(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータ出力電圧の直流分検出の方法として、検出器など、高価な部 品 を不要とし、安価なものを提供する。  【解決手段】インバータの交流出力電圧に含まれる直流成分を検出する電圧検出回 路において、少なくともローパスフィルタと、第１の演算増幅器と、第２の演算増 幅器とを含み、かつ第１の演算増幅器の電源のいずれかの電位は前記インバータの 交流出力端子のいずれかの電位と同じとし、第２の演算増幅器の電源の電位は前記 インバータの交流出力端子のいずれとも異なる電位とするようにし、第２の演算増 幅器として差動増幅器を用いて、制御回路に検出信号を伝達するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータの交流出力電圧に含まれる直流成分を検出する電圧検出回路であって、
少なくともローパスフィルタと、第１の演算増幅器と、第２の演算増幅器とを含み、かつ第１の演算増幅器の電源のいずれかの電位は前記インバータの交流出力端子のいずれかの電位と同じであり、第２の演算増幅器の電源の電位は前記インバータの交流出力端子のいずれとも異なる電位とすることを特徴としたインバータ出力電圧の直流成分検出回路。
【請求項２】
第２の演算増幅器は第1の演算増幅器の出力を増幅する差動増幅器により構成されることを特徴とする、請求項１に記載のインバータ出力電圧の直流成分検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインバータにより電力を供給される変圧器の、印加電圧に含まれる直流成分による偏磁の防止技術に関し、特に直流成分を検出する回路およびその回路への電源供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータは直流電圧を交流に変換して出力するが、制御誤差または、用いる半導体スイッチング素子やその駆動回路の特性バラツキにより、わずかながら出力電圧に直流成分が含まれる場合がある。インバータの負荷機器に変圧器があると、この直流成分により変圧器に偏磁を生じ、変圧器二次側の負荷に正常に電力を供給できなくなったり、はなはだしい場合には変圧器が磁気飽和に至ってその励磁電流が異常に増加し、インバータ、変圧器または接続されている他の回路部品に損傷を与える場合がある。
【０００３】
制御誤差による直流成分の発生は、制御方法を工夫することである程度回避できるが、半導体スイッチング素子やその駆動回路の特性バラツキによる直流成分発生は防止できない。また、最初に直流成分が零となるよう調整しておく方法もあるが、温度変化や経年変化によりずれが生じる懸念がある。したがって直流成分の発生を確実に抑制するには、実際に発生している直流成分を検出し、それが減少するようにインバータを制御する必要がある。
【０００４】
図３、図４、図５に従来の直流成分検出回路の例を示す。
【０００５】
図３は特許文献１に記載されているものであり、LCフィルタによりインバータ出力電圧、すなわち交流出力端U、V間電圧から交流成分を除去して、直流成分のみを検出し、絶縁アンプにより絶縁増幅して制御装置に伝達するものである。 
図３において、301はインバータ、302はその制御装置、303はリアクトル、304はコンデンサ、305は絶縁アンプである。
【０００６】
図４は特許文献２に記載されているものであり、インバータ出力と並列にリアクトルを接続する構成である。リアクトルは直流に対して極めてインピーダンスが小さいため、直流を含む電圧が印加された場合、リアクトルを流れる直流電流の割合が大きくなるので、その電流を検出することで直流電圧成分を検出することができる。
図４において、401はインバータ、402はその制御装置、403はリアクトル、404はホールCT等の電流検出器である。
【０００７】
図５は特許文献３に記載されているものであり、抵抗とコンデンサとからなるローパスフィルタで直流成分を検出し、演算増幅器（以下オペアンプと称する）による増幅器でこれを増幅して制御装置に伝達するものである。
図５において501はインバータ、502がその制御装置、503はローパスフィルタ、504は増幅器である。
【特許文献１】特許３２２８３８７号公報（図１〜図4）
【特許文献２】特開平６−２１７５５９号公報（図1）
【特許文献３】特開平５−１０３４８３号公報（図1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図３、図４の回路では直流分検出部と制御装置との間で絶縁して信号を伝達しているが、これを行うために絶縁アンプやホールＣＴ等の電流検出器など、高価な部品が必要となる。また、インバータが商用周波数の場合、用いるリアクトルはインダクタンスの大きなものが必要となり、同様に高価なものとなる。
【０００９】
図５の回路は比較的安価に構成できるが、制御回路のグランド電位がインバータ出力の一点(図５の例ではV端子)に固定されるので、これにより不都合が生じる場合には適用できない。たとえば、近年インバータのゲート駆動を安価に行うため、非絶縁のゲート駆動ICを用いる例が多いが、このためには制御回路のグランド電位は直流電源の負側電位と共通にする必要がある。
【００１０】
以上の説明のように、いずれの方式も、特に低コストであることを要求される小容量機への適用は困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、インバータの交流出力電圧に含まれる直流成分を検出する電圧検出回路において、少なくともローパスフィルタと、第１の演算増幅器と、第２の演算増幅器とを含み、かつ第１の演算増幅器の電源のいずれかの電位は前記インバータの交流出力端子のいずれかの電位と同じとし、第２の演算増幅器の電源の電位は前記インバータの交流出力端子のいずれとも異なる電位とするようにし、第２の演算増幅器として差動増幅器を用いて、制御回路に検出信号を伝達するようにした。
【発明の効果】
【００１２】
インバータ出力電圧の直流分検出のため、従来使用していたリアクトルや電流検出器などの高価な部品が不要となり、低コストの直流分検出回路を提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の要点は、インバータ出力の直流分検出として、第1の演算増幅器の電源の電位をインバータ出力のいずれかと同じにし、この出力を増幅する第２の演算増幅器として差動増幅器を使用し、この電源を第1の演算増幅器の電源とは別の電位とすることである。
【実施例１】
【００１４】
図１に本発明の第１の実施例を示す。
図１において、１はインバータ、２は直流電源、３はローパスフィルタ、４はオペアンプと抵抗による非反転増幅器、５はオペアンプと抵抗による差動増幅器、６は制御装置、７は抵抗、８，９はダイオード、１０，１１はコンデンサ、１２，１３はツェナーダイオードである。
【００１５】
インバータ交流出力電圧、すなわちU、V端子間電圧に含まれる直流成分をローパスフィルタ３により検出する。図１においては制御装置のグランド電位は直流電源２の負極電位と共通としているので、電位の異なる部分から電圧のみを抽出するため差動増幅器５を用いる。ここで差動増幅器５が正常に動作するためには、オペアンプの−入力端子および＋入力端子の対グランド電圧が、オペアンプの電源電圧(通常は±15V以下)よりも小さいことが必要である。このため回路の増幅率、すなわちR2/R1=R4/R3は、U、V端子とグランドとの電位差に応じた小さいもの、例えば1/100程度にする必要がある。
【００１６】
一方、インバータ１の出力電圧を100Vと仮定すると、含まれる直流成分はせいぜいその1%、すなわち1V以下であるので、ローパスフィルタ３の出力を直接差動増幅器５に入力した場合、差動増幅器５の出力は10mV以下となり、オフセット誤差やノイズ等により、十分な精度が得られなくなる。このため、非反転増幅器４によりローパスフィルタ３の出力を予め10倍程度に増幅しておくことにより、差動増幅器５の出力が実用上問題ない大きさ、例えば100mV程度となるようにする。
【００１７】
ここで非反転増幅器４のオペアンプに供給される電源は、差動増幅器５および制御装置６と電位の異なるものが必要であるが、その電力はわずかであるので、その電源回路はインバータ１の出力電圧を、抵抗７で電流を制限しつつダイオード８および９で整流し、コンデンサ１０および１１で平滑し、ツェナーダイオード１２および１３で所定の値にクランプして必要な正および負極性の電源を供給する等の方法で安価に構成できる。電源の構成方法はこれに限らず、たとえば制御装置６を動作させるための電源において、例えば電源内部の変圧器の巻線と整流回路を追加することにより、電位の異なる電源を構成する方法も可能である。
【実施例２】
【００１８】
図２に本発明の第２の実施例を示す。
これは三相出力インバータ回路への適用例であり、２１は三相インバータ、２２は直流電源、２３、２４はローパスフィルタ、２５、２６は非反転増幅器、２７、２８は差動増幅器、２９は制御装置である。
また、３０，３１は抵抗、３２〜３５はダイオード、３６、３７はコンデンサ、３８、３９はツェナーダイオードである。
【００１９】
この構成はV端子電位を基準に、U端子、W端子電圧の直流成分を、図１と同様の方法により検出するものである。U端子−W端子間電圧についてはU端子、W端子電圧から計算できるので検出は省略する。非反転増幅器２５、２６に用いるオペアンプのグランド電位は両方ともV端子電位であるので、共通の電源を用いることができる。電源の供給方法は実施例１で説明した図１と同様の原理による。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、インバータの出力に変圧器を備えた無停電電源装置、変圧器を用いた絶縁型のスイッチング電源の他に、負荷として電動機を使用する可変速駆動用インバータなどにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第1の実施例を示す回路例である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す回路例である。
【図３】従来技術を示す（ＬＣフィルタを用いた例）
【図４】従来技術を示す（直流電流検出器を用いた例）
【図５】従来技術を示す（ローパスフィルタを用いた例）
【符号の説明】
【００２２】
・  ２１、３０１、４０１、５０１・・・インバータ          
２、２２・・・直流電源            ３、２３，２４、５０３・・・ローパスフィルタ
４、２５、２６、５０４・・・演算増幅器          ５、２７、２８・・・差動増幅器
６、２９、３０２、４０２、５０２・・・制御装置
７、Ｒ１〜Ｒ４、３０、３１・・・抵抗        ８，９、３２〜３５・・・ダイオード
１０、１１、３６，３７、３０４・・・コンデンサ        ３０５・・・絶縁アンプ        
１２，１３，３８，３９・・・ツェナーダイオード        ４０４・・・電流検出器
３０３、４０３・・・リアクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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