JP2015216746A - 過電圧保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、瞬間的な過大電圧から機器を保護する小型・低コストの過電圧保護手段を備えたモータ駆動装置を提供することにある。【解決手段】過電圧保護回路５０では、制御部４０が、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフして、スイッチング素子を破壊から保護する過電圧時制御を実行する。この過電圧時制御を実行中に待機時制御を実行すると、駆動回路電源Ｖｃからの電圧供給が停止され、スイッチング素子を確実にオフ状態としておくことができなくなり、スイッチング素子を過電圧から保護できなくなる。それゆえ、上記過電圧時制御を実行中は待機時制御を行わない。即ち、第１スイッチ１１をオフしないことによって、スイッチング素子を過電圧から保護する。【選択図】図１

Description

本発明は、過電圧保護回路に関する。

交流電圧を整流して直流電圧を得る機器においては、直流電圧は交流電圧に応じて変動する。特に、電源電圧の変動が起こり易い地域で使用される機器は、電圧上昇時の対策如何によっては、機器の故障を招く虞がある。それゆえ、特許文献１（特開２００７−１６６８１５号公報）に開示されているような過電圧保護手段が設けられる。この過電圧保護手段は、入力変圧器を負荷時タップ切換器付き変圧器とし、インバータに閾値以上の電圧が所定時間を越えて入力されたときに、負荷時タップ切換器付き変圧器のタップを低圧側に切り換えている。

しかしながら、上記のような負荷時タップ切換器付き変圧器は大規模な電気設備向けとしては適しているが、家電製品などのインバータ制御されるモータの駆動装置に適用することは容易ではない。

また、電源電圧が過大となるのに要する時間は極めて短く、上記のようなタップ切換は時間がかかり過ぎるので、機器を確実に保護することは困難である。さらに、半導体素子のような、過電圧に耐えうる時間が短いものについては、リレーによる遮断では保護ができない。かといって瞬間的な過大電圧のためだけに半導体素子などの耐圧を高くすることは高コスト化、大型化を招来する。

さらに、過大電圧はインバータの運転中に限らず待機時にも発生する可能性があるので、待機時の電力消費を低減するためにインバータの駆動回路への電源供給を停止しているときにでも、過大電圧を想定しておく必要がある。

そこで、本発明の課題は、瞬間的な過大電圧から機器を保護し、待機時の電力消費も低減することができる小型・低コストの過電圧保護回路を提供することにある。

本発明の第１観点に係る過電圧保護回路は、複数の上下アームそれぞれが２つのスイッチング素子を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点それぞれから対応する負荷へ電圧を出力する電力変換装置の過電圧保護回路であって、電圧検出部と、駆動回路部と、駆動回路電源と、第１スイッチと、制御部とを備えている。電圧検出部は、電源の電圧を検出する。駆動回路は、スイッチング素子をオンオフ動作させる電圧を生成する。駆動回路電源は、駆動回路に電源電圧を供給する。第１スイッチは、駆動回路電源と駆動回路とを結ぶ駆動電源ラインを開閉する。制御部は、駆動回路を介してスイッチング素子を制御する。また、制御部は、制御モードとして、過電圧時制御と、待機時制御とを含んでいる。過電圧時制御は、電圧検出部の検出値が所定の閾値を超えたとき、上下アームの両方のスイッチング素子をオフする制御である。待機時制御は、上下アームの両方のスイッチング素子がオフのときに第１スイッチを介して駆動電源ラインを電気的に切断する制御である。さらに制御部は、過電圧時制御を実行中は、待機時制御を行わない。

この過電圧保護回路では、過電圧時制御において、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、１つのスイッチング素子耐圧の２倍程度のＤＣ電圧となるまで、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

一方、上記過電圧時制御中に待機時制御によって駆動回路の電源をオフしてしまうと、スイッチング素子を確実にオフ状態としておくことができなくなり、スイッチング素子を過電圧から保護できなくなるので、上記過電圧時制御を実行中は待機時制御を行わないことによって、スイッチング素子を過電圧から保護する。

本発明の第２観点に係る過電圧保護回路は、第１観点に係る過電圧保護回路であって、第２スイッチをさらに備えている。第２スイッチは、電源と、上下アームが含まれる回路とを結ぶ主電源ラインを開閉する。制御部は、電圧検出部の検出値が所定の閾値を超えている時間が所定時間よりも長くなったとき、第２スイッチを介して主電源ラインを電気的に切断する。

この過電圧保護回路では、過電圧が長期化した場合には主電源ラインを電気的に切断することによって、主電源電圧がスイッチング素子に印加されないようにし、スイッチング素子を過電圧から確実に保護する。

本発明の第３観点に係る過電圧保護回路は、第１観点に係る過電圧保護回路であって、第２スイッチをさらに備えている。第２スイッチは、電源と、上下アームが含まれる回路とを結ぶ主電源ラインを開閉する。制御部は、電圧検出部の検出値が所定の第２閾値を超えたとき、第２スイッチを介して主電源ラインを電気的に切断する。

この過電圧保護回路では、過電圧値が増加した場合には主電源ラインを電気的に切断することによって、主電源電圧がスイッチング素子に印加されないようにし、スイッチング素子を過電圧から確実に保護する。

本発明の第４観点に係る過電圧保護回路は、複数の上下アームそれぞれが２つのスイッチング素子を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点それぞれから対応する負荷へ電圧を出力する電力変換装置の過電圧保護回路であって、電圧検出部と、駆動回路と、駆動回路電源と、第１スイッチと、第２スイッチと、制御部とを備えている。電圧検出部は、電源の電圧を検出する。駆動回路は、スイッチング素子をオンオフ動作させる電圧を生成する。駆動回路電源は、駆動回路に電源電圧を供給する。第１スイッチは、駆動回路電源と駆動回路とを結ぶ駆動電源ラインを開閉する。第２スイッチは、電源と、上下アームが含まれる回路とを結ぶ主電源ラインを開閉する。制御部は、駆動回路を介してスイッチング素子を制御する。また、制御部は、制御モードとして、過電圧時制御と、待機時制御とを含んでいる。過電圧時制御は、電圧検出部の検出値が所定の閾値を超えたとき、上下アームの両方のスイッチング素子をオフする制御である。待機時制御は、上下アームの両方のスイッチング素子がオフのときに第１スイッチを介して駆動電源ラインを電気的に切断する制御である。さらに制御部は、過電圧時制御を実行中に待機時制御を行うとき、第２スイッチを介して主電源ラインを電気的に切断する。

この過電圧保護回路では、過電圧時制御において、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、１つのスイッチング素子耐圧の２倍程度のＤＣ電圧となるまで、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

一方、上記過電圧時制御中に待機時制御によって駆動回路の電源をオフしてしまうと、スイッチング素子を確実にオフ状態としておくことができなくなり、スイッチング素子を過電圧から保護できなくなるので、上記過電圧時制御を実行中に待機時制御を行うときには、主電源ラインを電気的に切断することによって、主電源電圧がスイッチング素子に印加されないようにし、スイッチング素子を過電圧から保護する。

本発明の第５観点に係る過電圧保護回路は、第４観点に係る過電圧保護回路であって、制御部が、主電源ラインを切断した後、駆動電源ラインを切断する。

この過電圧保護回路では、例えば、駆動電源ラインを先に切断し、スイッチング素子のオフ状態が不安定になった直後に主電源電圧が過電圧となった場合、「上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧を直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧する」という作用が発揮されない虞がある。それゆえ、先に主電源ラインを切断することによって、スイッチング素子を過電圧から確実に保護する。

本発明の第６観点に係る過電圧保護回路は、第１観点から第５観点のいずれか１つに係る過電圧保護回路であって、電源がＤＣ電源である。

この過電圧保護回路では、例えば回路遮断用として半導体スイッチを使用する場合には、交流を入り切りするスイッチは双方向性を必要とするが、ＤＣ電源の下流側に配置されるスイッチは片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。

本発明の第７観点に係る過電圧保護回路は、第１観点から第５観点のいずれか１つに係る過電圧保護回路であって、電源がＡＣ電源である。

この過電圧保護回路では、ＡＣ電源からの供給電圧が過大電圧であっても、過電圧時制御によって、短時間でインバータのスイッチング素子を保護することができる。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である

本発明の第１観点に係る過電圧保護回路では、過電圧時制御において、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、１つのスイッチング素子耐圧の２倍程度のＤＣ電圧となるまで、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

一方、上記過電圧時制御中に待機時制御によって駆動回路の電源をオフしてしまうと、スイッチング素子を確実にオフ状態としておくことができなくなり、スイッチング素子を過電圧から保護できなくなるので、上記過電圧時制御を実行中は待機時制御を行わないことによって、スイッチング素子を過電圧から保護する。

本発明の第２観点に係る過電圧保護回路では、過電圧が長期化した場合には主電源ラインを電気的に切断することによって、主電源電圧がスイッチング素子に印加されないようにし、スイッチング素子を過電圧から確実に保護する。

本発明の第３観点に係る過電圧保護回路では、過電圧値が増加した場合には主電源ラインを電気的に切断することによって、主電源電圧がスイッチング素子に印加されないようにし、スイッチング素子を過電圧から確実に保護する。

本発明の第４観点に係る過電圧保護回路では、過電圧時制御において、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、１つのスイッチング素子耐圧の２倍程度のＤＣ電圧となるまで、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

一方、上記過電圧時制御中に待機時制御によって駆動回路の電源をオフしてしまうと、スイッチング素子を確実にオフ状態としておくことができなくなり、スイッチング素子を過電圧から保護できなくなるので、上記過電圧時制御を実行中に待機時制御を行うときには、主電源ラインを電気的に切断することによって、主電源電圧がスイッチング素子に印加されないようにし、スイッチング素子を過電圧から保護する。

本発明の第５観点に係る過電圧保護回路では、例えば、駆動電源ラインを先に切断し、スイッチング素子のオフ状態が不安定になった直後に主電源が過電圧となった場合、「上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧を直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧する」という作用が発揮されない虞がある。それゆえ、先に主電源ラインを切断することによって、スイッチング素子を過電圧から確実に保護する。

本発明の第６観点に係る過電圧保護回路では、例えば回路遮断用として半導体スイッチを使用する場合には、交流を入り切りするスイッチは双方向性を必要とするが、ＤＣ電源の下流側に配置されるスイッチは片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。

本発明の第７観点に係る過電圧保護回路では、ＡＣ電源からの供給電圧が過大電圧であっても、過電圧時制御によって、短時間でインバータのスイッチング素子を保護することができる。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である

本発明の第１実施形態に係る過電圧保護回路が採用されているシステムの全体構成と、そのシステムを利用するモータ駆動装置の回路構成とを示すブロック図。 モータ駆動装置の運転時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図。 モータ駆動装置の停止時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図。 第１実施形態における過電圧時制御の制御フロー 第１実施形態における待機時制御の制御フロー 第１実施形態の変形例に係る過電圧保護回路が採用されているシステムの全体構成と、そのシステムを利用するモータ駆動装置の回路構成とを示すブロック図。 第１実施形態の変形例における電圧検出部の回路図。 本発明の第２実施形態に係る過電圧保護回路が採用されているシステムの全体構成と、そのシステムを利用するモータ駆動装置の内部構成とを示すブロック図。 第２実施形態における待機時制御の制御フロー。 第２実施形態の第１変形例における待機時制御の制御フロー。 第２実施形態の第２変形例における待機時制御の制御フロー。 第２実施形態の第３変形例に係る過電圧保護回路が採用されているシステムの全体構成と、そのシステムを利用するモータ駆動装置の内部構成とを示すブロック図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
（１）概要
図１は、本発明の第１実施形態に係る過電圧保護回路５０が採用されているシステム１００の全体構成と、そのシステム１００を利用するモータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。図１において、システム１００は、モータ駆動装置１０とモータ５１とで構成されている。また、過電圧保護回路５０は、電圧検出部２３、第１スイッチ１１、及び制御部４０によって構成されている。

（１−１）モータ５１
モータ５１は、３相のブラシレスＤＣモータであって、ステータ５２と、ロータ５３とを備えている。ステータ５２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを含む。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一方端は、それぞれインバータ２５から延びるＵ相、Ｖ相及びＷ相の各配線の駆動コイル端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに接続されている。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他方端は、互いに端子ＴＮとして接続されている。これら３相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、ロータ５３が回転することによりその回転速度とロータ５３の位置に応じた誘起電圧を発生させる。

ロータ５３は、Ｎ極及びＳ極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ５２に対し回転軸を中心として回転する。

なお、モータ５１は、例えばヒートポンプ式空気調和機の圧縮機モータ、ファンモータである。

（１−２）モータ駆動装置１０
モータ駆動装置１０は、図１に示すように、整流部２１と、平滑コンデンサ２２と、電圧検出部２３と、電流検出部２４と、インバータ２５（電力変換装置）と、ゲート駆動回路２６と、制御部４０とを備えている。これらは、例えば１枚のプリント基板上に実装されてもよい。

（２）モータ駆動装置１０の詳細構成
（２−１）整流部２１
整流部２１は、４つのダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ２ｂは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ２２のプラス側端子に接続されており、整流部２１の正側出力端子として機能する。ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ２２のマイナス側端子に接続されており、整流部２１の負側出力端子として機能する。

ダイオードＤ１ａ及びダイオードＤ１ｂの接続点は、商用電源９１の一方の極に接続されている。ダイオードＤ２ａ及びダイオードＤ２ｂの接続点は、商用電源９１の他方の極に接続されている。整流部２１は、商用電源９１から出力される交流電圧を整流して直流電源を生成し、これを平滑コンデンサ２２へ供給する。

（２−２）平滑コンデンサ２２
平滑コンデンサ２２は、一端が整流部２１の正側出力端子に接続され、他端が整流部２１の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ２２は、整流部２１によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ２２による平滑後の電圧を直流電圧Ｖｄｃという。

直流電圧Ｖｄｃは、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されるインバータ２５へ印加される。つまり、整流部２１及び平滑コンデンサ２２は、インバータ２５に対する電源供給部２０を構成している。

なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ２２としてフィルムコンデンサが採用される。

（２−３）電圧検出部２３
電圧検出部２３は、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されており、平滑コンデンサ２２の両端電圧、即ち直流電圧Ｖｄｃの値を検出するためのものである。電圧検出部２３は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗が平滑コンデンサ２２に並列接続され、直流電圧Ｖｄｃが分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御部４０に入力される。

（２−４）電流検出部２４
電流検出部２４は、平滑コンデンサ２２及びインバータ２５の間であって、かつ平滑コンデンサ２２の負側出力端子側に接続されている。電流検出部２４は、モータ５１の起動後、モータ５１に流れるモータ電流Ｉｍを三相分の電流の合計値として検出する。

電流検出部２４は、例えば、シャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部２４によって検出されたモータ電流は、制御部４０に入力される。

（２−５）インバータ２５
インバータ２５は、モータ５１のＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに対応する３つの上下アームが互いに並列に、且つ平滑コンデンサ２２の出力側に接続されている。

図１において、インバータ２５は、複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという）Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ及び複数の還流用のダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂを含む。

トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂは、それぞれ互いに直列に接続されることによって各上下アームを構成しており、それによって形成された接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷそれぞれから対応する相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに向かって出力線が延びている。

各ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂは、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。このそれぞれ並列接続されたトランジスタとダイオードにより、スイッチング素子が構成される。

インバータ２５は、平滑コンデンサ２２からの直流電圧Ｖｄｃが印加され、かつゲート駆動回路２６により指示されたタイミングで各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂがオン及びオフを行うことによって、モータ５１を駆動する駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する。この駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、各トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷからモータ５１の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力される。

なお、本実施形態のインバータ２５は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、電流形インバータでもよい。

（２−６）ゲート駆動回路２６
ゲート駆動回路２６は、制御部４０からの指令電圧Ｖｐｗｍに基づき、インバータ２５の各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路２６は、制御部４０によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷがインバータ２５からモータ５１に出力されるように、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲートに印加するゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。生成されたゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚは、それぞれのトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲート端子に印加される。

（２−７）制御部４０
制御部４０は、電圧検出部２３、電流検出部２４、及びゲート駆動回路２６と接続されている。本実施形態では、制御部４０は、モータ５１をロータ位置センサレス方式にて駆動させている。なお、ロータ位置センサレス方式に限定されるものではないので、センサ方式で行なってもよい。

ロータ位置センサレス方式とは、モータ５１の特性を示す各種パラメータ、モータ５１起動後の電圧検出部２３の検出結果、電流検出部２４の検出結果、及びモータ５１の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するＰＩ制御、モータ電流に対するＰＩ制御等を行い駆動する方式である。モータ５１の特性を示す各種パラメータとしては、使用されるモータ５１の巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。なお、ロータ位置センサレス制御については多くの特許文献が存在するので、詳細はそれらを参照されたい（例えば、特開２０１３−１７２８９号公報）。

また、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値を監視し、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたとき、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフにする保護制御も行っている。

（２−８）第１スイッチ１１
第１スイッチ１１は、駆動回路電源Ｖｃとゲート駆動回路２６とを結ぶ駆動電源ライン８０３を開閉する。ここで、駆動電源ライン８０３を開閉するとは、駆動電源ライン８０３を導通又は遮断して非導通にすることである。

第１スイッチ１１は、通常時において待機時制御をしていないときは駆動電源ライン８０３を閉、つまり導通状態にしておく。他方、待機時制御中は、第１スイッチ１１がオフして駆動電源ライン８０３を遮断している。

第１スイッチ１１が駆動電源ライン８０３を遮断して、ゲート駆動回路２６への電圧供給を停止することによって、無駄な電力消費を解消する。第１スイッチ１１は、高速性は求められないので、リレー回路が採用されている。

図１に示すように、第１スイッチ１１は、駆動電源ライン８０３を開閉するリレー接点１１ａと、リレー接点１１ａを動作させるリレーコイル１１ｂと、リレーコイル１１ｂへの通電と非通電とを行うトランジスタ１１ｃとを含んでいる。リレーコイル１１ｂの一端は、電源Ｖｂの正極に接続され、他端はトランジスタ１１ｃのコレクタ側に接続されている。制御部４０は、トランジスタ１１ｃのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル１１ｂへの通電と非通電を行う。

（３）モータ駆動装置１０の動作
以下、モータ駆動装置１０の動作について説明する。図１において、制御部４０は、ゲート駆動回路２６への波形出力を行なうと共に、その波形出力状態を制御して、モータ５１を所定回転数で駆動する。

図２Ａはモータ駆動装置１０の運転時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図であり、図２Ｂはモータ駆動装置１０の停止時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図である。

図２Ａに示すように、運転中、駆動コイルＬｕに対応する上アームのトランジスタＱ３ａ、駆動コイルＬｖに対応する下アームのトランジスタＱ４ｂ、及び駆動コイルＬｗに対応する下アームのトランジスタＱ５ｂがオン動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは各上下アームのオフしているスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ｂ、Ｄ４ａ、Ｄ５ａ）にかかっている。

このとき、直流電圧Ｖｄｃが過大電圧になった場合、オフしているスイッチング素子のトランジスタとダイオードにその過大電圧がかかる。一つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）の素子耐圧をＶｒとすると、直流電圧Ｖｄｃ＞素子耐圧Ｖｒとなったときにスイッチング素子のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂもしくはダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂが破壊される可能性が高い。

そこで、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたと判断したとき、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフする、過電圧時制御を行う。

（３−１）過電圧時制御
図３は、第１実施形態における過電圧時制御の制御フローである。図３において、制御部４０は、ステップＳ１で電源が印加されていることを確認し、ステップＳ２へ進む。次に、制御部４０は、ステップＳ２において、電圧検出部２３を介して直流電圧Ｖｄｃの検出を行う。

次に、制御部４０は、ステップＳ３において、直流電圧Ｖｄｃがインバータ２５に印加できる上限電圧であるＶｄｃｍａｘに達したか否かを判定し、Ｖｄｃ≧ＶｄｃｍａｘのときはステップＳ４へ進み、Ｖｄｃ≧ＶｄｃｍａｘではないときはステップＳ２へ戻る。

次に、制御部４０は、ステップＳ４において、全上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフする。これによって、図２Ｂに示すように、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧される。

例えば、上アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａ）の両端には分圧値Ｖ１がかかり、下アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂ）の両端には分圧値Ｖ２がかかる。理想的には各スイッチング素子のインピーダンスが等しければＶ１＝Ｖ２となるので、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分にまで低減され、各スイッチング素子を破壊から保護することができる。

次に、制御部４０は、ステップＳ５において、直流電圧Ｖｄｃが過電圧時制御を解除してもよい電圧Ｖｄｃｒｅｔを下回ったか否かを判定し、Ｖｄｃ＜ＶｄｃｒｅｔのときはステップＳ６へ進み、Ｖｄｃ＜Ｖｄｃｒｅｔではないときは判定を継続する。

そして、制御部４０は、Ｖｄｃ＜Ｖｄｃｒｅｔの受け、ステップＳ６において、過電圧時制御を解除する。

（３−２）待機時制御
図４は、第１実施形態における待機時制御の制御フローである。図４において、制御部４０は、ステップＳ１１で待機時制御指令が有るか否かを判定し、待機時制御指令が有るときはステップＳ１２へ進む。

次に、制御部４０は、ステップＳ１２において、過電圧時制御を実行中か否かを判定し、過電圧時制御を実行中のときはステップＳ１３へ進み、過電圧時制御を実行中ではないときはステップＳ１５へ飛ぶ。

次に、制御部４０は、ステップＳ１３において、待機時制御の実行を拒否する。具体的には、第１スイッチ１１のオンを維持する。仮に、過電圧時制御中に第１スイッチ１１をオフすると、トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフさせておくために最低限必要な電圧が０となり、オフしていた上下アームの一方のトランジスタが動作不安定によりオンしてしまい、オフしている他方のトランジスタに過電圧がかかるおそれがある。

そうなると、折角、上下アームの両方のトランジスタをオフすることによって、過大電圧を直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧し、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧を半減するという、過電圧時制御の目的が達成できなくなる。それゆえ、第１スイッチ１１のオンを維持することとしている。

次に、制御部４０は、ステップＳ１４において、過電圧時制御が解除されたか否かを判定し、過電圧時制御が解除されたときはステップＳ１５へ進み、電圧時制御が解除されていないときは、判定を継続する。

次に、制御部４０は、過電圧時制御解除の判定をうけて、ステップＳ１５において第１スイッチ１１をオフする。過電圧時制御が解除されているので、第１スイッチ１１をオフしてゲート駆動回路２６での待機電力消費を抑制することが可能になったからである。なお、ステップＳ１２において過電圧時制御を実行中ではないと判定されたときも、このステップＳ１５において第１スイッチ１１をオフし、待機電力消費を抑制する。

そして、制御部４０は、ステップＳ１６において待機時制御解除指令が有るか否かの判定し、待機時制御解除指令が有ったときは待機時制御を終了する。

上記のように、本実施形態では、電圧検出部２３、第１スイッチ１１、及び制御部４０によって過電圧保護回路５０が構成されている。

（４）第１実施形態の特徴
（４−１）
過電圧保護回路５０では、制御部４０が、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

（４−２）
また、過電圧時制御中に待機時制御を実行すると、駆動回路電源Ｖｃからの電圧供給が停止され、スイッチング素子を確実にオフ状態としておくことができなくなり、スイッチング素子を過電圧から保護できなくなる。それゆえ、上記過電圧時制御を実行中は待機時制御を行わないことによって、即ち、第１スイッチ１１をオフしないことによって、スイッチング素子を過電圧から保護する。

（５）変形例
図５は、第１実施形態の変形例に係る過電圧保護回路５０が採用されているシステム１００の全体構成と、そのシステム１００を利用するモータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。図５において、インバータ２５は、電源供給部２０から一対の電源ライン８０１，８０２を介して電力供給されている。過電圧保護回路５０の一部は商用電源９１と電源供給部２０との間に接続され、他の部分は電源供給部２０とインバータ２５との間に接続されている。

過電圧保護回路５０は、電圧検出部３３、第１スイッチ１１及び制御部４０によって構成されている。

変形例における過電圧保護回路５０と、既に説明した第１実施形態における過電圧保護回路とが異なる点は、過電圧保護回路５０の構成要素である電圧検出部が商用電源９１と電源供給部２０との間に設けられていることである。

電圧検出部が直流仕様から交流仕様に置き換えられることに鑑みて、第１実施形態の電圧検出部２３に替えて電圧検出部３３が採用されている。したがって、ここでは電圧検出部３３についてのみを説明する。

（５−１）電圧検出部３３
電圧検出部３３は、交流電圧検出回路によって構成されている。交流電圧検出回路は、多様であり、使用条件によって適宜採用される。例えば、図６は一般的な電圧検出部３３の回路図である。図６において、電圧検出部３３は、変圧回路３３１、コンバータ回路３３２とで構成されている。

変圧回路３３１は、入力側に位置し、一次側巻線３３１ａと二次側巻線３３１ｂとからなる。

コンバータ回路３３２は、整流ダイオードで構成される整流部３３２ａと、平滑コンデンサ３３２ｂとが並列接続された回路である。

電圧検出部３３では、変圧回路３３１に交流電圧が印加されると、交流電圧は変圧回路３３１によって変圧される。そして、二次側巻線３３１ｂの両端電圧がコンバータ回路３３２に入力される。

コンバータ回路３３２に入力された変圧後の交流電圧は、整流部３３２ａで直流電圧に変換され、平滑コンデンサ３３２ｂで平滑化される。この平滑化された直流電圧が制御部４０に入力される。すなわち、一次側巻線３３１ａに印加される電圧に応じた直流電圧が、制御部４０に入力されることになる。

（５−２）モータ駆動装置１０の動作
変形例では、過電圧制御時の制御フローは、図３に記載した過電圧時制御の制御フローの直流電圧Ｖｄｃを商用電源９１の交流電圧Ｖａｃへ置き換え、ステップＳ２のＶｄｃｍａｘに替えて交流電圧Ｖａｃがインバータ２５を含む機器に印加できる上限電圧であるＶａｃｍａｘを設定し、さらにステップＳ５のＶｄｃｒｅｔに替えて過電圧時制御を解除してもよい交流電圧Ｖａｃｒｅｔを設定することによって、第１実施形態と同等の過電圧時制御、待機時制御を実現することができる。

＜第２実施形態＞
（１）概要
図７は、本発明の第２実施形態に係る過電圧保護回路５０が採用されているシステム１００の全体構成と、そのシステム１００を利用するモータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。

図７おいて、第２実施形態に係る過電圧保護回路５０は、図１で示された第１実施形態における過電圧保護回路５０に第２スイッチ１２が追加された構成である。したがって、ここでは第２スイッチ１２について説明し、それ以外の要素は第１実施形態と同様であるので、同じ名称及び符号を付して詳細な説明を省略する。

（２）モータ駆動装置１０の詳細構成
（２−１）第２スイッチ１２
第２スイッチ１２は、電源ライン８０１を開閉する。ここで、電源ライン８０１を開閉するとは、電源ライン８０１を導通又は遮断して非導通にすることである。

第２スイッチ１２は、通常時は電源ライン８０１を閉、つまり導通状態にしておく。他方、待機時の電力消費を抑制するためゲート駆動回路２６への電源供給を停止した場合、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂを確実にオフ状態としておくことができなくなる。このようなときに過電圧が発生した場合、スイッチング素子を過電圧から保護できなくなる。

第２スイッチ１２の役割は、電源ライン８０１を遮断して、主電源電圧（直流電圧Ｖｄｃ）が上下アームの各スイッチング素子に印加されないようにすることである。これによって、スイッチング素子を過電圧から保護することができる。

第２スイッチ１２は、高速性が求められるため、本実施形態では半導体スイッチが採用されている。

図７に示すように、第１スイッチ１２は、フォトカプラ１２ａと、駆動回路１２ｂと、還流ダイオード付きのトランジスタ１２ｃとで構成されている。フォトカプラ１２ａは、発光ダイオード１２１とフォトトランジスタ１２２を内蔵している。

第１スイッチ１２の入力側（Ａ１−Ａ２間）にはフォトカプラ１２ａの発光ダイオード１２１が接続されている。発光ダイオード１２１のアノードＡ１は抵抗Ｒ１を介して電源Ｖｂに接続されている。発光ダイオード１２１のカソードＡ２は信号線を介して制御部４０に接続されている。また、フォトトランジスタ１２２は駆動回路１１ｂと駆動回路ＧＮＤとの間に接続されている。

第１スイッチ１２の出力側（Ｂ１−Ｂ２間）にトランジスタ１２ｃが設けられている。トランジスタ１２ｃのエミッタＢ１はインバータ２５の高電位側に接続されている。また、トランジスタ１２ｃのコレクタＢ２は平滑コンデンサ２２の高電位側に接続されている。

制御部４０の制御信号は、フォトカプラ１２ａを介して駆動回路１２ｂに入力される。駆動回路１２ｂには、駆動用電源（図示せず）が接続されており、制御部４０が発光ダイオード１２１の信号ラインをオンさせると、発光ダイオード１２１が発光しフォトトランジスタ１２２が導通する。このフォトトランジスタ１２２が導通している間、駆動回路１２ｂからトランジスタ１２ｃのベースに駆動信号が出力され、トランジスタ１２ｃのコレクタＢ２−エミッタＢ１間が導通する。

逆に、制御部４０が発光ダイオード１２１の信号ラインをオフさせると、発光ダイオード１２１が発光しないので、フォトトランジスタ１２２は導通しない。このフォトトランジスタ１２２が導通していない間、トランジスタ１２ｃのコレクタＢ２−エミッタＢ１間も導通しない。

（３）モータ駆動装置１０の動作
（３−１）過電圧時制御
第２実施形態における過電圧時制御は、第１実施形態における過電圧時制御を採用しているので、ここでは説明を省略する。

（３−２）待機時制御
図８は、第２実施形態における待機時制御の制御フローである。図８において、制御部４０は、ステップＳ２１で待機時制御指令が有るか否かを判定し、待機時制御指令が有るときはステップＳ２２へ進む。

次に、制御部４０は、ステップＳ２２において、過電圧時制御を実行中か否かを判定し、過電圧時制御を実行中のときはステップＳ２３へ進み、過電圧時制御を実行中ではないときはステップＳ２４へ飛ぶ。

次に、制御部４０は、ステップＳ２３において、第２スイッチ１２をオフして電源ライン８０１を遮断し、主電源電圧（直流電圧Ｖｄｃ）がインバータ２５に印加されないようにする。仮に過電圧時制御中、先に第１スイッチ１１をオフすると、トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフさせておくために最低限必要な電圧を確保できず、オフしていた上下アームの一方のトランジスタが動作不安定によりオンしてしまい、オフしている他方のトランジスタに過電圧がかかることとなるからである。

次に、制御部４０は、ステップＳ２４において、第１スイッチ１１をオフする。インバータ２５に直流電圧Ｖｄｃが印加されなくなったことにより、第１スイッチ１１をオフしてゲート駆動回路２６での待機電力消費を抑制することが可能になったからである。なお、ステップＳ２２において過電圧時制御を実行中ではないと判定されたときも、このステップＳ２４において第１スイッチ１１をオフし、待機電力消費を抑制する。

そして、制御部４０は、ステップＳ２５において待機時制御解除指令が有るか否かの判定し、待機時制御解除指令が有ったときは待機時制御を終了する。

上記のように、本実施形態では、電圧検出部２３、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、及び制御部４０によって過電圧保護回路５０が構成されている。

（４）第２実施形態の特徴
（４−１）
過電圧保護回路５０では、制御部４０が、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

（４−２）
また、制御部４０は、過電圧時制御中、第１スイッチ１１を介して電源ライン８０１を電気的に切断し、直流電圧Ｖｄｃが上下アームの各スイッチング素子に印加されないようにして、スイッチング素子を過電圧から保護する。

（４−３）
また、制御部４０は、第２スイッチ１２を介して駆動電源ライン８０３を遮断することによって、ゲート駆動回路２６での電力消費の無駄を解消することができる。

（４−４）
さらに、制御部４０は、先に電源ライン８０１を切断し、その後、駆動電源ライン８０３を遮断することによって、スイッチング素子を過電圧から確実に保護している。仮に、駆動電源ライン８０３を先に切断すると、オフ状態が不安定になったスイッチング素子の両端に主電源電圧（直流電圧Ｖｄｃ）の過電圧が印過されるので、「上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧を直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧する」という作用が発揮されない虞があり、これを防止する上で、先に電源ライン８０１を切断する。

（５）変形例
第２実施形態では、制御部４０は待機時制御指令を受けた時点が過電圧時制御中である場合には、直ぐに第２スイッチ１２をオフしてインバータ２５への電圧印加を停止し、第１スイッチ１１をオフにしている。しかし、第２スイッチ１２をオフするタイミングを、過電圧の大きさ、又は過電圧が作用している時間で決定してもよい。
（５−１）第１変形例
図９は、第２実施形態の第１変形例における待機時制御の制御フローである。図９において、制御部４０は、ステップＳ３１で待機時制御指令が有るか否かを判定し、待機時制御指令が有るときはステップＳ３２へ進む。

次に、制御部４０は、ステップＳ３２において、過電圧時制御を実行中か否かを判定し、過電圧時制御を実行中のときはステップＳ３３へ進み、過電圧時制御を実行中ではないときはステップＳ３５へ飛ぶ。

次に、制御部４０は、ステップＳ３３において、過電圧時制御開始からの経過時間ｔが所定時間ｔｓに達したか否かを判定し、ｔ≧ｔｓのときはステップＳ３４へ進み、ｔ≧ｔｓでないときは、当該判定を継続する。

過電圧時制御の開始は、直流電圧Ｖｄｃがインバータ２５に印加できる上限電圧であるＶｄｃｍａｘに達したときに開始するので、その時点からＶｄｃ≧Ｖｄｃｍａｘの状態が所定時間ｔｓを超えて継続することは、インバータ２５及びその他の機器に対して悪影響が生じるので、連続してＶｄｃ≧Ｖｄｃｍａｘである状態の時間（ｔｓ）を監視する必要がある。

次に、制御部４０は、ステップＳ３４において、第２スイッチ１２をオフして電源ライン８０１を遮断し、主電源電圧（直流電圧Ｖｄｃ）がインバータ２５に印加されないようにする。仮に過電圧時制御中、先に第１スイッチ１１をオフすると、トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフさせておくために最低限必要な電圧を確保できず、オフしていた上下アームの一方のトランジスタが動作不安定によりオンしてしまい、オフしている他方のトランジスタに過電圧がかかることとなるからである。

次に、制御部４０は、ステップＳ３５において、第１スイッチ１１をオフする。インバータ２５に直流電圧Ｖｄｃが印加されなくなったことにより、第１スイッチ１１をオフしてゲート駆動回路２６での待機電力消費を抑制することが可能になったからである。なお、ステップＳ３２において過電圧時制御を実行中ではないと判定されたときも、このステップＳ３５において第１スイッチ１１をオフし、待機電力消費を抑制する。

そして、制御部４０は、ステップＳ３６において待機時制御解除指令が有るか否かの判定し、待機時制御解除指令が有ったときは待機時制御を終了する。

上記のように、過電圧状態が長期化した場合には電源ライン８０１を電気的に切断することによって、過電圧となった直流電圧Ｖｄｃがスイッチング素子に印加されないようにして、スイッチング素子を過電圧から確実に保護するとともに、第１スイッチ１１をオフして待機電力消費を抑制することができる。
（５−２）第２変形例
図１０は、第２実施形態の第２変形例における待機時制御の制御フローである。図１０において、制御部４０は、ステップＳ４１で待機時制御指令が有るか否かを判定し、待機時制御指令が有るときはステップＳ４２へ進む。

次に、制御部４０は、ステップＳ４２において、過電圧時制御を実行中か否かを判定し、過電圧時制御を実行中のときはステップＳ４３へ進み、過電圧時制御を実行中ではないときはステップＳ４５へ飛ぶ。

次に、制御部４０は、ステップＳ４３において、直流電圧Ｖｄｃが第２閾値Ｖｄｃｌｉｍに達したか否かを判定し、Ｖｄｃ≧ＶｄｃｌｉｍのときはステップＳ４４へ進み、Ｖｄｃ≧Ｖｄｃｌｉｍでないときは、当該判定を継続する。

過電圧時制御の開始は、直流電圧Ｖｄｃがインバータ２５に印加できる上限電圧であるＶｄｃｍａｘに達したときに開始するものの、電圧上昇が急激な場合、重大な損害を被るので、破壊を回避できる限界の電圧Ｖｄｃｌｉｍを設定した上で、Ｖｄｃ≧Ｖｄｃｌｉｍであるか否かを監視する必要がある。

次に、制御部４０は、ステップＳ４４において、第２スイッチ１２をオフして電源ライン８０１を遮断し、主電源電圧（直流電圧Ｖｄｃ）がインバータ２５に印加されないようにする。仮に過電圧時制御中、先に第１スイッチ１１をオフすると、トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフさせておくために最低限必要な電圧を確保できず、オフしていた上下アームの一方のトランジスタが動作不安定によりオンしてしまい、オフしている他方のトランジスタに過電圧がかかることとなるからである。

次に、制御部４０は、ステップＳ４５において、第１スイッチ１１をオフする。インバータ２５に直流電圧Ｖｄｃが印加されなくなったことにより、第１スイッチ１１をオフしてゲート駆動回路２６での待機電力消費を抑制することが可能になったからである。なお、ステップＳ４２において過電圧時制御を実行中ではないと判定されたときも、このステップＳ４５において第１スイッチ１１をオフし、待機電力消費を抑制する。

そして、制御部４０は、ステップＳ４６において待機時制御解除指令が有るか否かの判定し、待機時制御解除指令が有ったときは待機時制御を終了する。

上記のように、本実施形態では、電圧検出部２３、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、及び制御部４０によって過電圧保護回路５０が構成されている。

上記のように、直流電圧Ｖｄｃが急激に上昇した場合には電源ライン８０１を電気的に切断することによって、過電圧となった直流電圧Ｖｄｃがスイッチング素子に印加されないようにして、スイッチング素子を過電圧から確実に保護するとともに、第１スイッチ１１をオフして待機電力消費を抑制することができる。

（５−３）第３変形例
図１１は、第２実施形態の第３変形例に係る過電圧保護回路５０が採用されているシステム１００の全体構成と、そのシステム１００を利用するモータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。図１１において、インバータ２５は、電源供給部２０から一対の電源ライン８０１，８０２を介して電力供給されている。過電圧保護回路５０の一部は商用電源９１と電源供給部２０との間に接続され、他の部分は電源供給部２０とインバータ２５との間に接続されている。

過電圧保護回路５０は、電圧検出部３３、第１スイッチ１１、第２スイッチ１３及び制御部４０によって構成されている。

第３変形例における過電圧保護回路５０と、既に説明した第２実施形態、その第１変形例及び第２変形例における過電圧保護回路との相違点は、過電圧保護回路５０の構成要素である電圧検出部と第２スイッチとが商用電源９１と電源供給部２０との間に設けられていることである。

電圧検出器及び第２スイッチが直流仕様から交流仕様に置き換えられることに鑑みて、第２実施形態の電圧検出部２３及び第２スイッチ１２に替えて電圧検出部３３及び第２スイッチ１３が採用されている。なお、電圧検出部３３は第１実施形態の変形例で採用したものと同じであるので説明を省略し、ここでは第２スイッチ１３についてのみを説明する。

（５−３−１）第２スイッチ１３
第２スイッチ１３は、電源ライン９０１を開閉する。ここで、電源ライン９０１を開閉するとは、電源ライン９０１を導通又は遮断して非導通にすることである。

第２スイッチ１３は、通常時は電源ライン９０１を閉、つまり導通状態にしておく。他方、待機時の電力消費を抑制するためゲート駆動回路２６への電源供給を停止した場合、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂを確実にオフ状態としておくことができなくなる。このようなときに過電圧が発生した場合、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ（以下、総称してスイッチング素子という。）を過電圧から保護できなくなる。

第２スイッチ１３の役割は、電源ライン９０１を遮断して、主電源電圧（直流電圧Ｖｄｃ）が上下アームの各スイッチング素子に印加されないようにすることである。これによって、スイッチング素子を過電圧から保護することができる。

第２スイッチ１３は、高速性が求められるため、本実施形態では半導体スイッチが採用されている。具体的なスイッチとしては、トライアック、双方向に導通させるように接続したＭＯＳＦＥＴ、ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）などが採用される。本実施形態では、ＳＳＲが採用されている。

図１１に示すように、第２スイッチ１３をＳＳＲとした場合の例を示す。ＳＳＲは、発光ダイオード１３ａ、フォトトライアック１３ｂ、トリガ回路１３ｃ、トライアック１３ｄから構成される。第２スイッチ１３は入力側（Ｅ１−Ｅ２間）に発光ダイオード１３ａが設けられ、出力側（Ｆ１−Ｆ２間）にトライアック１３ｄが設けられている。フォトトライアック１３ｂの等価回路は、２つのフォトサイリスタ１３１，１３２を互いに逆方向に並列接続した構成である。また、同様にトライアック１３ｄの等価回路は、２つのフォトサイリスタを互いに逆方向に並列接続した構成である。

発光ダイオード１３ａのアノードＥ１は抵抗Ｒ１を介して電源Ｖｂに接続されている。また、発光ダイオード１３ａのカソードＥ２は信号線を介して制御部４０に接続されている。

フォトトライアック１３ｂの第１アノードＦ１は、電源ライン９０２のうちの整流部２１側に接続されている。また、フォトトライアック１３ｂの第２アノードＦ２は電源ライン９０２にうちの商用電源９０側に接続されている。

発光ダイオード１３ａは電流が流れると発光する。フォトトライアック１３ｂは、第１アノードＦ１の電位が第２アノードＦ２の電位より大きい状態で発光ダイオード１３ａからの光を受けるとフォトサイリスタ１３１がオン状態になる。他方、第１アノードＦ１の電位が第２アノードＦ２の電位より小さい状態で発光ダイオード１３ａからの光を受けるとフォトサイリスタ１３２がオン状態になる。フォトトライアック１３ｂがオン状態となることにより、トリガ回路１３ｃが動作し、トライアック１３ｄがオン状態となる。

このように、ＳＳＲは双方向の印加電圧に対して動作する双方向素子であり、しかも高速で動作するので、双方向の高速スイッチとして利用される。

なお、双方向の高速スイッチとしては、ＳＳＲだけに限定されるものではないが、別の形態の高速スイッチを用いる場合には、そのスイッチの形態に応じた駆動回路が適宜使用される。

また、第２スイッチ１３の動作制御、つまり発光ダイオード１３ａへの通電制御は制御部４０が行う。

（５−３−２）モータ駆動装置１０の動作
第３変形例では、過電圧時制御の制御フローは、図３に記載した過電圧時制御の制御フローの直流電圧Ｖｄｃを商用電源９１の交流電圧Ｖａｃへ置き換えたものとなる。また、ステップＳ２のＶｄｃｍａｘに替えて、交流電圧Ｖａｃがインバータ２５を含む機器に印加できる上限電圧であるＶａｃｍａｘを設定している。さらに、ステップＳ５のＶｄｃｒｅｔに替えて、過電圧時制御を解除してもよい交流電圧Ｖａｃｒｅｔを設定している。

以上の設定によって、第１実施形態と同等の過電圧時制御を実現することができる。

待機時制御の制御フローは、図４、図８、図９に記載した待機時制御フローを採用することができる。図１０に記載した待機時制御フローについては、ステップＳ４３の直流電圧Ｖｄｃを商用電源９１の交流電圧Ｖａｃへ置き換え、Ｖｄｃｌｉｍに替えて破壊を回避できる限界の交流電圧Ｖａｃｌｉｍを設定することによって利用することができる。

＜その他実施形態＞
（Ａ）
第２実施形態の第３変形例は、第２実施形態から、電圧検出部と第１スイッチとを、商用電源９１と電源供給部２０との間に設けるように変更したものであるが、電圧検出部のみを商用電源９１と電源供給部２０との間に設けるようにしてもよい。

（Ｂ）
第１実施形態及び第２実施形態における第１スイッチ１１、又は第２実施形態における第２スイッチ１２及び第３変形例における第２スイッチ１３は、半導体スイッチを採用してもよい。

但し、第２実施形態の第３変形例における第２スイッチ１３は交流を入り切りするので、半導体スイッチは双方向性を必要とする。これに対し、第１実施形態及び第２実施形態における第１スイッチ１１、第２実施形態における第２スイッチ１２は、ＤＣ電源の下流側に配置されるので、半導体スイッチは片方向スイッチでよい。

コストの観点では、第１実施形態及び第２実施形態における第１スイッチ１１、第２実施形態における第２スイッチ１２は、片方向スイッチを採用できるので、スイッチの低コスト化を図ることができる。

本願発明は、上下アームの各トランジスタを過電圧から保護することができるので、モータ駆動装置だけに限らす、インバータを用いた他の駆動装置に有用である。

１１ 第１スイッチ
１２，１３ 第２スイッチ
２３，３３ 電圧検出部
２６ ゲート駆動回路（駆動回路）
４０ 制御部
５０ 過電圧保護回路
Ｑ３ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ３ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ５ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ５ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｄ３ａ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ３ｂ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ４ａ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ４ｂ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ５ａ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ５ｂ ダイオード（スイッチング素子）
ＮＵ 接続点
ＮＶ 接続点
ＮＷ 接続点
Ｖｃ 駆動回路電源
Ｖｄｃ 直流電圧

特開２００７−１６６８１５号公報

Claims (7)

1. 複数の上下アームそれぞれが２つのスイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ，Ｄ３ａ、Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ、Ｄ５ｂ）を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）それぞれから対応する負荷へ電圧を出力する電力変換装置の過電圧保護回路であって、
   前記電源の電圧を検出する電圧検出部（２３）と、
   前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオンオフ動作させる電圧を生成する駆動回路（２６）と、
   前記駆動回路（２６）に電源電圧を供給する駆動回路電源（Ｖｃ）と、
   前記駆動回路電源（Ｖｃ）と前記駆動回路（２６）とを結ぶ駆動電源ラインを開閉する第１スイッチ（１１）と、
   前記駆動回路（２６）を介して前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）を制御する制御部（４０）と、
   を備え、
   前記制御部（４０）は、制御モードとして、
   前記電圧検出部（２３）の検出値が所定の閾値を超えたとき、前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフする過電圧時制御と、
   前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）がオフのときに前記第１スイッチ（１１）を介して前記駆動電源ラインを電気的に切断する待機時制御と、
   を含み、
   さらに前記制御部（４０）は、前記過電圧時制御を実行中は、前記待機時制御を行わない、
   過電圧保護回路（５０）。
2. 前記電源と、前記上下アームが含まれる回路とを結ぶ主電源ラインを開閉する第２スイッチ（１２）をさらに備え、
   前記制御部（４０）は、前記電圧検出部（２３）の検出値が前記所定の閾値を超えている時間が所定時間よりも長くなったとき、前記第２スイッチ（１２）を介して前記主電源ラインを電気的に切断する、
   請求項１に記載の過電圧保護回路（５０）。
3. 前記電源と、前記上下アームが含まれる回路とを結ぶ主電源ラインを開閉する第２スイッチ（１２）をさらに備え、
   前記制御部（４０）は、前記電圧検出部（２３）の検出値が所定の第２閾値を超えたとき、前記第２スイッチ（１２）を介して前記主電源ラインを電気的に切断する、
   請求項１に記載の過電圧保護回路（５０）。
4. 複数の上下アームそれぞれが２つのスイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ，Ｄ３ａ、Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ、Ｄ５ｂ）を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）それぞれから対応する負荷へ電圧を出力する電力変換装置の過電圧保護回路であって、
   前記電源の電圧を検出する電圧検出部（２３）と、
   前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオンオフ動作させる電圧を生成する駆動回路（２６）と、
   前記駆動回路（２６）に電源電圧を供給する駆動回路電源（Ｖｃ）と、
   前記駆動回路電源（Ｖｃ）と前記駆動回路（２６）とを結ぶ駆動電源ラインを開閉する第１スイッチ（１１）と、
   前記電源と、前記上下アームが含まれる回路とを結ぶ主電源ラインを開閉する第２スイッチ（１２）と、
   前記駆動回路（２６）を介して前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）を制御する制御部（４０）と、
   を備え、
   前記制御部（４０）は、制御モードとして、
   前記電圧検出部（２３）の検出値が所定の閾値を超えたとき、前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフする過電圧時制御と、
   前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）がオフのときに前記第１スイッチ（１１）を介して前記駆動電源ラインを電気的に切断する待機時制御と、
   を含み、
   さらに前記制御部（４０）は、前記過電圧時制御を実行中に前記待機時制御を行うとき、前記第２スイッチ（１２）を介して前記主電源ラインを電気的に切断する、
   過電圧保護回路（５０）。
5. 前記制御部（４０）は、前記主電源ラインを切断した後、前記駆動電源ラインを切断する、
   請求項４に記載の過電圧保護回路（５０）。
6. 前記電源は、ＤＣ電源である、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の過電圧保護回路（５０）。
7. 前記電源は、ＡＣ電源である、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の過電圧保護回路（５０）。

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