CN103125066B - 电力变换装置以及冷冻空调装置 - Google Patents

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Abstract

提供能够确保高效·高可靠性的电力变换装置等。具备：使由电源1施加的电压变化成规定的电压的升压单元2；用于进行使流过升压单元2的电流流向其它路径的换流动作的换流单元4；向负荷9侧供给对与升压单元2以及换流单元4的输出有关的电压进行了平滑的电力的平滑单元3；根据与升压单元2有关的电压以及电流的至少一方，进行与升压单元2的升压等的电压可变有关的控制以及换流单元4的换流动作的控制的控制单元6。

Description

电力变换装置以及冷冻空调装置
技术领域
本发明涉及电力变换装置以及冷冻空调装置。
背景技术
随着可变电压·可变频率的变频器（inverter）装置等实用化，正在拓展各种电力变换装置的应用领域。
例如，关于电力变换装置，近年来正在大力进行升降压变换器的应用技术开发。另一方面，还正在大力进行以碳化硅等为材料的宽带隙半导体元件等的开发。关于这样的新元件，关于即使是高耐压，电流容量（电流有效值的允许值）也小的元件正在以整流器为中心进行实用化。（例如，参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2005－160284号公报（图1）
发明的内容
发明要解决的课题
另一方面，在对高效的新元件进行实用化时，例如，关于电流容量大的元件，由于高成本、结晶缺陷等，面向实用化存在很多的课题，认为达到普及尚需要时间。因此，例如对于电力变换装置，要使用新元件谋求高效化在当前的状况下尚有困难，该电力变换装置进行供给到空调装置的压缩机的电机等那样的电力以上的变换。
本发明考虑到上述课题，以提供能够确保高效、高可靠性的电力变换装置等为目的。
用于解决课题的手段
本发明涉及的电力变换装置具备：电压可变单元，使被施加的电压变化成规定的电压；换流单元，用于进行使流过电压可变单元的电流流向其它路径的换流动作；平滑单元，向负荷侧供给对与电压可变单元以及换流单元的输出有关的电压进行了平滑的电力；以及控制单元，根据与电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，进行与电压可变单元的电压可变有关的控制以及换流单元的换流动作的控制。
发明效果
根据本发明的电力变换装置，通过设置能够进行换流动作的换流单元，能够使流过电压可变单元的电流换流到其它路径。因此，例如，在电压可变单元的动作中，能够降低从平滑单元侧流向电压可变单元侧（电源侧）的电流，例如，能够与电压可变单元中使用的元件的电流容量等无关地，减少由这样的电流引起的损耗、传导损耗。而且，由于通过换流单元的换流动作，损耗变小，因此作为系统整体能够谋求高效化。
另外，通过谋求减少从平滑单元侧流向电压可变单元侧的电流，能够降低由电流发生引起的噪声端子电压电平。因此，在应对EMC（Electro－MagneticCompatibility：电磁兼容性）上是有效的。特别是，能够谋求噪声滤波器的小型化、低成本化。
而且，例如，由于没有在系统中使用的开关元件中的支路短路等的担忧，因此能够进行高可靠性设计。
附图说明
图1是表示以实施方式1涉及的电力变换装置为中心的系统的图。
图2是表示以电力变换装置为中心的系统的其它例子的图。
图3是表示了实施方式1涉及的系统的动作模式的例子的图。
图4是表示不使换流单元4动作的情况下的信号以及电压波形的图。
图5是说明用于驱动信号sa的基准信号生成的单元结构例的图。
图6是用于说明用于生成驱动信号sa等的的单元结构例的图。
图7是用于说明制成PWM信号的1个例子的图。
图8是表示恢复电流发生路径的1个例子的图。
图9是表示使换流单元4动作的情况下的信号以及电流波形的图。
图10是表示以实施方式2涉及的电力变换装置为中心的系统的图。
图11是表示以实施方式2涉及的电力变换装置为中心的系统的图。
图12是本发明的实施方式4涉及的冷冻空调装置的结构图。
具体实施方式
以下，参照图面等说明发明的实施方式涉及的电力变换装置等。
实施方式1
图1是表示以本发明的实施方式1涉及的电力变换装置为中心的系统结构的图。首先，说明图1中的具有能够高效地进行电力变换的电力变换装置的系统结构。
图1所示的系统在电源1与负荷9之间连接有电力变换装置。电源1例如能够使用直流电源、单相电源、三相电源等各种电源。这里，设为是直流电源的情况进行说明。另外，负荷9是电机等、与电机等连接的变频器装置等。
电力变换装置具有把电源1施加的施加电压升压到规定电压的升压单元2、在必要的定时，把流过升压单元2的电流换流到不同的路径（其它路径）的换流单元4以及对与升压单元2、换流单元4的动作有关的电压（输出电压）进行平滑的平滑单元3。另外，具有对在平滑单元3中得到的电压进行检测的电压检测单元5、用于根据与电压检测单元5的检测有关的电压，控制升压单元2以及换流单元4的控制单元6。进而，具有使来自控制单元6的驱动信号sa成为与升压单元2相符的驱动信号SA，并传递到升压单元2的驱动信号传递单元7以及使来自控制单元6的驱动信号（换流信号）sb成为与换流单元4相符的驱动信号SB，并传递到换流单元4的换流信号传递单元8。
本实施方式的升压单元2例如包含被连接于电源1的正侧或者负侧的电抗器21、被连接其后级的升压用开关22（电力可变用开关22）以及升压用整流器23（电力可变用整流器23）。这里，如图1所示，关于升压用整流器23，设把B点侧作为阳极侧，把C点侧作为阴极侧。例如，例如具有晶体管等开关元件的升压用开关22根据来自驱动信号传递单元7的传递驱动信号SA进行开闭，控制经由升压用开关22的电源1的正侧与负侧之间的导通、非导通。关于作为开关元件使用的半导体元件的种类没有特别限定，使用能够承受来自电源1的电力供给的高耐压的元件等。这里，在图1中虽然没有示出，但是升压用开关22从开关动作用的电源接受用于进行开闭动作的电力供给。另外，例如由pn结二极管等构成的升压用整流器23把电流（电力）从电源1侧向负荷9侧进行整流。在本实施方式中，与从电源1供给到负荷9的电力的大小相符地使用电流容量大的整流器。另外，为了抑制升压用整流器23中的电力（能量）损耗，使用正向电压低（Vf特性良好）的元件进行整流。
另外，本实施方式的换流单元4包含变压器41、换流用整流器42、驱动变压器41的变压器驱动电路43。图1中，设变压器41的初级侧、次级侧绕组的极性相同。而且，变压器41的次级侧绕组与整流器42被串联连接。进而，换流用整流器42与升压单元2的升压用整流器23并联连接。
变压器41构成变压器驱动电路43和换流动作单元。通过对初级侧绕组施加电压而流过励磁电流，在次级侧绕组发生电流，使在升压单元2中流动的电流换流。
换流用整流器42对与换流有关的电流（在其它路径流动的电流）进行整流。这里，换流用整流器42例如采用在电特性（特别是恢复特性）上优异，电流容量小且反向恢复的时间快的半导体元件。另外，由于位于从电源1向负荷9供给的电力的路径上，因此需要采用高耐压的元件。这里，作为换流用整流器42，使用恢复特性特别良好的硅制肖特基势垒二极管，或者以SiC（碳化硅）、GaN（galliumnitride、氮化镓）、金刚石等为材料的宽带隙半导体的元件。
变压器驱动电路43进而包含例如用于向变压器41供给电力的变压器用电源45和换流用开关44。例如有晶体管等开关元件的换流用开关44根据来自换流信号传递单元8的换流信号SB进行开闭，控制从变压器用电源45向变压器41（初级绕组侧）的电力供给、供给停止。变压器用电源45成为用于使换流单元4进行换流动作的电源。而且，关于变压器用电源45施加到变压器41的电压，使得比由升压单元2、换流单元4施加到平滑单元3的电压（输出电压）低。这里，虽然在图1中没有特别示出，但是考虑到噪声应对、故障时的电路保护等，也可以设为在连接变压器用电源45、换流用开关44以及变压器41的初级侧绕组的布线路径中，根据需要插入限制电阻、高频电容器、缓冲电路、保护电路等。另外，关于变压器用电源45，也可以设为与用于进行升压用开关22的开闭动作的电源是共用的。
另外，虽然在图1的变压器41中，未设置复位励磁电流的复位绕组，但根据需要，也可以在初级侧绕组附加复位绕组，进而设置整流器等。由此，能够使得在变压器用电源45侧再生励磁能量，能够进一步的高效化。
平滑单元3例如包含平滑用的电容器，平滑与升压单元2等的动作有关的电压，并施加到负荷9。另外，电压检测单元5检测由平滑单元3平滑后的电压（输出电压Vdc）。在这里，由基于分压电阻的电平转移电路等构成。另外，根据需要，也可以附加模/数转换器等，使得能够成为控制单元6进行运算处理等的信号（数据）。
图2是表示以电力变换装置为中心的系统结构的其它例子的图。图2的电力变换装置具有电流检测元件10以及电流检测单元11。电流检测元件10检测电源1与升压用开关22的负侧中的连接点之间的电流，例如，使用电流互感器、分路电阻等。
另外，电流检测单元11在将与电流检测元件10的检测有关的电流作为信号进行传送时，变换为控制单元6能够进行处理的适当值（Idc）的信号，输入到控制单元6。因此，由放大电路、电平转移电路、滤波器电路等构成。这里，在控制单元6能够代替处理电流检测单元11进行的功能的情况下，也可以适当省略电路等。
如图2所示，根据与电压检测单元5的检测有关的电压、与电流检测元件10以及电流检测单元11的检测有关的电流，控制单元6进行驱动信号的生成、发送处理。在图2的电力变换装置中，虽然具有电压检测单元5、和电流检测元件10以及电流检测单元11双方，但也可以设置某一方，控制单元6仅根据电流、电压进行驱动信号生成等的处理。
控制单元6由微机或者数字信号处理器等运算装置、在内部具有与运算装置同样功能的装置等构成。在本实施方式中，例如根据与电压检测单元5、电流检测元件10以及电流检测单元11的检测有关的电压、电流，生成用于指示使升压用开关22、换流用开关44动作的信号，控制升压单元2、换流单元4。这里，虽然在图1中没有示出，但控制单元6从控制单元动作用的电源接受用于进行处理动作的电力供给。关于该电源，可以设为与变压器用电源45是共同的。另外，在本实施方式中，设为控制单元6控制升压单元2以及换流单元4的动作来进行了说明，但不限于该情况。例如，也可以是2个控制单元分别控制升压单元2、换流单元4。
驱动信号传递单元7例如由缓冲器和逻辑IC、电平转移电路等构成，把驱动信号sa变换成驱动信号SA后传递到升压单元2。其中，例如，如果是在控制单元6内内置其功能的情况等，则可以适当省略。这种情况下，控制单元6可以把要传送的驱动信号sa作为驱动信号SA，直接进行升压用开关22的开闭操作。另外，换流信号传递单元8也与驱动信号传递单元7同样地，通常由缓冲器或者逻辑IC、电平转移电路等构成，把换流信号sb变换成换流信号SB后传递到换流单元4。其中，如果是在控制单元6内内置其功能的情况等，则可以适当省略。这种情况下，控制单元6可以把要传送的驱动信号sb作为驱动信号SB，直接进行换流用开关44的开闭操作。以后，驱动信号SA设为是与来自控制单元6的驱动信号sa相同的信号，换流信号SB设为是与换流信号sb相同的信号来进行说明（因此，设为驱动信号sa、换流信号sb）。
其次，说明与图1的系统有关的动作。
图3是表示了与实施方式1有关的系统的动作模式的例子的图。本系统中的电力变换装置的电力变换动作（在本实施方式中是升压动作）成为在升压斩波器中添加了整流器的换流动作。因此，根据升压用开关22以及换流用开关44的开闭状态的组合，存在总计4种模式的动作模式。
首先，考虑升压用开关22接通（闭合），而且换流用开关44断开（打开）的状态的情况。通常，升压用整流器23与恢复特性良好的换流用变压器42相比较，使用正向电压低的元件。另外，由于变压器41的绕组是电感成分，因此不使励磁电流流过的情况下，不流过电流。由此，关于换流用开关44是断开的这种情况，在设置了换流单元4的路径（其它路径）中不流过电流。而且，由于升压用开关22接通，因此在图3（a）的路径中，电源1的正侧与负侧导通，流过电流（因此，在经由升压用整流器23的路径中不流过电流）。由此，能够在电抗器21中存储能量。
接着，考虑升压用开关22断开，而且换流用开关44断开的情况。这种情况下，由于换流用开关44也是断开，因此在设置了换流电路4的路径中不流过电流。另外，由于升压用开关22是断开，因此在图3（b）的路径（经由升压用整流器23的路径）中，能够经过平滑单元3向负荷9侧供给电抗器21的能量。
进而，考虑升压用开关22接通、且换流用开关44接通的情况。这种情况下，是虽然换流用开关44接通，但升压用开关22也同时接通的状态，由于电源1侧的阻抗低，因此在设置了换流单元4的路径中几乎没有电流流过。因而，在图3（c）的路径中流过电流，能够在电抗器21中存储能量。本动作模式是不作为控制来进行的动作模式。虽然由于换流信号SB的传递延迟等，有时瞬间成为本动作模式，但是在使用上不会特别地成为问题。
接着，考虑升压用开关22断开、且换流用开关44接通的情况。这种情况下，由于升压用开关22是断开的，因此经过升压用整流器23，向负荷9侧流入电流（电流路径1）。另外，由于换流用开关44也接通，因此变压器41被励磁，如图3（d）所示，即使在设置了换流单元4的路径中也流过电流（电流路径2）。而且，如果该状态经过一定时间，则完全换流，成为仅在设置了换流单元4的路径中流过电流。
根据以上的各动作模式，虽然在升压用开关22断开、且换流用开关44接通时发生换流动作，但是因升压用开关22的开闭导致的能量向电抗器21的存储动作沿用了升压斩波器。由此，如果升压用开关22以接通时间Ton、断开时间Toff反复进行开关动作（开闭），则成为在C点施加下式（1）的平均电压Ec，进行升压。在这里为了简化，把电源1的电压设为E1。
Ec＝（Ton＋Toff）·E1/Toff（1）
图4是表示使换流单元4不进行动作（不发送换流信号sb或者发送断开信号）时的驱动信号sa以及各部分电流波形I1～I3的图。这里，驱动信号sa是PWM信号，把HI侧作为有源方向（接通方向）。如果驱动信号sa接通，则升压用开关22接通（闭合），如果断开，则升压用开关22断开（打开）。
电流I1表示流过电抗器21的电流。另外，电流I2表示流过升压用开关22的电流，I3表示流过升压用整流器23的电流。这里，各电流波形表示从电源1接通后以使得负荷9、输出电压Vdc成为固定输出的方式控制驱动信号sa的接通时间·断开时间，并经过了充分时间后的例子。而且，驱动信号sa的接通时间与断开时间的比例（占空比）几乎为固定。
图5是用于说明控制单元6进行的生成用于生成驱动信号sa的基准信号的1个例子的图。如图5所示，本实施方式的控制单元6设为具有反馈控制器101。
反馈控制器101根据通过电压检测单元5的检测得到的实际的输出电压Vdc和所设定的目标电压Vdc＊（指令值），进行例如比例积分控制（PI控制），生成用于生成驱动信号sa的基准信号（工作状态（duty）。以下，仅称为基准信号）。
这时，以使实际的输出电压Vdc接近目标电压Vdc＊的方式实施反馈控制。利用基准信号逐次修正·设定驱动信号sa的接通时间，反映在驱动信号sa的占空比中。其结果，经过了一定时间以后，如果输出电压Vdc与目标电压Vdc＊消除了稳态偏差则成为几乎相同。
在实用的情况下，也可以在控制单元6内的存储单元等中作为内部存储器，预先把目标电压Vdc＊的值映射化，根据运行状况使值变化。另外，也可以在控制单元6的外部的存储装置存储，读入到控制单元6内，执行控制。
另外，如图2那样，在具有电流检测元件10以及电流检测单元11，进行电流检测的情况下，例如，如图5（b）所示，把反馈控制器102连接在反馈控制器101的后级侧。
然后，根据输出电压Vdc和目标电压Vdc＊，反馈控制器101输出电流指令值Idc＊。
然后，根据电流指令值Idc＊和与电流检测元件10以及电流检测单元11的检测有关的电流检测值Idc，反馈控制器102例如进行PI控制，生成基准信号。这时，实施控制，以使实际的输出电流Idc与目标值Idc＊接近，利用基准信号，逐次修正·设定驱动信号sa的接通时间。这种情况下，经过一定时间以后，Vdc、Idc也几乎成为目标值（消除稳态偏差）。
这里，有必要根据使用条件，考虑控制的无用时间等。因此，也可以使反馈控制器101、102根据状况，进行在比例积分控制中组合了微分控制的PID控制。
另外，关于电流指令值Idc＊，例如，也可以使控制单元6的存储部等存储映射化了的数据，根据运行状况，使值变化。另外，也可以存储在控制单元6的外部的存储装置中，读入到控制单元6内，执行控制。另外，代替电流，也可以用电力等代替量来进行控制。
图6是用于说明控制单元6的驱动信号sa的生成的1个例子的图。这里，说明图6（a）。图6（a）表示不使换流单元4进行换流动作（没有换流单元4，或者断开输出换流信号sb）时的实现控制单元6中的电压可变控制的单元的结构。在图6（a）所示的控制单元6的结构中，设为具有基准信号生成单元201、第1三角波信号生成单元202、PWM信号生成单元211以及PWM信号发生单元212。
图6（a）中，基准信号生成单元201生成用于生成驱动信号sa的基准信号。基准信号生成单元201是与上述的图5中的反馈控制器101或反馈控制器101与102的组合相当的单元。
另外，第1三角波信号生成单元202生成具有预先设定的周期、振幅等的第1三角波信号。而且，PWM信号生成单元211把第1三角波信号生成单元202生成的第1三角波信号与基准信号生成单元201生成的基准信号进行比较，根据信号的大小关系生成PWM信号，决定升压用开关22的通断状态。
图7是用于说明PWM信号生成的1个例子的图。这里，首先说明图7（a）。例如，把第1三角波信号生成单元202生成的第1三角波信号与基准信号生成单元201生成的基准信号进行比较，如果基准信号比第1三角波信号大，则把驱动信号sa设为HI（接通）。另一方面，如果基准信号小于等于第1三角波信号，则把驱动信号sa设为Low（断开）。这里，也可以根据需要，变更是否把有源方向或者阈值（阈值）包含在判断为HI的一侧等。
而且，例如由PWM发生器等构成的PWM信号发生单元212把用于使升压用开关22动作的驱动信号sa发送到驱动信号传递单元7。这样，控制单元6控制升压用开关22的通断（开闭）。
如以上那样，控制单元6生成驱动信号sa。进而，参照图1以及图4，说明驱动信号sa与流过的电流的关系。流过电抗器21的电流I1在图1的A点分支了以后，分流成流过升压用开关22的电流I2和流过升压用整流器23的电流I3。用以下的公式（2）表示这一点。
I1＝I2＋I3（2）
在升压用整流器23中流动着正向电流的状态下，如果通过驱动信号sa接通升压用开关22（闭合），则由于A点－D点之间导通，所以图1的B点的电位几乎与图1的D点的电位相等。例如在升压用开关22中使用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）或者场效应晶体管（MOS）等元件的情况下，元件的导通电压为B点与D点的电位差（B点的电位与电源1的负侧电位几乎相等）。另一方面，通过平滑单元3，图1的C点的电位几乎保持为充电电位状态。由此，如果闭合升压用开关22，则对升压用整流器23施加C点－B点之间的电位差部分的反偏压，升压用整流器23转移到断开动作。
图8是用于说明恢复电流的流动的图。在升压用整流器23中使用pn结二极管等的情况下，直到升压用整流器23进行反向恢复（阻止反向的电流）为止的期间，在图8所示的路径流过短路电流（以下，把该短路电流称为恢复电流）。而且，电路损耗由于想要从负荷9（平滑单元3）侧流向电源1侧的恢复电流而增大。另外，本电流成为使共模电流位移的主要原因，噪声端子电压·发射噪声等的电平上升。因此，在噪声应对上花费多。另外，噪声滤波器（未图示）形状大，限制了设置空间的自由度。
另外，通常在整流器等中，存在伴随着电流容量的增加，存储载流子量也增加的倾向。因此，如果电流容量增加，由于反向恢复的延迟等，恢复电流也增加。另外，由于施加的反偏压增大，恢复电流也增加。
因而，在本实施方式中，对于电流容量大的升压用整流器23，不是施加高的反偏压进行反向恢复，而是设置换流用的其它路径，控制成在即将接通（闭合）升压用开关22之前的定时，经过换流单元4的变压器41以及换流用整流器42，对升压用整流器23施加低的反偏压使其进行反向恢复以后，接通升压用开关22（以下，称为换流控制）。
因此，在即将接通驱动信号sa之前，接通换流单元4的换流信号sb，使得经过变压器41流向升压用整流器23的电流换流到换流用整流器42。
这里，关于用于生成驱动信号sa的基准信号，不管是否进行换流控制，都如上所述，进行由反馈控制器101、102（基准信号生成单元201）实施的PI控制等，设定驱动信号sa的接通时间（参照图5（a）、（b））。
图9是表示使换流单元4动作（发送换流信号sb）时的驱动信号sa、换流信号sb以及电流波形I1～I5的图。这里，换流信号sb是PWM信号，把HI侧设为有源方向（接通方向）。另外，各电流波形表示从电源1投入起以使得负荷9成为固定输出的方式控制驱动信号sa的接通时间·断开时间，并经过了充分时间以后的例子。而且，驱动信号sa的占空比表示几乎固定值。另外，关于I1～I3表示流过与在图3说明过的情况相同的部分的电流。
如用以下公式（3）所示那样，电流I3在B点分支后，分流成流过升压用整流器23的电流I4和流过变压器41的次级侧绕组以及换流用整流器42的电流I5。
I3＝I4＋I5（3）
这里，说明图6（b）。图6（b）表示使换流单元4进行换流动作（发送换流信号sb）时的实现控制单元6中的电压可变控制的单元的结构。在图6（b）表示的控制单元6的结构中，具有与图6（a）相同的基准信号生成单元201、第1三角波信号生成单元202、PWM信号生成单元211以及PWM信号发生单元212。进而，在图6（b）的控制单元6的结构中，设为具有第2三角波信号生成单元203、换流信号生成单元221以及换流信号发生单元222。
第2三角波信号生成单元203对于第1三角波信号生成单元202生成的第1三角波信号，生成有预定滞后宽度的第2三角波信号。
而且，换流信号生成单元221把第1三角波信号生成单元202生成的第1三角波信号、第2三角波信号生成单元203生成的第2三角波信号以及基准信号生成单元201生成的基准信号进行比较，生成换流信号sb。
接着，根据图7（b），说明把3个信号进行了比较的换流信号sb的生成。例如，在第1以及第2三角波信号的下降区间（后半区间），当第2三角波信号与基准信号为相同的值时，如果第1三角波信号比基准信号大，则接通换流信号sb（由此，换流用开关闭合）。另一方面，当第1三角波信号与基准信号为相同的值时，如果第2三角波信号比基准信号小，则断开换流信号sb（由此换流用开关打开）。
这里，通过第1三角波信号、第2三角波信号、基准信号满足上述那样的关系，切换换流信号sb的接通或者断开，而这时，例如也可以考虑从换流信号sb的输出驱动变压器41，用于向换流用整流器42开始换流的延迟时间等，来设定换流单元4的接通定时（换流动作开始定时）。另外，关于换流单元的断开定时，考虑变压器驱动电路43的延迟时间、升压用整流器23的反向恢复时间（通常数百ns～数μs）、换流用整流器42的反向恢复时间（通常数ns～数百ns）等，能够进行在包括接通升压用开关22的定时的预定期间内使换流动作停止那样的设定。这种情况下，既可以在驱动信号sa·换流信号sb的通断定时进行调整，或者，也可以在驱动信号传递单元7或者换流信号传递单元8内，在包括用于得到规定的延迟时间的延迟电路等中进行时间调整。进而，信号的有源方向等也可以根据需要变更。这里，在三角波信号中，可以利用三角波信号生成时的定时器等，例如，周期性地判断是前半还是后半等来进行是否是下降期间（后半区间）的区间判定。另外，也可以通过三角波信号的时间管理（计数经过时间），根据信号接通定时·断开定时的判断来进行判定。
另外，在这里根据第1、第2三角波信号和基准信号生成了换流信号sb，但不限定于这样的生成。例如，如图7（c）所示，还能够生成使基准信号具有与第1三角波信号和第2三角波信号的滞后量相当的偏移量的第2基准信号，根据2个基准信号和第1三角波信号生成换流信号sb。
而且，例如，由PWM发生器等构成的换流信号发生单元222向换流信号传递单元8发送用于使换流用开关44动作的换流信号sb。这样，控制单元6控制换流用开关44的开闭。
如以上那样，控制单元6生成换流信号sb。接着，参照图1以及图9，说明驱动信号sa、换流信号sb和流过的电流的关系。在即将接通驱动信号sa（接通升压用开关22）之前，如果换流信号sb接通，则由于励磁电流，在变压器41的次级侧绕组中开始流过电流。由此，电流分流，开始流向升压用整流器23侧和换流用整流器42侧（其它路径）。然后，如果维持换流信号sb的接通状态，则成为在升压用整流器23侧不流过电流，所有的电流在换流用整流器42侧流动（换流结束）。
这时，通过设定成使与变压器用电源45有关的施加电压与升压单元2的输出电压（C点－D点之间电位等）相比较成为充分低的电压，即使在低的反偏压下，也能够使升压用整流器23关断（反向恢复）。
而且，在该状态下接通驱动信号sa。这时，在换流用整流器42中进行反向恢复动作。该情况下也发生恢复电流。但是，换流用整流器42的反向恢复中的传导时间由于与升压用整流器23相比较是极短的时间，因此换流用整流器42中所需要的有效电流的值也可以很小。由此，能够使用存储载流子量小、电流容量小的元件，与升压用整流器23相比较，能够降低恢复电流（其中，考虑峰值电流来选定元件）。
以上的结果，在实施方式1的系统中，通过在电力变换装置中设置了换流单元4，把流过升压单元2的电流通过其它路径换流到平滑单元3侧，从而例如在升压用开关22接通之前，使升压用整流器23反向恢复，使通过升压用开关22接通而流过的恢复电流不是经由正向电压低但流过大量的恢复电流的升压用整流器23，而是经由与反向恢复有关的时间短、恢复特性良好的换流用整流器42进行流动，从而能够减少电力变换装置中的恢复电流。另外，当没有进行换流动作时（通常时），由于电流流过正向电压低的升压用整流器23，因此能够抑制升压单元2在电力变换动作中的损耗。因此，例如，作为升压用整流器23即使设为使用电流容量大的元件等，也能够与升压单元2中的元件的电流容量、元件的恢复特性等无关地，降低恢复损耗、传导损耗。由此，虽然进行换流单元的换流动作等，但是作为系统整体，能够降低起因于恢复电流的损耗以及噪声量。
另外，抑制电路损耗，此外降低噪声端子电压·放射噪声等的电平。由此，能够使噪声滤波器小型化，能够降低成本等。而且，对EMC应对上是有效的。
另外，由于能够把用于使升压用开关22动作的驱动电源（栅极驱动用电源）、用于进行控制装置6的处理动作的电源的某一方与变压器用电源45取为共同的电源，因此不需要新制作电源，能够避免成本上升。
另外，由于在换流用整流器42中使用了宽禁带半导体，因此能够得到低损耗的电力变换装置。另外，由于电力损耗小，因此能够谋求元件的高效化。宽禁带半导体由于允许电流密度高，因此能够谋求元件的小型化，组装元件的单元等也能够小型化。这里，不仅是换流用整流器42，例如，在作为系统整体不影响损耗的情况下，在换流用开关44等其它的元件中也能够使用宽禁带半导体。
这里，在换流用整流器42中，除了宽禁带半导体以外，也可以使用例如正向电压低、损耗少的高耐压的肖特基势垒二极管等。这些元件随着成为电流有效值的允许值大的规范，结晶缺陷增大或者成本上升变大。在本实施方式的电力变换装置（系统）中，由于在其它路径中的电流流过的时间短，因此换流单元中的整流器能够使用电流有效值的允许值小（电流容量小）的元件，能够实现成本性能良好的高效的电力变换装置。
另外，由于经过变压器41能够把升压单元2、变压器41的次级侧绕组及换流用整流器42与变压器驱动电路43、控制单元6及换流信号sb之间绝缘，因此能够比较简单地进行换流信号sb（换流信号SB）的发送。而且，能够使施加高电压的单元与以低电压进行动作的单元电分离。另外，能够进行安全性、可靠性高的系统的构筑。这里，在本实施方式中，由变压器41和变压器驱动电路43构成换流动作单元，虽然有不能发挥上述那样效果的可能性，但是只要能够进行把电流换流到其它路径的换流动作，则可以变更单元结构。
实施方式2
图10是表示以本发明的实施方式2涉及的电力变换装置为中心的系统结构的图。接着，说明与图1同样具有能够高效地进行电力变换的装置的系统结构。
图10中，与实施方式1（图1等）相比较，把电源1作为交流电源（单相）这一点以及具备整流器51a～51d这一点不同。二极管等整流器51a～51d构成二极管桥，整流由电源1（交流）供给的电流（电力）。
图11是表示实施方式2的系统的代表性动作涉及的电流的流动的图。图11（a）是电流流过整流器51a·51d以及升压用开关22的情况。这时，是升压用开关22接通、且变压器驱动电路43没有进行驱动（变压器41没有进行动作）的状态。
另外，图11（b）是电流流过整流器51a·51d以及升压用整流器23的情况。这时，是升压用开关22断开、且变压器驱动电路43没有进行驱动的状态。
而且，图11（c）是电流流过整流器51a·51d以及升压用整流器23·换流用整流器42的情况。这时，是升压用开关22断开、且变压器驱动电路43驱动着的状态。
这里，在即将从图11（b）的状态（升压用开关22断开）转移到图11（a）的状态之前（升压用开关22即将接通之前），如图11（c）所示，通过驱动变压器驱动电路43进行换流控制，能够降低恢复电流。
另外，在整流器51b·51c中电流流过的情况也是相同的，在升压用开关22即将接通之前，通过使变压器驱动电路43驱动进行换流控制，能够降低恢复电流等。
如以上那样，在电源1是单相交流电源的情况下，也能够起到与实施方式1相同的效果。
这里，作为例子，说明电源1是单相交流电源的情况下，在直流侧（从整流器51a～51d到负荷9侧）设置用于使电压可变的升压用开关22（电压可变用开关）的电力变换装置，但也能够适用于其它结构的电力变换装置。例如，也能够展开成在交流侧（整流器51a～51d到电源1侧）设置升压用开关22（电压可变用开关）。另外，还能够展开于在电源1是三相交流电源的情况下，变换所供给的电力的电力变换装置中。
实施方式3
在上述的实施方式中，说明了把成为换流单元4的换流对象的单元设为升压单元2，进行了把电源1的电压升压了的电力变换的电力变换装置，但不限于这种情况。代替升压单元2，例如，在应用了能够使降压单元、升降压单元等的电压变化的电压可变单元的电力变换装置中，也能够起到上述的效果。
实施方式4
图12是本发明的实施方式4涉及的冷冻空调装置的结构图。在本实施方式中，作为具有上述实施方式中的电力变换装置的冷冻循环装置的一个例子，说明冷冻空调装置。图12的冷冻空调装置具备热源侧单元（室外机）300和负荷侧单元（室内机）400，它们用制冷剂管路连接，构成主要的制冷剂回路（以下，称为主制冷剂回路），使制冷剂循环。把制冷剂管路中的气体的制冷剂（气体制冷剂）流过的管路作为气体管路500，把液体的制冷剂（液体制冷剂。有时是气液双相制冷剂的情况）流过的管路作为液体管路600。
热源侧单元300在本实施方式中，具有压缩机301、油分离器302、四通阀303、热源侧热交换器304、热源侧风扇305、储液器306、热源侧节流装置（膨胀阀）307、制冷剂间热交换器308、旁路节流装置309以及热源侧控制装置310的各装置（单元）。
压缩机301压缩吸入的制冷剂后排出。这里，压缩机301具备变频器装置等，通过使运转频率任意变化，能够使压缩机301的容量（每单位时间的送出制冷剂的量）精细地变化。另外，例如，上述各实施方式中的电力变换装置被安装在供给驱动压缩机301（电机）的电力的电源1与成为负荷9的变频器装置、压缩机301等之间。
油分离器302使混在制冷剂中被从压缩机301排出的润滑油分离。被分离出的润滑油被返回到压缩机301。四通阀303根据来自热源侧控制装置310的指示，按照制冷运转时和制热运转时，切换制冷剂的流动。另外，热源侧热交换器304进行制冷剂与空气（室外的空气）的热交换。例如，在制热运转时，作为蒸发器发挥功能，进行经由热源侧节流装置307流入的低压的制冷剂与空气之间的热交换，使制冷剂蒸发、汽化。另外，在制冷运转时，作为冷凝器发挥功能，进行从四通阀303侧流入的在压缩机301中压缩了的制冷剂与空气之间的热交换，使制冷剂冷凝、液化。在热源侧交换器304中，为了有效地进行制冷剂与空气的热交换，设置有热源侧风扇305。关于热源侧风扇305也经由上述各实施方式中记载的电力变换装置进行电力供给，例如，在成为负荷9的变频装置中，也可以使风扇电机的运转频率任意变化，使风扇的旋转速度精细地变化。
制冷剂间热交换器308在流过成为制冷剂回路的主要部分的流路的制冷剂与从其流路分支并由旁路节流装置309（膨胀阀）进行了流量调整的制冷剂之间进行热交换。特别是，在制冷运转时，在需要把制冷剂进行过冷却的情况下，把制冷剂过冷却，供给到负荷侧单元400。经由旁路节流装置309流动的液体经过旁路管路返回到储液器306。储液器306例如是蓄积液体的剩余制冷剂的单元。热源侧制冷装置310例如由微机等构成。能够与负荷侧控制装置404进行有线或无线通信，例如，根据与冷冻空调装置内的各种检测单元（传感器）的检测有关的数据，进行基于变频器电路控制的压缩机301的运转频率控制等，控制冷冻空调装置涉及的各单元来进行冷冻空调装置整体的动作控制。另外，在上述的实施方式中说明过的控制单元6进行的处理也可以由热源侧控制装置310进行。
另一方面，负荷侧单元400具有负荷侧热交换器401、负荷侧节流装置（膨胀阀）402、负荷侧风扇403以及负荷侧控制装置404。负荷侧热交换器401进行制冷剂与空气的热交换。例如，在制冷运转时作为冷凝器发挥功能，进行从气体管路500流入的制冷剂与空气之间的热交换，使制冷剂冷凝、液化（或者气液双相化），流出到液体管路600侧。另一方面，在制冷运转时作为蒸发器发挥功能，进行由负荷侧节流装置402变成为低压状态的制冷剂与空气之间的热交换，使制冷剂夺取空气的热使其蒸发、汽化，流出到气体管路500侧。另外，在负荷侧单元400中设置有用于调整进行热交换的空气的流动的负荷侧风扇403。该负荷侧风扇403的运转速度例如由使用者的设定来决定。负荷侧节流装置402是为了通过使口径变化来调整负荷侧热交换器401内的制冷剂的压力而设置的。
另外，负荷侧控制装置404也由微机等构成，例如，能够与热源侧控制装置310进行有线或无线通信。根据来自热源侧控制装置310的指示、来自居住者等的指示，例如，控制负荷侧单元400的各装置（单元），使得室内成为规定的温度。另外，发送包括与设置在负荷侧单元400中的检测单元的检测有关的数据的信号。
如以上那样，在实施方式4的冷冻空调装置中，由于使用上述实施方式中的电力变换装置，向压缩机301、热源侧风扇305等进行电力供给，因此能够得到高效、高可靠性的冷冻空调装置。
产业上的可利用性
在上述的实施方式4中，说明了把本发明涉及的电力变换装置应用于冷冻空调装置的情况，但不限于该情况。也能够应用于热泵装置、冷藏库等利用冷冻循环（热泵循环）的装置、电梯等输送设备等、以及照明器具（系统）中。
符号的说明
1：电源
2：升压单元
3：平滑单元
4：换流单元
5：电压检测单元
6：控制单元
7：驱动信号传递单元
8：换流信号传递单元
9：负荷
10：电流检测元件
11：电流检测单元
21：电抗器
22：升压用开关
23：升压用整流器
41：变压器
42：换流用整流器
43：变压器驱动电路
44：换流用开关
45：变压器用电源
51a、51b、51c、51d：整流器
101、102：反馈控制器
201：基准信号生成单元
202：第1三角波信号生成单元
203：第2三角波信号生成单元
211：PWM信号生成单元
212：PWM信号发生单元
221：换流信号生成单元
222：换流信号发生单元
300：热源侧单元
301：压缩机
302：油分离器
303：四通阀
304：热源侧热交换器
305：热源侧风扇
306：储液器
307：热源侧节流装置
308：制冷剂间热交换器
309：旁路节流装置
310：热源侧控制装置
400：负荷侧单元
401：负荷侧热交换器
402：负荷侧节流装置
403：负荷侧风扇
404：负荷侧控制装置
500：气体管路
600：液体管路

Claims (16)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备，
电压可变单元，使被施加的电压变化成规定的电压；
换流单元，用于进行使流过该电压可变单元的电流流向其它路径的换流动作；
平滑单元，向负荷侧供给对与所述电压可变单元以及所述换流单元的输出有关的电压进行了平滑的电力；以及
换流控制单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，在即将产生从所述平滑单元侧流向所述电压可变单元侧的恢复电流之前进行与所述电压可变单元的电压可变有关的控制以及所述换流单元的所述换流动作的控制，
所述换流单元具有用于通过开闭来控制所述换流动作的换流用开关，
另外，所述换流控制单元具有：
基准信号生成单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，生成作为用于生成换流信号的基准的基准信号，该换流信号是PWM信号；
第1三角波信号生成单元，生成第1三角波信号；
第2三角波信号生成单元，生成第2三角波信号；
换流信号生成单元，根据所述基准信号、所述第1三角波信号以及所述第2三角波信号，生成换流信号；以及
换流信号发生单元，发送出所述换流信号，
所述换流控制单元进行所述换流用开关的开闭控制。
2.一种电力变换装置，其特征在于，具备，
电压可变单元，使被施加的电压变化成规定的电压；
换流单元，用于进行使流过该电压可变单元的电流流向其它路径的换流动作；
平滑单元，向负荷侧供给对与所述电压可变单元以及所述换流单元的输出有关的电压进行了平滑的电力；
第1控制单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，进行与所述电压可变单元的电压可变有关的控制；以及
换流控制单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，在即将产生从所述平滑单元侧流向所述电压可变单元侧的恢复电流之前进行所述换流单元的所述换流动作的控制，
所述换流单元具有用于通过开闭来控制所述换流动作的换流用开关，
另外，所述换流控制单元具有：
基准信号生成单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，生成作为用于生成换流信号的基准的基准信号，该换流信号是PWM信号；
第1三角波信号生成单元，生成第1三角波信号；
第2三角波信号生成单元，生成第2三角波信号；
换流信号生成单元，根据所述基准信号、所述第1三角波信号以及所述第2三角波信号，生成换流信号；以及
换流信号发生单元，发送出所述换流信号，
所述换流控制单元进行所述换流用开关的开闭控制。
3.一种电力变换装置，其特征在于，具备，
电压可变单元，使被施加的电压变化成规定的电压；
换流单元，用于进行使流过该电压可变单元的电流流向其它路径的换流动作；
平滑单元，向负荷侧供给对与所述电压可变单元以及所述换流单元的输出有关的电压进行了平滑的电力；以及
换流控制单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，在即将产生从所述平滑单元侧流向所述电压可变单元侧的恢复电流之前进行与所述电压可变单元的电压可变有关的控制以及所述换流单元的所述换流动作的控制，
所述换流单元具有用于通过开闭来控制所述换流动作的换流用开关，
另外，所述换流控制单元具有：
基准信号生成单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，生成作为用于生成换流信号的基准的第1基准信号以及与所述第1基准信号具有规定间隔的第2基准信号，该换流信号是PWM信号；
第1三角波信号生成单元，生成第1三角波信号；
换流信号生成单元，根据所述第1基准信号、所述第2基准信号、所述第1三角波信号，生成换流信号；以及
换流信号发生单元，发送出所述换流信号，
所述换流控制单元进行所述换流用开关的开闭控制。
4.一种电力变换装置，其特征在于，具备，
电压可变单元，使被施加的电压变化成规定的电压；
换流单元，用于进行使流过该电压可变单元的电流流向其它路径的换流动作；
平滑单元，向负荷侧供给对与所述电压可变单元以及所述换流单元的输出有关的电压进行了平滑的电力；
第1控制单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，进行与所述电压可变单元的电压可变有关的控制；以及
换流控制单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，在即将产生从所述平滑单元侧流向所述电压可变单元侧的恢复电流之前进行所述换流单元的所述换流动作的控制，
所述换流单元具有用于通过开闭来控制所述换流动作的换流用开关，
另外，所述换流控制单元具有：
基准信号生成单元，根据与所述电压可变单元有关的电压以及电流的至少一方，生成作为用于生成换流信号的基准的第1基准信号以及与所述第1基准信号具有规定间隔的第2基准信号，该换流信号是PWM信号；
第1三角波信号生成单元，生成第1三角波信号；
换流信号生成单元，根据所述第1基准信号、所述第2基准信号、所述第1三角波信号，生成换流信号；以及
换流信号发生单元，发送出所述换流信号，
所述换流控制单元进行所述换流用开关的开闭控制。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述电压可变单元具有：电抗器；电压可变用开关，进行用于使该电抗器蓄放电的开闭；以及电压可变用整流器。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述换流单元具有：
换流动作单元，根据所述换流控制单元的指示，进行所述换流动作；以及
换流用整流器，对来自所述电压可变单元的与换流有关的电流进行整流。
7.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，
所述换流动作单元具有：
变压器，根据初级绕组侧的电压，向在所述其它路径上的次级绕组侧施加电压，进行所述换流动作；以及
变压器驱动装置，根据所述换流控制单元的指示，控制向所述变压器的初级绕组的电压施加。
8.根据权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于，
使施加到所述变压器的电压比电压可变单元的输出电压低。
9.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，
所述换流用整流器是使用了宽带隙半导体的元件。
10.根据权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于，
所述宽带隙半导体以碳化硅、氮化镓系材料或者金刚石为材料。
11.根据权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，
所述换流控制单元在关闭所述电压可变用开关之前使所述换流单元开始所述换流动作。
12.根据权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，
所述换流控制单元设为在包括闭合所述电压可变用开关的定时的规定时间内，使所述换流单元结束换流动作。
13.根据权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，
所述换流控制单元具有：
PWM信号生成单元，根据所述基准信号和所述第1三角波信号，生成PWM信号；以及
PWM信号发生单元，发送出所述PWM信号，
所述换流控制单元进行所述电压可变开关的开闭控制。
14.根据权利要求1～4中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
设用于使所述换流单元进行换流动作的电源和用于使得进行所述电压可变单元的电压可变动作的电源为共同的。
15.根据权利要求1～4中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
设用于使所述换流单元进行换流动作的电源和所述换流控制单元的动作电源为共同的。
16.一种冷冻空调装置，其特征在于，
为了驱动压缩机或者送风机的至少一方，而具备权利要求1～4中的任一项所述的电力变换装置。
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