专利名称：变换器和冷冻循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动机驱动用变换器及具有该变换器的冷冻循环装置。
背景技术：
电动机驱动用变换器具有把直流电压转换为交流并输出的开关电路。 该开关电路具有多相的两个开关元件的串联电路，这些串联电路中的两个 开关元件的相互连接点连接电动机的各相绕组。通过向该开关电路施加直 流电压来对各个开关元件进行导通、截止驱动，电流流向电动机的各相绕 组，电动机的转子旋转。
在进行这种变换器的驱动时，检测流向电动机的各相绕组的电流，通 过基于该检测电流的向量控制等，生成相对各个开关元件的导通、截止驱 动用的PWM信号。作为检测流向各相绕组的电流的单元，例如在相对开 关电路的直流电压供给线上设置电阻器，检测产生于该电阻器的电压。并 且，也有在直流电压供给线上串联设置两个电阻器，把一方的电阻器用作 电流检测，另一方的电阻器被用作在有过电流流过时自行发热并熔断以使 一方的电阻器不熔断的示例(例如日本专利2621075号公报)。
如上所述，在直流电压供给的负侧线上串联设置两个电阻器的示例中， 在保护用电阻器由于过电流等而熔断/阻断时，开关元件及其驱动电路之间 被切断，开关元件和驱动电路的电位成为不确定的。因此，在开关元件的 导通、截止驱动信号为低电平时(截止期间)，成为该开关元件的电流流出 侧端子的电位比驱动信号输入端子的电位高的状态，从开关元件的电流流 出侧端子到驱动信号输入端子施加较大的逆电压，有可能超过开关元件的
4逆耐压而导致损坏。在该损坏时，反之，有时会通过开关元件的驱动信号 输入端子向驱动电路施加高电压，如果驱动电路侧的耐压较低，则导致驱 动电路损坏。
发明内容
本发明就是考虑到上述情况而提出的，其目的在于，提供一种安全性 良好的变换器及冷冻循环装置，在万一电流检测用电阻阻断时，也能够防 止开关元件和驱动电路的损坏。
技术方案1涉及的发明的变换器，对具有多个开关元件的开关电路施 加直流电压，通过各个开关元件的导通、截止，使电流流向电动机的绕组， 具有电流检测用电阻，设置在针对开关电路的直流电压供给线上；保护 用电阻，与该电流检测用电阻并联连接，具有比该电流检测用电阻大的电 阻值；以及控制单元，根据流向这些电阻的电流对各个开关元件进行导通、 截止驱动。
下面在说明书中详细解释本发明的其他对象和优点，并且部分内容能 够明显地从说明书中推出或者通过实践本发明而了解到。通过借助于或组 合以下特别说明的实施例，本发明的其他对象和优点能够被识别及获得。
附图包含并构成说明书的一部分，现在用于阐述本发明的优选实施方 式，与以上给出的一般说明和以下给出的优选实施方式的详细说明一起解 释本发明的发明构思。
图1是表示各个实施方式的结构的方框图。
图2是表示第一实施方式的电路基板的具体结构的图。
图3是沿箭头方向观看沿着图2中的A—A线的断面的图。
图4是表示第二实施方式的电路基板的具体结构的图。
图5是沿箭头方向观看沿着图4中的A-A线的断面的图。
图6是表示第二和第三实施方式中的抑制部件的主要部分结构的图。
图7是表示第三实施方式中的电路基板的具体结构的图。
图8是沿箭头方向观看沿着图7中的A—A线的断面的图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的第一实施方式。
如图1所示，商用交流电源1的交流电压通过整流电路2被转换为直 流电压，该直流电压被施加给连接于作为直流电压供给线的正侧线Ll和负 侧线L2之间的控制用电源电路3和开关电路10。控制用电源电路3由降 压电路构成，该降压电路例如把280V的直流电压降压成作为驱动电路40 的动作用电源的直流12V和5V，上述驱动电路40驱动后面叙述的控制电 路30和开关电路IO中的开关元件。开关电路10具有U、 V、 W这三相的 两个开关元件例如MOSFET的串联电路，在U相的高电压侧具有MOSFET llu、在U相的低电压侧具有MOSFET 12u，在V相的高电压侧具有 MOSFET llv、在V相的低电压侧具有MOSFET 12v，在W相的高电压侧 具有MOSFET llw、在W相的低电压侧具有MOSFET 12w。
在该开关电路10中的MOSFET llu、 12u的相互连接点连接着压縮机 电动机M的相绕组Lu，在MOSFET llv、 12v的相互连接点连接着压縮机 电动机M的相绕组Lv，在MOSFET llw、 12w的相互连接点连接着压縮 机电动机M的相绕组Lw。压縮机电动机M由具有呈星形接线的3个相绕 组Ln、 Lv、 Lw的定子和具有永久磁铁的转子构成，借助电流流向相绕组 Lu、 Lv、 Lw而产生的磁场和永久磁铁产生的磁场之间的相互作用，转子 旋转，所以该压縮机电动机M被收容在空调设备等的冷冻循环装置(未图 示)的密闭式压縮机中。
并且，在相对开关电路10的直流电压供给的负侧线L2上插入连接着 电流检测用的多个电阻组，该电阻组例如通过并联连接两个电阻21、 22而 构成。电阻21具有容许差1%的数mD例如2mQ的电阻值，电阻22具有 容许差5%、大小为电阻21的10倍左右的数十mQ例如25mQ的电阻值。 根据该电阻值的相互关系，在正常时，电流几乎都流向电阻21侧，而电流 不怎么流向电阻22。具体地讲，流向各个电阻的电流为该电阻值的比率的 倒数比，所以流向电阻22的电流为流向电阻21的电流的2/25。由此，电 阻21发挥主电流检测用电阻的作用，电阻22发挥副(保护用)电阻的作 用。以下，把电阻21称为电流检测用电阻，把电阻22称为保护用电阻。
6在该电流检测用电阻和保护用电阻21 、 22的并联电路中产生的电压提 供给控制部(控制单元)30。控制部30具有把产生于并联电路的电压转换 为数字信号的A/D转换器31、以及该A/D转换器31的输出提供给的驱动 信号生成部32和保护电路33，控制部30利用由控制用电源电路3供给的 直流电压进行动作。驱动信号生成部32从A/D转换器31的输出中检测流 向电流检测用电阻和保护用电阻21、 22的并联电路的电流(主要是流向电 流检测用电阻21的电流)，通过基于该检测电流的向量控制，生成用于驱 动开关电路10的PWM (脉宽调制)信号。该PWM信号提供给驱动电路 40。驱动电路40利用由控制用电源电路3供给的直流电压进行动作，将与 来自驱动信号生成部32的PWM信号相对应的导通、截止驱动信号提供给 开关电路10的各个MOSFET。
上述保护电路33也从A/D转换器31的输出中检测流向电流检测用电 阻和保护用电阻21、 22的并联电路的电流(主要是流向电流检测用电阻21 的电流)，在该检测电流达到为了保护开关电路10的各个元件而预先设定 的预定值以上例如50A以上时，向驱动信号生成部32发送停止指令，使压 縮机电动机M的驱动立刻停止。驱动信号生成部32在从保护电路33接收 到停止指令时，立即停止PWM信号的生成，使全部开关元件截止。
根据这种结构，在各个电阻正常的状态下，在预定值以上的电流流向 电流检测用电阻21和保护用电阻22的并联电路时，以较高的响应性从保 护电路33向驱动信号生成部32发送停止指令。根据该停止指令，不再从 驱动信号生成部32输出PWM信号，从而防止开关电路10中的各个 MOSFET的损坏。由于超过该允许范围的较大电流即使在短时间内流向 MOSFET时，MOSFET也损坏，所以在该保护电路33的动作中确保了极 其高的响应性。利用这些整流电路2、控制用电源电路3、开关电路IO、电 流检测用电阻21、保护用电阻22、控制部30和驱动电路40，构成压縮机 电动机驱动用的变换器。
并且，设定电流检测用电阻21和保护用电阻22的各电阻值，使得在 该变换器的输出为最小(最小输出频率)时，在电流检测用电阻21和保护 用电阻22中的作为最小电阻值的电流检测用电阻21由于某种原因阻断而 处于开放状态时，保护电路33中的检测电流达到上述预定值以上。
7在以上电路中，在正常时，从A/D转换器31的输出中检测电流，通 过基于该检测电流的大小的向量控制，驱动开关电路IO，从而驱动压缩机 电动机。
另一方面，在检测用电阻21由于某种原因而阻断时，电流只流向保护 用电阻22，但在该时刻，开关电路10与负侧线L2之间的通电路径仍是通 过保护用电阻22连接的状态。因此，在开关电路10与负侧线L2之间的通 电路径开放的情况下，针对在开关电路10的低电压一侧存在的MOSFET 12u、 12v、 12w的导通、截止驱动信号为低电平时(截止期间)，MOSFET 12u、 12v、 12w的漏极(电流输出侧端子)的电位与栅极(驱动信号输入 端子)的电位相比成为非常高的状态，从MOSFET12u、 12v、 12w的漏极 到栅极被施加较大的逆电压，MOSFET 12u、 12v、 12w及驱动电路40不至 于产生损坏。
在该检测用电阻21阻断时，如果继续开关电路10的压縮机电动机的 驱动，则保护用电阻22由于电阻值较高而使得温度上升，并导致热损坏。 结果，导致保护用电阻22也阻断，最终有可能产生不能保护开关电路10 的问题。
但是，在本实施方式中，在电流检测用电阻21阻断时，A/D转换器 31读取电阻值较大的保护用电阻22的两端间电压，所以保护电路33检测 到相比以前急剧增大的电流。即，根据正常时的电阻组的电阻值R1设定从 A/D转换器31的读取电压V向电流I的转换，检测电流值I是按照1=V/R1 从电压换算为电流。但是，在电流检测用电阻21阻断时，尽管流向开关电 路10的电流值I在阻断前后相同，但实际的A/D转换器31的读取对象的 电阻值从电阻组的电阻值Rl变为只是保护用电阻22的较大电阻值R2 (R2 RO。因此，A/D转换器31的读取电压V从到目前为止的V=IX Rl的值向V4XR2急剧增大。由于从A/D转换器31的读取电压V向电 流I的转换式I二V/R1没有变化，结果，由A/D转换器31读取的从电压V 向电流I的转换结果，被视为检测到较大的电流。
由于该大电流的检测，保护电路33判断出有过电流流过，变换器的运 转马上停止。结果，电流不会继续流向保护用电阻22，可以避免保护用电 阻22的热损坏。此外，在是被安装在空调设备等的冷冻循环装置上的变换器的情况下， 按照空调负荷的变化，变换器的输出从最小到最大的较广范围内被控制。.
在这种条件下，保护电路33相对检测电流开始保护动作的预定值被设定为 比变换器的输出为最大(最大输出频率)时的检测电流略大的值。此处， 变换器的输出为最大时的检测电流是输出为最小(最小输出频率)时的检 测电流的5倍左右。据此，保护电路33相对检测龟流开始保护动作的预定 值在以变换器的输出为最小时的检测电流作为基准时，需要设定为其6倍 左右。例如，作为电流值，变换器的输出为最小时的电流被设定为IOA， 变换器的输出为最大时的电流被设定为50A，保护电路33开始保护动作的 预定值被设定为60A等。
因此，预先设定电流检测用电阻21和保护用电阻22的各电阻值，使 得在电流检测用电阻21和保护用电阻22的电阻组中的作为最小电阻值的 电流检测用电阻21阻断而成为开放状态时，该电阻组的电阻值达到成为开 放状态之前的6倍以上。根据这种设定，万一，电流检测用电阻21在变换 器的运转过程中成为开放状态时，即使变换器以最小输出运转，检测电流 也达到保护电路33开始保护动作的预定值以上，变换器的运转马上停止。 由此，能够可靠地防止保护用电阻22因热损坏造成的阻断，进而能够可靠 地防止MOSFET12u、 12v、 12w和驱动电路40的损坏。
另一方面，图2和图3表示电流检测用电阻21和保护用电阻22的优 选具体结构。图3是沿箭头方向观看沿着图2中的A—A线的断面的图。
首先，电流检测用电阻21是被锡焊连接在电路基板50的导电图形(铜 箔)51、 52上并与其面接触的表面贴装式分流电阻，包括配置成离开电 路基板50的状态的矩形板状主体；从该主体的相互对置的两侧部延伸到电 路基板50侧的L字形的一对脚部21a、 21b;在该脚部21a、 21b之间隔开 微小间隙延伸到电路基板50侧的L字形的一对电流测定用端子(也称为开 尔文端子)21c、 21d。在涂覆有膏状焊锡H的导电图形51、 52上以面接触 状态放置着脚部21a、 21b的凸缘，电路基板50在该状态下通过加热炉时， 电流检测用电阻21被锡焊连接在导电图形51、 52上。该表面贴装式分流 电阻具有小型、容许差较小、高精度、散热性良好等优点，可以高精度地 设定容许差l^的数mn级的较低电阻值。但是，在是表面贴装式分流电阻
9的情况下，由于膏状焊锡H位于元件的脚部21a、 21b的凸缘的下表面侧， 所以不能确认焊锡H是否可靠连接导电图形51、 52。
另一方面，保护用电阻22是通过导线(y — K)被锡焊连接在电路基
板50的导电图形51、 52上的导线式水泥电阻(无感式)，向形成于导电图 形51、 52和电路基板50上的插通孔51a、 52a插入导线引脚22a、 22b并 注入焊锡H，由此进行连接和固定。该导线式水泥电阻与表面贴装式相比 比较大，但是价格低，而且具有锡焊连接可靠且电气连接可靠性较高的优 占。
这样，作为作用不同的电流检测用电阻21和保护用电阻22,分别采 用合适的结构和安装方法，由此可以获得高可靠性的电路。例如，假设由 于振动等影响使得表面贴装式电流检测用电阻21的连接脱落时，但导线式 保护用电阻22的连接牢靠，不会由于这样的震动而脱落。这一点也可以防 止MOSFET12u、 12v、 12w和驱动电路40的损坏。
说明第二实施方式。
在第二实施方式中，追加了电流检测用电阻21的连接和固定用的抑制 部件。图4和图5表示这种结构。图5是沿箭头方向观看沿着图4中的A 一A线的断面的图。
首先，电流检测用电阻21的脚部21a、 21b的凸缘以面接触状态载置 并锡焊连接于电路基板50的导电图形51、 52上。到此与第一实施方式相 同。在该状态下，在相对于导电图形51、 52的脚部21a、 21b的凸缘(面 接触部分)、和从该凸缘到导电图形51、 52的台阶部上，分别以重合的状 态锡焊连接有导电性板状的抑制部件61、 62。抑制部件61、 62也称为母线， 被折弯成为良好地重合在上述台阶部上的形状。另外，抑制部件61、 62的 板厚例如为300 500^rni，导电图形51、 52的厚度例如为35 50^im。
通过采用该抑制部件61、 62，万一在脚部21a、 21b的凸缘的下表面 与导电图形51、 52之间的面接触部分产生空气层或间隙时，也能够牢靠地 安装电流检测用电阻21。而且，脚部21a、 21b的凸缘的下表面侧与导电图 形51、 52面接触，上表面侧与抑制部件61、 62面接触。通过这种两面接 触，可以确保电流检测用电阻21与导电图形51、 52之间的良好的导通状 态。并且，由于电流也从抑制部件61、 62流出，所以能够实现电流分散，
10可以避免导电图形51、 52中的局部的电流集中。并且，锡焊面积通过两面接触而扩大，所以锡焊部位的导体比电阻与没有抑制部件时相比，减小为1/10左右，可以大幅降低锡焊部位的发热量。通过这样降低发热量，锡焊连接不易脱落，锡焊连接的可靠性提高。
并且，如图6所示，抑制部件62在与脚部21a、 21b的凸缘(面接触部分)重合的面的前端缘部具有多个缺口62a。通过这些缺口62a，可以目视脚部21a、 21b的凸缘与抑制部件62之间的焊锡H的状态，借助该目视，可以容易判断锡焊连接是否良好。虽然没有图示，但在抑制部件61上同样也形成有多个缺口61a。
另外，通过在覆盖缺口61a、 62a的部分的状态下追加焊锡H (所谓附加焊锡)，抑制部件61、 62的锡焊连接更加牢靠，也可以从上方目视确认锡焊连接状态。在该附加焊锡时缺口61a、 62a的部分形成为台阶形状，所以焊锡H容易渗入，并且快速释放脚部21a、 21b的凸缘与导电图形51、52之间的焊锡H中的焊剂。由此，锡焊连接的作业效率大幅提高。
保护用电阻22对电路基板50的导电图形51、52的连接等其他结构和作用与第一实施方式相同，因此省略说明。
说明第三实施方式。
在第三实施方式中，除了追加抑制部件61、 62夕卜，还采用了用于使抑制部件61、 62的固定更加牢靠的结构。图7和图8表示这种结构。图8是沿箭头方向观看沿着图7中的A—A线的断面的图。
首先，电流检测用电阻21的脚部21a、 21b的凸缘以面接触状态载置并锡焊连接于电路基板50的导电图形51、 52上，在相对于导电图形51、52的脚部21a、 21b的凸缘(面接触部分)、和从该凸缘到导电图形51、 52的台阶部上，分别以重合状态锡焊连接有抑制部件61、 62。到此与第二实施方式相同。
与第二实施方式的不同之处是，抑制部件61、 62的后端缘部被向电路基板50侧折弯，该折弯部插入导电图形51、 52的插通孔51b、 52b和电路基板50的插通孔50a、 50b中并注入焊锡H。根据这种结构，抑制部件61、62的固定比第二实施方式更加牢靠。
电路基板50除上表面侧具有导电图形51、 52外，在下表面侧也具有
ii导电图形53、 54。在导电图形53、 54上与上述插通孔50a、 50b对应的位置形成有插通孔53a、 54a,注入插通孔51b、 52b和插通孔50a、 50b的焊锡H也流入导电图形53、 54的插通孔53a、 54a中。通过这样流入，电流检测用电阻21的凸缘21a、导电图形51、抑制部件61、导电图形53电气导通，并且电流检测用电阻21的凸缘21b、导电图形52、抑制部件62、导电图形54电气导通。尤其当在电路基板50的上表面和下表面分别设置导电图形51、 52、 53、 54时，电流在上表面和下表面并行流过，所以流向电路基板50的电流容量增大，可以应对电动机驱动用的大电流。即，流过电流检测用电阻21的凸缘21a的电流并行流过导电图形51、抑制部件61，然后并行流过导电图形51、 53。另一方面，流过电流检测用电阻21的凸缘21b的电流并行流过导电图形52、抑制部件62,然后并行流过导电图形52、54。因此，在电流检测用电阻21的前后，流过电路基板50的导电图形的电流总是具有两个电流路径，从而流过的电流被分散。
保护用电阻22对电路基板50的导电图形51、 52的连接等其他结构和作用与第一和第二实施方式相同，因此省略说明。
另外，本发明不限于上述实施方式，可以在不改变宗旨范围内进行各种变形。
此外，本领域技术人员能够知道本发明的其他优点和进行变形。因此，本发明在更广泛的方面并不限于此处说明的说明书和代表的实施方式。所以，在不脱离由权利要求书和他们的等价物所定义的发明构思的宗旨和范围内能够进行各种变形。
1权利要求
1. 一种变换器，对具有多个开关元件(11u、11v、11w、12u、12v、12w)的开关电路(10)施加直流电压，通过各个开关元件(11u、11v、11w、12u、12v、12w)的导通、截止，使电流流向电动机(M)的绕组(Lu、Lv、Lw)，其特征在于，具有电流检测用电阻(21)，设置在针对所述开关电路(10)的直流电压供给线上；保护用电阻(22)，与所述电流检测用电阻(21)并联连接，具有比该电流检测用电阻(22)大的电阻值；以及控制单元(30)，根据流向各个所述电阻(21、22)的电流，对各个所述开关元件(11u、11v、11w、12u、12v、12w)进行导通、截止驱动。
2. 根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述电流检测用电阻 (21)是被面接触地锡焊连接在电路基板(50)的导电图形(51、 52)上的表面贴装式分流电阻，所述保护用电阻(22)是通过导线(22a、 22b)被锡焊连接在电路基 板(50)的导电图形(51、 52)上的水泥电阻。
3. 根据权利要求2所述的变换器，其特征在于，还具有导电性的抑制 部件(61、 62)，该导电性的抑制部件(61、 62)被重合地锡焊连接在相对 于所述导电图形(51、 52)的所述电流检测用电阻(21)的面接触部分以 及从该面接触部分到所述导电图形(51、 52)的台阶部上。
4. 根据权利要求3所述的变换器，其特征在于，所述抑制部件(61、 62)在与所述电流检测用电阻(21)的面接触部分重合的面的缘部具有多 个缺口 (61a、 62a)。
5. —种冷冻循环装置，具有变换器(2、 3、 10、 21、 22、 30、 40)， 该变换器由作为电流检测用电阻而并联连接多个电阻(21、 22)所成的电 阻组构成，根据流向该电阻组的电流驱动压缩机电动机，在该电流为预定 值以上时停止压縮机电动机的驱动，所述冷冻循环装置的特征在于，在所述变换器(2、 3、 10、 21、 22、 30、 40)的输出为最小时，各个 所述电阻(21、 22)中最小电阻值的电阻成为开放状态的情况下，设定各个所述电阻(21、 22)的电阻值，使所述电流达到所述预定值以上。
6. —种冷冻循环装置，具有变换器(2、 3、 10、 21、 22、 30、 40)， 该变换器由作为电流检测用电阻而并联连接多个电阻(21、 22)所成的电 阻组构成，根据流向该电阻组的电流驱动压縮机电动机，在该电流为预定 值以上时停止压縮机电动机的驱动，所述冷冻循环装置的特征在于，在各个所述电阻(21、 22)中最小电阻值的电阻成为开放状态的情况 下，设定各个所述电阻(21、 22)的电阻值，使所述电阻组的电阻值达到 成为该开放状态之前的6倍以上。
全文摘要
本发明提供一种安全性良好的变换器及冷冻循环装置，在万一电流检测用电阻阻断时，也能够防止开关元件和驱动电路的损坏。将电流检测用电阻(21)插入连接到针对开关电路(10)的直流电压供给线(L1、L2)。并且，将保护用电阻(22)与电流检测用电阻(21)并联连接。保护用电阻(22)具有比电流检测用电阻(21)大的电阻值。根据流向这些电阻(21、22)的电流，对开关电路(10)的各个开关元件进行导通、截止驱动。
文档编号H02M1/00GK101488700SQ20081017006
公开日2009年7月22日 申请日期2008年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者堀野博文, 小林壮宽, 稻木美和 申请人:东芝开利株式会社