(57)【要約】【課題】過電流が検出されたとき下アームのスイッチング素子しかオフにしないインテリジェントパワーモジュールにおいて、上アームのスイッチング素子についても確実に保護することができるインバータ装置を提供する。【解決手段】上アーム・下アームのスイッチング素子によって構成されるインバータと、インバータに過電流が流れたことを検出する過電流検出部と、上アームのスイッチング素子を駆動する上アーム駆動部と、下アームのスイッチング素子を駆動し、過電流検出部が過電流を検出すると下アームのスイッチング素子をオフにする下アーム駆動部と、上アーム駆動部及び下アーム駆動部にそれぞれ制御信号を与える制御部と、を備えているインバータ装置であって、制御部は、過電流検出部が過電流を検出すると、上アーム駆動部に与えるＨ制御信号及び下アーム駆動部に与えるＬ制御信号を全てオフにした後、１パルスのＨ制御信号をラッチ解除用パルスとして出力する。【選択図】図３
2016144324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームのスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３）及び下アームのスイッチング素子（Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６）によって構成されるインバータ（２０）と、
前記インバータ（２０）に過電流が流れたことを検出する過電流検出部（２３）と、
前記上アームのスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３）を駆動する上アーム駆動部（２１）と、
前記下アームのスイッチング素子（Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６）を駆動し、前記過電流検出部（２３）が過電流を検出すると前記下アームのスイッチング素子（Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６）をオフにする下アーム駆動部（２２）と、
前記上アーム駆動部（２１）及び前記下アーム駆動部（２２）にそれぞれ制御信号を与える制御部（３）と、を備えているインバータ装置（１）であって、
前記上アーム駆動部（２１）に与える制御信号をＨ制御信号、前記下アーム駆動部（２２）に与える制御信号をＬ制御信号とすると、前記制御部（３）は、前記過電流検出部（２３）が過電流を検出すると、前記Ｈ制御信号及び前記Ｌ制御信号を全てオフにした後、１パルスのＨ制御信号をラッチ解除用パルスとして出力する、インバータ装置。
【請求項２】
前記インバータ（２０）は３相インバータであり、前記ラッチ解除用パルスは、各相について出力される請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記ラッチ解除用パルスは、３相について同時に出力される請求項２に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モジュール化されたインバータの保護制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いたモータ駆動用のインテリジェントパワーモジュールは、過電流検出部で過電流を検出するとインバータのゲート信号を遮断する保護機能を有している（例えば、特許文献１参照。）。ここで、３相インバータの場合、上アームに３個のＩＧＢＴ、下アームに３個のＩＧＢＴがそれぞれ存在するが、ゲート電圧の関係から、上アームのＩＧＢＴを制御するよりも、下アームのＩＧＢＴを制御する方が容易であり、低コストに実現できる。そこで、過電流が検出されると、下アームのＩＧＢＴのみをオフにするインテリジェントパワーモジュールが実用的には主流となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５５７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、過電流が検出されて下アームのＩＧＢＴが全てオフになっても、何らかの要因によって上アームのＩＧＢＴのどれかが、ラッチしている場合がある。この場合、ラッチしたままのＩＧＢＴとモータとの間で環流が生じ、ＩＧＢＴが熱的に破壊される可能性がある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、過電流が検出されたとき下アームのスイッチング素子しかオフにしないインテリジェントパワーモジュールにおいて、上アームのスイッチング素子についても確実に保護することができるインバータ装置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】
【０００５】
（１）本発明は、上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子によって構成されるインバータと、前記インバータに過電流が流れたことを検出する過電流検出部と、前記上アームのスイッチング素子を駆動する上アーム駆動部と、前記下アームのスイッチング素子を駆動し、前記過電流検出部が過電流を検出すると前記下アームのスイッチング素子をオフにする下アーム駆動部と、前記上アーム駆動部及び前記下アーム駆動部にそれぞれ制御信号を与える制御部と、を備えているインバータ装置であって、前記上アーム駆動部に与える制御信号をＨ制御信号、前記下アーム駆動部に与える制御信号をＬ制御信号とすると、前記制御部は、前記過電流検出部が過電流を検出すると、前記Ｈ制御信号及び前記Ｌ制御信号を全てオフにした後、１パルスのＨ制御信号をラッチ解除用パルスとして出力する、インバータ装置である。
【０００６】
このインバータ装置の制御部は、過電流検出部が過電流を検出すると、Ｈ制御信号及びＬ制御信号を全てオフにした後、１パルスのＨ制御信号をラッチ解除用パルスとして出力する。これにより、上アームに、ラッチしているスイッチング素子があっても、当該スイッチング素子は、ラッチ解除される。
【０００７】
（２）また、（１）のインバータ装置において前記インバータは３相インバータであり、前記ラッチ解除用パルスは、各相について出力されることが好ましい。
この場合、３相のうち、どの相のスイッチング素子がラッチしていても、確実にラッチ解除することができる。
【０００８】
（３）また、（２）のインバータ装置において、前記ラッチ解除用パルスは、３相について同時に出力されることが好ましい。
この場合、どの相のスイッチング素子がラッチしていても、３相同時にラッチ解除することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、過電流が検出されたとき下アームのスイッチング素子しかオフにしないインテリジェントパワーモジュールにおいて、上アームのスイッチング素子についても確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るインバータ装置の回路図である。
【図２】比較のために、本実施形態のインバータ装置による制御を行わなかった場合にどうなるかを示す制御シーケンスである。
【図３】本実施形態のインバータ装置による制御を行った場合の制御シーケンスである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
《回路構成》
図１は、本発明の一実施形態に係るインバータ装置の回路図である。このインバータ装置は、例えば、空気調和機のモータ駆動用として使用することができる。図１において、インバータ装置１は、インテリジェントパワーモジュール（以下、単にパワーモジュールという。）２と、マイクロコンピュータを内蔵する制御部３と、電流センサ４とを備え、パワーモジュール２にはモータ５が接続されている。
【００１２】
パワーモジュール２内には、インバータ２０と、上アーム駆動部２１（ＨＶＩＣ）と、下アーム駆動部２２（ＬＶＩＣ）と、過電流検出部２３とが搭載されている。インバータ２０は、上アームのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３と、下アームのスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６とを図示のようにフルブリッジ状に接続して構成されている。このスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えばＩＧＢＴである。
【００１３】
インバータ２０の出力（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ５に供給される。インバータ２０には、直流バス電圧ＶＤＣが印加されている。電流センサ４は、この実施例では直流バス電圧ＶＤＣと接地間に流れる電流を検出して、検出出力を過電流検出部２３に送る。通常は、電流センサ４にはほとんど電流が流れないが、もし、上アームのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３のいずれかと、そのいずれかと同列の下アームのスイッチング素子が同時にオンになったときには大きな短絡電流が流れる。
【００１４】
下アーム駆動部２２は、制御部３から与えられるＬ制御信号に基づいてスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６にゲート電圧を付与する。また、上アーム駆動部２１は、制御部３から与えられるＨ制御信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３にゲート電圧を付与する。ＩＧＢＴは、エミッタ電圧を基準電位として駆動されるので、上アーム駆動部２１の出力するゲート電圧は、下アーム駆動部２２の出力するゲート電圧より高電圧となる。制御部３は、モータ運転時には、ＰＷＭ制御されたＨ制御信号及びＬ制御信号を、それぞれ、上アーム駆動部２１及び下アーム駆動部２２に提供する。
【００１５】
《制御シーケンス》
次に、上記のように構成されたインバータ装置１の制御シーケンスについて説明する。まず、図２は、比較のために、本実施形態のインバータ装置１による制御を行わなかった場合にどうなるかを示す制御シーケンスである。図２は、具体的には、任意の１相（Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか）の上下アームについての制御シーケンスを示すタイムチャートである。
【００１６】
図示しているのは、上から順に、Ｈ制御信号、Ｌ制御信号、Ｈゲート信号、Ｌゲート信号、上アーム電流、過電流検出信号、及び、エラー出力信号である。Ｈゲート信号は、上アームへのゲート電圧をオン・オフの２値信号として見た信号である。Ｌゲート信号も同様である。過電流検出信号は、過電流を検出した電流センサ４が過電流検出部２３に対して送る信号である。これを受けて過電流検出部２３が制御部３に送る信号がエラー出力信号である。
【００１７】
Ｈ制御信号とＬ制御信号とは、通常は、交互に、かつ、デッドタイムをおいて出力されるＰＷＭ制御されたパルスである。Ｈゲート信号及びＬゲート信号は、それぞれ、Ｈ制御信号及びＬ制御信号に追随するように出力される。Ｈゲート信号により、該当する上アームのスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ３のいずれか）がオンになれば、そのスイッチング素子とは異なる相の下アームのスイッチング素子（Ｑ４〜Ｑ６のいずれか）が同期してオンになる。従って、オンになっている上アームのスイッチング素子から、モータ５、及び、オンになっている下アームのスイッチング素子を介して電流が流れる。
【００１８】
ここで例えば、Ｈゲート信号がラッチし（オンのままになり）、時刻ｔ１において、Ｈゲート信号とＬゲート信号とが同時オンになったとする。これにより、直流バス電圧ＶＤＣの短絡状態となるので、上アーム電流（下アーム電流も同様）は急激に上昇する。この電流は電流センサ４によって検出され、過電流検出信号を受けた過電流検出部２３は、時刻ｔ２において、エラー検出信号をオンにする。エラー検出信号を受けた制御部３は、時刻ｔ３において、Ｈ制御信号及びＬ制御信号を全てオフにする。
【００１９】
しかし、ここで、Ｈ制御信号及びＬ制御信号を全てオフにしてもＨゲート信号がラッチしているため、モータ５との間での環流により、上アーム電流はさらに流れ続ける。そして、時刻ｔ５には、Ｈゲート信号のラッチによりオンの状態が継続していた上アームのスイッチング素子は熱的に破壊される場合がある。
【００２０】
これに対して、本実施形態のインバータ装置１の制御シーケンスについて説明する。図３は、本実施形態のインバータ装置による制御を行った場合の制御シーケンスである。これは、具体的には、任意の１相（Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか）の上下アームについての制御シーケンスを示すタイムチャートである。図示しているのは、図２と同様に、上から順に、Ｈ制御信号、Ｌ制御信号、Ｈゲート信号、Ｌゲート信号、上アーム電流、過電流検出信号、及び、エラー出力信号である。
【００２１】
Ｈ制御信号とＬ制御信号とは、通常は、交互に、かつ、デッドタイムをおいて出力されるＰＷＭ制御されたパルスである。Ｈゲート信号及びＬゲート信号は、それぞれ、Ｈ制御信号及びＬ制御信号に追随するように出力される。Ｈゲート信号により、該当する上アームのスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ３のいずれか）がオンになれば、そのスイッチング素子とは異なる相の下アームのスイッチング素子（Ｑ４〜Ｑ６のいずれか）が同期してオンになっている。従って、オンになっている上アームのスイッチング素子から、モータ５及びオンになっている下アームのスイッチング素子を介して電流が流れる。
【００２２】
ここで例えば、Ｈゲート信号がラッチし、時刻ｔ１において、Ｈゲート信号とＬゲート信号とが同時オンになったとする。これにより、直流バス電圧ＶＤＣの短絡状態となるので、上アーム電流（下アーム電流も同様）は急激に上昇する。この電流は電流センサ４によって検出され、過電流検出信号を受けた過電流検出部２３は、時刻ｔ２において、エラー検出信号をオンにする。エラー検出信号を受けた制御部３は、時刻ｔ３において、Ｈ制御信号及びＬ制御信号を全てオフにする。
【００２３】
Ｈ制御信号及びＬ制御信号を全てオフにしてもＨゲート信号がラッチされているため、上アーム電流はさらに流れる。しかし、ここで、制御部３は、Ｈ制御信号として、１パルスのＨ制御信号をラッチ解除用パルスとして出力する。この結果、Ｈゲート信号は時刻ｔ４（ｔ５より時間的に前）においてラッチ解除され、上アーム電流は０になる。この時刻ｔ４までの発熱であれば、ラッチしたスイッチング素子は耐えることができ、破壊には至らない。
【００２４】
《まとめ》
以上のように、このインバータ装置１の制御部３は、過電流検出部２３が過電流を検出すると、Ｈ制御信号及びＬ制御信号を全てオフにした後、１パルスのＨ制御信号をラッチ解除用パルスとして出力する。これにより、上アームに、ラッチしているスイッチング素子があっても、当該スイッチング素子は、ラッチ解除される。また、制御部３から１パルスのＨ制御信号を出力指示するので、上アーム駆動部２１内にＨゲート信号を遮断する保護機能を有するパワーモジュール回路と比較して、簡易にラッチ解除をできるとともに、上アームのゲートに保護機能回路を設けない分ノイズの影響を少なくすることもできる。
【００２５】
なお、図３は、インバータ１相についての制御シーケンスであるが、図１の３相インバータについては、ラッチ解除用パルスは、各相について出力することができる。
この場合、どの相のスイッチング素子がラッチしていても、確実にラッチ解除することができる。
【００２６】
また、ラッチ解除用パルスは、３相について同時に出力することが好ましい。
この場合、どの相のスイッチング素子がラッチしていても、３相同時にラッチ解除することができる。
【００２７】
《その他》
なお、上記実施形態は、３相インバータを用いた例について説明したが、単相インバータにも同様の制御を適用することができる。
また、このようなインバータ装置１は、空気調和機のみならず、各種のモータ等の負荷駆動用に適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  インバータ装置
２  パワーモジュール
３  制御部
４  電流センサ
５  モータ
２０  インバータ
２１  上アーム駆動部
２２  下アーム駆動部
２３  過電流検出部
Ｑ１〜Ｑ６  スイッチング素子
【図１】
2016144324.tif 000003
【図２】
2016144324.tif 000004
【図３】
2016144324.tif 000005