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JP6469251B2 - Inverter device and air conditioner - Google Patents
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Description

本発明は、交流電源からの印加電圧(以下、適宜「電源電圧」と称する)を整流した直流電圧を任意の電圧に変換するインバータ装置および当該インバータ装置を備えた空気調和機に関する。   The present invention relates to an inverter device that converts a DC voltage obtained by rectifying an applied voltage from an AC power source (hereinafter referred to as “power source voltage” as appropriate) into an arbitrary voltage, and an air conditioner including the inverter device.

従来のインバータ装置は、負荷電流の容量を上げるために、スイッチング素子を並列に接続して使用している(例えば、下記特許文献1参照)。   Conventional inverter devices use switching elements connected in parallel in order to increase the load current capacity (see, for example, Patent Document 1 below).

特開2013−038828号公報(第1図)Japanese Patent Laying-Open No. 2013-038828 (FIG. 1)

上記特許文献1に示されるインバータ装置(以下「従来のインバータ装置」と称する)は、スイッチング素子のゲート回路の不動作やスイッチング素子のオープン故障を、スイッチング素子の温度差により判定しているため、各スイッチング素子近傍に絶縁された温度検出素子が必要であり、また、温度の時間追従性が遅く、故障をすぐに検出できないという問題点があった。   Since the inverter device shown in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “conventional inverter device”) determines the malfunction of the gate circuit of the switching element and the open failure of the switching element based on the temperature difference of the switching element. There is a problem that a temperature detecting element insulated in the vicinity of each switching element is necessary, and the time followability of the temperature is slow, so that a failure cannot be detected immediately.

また、従来のインバータ装置は、故障と判定したときは機器を停止するため、機器の修理、または部品の交換が完了するまで、使用者が機器を使用できないという問題点があった。   Further, since the conventional inverter device stops the device when it is determined to be a failure, there is a problem that the user cannot use the device until the repair of the device or the replacement of the parts is completed.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、故障と判定されても機器を停止することなく運転することができ、また、運転中に機器の故障を外部に通知して、部品の交換を促すことができるインバータ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and can be operated without stopping the device even if it is determined to be a failure, and the failure of the device is notified to the outside during the operation. An object of the present invention is to obtain an inverter device that can prompt replacement.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るインバータ装置は、単相または三相の交流電源からの電源電圧を直流電圧に変換する第1の変換回路、第1の変換回路からの直流電圧を交流電圧に変換する第2の変換回路および第2の変換回路を制御する制御回路を備える。第2の変換回路は2つのスイッチング素子が直列に接続されたスイッチング回路を複数組有する。複数組のスイッチング回路は、並列に接続されて構成され、かつスイッチング素子のそれぞれには、それぞれのスイッチング素子に直列に接続される電流検出回路が設けられる。電流検出回路に電流が流れなくなることを検出することで、当該電流検出回路に直列に接続される個々のスイッチング素子のオープン故障が検出され、オープン故障したスイッチング素子数によって運転電流の制限が行われる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an inverter device according to the present invention includes a first conversion circuit and a first conversion circuit for converting a power supply voltage from a single-phase or three-phase AC power supply into a DC voltage. And a control circuit for controlling the second conversion circuit. The second conversion circuit has a plurality of switching circuits in which two switching elements are connected in series. The plurality of sets of switching circuits are configured to be connected in parallel, and each of the switching elements is provided with a current detection circuit connected in series to each switching element . By detecting that current does not flow in the current detection circuit, an open failure of each switching element connected in series to the current detection circuit is detected, and the operating current is limited by the number of open switching failures. .

本発明によれば、故障と判定されても機器を停止することなく運転することができ、また、運転中に機器の故障を外部に通知して部品の交換を促すことができる、という効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to operate without stopping the device even if it is determined as a failure, and to notify the outside of the failure of the device during the operation and prompt the replacement of the parts. Play.

実施の形態1におけるインバータ装置の構成例を示す回路図FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of an inverter device in the first embodiment 実施の形態1におけるインバータ装置の1アーム分の構成を示す部分回路図The partial circuit diagram which shows the structure for 1 arm of the inverter apparatus in Embodiment 1 実施の形態1に係るインバータ装置の適用例として示される空気調和機における室外ユニットの概略図Schematic of the outdoor unit in the air conditioner shown as an application example of the inverter device according to Embodiment 1

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るインバータ装置および空気調和機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, an inverter device and an air conditioner according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1におけるインバータ装置の構成例を示す回路図である。図1に示すように、実施の形態1のインバータ装置100は、交流電源1から印加される交流電圧を直流電圧に変換する整流器2と、力率を改善するリアクトル3と、整流器2が変換した直流電圧を平滑する平滑回路としてのコンデンサ4と、コンデンサ4の両端電圧を検出する電圧検出部11と、直流電圧を3相交流電圧に変換して3相モータであるモータ8すなわち電動機を駆動するインバータ部101と、インバータ部101を制御するためのPWM信号を生成する制御回路9と、電流検出回路21〜38と、を備える。インバータ部101とモータ8との間には、モータ電流を計測する電流計測器10a、10bが設けられている。これらの構成部のうち、整流器2は、交流電源からの印加される交流電圧すなわち電源電圧を直流電圧に変換する第1の変換回路を構成し、インバータ部101は、第1の変換回路からの直流電圧を交流電圧に変換する第2の変換回路を構成する。なお、図1では、交流電源1として三相電源を例示しているが、単相電源であってもよい。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an inverter device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the inverter device 100 of Embodiment 1 is converted by a rectifier 2 that converts an AC voltage applied from an AC power source 1 into a DC voltage, a reactor 3 that improves a power factor, and a rectifier 2. Capacitor 4 as a smoothing circuit that smoothes the DC voltage, voltage detection unit 11 that detects the voltage across capacitor 4, and converts the DC voltage into a three-phase AC voltage to drive a motor 8 that is a three-phase motor, that is, an electric motor. The inverter part 101, the control circuit 9 which produces | generates the PWM signal for controlling the inverter part 101, and the current detection circuits 21-38 are provided. Between the inverter part 101 and the motor 8, the current measuring devices 10a and 10b which measure a motor current are provided. Among these components, the rectifier 2 constitutes a first conversion circuit that converts an AC voltage applied from an AC power source, that is, a power supply voltage, into a DC voltage, and the inverter unit 101 is supplied from the first conversion circuit. A second conversion circuit for converting a DC voltage into an AC voltage is configured. In FIG. 1, a three-phase power source is illustrated as the AC power source 1, but a single-phase power source may be used.

実施の形態1のインバータ装置100は、空気調和機、冷凍機、洗濯乾燥機、冷蔵庫、除湿器、ヒートポンプ式給湯機、ショーケース、掃除機、ファンモータ、換気扇、手乾燥機、誘導加熱電磁調理器といった機器において、モータを駆動する装置として用いることができる。   Inverter device 100 of Embodiment 1 is an air conditioner, refrigerator, washing dryer, refrigerator, dehumidifier, heat pump water heater, showcase, vacuum cleaner, fan motor, ventilation fan, hand dryer, induction heating electromagnetic cooking. It can be used as a device for driving a motor in a device such as a container.

インバータ部101は、U相に対応するインバータモジュール5と、V相に対応するインバータモジュール6と、W相に対応するインバータモジュール7とを備える。インバータモジュール5,6,7は、各々が6つのスイッチング素子5a,5b,5c,5d,5e,5fを備える。スイッチング素子5a,5c,5eは上アームを構成し、スイッチング素子5b,5d,5fは下アームを構成する。   The inverter unit 101 includes an inverter module 5 corresponding to the U phase, an inverter module 6 corresponding to the V phase, and an inverter module 7 corresponding to the W phase. The inverter modules 5, 6, and 7 each include six switching elements 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, and 5f. Switching elements 5a, 5c and 5e constitute an upper arm, and switching elements 5b, 5d and 5f constitute a lower arm.

上アームのスイッチング素子5aと下アームのスイッチング素子5bとは直列に接続され、スイッチング素子5a,5b、すなわち直列接続されたスイッチング素子対は1組のスイッチング回路を構成する。スイッチング素子5c,5dおよびスイッチング素子5e,5fについても同様である。なお、図1では2つのスイッチング素子が直列接続される構成を開示しているが、2つ以上のスイッチング素子が直列接続される構成であってもよい。   The switching element 5a of the upper arm and the switching element 5b of the lower arm are connected in series, and the switching elements 5a and 5b, that is, the pair of switching elements connected in series constitute a set of switching circuits. The same applies to the switching elements 5c and 5d and the switching elements 5e and 5f. In addition, although the structure by which two switching elements are connected in series is disclosed in FIG. 1, the structure by which two or more switching elements are connected in series may be sufficient.

1組のスイッチング回路は並列に接続されてインバータ部101を構成する。図1では、スイッチング素子5a,5bによるスイッチング回路、スイッチング素子5c,5dによるスイッチング回路およびスイッチング素子5e,5fによるスイッチング回路が並列に接続されて構成されている。   One set of switching circuits is connected in parallel to constitute the inverter unit 101. In FIG. 1, a switching circuit composed of switching elements 5a and 5b, a switching circuit composed of switching elements 5c and 5d, and a switching circuit composed of switching elements 5e and 5f are connected in parallel.

なお、図1では、モータ8として三相モータを例示しているが単相モータであってもよい。モータ8が単相モータの場合、インバータ部101を構成するインバータモジュールは2つでよい。   In FIG. 1, a three-phase motor is illustrated as the motor 8, but a single-phase motor may be used. When the motor 8 is a single phase motor, the number of inverter modules constituting the inverter unit 101 may be two.

実施の形態1では、スイッチング素子5a,5b,5c,5d,5e,5fのそれぞれの電流容量が小さい場合でも、図1のように、相ごとにスイッチング素子を並列化することにより大電流容量を実現することができる。インバータモジュール6,7の構成は、インバータモジュール5と同様である。なお、簡略化のため、図1では、インバータモジュール6,7内の符号を省略している。   In the first embodiment, even when the current capacities of the switching elements 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, and 5f are small, a large current capacity can be obtained by parallelizing the switching elements for each phase as shown in FIG. Can be realized. The configuration of the inverter modules 6 and 7 is the same as that of the inverter module 5. For simplification, reference numerals in the inverter modules 6 and 7 are omitted in FIG.

電流検出回路21,22,23は、インバータモジュール5の下アームのスイッチング素子5b,5d,5fを流れる電流を検出し、電流検出回路24,25,26は、インバータモジュール6の下アームのスイッチング素子5b,5d,5fを流れる電流を検出し、電流検出回路27,28,29は、インバータモジュール7の下アームのスイッチング素子5b,5d,5fを流れる電流を検出する。電流検出回路30,31,32は、インバータモジュール5の上アームのスイッチング素子5a,5c,5eを流れる電流を検出し、電流検出回路33,34,35は、インバータモジュール6の上アームのスイッチング素子5a,5c,5eを流れる電流を検出し、電流検出回路36,37,38は、インバータモジュール7の上アームのスイッチング素子5a,5c,5eを流れる電流を検出する。   The current detection circuits 21, 22, and 23 detect currents flowing through the switching elements 5 b, 5 d, and 5 f of the lower arm of the inverter module 5, and the current detection circuits 24, 25, and 26 are switching elements of the lower arm of the inverter module 6. The currents flowing through 5b, 5d, and 5f are detected, and the current detection circuits 27, 28, and 29 detect the current that flows through the switching elements 5b, 5d, and 5f of the lower arm of the inverter module 7. The current detection circuits 30, 31 and 32 detect the current flowing through the switching elements 5 a, 5 c and 5 e of the upper arm of the inverter module 5, and the current detection circuits 33, 34 and 35 are the switching elements of the upper arm of the inverter module 6. The currents flowing through 5a, 5c and 5e are detected, and the current detection circuits 36, 37 and 38 detect the current flowing through the switching elements 5a, 5c and 5e of the upper arm of the inverter module 7.

制御回路9は、電圧検出部11により検出された電圧と電流検出回路10a,10bにより計測されたモータ電流とに基づいてインバータ部101を制御する。具体的には、相およびアームごとのスイッチング素子のオンオフ状態を制御するためのPWM信号Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wnを生成してインバータ部101へ出力する。Up,Vp,Wpは、U,V,W相の上アームのスイッチング素子のオンオフ状態を制御するためのPWM信号であり、Un,Vn,Wnは、U,V,W相の下アームのスイッチング素子のオンオフ状態を制御するためのPWM信号である。PWM信号は、オンすなわち閉を示すHighと、オフすなわち開を示すLowとのいずれかの値をとり、オンとオフとが繰り返されるパルス状の信号である。パルスすなわちオンが連続する期間の幅をパルス幅と呼ぶ。制御回路9は、同一相の同一アームが3つのスイッチング素子で構成されることから、3つのスイッチング素子がオンとなったときに流れる電流に基づいてパルス幅を決定する。すなわち3つのスイッチング素子を大きな電流容量の1つのスイッチング素子であるとみなしてPWM信号を生成する。   The control circuit 9 controls the inverter unit 101 based on the voltage detected by the voltage detection unit 11 and the motor current measured by the current detection circuits 10a and 10b. Specifically, PWM signals Up, Vp, Wp, Un, Vn, Wn for controlling the on / off states of the switching elements for each phase and arm are generated and output to inverter 101. Up, Vp, Wp are PWM signals for controlling the on / off state of the switching element of the upper arm of the U, V, W phase, and Un, Vn, Wn are the switching of the lower arm of the U, V, W phase. It is a PWM signal for controlling the on / off state of the element. The PWM signal is a pulse-like signal that takes either a high value indicating on or closed, or a low value indicating off or open, and is repeatedly turned on and off. The width of a pulse, that is, a period during which ON is continued is called a pulse width. Since the same arm of the same phase is composed of three switching elements, the control circuit 9 determines the pulse width based on the current that flows when the three switching elements are turned on. That is, the PWM signal is generated by regarding the three switching elements as one switching element having a large current capacity.

スイッチング素子としては、どのような素子を用いてもよいが、GaN(窒化ガリウム)、SiC(シリコンカーバイド:炭化珪素)、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、モジュールの小型化が可能となる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、放熱部の放熱フィンの小型化も可能になる。   Any element may be used as the switching element, but a wide band gap semiconductor such as GaN (gallium nitride), SiC (silicon carbide: silicon carbide), diamond, or the like can be used. By using a wide band gap semiconductor, the withstand voltage is high and the allowable current density is also high, so that the module can be miniaturized. Since the wide band gap semiconductor has high heat resistance, it is possible to reduce the size of the radiating fin of the radiating portion.

ここで、比較例として3相モータを駆動する一般的なインバータについて説明する。一般に、インバータを用いて3相モータを駆動する場合、インバータは、相ごとに、直列に接続された上アームの1つのスイッチング素子と下アームの1つのスイッチング素子とで構成されるスイッチング素子対を備える。したがって、比較例のインバータは、3相分では合計3対すなわち6つのスイッチング素子を備える。一方、スイッチング素子をチップとして実装する場合、チップ面積を大きくすると歩留りが悪化する。チップ面積を小さくすると、ウェハから取り出す際の歩留まりを向上させることができる。特に、スイッチング素子としてSiCを用いる場合には、ウェハが高価であることから、低価格化のためにはチップ面積を小さくすることが望ましい。家庭用の空気調和機に使用される場合のように、電流容量が小さくてよい場合には、チップ面積の小さい6つのスイッチング素子で3相を制御するインバータモジュールを用いることで低価格化が実現できる。   Here, a general inverter for driving a three-phase motor will be described as a comparative example. In general, when an inverter is used to drive a three-phase motor, the inverter includes a switching element pair composed of one switching element of the upper arm and one switching element of the lower arm connected in series for each phase. Prepare. Therefore, the inverter of the comparative example includes a total of three pairs, that is, six switching elements for three phases. On the other hand, when the switching element is mounted as a chip, the yield deteriorates if the chip area is increased. If the chip area is reduced, the yield when removing from the wafer can be improved. In particular, when SiC is used as the switching element, since the wafer is expensive, it is desirable to reduce the chip area in order to reduce the price. When the current capacity may be small, such as when used in a home air conditioner, the price can be reduced by using an inverter module that controls three phases with six switching elements with a small chip area. it can.

しかしながら、チップ面積を小さくすると電流容量が小さくなる。このため、比較例のインバータモジュール、すなわち6つのスイッチング素子で3相モータを駆動するインバータモジュールでは、低価格化と大電流化の両立が難しい。これに対し、本実施の形態では、電流容量の小さいスイッチング素子を並列に用いることにより、低価格化と大電流化の両方を実現できる。また、図1に示すように、比較例で示した6つのスイッチング素子で構成される3相用の1つのインバータモジュールと、本実施の形態の6つのスイッチング素子で構成されるインバータモジュール5,6,7とで基本的な部分を共通化することができる。このため、インバータモジュール5,6,7として、6つのスイッチング素子で構成される3相用の1つのインバータモジュールをそのまま、または簡易な変更により用いることができる。言い換えると、3相用の1つのインバータモジュールと図1に示すインバータモジュール5,6,7とを同一または類似のモジュールとして製造することができる。したがって、大電流容量用のインバータモジュール5,6,7を安価に製造することができる。一例を挙げると、家庭用の空気調和機には6つのスイッチング素子で構成される3相用の1つのモジュールを用い、業務用の空気調和機には、図1に示すように、3つのモジュールを備えるインバータ部101を用いることができる。以下、本実施の形態のインバータ部101と区別するために、比較例のように相あたり1対のスイッチング素子を用いるインバータを単一対インバータと呼び、3相分のスイッチング素子すなわち3対のスイッチング素子を1つのモジュールとして実装したモジュールを単一インバータモジュールと呼ぶ。   However, when the chip area is reduced, the current capacity is reduced. For this reason, in the inverter module of the comparative example, that is, the inverter module that drives the three-phase motor with six switching elements, it is difficult to achieve both low cost and high current. On the other hand, in this embodiment, it is possible to realize both a reduction in price and an increase in current by using switching elements having a small current capacity in parallel. Further, as shown in FIG. 1, one inverter module for three phases composed of six switching elements shown in the comparative example, and inverter modules 5, 6 composed of six switching elements of the present embodiment. , 7 can share the basic part. For this reason, as the inverter modules 5, 6 and 7, one inverter module for three phases composed of six switching elements can be used as it is or by simple modification. In other words, one inverter module for three phases and the inverter modules 5, 6, and 7 shown in FIG. 1 can be manufactured as the same or similar modules. Therefore, the inverter modules 5, 6 and 7 for large current capacity can be manufactured at low cost. For example, one module for three phases composed of six switching elements is used for a home air conditioner, and three modules are used for a commercial air conditioner as shown in FIG. The inverter part 101 provided with can be used. Hereinafter, in order to distinguish from the inverter unit 101 of the present embodiment, an inverter using one pair of switching elements per phase as in the comparative example is called a single pair inverter, that is, a switching element for three phases, that is, three pairs of switching elements. A module mounted as a single module is called a single inverter module.

図1に示すように、インバータモジュール5は、3対のスイッチング素子を備える。単一対インバータでは、同一相の上アームのスイッチング素子は1つであり、同一相の下アームのスイッチング素子は1つである。これに対し、本実施の形態では、同一相の上アームのスイッチング素子は3つであり、同一相の下アームのスイッチング素子は3つである。したがって、実装されたスイッチング素子の電流容量をAmとすると、3つのスイッチング素子が並列に接続されたインバータモジュールの電流容量は理想的には3×Amとなる。   As shown in FIG. 1, the inverter module 5 includes three pairs of switching elements. In a single-pair inverter, there is one upper-arm switching element in the same phase and one lower-arm switching element in the same phase. On the other hand, in the present embodiment, there are three upper-arm switching elements in the same phase and three lower-arm switching elements in the same phase. Therefore, if the current capacity of the mounted switching element is Am, the current capacity of the inverter module in which the three switching elements are connected in parallel is ideally 3 × Am.

実際のスイッチング素子には性能バラツキがあるため、並列回路で構成した場合に性能バラツキによる電流アンバランスが起こる。よって通常はスイッチング素子の性能バラツキを加味したうえで、各スイッチング素子に流れる電流が各スイッチング素子の電流容量Amを超えないように、並列に構成するスイッチング素子の数を調整する。例えば、30[A]の電流容量のインバータ装置を構成するのに、電流容量15[A]のスイッチング素子でインバータ装置を構成する場合、並列数を“2”ではなく“3”にするなどして、インバータモジュールの電流容量を増やすことにより電流アンバランスによるスイッチング素子1個あたりの電流定格を超えないようにする。   Since actual switching elements have performance variations, current imbalance due to performance variations occurs when they are configured with a parallel circuit. Therefore, the number of switching elements configured in parallel is usually adjusted so that the current flowing through each switching element does not exceed the current capacity Am of each switching element, taking into account the performance variation of the switching elements. For example, when configuring an inverter device with a current capacity of 15 [A] to configure an inverter device with a current capacity of 30 [A], the parallel number is set to “3” instead of “2”. Thus, by increasing the current capacity of the inverter module, the current rating per switching element due to current imbalance is not exceeded.

しかしながら並列回路に構成されているスイッチング素子のいずれか1つがオープン故障した場合には、当該並列回路の他のスイッチング素子で電流定格を超えて運転し続けるといった現象が起こる。スイッチング素子の故障としては、チップが熱破壊などでショートとなる場合と、スイッチング素子のチップ、チップ接続する回路、スイッチング素子を駆動する回路が経年劣化で故障するなどして機能上オープンになる場合と、がある。   However, when any one of the switching elements configured in the parallel circuit has an open failure, a phenomenon occurs in which the other switching elements of the parallel circuit continue to operate exceeding the current rating. Switching element failures include when the chip is short-circuited due to thermal destruction, etc., and when the switching element chip, the circuit that connects the chip, and the circuit that drives the switching element fail due to deterioration over time, etc. There is.

並列回路の1つのスイッチング素子がショート故障の場合は、インバータ装置への過電流により容易に検出できるが、並列回路の1つのスイッチング素子がオープン故障の場合はインバータ装置全体では、特に機能上の問題は生じないため、個別にスイッチング素子のチップのオープンを検出する必要がある。   When one switching element of the parallel circuit has a short circuit fault, it can be easily detected by an overcurrent to the inverter device. However, when one switching element of the parallel circuit has an open fault, the entire inverter device has a particular functional problem. Therefore, it is necessary to individually detect the opening of the switching element chip.

一方、並列回路の1つのスイッチング素子がオープン故障になった場合、インバータ装置の負荷電流が大きいときにスイッチング素子に流れる電流が電流定格をオーバーして運転し続ける問題を除けば、インバータの機能(例えばモータを運転する機能)としては損なわれているわけではない。特に空気調和機などのモータにインバータ装置を適用する場合、温度調節したい空間の温度が目標温度に近づけば定格よりも小さい負荷で運転し続けるため、全体のうちの定格付近で運転する時間は短く、定格よりも小さい負荷で運転しつづける時間が長い。そのため目標温度に到達する時間は長くなるものの、小さい負荷で運転し続けることのほうが機器を停止するよりも使用者にとって快適性が損なわれず、メリットが大きい。   On the other hand, when one switching element of the parallel circuit becomes an open failure, the function of the inverter (except for the problem that the current flowing through the switching element exceeds the current rating and continues to operate when the load current of the inverter device is large) For example, the function of operating the motor is not impaired. In particular, when applying an inverter device to a motor such as an air conditioner, if the temperature of the space you want to adjust the temperature is close to the target temperature, it will continue to operate at a load smaller than the rating. Long time to continue operation with a load smaller than the rated value. Therefore, although it takes a long time to reach the target temperature, it is more beneficial for the user to maintain the operation with a small load than to stop the device, and the user's comfort is not impaired.

図2は、実施の形態1におけるインバータ装置の1アーム分の構成を示す部分回路図であり、図2ではU相下アームを構成するスイッチング素子5b,5d,5fを抜粋して示している。いま、図1に示した制御回路9よりU相下アームのスイッチング素子5b,5d,5fへオン信号が入力され、スイッチング素子5b,5d,5fが同時にオンしている状態となる。このとき、スイッチング素子5b,5d,5fに流れる電流を、それぞれI1,I2,I3とする。なお、これらの電流I1,I2,I3には、各スイッチング素子の特性差によりバラツキがあるが、ほぼ同じ電流が流れていると考えてよい。   FIG. 2 is a partial circuit diagram showing the configuration of one arm of the inverter device according to the first embodiment. FIG. 2 shows switching elements 5b, 5d, and 5f that constitute the U-phase lower arm. Now, an ON signal is input from the control circuit 9 shown in FIG. 1 to the switching elements 5b, 5d, and 5f of the U-phase lower arm, and the switching elements 5b, 5d, and 5f are simultaneously turned on. At this time, currents flowing through the switching elements 5b, 5d, and 5f are I1, I2, and I3, respectively. Note that these currents I1, I2, and I3 vary depending on the characteristic difference of each switching element, but it may be considered that substantially the same current flows.

ここで、1つのスイッチング素子がオープン故障となり、電流を流すことができなくなったとする。このとき、電流を流せるスイッチング素子は2つになるため、今まで3分流していた電流が2分流となり、1つあたりのスイッチング素子に流れる電流が増えるため、モータの運転状態によっては電流定格を超過する懸念が生じる。   Here, it is assumed that one switching element becomes an open failure and no current can flow. At this time, since there are two switching elements through which current can flow, the current that has been divided into three currents is divided into two parts, and the current that flows through each switching element increases. An excess of concern arises.

例えば、各スイッチング素子5b,5d,5fに電流定格が15[A]の素子を用いていて、モータ8に流れる電流である負荷電流が33[A]で運転していたとする。このとき、1つのスイッチング素子あたりに流れる電流は約11(=33/3)[A]である。1つのスイッチング素子が故障すると、1つのスイッチング素子あたりに流れる電流は約16.5(=33/2)[A]に増え、電流定格15[A]に対して定格を超える電流が定常的に流れることになる。   For example, it is assumed that an element having a current rating of 15 [A] is used for each of the switching elements 5b, 5d, and 5f and the load current that is a current flowing through the motor 8 is operated at 33 [A]. At this time, the current flowing per switching element is about 11 (= 33/3) [A]. When one switching element fails, the current flowing per switching element increases to about 16.5 (= 33/2) [A], and the current exceeding the rating with respect to the current rating of 15 [A] is constantly increased. Will flow.

次に、実施の形態1におけるインバータ装置100の要部動作について、図1および図2の図面を参照して説明する。   Next, the operation of the main part of inverter device 100 in the first embodiment will be described with reference to the drawings in FIGS.

まず、上記のように構成されたインバータ装置100において、図2に示す3並列のスイッチング素子5b,5d,5fのうち、いずれか1つ(例えば5f)がオープン故障したとする。するとスイッチング素子5fと電流検出回路23には電流I3が流れなくなる。演算部12は、電流検出回路23からの電流信号がなくなることを検知すると、U相下アームを構成する3つのスイッチング素子が2つのスイッチング素子(本例であればスイッチング素子5b,5d)で動作していることを把握し、制御回路9に制限信号を送出する。制御回路9は、制限信号を受けると、1つのスイッチング素子に当該素子の定格電流以上の電流が流れないように、モータ8に流す電流(以下、適宜「モータ運転電流」もしくは単に「運転電流」と称する)に制限をかける。   First, in the inverter device 100 configured as described above, it is assumed that any one (for example, 5f) of the three parallel switching elements 5b, 5d, and 5f illustrated in FIG. Then, the current I3 does not flow through the switching element 5f and the current detection circuit 23. When the arithmetic unit 12 detects that the current signal from the current detection circuit 23 disappears, the three switching elements constituting the U-phase lower arm operate with two switching elements (in this example, the switching elements 5b and 5d). And a limit signal is sent to the control circuit 9. When the control circuit 9 receives the limit signal, the current flowing through the motor 8 (hereinafter referred to as “motor operating current” or simply “operating current” as appropriate) so that no current exceeding the rated current of the element flows through one switching element. Called).

例えば前述のスイッチング素子に電流定格が15Aの素子を使用していた場合は、モータ運転電流の最大値(以下、適宜「モータ最大運転電流」と称する)が30[A]を超えないようにモータ運転電流に制限をかける。このとき、スイッチング素子の性能バラツキを鑑みてマージンを設定し、モータ運転電流が30[A]以下の第1の電流値(例えば26[A]程度)を超えないように、あるいは第1の電流値以下となるようにモータ運転電流に制限をかけてもよい。   For example, when an element having a current rating of 15 A is used for the switching element described above, the motor is set such that the maximum value of the motor operating current (hereinafter referred to as “motor maximum operating current” as appropriate) does not exceed 30 [A]. Limit the operating current. At this time, a margin is set in consideration of the performance variation of the switching element so that the motor operation current does not exceed a first current value of 30 [A] or less (for example, about 26 [A]), or the first current The motor operating current may be limited so as to be less than the value.

制御回路9は、モータ運転電流に制限をかけると共に、表示部13(図1参照)に信号を送信する。表示部13は信号を受信すると、使用者にインバータ装置100の交換を促すサインを表示する。なお、交換を促すサインは、表示部13に設けられたLEDを点滅させるような手法でもよいし、液晶パネルへの文字表示でもよい。すなわち、使用者にインバータ装置100の交換が必要であることを示せる手段もしくは手法(以下、総称して「仕組み」と称する)であれば、どのような仕組みを用いてもよい。   The control circuit 9 limits the motor operating current and transmits a signal to the display unit 13 (see FIG. 1). When the display unit 13 receives the signal, the display unit 13 displays a sign that prompts the user to replace the inverter device 100. Note that the sign for prompting replacement may be a technique of blinking an LED provided on the display unit 13 or may be a character display on the liquid crystal panel. That is, any mechanism may be used as long as it is a means or method (hereinafter collectively referred to as “mechanism”) that can indicate to the user that the inverter device 100 needs to be replaced.

また、表示部13の代わりに、音を発生する装置でもよく、使用者が装置の電源をオンさせたり、動作を開始したりするなど装置へ近づいて操作する際に、エラー音を出して知らせる仕組みでもよい。   Further, instead of the display unit 13, a device that generates sound may be used. When the user approaches the device, such as turning on the power of the device or starting an operation, an error sound is output and notified. It may be a mechanism.

以上説明したように、実施の形態1に係るインバータ装置によれば、複数組のスイッチング回路が並列に接続され、スイッチング素子のそれぞれには電流検出回路が設けられ、電流検出回路の検出結果を用いてスイッチング素子のオープン故障を検出して外部に通知するように構成されているので、故障したスイッチング素子数によって運転電流を制限することができ、インバータ装置を停止することなく、スイッチング素子の故障を使用者に通知することが可能となる。   As described above, according to the inverter device according to the first embodiment, a plurality of sets of switching circuits are connected in parallel, each of the switching elements is provided with a current detection circuit, and the detection result of the current detection circuit is used. Therefore, it is possible to limit the operating current according to the number of faulty switching elements and to detect the fault of the switching elements without stopping the inverter device. It is possible to notify the user.

また、実施の形態1に係るインバータ装置によれば、使用者は、インバータ装置の異常を把握した上で当該インバータ装置の使用を継続できるので、インバータ装置による電力変換機能を喪失する事態を回避することができ、また、部品交換または修理のための時間を確保することが可能となる。   Moreover, according to the inverter apparatus which concerns on Embodiment 1, since the user can continue use of the said inverter apparatus after grasping | ascertaining the abnormality of an inverter apparatus, the situation which loses the power conversion function by an inverter apparatus is avoided. It is also possible to secure time for parts replacement or repair.

なお、実施の形態1では、1アームのスイッチング素子、すなわち1組のスイッチング回路の並列数を3で説明したが、並列数は2や4以上で構成してもよい。ただし、汎用のモータ駆動用のインバータモジュールの多くは3相であり、並列数3であればそのモジュールを3個並列接続することにより、スイッチング素子3並列の3相モータ用インバータ装置が汎用品で容易に構成できるという利点がある。したがって、1アームのスイッチング素子の並列数が3であるインバータ装置の場合、コストの面および調達性の面で大きなメリットがある。   In the first embodiment, the number of parallel switching of one arm switching element, that is, one set of switching circuits has been described as 3, but the parallel number may be configured to be 2 or 4 or more. However, most of the general-purpose motor drive inverter modules are three-phase, and if the number of parallel is three, three modules are connected in parallel, so that the inverter device for three-phase motors with three switching elements is a general-purpose product. There is an advantage that it can be easily configured. Therefore, in the case of an inverter device in which the number of parallel switching elements of one arm is 3, there are significant advantages in terms of cost and procurement.

実施の形態2.
図3は、実施の形態1に係るインバータ装置100の適用例として示される空気調和機における室外ユニット40の概略図である。図3において、室外ユニット40の内部には、図示を省略した熱交換器に対向して配置されるファン41と、実施の形態1に係るインバータ装置100の駆動対象である圧縮機42と、実施の形態1に係るインバータ装置100の機能を有するように構成されたインバータ装置43とが図示されている。インバータ装置43は、室外ユニット40内に取り付けられ、圧縮機42に設けられている図示しないモータを制御するように電気配線が施されて構成される。なお、インバータ装置100の駆動対象は、圧縮機42のモータだけでなく、図示しない送風用ファンを駆動するモータであってもよいし、また、室内ユニットに設けられる送風用ファンを回転駆動するモータであってもよい。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram of the outdoor unit 40 in the air conditioner shown as an application example of the inverter device 100 according to the first embodiment. In FIG. 3, an outdoor unit 40 includes a fan 41 disposed to face a heat exchanger (not shown), a compressor 42 that is a drive target of the inverter device 100 according to the first embodiment, and an implementation. The inverter apparatus 43 comprised so that it might have the function of the inverter apparatus 100 which concerns on this form 1 is illustrated. The inverter device 43 is installed in the outdoor unit 40 and is configured with electrical wiring so as to control a motor (not shown) provided in the compressor 42. The inverter 100 may be driven not only by the motor of the compressor 42 but also by a motor that drives a blower fan (not shown), or by a motor that rotationally drives a blower fan provided in the indoor unit. It may be.

したがって、実施の形態2に係る空気調和機によれば、空気調和機に搭載されているインバータ装置が故障し、もしくは劣化した場合でも、空気調和機の運転を継続できるので、使用者の快適性を損なうような事態を回避することが可能となる。   Therefore, according to the air conditioner according to the second embodiment, the operation of the air conditioner can be continued even when the inverter device mounted on the air conditioner fails or deteriorates, so that the comfort of the user is improved. Can be avoided.

また、実施の形態2に係る空気調和機によれば、使用者が空気調和機に搭載されているインバータ装置の故障または劣化を把握することができるので、部品交換または修理のための時間的猶予を使用者に付与することが可能となる。   Further, according to the air conditioner according to Embodiment 2, the user can grasp the failure or deterioration of the inverter device mounted on the air conditioner, so that there is a time delay for parts replacement or repair. Can be given to the user.

また、実施の形態2によれば、汎用的な三相モータ用のインバータモジュールを使用できるので、高性能な空気調和機をより安価に構成することが可能となる。   Further, according to the second embodiment, since a general-purpose inverter module for a three-phase motor can be used, a high-performance air conditioner can be configured at a lower cost.

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。   Note that the configuration shown in the above embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part thereof is omitted without departing from the gist of the present invention. Needless to say, the configuration can be changed.

1 交流電源、2 整流器(第1の変換回路)、3 リアクトル、4 コンデンサ、5〜7 インバータモジュール、5a〜5f スイッチング素子、8 モータ、9 制御回路、10a,10b 電流計測器、11 電圧検出部、12 演算部、13 表示部、21〜38 電流検出回路、40 室外ユニット、41 ファン、42 圧縮機、43,100 インバータ装置、101 インバータ部(第2の変換回路)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply, 2 Rectifier (1st conversion circuit), 3 Reactor, 4 Capacitor, 5-7 Inverter module, 5a-5f Switching element, 8 Motor, 9 Control circuit, 10a, 10b Current measuring device, 11 Voltage detection part , 12 arithmetic unit, 13 display unit, 21-38 current detection circuit, 40 outdoor unit, 41 fan, 42 compressor, 43, 100 inverter device, 101 inverter unit (second conversion circuit).

Claims (6)

単相または三相の交流電源からの電源電圧を直流電圧に変換する第1の変換回路と、前記第1の変換回路からの直流電圧を交流電圧に変換する第2の変換回路と、前記第2の変換回路を制御する制御回路とを備えたインバータ装置において、
前記第2の変換回路は2つのスイッチング素子が直列に接続されたスイッチング回路を複数組有し、
複数組の前記スイッチング回路は並列に接続されて構成され、かつ前記スイッチング素子のそれぞれには、それぞれのスイッチング素子に直列に接続される電流検出回路が設けられ、
前記電流検出回路に電流が流れなくなることを検出することで、当該電流検出回路に直列に接続される個々の前記スイッチング素子のオープン故障を検出し、オープン故障したスイッチング素子数によって運転電流を制限することを特徴とするインバータ装置。
A first conversion circuit that converts a power supply voltage from a single-phase or three-phase AC power supply into a DC voltage; a second conversion circuit that converts a DC voltage from the first conversion circuit into an AC voltage; In an inverter device comprising a control circuit for controlling the two conversion circuits,
The second conversion circuit has a plurality of sets of switching circuits in which two switching elements are connected in series,
A plurality of sets of the switching circuits are configured to be connected in parallel, and each of the switching elements is provided with a current detection circuit connected in series to each switching element ,
By detecting that current does not flow in the current detection circuit, an open failure of each of the switching elements connected in series to the current detection circuit is detected, and the operation current is limited by the number of open failure elements. An inverter device characterized by that.
オープン故障した前記スイッチング素子の情報を外部に通知することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 The inverter device according to claim 1, wherein information on the switching element having an open failure is notified to the outside. 前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されたスイッチング素子であることを特徴とする請求項1または2に記載のインバータ装置。   The inverter device according to claim 1, wherein the switching element is a switching element formed using a wide band gap semiconductor. 複数の前記スイッチング素子は前記交流電圧に対応する相毎にモジュール化されてインバータモジュールを構成していることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のインバータ装置。   4. The inverter device according to claim 1, wherein the plurality of switching elements are modularized for each phase corresponding to the AC voltage to constitute an inverter module. 5. 前記インバータモジュールは、三相モータ用のインバータモジュールであることを特徴とする請求項4に記載のインバータ装置。   The inverter device according to claim 4, wherein the inverter module is an inverter module for a three-phase motor. 請求項1から5の何れか1項に記載のインバータ装置が搭載される空気調和機であって、
前記インバータ装置は、前記空気調和機に搭載される送風用ファンのモータ、または圧縮機用のモータを回転駆動させる
ことを特徴とする空気調和機。
An air conditioner on which the inverter device according to any one of claims 1 to 5 is mounted,
The said inverter apparatus rotates the motor of the fan for ventilation mounted in the said air conditioner, or the motor for compressors. The air conditioner characterized by the above-mentioned.
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