(57)【要約】【課題】小容量の電源平滑コンデンサを用いた場合でも、電源投入直後の電源電圧変動によりインバータ動作が不安定となることを防止し、サイズ、コスト、信頼性を向上させたインバータ装置を提供することを目的とする。【解決手段】直流電源１を投入した直後の擬似交流波形出力する前に少なくとも一つのスイッチング素子でデューティ比を制御し、その他のスイッチング素子はＯＦＦ状態として抑制充電することで駆動回路用電源平滑コンデンサ９の容量を大きくすることなく、電源電圧の変動を抑えるとともに、チャージポンプ回路のコンデンサを実用範囲内の時間で充電出来る【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧のプラス側およびマイナス側との間にそれぞれ接続されたプラス側のスイッチング素子とマイナス側のスイッチング素子による対構成の複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、直流電圧のプラス側に接続されたスイッチング素子の駆動回路の電源であるチャージポンプ回路のコンデンサと、前記コンデンサを充電するための駆動回路用電源および駆動回路用電源平滑コンデンサと、交流波形出力前に、前記スイッチング手段のスイッチング周期において、マイナス側の複数のスイッチング素子のうち、いずれかひとつのスイッチング素子に対してデューティ比を制御し、その他のスイッチング素子はＯＦＦ状態として抑制充電する制御手段とを備えたインバータ装置。
【請求項２】
制御手段はスイッチング周期毎にデューティ比を制御するスイッチング素子を順次切り替えて抑制充電することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
操作するデューティ比を徐々に増加させる請求項１から２記載のインバータ装置。
【請求項４】
圧縮機一体型用インバータに搭載される請求項１から３のうち、いずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項５】
車両に搭載される請求項１から４のうち、いずれか一項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、擬似交流波形出力を発生するスイッチング素子の駆動回路にチャージポンプ方式を用いたインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のインバータ装置にはマイナス側のスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ状態のデューティと周期を任意に変化させ抑制充電する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は前記文献に記載Ｉされた従来のチャージポンプ方式を用いたインバータ装置である。
【０００４】
図６において、１は直流電圧源、２ａ〜２ｆはスイッチング素子、３ａ〜３ｃは直流電圧源１のプラス側に接続された（以下、上アームという）スイッチング素子を駆動する駆動回路であり、ダイオード４ａを経て駆動回路３ａの電源となるコンデンサ５ａに所定の電圧が充電される。コンデンサ５ｂ、５ｃも同様にダイオード４ｂ、４ｃを介して充電される。この時、コンデンサ５ａへの充電電流は所定のデューティで抑制される。３ｄは直流電圧源１のマイナス側に接続された（以下、下アームという）スイッチング素子２ｄを駆動する駆動回路である。７は駆動回路３ａのマイナス側電源ラインであり、８は駆動回路用電源、９は駆動回路用電源平滑コンデンサである。
【０００５】
上記のように構成されたインバータ装置は、スイッチング素子２ａ、２ｄを直流電圧源１に対してブリッジ状に接続し、直流電圧源１から出力される直流電圧を適宜スイッチングすることにより所定の擬似交流波形を出力する。
【０００６】
また、この上アームのスイッチング素子２ａを駆動する駆動回路３ａはダイオード４ａおよびコンデンサ５ａと共にチャージポンプ回路を構成している。すなわち駆動回路用電源８から所定の電圧がダイオード４ａを経てコンデンサ５ａに供給され、コンデンサ５ａを充電する。このコンデンサ５ａを電源として駆動回路３ａが駆動する。
【０００７】
なお下アームのスイッチング素子２ｄを駆動する駆動回路３ｄには駆動回路用電源８から直流電源が供給されるのでダイオードおよびコンデンサは備えていない。
【０００８】
次に、このインバータ装置の動作について説明をする。
【０００９】
制御回路からの所定の信号により、まず下アームのスイッチング素子２ｄがＯＮ状態になると、上アームの駆動回路３ａのマイナス側電源ライン７は、直流電圧源１のマイナス側電位とほぼ同じ電位にまで降下する。この時、上アーム用の駆動回路３ａのコンデンサ５ａは駆動回路用電源８からダイオード４ａを経て駆動回路用電源８とほぼ同電位にまで充電される。
【００１０】
次に、下アームのスイッチング素子２ｄがＯＦＦ状態になり、上アームのスイッチング素子２ａがＯＮ状態になると、上アームの駆動回路３ａのマイナス側電源ライン７の電位は、今度は直流電圧源１のプラス側電位とほぼ同じ電位にまで上昇する。この状態において、ダイオード４ａは逆流阻止状態となり、コンデンサ５ａの電荷は保たれ、コンデンサ５ａから駆動回路３ａに電源が供給され続ける。このように通常の波形出力時には、上アームおよび下アームのＰＷＭスイッチングにより自動的にコンデンサ５ａが充電される。
【特許文献１】特開２００１−１７８１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、電源投入直後はコンデンサ５ａ、５ｂ、５ｃは十分に充電されておらず、すべての下アームのスイッチング素子２ｄ、２ｅ、２ｆを所定のデューティ比によって抑制充電されるが、駆動回路用電源平滑コンデンサ９の容量が小さい場合は電源電圧が低下することがあった。
【００１２】
上記従来のインバータ装置では、上アーム用の駆動回路の電源たるチャージポンプ回路のコンデンサに充電するために、すべての下アームを所定のデューティ比でＯＮしてコンデンサ５ａ、５ｂ、５ｃへ充電を開始すると、駆動電源用コンデンサ９の容量が小さい場合は駆動回路用電源電圧が変動し、最悪の場合には、スイッチング素子のゲート駆動電圧レベル以下となりインバータの機能がストップするという問題があった。このため、電圧変動を抑えるために駆動回路用電源平滑コンデンサ９は、比較的大きな容量を必要としていた。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を大きくすることなく、サイズ、コスト、信頼性を向上させた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】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、直流電圧のプラス側およびマイナス側との間にそれぞれ接続されたプラス側のスイッチング素子とマイナス側のスイッチング素子による対構成の複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、直流電圧のプラス側に接続されたスイッチング素子の駆動回路の電源であるチャージポンプ回路のコンデンサと、前記コンデンサを充電するための駆動回路用電源および駆動回路用電源平滑コンデンサと、交流波形出力前に、前記スイッチング手段のスイッチング周期において、マイナス側の複数のスイッチング素子のうち、いずれかひとつのスイッチング素子に対してデューティ比を制御し、その他のスイッチング素子はＯＦＦ状態として抑制充電する制御手段を設けたものである。
【００１５】
この制御手段によって駆動回路用電源平滑コンデンサの電源変動を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のインバータ装置は、直流電源を投入した直後の擬似交流波形出力する前に少なくともひとつのスイッチング素子に対してデューティ比を制御し、その他のスイッチング素子はＯＦＦ状態として抑制充電することで駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を大きくすることなく、駆動回路用電源平滑コンデンサの電源変動を抑えるとともに、チャージポンプ回路のコンデンサを実用範囲内の時間で充電出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第一の発明はマイナス側の複数のスイッチング素子のうち、いずれかひとつのスイッチング素子に対してデューティ比を制御し、その他のスイッチング素子はＯＦＦ状態として抑制充電する制御手段を備えたことにより、駆動回路用電源平滑コンデンサからデューティ比を制御している上アームのコンデンサのみに充電電流が流れるので、駆動回路用電源平滑コンデンサの電源変動が抑えることが出来る。
【００１８】
第二の発明は更にスイッチング周期毎にデューティ比を制御するスイッチング素子を順次切り替えて抑制充電する制御手段を備えたことにより、駆動回路用電源平滑コンデンサからデューティ比を制御している上アームのコンデンサのみに充電電流が流し、且つ複数のチャージポンプ回路のコンデンサへ充電を流すことができるので、駆動回路用電源平滑コンデンサの電源変動が抑えることが出来る。
【００１９】
第三の発明は更に操作するデューティ比を徐々に増加させて抑制充電する制御手段を備えたことにより、更に効果的に駆動回路用電源平滑コンデンサの電源変動が抑えることが出来る。
【００２０】
第四の発明は圧縮機一体型用インバータに搭載されるインバータ装置であり、インバータの占有容積が厳しい条件においては、駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を小さく抑えることが出来、インバータ部分の小型化に効果がある。
【００２１】
第五の発明は車両に搭載されるインバータ装置であり、車両内に搭載可能なスペースには限りがあり、駆動回路用電源平滑コンデンサの容量を小さく抑えることが出来、インバータ部分の小型化に効果がある。
【００２２】
（実施の形態１）
図１、２は、本発明の第一の実施の形態におけるインバータのチャージポンプ制御回路のブロック図と制御タイミングチャートを示すものである。図１において、１は車両用直流電圧源、２ａ〜２ｆは絶縁ゲート入力のスイッチング素子でＩＧＢＴ、３ａ〜３ｃは上アームのスイッチング素子を駆動する駆動回路で、ダイオード４ａを介して駆動回路３ａの電源となるコンデンサ５ａに所定の電圧が充電される。コンデンサ５ｂ、５ｃも同様にダイオード４ｂ、４ｃを介して充電され、それぞれがチャージポンプ回路を構成している。７は駆動回路３ａのマイナス側電源ラインである。３ｄ〜３ｆは下アームのスイッチング素子２ｄ〜２ｆを駆動する駆動回路、８は駆動回路用電源、１０は制御手段のＰＷＭ信号発生手段のマイコンであり、駆動回路３ａ〜３ｆを介してスイッチング素子２ａ〜２ｆをＯＮ、ＯＦＦさせる信号を発生する。従来例と構成上で異なるのは、制御手段１０の制御内容である。
【００２３】
本実施例のインバータ装置は、通常、スイッチング素子２ａ〜２ｆを直流電圧源１に対してブリッジ状に接続し、直流電圧源１から出力される直流電圧を適宜スイッチングすることにより所定の擬似交流波形を出力するが、従来例と同様に直流電源を投入した直後は、コンデンサ５ａが十分に充電されておらず、波形出力前にコンデンサ５ａを充電するのに十分な時間、必ず下アームをＯＮする必要がある。
【００２４】
このとき、図２に示すように、最初の波形出力をするまではコンデンサ５ａを十分に充電すると共に、駆動回路用電源８の電圧変動がゲート駆動電圧レベルに対し十分余裕を保つように下アーム２ｄのＯＮ状態、ＯＦＦ状態のデューティを制御している。このときコンデンサ５ｂおよび５ｃへの充電は停止するため下アーム２ｅ、２ｆはＯＦＦさせている。
【００２５】
つぎに、コンデンサ５ａへの充電が終了後、コンデンサ５ｂを十分に充電すると共に、駆動回路用電源８の電圧変動がゲート駆動電圧レベルに対し十分余裕を保つように下アーム２ｅのＯＮ状態、ＯＦＦ状態のデューティを制御している。このときコンデンサ５ａおよび５ｃへの充電は停止するため下アーム２ｄ、２ｆはＯＦＦさせている。
【００２６】
つぎに、コンデンサ５ｂへの充電が終了後、コンデンサ５ｃを十分に充電すると共に、駆動回路用電源８の電圧変動がゲート駆動電圧レベルに対し十分余裕を保つように下アーム２ｆのＯＮ状態、ＯＦＦ状態のデューティを制御している。このときコンデンサ５ａおよび５ｂへの充電は停止するため下アーム２ｄ、２ｅはＯＦＦさせている。
【００２７】
以上のように、駆動回路用電源８および駆動回路用電源平滑コンデンサ９からコンデンサ５ａ、５ｂ、５ｃへは同時に充電することはないので、駆動回路用電源平滑コンデンサの負担は少なくなり電源電圧の低下を抑えることが出来る。
【００２８】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第二の実施の形態におけるインバータのチャージポンプ制御回路の制御タイミングチャートを示すものである。本実施の形態では、スイッチング周期毎に、デューティ制御するスイッチング素子を順次切り替えている。
【００２９】
これにより駆動回路用電源８および駆動回路用電源平滑コンデンサ９からコンデンサ５ａ、５ｂ、５ｃへは同時に充電することはないので、駆動回路用電源平滑コンデンサの負担は少なくなり電源電圧の低下を抑えることが出来る。
【００３０】
（実施の形態３）
図４は、本発明の第三の実施の形態におけるインバータのチャージポンプ制御回路の制御タイミングチャートを示すものである。本実施の形態ではスイッチング周期毎に、デューティ制御するスイッチング素子を順次切り替えるとともに、図４に示すようにデューティを徐々に増加するようにしている。これにより更に確実に駆動回路用電源平滑コンデンサの負担は少なくなり電源電圧の低下を抑えることが出来る。
【００３１】
（実施の形態４）
圧縮機一体型用インバータに搭載されるインバータ装置に本発明を適用するものであり、駆動回路用電源平滑コンデンサの負担は少なくなる分コンデンサ容量を小さくすることが可能であり、この結果コンデンサを小型化することが出来、インバータ装置の小型化の向上をすることが出来る。
【００３２】
（実施の形態５）
車両に搭載されるインバータ装置に本発明を適用するものであり、駆動回路用電源平滑コンデンサの負担は少なくなる分コンデンサ容量を小さくすることが可能であり、この結果コンデンサを小型化することが出来、インバータ装置の小型化の向上により、車両への搭載性向上を図ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のインバータ装置は、駆動回路用電源平滑コンデンサの負担が少なくすることが出来、コンデンサ容量を小さくすることが可能であり、この結果コンデンサを小型化することが出来、インバータ装置の小型化を図ることが出来るので、モータ駆動用のインバータ全ての用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインバータのチャージポンプ制御回路のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるインバータのチャージポンプ制御回路の制御タイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２におけるインバータのチャージポンプ制御回路の制御タイミングチャート
【図４】本発明の実施の形態３におけるインバータのチャージポンプ制御回路の制御タイミングチャート
【図５】従来のインバータのチャージポンプ制御回路のブロック図
【図６】従来のインバータのチャージポンプ制御回路の制御タイミングチャート
【符号の説明】
【００３５】
１  直流電圧源
２ａ〜２ｆ  スイッチング素子
３ａ〜３ｆ  駆動回路
５ａ〜５ｃ  コンデンサ
８  駆動回路用電源
９  駆動回路用電源平滑コンデンサ
１０  制御手段（ＰＷＭ信号発生器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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