(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、該ドライブ回路に入力され負荷を制御する制御信号を発生する制御回路とを備えたインバータ回路装置において、
前記スイッチング素子、前記ドライブ回路、前記スイッチング素子に接続された過電流検出抵抗を単一の混成集積回路基板に組み込み、
前記過電流検出抵抗からの検出電圧を増幅器で増幅し、分圧抵抗で分圧して過電流検出回路で基準電圧と比較して過電流保護を行い、前記分圧抵抗の一方に直列あるいは並列に外付け抵抗を接続して分圧比を変えて前記過電流保護レベルを調整可能とすることを特徴としたインバータ回路の過電流保護装置。
【請求項２】
前記分圧抵抗も前記単一の混成集積回路基板に組み込まれたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ回路の過電流保護装置。
【請求項３】
前記外付け抵抗は前記分圧抵抗の一方に直列に接続され、前記過電流検出回路に入力される分圧電圧を大きくして過電流保護レベルを小さくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ回路の過電流保護装置。
【請求項４】
前記外付け抵抗は前記分圧抵抗の一方に並列に接続され、前記過電流検出回路に入力される分圧電圧を小さくして過電流保護レベルを大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ回路の過電流保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ回路の過電流保護装置に関し、特に過電流保護レベルを可変にするインバータ回路の過電流保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図５を参照して、インバータ回路装置およびその制御回路の動作を簡単に説明する。
【０００３】
マイクロコンピュータあるいはＤＳＰにより構成された制御回路１には回転速度設定信号に応じた周波数の基準信号が入力され、それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された正弦波とこのパルス幅変調された正弦波に対して１８０度位相が遅れた３つのパルスが生成されている。
【０００４】
それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された正弦波はドライバ回路２を介して、インバータ回路を構成する上側アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の制御電極に入力され、このスイッチング素子をオン・オフ制御する。
【０００５】
また、このパルス幅変調された正弦波に対して１８０度位相が遅れたパルス幅変調された正弦波は同様に下側アームのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をオン・オフ制御する。
【０００６】
なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は回生ダイオードである。
【０００７】
従って、それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された正弦波とこのパルス幅変調された正弦波に対してそれぞれ１８０度位相が遅れた３つのパルス幅変調された正弦波によりオン・オフ制御されるインバータ回路の出力端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とＱ４、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ６の接続点Ｕ、Ｖ、Ｗには３相のパルス幅変調された正弦波電圧が得られ、モータＭに流れる負荷電流は正弦波に近似したものとなる。
【０００８】
モータの過負荷や直列スイッチング素子の同時オンなどに起因する過電流は過電流検出抵抗Ｒｓおよび過電流検出回路３により過電流検出信号として検出され、制御回路１からこの過電流検出信号に基づいて一定期間パルス出力を停止する等の保護動作を行う。
【０００９】
この過電流検出抵抗Ｒｓは制御するモータの特性や容量により適切な抵抗値に選ばれ、例えば過電流保護レベルは１０Ａ〜５０Ａ程度に設定される必要がある。この過電流検出抵抗Ｒｓを混成集積回路基板に組み込む場合には過電流保護レベルを可変にするために外付け抵抗として設計されなくてはならなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した過電流検出抵抗Ｒｓは大電流が流れるので、出来るだけ混成集積回路の中に組み込みたい要望があり、これを実現すると設定する過電流保護レベルに応じて多数の混成集積回路を用意する必要があり、過電流保護レベル毎に多品種を揃えなくてはならない問題点を有していた。
【００１１】
また、スイッチング素子、過電流検出抵抗Ｒｓ、ドライバ回路２は発熱を伴うので、金属基板等を用いた混成集積回路にモジュール化して取り扱い易くする要望も強いために、過電流保護レベルを可変にできなかった問題点もあった。
【００１２】
更に、過電流検出抵抗Ｒｓで検出される検出電圧は過電流検出抵抗Ｒｓの抵抗値が極めて小さいので、０．２Ｖ程度であり、過電流保護レベルの調整が極めて困難である問題点も発生していた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされ、過電流検出抵抗からの検出電圧を増幅器で大きく増幅し、増幅した検出電圧を分圧抵抗で分圧して過電流検出回路で基準電圧と比較して過電流保護を行い、分圧抵抗の一方に直列あるいは並列に接続される外付け抵抗を設けて分圧比を変えて過電流保護レベルを調整可能とするインバータ回路の過電流保護装置を実現するものである。
【００１４】
また、本発明では分圧抵抗も単一の混成集積回路基板に組み込み、外付け抵抗のみの追加で過電流保護レベルを調整可能とするインバータ回路の過電流保護装置を実現するものである。
【００１５】
更に、本発明では外付け抵抗を分圧抵抗の一方に直列に接続して、過電流検出回路に入力される分圧電圧を大きくして過電流保護レベルを小さくするインバータ回路の過電流保護装置を実現するものである。
【００１６】
更に、本発明では外付け抵抗は分圧抵抗の一方に並列に接続して、過電流検出回路に入力される分圧電圧を小さくして過電流保護レベルを大きくするインバータ回路の過電流保護装置を実現するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のインバータ回路の過電流保護装置のブロック図を示す。
【００１８】
本発明のインバータ回路は、インバータ回路を構成する上側アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、下側アームのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６と、各スイッチング素子の制御電極に入力され、このスイッチング素子をオン・オフ制御するドライバ回路２と、下側アームのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に共通に直列に接続された過電流検出抵抗Ｒｓと、インバータ回路の出力端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とＱ４、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ６の接続点Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されたモータＭ等の負荷とで構成される。制御回路１からは前述したようにパルス幅変調された正弦波がドライブ回路２に出力され、インバータ回路の制御を行っている。
【００１９】
本発明の特徴は過電流検出抵抗Ｒｓからの検出電圧を増幅器４で約１０倍程度に増幅し、その増幅された検出電圧を分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４とその一方の分圧抵抗に直列あるいは並列に接続される外付け抵抗Ｒ５を用いて分圧することにある。増幅された検出電圧は分圧抵抗により分圧された電圧が過電流検出回路３でその基準電圧と比較され、それを越えると過電流検出信号を出力し、制御回路１でドライブ回路２に供給されるパルス幅変調された正弦波を停止して保護動作を行う。
【００２０】
すなわち、分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の分圧抵抗Ｒ４に直列に外付け抵抗Ｒ５を接続した場合は、分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点の分圧比は外付け抵抗Ｒ５により上昇し、（Ｒ４＋Ｒ５）／（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）となる。これにより外付け抵抗Ｒ５が無い状態（０Ω）で、過電流保護レベルを例えば１０Ａに設定すると、外付け抵抗Ｒ５が直列に接続されると過電流保護レベルを例えば８Ａに調整できる。このように過電流保護レベルは外付け抵抗Ｒ５の抵抗値を選択することで小さい方向に調整できる。
【００２１】
また、分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の分圧抵抗Ｒ４に並列に外付け抵抗Ｒ５を接続した場合は、分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点の分圧比は外付け抵抗Ｒ５により減少し、（Ｒ２・Ｒ３）／（Ｒ１・Ｒ２＋Ｒ２・Ｒ３＋Ｒ３・Ｒ１）となる。これにより外付け抵抗Ｒ５が無い状態で、過電流保護レベルを例えば１０Ａに設定すると、外付け抵抗Ｒ５が並列に接続されると過電流保護レベルを例えば１２Ａに調整できる。過電流保護レベルは外付け抵抗Ｒ３の抵抗値を選択することで大きい方向に調整できるが、過電流保護レベルを大きくするためにはスイッチング素子の特性アップ等の必要があり、スイッチング素子の特性から決まる上限値の範囲内で少しアップできる程度が便利である。
【００２２】
図２に、更に、具体化された過電流保護レベルを小さくする本発明のインバータ回路の過電流保護装置の回路図を示す。
【００２３】
スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６はインバータ回路の下側アームを構成し、過電流検出抵抗Ｒｓがスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に共通に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の制御電極にはドライバ回路２が接続され、インバータ回路を駆動するパルス幅変調された正弦波の制御信号が制御回路１から入力信号端子を介して供給されている。
【００２４】
過電流検出抵抗Ｒｓからの検出電圧は増幅器４で約１０倍に増幅される。増幅器４としてオペアンプを用い、非反転入力端子（＋）に過電流検出抵抗Ｒｓからの検出電圧を入力し、反転入力端子（−）と接地電位Ｖｓｓ間には帰還抵抗Ｒ１を接続し、反転入力端子（−）と出力端子間には帰還抵抗Ｒ２を接続する。このような接続をすれば、増幅器４の出力電圧Ｖ0は以下のように規定される。
【００２５】
Ｖ0＝（１＋Ｒ２／Ｒ１）（Ｉ0Ｒｓ−Ｖｏｓ）
ここで、Ｉ0はスイッチング素子を流れる電流、Ｖｏｓはオペアンプのオフセット電圧である。
従って、増幅器４からは過電流検出抵抗Ｒｓに発生する検出電圧Ｉ0Ｒｓを約１０倍に増幅するように帰還抵抗Ｒ１、Ｒ２を設定する。例えば、過電流保護レベルを２０Ａ、Ｒｓを０．０１６７Ωとすると、検出電圧Ｉ0Ｒｓは０．３３４Ｖであり、帰還抵抗Ｒ１を３．９ｋΩ、帰還抵抗Ｒ２を２２ｋΩの増幅器４で増幅した検出電圧は２．２２Ｖ程度になる。
【００２６】
この増幅器４からの増幅した検出電圧は分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４に印可され、分圧抵抗Ｒ４の一端は外部端子ＩＳＤに接続され、外部端子Ｖｓｓとの間に外付け抵抗Ｒ５が接続される。すなわち、外付け抵抗Ｒ５を用いて分圧される電圧が調整可能になる特徴を有する。
【００２７】
過電流検出回路３はコンパレータで構成され、一方の入力端子に基準電圧ｒｅｆを入力し、もう一方の入力端子には分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点の分圧電圧を入力している。コンパレータの出力は過電流検出信号を出力するＭＯＳ半導体素子の制御電極に印可され、過電流検出信号が出力されるとこのＭＯＳ半導体素子はオンして制御回路１に保護動作信号ＦＡＵＬＴを伝えると同時に、インバータ回路を制御する制御信号を一定期間ドライバ回路２に供給することを停止する保護動作を行う。
【００２８】
上述したインバータ回路の過電流保護装置では、外付け抵抗Ｒ５の働きにより分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点の分圧電圧を大きく調整できるので、過電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流が大きくなると、過電流検出回路３で直ちに基準電圧を超えるので過電流保護レベルを小さく調整できる。このために分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４のみで例えば、１０Ａに設定した過電流保護レベルを外付け抵抗Ｒ５の追加で例えば、８Ａに引き下げられる。
【００２９】
図２において、外側の太い点線で囲まれた領域は単一の混成集積回路基板を示しており、内側の細い点線で囲まれた領域はドライバＩＣを示している。すなわち、この混成集積回路基板にスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、過電流検出抵抗Ｒｓ、増幅器４、分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４、ドライバ回路２と過電流検出回路３を内在するドライバＩＣとが一体に組み込まれ、混成集積回路基板の外側では外付け抵抗Ｒ３が後から追加接続できる構成となっている。
【００３０】
図３を参照して、過電流保護レベルと外付け抵抗Ｒ５との具体的な関係を示す。このインバータ回路の過電流保護装置では、過電流検出抵抗Ｒｓ（０．０１６７Ω）、分圧抵抗Ｒ１（２２ｋΩ）、分圧抵抗Ｒ２（３．９ｋΩ）に設定されており、
外付け抵抗Ｒ５をショートした場合の過電流保護レベルは２６．９３Ａになり、外付け抵抗Ｒ５を例えば２ｋΩに設定すると過電流保護レベルは１９．１８Ａまで小さくできる。更に、外付け抵抗Ｒ５の抵抗値を大きくすると図示のように過電流保護レベルは小さくなる。
【００３１】
図４に、更に具体化された過電流保護レベルを大きくする本発明のインバータ回路の過電流保護装置の回路図を示す。
【００３２】
スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６はインバータ回路の下側アームを構成し、過電流検出抵抗Ｒｓがスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に共通に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の制御電極にはドライバ回路２が接続され、インバータ回路を駆動するパルス幅変調された正弦波の制御信号が制御回路１から入力信号端子を介して供給されている。過電流検出抵抗Ｒｓからの検出電圧は増幅器４で約１０倍程度に増幅され、この増幅した検出電圧を分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４に印加する。分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点は外部端子ＩＳＤに接続され、外部端子Ｖｓｓとの間に外付け抵抗Ｒ５が接続され、分圧抵抗Ｒ４と並列になる。すなわち、外付け抵抗Ｒ５を用いて分圧される電圧が調整可能になる特徴を有する。
【００３３】
過電流検出回路３はコンパレータで構成され、一方の入力端子に基準電圧ｒｅｆを入力し、もう一方の入力端子には分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点の分圧電圧を入力している。コンパレータの出力は過電流検出信号を出力するＭＯＳ半導体素子の制御電極に印可され、過電流検出信号が出力されるとこのＭＯＳ半導体素子はオンして制御回路１に保護動作信号ＦＡＵＬＴを伝えると同時に、インバータ回路を制御する制御信号を一定期間ドライバ回路２に供給することを停止する保護動作を行う。
【００３４】
上述したインバータ回路の過電流保護装置では、外付け抵抗Ｒ５の働きにより分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点の分圧電圧を小さく調整できるので、過電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流が大きくなると、過電流検出回路３で基準電圧を超えるので過電流保護レベルを大きく調整できる。このために分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４のみで例えば、１０Ａに設定した過電流保護レベルを外付け抵抗Ｒ３の追加で例えば、１２Ａに引き上げられる。
【００３５】
なお図４において、図２と同様に単一の混成集積回路基板にスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、過電流検出抵抗Ｒｓ、増幅器４、分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４、ドライバ回路２と過電流検出回路を内在するドライバＩＣとが一体に組み込まれ、混成集積回路基板の外側では外付け抵抗Ｒ５が後から追加接続できる構成となっている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に依れば、微小な抵抗値の過電流検出抵抗Ｒｓからの検出電圧を増幅器で増幅し、分圧抵抗で分圧してコンパレータで基準電圧と比較して過電流保護を行い、分圧抵抗の一方に直列あるいは並列に接続される外付け抵抗を設けて分圧比を変えて過電流保護レベルを調整可能とするので、過電流検出抵抗Ｒｓを混成集積回路基板に組み込んでも外付け抵抗で過電流保護レベルを調整できるインバータ回路の過電流保護装置を実現できる。
【００３７】
また、本発明では外付け抵抗を分圧抵抗の一方に直列に接続するすることで、過電流保護レベルを小さく調整できる利点がある。特に直流モータを負荷とする場合には、過電流保護レベルを最初の初期値より小さくして直流モータの減磁を防止することが出来る。
【００３８】
更に、本発明では外付け抵抗を分圧抵抗の一方に並列に接続するすることで、過電流保護レベルを大きく調整できる利点がある。これにより従来では混成集積回路基板に過電流検出抵抗Ｒｓを組み込んだ時点で過電流保護レベルが一律に決められていたが、本発明では過電流保護レベルを大きく調整したり、あるいは前述の様に小さく調整できるので、インバータ回路装置の機種数を大幅に減らしても任意の過電流保護レベルに対応できる利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインバータ回路の過電流保護装置を説明するブロック図である。
【図２】本発明のインバータ回路の過電流保護装置を説明する回路図である。
【図３】本発明のインバータ回路の過電流保護装置の過電流保護レベルを説明する特性図である。
【図４】本発明のインバータ回路の過電流保護装置を説明する回路図である。
【図５】従来のインバータ回路装置を説明するブロック図である。
【符号の説明】
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６    スイッチング素子
Ｒｓ          過電流検出抵抗、
Ｒ３、Ｒ４    分圧抵抗
Ｒ５          外付け抵抗
１            制御回路
２            ドライバ回路
３            過電流検出回路
４            増幅器
【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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