(57)【要約】【課題】負荷からの回生電力から電力変換装置本体を保護することのできる簡易な構成の電力変換装置を提供する。【解決手段】電源電圧を入力して負荷を駆動する電力変換装置本体（インバータ装置）と、この電力変換装置本体に加わる過電圧から該電力変換装置本体を保護するブレーキ回路とを具備し、前記ブレーキ回路は、前記電力変換装置本体に加わる電圧が所定値を超えたときに導通して前記電力変換装置本体に加わる電圧を抑制するツェナーダイオードを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
2014138532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を入力して負荷を駆動する電力変換装置本体と、この電力変換装置本体に加わる過電圧から該電力変換装置本体を保護するブレーキ回路とを具備し、
前記ブレーキ回路は、前記電力変換装置本体に加わる電圧が所定値を超えたときに導通して前記電力変換装置本体に加わる電圧を抑制するツェナーダイオードを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記ブレーキ回路は、導通時に前記電力変換装置本体に対するバイパス電流路を形成して過剰電力を消費する半導体スイッチ回路を備え、
前記ツェナーダイオードは、前記負荷からの回生電力により前記電力変換装置本体に加わる電圧が所定値を超えたときに導通して前記半導体スイッチ回路を駆動するものである請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ツェナーダイオードは、前記負荷からの回生電力により前記電力変換装置本体に加わる電圧が所定値を超えたときに導通して前記電力変換装置本体に加わる電圧を該ツェナーダイオードの降伏電圧に制限するものである請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ツェナーダイオードは、前記電源電圧が加えられる正極ラインと、前記半導体スイッチ回路の制御端子との間に介装される請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ブレーキ回路は、前記ツェナーダイオード、または前記電源電圧を監視して該電源電圧が所定値を超えたときに保護信号を出力する制御回路により駆動されるものである請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷からの回生電力に対する保護機能を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の負荷を駆動する駆動装置として、インバータ装置に代表される電力変換装置が多く用いられている。この種の電力変換装置は、概略的には商用電源を整流した入力電源電圧を、ＩＧＢＴやＭＯＳ-ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を介してスイッチングして前記負荷（モータ）を駆動する電力、例えば三相交流電力を生成するように構成される。
【０００３】
具体的には前記電力変換装置１は、図３にその要部概略構成を示すように、直流電源電圧Ｖinをスイッチングして負荷（モータ）Ｍを駆動する三相交流電力を生成する電力変換装置本体（インバータ装置）２と、この電力変換装置本体２に並列に設けられて該電力変換装置本体２を過電圧から保護するブレーキ回路３とを備える。尚、図中４は電源スイッチ（遮断器）であり、５は入力交流電圧Ｖacを整流する整流回路、そして６は上記整流回路５の出力電圧を平滑する入力コンデンサ（平滑コンデンサ）である。この入力コンデンサ６を介して得られる直流電源電圧Ｖinが、前記電力変換装置本体２に供給される。
【０００４】
ここで前記ブレーキ回路３は、例えば前記直流電源電圧Ｖinの電源ライン間に介装された、抵抗３ａと半導体スイッチ素子（例えばＩＧＢＴ）３ｂとの直列回路（半導体スイッチ回路）、および前記抵抗３ａに並列接続されたサージ電圧吸収用のダイオード３ｃとからなる。このブレーキ回路３は、前記半導体スイッチ素子３ｂの導通時に前記電力変換装置本体２に対する電流バイパス路を形成し、前記抵抗３ａを介して電流を流して電力消費することで前記電力変換装置本体２に加わる直流電源電圧Ｖinを抑制（低減）する役割を担う。
【０００５】
また前記ブレーキ回路３を駆動する制御回路７は、例えば前記直流電源電圧Ｖinを降圧して検出するＤＣ・ＤＣコンバータ７ａと、このＤＣ・ＤＣコンバータ７ａが検出した電圧と基準電圧とを比較する比較器７ｂを備える。そして前記制御回路７は、前記比較器７ｂにて所定値（保護電圧）を超える直流電源電圧Ｖinが検出されたときに駆動回路７ｃを付勢し、該駆動回路７ｃが出力する保護信号により前記ブレーキ回路３の前記半導体スイッチ素子３ｂを導通駆動するように構成される。
【０００６】
このようにして前記直流電源電圧Ｖinを監視し、該直流電源電圧Ｖinが過電圧となったときに前記ブレーキ回路３を駆動して前記電力変換装置本体２を保護する機能については、例えば特許文献１に詳しく紹介される通りである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２７４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで上述した電力変換装置１により駆動される前記負荷（モータ）Ｍに制動力が加わると該負荷Ｍに回生電力が生起される。すると回生電力の生起に伴って前記電力変換装置１に流れ込む回生電流によって前記直流電源電圧Ｖinが上昇する。しかし一般的には前記制御回路７の応答特性（動作遅れ）に比較して、前記回生電流による前記直流電源電圧Ｖinの上昇が急激である。この為、前記ブレーキ回路３において前記回生電力に起因する前記直流電源電圧Ｖinの上昇に対応することが困難である。この結果、過電圧によって前記電力変換装置本体２のみならず、前記入力コンデンサ６等が損傷する虞がある。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、直流電源電圧Ｖinの急激な上昇を引き起こす負荷からの回生電力を速やかに吸収して前記電力変換装置本体を過電圧から保護することのできる簡易な構成の電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するべく本発明に係る電力変換装置は、電源電圧を入力して負荷を駆動する電力変換装置本体と、この電力変換装置本体に加わる過電圧から該電力変換装置本体を保護するブレーキ回路とを具備したものであって、
特に前記ブレーキ回路に、前記電力変換装置本体に加わる電圧が所定値を超えたときに導通して前記電力変換装置本体に加わる電圧を抑制するツェナーダイオードを設けたことを特徴としている。
【００１１】
具体的には前記ブレーキ回路は、例えば導通時に前記電力変換装置本体に対するバイパス電流路を形成して過剰電力を消費する半導体スイッチ回路を備えたものであり、前記ツェナーダイオードは、前記負荷からの回生電力により前記電力変換装置本体に加わる電圧が所定値を超えたときに導通して前記半導体スイッチ回路を駆動するように設けられる。また同時に前記ツェナーダイオードは、その導通によって前記電力変換装置本体に加わる電圧を該ツェナーダイオードの降伏電圧に制限する役割を担う。
【００１２】
ちなみに前記ツェナーダイオードは、例えば前記電源電圧が加えられる正極ラインと、前記半導体スイッチ回路の制御端子との間に介装される。そして前記ブレーキ回路は、好ましくは前記ツェナーダイオードにより、若しくは前記電源電圧を監視して該電源電圧が所定値を超えたときに保護信号を出力する制御回路により駆動されるように設けられる。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の電力変換装置によれば、負荷からの回生電力によって電力変換装置本体に加えられる直流電源電圧が前記ツェナーダイオードの降伏電圧を超えたとき、該ツェナーダイオードに流れる電流によってブレーキ回路における半導体スイッチ回路が速やかに導通駆動される。すると前記ブレーキ回路を駆動する制御回路の応答特性が悪くても前記半導体スイッチ回路における抵抗に回生電流が流れて回生電力が速やかに消費される。
【００１４】
この結果、回生電力に起因する前記直流電源電圧の上昇が効果的に抑制され、過電圧から前記電力変換装置本体を保護してその損傷を未然に防ぐことが可能となる。しかも、例えば前記電源電圧が加えられる正極ラインと前記半導体スイッチ回路の制御端子との間にツェナーダイオードを介装すると言う簡易な構成にて、回生電力から電源装置本体を効果的に保護することができ、その実用的利点が多大である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の要部概略構成図。
【図２】本発明の別の実施形態に係る電力変換装置の要部概略構成図。
【図３】従来一般的な過電圧保護機能（ブレーキ回路）を備えた電力変換装置の要部概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る電力変換装置について説明する。
【００１７】
本発明に係る電力変換装置１は、基本的には図３に示した従来の電力変換装置と同様に電力変換装置本体（インバータ回路）２と、この電力変換装置本体２に並列接続されたブレーキ回路３とを備えて構成される。従って従来装置と同一部分には同一符号を付し、その説明については省略する。
【００１８】
この実施形態に係る電力変換装置１は、図１に要部概略構成図を示すように、直流電源電圧Ｖinの正極ラインと、前記ブレーキ回路３における半導体スイッチ３ｂのゲート（半導体スイッチ回路の制御端子）との間にツェナーダイオード８を介装したことを特徴としている。このツェナーダイオード８は、例えば前記直流電源電圧Ｖinの上昇から前記電力変換装置本体２を保護する上での、予め設定された最大制限電圧（保護電圧）と同程度の降伏電圧特性を有するものからなる。
【００１９】
具体的には前記電力変換装置本体２が２００Ｖの交流電圧Ｖacを出力して前記負荷Ｍを駆動するインバータ装置である場合には、例えば３５０Ｖの降伏電圧特性を有するツェナーダイオード８が用いられる。或いは前記電力変換装置本体２が４００Ｖの交流電圧Ｖacを出力して前記負荷Ｍを駆動するインバータ装置である場合には、例えば８００〜８５０Ｖの降伏電圧特性を有するツェナーダイオード８が用いられる。
【００２０】
尚、ツェナーダイオード８は、そのアノード・カソード間に加わる逆電圧が当該ツェナーダイオード８の降伏電圧Ｖzdを超えたとき、カソードからアノードに向けてアバランシェ降伏による電流を流す特性を有する。この際、前記ツェナーダイオード８は、そのアノード・カソード間に加わる逆電圧を上記降伏電圧Ｖzdに規定する作用を呈することは周知であり、今更説明するまでもない。
【００２１】
このようなツェナーダイオード８を備えて構成される電力変換装置１によれば、該電力変換装置１が駆動する負荷（モータ）Ｍに制動力が加わり、これによって該負荷Ｍにも生起された回生電力が前記電力変換装置１に加わっても、この回生電力から前記電力変換装置１を効果的に保護することができる。即ち、前記負荷（モータ）Ｍからの回生電流が前記電力変換装置１側に流れ込むと、これによって前記直流電源電圧Ｖinが上昇する。しかもこの回生電流に起因する前記直流電源電圧Ｖinの上昇は、一般的には急激である。
【００２２】
そして前記直流電源電圧Ｖinの上昇に伴って該直流電源電圧Ｖinが前記ツェナーダイオード８の降伏電圧Ｖzdを超える（上回る）と、これによって該ツェナーダイオード８にアバランシェ降伏が生じる。この結果、前記直流電源電圧Ｖinの上昇に伴って前記ツェナーダイオード８に電流が流れ、この電流によって前記ブレーキ回路３における前記半導体スイッチ３ｂ導通駆動される。
【００２３】
すると前記半導体スイッチ３ｂの導通により、前記回生電流が前記抵抗３ａを介して流れて消費され、これによって前記直流電源電圧Ｖinの上昇が抑えられる。そして前記直流電源電圧Ｖinは、前記ツェナーダイオード８の降伏電圧Ｖzdに規定される。このツェナーダイオード８による前記半導体スイッチ３ｂの導通駆動は、前記ＤＣ・ＤＣコンバータ７ａ等の応答遅れがある前記制御回路７による前記ブレーキ回路３（半導体スイッチ３ｂ）の導通制御に先立って行われる。
【００２４】
その後、前記制御回路７が前記直流電源電圧Ｖinの上昇を検出して、前記ブレーキ回路３の半導体スイッチ３ｂを導通駆動する。そしてこの制御回路７による前記ブレーキ回路３の駆動は、前記直流電源電圧Ｖinが前記電力変換装置本体２に対する前記保護電圧以下に低下するまで継続して実行される。この結果、前記ツェナーダイオード８と前記制御回路７とによる前記ブレーキ回路３の駆動により、前記電力変換装置本体２が過電圧から効果的に保護される。特に前記ツェナーダイオード８の作用により、回生電力による前記直流電源電圧Ｖinの急激な上昇に対しても、前記電力変換装置本体２を簡易にして効果的に過電圧から保護することが可能となる。
【００２５】
従って上記構成の電力変換装置１によれば、ブレーキ回路３を駆動するツェナーダイオード８を設けると言う簡易な構成により、負荷Ｍに生じる回生電力から電力変換装置本体２を確実に保護することが可能となる。しかも直流電源電圧Ｖinの上昇に対する前記制御回路７の応答特性が遅い場合であっても、或いは前記電源スイッチ（遮断器）４がオフ状態であって前記制御回路７が作動しない場合であっても、回生電力に起因する直流電源電圧Ｖinの上昇時に前記ブレーキ回路３を確実に動作させて前記電力変換装置本体２を確実に保護することができる。従ってその実用的利点が多大である。
【００２６】
ところで図２に示すように電力変換装置１が前述した制御回路７を備えていない場合であっても、前記ブレーキ回路３に対して前記ツェナーダイオード８が有効に作用する。この場合には、前記ツェナーダイオード８に負荷抵抗９を直列に接続し、この直列回路を前記電源電圧Ｖinの電源ライン間に介装する。そして前記ツェナーダイオード８を介して流れる電流により前記負荷抵抗９に生じる電圧を、前記ブレーキ回路３における前記半導体スイッチ３ｂに加えるように構成すれば良い。
【００２７】
このように構成された電力変換装置１によれば、前記負荷（モータ）Ｍからの回生電流によって前記電力変換装置１に加わる直流電源電圧Ｖinが前記ツェナーダイオード８の降伏電圧Ｖzdを超えたとき、該ツェナーダイオード８を介してアバランシェ降伏電流が流れる。するとこの電流によって前記負荷抵抗９に電圧降下が生じ、この電圧によって前記半導体スイッチ３ｂが導通する。この結果、先の実施形態と同様に前記抵抗３ａを介して電流が流れて前記回生電力が消費されるので、これによって直流電源電圧Ｖinを抑制し、前記電力変換装置本体２を過電圧から保護することが可能となる。従って先の実施形態と同様な効果が奏せられる。
【００２８】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば前記ツェナーダイオード８に流れる電流により前記半導体スイッチ３ｂを直接的に駆動することに代えて、前記ツェナーダイオード８に流れる電流によりフォトカプラの発光素子を駆動し、該フォトカプラの受光素子に得られる起電力にて前記半導体スイッチ３ｂを駆動することも可能である。また前記ブレーキ回路３についても、前記半導体スイッチ３ｂとしてＭＯＳ-ＦＥＴやバイポーラ・トランジスタを用いることが可能であり、更には、例えば回生電力を吸収するコンデンサ等を備えた構成として実現することも可能である。
【００２９】
また直流電源電圧Ｖinを監視して前記ブレーキ回路３を駆動する制御回路７についても、従来より種々提唱されている電源電圧監視回路を適宜採用することができる。更には前記電力変換装置本体２についても、その構成が限定されないことは言うまでもない。要は本発明に係る電力変換装置は、ツェナーダイオード８を用いて回生電力に起因する直流電源電圧Ｖinの過大な上昇を検出してブレーキ回路３を作動させ、これによって電力変換装置本体２を過電圧から保護することを特徴とするものであり、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  電力変換装置
２  電力変換装置本体
３  ブレーキ回路
３ａ  抵抗
３ｂ  半導体スイッチ（ＩＧＢＴ）
３ｃ  ダイオード
４  電源スイッチ（遮断器）
５  整流回路
６  入力コンデンサ（平滑コンデンサ）
７  制御回路
７ａ  ＤＣ・ＤＣコンバータ
７ｂ  比較器
７ｃ  駆動回路
８  ツェナーダイオード
９  負荷抵抗
Ｍ  負荷（モータ）
【図１】
2014138532.tif 000003
【図２】
2014138532.tif 000004
【図３】
2014138532.tif 000005