WO2018198204A1 - 過電流保護装置、インバータ装置、コンバータ装置及び空気調和機 - Google Patents

過電流保護装置、インバータ装置、コンバータ装置及び空気調和機 Download PDF

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WO2018198204A1
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semiconductor switching
switching element
overcurrent
determination value
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Inventor
酒井　顕
卓也 下麥
成雄 梅原
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention relates to an overcurrent protection device, an inverter device, a converter device, and an air conditioner that protect a semiconductor switching element from an overcurrent.
  • a conventional inverter device disclosed in Patent Document 1 includes a control unit that generates an upper arm control signal and a lower arm control signal, and a cut signal generation that generates an upper arm cut signal and a lower arm cut signal when an overcurrent is detected. Circuit.
  • the upper arm cutoff signal is obtained by delaying the lower arm cutoff signal using the delay circuit, and the upper arm control signal is cut off after a predetermined time has elapsed since the lower arm control signal was cut off by the lower arm cutoff signal.
  • one overcurrent determination value is used. That is, in the conventional inverter device, the determination value having the smaller value out of the determination value for protecting the motor and the determination value for protecting the semiconductor switching element is set as the overcurrent determination value. If the excessive short-circuit current that flows when the upper and lower arms are short-circuited is “Ia” and the current that can be passed to the motor with built-in magnet is “Ib”, the current is cut off at high speed when the short-circuit current Ia flows to the upper and lower arms. There is a need to. “High speed” means that the time constant of the filter circuit is set to 1 [us] or less, for example.
  • Ib is determined by restrictions on demagnetization of the motor magnet.
  • Ib ⁇ Ia
  • the filter circuit It is necessary to set the time constant to 1 [us] or less.
  • the overcurrent determination value is set to Ib lower than Ia and the filter time constant is short, there is a problem that overcurrent protection frequently operates due to the influence of noise or the like, that is, overcurrent protection is unnecessary. there were.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an overcurrent protection device capable of protecting a semiconductor switching element from an overcurrent while preventing an unnecessary operation of the overcurrent protection.
  • the overcurrent protection device of the present invention includes a current flowing through upper and lower arms configured by connecting a first semiconductor switching element and a second semiconductor switching element in series.
  • a first filter circuit that filters the detected value with a first time constant, a second filter circuit that filters the detected value with a second time constant longer than the first time constant, and a first overcurrent
  • a first determination value setting unit configured to set a determination value
  • a second determination value setting unit configured to set a second overcurrent determination value smaller than the first overcurrent determination value.
  • the overcurrent protection device has an effect that the semiconductor switching element can be protected from overcurrent while preventing unnecessary operation of overcurrent protection.
  • the figure which shows the structural example of the overcurrent protection apparatus shown in FIG. The figure which shows the overcurrent protection operation
  • the figure which shows another example of overcurrent judgment value and overcurrent protection operation The figure which shows the relationship between I1 and I2 which are shown to FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an overcurrent protection device and an inverter device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • An inverter device 100 shown in FIG. 1 is a motor drive device that rectifies an AC voltage supplied from an AC power supply 1, converts the rectified voltage into an AC voltage, and supplies the AC voltage to a motor 200 that is a load.
  • the motor 200 can be exemplified by a three-phase synchronous motor or a three-phase induction motor.
  • the inverter device 100 includes a rectifier 2 that rectifies the AC power supply 1, a capacitor 3 that smoothes the voltage rectified by the rectifier 2, an inverter circuit 110, and an overcurrent protection device 120.
  • the inverter circuit 110 includes an upper arm circuit 18 and a lower arm circuit 19.
  • the upper arm circuit 18 includes three semiconductor switching elements 6 to 8 and three diodes 12 to 14 connected in parallel to the three semiconductor switching elements 6 to 8, respectively.
  • the lower arm circuit 19 includes three semiconductor switching elements 9 to 11 and three diodes 15 to 17 connected in parallel to the three semiconductor switching elements 9 to 11, respectively.
  • a connection point between the semiconductor switching element 6 and the semiconductor switching element 9 is connected to the U-phase wiring, a connection point between the semiconductor switching element 7 and the semiconductor switching element 10 is connected to the V-phase wiring, and the semiconductor switching element 8 and the semiconductor are connected.
  • a connection point with the switching element 11 is connected to a W-phase wiring.
  • the number of semiconductor switching elements constituting each of the upper arm circuit 18 and the lower arm circuit 19 is not limited to three, and the diodes 12 to 14 may be parasitic diodes built in the semiconductor switching elements 6 to 8, The diodes 15 to 17 may be parasitic diodes built in the semiconductor switching elements 9 to 11.
  • the overcurrent protection device 120 includes a current detector 20 that detects a current flowing from the inverter circuit 110 to the negative side of the capacitor 3, a first filter circuit 21 in which a first time constant t1 is set, and a second And a second filter circuit 22 in which a time constant t2 is set.
  • the overcurrent protection device 120 includes a first cutoff circuit 23 that cuts off the drive signal 30 that drives the three semiconductor switching elements 6 to 8 that constitute the upper arm circuit 18, and three semiconductors that constitute the lower arm circuit 19.
  • a second cutoff circuit 24 for cutting off the drive signal 31 for driving the switching elements 9 to 11 and a control unit 5 for controlling the inverter circuit 110 are provided.
  • the first time constant t1 and the second time constant t2 are times from when the overcurrent occurs until the semiconductor switching element in the inverter device 100 is cut off.
  • first time constant t1 may be simply referred to as “t1”
  • second time constant t2 may be simply referred to as “t2”.
  • the control unit 5 outputs a control signal 27 for ON / OFF control of the upper arm circuit 18 to the first cutoff circuit 23.
  • the output from the current detector 20 is input to the first filter circuit 21 and the second filter circuit 22.
  • the output from the current detector 20 is a detected value of the current flowing through the upper and lower arms configured by connecting the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element in series.
  • the “first semiconductor switching element” corresponds to each of the semiconductor switching elements 6 to 8
  • the “second semiconductor switching element” corresponds to each of the semiconductor switching elements 9 to 11.
  • the drive signal 30 becomes a drive signal similar to the control signal 27 and the first cutoff circuit 23
  • the interruption circuit 23 determines that the current is an overcurrent
  • the drive signal 30 is interrupted. As a result, the operation of the upper arm circuit 18 is stopped.
  • the output of the second filter circuit 22 is input to the second cutoff circuit 24, and when the second cutoff circuit 24 does not determine an overcurrent, the drive signal 31 becomes a drive signal similar to the control signal 28, When the second cutoff circuit 24 determines that the current is overcurrent, the drive signal 31 is cut off. As a result, the operation of the lower arm circuit 19 is stopped.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the overcurrent protection device shown in FIG.
  • the overcurrent protection device 120 shown in FIG. 2 when the control signals 27 and 28 and the drive signals 30 and 31 are Hi, the semiconductor switching element is turned on, and the control signals 27 and 28 and the drive signals 30 and 31 are Lo. In this case, the semiconductor switching element is turned off.
  • the cutoff signals 25, 26, 41, and 42 are Hi, the semiconductor switching element is in a normal state.
  • the cutoff signals 25, 26, 41, and 42 are Lo, the semiconductor switching element is in a cutoff state.
  • the combination of these logics is an example and can be changed as appropriate.
  • the first cutoff circuit 23 includes a first determination value setting unit 34, a comparator 32, a logic circuit 37, and a first drive signal generation unit 38.
  • the second cutoff circuit 24 includes a second determination value setting unit 35, a comparator 33, a latch circuit 29, and a second drive signal generation unit 39.
  • the first filter circuit 21 and the second filter circuit 22 are constituted by RC filters.
  • the first determination value setting unit 34 outputs a first determination value 34 a for overcurrent interruption of the upper arm circuit 18.
  • the first determination value 34a is set by a resistance voltage dividing ratio.
  • An upper arm overcurrent determination value I1 to be described later is set by the first determination value 34a.
  • the second determination value setting unit 35 outputs a second determination value 35 a for overcurrent interruption of the lower arm circuit 19.
  • the second determination value 35a is set by a resistance voltage dividing ratio.
  • a lower arm overcurrent determination value I2, which will be described later, is set by the second determination value 35a.
  • the output of the first filter circuit 21 and the first determination value 34a are compared by the comparator 32.
  • the output of the comparator 32 is A certain cut-off signal 25 becomes Lo.
  • the logic circuit 37 calculates the logical product of the cutoff signal 26 and the cutoff signal 25 output from the latch circuit 29.
  • the logic circuit 37 outputs the cutoff signal 42 at the Lo level.
  • the first drive signal generator 38 calculates the logical product of the cutoff signal 42 and the control signal 27, and the drive signal 30 becomes Lo, whereby the upper arm circuit 18 shown in FIG.
  • the output of the second filter circuit 22 and the second determination value 35a are compared by the comparator 33. If the output of the second filter circuit 22 exceeds the second determination value 35a, the comparator 33 The cut-off signal 41 which is the output of No. becomes Lo. When the holding state of the latch circuit 29 is not reset by the reset signal 40 from the control unit 5, the cutoff signal 26 output from the latch circuit 29 becomes Lo.
  • the second drive signal generator 39 calculates the logical product of the cutoff signal 26 and the control signal 28, and the drive signal 31 becomes Lo, whereby the lower arm circuit 19 shown in FIG.
  • the latch circuit 29 is a circuit that outputs the Lo level cutoff signal 26 when the cutoff signal 41 changes from Hi to Lo, and the holding state is reset by the reset signal 40 from the control unit 5.
  • the holding state may be reset after holding for a certain time, for example, 1 [ms].
  • FIG. 2 shows a configuration example of a circuit in which the upper arm circuit 18 is cut off at the same time as the lower arm circuit 19 is cut off when the cut-off signal 26 is input to the logic circuit 37, but without providing the logic circuit 37,
  • the cutoff signal 25 may be directly input to the first drive signal generator 38.
  • the overcurrent protection device 120 can detect that the control unit 5 is in a cut-off state, that is, an overcurrent is generated by inputting the cut-off signals 25 and 26 to the control unit 5.
  • the control unit 5 detects the shut-off state, and outputs the control signals 27 and 28 for turning off the semiconductor switching elements, that is, the Lo level control signals 27 and 28, thereby stopping the entire inverter circuit 110. You can also.
  • FIG. 3 is a diagram showing an overcurrent protection operation of the overcurrent protection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the upper arm overcurrent determination value I1 which is the first overcurrent determination value, is set by the first determination value 34a shown in FIG.
  • the “upper arm overcurrent determination value I1” may be simply referred to as “I1”.
  • the lower arm overcurrent determination value I2, which is the second overcurrent determination value is set by the second determination value 35a shown in FIG.
  • the “lower arm overcurrent determination value I2” may be simply referred to as “I2”.
  • I1 and I2 are I1> I2.
  • the upper arm overcurrent cutoff release value I1 ' is set to I1 or less.
  • the “upper arm overcurrent cutoff release value I1 ′” may be simply referred to as “I1 ′”.
  • t 1 is set by the first filter circuit 21, and t 2 is set by the second filter circuit 22.
  • t1 and t2 are set to t1 ⁇ t2, and are each within 10 [us].
  • the latch circuit 29 outputs the shut-off signal 26 maintained in the Lo state when the shut-off signal 41 changes from Hi to Lo, and after a lapse of a certain time t3 from the time when the Lo state shut-off signal 26 is output.
  • This is a circuit for canceling the protection state of the semiconductor switching elements constituting the lower arm circuit 19. After the protection state is released, the semiconductor switching element constituting the lower arm circuit 19 operates again according to the control signal 28.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the overcurrent determination value and the overcurrent protection operation.
  • the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG.
  • the cutoff signal 25 is output, and the semiconductor switching elements constituting the upper arm circuit 18 are stopped.
  • the control signal 27 from the control unit 5 is turned off and the control signal 27 is turned on again, the protection state of the upper arm circuit 18 is released, and the upper arm circuit 18 is configured again according to the control signal 27.
  • the semiconductor switching element is turned ON / OFF.
  • Other operations are the same as those described above with reference to FIG.
  • the protection cancellation condition is when the control signal 27 changes from the OFF state to the ON state, but the protection cancellation condition is not limited to this.
  • the current state of the output of the current detector 20 exceeds I1, and after the elapse of t1, the cutoff state is released.
  • the cutoff state is released.
  • the control signal 27 remains in the ON state, the interruption state and the release are repeated, and thus an overcurrent around I1 may continue to flow.
  • the control signal 27 since the protection is not released until the control signal 27 is once turned off and then turned on again, it is possible to prevent the overcurrent from continuing to flow.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between I1 and I2 and the overcurrent cutoff operation region shown in FIGS.
  • the vertical axis in FIG. 5 represents the overcurrent determination value, and the horizontal axis represents time.
  • the symbols I1, I2, t1, t2, and t3 are equal to I1, I2, t1, t2, and t3 shown in FIGS.
  • the immovable region indicated by reference numeral A1 includes the upper arm circuit 18 and the lower arm when a short-circuit current less than I1 flows less than t2 because one of the upper and lower arm pairs shown in FIG. This is a region where none of the arm circuits 19 is cut off. That is, the non-moving area A1 is an area where the overcurrent protection operation does not work.
  • the region indicated by reference sign A2 is a region where the lower arm circuit 19 is cut off when a short-circuit current of I2 or more and less than I1 flows for t2 or more.
  • the region indicated by reference numeral A3 is a region that shuts off the upper arm circuit 18 when a short-circuit current of I1 or more flows for t1 or more.
  • the region indicated by reference numeral A4 is a region where the upper arm circuit 18 and the lower arm circuit 19 are cut off when a short-circuit current of I1 or more flows for t2 or more.
  • the semiconductor switching elements 6 and 9 are turned on, the semiconductor switching elements 7 and 10 are turned on, or the semiconductor switching elements 8 and 11 are turned on, the upper arm circuit 18, the lower arm circuit 19 and the A current flows to the low potential side of the capacitor 3 via the current detector 20. Since the inductance of the path through which this current flows is extremely low, the current sharply increases and a large current of I1 or more flows. When such a current flows, the overcurrent protection device 120 instantaneously cuts off the drive signal 30 when t1 elapses from the time when the output of the current detector 20 exceeds I1, and prevents destruction due to a short circuit.
  • the overcurrent protection device 120 stops the lower arm circuit 19 by interrupting the drive signal 31 when t2 elapses from the time when I2 smaller than I1 is exceeded, and the motor 200 or semiconductor switching Prevents device destruction.
  • the semiconductor switching element When the semiconductor switching element is made of GaN (gallium nitride) or Ga 2 O 3 (gallium oxide), which is an example of a wide band gap semiconductor, the semiconductor switching element has low short-circuit tolerance, so that the semiconductor switching of the upper and lower arms is performed.
  • the element When the element is short-circuited, it is necessary to shut off and stop instantaneously. If t1 which is the time until the stoppage is stopped is set to a small value, for example, 200 [ns], it is possible to prevent a short circuit breakage by shutting off the upper arm. In this case, since t1 is small, there is a high possibility of malfunction due to noise or the like. Therefore, when the control signal 27 is once turned off and then turned on again, the protection of the upper arm is released and the operation can be continued.
  • lower arm circuit For overcurrent passing through the motor winding, lower arm circuit is set by setting I2 smaller than I1 as described above and t2 larger than t1 and less susceptible to noise, for example, 3 [us]. 19 can be shut off and stopped safely, and frequent shutoff due to noise can be prevented.
  • the control unit 5 can determine which of the cutoff signals 25 and 26 is in the cutoff state.
  • the abnormal state of the inverter circuit 110 can also be determined. For example, when the upper arm circuit 18 is cut off, that is, when the cut signal 25 is cut off, it is determined that the upper and lower arms are short-circuited, and when the lower arm circuit 19 is cut off, that is, the cut signal 26 is turned off. It can be determined that an abnormality in which overcurrent flows through the motor winding, for example, motor lock has occurred.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the overcurrent protection circuit according to the second embodiment of the present invention.
  • the overcurrent protection device 120 shown in FIG. 2 is different from the overcurrent protection device 120 shown in FIG. 6 in that the first drive signal generator 38 is omitted and the control signal 27 is the drive signal shown in FIG. 30, the cutoff signal 26 is input only to the logic circuit 37 and the control unit 5, and the cutoff signal 42 is input to the second drive signal generation unit 39.
  • the overcurrent protection device 120 shown in FIG. 6 when the control signals 27 and 28 and the drive signal 31 are Hi, the semiconductor switching element is turned on, and when the control signals 27 and 28 and the drive signal 31 are Lo, When the semiconductor switching element is turned off and the cut-off signals 25, 26, 41, and 42 are Hi, the normal state is obtained, and when the cut-off signals 25, 26, 41, and 42 are Lo, the cut-off state is obtained.
  • the combination of these logics is an example and can be changed as appropriate.
  • the output of the first filter circuit 21 and the first determination value 34a are compared by the comparator 32.
  • the output of the comparator 32 is A certain cut-off signal 25 becomes Lo.
  • the logic circuit 37 calculates the logical product of the cutoff signal 26 and the cutoff signal 25 output from the latch circuit 29.
  • the logic circuit 37 outputs the cutoff signal 42 at the Lo level. To do.
  • the output of the second filter circuit 22 and the second determination value 35a are compared by the comparator 33. If the output of the second filter circuit 22 exceeds the second determination value 35a, the comparator 33 The cut-off signal 41 which is the output of No. becomes Lo. When the holding state of the latch circuit 29 is not reset by the reset signal 40 from the control unit 5, the cutoff signal 26 output from the latch circuit 29 becomes Lo.
  • the second drive signal generation unit 39 calculates the logical product of the cutoff signal 42 and the control signal 28, and the drive signal 31 becomes Lo, so that the lower arm circuit 19 shown in FIG.
  • the overcurrent protection device 120 shown in FIG. 6 inputs the cutoff signals 25 and 26 to the control unit 5 so that the control unit 5 is in the cutoff state and an overcurrent is generated. Can be detected.
  • the overcurrent protection device 120 shown in FIG. 6 outputs the control signals 27 and 28 for turning off the semiconductor switching elements, that is, the Lo level control signals 27 and 28 after detecting the occurrence of the overcurrent. Thus, the entire inverter circuit 110 can be stopped.
  • the overcurrent protection device 120 According to the overcurrent protection device 120 according to the second embodiment, only the lower arm circuit 19 stops when an overcurrent occurs regardless of the first determination value 34a, the second determination value 35a, t1, and t2.
  • the motor 200 can be stably stopped.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a converter device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a converter device 300 illustrated in FIG. 7 includes a rectifier circuit 310 and an overcurrent protection device 120.
  • the configuration of the overcurrent protection device 120 is the same as that of the overcurrent protection device 120 shown in the first embodiment or the second embodiment.
  • the rectifier circuit 310 includes an upper arm circuit 18 and a lower arm circuit 19.
  • the upper arm circuit 18 shown in FIG. 7 includes two semiconductor switching elements 6 and 7 and two diodes 12 and 13 connected in parallel to the semiconductor switching elements 6 and 7, respectively.
  • the lower arm circuit 19 shown in FIG. 7 includes two semiconductor switching elements 9 and 10 and two diodes 15 and 16 connected in parallel to the semiconductor switching elements 9 and 10, respectively.
  • a reactor 43 is provided between the connection point between the semiconductor switching element 6 and the semiconductor switching element 9 and the AC power supply 1.
  • the capacitor 3 is connected between the output terminal of the upper arm circuit 18 and the output terminal of the lower arm circuit 19.
  • the capacitor 3 is a smoothing capacitor that smoothes the DC voltage rectified by the upper arm circuit 18 and the lower arm circuit 19.
  • the current detector 20 detects a current flowing into the lower arm circuit 19 from the negative side of the capacitor 3.
  • the number of semiconductor switching elements constituting each of the upper arm circuit 18 and the lower arm circuit 19 is not limited to two, and the diodes 12, 13, 15, and 16 are connected to the semiconductor switching elements 6, 7, 9, and 10, respectively.
  • a built-in parasitic diode may be used.
  • Converter device 300 operates as a booster or power factor correction circuit.
  • the semiconductor switching element is turned ON / OFF by the drive signals 30 and 31 from the control unit 5, whereby the AC power supply 1 is short-circuited through the reactor 43 to accumulate energy in the reactor 43, and the accumulated energy is stored in the capacitor 3. When it is opened, boosting and power factor correction are performed.
  • the control unit 5 outputs a control signal 27 for ON / OFF control of the upper arm circuit 18 to the first cutoff circuit 23.
  • the output from the current detector 20 is input to the first filter circuit 21 and the second filter circuit 22.
  • the drive signal 30 becomes a drive signal similar to the control signal 27 and the first cutoff circuit 23
  • the interruption circuit 23 determines that the current is an overcurrent
  • the drive signal 30 is interrupted. As a result, the operation of the upper arm circuit 18 is stopped.
  • the output of the second filter circuit 22 is input to the second cutoff circuit 24, and when the second cutoff circuit 24 does not determine an overcurrent, the drive signal 31 becomes a drive signal similar to the control signal 28, When the second cutoff circuit 24 determines that the current is overcurrent, the drive signal 31 is cut off. As a result, the operation of the lower arm circuit 19 is stopped. Since the overcurrent cutoff operation is the same as that of the first and second embodiments, the description thereof is omitted.
  • the semiconductor switching element can be protected from overcurrent while preventing unnecessary operation of overcurrent protection.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of an air conditioner according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the air conditioner 400 includes an indoor unit 410 and an outdoor unit 420 connected to the indoor unit 410.
  • the indoor unit 410 is provided with a motor 200 as a drive source for the blower.
  • the outdoor unit 420 is provided with a motor 200 as a drive source for the blower and a motor 200 as a drive source for the compressor.
  • At least one of the indoor unit 410 and the outdoor unit 420 is provided with the inverter device 100 according to the first and second embodiments.
  • the motor 200 provided in the indoor unit 410 and the outdoor unit 420 is driven by the inverter device 100.
  • converter device 300 according to Embodiment 3 is provided in at least one of indoor unit 410 and outdoor unit 420, and motor 200 is driven by an inverter circuit that converts a DC voltage output from converter device 300 into an AC voltage. Also good.
  • an air conditioner 400 that can protect an internal circuit from an overcurrent while preventing an unnecessary operation of the overcurrent protection can be realized.
  • a highly reliable air conditioner 400 can be obtained.
  • the upper arm circuit 18 is stopped when t1 elapses from the time when the output of the current detector 20 exceeds I1, and is decreased after elapse of t2 from the time when the output of the current detector 20 exceeds I2.
  • the lower arm circuit 19 is stopped when the output of the current detector 20 exceeds I1, and the output of the current detector 20 exceeds I2 after t1 has elapsed.
  • the upper arm circuit 18 may be stopped after t2. Since the lower arm circuit 19 is closer to the ground than the upper arm circuit 18, the potential is stable. Therefore, the semiconductor switching element constituting the lower arm among the upper and lower arms is less susceptible to noise and the like, and can be shut off and stopped stably.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

過電流保護装置（１２０）は、上下アームに流れる電流の検出値を第１の時定数でフィルタする第１のフィルタ回路（２１）と、検出値を第１の時定数よりも長い第２の時定数でフィルタする第２のフィルタ回路（２２）と、第１の過電流判定値を設定する第１の遮断回路（２３）と、第１の過電流判定値よりも小さい第２の過電流判定値を設定する第２の遮断回路（２４）とを備え、第１の過電流判定値を超える検出値が検出されてから、第１の時定数経過後に、第１の半導体スイッチング素子の動作を停止し、第２の過電流判定値を超える検出値が検出されてから、第２の時定数経過後に、第２の半導体スイッチング素子の動作を停止する。

Description

過電流保護装置、インバータ装置、コンバータ装置及び空気調和機
　本発明は、過電流から半導体スイッチング素子を保護する過電流保護装置、インバータ装置、コンバータ装置及び空気調和機に関する。
　特許文献１に開示される従来のインバータ装置は、上アーム制御信号及び下アーム制御信号を生成する制御部と、過電流を検出したとき上アーム遮断信号及び下アーム遮断信号を生成する遮断信号生成回路とを備える。遅延回路を用いて下アーム遮断信号を遅延させることにより上アーム遮断信号が得られ、この下アーム遮断信号により下アーム制御信号が遮断された時点から一定時間経過後に、上アーム制御信号が遮断される。
特開２００８－１１８８３４号公報
　しかしながら特許文献１に開示される従来のインバータ装置では１つの過電流判定値が用いられる。すなわち、従来のインバータ装置では、モータを保護するための判定値と半導体スイッチング素子を保護するための判定値との内、値が小さい方の判定値が過電流判定値とされる。上下アームが短絡したときに流れる過大な短絡電流を「Ｉａ」とし、磁石が内蔵されるモータに流せる電流を「Ｉｂ」とした場合、上下アームに短絡電流Ｉａが流れたときには高速に電流を遮断する必要がある。「高速」とは、フィルタ回路の時定数を例えば１［ｕｓ］以下に設定することを意味する。一方でＩｂは、モータ磁石の減磁の制約等で決められる。例えば、Ｉｂ＜Ｉａの場合、モータを保護するためには過電流判定値をＩｂに設定する必要があり、また前記の例では上下アームの短絡から半導体スイッチング素子を保護するためにはフィルタ回路の時定数を１［ｕｓ］以下に設定する必要がある。この場合、過電流判定値がＩａよりも低いＩｂに設定され、またフィルタ時定数は短いため、ノイズ等の影響で過電流保護が頻繁に働く、すなわち過電流保護が不要動作する、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過電流保護の不要動作を防ぎながら半導体スイッチング素子を過電流から保護できる過電流保護装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の過電流保護装置は、第１の半導体スイッチング素子と第２の半導体スイッチング素子とを直列接続して構成される上下アームに流れる電流の検出値を第１の時定数でフィルタする第１のフィルタ回路と、検出値を第１の時定数よりも長い第２の時定数でフィルタする第２のフィルタ回路と、第１の過電流判定値を設定する第１の判定値設定部と、第１の過電流判定値よりも小さい第２の過電流判定値を設定する第２の判定値設定部とを備え、第１の過電流判定値を超える検出値が検出されてから、第１の時定数経過後に、第１の半導体スイッチング素子の動作を停止し、第２の過電流判定値を超える検出値が検出されてから、第２の時定数経過後に、第２の半導体スイッチング素子の動作を停止する。
　本発明に係る過電流保護装置は、過電流保護の不要動作を防ぎながら半導体スイッチング素子を過電流から保護できるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る過電流保護装置及びインバータ装置の構成例を示す図 図１に示す過電流保護装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態１に係る過電流保護装置の過電流保護動作を示す図 過電流判定値及び過電流保護動作の別の例を示す図 図３，４に示すＩ１とＩ２と過電流遮断動作領域との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る過電流保護回路の構成例を示す図 本発明の実施の形態３に係るコンバータ装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態４に係る空気調和機の構成例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態に係る過電流保護装置、インバータ装置、コンバータ装置及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１に係る過電流保護装置及びインバータ装置の構成例を示す図である。図１に示すインバータ装置１００は、交流電源１から供給される交流電圧を整流し、整流された電圧を交流電圧に変換して負荷であるモータ２００へ供給するモータ駆動装置である。モータ２００には、３相同期モータ又は３相誘導モータを例示できる。インバータ装置１００は、交流電源１を整流する整流器２と、整流器２で整流された電圧を平滑するコンデンサ３と、インバータ回路１１０と、過電流保護装置１２０とを備える。
　インバータ回路１１０は、上アーム回路１８及び下アーム回路１９を備える。上アーム回路１８は、３つの半導体スイッチング素子６～８と、３つの半導体スイッチング素子６～８のそれぞれに並列接続される３つのダイオード１２～１４とを備える。下アーム回路１９は、３つの半導体スイッチング素子９～１１と、３つの半導体スイッチング素子９～１１のそれぞれに並列接続される３つのダイオード１５～１７とを備える。
　半導体スイッチング素子６と半導体スイッチング素子９との接続点にはＵ相配線に接続され、半導体スイッチング素子７と半導体スイッチング素子１０との接続点にはＶ相配線に接続され、半導体スイッチング素子８と半導体スイッチング素子１１との接続点にはＷ相配線に接続される。
　なお、上アーム回路１８及び下アーム回路１９のそれぞれを構成する半導体スイッチング素子の数は３つに限定されず、またダイオード１２～１４は半導体スイッチング素子６～８に内蔵される寄生ダイオードでもよく、ダイオード１５～１７は半導体スイッチング素子９～１１に内蔵される寄生ダイオードでもよい。
　過電流保護装置１２０は、インバータ回路１１０からコンデンサ３のマイナス側に流れこむ電流を検出する電流検出器２０と、第１の時定数ｔ１が設定される第１のフィルタ回路２１と、第２の時定数ｔ２が設定される第２のフィルタ回路２２とを備える。また過電流保護装置１２０は、上アーム回路１８を構成する３つの半導体スイッチング素子６～８を駆動する駆動信号３０を遮断する第１の遮断回路２３と、下アーム回路１９を構成する３つの半導体スイッチング素子９～１１を駆動する駆動信号３１を遮断する第２の遮断回路２４と、インバータ回路１１０を制御するための制御部５とを備える。
　第１の時定数ｔ１と第２の時定数ｔ２は、過電流が発生した時点からインバータ装置１００内の半導体スイッチング素子が遮断されるまでの時間である。以下では、「第１の時定数ｔ１」を単に「ｔ１」と称し、「第２の時定数ｔ２」を単に「ｔ２」と称する場合がある。
　制御部５は、上アーム回路１８をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御信号２７を第１の遮断回路２３に出力する。電流検出器２０からの出力は第１のフィルタ回路２１及び第２のフィルタ回路２２に入力される。電流検出器２０からの出力は、第１の半導体スイッチング素子と第２の半導体スイッチング素子とを直列接続して構成される上下アームに流れる電流の検出値である。「第１の半導体スイッチング素子」は、半導体スイッチング素子６～８のそれぞれに対応し、「第２の半導体スイッチング素子」は、半導体スイッチング素子９～１１のそれぞれに対応する。
　第１のフィルタ回路２１の出力は第１の遮断回路２３に入力され、第１の遮断回路２３が過電流と判定しない場合、駆動信号３０は制御信号２７と相似の駆動信号となり、第１の遮断回路２３が過電流と判定した場合、駆動信号３０を遮断する。これにより上アーム回路１８の動作が停止する。
　同様に、第２のフィルタ回路２２の出力は第２の遮断回路２４に入力され、第２の遮断回路２４が過電流と判定しない場合、駆動信号３１は制御信号２８と相似の駆動信号となり、第２の遮断回路２４が過電流と判定した場合、駆動信号３１を遮断する。これにより下アーム回路１９の動作が停止する。
　図２は図１に示す過電流保護装置の構成例を示す図である。図２に示す過電流保護装置１２０によれば、制御信号２７，２８及び駆動信号３０，３１がＨｉの場合には半導体スイッチング素子がＯＮとなり、制御信号２７，２８及び駆動信号３０、３１がＬｏの場合には半導体スイッチング素子がＯＦＦとなり、遮断信号２５，２６，４１，４２がＨｉの場合には正常状態となり、遮断信号２５，２６，４１，４２がＬｏの場合には遮断状態となる。但しこれらの論理の組合せは一例であり、適宜変更可能である。
　第１の遮断回路２３は、第１の判定値設定部３４、比較器３２、論理回路３７及び第１の駆動信号生成部３８を備える。第２の遮断回路２４は、第２の判定値設定部３５、比較器３３、ラッチ回路２９及び第２の駆動信号生成部３９を備える。
　第１のフィルタ回路２１及び第２のフィルタ回路２２は、ＲＣフィルタで構成される。第１の判定値設定部３４は、上アーム回路１８の過電流遮断用の第１の判定値３４ａを出力する。第１の判定値３４ａは、抵抗の分圧比で設定される。後述する上アーム過電流判定値Ｉ１は、第１の判定値３４ａにより設定される。第２の判定値設定部３５は、下アーム回路１９の過電流遮断用の第２の判定値３５ａを出力する。第２の判定値３５ａは、抵抗の分圧比で設定される。後述する下アーム過電流判定値Ｉ２は、第２の判定値３５ａにより設定される。
　第１のフィルタ回路２１の出力と第１の判定値３４ａとが比較器３２で比較され、第１のフィルタ回路２１の出力が第１の判定値３４ａを超えた場合、比較器３２の出力である遮断信号２５がＬｏとなる。論理回路３７は、ラッチ回路２９から出力される遮断信号２６と遮断信号２５との論理積をとり、遮断信号２６及び遮断信号２５がＬｏのとき、論理回路３７はＬｏレベルの遮断信号４２を出力する。第１の駆動信号生成部３８は、遮断信号４２と制御信号２７との論理積をとり、駆動信号３０がＬｏになることで、図１に示す上アーム回路１８が遮断する。
　同様に、第２のフィルタ回路２２の出力と第２の判定値３５ａとが比較器３３で比較され、第２のフィルタ回路２２の出力が第２の判定値３５ａを超えた場合、比較器３３の出力である遮断信号４１がＬｏとなる。制御部５からのリセット信号４０によりラッチ回路２９の保持状態がリセットされていない場合、ラッチ回路２９から出力される遮断信号２６がＬｏとなる。第２の駆動信号生成部３９は、遮断信号２６と制御信号２８との論理積をとり、駆動信号３１がＬｏになることで、図１に示す下アーム回路１９が遮断する。
　ここで、ラッチ回路２９は、遮断信号４１がＨｉからＬｏになったときに、Ｌｏレベルの遮断信号２６を出力する回路であり、制御部５からのリセット信号４０により保持状態がリセットされるものでもよいし、一定時間、例えば１[ｍｓ]保持した後に保持状態をリセットするものでも良い。図２では、遮断信号２６が論理回路３７に入力されることで、下アーム回路１９の遮断と共に上アーム回路１８が遮断する回路の構成例を示しているが、論理回路３７を設けずに、遮断信号２５を直接第１の駆動信号生成部３８に入力してもよい。
　また過電流保護装置１２０では、遮断信号２５，２６を制御部５に入力することにより、制御部５が遮断状態、すなわち過電流が発生したことを検出できる。第１の判定値３４ａ及び第２の判定値３５ａの設定によっては、上アーム回路１８と下アーム回路１９の何れかが遮断状態で停止となるため、モータ２００の制御が不安定になる可能性がある。この場合、制御部５が遮断状態を検出し、半導体スイッチング素子をＯＦＦ状態にする制御信号２７，２８、すなわちＬｏレベルの制御信号２７，２８を出力することで、インバータ回路１１０全体を停止させることもできる。
　図３は本発明の実施の形態１に係る過電流保護装置の過電流保護動作を示す図である。図３には上から順に、制御信号２７、駆動信号３０と、上アームの遮断信号２５と、電流検出器２０の出力と、下アームの遮断信号２６と、制御信号２８と、駆動信号３１とが示される。第１の過電流判定値である上アーム過電流判定値Ｉ１は、図２に示す第１の判定値３４ａにより設定される。以下では「上アーム過電流判定値Ｉ１」を単に「Ｉ１」と称する場合がある。第２の過電流判定値である下アーム過電流判定値Ｉ２は、図２に示す第２の判定値３５ａにより設定される。以下では「下アーム過電流判定値Ｉ２」を単に「Ｉ２」と称する場合がある。
　図３では、Ｉ１とＩ２が、Ｉ１＞Ｉ２とされる。上アーム過電流遮断解除値Ｉ１’は、Ｉ１以下に設定される。以下では「上アーム過電流遮断解除値Ｉ１’」を単に「Ｉ１’」と称する場合がある。ｔ１は第１のフィルタ回路２１で設定され、ｔ２は第２のフィルタ回路２２で設定される。図３では、ｔ１及びｔ２が、ｔ１＜ｔ２とされ、それぞれ１０[ｕｓ]以内とされる。
　電流検出器２０の出力がＩ１を超えた時点からｔ１経過後に、遮断信号２５が出力され、上アーム回路１８を構成する半導体スイッチング素子が遮断停止する。その後、電流検出器２０の出力が、Ｉ１’以下になると、上アーム回路１８の保護状態は解除され、制御信号２７に従い、上アーム回路１８を構成する半導体スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ動作する。
　その後、Ｉ１’以下に低下した電流検出器２０の出力が、再び上昇して、Ｉ２を超えた時点からｔ２経過後に、遮断信号２６が出力され、下アーム回路１９を構成する半導体スイッチング素子が遮断停止する。
　前述したようにラッチ回路２９は、遮断信号４１がＨｉからＬｏになった場合、Ｌｏ状態に維持された遮断信号２６を出力し、Ｌｏ状態の遮断信号２６を出力した時点から一定時間ｔ３経過後に、下アーム回路１９を構成する半導体スイッチング素子の保護状態を解除する回路である。保護状態の解除後は、制御信号２８に従い、再び下アーム回路１９を構成する半導体スイッチング素子が動作する。
　ここで図３において、電流検出器２０の出力がＩ１を超えている場合、Ｉ１＞Ｉ２の関係より、電流検出器２０の出力はＩ２も超えることになるが、ｔ１＜ｔ２に設定されているため、電流検出器２０の出力の立ち上がりが早い場合、上アームの遮断信号２５が先に出力され、上アーム回路１８を構成する半導体スイッチング素子が遮断停止する。そのため、遮断信号２６は、ｔ２の経過時点までＬｏになっていない。
　図４は過電流判定値及び過電流保護動作の別の例を示す図である。図３と同じ符号を示す箇所は、同じものを意味するため説明を省略する。電流検出器２０の出力が、Ｉ１を超えた時点からｔ１経過後に、遮断信号２５が出力され、上アーム回路１８を構成する半導体スイッチング素子が遮断停止する。その後、制御部５からの制御信号２７がＯＦＦとなり、制御信号２７が再びＯＮとなったとき、上アーム回路１８の保護状態は解除され、制御信号２７に従い、再び、上アーム回路１８を構成する半導体スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ動作する。これ以外の動作については、前述の図３の説明と同じである。
　図４では、制御信号２７がＯＦＦ状態からＯＮ状態になったときを保護解除条件とされるが、保護解除条件はこれに限定されるものではない。図３では、電流検出器２０の出力がＩ１を超えた時点からｔ１経過後に遮断状態になるが、その後に電流検出器２０の出力がＩ１’以下になると遮断状態が解除される。ところが、制御信号２７がＯＮ状態のままであると、遮断状態と解除を繰り返すため、Ｉ１前後の過電流が流れ続ける可能性がある。これに対して図４のような制御にすることで、制御信号２７が一旦ＯＦＦしてから再びＯＮするまでは保護が解除されないため、過電流が流れ続けることを防止できる。
　図５は図３，４に示すＩ１とＩ２と過電流遮断動作領域との関係を示す図である。図５の縦軸は過電流判定値を表し、横軸は時間を表す。符号Ｉ１，Ｉ２，ｔ１，ｔ２，ｔ３は図３，４に示すＩ１，Ｉ２，ｔ１，ｔ２，ｔ３に等しい。符号Ａ１で示される不動領域は、図１に示す３つの上下アーム対の内、何れかの上下アーム対が短絡したことでＩ１未満の短絡電流がｔ２未満流れたとき、上アーム回路１８及び下アーム回路１９の何れも遮断しない領域である。すなわち不動領域Ａ１は、過電流保護動作が働かない領域である。
　符号Ａ２で示される領域は、Ｉ２以上かつＩ１未満の短絡電流がｔ２以上流れたとき、下アーム回路１９を遮断する領域である。符号Ａ３で示される領域は、Ｉ１以上の短絡電流がｔ１以上流れたとき、上アーム回路１８を遮断する領域である。符号Ａ４で示される領域は、Ｉ１以上の短絡電流がｔ２以上流れたとき、上アーム回路１８及び下アーム回路１９を遮断する領域である。
　具体的に説明する。半導体スイッチング素子６，９がＯＮ、又は半導体スイッチング素子７，１０がＯＮ、又は半導体スイッチング素子８，１１がＯＮとなったとき、コンデンサ３の高電位側から上アーム回路１８、下アーム回路１９及び電流検出器２０を介して、コンデンサ３の低電位側に電流が流れる。この電流が流れる経路のインダクタンスは極めて低いため、電流が急峻に増加し、Ｉ１以上の大電流が流れる。このような電流が流れたとき、過電流保護装置１２０は、電流検出器２０の出力がＩ１を超えた時点からｔ１経過時に駆動信号３０を瞬時に遮断し、短絡による破壊を防止する。
　これに対し、モータ巻線を経由する過電流が流れた場合、電流が流れる経路にモータ巻線があるためインダクタンスが高く、電流が緩やかに増加する。このような電流が流れたとき、過電流保護装置１２０は、Ｉ１より小さいＩ２を超えた時点からｔ２経過時に駆動信号３１を遮断することにより下アーム回路１９を停止させて、モータ２００や半導体スイッチング素子の破壊を防止する。
　半導体スイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体の一例であるＧａＮ（窒化ガリウム）やＧａ２Ｏ３（酸化ガリウム）などで構成されている場合、この半導体スイッチング素子は短絡耐量が低いため、上下アームの半導体スイッチング素子が短絡した際、瞬時に遮断停止する必要がある。遮断停止までの時間であるｔ１を小さい値、例えば２００[ｎｓ]に設定すれば、上アームの遮断により短絡破壊を防止することができる。この場合、ｔ１が小さいためにノイズ等で誤動作する可能性が高いため、上アームの遮断は、制御信号２７が一旦ＯＦＦした後、再びＯＮすることで、保護が解除され運転を継続できる。
　モータ巻線を経由する過電流に対しては、前述のとおりＩ１より小さいＩ２を設定し、ｔ１より大きくかつノイズの影響を受けにくいｔ２、例えば３[ｕｓ]を設定することにより、下アーム回路１９を遮断し安全に停止することができると共に、ノイズにより頻繁に遮断停止することを防止できる。
　図２に示すように遮断信号２５，２６を制御部５に入力することにより、制御部５は遮断信号２５，２６のどちらが遮断状態になったかを判定できる。これによりインバータ回路１１０の異常状態を判定することもできる。例えば、上アーム回路１８が遮断した場合、すなわち遮断信号２５が遮断状態になったときには上下アーム短絡が発生したと判定し、下アーム回路１９が遮断した場合、すなわち遮断信号２６が遮断状態になったときにはモータ巻線を経由して過電流が流れる異常、例えばモータロックなどが発生したと判定できる。
実施の形態２．
　図６は本発明の実施の形態２に係る過電流保護回路の構成例を示す図である。図６において図２と同じ符号を示すものは同じものを示すため、説明を省略する。図２に示される過電流保護装置１２０との相違点は、図６に示される過電流保護装置１２０では、第１の駆動信号生成部３８が省かれ、制御信号２７が図２に示す駆動信号３０として出力され、遮断信号２６が論理回路３７及び制御部５のみに入力され、遮断信号４２が第２の駆動信号生成部３９に入力されることである。
　図６に示す過電流保護装置１２０によれば、制御信号２７，２８及び駆動信号３１がＨｉの場合には半導体スイッチング素子がＯＮとなり、制御信号２７，２８及び駆動信号３１がＬｏの場合には半導体スイッチング素子がＯＦＦとなり、遮断信号２５，２６，４１，４２がＨｉの場合には正常状態となり、遮断信号２５，２６，４１，４２がＬｏの場合には遮断状態となる。但しこれらの論理の組合せは一例であり、適宜変更可能である。
　第１のフィルタ回路２１の出力と第１の判定値３４ａとが比較器３２で比較され、第１のフィルタ回路２１の出力が第１の判定値３４ａを超えた場合、比較器３２の出力である遮断信号２５がＬｏとなる。論理回路３７は、ラッチ回路２９から出力される遮断信号２６と遮断信号２５との論理積をとり、遮断信号２６及び遮断信号２５がＬｏのとき、論理回路３７はＬｏレベルの遮断信号４２を出力する。
　同様に、第２のフィルタ回路２２の出力と第２の判定値３５ａとが比較器３３で比較され、第２のフィルタ回路２２の出力が第２の判定値３５ａを超えた場合、比較器３３の出力である遮断信号４１がＬｏとなる。制御部５からのリセット信号４０によりラッチ回路２９の保持状態がリセットされていない場合、ラッチ回路２９から出力される遮断信号２６がＬｏとなる。第２の駆動信号生成部３９は、遮断信号４２と制御信号２８との論理積をとり、駆動信号３１がＬｏになることで、図１に示す下アーム回路１９が遮断する。
　また図６に示す過電流保護装置１２０は、図２に示す過電流保護装置１２０と同様に、遮断信号２５，２６を制御部５に入力して、制御部５が遮断状態、過電流が発生したことを検出できる。また図６に示す過電流保護装置１２０は、過電流が発生したことを検出した後、半導体スイッチング素子をＯＦＦ状態にする制御信号２７，２８、すなわちＬｏレベルの制御信号２７，２８を出力することで、インバータ回路１１０全体を停止させることもできる。
　実施の形態２に係る過電流保護装置１２０によれば、第１の判定値３４ａ、第２の判定値３５ａ、ｔ１及びｔ２によらず、過電流が発生したときに下アーム回路１９のみ停止し、安定してモータ２００を停止できる。
実施の形態３．
　図７は本発明の実施の形態３に係るコンバータ装置の構成例を示す図である。図７に示すコンバータ装置３００は、整流回路３１０及び過電流保護装置１２０を備える。過電流保護装置１２０の構成は、実施の形態１又は実施の形態２に示す過電流保護装置１２０と同様である。整流回路３１０は、上アーム回路１８及び下アーム回路１９を備える。図７に示す上アーム回路１８は、２つの半導体スイッチング素子６，７と、半導体スイッチング素子６，７のそれぞれに並列接続される２つのダイオード１２，１３とを備える。図７に示す下アーム回路１９は、２つの半導体スイッチング素子９，１０と、半導体スイッチング素子９，１０のそれぞれに並列接続される２つのダイオード１５，１６とを備える。
　半導体スイッチング素子６と半導体スイッチング素子９との接続点と、交流電源１との間にはリアクタ４３が設けられる。上アーム回路１８の出力端と下アーム回路１９の出力端との間にはコンデンサ３が接続される。コンデンサ３は、上アーム回路１８及び下アーム回路１９により整流された直流電圧を平滑する平滑コンデンサである。電流検出器２０は、コンデンサ３のマイナス側から下アーム回路１９に流れこむ電流を検出する。
　なお、上アーム回路１８及び下アーム回路１９のそれぞれを構成する半導体スイッチング素子の数は２つに限定されず、またダイオード１２，１３，１５，１６は半導体スイッチング素子６，７，９，１０に内蔵される寄生ダイオードでもよい。
　コンバータ装置３００は昇圧や力率改善回路として動作する。制御部５からの駆動信号３０，３１により半導体スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ動作することで、交流電源１をリアクタ４３を介して短絡させてリアクタ４３にエネルギーを蓄積させ、蓄積されたエネルギーをコンデンサ３に開放することで昇圧や力率改善の動作が行われる。
 
　制御部５は、上アーム回路１８をＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御信号２７を第１の遮断回路２３に出力する。電流検出器２０からの出力は第１のフィルタ回路２１及び第２のフィルタ回路２２に入力される。
　第１のフィルタ回路２１の出力は第１の遮断回路２３に入力され、第１の遮断回路２３が過電流と判定しない場合、駆動信号３０は制御信号２７と相似の駆動信号となり、第１の遮断回路２３が過電流と判定した場合、駆動信号３０を遮断する。これにより上アーム回路１８の動作が停止する。
　同様に、第２のフィルタ回路２２の出力は第２の遮断回路２４に入力され、第２の遮断回路２４が過電流と判定しない場合、駆動信号３１は制御信号２８と相似の駆動信号となり、第２の遮断回路２４が過電流と判定した場合、駆動信号３１を遮断する。これにより下アーム回路１９の動作が停止する。過電流遮断の動作については、実施の形態１，２の動作と共通であるため説明を省略する。
　実施の形態３に係るコンバータ装置３００によれば、実施の形態１，２のインバータ装置１００と同様に、過電流保護の不要動作を防ぎながら半導体スイッチング素子を過電流から保護できるという効果を奏する。
実施の形態４．
　図８は本発明の実施の形態４に係る空気調和機の構成例を示す図である。空気調和機４００は、室内機４１０と、室内機４１０に接続される室外機４２０とを備える。室内機４１０には送風機の駆動源としてのモータ２００が設けられている。室外機４２０には、送風機の駆動源としてのモータ２００と、圧縮機の駆動源としてのモータ２００が設けられている。室内機４１０及び室外機４２０の少なくとも一方には、実施の形態１，２に係るインバータ装置１００が設けられる。室内機４１０及び室外機４２０に設けられるモータ２００は、当該インバータ装置１００で駆動される。
　なお室内機４１０及び室外機４２０の少なくとも一方に、実施の形態３に係るコンバータ装置３００を設けて、コンバータ装置３００から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路でモータ２００を駆動してもよい。実施の形態１，２に係るインバータ装置１００又は実施の形態３に係るコンバータ装置３００を用いることにより、過電流保護の不要動作を防ぎながら内部回路を過電流から保護できる空気調和機４００を実現でき、信頼性の高い空気調和機４００を得ることができる。
　なお実施の形態１～３では、電流検出器２０の出力がＩ１を超えた時点からｔ１経過時に上アーム回路１８を停止させ、電流検出器２０の出力がＩ２を超えた時点からｔ２経過後に下アーム回路１９を停止させる構成例を説明したが、電流検出器２０の出力がＩ１を超えた時点からｔ１経過時に下アーム回路１９を停止させ、電流検出器２０の出力がＩ２を超えた時点からｔ２経過後に上アーム回路１８を停止させてもよい。下アーム回路１９は上アーム回路１８よりもグランドに近いために電位が安定している。そのため、上下アームの内、下アームを構成する半導体スイッチング素子の方がノイズ等の影響を受けにくく、安定に遮断停止させることができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　交流電源、２　整流器、３　コンデンサ、５　制御部、６，７，８，９，１０，１１　半導体スイッチング素子、１２，１３，１４，１５，１６，１７　ダイオード、１８　上アーム回路、１９　下アーム回路、２０　電流検出器、２１　第１のフィルタ回路、２２　第２のフィルタ回路、２３　第１の遮断回路、２４　第２の遮断回路、２５，２６　遮断信号、２７，２８　制御信号、２９　ラッチ回路、３０，３１　駆動信号、３２，３３　比較器、３４　第１の判定値設定部、３４ａ　第１の判定値、３５　第２の判定値設定部、３５ａ　第２の判定値、３７　論理回路、３８　第１の駆動信号生成部、３９　第２の駆動信号生成部、４０　リセット信号、４１，４２　遮断信号、４３　リアクタ、１００　インバータ装置、１１０　インバータ回路、１２０　過電流保護装置、２００　モータ、３００　コンバータ装置、３１０　整流回路、４００　空気調和機、４１０　室内機、４２０　室外機。

Claims (9)

  1. 　第１の半導体スイッチング素子と第２の半導体スイッチング素子とを直列接続して構成される上下アームに流れる電流の検出値を第１の時定数でフィルタする第１のフィルタ回路と、
    　前記検出値を前記第１の時定数よりも長い第２の時定数でフィルタする第２のフィルタ回路と、
    　第１の過電流判定値を設定する第１の判定値設定部と、
    　前記第１の過電流判定値よりも小さい第２の過電流判定値を設定する第２の判定値設定部と
    　を備え、
    　前記第１の過電流判定値を超える前記検出値が検出されてから、前記第１の時定数経過後に、前記第１の半導体スイッチング素子の動作を停止し、
    　前記第２の過電流判定値を超える前記検出値が検出されてから、前記第２の時定数経過後に、前記第２の半導体スイッチング素子の動作を停止する過電流保護装置。
  2. 　請求項１に記載の過電流保護装置と、
    　前記上下アームを有すると共に、直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と
    　を備えるインバータ装置。
  3. 　前記第２の半導体スイッチング素子は、前記上下アームの内、下アームを構成する半導体スイッチング素子である請求項２に記載のインバータ装置。
  4. 　前記第１の半導体スイッチング素子及び前記第２の半導体スイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体で構成される請求項２又は３に記載のインバータ装置。
  5. 　請求項２から４の何れか一項に記載のインバータ装置を備えた空気調和機。
  6. 　請求項１に記載の過電流保護装置と、
    　前記上下アームを有すると共に、交流電圧を直流電圧に変換して出力する整流回路と
    　を備えるコンバータ装置。
  7. 　前記第２の半導体スイッチング素子は、前記上下アームの内、下アームを構成する半導体スイッチング素子である請求項６に記載のコンバータ装置。
  8. 　前記第１の半導体スイッチング素子及び前記第２の半導体スイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体で構成される請求項５又は６に記載のコンバータ装置。
  9. 　請求項６から８の何れか一項に記載のコンバータ装置を備えた空気調和機。
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