JP2017005824A - インバータ駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】インバータ駆動回路を小型にすることである。【解決手段】インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路に設けられる制御部8と、インバータ回路の上アーム及び下アームに設けられるスイッチ素子Qu1、Qd1それぞれの温度情報のうち所定の温度情報を選択し、選択した所定の温度情報を制御部8へ送信する選択部7a(7b)と、を備えるインバータ駆動回路である。【選択図】図1
Description
本発明はインバータ駆動回路に関する。
インバータ駆動回路にはスイッチ素子等の温度情報から保護動作させる機能を有するものがある。インバータ回路の上アーム及び下アームに用いられるスイッチ素子の温度に関する温度情報を、インバータ駆動回路に搭載されている制御部に送信する場合に、制御部の入力ポート(端子)の数には制限があるため、スイッチ素子それぞれの温度情報すべてに対して入力ポートを用意することができない場合がある。例えば、三相インバータ回路の場合、スイッチ素子の数は上下アームを合わせて六個あるので、温度情報を受信できる入力ポートを六個用意する必要がある。例え温度情報と同じ数の入力ポートを制御部に用意できたとしても、入力ポートの増加によりインバータ駆動回路が大きくなるという問題がある。更に、温度情報すべてを受信した制御部は、温度情報それぞれについて処理をしなくてはならないため、制御部の処理負荷が大きくなる。なお、関連する技術として特許文献1を参照。また、スイッチ素子を駆動する駆動部に使用される集積回路について、機能ごとに入出力ポート(端子)を設けているものがあり、インバータ駆動回路が大きくなるという問題がある。
本発明の一側面に係る目的はインバータ駆動回路を小型にすることである。
本発明に係る一つの形態であるインバータ駆動回路は制御部及び選択部を備える。
制御部は、インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路に設けられる。
選択部は、インバータ回路の上アーム及び下アームに設けられるスイッチ素子それぞれの温度情報のうち所定の温度情報を選択し、選択した所定の温度情報を制御部へ送信する。
制御部は、インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路に設けられる。
選択部は、インバータ回路の上アーム及び下アームに設けられるスイッチ素子それぞれの温度情報のうち所定の温度情報を選択し、選択した所定の温度情報を制御部へ送信する。
また、選択部は、インバータ回路の相ごとに設けられ、相ごとの上アーム及び下アームそれぞれのスイッチ素子の温度情報を選択する。
本発明に係る一つの形態であるインバータ駆動回路は、スイッチ素子を駆動させる駆動用スイッチ素子と、スイッチ素子を休止させる休止用スイッチ素子と、駆動用スイッチ素子の出力端子とスイッチ素子の制御端子との間に接続される駆動用抵抗と、休止用スイッチ素子の出力端子とスイッチ素子の制御端子との間に接続される休止用抵抗と、スイッチ素子の休止状態を保持する休止保持スイッチ素子と、制御電圧検出部と、を備える。
本発明に係る一つの形態であるインバータ駆動回路は、スイッチ素子を駆動させる駆動用スイッチ素子と、スイッチ素子を休止させる休止用スイッチ素子と、駆動用スイッチ素子の出力端子とスイッチ素子の制御端子との間に接続される駆動用抵抗と、休止用スイッチ素子の出力端子とスイッチ素子の制御端子との間に接続される休止用抵抗と、スイッチ素子の休止状態を保持する休止保持スイッチ素子と、制御電圧検出部と、を備える。
制御電圧検出部は、駆動用抵抗と接続された駆動用スイッチ素子の出力端子の電圧を検出し、検出した電圧に応じて休止保持スイッチ素子の駆動と休止を制御する。
インバータ駆動回路を小型にすることができる。
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
<実施形態>
図1は、インバータ駆動回路の一実施例を示す図である。図1に示すインバータ回路は、上アームのスイッチ素子Qu1と下アームのスイッチ素子Qd1とが示されている。スイッチ素子Qu1は駆動部6aにより駆動され、スイッチ素子Qd1は駆動部6bにより駆動される。スイッチ素子Qu1、Qd1は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などを用いることが考えられる。なお、図1の例では便宜上一つの上下アームについてのみ示したが、三相インバータ回路の場合、U相、V相、W相それぞれについて上下アームを有している。
<実施形態>
図1は、インバータ駆動回路の一実施例を示す図である。図1に示すインバータ回路は、上アームのスイッチ素子Qu1と下アームのスイッチ素子Qd1とが示されている。スイッチ素子Qu1は駆動部6aにより駆動され、スイッチ素子Qd1は駆動部6bにより駆動される。スイッチ素子Qu1、Qd1は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などを用いることが考えられる。なお、図1の例では便宜上一つの上下アームについてのみ示したが、三相インバータ回路の場合、U相、V相、W相それぞれについて上下アームを有している。
図1の上アーム用回路は、低圧回路1a、高圧回路2a、絶縁部3a、温度検出部4a、温度計測部5aから構成され、図1の下アーム用回路は、低圧回路1b、高圧回路2b、絶縁部3b、温度検出部4b、温度計測部5b、選択部7aから構成されている。なお、図1の例では、上アームのスイッチ素子Qu1及び下アームのスイッチ素子Qd1に関する回路のみを示したが、三相インバータ回路の場合には、U相、V相、W相の上下アームそれぞれにスイッチ素子が設けられる。そのため、三相インバータ回路の場合には、六個のスイッチ素子に対して上記回路が六個設けられる。
低圧回路1a、1bは低電圧で駆動する回路で、例えば、制御部8の入力ポートに信号を送信する回路などを有する。
高圧回路2a、2bは高電圧で駆動する回路で、例えば、インバータ回路に接続される回路などを有する。絶縁部3a、及び、絶縁部3bは、低圧回路1aと高圧回路2aとを絶縁する回路、及び、低圧回路1bと高圧回路2bとを絶縁する回路、である。なお、図1において駆動部6a、6bは高圧回路2a、2bに含まれていないが、高圧回路2aに駆動部6aを設け、高圧回路2bに駆動部6bを設けてもよい。
高圧回路2a、2bは高電圧で駆動する回路で、例えば、インバータ回路に接続される回路などを有する。絶縁部3a、及び、絶縁部3bは、低圧回路1aと高圧回路2aとを絶縁する回路、及び、低圧回路1bと高圧回路2bとを絶縁する回路、である。なお、図1において駆動部6a、6bは高圧回路2a、2bに含まれていないが、高圧回路2aに駆動部6aを設け、高圧回路2bに駆動部6bを設けてもよい。
温度検出部4aは、温度計測部5aが計測した値を高圧回路2aの端子p2を介して受信し、受信した値に基づいて温度情報を生成し、生成した温度情報を絶縁部3aを介して、低圧回路1aに出力する。また、温度検出部4bは、温度計測部5bが計測した値を高圧回路2bの端子p5を介して受信し、受信した値に基づいて温度情報を生成し、生成した温度情報を絶縁部3bを介して、低圧回路1bに出力する。温度計測部5a、5bは、それぞれスイッチ素子Qu1、Qd1に関する温度を直接または間接的に計測するもので、例えば、スイッチ素子Qu1、Qd1に接続されているダイオードの順方向電圧を計測する計測回路でもよいし、あるいは、サーミスタや熱電対などでもよい。
選択部7aは低圧回路1aあるいは1bに設けられる。図1の例では、低圧回路1bに設けられている。選択部7aには、温度検出部4aから送信された温度情報を受信する入力端子と、温度検出部4bから送信された温度情報を受信する入力端子と、を備える。温度検出部4aから送信された温度情報は、低圧回路1aの端子p1と低圧回路1bの端子p3を結ぶ配線を介して、選択部7aに受信される。温度検出部4bから送信された温度情報は絶縁部3bを介して選択部7aに受信される。
続いて、選択部7aは、温度検出部4a及び温度検出部4bから温度情報それぞれを受信すると、高温を示す温度情報(温度が高い方の温度情報)を選択して、低圧回路1bの端子p4を介して制御部8に、選択された高温を示す温度情報を送信する。すなわち、従来であれば制御部8が実行していた処理を選択部7aに割り振ることができる。
制御部8はインバータ駆動回路に設けられ、インバータ駆動回路を制御する回路である。例えば、CPU(Central Processing Unit)、マルチコアCPU、プログラマブルなデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device)など)などを用いて構成される。
なお、図1の例では上下アームを一組として選択部7aを設けたが、その理由は同じ相の上下アームのスイッチ素子Qu1、Qd1には同じ電流が流れるためである。従って、三相インバータ回路の場合には、U相、V相、W相それぞれの上下アームごとに選択部7aを設けることが望ましい。すなわち、相ごとに選択部7aを設けることが望ましい。
以上のように選択部7aを設けることにより、従来であれば制御部8にスイッチ素子の数と同じだけ用意していた入力ポートの数を従来より少なくできるので、インバータ駆動回路を小型にすることができる。例えば三相インバータ回路のインバータ駆動回路の場合、従来は六個の入力ポートを必要としたが、実施形態では制御部8に三個の入力ポートを用意するだけでよい。
更に、従来制御部8が実行していた処理を、選択部7aに分散させることができるため、制御部8の処理負荷を軽減させることができる。
また、実施形態では、上下アームを一組として選択部7aを設けたが、次のような方法を用いてもよい。
(1)スイッチ素子すべてに対して一つの選択部7aを設ける方法。例えば三相インバータ回路の場合、U相、V相、W相それぞれの上下アームのスイッチ素子六個に対して一つの選択部7aを設ける。この場合には選択部7aへの入力は六個となり、六個の中から最も高温を示す温度情報を選択し、選択した温度情報を送信する。従って、制御部8は一個の入力ポートを用意することになる。
(2)上アームのスイッチ素子すべてに対して一つの選択部7aと、下アームのスイッチ素子すべてに対して一つの選択部7aと、を設ける方法。例えば三相インバータ回路の場合、U相、V相、W相それぞれの上アームのスイッチ素子三個に対して一つの選択部7aと、U相、V相、W相それぞれの下アームのスイッチ素子三個に対して一つの選択部7aと、を設ける。この場合には、上アームの選択部7aへの入力は三個となり、三個の中から最も高温を示す温度情報を選択し、選択した温度情報を送信する。また、下アームの選択部7aへの入力も三個となり、三個の中から最も高温を示す温度情報を選択し、選択した温度情報を送信する。従って、制御部8は二個の入力ポートを用意することになる。
また、実施形態では、上下アームを一組として選択部7aを設けたが、次のような方法を用いてもよい。
(1)スイッチ素子すべてに対して一つの選択部7aを設ける方法。例えば三相インバータ回路の場合、U相、V相、W相それぞれの上下アームのスイッチ素子六個に対して一つの選択部7aを設ける。この場合には選択部7aへの入力は六個となり、六個の中から最も高温を示す温度情報を選択し、選択した温度情報を送信する。従って、制御部8は一個の入力ポートを用意することになる。
(2)上アームのスイッチ素子すべてに対して一つの選択部7aと、下アームのスイッチ素子すべてに対して一つの選択部7aと、を設ける方法。例えば三相インバータ回路の場合、U相、V相、W相それぞれの上アームのスイッチ素子三個に対して一つの選択部7aと、U相、V相、W相それぞれの下アームのスイッチ素子三個に対して一つの選択部7aと、を設ける。この場合には、上アームの選択部7aへの入力は三個となり、三個の中から最も高温を示す温度情報を選択し、選択した温度情報を送信する。また、下アームの選択部7aへの入力も三個となり、三個の中から最も高温を示す温度情報を選択し、選択した温度情報を送信する。従って、制御部8は二個の入力ポートを用意することになる。
実施形態の変形例について説明する。
図2は、インバータ駆動回路の他の一実施例を示す図である。図2に示すインバータ回路と、図1の実施形態で説明したインバータ駆動回路と、の違いは、図2の選択部7bと制御部8である。
図2は、インバータ駆動回路の他の一実施例を示す図である。図2に示すインバータ回路と、図1の実施形態で説明したインバータ駆動回路と、の違いは、図2の選択部7bと制御部8である。
図2の選択部7bは、制御部8から送信される切替信号を低圧回路1bの端子p6を介して受信し、切替信号に基づいて温度情報を選択し、選択した温度情報を制御部8に送信する。すなわち、図1の実施形態では高温を示す温度情報のみを選択していたのに対し、変形例では高温を示す温度情報だけでなく、他の温度情報も制御部8に送信することができる。
図2の制御部8は、複数の温度情報から一つを選択するための切替信号を生成して選択部7bに出力する。選択部7bは切替信号を受信すると、切替信号に基づいて温度情報を選択する。ここで、切替信号には複数の温度情報のうちいずれか一つを選択するための情報が含まれている。図2の例では、上アームのスイッチ素子Qu1の温度情報、あるいは、下アームのスイッチ素子Qd1の温度情報、のいずれかを選択するための情報が含まれている。続いて、選択部7bから選択した温度情報が送信され、制御部8はその選択した温度情報を受信する。
以上のように選択部7bを設けることにより、従来より少ない入力ポートを用いることで、制御部8の処理負荷を軽減させることができる。例えば三相インバータ回路のインバータ駆動回路の場合、従来は六個の入力ポートを必要としたが、変形例では制御部8に三個の入力ポート及び一個の出力ポートを用意するだけで済むので、インバータ駆動回路を小型にすることができる。
また、高温を示す温度情報だけでなく他の温度情報も受信できるため、インバータ駆動回路の制御をより向上させることができる。
次に駆動部6a(6b)について説明する。
次に駆動部6a(6b)について説明する。
図3は、インバータ駆動回路が有する駆動部の一実施例を示す図である。図3に示す駆動部6aは、スイッチ素子Qu1の駆動と休止を制御(オン/オフ制御)するゲート駆動部と、制御端子の電圧を検出する制御電圧検出部304(一点鎖線)と、を有する集積回路301、及び、スイッチ素子Qu1の誤動作を防止する防止部、を有している。
機能ごとに集積回路に入出力ポートを設ける場合、制御電圧検出部304及び防止部を設けると、従来は図3に示すような配線300(破線)、抵抗R1、入力端子p12などが必要になるため、駆動部6aが大きくなってしまう。そこで、図3に示す駆動部6aでは、配線300(破線)及び抵抗R1を集積回路301内に移設し、図3に示す配線303及び抵抗R1として、図3に示す入力端子p12を集積回路301からなくす。その結果、図1、2の駆動部6a、6bそれぞれを小型にすることができるため、インバータ駆動回路も小型にすることができる。
ゲート駆動部について説明する。
ゲート駆動部は、論理回路302、駆動用スイッチ素子S1、休止用スイッチ素子S2、コンデンサC1、抵抗R1からR4などを有する。論理回路302は、制御部8から送信された制御信号(例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号)を端子p7を介して受信し、制御信号に基づいて、駆動用スイッチ素子S1及び休止用スイッチ素子S2の駆動と休止を制御(オン/オフ制御)する信号を生成し、出力する。
ゲート駆動部は、論理回路302、駆動用スイッチ素子S1、休止用スイッチ素子S2、コンデンサC1、抵抗R1からR4などを有する。論理回路302は、制御部8から送信された制御信号(例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号)を端子p7を介して受信し、制御信号に基づいて、駆動用スイッチ素子S1及び休止用スイッチ素子S2の駆動と休止を制御(オン/オフ制御)する信号を生成し、出力する。
駆動用スイッチ素子S1はスイッチ素子Qu1を駆動させる信号を出力する。駆動用スイッチ素子S1の制御端子(ゲート)は論理回路302の駆動用の出力端子に接続され、駆動用スイッチ素子S1の一方の端子(ソース)は電源端子p8を介して電源VCCに接続され、駆動用スイッチ素子S1の他方の端子(ドレイン)は出力端子p9と接続される。駆動用抵抗R2、R3は、駆動用スイッチ素子S1の他方の端子とスイッチ素子Qu1の制御端子(ゲート)との間に接続されている。
休止用スイッチ素子S2はスイッチ素子Qu1を休止させる信号を出力する。休止用スイッチ素子S2の制御端子(ゲート)は論理回路302の休止用の出力端子に接続され、休止用スイッチ素子S2の一方の端子(ドレイン)は出力端子p10と接続される。休止用スイッチ素子S2の他方の端子(ソース)は接地端子p11を介してグランドに接続されている。休止用抵抗R4、R3は、休止用スイッチ素子S2の一方の端子とスイッチ素子Qu1の制御端子との間に接続されている。
なお、図3に示した駆動部6aでは、駆動用スイッチ素子S1の他方の端子に接続される出力端子p9と、休止用スイッチ素子S2の一方の端子に接続される出力端子p10と、が別々に設けられている。そのため駆動用スイッチ素子S1が休止状態のとき出力端子p9は不定状態(オープン)となり、休止用スイッチ素子S2が休止状態のとき出力端子p10は不定状態(オープン)となる。従って、駆動用スイッチ素子S1が休止状態のときには出力端子p9において、スイッチ素子Qu1の制御端子の電圧と同様の変化を計測することができる。つまり休止用スイッチ素子S2の出力端子p10ではなく、駆動用スイッチ素子S1の出力端子p9に配線303を接続することで、休止へ移行する際のスイッチ素子Qu1や周辺回路の抵抗や容量などにより徐々に変化してグランド電圧に近づいていく変化を計測することができる。また、駆動用スイッチ素子S1及び休止用スイッチ素子S2としてMOSFET、IGBTなどを用いることが考えられる。
制御電圧検出部304は、スイッチ素子Qu1の制御端子の電圧を検出し、検出した電圧に応じて後述する休止保持スイッチ素子S3の駆動と休止を制御する。図3の例では、制御電圧検出部304は、コンパレータOP1、基準電源REF、抵抗R1、配線303を有している。コンパレータOP1のマイナス端子(−端子)は、抵抗R1及び配線303を介して、駆動用スイッチ素子S1の出力端子に接続され、プラス端子(+端子)は基準電源REFの正極に接続されている。コンパレータOP1のマイナス端子では、上記説明したように従来と同様、スイッチ素子Qu1や周辺回路の抵抗や容量などにより徐々に変化してグランド電圧に近づいていくスイッチ素子Qu1の制御端子の変化を計測することができる。従って、コンパレータOP1は、出力端子p9の電圧が基準電源REFの予め決められた基準電圧以下になると論理回路302を介して防止部に、休止保持スイッチ素子S3を駆動する信号(オン制御)を出力する。
防止部は、スイッチ素子Qu1の休止を保持する休止保持スイッチ素子S3、抵抗R5、R6を有する。
休止保持スイッチ素子S3は、休止用スイッチ素子S2がスイッチ素子Qu1を休止させる信号を出力してから出力端子p9の電圧が基準電源REFの予め決められた基準電圧以下になるまでの期間、サージなどによりスイッチ素子Qu1が駆動しないように、スイッチ素子Qu1を制御する。休止保持スイッチ素子S3の制御端子(ゲート)は、抵抗R5、出力端子p13を介して、休止保持スイッチ素子S3を制御する信号を出力する論理回路302の出力端子に接続されている。また、休止保持スイッチ素子S3の一方の端子(ドレイン)はスイッチ素子Qu1の制御端子に接続され、休止保持スイッチ素子S3の他方の端子(ソース)はグランドに接続されている。休止保持スイッチ素子S3としてMOSFET、IGBTなどを用いることが考えられる。
休止保持スイッチ素子S3は、休止用スイッチ素子S2がスイッチ素子Qu1を休止させる信号を出力してから出力端子p9の電圧が基準電源REFの予め決められた基準電圧以下になるまでの期間、サージなどによりスイッチ素子Qu1が駆動しないように、スイッチ素子Qu1を制御する。休止保持スイッチ素子S3の制御端子(ゲート)は、抵抗R5、出力端子p13を介して、休止保持スイッチ素子S3を制御する信号を出力する論理回路302の出力端子に接続されている。また、休止保持スイッチ素子S3の一方の端子(ドレイン)はスイッチ素子Qu1の制御端子に接続され、休止保持スイッチ素子S3の他方の端子(ソース)はグランドに接続されている。休止保持スイッチ素子S3としてMOSFET、IGBTなどを用いることが考えられる。
なお、図3の例では、制御電圧検出部304が論理回路302を介して防止部に信号を出力しているが、論理回路302を介さずに出力してもよい。また、抵抗R1は設けなくてもよく、出力端子p9とコンパレータOP1のマイナス端子とを直接接続してもよい。または配線303上の抵抗R1の値を配線300上の抵抗R1(破線)より小さくしてもよい。これは抵抗R2がコンパレータOP1のマイナス端子に接続するための抵抗値としての抵抗R1の抵抗値の少なくとも一部を担うことができるからである。
実施形態によれば、駆動用スイッチ素子S1の他方の端子に接続される出力端子p9を、コンパレータOP1のマイナス端子(−端子)に接続することで、集積回路301の入力端子を減らすことができる。その結果駆動部6aを小型にすることができる。また、図1、2の駆動部6a、6bそれぞれを小型にすることができるため、インバータ駆動回路も小型にできる。
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
なお、選択部7a、7bを備えず、図3に示す駆動部6a(6b)のみを備えたインバータ駆動回路でもよい。その場合も、集積回路301が小型化できるため、インバータ駆動回路として小型化できる。
なお、選択部7a、7bを備えず、図3に示す駆動部6a(6b)のみを備えたインバータ駆動回路でもよい。その場合も、集積回路301が小型化できるため、インバータ駆動回路として小型化できる。
1a、1b 低圧回路
2a、2b 高圧回路
3a、3b 絶縁部
4a、4b 温度検出部
5a、5b 温度計測部
6a、6b 駆動部
7a、7b 選択部
8 制御部
OP1 コンパレータ
p1からp13 端子
Qu1、Qd1 スイッチ素子
R1からR6 抵抗
REF 基準電源
S1、S2、S3 スイッチ素子
300、303 配線
301 集積回路
302 論理回路
304 制御電圧検出部
2a、2b 高圧回路
3a、3b 絶縁部
4a、4b 温度検出部
5a、5b 温度計測部
6a、6b 駆動部
7a、7b 選択部
8 制御部
OP1 コンパレータ
p1からp13 端子
Qu1、Qd1 スイッチ素子
R1からR6 抵抗
REF 基準電源
S1、S2、S3 スイッチ素子
300、303 配線
301 集積回路
302 論理回路
304 制御電圧検出部
Claims (3)
- インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路に設けられる制御部と、
前記インバータ回路の上アーム及び下アームに設けられるスイッチ素子それぞれの温度情報のうち所定の温度情報を選択し、選択した前記所定の温度情報を前記制御部へ送信する選択部と、
を備えることを特徴とするインバータ駆動回路。 - 請求項1に記載のインバータ駆動回路であって、
前記選択部は、
前記インバータ回路の相ごとに設けられ、前記相ごとの上アーム及び下アームそれぞれのスイッチ素子の前記温度情報を選択する、
ことを特徴とするインバータ駆動回路。 - 請求項1に記載のインバータ駆動回路であって、
前記スイッチ素子を駆動させる駆動用スイッチ素子と、
前記スイッチ素子を休止させる休止用スイッチ素子と、
前記駆動用スイッチ素子の出力端子と前記スイッチ素子の制御端子との間に接続される駆動用抵抗と、
前記休止用スイッチ素子の出力端子と前記スイッチ素子の前記制御端子との間に接続される休止用抵抗と、
前記スイッチ素子の休止状態を保持する休止保持スイッチ素子と、
前記駆動用抵抗と接続された前記駆動用スイッチ素子の出力端子の電圧を検出し、検出した電圧に応じて前記休止保持スイッチ素子の駆動と休止を制御する制御電圧検出部と、
を備えることを特徴とするインバータ駆動回路。
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