(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑コンデンサの異常を検知して外部に報知する異常検知手段を備え、
前記異常検知手段は、スイッチング素子のサージ電圧を検出し、サージ電圧が所定のしきい値を越えたか否かを判断し、当該しきい値を越えた場合に平滑コンデンサの開放異常を検知することを特徴するインバータ回路。
【請求項２】
スイッチング素子のサージ電圧を検出し、サージ電圧が所定のしきい値を越えたか否かを判断し、当該しきい値を越えた場合に平滑コンデンサの開放異常を検知することを特徴するインバータ回路の平滑コンデンサの異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路及びその平滑コンデンサの異常検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、電力変換回路として周知のインバータ回路が開示されている。このインバータ回路は、外部の直流電源から供給された直流電力を交互にＯＮ/ＯＦＦするスイッチング素子でスイッチングすることにより所定周波数の交流電力に変換する電力変換器であり、入力端に上記直流電力を充放電する平滑コンデンサが設けられている。すなわち、インバータ回路は、直流電源から供給される直流電力及び当該直流電力を補うように平滑コンデンサから供給される放電電力をスイッチングすることにより交流電力を出力する。
【特許文献１】特開２００６−０４２４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来のインバータ回路は、平滑コンデンサの放電による感電を防止することを目的とするものであり、平滑コンデンサの異常について何ら配慮されていない。
平滑コンデンサが異常を来たした場合、出力である交流電力が異常となり、負荷を適切に駆動することができなくなることが想定されるので、平滑コンデンサの異常を検知することはインバータ回路の信頼性向上や当該異常に対する速やかな対応の必要上、極めて重要な課題である。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、インバータ回路の平滑コンデンサの異常検知、また当該異常検知によるインバータ回路の信頼性向上と速やかな対応の実現とを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、インバータ回路に係る第１の解決手段として、平滑コンデンサの異常を検知して外部に報知する異常検知手段を備える、という手段を採用する。
【０００６】
インバータ回路に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記異常検知手段は、入力電流、スイッチング素子のサージ電圧あるいは出力電流のうち何れか１つあるいは複数を検出することにより平滑コンデンサの異常を検知する、という手段を採用する。
【０００７】
また、本発明では、インバータ回路の平滑コンデンサの異常検知方法に係る解決手段として、入力電流、スイッチング素子のサージ電圧あるいは出力電流のうち何れか１つあるいは複数を検出することにより平滑コンデンサの異常を検知する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば入力電流、スイッチング素子のサージ電圧あるいは出力電流のうち何れか１つあるいは複数を検出することにより平滑コンデンサの異常を検知するので、インバータ回路の信頼性を向上させると共に平滑コンデンサの異常に対して速やかに対応することが可能である。
例えば、平滑コンデンサの異常によって直流電源に与える高負荷の時間を短くできるので、直流電源を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るインバータ回路Ａの構成を示す回路図である。この図に示すように、本インバータ回路Ａは、一対の入力端子１Ａ，１Ｂ，平滑コンデンサ２、６個のスイッチングトランジスタ３Ａ〜３Ｆ（スイッチング素子）、３つの出力端子４Ａ〜４Ｃ、２つの電流センサ５，６及び異常判定部７を備えている。これら各構成要素のうち、２つの電流センサ５，６及び異常判定部７は異常検知手段を構成している。なお、この図では、スイッチングトランジスタ３Ａ〜３Ｆの制御系については周知のものであり、省略している。
【００１０】
入力端子１Ａ，１Ｂは、本インバータ回路Ａに直流電力を入力するための一対の接続端子であり、一方の入力端子１Ａは外部の直流電源Ｐの正極端に接続され、他方の入力端子１Ｂは上記直流電源Ｐの負極端に接続されている。平滑コンデンサ２は、一端が上記一方の入力端子１Ａに接続され、他端が他方の入力端子１Ｂに接続されている。
【００１１】
６個のスイッチングトランジスタ３Ａ〜３Ｆは、図示するように互いに並列接続されると共に直流電源Ｐに対して直列接続される第１〜第３のスイッチングアームを構成している。すなわち、６個のスイッチングトランジスタ３Ａ〜３Ｆのうち、スイッチングトランジスタ３Ａとスイッチングトランジスタ３Ｂとは第１のスッチングアームを、スイッチングトランジスタ３Ｃとスイッチングトランジスタ３Ｄとは第２のスッチングアームを、またスイッチングトランジスタ３Ｅとスイッチングトランジスタ３Ｆとは第３のスッチングアームをそれぞれ構成している。
【００１２】
第１のスッチングアームを構成するスイッチングトランジスタ３Ａ及びスイッチングトランジスタ３Ｂのうち、スイッチングトランジスタ３Ａは、コレクタ端子が上記一方の入力端子１Ａに、エミッタ端子がスイッチングトランジスタ３Ｂのコレクタ端子に、ベース端子が図示しない制御系の出力端にそれぞれ接続され、スイッチングトランジスタ３Ｂは、コレクタ端子が上述したようにスイッチングトランジスタ３Ａのエミッタ端子に、エミッタ端子が他方の入力端１Ｂに、ベース端子が図示しない制御系の出力端にそれぞれ接続されている。このような第１のスッチングアームにおいて、スイッチングトランジスタ３Ａのエミッタ端子とスイッチングトランジスタ３Ｂのコレクタ端子との接続点は、第１のスッチングアームの出力端である。
【００１３】
第２のスッチングアームを構成するスイッチングトランジスタ３Ｃ及びスイッチングトランジスタ３Ｄのうち、スイッチングトランジスタ３Ｃは、コレクタ端子が上記一方の入力端子１Ａに、エミッタ端子がスイッチングトランジスタ３Ｄのコレクタ端子に、ベース端子が図示しない制御系の出力端にそれぞれ接続され、スイッチングトランジスタ３Ｄは、コレクタ端子が上述したようにスイッチングトランジスタ３Ｃのエミッタ端子に、エミッタ端子が他方の入力端１Ｂに、ベース端子が図示しない制御系の出力端にそれぞれ接続されている。このような第２のスッチングアームにおいて、スイッチングトランジスタ３Ｃのエミッタ端子とスイッチングトランジスタ３Ｄのコレクタ端子との接続点は、第２のスッチングアームの出力端である。
【００１４】
第３のスッチングアームを構成するスイッチングトランジスタ３Ｅ及びスイッチングトランジスタ３Ｆのうち、スイッチングトランジスタ３Ｅは、コレクタ端子が上記一方の入力端子１Ａに、エミッタ端子がスイッチングトランジスタ３Ｆのコレクタ端子に、ベース端子が図示しない制御系の出力端にそれぞれ接続され、スイッチングトランジスタ３Ｆは、コレクタ端子が上述したようにスイッチングトランジスタ３Ｅのエミッタ端子に、エミッタ端子が他方の入力端１Ｂに、ベース端子が図示しない制御系の出力端にそれぞれ接続されている。このような第３のスッチングアームにおいて、スイッチングトランジスタ３Ｅのエミッタ端子とスイッチングトランジスタ３Ｆのコレクタ端子との接続点は、第３のスッチングアームの出力端である。
【００１５】
各スイッチングトランジスタ３Ａ〜３Ｆのベース端子には、図示しない制御系の出力端から制御信号としてのＰＷＭ信号が入力される。第１〜第３のスイッチングアームは、各スイッチングトランジスタ３Ａ〜３Ｆが上記ＰＷＭ信号に基づいてＯＮ/ＯＦＦすることにより、各出力端に互いに位相差が１２０°となる三相交流電力を出力する。
【００１６】
また、図示するように、上記第１のスッチングアームを構成しているスイッチングトランジスタ３Ａとスイッチングトランジスタ３Ｂとの接続点、つまりスイッチングトランジスタ３Ａのエミッタ端子（スイッチングトランジスタ３Ｂのコレクタ端子）は異常判定部７にも接続されている。すなわち、スイッチングトランジスタ３Ａのエミッタ端子電圧は、スイッチングトランジスタ３Ａのサージ電圧を示す検出信号Ｓａとして異常判定部７に供給される。
【００１７】
３つの出力端子４Ａ〜４Ｃは、上記三相交流電力を外部に出力するための接続端子である。各出力端子４Ａ〜４Ｃのうち、第１の出力端子４Ａは上記第１のスッチングアームの出力端に、第２の出力端子４Ｂは上記第２のスッチングアームの出力端に、また第３の出力端子４Ｃは上記第３のスッチングアームの出力端にそれぞれ接続されている。このような各出力端子４Ａ〜４ＣはモータＬにそれぞれ接続されおり、当該モータＬに上記三相交流電力を供給する。モータＬは、本インバータ回路Ａによって回転駆動される負荷である。
【００１８】
一方の電流センサ５は、直流電源Ｐから本インバータ回路Ａに入力される入力電流を検出するセンサであり、図示するように一方の入力端子１Ａと平滑コンデンサ２の一端との間に設けられている。この電流センサ５は、上記入力電流を示す検出信号Ｓｂを異常判定部７に出力する。他方の電流センサ６は、本インバータ回路ＡからモータＬに供給される出力電流を検出するセンサであり、図示するように第１のスイッチングアームの出力端と第１の出力端子４Ａとの間に設けられている。この電流センサ６は、上記出力電流を示す検出信号Ｓｃを異常判定部７に出力する。
【００１９】
異常判定部７は、上記検出信号Ｓａ〜Ｓｃに基づいて平滑コンデンサ２の開放異常を検知するものであり、マイクロプロセッサ、判定処理プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。この異常判定部７は、平滑コンデンサ２の開放異常を検知すると、当該異常の発生を示す警報を外部に出力する。
【００２０】
なお、上記マイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等は、上記制御系を構成するものであり、上記判定処理プログラムは、制御系において各スイッチングトランジスタ３Ａ〜３Ｆを制御するための制御プログラムの一要素（例えばサブルーチン）としてＲＯＭに記憶されている。
【００２１】
次に、このように構成された本インバータ回路Ａの要部動作について図２及び図３をも参照して詳しく説明する。
【００２２】
図２は、上記判定処理プログラムに基づく異常判定部７の異常判定動作を示すフローチャートである。異常判定部７は、判定処理プログラムに基づいて以下の処理を所定のタイムインターバルで繰り返すことにより、起動中において平滑コンデンサ２に開放異常が発生したか否かを定期的に判定する。
【００２３】
すなわち、異常判定部７は、起動すると、検出信号Ｓａが示すサージ電圧が所定のしきい値を越えたか否かを判断する（ステップＳ1）。このサージ電圧に対するしきい値としては、図３（ａ）に示すように、スイッチングトランジスタ３Ａのエミッタ電圧（スイッチングトランジスタ３Ｂのコレクタ電圧）がＨ（ハイ）からＬ（ロー）に立ち下がったときのサージ電圧ＶLを評価するための下限しきい値ＲLと、コレクタ電圧がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に立ち上がったときのサージ電圧ＶHを判定すえるための上限しきい値ＲHとが設定される。異常判定部７は、サージ電圧ＶLが下限しきい値ＲLを下回ると、あるいはサージ電圧ＶHが上限しきい値ＲHを上回ると、ステップＳ1の判断を「Ｙｅｓ」、つまり平滑コンデンサ２に開放異常が発生したとして、外部に警報を出力する（ステップＳ4）。
【００２４】
一方、異常判定部７は、ステップＳ1の判断が「Ｎｏ」の場合は、図３（ｂ）に示すように、検出信号Ｓｂが示す入力電流のリップルＲinが所定のしきい値を越えたか否かを判断する（ステップＳ2）。この入力電流のリップルＲinは、スイッチングトランジスタ３Ａ，３Ｂのスイッチング動作に起因するものであり、スイッチング周波数と同等の周波数を基本周波数とする電流変動成分である。異常判定部７は、検出信号Ｓｂから上記リップルＲinを取り出して所定のしきい値と比較し、リップルＲinがしきい値を越える場合はステップＳ2の判断を「Ｙｅｓ」、つまり平滑コンデンサ２に開放異常が発生したとして、外部に警報を出力する（ステップＳ4）。
【００２５】
一方、異常判定部７は、ステップＳ2の判断が「Ｎｏ」の場合は、図３（ｃ）に示すように、検出信号Ｓｃが示す出力電流のリップルＲoutが所定のしきい値を越えたか否かを判断する（ステップＳ3）。この出力電流のリップルＲoutは、上述した入力電流のリップルＲinと同様にスイッチングトランジスタ３Ａ，３Ｂのスイッチング動作に起因するものであり、スイッチング周波数と同等の周波数を基本周波数とする電流変動成分である。異常判定部７は、検出信号Ｓｃから上記リップルＲoutを取り出して所定のしきい値と比較し、リップルＲoutがしきい値を越える場合はステップＳ3の判断を「Ｙｅｓ」、つまり平滑コンデンサ２に開放異常が発生したとして、外部に警報を出力する（ステップＳ4）。
【００２６】
一方、異常判定部７は、ステップＳ3の判断が「Ｎｏ」の場合は、ステップS1の処理開始から所定時間Ｔsが経過したか否かを判断し（ステップS5）、この判断が「Ｙｅｓ」になると、ステップＳ1の処理を繰り返す。すなわち、異常判定部７は、所定時間Ｔsが経過する毎に、平滑コンデンサ２に開放異常が発生したか否かを判定し、開放異常が発生した場合には、この旨を示す警報を外部に出力する。
【００２７】
本実施形態によれば、サージ電圧ＶL，ＶH、入力電流のリップルＲinあるいは出力電流のリップルＲoutの何れかが所定のしきい値を超える程に大きい場合に、異常判定部７は、平滑コンデンサ２に開放異常が発生したと判定して外部に警報を出力する。したがって、本実施形態によれば、平滑コンデンサ２の開放異常の発生を外部に速やかに通知することができるので、平滑コンデンサ２の開放異常に対して速やかに対応することが可能である。例えば、平滑コンデンサ２の異常によって直流電源Ｐに与える高負荷の時間を短くできるので、直流電源を効果的に保護することができる。
【００２８】
このような平滑コンデンサ２の開放異常の判定方法は、平滑コンデンサ２の両端が開放するような異常、例えば平滑コンデンサ２の両端の何れかあるいは両方が何らかの原因で乖離した場合や平滑コンデンサ２の内部で両端が開放するような故障が発生した場合、つまり平滑コンデンサ２が入力端子１Ａ，１Ｂ間に回路素子として存在しなくなるような異常が発生した場合に、サージ電圧ＶL，ＶH、入力電流のリップルＲin及び出力電流のリップルＲoutが極端に大きくなるという知見に基づくものである。
【００２９】
本インバータ回路Ａにおいて平滑コンデンサ２が存在しなくなると、出力電流のリップルＲoutが極端に大きくなると共に、これに伴って入力電流のリップルＲin及びサージ電圧ＶL，ＶHも正常時に対して極端に大きくなる。したがって、本実施形態のように、サージ電圧ＶL，ＶH、入力電流のリップルＲinあるいは出力電流のリップルＲoutをモニタすることにより、平滑コンデンサ２の開放異常を的確に判定することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では三相交流を出力するインバータ回路Ａについて説明したが、本発明は、インバータ回路Ａに限定されるものではない。本発明は、三相交流以外の交流電力を出力するインバータ回路にも適用可能である。
【００３１】
（２）上記実施形態では、インバータ回路Ａの入力電流、インバータ回路Ａを構成するスイッチングトランジスタ３Ａ，３Ｂ（スイッチング素子）のサージ電圧ＶL，ＶH及びインバータ回路Ａの出力電流の３つの物理量を何れも検出して平滑コンデンサ２の開放異常を検知したが、これら３つの物理量のうち何れか１つあるいは２つを検出するようにしても良い。
【００３２】
（３）上記実施形態では、第１のスイッチングアームを構成するスイッチングトランジスタ３Ａ，３Ｂのサージ電圧ＶL，ＶHをモニタするようにしたが、第１のスイッチングアームに代えて、第２のスイッチングアームあるいは第３のスイッチングアームのサージ電圧をモニタするようにしても良い。または、第１〜第３のスイッチングアームのサージ電圧を全てモニタするようにしても良い。
【００３３】
（４）上記実施形態では、第１のスイッチングアームの出力電流をモニタするようにしたが、第１のスイッチングアームに代えて、第２のスイッチングアームあるいは第３のスイッチングアームの出力電流をモニタするようにしても良い。または、第１〜第３のスイッチングアームの出力電流を全てモニタするようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係わるインバータ回路Ａの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わるインバータ回路Ａの異常判定動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係わるインバータ回路Ａの各部波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ…インバータ回路、１Ａ，１Ｂ…入力端子、２…平滑コンデンサ、３Ａ〜３Ｆ…スイッチングトランジスタ、４Ａ〜４Ｃ…出力端子、５、６…電流センサ、７…異常判定部、Ｐ…直流電源、Ｌ…モータ（負荷）
【図１】
0005636625.tif 000002
【図２】
0005636625.tif 000003
【図３】
0005636625.tif 000004