JPH02266873A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はパワーＭＯＳＦＥＴを用いたインバータ装置に
関する。

（従来の技術） ＦＥＴをブリッジ接続してモータの巻線等の負荷へ電力
を供給するインバータ回路では、直流電源の電圧より同
極性の高い電圧または直流電源の電圧に対して逆極性の
電圧をＦＥＴのゲートへ供給してＦＥＴのスイッチング
を制御する必要があり、例えば特開昭６３−４１６６７
号公報では、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（以下特に支障
のない限りＦＥＴと記す）のゲートへ直流−直流変換器
（チャージポンプ回路）により昇圧した電圧を印加する
構成が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 一方、バッテリからインバータ装置を介してエンジン始
動用のスタータモータを駆動する場合には、数１００Ａ
程度の大電流が流れるためバッテリの電圧が低下するこ
とがあり、バッテリの出力電圧の変動は、バッテリの充
電状態により大きく異なり、例えば公称１２Ｖのバッテ
リが瞬間的にその％程度の電圧となることもある。

このため、直流−直流変換器により、例えば１２Ｖの入
力電圧に対して１８Ｖの出力電圧を発生してＦＥＴをオ
ン状態に制御していたインバータ装置が、バッテリの電
圧が仮りに６ｖに低下して直流−直流変換器の出力電圧
が９ｖ程度となった場合、ＦＥＴを完全にスイッチング
（飽和）状態まで駆動できないことがある。この場合は
、ＦＥＴ自身の消費電力が増加し、素子の発熱によりＦ
ＥＴの破損、特性劣化となることがある。

本発明は、このような課題を解決するためなされたもの
で、その目的はバッテリ電圧の変動があってもパワーＭ
ＯＳＦＥＴを確実に駆動することのできるインバータ装
置を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため本発明に係るインバータ装置は
、バッテリ電圧が低下した場合であっても、パワーＭＯ
ＳＦＥＴのゲートへそのＦＥＴをオン状態に駆動するに
必要な電圧を供給する直流−直流変換器を備えたことを
特徴とする。

直流−直流変換器は、定電圧回路によって安定化された
バッテリの電圧より低い電圧を入力として、直流−直流
変換回路により所定の直流出力電圧を発生する構成とし
てもよい。

（作用） バッテリの電圧が低下しても、ＦＥＴのゲートにはＦＥ
Ｔをオン状態に駆動するのに必要な電圧が印加される。

よって、ＦＥＴは確実にオン状態となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るインバータ装置を三相巻線を有す
る永久ブラシレスモータの運転に適用した回路構成図で
ある。

図において、１はインバータ装置であり、インバータ装
置１の電源電圧１ａ、ｌｂにはバッテリ２が接続され、
出力電圧１ｃ、ｌｄ、ｌｅは負荷として永久磁石ブラシ
レスモータ（以下モータと記す）３の各巻線３ａ、３ｂ
、３ｃへ接続されている。

インバータ装置１は、運転制御回路１１、直流−直流変
換器１２、パワーＭＯＳＦＥＴ（以下ＦＥＴと記す）　
１３〜１８とそのゲート駆動回路等より構成される。

運転制御回路！１は、運転スイッチ１９が閉状態で動作
モードとなり、モータ３の回転位置検出手段２０の位置
検出信号２０ａに基づいてモータ３の固定子巻線３８〜
３Ｃへ、永久磁石回転子３ｄの磁極より所定の電気角進
相させた階段状三相交流電流を供給するように各ＦＥ７
１３〜１８のオン・オフを制御する信号を出力電圧１１
ａ〜１１ｆへ出力するものである。また、この運転制御
回路１１は、電圧検出手段２１の電圧検出信号２ｔａが
Ｌレベルの時は、運転スイッチ１９を開から閉状態にし
ても待機モードを維持するよう構成されている。

本実施例の運転制御回路１１は、電源電圧３Ｖ以上で動
作する市販のモータ駆動用ＩＣあるいは１チツプマイク
ロコンピユータで構成しており、通常状態では、電源電
圧ｉｔｇには、定電圧回路２２より５ｖの電圧が印加さ
れる構成としている。

電圧検出手段２１は、基準電圧発生回路と電圧比較器を
備え、入力電圧２１ｂに印加される電圧が所定の電圧値
以下の場合は、出力電圧２１ａへＬレベルの信号を出力
するものである。本実施例では入力電圧２１ｂの電圧が
約４，５ｖ以下の時は、出力電圧にＬレベルを出力する
電圧検出用ＩＣを用いている。

定電圧回路２２は、例えば三電圧式シリーズレギュレー
タＩＣとその周辺回路等で構成され、入力電圧２２ａに
は、バッテリ２の電圧が印加され、出力電圧２２ｂは運
転制御回路１１の電源電圧１１ｇへ接続されている。本
実施例では、バッテリ２の電圧は通常約１２Ｖであり、
定電圧回路２２の出力電圧は５ｖである。

直流−直流変換器１２は、入力電圧１２ａ。

１２ｂに印加されるバッテリ２の電圧に基づいて、出力
電圧１２ｃ、１２ｄへ昇圧した出力電圧を発生するもの
である。本実施例では、自助式の発振回路２３、スイッ
チングトランジスタ２４゜２５、センタタップ付の昇圧
トランス２６、倍電圧形の整流回路２７からなる直流−
直流変換回路２８、および、電流制限用の抵抗２９、ツ
ェナーダイオード等の定電圧回路３０から構成している
。この直流−直流変換器１２は、電圧１２ａ。

１２ｂ間に入力される電圧に比例する昇圧電圧出力を定
電圧回路２９で安定化して出力するよう構成されており
、本実施例では、入力電圧１２ａ。

１２ｂ間に３ｖの電圧を印加した時の電圧１２ｃ、１２
ｄ間の出力は約１５Ｖで、入力電圧を増加しても出力電
圧は約２４Ｖで略一定となるよう構成している。

直流−直流変換器１２の出力電圧１２ｃは、ゲート駆動
回路を構成するＰＮＰトランジスタ３１〜３６のエミッ
タからコレクタを経て、ゲート保護抵抗３７〜４２を介
して各ＦＥ７１３〜１８のそれぞれのゲートへ接続され
ている。各ＰＮＰトランジスタ３１〜３６は、運転制御
回路１１の各出力電圧１１ａ〜ｌｌｆがＨレベルになる
とオーブンコレクタ型の反転バッファ回路４２〜４８を
介してオン状態になるよう構成されている。

ＦＥＴ１３〜１５のドレインは、バッテリ２のプラス側
へ接続され、ＦＥＴ１６〜１８のソースはバッテリ２の
マイナス側へ接続され、ＦＥＴ１３〜１５のソースとＦ
ＥＴ１８〜１８のドレインがそれぞれ電圧１ｃ、ｌｄ、
Ｉｅへ接続されている。なお、ＦＥＴ１３〜１８のドレ
イン・ソース間に逆並列に接続されたダイオード４９〜
５４は、各ＦＥ７１３〜１８がオフ時にモータ３の巻線
３ａ〜３ｃに発生するサージを吸収するための貫流用ダ
イオードである。

以上の構成であるから、バッテリ２の起電圧が電圧検出
手段２１で設定される電圧より低い時、すなわちバッテ
リ２がほぼ放電状態でモータ３を始動するだけの電源能
力がない時は、運転スイッチ１９が操作されても運転制
御回路１１は待機モードを保持する。

バッテリ２が無負荷状態で所定の電圧値以上の起電圧を
有する時は、運転スイッチ１９が閉状態に操作されると
、運転制御回路１１は所定のタイミングで出力電圧１１
ａ〜ｌｌｆにゲート駆動制御出力を発生し、モータ３を
始動させる。この時、モータ３の巻線３ａ〜３ｃへ大き
な電流が供給され、この結果バッテリ２の起電圧が低下
したとしても、直流−直流変換器１２の出力電圧はＦＥ
Ｔ１３〜１８を駆動するのに必要な電圧が発生している
ので、ＦＥＴ１３〜１８を確実にオン状態とすることが
できる。

第２図は、本発明の他の実施例を示す回路構成図である
。

この実施例は、本発明に係るインバータ装置を三相誘導
電動愚の運転に適用したものであり、第１図と同一構成
部分は同一符号を符している。

インバータ装置６１の電源電圧６１ａ、６１ｂには、バ
ッテリ６２が接続され、出力電圧６１　ｃ、　６１　ｄ
、　６１　ｅは誘導電動機６３の各巻線６３　ａ、　６
３　ｂ、　６３　ｃへ接続されている。

インバータ装置６１は、運転制御回路７１、直流−直流
変換器７２およびＦＥＴ１５〜１８ならびにその駆動回
路３３〜４８等から構成される。

直流−直流変換器７１は、定電圧回路７３、初段昇圧回
路７４および後段昇圧回路７５から構成される。

定電圧回路７３は、運転スイッチ１９の閉により電圧７
３ａに印加されるバッテリ６２の電圧を人力として、安
定化した電圧出力を電圧７３ｂへ出力するものである。

本実施例では、バッテリ６２の公称電圧を２４Ｖとし、
定電圧回路７３により１２Ｖの出力電圧を運転制御回路
７１へ供給する才薄成としている。

初段昇圧回路７４は、定電圧回路７３の出力電圧を電源
とし、その約２倍の昇圧電圧を電圧７４ａに発生するも
のである。この初段昇圧回路７４は、自励式の発振回路
７６の出カフ６ａにより相補的にオン・オフを繰り返す
ＰＮＰトランジスリス７とＮＰＮトランジスタ７８と、
２個のダイオード７９．８０および２個のコンデンサ８
１．８２から構成される。定電圧回路７３の出力電圧７
３ｂから、ダイオード７９−ダイオード８０−コンデン
サ８ｌ−ＧＮＤ＠子７３ｃのルートでコンデンサ８１の
充電回路が形成され、ダイオード８０とコンデンサ８１
の接続点は電圧７４ａへ接続されている。コンデンサ８
２の一端は、電圧７３ｂと電圧７３ｃの間に直列に接続
されたトランジスタ７７．７８のコレクタへ接続され、
コンデンサ８２の他端は２個のダイオード７９．８０の
接続点へ接続され、この点は、後段の昇圧回路７５との
接続電圧７４ｂとなる。

コンデンサ８２はＮＰＮトランジスタ８ｏがオンの時ダ
イオード７９を通して充電され、次にＮＰＮトランジス
タ８０がオフ、ＰＮＰトランジスリス７がオンになると
、コンデンサ８２の電荷をダイオード８０を通してコン
デンサ８１へ放電する。この充放電を発振回路７６の発
振周波数に基づいて繰り返すので、電圧７４ａには、定
電圧回路７３の出力電圧の約２倍（本実施例では約２４
Ｖ）の電圧が得られる。

後段昇圧回路７５は、各ＦＥＴ１３〜１８毎に対応して
設けた６個の昇圧回路７５Ａ〜７５Ｆからなる。初段昇
圧回路７４の電圧７４ａ、７４ｂは、後段昇圧回路７５
の電圧７５ａ・・・、７５ｂ・・・へそれぞれ並列に接
続される。後段昇圧回路７５の昇圧出力電圧７５ｄ・・
・はＰＮＰ）−ランリスタ３１〜３６のエミッタへそれ
ぞれ接続される。この後段昇圧回路７５は、電圧７５ｂ
と電圧７５ｄの間に２個のダイオード８３．８４が順方
向直列に接続され、ダイオード８３とダイオード８４の
接続点と電圧７５ａの間にコンデンサ８５が接続され、
電圧７５ｄとＧＮＤ電圧７５ｃの間にコンデンサ８６が
接続された半波倍電圧整流回路で構成される。昇圧回路
７５Ａ〜７５Ｆはすべて同じ構成である。

後段の昇圧回路７５〜７５Ｆは、初段の昇圧回路と同様
に、ダイオード８３を介してコンデンサ８５の充電と、
コンデンサ８５の電荷をダイオード８４を介してコンデ
ンサ８６へ放電する動作を繰り返して、出力電圧７５ｄ
へ定電圧回路７３の出力電圧の約３倍（本実施例では約
３６ｖ）の昇圧出力電圧を得る。

制御回路７１は、電源電圧７１ｇに定電圧回路７３の出
力電圧が印加され、パワーオンイニシャル（ＰＯＩ）回
路８７からのイニシャル信号８７ａが入力されると、電
圧検出手段８８の検出出力信号をチエツクし、その信号
がＨレベルの時は、回転数設定手段８９の設定信号８９
ａに基づいて、出力電圧７１ａ〜７１ｆにＨレベルのゲ
ート駆動信号を所定のタイミングで出力するよう構成さ
れている。

本実施例の電圧検出手段８８は、バッテリ６２の電圧が
１２Ｖ以上の時はＨレベルの出力を発生し、１２Ｖ未満
はＬレベルの出力を発生するよう構成している。また、
運転制御回路７１は、電動機６３を運転中であってもバ
ッテリ６２の電圧が１２Ｖ未満となり、電圧検出手段８
８の出力８８ａが一定時間継続してＬレベルとなフた場
合は、電圧７１ａ〜７１ｆの出力をＬレベルとしＦＥＴ
１３〜１８の駆動を停止するとともに、アラーム出力電
圧７ｔｈにＨレベルの出力を発生し、表示回路９０内の
ＬＥＤを点灯し可視表示を行なう構成としている。

以上の構成であるからインバータ装置６１は運転スイッ
チ１９が閉状態へ操作されると、バッテリ６２の電圧が
所定の電圧値以上であれば電動機６３を設定された回転
数で回転させる。ＦＥＴ１３〜１８のゲートへは、直流
−直流変換器７５からバッテリ６２の電圧より昇圧され
た電圧が供給されており、ＦＥＴ１３〜１８は確実にオ
ン状態へ制御される。バッテリ６２の電圧が所定の電圧
値未満の場合は電動機６３の運転は停止され、表示回路
９０により停止状態である旨の表示が行なわれる。

なお、運転制御回路７１は、電動機６３の運転に先立ち
、特定のＦＥＴ　（例えばＦＥＴ１５とＦＥＴ１７）を
所定の短時間だけオン状態に駆動し、バッテリ６２より
電動機６３の特定巻線（例えば巻線３ａ）へ電流を供給
した状態でバッテリ６３の電圧をチエツクし、所定の電
圧値以上であれば運転を開始する構成であフてもよい。

なお、本実施例は、すべてのＦＥＴ１３〜１８のゲート
へ昇圧した電圧を印加する構成としているが、上側のＦ
ＥＴ１３〜１５のみに昇圧した電圧を印加する構成であ
ってもよい。

なお、各実施例ともＮチャンネル型のパワーＭＯＳＦＥ
Ｔを用いたインバータ装置について説明したが、Ｐチャ
ンネル型のパワーＭＯＳＦＥＴの場合は、直流−直流変
換器によってバッテリと逆極性の電圧を発生させ、これ
を各ゲートに印加すればよい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係るインバータ装置は、バ
ッテリの電圧が低下してもパワーＭＯＳＦＥＴのゲート
へは所定の電圧が供給できるよう直流−直流変換器を構
成したので、バッテリの起電圧が低下している時や、低
温時でバッテリの能力が低下している時等で、負荷への
大電流供給に伴なってバッテリの電圧が低下した場合で
あっても、パワーＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作を確
実に行なうことができる。

したがって、ゲートの印加電圧不足によりＦＥＴのオン
電圧（ドレイン・ソース間の電圧）が上昇し、ＦＥＴの
消費電力が増加して発熱による破損、特性の劣化等を発
生することがなく、信顆性の高いインバータ装置を提供
することができる。

直流−直流変換器は、昇圧した電圧を定電化する構成、
または、バッテリからの電圧をもとに定電圧回路を通し
た後昇圧する構成としたので、使用するバッテリの終始
電圧およびＦＥＴのゲートへ印加する電圧等の設計条件
が種々異なっても、昇圧比や定電圧化する電圧値の調整
だけで汎用的に適用することができ、インバータ装置の
共通化・低価格化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るインバータ装置を三相ブラシレス
モータの運転に適用した回路構成図、第２図は本発明の
他の実施例に係るインバータ装置を三相誘導電動機の運
転に適用した回路構成図である。 なお、図面中、１．６１はインバータ装置、２．６２は
バッテリ、３．８３は負荷である電動機（モータ）、１
１．７１は運転制御回路、１２．７２は直流−直流変換
器、１３〜１８はバ’７−Ｍ０５ＦＥＴ、２８は直流−
直流変換回路、３゜は定電圧回路、７３は定電圧回路、
７４は初段昇圧回路、７５は後段昇圧回路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）バッテリから、ブリッジ接続されたパワーＭＯＳ
   ＦＥＴを介して負荷へ電力を供給するインバータ装置に
   おいて、このインバータ装置は、バッテリの電圧が低下
   した場合であっても、パワーＭＯＳＦＥＴのゲートへそ
   のＦＥＴをオン状態に駆動するのに必要な電圧を供給す
   る直流−直流変換器を備えたことを特徴とするインバー
   タ装置。
2. （２）前記直流−直流変換器は、入力電圧に比例した昇
   圧出力電圧を発生する直流−直流変換回路と、昇圧出力
   電圧を入力とする定電圧回路とからなることを特徴とす
   る請求項１記載のインバータ装置。
3. （３）前記直流−直流変換器は、定電圧回路と、この定
   電圧回路によって安定化されたバッテリの電圧より低い
   電圧を入力として、所定の直流出力電圧を発生する直流
   −直流変換回路とからなることを特徴とする請求項１記
   載のインバータ装置。