(57)【要約】【課題】スイッチング素子の損失を低減させるインバータ制御回路を提供することを目的とする。【解決手段】寄生ダイオード及び外付けダイオードを有さず、且つダイオード動作が可能なスイッチング素子２３を上下アーム各々に用いて構成されるスイッチング回路と、スイッチング素子２３を駆動させスイッチング素子２３のソースとゲート電極間に負バイアス電圧を印加できる駆動回路２４と、駆動回路２４を制御しブラシレスモータ２６を駆動させる制御手段２５とを備え、負バイアスを印加する電圧に応じて、デッドタイムを切り換えることで、スイッチング素子２３の損失を低減することが可能となる。【選択図】図１
2013009472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
寄生ダイオード及び外付けダイオードを有さず、且つダイオード動作が可能なスイッチング素子を上下アーム各々に用いて構成されるスイッチング回路と、前記スイッチング素子を駆動させスイッチング素子のソースとゲート電極間に負バイアス電圧を印加できる駆動回路と、前記駆動回路を制御しモータを駆動させる制御手段とを備え、前記制御手段は、前記負バイアスの電圧に応じて、デッドタイムの時間を切り換えることを特徴とするインバータ制御回路。
【請求項２】
スイッチング素子は、ダイヤモンド、ＧａＮ、ＳｉＣ等のワイドギャップ半導体であることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御回路。
【請求項３】
ブラシレスファンモータの制御回路が、請求項１または２に記載のインバータ制御回路により構成されたことを特徴とする電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動させるために、直流を交流に変換させるインバータ制御回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のインバータ制御回路では、モータ等を駆動するスイッチング回路を上下アーム計６相、６素子で構成しており、スイッチング素子としてはパワーＭＯＳＦＥＴ等が採用されている。この時、モータを駆動する際、還流電流を流すためにＭＯＳＦＥＴ内部に形成される寄生ダイオードを利用したり、別途スイッチング素子と並列にダイオードを外付けしている。また、各スイッチング素子を駆動する際に負バイアスを印加させる回路構成としているものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は特許文献１に記載されたフルブリッジの各スイッチング素子に負バイアスを印加するインバータ駆動回路であり、これらのインバータ駆動回路を用いて、モータ等を駆動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３５６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、スイッチング素子として、寄生ダイオードを有さず、ゲートがオン状態の時は、双方向に電流を通電するＦＥＴとして動作し、ゲートがオフ状態の時はドレインがカソードで、ソースがアノードであるダイオードとして機能し、その順方向立ち上がり電圧がスイッチング素子の閾値電圧となる素子を使用した場合には、ダイオードとしての機能は、スイッチング素子の閾値電圧が順方向立ち上がり電圧となるため、駆動時のノイズ等により誤動作を防ぐのにゲート電圧に負バイアスを印加する構成とした場合には、損失が大きくなってしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、負バイアスを印加する電圧に応じてデッドタイムを切り換えることにより、スイッチング素子の損失を低減することが可能なインバータ制御回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ制御回路は、寄生ダイオード及び外付けダイオードを有さず、且つダイオード動作が可能なスイッチング素子を上下アーム各々に用いて構成されるスイッチング回路と、スイッチング素子を駆動させスイッチング素子のソースとゲート電極間に負バイアス電圧を印加できる駆動回路と、駆動回路を制御しモータを駆動させる制御手段とを備え、負バイアスを印加する電圧に応じて、デッドタイムを切り換える構成とした。
【０００８】
これにより、スイッチング素子を駆動させる際に印加する負バイアスの電圧に応じて、デッドタイムを切り換えることによって、スイッチング素子がダイオードとして機能している場合において、損失を低減させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のインバータ制御回路は、スイッチング素子が寄生ダイオードを有さず、ゲートがオン状態の時は、双方向に電流を通電するＦＥＴとして動作し、ゲートがオフ状態の時はドレインがカソードで、ソースがアノードであるダイオードとして機能し、その順方向立ち上がり電圧がスイッチング素子の閾値電圧となる素子を使用した場合において、スイッチング素子の損失を低減させるインバータ制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態１におけるインバータ装置の回路構成図
【図２】同、インバータ装置の回路におけるスイッチング素子２３ａ、２３ｃがオン状態、２３ｂがオフ状態での電流の流れを示した回路構成図
【図３】同、インバータ装置の回路におけるスイッチング素子２３ａとスイッチング素子２３ｂの駆動信号の時間に対するＯＮ／ＯＦＦ状態を示した関係図
【図４】同、インバータ装置の回路におけるスイッチング素子２３ａ、２３ｂがオフ状態、２３ｃがオン状態での電流の流れを示した回路構成図
【図５】従来の他のインバータ制御回路の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、寄生ダイオード及び外付けダイオードを有さず、且つダイオード動作が可能なスイッチング素子を上下アーム各々に用いて構成されるスイッチング回路と、スイッチング素子を駆動させスイッチング素子のソースとゲート電極間に負バイアス電圧を印加できる駆動回路と、駆動回路を制御しモータを駆動させる制御手段とを備え、負バイアスの印加電圧に応じて、デッドタイムを切り換えることを特徴としている。これにより、スイッチング素子の損失を低減することができる。
【００１２】
第２の発明は、スイッチング素子は、ダイヤモンド、ＧａＮ、ＳｉＣ等のワイドギャップ半導体であることを特徴としている。これにより、スイッチングする際のスイッチング損失や、スイッチング素子が導通している際の導通損失を低減でき、インバータ制御回路の省エネを図ることができる。
【００１３】
第３の発明は、電気掃除機のファンモータの駆動装置が、請求項１または２記載のインバータ制御回路により構成されたことを特徴としている。これにより、省エネで効率の良い電気掃除機を提供することが可能となる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、モータ駆動用インバータ装置を例とした本実施の形態１の主要回路構成を示すものであり、電力変換回路、インバータ回路を示す。１００Ｖ商用電源２０より整流回路・力率改善回路などを包含するフィルタ回路部２１、平滑回路２２とのコンバータ回路を介して、所定のタイミングでオン・オフするスイッチング素子２３により所定の周波数の高周波電力を発生させるインバータ回路である。
【００１６】
２４はゲートドライブ回路と負バイアス用電源変換回路であり、駆動信号を供給する制御手段２５からの信号を受けて、スイッチング素子を駆動する。また制御手段２５で負バイアスの印加電圧に応じて、スイッチング素子を駆動するための信号のデッドタイムを切り換える。２６はブラシレスモータであり、２７はファンである。
【００１７】
現在、スイッチング素子としては、シリコンを半導体材料とする半導体デバイスが主流となっている。これらの半導体デバイスを用途に応じて適切に選択し使用している。例え
ば、ＭＯＳＦＥＴ（金属／酸化膜／半導体  電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、サイリスタなどが主に使用されている。しかしながら近年、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドギャップ半導体材料が、シリコンよりも高耐圧かつ低損失、高出力で高周波動作などの優れたパワー半導体デバイスを実現可能な半導体材料として注目されており、実用レベルに到達しているものも存在してきている。
【００１８】
スイッチング速度においては、シリコン系パワー半導体の３倍以上の高速スイッチングも可能である。本実施の形態１では、スイッチング素子２３として、寄生ダイオードを有さず、ゲートがオン状態の時は、双方向に電流を通電するＦＥＴとして動作し、ゲートがオフ状態の時はドレインがカソードで、ソースがアノードであるダイオードとして機能し、その順方向立ち上がり電圧がスイッチング素子の閾値電圧となるスイッチング素子であればどの半導体材料を使用しても良い。
【００１９】
またブラシレスモータ２６は、中性点を中心に結線された３つの相巻線を有する固定子、および永久磁石を有する回転子で構成され、相巻線に電流が流れることにより生じる磁界と永久磁石が作る磁界との相互作用により、回転子が回転する。また、制御手段２５は主な機能として位相角が異なる複数の変調信号を生成し、各変調信号と一定周波数の三角波信号との電圧比較により、スイッチング素子２３を駆動させる駆動信号を発生させる。
【００２０】
以上のように構成されたモータ駆動装置において、以下その動作、作用を説明する。交流電源２０から入力された電源は、フィルタ回路部２１により整流された後、平滑コンデンサ２２を通して平滑化された直流電力として、制御手段２５によりスイッチング素子２３を所定のタイミングでオン・オフさせることにより所望の交流に変換され、ファン２７を負荷とするブラシレスモータ２６を回転駆動する。
【００２１】
次にブラシレスモータ２６を回転駆動する際の電流の流れを図２、図３を参照して説明する。図２は、スイッチング素子２３ａ、２３ｃがオン状態、２３ｂがオフ状態である場合を示している。スイッチング素子２３ａからブラシレスモータ２６に流れた電流は、スイッチング素子２３ｃを介して電源に帰還する。この時、ブラシレスモータ２６の巻き線には磁気エネルギーが蓄積される。
【００２２】
図３は、スイッチング素子２３ａとスイッチング素子２３ｂの駆動信号を示しており、Ｔ１の期間が図２で示す動作となる。
【００２３】
図４は、スイッチング素子２３ａ、２３ｂがオフ状態、２３ｃがオン状態である場合を示しており、図３のＴ２の期間（デッドタイム）を示している。ブラシレスモータ２６の巻き線に蓄積された磁気エネルギーにより、スイッチング素子２３ｂとモータ６、スイッチング素子２３ｃを介して還流する。この時、２３ｂはドレインがカソードで、ソースがアノードのダイオードとして機能し、その順方向立ち上がり電圧がスイッチング素子２３ｃの閾値電圧となっている。
【００２４】
次に図３のＴ３期間となり、スイッチング素子２３ａがオフ状態、２３ｂ、２３ｃがオン状態となる。この期間は、２３ｂは、ゲートがオン状態であるため、双方向に電流を通電するＦＥＴとして動作して還流している。ここでＴ２の期間は、スイッチング素子２３ｂはドレインがカソードで、ソースがアノードのダイオードとして機能し、その順方向立ち上がり電圧がスイッチング素子２３ｃの閾値電圧となっているため、負バイアスを印加している状態であれば、電流が流れにくくスイッチング素子の損失も非常に大きいものとなる。
【００２５】
そのため、制御手段２５で負バイアスの印加電圧に応じて、スイッチング素子を駆動するための信号のデッドタイムを切り換えることにより、スイッチング素子がダイオードとして機能している期間を短くすることができ、スイッチング素子の損失を低減させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上のように、本発明にかかるモータ駆動用インバータ制御回路は、インバータ回路で駆動するような応用に用いることができ、高効率の特徴が必要なインバータ制御回路について有用である。
【符号の説明】
【００２７】
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  スイッチング素子
２５  制御手段
２６  ブラシレスモータ
２７  ファン
【図１】
2013009472.tif 000003
【図２】
2013009472.tif 000004
【図３】
2013009472.tif 000005
【図４】
2013009472.tif 000006
【図５】
2013009472.tif 000007