JPH0715974A - インバータ装置の出力過電流保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はインバータ装置の出力過電流保護装
置に関し、インバータ装置の過電流耐量を大きくし、出
力容量を低減することなく波高率の大きな負荷を使用す
ることを目的とする。 【構成】 半導体ディバイスに固有の連続最大電流に基
づいて決定される第一検出レベルの過電流を検出する第
一過電流検出回路２と、連続最大電流よりも大きなレベ
ルの繰り返し通電できるデューティ比を有する短時間パ
ルス通電電流に基づいて決定される第二検出レベルの過
電流を検出する第二過電流検出回路３と、第一過電流検
出回路２により過電流を検出している間の通電時間ｔ₁
が予め設定された許容時間ｔ₂ を越えると所定の制御信
号を出力する時間計測回路４と、時間計測回路４の出力
値と第二過電流検出回路３の出力値との論理和を出力す
る論理和回路５と、論理和回路５の出力値に基づいてイ
ンバータ装置１を保護するインバータ保護回路６とを備
えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ装置の出力
過電流保護装置に係り、特に、波高値の高い負荷の利用
が可能なインバータ装置の出力過電流保護装置に関す
る。

【０００２】〔発明の背景〕インバータ装置とは、直流
を交流に変換する逆変換装置であり、例えば、電池等を
一次電源として交流を発生させる場合に用いられる。

【０００３】このインバータ装置には、回転機により変
換を行う回転形と、半導体，放電管等の弁作用を利用し
て行う静止形とに大別されている。

【０００４】回転形は、直流電動機と交流発電機とを組
み合わせた電動発動機（通常、回転子は共通となる）が
多いが、現在はほとんど採用されていない。

【０００５】静止形において、水銀整流器，サイラトロ
ン等を用いたものは順次姿を消し、最近では半導体式の
インバータ装置がほとんどを占めている。

【０００６】静止形インバータ装置は、順変換のように
素子電流が各サイクル毎に自然消滅しないので、素子電
流を消去するための逆電圧を加える必要がある（これを
転流という）。

【０００７】そして、静止形インバータ装置の出力過電
流保護装置は、直流を交流に変換する半導体ディバイス
の耐量により決定される。

【０００８】

【従来の技術】インバータ装置の出力過電流保護装置
は、負荷側の短絡的な急峻電流に対してインバータ装置
の出力過電流波形のピーク値を検出し、インバータ装置
の出力過電流の保護動作を行うものであり、この場合の
過電流検出時間は瞬時であって、過電流が検出されると
インバータ装置の限流動作などの保護動作を行うことに
よりインバータ装置の出力過電流の保護動作が行われ
る。

【０００９】この場合、過電流検出レベルとしては、通
常、負荷電流を基本波正弦波と仮定して行っており、そ
の実行値は√２（≒１．４１）倍となっている。

【００１０】線形性負荷の場合、この方法による支障は
ないが、例えば、コンデンサインプット形整流器に代表
される非線形負荷の場合には、波高率が基本波正弦波の
場合の√２倍よりも大きな値となるため、インバータ装
置の出力容量に対して負荷容量を低減することにより対
応していた。

【００１１】図４は従来のインバータ装置の出力過電流
保護装置における出力電流検出波形と過電流検出レベル
との関係を示すものである。

【００１２】従来の過電流検出では、出力電流波形に関
係なく波形のピーク値に基づいて過電流保護回路が動作
する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のインバータ装置の出力過電流保護装置にあっ
ては、過電流検出レベルとして、負荷電流を基本波正弦
波と仮定して設定されており、また、出力電流波形に関
係なく波形のピーク値に基づいて過電流保護回路が動作
するという構成となっていたため、以下に述べるような
問題があった。

【００１４】すなわち、インバータ装置の損失に関する
電流値は実効値で表現され、また、インバータ装置で使
用する自己消弧形ディバイスの通電電流はピーク値で表
現される。

【００１５】自己消弧形ディバイスの過電流耐量は、半
導体ディバイスへの印加電圧、通電電流、通電時間、デ
ィバイスの電力損失の相互関係からなる安全動作領域
（ＳＯＡ：Safe Operating Area ）で表現される。

【００１６】図５に自己消弧形ディバイスの例としての
トランジスタ（Transistor）の安全動作領域を示す。な
お、安全動作領域とは、トランジスタが破壊したり、劣
化することなく、十分な信頼性をもって動作する領域で
ある。

【００１７】図５に示すように、連続通電電流よりパル
ス電流の方が大きい値となり、安全動作領域では連続通
電可能な電流値と短時間通電可能なパルス電流値とが存
在する。

【００１８】一般に、自己消弧形ディバイスを用いたイ
ンバータ装置において、出力過電流保護装置は、その過
電流検出レベルの動作補償を実効値で表現し、実際の検
出レベルは実効値の√２倍の関係となっている。

【００１９】従来は、連続通電可能な電流値以下でイン
バータ装置の出力過電流保護を行っていたため、波高率
の大きな非線形負荷を接続する場合や、突入電流が生じ
るような負荷と接続する場合、実効値で表現されるイン
バータ装置の出力容量通りの負荷が接続できないという
問題点があった。

【００２０】したがって、波高率の大きい負荷に対して
は、インバータ装置の出力容量を低減して使用すること
を余儀なくされていた。

【００２１】〔目的〕本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、インバー
タ装置の過電流耐量を大きくし、出力容量を低減するこ
となく波高率の大きな負荷を使用することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、インバータ装置１と、第一過電流検出回路２及び
第二過電流検出回路３と、時間計測回路４と、論理和回
路５と、インバータ保護回路６とを備えるインバータ装
置１の出力過電流保護装置であって、半導体ディバイス
により構成され、直流を交流に変換するとともに、変換
した交流を前記第一過電流検出回路２及び第二過電流検
出回路３に出力するインバータ装置１と、前記半導体デ
ィバイスの安全動作領域内において、該半導体ディバイ
スに固有の連続最大電流に基づいて決定される第一検出
レベルの過電流を検出するとともに、過電流の検出の有
無を前記時間計測回路４に出力する第一過電流検出回路
２と、前記半導体ディバイスの安全動作領域内におい
て、該半導体ディバイスに固有の連続最大電流よりも大
きなレベルの繰り返し通電可能なデューティ比を有する
短時間パルス通電電流に基づいて決定される第二検出レ
ベルの過電流を検出するとともに、過電流の検出の有無
を前記論理和回路５の一方入力端に出力する第二過電流
検出回路３と、前記第一過電流検出回路２により過電流
を検出している間の時間を計測し、通電時間ｔ₁ が予め
設定された許容時間ｔ₂ を越える場合、許容時間ｔ₂ を
越えた旨の制御信号を前記論理和回路５の他方入力端に
出力する前記時間計測回路４と、一方入力端から入力さ
れる第二検出レベルの過電流の検出の有無を示す信号
と、他方入力端から入力される第一検出レベルの過電流
が許容時間ｔ₂ を越えたことを示す信号との論理和信号
を前記インバータ保護回路６に出力する論理和回路５
と、前記論理和回路５からの出力信号に基づいて前記イ
ンバータ装置１の出力過電流を抑制するインバータ保護
回路６と、を備えることにより、上記目的を達成してい
る。

【００２３】

【作用】本発明によれば、時間計測回路に設定された許
容時間よりも長い時間、第一過電流検出回路によって第
一検出レベル以上の過電流が検出された場合、あるい
は、第二過電流検出回路によって第二検出レベル以上の
過電流が検出された場合、インバータ保護回路によって
インバータ装置が保護される。

【００２４】すなわち、連続通電可能な電流値レベルで
は、短時間通電可能なパルス電流値で示されるパルス時
間以下ならばインバータ保護回路は動作しないため、イ
ンバータ装置の半導体ディバイスにおける安全動作領域
の限度までインバータ装置の出力過電流保護装置の設定
値を上げることが可能となる。

【００２５】したがって、インバータ装置の過電流耐量
を大きくし、出力容量を低減することなく波高率の大き
な負荷を使用することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を、図２，図３
を参照して説明する。なお、図２，図３において、図１
と同一部分には同一の符号を付す。

【００２７】まず、本実施例の構成を説明する。

【００２８】図２は、本実施例の要部構成を示すブロッ
ク図である。図２において、インバータ装置の出力過電
流保護装置は、インバータ装置１、時間計測回路である
通電時間計数器４、論理和回路であるオアゲート５、イ
ンバータ保護回路であるインバータ制御回路６、インバ
ータ出力電流検出器７、比較値格納部８ａ、第一レベル
比較器８ｂ、比較値格納部９ａ、第二レベル比較器９ｂ
から構成されており、インバータ出力電流検出器７、比
較値格納部８ａ、第一レベル比較器８ｂによって第一過
電流検出回路２を構成し、また、インバータ出力電流検
出器７、比較値格納部９ａ、第二レベル比較器９ｂによ
って第二過電流検出回路３を構成している。

【００２９】インバータ装置１は、直流を交流に変換す
る逆変換装置であり、本実施例では、例えば、並列形の
自励式インバータである方形波帰還インバータが用いら
れている。

【００３０】第一過電流検出回路２及び第二過電流検出
回路３の一部であるインバータ出力電流検出器７は、イ
ンバータ装置１からの出力電流を検出するものであり、
検出された電流は第一レベル比較器８ｂと第二レベル比
較器９ｂとに出力される。

【００３１】比較値格納部８ａは、第一レベル比較部８
ｂによる比較基準値となる第一検出レベル値を格納する
半導体メモリであり、第一レベル比較器８ｂは、比較値
格納部８ａに格納された第一検出レベルとインバータ出
力電流検出器７から出力される検出電流値とを比較し、
インバータ出力電流検出器７から出力される検出電流値
の方が第一検出レベルを越える場合、通電時間計数器４
に対して“Ｈ”を出力するものである。

【００３２】比較値格納部９ａは、第二レベル比較部９
ｂによる比較基準値となる第二検出レベル値を格納する
半導体メモリであり、第二レベル比較器９ｂは、比較値
格納部９ａに格納された第二検出レベルとインバータ出
力電流検出器７から出力される検出電流値とを比較し、
インバータ出力電流検出器７から出力される検出電流値
の方が第一検出レベルを越える場合、オアゲート５に対
して“Ｈ”を出力するものである。

【００３３】ここで、第一検出レベルは、インバータ装
置１内の半導体ディバイスのパルス連続通電耐量に基づ
いて設定され、第二検出レベルは、半導体ディバイスの
パルス通電電流値で設定されており、これらのレベルは
それぞれ半導体ディバイスの安全動作領域内において、
“第一検出レベル＜第二検出レベル”の関係を有するよ
うに設定されている。

【００３４】通電時間計数器４は、図３に示すように、
第一レベル比較器８ｂからの出力が“Ｈ”である期間の
時間ｔ₁ を計数するものであり、第一レベル比較器８ｂ
からの出力が“Ｈ”である期間が、予め設定された許容
時間ｔ₂ を越えた場合にオアゲート５に対して“Ｈ”を
出力するものである。なお、図３は、本実施例のインバ
ータ装置の出力過電流保護装置における出力電流検出波
形と過電流検出レベルとの関係を示す図である。

【００３５】オアゲート５は、通電時間計数器４からの
出力信号と第二レベル比較部９ｂからの出力信号とを入
力とし、その論理和をインバータ制御回路６に出力する
ものであり、すなわち、第一検出レベルを越える過電流
が通電時間計数器４に設定された許容時間ｔ₂ を越えた
場合、あるいは、第二検出レベルを越える過電流が検出
された場合にインバータ制御回路６に“Ｈ”を出力する
ものである。

【００３６】インバータ制御回路６は、オアゲート５か
らの出力信号を受けてインバータ装置１を保護するか否
かの制御を行うものであり、具体的には、例えば、イン
バータ装置１に流れる電流を限流する等の方法が用いら
れる。

【００３７】次に、本実施例の動作（作用）を説明す
る。

【００３８】まず、インバータ装置１からの出力電流
は、インバータ出力電流検出器７によって常時検出され
ており、第一レベル比較器８ｂにより、半導体ディバイ
スの安全動作領域内において設定された第一検出レベル
を越える出力電流が検出された場合、通電時間計数器４
により第一検出レベルを越える出力電流の通電時間が計
数される。

【００３９】図Ｂに示すように、半導体ディバイスの安
全動作領域を考慮すると、連続通電電流よりパルス電流
の方が大きい値となり、安全動作領域で連続通電可能な
電流値と短時間通電可能なパルス電流値とが存在するこ
とがわかる。

【００４０】すなわち、連続通電可能な電流値レベルで
は、その過電流継続時間を計測し、短時間通電可能なパ
ルス電流値で示されるパルス時間（許容時間ｔ₂ ）以下
ならば、インバータ制御回路６よるインバータ装置１の
保護動作は実行せず、パルス時間（許容時間ｔ₂ ）を越
えるならば保護動作を実行する。

【００４１】これによって、突入電流や整流器負荷など
の波高値の高い電流に対して、半導体ディバイスの繰り
返し通電可能のデューティ比を持つ短時間パルス通電電
流まで過電流保護検出レベルを高めることができ、イン
バータ装置出力過電流耐量を大きくすることができる。

【００４２】この場合、第一検出レベルの設定のみで
は、瞬時の過電流による保護がなされない場合も生じる
ため、第二検出レベルが設定され、このレベルを越える
電流が検出された場合には、即座に保護動作に移る。

【００４３】このように本実施例では、インバータ装置
１の出力過電流を、半導体ディバイスの安全動作領域内
で２段階の過電流検出レベルで検出し、インバータ装置
１の過電流耐量を大きくすることができ、半導体ディバ
イスの安全動作領域限度までインバータ装置１の出力過
電流保護装置の設定値を上げることが可能となる。

【００４４】以上説明したように、図３中、“Ｓ”で示
すような基本波正弦波電流が検出される場合、従来例及
び本実施例の第一検出レベル及び第二検出レベルでも定
格電流は検出されず問題はないが、図３中、“Ｐ”で示
すような出力電流波形が検出されると、従来例では保護
装置が働いてしまうため、インバータ装置１の出力耐量
を下げなくてはならない。

【００４５】しかし、本実施例の場合、第一検出レベル
では検出するが、電流ピーク値が第二検出レベルに到達
するまでは、検出レベル通過電流時間ｔ₁ が、その許容
通過時間ｔ₂ を越えないとインバータ制御回路６は動作
せず、保護動作が行われない。

【００４６】したがって、本実施例では、使用する半導
体ディバイスの安全動作領域のパルス電流耐量値まで過
電流検出レベルを大きくすることができるため、許容パ
ルス電流幅時間の間、連続通電電流レベルの電流を通過
させることで、インバータ装置の過電流耐量を上げるこ
とができる。

【００４７】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４８】例えば、インバータ装置１の基本構成とし
ては、チョッパ形、センタタップ負荷形、センタタップ
電源形、単相ブリッジ形、三相チョッパ形、三相全波形
等であってもよく、また、転流用の交流励磁電源の有無
により、並列形自励式、直列型自励式、あるいは、他励
式のインバータ装置によって構成しても構わない。

【００４９】さらに、本実施例で用いた方形波帰還イン
バータであっても、単相ブリッジ方式の方形波帰還イン
バータとして構成したり、三相ブリッジ方式に適合させ
て三相インバータとしてもよい。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、時間計測回路の設定時
間よりも長い時間、第一過電流検出回路によって第一検
出レベル以上の過電流を検出した場合、あるいは、第二
過電流検出回路によって第二検出レベル以上の過電流を
検出した場合、インバータ保護回路によってインバータ
装置を保護することで、連続通電可能な電流値レベルで
は、短時間通電可能なパルス電流値で示されるパルス時
間以下ならばインバータ保護回路を動作させず、インバ
ータ装置の半導体ディバイスにおける安全動作領域の限
度までインバータ装置の出力過電流保護装置の設定値を
上げることができる。

【００５１】これによって、インバータ装置の過電流耐
量を大きくでき、出力容量を低減することなく波高率の
大きな負荷を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ装置の出力過電流保護装置
の原理図てある。

【図２】本実施例の要部構成を示すブロック図である。

【図３】本実施例のインバータ装置の出力過電流保護装
置における出力電流検出波形と過電流検出レベルとの関
係を示す図である。

【図４】従来のインバータ装置の出力過電流保護装置に
おける出力電流検出波形と過電流検出レベルとの関係を
示す図である。

【図５】自己消弧形ディバイスの例としてのトランジス
タの安全動作領域を示す図である。

【符号の説明】

１ インバータ装置 ２ 第一過電流検出回路 ３ 第二過電流検出回路 ４ 通電時間計数器（時間計測回路） ５ オアゲート（論理和回路） ６ インバータ制御回路（インバータ保護回路） ７ インバータ出力電流検出器 ８ａ 比較値格納部 ８ｂ 第一レベル比較器 ９ａ 比較値格納部 ９ｂ 第二レベル比較器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータ装置と、第一過電流検出回路及
   び第二過電流検出回路と、時間計測回路と、論理和回路
   と、インバータ保護回路とを備えるインバータ装置の出
   力過電流保護装置であって、 前記インバータ装置は、半導体ディバイスにより構成さ
   れ、直流を交流に変換するとともに、変換した交流を前
   記第一過電流検出回路及び第二過電流検出回路に出力す
   るものであり、 前記第一過電流検出回路は、前記半導体ディバイスの安
   全動作領域内において、該半導体ディバイスに固有の連
   続最大電流に基づいて決定される第一検出レベルの過電
   流を検出するとともに、過電流の検出の有無を前記時間
   計測回路に出力するものであり、 前記第二過電流検出回路は、前記半導体ディバイスの安
   全動作領域内において、該半導体ディバイスに固有の連
   続最大電流よりも大きなレベルの繰り返し通電可能なデ
   ューティ比を有する短時間パルス通電電流に基づいて決
   定される第二検出レベルの過電流を検出するとともに、
   過電流の検出の有無を前記論理和回路の一方入力端に出
   力するものであり、 前記時間計測回路は、前記第一過電流検出回路により過
   電流を検出している間の時間を計測し、通電時間が予め
   設定された許容時間を越える場合、許容時間を越えた旨
   の制御信号を前記論理和回路の他方入力端に出力するも
   のであり、 前記論理和回路は、一方入力端から入力される第二検出
   レベルの過電流の検出の有無を示す信号と、他方入力端
   から入力される第一検出レベルの過電流が許容時間を越
   えたことを示す信号との論理和信号を前記インバータ保
   護回路に出力するものであり、 前記インバータ保護回路は、前記論理和回路からの出力
   信号に基づいて前記インバータ装置の出力過電流を抑制
   するものであることを特徴とするインバータ装置の出力
   過電流保護装置。