(57)【要約】    【課題】電動機のロック時にも半導体チップを破壊から守る。    【解決手段】ダイオードＤ１には、定電流源１０７により所定の電流を流し、ダイオードＤ１に生じる順方向電圧Ｖｆが、比較器Ｃｍｐ２に入力されている。比較器Ｃｍｐ２はこの電圧と異常検知レベルＶｆｔｈを比較し、Ｖｆ＜Ｖｆｔｈとなったときにフェール信号を出力し、駆動回路１０６ではこのフェール信号で駆動回路１０６の動作を停止する。異常検知レベルＶｆｔｈは、電源Ｖｃｃを抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で分圧することにより生成されているが、抵抗Ｒ４に並列にトランジスタＱ３が接続されており、トランジスタＱ３のオン／オフにより、異常検知レベルＶｆｔｈが変化する。【選択図】    図１
2005295764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を制御するインバータの半導体チップ上に設けられ、前記半導体チップの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によって検出された温度が所定の温度閾値を超えた場合に前記半導体チップの温度上昇を抑制する保護動作を行う保護手段とを備えたインバータ制御装置において、
前記電動機のロックを検出するロック検出手段と、
前記温度閾値を設定する温度閾値設定手段と、
を具備し、前記温度閾値設定手段は、前記ロック検出手段によって前記電動機の前記ロックが検出されていない場合には、第１の温度閾値を設定し、
前記ロック検出手段によって前記電動機の前記ロックが検出された場合には、前記第１の温度閾値よりも高い第２の温度閾値を設定すること
、を特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
前記半導体チップをスイッチング駆動するためのＰＷＭ信号を出力する駆動回路と、前記半導体チップから前記電動機へ出力される電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された前記電流値が所定の電流値を超えた時から前記ＰＷＭ信号に同期してカウントアップを行うカウンタとを備え、前記ロック検出手段は、前記カウンタのカウント値が所定値以上となった場合に、前記電動機の前記ロックを検出すること、を特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記半導体チップの出力電流を電圧に変換する変換回路と、前記変換回路からの出力電圧と所定の電圧とを比較し、前記変換回路からの前記出力電圧が前記所定の電圧以上である場合にＨｉｇｈ信号を出力する比較器とを具備し、前記カウンタは前記比較器から出力される信号と前記ＰＷＭ信号との両方を入力し、両方の信号の立ち下がり時にカウントアップを行うことを特徴とする請求項２に記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
前記カウンタは、所定時間以上継続して前記カウントアップされない場合に、カウント値をクリアすることを特徴とする請求項２または３に記載のインバータ制御装置。
【請求項５】
前記温度検出手段は、前記半導体チップ上に設けられたダイオードの順方向電圧に基づいて、前記半導体チップの温度を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を制御するインバータの半導体チップの温度上昇を抑制する保護動作を行う保護手段を備えたインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機を駆動するインバータにおいて、半導体チップが過温度により破壊される事を防止するため、半導体チップ上に温度を検出する温度検出素子を設け、この温度検出素子によって検出された温度に基づいて電流制限等の保護処理を行っていた。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３８９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体チップ上には通常、他部品との接続のためのワイヤ等が設けられるため、温度の上昇は半導体チップの中心が高いにも関わらず、温度検出素子は半導体チップの端に置かれる事が多く、電動機のロック時のように電動機の特定相に電流が集中して半導体チップの温度が急激に上昇した場合には、温度検出素子にて検出された温度と半導体チップ中心の温度とに誤差が大きくなり、半導体チップの破壊を防止できない可能性が有るという問題が有った。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、電動機のロック時にも半導体チップを破壊から守るインバータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電動機のロックを検出するロック検出手段と、半導体チップの温度を検出する温度検出手段によって検出された温度が所定の温度閾値以上となった場合に半導体チップの温度上昇を抑制する保護動作を行う保護手段を備え、ロック検出手段によって電動機のロックが検出されていない場合には、第１の温度閾値を設定し、電動機のロックが検出された場合には、第１の温度閾値よりも低い第２の温度閾値を設定する。
【発明の効果】
【０００７】
電動機のロック時にも半導体チップを破壊から守ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【０００９】
本発明の実施の形態について、図１〜２を用いて説明する。
【００１０】
先ず実施の形態の構成を示すブロック図である図１を用いて、本実施の形態の構成について説明する。図１は３相同期電動機を駆動する３相インバータの内、１相の下アームの駆動回路のみに着目して図示しており、制御部１００は下アームＩＧＢＴ・Ｑ１を駆動する。駆動部１２０は電動機を駆動する上下アームを構成するＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２から構成されている。
【００１１】
２つのＩＧＢＴＱ１、Ｑ２が電源ＶＢ−接地（ＧＮＤ）間に直列に接続され、交互にスイッチングすることで交流電力を出力端子ＯＵＴから電動機に出力する構成となっており、ＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２には逆並列に還流用のダイオードＤ３、Ｄ４が接続されている。ＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２の半導体チップ１０１、１０２上には、温度センサとしてダイオードＤ１、Ｄ２（温度検出手段）を設けている。これは、ダイオードの順方向電圧が負の温度特性を持っていることを利用し、温度センサとするものである。
【００１２】
入力信号Ｖｉｎ（ＰＷＭ信号）により駆動回路１０６を介してＩＧＢＴ・Ｑ１のゲートを駆動することで、スイッチング動作を行うよう構成されている。ダイオードＤ１には、定電流源１０７により所定の電流を流し、ダイオードＤ１に生じる順方向電圧Ｖｆが、比較器Ｃｍｐ２に入力されている。比較器Ｃｍｐ２はこの電圧と異常検知レベルＶｆｔｈ（所定の温度閾値）を比較し、ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ＜Ｖｆｔｈとなったときにフェール信号（ＦＡＩＬ）を出力し、駆動回路１０６ではこのフェール信号をラッチし、次に電源Ｖｃｃが再投入されるまで、駆動回路１０６の動作を停止するよう構成されている。この比較器Ｃｍｐ２と駆動回路１０６で保護手段を構成している。
【００１３】
異常検知レベルＶｆｔｈは、電源Ｖｃｃを抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で分圧することにより生成されているが、抵抗Ｒ４に並列にトランジスタＱ３が接続されており、トランジスタＱ３のオン／オフにより、異常検知レベルＶｆｔｈが変化する。すなわち、トランジスタＱ３がオンの場合の異常検知レベルＶｆｔｈ１（第１の温度閾値）とトランジスタＱ３がオフの場合の異常検知レベルＶｆｔｈ２（第２の温度閾値）の関係はＶｆｔｈ１＜Ｖｆｔｈ２となる。ここで、温度閾値設定手段は抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とトランジスタＱ３で構成される。
【００１４】
一方、ＩＧＢＴ・Ｑ１には、コレクタ電流の一部を所定の比率で分流させる端子があり、この電流を抵抗Ｒ１（電流検出手段、変換回路）で電流センス電圧Ｖｓ（出力電圧）に変換することにより、コレクタ電流を推定できる構成となっている。この電流センス電圧Ｖｓは、比較器Ｃｍｐ１に入力され、所定の電流検知レベルＶｓｔｈ（所定の電流値、所定の電圧）と比較され、Ｖｓ＞ＶｓｔｈとなったときにＨｉｇｈレベルが出力される構成となっている。
【００１５】
比較器Ｃｍｐ１がＨｉｇｈレベルを出力中は、入力信号Ｖｉｎがカウンタ１０４、タイマ１０５やリセット回路１１１に伝達されるように、ＡＮＤゲート１０３が設けられている。このＡＮＤゲート１０３の出力は、カウンタ１０４のクロックＣＫやタイマ１０５、リセット回路１１１のリセット入力（Ｒ）として接続されている。
【００１６】
カウンタ１０４の出力１０９は通常Ｈｉｇｈレベルで、トランジスタＱ３をオンしているが、ＡＮＤゲート１０３の出力の立ち下がりに同期してカウントアップし、所定値Ｎｔｈ以上になると出力をＬｏｗレベルとし、トランジスタＱ３をオフさせる。また、タイマ１０５はＡＮＤゲート１０３の出力が無い状態が所定時間（Ｔｃ）経過すると、リセット回路１１１に対してセット信号１０８を出力する構成となっている。ここで、ロック検出手段は抵抗Ｒ１、比較器Ｃｍｐ１、ＡＮＤ回路１０３、カウンタ１０４で構成されている。
【００１７】
次に図２に示す本実施の形態のタイムチャートを用いて、本実施の形態の動作を説明する。なお、図２では図１と同じく、３相インバータで同期電動機を駆動する場合を想定し、１相のみの動作を示している。
【００１８】
Ｉｏは図１で示した下アームの出力電流であり、流れ込む方向を正、流れ出す方向を負としている。ＩｃはＩＧＢＴ・Ｑ１に流れるコレクタ電流、Ｎｔｈはカウンタ１０４がトランジスタＱ３をオフする所定値、ＶｆはダイオードＤ１の順方向電圧を示している。ＩＧＢＴ・Ｑ１は入力信号Ｖｉｎにより、駆動回路１０６を介してＰＷＭ駆動されることで、出力電流Ｉｏを交流波形として整形する。抵抗Ｒ１に発生するセンス電圧Ｖｓが所定の電流検知レベルＶｓｔｈを超えるような電流が流れている間は、比較器Ｃｍｐ１の出力がＨｉｇｈレベルとなるため、入力信号ＶｉｎがＡＮＤゲート１０３を通過し、カウンタ１０４のクロックＣＫとして出力される。クロックＣＫの立下りに同期して、カウンタ１０４がカウントアップする（ｔ１〜ｔ２）。電動機の回転中は、センス電圧Ｖｓが所定の電流検知レベルＶｓｔｈを下回る期間が存在するため、タイマ１０５が時間ｔ２から所定時間（Ｔｃ）後に、リセット回路１１１をセット（ｔ３）し、このリセット回路１１１の出力のリセット信号１１０でカウンタ１０４をクリア（リセット）する。なお、リセット信号１１０は次のクロックＣＫでリセットされる。
【００１９】
ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆは、負の温度特性を持っており、温度上昇に伴って順方向電圧Ｖｆは降下する。電動機の回転中は、３相に平均的に電流が流れるため、出力電流が平均的に一定であり、半導体チップ１０１の温度は安定しており、ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆは、異常検知レベルＶｆｔｈ１よりも高い（〜ｔ４）。
【００２０】
ここで、時間ｔ４で電動機がロックし、図１の１相の下アーム、すなわちＩＧＢＴ・Ｑ１に毎回大きな電流が流れる場合を想定する。電流センス電圧Ｖｓが所定の電流検知レベルＶｓｔｈを越える状態が継続するため、クロックＣＫは連続して出力される（ｔ４〜）。カウンタ１０４が所定値Ｎｔｈに達すると、カウンタ１０４の出力１０９がＬｏｗレベルとなり、トランジスタＱ３がオフすることにより、異常検知レベルＶｆｔｈ２はこれまでの異常検知レベルＶｆｔｈ１よりも高い値となる（ｔ５）。
【００２１】
一方、ＩＧＢＴ・Ｑ１には電動機がロックしたため電流が集中することにより、半導体チップ１０１の温度は上昇を始め、半導体チップ１０１の中心部と外周部の温度差は広がっていき、時間ｔ５以前の異常検知レベルＶｆｔｈ１のままでは、過温度保護が働く前に、半導体チップ１０１の中心部が破壊してしまう可能性がある。しかし、時間ｔ５の時点で異常検知レベルＶｆｔｈ２は高い値に変更されているため、時間ｔ６でダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆが異常検知レベルＶｆｔｈ２に達し、半導体チップ１０１の中心部が破壊する前に、比較器Ｃｍｐ２の出力のフェール信号ＦＡＩＬがＨｉｇｈレベルとなる。駆動回路１０６ではフェール信号ＦＡＩＬをラッチし、次に電源Ｖｃｃが再投入されるまで、駆動回路１０６がＩＧＢＴ・Ｑ１を駆動する動作を停止し、ＩＧＢＴ・Ｑ１を保護することができる。
【００２２】
以上述べた如く、電動機がロックしたときに、半導体チップの中心部と温度センサのダイオードが配置されている外周部との温度差が大きくなっても、半導体チップの破壊を防ぐことができる。また、電動機がロックしたときにのみ過温度検知レベルを引き上げるため、正常動作中（正常回転中）に影響を与えない。
【００２３】
更に、制御部１００で電動機のロックを検知し、ＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２で構成される駆動部１２０に電動機のロックを伝える必要がないため、制御部１００−駆動部１２０間の配線や絶縁素子を増やさずに、電動機のロック時の半導体チップの過温度保護が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態の動作を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００２５】
１０１、１０２    半導体チップ          １０３    ＡＮＤ回路
１０４    カウンタ                      １０５    タイマ
１０６    駆動回路                      １０８    セット信号
１０９    カウンタ１０４の出力
１１０    リセット信号                  １１１    リセット回路
ＣＫ    クロック
Ｃｍｐ１、Ｃｍｐ２    比較器
Ｄ１、Ｄ２    温度検出用ダイオード      Ｎｔｈ    所定値
Ｖｆ    ダイオードＤ１の順方向電圧
Ｖｆｔｈ、Ｖｆｔｈ１、Ｖｆｔｈ２    異常検知レベル
Ｖｉｎ    入力信号                        Ｖｓ    電流センス電圧
Ｖｓｔｈ    所定の電流検知レベル          Ｑ３    トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４    抵抗          Ｔｃ    所定時間
【図１】
2005295764.tif 000003
【図２】
2005295764.tif 000004