BR112016009188B1

BR112016009188B1 - dispositivos de fonte de alimentação de cc e de ciclo de refrigeração

Info

Publication number: BR112016009188B1
Application number: BR112016009188-4A
Authority: BR
Inventors: Shota Kamiya; Kazunori Hatakeyama; Norikazu Ito; Kenta Yuasa; Shoji Isoda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corporation
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2021-05-18
Also published as: US20160265822A1; MX2016005367A; CA2929041A1; US9816737B2; WO2015063869A1; CA2929041C; CN105684290B; MX354112B; JPWO2015063869A1; CN105684290A; KR101811153B1; KR20160054011A; JP6138270B2

Abstract

DISPOSITIVOS DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE CC E DE CICLO DE REFRIGERAÇÃO. Um dispositivo de fonte de alimentação de CC (10) para converter uma corrente alternada de uma fonte de alimentação de corrente alternada trifásica (1) para uma corrente contínua e fornecer a mesma a uma carga (11), e capaz de suprimir uma corrente súbita excessiva e impedir danos a elemento e queima de circuito, é equipado com: um circuito retificador (2) para retificar a corrente alternada da fonte de alimentação de corrente trifásica (1), e possuindo um reator (3) conectado ao lado de entrada ou lado de saída deste; um primeiro capacitor (6a) e um segundo capacitor (6b) conectados em série entre os terminais de saída para a carga (11); um meio de carga (unidade de carregamento (7)) para carregar seletivamente o primeiro capacitor (6a) e/ou o segundo capacitor (6b); e uma unidade de controle (8) para controlar a unidade de carregamento (7). Neste, quando a carga do primeiro capacitor (6a) e do segundo capacitor (6b) inicia, a unidade de controle (8) diminui o ciclo de trabalho de modo a suprimir a corrente de pico de carregamento para o primeiro capacitor (6a) e segundo capacitor (6b) até um nível ou abaixo do valor permissível da unidade de carregamento (7) ou (...).

Description

Campo

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de fonte de alimentação de CC e a um dispositivo de ciclo de refrigeração que inclui o dispositivo de fonte de alimentação de CC.

Fundamentos

[002] São conhecidos dispositivos de fonte de alimentação de CC que possuem um inversor como uma carga, com o inversor acionando um motor de compressor usado em um ar condicionado, um aquecedor de água de bomba de calor, um refrigerador e um congelador, que são conectados à carga, e que convertem uma corrente alternada em corrente contínua. A Literatura de Patente 1, por exemplo, descreve um dispositivo de fonte de alimentação de CC que pode converter uma corrente alternada monofásica em corrente contínua e pode reforçar a tensão de saída com uma configuração simples.

Lista de Citação Literatura de Patente

[003] Literatura de Patente 1: Pedido de Patente Japonesa em Aberto No. 2000-278955

Sumário Problema Técnico

[004] Entretanto, de acordo com a tecnologia convencional descrita acima, se uma corrente súbita excessiva para um capacitor é gerada quando é iniciada uma operação de comutação, a corrente súbita não pode ser suprimida. Portanto, há um problema em que elementos no dispositivo de fonte de alimentação podem ser danificados e circuitos no dispositivo podem ser queimados.

[005] A presente invenção foi obtida à vista do problema acima, e um objetivo da presente invenção é prover um dispositivo de fonte de alimentação de CC que possa suprimir uma corrente súbita excessiva gerada quando uma operação de comutação é iniciada e possa evitar danificar elementos e queimar circuitos.

Solução para o Problema

[006] No sentido de resolver os problemas acima e alcançar o objetivo, um aspecto da presente invenção é um dispositivo de fonte de alimentação de CC que converte uma corrente alternada de uma fonte de alimentação de CA trifásica em corrente contínua e fornece a corrente convertida a uma carga, o dispositivo de fonte de alimentação de CC incluindo: um circuito retificador que possui um reator conectado a um lado de entrada ou um lado de saída deste e que retifica a corrente alternada da fonte de alimentação de CA trifásica; um primeiro capacitor e um segundo capacitor são conectados em série entre terminais de saída para a carga; uma unidade de carregamento que carrega seletivamente um ou ambos dentre o primeiro capacitor e o segundo capacitor; e uma unidade de controle que controla a unidade de carregamento em que, quando a carga do primeiro capacitor e do segundo capacitor é iniciada, a unidade de controle reduz uma relação em serviço, no sentido de suprimir uma corrente de carregamento, de tal modo que uma corrente de pico de carregamento fluindo para o primeiro capacitor e o segundo capacitor é suprimida para ser igual ou menor do que um valor permissível da unidade de carregamento ou circuito retificador e, então, até que uma relação em serviço é gradualmente aumentada à medida que um período de tempo predeterminado decorre. Efeitos Vantajosos da Invenção

[007] De acordo com a presente invenção, é obtido um efeito em que é possível obter um dispositivo de fonte de alimentação de CC que pode suprimir uma corrente súbita excessiva gerada quando uma operação de comutação é iniciada e pode evitar a quebra de elementos e queima de circuitos.

Breve Descrição dos Desenhos

[008] Figura 1 é um diagrama ilustrando um exemplo de configuração de um dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com uma primeira modalidade.

[009] Figura 2 é um diagrama ilustrando a relação de correspondência entre controle de comutação de um primeiro elemento de comutação e um segundo elemento de comutação e capacitores a serem carregados, no dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com a primeira modalidade.

[0010] Figura 3 é um diagrama ilustrando um modo de operação do dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com a primeira modalidade.

[0011] Figura 4 é um diagrama ilustrando um exemplo representando padrões de comutação, uma tensão de CC de saída do conversor e um exemplo de formas de onda de simulação das respectivas correntes de fase de uma corrente alternada trifásica no dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com a primeira modalidade.

[0012] Figura 5 é um diagrama ilustrando um exemplo comparativo representando padrões de comutação, uma tensão de CC de saída do conversor e um exemplo de formas de onda de simulação das respectivas correntes de fase de uma corrente alternada trifásica em um dispositivo de fonte de alimentação de CC convencional.

[0013] Figura 6 é um diagrama ilustrando sinais de comutação quando a operação de carga é iniciada e durante uma operação normal, em que os sinais são gerados em uma unidade de controle do dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com a primeira modalidade.

[0014] Figura 7 é um diagrama ilustrando um exemplo de um método de geração de sinal de comutação executado pela unidade de controle do dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com a primeira modalidade.

[0015] Figura 8 é um diagrama ilustrando um exemplo de controle executado por uma unidade de controle de um dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com uma segunda modalidade.

[0016] Figura 9 é um diagrama ilustrando um exemplo de configuração de um dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com uma terceira modalidade.

[0017] Figura 10 é um diagrama ilustrando um exemplo de configuração de um dispositivo de ciclo de refrigeração, de acordo com uma quarta modalidade.

Descrição das Modalidades

[0018] Modalidades exemplares de um dispositivo de fonte de alimentação de CC e de um dispositivo de ciclo de refrigeração que inclui o dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com a presente invenção serão explicadas abaixo com referência aos desenhos anexos. A presente invenção não está limitada às modalidades.

Primeira modalidade

[0019] Figura 1 é um diagrama ilustrando um exemplo de configuração de um dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção. Um dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 ilustrado na Figura 1 converte uma corrente alternada trifásica fornecida a partir da fonte de alimentação de CA trifásica 1 em corrente contínua e fornece a corrente convertida a uma carga 11. A carga 11 pode ser exemplificada por uma carga de inversor que aciona um motor de compressor usado em um dispositivo de ciclo de refrigeração.

[0020] O dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 inclui um circuito retificador 2 que retifica uma corrente alternada trifásica; um reator 3 conectado ao lado da saída do circuito retificador 2; um primeiro capacitor 6a e um segundo capacitor 6b que são conectados em série entre os terminais de saída para a carga 11; uma unidade de carregamento 7 que carrega seletivamente o primeiro capacitor 6a e o segundo capacitor 6b, uma unidade de controle 8 que controla a unidade de carregamento 7; e uma unidade de detecção de tensão de fonte de alimentação 9 que detecta a tensão de uma corrente alternada trifásica. A unidade de detecção de tensão de fonte de alimentação 9 detecta a tensão de linha entre duas fases (uma fase r e uma fase s) em uma corrente alternada trifásica fornecida a partir da fonte de alimentação de CA trifásica 1. Para conveniência de explicação, terminais 12a a 12d são ilustrados na Figura 1.

[0021] O circuito retificador 2 é um circuito retificador de onda completa trifásico no qual seis diodos retificadores são conectados em uma ponte completa.

[0022] Na Figura 1, embora o reator 3 seja um reator CC, este pode ser um reator CA no qual o reator 3 é provido no lado de saída do circuito retificador 2.

[0023] A unidade de carregamento 7 inclui um primeiro elemento de comutação 4a, um segundo elemento de comutação 4b, um primeiro elemento de prevenção de fluxo reverso 5a e um segundo elemento de prevenção de fluxo reverso 5b.

[0024] O primeiro elemento de comutação 4a controla a carga do segundo capacitor 6b. O segundo elemento de comutação 4b controla a carga do primeiro capacitor 6a. O primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b podem ser exemplificados por um transistor de potência, um transistor de efeito de campo metal-óxido semicondutor (MOSFET) de potência, e um transistor bipolar de porta isolada (IGBT).

[0025] O primeiro elemento de prevenção de fluxo reverso 5a é conectado na direção direta a partir do coletor do primeiro elemento de comutação 4a na direção do ponto de conexão entre o primeiro capacitor 6a e a carga 11, e evita o fluxo reverso de uma carga elétrica armazenada no primeiro capacitor 6a para o primeiro elemento de comutação 4a. O segundo elemento de prevenção de fluxo reverso 5b é conectado na direção direta a partir do ponto de conexão entre o segundo capacitor 6b e a carga 11, na direção do emissor do segundo elemento de comutação 4b e impede fluxo reverso de uma carga elétrica armazenada no segundo capacitor 6b para o segundo elemento de comutação 4b.

[0026] O primeiro capacitor 6a e o segundo capacitor 6b são ajustados para apresentar a mesma capacidade, e o ponto de conexão entre o primeiro capacitor 6a e o segundo capacitor 6b conectados em série é conectado ao ponto de conexão entre o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b conectados em série.

[0027] A unidade de controle 8 controla a tensão de CC fornecida à carga 11 controlando a comutação do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b. O controle de comutação executado pela unidade de controle 8 é descrito abaixo com referência à Figura 2.

[0028] Figura 2 é um diagrama ilustrando a relação de correspondência entre controle de comutação do primeiro elemento de comutação 4a e um segundo elemento de comutação 4b e capacitores a serem carregados (estado), no dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com a presente modalidade.

[0029] Quando ambos primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b são desligados, ambos primeiro capacitor 6a e segundo capacitor 6b são carregados ((A) na Figura 2).

[0030] Quando o primeiro elemento de comutação 4a é ligado e o segundo elemento de comutação 4b é desligado, somente o segundo capacitor 6b é carregado ((B) na Figura 2).

[0031] Quando o primeiro elemento de comutação 4a é desligado e o segundo elemento de comutação 4b é ligado, somente o primeiro capacitor 6a é carregado ((C) na Figura 2).

[0032] Quando ambos primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b são ligados, o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b são curto-circuitados, de tal modo que nem o primeiro capacitor 6a nem o segundo capacitor 6b é carregado ((D) na Figura 2).

[0033] Isto é, quando o primeiro elemento de comutação 4a está ligado, o segundo capacitor 6b é carregado, e quando o segundo elemento de comutação 4b está ligado, o primeiro capacitor 6a é carregado. Desta maneira, como a comutação do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b é realizada, o capacitor a ser carregado pode ser selecionado. Adicionalmente, conforme descrito abaixo, a tensão de CC a ser fornecida à carga 11 pode ser controlada.

[0034] Figura 3 é um diagrama ilustrando modos de operação do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10, de acordo com a presente modalidade. Exemplos dos modos de operação do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 incluem o seguinte: um modo de retificação de onda completa ((A) na Figura 3) no qual o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b estão sempre desligados; e um modo de reforço ((B-a) a (B-c) na Figura 3) em que o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b são alternadamente ligados.

[0035] Exemplos do modo de reforço incluem um modo de reforço (um modo de tensão dupla) no qual as relações em serviço do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b ilustradas em (B-a) na Figura 3 são de 50%; um modo de reforço b no qual as relações em serviço do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b ilustradas em (B-b) na Figura 3 são menores que 50%; e um modo de reforço c no qual as relações em serviço do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b ilustradas em (B-c) na Figura 3 são maiores que 50%.

[0036] No modo de retificação de onda completa ilustrado em (A) na Figura 3, ambos primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b estão sempre desligados, e a tensão de onda completa retificada pelo circuito retificador 2 torna-se a tensão de saída. Esta tensão de saída é designada como V0.

[0037] No modo de reforço a (o modo de tensão dupla) ilustrado em (B-a) na Figura 3, a temporização com a qual o primeiro elemento de comutação 4a é ligado e a temporização com a qual o segundo elemento de comutação 4b é desligado são idealmente simultâneas, a temporização com a qual o primeiro elemento de comutação 4a é desligado a temporização com a qual o segundo elemento de comutação 4b é ligado, são idealmente simultâneas e o estado de (B) na Figura 2 e o estado de (C) na Figura 2 são repetidos. A tensão de saída neste ponto torna-se duas vezes maior que a tensão de saída no modo de retificação de onda completa ilustrado em (A) na Figura 3. Isto é, a tensão de saída neste ponto é 2V0. É possível prover um tempo de prevenção de curto-circuito (geralmente referido como "tempo morto") no qual um curto-circuito simultâneo do primeiro elemento de comutação 4a e sistema operacional segundo elemento de comutação 4b é evitado, e conforme descrito acima, na presente modalidade, as temporizações com as quais estes elementos são ligados e desligados são idealmente ajustadas para serem simultâneas, independentemente da presença ou ausência de um "tempo morto".

[0038] No modo de reforço b ilustrado em (B-b) na Figura 3, há um "período de tempo desligado simultâneo" durante o qual ambos primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b estão simultaneamente desligados. Como as operações no modo de reforço b ilustrado em (B-b) na Figura 3 são expressos com os sinais na Figura 2, transições de (C) para (A), (A) para (B), (B) para (A) e (A) para (C) são periodicamente repetidos. A tensão de saída neste ponto apresenta um valor de tensão entre a tensão de saída V0 no modo de retificação de onda completa ilustrado em (A) na Figura 3 e as tensão de saída 2V0 no modo de reforço a (o modo de tensão dupla) ilustrado em (B-a) na Figura 3.

[0039] No modo de reforço c ilustrado em (B-c) na Figura 3, há um "período de tempo ligado simultâneo" durante o qual ambos primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b estão simultaneamente ligados. Como as operações no modo de reforço c ilustrado em (B-c) na Figura 3 são expressos com os sinais na Figura 2, transições de (B) para (D), (D) para (C), (C) para (D) e (D) para (B) são repetidos periodicamente. No estado de (D), isto é, durante o "período de tempo ligado simultâneo", energia é acumulada no reator 3. A tensão de saída neste ponto é maior do que a tensão de saída 2V0 no modo de reforço a (o modo de tensão dupla) ilustrado em (B-a) na Figura 3.

[0040] Desta maneira, alterando as relações em serviço do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b, a tensão de saída (uma tensão de CC) para a carga 11 pode ser controlada.

[0041] A seguir, com referência às Figuras 4 a 7, é descrita a frequência de carregamento do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b em um modo de carregamento inicial do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10. A "frequência de carregamento" é a "frequência de comutação" que é o inverso de um período de carregamento. No "período de carregamento", um período de tempo obtido combinando um período de tempo de carregamento o um período de tempo de não carregamento de um par do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b, isto é, um período de tempo obtido combinando um período de tempo ligado e um período de tempo desligado de um par do primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b, é suposto ser um período.

[0042] Nas descrições a seguir, a "frequência de carregamento" é usada para as descrições expressando principalmente o primeiro capacitor 6a ou o segundo capacitor 6b, e a "frequência de comutação" é usada para as descrições expressando principalmente o primeiro elemento de comutação 4a ou o segundo elemento de comutação 4b.

[0043] Primeiramente, a Figura 5 é um diagrama ilustrando um exemplo comparativo representando padrões de comutação, um exemplo de uma forma de onda de simulação de uma tensão de CC de saída do conversor (a seguir, "tensão de barramento") e um exemplo da forma de onda de simulação das respectivas correntes de fase de uma corrente alternada trifásica em um dispositivo de fonte de alimentação de CC convencional (um dispositivo de fonte de alimentação de CC que começa acionando o dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 a uma relação de serviço de 50%, que é a mesma daquela durante uma operação normal, quando a operação de carregamento é iniciada). Figura 5(a) ilustra uma forma de onda de simulação da tensão de saída de um circuito conversor; e Figura 5(b) ilustra formas de onda de simulação de formas de onda de corrente de uma fase r, uma fase s e uma fase t de uma corrente alternada trifásica. Figura 5(c) ilustra um padrão de comutação do primeiro elemento de comutação 4a; e Figura 5(d) ilustra um padrão de comutação do segundo elemento de comutação 4b.

[0044] Na Figura 5(b), a forma de onda de corrente da fase r é representada por uma linha em negrito, a forma de onda de corrente da fase s é representada por uma linha pontilhada e a forma de onda de corrente da fase t é representada por uma linha sólida fina.

[0045] Se o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b são comutados a uma relação de serviço de 50% deste modo, quando a operação é iniciada (Tempo = 2,0 segundos), uma corrente súbita excessiva aparece nas formas de onda de corrente das respectivas fases. Este fenômeno acontece, não só no caso em que a relação de serviço é 50%, como também em outros casos em que o tempo ligado é longo. A corrente súbita excessiva é, por exemplo, uma corrente súbita excedendo o dobro da corrente de fase durante uma operação normal.

[0046] Um exemplo da presente invenção a ser comparado com o exemplo comparativo descrito acima é ilustrado na Figura 4. Figura 4 é um diagrama ilustrando um exemplo representando padrões de comutação, um exemplo de uma forma de onda de simulação de uma tensão de CC de saída do conversor e um exemplo de formas de onda de simulação das respectivas correntes de fase de uma corrente alternada trifásica no dispositivo de fonte de alimentação de CC 10, ao qual a presente invenção é aplicada. Figura 4(a) ilustra um exemplo de uma forma de onda de simulação de uma tensão de barramento; Figura 4(b) ilustra um exemplo de formas de onda de simulação de correntes das respectivas fases (uma fase r, uma fase s e uma fase t) de uma corrente alternada trifásica; Figura 4(c) ilustra um padrão de comutação do primeiro elemento de comutação 4a; e Figura 4(d) ilustra um padrão de comutação do segundo elemento de comutação 4b. É notado que a escala do eixo vertical é diferente entre a Figura 4(a) e a Figura 5(a) e também entre a Figura 4(b) e a Figura 5(b).

[0047] Na Figura 4, quando a operação de carga é iniciada, a relação de serviço é ajustada para ser pequena o bastante, conforme calculado com base na capacitância do capacitor, para configurar uma quantidade de alteração desta de tal modo que uma corrente súbita pode ser suprimida. Como a relação de serviço é ajustada para ser pequena o bastante e a quantidade de variação da relação de serviço é tornada pequena, conforme ilustrado na Figura 4(b), é possível executar controle de tal modo que as formas de onda de corrente das respectivas correntes de fase não são distorcidas e nenhuma corrente excessiva é gerada.

[0048] Conforme ilustrado na Figura 5, convencionalmente, quando uma corrente alternada monofásica ou corrente alternada trifásica é usada como uma entrada e um circuito retificador de onda completa monofásico ou trifásico ao qual são conectados quatro diodos retificadores em ponte completa são usados como circuito retificador, à luz do desequilíbrio ou melhoramento de fator de potência do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b e efeito de reforço de tensão da tensão de barramento, durante uma operação normal, o controle de comutação é executado a uma relação de serviço de 50%, e não há controle particular quando a operação de carga é iniciada.

[0049] Em contraste, na presente modalidade, quando o carregamento do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b é iniciado, a unidade de controle 8 executa uma operação de comutação de tal modo que a relação de serviço se torna pequena.

[0050] Sinais de comutação quando a operação de carga é iniciada e durante uma operação normal de acordo com a presente modalidade são apresentadas aqui, e é descrita a diferença entre as relações de serviço em ambos os casos.

[0051] Figura 6 é um diagrama ilustrando sinais de comutação quando a operação de carga é iniciada e durante uma operação normal, em que os sinais de comutação são gerados na unidade de controle 8. Na Figura 6, o controle é realizado de tal modo que a relação de serviço é pequena quando a operação de carga é iniciada, e subsequentemente a alteração na relação de serviço é gradualmente aumentada. A seguir, durante uma operação normal, a relação de serviço é aumentada até que se torne 50% ou até que a relação de serviço alcance um valor que torna possível emitir uma tensão de barramento com um valor desejado. Controlando a alteração na relação de serviço, de tal modo que esta é gradualmente aumentada deste modo, é possível suprimir uma corrente súbita gerada após a operação de carga ser iniciada. Notar que é também possível haver uma configuração tal que a relação de serviço é gradualmente reduzida antes de interromper a operação de comutação do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo capacitor 6b, deste modo alterando a relação de serviço para 0%.

[0052] Em qualquer dos modos de reforço a a c ilustrados na Figura 3, é possível suprimir uma corrente súbita excessiva controlando a relação de serviço de tal modo que esta é pequena quando a operação de carga é iniciada e então a alteração na relação de serviço é gradualmente aumentada.

[0053] Conforme descrito acima, é realizado o controle de tal modo que, quando a operação de carga é iniciada, o tempo de carga do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b, isto é, as relações de serviço do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b são ajustadas para um valor pequeno e a alteração na relação de serviço é então aumentada gradualmente.

[0054] Adicionalmente, embora as descrições acima sejam relacionadas ao modo de reforço a (B-a), também no modo de reforço b ((Bb) na Figura 3) e o modo de reforço c ((B-c) na Figura 3), efetuando o controle de tal modo que a relação de serviço é pequena quando a operação de carga é iniciada e a operação na relação de serviço é então reduzida, é possível suprimir uma corrente súbita excessiva. Quando uma corrente súbita excessiva é suprimida, o melhoramento do fator de potência e supressão de corrente harmônica podem ser obtidos.

[0055] O dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 ilustrado na Figura 1 inclui uma unidade de detecção de tensão de fonte de alimentação 9 que detecta a tensão de uma corrente alternada trifásica. Portanto, a unidade de controle 8 pode executar controle de tal modo que, referindo-se ao valor de tensão detectado de uma corrente alternada trifásica obtida a partir do resultado de detecção da unidade de detecção de tensão de fonte de alimentação 9 e com base no valor de tensão detectado, as relações de serviço do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b em um modo de reforço são alteradas.

[0056] Embora a Figura 1 ilustre uma configuração na qual a tensão de linha entre a fase r e a fase s de uma corrente alternada trifásica é detectada, a presente invenção não está limitada a isto, e é óbvio que é também possível ter uma configuração na qual a tensão de linha entre a fase s e a fase t ou aquela entre a fase t e a fase r é detectada, uma configuração na qual todas as tensões das três fases são detectadas, ou uma configuração na qual a tensão de fase ao invés da tensão de linha é detectada.

[0057] Entrementes, conforme ilustrado na Figura 6, o dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 é controlado de tal modo que, a partir do instante de início da operação de carga até o instante de uma operação normal, o tempo ligado é gradualmente aumentado até que alcance uma certa relação de serviço durante uma operação normal. Desta maneira, por exemplo o dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 é controlado de tal modo que a relação de serviço é configurada para ser pequena quando o modo de retificação de onda completa e o modo de reforço são comutados, e então o tempo ligado é alterado gradualmente para deslocar o modo de reforço. Um exemplo de um método para gerar tal sinal é descrito abaixo.

[0058] Figura 7 é um diagrama ilustrando um exemplo de um método de geração de sinal de comutação executado pela unidade de controle 8. Na Figura 7, o eixo horizontal representa tempo e o eixo vertical representa tensão.

[0059] O método de geração de sinal de comutação ilustrado na Figura 7 é um sistema de modulação por largura de pulso (PWM). Especificamente, ondas de sinal Vup* e Vun* de um sinal de comando de tensão são comparados com um sinal de portadora (uma onda portadora) com uma frequência predeterminada que é a metade da tensão de barramento (Vdc/2), e sinais de comutação Up e Un são gerados com base na relação de magnitude entre estes elementos comparados.

[0060] Na Figura 7, os valores de tensão do sinal de portadora e do sinal de comando de tensão Vup* são comparados, e quando o valor de tensão do sinal de portadora é maior do que o valor de tensão do sinal de comando de tensão Vup*, o primeiro elemento de comutação 4a é ligado pelo sinal de comutação Up. Adicionalmente, os valores de tensão do sinal de portadora e do sinal de comando de tensão Vun* são comparados, e então o valor de tensão do sinal de portadora é menor do que o valor de tensão do sinal de comando de tensão Vun*, o segundo elemento de comutação 4b é ligado pelo sinal de comutação Un.

[0061] Conforme ilustrado na Figura 7, como a frequência do sinal de portadora é constante e os valores de tensão dos sinais de comando de tensão Vup* e Vun* diminuem na proporção da passagem do tempo, a relação de serviço aumenta a uma taxa constante. Desta maneira, como as ondas de sinal Vup* e Vun* dos sinais de comando de tensão são gradualmente alteradas até que a relação de serviço se torne 50% e a alteração na relação de serviço seja tornada pequena, é possível suprimir uma corrente súbita excessiva.

[0062] No sentido de efetuar controle de tal modo que os valores de tensão dos sinais de comando de tensão Vup* e Vun* sejam gradualmente alterados e a alteração na relação de serviço após a operação de carga ser iniciada, são gradualmente aumentados, a extensão da redução dos valores de tensão das ondas de sinal Vup* e Vun* dos sinais de comando de tensão, isto é, os valores absolutos das inclinações das ondas de sinal Vup* e Vun* dos sinais de comando de tensão ilustrados na Figura 7, seriam tornados pequenos. Por exemplo, Figura 7 é um exemplo de um modo no qual a alteração na relação de serviço é tornada pequena e, de acordo com um triângulo formado com uma onda de portadora e ondas de sinal de sinais de comando de tensão, como o primeiro tempo ligado do primeiro elemento de comutação 4a é suposto ser "t", o segundo tempo ligado é 3t, o terceiro tempo ligado é 5t e o quarto tempo ligado é 7t. Similarmente, como o primeiro tempo ligado do segundo elemento de comutação 4b é suposto ser "T", o segundo tempo ligado é 2T, o terceiro tempo ligado é 3T e o quarto tempo ligado é 4T.

[0063] Evitando que seja gerado desequilíbrio entre as respectivas correntes de fase de tal maneira, as taxas de distorção das respectivas correntes de fase são minimizadas, e melhoramento do fator de potência e supressão de corrente harmônica podem ser alcançados.

[0064] Conforme descrito acima, o dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 de acordo com a presente modalidade é o dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 que converte uma corrente alternada da fonte de alimentação de CA trifásica 1 em uma corrente contínua e fornece a corrente convertida à carga 11, e o dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 inclui o circuito retificador 2 apresentando o reator 3 conectado a um lado de entrada ou um lado de saída deste retificando a corrente alternada a partir da fonte de alimentação de CA trifásica 1; o primeiro capacitor 6a e o segundo capacitor 6b que são conectados em série entre os terminais de saída à carga 11; uma unidade de carregamento (a unidade de carregamento 7) que carrega seletivamente um ou ambos dentre o primeiro capacitor 6a e o segundo capacitor 6b; e a unidade de controle 8 que controla a unidade de carregamento (a unidade de carregamento 7). Quando a carga do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b é iniciada, a unidade de controle 8 controla a unidade de carregamento 7 de tal modo que uma corrente de carregamento é suprimida. Especificamente, quando a carga do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b é iniciada, a unidade de controle 8 encurta (torna a relação de serviço pequena) o tempo ligado dentro de um período, que é formado de um período de tempo de carga e um período de tempo de não carga do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b, no sentido de suprimir a corrente de carregamento de tal modo que uma corrente de pico de carregamento para o primeiro capacitor 6a e o segundo capacitor 6b é suprimida para ser igual ou menor do que um valor permissível da unidade de carregamento ou circuito retificador e então, até que a relação de serviço durante uma operação normal seja alcançada, a unidade de controle 8 executa controle de tal modo que o tempo ligado é gradualmente aumentado (a relação de serviço é aumentada) à medida que um período de tempo predeterminado é decorrido. Com esta configuração, uma corrente súbita excessiva não é gerada nas respectivas correntes de fase de uma corrente alternada trifásica. Desta maneira, a quebra de elementos que queima de circuitos pode ser evitada, e o desequilíbrio não é gerado entre respectivas correntes de fase; portanto, as taxas de distorção das respectivas correntes de fase são minimizadas. Portanto, o fator de potência pode ser melhorado e a supressão de corrente harmônica pode ser obtida.

[0065] Especificamente, a unidade de carregamento 7 inclui o primeiro elemento de comutação 4a que controla a carga do primeiro capacitor 6a; o segundo elemento de comutação 4b que controla a carga do segundo capacitor 6b; o primeiro elemento de prevenção de fluxo reverso 5a que impede o fluxo reverso de uma carga elétrica armazenada do primeiro capacitor 6a para o primeiro elemento de comutação 4a; e o segundo elemento de prevenção de fluxo reverso 5b que impede o fluxo reverso de uma carga elétrica do segundo capacitor 6b para o segundo elemento de comutação 4b. O primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b são ligados alternadamente.

[0066] Ainda mais, a unidade de controle 8 controla o modo de operação do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10. O modo de operação inclui um modo de retificação de onda completa no qual o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b estão sempre desligados e um modo de reforço no qual o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b são alternadamente ligados a uma frequência de carregamento. No modo de reforço, alterando as relações de serviço do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b de acordo com o valor da tensão de detecção de uma corrente alternada trifásica obtida a partir do resultado de detecção da unidade de detecção de tensão de fonte de alimentação 9, é efetuado controle de tal modo que uma tensão de saída desejada pode ser emitida.

[0067] Conforme descrito acima, de acordo com a presente modalidade, é possível obter um dispositivo de fonte de alimentação de CC que pode suprimir uma corrente súbita excessiva detectando uma corrente excessiva gerada quando uma operação de comutação é iniciada, e pode evitar a quebra de elementos e queima de circuitos. Segunda modalidade

[0068] Figura 8 é um diagrama ilustrando um exemplo de controle executado por uma unidade de controle de um dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção. Elementos constituintes idênticos ou equivalentes a aqueles da primeira modalidade são indicados por sinais de referência iguais e explicações detalhadas destes serão omitidas.

[0069] Na presente modalidade, para a finalidade de suprimir uma corrente súbita excessiva fluindo no primeiro capacitor 6a e no segundo capacitor 6b, repetindo alternadamente o estado de (A) na Figura 2 e o estado de (D) na Figura 2 como uma operação de pré-carga, energia é acumulada no reator 3. Esta operação é referida como "operação de carga de pré-carga". Repetindo a operação de carga de pré-carga conforme descrito acima, a tensão de saída é aumentada pela energia acumulada no reator 3, conforme ilustrado na Figura 8. Subsequentemente, após a tensão de saída tornar-se igual ou maior do que um limite, o modo do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 se desloca para um modo de reforço.

[0070] Quando no modo de retificação de onda completa, a tensão através do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b (a soma dos potenciais) é V0. Em outras palavras, a tensão através do primeiro capacitor 6a é V0/2 e a tensão através do segundo capacitor 6b é V0/2. Neste caso, quando o modo é comutado do modo de retificação de onda completa para o modo de tensão dupla (o modo de reforço) ambas tensão através do primeiro capacitor 6a e tensão através do segundo capacitor 6b aumentam até um valor maior do que V0/2. Portanto, a corrente súbita gerada ao comutar do modo de retificação de onda completa para o modo de tensão dupla (o modo de reforço) é gerada devido ao fato de que há uma diferença de potencial entre a tensão de saída objetivada durante o modo de tensão dupla (o modo de reforço) e a tensão através do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b. Portanto, conforme ilustrado na Figura 8, usando o estado curto-circuitado da fonte de alimentação em (D) na Figura 2, uma corrente de curto-circuito é retirada de uma fonte de alimentação, a corrente retirada é suprimida até uma corrente de pico que é menor do que uma corrente de carregamento, e uma operação de carga de pré-carga para carregar o primeiro capacitor 6a e o segundo capacitor 6b é realizada, eliminando deste modo a diferença de potencial. Desta maneira, uma corrente súbita gerada após o deslocamento para um estado normal é suprimida. Terceira modalidade

[0071] Figura 9 é um diagrama ilustrando um exemplo de configuração de um dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção. Elementos constituintes idênticos ou equivalentes a aqueles da primeira e segunda modalidades são indicados por sinais de referência iguais e explicações detalhadas destes serão omitidas.

[0072] Um dispositivo de fonte de alimentação de CC 10a ilustrado na Figura 9 apresenta uma configuração na qual os seguintes elementos são adicionados ao dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 ilustrado na Figura 1. Os elementos adicionais são uma unidade de detecção de estado de carga 20 que detecta o estado da carga 11; um sensor de corrente 14 que detecta a corrente fluindo no reator 3; um sensor de corrente 15a que detecta a corrente fluindo no primeiro elemento de comutação 4a; um sensor de corrente 15b que detecta a corrente fluindo no segundo elemento de comutação 4b; e um relé de proteção 18 (uma unidade de comutação) que é inserido entre o ponto de conexão entre o primeiro capacitor 6a e o segundo capacitor 6b e o ponto de conexão entre o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b.

[0073] A unidade de detecção de estado de carga 20 inclui uma unidade de detecção de corrente de saída 21 que detecta a tensão de saída para a carga 11; uma unidade de detecção de tensão de saída 22 que detecta a tensão de saída para a carga 11; e uma unidade de detecção de tensão de capacitor 23 que detecta a tensão do segundo capacitor 6b.

[0074] Adicionalmente, o valor da tensão de saída que é detectada pela unidade de detecção de tensão de saída 22 e emitida para a carga 11 e o valor de tensão do segundo capacitor 6b que é detectado e emitido pela unidade de detecção de tensão de capacitor 23 são inseridos em uma unidade de controle 8a do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10a. O valor de tensão do primeiro capacitor 6a pode ser calculado adquirindo a diferença entre o valor de detecção da unidade de detecção de tensão de capacitor 23 e o valor de detecção da unidade de detecção de tensão de saída 22. Portanto, com esta configuração não é necessário prover uma unidade de detecção de valor de tensão com respeito ao primeiro capacitor 6a, e então a área da unidade de detecção de estado de carga 20 pode ser reduzida. Adicionalmente é óbvio que este efeito pode ser obtido mesmo quando a detecção da tensão do primeiro capacitor 6a é realizada utilizando outros métodos.

[0075] A unidade de controle 8a interrompe o fornecimento de um sinal de saída para o primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b, de acordo com o valor de tensão da unidade de detecção de tensão de saída 22 ou o valor de saída da unidade de detecção de tensão de capacitor 23, e configura o relé de proteção 18 para um estado aberto.

[0076] Por exemplo, a unidade de controle 8a mantém um valor de tensão de referência das tensões de saída da unidade de detecção de tensão de saída 22 e da unidade de detecção de tensão de capacitor 23 como um limite, e quando as tensões de saída excedem o limite ou se tornam mais baixas do que um limite, a unidade de controle 8a executa controle que interrompe o fornecimento de um sinal de saída para o primeiro elemento de comutação 4a e para o segundo elemento de comutação 4b e abre o relé de proteção 18. O limite como o valor da tensão de referência das tensões de saída é determinado com base, por exemplo, na resistência de ruptura dos elementos de comutação ou a tensão suportada pelos capacitores.

[0077] Com esta configuração e abrindo o relé de proteção, mesmo se uma tensão excessiva é gerada devido a um mau funcionamento operacional ou uma operação instável do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10 ou uma operação errônea de pelo menos um dentre o primeiro elemento de comutação e o segundo elemento de comutação, o dispositivo de fonte de alimentação de CC pode ser operado enquanto estiver no modo de retificação de onda completa e, por exemplo, se a carga 11 for uma carga de inversor que aciona um motor do compressor usado em um ar condicionado, um aquecedor de água de bomba de calor, um refrigerador ou um congelador, a carga 11 pode acionar o motor do compressor e pode ser realizada uma operação de emergência temporária.

[0078] Ainda mais, os valores de corrente que são detectados e emitidos pelos sensores de corrente 14, 15a e 15b são inseridos na unidade de controle 8a do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10a ilustrado na Figura 9 e a unidade de controle 8a interrompe o fornecimento dos sinais de saída a partir do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b para abrir o relé de proteção 18. Por exemplo, a unidade de controle 8a executa controle de tal modo que o valor de corrente de referência das correntes detectadas dos sensores de corrente 14, 15a e 15b é mantido como um limite, e quando as correntes detectadas excedem o limite, o fornecimento dos sinais de saída do primeiro elemento de comutação 4a e do segundo elemento de comutação 4b é interrompido, e o relé de proteção 18 é aberto. O limite como o valor de corrente de referência dos sinais de saída é determinado com base, por exemplo, na resistência de ruptura dos elementos de comutação.

[0079] Com esta configuração, mesmo se uma corrente excessiva é gerada, devido a um mau funcionamento operacional ou uma operação instável do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10a ou uma operação errônea de pelo menos um dentre o primeiro elemento de comutação e o segundo elemento de comutação, o dispositivo de fonte de alimentação de CC pode ser operado enquanto estiver no modo de retificação de onda completa e, por exemplo, se a carga 11 for uma carga de inversor que aciona um motor de compressor usado em um ar condicionado, um aquecedor de água de bomba de calor, um refrigerador ou um congelador, a carga 11 pode acionar o motor do compressor e pode ser realizada uma operação de emergência temporária.

[0080] Conforme descrito acima, de acordo com o dispositivo de fonte de alimentação de CC da presente modalidade, a unidade de detecção de estado de carga 20 que detecta o estado da carga 11 inclui uma unidade de detecção de tensão de saída 22 que detecta a saída de tensão emitida para a carga 11. Quando o valor da tensão de saída emitida para a carga 11, que é o resultado da detecção a partir da unidade de detecção de tensão de saída 22 excede um limite ou se torna mais baixa do que o limite, o fornecimento dos sinais de saída para o primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b é interrompido e o relé de proteção 18 é configurado para estar em um estado aberto. Com esta configuração, o dispositivo de fonte de alimentação de CC pode ser operado enquanto estiver no modo de retificação de onda completa e, por exemplo, se a carga 11 for uma carga de inversor que aciona um motor de compressor, pode ser realizada uma operação temporária do motor de compressor.

[0081] Ainda mais, são providas unidades (os sensores de corrente 15a e 15b) que detectam as correntes fluindo nos respectivos elementos de comutação ou o sensor de corrente 14 que detecta a corrente fluindo no reator 3, e quando os valores das correntes fluindo nos respectivos elementos de comutação excedem um limite, o suprimento dos sinais de saída para o primeiro elemento de comutação 4a e segundo elemento de comutação 4b é interrompido, e o relé de proteção 18 é ajustado para um estado aberto. Com esta configuração, o dispositivo de fonte de alimentação de CC pode ser operado enquanto estiver no modo de retificação de onda completa e, por exemplo, se a carga 11 for uma carga de inversor que aciona um motor de compressor, uma operação temporária do motor de compressor pode ser realizada. Quarta modalidade

[0082] O dispositivo de fonte de alimentação de CC descrito na primeira a terceira modalidades pode ser aplicado, por exemplo, a um dispositivo de ciclo de refrigeração. Na presente modalidade, uma configuração específica de um dispositivo de ciclo de refrigeração ao qual o dispositivo de fonte de alimentação de CC, de acordo com a primeira a terceira modalidades é aplicado, é descrito com referência à Figura 10.

[0083] Figura 10 é um diagrama ilustrando um exemplo de configuração do dispositivo de ciclo de refrigeração, de acordo com a quarta modalidade da presente invenção. Na Figura 10, o dispositivo de fonte de alimentação de CC 10a na Figura 9 é aplicado como o dispositivo de fonte de alimentação de CC e uma unidade de inversor 30, que é a carga 11, é conectada ao dispositivo de fonte de alimentação de CC 10a. Uma unidade de ciclo de refrigeração 31 é conectada à unidade de inversor 30.

[0084] Um dispositivo de ciclo de refrigeração 40 ilustrado na Figura 10 pode ser exemplificado por um ar condicionado, um aquecedor de água de bomba de calor, um refrigerador ou um congelador.

[0085] A unidade de ciclo de refrigeração 31 é formada conectando uma válvula de quatro vias 32, um trocador de calor interno 33, um mecanismo de expansão 34 e um trocador de calor 35 através de uma tubulação refrigerante 37. Um mecanismo de compressão 38 que comprime o refrigerante e um motor de compressor 39 que ativa o mecanismo de compressão 38 são providos em um compressor 36.

[0086] O motor de compressor 39 é um motor trifásico incluindo enrolamentos trifásicos de uma fase U, uma fase V, e uma fase W, e é acionado controlado pela unidade de inversor 30 que é conectada a ele como uma carga do dispositivo de fonte de alimentação de CC 10a.

[0087] O dispositivo de ciclo de refrigeração 40 ilustrado na Figura 10 pode alcançar os efeitos obtidos pelo dispositivo de fonte de alimentação de CC descrito na primeira a terceira modalidades.

[0088] Isto é, quando uma corrente excessiva é detectada com base na informação de corrente obtida a partir do resultado de detecção a partir das unidades (os sensores de corrente 15a e 15b) que detectam as correntes fluindo nos respectivos elementos de comutação ou o sensor de corrente 14 que detecta uma corrente fluindo no reator 3, o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b são controlados de tal modo que estão desligados e o relé de proteção 18 é aberto; portanto, é possível configurar o dispositivo de fonte de alimentação de CC para estar no modo de retificação de onda completa e realizar uma operação estável. Notar que, neste caso, a tensão de saída é reduzida à metade.

[0089] Ainda mais, mesmo quando o desequilíbrio no potencial através do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b é gerado de acordo com a informação de tensão obtida a partir do resultado de detecção da unidade de detecção de estado de carga 20, o primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b são controlados de tal modo que estão desligados e o relé de proteção 18 está aberto; portanto, é possível configurar o dispositivo de fonte de alimentação de CC para estar no modo de retificação de onda completa e realizar uma operação estável. Notar que, neste caso, a tensão de saída é reduzida à metade.

[0090] Adicionalmente, com referência ao deslocamento do modo de retificação de onda completa para o modo de tensão dupla, alterando a relação de serviço dentro de um percentual de 0% a 50% quando a operação de carga do primeiro capacitor 6a e do segundo capacitor 6b é iniciada, é possível evitar que uma corrente excessiva flua na unidade de inversor 30.

[0091] Ainda mais, o dispositivo de fonte de alimentação de CC de acordo com a presente modalidade pode prover atenção na faixa a partir da tensão V0 no modo de retificação de onda completa até a tensão 2V0 no modo de tensão dupla ou ainda uma tensão maior, e pode ser usado em vários tipos de dispositivos de ciclo de refrigeração; portanto, é possível obter um dispositivo de ciclo refrigerante apresentando alta versatilidade.

[0092] Conforme descrito acima, o dispositivo de fonte de alimentação de CC descrito na primeira a terceira modalidades pode ser aplicado ao dispositivo de ciclo de refrigeração, de acordo com a presente modalidade, e o dispositivo de ciclo de refrigeração pode alcançar os efeitos pelo dispositivo de fonte de alimentação de CC descritos na primeira a terceira modalidades.

[0093] O primeiro elemento de comutação 4a e o segundo elemento de comutação 4b de acordo com a primeira a terceira modalidades, no sentido de assegurar um caminho para uma corrente de refluxo causada pela impedância da linha, diodos de refluxo antiparalelos podem ser providos. Provendo diodos de refluxo, é possível assegurar um caminho para consumir uma corrente de refluxo gerada.

[0094] Embora um semicondutor de Si feito de silício possa ser usado como elemento de comutação e os elementos de prevenção de fluxo reverso que constituem a unidade de carregamento 7 de acordo com a primeira a terceira modalidades, um semicondutor de banda proibida larga (banda proibida de energia extensa), tal como carboneto de silício (SiC), material de nitreto de gálio (GaN), ou diamante, pode também ser usado. Como os elementos de comutação e os elementos de prevenção de fluxo reverso são formados a partir de um semicondutor de banda proibida larga, a resistência a tensão e densidade de corrente permissível podem ser melhoradas. Portanto, os elementos de comutação e os elementos de prevenção de fluxo reverso podem ser subdimensionados e usando estes elementos subdimensionados, o próprio dispositivo de fonte de alimentação de CC pode ser subdimensionado.

[0095] Ainda mais, quando os elementos de comutação e os elementos de prevenção de fluxo reverso são formados a partir de um semicondutor de banda proibida larga, a resistência ao calor destes elementos pode ser melhorada. Portanto, o sub dimensionamento das aletas de radiação de calor em um dissipador e a refrigeração de ar em uma unidade refrigerada a água pode ser obtida, habilitando deste modo sub dimensionamento adicional do próprio dispositivo de fonte de alimentação de CC. Adicionalmente, quando os elementos de comutação e os elementos de prevenção de fluxo reverso são formados a partir de um semicondutor de banda proibida larga, a perda de potência destes elementos pode ser reduzida. Portanto, os elementos de comutação e os elementos de prevenção de fluxo reverso podem apresentar alta eficiência e então o próprio dispositivo de fonte de alimentação de CC pode ter alta eficiência.

[0096] É também possível que somente um dos elementos de comutação e os elementos de prevenção de fluxo reverso sejam formados a partir de um semicondutor de banda proibida larga, mas mesmo nesse caso, os efeitos descritos acima podem ser alcançados. Em particular, quando todos os elementos de comutação e os elementos de prevenção de fluxo reverso são formados a partir de um semicondutor de banda proibida larga, os efeitos descritos acima podem ser destacados.

[0097] Os elementos de comutação utilizados podem ser qualquer um dentre um transistor de potência, um MOSFET de potência, um IGBT, um MOSFET possuindo uma estrutura de superjunção, que é conhecido como um elemento de comutação altamente eficiente, um dispositivo semicondutor de porta isolada e um transistor bipolar, e com qualquer destes elementos podem ser obtidos efeitos idênticos.

[0098] Ainda mais, embora a unidade de controle 8a possa ser configurada por uma unidade de processamento central (CPU), um processador de sinal digital (DSP) ou um sistema discreto de um microcomputador, a unidade de controle 8a não está limitada a isto, e pode ser também configurada por um circuito analógico ou um circuito digital (um elemento de circuito elétrico). Lista de Sinais de Referência

[0099] 1 fonte de alimentação de CA trifásica, 2 circuito retificador, 3 reator, 4a primeiro elemento de comutação, 4b segundo elemento de comutação, 5a primeiro elemento de prevenção de fluxo reverso, 5b segundo elemento de prevenção de fluxo reverso, 6a primeiro capacitor, 6b segundo capacitor, 7 unidade de carregamento, 8, 8a unidade de controle, 9 unidade de detecção de tensão de fonte de alimentação, 10, 10a dispositivo de fonte de alimentação de CC, 11 carga, 12a a 12d terminal, 14, 15a, 15b sensor de corrente, 21 unidade de detecção de corrente de saída, 18 relé de proteção, 20 unidade de detecção de estado de carga, 22 unidade de detecção de tensão de saída, 23 unidade de detecção de tensão de capacitor, 30 unidade de inversor, 31 unidade de ciclo de refrigeração, 32 válvula de quatro vias, 33 trocador de calor interno, 34 mecanismo de expansão, 35 trocador de calor, 36 compressor, 37 tubulação refrigerante, 38 mecanismo de compressão, 39 motor de compressor, 40 dispositivo de ciclo de refrigeração.

Claims

1. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10) que converte uma corrente alternada de uma fonte de alimentação de CA trifásica (1) em corrente contínua e fornece a corrente convertida a uma carga (11), o dispositivo de fonte de alimentação de CC compreendendo: um circuito retificador (2) que possui um reator (3) conectado a um lado de entrada ou um lado de saída deste e que retifica a corrente alternada da fonte de alimentação de CA trifásica; um primeiro capacitor (6a) e um segundo capacitor (6b) que são conectados em série entre terminais de saída para a carga; uma unidade de carregamento (7) que carrega seletivamente um ou ambos dentre o primeiro capacitor e o segundo capacitor; e uma unidade de controle (8) que controla a unidade de carregamento em que a unidade de carregamento inclui um primeiro elemento de comutação (4a) e um segundo elemento de comutação (4b) que são conectados em série e são comutados a uma frequência que é um múltiplo de n (n é um número natural) de uma frequência da fonte de alimentação de CA trifásica, um primeiro elemento de prevenção de fluxo reverso (5a) que impede o fluxo reverso de uma carga elétrica armazenada no primeiro capacitor para o primeiro elemento de comutação, e um segundo elemento de prevenção de fluxo reverso (5b) que impede o fluxo reverso de uma carga elétrica armazenada no segundo capacitor para o segundo elemento de comutação, e um ponto entre o primeiro elemento de comutação e o segundo elemento de comutação e um ponto entre o primeiro capacitor e o segundo capacitor são conectados um ao outro; o dispositivo de fonte de alimentação de CC (10) caracterizado pelo fato de que: o dispositivo de fonte de alimentação de CC (10) compreende ainda uma unidade de detecção de tensão de fonte de alimentação (9); a unidade de controle (8) controla um modo de operação; o modo de operação inclui: um modo de retificação de onda completa no qual o primeiro elemento de comutação (4a) e o segundo elemento de comutação (4b) estão sempre desligados; e, um modo de reforço no qual o primeiro elemento de comutação (4a) e o segundo elemento de comutação (4b) são alternadamente ligados a uma frequência de carregamento; e, no modo de reforço, uma tensão de saída é controlada alterando relações de serviço do primeiro elemento de comutação (4a) e do segundo elemento de comutação (4b).

2. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando o carregamento do primeiro capacitor (6a) e do segundo capacitor (6b) é iniciado, uma corrente de carregamento é suprimida por redução de uma relação em serviço do primeiro elemento de comutação (4a) e do segundo elemento de comutação (4b) e supressão de uma corrente de pico de carregamento fluindo para o primeiro capacitor e o segundo capacitor para ser igual ou menor do que um valor permissível da unidade de carregamento (7) ou circuito retificador (2) e, então, até que uma relação em serviço durante uma operação normal é alcançada, a relação de serviço do primeiro elemento de comutação e do segundo elemento de comutação é gradualmente aumentada à medida que um período de tempo predeterminado decorre.

3. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10a) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre o primeiro elemento de comutação (4a), o segundo elemento de comutação (4b), o primeiro elemento de prevenção de fluxo reverso (5a) e o segundo elemento de prevenção de fluxo reverso (5b) é formado a partir de um semicondutor de banda proibida larga.

4. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10a) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o semicondutor de banda proibida larga é carboneto de silício, material de nitreto de gálio ou diamante.

5. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que: a unidade de controle (8) reduz uma relação de serviço quando o modo de retificação de onda completa e o modo de reforço são comutados; e, a unidade de controle executa subsequentemente controle de tal modo que um tempo ligado do primeiro elemento de comutação (4a) e do segundo elemento de comutação (4b) é alterado gradualmente para se deslocar para o modo de reforço.

6. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que: repetindo o modo de retificação de onda completa e um modo de operação que possui um período de tempo durante o qual ambos primeiro elemento de comutação (4a) e segundo elemento de comutação (4b) estão simultaneamente ligados, a energia é acumulada no reator (3) e uma tensão de saída é aumentada, e após a tensão de saída ter se tornado igual ou maior do que um limite, o dispositivo de fonte de alimentação de CC se desloca para o modo de reforço.

7. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10a) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento de comutação (4a) e o segundo elemento de comutação (4b) incluem diodos de refluxo antiparalelos.

8. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10a) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: uma unidade de detecção de tensão de saída (22) que detecta uma saída de tensão emitida para a carga (11), a tensão de saída sendo igual a uma tensão do primeiro capacitor (6a) e do segundo capacitor (6b) que são conectados em série; e uma unidade de detecção de tensão de capacitor (23) que detecta uma das tensões do primeiro capacitor e do segundo capacitor, em que a unidade de controle (8) calcula outra das tensões do primeiro capacitor e do segundo capacitor com base em uma diferença entre um valor de detecção da unidade de detecção de tensão de saída e um valor de detecção da unidade de detecção de tensão de capacitor.

9. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10a) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um relé de proteção (18) inserido entre um ponto entre o primeiro elemento de comutação (4a) e o segundo elemento de comutação (4b) e um ponto entre o primeiro capacitor (6a) e o segundo capacitor (6b).

10. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10a) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, quando uma corrente fluindo no primeiro elemento de comutação (4a) e no segundo elemento de comutação (4b) ou uma corrente fluindo no reator (3) excede um limite estabelecido, a unidade de controle (8) interrompe uma saída de um sinal de comutação para o primeiro elemento de comutação e segundo elemento de comutação e emite um sinal para abrir o relé de proteção (18).

11. Dispositivo de fonte de alimentação de CC (10a) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma unidade de detecção de estado de carga (20) que detecta um estado da carga (11), em que quando um valor de detecção de um sinal detectado pela unidade de detecção de estado de carga e emitido a partir da unidade de detecção de estado de carga excede um limite estabelecido, a unidade de controle (8) interrompe uma saída de um sinal de comutação para o primeiro elemento de comutação (4a) e o segundo elemento de comutação (4b) e emite um sinal para abrir o relé de proteção (18).

12. Dispositivo de ciclo de refrigeração (40), caracterizado pelo fato de compreender o dispositivo de fonte de alimentação de CC (10a) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.

13. Dispositivo de ciclo de refrigeração (40) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a carga (11) inclui uma unidade de inversor (30) que aciona um motor de compressor (39).