(57)【要約】【課題】抵抗素子などの回路素子によって電流検出器の出力特性を調整する工程が不要な場合でも、電流検出ラインでの過電流を瞬時に検出し、応答の速い半導体スイッチ素子のオフ動作を行い、過電流に対して半導体スイッチ素子を保護する電力変換装置を得る。【解決手段】電流検出器の電流検出感度およびオフセット電圧に応じた上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を出力する制御信号生成手段と、検出電圧が上限閾値電圧より大きい場合または検出電圧が下限閾値電圧より小さい場合には、半導体スイッチ素子をオフ動作させるゲート遮断回路とを備える。【選択図】図１
2007228714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧端子に接続された半導体スイッチ素子と、
前記電圧端子と前記半導体スイッチ素子との間を流れる電流を検出して検出電圧を出力する電流検出器と、
前記電流検出器の電流検出感度およびオフセット電圧に応じた上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を出力する制御信号生成手段と、
前記検出電圧が前記上限閾値電圧より大きい場合または前記検出電圧が前記下限閾値電圧より小さい場合には、前記半導体スイッチ素子をオフ動作させるゲート遮断回路とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
制御信号生成手段とゲート遮断回路との間に、前記ゲート遮断回路に対応したスイッチ部およびコンデンサを備え、
制御信号生成手段は、前記スイッチ部のオンオフ動作を制御して前記コンデンサを介して上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を前記ゲート遮断回路へ出力したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
制御信号生成手段は、複数のゲート遮断回路の各々へ上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を出力したことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
制御信号生成手段は、マイクロコンピュータであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
電流検出器は、ホール素子を用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電流検出器で検出された電流値によって過電流保護を行う電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置においては、出力電圧および出力周波数を自由に制御するために、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、コンバータ部によって変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、コンバータ部で平滑された直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ部とによって構成されている。また、インバータ部の出力電流値を検出する電流検出器を備え、電流検出器によって検出された電流値が所定の過電流保護レベル（閾値電圧）を超えた場合には、インバータ部を保護するためにインバータ部を構成する半導体スイッチ素子をオフ（遮断）する機能を有している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
電流検出器は、電流検出ラインを囲み、エアーギャップを有した磁性体コアと、磁性体コアのエアーギャップ部に配設されたホール素子と、ホール素子からの出力電圧を増幅する検出回路とによって構成されている。ホール素子を用いた電流検出器は、磁性体コアの寸法等のばらつき、ホール素子の特性のばらつき、検出回路を構成する抵抗素子のばらつき、およびオペアンプ等の回路部品の特性のばらつき等によって、所定の電流検出感度（電流に対する検出電圧の感度）およびオフセット電圧を得ることができない。
【０００４】
このため、電流検出ラインに特定の電流を通電し、検出回路を動作させて出力電圧を監視しながら、電流検出感度およびオフセット電圧が規定値の範囲に収まるように、ファンクショントリミング抵抗または半固定抵抗と補正用固定抵抗との並列接続体を用いて、検出回路を構成する抵抗素子の抵抗値の調整によって電流検出器の出力特性を調整している（例えば、特許文献２参照）。また、電流検出器の出力特性を調整する工程が不要となるように、電流検出器によって検出された電流値をマイクロコンピュータに取込み、マイクロコンピュータによって電流値と閾値電圧とを比較演算し、インバータ部に出力遮断を指令し、半導体スイッチ素子をオフしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１３３５９２号公報（第２，４頁、第１，２図）
【特許文献２】特開２００４−２０５６０号公報（第２−３頁、第１，９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電力変換装置では、電力変換装置毎に、検出回路を構成する抵抗素子の抵抗値の調整によって、ホール素子の電流検出感度およびオフセット電圧を調節し、電流検出器の出力特性を調整が必要であった。電流検出器の出力特性を調整する工程が不要となるように、電流検出器によって検出された電流値をマイクロコンピュータに取込み、マイクロコンピュータによって電流値が閾値電圧を超えたかどうか判断する場合には、マイクロコンピュータでの処理時間が必要なため、電流検出ラインでの過電流検出を瞬時に行うことができず、応答の速い半導体スイッチ素子のオフ動作ができないという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、抵抗素子などの回路素子によって電流検出器の出力特性を調整する工程が不要な場合でも、電流検出ラインでの過電流を瞬時に検出し、応答の速い半導体スイッチ素子のオフ動作を行い、過電流に対して半導体スイッチ素子を保護する電力変換装置を得るものである。また、電流検出器の出力特性を調整する工程が不要となるので、製造工程を簡略化できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、電圧端子に接続された半導体スイッチ素子と、電圧端子と半導体スイッチ素子との間を流れる電流を検出して検出電圧を出力する電流検出器と、電流検出器の電流検出感度およびオフセット電圧に応じた上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を出力する制御信号生成手段と、検出電圧が上限閾値電圧より大きい場合または検出電圧が下限閾値電圧より小さい場合には、半導体スイッチ素子をオフ動作させるゲート遮断回路とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力変換装置は、電圧端子に接続された半導体スイッチ素子と、電圧端子と半導体スイッチ素子との間を流れる電流を検出して検出電圧を出力する電流検出器と、電流検出器の電流検出感度およびオフセット電圧に応じた上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を出力する制御信号生成手段と、検出電圧が上限閾値電圧より大きい場合または検出電圧が下限閾値電圧より小さい場合には、半導体スイッチ素子をオフ動作させるゲート遮断回路とを備えたので、抵抗素子などの回路素子によって電流検出器の出力特性を調整する工程が不要な場合でも、電流検出ラインでの過電流を瞬時に検出し、応答の速い半導体スイッチ素子のオフ動作を行い、過電流に対して半導体スイッチ素子を保護するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１を示す電流検出器を備えた電力変換装置の一出力回路分の構成図である。図１において、主回路の半導体スイッチ素子１，２は、各々のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１ａ，２ａとダイオード１ｂ，２ｂとの並列体で構成される。並列体では、ＩＧＢＴ１ａ，２ａのコレクタ端子とダイオード１ｂ，２ｂのカソード端子とが各々接続され、ＩＧＢＴ１ａ，２ａのエミッタ端子とダイオード１ｂ，２ｂのアノード端子とが各々接続されている。
【００１１】
半導体スイッチ素子１のコレクタ側端子には、ＤＣ電圧入力部である平滑コンデンサ３の正電圧側のＰ端子が接続されている。半導体スイッチ素子１のエミッタ側端子には、半導体スイッチ素子２のコレクタ側端子および電圧端子であるＡＣ端子５に接続されている。つまり、半導体スイッチ素子１，２は、電圧端子に接続されている。半導体スイッチ素子２のエミッタ側端子には、平滑コンデンサ４の負電圧側のＮ端子が接続されている。半導体スイッチ素子１および半導体スイッチ素子２によって、電力変換装置の一出力分の主回路が構成されている。
【００１２】
半導体スイッチ素子１は、ゲートドライバ回路６によって駆動されている。半導体スイッチ素子２は、ゲートドライバ回路７によって駆動されている。ゲートドライバ回路６，７は、所定のコモン電圧を基準とした制御電圧信号を、各々のＩＧＢＴ１ａ，２ａのエミッタ端子電圧を基準としたゲートドライブ電圧信号へ変換する。また、ゲートドライバ回路６，７は、ＩＧＢＴ１ａ，２ａを駆動するために電流供給能力を必要な電流レベルまで高める機能を有している。
【００１３】
磁性体コア８は、円環状の形状であり、一部分にエアーギャップを有し、半導体スイッチ素子１および半導体スイッチ素子２とＡＣ端子５とを結ぶＡＣ出力ライン５ａ（電流検出ライン）を囲むように設置されている。磁性体コア８のエアーギャップには、ＡＣ出力ライン５ａに流れる電流によって発生する磁束を電圧に変換するホール素子９が配置されている。ホール素子９の出力端子には、ホール素子９の出力電圧を所望の値まで増幅する電流検出回路１０の入力端子が接続されている。電流検出器は、ホール素子９を用いており、磁性体コア８、ホール素子９および電流検出回路１０によって構成される。電流検出器は、電圧端子であるＡＣ端子５と半導体スイッチ素子１，２との間を流れる電流を検出して検出電圧を出力する。
【００１４】
電流検出回路１０の電流検出出力線Ｉｓｅｎは、正電圧側ゲート遮断回路１１、負電圧側ゲート遮断回路１２およびマイクロコンピュータ１３の各々の入力端子に接続されている。検出電圧は、電流検出出力線Ｉｓｅｎを介して正電圧側ゲート遮断回路１１、負電圧側ゲート遮断回路１２およびマイクロコンピュータ１３へ入力される。マイクロコンピュータ１３は、正電圧側ゲート遮断回路１１、負電圧側ゲート遮断回路１２およびアナログスイッチ回路１４を制御する。アナログスイッチ回路１４と正電圧側ゲート遮断回路１１との間、およびアナログスイッチ回路１４と負電圧側ゲート遮断回路１２との間には、各々閾値電圧のデータ保持のためのコンデンサ１５，１６が接続されている。
【００１５】
正電圧側ゲート遮断回路１１の入力端子には、マイクロコンピュータ１３からのゲート信号線ＧａｔｅＨおよびコンデンサ１５からの過電流閾値線ＩｔｈＨが接続されている。正電圧側ゲート遮断回路１１の出力端子には、ゲートドライバ回路６の入力端子に接続されるゲート駆動信号線ＧａｔｅＨ＊が接続されている。同様に、負電圧側ゲート遮断回路１２の入力端子には、マイクロコンピュータ１３からのゲート信号線ＧａｔｅＬおよびコンデンサ１６からの過電流閾値線ＩｔｈＬが接続されている。負電圧側ゲート遮断回路１２の出力端子には、ゲートドライバ回路７の入力端子に接続されるゲート駆動信号線ＧａｔｅＬ＊が接続されている。過電流閾値線ＩｔｈＨおよび過電流閾値線ＩｔｈＬは、各々のコンデンサ１５，１６を介して、アナログスイッチ回路１４の出力端子に接続されている。アナログスイッチ回路１４の入力端子には、マイクロコンピュータ１３からのアナログデータ出力線Ｉｔｈ、選択信号線ＳｅｌｅｃｔＨ、および選択信号線ＳｅｌｅｃｔＬが接続されている。
【００１６】
ここで、電力変換装置の一出力回路分の回路構成の詳細について説明する。図２は、実施の形態１におけるホール素子９および電流検出回路１０の回路図である。電流検出回路１０は、ホール素子９に対する定電流回路の機能を有する定電流回路部および増幅回路の機能を有する増幅回路部によって構成される。まず、定電流回路の機能について説明する。ホール素子９の垂直方向の一方の端子は、電源Ｖｃｃに接続され、もう一方の端子は、トランジスタＴｒのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＴｒのエミッタ端子は、抵抗Ｒｃを介してコモン電圧線（制御信号の基準電圧線）に接続され、トランジスタＴｒのベース端子は、オペアンプＯＰＡ１の出力端子に接続されている。オペアンプＯＰＡ１の＋側入力端子には、電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとで分圧した電圧が入力される。オペアンプＯＰＡ１の−側入力端子には、トランジスタＴｒのエミッタ端子と抵抗Ｒｃとの接続点に接続されている。抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ、トランジスタＴｒおよびオペアンプＯＰＡ１によって定電流回路が構成され、ホール素子９に駆動電流を供給している。ホール素子９に流れる駆動電流ｉｈは、式（１）のように表すことができる。
ｉｈ＝Ｒｂ／（Ｒｃ×（Ｒａ＋Ｒｂ））×Ｖｃｃ      −−−（１）
【００１７】
次に、増幅回路の機能について説明する。磁性体コア８の磁束密度の大きさに依存した出力電圧が、ホール素子９の水平方向の出力端子から出力される。水平方向の一方の出力端子は、抵抗Ｒ１を介してオペアンプＯＰＡ２の−側入力端子へ接続され、水平方向のもう一方の出力端子は抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰＡ２の＋側入力端子へ接続されている。オペアンプＯＰＡ２の−側入力端子は、抵抗Ｒ３を介してオペアンプＯＰＡ２の出力端子にも接続され、検出電流出力線Ｉｓｅｎに接続されている。オペアンプＯＰＡ２の＋側入力端子は、ホール素子９からの出力電圧の振幅の中心電圧を決める電圧端子Ｖｒｅｆに抵抗Ｒ４を介して接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との抵抗値を同じ、かつ、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との抵抗値を同じと仮定し、ホール素子９の出力端子間電圧をΔＶとすると、電流検出出力線Ｉｓｅｎにおける検出電圧である電圧値Ｖｉｓｅｎは、式（２）のように表すことができる。
Ｖｉｓｅｎ＝Ｖｒｅｆ＋Ｒ３／Ｒ１×ΔＶ      −−−（２）
式（２）から、増幅回路部では、ホール素子９の出力電圧の振幅の中心値をＶｒｅｆとし、出力電圧の振幅をＲ３／Ｒ１倍に増幅することがわかる。
【００１８】
図３は、実施の形態１におけるアナログスイッチ回路１４およびデータ保持用のコンデンサ１５，１６の回路図である。アナログスイッチ回路１４は、双方向性のｎ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびｐ形ＭＯＳＦＥＴの並列接続体からなるスイッチ部１４１，１４３と、スイッチ部を駆動するゲート回路１４２，１４４とによって構成されている。選択信号線ＳｅｌｅｃｔＨ，ＳｅｌｅｃｔＬは、各々のゲート回路１４２，１４４に接続されている。
【００１９】
各々のスイッチ部１４１，１４３の入力端子には、アナログデータ出力線Ｉｔｈが接続されている。アナログスイッチ回路１４の一方の出力端子には、過電流閾値線ＩｔｈＨおよびコンデンサ１５の一方の端子が接続されている。アナログスイッチ回路１４のもう一方の出力端子には、過電流閾値線ＩｔｈＬおよびコンデンサ１６の一方の端子が接続されている。コンデンサ１５，１６の各々のもう一方の端子は、コモン電圧線に接続されている。つまり、制御信号生成手段であるマイクロコンピュータ１３とゲート遮断回路である正電圧側ゲート遮断回路１１との間に、正電圧側ゲート遮断回路１１に対応したスイッチ部１４１およびコンデンサ１５が備えられている。また、マイクロコンピュータ１３とゲート遮断回路である負電圧側ゲート遮断回路１２との間に、負電圧側ゲート遮断回路１２に対応したスイッチ部１４３およびコンデンサ１６が備えられている。
【００２０】
次に、動作について説明する。制御信号生成手段であるマイクロコンピュータ１３は、電流検出器の電流検出感度およびオフセット電圧に応じた上限閾値電圧および下限閾値電圧を演算し、アナログデータ出力線Ｉｔｈを介して上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を出力する。上限閾値電圧および下限閾値電圧は、半導体スイッチ素子１，２を保護するためにＡＣ出力ライン５ａに流れてもよい許容電流の上限電流および下限電流に対応した電流検出器の閾値電圧である。一例として、上限閾値電圧を４．５Ｖ、下限閾値電圧を０．５Ｖと設定してもよい。この時、マイクロコンピュータ１３から選択信号線ＳｅｌｅｃｔＨ，ＳｅｌｅｃｔＬには、各々Ｌｏｗ電圧、Ｈｉｇｈ電圧が出力され、スイッチ部１４１はオン状態、スイッチ部１４３はオフ状態となる。この結果、コンデンサ１５には、ＡＣ出力ライン５ａの許容電流の上限値に相当する上限閾値電圧が蓄積される。
【００２１】
次に、選択信号線ＳｅｌｅｃｔＨ，ＳｅｌｅｃｔＬには、各々Ｈｉｇｈ電圧、Ｌｏｗ電圧が出力され、スイッチ部１４１はオフ状態、スイッチ部１４３はオン状態に切り替わる。オンオフ状態が切り替わった後、アナログデータ出力線ＩｔｈにＡＣ出力ライン５ａの許容電流の下限値に相当する下限閾値電圧が出力される。この結果、コンデンサ１６に下限閾値電圧が蓄積される。コンデンサ１５，１６に蓄積された電圧は、各々正電圧側ゲート遮断回路１１，負電圧側ゲート遮断回路１２へ出力される。つまり、マイクロコンピュータ１３は、スイッチ部１４１，１４３のオンオフ動作を制御してコンデンサ１５，１６を介して上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方の電圧を複数のゲート遮断回路である正電圧側ゲート遮断回路１１および負電圧側ゲート遮断回路１２へ出力している。
【００２２】
ここで、両スイッチ部１４１，１４３をオフ状態にすることによって、コンデンサ１５には上限閾値電圧のデータ、コンデンサ１６には下限閾値電圧のデータが各々保持される。コンデンサ１５，１６に保持されている閾値電圧のデータは、電圧のリーク現象によって徐々に変化してしまう。このため、定期的にアナログスイッチ回路１４の切り替え動作を繰り返して、コンデンサ１５，１６に所定の閾値電圧のデータを蓄積する。
【００２３】
マイクロコンピュータ１３またはマイクロコンピュータ１３の動作をサポートする記憶素子は、電力変換装置のＡＣ出力ライン５ａに流れる電流を正確に制御するために、電流値と電流検出器の検出電圧との関係を記憶している。また、その電流値と電流検出器の検出電圧との関係によって、ＡＣ出力ライン５ａに流れる許容電流の上限値および許容電流の下限値に相当する上限閾値電圧および下限閾値電圧が決められている。予め、製品の出荷検査時等に、ＡＣ出力ライン５ａに電流が流れていない状態の電流検出器から検出電流出力線Ｉｓｅｎに出力される検出電圧と、既知の電流をＡＣ出力ライン５ａに流した状態での電流検出器からの検出電圧とによって、電流に対する検出電圧の感度である電流検出感度とオフセット電圧とを算出し、電流値と電流検出器の検出電圧との関係を求めている。
【００２４】
図４は、実施の形態１における正電圧側ゲート遮断回路１１および負電圧側ゲート遮断回路１２の回路図である。図４（ａ）に正電圧側ゲート遮断回路１１の回路図を示す。正電圧側ゲート遮断回路１１は、コンパレータＣＯＰＨ、アンド論理回路ＡＮＤＨ、抵抗ＲｘＨおよび電源Ｖｃｃによって構成される。図４（ｂ）に負電圧側ゲート遮断回路１２の回路図を示す。負電圧側ゲート遮断回路１２は、コンパレータＣＯＰＬ、アンド論理回路ＡＮＤＬ、抵抗ＲｘＬおよび電源Ｖｃｃによって構成される。コンパレータＣＯＰＨ，ＣＯＰＬの出力端子は、各々抵抗ＲｘＨ，ＲｘＬを介して電源Ｖｃｃと接続され、各々のアンド論理回路ＡＮＤＨ，ＡＮＤＬの一方の入力端子に接続されている。
【００２５】
アンド論理回路ＡＮＤＨ，ＡＮＤＬのもう一方の入力端子には、各々マイクロコンピュータ１３からのゲート信号線ＧａｔｅＨ，ＧａｔｅＬが接続されている。アンド論理回路ＡＮＤＨ，ＡＮＤＬの出力端子には、各々ゲート駆動信号線ＧａｔｅＨ＊，ＧａｔｅＬ＊に接続されている。正電圧側ゲート遮断回路１１のコンパレータＣＯＰＨの＋側入力端子には、過電流閾値線ＩｔｈＨが接続されている。コンパレータＣＯＰＨの−側入力端子には、検出電流出力線Ｉｓｅｎが接続されている。また、負電圧側ゲート遮断回路１２のコンパレータＣＯＰＬの＋側入力端子には、検出電流出力線Ｉｓｅｎが接続され、コンパレータＣＯＰＬの−側入力端子には、過電流閾値線ＩｔｈＬが接続されている。
【００２６】
次に、動作について説明する。ＡＣ出力ライン５ａに許容電流値範囲内の電流が流れる場合には、検出電流出力線Ｉｓｅｎの検出電圧は、過電流閾値線ＩｔｈＨの上限閾値電圧より小さく、過電流閾値線ＩｔｈＬの下限閾値電圧より大きい。このため、各々のコンパレータＣＯＰＨ，ＣＯＰＬの出力はＨｉｇｈ電圧になっている。ここで、Ｈｉｇｈ電圧はＶｃｃに相当する。したがって、ゲート駆動信号線ＧａｔｅＨ＊，ＧａｔｅＬ＊には、マイクロコンピュータ１３から出力されるゲート信号がそのまま出力される。
【００２７】
ＡＣ出力ライン５ａに許容電流値範囲外の電流が流れ、検出電流出力線Ｉｓｅｎの検出電圧が、過電流閾値線ＩｔｈＨの上限閾値電圧よりも大きくなると、コンパレータＣＯＰＨの出力はＬｏｗ電圧となるので、ゲート信号線ＧａｔｅＨの状態に関わらず、ゲート駆動信号線ＧａｔｅＨ＊への出力はＬｏｗ電圧となり、半導体スイッチ素子１が遮断される。また、検出電流出力線Ｉｓｅｎの検出電圧が過電流閾値線ＩｔｈＬの下限閾値電圧よりも小さくなると、コンパレータＣＯＰＬの出力はＬｏｗ電圧となるので、ゲート信号線ＧａｔｅＬの状態に関わらず、ゲート駆動信号線ＧａｔｅＬ＊への出力はＬｏｗ電圧となり、半導体スイッチ素子２が遮断される。つまり、正電圧側ゲート遮断回路１１および負電圧側ゲート遮断回路１２は、検出電圧が上限閾値電圧より大きい場合または検出電圧が下限閾値電圧より小さい場合には、半導体スイッチ素子１，２をオフ動作させるゲート遮断回路である。
【００２８】
検出電圧と閾値電圧を比較して半導体スイッチ素子１，２を遮断する際に、電流検出器の電流検出感度およびオフセット電圧によって閾値電圧を設定することで正確な遮断を行うことができる。図５は、実施の形態１における電流検知器の出力特性の模式図である。図５（ａ）は、固定抵抗を用いた電源電圧分圧によって閾値電圧を特定の一定値に固定した場合における、出力特性の異なる電流検出器Ａおよび電流検出器Ｂの検出電圧を各々示している。電流検出器Ａは、ＡＣ出力ライン５ａに流れる正しい電流検出を行い、過電流が流れた場合には、閾値電圧に応じてゲート遮断動作を行うことによって半導体スイッチ素子を保護することができる。一方、電流検出器Ｂは、ゲート遮断回路が動作する閾値電圧が電流検出器Ａの場合と異なり、過電流が流れて閾値電圧を超えてもゲート遮断動作がしなかったり、許容電流範囲内でゲート遮断動作をしてしまったり、といった不都合が発生する。
【００２９】
図５（ｂ）は、本実施の形態の電流検出を行う場合における、出力特性の異なる電流検出器Ａおよび電流検出器Ｂの検出電圧を各々示している。出力特性の異なる電流検出器Ａおよび電流検出器Ｂを用いても、個々の電流検出器に対応して上限および下限の閾値電圧を設定しているので、所望の閾値電圧でゲート遮断動作が可能となる。このように、抵抗素子を用いて閾値電圧を固定することなく、マイクロコンピュータ１３を用いて、電流検出器の特性に合せて閾値電圧を補正することができる。また、マイクロコンピュータ１３によって電流値が閾値電圧を超えたかどうかを判断せずに、予め設定された過電流に対応した閾値電圧と検出電圧とをコンパレータによって比較し、ゲート遮断信号を形成するので、その動作時間は１μｓ以下となり、高速な過電流検知およびゲート遮断が可能となる。
【００３０】
また、各ゲート遮断回路に対応した上限閾値電圧または下限閾値電圧を出力するタイミングとスイッチ部１４１またはスイッチ部１４３のオンオフのタイミングとを合せることによって、上限閾値電圧または下限閾値電圧を各々のゲート遮断回路に個別に順次入力することができる。このため、マイクロコンピュータ１３のアナログ信号出力端子が１個の場合でも、複数のゲート遮断回路１１，１２を介して半導体スイッチ素子１，２を保護することができる。つまり、アナログスイッチ回路１４を設けることによって、３相出力のインバータでもスイッチ部を６個備えれば、アナログデータ出力端子は一端子だけ設ければよい。電力変換装置の出力数が更に多くなった場合でも、マイクロコンピュータ１３のアナログ出力端子数の限界に関係なく、出力端子が一端子だけでも電力変換装置の一出力回路分を構成することができる。
【００３１】
以上のように、電流検出器の電流検出感度およびオフセット電圧に応じた上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を出力する制御信号生成手段と、検出電圧が上限閾値電圧より大きい場合または検出電圧が下限閾値電圧より小さい場合には、半導体スイッチ素子をオフ動作させるゲート遮断回路とを備えたので、抵抗素子などの回路素子によって電流検出器の出力特性を調整する工程が不要な場合でも、電流検出ラインでの過電流を瞬時に検出し、応答の速い半導体スイッチ素子のオフ動作を行い、過電流に対して半導体スイッチ素子を保護することができる。また、電流検出器の出力特性を調整する工程が不要となるので、製造工程を簡略化できる。
【００３２】
実施の形態２．
図６は、この発明を実施するための実施の形態２を示す電流検出器を備えた電力変換装置の一出力回路分の構成図である。図６において、マイクロコンピュータ１３が、過電流閾値線ＩｔｈＨを介して正電圧側ゲート遮断回路１１に直接接続され、過電流閾値線ＩｔｈＬを介して負電圧側ゲート遮断回路１２に直接接続されている点で実施の形態１と異なっている。図６において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の態様は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００３３】
マイクロコンピュータ１３のアナログデータ出力の端子数に余裕がある場合には、アナログスイッチ回路を使わず、マイクロコンピュータ１３から電流閾値線ＩｔｈＨ，ＩｔｈＬへ直接接続すればよい。電力変換装置が３相出力のインバータの場合には、アナログデータ出力端子は６端子分必要となる。
【００３４】
次に、動作について説明する。ＡＣ出力ライン５ａに許容電流値範囲内の電流が流れる場合には、検出電流出力線Ｉｓｅｎの検出電圧は、過電流閾値線ＩｔｈＨの上限閾値電圧より小さく、過電流閾値線ＩｔｈＬの下限閾値電圧より大きい。このため、各々のコンパレータＣＯＰＨ，ＣＯＰＬの出力はＨｉｇｈ電圧になっている。ここで、Ｈｉｇｈ電圧はＶｃｃに相当する。したがって、ゲート駆動信号線ＧａｔｅＨ＊，ＧａｔｅＬ＊には、マイクロコンピュータ１３から出力されるゲート信号がそのまま出力される。
【００３５】
ＡＣ出力ライン５ａに許容電流値範囲外の電流が流れ、検出電流出力線Ｉｓｅｎの検出電圧が、過電流閾値線ＩｔｈＨの上限閾値電圧よりも大きくなると、コンパレータＣＯＰＨの出力はＬｏｗ電圧となるので、ゲート信号線ＧａｔｅＨの状態に関わらず、ゲート駆動信号線ＧａｔｅＨ＊への出力はＬｏｗ電圧となり、半導体スイッチ素子１が遮断される。また、検出電流出力線Ｉｓｅｎの検出電圧が過電流閾値線ＩｔｈＬの下限閾値電圧よりも小さくなると、コンパレータＣＯＰＬの出力はＬｏｗ電圧となるので、ゲート信号線ＧａｔｅＬの状態に関わらず、ゲート駆動信号線ＧａｔｅＬ＊への出力はＬｏｗ電圧となり、半導体スイッチ素子２が遮断される。つまり、正電圧側ゲート遮断回路１１および負電圧側ゲート遮断回路１２は、検出電圧が上限閾値電圧より大きい場合または検出電圧が下限閾値電圧より小さい場合には、半導体スイッチ素子１，２をオフ動作させるゲート遮断回路である。
【００３６】
このように、抵抗素子を用いて閾値電圧を固定することなく、マイクロコンピュータ１３を用いて、電流検出器の特性に合せて閾値電圧を補正することができる。また、予め設定された過電流閾値電圧と検出電圧とをコンパレータによって比較し、ゲート遮断信号を形成するので、その動作時間は１μｓ以下となり、高速な過電流検知およびゲート遮断が可能となる。
【００３７】
以上のように、電流検出器の電流検出感度およびオフセット電圧に応じた上限閾値電圧および下限閾値電圧のうちの少なくともいずれか一方を出力する制御信号生成手段と、検出電圧が上限閾値電圧より大きい場合または検出電圧が下限閾値電圧より小さい場合には、半導体スイッチ素子をオフ動作させるゲート遮断回路とを備えたので、抵抗素子などの回路素子によって電流検出器の出力特性を調整する工程が不要な場合でも、電流検出ラインでの過電流を瞬時に検出し、応答の速い半導体スイッチ素子のオフ動作を行い、過電流に対して半導体スイッチ素子を保護することができる。また、電流検出器の出力特性を調整する工程が不要となるので、製造工程を簡略化できる。
【００３８】
なお、いずれの実施の形態において、マイクロコンピュータ１３からアナログ信号を出力する代わりに、マイクロコンピュータ１３のデジタル出力端子を複数個使用し、Ｄ／Ａ変換回路を用いてアナログ信号を形成し、その信号をアナログ信号出力線へ出力してもよい。また、マイクロコンピュータ１３によって電流検出感度およびオフセット電圧の補正を行い、シャント抵抗式等の他のタイプの方式を電流検出器として適用してもよいし、電力変換装置として、ダイオードと半導体スイッチ素子の直列体とによって一出力回路を構成するタイプのチョークコイルまたはトランスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態１を示す電流検出器を備えた電力変換装置の一出力回路分の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるホール素子および電流検出回路の回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるアナログスイッチ回路およびコンデンサの回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１における正電圧側ゲート遮断回路および負電圧側ゲート遮断回路の回路図である。
【図５】この発明の実施の形態１における電流検知器の出力特性の模式図である。
【図６】この発明の実施の形態２を示す電流検出器を備えた電力変換装置の一出力回路分の構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，２  半導体スイッチ素子、３，４  平滑コンデンサ、５  ＡＣ端子、６，７  ゲートドライバ回路、８  磁性体コア、９  ホール素子、１０  電流検出回路、１１  正電圧側ゲート遮断回路、１２  負電圧側ゲート遮断回路、１３  マイクロコンピュータ、１４  アナログスイッチ回路、１５，１６  コンデンサ、１４１，１４３  スイッチ部、１４２，１４４  ゲート回路。
【図１】
2007228714.tif 000003
【図２】
2007228714.tif 000004
【図３】
2007228714.tif 000005
【図４】
2007228714.tif 000006
【図５】
2007228714.tif 000007
【図６】
2007228714.tif 000008