CN101647184B

CN101647184B - 电源装置

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Publication number: CN101647184B
Application number: CN2008800103161A
Authority: CN
Inventors: 加藤雅一; 中本良; 岛谷圭介; 吉坂圭一; 桥本雅文
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: KR101033371B1; US20100061127A1; WO2008123048A1; AU2008236293A1; KR20090114482A; CN101647184A; JP2008253066A; US8218342B2; EP2133986A1; AU2008236293B2; JP4301317B2; EP2133986A4

Abstract

本发明的目的在于在进行PAM控制的电源装置中，提供能够防止PAM输出波形缺损等的电源装置。而且，本发明的电源装置将交流电变换成直流电，并将直流电提供给负载(40)。而且，该电源装置包括缓冲器、控制器、整流电路(10)、平滑电路(20)、开关(SW)。控制部在检测出预定的零交叉点后，在交流电的预定的周期内，使保持在缓冲器中的预定的参数在计算PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数。

Description

电源装置

技术领域

本发明是涉及电源装置的发明，特别涉及进行PAM控制的电源装置。

背景技术

进行制冷制热的空调机(空调)中，有的空调机在调整制冷制热能力时变更压缩机的工作频率。在这种空调中，利用逆变器控制，对驱动压缩机的电动机的转速进行控制。

进行逆变器控制的电源装置中，有的电源装置进行PAM(Pulse AmplitudeModulation：脉冲幅度调制)控制。PAM控制中，利用整流电路将交流电压变换成直流电压后，利用升压电路变换成所要的电压。该升压电路由电抗器元件、开关元件、二极管以及电容等构成。

升压电路中，对开关元件的导通时间的比率(占空比)进行控制。由此，能够控制输入到前级的整流电路中的交流的输入电流的波形及电流值，能与直流电压的控制一起，改善功率因数并降低高次谐波电流。

此外，通过在电源频率的半周期内生成至少两个以上的PAM(通过增加脉冲数)，能进一步改善功率因数并降低高次谐波电流。将该PAM控制称为多脉冲PAM控制。

这里，作为进行PAM控制的电源装置，例如有专利文献1。

专利文献1：日本专利特开平10-337031号公报

进行上述多脉冲PAM控制的电源装置中，在输出PAM波形时，生成PAM中断脉冲。每输入一次该PAM中断脉冲，PAM波形的输出便从导通向断开反转或从断开向导通反转。即，每输入一次PAM中断脉冲，便对构成升压电路的开关元件的导通、断开进行控制。该电源装置中，用于算出该PAM中断脉冲的输出定时的预定参数非同步地更新。

因而，例如还会在产生多个连续的PAM中断脉冲的中途，更新上述参数。在这种情况下，例如还会导致PAM波形的断开期间缺损而PAM波形的导通期间变得非常长。若发生这样的PAM波形缺损，则还会因此而在电路中流过异常电流。

发明内容

因此，本发明的目的在于，在进行PAM控制的电源装置中，提供能够防止PAM输出波形缺损等的电源装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案1所述的电源装置是将交流电变换成直流电、并将所述直流电提供给负载40的电源装置，其中，包括：缓冲器；控制部；整流电路10，该整流电路10对所述交流电进行整流；平滑电路20，该平滑电路20由串联连接的第一电容2及第二电容3构成，使来自所述整流电路的输出平滑化后输出所述直流电；以及开关SW，该开关SW配置在所述整流电路、和所述第一电容与所述第二电容之间的连接点N1之间，所述控制部进行如下步骤：对输入到所述整流电路的所述交流电的零交叉点进行检测；在检测出预定的所述零交叉点之前的任一阶段，事先算出在计算输入到所述开关的PAM中断脉冲的产生定时的时候使用的预定的参数ph1、ph2、tzwav，所述PAM中断脉冲在生成所述交流电的半周期内具有至少两个以上的脉冲的PAM波形时使用；将算出的所述预定的参数保持在所述缓冲器中；在检测出所述预定的零交叉点后，在所述交流电的预定的周期内，使保持在所述缓冲器中的所述预定的参数在计算所述PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数。

另外，本发明的技术方案2所述的电源装置是在技术方案1所述的电源装置中，所述控制部进行如下步骤：在经过所述预定的周期前的任一阶段，事先重新计算所述预定的参数；将所述重新计算后的预定的参数保持在所述缓冲器中；在经过所述预定的周期后，使所述重新计算后的预定的参数在计算所述PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数。

另外，本发明的技术方案3所述的电源装置是在技术方案2所述的电源装置中，所述预定的周期是所述交流电的一个周期。

另外，本发明的技术方案4所述的电源装置是在技术方案2所述的电源装置中，所述预定的参数是距所述交流电的所述零交叉点的偏差量，即成为所述PAM中断脉冲的产生定时的基准的、PAM中断脉冲相位控制值ph1、ph2。

另外，本发明的技术方案5所述的电源装置是在技术方案2所述的电源装置中，所述预定的参数是所述交流电的所述预定的零交叉点、和表示检测出所述预定的零交叉点的预定的零交叉点中断脉冲的产生定时之间的偏差值tzwav。

另外，本发明的技术方案6所述的电源装置是在技术方案2所述的电源装置中，所述预定的参数是对所述PAM波形的软启动进行规定的变量tdss。

另外，本发明的技术方案7所述的电源装置是在技术方案6所述的电源装置中，在由所述控制部生成脉冲波形时或检测出PAM过电流后的条件下，所述控制部进行如下步骤：从所述软启动开始直到结束为止计算对所述PAM波形的软启动进行规定的所述变量，使用距所述交流电的所述零交叉点的偏差量、即成为所述PAM中断脉冲的产生定时的基准的PAM中断脉冲相位控制值ph1、ph2；所述交流电的所述预定的零交叉点、和表示检测出所述预定的零交叉点的预定的零交叉点中断脉冲的产生定时之间的偏差值tzwav；以及对所述PAM波形的软启动进行规定的所述变量，对所述PAM中断脉冲的产生定时进行计算。

发明效果

本发明的技术方案1所述的电源装置在检测出预定的零交叉点后，在交流电的预定的周期内，使保持在缓冲器中的预定的参数在计算PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数。

因而，能够防止发生PAM波形缺损等。从而，能够防止因该PAM波形缺损等而在电源装置中流过异常电流。

另外，本发明的技术方案2所述的电源装置中，在经过预定的周期后，使重新计算后的预定的参数在计算PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数。

因而，与完全不进行重新计算和更新的情况相比，能够抑制第一电容的电压和第二电容的电压之间的平衡变差。从而，作为结果，能够抑制在负载的控制中发生问题。

另外，本发明的技术方案3所述的电源装置中，预定的周期是交流电的一个周期。因而，还能完全防止在负载的控制中发生问题。

另外，本发明的技术方案4至7所述的电源装置中，预定的参数是PAM中断脉冲相位控制值、或预定的零交叉点和预定的零交叉点中断脉冲的产生定时之间的偏差值、或对PAM波形的软启动进行规定的变量。

因而，控制部每隔交流电的预定的周期便对该预定的参数进行更新和重新计算，从而总能维持抑制高次谐波电流的效果。

根据下面的详细说明和附图可进一步了解本发明的目的、特征、方面及优点。

附图说明

图1是表示电源装置的结构的电路图。

图2是表示PAM控制的情况的图。

图3是用于说明本发明的电源装置的动作的图。

图4是用于说明PAM脉冲的软启动处理的图。

具体实施方式

下面，根据表示本实施方式的附图具体说明本发明。

<实施方式>

空调机(以下称为“空调”)由室内机和室外机构成。而且，该室内机和室外机通过使制冷剂循环的制冷剂配管连接。

该空调中，若压缩机经压缩机电动机的旋转驱动进行工作，则制冷剂在制冷剂配管内循环。制冷模式中，经压缩机压缩后的制冷剂被提供给热交换器从而液化。然后，该液化后的制冷剂在室内机的热交换器中汽化，从而使通过热交换器的空气冷却。与此不同的是，制热模式中，经压缩机压缩后的制冷剂在室内机的热交换器中冷凝从而放热。然后，利用该制冷剂放出的热量对通过热交换器的空气加热。

室外机中设有图1所示的电源装置、以及配置于该电源装置内的控制部(未图示)。电源装置将交流电源7变换成用于驱动压缩机电动机40的直流电。另外，控制部控制室外机的动作，并且控制电源装置的动作。

如图1所示，电源装置由整流电路10、平滑电路20、逆变器电路30、以及开关SW构成。而且，电源装置还包括图1中未示出的缓冲器及控制部。电源装置将由交流电源7提供的交流电变换成预定电压的直流电。然后，电源装置通过逆变器电路30将该直流电向压缩机电动机(可理解为负载)40输出(提供)。

逆变器电路30为设有开关元件的一般结构。通过对该开关元件进行导通/断开控制，逆变器电路30将与开关动作对应的直流电输出到压缩机电动机40。此外，压缩机40以与该输出功率(电压)对应的转速进行旋转驱动。

图2中，开关SW多次反复进行开关动作。由此，生成PAW波形(称为多脉冲PAM)。该多脉冲PAM在交流电压V的半周期内具有至少两个以上的PAM脉冲。通过生成该多脉冲PAM，能进一步抑制整流电路10中流过的电流I中的高次谐波。

另一方面，通过桥状连接多个二极管1从而构成整流电路10。该整流电路10的输入部与交流电源7连接。整流电路10是用于对交流电源7进行整流的电路。另外，整流电路10的输出部与平滑电路20连接。

平滑电路20的组成部分包括：串联连接的电容(可理解为第一电容及第二电容)2、3；以及与这些电容2、3并联连接的电容(可理解为第三电容)4。平滑电路20使从整流电路10输出的脉动电流平滑化，输出直流电。由此，利用整流电路10及平滑电路20形成倍压全波整流电路。

此外，在整流电路10和平滑电路20之间配置有开关SW。更具体而言，开关SW配置在整流电路10和连接点N1之间。连接点N1位于第一电容2和第二电容3之间。利用从控制部输出的高频的各中断脉冲对该开关SW进行导通/断开控制。

另一方面，控制部与输入功率检测单元连接。控制部利用该输入功率检测单元读入来自交流电源7的交流电压(输入电压)并且读入输入电压的波形的相位信号。然后，根据读入的相位信号检测出交流电源电压的波形从正切换到负(从负切换到正)的零交叉点。控制部根据该零交叉点，计算输出PAM中断脉冲的定时。

此外，图1中虽未示出，但电源装置还包括缓冲器。该缓冲器将计算PAM中断脉冲产生定时的时候使用的参数加以保持。

下面，使用图3所示的时序图，说明本实施方式的电源装置的动作(更具体而言为PAM中断脉冲的产生动作)。

这里，从图3的上部到下部，分别描述了交流电波形、第一零交叉波形、第二零交叉波形、PAM波形(也可理解为开关SW的导通/断开波形)、以及PAM中断脉冲和零交叉点中断脉冲。交流电波形是从交流电源7输入到电源装置的波形。第一零交叉波形是导通/断开对应于零交叉点中断脉冲而变化的波形。第二零交叉波形是导通/断开对应于零交叉点而变化的波形。

首先，控制部对输入到整流电路10的交流电的零交叉点进行检测。接着，该控制部与该零交叉点的检测同步地产生零交叉点中断脉冲。

这里，在实际的电路结构中，假设与交流电的零交叉点的检测同步地产生零交叉点中断脉冲。然而，在实际的零交叉点和零交叉点中断脉冲的输出之间会产生偏差。因此，如图3所示，在交流电的预定的零交叉点、和表示检测出该预定的零交叉点的预定的零交叉点中断脉冲的产生定时之间设置偏差。

具体而言，交流电从正转移到负时，零交叉点中断脉冲的产生要比实际的零交叉点早时间tzwav。另一方面，交流电从负转移到正时，零交叉点中断脉冲的产生要比实际的零交叉点晚时间tzwav。由此，能够使实际的零交叉点和零交叉点中断脉冲的输出近似一致。这里，该时间tzwav可理解为是交流电的零交叉点、和表示检测出零交叉点的预定的零交叉点中断脉冲的产生定时之间的偏差值。

零交叉点中断脉冲的产生定时由对整流电路10的输入电压Vi作出响应的零交叉信号(导通-断开信号)产生。具体而言，零交叉点中断脉冲如下，若输入电压Vi大于预定值则输出导通信号，若变成预定值以下则变成断开信号。即，在导通信号的下降位置，检测出输入电压Vi向零交叉点下降至预定值以下。上述时间tzwav是该下降位置和零交叉点之间的偏差值。

另外，控制部在检测出预定的零交叉点之前(换言之，在表示检测出预定的零交叉点的预定的零交叉点中断脉冲Zp1产生之前)的任一阶段，事先求出预定的参数。

这里，作为该预定的参数，有上述时间tzwav、后述的PAM脉冲相位控制值ph1、ph2、后述的变量tdss。该预定的参数在计算PAM中断脉冲的产生定时的时候使用。这里，通过将该PAM中断脉冲输入到开关SW，从而控制该开关的开关动作。即，该PAM中断脉冲被用于开关SW的多次的开关动作(换言之，在生成多脉冲PAM波形时使用(称为多脉冲PAM控制))。

此外，作为在计算PAM中断脉冲的产生定时的时候使用的参数，除上述预定的参数以外，还有其它参数。在控制部中，在任一阶段事先重新计算预定的参数。另一方面，其它参数总是为固定值而不在PAM控制中进行更新等。

另外，控制部将在预定的零交叉脉冲Zp1产生之前求出的上述预定的参数保持在缓冲器中。这里，该缓冲器中保持有PAM控制期间重新计算的预定的参数、以及PAM控制期间不进行更新等的其它参数。

接着，在检测出预定的零交叉点之后(换言之，输入预定的零交叉点中断脉冲Zp1之后)，使用保持在缓冲器中的预定的参数，依次计算多个PAM中断脉冲的产生定时。这里，该计算在预定的周期(＝交流电的周期×正数)内进行。另外，该计算中，使用相同的预定的参数。

这里，若上述预定的周期太长，则电容2、3的电压平衡变差，作为结果，会在压缩机电动机40的控制中产生问题。因而，预定的周期越短越好。因而，上述预定的周期最好是交流电的一个周期。

接着，控制部在上述计算出的定时，产生各PAM中断脉冲(参照图3)。这里，图3所示的参数t_tw1～t_tw5是上述其它参数。另外，图3的预定的交叉中断脉冲Zp1之前产生的PAM中断脉冲是在使用更早之前算出的预定的参数所计算出的定时生成的。

将上述预定的周期设为交流电的一个周期tsa来继续说明。

在这种情况下，控制部在从预定的零交叉点中断脉冲Zp1开始直到交流电的一个周期后产生的零交叉点中断脉冲Zp3为止的期间，计算PAM中断脉冲的产生定时。这里，该计算是使用存储在缓冲器中的预定的参数tzwav、ph1、ph2、tdss及其它参数t_tw1～t_tw5来加以实施的。然后，在该计算出的PAM中断脉冲产生定时，产生PAM中断脉冲。

此外，在由控制部生成脉冲波形时或检测出PAM过电流后的条件下，需要软启动功能。因而，为使该软启动处理发生，控制部从软启动开始直到结束为止计算上述变量tdss。这里，上述变量tdss是对PAM波形的软启动进行规定的变量。然后，控制部使用上述相位控制值ph1、ph2、上述偏差值tzwav、以及上述计算出的变量tdss，对PAM中断脉冲的产生定时进行计算。此外，软启动结束后，变量tdss变成0。

这里，在预定的零交叉点中断脉冲Zp1和零交叉点中断脉冲Zp3之间还产生零交叉点中断脉冲Zp2。然而，该零交叉点中断脉冲Zp2在计算PAM中断脉冲的产生定时的时候没有贡献。

若该PAM中断脉冲产生，则与此同步地对开关SW的开关动作进行控制(用波形示出该开关动作的是图3的PAM波形)。

这里，作为预定的参数的PAM脉冲相位控制值ph1、ph2规定了成为PAM波形的产生定时的基准的时间。如图3所示，在以从零交叉点偏移相应于PAM脉冲相位控制值ph1、ph2的时间为基准的对称的时间，生成各PAM脉冲(换言之，在以PAM脉冲相位控制值ph1、ph2的时间为基准的对称的时间，生成PAM中断脉冲)。这样，通过在以PAM脉冲相位控制值ph1、ph2的时间为基准而对称的时间产生多个PAM脉冲，能进一步降低图2所示的电流I的高次谐波电流。

另外，PAM脉冲相位控制值ph1是因第二电容3引起的参数，PAM脉冲相位控制值ph2是因第一电容2引起的参数。

例如，可规定PAM脉冲相位控制值ph1＝变量phreq-变量ton_hosei+变量uplowhosei，另一方面，可规定PAM脉冲相位控制值ph2＝变量phreq+变量ton_hosei+变量uplowhosei。

这里，设定有多个由整流电路10的输入电流和与该输入电流对应的控制部的相位控制量构成的数据。根据该设定有的数据，计算与由输入电流检测部检测出的输入电流对应的相位控制量。由此，决定变量phreq的值。另外，变量ton_hosei将该值控制成使得电容2、3的电压相等。具体而言，在电容2的电压和电容3的电压之间存在电压差的情况下，使phreq变化，以使该电压差成为零(即，利用PI控制)。另外，变量uplowhosei用于根据电容2、3的充电量来校正脉冲信号的输出相位。通过实施该校正，使相位差检测部检测出的相位的偏差消除。这里，相位差检测部检测出的相位的偏差是脉冲信号的输出相位和使整流电路10的输入电流的波形成为正弦波的那样的脉冲信号的相位之间的偏差。

控制部在从零交叉点中断脉冲Zp1开始直到零交叉点中断脉冲Zp3为止的期间(从预定的零交叉点中断脉冲Zp1开始经过预定的周期之前)的任一阶段，事先重新计算预定的参数。而且，控制部预先将该重新计算后的预定的参数保持在缓冲器中。

接着，在经过零交叉点中断脉冲Zp3后(经过预定的周期后)，使重新计算后的预定的参数在计算零交叉点中断脉冲Zp3之后的PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数。

图3中在零交叉点中断脉冲Zp3之后示出在使用重新计算后的预定的参数及其它参数所计算出的PAM中断脉冲产生定时产生的PAM中断脉冲。

这里，PAM控制中为了抑制急剧的直流电压变动及过电流的发生，最好实施使PAM脉幅缓慢扩大的软启动处理。作为预定的参数的变量tdss是对PAM波形(PAM脉冲)的软启动进行规定的变量。图4是表示软启动过程中及软启动结束后的PAM波形(PAM脉冲)的情况的图。

如上所述，本发明的电源装置中，控制部使保持在缓冲器中的预定的参数ph1、ph2、tzwav、tdss在计算PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数。这里，在检测出预定的零交叉点后，在交流电的预定的周期内实施该计算。

因而，在产生多个连续的PAM中断脉冲的中途，不对预定的参数ph1、ph2、tzwav、tdss进行更新和重新计算。因而，能够防止发生PAM波形缺损等。从而，能够防止因该PAM波形缺损等而在电源装置中流过异常电流。

另外，本发明的电源装置中，在经过交流电的预定的周期后，在下一交流电的预定的周期内，对PAM中断脉冲的产生定时进行计算。使用重新计算出的预定的参数实施该计算。

因而，与完全不进行重新计算和更新的情况相比，能够抑制电容2、3的电压平衡变差。因而，作为结果，能够抑制在压缩机电动机40的控制中产生问题。

此外，从防止该压缩机电动机40的控制的问题等的角度来看，交流电的预定的周期最好是交流电的一个周期。由此，能够防止PAM波形缺损，并且还能完全防止上述压缩机电动机40的控制中产生问题。

此外，预定的参数ph1、ph2、tzwav、tdss随着电源装置的使用，在时序上发生变化。因而，控制部每隔交流电的预定的周期便对该预定的参数ph1、ph2、tzwav、tdss进行更新和重新计算。由此，总能维持抑制高次谐波电流的效果。

虽详细说明了本发明，但上述说明在所有方面都为示例，本发明并不局限于此。未示例的无数变形例可被设想为是不脱离本发明的范围的变形例。

Claims

1.一种电源装置，将交流电变换成直流电，并将所述直流电提供给负载(40)，其特征在于，包括：

缓冲器；

控制部；

整流电路(10)，该整流电路(10)对所述交流电进行整流；

平滑电路(20)，该平滑电路(20)由串联连接的第一电容(2)及第二电容(3)构成，使来自所述整流电路的输出平滑化后输出所述直流电；以及

开关(SW)，该开关(SW)配置在所述整流电路和所述第一电容与所述第二电容之间的连接点(N1)之间，

所述控制部进行如下步骤：

对输入到所述整流电路的所述交流电的零交叉点进行检测，

在检测出预定的所述零交叉点之前的任一阶段，事先算出在计算输入到所述开关的PAM中断脉冲的产生定时的时候使用的预定的参数，所述PAM中断脉冲在生成所述交流电的半周期内具有至少两个以上的脉冲的PAM波形时使用，

将算出的所述预定的参数保持在所述缓冲器中，

在检测出所述预定的零交叉点后，在所述交流电的预定的周期内，使保持在所述缓冲器中的所述预定的参数在计算所述PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数，

所述预定的周期为交流电的一个周期以上，

所述预定的参数有多个。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述控制部进行如下步骤：

在经过所述预定的周期前的任一阶段，事先重新计算所述预定的参数，

将所述重新计算后的预定的参数保持在所述缓冲器中，

在经过所述预定的周期后，使所述重新计算后的预定的参数在计算所述PAM中断脉冲的产生定时的时候成为公用的参数。

3.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述预定的周期是所述交流电的一个周期。

4.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述预定的参数是距所述交流电的所述零交叉点的偏差量，即成为所述PAM中断脉冲的产生定时的基准的PAM中断脉冲相位控制值。

5.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述预定的参数中的一个是所述交流电的所述预定的零交叉点和表示检测出所述预定的零交叉点的预定的零交叉点中断脉冲的产生定时之间的偏差值。

6.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述预定的参数中的一个是对所述PAM波形的软启动进行规定的变量。

7.如权利要求6所述的电源装置，其特征在于，

在由所述控制部生成脉冲波形时或检测出PAM过电流后的条件下，所述控制部进行如下步骤：

从所述软启动开始直到结束为止，计算对所述PAM波形的软启动进行规定的所述变量，

使用距所述交流电的所述零交叉点的偏差量即成为所述PAM中断脉冲的产生定时的基准的PAM中断脉冲相位控制值、所述交流电的所述预定的零交叉点和表示检测出所述预定的零交叉点的预定的零交叉点中断脉冲的产生定时之间的偏差值、以及对所述PAM波形的软启动进行规定的所述变量，对所述PAM中断脉冲的产生定时进行计算。