JP2015186425A - インバータ制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ソフトウェアによらず出力遮断制御を実施することができるインバータ制御回路を提供すること。
【解決手段】マイコン１０は、インバータ３の動作を制御する制御信号を出力する。ドライブ回路２０は、遮断信号ＢＬＫが非活性化されている時に制御信号をインバータに供給し、遮断信号が活性化されている時にインバータへの制御信号の供給を遮断する。過電流検出回路３０は、インバータと負荷との間を流れる電流が閾値を超えた場合に過電流検出信号を活性化する。タイマ回路４０は、過電流検出信号の活性化に応答して、遮断信号を一定時間活性化する。カウンタ回路５０は、過電流検出信号あるいは遮断信号が活性化された回数をカウントし、当該回数が設定回数に達した場合に停止信号を活性化する。停止信号が活性化された場合、ドライブ回路は、遮断信号に依らず、インバータへの制御信号の供給を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータの動作を制御するインバータ制御回路に関する。

負荷を駆動するインバータに過電流が流れたとき、インバータを熱破壊から保護するために、負荷駆動を直ちに停止する必要がある。そのため、過電流検出時には、インバータの出力を遮断する出力遮断制御が行われる。

特許文献１は、インバータの過電流保護回路を開示している。その過電流保護回路は、過電流検出時に出力遮断時間を延長するタイマ回路を備える。そのタイマ回路の出力信号は、制御回路と出力遮断回路との両方に出力される。

特開平１１−２１５８３７号公報

インバータの出力遮断制御を、マイコンのソフトウェアにより実施することが考えられる。しかしながら、その場合、国際安全規格に従ったソフトウェア評価が必要となり、コストの増大を招く。更に、ソフトウェア評価を実施するために、ソフトウェアの内容を開示する必要があり、技術流出を招く。また、マイコンの出力遮断制御機能が故障した場合、インバータを熱破壊から保護することができないという問題もある。

本発明の１つの目的は、ソフトウェアによらず出力遮断制御を実施することができるインバータ制御回路を提供することにある。

本発明の１つの観点において、負荷を駆動するインバータの動作を制御するインバータ制御回路が提供される。そのインバータ制御回路は、マイコン、ドライブ回路、過電流検出回路、タイマ回路、及びカウンタ回路を備える。マイコンは、インバータの動作を制御する制御信号を出力する。ドライブ回路は、遮断信号が非活性化されている時に制御信号をインバータに供給し、遮断信号が活性化されている時にインバータへの制御信号の供給を遮断する。過電流検出回路は、インバータと負荷との間を流れる電流が閾値を超えた場合に過電流検出信号を活性化する。タイマ回路は、過電流検出信号の活性化に応答して、遮断信号を一定時間活性化する。カウンタ回路は、過電流検出信号あるいは遮断信号が活性化された回数をカウントし、当該回数が設定回数に達した場合に停止信号を活性化する。停止信号が活性化された場合、ドライブ回路は、遮断信号に依らず、インバータへの制御信号の供給を遮断する。

本発明のインバータ制御回路によれば、ソフトウェアによらず出力遮断制御を実施することが可能となる。その結果、国際安全規格に従ったソフトウェア評価は不要となり、コストの増大が防止される。更に、ソフトウェアの内容を開示する必要もなくなり、技術流出が防止される。

図１は、本発明の実施の形態に係るインバータ制御回路の構成例を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るインバータ制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。 図３は、本発明の実施の形態に係るインバータ制御回路の動作の他の例を示すタイミングチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るインバータ制御回路を説明する。

実施の形態．
＜構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係るインバータ制御回路１の構成例を示すブロック図である。インバータ制御回路１は、負荷２を駆動するインバータ３の動作を制御する。負荷２は、例えば圧縮機である。

インバータ制御回路１は、インバータ３に過電流が流れたことを検出する過電流検出機能、及び、過電流検出時にインバータ３の出力を遮断する出力遮断制御機能を備えている。より詳細には、インバータ制御回路１は、マイコン１０、ドライブ回路２０、過電流検出回路３０、タイマ回路４０、及びカウンタ回路５０を備えている。

マイコン１０は、インバータ３の動作を制御する制御信号ＰＷＭを出力する。典型的には、制御信号ＰＷＭは、インバータ３のスイッチング素子をＰＷＭ制御するための信号である。

ドライブ回路２０は、マイコン１０とインバータ３との間に設けられており、マイコン１０から出力される制御信号ＰＷＭのインバータ３への供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する。より詳細には、ドライブ回路２０には、後述されるタイマ回路４０から出力される遮断信号ＢＬＫが入力される。遮断信号ＢＬＫが非活性化されている場合（ＢＬＫ＝Ｌｏｗ）、ドライブ回路２０は、制御信号ＰＷＭをそのまま制御信号ＰＷＭ’としてインバータ３に供給する。この場合、インバータ３は、制御信号ＰＷＭ’に従って動作し、負荷２を駆動する。

一方、遮断信号ＢＬＫが活性化された場合（ＢＬＫ＝Ｈｉｇｈ）、ドライブ回路２０は、インバータ３への制御信号ＰＷＭ（ＰＷＭ’）の供給を遮断する。この場合、インバータ３の動作は停止する、すなわち、インバータ３の出力が遮断される。その結果、インバータ３による負荷２の駆動は停止する。このように、ドライブ回路２０は、出力遮断制御機能を提供する。

また、ドライブ回路２０は、エラー信号／ＥＲＲをマイコン１０に出力する。より詳細には、遮断信号ＢＬＫが非活性化されている場合（ＢＬＫ＝Ｌｏｗ）、ドライブ回路２０は、エラー信号／ＥＲＲを非活性化する（／ＥＲＲ＝Ｈｉｇｈ）。一方、遮断信号ＢＬＫが活性化された場合（ＢＬＫ＝Ｈｉｇｈ）、ドライブ回路２０は、エラー信号／ＥＲＲを活性化する（／ＥＲＲ＝Ｌｏｗ）。エラー信号／ＥＲＲが活性化された場合、マイコン１０は、制御信号ＰＷＭの出力を停止する、すなわち、ソフトウェアによる出力遮断制御を実施する。

過電流検出回路３０は、インバータ３に過電流が流れたことを検出する過電流検出機能を提供する。より詳細には、過電流検出回路３０は、インバータ３と負荷２との間を流れる電流をモニタし、その電流が過電流レベル（閾値）を超えたか否かを判定し、その判定結果を示す過電流検出信号ＯＶＣを出力する。当該電流が過電流レベルを超えていない場合、過電流検出回路３０は、過電流検出信号ＯＶＣを非活性化する（ＯＶＣ＝Ｌｏｗ）。一方、当該電流が過電流レベルを超えた場合、過電流検出回路３０は、過電流検出信号ＯＶＣを活性化する（ＯＶＣ＝Ｈｉｇｈ）。

例えば、図１に示されるように、過電流検出回路３０は、シャント抵抗３１とコンパレータ３２を備えている。シャント抵抗３１は、ノード３３とグランドとの間に接続されている。このシャント抵抗３１には、インバータ３と負荷２との間を流れる電流に応じた電流ｉｄが流れ、ノード３３にはその電流ｉｄに応じた電圧Ｖｄが現れる。コンパレータ３２は、ノード３３の電圧Ｖｄと過電流レベルに応じて設定された基準電圧Ｖｒｅｆとの比較を行い、その比較結果を過電流検出信号ＯＶＣとして出力する。具体的には、電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆ以下の場合、過電流検出信号ＯＶＣはＬｏｗであり、電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆを超えた場合、過電流検出信号ＯＶＣはＨｉｇｈとなる。

タイマ回路４０は、過電流検出回路３０から出力される過電流検出信号ＯＶＣを受け取る。そして、その過電流検出信号ＯＶＣに応じて、タイマ回路４０は、ドライブ回路２０に入力される上述の遮断信号ＢＬＫの状態を設定する。より詳細には、過電流が検出されて過電流検出信号ＯＶＣが活性化された場合、すなわち、過電流検出信号ＯＶＣがＬｏｗからＨｉｇｈに変わった場合、タイマ回路４０は、一定のタイマ期間ＰＴの間、遮断信号ＢＬＫを活性化する（ＢＬＫ＝Ｈｉｇｈ）。タイマ期間ＰＴが経過すると、タイマ回路４０は、遮断信号ＢＬＫを非活性化する（ＢＬＫ＝Ｌｏｗ）。このようなタイマ回路４０として、例えば単安定マルチバイブレータを利用可能である。

カウンタ回路５０は、過電流検出回路３０によって過電流が検出された回数をカウントする。そのために、カウンタ回路５０は、タイマ回路４０から出力される遮断信号ＢＬＫをモニタし、その遮断信号ＢＬＫが活性化された（ＢＬＫ＝Ｈｉｇｈ）回数をカウントする。あるいは、カウンタ回路５０は、過電流検出回路３０から出力される過電流検出信号ＯＶＣをモニタし、その過電流検出信号ＯＶＣが活性化された（ＯＶＣ＝Ｈｉｇｈ）回数をカウントしてもよい。

そして、カウンタ回路５０は、カウント値に応じたレベルの停止信号ＳＴＰを出力する。より詳細には、カウント値が所定の設定値未満の場合、カウンタ回路５０は、停止信号ＳＴＰを非活性化したままにする（ＳＴＰ＝Ｌｏｗ）。一方、カウント値が所定の設定値に達した場合、カウンタ回路５０は、停止信号ＳＴＰを活性化する（ＳＴＰ＝Ｈｉｇｈ）。

この停止信号ＳＴＰは、上述のドライブ回路２０に入力される。停止信号ＳＴＰが非活性化されている場合（ＳＴＰ＝Ｌｏｗ）、ドライブ回路２０は、上述の通り、遮断信号ＢＬＫに応じて、制御信号ＰＷＭのインバータ３への供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する。一方、停止信号ＳＴＰが活性化された場合（ＳＴＰ＝Ｈｉｇｈ）、ドライブ回路２０は、遮断信号ＢＬＫに依らず、インバータ３への制御信号ＰＷＭの供給を遮断する。すなわち、ドライブ回路２０は、強制的に、インバータ３の出力を遮断する。

尚、カウンタ回路５０のカウント値は、マイコン１０から出力される初期化信号ＩＮＩによって初期化される。例えば、マイコン１０は、初期化シーケンスにおいて、初期化信号ＩＮＩをカウンタ回路５０に出力し、カウント値を初期化する。

また、カウンタ回路５０のカウント値は、マイコン１０から出力されるリセット信号ＲＳＴによってリセットされる。上述の通り、カウント値が所定の設定値に達すると、停止信号ＳＴＰは活性化され、インバータ３の出力は遮断される。その状態は、カウンタ回路５０にリセット信号ＲＳＴが入力されるまで維持される。マイコン１０がリセット信号ＲＳＴをカウンタ回路５０に出力すると、カウント値はリセットされ、停止信号ＳＴＰは再び非活性化される。

＜動作＞
図２及び図３を参照して、本実施の形態に係るインバータ制御回路１の動作を説明する。図２及び図３に示される信号は、マイコン１０から出力される制御信号ＰＷＭ、ドライブ回路２０から出力されるエラー信号／ＥＲＲ及び制御信号ＰＷＭ’、ノード３３の電圧Ｖｄ、過電流検出回路３０から出力される過電流検出信号ＯＶＣ、タイマ回路４０から出力される遮断信号ＢＬＫ、及びカウンタ回路５０から出力される停止信号ＳＴＰである。

まず、図２を参照して、マイコン１０が故障していない場合を説明する。

時刻ｔ１において、インバータ制御回路１はパワーＯＮする。マイコン１０は、初期化シーケンスを実行した後、制御信号ＰＷＭを出力し始める。ドライブ回路２０は、制御信号ＰＷＭをそのまま制御信号ＰＷＭ’としてインバータ３に供給する。インバータ３は、制御信号ＰＷＭ’に従って動作し、負荷２を駆動する。ノード３３の電圧Ｖｄは基準電圧Ｖｒｅｆ以下、すなわち正常範囲にあり、過電流検出信号ＯＶＣは非活性化されたままである（ＯＶＣ＝Ｌｏｗ）。

負荷２が例えば圧縮機のモータである場合に、その圧縮機モータがロックしたとする。圧縮機モータがロックすると、電流ｉｄ及び電圧Ｖｄが増加する。

時刻ｔ２において、電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆを超え、過電流検出信号ＯＶＣがＨｉｇｈとなる。つまり、過電流検出回路３０が過電流を検出し、過電流検出信号ＯＶＣを活性化する（ＯＶＣ＝Ｈｉｇｈ）。過電流検出信号ＯＶＣの活性化に応答して、タイマ回路４０は、一定のタイマ期間ＰＴの間、遮断信号ＢＬＫを活性化する（ＢＬＫ＝Ｈｉｇｈ）。

遮断信号ＢＬＫが活性化されると、ドライブ回路２０は、インバータ３への制御信号ＰＷＭ（ＰＷＭ’）の供給を遮断する。すなわち、ドライブ回路２０からの制御信号ＰＷＭ’の出力が停止する。その結果、インバータ３による圧縮機モータの駆動は停止する。

また、遮断信号ＢＬＫの活性化に応答して、ドライブ回路２０は、エラー信号／ＥＲＲを活性化する（／ＥＲＲ＝Ｌｏｗ）。このエラー信号／ＥＲＲの活性化に応答して、マイコン１０は、制御信号ＰＷＭの出力を停止する、すなわち、ソフトウェアによる出力遮断制御を実施する。その後、マイコン１０は、制御信号ＰＷＭの出力を停止した状態を維持する。

インバータ３による圧縮機モータの駆動が停止すると、電流ｉｄ及び電圧Ｖｄが減少する。時刻ｔ３において、電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆ以下となり、過電流検出信号ＯＶＣがＨｉｇｈからＬｏｗに変化する。しかしながら、タイマ回路４０から出力される遮断信号ＢＬＫはＨｉｇｈのままである。

時刻ｔ２からタイマ期間ＰＴの経過後の時刻ｔ４において、タイマ回路４０から出力される遮断信号ＢＬＫはＨｉｇｈからＬｏｗに戻る。

尚、圧縮機の停止から一定時間（例：３分）経過後、マイコン１０が再起動処理を行い、それにより状態は正常に復帰する。その一定時間は、圧縮機内の圧力が下がり、モータ負荷が下がる時間などを考慮して予め定められる。また、その一定時間は、ＲＯＭ等の記憶手段に予め設定される。

次に、図３を参照して、マイコン１０のソフトウェアによる出力遮断制御機能が故障している場合を説明する。尚、図２の場合と重複する説明は適宜省略する。

時刻ｔ２において、遮断信号ＢＬＫの活性化に応答して、ドライブ回路２０は、エラー信号／ＥＲＲを活性化する（／ＥＲＲ＝Ｌｏｗ）。エラー信号／ＥＲＲが活性化されるが、ソフトウェアによる出力遮断制御機能が故障しているため、マイコン１０は、制御信号ＰＷＭを出力し続ける。しかしながら、ドライブ回路２０が、インバータ３への制御信号ＰＷＭ（ＰＷＭ’）の供給を遮断するため、インバータ３による圧縮機モータの駆動は停止する。すなわち、マイコン１０のソフトウェアによる出力遮断制御機能が故障していても、ハードウェアであるドライブ回路２０によって出力遮断制御が実現される。

時刻ｔ２から時刻ｔ４までのタイマ期間ＰＴの間、タイマ回路４０から出力される遮断信号ＢＬＫはＨｉｇｈのままであり、ドライブ回路２０からの制御信号ＰＷＭ’の出力は停止したままである。つまり、インバータ３による圧縮機モータの駆動も停止したままである。

時刻ｔ４において、タイマ回路４０から出力される遮断信号ＢＬＫはＨｉｇｈからＬｏｗに戻る。本例では、マイコン１０が制御信号ＰＷＭを出力し続けているため、ドライブ回路２０が制御信号ＰＷＭ’の出力を再開する。しかしながら、圧縮機モータがロック状態のままであるため、電流ｉｄ及び電圧Ｖｄが再び増加し、時刻ｔ５において再び過電流が検出される。その結果、過電流検出信号ＯＶＣ及び遮断信号ＢＬＫが再び活性化される（ＯＶＣ＝Ｈｉｇｈ，ＢＬＫ＝Ｈｉｇｈ）。

時刻ｔ６では、上述の時刻ｔ３の場合と同様、過電流検出信号ＯＶＣがＨｉｇｈからＬｏｗに変化するが、タイマ回路４０から出力される遮断信号ＢＬＫはＨｉｇｈのままである。すなわち、インバータ３による圧縮機モータの駆動は停止したままである。その後、同様の信号変化が繰り返される。

このように、遮断信号ＢＬＫがＨｉｇｈであるタイマ期間ＰＴの間、ドライブ回路２０が、インバータ３による負荷駆動を停止させる。このタイマ期間ＰＴ（例えば時刻ｔ２〜時刻ｔ４）は、過電流が検出されている期間（例えば時刻ｔ２〜ｔ３）よりも長い。つまり、タイマ回路４０は、駆動停止期間を延長する役割を果たしている。

特に、図３で示されたように、マイコン１０のソフトウェアによる出力遮断制御機能が故障している場合、駆動状態と駆動停止状態とが交互に繰り返されてしまうが、駆動停止期間が長くなるため、インバータ３の熱破壊が有効に防止される。タイマ期間ＰＴは、過電流によって発生した熱が十分に放熱されるような長さに設定されると好適である。

更に、本実施の形態では、カウンタ回路５０が、過電流の検出回数をカウントする。図３の時刻ｔ１０において、カウント値が所定の設定値に達し、カウンタ回路５０は、停止信号ＳＴＰを活性化する（ＳＴＰ＝Ｈｉｇｈ）。停止信号ＳＴＰが活性化されると、ドライブ回路２０は、遮断信号ＢＬＫに依らず、インバータ３への制御信号ＰＷＭの供給を遮断する。すなわち、ドライブ回路２０は、駆動停止状態を強制的に維持する。その結果、マイコン１０のソフトウェアによる出力遮断制御機能が故障している場合に、駆動状態と駆動停止状態とが延々と繰り返されるといった事態が防止される。このことも、インバータ３の熱破壊の防止に寄与する。

＜効果＞
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、マイコン１０とインバータ３との間にドライブ回路２０が設けられる。そのドライブ回路２０は、過電流検出に応答して、インバータ３への制御信号ＰＷＭ（ＰＷＭ’）の供給を遮断する。従って、マイコン１０のソフトウェアによる出力遮断制御機能が故障しても、ハードウェアであるドライブ回路２０によって出力遮断制御が実現される。

すなわち、本実施の形態によれば、ソフトウェアによらず出力遮断制御を実施することが可能となる。その結果、国際安全規格に従ったソフトウェア評価は不要となり、コストの増大が防止される。更に、ソフトウェアの内容を開示する必要もなくなり、技術流出が防止される。

また、本実施の形態によれば、ドライブ回路２０がインバータ３による負荷駆動を停止させる期間であるタイマ期間ＰＴは、タイマ回路４０によって設定される。より詳細には、そのタイマ期間ＰＴは、過電流が検出される期間よりも長く設定される。つまり、タイマ回路４０は、駆動停止期間を延長する役割を果たしている。マイコン１０のソフトウェアによる出力遮断制御機能が故障している場合、図３で示されたように駆動状態と駆動停止状態とが交互に繰り返されてしまうが、駆動停止期間が長くなるため、インバータ３の熱破壊が有効に防止される。

更に、本実施の形態によれば、カウンタ回路５０が、過電流の検出回数をカウントする。カウント値が所定の設定値に達した場合、ドライブ回路２０は、駆動停止状態を強制的に維持する。その結果、マイコン１０のソフトウェアによる出力遮断制御機能が故障している場合に、駆動状態と駆動停止状態とが延々と繰り返されるといった事態が防止される。このことも、インバータ３の熱破壊の防止に寄与する。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ インバータ制御回路、２ 負荷、３ インバータ、１０ マイコン、２０ ドライブ回路、３０ 過電流検出回路、３１ シャント抵抗、３２ コンパレータ、３３ ノード、４０ タイマ回路、５０ カウンタ回路、ＢＬＫ 遮断信号、／ＥＲＲ エラー信号、ＩＮＩ 初期化信号、ＯＶＣ 過電流検出信号、ＰＴ タイマ期間、ＰＷＭ，ＰＷＭ’ 制御信号、ＲＳＴ リセット信号、ＳＴＰ 停止信号、Ｖｒｅｆ 基準電圧、Ｖｄ 電圧。

Claims (3)

1. 負荷を駆動するインバータの動作を制御するインバータ制御回路であって、
   前記インバータの動作を制御する制御信号を出力するマイコンと、
   遮断信号が非活性化されている時に前記制御信号を前記インバータに供給し、前記遮断信号が活性化されている時に前記インバータへの前記制御信号の供給を遮断するドライブ回路と、
   前記インバータと前記負荷との間を流れる電流が閾値を超えた場合に過電流検出信号を活性化する過電流検出回路と、
   前記過電流検出信号の活性化に応答して、前記遮断信号を一定時間活性化するタイマ回路と、
   前記過電流検出信号あるいは前記遮断信号が活性化された回数をカウントし、当該カウント値が設定値に達した場合に停止信号を活性化するカウンタ回路と
   を備え、
   前記停止信号が活性化された場合、前記ドライブ回路は、前記遮断信号に依らず、前記インバータへの前記制御信号の供給を遮断する
   インバータ制御回路。
2. 前記遮断信号が活性化された場合、前記ドライブ回路は、エラー信号を活性化し、
   前記エラー信号が活性化された場合、前記マイコンは、前記制御信号の出力を停止する
   請求項１に記載のインバータ制御回路。
3. 前記マイコンは、初期化シーケンスにおいて、前記カウント値を初期化する初期化信号を前記カウンタ回路に出力する
   請求項１又は２に記載のインバータ制御回路。

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