JP2002084762A

JP2002084762A - インバータ回路

Info

Publication number: JP2002084762A
Application number: JP2000267651A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Go; 慶広呉
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ブートストラップ方式によってスイッチング
素子の駆動電源を得るときに、スイッチング素子の熱損
失及び熱損失による破壊を防止する。【解決手段】インバータ回路１０に設けている電源回
路２８は、チャージポンプ３４のコンデンサ３２に直流
電源２６から供給される電力を充電する。定電圧ダイオ
ード４０は、この充電電圧Ｖ_Cがツェナー電圧Ｖ_T1に達
するとＴｒ３６、３８をオンしてアーム駆動回路２２へ
電力を供給する。また、定電圧ダイオード４２は、充電
電圧がツェナー電圧Ｖ_T2まで下がると、Ｔｒ３８をオフ
して電力の供給を停止する。これにより、アーム駆動回
路は、常にしきい値Ｖ_Gthより高いゲート電圧Ｖ_Gでスイ
ッチング素子１６を駆動し、起動時や負荷の低回転時及
びロック時にスイッチング素子が臨界状態で駆動される
ことによる熱損失の発生や熱損失による破壊を確実に防
止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブリッジ接続され
たスイッチング素子を所定のタイミングで駆動して、直
流電力を所定周波数の交流電力に変換して出力するイン
バータ回路に関する。詳細には、スイッチング素子の駆
動用の電力を供給する電源回路にブートストラップを用
いたインバータ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば直流ブラシレスモータ等の駆動に
は、スイッチング素子をブリッジ接続したインバータ回
路が用いられる。インバータ回路は、上アーム用のスイ
ッチング素子と、下アーム用のスイッチング素子のそれ
ぞれにゲート駆動回路が設けられており、ブラシレスモ
ータの回転子の回転位置を検出しながらそれぞれのゲー
ト駆動回路を所定のタイミングで作動させることによ
り、スイッチング素子をスイッチングする。

【０００３】このようなインバータ回路では、下アーム
用のゲート駆動回路に対して直流電源を設け、上アーム
用のゲート駆動回路に電源回路を設けている。この電源
回路としては、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータが用いら
れる。

【０００４】ところで、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ
は、トランスを備えているために、このＤＣ／ＤＣコン
バータがインバータ回路の大型化をまねいている。この
ために、インバータ回路に設けている電源回路として、
ブートストラップ方式を用いてトランスを省くことによ
り、インバータ回路の小型化及び低コスト化を図ること
がある。

【０００５】図９に示すように、ブートストラップ方式
の電源回路を用いたインバータ回路１００は、下アーム
用のスイッチング素子１０２Ｕ_L、１０２Ｖ_L、１０２Ｗ
_Lのそれぞれを駆動するゲート駆動回路１０４に、直流
電源１０６から所定の電圧の電力を供給する。

【０００６】また、インバータ回路１００には、上アー
ム用のスイッチング素子１０２Ｕ_H、１０２Ｖ_H、１０２
Ｗ_Hを駆動するゲート駆動回路１０８と直流電源１０６
の間に電源回路１１０が設けられている。電源回路１１
０は、ダイオード１１２とコンデンサ１１４によってチ
ャージポンプが構成されており、直流電源１０６から供
給される電力をダイオード１１２を介してコンデンサ１
１４に蓄積する。このコンデンサ１１４に蓄積された電
力に応じた電圧がゲート駆動回路１０８に供給される。

【０００７】しかしながら、このようなブートストラッ
プ方式の電源回路１１０では、起動時などのように負荷
として接続されているブラシレスモータ１１６等の回転
速度が低いと、例えばスイッチング素子１０２Ｕ_H、１
０２Ｖ_Lをオンさせるときに、スイッチング素子１０２
Ｖ_Lがオンする前に、下アーム側のスイッチング素子１
０２Ｕ_L、１０２Ｖ_L、１０２Ｗ_Lが全てオフしている
と、チャージポンプを形成するコンデンサ１１４への充
電経路がないことがある。このようなとき、スイッチン
グ素子１０２Ｖ_Lをオン（スイッチング）することによ
りコンデンサ１１４への充電が開始されるが、スイッチ
ング素子１０２Ｕ_Hをオンするときに、コンデンサ１１
４に十分な電力が蓄積されていないことがある。

【０００８】ゲート駆動回路１０８は、電源回路１１０
から供給された電圧に応じたゲート電圧Ｖ_Gをスイッチ
ング素子１０２Ｕ_Hに印加して、スイッチング素子１０
２Ｕ_Hを駆動するため、このゲート電圧Ｖ_Gが低くスイッ
チング素子１０２Ｕ_Hがオン／オフを切り替えるときの
ゲート電圧であるしきい値（臨界値）近傍となってしま
うと、スイッチング素子１０２Ｕ_Hが、臨界状態でスイ
ッチングされることになる。スイッチング素子１０２Ｕ
_Hは、臨界状態でスイッチングされると動作（オン／オ
フの切り替え）が不安定となってしまうと共に、熱損失
を生じる。

【０００９】したがって、ブラシレスモータ１１６の起
動時などのように大きな駆動トルク（起動トルク）が必
要となると、ブラシレスモータ１１６が起動せずに、電
源回路１１０から供給される電力によって上アーム側の
スイッチング素子１０２Ｕ_H（１０２Ｕ_H、１０２Ｖ_H、
１０２Ｗ_H）が臨界状態でスイッチングされることにな
る。

【００１０】また、例えばスイッチング素子１０２
Ｕ_H、１０２Ｖ_Lがオンしている状態でブラシレスモータ
がロック（停止）すると、スイッチング素子１０２
Ｕ_H、１０２Ｖ_Lを駆動するスイッチング信号の切り替え
が行われずに、スイッチング素子１０２Ｕ_H、１０２Ｖ_L
がオン（スイッチング駆動）したままとなる。このよう
な場合、スイッチング素子１０２Ｖ_Lがオンしているこ
とにより電源回路１１０のコンデンサ１１４への充電は
可能となるが、ゲート駆動回路１０８がスイッチング素
子１０２Ｕ_Hをオンさせようとしているため、コンデン
サ１１４の充電電圧が上昇せず、スイッチング素子１０
２Ｕ_Hが臨界状態でスイッチングされることになってし
まう。

【００１１】インバータ回路に設けられているスイッチ
ング素子は、臨界値に近いゲート電圧Ｖ_Gでのスイッチ
ング（臨界状態でのスイッチング）が継続すると、熱損
失が大きくなり、この熱損失によって破壊されてしまう
などの問題が生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実に鑑
みてなされたものであり、スイッチング素子の駆動用の
電源に小型化及び低コスト化を図るためにブートストラ
ップを用いたときに、負荷の低回転時やロック時などに
おいても、スイッチング素子に熱損失や熱損失による破
壊等の損傷を生じさせることなく、安定した動作が可能
となるインバータ回路を提案することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ブリッジ接続された上アーム用のスイッチ
ング素子及び下アーム用のスイッチング素子と、前記上
アーム側のスイッチング素子を駆動する上アーム駆動手
段と、前記下アーム側のスイッチング素子を駆動する下
アーム駆動手段と、前記下アーム駆動手段へ前記スイッ
チング素子の駆動用電力を供給する駆動用電源と、前記
駆動用電源の電力を前記上アーム駆動手段へ供給する電
力供給手段と、を含むインバータ回路であって、前記電
力供給手段が、前記駆動用電源から供給される電力を蓄
積可能な蓄積手段と、前記蓄積手段に蓄積された電力に
よる充電電圧が前記スイッチング素子を駆動するときの
しきい値より高い第１の電圧に達したか否かを検出する
第１の電圧検出手段と、前記充電電圧が、前記スイッチ
ング素子を駆動するときのしきい値より高くかつ前記第
１の電圧よりも低い第２の電圧に達したか否かを検出す
る第２の電圧検出手段と、前記充電電圧が前記第１の電
圧検出手段によって前記第１の電圧に達したことを検出
することにより、蓄積手段に蓄積した電力を前記上アー
ム駆動手段に供給可能とすると共に、該充電電圧が前記
第２の電圧検出手段によって前記第２の電圧まで下降し
たと検出したときに上アーム駆動手段への電力の供給を
停止して、蓄積手段への電力の蓄積を可能とするスイッ
チ手段と、を含むことを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、下アーム側のスイッチ
ング素子が駆動用電源から供給される電力によってスイ
ッチング駆動され、上アーム側のスイッチング素子が、
電力供給手段から供給される電力によってスイッチング
駆動される。

【００１５】電力供給手段は、駆動用電源から供給され
る電力を蓄積手段に蓄積し、この蓄積手段に蓄積した電
力を上アーム駆動手段へ供給するブートストラップ方式
となっている。

【００１６】この電力供給手段には、第１及び第２の電
圧検出手段とスイッチ手段を備えており、これにより、
上アーム駆動回路には、充電電圧がスイッチング素子を
スイッチング駆動する時のしきい値より高い第１の電圧
と第２の電圧の範囲で電力が供給されるので、スイッチ
ング素子を臨界状態で駆動させてしまうことがない。

【００１７】また、充電電圧が第２の電圧より下がった
時には、蓄積手段への充電を行うので、迅速な充電が可
能となり、スイッチング素子をスイッチングするときに
上アーム駆動手段への電力の供給を停止する時間が短く
て済む。

【００１８】これにより、スイッチング素子が臨界状態
でスイッチングされることによる熱損失の発生を抑える
ことができ、熱損失によるスイッチング素子の破壊を防
止することができる。

【００１９】請求項２に係る発明は、前記スイッチ手段
が、前記第１の電圧検出手段の検出結果に基づいて前記
アーム駆動手段への電力の供給を可能とする第１のスイ
ッチ手段と、前記第２の電圧検出手段の検出結果に基づ
いて前記上アーム駆動手段への電力の供給を停止する第
２のスイッチ手段と、を含むことを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、充電電圧が第１の電圧
に達すると第１のスイッチ手段が、蓄積手段に蓄積した
電力を上アーム駆動手段へ供給可能とする。また、第２
のスイッチ手段は、上アーム駆動手段へ電力を供給して
いるときに、充電電圧が第２の電圧に達すると、電力の
供給を停止する。これにより、円滑な電力の供給／停止
の切り替えが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら本発
明の実施の形態を説明する。図１には、本実施の形態に
係るインバータ回路１０の概略構成を示している。

【００２２】インバータ回路１０は、６個のスイッチン
グ素子１６Ｕ_H、１６Ｕ_L、１６Ｖ_H、１６Ｖ_L、１６
Ｗ_H、１６Ｗ_L（以下総称するときは、「スイッチング素
子１６」と言う）がブリッジ接続されている。なお、ス
イッチング素子１６としては、パワーＭＯＳＦＥＴやＩ
ＧＢＴ等の従来公知の部品を用いることができる。ま
た、スイッチング素子１６のそれぞれには、保護用のダ
イオード１８が設けられている。

【００２３】このインバータ回路１０は、負荷として例
えば３相の直流ブラシレスモータ１２を駆動する駆動回
路に用いられる。ブラシレスモータ１２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ
の各相に所定の位相の電圧が印加されと、固定子巻線に
生じる回転磁界により回転子であるローターが回転する
一般的構成となっている。

【００２４】インバータ回路１０は、スイッチング素子
１６Ｕ_H、１６Ｕ_Lの間がブラシレスモータ１２のＵ相に
接続され、スイッチング素子１６Ｖ_H、１６Ｖ_Lの間及び
スイッチング素子１６Ｗ_H、１６Ｗ_Lの間がブラシレスモ
ータ１２のＶ相およびＷ相にそれぞれ接続される。ま
た、インバータ回路１０は、所定電圧（電圧Ｖ_B）の直
流電源１４に接続しており、この直流電源１４からブラ
シレスモータ１２を駆動する電力が供給される。

【００２５】ブラシレスモータ１２には、ローターの回
転位置を検出する複数のホール素子（図示省略）が設け
られており、これらのホール素子等によって検出される
ローターの回転位置に基づいて制御回路２０から出力さ
れるスイッチング信号Ｕ_H、Ｕ_L、Ｖ_H、Ｖ_L、Ｗ_H、Ｗ_Lに
応じてスイッチング素子１６Ｕ_H、１６Ｕ_L、１６Ｖ_H、
１６Ｖ_L、１６Ｗ_H、１６Ｗ_Lが駆動されることにより、
ブラシレスモータ１２の回転が制御される。なお、ブラ
シレスモータ１２の駆動及び回転制御は、例えば１２０
°通電方式等の従来公知の方法を用いることができ、本
実施の形態では詳細な説明を省略する。また、スイッチ
ング素子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６Ｗ_Hは、中性点電圧Ｖ_N
に対して上側の半波を出力する上アーム用のスイッチン
グ素子となっており、スイッチング素子１６Ｕ_L、１６
Ｖ_L、１６Ｗ_Lは、下側の半波を出力する下アーム用のス
イッチング素子となっている。

【００２６】インバータ回路１０には、上アーム用のス
イッチング素子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６Ｗ_Hのそれぞれ
に対してアーム駆動回路２２（アーム駆動回路２２Ｕ、
２２Ｖ、２２Ｗ）が設けられ、下アーム用のスイッチン
グ素子１６Ｕ_L、１６Ｖ_L、１６Ｗ_Lのそれぞれに対して
アーム駆動回路２４（アーム駆動回路２４Ｕ、２４Ｖ、
２４Ｗ）が設けられている。これらのアーム駆動回路２
２、２４は、制御回路２０から出力されるスイッチング
信号Ｕ_H、Ｕ_L、Ｖ_H、Ｖ_L、Ｗ_H、Ｗ_Lが入力されることに
より、このスイッチング信号Ｕ_H、Ｕ_L、Ｖ_H、Ｖ_L、
Ｗ_H、Ｗ_Lに基づいたデューティ比でスイッチング素子１
６をオン／オフ駆動する。

【００２７】これにより、スイッチング素子１６がスイ
ッチングされる。すなわち、スイッチング素子１６は、
アーム駆動回路２２、２４に入力されるスイッチング信
号に基づいた制御によってスイッチングされる。

【００２８】このインバータ回路１０には、スイッチン
グ素子１６を駆動する電源として直流電源２６が接続さ
れている。下アーム用のスイッチング素子１６Ｕ_L、１
６Ｖ_L、１６Ｗ_Lに対して設けられているアーム駆動回路
２４（２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ）には、この直流電源２
６から所定の電圧Ｖ_Dが印加される。

【００２９】また、図１及び図２に示すように、インバ
ータ回路１０には、上アーム用のスイッチング素子１６
Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６Ｗ_Hを駆動する電力をアーム駆動回
路２２に供給する電源回路２８（電源回路２８Ｕ、２８
Ｖ、２８Ｗ）が設けられている。なお、スイッチング素
子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６Ｗ_Hに対して設けられている
電源回路２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗは、同一構成となって
おり、図２では、スイッチング素子１６Ｕ_Hに対する電
源回路２８Ｕを図示し、スイッチング素子１６Ｖ_H、１
６Ｗ_Hに対する電源回路２８Ｖ、２８Ｗの詳細の図示を
省略し、以下では、アーム駆動回路２２、２８及び電源
回路２８として説明する。

【００３０】図２に示すように、電源回路２８には、ダ
イオード３０とコンデンサ３２によって形成されるチャ
ージポンプ３４が設けられている。チャージポンプ３４
のコンデンサ３２は、ダイオード３０を介して直流電源
２６のプラス側に接続しており、ダイオード３０を介し
て直流電源２６から供給される電力の充電が可能となっ
ている。

【００３１】また、電源回路２８には、スイッチ手段を
形成するトランジスタ３６、３８（以下「Ｔｒ３６、３
８」とする）が設けられている。一方のＴｒ３６は、ベ
ースが第１の電圧検出手段として設けられている定電圧
ダイオード４０に接続し、定電圧ダイオード４０とエミ
ッタ間がコンデンサ３２に並列接続している。

【００３２】定電圧ダイオード４０は、ツェナー電圧Ｖ
_T1となっており、これにより、コンデンサ３２に蓄積さ
れた電力による電圧（充電電圧Ｖ_C）がこのツェナー電
圧Ｖ_T ₁を越える（Ｖ_C≧Ｖ_T1）と、Ｔｒ３６がオンす
る。

【００３３】一方、Ｔｒ３８は、エミッタが定電圧ダイ
オード４０と共にコンデンサ３２に接続し、ベースがＴ
ｒ３６のコレクタに接続している。これにより、Ｔｒ３
６がオンすることにより、Ｔｒ３８がオンする。電源回
路２８は、Ｔｒ３８がオンすることによりコンデンサ３
２に蓄積した電力（充電電圧Ｖ_C）を、アーム駆動回路
２２へ出力する。

【００３４】また、電源回路２８には、Ｔｒ３８のコレ
クタとＴｒ３６のベースの間に、第２の電圧検出手段と
して定電圧ダイオード４２が設けられている。定電圧ダ
イオード４２のツェナー電圧Ｖ_T2は、定電圧ダイオード
４０のツェナー電圧Ｖ_T1よりも低くなっている（Ｖ_T1＞
Ｖ_T2）。

【００３５】これにより、コンデンサ３２の充電電圧Ｖ
_Cが、ツェナー電圧Ｖ_T1を越える（Ｖ_T1≦Ｖ_C）ことによ
り、Ｔｒ３６及びＴｒ３８がオンして、コンデンサ３２
が放電し、蓄積された電力がアーム駆動回路２２に供給
される。

【００３６】また、コンデンサ３２が放電することによ
り充電電圧Ｖ_Cが低下すると、充電電圧Ｖ_Cがツェナー電
圧Ｖ_T1よりも下がるため（Ｖ_C＜Ｖ_T1）に、定電圧ダイ
オード４０が非通電状態となる。このとき、充電電圧Ｖ
_Cが定電圧ダイオード４２のツェナー電圧Ｖ_T2よりも高
ければ（Ｖ_T2≦Ｖ_C）、Ｔｒ３６、３８のオン状態が保
たれ、コンデンサ３２からの、アーム駆動回路２２への
充電電圧Ｖ_Cの電力の供給が継続する。

【００３７】これに対して、コンデンサ３２の充電電圧
Ｖ_Cが定電圧ダイオード４２のツェナー電圧Ｖ_T2より低
下する（Ｖ_T2＞Ｖ_C）と、定電圧ダイオード４２も非通
電状態となるために、Ｔｒ３６、３８がオフして、アー
ム駆動回路２２への電力の供給（コンデンサ３２の放
電）を停止する。すなわち、電源回路２８では、Ｔｒ３
６、３８が第１のスイッチ手段を形成し、Ｔｒ３８が第
２のスイッチ手段の機能を有している。

【００３８】また、チャージポンプ３４は、コンデンサ
３２の放電が停止すると、直流電源２６から供給される
電力によってコンデンサ３２が充電される。

【００３９】このように構成されている電源回路２８
は、ツェナー電圧Ｖ_T1、Ｖ_T2のそれぞれがスイッチング
素子１６をオンするゲート電圧Ｖ_Gのしきい値Ｖ_Gthより
も高くなっている（Ｖ_T1＞Ｖ_T2＞Ｖ_Gth）。なお、しき
い値Ｖ_Gthは、スイッチング素子１６のオン／オフが切
り替わるゲート電圧Ｖ_Gの臨界値である。

【００４０】これにより、電源回路２８がコンデンサ３
２の放電時にのみ、スイッチング素子１６が駆動可能と
なる。このとき、アーム駆動回路２２から出力されるゲ
ート電圧Ｖ_G（Ｖ_G＝Ｖ_C）が、スイッチング素子１６の
しきい値Ｖ_Gthよりも十分に高い電圧（Ｖ_G≫Ｖ_Gth）で
あることにより、スイッチング素子１６は、しきい値Ｖ
_Gthより高いゲート電圧Ｖ_Gが印加されるため、安定した
動作が可能となる。

【００４１】なお、本実施の形態では、一例としてスイ
ッチング素子１６のゲート電圧Ｖ_Gのしきい値Ｖ_Gthを５
ｖ（Ｖ_Gth＝５ｖ）とし、ツェナー電圧Ｖ_T1、Ｖ_T2のそ
れぞれを１０ｖ、５．６ｖ（Ｖ_T1＝１０ｖ、Ｖ_T2＝５．
６ｖ）に設定している。

【００４２】このように構成されているインバータ回路
１０は、スイッチング素子１６Ｕ_L、１６Ｖ_L、１６Ｗ_L
を駆動するアーム駆動回路２４（２４Ｕ、２４Ｖ、２４
Ｗ）に直流電源２６から所定電圧（電圧Ｖ_D）の電力が
供給される。また、スイッチング素子１６Ｕ_H、１６
Ｖ_H、１６Ｗ_Hを駆動するアーム駆動回路２２（アーム駆
動回路２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ）には、電源回路２８
（電源回路２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗ）から電力が供給さ
れる。

【００４３】この電源回路２８は、直流電源２６から供
給される電力をチャージポンプ３４のコンデンサ３２に
充電し、コンデンサ３２の充電電圧Ｖ_Cが、ツェナー電
圧Ｖ_T ₁を越えるとアーム駆動回路２２への電力の供給を
開始する。

【００４４】インバータ回路１０は、ブラシレスモータ
１２の回転に応じて制御回路２０からスイッチング信号
Ｕ_H、Ｕ_L、Ｖ_H、Ｖ_L、Ｗ_H、Ｗ_Lが出力されると、このス
イッチング信号に基づいてスイッチング素子１６をスイ
ッチングするように作動する。

【００４５】このとき、電源回路２８は、コンデンサ３
２の充電電圧Ｖ_Cが、ツェナー電圧Ｖ_T1を越えるとオン
して、アーム駆動回路２２への電力の供給を開始し、充
電電圧Ｖ_Cがツェナー電圧Ｖ_T2より下がるとオフして、
アーム駆動回路２２への電力の供給を停止すると共に、
コンデンサ３２への充電を行う。これにより、アーム駆
動回路２２からスイッチング素子１６（スイッチング素
子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６Ｗ_H）に印加されるゲート電
圧Ｖ_Gは、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように変化
する。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ブラシレス
モータ１２の制御速度を１７８Hzとしている。また、図
３（Ａ）、図３（Ｂ）の間では、コンデンサ３２の容量
Ｃを変えており、それぞれのコンデンサ３２の容量Ｃは
図３（Ａ）がＣ＝２２μＦ、図３（Ｂ）がＣ＝４．７μ
Ｆとなっている。

【００４６】このように、電源回路２８は、コンデンサ
３２の充電電圧Ｖ_Cが、ツェナー電圧Ｖ_T1を越えると、
アーム駆動回路２２へスイッチング素子１６の駆動用電
力の供給が可能となり、この状態で制御回路２０からア
ーム駆動回路２２に、スイッチング素子１６を駆動する
スイッチング信号が入力されることにより、アーム駆動
回路２２は、電源回路２８から入力される電圧（充電電
圧Ｖ_C）に応じたゲート電圧Ｖ_Gでスイッチング素子１６
を駆動する。

【００４７】また、電源回路２８は、スイッチング素子
１６が駆動することによりコンデンサ３２の充電電圧Ｖ
_Cが低下するが、充電電圧Ｖ_Cがツェナー電圧Ｖ_T2に達す
るまでは、アーム駆動回路２２へ電力を供給する。この
ために、スイッチング素子１６は、しきい値Ｖ_Gthより
も十分に高いゲート電圧Ｖ_Gによって駆動される。

【００４８】このような電源回路２８でのコンデンサ３
２に充電される電力は、コンデンサ３２の容量Ｃに応じ
て変化する。すなわち、コンデンサ３２の容量Ｃが高け
れば、スイッチング素子１６が駆動するためのコンデン
サ３２の放電時間が長くなる。

【００４９】ところで、電源回路２８に用いているコン
デンサ３２の容量Ｃに比較して、ブラシレスモータ１２
の回転数が低いと、スイッチング素子１６のスイッチン
グ途中で、コンデンサ３２の充電電圧Ｖ_Cがツェナー電
圧Ｖ_T2より低くなることがある。

【００５０】電源回路２８は、充電電圧Ｖ_Cがツェナー
電圧Ｖ_T2よりも下がると、Ｔｒ３６、３８がオフする。
これにより、コンデンサ３２からの放電が停止される。
また、コンデンサ３２は放電が停止することにより、直
流電源２８から供給される電力による充電される。この
とき、電源回路２８では、コンデンサ３２の放電を停止
ているので、ダイオード３０を介して直流電源２６から
入力される電力によってコンデンサ３２が瞬時に充電さ
れ、充電電圧Ｖ_Cが、ツェナー電圧Ｖ_T1に達する。

【００５１】したがって、電源回路２８は、短時間でア
ーム駆動回路２２への電力の供給を再開する。すなわ
ち、電源回路２８は、充電電圧Ｖ_Cがツェナー電圧Ｖ_T2
まで低下すると、Ｔｒ３６、３８がオフして、瞬時にコ
ンデンサ３２を充電し、再度、アーム駆動回路２２への
電力の供給を開始する。

【００５２】これにより、図４に示すように、アーム駆
動回路２２は、スイッチング素子１６へ印加するゲート
電圧Ｖ_Gがしきい値Ｖ_Gthより十分に高い電圧（ツェナー
電圧Ｖ_T2）に達すると、ゲート電圧Ｖ_Gの出力を停止
し、再度、電源回路２８がオンすることにより、しきい
値Ｖ_Gthよりも高い電圧（ツェナー電圧Ｖ_T2以上）のゲ
ート電圧Ｖ_Gを出力する。なお、図４は、ブラシレスモ
ータ３２の回転速度を１７８Hz、コンデンサ３２の容量
Ｃを１．０μＦとしたときのゲート電圧Ｖ_Gの変化を示
している。

【００５３】これにより、上アーム側のスイッチング素
子１６（スイッチング素子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６
Ｗ_H）が、しきい値Ｖ_Gthに近いゲート電圧Ｖ_G（臨界
値）で駆動されることがない。したがって、スイッチン
グ素子１６は、しきい値Ｖ_Gthに近いゲート電圧Ｖ_Gが印
加される臨界状態で駆動されることによる熱損失の発生
が防止され、また、この熱損失によって破損することが
ない。

【００５４】一方、ブラシレスモータ１２の起動時に
は、下アーム側のスイッチング素子１６Ｕ_L、１６Ｖ_L、
１６Ｗ_Lの何れもオンしていないと、電源回路２８に設
けているチャージポンプ３４のコンデンサ３２が充電さ
れていないことがある。

【００５５】このとき、インバータ回路１０は、ブラシ
レスモータ１２の駆動のためにスイッチング素子１６の
スイッチングが開始されることにより、下アーム側のス
イッチング素子１６Ｕ_L、１６Ｖ_L、１６Ｗ_Lの何れかの
スイッチング駆動が開始されることにより、電源回路２
８のコンデンサ３２の充電経路が確保されるので、電源
回路２８は、チャージポンプ３４のコンデンサ３２の充
電を開始する。

【００５６】これにより、電源回路２８は、コンデンサ
３２の充電電圧Ｖ_Cが、ツェナー電圧Ｖ_T1に達するまで
オフ状態となり、スイッチング素子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、
１６Ｗ_Hは、アーム駆動回路２２（アーム駆動回路２２
Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ）にスイッチング信号が入力されて
も、ゲート電圧Ｖ_Gが出力されないため、駆動が停止し
た状態となる。

【００５７】ここで、電源回路２８は、コンデンサ３２
の充電電圧Ｖ_Cがツェナー電圧Ｖ_T1に達すると、Ｔｒ３
６、３８がオンする。これにより、アーム駆動回路２２
への電力の供給が可能となる。このとき、アーム駆動回
路２２に制御回路２０からスイッチング信号（スイッチ
ング信号Ｕ_H、Ｖ_H、Ｗ_H）が入力されていれば、アーム
駆動回路２２は、電源回路２８から供給される電圧に応
じてスイッチング素子１６を駆動する。

【００５８】また、スイッチング素子１６が駆動される
ことにより、電源回路２８のコンデンサ３２の充電電圧
Ｖ_Cが低下するが、電源回路２８は、この充電電圧Ｖ_Cが
ツェナー電圧Ｖ_T2に達するとオフして、アーム駆動回路
２８への電力の供給を停止する。

【００５９】したがって、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に
示すように、アーム駆動回路２２は、制御回路２０から
スイッチング信号が入力されても、電源回路２８がオン
していなければ、ゲート電圧Ｖ_Gを出力せず、これによ
り、スイッチング素子１６のスイッチングを停止してい
る。また、アーム駆動回路２２は、電源回路２８のコン
デンサ３２の充電電圧Ｖ_Cがツェナー電圧Ｖ_T1に達する
と、充電電圧Ｖ_Cに応じたゲート電圧Ｖ_Gを、スイッチン
グ信号に応じてスイッチング素子１６に印加して、スイ
ッチング素子１６をスイッチング駆動する。

【００６０】これにより、電源回路２８が設けられたイ
ンバータ回路１０は、ブラシレスモータ２８の起動時に
も、ゲート電圧Ｖ_Gがしきい値Ｖ_Gthに近い臨界状態でス
イッチング素子１６を駆動してしまうことがなく、スイ
ッチング素子１６が臨界状態でスイッチングさせてしま
うことによる熱損失の発生を防止することができ、ま
た、熱損失によってスイッチング素子１６を破壊してし
まうことがない。

【００６１】さらに、過負荷等によるブラシレスモータ
１２のロック時には、上アーム側のスイッチング素子１
６（スイッチング素子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６Ｗ_H）を
駆動するスイッチング信号が、制御回路２０から出力さ
れ続けることがある。

【００６２】このような場合、単なるブートストラップ
方式によってスイッチング素子１６を駆動すると、ゲー
ト電圧Ｖ_Gがしきい値Ｖ_Gthとなる臨界状態でスイッチン
グ素子１６が駆動され続け、熱損失によって破壊されて
しまうことがある。

【００６３】これに対して、インバータ回路１０に設け
ている電源回路２８では、コンデンサ３２の充電電圧Ｖ
_Cが、しきい値Ｖ_Gthよりも十分に高いツェナー電圧Ｖ_T2
まで低下すると、コンデンサ３２の充電電圧Ｖ_Cが、ツ
ェナー電圧Ｖ_T1に達するまで、アーム駆動回路２２への
電力の供給を停止する。

【００６４】これにより、スイッチング素子１６がしき
い値Ｖ_Gthに近いゲート電圧Ｖ_Gでスイッチングしてしま
う臨界状態での作動を防止することができ、スイッチン
グ素子１６が臨界状態で作動することにより発生する熱
損失を防止できるのは勿論、熱損失によってスイッチン
グ素子１６が破壊されてしまうのを確実に防止すること
ができる。

【００６５】すなわち、図６に示すように、電源回路２
８は、スイッチング素子１６の駆動によって充電電圧Ｖ
_Cがツェナー電圧Ｖ_T2まで低下するとオフして、コンデ
ンサ３２の充電を開始する。コンデンサ３２の充電電圧
Ｖ_Cがツェナー電圧Ｖ_T1に達するまでオンしないので、
この間は、スイッチング素子１６がスイッチング信号に
かかわらず駆動を停止した状態となる。

【００６６】また、電源回路２８は、アーム駆動回路２
２への電力の供給を停止して、コンデンサ３２の充電を
行うので、瞬時にコンデンサ３２を充電電圧Ｖ_Cがツェ
ナー電圧Ｖ_T1に達するまで充電することができ、スイッ
チング素子１６のスイッチング停止期間が短くてすむ。

【００６７】このように、電源回路２８が設けられてい
るインバータ回路１０は、ブラシレスモータ１２の起動
時や低速駆動時は勿論、ブラシレスモータ１２のロック
時には、スイッチング素子１６を臨界状態で駆動させて
しまうことがないので、スイッチング素子１６が臨界状
態で駆動してしまうことによる熱損失の発生を防止する
ことができると共に、熱損失によるスイッチング素子の
破壊が生じることがない。

【００６８】また、インバータ回路１０に設けている電
源回路２８は、ダイオード３０とコンデンサ３２によっ
てチャージポンプ３４を形成したブートストラップ方式
を用いているので、直流電源２６によって下アーム側の
スイッチング素子１６Ｕ_L、１６Ｖ_L、１６Ｗ_Lと共に上
アーム側のスイッチング素子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６Ｗ
_Hを駆動するために、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを
用いる場合に比べて小型化及び低コスト化が可能となっ
ている。

【００６９】このような本発明に適用されるインバータ
回路としては、少なくとも図７に示す電源回路５０の機
能を備えたものであれば良い。すなわち、このインバー
タ回路５２に設けている電源回路５０は、ダイオード３
０及び所定容量のコンデンサ３２によって形成するチャ
ージポンプ３４と、第１の電圧Ｖ₁を検出する第１の電
圧検出手段５４、第２の電圧Ｖ₂を検出する第２の電圧
検出手段５６に第１及び第２の電圧検出手段５４、５６
の検出電圧に基づいて設定を開閉するスイッチ手段５８
を備えたものであれば良い。

【００７０】これにより、コンデンサ３２の充電電圧Ｖ
_Cが、第１の電圧検出手段５４の検出する第１の電圧Ｖ₁
に達することによりスイッチ手段５８が回路を閉じて、
コンデンサ３２に充電している電力を、上アーム駆動手
段であるアーム駆動回路２２へ出力し、ブリッジ接続さ
れた上アーム側のスイッチング素子１６（１６Ｕ_H）を
駆動する。

【００７１】また、コンデンサ３２に充電した電力を出
力することにより充電電圧Ｖ_Cが低下したときに、この
充電電圧Ｖ_Cが、第２の電圧検出手段５６の検出する第
２の電圧Ｖ₂に達することにより、スイッチ手段５８が
回路を開放して、アーム駆動回路２２への電力の供給を
停止すると共に、コンデンサ３２への充電を行う。

【００７２】このときに、第１の電圧Ｖ₁と共に第２の
電圧Ｖ₂を、ゲート電圧Ｖ_Gがしきい値Ｖ_Gthより高くな
るように設定することにより、例えばブラシレスモータ
１２等の負荷の起動時や低速駆動時及びロック時に、ス
イッチング素子１６が臨界状態で作動するのを確実に防
止できる。また、電源回路５０は、スイッチ手段５８が
回路を開放することにより、コンデンサ３２からの放電
を停止するので、コンデンサ３２の急速充電が可能とな
り、アーム駆動回路２２への電力の供給を停止している
時間を短縮し、スイッチング素子１６のスイッチングを
停止している時間を極めて短くすることができる。

【００７３】このような本発明に適用される電源回路の
具体的構成は、本実施の形態に適用したインバータ回路
１０の電源回路２８に限らず、例えば、図８のインバー
タ回路６０に用いている電源回路６２の構成であっても
良い。

【００７４】この電源回路６２は、第１の電圧検出手段
として定電圧ダイオード６４が設けられ、第２の電圧検
出手段として定電圧ダイオード６６を設けている。定電
圧ダイオード６４、６６のツェナー電圧Ｖ_T3、Ｖ_T4は、
それぞれスイッチング素子１６のゲート電圧Ｖ_Gのしき
い値Ｖ_Gthよりも高く、また、定電圧ダイオード６４の
ツェナー電圧Ｖ_T3が定電圧ダイオード６６のツェナー電
圧Ｖ_T4よりも高くしている（Ｖ_T3＞Ｖ_T4＞Ｖ_Gth）。

【００７５】これにより、電源回路６２は、コンデンサ
３２の充電電圧Ｖ_Cが、定電圧ダイオード６４のツェナ
ー電圧Ｖ_T3に達する（Ｖ_C≧Ｖ_T3）と、Ｔｒ６８がオン
し、このＴｒ６８のオンによってＴｒ７０がオンする。
これにより、コンデンサ３２に充電した電力をアーム駆
動回路２２へ出力（放電）可能となる。

【００７６】また、電源回路６２は、定電圧ダイオード
６６のツェナー電圧Ｖ_T4が定電圧ダイオード６４のツェ
ナー電圧Ｖ_T3よりも低いことから、Ｔｒ７０がオンする
ことにより、Ｔｒ７２がオンする。これにより、コンデ
ンサ３２の充電電圧Ｖ_Cが、定電圧ダイオード６４のツ
ェナー電圧Ｖ_T3よりも低下（Ｖ_C＜Ｖ_T3）し、トランジ
スタ６８がオフしても、充電電圧Ｖ_Cが定電圧ダイオー
ド６６のツェナー電圧Ｖ_T4を越えていれば（Ｖ_C＞
Ｖ_T4）、Ｔｒ７２がオンしているので、Ｔｒ７０オン状
態が保持され、アーム駆動回路２２への電力の供給が継
続される。

【００７７】これに対して、コンデンサ３２の充電電圧
Ｖ_Cが、Ｔｒ７２をオンしている定電圧ダイオード６６
のツェナー電圧Ｖ_T4より下がると（Ｖ_C＜Ｖ_T4）、定電
圧ダイオード６６が非通電状態となることによりＴｒ７
２がオフする。これにより、Ｔｒ７０がオフして、アー
ム駆動回路２２への放電が停止されると共に、コンデン
サ３２への急速充電が行われる。

【００７８】したがって、ブラシレスモータ１２の起動
時や低速回転時は勿論、ロック状態となっても、チャー
ジポンプ３４から駆動用の電力が供給されるスイッチン
グ素子１６（スイッチング素子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６
Ｗ_H）が、臨界状態で駆動されてしまうことがなく、臨
界状態でスイッチング素子１６がスイッチングすること
により熱損失の発生や、熱損失によるスイッチング素子
１６の破壊等を確実に防止することができる。

【００７９】また、このような電源回路６２のＴｒ６
８、７２の出力を、アーム駆動回路２２のゲート信号Ｓ
_Gとして用いても良い。すなわち、Ｔｒ６８またはＴｒ
７２がオンしている間はアーム駆動回路２２に電力が供
給されるので、ゲート信号Ｓ_Gがオン（Ｌｏレベル）と
なったときに、制御回路２０から出力されるスイッチン
グ信号に基づいてゲート電圧Ｖ_Gをスイッチング素子１
６に印加してスイッチング素子１６を駆動する。また、
Ｔｒ６８、７０がオフすることによりゲート信号Ｓ_Gが
オフ（Ｈｉレベル）となった時には、スイッチング信号
にかかわらずゲート電圧Ｖ_Gの出力を停止する。

【００８０】これにより、電源回路６２がオフしている
ときに、アーム駆動回路２２がスイッチング信号に基づ
いて不必要に作動しようとしてしまうのを防止すること
ができ、アーム駆動回路２２の作動の安定化を図ること
ができる。また、電源回路６２が出力を停止するとき
に、アーム駆動回路２２がスイッチング素子１６を駆動
しようとして、スイッチング素子１６に例えばしきい値
Ｖ_Gth程度の低いゲート電圧Ｖ_Gを印加してしまうのを確
実に防止することができる。

【００８１】なお、以上説明した本実施の形態は本発明
の構成を限定するものではない。本実施の形態では、ブ
ラシレスモータ１２を駆動するインバータ回路１０、６
０に本発明を適用して説明したが、本発明は、ブラシレ
スモータ１２に限らず、任意の負荷に電力を供給するイ
ンバータ回路に適用することができる。

【００８２】また、本実施の形態では、アーム駆動回路
２２が出力するゲート電圧ＶＧを充電電圧ＶＣとして説
明したが、これに限るものではない。この場合、第１及
び第２の電圧のそれぞれを、ゲート電圧Ｖ_Gがしきい値
Ｖ_Gthより高くなるように設定すれば良い。

【００８３】また、本実施の形態では、定電圧ダイオー
ド及びトランジスタを用いて第１及び第２の電圧検出手
段とスイッチ手段を形成したが、第１及び第２の電圧検
出手段とスイッチ手段は、これに限らず任意の半導体素
子を用いて形成することができる。

【００８４】また、本実施の形態では、３相の負荷を駆
動する３相のインバータ回路１０。６０を例に説明した
が、これに限らず、２相または４相以上のインバータ回
路等に適用することができる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ブ
ートストラップ方式による小型化及び低コスト化を図る
ときに、スイッチング素子が臨界値近傍のゲート電圧で
スイッチングされてしまうのを確実に防止することがで
きる。これにより、起動時や負荷の低回転時及びロック
時等にスイッチング素子に熱損失が生じるのを防止でき
ると共に、熱損失によるスイッチング素子の破壊を生じ
させることがないと言う優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインバータ回路の概略構成図であ
る。

【図２】本実施の形態に適用したインバータ回路の要部
を示す概略構成図である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、スイッチング信号と電源
回路から供給される電圧に応じてアーム駆動回路から出
力するゲート電圧の変化の概略を示す線図である。

【図４】コンデンサの容量に対して負荷であるブラシレ
スモータの回転数が低いときのスイッチング信号と電源
回路から供給される電圧に応じてアーム駆動回路から出
力するゲート電圧の変化の一例を示す線図である。

【図５】（Ａ）は起動時のスイッチング信号の一例を示
す線図、（Ｂ）は図５（Ａ）のスイッチング信号と電源
回路から供給される電圧に応じてアーム駆動回路から出
力するゲート電圧の変化の一例を示す線図である。

【図６】負荷であるブラシレスモータのロック時の電源
回路から供給される電圧に応じてアーム駆動回路から出
力するゲート電圧の変化の一例を示す線図である。

【図７】本発明が適用される電源回路を設けたインバー
タ回路の概略構成図である。

【図８】本発明として適用可能な電源回路の他の一例を
示すインバータ回路の概略構成図である。

【図９】ブートストラップ方式の電源回路を用いた従来
構成のインバータ回路の概略構成図である。

【符号の説明】

１０、５２、６０インバータ回路１２ブラシレスモータ１６スイッチング素子１６Ｕ_H、１６Ｖ_H、１６Ｗ_H 上アーム側のスイッチ
ング素子１６Ｕ_L、１６Ｖ_L、１６Ｗ_L 下アーム側のスイッチ
ング素子２２（２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ）アーム駆動回路
（上アーム駆動手段）２４（２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ）アーム駆動回路
（上アーム駆動手段）２６直流電源（駆動用電源）２８、５０、６２電源回路（電源供給手段）３０ダイオード３２コンデンサ（蓄積手段）３４チャージポンプ（蓄積手段）３６Ｔｒ（スイッチ手段、第１のスイッチ手段）３８Ｔｒ（スイッチ手段、第１及び第２のスイッチ
手段）４０、６４定電圧ダイオード（第１の電圧検出手
段）４２、６６定電圧ダイオード（第２の電圧検出手
段）５４第１の電圧検出手段５６第２の電圧検出手段５８スイッチ手段６８、７０Ｔｒ（スイッチ手段、第１のスイッチ手
段）７２Ｔｒ（スイッチ手段、第２のスイッチ手段）Ｖ_T1、Ｖ_T3 ツェナー電圧（第１の電圧）Ｖ_T2、Ｖ_T4 ツェナー電圧（第１の電圧）Ｖ_C 充電電圧Ｖ_G ゲート電圧Ｖ_Gth しきい値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブリッジ接続された上アーム用のスイッ
チング素子及び下アーム用のスイッチング素子と、前記上アーム側のスイッチング素子を駆動する上アーム
駆動手段と、前記下アーム側のスイッチング素子を駆動する下アーム
駆動手段と、前記下アーム駆動手段へ前記スイッチング素子の駆動用
電力を供給する駆動用電源と、前記駆動用電源の電力を前記上アーム駆動手段へ供給す
る電力供給手段と、を含むインバータ回路であって、前記電力供給手段が、前記駆動用電源から供給される電力を蓄積可能な蓄積手
段と、前記蓄積手段に蓄積された電力による充電電圧が前記ス
イッチング素子を駆動するときのしきい値より高い第１
の電圧に達したか否かを検出する第１の電圧検出手段
と、前記充電電圧が、前記スイッチング素子を駆動するとき
のしきい値より高くかつ前記第１の電圧よりも低い第２
の電圧に達したか否かを検出する第２の電圧検出手段
と、前記充電電圧が前記第１の電圧検出手段によって前記第
１の電圧に達したことを検出することにより、蓄積手段
に蓄積した電力を前記上アーム駆動手段に供給可能とす
ると共に、該充電電圧が前記第２の電圧検出手段によっ
て前記第２の電圧まで下降したと検出したときに上アー
ム駆動手段への電力の供給を停止して、蓄積手段への電
力の蓄積を可能とするスイッチ手段と、を含むことを特徴とするインバータ回路。
【請求項２】前記スイッチ手段が、前記第１の電圧検
出手段の検出結果に基づいて前記アーム駆動手段への電
力の供給を可能とする第１のスイッチ手段と、前記第２
の電圧検出手段の検出結果に基づいて前記上アーム駆動
手段への電力の供給を停止する第２のスイッチ手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のインバータ回
路。