JP2009136103A - Regenerative resistor protection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ等を駆動するインバータ回路から回生電力を吸収する回生抵抗器の保護装置に関し、さらに詳細には、スイッチング素子によって前記回生抵抗への通電が制御される回路構成において、前記回生抵抗器を保護するための回生抵抗保護装置に関する。 The present invention relates to a protection device for a regenerative resistor that absorbs regenerative power from an inverter circuit that drives a motor or the like. More specifically, in a circuit configuration in which energization to the regenerative resistor is controlled by a switching element, the regenerative resistor The present invention relates to a regenerative resistance protection device for protecting a vessel.
モータ駆動装置等のインバータ回路には電力回生用の回生抵抗器が設けられていることがある。この回生抵抗器が、何らかの理由で常時通電状態になってしまうと、回生抵抗器が高温になり焼損等の故障が生じるおそれがある。そこで、回生抵抗器を備える回路には、通常、回生抵抗器を保護するための回生抵抗保護装置が設けられている(例えば、特許文献1)。 An inverter circuit such as a motor driving device may be provided with a regenerative resistor for power regeneration. If this regenerative resistor is always energized for some reason, the regenerative resistor becomes hot and may cause a failure such as burning. Therefore, a circuit provided with a regenerative resistor is usually provided with a regenerative resistance protection device for protecting the regenerative resistor (for example, Patent Document 1).
特許文献1では、回生抵抗器への通電は半導体スイッチング素子を介して制御されていて、回生抵抗器に流れる電流は電流検出器によって検出されている。前記半導体スイッチング素子にオン信号が入力されていないにもかかわらず、前記電流検出器が電流を検出した場合には、半導体スイッチング素子の故障が想定される。半導体スイッチング素子が故障すると回生抵抗器が常時通電状態になってしまう可能性がある。そこで、上記のような場合には、前記回生抵抗器と直流母線間との間に設置されたヒューズを溶断することによって、回生抵抗器への通電を遮断して回生抵抗器を保護している。
しかしながら、特許文献1においては、回生抵抗器への通電を遮断するためにヒューズを溶断しているため、回生抵抗器への通電を復帰させるためには、ヒューズを交換する必要がある。加えて、回生抵抗電流検出用に電流検出器を使用しているため、装置が高価になること、回路の小型化が実現できないこと等の問題がある。
そこで、本発明の目的は、低コスト化及び小型化を図ることができる回生抵抗保護装置を提供することである。
However, in
Therefore, an object of the present invention is to provide a regenerative resistance protection device that can be reduced in cost and size.
本発明は、インバータ回路から出力される回生電力を吸収する回生抵抗器を保護するための回生抵抗保護装置に係るものである。本発明は、上記目的を達成するために、前記抵抗器に直列接続されて、前記回生抵抗器への通電を制御する半導体スイッチング素子及び機械式スイッチング素子と、抵抗器から構成され、半導体スイッチング素子及び機械式スイッチング素子に対して並列接続された分圧回路と、前記分圧回路から、所定のレベルの電圧が所定の時間を超えて継続して出力された場合に異常信号を出力する異常信号出力手段と、前記異常信号に基づいて、前記機械式スイッチング素子にオフ信号を出力するスイッチング素子制御手段とを備え、前記所定のレベルは、前記半導体スイッチング素子及び前記機械式スイッチング素子が共にオン状態のときに前記分圧回路から出力される電圧レベルであり、前記スイッチング素子制御手段は、前記異常信号出力手段が前記異常信号を出力するまでは、前記機械式スイッチング素子にオン信号を入力し、前記半導体スイッチング素子にオン信号又はオフ信号を入力することによって前記回生抵抗器への通電を制御するように構成されている。 The present invention relates to a regenerative resistance protection device for protecting a regenerative resistor that absorbs regenerative power output from an inverter circuit. In order to achieve the above object, the present invention comprises a semiconductor switching element and a mechanical switching element that are connected in series to the resistor and control energization to the regenerative resistor, and a resistor, and the semiconductor switching element And a voltage dividing circuit connected in parallel to the mechanical switching element, and an abnormal signal that outputs an abnormal signal when a predetermined level of voltage is continuously output from the voltage dividing circuit over a predetermined time Output means and switching element control means for outputting an off signal to the mechanical switching element based on the abnormal signal, and the predetermined level is the state in which both the semiconductor switching element and the mechanical switching element are in an on state. Voltage level output from the voltage dividing circuit at the time, and the switching element control means is the abnormal signal output means Until the abnormal signal is output, an ON signal is input to the mechanical switching element, and an energization to the regenerative resistor is controlled by inputting an ON signal or an OFF signal to the semiconductor switching element. ing.
前記インバータ回路に電力を供給する直流母線間の電圧を監視して、該電圧が所定の閾値を超えたときに、回生抵抗器への通電を指示するための回生開始信号を出力する回生指示手段と、前記回生開始信号が入力されるとPWM信号を発生するPWM信号発生器とをさらに備え、前記スイッチング素子制御手段は、前記PWM信号に基づいて前記半導体スイッチング素子にパルス信号を出力する機能をさらに備えても良い。 Regenerative instruction means for monitoring the voltage between the DC buses supplying power to the inverter circuit and outputting a regeneration start signal for instructing energization of the regenerative resistor when the voltage exceeds a predetermined threshold And a PWM signal generator that generates a PWM signal when the regeneration start signal is input, and the switching element control means has a function of outputting a pulse signal to the semiconductor switching element based on the PWM signal. Further, it may be provided.
本発明に係る回生抵抗保護装置は、回生抵抗器への通電を制御する半導体スイッチング素子及び機械式スイッチング素子に対して並列に接続され抵抗器から構成された分圧回路を備え、所定のレベルの電圧が所定の時間を超えて継続して前記分圧回路に印加された場合には、機械式スイッチング素子にオフ信号を入力して、前記回生抵抗器への通電を遮断するようにしている。 A regenerative resistance protection device according to the present invention includes a semiconductor switching element that controls energization of a regenerative resistor and a voltage dividing circuit that is connected in parallel to a mechanical switching element and is configured by a resistor. When the voltage is continuously applied to the voltage dividing circuit over a predetermined time, an off signal is input to the mechanical switching element to cut off the energization to the regenerative resistor.
このように、本発明によれば、ヒューズを溶断するのではなく常時オン状態に設定しておいた機械式スイッチング素子をオフ状態に制御することによって前記回生抵抗器への通電を遮断しているため、ヒューズ交換は不要となっている。加えて、抵抗器から構成される分圧回路を異常検出手段として使用しているので、回生抵抗保護装置の低コスト化及び小型化を図ることができる。 As described above, according to the present invention, the energization to the regenerative resistor is interrupted by controlling the mechanical switching element, which has been set to the on state at all times, not to blow the fuse. Therefore, no fuse replacement is necessary. In addition, since the voltage dividing circuit composed of the resistors is used as the abnormality detecting means, it is possible to reduce the cost and the size of the regenerative resistance protection device.
以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図1に本実施形態に係る回生抵抗保護装置を備えたモータ駆動装置の回路図を模式的に示す。
このモータ駆動装置1では、ブラシレスDCモータ16を駆動するインバータ回路15と電源2とが直流母線L1,L2によって結ばれている。直流母線L1,L2間には、回生抵抗器14と半導体スイッチング素子8と機械式スイッチング素子9とを備える直列回路と、回生指示部3とが接続されている。なお、回生抵抗器14には、フライホイールダイオード17が並列に設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows a circuit diagram of a motor drive device including a regenerative resistance protection device according to the present embodiment.
In this
本実施形態において、半導体スイッチング素子8はMOSFETであって、機械式スイッチング素子9は機械式リレーである。半導体スイッチング素子8及び機械式スイッチング素子9には、それぞれ独立したゲート回路6及びゲート回路7が接続されている。ゲート回路6及びゲート回路7はスイッチング素子制御手段を構成している。
回生指示部3は、PWM信号発生器4を介してゲート回路6に接続されている。
In the present embodiment, the semiconductor switching element 8 is a MOSFET and the
The
半導体スイッチング素子8と機械式スイッチング素子9には、分圧回路10が並列に設けられている。分圧回路10は、直列接続した第1の抵抗器11及び第2の抵抗器12によって構成されていて、抵抗器11と抵抗器12の間のノード13からの出力は、異常信号出力部5を介して、ゲート回路7の入力に接続されている。この分圧回路10は、後述するように、半導体スイッチング素子8と機械式スイッチング素子9の電流通電状態、すなわち、回生抵抗器14の電流通電状態を推測検出するために設けられている。
なお、電源2は、図示しない交流電源を図示しない整流器で整流した直流電源を示すものである。
The semiconductor switching element 8 and the
The
以下にモータ駆動装置1の動作について説明する。
電源が投入されると、ゲート回路7から出力されたオン信号によって機械式スイッチング素子9がオン状態に設定される。機械式スイッチング素子9は、オフ信号が入力されるまで常時オン状態に保持されている。電力回生処理が行なわれていない通常運転時においては、半導体スイッチング素子8はオフ状態に設定されていて、回生抵抗器14への通電を遮断している。
The operation of the
When the power is turned on, the
回生指示部3は、直流母線L1,L2間の電圧を監視して、この電圧値が回生開始を規定する第1の所定の閾値を超えた場合には、回生開始信号をPWM信号発生器4に出力するように構成されている。
The regeneration instructing
PWM信号発生器4は、回生開始信号が入力されると、デューティ比を固定(例えば50%)したPWM信号をゲート回路6に出力する。ゲート回路6はPWM信号に基づくパルス信号を半導体スイッチング素子8のゲートに入力し、半導体スイッチング素子8を間欠的にオン状態にする。これにより、電源2から供給された電流が回生抵抗器14に流れて電力が消費される。
When the regeneration start signal is input, the
本実施形態では、このように半導体スイッチング素子8を間欠的にオン状態にすることによって、回生抵抗器14を間欠的に通電状態としているため、ゲート回路6から連続的なオン信号を出力して半導体スイッチング素子8をオン状態に固定した場合よりも、回生抵抗器14に加わる負担が少なくなる。
In the present embodiment, since the semiconductor switching element 8 is intermittently turned on in this way, the
回生指示部3は、電力回生によって直流母線L1,L2間の電圧値が第2の所定の閾値以下になったことを検知すると、回生停止信号をPWM信号発生器4に出力する。なお、第2の所定の閾値は、前記第1の所定の閾値と同じ値を設定しても良いし異なる値を設定しても良い。PWM信号発生器4は回生停止信号が入力されると、PWM信号の出力を停止する。ゲート回路6はPWM信号の入力が停止すると、すなわちオフレベルの信号が入力されると、半導体スイッチング素子8にオフ信号を出力して半導体スイッチング素子8をオフ状態にする。したがって、回生抵抗器14への通電が遮断されて電力回生処理は停止し、モータ駆動装置1は通常運転状態に戻る。
分圧回路10はノード13から分圧電圧を出力している。この分圧電圧は、半導体スイッチング素子8がオフ状態の場合には電源電圧2を抵抗器11及び抵抗器12で分圧した値(以下、オフ状態電圧レベルという)となり、半導体スイッチング素子8がオン状態の場合には、共にオン状態である半導体スイッチング素子8及び機械式スイッチング素子9の直列回路に加わる電圧を分圧した値(以下、オン状態電圧レベルという)となる。
The voltage dividing circuit 10 outputs a divided voltage from the
分圧回路10は前述のように、半導体スイッチング素子8及び機械式スイッチング素子9に対して並列に設けられている。したがって、スイッチング素子8,9にどのような制御信号が入力されたかではなく、実際にスイッチング素子8,9がどのような状態にあるかを検知することができる。すなわち、スイッチング素子8,9からなる直列回路を介して回生抵抗器14が通電状態となっているのか、スイッチング素子8,9のいずれかの素子がオフ状態となっていて回生抵抗器14への通電が遮断されているのかを判定することが可能である。なお、機械式スイッチング素子9は、前述のように、常時オン状態に設定しているため、ここで検知されるスイッチング素子のオフ状態は、半導体スイッチング素子8がオフ状態であることを示している。
As described above, the voltage dividing circuit 10 is provided in parallel to the semiconductor switching element 8 and the
異常信号出力部5はノード13から出力された電圧レベルを監視して、該電圧レベルが前記オフ状態電圧レベルから前記オン状態電圧レベルへ移行すると、適宜な計測手段を用いてこのオン状態電圧レベルの継続時間を計測する。
The abnormal
異常信号出力部5は、この継続時間が所定の時間を超えたかを判定する。ここで、この所定の時間は、ゲート回路6から半導体スイッチング素子8に入力されるパルス信号のオン信号継続時間と実質的に一致するように設定しても良い。このパルス信号のデューティ比は固定されているため、オン信号の継続時間も一定の時間に保持されている。したがって、分圧回路10から出力されたオン状態電圧レベルの継続時間が前記オン信号の継続時間よりも長く継続している場合には、半導体スイッチング素子8がショート破損等の故障を生じたものと推定できる。半導体スイッチング素子8が制御不能となりオン状態が過度に持続されると、回生抵抗器14の通電状態も過度に持続されることになり、該回生抵抗器14に破損、焼損等の故障が生じる可能性が高くなる。
The abnormality
そこで、オン状態電圧レベルの継続時間が所定の時間を経過した場合には、機械式スイッチング素子9をオフ状態にして回生抵抗器14への通電を遮断するために、異常信号出力部5がゲート回路7へ異常信号を出力する。異常信号が入力されたゲート回路7は、機械式スイッチング素子9にオフ信号を入力して機械式スイッチング素子9をオフ状態に制御する。
Therefore, when the continuation time of the on-state voltage level has exceeded a predetermined time, the abnormal
なお、通常運転時及び電力回生処理時における回生抵抗器14への通電は半導体スイッチング素子8を介して制御されているため、機械式スイッチング素子9がショート破損しても回生抵抗器14に回生抵抗電流が連続して流れることはない。また、スイッチング素子8,9がオフ状態で破損した場合は、回生抵抗器14への通電が遮断されるため、回生抵抗器14が焼損等の故障を生じることはない。
In addition, since energization to the
本実施形態では、半導体スイッチング素子8の異常を検知して回生抵抗器14への通電を遮断することにより、回生抵抗器14の破損や焼損等の故障を未然に防止することができる。ここで、通電遮断は機械式スイッチング素子9をオフ状態に制御することによって実行されるため、従来技術のようなヒューズ交換は不要となっている。加えて、本実施形態では、抵抗器から構成された分圧回路10を異常検出のための手段として使用している。この分圧回路10は電源2の電圧が高い場合でも抵抗値が大きく電力の小さい抵抗器を使用して安価かつ小型に構成することができるため、効果的に回生抵抗保護装置の低コスト化及び小型化をもたらすことが可能である。
In the present embodiment, by detecting an abnormality in the semiconductor switching element 8 and shutting off the energization to the
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態では、ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動装置において本発明を適用しているが、本発明が適用される装置はこれに限定されない。また、既述の実施形態では、オン状態電圧レベルの継続時間と比較される所定の時間をゲート回路6から出力されるオン信号継続時間に設定しているが、これに限定されない。例えば、前記オン信号継続時間よりも長い時間であって、回生抵抗器14が焼損等の故障を起こさないと想定される電流通電可能時間を前記所定の時間として設定しても良い。また、異常信号出力部5から出力される異常信号をゲート回路7だけではなくゲート回路6にも入力し、スイッチング素子8,9に対して共にオフ信号を入力するように構成しても良い。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a motor drive device that drives a brushless DC motor, but the device to which the present invention is applied is not limited to this. In the above-described embodiment, the predetermined time compared with the duration of the on-state voltage level is set as the on-signal duration output from the gate circuit 6, but the present invention is not limited to this. For example, a current energizable time that is longer than the ON signal duration time and is assumed that the
既述の実施形態では、スイッチング素子8としてMOSFETを用いているが、他のFET、IGBT、トランジスタ等の半導体スイッチング素子を使用しても良い。 In the above-described embodiment, the MOSFET is used as the switching element 8, but other semiconductor switching elements such as FETs, IGBTs, and transistors may be used.
1 モータ駆動装置
2 電源
3 回生指示部
4 PWM信号発生器
5 異常信号出力部
6 第1のゲート回路
7 第2のゲート回路
8 半導体スイッチング素子
9 機械式スイッチング素子
10 分圧回路
11 抵抗器
12 抵抗器
14 回生抵抗器
15 インバータ回路
16 ブラシレスDCモータ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記抵抗器に直列接続されて、前記回生抵抗器への通電を制御する半導体スイッチング素子及び機械式スイッチング素子と、
抵抗器から構成され、半導体スイッチング素子及び機械式スイッチング素子に対して並列接続された分圧回路と、
前記分圧回路から、所定のレベルの電圧が所定の時間を超えて継続して出力された場合に異常信号を出力する異常信号出力手段と、
前記異常信号に基づいて、前記機械式スイッチング素子にオフ信号を出力するスイッチング素子制御手段と
を備え、
前記所定のレベルは、前記半導体スイッチング素子及び前記機械式スイッチング素子が共にオン状態のときに前記分圧回路から出力される電圧レベルであり、
前記スイッチング素子制御手段は、前記異常信号出力手段が前記異常信号を出力するまでは、前記機械式スイッチング素子にオン信号を入力し、前記半導体スイッチング素子にオン信号又はオフ信号を入力することによって前記回生抵抗器への通電を制御するように構成されている、回生抵抗保護装置。 A regenerative resistance protection device for protecting a regenerative resistor that absorbs regenerative power output from an inverter circuit,
A semiconductor switching element and a mechanical switching element that are connected in series to the resistor and control energization to the regenerative resistor;
A voltage dividing circuit composed of a resistor and connected in parallel to the semiconductor switching element and the mechanical switching element;
An abnormal signal output means for outputting an abnormal signal when a voltage of a predetermined level is continuously output over a predetermined time from the voltage dividing circuit;
Switching element control means for outputting an off signal to the mechanical switching element based on the abnormal signal, and
The predetermined level is a voltage level output from the voltage dividing circuit when both the semiconductor switching element and the mechanical switching element are in an on state.
The switching element control means inputs an on signal to the mechanical switching element and inputs an on signal or an off signal to the semiconductor switching element until the abnormal signal output means outputs the abnormal signal. A regenerative resistance protection device configured to control energization to the regenerative resistor.
前記回生開始信号が入力されるとPWM信号を発生するPWM信号発生器とをさらに備え、
前記スイッチング素子制御手段は、前記PWM信号に基づいて前記半導体スイッチング素子にパルス信号を出力する機能をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の回生抵抗保護装置。 Regenerative instruction means for monitoring the voltage between the DC buses supplying power to the inverter circuit and outputting a regeneration start signal for instructing energization of the regenerative resistor when the voltage exceeds a predetermined threshold When,
A PWM signal generator that generates a PWM signal when the regeneration start signal is input;
The regenerative resistance protection device according to claim 1, wherein the switching element control means further has a function of outputting a pulse signal to the semiconductor switching element based on the PWM signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007310016A JP2009136103A (en) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | Regenerative resistor protection device |
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Citations (2)
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JPH099660A (en) * | 1995-06-21 | 1997-01-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Inverter |
JP2006262616A (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-28 | Meidensha Corp | Inverter device |
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2007
- 2007-11-30 JP JP2007310016A patent/JP2009136103A/en active Pending
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