JPH10215578A - インバータの過電流表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電気車のインバータ回路装置として、特に過大
電流の流れたスイッチング素子部を駆動停止後に明確に
目視で判断できる表示方法を提供し、その検出回路の安
定した動作を提供する。 【解決手段】高電圧系の（＋）電位に接続されるＩＧＢ
Ｔに各々過電流検出回路を内蔵したＩＧＢＴ駆動回路を
設け、各々過電流検出回路からの検出信号と主制御回路
からの制御信号の低電圧系の二系統信号により、過電流
検出信号を端子８６に発生させ、端子８４と端子１７０
を接続，端子８５と端子１７１を接続，端子８６と端子
１７２を接続することにより、フォトダイオード１０１
が発光し、過電流を検出したことを表示し、また、スイ
ッチ１６０をオン動作させ、初期状態にリセットする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインバータ過電流表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインバータにおける制御回路は、
特開平5−3680 号公報に開示されているように、例えば
過電流の検出回路に関しては、インバータの直流入力端
負極側（または正極側）を通電する総合電流を監視しな
がらの保護回路について論じているだけであり、その結
果を表示する方法までは述べられていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、インバ
ータ回路全体の総合電流についての過電流検出回路方式
であり、複数相の多相インバータ駆動制御方式ではスイ
ッチング素子は４個（２相式インバータの場合）以上の
接続が一般的に必要となるため、どの個所のスイッチン
グ素子において過電流保護回路が動作したものであるか
は不明である。

【０００４】本発明の目的は、電気車のインバータ回路
装置として、特に過大電流の流れたスイッチング素子部
を駆動停止後に明確に目視にて判断できる表示方法を提
供すると共に、その検出回路の安定した動作を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、スイッチング素子であるＩＧＢＴを駆動
するための回路に過電流を検出するための回路を設け、
さらに、その検出信号を保持状態にするための回路を内
蔵させ、また、保持された過電流検出信号を別体の回路
装置において検出し表示させる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
より説明する。図１中１，２，３，４，５，６はスイッ
チング素子であるＩＧＢＴであり、ＩＧＢＴの過電流を
検出し保持する回路を内蔵したＩＧＢＴ駆動回路１０，
１１，１２，１３，１４，１５によりオン，オフのスイ
ッチング動作が行われ、電動機７を駆動する。なお、半
導体素子としてＩＧＢＴ以外の素子を使用することも可
能である。端子３０，３１，３２，３３，３４，３５に
は主制御回路（図示せず）からの制御信号が入力され
る。端子２０には高電位系の（＋）電圧が印加され、端
子２１には高電位系の（−）電圧が印加される。

【０００７】図２は図１中のＩＧＢＴ駆動回路１０の内
部回路を示したものであり、第一の過電流検出回路４
０，第一のゲート制御回路５０，フォトカプラ６０，Ｊ
−Ｋフリップフロップ素子６１，６２，インバータゲー
ト素子６３,６４,６５，ＡＮＤゲート素子６６，トラン
ジスタ６７，抵抗器７０，７１，７２，７３，７４，７
５，７６，７７，コンデンサ７８，端子８０，８１，８
２，８３，８４，８５，８６，８７，８８，８９より構
成される。

【０００８】図３は本発明の一実施例を示したものであ
り、過電流表示装置９０の内部回路は、ダイオード１０
０，１０２，フォトダイオード１０１,抵抗器１１０,１
１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１
７，１１８，１１９，１２０，コンデンサ１３０，１３
１，トランジスタ１４０，１４１，１４２，１４３，イ
ンバータゲート素子１５０，Ｊ−Ｋフリップフロップ素
子１５１，ＡＮＤゲート素子１５２，端子１７０，１７
１，１７２，リセット回路１８０より構成され、リセッ
ト回路１８０の回路構成としては、ダイオード１０３，
抵抗器１２１，１２２，１２３，１２４，トランジスタ
１４４，インバータゲート素子１５３，１５４，スイッ
チ１６０より構成される。

【０００９】以上の構成によるインバータの過電流表示
装置の動作例を説明する。

【００１０】図１で、主制御回路より端子３０に制御信
号１が入力され、端子３３に制御信号４が入力される
と、ＩＧＢＴ駆動回路１０およびＩＧＢＴ駆動回路１３
が作動し、端子２０より高電位系の（＋）電圧がＩＧＢ
Ｔ１を通電して電動機７に印加され、その後、ＩＧＢＴ
４を通電して高電位系の（−）電圧が印加されている端
子２１に電流が流れるが、もし、この経路でＩＧＢＴ１
に通電されている電流値が所定の過電流設定値を超過す
ると、ＩＧＢＴ駆動回路１０に内蔵されている過電流を
検出する回路が作動し、その結果を受けて過電流である
ことの状態を保持する回路が作動する。

【００１１】次に、図２も含めて詳細に説明する。ＩＧ
ＢＴ駆動回路１０に内蔵されている第一のゲート駆動回
路５０に端子３０からある所定の時間(仮に時間Ｔ１と
する)を有する（＋）電位のオン電圧信号である制御信
号１が入力されるとＩＧＢＴ１をオン駆動状態にするこ
とになり、この状態の時に仮にＩＧＢＴ駆動回路１３に
よりＩＧＢＴ４をオン駆動していたとすると、電動機７
を通してＩＧＢＴ１には電流が流れることになるが、こ
の電流値が増加するに従いＩＧＢＴ１のコレクタ・エミ
ッタ電極間の電圧はＩＧＢＴ素子の電気特性より上昇す
ることになる。このコレクタ・エミッタ電極間の電圧は
第一のゲート駆動回路５０により常時検出されており、
ある所定の過電流設定値を超過すると端子８０にはある
電位の(＋)電圧（仮に電圧１とする）が出力され、抵抗
器７０に電圧１が印加されることによりフォトカプラ６
０のダイオードをオン状態にする。ここで、端子８１に
はある電位の（−）電圧が入力されているものとする。
また、フォトカプラ６０のダイオードがオン状態になる
と、端子８４に印加されている低電圧系の（＋）電位
（仮に電圧２とし、端子８５には低電圧系の（−）電位
が印加されているものとする）により抵抗器７１に通電
された電流がフォトカプラ６０のトランジスタに流れる
ことになり、抵抗器７１，７２により電圧２の電位に充
電されていたコンデンサ７８の端子電圧は放電されるこ
とになるため、インバータゲート素子６３の入力電圧は
抵抗器７３により印加されていた電圧２の電位からフォ
トカプラ６０のトランジスタの飽和電圧とほぼ同電位に
なるため、インバータゲート素子６３の出力に発生した
電圧２の（＋）電圧がインバータゲート素子６４の入力
部に印加され、Ｊ−Ｋフリップフロップ素子６２のＣＫ
端子部にはインバータゲート素子６４の出力部に発生し
たほぼ０Ｖ電位の電圧が印加される。その結果、Ｊ−Ｋ
フリップフロップ素子６２のＣＫ端子部に入力された電
圧の立ち下がりエッジに同期（但しＣＬＲ端子には端子
８３より主制御回路からのリセット信号が適時入力）し
てＡＮＤゲート素子６６の一方の入力部にはある時間
（仮に時間Ｔ２とする）を有する（＋）電位の信号がＪ
−Ｋフリップフロップ素子６２のＱ端子より入力され、
また、もう一方の入力部にはほぼ同期されて端子３０か
ら入力された時間Ｔ１を有する（＋）電位の制御信号１
が抵抗器７４を通してインバータゲート素子６５の入力
部に印加されるため、Ｊ−Ｋフリップフロップ素子６１
のＱ端子より同素子のＣＫ端子に入力された電圧の立ち
下がりエッジに同期（但しＣＬＲ端子には端子８２より
主制御回路からのリセット信号が適時入力）してある時
間（仮に時間Ｔ３とする）を有する（＋）電位の信号が
入力される。その結果、ＡＮＤゲート素子６６の出力部
に発生した（＋）電位の電圧（仮に電圧３とする）が抵
抗器７５および抵抗器７６に分圧されて印加されると、
トランジスタ６７のベース電極に同素子を駆動するに必
要十分な電流が流れ始め、それに従い、同素子のコレク
タ・エミッタ電極間には電圧２とほぼ同電位の電圧が印
加されているため、抵抗器７７を通してトランジスタ６
７に電流が流れることになる。ここで、Ｊ−Ｋフリップ
フロップ素子６１，６２のＣＫ端子に入力される電位が
変化しても同素子のＣＬＲ端子に主制御回路より制御信
号が入力されない限り同素子のＱ端子の出力状態を保持
することになるが、その結果、ＡＮＤゲート素子６６の
入力部に（＋）電位の電圧が継続して印加され続けるこ
とになるため、トランジスタ６７はオン状態を保持する
ことになり、端子８６の電位は同素子の飽和電圧になる
ため、ほぼ０Ｖ電位となる。ここで、ＡＮＤゲート素子
６６の出力から発生した信号およびＪ−Ｋフリップフロ
ップ素子６１，６２のＱ端子出力から発生した信号はそ
れぞれ端子８７，８８，８９より主制御回路へ伝達され
るものとする。

【００１２】次に、図３も含めて詳細に説明する。端子
１７０に低電圧系の（＋）電位の電圧，端子１７１に低
電圧系の（−）電位の電圧が印加されると、抵抗器１１
０によりコンデンサ１３１にある時間（仮に時間Ｔ３と
する）を有して充電され、トランジスタ１４１のベース
電極に同素子を駆動するに必要十分な電流が流れ始める
と、同素子のコレクタ・エミッタ電極間は抵抗器１１１
および抵抗器１１２により通電され同素子をオン駆動す
る。その結果、トランジスタ１４０のベース電極に同素
子を駆動するに十分な電流が流れると、同素子のコレク
タ・エミッタ電極間はオン状態となり、同素子のコレク
タ電極に接続されている各素子に(＋)電位の電圧が供給
されることになる。ここで、Ｊ−Ｋフリップフロップ素
子１５１の各端子の状態を見てみると、Ｊ端子を（＋）
電位に接続，Ｋ端子を（−）電位に接続、ＣＫ端子は
（＋）電位が入力されていることから、Ｑ端子はほぼ０
Ｖ電位の電圧が発生している。この状態において、端子
１７２に（−）電位の信号が入力されると抵抗器１１３
および抵抗器１１４が通電され、トランジスタ１４２の
ベース電極に同素子を駆動するに必要十分な電流が流れ
始めると、同素子のコレクタ・エミッタ電極間は抵抗器
１１５により通電され同素子をオン駆動することにな
り、インバータゲート素子１５０の入力部には抵抗器１
１６を通して(＋)電位の電圧が入力されることになり、
同素子の出力は（＋）電位の電圧からほぼ０Ｖ電位の電
圧に変化する。従って、Ｊ−Ｋフリップフロップ素子１
５１の素子特性より、ＣＫ端子入力電圧の立ち下がりエ
ッジに同期して同素子のＱ端子出力部は、ほぼ０Ｖ電位
の電圧から（＋）電位の電圧に変化し、ＡＮＤゲート素
子１５２の一方の入力部に入力され、他方の入力部には
抵抗器１１７を通して(＋)電位の電圧が入力されている
ため、ＡＮＤゲート素子１５２の特性より同素子の出力
部には(＋)電位の電圧が出力されるため、抵抗器１１８
および抵抗器１１９によりトランジスタ１０５のベース
電極に（＋）電位の電圧が印加される。その結果、トラ
ンジスタ１４３のベース電極に同素子を駆動するに十分
な電流に達すると、同素子のコレクタ・エミッタ電極間
はオン状態となるため、抵抗器１２０によりフォトダイ
オード１０１を通電し発光することになる。ここで、Ｊ
−Ｋフリップフロップ素子１５１の入力部であるＣＫ端
子の電圧の状態が仮に変化したとしても、同素子のＣＬ
Ｒ端子には（＋）電位の電圧が印加されており、同端子
部にほぼ０Ｖ電位である制御信号が入力されない限り同
素子のＱ端子出力状態は変化しないため、トランジスタ
１４３のオン状態は維持され、フォトダイオード１０１
は発光し続けることになる。また、トランジスタ１４０
がオン状態となっている場合は、抵抗器１２３および抵
抗器１２４を通してインバータゲート素子１５３の入力
部に（＋）電位の電圧が印加されているため、同素子の
出力部に接続されているインバータゲート素子１５４の
出力部からは（＋）電位の電圧がＪ−Ｋフリップフロッ
プ素子１５１のＣＬＲ端子に印加される。ここで、押し
ボタン式のスイッチ１６０（押し操作によって閉路し手
を離すと自動復帰する）を押すとトランジスタ１４０よ
り(＋)電位の電圧が抵抗器１２１および抵抗器１２２に
ダイオード１０３を通して通電されるとトランジスタ１
４４は抵抗器１２３を通してオン駆動されるため、同素
子のコレクタ・エミッタ電極間電圧はほぼ０Ｖ電位に飽
和され、その結果、インバータゲート素子１５３，１５
４の入出力部の電位は変化し、Ｊ−Ｋフリップフロップ
素子１５１のＣＬＲ端子部は（＋）電位の電圧からほぼ
０Ｖ電位に変化するため、同素子のＱ端子部はＣＫ端子
部の入力状態に関係なくほぼ０Ｖ電位に初期化されるた
め、ＡＮＤゲート素子１５２の出力部もほぼ０Ｖ電位に
なり、トランジスタ１４３は抵抗器１１８，１１９によ
る通電が停止されてオンからオフに変化し、フォトダイ
オード１０１の通電はなくなり発光作用は消滅すること
になる。従って、スイッチ１６０を押す度に常にＪ−Ｋ
フリップフロップ素子１５１は初期状態にリセットされ
るため、フォトダイオード１０１の消滅作用はそれに同
期して作動することになるため、何らかの原因でフォト
ダイオード１０１が発光状態になったとしても、スイッ
チ１６０を押すことで適時に初期状態にリセットされ
る。

【００１３】次に、過電流表示装置９０はインバータ駆
動回路とは別体であるため、図２および図３の実施例で
は、端子８４と端子１７０を接続，端子８５と端子１７
１を接続，端子８６と端子１７２を接続することになる
が、仮に第一の過電流検出回路４０が過電流を検出して
いたとした場合、端子８６はほぼ０Ｖ電位の電圧に保持
されているため、その接続先である過電流表示装置９０
の端子１７２も同様にほぼ０Ｖ電位の電圧が印加される
ことになり、同装置のフォトダイオード１０１は上記説
明の通り発光し、その状態を維持することになる。ま
た、接続の際に誤結線の可能性が出てくるが、仮に誤っ
て結線されたとしても図３に示すように、逆接防止用と
してダイオード１００およびダイオード１０２を接続し
ているため、逆接による不具合は生じない。

【００１４】また、本実施例では述べていないが、過電
流検出信号を不揮発性メモリを使用して保持状態とする
ことも可能であり、さらに、その検出信号が複数回発生
しても来歴が判明できるようにすることも可能である。

【００１５】

【発明の効果】本発明では、電気車用のインバータ装置
で一般的に大電流・高電圧のスイッチング動作駆動を制
御するためのその制御回路には高周波のノイズが混入し
誤動作が発生しやすく、また、正常な過電流検出動作を
してもどの個所のスイッチング素子において発生したも
のであるかを調査するには多大な時間を要し、その明確
化には非常に困難であったが、上記説明のように別体の
過電流表示装置を使用することにより駆動停止後に目視
にて過電流検出個所が判断できるようにしたことでその
調査時間は飛躍的に短縮されることになり、また、過電
流検出回路を半導体素子を作動する駆動回路からの低電
圧系の過電流検出信号と主制御回路からの低電圧系の二
系統信号により比較判断する回路構成としたことによ
り、回路の誤動作を抑制した安定した制御回路を構成す
ることで信頼性をあげており、さらには、誤った判断を
することがないようにインバータ装置とは別体の過電流
表示装置にリセット回路を設けることで、適時に初期状
態に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の制御システムのブロック
図。

【図２】図１中の第１のＩＧＢＴ駆動回路図。

【図３】本発明の一実施例の過電流表示装置の回路図。

【符号の説明】

８４，８５，８６，１７０，１７１，１７２…端子、１
０１…フォトダイオード、１６０…スイッチ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気車の直流電源から半導体素子のスイッ
   チングにより得られた交流電源で電動機を駆動するイン
   バータ装置において、前記半導体素子は（＋）側および
   (−)側に対し接続され、前記インバータ装置内に前記半
   導体素子をスイッチング駆動するための半導体駆動回路
   を設け、前記半導体駆動回路には、前記半導体素子に流
   れた過大な電流を検出するための回路を内蔵し、前記検
   出回路より発生した過電流検出信号を受ける回路を設
   け、前記インバータ装置全体を制御する主制御回路から
   の制御信号と前記半導体駆動回路からの過電流検出信号
   の二系統の制御信号を取り込んで比較判断しながら過電
   流を検出し、過電流状態時の検出信号を駆動停止後も保
   持状態とし、駆動停止後にその検出個所を表示すること
   により判断できるような回路構成にしたことを特徴とす
   るインバータの過電流表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記半導体駆動回路と
   は別体とし、その表示方法はフォトダイオードの発光作
   用を利用する方法をとり、装置内の検出信号を初期状態
   にするためのリセット回路を設けたインバータの過電流
   表示装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記半導体駆動回路
   に、不揮発性メモリを使用して過電流検出信号を保持で
   きるような回路構成にしたインバータの過電流表示装
   置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記半導体駆動回路
   に、複数回でも過電流を検出した来歴結果が判明できる
   ような回路構成にしたインバータの過電流表示装置。