BR112012024353B1

BR112012024353B1 - circuito de suprimento de potência de comutação

Info

Publication number: BR112012024353B1
Application number: BR112012024353-5A
Authority: BR
Inventors: Norio Sakae; Toshio Yabuki; Kazuhiro Ohshita
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2021-02-09
Also published as: CN102835010A; AU2011233221B2; JP4771017B1; KR20120104631A; US20130015786A1; US9088214B2; AU2011233221A1; CN102835010B; JP2011229364A; KR101317107B1; EP2555400A1; EP2555400A4; AU2011233221B8; WO2011122172A1; BR112012024353A2

Abstract

CIRCUITO DE SUPRIMENTO DE POTÊNCIA DE COMUTAÇÃO. Características de reatores são corretamente ajustadas em um circuito de correção do fator de potência intercalado em que interruptores de reforço são adotados, para, desse modo, aperfeiçoar a troca entre o aperfeiçoamento em eficiência e prevenção do som audível. Um reator (L1), um diodo (D1), e um elemento de comutação (S1) conectado a um percurso (LH1) constituem um circuito de reforço (B1), e um reator (L2), um diodo (D2), e um elemento de comutação (S2) conectados a um percurso (LH2) constituem um circuito de reforço (B2). Os circuitos de reforço (B1,B2) também funcionam como um circuito de correção do fator de potência para corrigir um fator de potência do lado de entrada. Estrangulamentos giratórios são adotados como os reatores (L1,L2).

Description

Campo Técnico

[0001] A presente invenção se refere a um circuito de suprimento de potência de comutação, e mais particularmente, a um circuito de correção do fator de potência.

Antecedentes da Técnica

[0002] O Documento de Patente 1 descreve um conversor do tipo ressonante de corrente CC-CC, e também descreve um conversor fornecido com uma bobina de estrangulamento do tipo giratória bobina de estrangulamento do tipo giratória (daqui por diante, "estrangulamento giratório") e uma bobina de estrangulamento de ressonância conectada em paralelo com ele.

[0003] O Documento Não-Patente 1 descreve um par de circuitos de correção do fator de potência operando em um modo de corrente crítica e em uma maneira intercalada (daqui por diante, meramente referida como um "circuito de correção do fator de potência intercalado"). No circuito de correção do fator de potência intercalado, um par de circuitos de interruptores de reforço é conectado em paralelo, e são fornecidos reatores, diodos e elementos de comutação. Por exemplo, um transistor de efeito de campo MOS é adotado tal como um elemento de comutação.

[0004] O Documento Não-Patente 2 descreve um modo de corrente contínua, um modo de corrente crítica e um modo de corrente não contínua com respeito à corrente que flui através de um reator, e também descreve um estrangulamento giratório.

Documentos da Técnica Anterior Documento de Patente

[0005] Documento de Patente 1: Pedido de Patente Japonesa Publicada No9-224369 (1997) Documentos Não-Patente

[0006] Documento Não-Patente 1: Mamoru Kitamura, ‘Modo Crítico para Criar Suplemento de Potência contra 1.5 kW Ruído Baixo / Intercalado PFC IC R2A20112’, Transistor Gijutsu, May 2008, CQ Publishing Co., Ltd., pp. 176-184.

[0007] Documento Não-Patente 2: Morio Satoh, ‘Circuito para suprimento de potência de elemento LC’ [online] Disponível em: <http://www.tdk.co.jp/tjbcd01/bcd23_26.pdf> recuperado em 5 de março de 2010, pp. 12-13 (THE HOTLINE vol. 25, pp. 39 e 40).

Sumário da invenção Problemas a serem Solucionados pela Invenção

[0008] A operação de um circuito de correção do fator de potência em um modo de corrente contínua resulta em que a comutação é executada quando uma corrente está fluindo através de um diodo, o que não é desejado em termos de um aumento no ruído elétrico. Por isso, é desejável usar o circuito de correção do fator de potência em um modo de corrente alternada ou um modo de corrente crítica. Por exemplo, em um circuito de correção do fator de potência intercalado, o modo de corrente crítica é normalmente adotado para a corrente fluir através de um reator.

[0009] Uma grande indutância para o reator no circuito de correção do fator de potência tende a resultar no modo de corrente contínua quando uma grande corrente flui através do circuito de correção do fator de potência. Alternativamente, mesmo se o circuito de correção do fator de potência puder ser operado no modo de corrente crítica não no modo de corrente contínua, a frequência de comutação diminui para fazer com que uma grande corrente flua através dele quando a indutância for grande. Isso não é desejável em que a frequência de vibração mecânica tem uma tendência a introduzir uma faixa audível para causar ruído audível.

[00010] Por isso, no caso de adotar um circuito de correção do fator de potência, particularmente, um circuito de correção do fator de potência intercalado, em que um modo de corrente crítica é adotado é usado para grande potência, é desejado para diminuir a indutância de um reator.

[00011] No entanto, se a indutância do reator for diminuída no modo de corrente crítica, a frequência de comutação se torna alta em uma situação em que uma carga é pequena. Isso incorre em problemas tais como um aumento de ruído que ocorre com a comutação e uma diminuição de eficiência devido a um aumento na perda de comutação de um elemento de comutação em um circuito de correção do fator de potência.

[00012] Quando um circuito de correção do fator de potência é operado em um modo de corrente alternada, é possível impedir a frequência de comutação de aumentar em uma situação em que a indutância de um reator é pequena e uma carga é pequena também. No entanto, sem um aumento da frequência de comutação, a corrente fluindo através do elemento de comutação aumenta, e não somente uma perda de comutação aumenta, mas também uma perda de condução da perda de comutação aumenta, levando a uma redução de eficiência.

[00013] Por isso, um objetivo da presente invenção é fornecer um circuito de suprimento de energia de comutação para aperfeiçoar a troca entre a prevenção da redução de eficiência e prevenção de som audível por características de ajuste corretas de um reator em um circuito de correção do fator de potência em que um interruptor de reforço é adotado. Dispositivos para Solucionar os Problemas

[00014] Um primeiro aspecto da presente invenção se refere a um circuito de suprimento de energia de comutação (4) suprindo uma corrente CC para um inversor (5) que aciona um compressor refrigerante (7) fornecido em um ciclo refrigerante (900) e funcionando em um modo de corrente crítica ou em um modo de corrente alternada. São incluídas: uma primeira e uma segunda extremidades de entrada (P1, P2); uma primeira e uma segunda extremidades de saída (P3, P4); um primeiro percurso (LH1) conectando a primeira extremidade de entrada e a primeira extremidade de saída; um primeiro reator (L1) fornecido no primeiro percurso; um primeiro diodo (D1) conectado em série com o primeiro reator no lado da primeira extremidade de saída no primeiro percurso e tendo um anodo direcionado ao lado do primeiro reator; um segundo percurso (LL) conectando à segunda extremidade de entrada e à segunda extremidade de saída; e um primeiro elemento de comutação (S1) fornecido entre um ponto localizado entre o primeiro reator e o primeiro diodo e o segundo percurso.

[00015] Uma indutância do primeiro reator toma um primeiro valor (L11) em um valor máximo de uma corrente fluindo através do primeiro reator quando o ciclo refrigerante opera em capacidade de operação intermediária ou capacidade menor do que a capacidade de operação intermediária, e a indutância do primeiro reator obtêm o segundo valor (L12) menor do que o primeiro valor em um valor máximo de uma corrente fluindo através do primeiro reator quando o ciclo refrigerante transitoriamente opera na capacidade excedendo a capacidade de operação de carga total e quando o ciclo refrigerante opera na capacidade de operação de carga total.

[00016] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, no circuito de suprimento de energia de comutação do primeiro aspecto, a indutância do primeiro reator toma o primeiro valor em um valor máximo de uma corrente fluindo através do primeiro reator quando o ciclo refrigerante opera em uma capacidade nominal.

[00017] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, no circuito de suprimento de energia de comutação do primeiro ou segundo aspecto, a indutância do primeiro reator toma um valor para fazer uma frequência de comutação do primeiro elemento de comutação igual ou maior do que uma frequência audível.

[00018] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, o circuito de suprimento de energia de comutação de qualquer um do primeiro, segundo ou terceiro aspecto ainda inclui: um terceiro percurso (LH2) conectando à primeira extremidade de entrada e à primeira extremidade de saída e diferindo do primeiro percurso; um segundo reator (L2) fornecido no terceiro percurso; um segundo diodo (D2) conectado em série com o segundo reator no lado da primeira extremidade de saída no terceiro percurso e tendo um anodo direcionado para o lado do segundo reator; e um segundo elemento de comutação (S2) fornecido entre um ponto localizado entre o segundo reator e o segundo diodo e o segundo percurso (LL) e sendo tornado condutivo exclusivamente do primeiro elemento de comutação.

[00019] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, no circuito de suprimento de energia de comutação de qualquer um do primeiro, segundo, terceiro e quarto aspectos, o primeiro elemento de comutação e o primeiro reator são montados na mesma placa de circuito impresso.

[00020] O ciclo refrigerante é, por exemplo, um condicionador de ar. Efeitos da Invenção

[00021] A capacidade de operação do ciclo refrigerante varia em uma ampla faixa da capacidade menor do que a capacidade de operação intermediária para a capacidade de operação de carga total, e a carga do inversor varia extremamente também. De acordo com o primeiro aspecto do circuito de correção do fator de potência da presente invenção, o ruído gerado pelo circuito de suprimento de energia de comutação não alcança prontamente a faixa de som audível mesmo se a carga do inversor for grande, de modo que uma perda causada em um caso da pequena carga é diminuída.

[00022] De acordo com o segundo aspecto do circuito de correção do fator de potência da presente invenção, uma perda é também reduzida na capacidade nominal.

[00023] De acordo com o terceiro aspecto do circuito de correção do fator de potência da presente invenção, o ruído gerado pelo circuito de suprimento de energia de comutação não alcança a faixa de som audível, de modo que a geração de ruído é impedida.

[00024] De acordo com o quarto aspecto do circuito de correção do fator de potência da presente invenção, uma assim chamada operação de intercalação é alcançada, por meio do que ondas da entrada de corrente para o circuito de correção do fator de potência são reduzidas.

[00025] De acordo com o primeiro ao quarto aspectos do circuito de correção do fator de potência da presente invenção, o primeiro reator gera uma pequena quantidade de calor. Dessa maneira, se o primeiro reator for montado na placa de circuito impresso em que o primeiro elemento de comutação é montado, o primeiro elemento de comutação não é muito afetado pela geração de calor, o que é preferido particularmente em um caso onde um elemento semicondutor é adotado como o primeiro elemento de comutação. Por isso, de acordo com o quinto aspecto do circuito de correção do fator de potência da presente invenção, a linha de conexão para conectar o substrato em que o primeiro elemento de comutação é montado e o primeiro reator não é exigido, o que não somente reduz o número de partes, mas também impede o ruído resultante da linha de conexão.

[00026] Esses e outros objetivos, características, aspectos e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais aparentes a partir da seguinte descrição detalhada da presente invenção quando obtida em conjunção com os desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00027] FIG. 1 é um diagrama de circuito mostrando uma configuração de um circuito de correção do fator de potência de acordo com uma modalidade da presente invenção; FIG. 2 é um gráfico mostrando uma operação em um modo de corrente contínua; FIG. 3 é um gráfico mostrando uma operação em um modo de corrente alternada; FIG. 4 é um diagrama em bloco ilustrando uma configuração de um condicionador de ar 900; FIG. 5 é um gráfico mostrando uma indutância de um reator adotado no circuito de correção do fator de potência; FIG. 6 é um gráfico mostrando uma corrente fluindo através de um reator; FIG. 7 é um outro gráfico mostrando uma corrente fluindo através do reator; FIG. 8 é ainda um outro gráfico mostrando uma corrente fluindo através do reator; FIG. 9 é um gráfico mostrando uma indutância de um reator adotado no circuito de correção do fator de potência; FIG. 10 é um diagrama mostrando uma aparência de um circuito de correção do fator de potência 4; FIG. 11 é um diagrama de circuito mostrando uma configuração de um circuito de correção do fator de potência intercalado de acordo com a modalidade da presente invenção; e FIG. 12 é um gráfico mostrando uma operação do circuito de correção do fator de potência intercalado. Modalidade para Realizar a Invenção

[00028] Como ilustrado na FIG. 1, um circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a presente modalidade inclui extremidades de entrada P1 e P2, extremidades de saída P3 e P4, um reator L1, um diodo D1, um elemento de comutação S1, e um capacitor de filtração final C.

[00029] Uma voltagem CC é aplicada entre as extremidades de entrada P1 e P2. Por exemplo, um circuito retificador de diodo (não mostrado) é conectado às extremidades de entrada P1 e P2. O circuito retificador de diodo retifica uma voltagem CA de um suprimento de potência CA, e aplica uma voltagem CC depois da retificação entre as extremidades de entrada P1 e P2. Aqui, um potencial aplicado à extremidade de entrada P2 é menor do que um potencial aplicado à extremidade de entrada P1. Não é necessariamente exigido que o circuito retificador de diodo seja conectado às extremidades de entrada P1 e P2. Basta que qualquer configuração para aplicar uma voltagem CC entre as extremidades de entrada P1 e P2 seja conectada às extremidades de entrada P1 e P2.

[00030] O reator L1 é fornecido em um percurso LH1 conectando a extremidade de entrada P1 e a extremidade de saída P3.

[00031] O diodo D1 é conectado em série com o reator L1 no lado da primeira extremidade de saída P3 no percurso LH1. O diodo D1 tem um anodo direcionado ao reator L1.

[00032] O elemento de comutação S1 é fornecido entre um ponto localizado entre o reator L1 e o diodo D1 e um percurso LL conectando a extremidade de entrada P2 e a extremidade de saída P4. Note que a FIG. 1 ilustra o elemento de comutação S1 como um transistor de efeito de campo MOS, que não é limitado a isso. O elemento de comutação S1 pode ser, por exemplo, um transistor bipolar de porta isolada ou um transistor bipolar.

[00033] O termo "MOS" foi usado para a estrutura laminada de metal/óxido/semicondutor, que foi nomeado das letras iniciais do Metal- Óxido-Semicondutor. Particularmente, em um transistor de efeito de campo tendo uma estrutura de MOS ("transistor de efeito de campo MOS"), no entanto, aperfeiçoamentos foram feitos em materiais de um filme de isolamento de porta e um eletrodo de porta do ponto de vista de, por exemplo, aperfeiçoamentos recentes em processo de integração e de fabricação.

[00034] Por exemplo, silicone policristalino foi agora adotado como o material do eletrodo da porta no lugar de metal principalmente do ponto de vista de formar uma fonte e um dreno de uma maneira de auto- alinhamento. Embora um material tendo uma alta constante dielétrica seja adotado como o material do filme de isolamento de porta do ponto de vista de aperfeiçoar características elétricas, o material não é necessariamente limitado a óxidos.

[00035] Por isso, a adoção do termo "MOS" não é necessariamente limitada à estrutura laminada de metal/óxido/semicondutor, e o presente relatório descritivo não é baseado em tal limitação. Isto é, em vista do conhecimento técnico comum, "MOS" aqui não somente é usado como uma abreviação derivada da sua origem da palavra, mas também tem um amplo significado incluindo uma estrutura laminada de condutor/isolador/semicondutor.

[00036] O capacitor de filtração final C é fornecido entre as extremidades de saída P3 e P4. O capacitor de filtração final C filtra a voltagem CC aplicada das extremidades de entrada P1 e P2 através do reator L1, o diodo D1, e o elemento de comutação S1.

[00037] O reator L1, o diodo D1, e o elemento de comutação S1 que são conectados ao percurso LH1 constitui um circuito de reforço B1, circuito de reforço B1 constitui um circuito de suprimento de energia de comutação junto com o capacitor de filtração final C. O circuito de reforço B1 também funciona como um circuito de correção do fator de potência para corrigir o PF no lado de entrada.

[00038] Com base em uma corrente IL1 fluindo através do reator L1, o controlador 6 controla condução/não condução do elemento de comutação S1 em modo de corrente crítica, como mostrado em, por exemplo, FIG. 2 ou em um modo de corrente alternada como mostrado em, por exemplo, FIG. 3.

[00039] Na presente modalidade, um reator L1s é fornecido para detectar a corrente IL1. O reator L1s constitui um transformador junto com o reator L1. O controlador 6 detecta uma corrente fluindo através do reator L1s e estima a corrente IL1.

[00040] A FIG. 4 é um diagrama em bloco ilustrando a configuração de um condicionador de ar 900 que é um ciclo refrigerante em que um circuito de correção do fator de potência 4 de acordo com a presente modalidade é adotada. O condicionador de ar 900 inclui uma unidade interna 901 e uma unidade externa 902. A unidade interna 901 e a unidade externa 902 são ambas são supridas com a potência de CA de um suprimento de potência comercial 1, e uma quantidade total da potência de CA é indicada como uma potência W. O circuito de reforço B1 acima mencionado pode ser adotado como o circuito de correção do fator de potência 4. No lugar do condicionador de ar 900, um ciclo refrigerante do tipo de bomba de calor bem conhecido, por exemplo, um aquecedor de água pode ser adotado.

[00041] O condicionador de ar 900 é fornecido com um compressor refrigerante 7 e um inversor 5 acionando isso na unidade externa 902. O circuito de correção do fator de potência 4 opera em um modo de corrente crítica ou um modo de corrente alternada e supre uma corrente contínua CC para o inversor 5.

[00042] Um circuito retificador de diodo 3 é também fornecido na unidade externa 902, que retifica uma voltagem CA do suprimento de potência comercial 1 e supre uma voltagem CC depois da retificação para o circuito de correção do fator de potência 4.

[00043] O controlador 6 controla não somente a operação do circuito de correção do fator de potência 4, mas também aquele do inversor 5.

[00044] A técnica de condução/não condução de controle do elemento de comutação S1 e o inversor 5 é bem conhecido, que não é descrito adicionalmente aqui.

[00045] Aqui, o controlador 6 inclui um microcomputador e um dispositivo de armazenagem. O microcomputador executa etapas de processo (em outras palavras, procedimentos) descritas em um programa. O dispositivo de armazenagem pode ser configurado com, por exemplo, uma ou uma pluralidade de vários dispositivos de armazenagem tais como uma memória somente leitura (ROM), uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória não volátil regravável (por exemplo, uma programável apagável para ROM (EPROM)), e um dispositivo de disco rígido. O dispositivo de armazenagem armazena vários tipos de informação, dados, e o similar, e também fornece uma área de trabalho para executar o programa. O microcomputador pode ser compreendido para a função como vários dispositivos correspondentes às etapas de processo descritas no programa ou pode ser entendido implementar várias funções correspondentes às etapas de processo. O controlador 6 não é limitado ao acima, e vários procedimentos executados pelo controlador 6, ou vários dispositivos ou várias funções implementadas, desse modo, podem ser parcial ou totalmente implementadas como hardware.

[00046] Na presente modalidade, um estrangulamento giratório é adotado como um reator L1.

[00047] Na FIG. 5, uma indutância de um reator normal e uma indutância do estrangulamento giratório são indicadas por uma curva 101 e uma curva 102, respectivamente. É ilustrado aqui o caso onde as indutâncias daquelas são iguais umas às outras em uma área de uma pequena corrente.

[00048] O circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a presente modalidade é acionado causando uma corrente para fluir através do reator L1 em um modo de corrente alternada ou um modo de corrente crítica. Normalmente, a entrada de corrente para as extremidades de entrada P1 e P2 é a CC retificada pelo circuito retificador de diodo 3 e, por exemplo, como uma onda seno é introduzida ao circuito retificador de diodo 3.

[00049] É dada abaixo a descrição da corrente IL1 que flui através do reator L1 em um caso onde um estrangulamento giratório é adotado como o reator L1.

[00050] Como indicado pela curva 102 na FIG. 5, a indutância do estrangulamento giratório mostra características quase planas em uma área de corrente grande, e a indutância na área de uma corrente pequena fluindo através do estrangulamento giratório é maior do que a indutância na área de uma corrente grande. Em outras palavras, a curva 102 tem pelo menos dois pontos de inflexão.

[00051] Os valores L1, L2 e L3 da corrente IL1 correspondem às correntes máximas quando a potência W suprida para a unidade externa 902 toma o consumo de potência de operação imediata, o consumo de potência de operação nominal, e consumo de potência de operação de carga cheia (vide JIS C9612), respectivamente. Isto é, o valor máximo da corrente IL1 toma o valor I1 quando o condicionador de ar 900 opera na capacidade de operação intermediária, o valor máximo da corrente IL1 toma o valor 12 quando o condicionador de ar 900 executa uma operação nominal, e o valor máximo da corrente IL1 toma o valor 13 quando o condicionador de ar 900 opera na capacidade de operação com carga cheia (I3 > I2 > I1). Alternativamente, o consumo de potência de operação nominal pode ser conformado ao ISO 5151-suprimento de potência comercial 1, nesse caso, o consumo de potência imediato é entendido como uma metade do consumo de potência de operação nominal. A capacidade de operação de carga total é a capacidade em que um condicionador de ar é capaz de produção contínua, que é especificada por um produtor do condicionador de ar, em uma operação de resfriamento, e é 1,38 vezes o consumo de potência de operação de carga total por aquecimento em uma baixa temperatura definida no padrão acima em uma operação de aquecimento.

[00052] A indutância do reator L1 toma o valor L11 em um caso onde a corrente IL1 quando o condicionador de ar 900 opera na capacidade de operação intermediária ou na capacidade menor do que a capacidade de operação intermediária toma o valor máximo I1, e toma um segundo valor L12 (<L11) em um caso onde a corrente IL1 quando o condicionador de ar 900 opera na capacidade de operação de carga total ou transitoriamente opera na capacidade excedendo a capacidade de operação de carga total toma o valor máximo I1.

[00053] A FIG. 6 é um gráfico mostrando o caso onde a corrente IL1 toma um valor menor do que o valor I1. Uma linha tracejada adicionada à corrente IL1 mostra um contorno de um invólucro da corrente IL1. O invólucro é controlado para ter uma conformação de onda seno (por exemplo, vide FIG. 14 e o similar do Documento Não Patente suprimento de potência comercial 1), e, por conseguinte, se a corrente IL1 for pequena, a frequência para condução/não condução do elemento de comutação S1 (isto é, a frequência de comutação) se torna alta no modo de corrente crítica, que tende a resultar em uma grande perda de comutação. Se a corrente IL1 for pequena, a corrente causada para fluir quando o elemento de comutação S1 está em condição aumenta no modo de corrente alternada a não ser que a frequência de comutação seja aumentada. Isso incorre aumentos em perda de comutação bem como perda de condução, levando para uma diminuição de eficiência. Por essa razão, é desejado que o valor L11 da indutância do reator L1 seja feito alto de modo que a corrente IL1 não se eleve prontamente se o elemento de comutação S1 for capacitor de filtração final C.

[00054] Dessa maneira, em um caso onde o condicionador de ar 900 é operado na capacidade de operação intermediária ou menos, aquelas perdas podem ser reduzidas o que possibilita uma operação eficiente. Geralmente, as vezes quando a temperatura externa alcança uma temperatura em que uma condição de ar é exigida (por exemplo, vide Tabela 3 e Tabela 6 do Apêndice 3 de JIS C9612) são centradas na temperatura em que um condicionador de ar é exigido para operar na capacidade intermediária ou menos. Por isso, o fator de performance anual (APF; vide Apêndice 3 de JIS C9612) é aperfeiçoado para intensificar a eficiência em um caso da capacidade de operação intermediária ou menor.

[00055] De modo a ainda aperfeiçoar o fator de performance anual, a indutância do estrangulamento giratório adotada como o reator L1 pode tomar o valor (L11) até a corrente IL1 alcançar o valor I2 correspondente à operação nominal, como indicado pela curva 102 na FIG. 5.

[00056] Geralmente, a perda de condução de um transistor bipolar de porta isolada é expressada pelo produto da corrente fluindo através do transistor bipolar de porta isolada e a voltagem entre o seu emissor e coletor. Nesse meio tempo, a perda de condução de um transistor de efeito de campo MOS é expressada pelo produto de um quadrado da corrente fluindo através do transistor de efeito de campo MOS e uma sua resistência. Normalmente, a voltagem entre o emissor e o coletor do transistor bipolar de porta isolada é aproximadamente de 1,5 V, e a resistência do transistor de efeito de campo MOS é aproximadamente 0,2 Q. Por isso, um transistor de efeito de campo MOS tem uma perda de condução menor do que um transistor bipolar de porta isolada quando a corrente fluente é 7,5 A ou menor.

[00057] Em vista da comparação de perdas de condução, é desejado adotar um transistor de efeito de campo MOS como o elemento de comutação S1 para reduzir uma perda quando o condicionador de ar 900 é operado na capacidade de operação intermediária ou menos e, dessa maneira, intensificando o fator de performance anual.

[00058] A FIG. 6 aplica a corrente fluindo através de um reator normal correspondente à indutância da curva 101 bem como a corrente fluindo através de um estrangulamento giratório correspondente à indutância da curva 102. Isso é porque ambas as indutâncias coincidem uma com a outra na área em que a corrente IL1 é menor do que o valor I1.

[00059] É considerado aqui o caso onde é exigido aumentar a capacidade de operação para tornar a corrente IL1 grande. A FIG. 7 é um gráfico em um caso onde a capacidade de operação é alta e a corrente fluente IL1 excede o valor I2 (> I1) quando um reator normal cuja indutância é indicada pela curva 101 é usado. Como mostrado na FIG. 5, a curva 101 mostra uma brusca diminuição aproximadamente depois da IL1 exceder o valor I2, e um declive da diminuição se torna mais brusco no valor I3 (> I2).

[00060] Mesmo se a corrente IL1 exceder o valor I2, o declive da forma de onda da corrente IL1 é suposta ser a mesma (vide uma linha tracejada de uma onda em triângulo na FIG. 7) conforme o gráfico mostrado na FIG. 6 exceto que a indutância do reator L1 diminua. No entanto, a indutância do reator L1 diminui, e, dessa maneira, o declive da corrente IL1 se torna inclinado quando excedendo o valor I2, o que faz com que uma grande corrente flua (vide uma linha sólida de um gráfico na FIG. 7). Como um resultado, uma porção mesmo que excedendo o valor I3 é gerada na corrente IL1, e seu declive se torna mais inclinado. Dessa maneira, o invólucro da corrente IL1 é amplamente distorcido, o que não é desejável do ponto de vista da prevenção de harmônicos. Além disso, é preocupante que a frequência da comutação possa diminuir e introduzir faixa de frequência audível se o modo de corrente crítica for adotado, e, além disso, é preocupante que um desvio para o modo de corrente contínua possa tender ocorrer e um ruído elétrico pode aumentar se o modo de corrente alternada for adotado.

[00061] Entretanto, a FIG. 8 é um gráfico em um caso onde a capacidade de operação é alta e a corrente fluente IL1 excede o valor 12 quando um estrangulamento giratório cuja indutância é indicada pela curva 102 é usado como o reator L1. Como indicado pela curva 102, a indutância diminui temporariamente conforme a corrente IL1 se torna maior, mas a indutância não diminui muito até mesmo se a corrente IL1 se tornar muito maior. Por isso, se a corrente IL1 excede o valor 12, o declive da corrente IL1 não se torna inclinado muito até mesmo quando excedendo o valor 12 e não excede o valor 13. Dessa maneira, a forma de onda do invólucro da corrente IL1 não é muito distorcida, e um valor médio do invólucro (vide uma linha como corrente da FIG. 8) se torna próxima a uma onda seno.

[00062] O condicionador de ar 900 é geralmente operado de modo a executar uma operação máxima ou menos, mas em alguns casos, é transitoriamente operado excedendo a operação máxima. Se for desejado que a indutância do reator L1 não deva diminuir para manter eficiência mesmo até naqueles casos. Quando a corrente IL1 é grande, a perda de condução do elemento de comutação S1 se torna dominante como uma perda do circuito de reforço B1, e a perda devido a uma perda de cobre do reator L1 aumenta em proporção a um quadrado da corrente IL1. Por isso, é desejado impedir a indutância de se tornar pequena e um valor pico da corrente IL1 de se tornar grande (similarmente à forma de onda mostrada na FIG. 7).

[00063] Entretanto, não é desejado aumentar a indutância para impedir a operação em um modo de corrente contínua ou impedir a frequência de comutação de se tornar pequena em um modo de corrente crítica. Dessa maneira, a indutância é desejada tomar o valor constante L12 quando a corrente IL1 toma o valor 13 ou maior.

[00064] É dada uma descrição do fato de que a indutância do reator L1 em que um estrangulamento giratório é adotado é constante no valor L12 na área em que a corrente IL1 é o valor 13 ou maior. Como na FIG. inversor 5, a indutância é indicada pela curva 102. Note que a FIG. 9 mostra a área próximo ao valor 13 tomado pela corrente IL1, que é mais alargada comparada com a FIG. 5.

[00065] Cada uma das curvas J1 e J2 indica um valor da indutância do reator L1 em um caso onde a frequência de vibração mecânica se torna constante.

[00066] De acordo com o Documento Não-Patente 1, se uma entrada de voltagem mínima CA (valor efetivo) ao circuito retificador de diodo 3, a voltagem de saída do circuito de reforço B1, o fator de potência, e eficiência são constantes, a indutância do reator L1 é inversamente proporcional ao produto de um valor máximo de potência de saída do circuito de reforço B1 e um valor mínimo de frequência PWM. O valor máximo da potência de saída pode ser considerado ser proporcional ao produto da voltagem de saída e a corrente de saída, e o valor mínimo de frequência PWM pode ser considerado como um valor mínimo da frequência de comutação. Por isso, a indutância do reator L1 é inversamente proporcional à corrente IL1 se a frequência de comutação for fixada e se torna menor conforme a frequência de comutação se torna maior.

[00067] A descrição acima revela que os valores da indutância indicados pelas curvas J1 e J2 se tornam menores conforme a corrente IL aumenta. O valor da frequência correspondente à indutância indicada pela curva J1 é maior do que o valor da frequência correspondente à indutância indicada pela curva J2, que são, por exemplo, 20 kHz e 10 kHz, respectivamente.

[00068] Cada uma das curvas K1 e K2 indica o valor da indutância do reator L1 em um caso onde a eficiência do circuito de reforço B1 é constante. No entanto, conforme para a eficiência, uma perda de cobre do reator L1 não é tomada em consideração. Dessa maneira, a eficiência se torna menor conforme a perda de comutação se torna maior e a perda de comutação se torna maior conforme a frequência de comutação se torna maior. Também levando em consideração que o circuito de reforço B1 opera não somente em um modo de corrente alternada, mas também em um modo de corrente crítica para aumentar a corrente IL1 embora diminuindo a frequência de comutação, um pico da saída da corrente do circuito de reforço B1 durante um período em que a comutação não é feita, é causado ser maior através da redução de um valor de indutância. Por essa razão, de modo a tornar a corrente IL1 grande em eficiência igual, a indutância é feita menor conforme a corrente IL1 é maior.

[00069] A descrição acima revela que os valores de eficiência indicados pelas curvas K1 e K2 se tornam menores conforme a corrente IL1 aumenta. O valor da eficiência correspondente à indutância indicada pela curva K1 é maior do que o valor da eficiência correspondente à indutância indicada pela curva K2, que são, por exemplo, 95% e 97%, respectivamente.

[00070] Entretanto, a eficiência do circuito de reforço B1 é prejudicada por uma perda de cobre do reator L1 além da perda de comutação descrita acima. A perda de cobre do reator L1 é proporcional a um quadrado da corrente IL1. Uma curva R1 indica a perda de cobre, e sua taxa de aumento se torna maior conforma a corrente IL1 aumenta.

[00071] A partir do acima, é desejado que a indutância do reator L1 seja menor do que o valor indicado pela curva J1 do ponto de vista que a frequência de vibrações mecânicas não introduzem prontamente uma faixa audível e seja maior do que os valores indicados pelas curvas K1 e R1 do ponto de vista de intensificar a eficiência. Em particular, do ponto de vista que a potência é suprida para um condicionador de ar exigido ter capacidade de operação igual ou mais do que a operação de capacidade máxima até mesmo em um maneira transitória, a indutância é desejada ser maior do que o valor indicado pela curva R1 na área em que a corrente IL1 tem aproximadamente o valor I3 ou mais.

[00072] Se a indutância for maior do que o valor indicado pela curva JI, e, por exemplo, a frequência de comutação se tornar menor do que 20 kHz, que ela própria não significa que a modalidade não pode ser executada. Se a indutância for menor do que o valor indicado pela curva J2 mesmo que seja maior do que o valor indicado pela curva J1, e, por exemplo, se a frequência de comutação for maior do que 15 kHz, em alguns casos, um som de operação do compressor refrigerante 7, o ruído de vento de uma ventoinha (não mostrada) normalmente adotada na unidade externa 902, ou o ruído resultante da frequência do transportador do inversor 5 é maior do que o ruído resultante da frequência de comutação do circuito de correção do fator de potência 4. Nesses casos, não é exigido tomar uma medida específica contra o ruído gerado do circuito de correção do fator de potência 4. Isto é, se a frequência de comutação não diminui para cair abaixo de aproximadamente um limite de alta frequência de uma faixa audível, pode ser reconhecido que os efeitos da presente modalidade são alcançados.

[00073] Como descrito acima, no estrangulamento giratório, a indutância mostra características quase planas na área de uma corrente grande, e, dessa maneira, é possível manter a indutância grande também em um caso onde a corrente IL1 fluindo através do reator L1 adotando isso é grande. Isso impede uma diminuição de eficiência embora impedindo a frequência de comutação de alcançar a faixa de frequência audível e impedindo ruído.

[00074] É possível impedir a forma de onda de uma corrente de saída de se tornar inclinada. Isto é, um efeito em que harmônicos da corrente de saída podem ser impedidos é realizado. Além disso, é alcançado um outro efeito que um elemento para corrente pequena, por exemplo, um transistor de efeito de campo pode ser adotado como o elemento de comutação S1. Adicionalmente, é alcançado ainda um outro efeito que uma diminuição em frequência de comutação é impedida.

[00075] A indutância na área em que a IL1 fluindo através do reator L1 é pequena é maior do que a indutância na área em que a corrente IL1 é grande, o que possibilita intensificar a eficiência na área em que a corrente IL1 é pequena.

[00076] Normalmente, a capacidade de operação de um condicionador de ar varia em uma ampla faixa da capacidade menor do que a capacidade de operação intermediária para a capacidade de operação de carga total, e a carga do inversor 5 (por exemplo, compressor 7) também varia amplamente. Por isso, o efeito seguinte é alcançado pela indutância do reator L1 tomando o valor L11 quando o condicionador de ar 900 opera na capacidade de operação intermediária e na capacidade menor do que a capacidade de operação intermediária e tomando o valor L12 (<L11) quando o condicionador de ar 900 transitoriamente opera na capacidade excedendo a capacidade de operação de carga total e quando o condicionador de ar 900 opera na capacidade de operação de carga total como descrito acima. Isto é, até mesmo se a carga do inversor 5 for grande, o ruído do circuito de suprimento de energia de comutação, entre outros, o circuito de correção do fator de potência 4, não alcança prontamente a faixa de som audível, e uma perda é causada no caso de uma carga pequena ser reduzida.

[00077] A indutância do reator L1 toma o valor L11 também quando o condicionador de ar 900 opera na capacidade nominal, de modo que uma perda é reduzida também na capacidade nominal.

[00078] A indutância do reator L1 toma um valor para fazer a frequência de comutação igual ou maior do que a frequência audível, de modo que o ruído gerado pelo circuito de suprimento de energia de comutação, entre outros, o circuito de correção do fator de potência 4, não alcança a faixa de som audível, e a geração de ruído é evitada.

[00079] A FIG. 10 é um diagrama mostrando uma aparência do circuito de correção do fator de potência 4. No circuito de correção do fator de potência 4, os percursos LL e LH1, as extremidades de entrada P1 e P2, e as extremidades de saída P3 e P4 são implementadas em uma placa de circuito impresso 40. Adicionalmente, os reatores L1 e L1s, o diodo D1, e o elemento de comutação S1 são montados na placa de circuito impresso 40.

[00080] Como descrito acima, a geração de calor do reator L1 é reduzida por aumento da indutância do reator L1 particularmente na área em que a corrente IL1 é grande. Por isso, não é exigido separar e termicamente isolar o reator L1 da placa de circuito impresso 40 em que o elemento de comutação S1 é montado. Em outras palavras, até mesmo se o reator L1 for montado na placa de circuito impresso 40 em que o elemento de comutação S1 é montado, o primeiro elemento de comutação S1 não é afetado muito pela geração de calor. Isso é particularmente preferível no caso onde um elemento semicondutor é adotado como o elemento de comutação S1. O reator L1 é montado na placa de circuito impresso 40 em que o elemento de comutação S1 é montado, por meio do que a linha de conexão para conectar o reator L1 e a placa de circuito impresso 40, se torna desnecessária. Como um resultado da omissão da linha de conexão acima mencionada, o número de partes pode ser reduzido, e, além disso, o ruído resultante da linha de conexão pode ser evitada.

[00081] Um circuito de correção do fator de potência intercalado pode ser adotado como o circuito de correção do fator de potência 4. A FIG. 11 é um diagrama de circuito mostrando a configuração do circuito de correção do fator de potência intercalado. A configuração mostrada na FIG. 11 é obtida fornecendo um elemento de comutação S2, reatores L2 e Ls2, um diodo D2, e um percurso LH2 para a configuração mostrada na FIG. 1.

[00082] O reator L2 é fornecido em um percurso LH2 conectando a extremidade de entrada P1 e a extremidade de saída P3. O diodo D2 é conectado em série com o reator L2 no lado da extremidade de saída P3 no percurso LH2. O diodo D2 tem um anodo direcionado ao reator L2. O elemento de comutação S2 é fornecido entre um ponto localizado entre o reator L2 e o diodo D2 e o percurso LL. Similarmente ao elemento de comutação S1, o elemento de comutação S2 não é limitado a um transistor de efeito de campo MOS e pode ser um transistor bipolar de porta isolada, um transistor bipolar, ou o similar.

[00083] O reator L2, o diodo D2 e o elemento de comutação S2 conectados ao percurso LH2 constituem um circuito de reforço B2. Os circuitos de reforço B1 e B2 funcionam como a circuito de correção do fator de potência 4 para corrigir o fator de potência do lado de entrada. O circuito de correção do fator de potência 4 constitui um circuito de suprimento de energia de comutação junto com o capacitor de filtração final C. O controlador 6 controla a condução/não condução dos elementos de comutação S1 e S2 não somente com base na corrente IL1, mas também com base na corrente IL2 fluindo através do reator L2, como mostrado em, por exemplo, FIG. 12. A corrente IL fluindo entre as extremidades de entrada P1 e P2 é uma soma das correntes IL1 e IL2.

[00084] Um reator L2s é fornecido para detectar a corrente IL2, similarmente ao reator L1s. O reator L2s constitui um transformador junto com o reator L2. O controlador 6 detecta a corrente fluindo através do reator L2s e estima a corrente IL2.

[00085] Os elementos de comutação S1 e S2 são tornados condutivos em uma maneira exclusiva, e o circuito de correção do fator de potência 4 opera em um modo de corrente crítica ou um modo de corrente alternada. A técnica de controlar condução/não condução dos elementos de comutação S1 e S2 é bem conhecida como uma operação intercalada, e, por conseguinte, sua descrição não é adicionalmente dada.

[00086] No circuito de correção do fator de potência 4 acima mencionado, um estrangulamento giratório tendo as características acima mencionadas é adotado pelo menos como o reator L1, por meio do que a troca entre intensificação da eficiência (ou ainda, prevenção de harmônicos) e prevenção de som audível é aperfeiçoada.

[00087] No exemplo acima mencionado, a descrição foi dada de uma diferença entre a indutância do reator L1 no valor máximo da corrente IL1 quando um condicionador de ar é operado na capacidade de operação intermediária ou menos ou a capacidade de operação nominal e a indutância do reator L1 no valor máximo da corrente IL1 quando um condicionador de ar é operado diferente da capacidade de operação intermediária ou menos ou na capacidade de operação nominal. No entanto, é aparente que os efeitos acima mencionados podem ser alcançados se a indutância tiver uma grande área plana no caso da corrente pequena IL1 e tiver uma área pequena plana no caso da corrente grande IL1.

[00088] Similarmente se um estrangulamento giratório for usado como o reator L2, podem ser alcançados efeitos que os harmônicos de uma corrente de saída são impedidos, um elemento para corrente pequena é adotado como o elemento de comutação S2, e a eficiência é intensificada em uma área em que uma corrente é pequena.

[00089] É desejado usar estrangulamentos giratórios para ambos os reatores L1 e L2. No entanto, é aparente que até mesmo se um estrangulamento giratório for usado para qualquer um dos reatores L1 e L2, os efeitos acima mencionados podem ser alcançados, ao contrário ao caso onde reatores normais são usados para ambos os reatores L1 e L2.

[00090] Embora a invenção tenha sido mostrada e descrita em detalhes, a descrição precedente é, em todos os aspectos, ilustrativa e restritiva. É, por isso, entendido que numerosas modificações e variações podem ser projetadas sem se afastar do escopo da invenção.

Claims

1. Circuito de correção do fator de potência (4) suprindo uma corrente contínua CC para um inversor (5) que aciona um compressor refrigerante (7) fornecido em um ciclo refrigerante (900) e funcionando em um modo de corrente crítica ou um modo de corrente alternada, o circuito compreendendo: primeira e segunda extremidades (P1, P2); primeira e segunda extremidades de saída (P3, P4); um primeiro percurso (LH1) conectando a dita primeira extremidade de entrada e a dita primeira extremidade de saída; um primeiro reator (L1) fornecido no dito primeiro percurso (LH1); um primeiro diodo (D1) conectado em série com o dito primeiro reator (L1) no dito lado da primeira extremidade de saída no dito primeiro percurso (LH1) e tendo um anodo direcionado ao dito lado do primeiro reator; um segundo percurso (LL) conectando a dita segunda extremidade de entrada (P2) e a dita segunda extremidade de saída (P4); e um primeiro elemento de comutação (S1) fornecido entre um ponto localizado entre o dito primeiro reator (L1) e o dito primeiro diodo (D1) e o dito segundo percurso (LL), caracterizado pelo fato de que uma indutância do dito primeiro reator (L1) toma um primeiro valor (L11) em um valor máximo de uma corrente fluindo através do primeiro reator (L1) quando o dito ciclo refrigerante (900) opera com capacidade de operação intermediária ou capacidade menor do que a dita capacidade de operação intermediária, e a indutância do dito primeiro reator (L1) toma um segundo valor (L12) menor do que o dito primeiro valor (L11) em um valor máximo de uma corrente fluindo através do dito primeiro reator (L1) quando o dito ciclo refrigerante (900) transitoriamente opera na capacidade excedendo a capacidade de operação de carga completa e quando o dito ciclo refrigerante (900) opera na dita capacidade de operação de carga total.

2. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a indutância do dito primeiro reator (L1) toma o dito primeiro valor (L11) em um valor máximo de uma corrente fluindo através do dito primeiro reator (L1) quando o dito ciclo refrigerante (900) opera na capacidade nominal.

3. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a indutância do dito primeiro reator (L1) toma um valor para fazer uma frequência de comutação do dito primeiro elemento de comutação (S1) igual a ou maior do que uma frequência audível.

4. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende: um terceiro percurso (LH2) conectando a dita primeira extremidade de entrada (P1) e a dita primeira extremidade de saída (P3) e diferindo do dito primeiro percurso (LH1); um segundo reator (L2) fornecido no dito terceiro percurso (LH2); um segundo diodo (D2) conectado em série com o dito segundo reator (L2)na dita lateral da primeira extremidade de saída no dito terceiro percurso (LH2) e tendo um anodo direcionado para o dito lado do segundo reator; e um segundo elemento de comutação (S2) fornecido entre um ponto localizado entre o dito segundo reator (L2) e o dito segundo diodo (D2) e o dito segundo percurso (LL) e sendo tornado condutivo exclusivamente do dito primeiro elemento de comutação (S1).

5. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende: um terceiro percurso (LH2) conectando a dita primeira extremidade de entrada (P1) e a dita primeira extremidade de saída (P3) e diferindo do dito primeiro percurso (LH1); um segundo reator (L2) fornecido no dito terceiro percurso (LH2); um segundo diodo (D2) conectado em série com o dito segundo reator (L2)na dita lateral da primeira extremidade de saída no dito terceiro percurso (LH2) e tendo um anodo direcionado para o dito lado do segundo reator; e um segundo elemento de comutação (S2) fornecido entre um ponto localizado entre o dito segundo reator (L2) e o dito segundo diodo (D2) e o dito segundo percurso (LL) e sendo tornado condutivo exclusivamente do dito primeiro elemento de comutação (S1).

6. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro elemento de comutação (S1) e o dito primeiro reator (L1) são montados na mesma placa de circuito impresso.

7. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro elemento de comutação (S1) e o dito primeiro reator (L1) são montados na mesma placa de circuito impresso.

8. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro elemento de comutação (S1) e o dito primeiro reator (L1) são montados na mesma placa de circuito impresso.

9. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro elemento de comutação (S1) e o dito primeiro reator (L1) são montados na mesma placa de circuito impresso.

10. Circuito de suprimento de energia de comutação de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o dito ciclo refrigerante (900) é um condicionador de ar.