(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から作られる直流電圧のプラス側およびマイナス側との間にそれぞれ接続されたプラス側のスイッチング素子とマイナス側のスイッチング素子による対構成の複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、直流電圧のプラス側に接続されたスイッチング素子の駆動回路の電源であるチャージポンプ回路のコンデンサと、前記コンデンサを充電するための駆動回路用電源および駆動回路用電源平滑コンデンサと、前記チャージポンプ回路のコンデンサを抑制充電する制御手段とを備え、前記制御手段は、商用電源投入直後の擬似交流波形出力時に、マイナス側のスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ状態のデューティと周期を任意に変化させ、突入電流抑制抵抗器を用いずに抑制充電することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
スイッチング素子がＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子である請求項１記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、擬似交流波形出力を発生するスイッチング素子の駆動回路にチャージポンプ方式を用いたインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータ装置はチャージポンプ方式の提案によって、スイッチング素子の駆動回路用電源の小型化が可能になった。
【０００３】
従来のチャージポンプ方式を用いたインバータ装置について以下説明する。
【０００４】
図３において、１は直流電圧源、２ａ〜２ｆはスイッチング素子、３ａ〜３ｃは直流電圧源１のプラス側に接続された（以下、上アームという）スイッチング素子を駆動する駆動回路であり、突入電流抑制抵抗器５ａおよびダイオード４ａを経て駆動回路３ａの電源となるコンデンサ６ａに所定の電圧が充電される。コンデンサ６ｂ、６ｃも同様に突入電流抑制抵抗器５ｂ、５ｃおよびダイオード４ｂ、４ｃを介して充電される。この時、コンデンサ６ａへの充電電流は突入電流抑制抵抗器５ａにて抑制される。３ｄは直流電圧源１のマイナス側に接続された（以下、下アームという）スイッチング素子２ｄを駆動する駆動回路である。７は駆動回路３ａのマイナス側電源ラインであり、８は駆動回路用電源、９は駆動回路用電源平滑コンデンサである。
【０００５】
なお、突入電流抑制抵抗器は、図示はしないがその機能を一つにまとめている場合もある。
【０００６】
上記のように構成されたインバータ装置は、スイッチング素子２ａ、２ｄを直流電圧源１に対してブリッジ状に接続し、直流電圧源１から出力される直流電圧を適宜スイッチングすることにより所定の擬似交流波形を出力する。
【０００７】
また、この上アームのスイッチング素子２ａを駆動する駆動回路３ａは突入電流抑制抵抗器５ａ、ダイオード４ａおよびコンデンサ６ａと共にチャージポンプ回路を構成している。すなわち駆動回路用電源８から所定の電圧が突入電流抑制抵抗器５ａおよびダイオード４ａを経てコンデンサ６ａに供給され、コンデンサ６ａを充電する。このコンデンサ６ａを電源として駆動回路３ａが駆動する。
【０００８】
なお下アームのスイッチング素子２ｄを駆動する駆動回路３ｄには駆動回路用電源８から直流電源が供給されるのでダイオードおよびコンデンサは備えていない。
【０００９】
次に、このインバータ装置の動作について説明をする。
【００１０】
制御回路からの所定の信号により、まず下アームのスイッチング素子２ｄがＯＮ状態になると、上アームの駆動回路３ａのマイナス側電源ライン７は、直流電圧源１のマイナス側電位とほぼ同じ電位にまで降下する。この時、上アーム用の駆動回路３ａのコンデンサ６ａは駆動回路用電源８から突入電流抑制抵抗器５ａおよびダイオード４ａを経て駆動回路用電源８とほぼ同電位にまで充電される。
【００１１】
次に、下アームのスイッチング素子２ｄがＯＦＦ状態になり、上アームのスイッチング素子２ａがＯＮ状態になると、上アームの駆動回路３ａのマイナス側電源ライン７の電位は、今度は直流電圧源１のプラス側電位とほぼ同じ電位にまで上昇する。この状態において、ダイオード４ａは逆流阻止状態となり、コンデンサ６ａの電荷は保たれ、コンデンサ６ａから駆動回路３ａに電源が供給され続ける。このように通常の波形出力時には、上アームおよび下アームのＰＷＭスイッチングにより自動的にコンデンサ６ａが充電される。
【００１２】
しかしながら、電源投入直後はコンデンサ６ａは十分に充電されておらず、また、その充電電流は突入電流抑制抵抗器５ａにより制限されるので、波形出力前に駆動回路３ａの電源となるコンデンサ６ａを充電するのに十分な時間、必ず下アームをＯＮする必要があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のインバータ装置では、波形出力前にできるだけ短時間で上アーム用の駆動回路の電源たるチャージポンプ回路のコンデンサを充電するため下アームを連続してＯＮするが、コンデンサの充電電流を抑制するための突入電流抑制抵抗器が必要であった。
【００１４】
また、図４に示すようにコンデンサ６ａへの充電を開始すると同時に駆動回路用電源電圧が変動し、最悪の場合にはスイッチング素子のゲート駆動電圧レベル以下となりインバータの機能がストップするという問題があった。
【００１５】
このため、電圧変動を抑えるために駆動回路用電源平滑コンデンサ９は、比較的大きな容量を必要としていた。
【００１６】
すなわち、突入電流抑制抵抗器や大きな駆動回路用電源平滑コンデンサを配置するスペースが必要であり、小型化や価格の面で問題があった。
【００１７】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、安価で小型化を実現するインバータ装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、商用電源から作られる直流電圧のプラス側およびマイナス側との間にそれぞれ接続されたプラス側のスイッチング素子とマイナス側のスイッチング素子による対構成の複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、直流電圧のプラス側に接続されたスイッチング素子の駆動回路の電源であるチャージポンプ回路のコンデンサと、前記コンデンサを充電するための駆動回路用電源および駆動回路用電源平滑コンデンサと、商用電源投入直後の擬似交流波形出力時に、マイナス側のスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ状態のデューティと周期を任意に変化させチャージポンプ回路のコンデンサを突入電流抑制抵抗器を用いずに抑制充電する制御手段を備えたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために本発明は、商用電源から作られる直流電圧のプラス側およびマイナス側との間にそれぞれ接続されたプラス側のスイッチング素子とマイナス側のスイッチング素子による対構成の複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、直流電圧のプラス側に接続されたスイッチング素子の駆動回路の電源であるチャージポンプ回路のコンデンサと、前記コンデンサを充電するための駆動回路用電源および駆動回路用電源平滑コンデンサと、商用電源投入直後の擬似交流波形出力時に、マイナス側のスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ状態のデューティと周期を任意に変化させチャージポンプ回路のコンデンサを突入電流抑制抵抗器を用いずに抑制充電する制御手段とを備えたインバータ装置である。
【００２０】
また、スイッチング素子がＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子である請求項１記載のインバータ装置である。
【００２１】
このように、商用電源投入直後の擬似交流波形出力時に、マイナス側のスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ状態のデューティと周期を任意に変化させることで駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を小さくすることができ、突入電流抑制抵抗器を不要にできる。
【００２２】
また、絶縁ゲート入力を持つ電力スイッチング素子に用いれば、特に小型化が可能になる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１において、１は商用交流電源を整流した直流電圧源、２ａ〜２ｆは絶縁ゲート入力のスイッチング素子でＩＧＢＴ、３ａ〜３ｃは上アームのスイッチング素子を駆動する駆動回路で、ダイオード４ａを介して駆動回路３ａの電源となるコンデンサ６ａに所定の電圧が充電される。コンデンサ６ｂ、６ｃも同様にダイオード４ｂ、４ｃを介して充電され、チャージポンプ回路を構成している。７は駆動回路３ａのマイナス側電源ラインである。３ｄ〜３ｆは下アームのスイッチング素子２ｄ〜２ｆを駆動する駆動回路、８は駆動回路用電源、１０は制御手段のＰＷＭ信号発生手段のマイコンであり、駆動回路３ａ〜３ｆを介してスイッチング素子２ａ〜２ｆをＯＮ、ＯＦＦさせる信号を発生する。
【００２５】
従来例と構成上で異なるのは、チャージポンプ回路に突入電流抑制抵抗器を備えていない点と、制御手段１０の制御内容である。
【００２６】
本実施例のインバータ装置は、通常、スイッチング素子２ａ〜２ｆを直流電圧源１に対してブリッジ状に接続し、直流電圧源１から出力される直流電圧を適宜スイッチングすることにより所定の擬似交流波形を出力するが、従来例と同様に商用電源を投入した直後は、コンデンサ６ａが十分に充電されておらず、波形出力前にコンデンサ６ａを充電するのに十分な時間、必ず下アームをＯＮする必要がある。
【００２７】
このとき、図２に示すように、最初の波形出力をするまではコンデンサ６ａを十分に充電すると共に、駆動回路用電源８の電圧変動がゲート駆動電圧レベルに対し十分余裕を保つように下アームのＯＮ状態、ＯＦＦ状態のデューティを制御している。
【００２８】
つまり、最初の波形出力までは、下アームのＯＮ、ＯＦＦ状態のデューティ比を変えたり、デューティの周期を変えることで駆動回路用電源電圧がゲート駆動電圧レベル以下にならないように制御する。
【００２９】
これにより、従来例に比べて充電時間は実用範囲内で少し長くなるが、駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を小さくでき、突入電流抑制抵抗器を用いなくてもチャージポンプ回路のコンデンサの充電電流を抑制することができる。
【００３０】
このように、突入電流抑制抵抗器が不要かつ駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を小さくできるので、小型で安価なインバータ装置の提供が可能である。
【００３１】
なお、本実施例では三相ブリッジ構成のインバータについて説明したが、スイッチング素子を４個用いた単相インバータにも適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
また、バイポーラトランジスタにも実施できるが、絶縁ゲート入力のスイッチング素子であるＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴなどで実施した方が小型化の効果は大きい。
【００３３】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように本発明によれば、商用電源を投入した直後の最初の波形出力まで下アームのスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ状態のデューティを制御することで、駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を小さくでき、突入電流抑制抵抗器を使用することなくチャージポンプ回路のコンデンサを実用範囲内の時間で充電できる。
【００３４】
このように、突入電流抑制抵抗器が不要かつ駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を小さくできるので、小型で安価なインバータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるインバータ装置の回路構成図
【図２】本発明のチャージポンプ回路のコンデンサ充電時の動作波形図
【図３】従来のインバータ装置の回路構成図
【図４】従来のチャージポンプ回路のコンデンサ充電時の動作波形図
【符号の説明】
１    直流電圧源
２ａ〜２ｆ  スイッチング素子
３ａ〜３ｆ  駆動回路
６ａ〜６ｃ  コンデンサ
８    駆動回路用電源
９    駆動回路用電源平滑コンデンサ
１０  制御手段（ＰＷＭ信号発生器）
【図１】
0003614064.tif 000002
【図２】
0003614064.tif 000003
【図３】
0003614064.tif 000004
【図４】
0003614064.tif 000005