JPH0449347B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、トランジスタインバータにおける
各トランジスタ等の過電流による破損などを防止
するインバータの過電流保護回路に関する。

〔従来技術〕

従来、大型の誘導電動機の可変運転用制御電源
あるいは大型電子計算機の安定化電源等に適用さ
れるインバータには、制御素子としてサイリスタ
が使用されているが、近年のパワートランジスタ
の大容量化に伴い、サイリスタに代わつてパワー
トランジスタを制御素子とするトランジスタイン
バータの開発が進められている。

そして、従来のトランジスタインバータはたと
えば第１図に示すように構成されており、同図に
おいて、１は商用交流電源に接続された接続端
子、２は接続端子１を介した交流を整流、平滑す
るサイリスタ２ａ、リアクトル２ｂ、コンデンサ
２ｃからなる整流回路、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
はNPN型の第１〜第４トランジスタであり、各
トランジスタ３ａ〜３ｄのコレクタ、エミツタに
それぞれ逆並列にフライホイルダイオード４が接
続され、第１、第２トランジスタ３ａ，３ｂのコ
レクタが整流回路２の正出力端子に接続され、第
３、第４トランジスタ３ｃ，３ｄのコレクタが第
１、第２トランジスタ３ａ，３ｂのエミツタに接
続されるとともに、第３、第４トランジスタ３
ｃ，３ｄのエミツタが分流器、直流変流器等から
なる電流検出器５を介して整流回路２の負出力端
子に接続され、さらに各トランジスタ３ａ〜３ｄ
のベースが後述の制御回路のベース制御端子に接
続されており、整流回路２、各トランジスタ３ａ
〜３ｄ、各ダイオード４によりトランジスタイン
バータ６が構成されている。

７は１次巻線７ａの両端が第１、第２トランジ
スタ３ａ，３ｂのエミツタに接続されたトラン
ス、８はトランス７の２次巻線７ｂに接続された
負荷、９は制御回路であり、ゲート制御端子９ａ
を介してサイリスタ２ａのゲートにゲート制御信
号を出力するゲート制御部、４個のベース制御端
子９ｂ〜９ｅを介して各トランジスタ３ａ〜３ｄ
のベースにベース制御信号を出力するベース制御
部、および第２図に示すような過電流保護部１０
により構成されている。

つぎに第２図において、１０ａは直流基準電
源、１０ｂは基準電源１０ａによる基準電圧と検
出器５により検出されたインバータ６の１次側電
流にもとづく電圧とを比較する比較回路、１０ｃ
は停止回路であり、表示部を備え、前記１次側電
流による電圧が前記基準電圧よりも大きいとき
に、前記ベース制御部に停止信号を出力して各ト
ランジスタ３ａ〜３ｄへのベース制御信号の出力
を停止させ、各トランジスタ３ａ〜３ｄのスイツ
チングを停止させるとともに、前記表示部に異常
表示するようになつており、基準電源１０ａ、比
較回路１０ｂおよび停止回路１０ｃにより過電流
保護部１０が構成されている。

そして、制御回路９のベース制御部からのベー
ス制御信号が第１、第４トランジスタ３ａ，３ｄ
のベースおよび第２、第３トランジスタ３ｂ，３
ｃのベースに交互に出力され、第１、第４トラン
ジスタ３ａ，３ｄおよび第２、第３トランジスタ
３ｂ３ｃが交互にオン、オフを繰り返し、第１、
第４トランジスタ３ａ，３ｄのオンにより、整流
回路２からの直流電流が第１トランジスタ３ａの
コレクタ、エミツタ、トランス７の１次巻線７
ａ、第４トランジスタ３ｄのコレクタ、エミツ
タ、検出器５、整流回路２を流れ、第２、第３ト
ランジスタ３ｂ，３ｃのオンにより、整流回路２
からの直流電流が第２トランジスタ３ｂのコレク
タ、エミツタ、トランス７の１次巻線７ａ、第３
トランジスタ３ｃのコレクタ、エミツタ、検出器
５、整流回路２を流れ、インバータ６により整流
回路２による直流が交流に変換されて負荷８に供
給される。

このとき、検出器５により検出されるインバー
タ６の１次側電流は定常電流であるため、前記１
次側電流にもとづき検出器５により比較回路１０
ｂに与えられる電圧値は基準電源１０ａによる基
準電圧値よりも低く、比較回路１０ｂからの比較
信号により停止回路１０ｃが作動することはな
く、停止回路１０ｃから停止信号が出力されるこ
ともなく前記ベース制御部から各ベース制御信号
が出力され続け、インバータ６は正常動作を続け
る。

ところで、インバータ６の正常動作中に、前記
ベース制御部の誤動作等により、たとえば第１、
第３トランジスタ３ａ，３ｃが同時にオンすると
いう異常が発生した場合、第１、第３トランジス
タ３ａ，３ｃの同時のオンにより、インバータ６
の出力が短絡してインバータ６の１次側に過電流
が流れ、前記過電流にもとづき検出器５により比
較回路１０ｂに与えられる電圧値が基準電源１０
ａによる基準電圧値以上となり、比較回路１０ｂ
からの比較信号により停止回路１０ｃが作動し、
停止回路１０ｃから停止信号が出力されて前記ベ
ース制御部からのベース制御信号の出力が停止さ
れ、各トランジスタ３ａ〜３ｄがオフしてインバ
ータ６の作動が停止するとともに、停止回路１０
ｃの表示部に異常表示される。

しかし、検出器５として分流器を用いた場合、
分流器の出力信号が各トランジスタ３ａ〜３ｄの
ベースに直接入力されないように絶縁をしなけれ
ばならず、非常に煩雑であり、検出器５として直
流変流器を用いた場合には、前記変流器が遅れ要
素となるため、過電流発生時に、前記ベース制御
部からのベース制御信号の出力を瞬時に停止させ
ることができず、トランジスタ３ａ〜３ｄ等の破
損を招くという欠点がある。

また検出器５としてヒユーズを用いることも考
えられるが、過電流発生時にヒユーズにより前記
ベース制御部からのベース制御信号の出力を瞬時
に停止させることはできない。

さらに、負荷８がコンデンサ入力型負荷である
場合、当該負荷を起動する際、起動スイツチのオ
ン等により起動した直後には、前記コンデンサを
充電するために大きな充電電流が必要であるた
め、インバータ６の１次側電流も大きくなつて前
記と同様に過電流保護部１０が作動し、インバー
タ６は作動停止してしまい、前記負荷が起動され
ないという不都合が生じ易い。

〔発明の目的〕

この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、過電流発生時にインバータを瞬時に停止
させ、コンデンサ入力型負荷の起動を可能にする
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

この発明は、複数個のトランジスタのスイツチ
ングにより直流を交流に変換するインバータと、
該インバータの１次側および２次側にそれぞれ設
けられ前記１次側、２次側を流れる電流に比例し
た電圧信号を出力するホール素子を用いた第１、
第２電流検出器と、前記両電流検出器の出力電圧
値と２個の基準電圧値それぞれとを比較し、それ
ぞれ前記両基準電圧値以上の前記両電流検出器か
らの電圧信号により比較信号を出力する第１、第
２比較回路と、前記両比較信号によりそれぞれパ
ルスを出力する第１、第２パルス発生回路と、い
ずれかの前記パルス発生回路からのパルスにより
前記各トランジスタのスイツチングを所定時間停
止させる第１停止回路と、前記両パルス数をカウ
ントし、いずれかの前記パルス数が設定値に達し
たときに前記各トランジスタのスイツチングを停
止させる第２停止回路とを備えたことを特徴とす
るインバータの過電流保護回路である。

〔発明の効果〕

したがつて、この発明のインバータの過電流保
護回路によると、複数個のトランジスタからなる
インバータの１次側および２次側にホール素子を
用いた第１、第２電流検出器を設け、両基準電圧
値以上の両電流検出器からの電圧信号にもとづく
両パルス発生回路からのいずれかのパルスによ
り、インバータの各トランジスタのスイツチング
を所定時間停止させる第１停止回路を設けるとと
もに、いずれかの両パルス数が設定値に達したと
きに各トランジスタのスイツチングを停止させる
第２停止回路を設けたことにより、過電流発生時
にインバータを瞬時に停止させることができ、ト
ランジスタ等の破損の発生を防止することができ
るとともに、負荷がコンデンサ入力型のものであ
つても、容易に起動することができ、実用的であ
る。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第
３図以下の図面とともに詳細に説明する。

まず第３図において、第１図と同一記号は同一
のものを示し、１１は検出器５に代わりインバー
タ６の１次側である第３、第４トランジスタ３
ｃ，３ｄの両エミツタと整流回路２の負出力端子
との間に設けられホール素子を用いた第１電流検
出器、１２はインバータ６の１次側であるトラン
ス７の１次巻線７ａの一端と第４トランジスタ３
ｄのコレクタとの間に設けられホール素子を用い
た第２電流検出器であり、両電流検出器１１，１
２からインバータ６の１次側、２次側を流れる電
流に比例した電圧信号が出力される。

１３は第２電流検出器１２から出力される交流
電圧信号を整流する整流器、１４は制御回路であ
り、ゲート制御端子１４ａを介してサイリスタ２
ａのゲートにゲート制御信号を出力するゲート制
御部、４個のベース制御端子１４ｂ〜１４ｅを介
して各トランジスタ３ａ〜３ｄのベースにベース
制御信号を出力するベース制御部、および第４図
に示すような過電流保護部１５により構成されて
いる。

つぎに第４図において、１５ａ，１５a′は２個
の直流基準電源、１５ｂ，１５b′は両基準電源１
５ａ，１５a′による基準電圧と第１電流検出器１
１および整流器１３の出力電圧値とをそれぞれ比
較して比較信号を出力する第１、第２比較回路、
１５ｃ，１５c′はそれぞれ両基準電圧値以上の第
１電流検出器１１、整流器１３からの電圧信号に
よりハイレベルのパルスを出力する単安定マルチ
バイブレータからなる第１、第２パルス発生回
路、１５ｄは第１停止回路であり、いずれかのパ
ルス発生回路１５ｃ，１５c′からのパルスによ
り、所定時間である前記パルスの出力期間、すな
わちハイレベル期間前記ベース制御部から各トラ
ンジスタ３ａ〜３ｄへのベース制御信号の出力を
停止させ、各トランジスタ３ａ〜３ｄのスイツチ
ングを停止させる。

１５ｅ，１５e′は両パルス発生回路１５ｃ，１
５c′からのパルス数をそれぞれカウントし、カウ
ントしたパルス数をそれぞれ第１、第２設定器１
５ｆ，１５f′により設定された値に達したときに
第１、第２指令信号を出力する第１、第２カウン
タ、１５ｇは停止部であり、表示部を備え、いず
れかの前記指令信号により前記ベース制御部から
各トランジスタ３ａ〜３ｄへのベース制御信号の
出力を完全に停止させ、各トランジスタ３ａ〜３
ｄのスイツチングを停止させるとともに、前記表
示部に異常表示するようになつており、両カウン
タ１５ｅ，１５e′、両設定器１５ｆ，１５f′およ
び停止部１５ｇにより第２停止回路１５ｈが構成
され、第４図中の１点鎖線で囲まれた回路により
過電流保護部１５が構成されている。

つぎに、前記実施例の動作について説明する。

いま、制御回路１４のベース制御部からのベー
ス制御信号により、第１、第４トランジスタ３
ａ，３ｄおよび第２、第３トランジスタ３ｂ，３
ｃが交互にオン、オフを繰り返してインバータ６
が正常に動作しているときに、制御回路１４の誤
動作等によりたとえば第１、第３トランジスタ３
ａ，３ｃが同時にオンすると、第１、第３トラン
ジスタ３ａ，３ｃの同時のオンにより、インバー
タ６の出力が短絡してインバータ６の１次側に過
電流が流れ、第１電流検出器１１から第１比較回
路１５ｂへの電圧信号の電圧値が基準電源１５ａ
による基準電圧値以上となり、第１比較回路１５
ｂからの比較信号により第１パルス発生回路１５
ｃの出力がハイレベルに反転してハイレベルパル
スが出力され、前記パルスにより第１停止回路１
５ｄが作動し、第１停止回路１５ｄにより前記パ
ルスの出力期間だけ前記ベース制御部から各トラ
ンジスタ３ａ〜３ｄへのベース制御信号の出力が
停止され、各トランジスタ３ａ〜３ｄのスイツチ
ングが停止されてインバータ６の作動が前記パル
スのハイレベル期間だけ停止する。

そして、第１パルス発生回路１５ｃの出力がハ
イレベルに反転してから所定時間後に再びローレ
ベルに反転する、第１停止回路１５ｄが作動停止
して前記ベース制御部から各トランジスタ３ａ〜
３ｄへ再びベース制御信号が出力されるのである
が、第１、第３トランジスタ３ａ，３ｃの同時に
オン等により猶もインバータ６の１次側に過電流
が流れ続ける場合には、前記の動作が繰り返され
て第１カウンタ１５ｅにより第１パルス発生回路
１５ｃからのパルス数がカウントされ、第１カウ
ンタ１５ｅのカウント値が第１設定器１５ｆによ
る設定値に達すると、第１カウンタ１５ｅから出
力される指令信号により停止部１５ｇが作動し、
第２停止回路１５ｈにより前記ベース制御部から
各トランジスタ３ａ〜３ｄへのベース制御信号の
出力が完全に停止され、各トランジスタ３ａ〜３
ｄのスイツチングが停止されてインバータ６の作
動が完全に停止するとともに、停止部１５ｇの表
示部に異常表示される。

つぎに、負荷８が過負荷となつてインバータ６
の２次側であるトランス７の１次巻線７ａに過電
流が流れた場合、整流器１３を介した第２電流検
出器１２から第２比較回路１５b′への電圧信号の
電圧値が基準電源１５a′による基準電圧値以上と
なり、前記したインバータ６の１次側での過電流
発生時と同様に、第２パルス発生回路１５c′から
ハイレベルパルスが出力され、前記パルスにより
第１停止回路１５ｄにより前記ベース制御部から
各トランジスタ３ａ〜３ｄへのベース制御信号の
出力が停止されてインバータ６の作動が前記パル
スのハイレベル期間だけ停止する。

さらに第２パルス発生回路１５c′からの前記パ
ルスのローレベルへの反転後もインバータ６の２
次側に過電流が流れ続ける場合、前記したインバ
ータ６の１次側での過電流発生時と同様に、第２
カウンタ１５e′により第２パルス発生回路１５
c′からのパルス数がカウントされ、第２カウンタ
１５e′のカウント値が第２設定器１５f′による設
定値に達すると、第２停止回路１５ｈにより前記
ベース制御部から各トランジスタ３ａ〜３ｄへの
ベース制御信号出力が完全に停止され、各トラン
ジスタ３ａ〜３ｄのスイツチング停止されてイン
バータ６の作動が完全に停止するとともに、停止
部１５ｇの表示部に異常表示される。

また、負荷８がコンデンサ入力型である場合、
インバータ６が作動してトランス７を介し負荷８
への通電が開始されると、通電開始直後は負荷８
のコンデンサの充電に大きな充電電流を必要とす
るため、インバータ６の２次側すなわちトランス
７の１次巻線７ａを過電流が流れ、前記したよう
に、第１停止回路１５ｄが作動して前記ベース制
御部から各トランジスタ３ａ〜３ｄへのベース制
御信号の出力が所定時間停止されるが、第１停止
回路１５ｄによる前記ベース制御部によるベース
制御信号の出力、出力停止が数回繰り返される
と、前記コンデンサの充電電流が徐々に減少して
いくため、やがて整流器１３により整流された第
２電流検出器１２からの電圧信号の電圧値が基準
電源１５a′による基準電圧値よりも低くなり、第
１、第２停止回路１５ｄ，１５ｈがともに作動し
なくなつてインバータ６が正常動作を続け、負荷
８の起動が行なわれる。

したがつて、前記実施例によると、電流検出器
１１，１２を用いたため、直流変流器のような遅
れ要素を除去することができ、過電流発生時にイ
ンバータ６を瞬時に停止させることが可能とな
り、トランジスタ３ａ〜３ｄ等の損傷の発生を防
止することができる。

また、第１停止回路１５ｄおよび第２停止回路
１５ｈを設けたため、負荷８がコンデンサ入力型
であつても、容易に起動することができ、非常に
実用的である。

なお、前記実施例では、インバータ６をトラン
ジスタによるフルブリツジ型の場合について説明
したが、ハーフブリツジ型であつてもよいことは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインバータの過電流保護回路の
結線図、第２図は第１図の一部の結線図、第３図
以下の図面はこの発明のインバータの過電流保護
回路の１実施例を示し、第３図は結線図、第４図
は一部の結線図である。 ３ａ〜３ｄ…トランジスタ、６…インバータ、
１１，１２…電流検出器、１５ｂ，１５b′…比較
回路、１５ｃ，１５c′…パルス発生回路、１５ｄ
…第１停止回路、１５ｈ…第２停止回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個のトランジスタのスイツチングにより
   直流を交流に変換するインバータと、該インバー
   タの１次側および２次側にそれぞれ設けられ前記
   １次側、２次側を流れる電流に比例した電圧信号
   を出力するホール素子を用いた第１、第２電流検
   出器と、前記両電流検出器の出力電圧値と２個の
   基準電圧値それぞれとを比較し、それぞれ前記両
   基準電圧値以上の前記両電流検出器からの電圧信
   号により比較信号を出力する第１、第２比較回路
   と、前記両比較信号によりそれぞれパルスを出力
   する第１、第２パルス発生回路と、いずれかの前
   記パルス発生回路からのパルスにより前記各トラ
   ンジスタのスイツチングを所定時間停止させる第
   １停止回路と、前記両パルス数をカウントし、い
   ずれかの前記パルス数が設定値に達したときに前
   記各トランジスタのスイツチングを停止させる第
   ２停止回路とを備えたことを特徴とするインバー
   タの過電流保護回路。