WO2018073909A1 - インバータ装置及びインバータ装置の停止方法 - Google Patents

インバータ装置及びインバータ装置の停止方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018073909A1
WO2018073909A1 PCT/JP2016/080935 JP2016080935W WO2018073909A1 WO 2018073909 A1 WO2018073909 A1 WO 2018073909A1 JP 2016080935 W JP2016080935 W JP 2016080935W WO 2018073909 A1 WO2018073909 A1 WO 2018073909A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switching element
short circuit
voltage
arm
inverter device
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/080935
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
義統 中島
正裕 石原
真作 楠部
貴彦 小林
健太 湯淺
喜浩 谷口
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2016/080935 priority Critical patent/WO2018073909A1/ja
Priority to JP2018546085A priority patent/JP6618630B2/ja
Publication of WO2018073909A1 publication Critical patent/WO2018073909A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the present invention relates to an inverter device and a method for stopping the inverter device.
  • Patent Document 1 describes a technique for detecting a short circuit regardless of whether a motor receiving AC power from an inverter is stopped or driven.
  • the object of the present invention is to detect a short circuit generated in an inverter without using CT.
  • an inverter device of the present invention is an inverter device that receives a voltage smoothed by a smoothing capacitor, and includes a first switching element and a second switching element connected in series, An arm part that generates an alternating voltage from the smoothed voltage by opening and closing the first switching element and the second switching element, and a coil pattern formed on a substrate, the first switching element or the first switching element A first detection unit that detects a current flowing in a wiring connecting the two switching elements and the smoothing capacitor, and the arm unit detects a current caused by a short circuit of the arm unit by the first detection unit. , Stop generating AC voltage.
  • the first detection unit having a coil pattern formed on the substrate detects a current due to a short circuit of the arm unit. For this reason, the short circuit which generate
  • FIG. 1 shows a configuration of a power conversion device 1000 including the inverter device 10.
  • the inverter device 10 is a device that converts direct-current power into alternating-current power, and detects a short circuit generated in the built-in arm using a coil-shaped pattern formed on the substrate.
  • the power conversion apparatus 1000 is an apparatus that is connected to the power source 60 and the load 70, converts the AC power supplied from the power source 60, and drives the load 70 by supplying the converted AC power.
  • the power source 60 is a commercial power source that supplies, for example, three-phase AC power of 100V or 200V
  • the load 70 is a motor that constitutes home appliances.
  • power conversion apparatus 1000 according to the present embodiment converts at least one of the voltage and frequency of AC power supplied from power supply 60. However, in FIG. 1, components for converting the voltage are omitted.
  • the power conversion device 1000 rectifies the AC power supplied from the power source 60 and outputs it, and the smoothing capacitor 30 that smoothes the voltage output from the rectifier device 20. ,have.
  • the rectifier 20 is a bridge rectifier.
  • the rectifier 20 includes diodes 21d, 22d, 24d, 25d, 27d, and 28d that form a diode bridge that is a full-wave rectifier circuit, and wirings 21w and 22w.
  • the diodes 21d, 22d, 24d, 25d, 27d, and 28d are collectively referred to as a diode 21D.
  • the diode 21D according to the present embodiment is a discrete component arranged on the printed board.
  • the wiring is not limited to the wirings 21w and 22w, but in the present embodiment, the wiring is a substrate pattern, a lead wire, a covered wire, or a copper bar that electrically connects two points. The two points connected by the wiring are always conducted. When three points are electrically connected, at least two wires are required.
  • the diodes 21d and 22d are connected in series via the connection point 23p, the diodes 24d and 25d are connected in series via the connection point 26p, and the diodes 27d and 28d are connected in series via the connection point 29p.
  • the connection points 23p, 26p, and 29p are connected to wirings to which the R-phase, S-phase, and T-phase voltages of the power supply 60 are applied, respectively.
  • the diodes 21d and 22d, the diodes 24d and 25d, and the diodes 27d and 28d are connected to the wirings 21w and 22w in parallel.
  • the cathode terminals of the diodes 21d, 24d, and 27d are connected to the wiring 21w, and the anode terminals of the diodes 22d, 25d, and 28d are connected to the wiring 22w.
  • the node 23p is connected to the anode terminal of the diode 21d and the cathode terminal of the diode 22d.
  • the node 26p is connected to the anode terminal of the diode 24d and the cathode terminal of the diode 25d. Are connected to the anode terminal of the diode 27d and the cathode terminal of the diode 28d.
  • the smoothing capacitor 30 is, for example, a discrete component mounted on a printed board or a chip capacitor embedded in the printed board.
  • the printed circuit board for configuring the smoothing capacitor 30 may be the same as or different from the printed circuit board on which the diode 21D of the rectifier 20 is disposed.
  • the smoothing capacitor 30 according to the present embodiment is disposed outside the inverter device 10 and the rectifier device 20, it may be included in the inverter device 10 or may be included in the rectifier device 20. .
  • the smoothing capacitor 30 accumulates charges flowing in from the connection points 31p and 32p, and discharges the accumulated charges, thereby smoothing the pulsating voltage output from the rectifying device 20.
  • the smoothed pulsating voltage is treated as being equal to the DC voltage.
  • the inverter device 10 is a so-called voltage source inverter.
  • the inverter device 10 generates a three-phase AC voltage from the voltage smoothed by the smoothing capacitor 30 and drives the load 70 by applying the generated voltage.
  • the inverter device 10 includes input terminals 10i and 10j to which a smoothed voltage is applied, output terminals 10r, 10s, and 10t to which the generated AC voltage is output, and arm units 11, 14, and 17 that generate the AC voltage. And wirings 11w and 12w for connecting the input terminals 10i and 10j to the arm unit 11, wirings 14w and 15w for connecting the arm unit 11 and the arm unit 14, and the arm unit 14 and the arm unit 17 are connected.
  • a first detection unit 101 that detects a current flowing between the wirings 17w and 18w, the smoothing capacitor 30 and the arm units 11, 14, and 17, and a second detection that detects a current flowing through each of the output terminals 10r, 10s, and 10t.
  • the components of the inverter device 10 according to the present embodiment are formed on a printed circuit board or a semiconductor substrate mounted on the printed circuit board.
  • the printed circuit board on which the constituent elements of the inverter device 10 are formed may be the same as or different from the printed circuit board for configuring the smoothing capacitor 30.
  • the input terminal 10i is connected to the connection point 31p, and the input terminal 10j is connected to the connection point 32p.
  • the arm unit 11 includes switching elements 11a and 12a that are opened and closed according to the control of the control unit 100, and free-wheeling diodes 11d and 12d that are connected in parallel to the switching elements 11a and 12a, respectively.
  • the switching elements 11a and 12a are IGBTs (Insulated Gate Gate Bipolar Transistors) in the present embodiment. However, other transistors represented by MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) may be used as the switching elements 11a and 12a.
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor
  • Switching elements 11a and 12a are connected in series via connection point 13p. Specifically, the collector terminal of the switching element 11a is connected to the wiring 11w via the connection point 11p, and the emitter terminal of the switching element 11a is connected to the connection point 13p. The collector terminal of the switching element 12a is connected to the connection point 13p, and the emitter terminal of the switching element 12a is connected to the wiring 12w through the connection point 12p. Further, the connection point 13p is connected to the output terminal 10r.
  • the control signal transmitted from the control unit 100 is applied to the gate terminals of the switching elements 11a and 12a.
  • the arm unit 11 When the switching elements 11a and 12a are opened and closed at an appropriate timing, the arm unit 11 generates an AC voltage from the DC voltage applied to the input terminals 10i and 10j. Normally, when an AC voltage is generated, both the switching elements 11a and 12a are not simultaneously closed. When both the switching elements 11a and 12a are simultaneously closed, the arm portion 11 is short-circuited.
  • the cathode terminal of the return diode 11d is connected to the collector terminal of the switching element 11a, and the anode terminal of the return diode 11d is connected to the emitter terminal of the switching element 11a. Further, the cathode terminal of the freewheeling diode 12d is connected to the collector terminal of the switching element 12a, and the anode terminal of the freewheeling diode 12d is connected to the emitter terminal of the switching element 12a.
  • the arm portion 14 is configured in the same manner as the arm portion 11. Specifically, the arm unit 14 includes switching elements 14a and 15a corresponding to the switching elements 11a and 12a of the arm unit 11, and return diodes 14d and 15d corresponding to the return diodes 11d and 12d of the arm unit 11. ing.
  • the switching elements 14a and 15a are connected in series via a connection point 16p, and the connection point 16p is connected to the output terminal 10s.
  • the collector terminal of the switching element 14a is connected to the wiring 14w through the connection point 14p, and the emitter terminal of the switching element 15a is connected to the wiring 15w through the connection point 15p.
  • the wiring 14w is connected to the connection point 11p, and the wiring 15w is connected to the connection point 12p.
  • the arm portion 17 is configured in the same manner as the arm portion 11. Specifically, the arm unit 17 includes switching elements 17a and 18a corresponding to the switching elements 11a and 12a of the arm unit 11, and return diodes 17d and 18d corresponding to the return diodes 11d and 12d of the arm unit 11. ing.
  • the switching elements 17a and 18a are connected in series via a connection point 19p, and the connection point 19p is connected to the output terminal 10t.
  • the collector terminal of the switching element 17a is connected to the connection point 14p via the wiring 17w, and the emitter terminal of the switching element 18a is connected to the connection point 15p via the wiring 18w.
  • the switching elements 11a, 14a, and 17a correspond to so-called upper arms, and the switching elements 12a, 15a, and 18a correspond to so-called lower arms.
  • the first detection unit 101 is a sensor that detects a current flowing in any of the wirings 11w, 12w, 14w, 15w, 17w, 18w, 31w, and 32w that connect the arm units 11, 14, and 17 and the smoothing capacitor 30. .
  • the first detection unit 101 has a coiled pattern formed on a printed board. When the current flowing through the wiring arranged in the vicinity of this pattern changes to generate a magnetic field, an induced electromotive force is generated in this pattern. The first detection unit 101 outputs the induced electromotive force to the control unit 100 as a current detection result.
  • the detection result of the first detection unit 101 is used to detect a short circuit of the arm units 11, 14, and 17. For example, when the arm unit 11 is short-circuited, a large current including a high frequency component as shown in FIG. 2 flows in a circuit passing through the smoothing capacitor 30 and the switching elements 11a and 12a. If the first detection unit 101 detects the current flowing through the wirings 11w, 12w, 31w, and 32w that connect the switching elements 11a and 12a and the smoothing capacitor 30, the detection result of the current when the arm unit 11 is short-circuited. It becomes possible to detect the occurrence of a short circuit.
  • the arm unit 14 is short-circuited. In addition, it is possible to detect the occurrence of a short circuit from the current detection result. If the first detection unit 101 detects the current flowing through the wirings 11w, 12w, 14w, 15w, 17w, 18w, 31w, and 32w that connect the switching elements 17a and 18a and the smoothing capacitor 30, the arm unit 17 When a short circuit occurs, the occurrence of a short circuit can be detected from the current detection result.
  • FIG. 3 shows an example of the arrangement of the first detection unit 101.
  • the first detection unit 101 is disposed at any of positions 101a and 101b close to the wiring 11w, positions 101c and 101d close to the wiring 12w, a position 101e close to the wiring 31w, and a position 101f close to the wiring 32w.
  • the current generated when the arm portions 11, 14, and 17 are short-circuited can be detected.
  • FIG. 3 shows an example of the arrangement of the first detection unit 101.
  • the wiring 11w Since the magnetic field generated by the current flowing through each of 12w is canceled, the first detection unit 101 is not disposed at the position 101x close to a part of the wirings 11w and 12w.
  • FIG. 4 shows the shape of the first detection unit 101.
  • the first detection unit 101 has a coil pattern 102 formed on the substrate and a wiring pattern 103 for outputting an induced electromotive force corresponding to the detected current to the control unit 100. is doing.
  • the solid line configuring the first detection unit 101 indicates a pattern formed on the first surface of the substrate, and the broken line indicates a pattern formed on the second surface opposite to the first surface. Show.
  • the present invention is not limited to this, and at least one of a pattern indicated by a broken line and a pattern indicated by a solid line may be formed in the inner layer of the multilayer substrate.
  • the coil pattern 102 is an air-core coil.
  • the number of turns of the coil pattern 102 according to the present embodiment is two.
  • the coil pattern 102 has a square shape, and the lengths D1 and D2 of the sides are both 5 mm or less.
  • the shape of the coil pattern 102 is not limited to a square and is arbitrary, and may be a rectangle or a circle.
  • a wiring 31 w is shown as a wiring pattern in which a current that is a target of detection by the first detection unit 101 flows.
  • the distance D3 between the wiring 31w and the first detection unit 101 is desirably shorter, for example, 5 cm or less.
  • the second detectors 13x, 16x, and 19x are CTs, and detect currents flowing through the output terminals 10r, 10s, and 10t, respectively.
  • the second detection unit 13x is disposed in the vicinity of the wiring passing through the output terminal 10r, and a current flowing in the wiring in the direction flowing out from the inverter device 10 or in the direction flowing into the inverter device 10 is changed to generate a magnetic field.
  • an induced electromotive force is generated in the second detection unit 13x.
  • the second detector 13x outputs this induced electromotive force as a current detection result.
  • the second detection unit 16x detects the current flowing through the wiring passing through the output terminal 10s in the same manner as the second detection unit 13x
  • the second detection unit 19x detects the current flowing through the wiring passing through the output terminal 10t as the first It detects similarly to 2 detection part 13x.
  • the detection results of the second detection units 13x, 16x, and 19x are output to the control unit 100.
  • the second detectors 13x, 16x, and 19x are used to control the load 70, and are used to detect a short circuit between the output terminals 10r, 10s, and 10t. For example, there may be a case where the output terminal 10r and the output terminal 10s become conductive due to a short circuit in the load 70. In this case, since a large current flows through the output terminals 10r and 10s, the occurrence of a short circuit on the output side can be detected from the detection results of the second detectors 13x and 16x.
  • the second detection units 13x, 16x, and 19x are collectively referred to as a second detection unit 13X.
  • the control unit 100 includes an integrated circuit such as a microprocessor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and an FPGA (field-programmable gate array).
  • the control unit 100 controls the arm units 11, 14, and 17 based on the detection result of the second detection unit 13X. Moreover, if the control part 100 acquires the detection result of the 1st detection part 101 and the 2nd detection part 13X, and judges that the short circuit has arisen, the production
  • the control unit 100 functions as an arm short circuit detection module 110 that detects a short circuit of the arm units 11, 14, and 17, an output short circuit detection module 120 that detects a short circuit on the output side, and an inverter device when a short circuit occurs. 10 and a control module 140 that controls the arm portions 11, 14, and 17.
  • the arm short circuit detection module 110 acquires the detection result of the first detection unit 101, and determines whether the arm units 11, 14, and 17 are short-circuited based on the acquired detection result. When the arm short circuit detection module 110 determines that a short circuit has been detected, the arm short circuit detection module 110 transmits a short circuit detection signal to the protection module 130.
  • the arm short circuit detection module 110 includes an integration circuit 111 and a comparator 112.
  • the integration circuit 111 acquires the voltage or current generated by the induced electromotive force as the detection result of the first detection unit 101. Then, the integration circuit 111 calculates the current amount that is the detection target by integrating the acquired voltage or current.
  • the comparator 112 is a comparator that compares the current amount calculated by the integration circuit 111 with a threshold value that is determined and held in advance by the arm short circuit detection module 110. When the current amount exceeds the threshold value as a result of the comparison by the comparator 112, the arm short circuit detection module 110 transmits a short circuit detection signal to the protection module 130.
  • the output short circuit detection module 120 acquires the detection result of the second detection unit 13X and determines the presence or absence of a short circuit in the load 70 based on the acquired detection result. When the output short circuit detection module 120 determines that a short circuit has been detected, the output short circuit detection module 120 transmits a short circuit detection signal to the protection module 130.
  • the output short-circuit detection module 120 has a comparator 121.
  • the comparator 121 acquires the voltage or current generated by the induced electromotive force as the detection result of the second detection unit 13X, and this voltage or current and the threshold value that the output short-circuit detection module 120 holds in advance. And a comparator for comparing If the acquired voltage or current exceeds the threshold value as a result of the comparison by the comparator 121, the output short circuit detection module 120 transmits a short circuit detection signal to the protection module 130.
  • the protection module 130 When the protection module 130 receives the short circuit detection signal from the arm short circuit detection module 110 or the output short circuit detection module 120, the protection module 130 instructs the control module 140 to execute a stop process according to the arm short circuit or the output side short circuit.
  • This stop process is usually a process for stopping the generation of the AC voltage by the arm portions 11, 14, and 17.
  • the control module 140 applies a voltage to the gate terminals of the switching elements 11a, 12a, 14a, 15a, 17a, and 18a constituting the arm portions 11, 14, and 17, and switches these elements between the open state and the closed state.
  • the arm portions 11, 14, and 17 are controlled.
  • the control module 140 acquires the detection result of the second detection unit 13X during normal operation of the inverter device 10, and based on the acquired detection result, the control module 140 generates the AC voltage generated by the arm units 11, 14, and 17. Feedback control is executed so that the frequency approaches the target value. In this feedback control, the current rotational speed of the motor as the load 70 may be calculated, and this rotational speed may be brought close to the target value. In addition, the control module 140 executes a stop process in accordance with an instruction from the protection module 130. When this stop process is executed, all of the switching elements 11a, 12a, 14a, 15a, 17a, and 18a are opened.
  • the first detection unit 101 and the second detection unit 13X detect the current flowing through the wiring (step S1).
  • the arm short circuit detection module 110 determines whether or not the current detected by the first detection unit 101 exceeds a threshold value (step S2).
  • step S2 When it is determined that the current detected by the first detection unit 101 exceeds the threshold (step S2; Yes), the arm short circuit detection module 110 determines that an arm short circuit has been detected (step S3). Thereafter, the process proceeds to step S7.
  • the output short-circuit detection module 120 determines which of the currents detected by the second detection unit 13X is It is determined whether or not the threshold value is exceeded (step S4).
  • step S4 When it is determined that none of the currents detected by the second detection unit 13X exceeds the threshold (step S4; No), the control module 140 continues generating the AC voltage by the arm units 11, 14, and 17 ( Step S5). And the process after step S1 is repeated.
  • step S6 determines that an output side short circuit has been detected.
  • the arm short circuit detection module 110 or the output short circuit detection module 120 transmits a short circuit detection signal to the protection module 130 (step S7). Specifically, in step S7 following step S3, the arm short circuit detection module 110 transmits a short circuit detection signal to the protection module 130, and in step S7 following step S6, the output short circuit detection module 120 outputs the short circuit detection signal to the protection module 130. To 130.
  • the protection module 130 transmits a short circuit signal indicating the occurrence of a short circuit to the control module 140, and instructs the control module 140 to execute a stop process (step S8).
  • control module 140 stops the generation of the AC voltage according to the instruction of the protection module 130 (step S9). Thereafter, the processing by the control unit 100 ends.
  • the first detection unit 101 having the coil pattern 102 formed on the substrate detects a current due to a short circuit of the arm units 11, 14, and 17. For this reason, the short circuit which generate
  • the inverter device 10 detects a short circuit on the output side using the second detection unit 13X used for feedback control during normal operation. Thereby, since it is not necessary to use a separate component for detecting a short circuit on the output side, the inverter device 10 can be simply configured.
  • an arm short circuit occurs instantaneously and a current having a high frequency component flows, but a short circuit on the output side occurs relatively slowly and a current having a relatively low frequency component flows.
  • the coil pattern 102 which is an air-core coil is suitable for detecting a current having a high frequency component, it is not appropriate to use it for detecting a short circuit on the output side. Therefore, both the arm short circuit and the output side short circuit can be detected by detecting a short circuit on the output side using the second detection unit 13X that is a CT.
  • the cause of the occurrence of the short circuit can be divided into an arm short circuit and an output side short circuit, and the processing when the short circuit occurs can be made according to the cause.
  • the inverter apparatus 10 detected the arm short circuit using the coil pattern 102 which is an air core coil, and detected the output side short circuit using CT.
  • the arm short circuit an instantaneous large current including a high frequency component is generated.
  • the air-core coil is more suitable than CT as an arm short-circuit sensor because it can detect such a current relatively easily.
  • the simulation carried out by the inventor it is confirmed that if the coil pattern 102 has a diameter of 10 mm or less and the number of turns is 10, a short-circuit current of 50 A can be detected at a voltage of 100 V. Furthermore, it has been confirmed by simulation that even when the coil pattern 102 has a diameter of 5 mm and the number of turns is 2, a short-circuit current of 50 A can be detected at a voltage of 100 V.
  • the arm short circuit detection module 110 has an integration circuit 111.
  • the arm short circuit detection module 110 is configured using the integration circuit 111, and a relatively low cost operational amplifier. Can be utilized.
  • the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
  • the description is abbreviate
  • the first detection unit 101 according to the present embodiment is different from that according to the first embodiment in that it includes two coil patterns 102 and 104.
  • the first detection unit 101 includes coil patterns 102 and 104 formed on the substrate and wiring patterns 103 and 105 for outputting induced electromotive force corresponding to the detected current to the control unit 100. Between the coil patterns 102 and 104, a wiring 31w through which a current to be detected flows is disposed, and the coil patterns 102 and 104 have the same shape and are disposed on the target with the wiring 31w interposed therebetween.
  • the first detection unit 101 has the two coil patterns 102 and 104 that sandwich the wiring therebetween.
  • the arm short circuit detection module 110 can remove the external noise by calculating the difference between the induced electromotive forces generated in the coil patterns 102 and 104, and can obtain an accurate current amount. As a result, the arm short circuit detection accuracy is improved.
  • the distance between the coil patterns 102 and 104 is 1/4 of the wavelength of the maximum frequency component included in the detection-symmetrical short-circuit current.
  • the maximum frequency component is a component of 1 GHz
  • the wavelength is 30 cm. Therefore, the distance between the coil patterns 102 and 104 is preferably 7.5 cm or less. However, if the distance between the coil patterns 102 and 104 is 10 cm or less, the coil patterns 102 and 104 are sufficiently close to each other and a short-circuit current can be detected.
  • the coil patterns 102 and 104 may be arranged in the vicinity of the U-shaped wiring 31 as shown in FIG. Even with such an arrangement, the arm short circuit detection module 110 can obtain an accurate amount of current by removing external noise.
  • the wiring patterns 103 and 105 are arranged symmetrically with respect to the wiring 31w through which the current to be detected flows, from the viewpoint of detection accuracy.
  • the wiring patterns 103 and 105 may be arranged asymmetrically.
  • the first detection unit 101 includes a first coil pattern 102 a formed on a substrate and a front surface side or a back surface side of the first coil pattern 102 a.
  • the second coil pattern 102b is different from that according to the first embodiment in that the second coil pattern 102b is formed.
  • the second coil pattern 102b is formed immediately above the first coil pattern 102a. That is, when the first coil pattern 102a is projected in a direction perpendicular to the surface on which the pattern on the substrate is formed, at least part of it overlaps with the second coil pattern 102b.
  • the number of turns of the coil of the first detection unit 101 is larger than that of the first embodiment. This improves the current detection accuracy.
  • control module 140 may have the function of the protection module 130
  • the protection module 130 may have the functions of the arm short circuit detection module 110 and the output short circuit detection module 120.
  • the first detection unit 101 may have a shape in which the number of turns is four or more and wiring is passed through the back surface of the substrate.
  • the size and the number of turns of the coil pattern 102 that can detect a short circuit according to the frequency and the amount of the short circuit current that is assumed.
  • the number of turns is determined as 3, as shown in FIG. 10, the number of turns of the first coil pattern 102a formed on the front surface of the substrate is 2, and the number of turns of the second coil pattern 102b formed on the back surface is 1. It is desirable to start winding in order from the maximum diameter of the coil pattern 102.
  • FIG. 11 shows an example in which the number of turns on the front surface is 2 and the number of turns on the back surface is 2.
  • one end and the other end of the coil pattern 102 may be arranged on the same surface of the substrate.
  • the present invention is suitable for power conversion.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

インバータ装置（１０）は、平滑コンデンサ（３０）によって平滑化された電圧を受ける装置であって、直列に接続された第１スイッチング素子（１１ａ）と第２スイッチング素子（１２ａ）とを有し、第１スイッチング素子（１１ａ）と第２スイッチング素子（１２ａ）との開閉により、平滑化された電圧から交流電圧を生成するアーム部（１１）と、基板に形成されたコイルパターンを有し、第１スイッチング素子（１１ａ）又は第２スイッチング素子（１２ａ）と平滑コンデンサ（３０）とを接続する配線に流れる電流を検出する第１検出部（１０１）と、を備え、アーム部（１１）は、アーム部（１１）の短絡による電流が第１検出部（１０１）によって検出されると、交流電圧の生成を停止する。

Description

インバータ装置及びインバータ装置の停止方法
　本発明は、インバータ装置及びインバータ装置の停止方法に関する。
　稼働しているインバータの内部で予期しない短絡が生じた場合には、インバータが誤動作をしたり故障したりするおそれがある。このため、インバータを停止させるために、インバータの内部で発生した短絡を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、インバータから交流電力の供給を受けるモータが停止しているか駆動されているかに関わらず、短絡を検出する技術について記載されている。
特開２０１０－０１６９８２号公報
　特許文献１に記載の技術では、ＣＴ（Current Transfer）を用いることで短絡が検出された。しかしながら、ＣＴを用いるとコストが増加するとともにディスクリート部品が多くなってインバータの構成が複雑になる。そこで、インバータで発生した短絡を、ＣＴを用いることなく検出したいという要望があった。
　本発明は、インバータで発生した短絡を、ＣＴを用いることなく検出することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明のインバータ装置は、平滑コンデンサによって平滑化された電圧を受けるインバータ装置であって、直列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを有し、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との開閉により、前記平滑化された電圧から交流電圧を生成するアーム部と、基板に形成されたコイルパターンを有し、前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子と前記平滑コンデンサとを接続する配線に流れる電流を検出する第１検出部と、を備え、前記アーム部は、前記アーム部の短絡による電流が前記第１検出部によって検出されると、交流電圧の生成を停止する。
　本発明によれば、基板に形成されたコイルパターンを有する第１検出部が、アーム部の短絡による電流を検出する。このため、インバータで発生した短絡を、ＣＴを用いることなく検出することができる。
実施の形態１に係るインバータ装置の構成を示す図 第１検出部によって検出される電流を示す図 第１検出部の配置を説明するための図 第１検出部の形状を説明するための図 制御部によって実行される処理を示すフロー図 実施の形態２に係る第１検出部を示す図 コイルパターンの配置を説明するための図 実施の形態３に係る第１検出部を示す図 第１検出部の形状の例を示す第１の図 第１検出部の形状の例を示す第２の図 第１検出部の形状の例を示す第３の図
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
　実施の形態１．
　図１には、インバータ装置１０を含む電力変換装置１０００の構成が示されている。インバータ装置１０は、直流電力を交流電力に変換する装置であって、基板に形成されたコイル状のパターンを用いて、内蔵のアームに発生した短絡を検出する。
　電力変換装置１０００は、電源６０及び負荷７０に接続され、電源６０から供給される交流電力を変換して、変換した交流電力を供給することで負荷７０を駆動する装置である。本実施の形態において、電源６０は、例えば１００Ｖ又は２００Ｖの三相交流電力を供給する商用電源であって、負荷７０は、家電機器を構成するモータである。また、本実施の形態に係る電力変換装置１０００は、電源６０から供給される交流電力の電圧及び周波数の少なくとも一方を変換する。ただし、図１では、電圧を変換するための構成要素が省略されている。
　電力変換装置１０００は、上述のインバータ装置１０の他に、電源６０から供給された交流電力を整流して出力する整流装置２０と、整流装置２０から出力された電圧を平滑化する平滑コンデンサ３０と、を有している。
　整流装置２０は、ブリッジ整流器である。整流装置２０は、全波整流回路であるダイオードブリッジを構成するダイオード２１ｄ，２２ｄ，２４ｄ，２５ｄ，２７ｄ，２８ｄと、配線２１ｗ，２２ｗと、を有している。以下では、ダイオード２１ｄ，２２ｄ，２４ｄ，２５ｄ，２７ｄ，２８ｄを総称してダイオード２１Ｄと表記する。本実施の形態に係るダイオード２１Ｄは、プリント基板上に配置されたディスクリート部品である。また、配線２１ｗ，２２ｗに限らず、本実施の形態において配線は、２点を電気的に接続する基板パターン、リード線、被覆線、又は銅バーである。配線によって接続された２点は、常時導通することとなる。３点が電気的に接続される場合には、少なくとも２本の配線が必要になる。
　ダイオード２１ｄ，２２ｄは、接続点２３ｐを介して直列に接続され、ダイオード２４ｄ，２５ｄは、接続点２６ｐを介して直列に接続され、ダイオード２７ｄ，２８ｄは、接続点２９ｐを介して直列に接続される。また、接続点２３ｐ，２６ｐ，２９ｐはそれぞれ、電源６０のＲ相、Ｓ相及びＴ相の電圧が印加される配線に接続される。そして、ダイオード２１ｄ，２２ｄと、ダイオード２４ｄ，２５ｄと、ダイオード２７ｄ，２８ｄとは、並列に配線２１ｗ，２２ｗに接続される。
　すなわち、配線２１ｗには、ダイオード２１ｄ，２４ｄ，２７ｄのカソード端子が接続され、配線２２ｗには、ダイオード２２ｄ，２５ｄ，２８ｄのアノード端子が接続される。また、接続点２３ｐには、ダイオード２１ｄのアノード端子とダイオード２２ｄのカソード端子とが接続され、接続点２６ｐには、ダイオード２４ｄのアノード端子とダイオード２５ｄのカソード端子とが接続され、接続点２９ｐには、ダイオード２７ｄのアノード端子とダイオード２８ｄのカソード端子とが接続される。
　上述のようにダイオード２１Ｄが接続されることにより、配線２１ｗ，２２ｗには、脈流電圧が印加されることとなる。そして、この脈流電圧が整流装置２０から出力される。
　平滑コンデンサ３０は、例えば、プリント基板上に搭載されたディスクリート部品、又は、プリント基板の内部に埋め込まれたチップコンデンサである。平滑コンデンサ３０を構成するためのプリント基板は、整流装置２０のダイオード２１Ｄが配置されたプリント基板と同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、本実施の形態に係る平滑コンデンサ３０は、インバータ装置１０及び整流装置２０の外部に配置されたが、インバータ装置１０に含まれていてもよいし、整流装置２０に含まれていてもよい。
　平滑コンデンサ３０の一端は、接続点３１ｐを介して配線２１ｗに接続され、平滑コンデンサ３０の他端は、接続点３２ｐを介して配線２２ｗに接続される。そして、平滑コンデンサ３０は、接続点３１ｐ，３２ｐから流れ込む電荷を蓄積し、蓄積した電荷を放電することで、整流装置２０から出力された脈流電圧を平滑化する。平滑化された脈流電圧は、直流電圧に等しいものとして扱われる。
　インバータ装置１０は、いわゆる電圧形インバータである。インバータ装置１０は、平滑コンデンサ３０によって平滑化された電圧から三相交流電圧を生成して、生成した電圧を印加することで負荷７０を駆動する。インバータ装置１０は、平滑化された電圧が印加される入力端子１０ｉ，１０ｊと、生成した交流電圧が出力される出力端子１０ｒ，１０ｓ，１０ｔと、交流電圧を生成するアーム部１１，１４，１７と、入力端子１０ｉ，１０ｊそれぞれとアーム部１１とを接続する配線１１ｗ，１２ｗと、アーム部１１とアーム部１４とを接続する配線１４ｗ，１５ｗと、アーム部１４とアーム部１７とを接続する配線１７ｗ，１８ｗと、平滑コンデンサ３０とアーム部１１，１４，１７との間に流れる電流を検出する第１検出部１０１と、出力端子１０ｒ，１０ｓ，１０ｔそれぞれに流れる電流を検出する第２検出部１３ｘ，１６ｘ，１９ｘと、交流電力の生成の有無を制御する制御部１００と、を有している。本実施の形態に係るインバータ装置１０の構成要素は、プリント基板、又は当該プリント基板上に搭載された半導体基板に形成される。インバータ装置１０の構成要素が形成されるプリント基板は、平滑コンデンサ３０を構成するためのプリント基板と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
　入力端子１０ｉは、接続点３１ｐに接続され、入力端子１０ｊは、接続点３２ｐに接続される。
　アーム部１１は、制御部１００の制御に従って開閉するスイッチング素子１１ａ，１２ａと、スイッチング素子１１ａ，１２ａそれぞれと並列に接続される還流ダイオード１１ｄ，１２ｄと、を有している。
　スイッチング素子１１ａ，１２ａは、本実施の形態では、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ただし、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）に代表される他のトランジスタをスイッチング素子１１ａ，１２ａとしてもよい。
　スイッチング素子１１ａ，１２ａは、接続点１３ｐを介して直列に接続されている。詳細には、スイッチング素子１１ａのコレクタ端子が、接続点１１ｐを介して配線１１ｗに接続され、スイッチング素子１１ａのエミッタ端子が、接続点１３ｐに接続されている。また、スイッチング素子１２ａのコレクタ端子が、接続点１３ｐに接続され、スイッチング素子１２ａのエミッタ端子が、接続点１２ｐを介して配線１２ｗに接続されている。さらに、接続点１３ｐは、出力端子１０ｒに接続されている。
　スイッチング素子１１ａ，１２ａのゲート端子には、制御部１００から送信された制御信号が印加される。スイッチング素子１１ａ，１２ａが適当なタイミングで開閉することにより、アーム部１１は、入力端子１０ｉ，１０ｊに印加される直流電圧から交流電圧を生成する。通常、交流電圧が生成される際には、スイッチング素子１１ａ，１２ａの双方が同時に閉状態になることはない。スイッチング素子１１ａ，１２ａの双方が同時に閉状態になると、アーム部１１が短絡することとなる。
　還流ダイオード１１ｄのカソード端子は、スイッチング素子１１ａのコレクタ端子に接続され、還流ダイオード１１ｄのアノード端子は、スイッチング素子１１ａのエミッタ端子に接続されている。また、還流ダイオード１２ｄのカソード端子は、スイッチング素子１２ａのコレクタ端子に接続され、還流ダイオード１２ｄのアノード端子は、スイッチング素子１２ａのエミッタ端子に接続されている。
　アーム部１４は、アーム部１１と同等に構成される。詳細には、アーム部１４は、アーム部１１のスイッチング素子１１ａ，１２ａに対応するスイッチング素子１４ａ，１５ａと、アーム部１１の還流ダイオード１１ｄ，１２ｄに対応する還流ダイオード１４ｄ，１５ｄと、を有している。
　スイッチング素子１４ａ，１５ａは、接続点１６ｐを介して直列に接続され、接続点１６ｐは、出力端子１０ｓに接続されている。また、スイッチング素子１４ａのコレクタ端子は、接続点１４ｐを介して配線１４ｗに接続され、スイッチング素子１５ａのエミッタ端子は、接続点１５ｐを介して配線１５ｗに接続されている。なお、配線１４ｗは、接続点１１ｐに接続され、配線１５ｗは、接続点１２ｐに接続されている。
　アーム部１７は、アーム部１１と同等に構成される。詳細には、アーム部１７は、アーム部１１のスイッチング素子１１ａ，１２ａに対応するスイッチング素子１７ａ，１８ａと、アーム部１１の還流ダイオード１１ｄ，１２ｄに対応する還流ダイオード１７ｄ，１８ｄと、を有している。
　スイッチング素子１７ａ，１８ａは、接続点１９ｐを介して直列に接続され、接続点１９ｐは、出力端子１０ｔに接続されている。また、スイッチング素子１７ａのコレクタ端子は、配線１７ｗを介して接続点１４ｐに接続され、スイッチング素子１８ａのエミッタ端子は、配線１８ｗを介して接続点１５ｐに接続されている。
　なお、スイッチング素子１１ａ，１４ａ，１７ａは、いわゆる上アームに対応し、スイッチング素子１２ａ，１５ａ，１８ａは、いわゆる下アームに対応する。
　第１検出部１０１は、アーム部１１，１４，１７と平滑コンデンサ３０とを接続する配線１１ｗ，１２ｗ，１４ｗ，１５ｗ，１７ｗ，１８ｗ，３１ｗ，３２ｗのいずれかに流れる電流を検出するセンサである。詳細には、第１検出部１０１は、プリント基板に形成されたコイル状のパターンを有する。このパターンの近傍に配置された配線に流れる電流が変化して磁界が発生すると、このパターンに誘導起電力が生じる。第１検出部１０１は、この誘導起電力を、電流の検出結果として制御部１００に出力する。
　第１検出部１０１の検出結果は、アーム部１１，１４，１７の短絡を検出するために用いられる。例えば、アーム部１１が短絡すると、平滑コンデンサ３０及びスイッチング素子１１ａ，１２ａを通る回路には、図２に示されるような高い周波数成分を含む大電流が流れる。第１検出部１０１が、スイッチング素子１１ａ，１２ａと平滑コンデンサ３０とを接続する配線１１ｗ，１２ｗ，３１ｗ，３２ｗに流れる電流を検出すれば、アーム部１１が短絡したときに、電流の検出結果から短絡の発生を検出することが可能になる。
　同様に、第１検出部１０１が、スイッチング素子１４ａ，１５ａと平滑コンデンサ３０とを接続する配線１１ｗ，１２ｗ，１４ｗ，１５ｗ，３１ｗ，３２ｗに流れる電流を検出すれば、アーム部１４が短絡したときに、電流の検出結果から短絡の発生を検出することが可能になる。また、第１検出部１０１が、スイッチング素子１７ａ，１８ａと平滑コンデンサ３０とを接続する配線１１ｗ，１２ｗ，１４ｗ，１５ｗ，１７ｗ，１８ｗ，３１ｗ，３２ｗに流れる電流を検出すれば、アーム部１７が短絡したときに、電流の検出結果から短絡の発生を検出することができる。
　図３には、第１検出部１０１の配置の例が示されている。第１検出部１０１は、配線１１ｗに近接する位置１０１ａ，１０１ｂ、配線１２ｗに近接する位置１０１ｃ，１０１ｄ、配線３１ｗに近接する位置１０１ｅ、及び配線３２ｗに近接する位置１０１ｆのいずれかに配置されれば、アーム部１１，１４，１７の短絡時に生じた電流を検出することができる。ただし、図３に示されるように、配線１１ｗの一部と、配線１１ｗとは逆向きの電流が流れる配線１２ｗの一部とが近接して平行に形成されている場合には、配線１１ｗ，１２ｗそれぞれを流れる電流により生じる磁界が相殺されるため、このような配線１１ｗ，１２ｗの一部に近接する位置１０１ｘには、第１検出部１０１を配置しない。
　図４には、第１検出部１０１の形状が示されている。図４に示されるように、第１検出部１０１は、基板に形成されたコイルパターン１０２と、検出した電流に対応する誘導起電力を制御部１００に出力するための配線パターン１０３と、を有している。なお、図４において、第１検出部１０１を構成する実線は、基板の第１面に形成されたパターンを示し、破線は、第１面とは反対側の第２面に形成されたパターンを示す。ただし、これには限られず、破線で示されるパターン及び実線で示されるパターンの少なくとも一方が、多層基板の内層に形成されてもよい。
　コイルパターン１０２は、空芯コイルである。本実施の形態に係るコイルパターン１０２の巻数は２である。また、コイルパターン１０２は、正方形の形状を有し、その辺の長さＤ１，Ｄ２はいずれも５ｍｍ以下である。ただし、コイルパターン１０２の形状は、正方形に限らず任意であり、長方形でもよいし円形でもよい。
　また、図４では、第１検出部１０１による検出の対象である電流が流れる配線パターンとして、配線３１ｗが示されている。この配線３１ｗと第１検出部１０１との距離Ｄ３は、短い方が望ましく、例えば５ｃｍ以下である。
　第２検出部１３ｘ，１６ｘ，１９ｘはそれぞれ、ＣＴであって、出力端子１０ｒ，１０ｓ，１０ｔに流れる電流を検出する。詳細には、第２検出部１３ｘは、出力端子１０ｒを通る配線の近傍に配置され、この配線にインバータ装置１０から流出する方向又はインバータ装置１０に流入する方向に流れる電流が変化して磁界が発生すると、第２検出部１３ｘには誘導起電力が生じる。第２検出部１３ｘは、この誘導起電力を、電流の検出結果として出力する。また、第２検出部１６ｘは、出力端子１０ｓを通る配線に流れる電流を、第２検出部１３ｘと同様に検出し、第２検出部１９ｘは、出力端子１０ｔを通る配線に流れる電流を、第２検出部１３ｘと同様に検出する。そして、第２検出部１３ｘ，１６ｘ，１９ｘの検出結果は、制御部１００に出力される。
　第２検出部１３ｘ，１６ｘ，１９ｘは、負荷７０を制御するために用いられ、出力端子１０ｒ，１０ｓ，１０ｔの短絡を検出するために用いられる。例えば、負荷７０に短絡が生じることにより、出力端子１０ｒと出力端子１０ｓとが導通する場合が考えられる。この場合、出力端子１０ｒ，１０ｓには大電流が流れるため、第２検出部１３ｘ，１６ｘの検出結果から出力側の短絡の発生を検出することができる。以下では、第２検出部１３ｘ，１６ｘ，１９ｘを総称して第２検出部１３Ｘと表記する。
　制御部１００は、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等の集積回路を含んで構成される。制御部１００は、第２検出部１３Ｘの検出結果に基づいてアーム部１１，１４，１７を制御する。また、制御部１００は、第１検出部１０１及び第２検出部１３Ｘの検出結果を取得して、短絡が生じたと判断すると、アーム部１１，１４，１７による交流電圧の生成を停止させる。
　制御部１００は、その機能として、アーム部１１，１４，１７の短絡を検出するアーム短絡検出モジュール１１０と、出力側の短絡を検出する出力短絡検出モジュール１２０と、短絡が発生したときにインバータ装置１０を保護する保護モジュール１３０と、アーム部１１，１４，１７を制御する制御モジュール１４０と、を有している。
　アーム短絡検出モジュール１１０は、第１検出部１０１の検出結果を取得して、取得した検出結果に基づいてアーム部１１，１４，１７の短絡の有無を判断する。そして、アーム短絡検出モジュール１１０は、短絡を検出したと判断すると、短絡検出信号を保護モジュール１３０に送信する。
　詳細には、アーム短絡検出モジュール１１０は、積分回路１１１と、比較器１１２と、を有している。積分回路１１１は、第１検出部１０１の検出結果として、誘導起電力により生じた電圧又は電流を取得する。そして、積分回路１１１は、取得した電圧又は電流を積分することで、検出対象である現在の電流量を計算する。比較器１１２は、積分回路１１１によって算出された現在の電流量と、予め定められてアーム短絡検出モジュール１１０が保持している閾値と、を比較するコンパレータである。比較器１１２による比較の結果、現在の電流量が閾値を超えると、アーム短絡検出モジュール１１０は、短絡検出信号を保護モジュール１３０に送信する。
　出力短絡検出モジュール１２０は、第２検出部１３Ｘの検出結果を取得して、取得した検出結果に基づいて負荷７０における短絡の有無を判断する。そして、出力短絡検出モジュール１２０は、短絡が検出されたと判断すると、短絡検出信号を保護モジュール１３０に送信する。
　詳細には、出力短絡検出モジュール１２０は、比較器１２１を有している。比較器１２１は、第２検出部１３Ｘの検出結果として、誘導起電力により生じた電圧又は電流を取得して、この電圧又は電流と、予め定められて出力短絡検出モジュール１２０が保持している閾値と、を比較するコンパレータである。比較器１２１による比較の結果、取得した電圧又は電流が閾値を超えると、出力短絡検出モジュール１２０は、短絡検出信号を保護モジュール１３０に送信する。
　保護モジュール１３０は、アーム短絡検出モジュール１１０又は出力短絡検出モジュール１２０から短絡検出信号を受信すると、アーム短絡又は出力側の短絡に応じた停止処理を実行するように制御モジュール１４０に指示する。この停止処理は、通常、アーム部１１，１４，１７による交流電圧の生成を停止する処理である。
　制御モジュール１４０は、アーム部１１，１４，１７を構成するスイッチング素子１１ａ，１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１８ａのゲート端子に電圧を印加して、これらの素子を開状態と閉状態とを切り替えることで、アーム部１１，１４，１７を制御する。
　制御モジュール１４０は、インバータ装置１０の通常稼働時においては、第２検出部１３Ｘの検出結果を取得して、取得した検出結果に基づいて、アーム部１１，１４，１７によって生成される交流電圧の周波数が目標値に近付くようにフィードバック制御を実行する。このフィードバック制御では、負荷７０としてのモータの現在の回転速度を算出し、この回転速度を目標値に近付けてもよい。また、制御モジュール１４０は、保護モジュール１３０の指示に従って、停止処理を実行する。この停止処理が実行されると、スイッチング素子１１ａ，１２ａ，１４ａ、１５ａ，１７ａ，１８ａすべてが開状態となる。
　続いて、制御部１００によって実行される処理について、図５を用いて説明する。図５に示される一連の処理は、インバータ装置１０に電源が投入されることで開始する。
　まず、第１検出部１０１及び第２検出部１３Ｘが、配線に流れる電流を検出する（ステップＳ１）。次に、アーム短絡検出モジュール１１０は、第１検出部１０１によって検出された電流が閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ２）。
　第１検出部１０１によって検出された電流が閾値を超えると判定した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、アーム短絡検出モジュール１１０は、アーム短絡を検出したと判断する（ステップＳ３）。その後、ステップＳ７に処理が移行する。
　一方、第１検出部１０１によって検出された電流が閾値を超えないと判定された場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、出力短絡検出モジュール１２０は、第２検出部１３Ｘによって検出された電流のいずれかが閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ４）。
　第２検出部１３Ｘによって検出された電流がいずれも閾値を超えないと判定された場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、制御モジュール１４０は、アーム部１１，１４，１７による交流電圧の生成を継続する（ステップＳ５）。そして、ステップＳ１以降の処理が繰り返される。
　一方、第２検出部１３Ｘによって検出された電流のいずれかが閾値を超えたと判定した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、出力短絡検出モジュール１２０は、出力側の短絡を検出したと判断する（ステップＳ６）。
　次に、アーム短絡検出モジュール１１０又は出力短絡検出モジュール１２０は、短絡検出信号を保護モジュール１３０へ送信する（ステップＳ７）。具体的には、ステップＳ３に続くステップＳ７では、アーム短絡検出モジュール１１０が短絡検出信号を保護モジュール１３０へ送信し、ステップＳ６に続くステップＳ７では、出力短絡検出モジュール１２０が短絡検出信号を保護モジュール１３０へ送信する。
　次に、保護モジュール１３０は、短絡の発生を示す短絡信号を制御モジュール１４０へ送信して、制御モジュール１４０に停止処理の実行を指示する（ステップＳ８）。
　次に、制御モジュール１４０は、保護モジュール１３０の指示に従って、交流電圧の生成を停止させる（ステップＳ９）。その後、制御部１００による処理が終了する。
　以上、説明したように、本実施の形態に係るインバータ装置１０では、基板に形成されたコイルパターン１０２を有する第１検出部１０１が、アーム部１１，１４，１７の短絡による電流を検出する。このため、インバータ装置１０で発生した短絡を、ディスクリート部品であるＣＴを用いることなく検出することができる。また、アーム部１１，１４，１７の短絡を検出するために基板にリード線を介してＣＴを接続する必要はない。したがって、インバータ装置１０の機械的な構成を簡素なものとするとともに、基板設計の自由度を向上させることができる。さらに、比較的高価なＣＴを用いる必要がないため、インバータ装置１０を安価に製造することができる。
　また、インバータ装置１０は、通常稼働時においてフィードバック制御に用いられる第２検出部１３Ｘを用いて、出力側の短絡を検出した。これにより、出力側の短絡を検出するための別個の部品を用いる必要がないため、インバータ装置１０を簡素に構成することができる。
　また、アーム短絡は瞬間的に起こり、高い周波数成分を有する電流が流れるが、出力側の短絡は比較的ゆっくりと起こり、相対的に低い周波数成分を有する電流が流れる。空芯コイルであるコイルパターン１０２は、高い周波数成分を有する電流の検出に適しているため、出力側の短絡の検出に用いることは適当でない。そこで、ＣＴである第２検出部１３Ｘを用いて出力側の短絡を検出することで、アーム短絡及び出力側の短絡のいずれも検出することができる。さらに、短絡が発生した原因を、アーム短絡と出力側の短絡に切り分けて、短絡発生時の処理を原因に応じたものとすることができる。
　また、インバータ装置１０は、空芯コイルであるコイルパターン１０２を用いてアーム短絡を検出し、ＣＴを用いて出力側の短絡を検出した。ここで、アーム短絡では、高い周波数成分を含む瞬間的な大電流が生じる。空芯コイルは、このような電流を比較的検出しやすいことから、アーム短絡用のセンサとしてＣＴより適している。発明者によって実施されたシミュレーションにより、コイルパターン１０２の直径が１０ｍｍ以下で、巻数が１０であれば、電圧が１００Ｖで５０Ａの短絡電流を検知可能であることが確認されている。さらに、シミュレーションにより、コイルパターン１０２の直径が５ｍｍで、巻数が２であっても、電圧が１００Ｖで５０Ａの短絡電流を検知可能であることが確認されている。
　また、ボビン巻きの空芯コイルを第１検出部１０１に採用すると、インバータ装置１０の製造にあたり、ＣＴを採用する場合よりは軽減されるもののある程度のコストがかかる。これに対して、本実施の形態では、コイルパターンを第１検出部１０１に採用したため、よりコストを抑えることができる。
　また、アーム短絡検出モジュール１１０は、積分回路１１１を有している。アーム部１１，１４，１７の短絡を検出する際には、短絡電流のうち低周波成分は不要であるため、積分回路１１１を用いてアーム短絡検出モジュール１１０を構成し、比較的低コストのオペアンプを活用することができる。
　実施の形態２．
　続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。本実施の形態に係る第１検出部１０１は、図６に示されるように、２つのコイルパターン１０２，１０４を含んで構成される点で、実施の形態１に係るものと異なっている。
　第１検出部１０１は、基板に形成されたコイルパターン１０２，１０４と、検出した電流に対応する誘導起電力を制御部１００に出力するための配線パターン１０３，１０５と、を有している。コイルパターン１０２，１０４の間には、検出対象の電流が流れる配線３１ｗが配置され、コイルパターン１０２，１０４は同一の形状を有し、配線３１ｗを挟んで対象に配置される。
　以上、説明したように、本実施の形態に係る第１検出部１０１は、配線を間に挟む２つのコイルパターン１０２，１０４を有している。アーム短絡検出モジュール１１０は、コイルパターン１０２，１０４それぞれに生じた誘導起電力の差分を算出することで外部ノイズを除去し、正確な電流量を得ることができる。ひいては、アーム短絡の検出精度が向上する。
　なお、コイルパターン１０２，１０４の間の距離が短いほど外来ノイズがコイルパターン１０２，１０４に均一に生じるため、ノイズ耐性が増す。そのため、コイルパターン１０２，１０４の間の距離は、検出対称の短絡電流に含まれる最大周波数成分の波長の１／４とすることが考えられる。例えば、最大周波数成分が１ＧＨｚの成分であれば、波長が３０ｃｍとなるため、コイルパターン１０２，１０４間の距離は７．５ｃｍ以下とすることが望ましい。ただし、コイルパターン１０２，１０４間の距離が１０ｃｍ以下であれば、コイルパターン１０２，１０４同士が十分に近接し、短絡電流を検出することができる。
　発明者によって実施されたシミュレーションでは、コイルパターン１０２，１０４の直径が５ｍｍ、巻数が２であれば、電圧が２００Ｖで、電流が１００Ａで周波数が１ＭＨｚの成分を有する短絡電流を十分に検出可能であることが確認されている。
　また、コイルパターン１０２，１０４は、図７に示されるように、Ｕ字型の配線３１の近傍に配置されてもよい。このような配置であっても、アーム短絡検出モジュール１１０は、外部ノイズを除去して正確な電流量を得ることができる。
　また、配線パターン１０３，１０５は、検出精度の観点から、検出対象の電流が流れる配線３１ｗを挟んで対称に配置されることが望ましい。しかしながら、配線パターン１０３，１０５は、非対称に配置されてもよい。
　実施の形態３．
　続いて、実施の形態３について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。本実施の形態に係る第１検出部１０１は、図８に示されるように、コイルパターン１０２が、基板に形成された第１コイルパターン１０２ａと、第１コイルパターン１０２ａの表面側又は裏面側に形成された第２コイルパターン１０２ｂと、を有している点で、実施の形態１に係るものと異なっている。
　図８に示される第１コイルパターン１０２ａ及び第２コイルパターン１０２ｂの巻数はいずれも、４である。また、第２コイルパターン１０２ｂは、第１コイルパターン１０２ａの直上に形成される。すなわち、基板上のパターンが形成される面に垂直な方向に第１コイルパターン１０２ａを投影すると、第２コイルパターン１０２ｂと少なくとも一部が重なる。
　以上、説明したように、第１検出部１０１のコイルの巻数は、実施の形態１に比較して多い。これにより、電流の検出精度が向上する。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態によって限定されるものではない。
　例えば、制御部１００の機能は、任意に変更可能である。例えば、保護モジュール１３０の機能を制御モジュール１４０が有していてもよいし、アーム短絡検出モジュール１１０及び出力短絡検出モジュール１２０の機能を保護モジュール１３０が有していてもよい。
　また、第１検出部１０１は、図９に示されるように、巻数を４以上として、基板の裏面に配線を通す形状を有していてもよい。
　また、想定される短絡電流の周波数と電流量により、短絡の検知が可能となるコイルパターン１０２の大きさ及び巻数を決定することが望ましい。巻数を３と決定した場合には、図１０に示されるように、基板の表面に形成される第１コイルパターン１０２ａの巻数を２として、裏面に形成される第２コイルパターン１０２ｂの巻数を１とし、コイルパターン１０２の最大径から順に巻き始めることが望ましい。また、表面での巻数を２として、裏面での巻数を２とした例を図１１に示す。
　また、コイルパターン１０２の一端と他端は、基板の同一の面上に配置してもよい。
　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
　本発明は、電力の変換に適している。
　１０００　電力変換装置、　１０　インバータ装置、　１０ｉ，１０ｊ　入力端子、　１０ｒ，１０ｓ，１０ｔ　出力端子、　１１，１４，１７　アーム部、　１１ａ，１２ａ，１４ａ，１５ａ，１７ａ，１８ａ　スイッチング素子、　１１ｄ，１２ｄ，１４ｄ，１５ｄ，１７ｄ，１８ｄ　還流ダイオード、　１１ｐ，１２ｐ，１３ｐ，１４ｐ，１５ｐ，１６ｐ，１９ｐ　接続点、　１１ｗ，１２ｗ，１４ｗ，１５ｗ，１７ｗ，１８ｗ　配線、　１３ｘ，１６ｘ，１９ｘ　第２検出部、　１００　制御部、　１０１　第１検出部、　１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆ，１０１ｘ　位置、　１０２，１０４　コイルパターン、　１０２ａ　第１コイルパターン、　１０２ｂ　第２コイルパターン、　１０３，１０５　配線パターン、　１１０　アーム短絡検出モジュール、　１１１　積分回路、　１１２，１２１　比較器、　１２０　出力短絡検出モジュール、　１３０　保護モジュール、　１４０　制御モジュール、　２０　整流装置、　２１ｄ，２２ｄ，２４ｄ，２５ｄ，２７ｄ，２８ｄ　ダイオード、　２１ｗ，２２ｗ　配線、　２３ｐ，２６ｐ，２９ｐ　接続点、　３０　平滑コンデンサ、　３１ｐ，３２ｐ　接続点、　３１ｗ，３２ｗ　配線、　６０　電源、　７０　負荷。

Claims (7)

  1. 　平滑コンデンサによって平滑化された電圧を受けるインバータ装置であって、
    　直列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを有し、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との開閉により、前記平滑化された電圧から交流電圧を生成するアーム部と、
    　基板に形成されたコイルパターンを有し、前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子と前記平滑コンデンサとを接続する配線に流れる電流を検出する第１検出部と、を備え、
    　前記アーム部は、前記アーム部の短絡による電流が前記第１検出部によって検出されると、交流電圧の生成を停止する、インバータ装置。
  2. 　前記第１検出部は、２つのコイルパターンを有し、
    　前記配線は、前記２つのコイルパターンの間に配置される、
    　請求項１に記載のインバータ装置。
  3. 　前記２つのコイルパターンの間の距離は、１０ｃｍ以下である、
    　請求項２に記載のインバータ装置。
  4. 　前記基板は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
    　前記第１検出部は、前記基板に形成された第１コイルパターンと、前記第１コイルパターンの前記第１面側又は前記第２面側に形成された第２コイルパターンと、を有する、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ装置。
  5. 　前記アーム部によって生成された交流電圧が出力される２つの出力端子と、
    　前記２つの出力端子の少なくとも一方に流れる電流を検出する第２検出部と、をさらに備え、
    　前記アーム部は、前記２つの出力端子を介してインバータ装置に接続された負荷で生じた短絡による電流が前記第２検出部によって検出されると、交流電圧の生成を停止する、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載のインバータ装置。
  6. 　前記第１検出部によって検出された電流が閾値を超えたときに、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の少なくとも一方を制御して、前記アーム部による交流電圧の生成を停止させる制御部をさらに備える、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ装置。
  7. 　平滑コンデンサによって平滑化された電圧から交流電圧を生成するインバータ装置の停止方法であって、
    　直列に接続されてアーム部を構成する第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれか一方と前記平滑コンデンサとを接続する配線に流れる電流を、基板に形成されたコイルパターンで検出し、
    　前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の短絡による電流が検出されると、交流電圧の生成を停止する、
    　インバータ装置の停止方法。
PCT/JP2016/080935 2016-10-19 2016-10-19 インバータ装置及びインバータ装置の停止方法 WO2018073909A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/080935 WO2018073909A1 (ja) 2016-10-19 2016-10-19 インバータ装置及びインバータ装置の停止方法
JP2018546085A JP6618630B2 (ja) 2016-10-19 2016-10-19 インバータ装置及びインバータ装置の停止方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/080935 WO2018073909A1 (ja) 2016-10-19 2016-10-19 インバータ装置及びインバータ装置の停止方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018073909A1 true WO2018073909A1 (ja) 2018-04-26

Family

ID=62018729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/080935 WO2018073909A1 (ja) 2016-10-19 2016-10-19 インバータ装置及びインバータ装置の停止方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6618630B2 (ja)
WO (1) WO2018073909A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6652691B1 (ja) * 2019-06-07 2020-02-26 Ｕ−Ｍｈｉプラテック株式会社 電動機駆動装置
JP2020145774A (ja) * 2019-03-04 2020-09-10 富士電機株式会社 半導体装置およびスナバ装置
WO2021187534A1 (ja) * 2020-03-18 2021-09-23 富士電機株式会社 短絡故障検出装置および電力変換装置
JP2021151065A (ja) * 2020-03-18 2021-09-27 富士電機株式会社 電力変換装置の短絡故障検出装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05336759A (ja) * 1992-05-29 1993-12-17 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置
JPH08240619A (ja) * 1995-03-06 1996-09-17 Nippon Signal Co Ltd:The 電気的変量センサおよびこれを用いた通電検知装置
JP2008271696A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Toshiba Elevator Co Ltd 電力変換装置
US20110247900A1 (en) * 2008-11-21 2011-10-13 Otis Elevator Company Operaton of a three-phase regenerative drive from mixed dc and single phase ac power sources
JP2012239247A (ja) * 2011-05-10 2012-12-06 Hitachi Automotive Systems Ltd モータ制御装置
US20150035467A1 (en) * 2005-06-17 2015-02-05 Ctm Magnetics, Inc. Permanent magnet inductor filter apparatus and method of use thereof
EP2874298A2 (en) * 2013-11-19 2015-05-20 LSIS Co., Ltd. Pre-charging circuit of inverter
JP2016123145A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 トヨタ自動車株式会社 電動車両

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05336759A (ja) * 1992-05-29 1993-12-17 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置
JPH08240619A (ja) * 1995-03-06 1996-09-17 Nippon Signal Co Ltd:The 電気的変量センサおよびこれを用いた通電検知装置
US20150035467A1 (en) * 2005-06-17 2015-02-05 Ctm Magnetics, Inc. Permanent magnet inductor filter apparatus and method of use thereof
JP2008271696A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Toshiba Elevator Co Ltd 電力変換装置
US20110247900A1 (en) * 2008-11-21 2011-10-13 Otis Elevator Company Operaton of a three-phase regenerative drive from mixed dc and single phase ac power sources
JP2012239247A (ja) * 2011-05-10 2012-12-06 Hitachi Automotive Systems Ltd モータ制御装置
EP2874298A2 (en) * 2013-11-19 2015-05-20 LSIS Co., Ltd. Pre-charging circuit of inverter
JP2016123145A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 トヨタ自動車株式会社 電動車両

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020145774A (ja) * 2019-03-04 2020-09-10 富士電機株式会社 半導体装置およびスナバ装置
JP7222270B2 (ja) 2019-03-04 2023-02-15 富士電機株式会社 半導体装置およびスナバ装置
JP6652691B1 (ja) * 2019-06-07 2020-02-26 Ｕ−Ｍｈｉプラテック株式会社 電動機駆動装置
CN112352376A (zh) * 2019-06-07 2021-02-09 宇菱塑胶科技有限公司 电动机驱动装置
CN112352376B (zh) * 2019-06-07 2021-09-07 宇菱塑胶科技有限公司 电动机驱动装置
US11271512B2 (en) 2019-06-07 2022-03-08 U-Mhi Platech Co., Ltd. Motor driving device
WO2021187534A1 (ja) * 2020-03-18 2021-09-23 富士電機株式会社 短絡故障検出装置および電力変換装置
JP2021151065A (ja) * 2020-03-18 2021-09-27 富士電機株式会社 電力変換装置の短絡故障検出装置
CN114303068A (zh) * 2020-03-18 2022-04-08 富士电机株式会社 短路故障检测装置和电力变换装置
DE112021000086T5 (de) 2020-03-18 2022-04-21 Fuji Electric Co., Ltd. Kurzschluss-detektor und stromrichter
US11955791B2 (en) 2020-03-18 2024-04-09 Fuji Electric Co., Ltd. Short-circuit detector and power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP6618630B2 (ja) 2019-12-11
JPWO2018073909A1 (ja) 2019-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6618630B2 (ja) インバータ装置及びインバータ装置の停止方法
US10050560B1 (en) Inverter circuit with current detection circuitry
US20180159439A1 (en) Power converter
CN113161995A (zh) 用于故障电流检测的装置和方法
KR20150031828A (ko) 이중 인버터 시스템 및 그 제어 방법
JP5761425B2 (ja) 過電圧保護回路、及びそれを備えた電力変換装置
KR20180103338A (ko) 삼상 모터의 상간 단락 검출 장치, 그 방법 및 이를 포함하는 공기 조화기
JP2012093169A (ja) モータの絶縁劣化検出装置
US9991814B2 (en) Pre-charging circuit of inverter
JP2009213214A (ja) パワー駆動電源
EP2120320A1 (en) Dc power supply device
WO2017158867A1 (ja) 電力変換装置
KR102060068B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
JP6297439B2 (ja) 漏電遮断器
KR102043217B1 (ko) 전력 변환 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 그 제어 방법
JP6673124B2 (ja) モータ駆動装置、コンピュータプログラム及びモータ駆動装置の動作方法
KR101973467B1 (ko) 돌입전류 방지기능을 가지는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
JP3986282B2 (ja) 空気調和機
US20240014750A1 (en) Power conversion device, motor drive system, and disconnection detection method for signal transmission cable
KR101946369B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
CN113039711A (zh) 电开关的过流识别
JP6090084B2 (ja) 電力変換装置
KR102346445B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
JP7363251B2 (ja) 電力変換装置、電動車両、鉄道車両及びサーバ
JP2008193759A (ja) 車内電力供給システム

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018546085

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16919537

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16919537

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1