(57)【要約】【課題】インバータ回路の効率低下を最小限に抑えてサージ電圧の発生を抑制する制御回路を備えたインバータ駆動装置を提供する。【解決手段】駆動指令回路２がスイッチング指令信号Ｓ１によりインバータ部を制御してモータの回転を上昇させ、インバータ部の出力電流が大きくなると、電流センサがこれを検出し、電流／ＰＷＭ変換回路４及び絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０において、出力電流値が大きくなる程電圧が高くなる制御信号が生成される。制御信号は、コンパレータ５５ａ〜５５ｄにおいて抵抗５６ａ〜５６ｅに生成された各電圧レベルと比較され、コンパレータ５５ａ〜５５ｄの出力はＦＥＴ５８ａ〜５８ｄのスイッチングを制御する。コンパレータ５５ａ〜５５ｄは、制御信号の電圧が高い程ＦＥＴ５８ａ〜５８ｄにより接地するコンデンサの数を多くするので、ゲート抵抗５４との時定数によりＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度は遅くなる。【選択図】　図２
2004023880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路に備えられた複数のスイッチング素子のスイッチング制御端子を駆動するためのインバータ駆動装置において、
前記スイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの容量値を変更するための切り替え回路と、
前記インバータ回路の出力電流の大きさを検出する電流センサと、
前記インバータの起動時、または検出された前記インバータ回路の出力電流が大きい時に、前記切り替え回路を切り替えて、前記コンデンサの容量値を大きくする制御回路と
を備えたことを特徴とするインバータ駆動装置。
【請求項２】
インバータ回路に備えられた複数のスイッチング素子のスイッチング制御端子を駆動するためのインバータ駆動装置において、
前記スイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの容量値を変更するための切り替え回路と、
車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて、前記インバータ回路の出力電流を設定すると共に、設定された前記出力電流の大きさに応じて前記切り替え回路を切り替えて、前記コンデンサの容量値を変更する制御回路と
を備えたことを特徴とするインバータ駆動装置。
【請求項３】
前記制御回路は、設定された前記出力電流の大きさが大きい程、前記コンデンサの容量値を大きくするように前記切り替え回路を切り替えることを特徴とする請求項２に記載のインバータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路のスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦの制御を行うインバータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータ等の負荷を駆動するためのインバータ回路では、高電流をスイッチングした場合、スイッチング時の電流変化や回路のインダクタンス成分等の要因により、スイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする際に、スイッチング素子を破壊する要因に成り得るサージ電圧が発生する。このサージ電圧の発生を抑制するには、例えばインバータ回路を駆動するための駆動指令回路（例えば車両に搭載されたＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ　）とインバータ回路のスイッチング素子のスイッチング制御端子との間に挿入されたスイッチング制御端子をドライブするための抵抗の抵抗値の制御を行い、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせることが有効である。しかし、この方法ではサージ電圧は低下するものの、スイッチング素子のスイッチング損失が大幅に増大してしまうという問題が発生する。一方、サージ電圧に耐えるように素子耐圧のランクを上げると、スイッチング素子の導通損失が増大してしまうという問題がある。
【０００３】
特に、ハイブリット自動車等のように、通常の走行中の出力電流に対し、始動時や加速時の高トルクアシスト（補助駆動）時や減速時の高トルク回生時に非常に大きな電流をスイッチングする必要があるシステムにおいては、高電流時にサージ電圧がスイッチング素子の耐圧を超えないように設定した抵抗値のまま使用領域の全域をスイッチングした場合、通常の電流域で無駄にインバータ回路のスイッチング速度を遅らせることになり、通常の電流域での効率をひどく損なってしまう。
【０００４】
そのため、改善策として従来は、スイッチング時の出力電流や出力電圧を監視し、スイッチング時の出力電流や出力電圧が規定値を超えた場合にのみ、スイッチング制御端子をドライブする抵抗の抵抗値を制御することにより、インバータ回路のスイッチング速度を変更することが行われる。従って、インバータ回路には、その出力に出力電流や出力電圧を監視する監視手段が設けられ、またこれらの監視手段による出力電流や出力電圧の監視結果に基づいて、上述の抵抗の抵抗値を制御するためのスイッチ手段も設けられる。
【０００５】
また、このような装置としては、例えば、特開２００１−２６８９２６号公報に記載のものがある。この装置は、ゲート駆動制御回路により、インバータ回路の出力が過電流となりやすいインバータ回路の起動時には、インバータ回路を構成するスイッチング素子であるＩＧＢＴ（　Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）のゲート抵抗の抵抗値を大きくするか、もしくはゲート電圧を小さくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧によるスイッチング素子の破壊を防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置のように、ゲート抵抗の抵抗値を大きくすることは、ゲート抵抗での損失を大きくすることであり、ゲート抵抗自体が発熱したり、回路全体の消費電力が増える等の問題が発生する。
また、インバータ回路に設けられた出力電流や出力電圧を監視する監視手段は、スイッチング時の電流や電圧を測定するので、スイッチング時のノイズに対する耐性を備えたものでなければならないため、容易に構成することができるものではない。特に、監視手段がスイッチング時の出力電流や出力電圧が規定値を超えたことを検出してから、スイッチ手段がゲート抵抗の抵抗値を制御するまでの遅延時間があり、かつ、スイッチング時のノイズに対する耐性は大きくせざるを得ず、インバータ回路に監視手段を設けることは、基板の大型化やコストアップを招くと共に、その回路は容易に構成することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えてサージ電圧の発生を抑制することができる制御回路を備えたインバータ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るインバータ駆動装置は、インバータ回路（例えば実施の形態のインバータ部１）に備えられた複数のスイッチング素子（例えば実施の形態のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆ）のスイッチング制御端子を駆動するためのインバータ駆動装置において、前記スイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサ（例えば実施の形態のコンデンサ５７ａ〜５７ｄ）と、前記コンデンサの容量値を変更するための切り替え回路（例えば実施の形態のＦＥＴ５８ａ〜５８ｄ）と、前記インバータ回路の出力電流の大きさを検出する電流センサ（例えば実施の形態の電流センサ３）と、前記インバータの起動時、または検出された前記インバータ回路の出力電流が大きい時に、前記切り替え回路を切り替えて、前記コンデンサの容量値を大きくする制御回路（例えば実施の形態の電流／ＰＷＭ変換回路４及びコンパレータ５５ａ〜５５ｄや抵抗５６ａ〜５６ｅ、更に絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０）とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
以上の構成を備えたインバータ駆動装置は、インバータ回路の起動時、または電流センサにより検出したインバータ回路の出力電流が大きい場合には、制御回路が切り替え回路を切り替えて、スイッチング素子のスイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサの容量値を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明に係るインバータ駆動装置は、インバータ回路（例えば実施の形態のインバータ部１）に備えられた複数のスイッチング素子（例えば実施の形態のＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆ）のスイッチング制御端子を駆動するためのインバータ駆動装置において、前記スイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサ（例えば実施の形態のコンデンサ５７ａ〜５７ｄ）と、前記コンデンサの容量値を変更するための切り替え回路（例えば実施の形態のＦＥＴ５８ａ〜５８ｄ）と、車両の状態を検出するセンサ（例えば実施の形態の各種センサ類１６）からの信号に基づいて、前記インバータ回路の出力電流を設定すると共に、設定された前記出力電流の大きさに応じて前記切り替え回路を切り替えて、前記コンデンサの容量値を変更する制御回路（例えば実施の形態の駆動指令回路１５及びコンパレータ５５ａ〜５５ｄや抵抗５６ａ〜５６ｅ、更に絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０）とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
以上の構成を備えたインバータ駆動装置は、センサが取得した車両の状態から制御回路がインバータ回路の出力電流を設定すると共に、設定されたインバータ回路の出力電流の大きさに応じて、制御回路が切り替え回路を切り替えて、スイッチング素子のスイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサの容量値を変更することにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらインバータ回路を作動させることができる。
【００１２】
請求項３の発明に係るインバータ駆動装置は、請求項２に記載のインバータ駆動装置において、前記制御回路は、設定された前記出力電流の大きさが大きい程、前記コンデンサの容量値を大きくするように前記切り替え回路を切り替えることを特徴とする。
以上の構成を備えたインバータ駆動装置は、設定されたインバータ回路の出力電流が大きい場合には、制御回路が切り替え回路を切り替えて、スイッチング素子のスイッチング制御端子と接地点との間に接続されたコンデンサの容量値を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態のインバータ駆動装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のインバータ駆動装置と該インバータ駆動装置により駆動されるインバータ回路を含むインバータ装置を示す回路図である。第１の実施の形態では、サージ電圧の発生を抑制するために、インバータ回路の出力電流の大きさに応じて、コンデンサを用いてインバータ回路のスイッチング速度をフィードバック制御する場合のインバータ駆動装置について説明する。
【００１４】
図１において、本実施の形態のインバータ駆動装置を含むインバータ装置は、例えばスイッチング素子としてＩＧＢＴを３相ブリッジ接続したインバータ回路を備えたインバータ部１と、インバータ部１の各ＩＧＢＴのゲート端子を制御する駆動指令回路２と、インバータ部１の出力電流を検出する電流センサ３及び検出された電流を、該電流の大きさに応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換する電流／ＰＷＭ変換回路４とを備えている。そして、電流センサ３から出力される検出信号が駆動指令回路２と電流／ＰＷＭ変換回路４にそれぞれ入力されるよう接続されており、車両に備えられたアクセルセンサ５からモータ６の駆動を指示する指令信号が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２からは、インバータ部１に駆動信号が出力され、これにより、モータ駆動用電源７から供給された直流電力が３相交流電力に変換されモータ６駆動される。
【００１５】
なお、コンデンサ８は、電源電圧を安定させるための平滑コンデンサである。また、スイッチング素子として用いる素子は、ＩＧＢＴに限らず、逆阻止サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ　Ｔｕｒｎ　Ｏｆｆ　ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ　）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等を用いても良い。
また、駆動指令回路２は、車両に搭載されたＥＣＵの一部として実現されても良い。
【００１６】
また、インバータ部１は、３相ブリッジ接続したＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆと、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのそれぞれのコレクタ端子とエミッタ端子間に、カソード端子がコレクタ端子へ、アノード端子がエミッタ端子へそれぞれ接続されたＦＷＤ（Ｆｒｅｅ　Ｗｈｅｅｌｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：転流ダイオード）１２ａ〜１２ｆとを備えている。
更に、インバータ部１は、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのそれぞれのゲート端子に接続され、駆動指令回路２から供給された駆動信号によりＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆをＯＮ・ＯＦＦ制御すると共に、電流／ＰＷＭ変換回路４から供給された制御信号によりＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御するゲート制御回路１３ａ〜１３ｆを備えている。
【００１７】
なお、駆動指令回路２からインバータ部１へ供給される駆動信号は、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御方式の駆動信号であるスイッチング指令信号Ｓ１であって、駆動指令回路２は、アクセルセンサ５からモータ６の駆動を指示する信号が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２からインバータ部１の各ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子へ接続されたスイッチング指令信号Ｓ１により、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御する。
また、電流／ＰＷＭ変換回路４からインバータ部１へ供給される制御信号Ｓ２は、電流センサ３により検出されたインバータ部１の出力電流の大きさに基づいて、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御するための出力電流レベル信号であって、電流信号増幅回路４は、出力電流レベル信号Ｓ２によりＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御する。
【００１８】
次に、ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆについて図面を参照して説明する。ゲート制御回路１３ａ〜１３ｆは、全て同一の回路であるので、ここでは代表してゲート制御回路１３ａについて説明する。
図２は、ゲート制御回路１３ａを示す回路図であって、通常駆動を含めて全５モードの制御に対応する回路を一例として示す。
図２において、ゲート制御回路１３ａは、駆動指令回路２からＩＧＢＴ１１ａのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御するためのスイッチング指令信号Ｓ１を受けて、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統と、インバータ部１の出力電流の大きさに基づいてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御するための出力電流レベル信号Ｓ２を電流／ＰＷＭ変換回路４から受けて、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統に分類される。
【００１９】
まず、スイッチング指令信号Ｓ１を受けてＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統について説明すると、ＩＧＢＴ１１ａのＯＮ・ＯＦＦ制御を信号のＤｕｔｙ（デューティ）比で表したスイッチング指令信号Ｓ１は、駆動指令回路２から出力されて、バッファ５１を介してフォトカプラ５２へ入力される。フォトカプラ５２では、光を媒体に信号を中継することにより、フォトカプラ５２の入力端子と出力端子とを絶縁し、入力端子側と出力端子側との電位の差を許容して信号を中継することができる。そして、フォトカプラ５２の出力は、更にバッファ５３へ供給され、ゲート抵抗５４を介してゲート制御回路１３ａの出力として、該ゲート制御回路１３ａの出力に接続されたＩＧＢＴ１１ａのゲート端子に供給され、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する。
【００２０】
一方、電流／ＰＷＭ変換回路４から出力電流レベル信号Ｓ２を受けてＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御する系統について、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統を例にとって説明すると、まず電流／ＰＷＭ変換回路４から出力された出力電流レベル信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０へ入力される。絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０では、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を信号のデューティ比で表した出力電流レベル信号Ｓ２を、該デューティ比に対応する電圧レベルに変換する。そして、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０の出力は、コンパレータ５５ａ〜５５ｄへ供給され、ゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５６ａ〜５６ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較される。
また、コンパレータ５５ａ〜５５ｄの出力は、それぞれ、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　：電界効果トランジスタ）５８ａ〜５８ｄのゲート端子へ供給される。ＦＥＴ５８ａ〜５８ｄは、ＩＧＢＴ１１ａのゲート端子をドライブするためのゲート抵抗５４とゲート制御回路１３ａに接続されるＩＧＢＴ１１ａのゲート端子との間に一端を接続された４個のコンデンサ５７ａ〜５７ｄの接続を制御するスイッチ手段である。
【００２１】
ここで、ＦＥＴ５８ａ〜５８ｄのドレイン端子には、ゲート抵抗５４とＩＧＢＴ１１ａのゲート端子とに接続されたコンデンサ５７ａ〜５７ｄの反対側の端子が接続されており、ＦＥＴ５８ａ〜５８ｄのソース端子はグランド（接地点）に接続されている。すなわち、ＦＥＴ５８ａ〜５８ｄのゲート端子を制御してＦＥＴ５８ａ〜５８ｄをＯＮすると、コンデンサ５７ａ〜５７ｄが接地されることになる。
【００２２】
この時、ゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５６ａ〜５６ｅにより分圧して生成した各電圧レベルは、抵抗５６ａと抵抗５６ｂとの接続点をＶ１、抵抗５６ｂと抵抗５６ｃとの接続点をＶ２、抵抗５６ｃと抵抗５６ｄとの接続点をＶ３、抵抗５６ｄと抵抗５６ｅとの接続点をＶ４とすると、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４であるため、制御信号Ｓ２の電圧値が上昇すると、コンパレータ５５ａから順に出力がＨＩＧＨ（アクティブ）になる。従って、制御信号Ｓ２の電圧値が高ければ高い程、接地されるコンデンサの数は多くなる。
なお、スイッチ手段は、ＦＥＴ５８ａ〜５８ｄの代わりに、ＩＧＢＴの他、逆阻止サイリスタ、ＧＴＯ、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。
【００２３】
次に、図１と図２を参照して、本実施の形態のインバータ駆動装置の動作を説明する。図１と図２において、まず、例えばアクセルセンサ５からモータ６の駆動を指示する信号が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２がスイッチング指令信号Ｓ１によりインバータ部１の出力を制御してモータ６の回転を上昇させる。この時、インバータ部１の出力電流が大きくなると、電流センサ３がこれを検出し、電流／ＰＷＭ変換回路４において、インバータ部１へスイッチング速度を指示するための出力電流レベル信号Ｓ２に変換する。出力電流レベル信号Ｓ２は、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度をデューティ比で表した信号であって、電流センサ３の検出した電流値が大きくなる程、ディーティ比が大きい出力電流レベル信号Ｓ２に変換される。
【００２４】
また、出力電流レベル信号Ｓ２は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０へ入力される。ここで、出力電流レベル信号Ｓ２と絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０との対応関係は、検出されたインバータ部１の出力電流が大きい程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０の出力電圧が高くなる対応関係を持っている。すなわち、電流センサ３の検出した電流値が大きくなる程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０の出力する制御信号の電圧を高くするように制御する。この制御信号は、コンパレータ５５ａ〜５５ｄにおいてゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５６ａ〜５６ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較され、コンパレータ５５ａ〜５５ｄの出力はＦＥＴ５８ａ〜５８ｄのスイッチングを制御する。従って、電流センサ３の検出した電流値が大きくなる程多くのコンパレータの出力がアクティブになり、ＦＥＴ５８ａ〜５８ｄにより接地されるコンデンサの数が多くなるので、ゲート抵抗５４と接地されたコンデンサの合成容量とによる時定数が大きくなり、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度は遅くなる。
【００２５】
なお、上述の実施の形態では、インバータ部１の出力電流を監視して、出力電流が大きくなると、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子に接続されたコンデンサの容量値を大きくして、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度が遅くなるように制御したが、インバータ部１の出力が過電流となりやすいインバータ部１の起動時に、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子に接続されたコンデンサの容量値を大きくして、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度が遅くなるように制御し、サージ電圧の発生を抑制しても良い。
【００２６】
以上、第１の実施の形態として、インバータ回路の出力電流の大きさに応じて、コンデンサを用いてインバータ回路のスイッチング速度をフィードバック制御する場合のインバータ駆動装置について説明した。
以上説明したように、本実施の形態のインバータ駆動装置は、インバータ回路の起動時、または電流センサ３により検出されたインバータ回路の出力電流の大きさに基づいて、コンデンサ５７ａ〜５７ｄが接地される数を制御することにより、ゲート抵抗５４と接地されたコンデンサの合成容量とによる時定数で決定されるＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度をフィードバック制御し、ゲート抵抗での電力損失を発生させずに、ゲート抵抗の抵抗値を制御する場合よりもインバータ回路の効率低下を抑えつつサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態のインバータ駆動装置について説明する。
図３は、本発明の第２の実施の形態のインバータ駆動装置と該インバータ駆動装置により駆動されるインバータ回路を含むインバータ装置を示す回路図である。第２の実施の形態では、サージ電圧の発生を抑制するために、車両の状態を検出するセンサからの信号に基づいて設定されたインバータ回路の出力電流の大きさに応じて、コンデンサを用いてインバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合のインバータ駆動装置について説明する。
【００２８】
ここで、図３において、図１と同一の符号を付与した構成要素は、第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の構成要素であるので、ここでは説明を省略する。
図３において、新しい構成要素である駆動指令回路１５は、車両に備えられた各種センサ類１６（例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出するセンサ類）から得られた車両の状態に基づいて、インバータ部１の各ＩＧＢＴのゲート端子を制御し、モータ駆動用電源７から供給された直流電力を３相交流電力に変換してモータ６を駆動する。
また、インバータ部１は、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのそれぞれのゲート端子に接続され、駆動指令回路１５からの駆動信号及び制御信号により、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆをＯＮ・ＯＦＦ制御すると共に、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御するゲート制御回路１７ａ〜１７ｆを備えている。
【００２９】
なお、図３において設けられた電流センサ１８は、インバータ部１を用いてモータ６をＰＷＭ制御方式によりベクトル制御するために利用するものであって、本実施の形態ではフィードフォワード制御を行うことでサージ電圧の発生を抑制するので制御遅延がなく、かつ、電流センサ１８のノイズ電圧に対する耐性は、第１の実施の形態で利用したフィードバック制御用の電流センサ３よりも低くて良い。また、ＰＷＭ制御方式においてベクトル制御を行うのでなければ、電流センサ１８は必ずしも設ける必要はない。
【００３０】
また、駆動指令回路１５からインバータ部１へ供給される駆動信号は、第１の実施の形態と同様に、例えばＰＷＭ制御方式の駆動信号であるスイッチング指令信号Ｓ１であって、駆動指令回路１５は、駆動指令回路１５からインバータ部１の各ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆへ接続されたスイッチング指令信号Ｓ１により、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御する。
【００３１】
また、駆動指令回路１５からインバータ部１へ供給される制御信号は、車両に備えられたイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類１６から得られた車両の状態に基づいて、駆動指令回路１５が出力電流指令制御マップを参照して設定したインバータ部１の出力電流をインバータ部１へ指示するための信号であって、駆動指令回路１５は、指示する出力電流の量を、制御信号である出力電流レベル判定信号Ｓ３に変換してインバータ部１へ指示する。なお、出力電流レベル判定信号Ｓ３については、詳細を後述する。
【００３２】
次に、ゲート制御回路１７ａ〜１７ｆについて図面を参照して説明する。ゲート制御回路１７ａ〜１７ｆも、全て同一の回路であるので、ここでは代表してゲート制御回路１７ａについて説明する。
図４は、ゲート制御回路１７ａを示す回路図であって、通常駆動を含めて全５モードの制御に対応する回路を一例として示す。
図４において、ゲート制御回路１７ａは、駆動指令回路１５からＩＧＢＴ１１ａのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御するためのスイッチング指令信号Ｓ１を受けて、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統と、駆動指令回路１５から設定したインバータ回路の出力電流に基づいてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御するための出力電流レベル判定信号Ｓ３を受けて、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統に分類される。
【００３３】
ここで、図４においても、図２と同一の符号を付与した構成要素は、第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の構成要素であるので、ここでは説明を省略する。
すなわち、ゲート制御回路１７ａにおいて、スイッチング指令信号Ｓ１を受けてＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統は、第１の実施の形態で説明したゲート制御回路１３ａ〜１３ｆと同様であって、駆動指令回路１５から出力されたスイッチング指令信号Ｓ１は、バッファ５１を介してフォトカプラ５２へ入力される。そして、フォトカプラ５２の出力は、更にバッファ５３ａへ供給され、ゲート抵抗５４ａを介してゲート制御回路１７ａの出力として、該ゲート制御回路１７ａの出力に接続されたＩＧＢＴ１１ａのゲート端子に供給され、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する。
【００３４】
一方、駆動指令回路１５から出力電流レベル判定信号Ｓ３を受けてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統について説明すると、駆動指令回路１５から出力された出力電流レベル判定信号Ｓ３は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０へ入力される。絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０では、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表した出力電流レベル判定信号Ｓ３を、該デューティ比に対応する電圧レベルに変換する。そして、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０の出力は、コンパレータ５５ａ〜５５ｄへ供給され、ゲート制御回路１３ａの電源電圧を抵抗５６ａ〜５６ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較される。
【００３５】
なお、コンパレータ５５ａ〜５５ｄの出力がＦＥＴ５８ａ〜５８ｄのゲート端子を制御して、コンデンサ５７ａ〜５７ｄの接続を変更し、接地されるコンデンサの数を制御する動作は、第１の実施の形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。
また、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０は、例えば入出力信号をトランス結合することで容易に実現することができる。
【００３６】
次に、図３と図４を参照して、本実施の形態のインバータ駆動装置の動作を説明する。図３と図４において、まず、例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類１６から車両の状態が駆動指令回路１５へ入力されると、駆動指令回路１５は、出力電流指令制御マップを参照して、インバータ部１の出力電流を設定する。そして、設定されたインバータ部１の出力電流を、インバータ部１へ指示するための出力電流レベル判定信号Ｓ３に変換する。出力電流レベル判定信号Ｓ３は、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表した信号であって、以下の表１に示すように、インバータ部１の出力電流Ｉ０の大きさ毎に出力電流１から出力電流ｎのｎ種類の出力電流レベル判定信号Ｓ３に変換される。
【表１】
2004023880.tif 000003
【００３７】
また、出力電流レベル判定信号Ｓ３は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０へ入力される。ここで、出力電流レベル判定信号Ｓ３と絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０との対応関係は、設定されたインバータ部１の出力電流が大きい程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０の出力電圧が高くなる対応関係を持つ。
すなわち、駆動指令回路１５が設定したインバータ部１の出力電流の電流値が大きくなる程、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０の出力する制御信号の電圧を高くするように制御する。この制御信号は、コンパレータ５５ａ〜５５ｄにおいてゲート制御回路１７ａの電源電圧を抵抗５６ａ〜５６ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較され、コンパレータ５５ａ〜５５ｄの出力はＦＥＴ５８ａ〜５８ｄのスイッチングを制御する。
【００３８】
従って、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０の出力する制御信号の電圧が高い程、出力がアクティブになるコンパレータが多くなり、ＦＥＴ５８ａ〜５８ｄにより接地されるコンデンサの数が多くなるので、ゲート抵抗５４と接地されたコンデンサの合成容量とによる時定数が大きくなり、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度は遅くなる。
【００３９】
なお、上述の各種センサ類１６から入力された車両の状態から、インバータ部１の出力電流を設定するための出力電流指令制御マップは、予め車両を各種の環境下において、車両の状態とインバータ部１の出力電流との関係を実験的に測定してマップ化することで、容易に作成することができる。
また、出力電流レベル判定信号Ｓ３の場合分けに対してコンデンサの数を少なくし、出力電流レベル判定信号Ｓ３が異なっても、場合によっては同じ容量値になるように接地するコンデンサの数を制御しても良い。
【００４０】
以上、第２の実施の形態として、車両の状態に基づいて設定されたインバータ回路の出力電流の大きさに応じて、コンデンサを用いてインバータ回路のスイッチング速度をフィードフォワード制御する場合のインバータ駆動装置について説明した。
以上説明したように、本実施の形態のインバータ駆動装置は、駆動指令回路１５が設定したインバータ部１の出力電流の大きさに基づいて、コンデンサ５７ａ〜５７ｄが接地される数を制御することにより、ゲート抵抗５４と接地されたコンデンサの合成容量とによる時定数で決定されるＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御し、ゲート抵抗での電力損失を発生させずに、ゲート抵抗の抵抗値を制御する場合よりもインバータ回路の効率低下を抑えつつサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００４１】
更に、駆動指令回路１５が設定したインバータ部１の出力電流の大きさに基づいてフィードフォワード制御を行うので、インバータ部１の出力電流を検出してサージ電圧の発生を想定するための電流センサが必要なくなる。また、ＰＷＭ制御のために必要な電流センサ１８も、サージ電圧の抑制のための制御がフィードフォワード制御であるため制御遅延が発生せず、かつ、ノイズ電圧に対する耐性も、サージ電圧の発生を想定するための電流センサよりも低いものが利用できるようになる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に記載のインバータ駆動装置によれば、インバータ回路の起動時、または電流センサにより検出したインバータ回路の出力電流が大きい場合には、スイッチング制御端子に接続されたコンデンサの容量値を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、ゲート抵抗の抵抗値を制御してインバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御する場合に比較して、インバータ回路の効率低下を抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。
【００４３】
請求項２、３に記載のインバータ駆動装置によれば、センサが取得した車両の状態から設定されたインバータ回路の出力電流の大きさに応じて、スイッチング制御端子に接続されたコンデンサの容量値を変更することにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらインバータ回路を作動させることができる。特に、設定されたインバータ回路の出力電流が大きい場合には、コンデンサの容量値を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、実際にインバータ回路の出力電圧や出力電流を検出するセンサ等の、ノイズ電圧に耐えてインバータ回路の出力を監視する監視手段を用いることなく、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。また制御遅延が発生せず、短時間で確実なサージ電圧抑制を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインバータ駆動装置を含むインバータ装置を示す回路図である。
【図２】同実施の形態のゲート制御回路を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のインバータ駆動装置を含むインバータ装置を示す回路図である。
【図４】同実施の形態のゲート制御回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１　　インバータ部
２　　駆動指令回路
３　　電流センサ
４　　電流／ＰＷＭ変換回路
１１ａ〜１１ｆ　　ＩＧＢＴ
１３ａ〜１３ｆ　　ゲート制御回路
１５　　駆動指令回路
１６　　各種センサ類
１７ａ〜１７ｆ　　ゲート制御回路
５４　　ゲート抵抗
５５ａ〜５５ｄ　　コンパレータ
５６ａ〜５６ｅ　　抵抗
５７ａ〜５７ｄ　　コンデンサ
５８ａ〜５８ｄ　　ＦＥＴ
６０　　絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路
【図１】
2004023880.tif 000004
【図２】
2004023880.tif 000005
【図３】
2004023880.tif 000006
【図４】
2004023880.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月5日(2002.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図１において、本実施の形態のインバータ駆動装置を含むインバータ装置は、例えばスイッチング素子としてＩＧＢＴを３相ブリッジ接続したインバータ回路を備えたインバータ部１と、インバータ部１の各ＩＧＢＴのゲート端子を制御する駆動指令回路２と、インバータ部１の出力電流を検出する電流センサ３及び検出された電流を、該電流の大きさに応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換する電流／ＰＷＭ変換回路４とを備えている。そして、電流センサ３から出力される検出信号が駆動指令回路２と電流／ＰＷＭ変換回路４にそれぞれ入力されるよう接続されており、車両に備えられたアクセルセンサ５からモータ６の駆動を指示する指令信号が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２からは、インバータ部１に駆動信号が出力され、これにより、モータ駆動用電源７から供給された直流電力が３相交流電力に変換されモータ６が駆動される。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
なお、駆動指令回路２からインバータ部１へ供給される駆動信号は、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御方式の駆動信号であるスイッチング指令信号Ｓ１であって、駆動指令回路２は、アクセルセンサ５からモータ６の駆動を指示する信号が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２からインバータ部１の各ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート端子へ接続されたスイッチング指令信号Ｓ１により、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合を変えて出力電圧を制御する。
また、電流／ＰＷＭ変換回路４からインバータ部１へ供給される制御信号Ｓ２は、電流センサ３により検出されたインバータ部１の出力電流の大きさに基づいて、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御するための出力電流レベル信号であって、電流／ＰＷＭ変換回路４は、出力電流レベル信号Ｓ２によりＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を制御する。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
次に、図１と図２を参照して、本実施の形態のインバータ駆動装置の動作を説明する。図１と図２において、まず、例えばアクセルセンサ５からモータ６の駆動を指示する信号が駆動指令回路２へ入力されると、駆動指令回路２がスイッチング指令信号Ｓ１によりインバータ部１の出力を制御してモータ６の回転を上昇させる。この時、インバータ部１の出力電流が大きくなると、電流センサ３がこれを検出し、電流／ＰＷＭ変換回路４において、インバータ部１へスイッチング速度を指示するための出力電流レベル信号Ｓ２に変換する。出力電流レベル信号Ｓ２は、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度をデューティ比で表した信号であって、電流センサ３の検出した電流値が大きくなる程、デューティ比が大きい出力電流レベル信号Ｓ２に変換される。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
なお、図３において設けられた電流センサ１８は、インバータ部１を用いてモータ６をＰＷＭ制御方式によりベクトル制御するために利用するものであって、本実施の形態ではフィードフォワード制御を行うことでサージ電圧の発生を抑制するので制御遅延がなく、かつ、電流センサ１８のノイズに対する耐性は、第１の実施の形態で利用したフィードバック制御用の電流センサ３よりも低くて良い。また、ＰＷＭ制御方式においてベクトル制御を行うのでなければ、電流センサ１８は必ずしも設ける必要はない。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
ここで、図４においても、図２と同一の符号を付与した構成要素は、第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の構成要素であるので、ここでは説明を省略する。
すなわち、ゲート制御回路１７ａにおいて、スイッチング指令信号Ｓ１を受けてＩＧＢＴ１１ａを駆動する系統は、第１の実施の形態で説明したゲート制御回路１３ａ〜１３ｆと同様であって、駆動指令回路１５から出力されたスイッチング指令信号Ｓ１は、バッファ５１を介してフォトカプラ５２へ入力される。そして、フォトカプラ５２の出力は、更にバッファ５３へ供給され、ゲート抵抗５４を介してゲート制御回路１７ａの出力として、該ゲート制御回路１７ａの出力に接続されたＩＧＢＴ１１ａのゲート端子に供給され、ＩＧＢＴ１１ａを駆動する。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
一方、駆動指令回路１５から出力電流レベル判定信号Ｓ３を受けてＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を制御する系統について説明すると、駆動指令回路１５から出力された出力電流レベル判定信号Ｓ３は、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０へ入力される。絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０では、ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表した出力電流レベル判定信号Ｓ３を、該デューティ比に対応する電圧レベルに変換する。そして、絶縁型ＰＷＭ／電圧変換回路６０の出力は、コンパレータ５５ａ〜５５ｄへ供給され、ゲート制御回路１７ａの電源電圧を抵抗５６ａ〜５６ｅにより分圧して生成した各電圧レベルとそれぞれ比較される。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
次に、図３と図４を参照して、本実施の形態のインバータ駆動装置の動作を説明する。図３と図４において、まず、例えばイグニッションやアクセル、ブレーキ、車速、更にはギヤ等の状態を検出する各種センサ類１６から車両の状態が駆動指令回路１５へ入力されると、駆動指令回路１５は、出力電流指令制御マップを参照して、インバータ部１の出力電流を設定する。そして、設定されたインバータ部１の出力電流を、インバータ部１へ指示するための出力電流レベル判定信号Ｓ３に変換する。出力電流レベル判定信号Ｓ３は、ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのスイッチング速度を信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比で表した信号であって、以下の表１に示すように、インバータ部１の出力電流Ｉ０の大きさ毎に出力電流１から出力電流ｎのｎ種類の出力電流レベル判定信号Ｓ３に変換される。
【表１】
2004023880.tif 000008
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
更に、駆動指令回路１５が設定したインバータ部１の出力電流の大きさに基づいてフィードフォワード制御を行うので、インバータ部１の出力電流を検出してサージ電圧の発生を想定するための電流センサが必要なくなる。また、ＰＷＭ制御のために必要な電流センサ１８も、サージ電圧の抑制のための制御がフィードフォワード制御であるため制御遅延が発生せず、かつ、ノイズに対する耐性も、サージ電圧の発生を想定するための電流センサよりも低いものが利用できるようになる。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
請求項２、３に記載のインバータ駆動装置によれば、センサが取得した車両の状態から設定されたインバータ回路の出力電流の大きさに応じて、スイッチング制御端子に接続されたコンデンサの容量値を変更することにより、インバータ回路の効率とサージ電圧の抑制とのバランスを取りながらインバータ回路を作動させることができる。特に、設定されたインバータ回路の出力電流が大きい場合には、コンデンサの容量値を大きくすることにより、インバータ回路のスイッチング速度を遅らせるように制御し、サージ電圧の発生を抑制することができる。
従って、実際にインバータ回路の出力電圧や出力電流を検出するセンサ等の、ノイズに耐えてインバータ回路の出力を監視する監視手段を用いることなく、インバータ回路の効率低下を最小限に抑えつつサージ電圧の発生を抑制するインバータ装置を実現することができるという効果が得られる。また制御遅延が発生せず、短時間で確実なサージ電圧抑制を行うことができるという効果が得られる。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004023880.tif 000009