JP2002034264A - インバータの電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トランジスタ等のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６
のノイズの影響を受けることのない電流検出装置を提供
する。 【解決手段】複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有す
るインバータ回路２と、インバータ回路２の電流を検出
するための電流検出回路４と、スイッチング素子Ｑ１〜
Ｑ６のオンオフ切替え時に相当する期間の検出値を除い
て電流検出値を算出する演算手段１とでインバータの電
流検出装置を構成する。これにより、電流値のサンプリ
ングに際し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフ切
替え時に相当する期間の検出値を除いて電流値を算出す
ることができ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフ
切替え時に発生するノイズの影響を受けることがなく、
正確な電流値の検出が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トランジスタ等の
スイッチング素子のオンオフによるスイッチングノイズ
の影響を受けることなく正確な電流検出を行うことので
きるインバータの電流検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】三相モータ等の回転速度を制御するイン
バータ装置等にあっては、インバータ回路内に過電流が
流れると、回路内の電子部品が損傷したりすることがあ
る。そのため、過電流が流れないように電流値をサンプ
リングしてこれを常に監視し、電流値が所定のしきい値
を越えた場合には、インバータ装置の駆動を強制的に停
止させて回路を保護するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、三相モータ
等の回転速度を制御するインバータ回路内においては、
トランジスタ等のスイッチング素子のオンオフによる立
ち上がり及び／又は立ち下がり信号（エッジ信号）の発
生時に、インバータ回路内を流れる電流にノイズが発生
する。この電流値のノイズをサンプリングした場合に
は、正確な電流検出が行えず、過電流が流れないように
電流を監視するという保護回路の機能が喪失するという
問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は従来の前記課題
に鑑みてこれを改良除去したものであって、トランジス
タ等のスイッチング素子のノイズの影響を受けることの
ない電流検出装置を提供せんとするものである。

【０００５】而して、前記課題を解決するために本発明
が採用した請求項１の手段は、複数のスイッチング素子
を有するインバータ回路と、インバータ回路の電流を検
出するための電流検出回路と、スイッチング素子のオン
オフ切替え時に相当する期間の検出値を除いて電流検出
値を算出する演算手段とで構成したことを特徴とするイ
ンバータの電流検出装置である。スイッチング素子のオ
ンオフ切替え時に相当する期間の検出値を除いて電流検
出値を算出することにより、電流値のサンプリングに際
し、スイッチング素子のオンオフ切替え時に発生するノ
イズの影響を受けることがない。従って、正確な電流の
検出が可能である。

【０００６】本発明が採用した請求項２の手段は、スイ
ッチング素子のオンオフ切替え時に相当する期間には、
電流検出回路の検出値を一定値に固定する固定手段を備
えた請求項１に記載のインバータの電流検出装置であ
る。この発明では、ノイズが発生する期間であるスイッ
チング素子のオンオフ切替え時に相当する期間は、電流
検出回路の検出値を一定値（例えば、ゼロ）にし、演算
手段が電流検出値を算出する際、複数の検出値のうち、
一定値である検出値を容易に区別でき、その検出値を除
いて算出することができる。

【０００７】本発明が採用した請求項３の手段は、複数
のスイッチング素子を有するインバータ回路と、スイッ
チング素子を切り替えるための駆動信号を取り込む固定
手段駆動回路と、インバータ回路の電流を検出するため
の電流検出回路と、スイッチング素子のオンオフ切替え
時に相当する期間の検出値を除いて電流検出値を算出す
る演算手段と、スイッチング素子のオンオフ切替え時に
相当する期間には、電流検出回路の検出値を一定値に固
定する固定手段とから成り、前記固定手段駆動回路は、
前記駆動信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりから所
定時間だけ前記固定手段に対して作動信号を出力するも
のであるインバータの電流検出装置である。この発明で
は、固定手段駆動回路により、スイッチング素子を切り
替えるための駆動信号の立ち上がり及び／又は立ち下が
りから所定時間だけ、電流検出回路の検出値を一定値
（例えば、ゼロ）に固定する固定手段へ作動信号を出力
するようにしている。これにより、ノイズが発生する期
間であるスイッチング素子のオンオフ切替え時に相当す
る期間は、電流検出回路の検出値が一定値（例えば、ゼ
ロ）となり、その一定値である検出値を除くことで、ノ
イズの影響を受けることがなくなり、演算手段による正
確な電流検出値の算出が行える。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の構成を図面に示
す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りであ
る。図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態に係るも
のであり、図１は電流検出装置の全体構成を示すブロッ
ク回路図、図２はインバータ回路２の電流波形及びマイ
クロコンピュータ（以下は、マイコンという）１からイ
ンバータ回路２へ出力されるオンオフ信号波形を示す図
面であり、図３はマイコン１におけるサンプリングデー
タによる電流異常判定のフローチャート図である。マイ
コン１は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ（ＲＯＭ，
ＲＡＭ）及び入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）を備えてい
る。

【０００９】図１に示すように、この実施の形態にあっ
ては、マイコン１を用いてインバータ回路２の電流値を
サンプリングし、内部のメモリにデータ保存するように
している。インバータ回路２は、三相モータ３へ供給す
る電力を、トランジスタを三相ブリッジ接続したスイッ
チング素子Ｑ１〜Ｑ６によって所定間隔ごとに断続し、
その断続した１パルスの幅又は周波数等を変更すること
により、三相モータ３の回転速度を制御するようにして
いる。なお、インバータ回路２には、図示しない整流回
路及び交流電源（商用電源）が接続されており、交流電
圧が整流回路で直流に変換されて供給されるようになっ
ている。

【００１０】電流検出回路４は、インバータ回路２内の
各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のエミッタ側と抵抗Ｒと
の中間点Ａに接続されており、各スイッチング素子Ｑ１
〜Ｑ６のうちの１つを通って中間点Ａを流れる電流値に
相当するアナログ電圧を連続的に出力するものである。
また電流検出回路４は、増幅用アンプ５と固定手段とし
てのトランジスタ６とを有し、インバータ回路２のブリ
ッジ回路の出力側が増幅用アンプ５のプラス側端子に接
続されている。そして、トランジスタ６のコレクタ側が
マイコン１のＡ／Ｄ変換器７へ接続されている。一方、
マイコン１からは波形生成回路８を介してインバータ回
路２へ所定の周波数でオンオフする駆動信号が出力さ
れ、インバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は
この駆動信号に基づいて三相モータ３の速度制御を行っ
ている。波形生成回路８は、マイコン１の基本クロック
をハード的に分周して駆動信号を生成する。

【００１１】更に、インバータ回路２へ出力される前記
駆動信号は、固定手段駆動回路９へも入力される。この
固定手段駆動回路９は、ＯＲ素子１０とエッジ検出回路
及び遅延ゲート回路１１とから成り、エッジ検出及び遅
延ゲート回路１１の出力側が前記電流検出回路４のトラ
ンジスタ６のベース側へ接続されている。前記ＯＲ素子
１０は、インバータ回路２に対する駆動信号を入力し、
その立ち上がり及び／又は立ち下がり時に信号を出力す
るものである。またＯＲ素子１０は、インバータ回路２
にある全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（三相の場合
６個）に対する駆動信号が並列的に入力される。従っ
て、このＯＲ素子１０は、いずれのスイッチング素子Ｑ
１〜Ｑ６に対する駆動信号が立ち上がり及び／又は立ち
下がった時でも所定の信号を出力するようになる。

【００１２】一方、エッジ検出及び遅延ゲート回路１１
は、ＯＲ素子１０の出力信号から駆動信号のエッジ（立
ち上がり及び／又は立ち下がり）を検出すると共に、そ
のエッジから所定の遅延時間が経過するまでの間、トラ
ンジスタ６を作動させる作動信号を出力するものであ
る。なお、例えば、遅延時間は約２５０ｎｓに設定すれ
ばよい。これにより、トランジスタ６は、エッジ信号の
検出時から所定の遅延時間だけ、マイコン１のＡ／Ｄ変
換器７の取り込みを行う増幅用アンプ５の出力をゼロに
する（出力信号をカットする）。つまり、インバータ回
路２を流れる電流値は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の
駆動信号におけるエッジから所定の時間だけ、電流検出
回路４の出力値として出力されないことになり、前記エ
ッジの発生時に発生するノイズの影響を受けた出力値が
電流検出値の算出に使用されるのを防止することができ
る。

【００１３】三相モータ３の通電期間中は、インバータ
回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はマイコン１から
波形生成回路８を介して入力される駆動信号により、オ
ンオフ動作し、三相モータ３の回転速度を制御してい
る。而して、このような通電期間中において、インバー
タ回路２を流れる電流波形は、図２に示すように、周期
的にオンオフする駆動信号の立上り時及び／又は立ち下
がり時（エッジ）にノイズが発生し、電流値が大きく変
化する。このようなノイズを含む電流値をそのまま過電
流検出保護回路のサンプリングデータとしてマイコン１
に取り込んだ場合には、正確な電流検出値の算出が行え
なくなる。

【００１４】そこで、この実施の形態にあっては、固定
駆動手段９において、オンオフ信号の立ち上がり及び／
又は立ち下がり（エッジ）を検出し、エッジの検出時か
ら所定の遅延時間だけ固定手段としてのトランジスタ６
を動作させる信号を出力するようにしている。これによ
り、トランジスタ６は、エッジ信号の検出時から所定の
遅延時間だけ、マイコン１のアナログポートを介してＡ
／Ｄ変換器７へ入力される電流検出回路４の出力はゼロ
になる（カットされる）。つまり、電流検出回路４の出
力値となるインバータ回路２の電流値は、スイッチング
素子Ｑ１〜Ｑ６の立ち上がり及び／又は立ち下がりから
所定の時間だけ一定値にされることになり、マイコン１
で電流検出値を算出する際、ノイズの影響を受けた検出
値が含まれるのを防止することができる。なお、図１の
例では、マイコン１がＡ／Ｄ変換器７を備えている場合
を示しているが、マイコン１とは別にＡ／Ｄ変換回路を
設け、デジタル値に変換後の値をマイコン１のデジタル
入力ポートに取り込むようにしてもよい。

【００１５】マイコン１では、所定時間（サンプリング
周期）毎に取り込んだ複数のサンプリングデータのう
ち、トランジスタ６の作動（オン）と重なった時のデー
タ（値はゼロ）を除くデータから平均値を算出し、その
平均値を予め設定されたしきい値と比較して電流異常の
判定を行うようになっている。図３はこのようなマイコ
ン１における処理のフローチャートを示すものである。
まず、サンプリング回数ｎをゼロ（初期値）にセット
し、モータ運転信号の状態（オン又はオフ）からモータ
が運転中か否かを判断する。モータが運転中でなけれ
ば、スタート直後に戻る。モータが運転中であれば、周
期計測タイマがタイムアップしているか否かを参照す
る。周期計測タイマにはサンプリング周期となる時間が
予め設定されており、それがタイムアップすることでサ
ンプリング周期が経過したことを検出できる。周期計測
タイマがタイムアップしていない場合、未だサンプリン
グ周期は経過していないため、再度モータが運転中が否
かの判断に戻る。

【００１６】周期計測タイマがタイムアップすると、サ
ンプリング回数であるｎを１つカウント（ｎ＝ｎ＋１）
すると共に、入力ポートから電流検出回路２の出力値
（波形データ）を取り込み、その値をサンプリングデー
タ（電流値）としてメモリに保存する。その後、サンプ
リング回数ｎが設定回数に達したか否かを判断し、達し
ている場合、平均値算出手段により、メモリ内に保存し
たサンプリングデータの平均値を算出する。このとき、
保存した複数個のサンプリングデータのうち、値がゼロ
であるデータを除いて平均値を算出する。サンプリング
回数ｎが設定回数に達していない場合、モータが運転中
が否かの判断まで戻り、以降、設定回数に達するまで同
様の処理を行う。算出した平均値（電流検出値）がしき
い値を越える場合、モータを停止させると共にアラーム
信号を出力すればよい。このとき、しきい値を越えてい
る時間と電流検出値とを効力してモータを停止させるか
否かを判断することができる。

【００１７】図４は本発明の第２の実施の形態に係るも
のであり、デジタル・シグナル・プロセッサー（以下
は、ＤＳＰという）１２を用いてインバータ回路の過電
流の監視を行うようにしたものである。ＤＳＰ１２は、
通常のマイクロプロセッサの機能に加え、浮動小数点演
算に特化された機能を持つ演算部及びタイマ制御機能や
外部との入出力制御部が内蔵されており、図１に示す固
定手段駆動回路９を別途に設けなくても、ＤＳＰ１２の
内部で処理することが可能であり、駆動信号の立ち上が
り及び／又は立ち下がりの発生時から所定の時間だけ電
流値をサンプリングしないようにしている。すなわち、
電流検出回路４の出力値を一定（ゼロ）に固定するトラ
ンジスタ６を設けなくても、ＤＳＰ１２の内部処理で、
特定期間は出力値を取り込まないようにしている。これ
はＤＳＰ１２が高速演算回路を備えているためであり、
このＤＳＰ１２を用いた場合は、全体のシステム構成が
極めて簡単となる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明にあっては、
複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、イ
ンバータ回路の電流を検出するための電流検出回路と、
スイッチング素子のオンオフ切替え時に相当する期間の
検出値を除いて電流検出値を算出する演算手段とでイン
バータの電流検出装置を構成したから、電流値のサンプ
リングに際し、スイッチング素子のオンオフ切替え時に
相当する期間の検出値を除いて電流値を算出することが
でき、スイッチング素子のオンオフ切替え時に発生する
ノイズの影響を受けることがなく、正確な電流値の検出
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電流検出装置
の全体構成を示すブロック回路図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電流検出装置
の電流値とオンオフ信号との波形を示す図面である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電流検出装置
の電流値をデータ保存する場合のフローチャート図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電流検出装置
の全体構成を示すブロック回路図である。

【符号の説明】

１…マイコン、２…インバータ回路、３…三相モータ、
４…電流検出回路、５…増幅用アンプ、６…トランジス
タ（固定手段）、７…Ａ／Ｄ変換器、８…波形生成回
路、９…固定手段駆動回路、１０…ＯＲ回路、１１…エ
ッジ検出回路及び遅延ゲート回路、１２…ＤＳＰ、Ａ…
中間点（電流検出点）、Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素
子、Ｒ…抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G035 AA08 AB01 AC02 AD02 AD10 AD20 AD27 AD28 AD61 AD65 5H007 AA12 BB06 CA01 CB05 DB12 DC02 EA02 FA03 FA13 FA19 5H576 BB06 DD02 EE11 HA02 HB01 JJ03 JJ08 JJ11 JJ16 JJ17 JJ18 LL22 MM02 MM04 MM10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のスイッチング素子を有するインバー
   タ回路と、インバータ回路の電流を検出するための電流
   検出回路と、スイッチング素子のオンオフ切替え時に相
   当する期間の検出値を除いて電流検出値を算出する演算
   手段とで構成したことを特徴とするインバータの電流検
   出装置。
2. 【請求項２】スイッチング素子のオンオフ切替え時に相
   当する期間には、電流検出回路の検出値を一定値に固定
   する固定手段を備えた請求項１に記載のインバータの電
   流検出装置。
3. 【請求項３】複数のスイッチング素子を有するインバー
   タ回路と、スイッチング素子を切り替えるための駆動信
   号を取り込む固定手段駆動回路と、インバータ回路の電
   流を検出するための電流検出回路と、スイッチング素子
   のオンオフ切替え時に相当する期間の検出値を除いて電
   流検出値を算出する演算手段と、スイッチング素子のオ
   ンオフ切替え時に相当する期間には、電流検出回路の検
   出値を一定値に固定する固定手段とから成り、前記固定
   手段駆動回路は、前記駆動信号の立ち上がり及び／又は
   立ち下がりから所定時間だけ前記固定手段に対して作動
   信号を出力するものであるインバータの電流検出装置。