記第２インバータ回路に流れる電流の瞬時値を検出する瞬時電流検出回路とを備える請求項１２に記載の空気調和機。
第１インバータ回路と、
第２インバータ回路と、
前記第１インバータ回路をスイッチング制御する第１インバータ駆動回路と、
前記第２インバータ回路をスイッチング制御する第２インバータ駆動回路と、
前記第１インバータ回路に流れる電流に基づいて前記第１インバータ駆動回路を制御し、前記第２インバータ回路に流れる電流に基づいて前記第２インバータ駆動回路を制御する制御器とを備え、
前記第１インバータ駆動回路は、前記第２インバータ駆動回路よりも負荷電流が大きな負荷を駆動させ、
前記第１インバータ駆動回路のグランドおよび前記第２インバータ駆動回路のグランドは、前記第１インバータ回路の負極側の電流経路を含まない経路を介して前記制御器のグランドに接続されているインバータ装置のグランド接続方法。