CN104052274A - 电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机 - Google Patents

电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机。本发明实施例的电力变换装置，具备：整流部，对输入的交流电源进行整流；级联变换器，具有多个变换器，用于将已整流的所述交流电源转换为直流电源，并输出已转换的直流电源；电容器，与所述级联变换器的输出端相连接；变换器控制部，对所述级联变换器进行控制；所述变换器控制部根据对应于所述电容器的两端的负载水平，改变在所述级联变换器中动作的变换器的个数。由此，能够根据各种负载高效驱动。

Description

电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机
技术领域
本发明涉及电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机，更具体而言涉及在多种负载下能够高效驱动的电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机。
背景技术
空调机是设在房屋、居室、办公室或营业店铺等空间内，而调节空气的温度、湿度、清洁度及气流以维持舒适的室内环境的装置。
空调机一般分为一体型和分离型。一体型和分离型功能相同，其中，一体型空调机将冷却功能和散热功能集为一身，通过在房屋的墙上打孔或将装置挂在窗户上来安装，分离型空调机则在室内侧设置用于执行冷暖气供给的室内机，在室外侧设置用于执行散热和压缩功能的室外机，并用冷媒配管连接了相互分离的室内机和室外机。
此外，随着空调机的高性能和高效率的要求增大，正从各方面进行改进。
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种在多种负载下能够高效驱动的电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机。
解决方案
为达到上述目的的本发明实施例的电力变换装置，具备：整流部，对输入的交流电源进行整流；级联变换器，具有多个变换器，用于将已整流的所述交流电源转换为直流电源，并输出已转换的直流电源；电容器，与所述级联变换器的输出端相连接；变换器控制部，对所述级联变换器进行控制；所述变换器控制部根据对应于所述电容器的两端的负载水平，改变在所述级联变换器中动作的变换器的个数。
另外，为达到上述目的的本发明实施例的电力变换装置，具备：整流部，对输入的交流电源进行整流；级联变换器，具有多个变换器，用于将已整流的所述交流电源转换为直流电源，并输出已转换的直流电源；变换器控制部，根据对应于所述电容器的两端的负载，使所述级联变换器中的所述多个变换器选择性地动作；所述级联变换器中的第一变换器具有第一类型的第一开关元件，所述级联变换器中的第二变换器具有第二类型的第二开关元件，第二类型的额定电压比所述第一类型的额定电压高。
另外，为达到上述目的的本发明实施例的空气调节机，具有压缩机以及向压缩机内的电机供给驱动电源的电力变换部。该电力变换部具备：整流部，对输入的交流电源进行整流；级联变换器，具有多个变换器，用于将已整流的所述交流电源转换为直流电源，并输出已转换的直流电源；电容器，与所述级联变换器的输出端相连接；变换器控制部，对所述级联变换器进行控制；所述变换器控制部根据对应于所述电容器的两端的负载水平，改变在所述级联变换器中动作的变换器的个数。
另外，为达到上述目的的本发明实施例的空气调节机，具有压缩机以及向压缩机内的电机供给驱动电源的电力变换部。该电力变换部具备：整流部，对输入的交流电源进行整流；级联变换器，具有多个变换器，用于将已整流的所述交流电源转换为直流电源，并输出已转换的直流电源；变换器控制部，根据对应于所述电容器的两端的负载，使所述级联变换器中的所述多个变换器选择性地动作；所述级联变换器中的第一变换器具有第一类型的第一开关元件，所述级联变换器中的第二变换器具有第二类型的第二开关元件，第二类型的额定电压比所述第一类型的额定电压高。
发明效果
根据本发明的一实施例，电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机，具备级联变换器，变换器控制部根据与级联变换器的输出端即电容器两端对应的负载水平，改变级联变换器中动作的变换器的个数。从而，不仅在低负载区域，在高负载区域也能够增大动作效率。此外，由于能够随着负载区域的变化积极地改变级联变换器的输出电压，可在整个负载区域上增大动作效率。尤其是，能够高效驱动负载变动大的压缩机等。
尤其是，当对应于电容器两端的负载水平在第一水平以下时，控制成仅使级联变换器中的第一变换器动作，由此在低负载区域，能够消除因第二变换器带来的开关损失增大动作效率，进而能够降低所输出的直流电源，从而能够加大电容器两端的dc端电压的幅度。
此外，当对应于电容器两端的负载水平大于第一水平时，控制成使级联变换器中的第一变换器和第二变换器动作，从而在高负载时也能够稳定动作。
此外，在高负载时，通过使第一变换器和第二变换器进行交叉动作，能够减少输入电流的波动及噪声。
结果，能够利用级联变换器，按照负载水平来改变被驱动的变换器的个数，从而能够针对多种负载高效驱动电力变换装置。
根据本发明的另一实施例，电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机，具备级联变换器，级联变换器中的第一变换器具备第一类型的第一开关元件，级联变换器中的第二变换器具备额定电压比第一类型高的第二类型的第二开关元件，所以能够针对多种负载，使各个开关元件动作。
在低负载时，通过使额定电压较低的第一开关元件动作，能够改善动作效率，在高负载时，通过使额定电压较高的第二开关元件动作，在高负载时也能够稳定动作。
此外，在中间负载时，通过使第一变换器和第二变换器交叉动作，能够减少输出电流的波动及噪声。
附图说明
图1是本发明的一实施例的空调机的结构图。
图2示出图1的空调机的示意图。
图3是图1的室外机的电力变换装置的内部框图。
图4示出图3的电力变换装置内的变换器的电路图的一例。
图5示出图4的变换器控制部的内部框图。
图6A是示出电力变换装置的负载区域的图。
图6B是示出与各负载区域对应的负载与功率因数关系的图。
图7A～图7B是示出图4的电力变换装置的动作的图。
图8A～图8B是用于说明图4的第一变换器的动作的图。
图9示出图3的电力变换装置内的变频器的电路图。
图10是图9的变频器控制部的内部框图。
图11示出图3的电力变换装置内的变换器的电路图的另一例。
图12A、图12B示出图11的各变换器控制部的内部框图的例子。
图13是示出电力变换装置的负载区域的图。
图14A～图14C是示出图11的电力变换装置的动作的图。
图15A～图15B是用于说明图11的第一变换器的动作的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明进行详细说明。
在下面的说明中所使用的构成要素的后缀“模块”和“部”仅仅是考虑本说明书制作的便利性而附加的，其本身并没有特别重要的意思或作用。因此，上述用语“模块”和用语“部”可以混用。
图1是本发明的一实施例的空调机的结构图，图2示出图1的空调机的示意图。
参照附图，空调机100包括：室外机150，以及室内机170。
室外机150根据所连接的室内机170的要求或外部的控制命令，以冷气模式或暖气模式动作，向室内机170供给冷媒。
为此，室外机150包括：用于压缩冷媒的压缩机152；用于驱动压缩机的压缩机用电机152b；对压缩的冷媒进行散热的室外侧热交换机154；室外鼓风机155，设在室外热交换机154的一侧，具备促进冷媒散热的室外风扇155a和用于使室外风扇155a旋转的电机5b；使凝缩的冷媒膨胀的膨胀机构156；用于切换已压缩冷媒的流路的冷气/暖气切换阀160；暂时储藏气化的冷媒，在除去水分和异物之后将规定压力的冷媒供给到压缩机的蓄压器（Accumulator）153等。作为压缩机152，能够使用变频器压缩机、定速压缩机中的至少一种。
此外，室外机150还可以包括：用于测定冷媒压力的至少一个压力传感器(未图示)，以及用于测定温度的至少一个温度传感器(未图示)等。
室内机170包括：室内侧热交换机208，配置在室内而执行冷暖气功能；室内鼓风机209，配置在室内侧热交换机208的一侧，具备促进冷媒散热的室内风扇209a和用于使室内风扇209a旋转的电机209b。可设置至少一个室内侧热交换机208。
此外，室内机170还可以具有：用于排出热交换后的空气的排出口(未图示)，以及对排出口(未图示)进行开闭且控制空气方向的风向调节部（未图示)。例如，可以设置对空气吸入口(未图示)和空气排出口(未图示)中的至少一个口进行开闭而引导空气的叶片（vane），叶片不仅对空气吸入口和空气排出口进行开闭，还可以引导吸入空气和排出空气的方向。
此外，室内机170根据室内风扇209a的转速来控制吸入的空气及排出的空气，由此能够调节风量。
此外，室内机170还可以包括：用于显示室内机170的运行状态及设定信息的显示部(未图示)，以及用于输入设定数据的输入部(未图示)。此外，还可以包括：用于检测室内温度的室内温度检测部(未图示)，用于检测存在于室内空间的人体的人体检测部(未图示)等等。
此外，空调机100也可以由对室内进行冷却的冷气机构成，也可以由对室内进行加热或冷却的热泵（Heat Pump）构成。
此外，图中作为室内机170以立式为例子进行了说明，但是也可以是吊顶式或壁挂式，也可以是不区分室外机和室内机的一体型等多种形式。
此外，室内机170和室外机150之间由冷媒配管连接，随着冷媒的循环，冷气从室内机170排出到室内。此时，一个室外机150上可以连接多个室内机170，此外，还可以在多个室外机上分别连接至少一个室内机。
此外，室内机170和室外机150之间可以由通信线路连接，按照规定的通信方式收发控制命令。
此外，压缩机152由通过下面的电力变换装置200供给的驱动电源所驱动。具体而言，可向压缩机152内的电机供给来自电力变换装置200的驱动电源。
图3是图1的室外机的电力变换装置的内部框图，图4示出图3的电力变换装置内的变换器（Converter）电路图的一例。
基于本发明的实施例的电力变换装置200，可具有：滤波部403，整流部405，变换器410，变换器控制部415，电容器C，变频器420，及变频器控制部430。
滤波部403可配置在输入交流电源201和整流部405之间，可对在输入的交流电源201或电力变换装置200产生的高频电流等进行滤波。为此，滤波部403可具备作为电感元件的电感器，作为电容元件的电容器等。例如，滤波部403可具备：电感器，电容器，设有电感器的LCL滤波器。
整流部405接收经由滤波部403输入的交流电源201，进行整流。图4示出作为对单相交流电源的整流部405，采用了4个二极管Da、Db、Dc、Dd以桥状连接的例子，但可有多种例子。
变换器410将来自整流部405的整流电源变换为直流电源后输出。特别是，向配置在变换器410的输出端的电容器C输出。
在本发明的实施例中，作为变换器410，使用具备多个变换器410a、410b、…的级联变换器(cascade converter)。作为级联变换器，可以使用级联升压变换器，级联升降压变换器，级联降压变换器等，下面，以级联升压变换器为中心进行说明。
级联升压变换器410内的多个升压变换器410a、410b、…相互并联连接，执行交叉(Interleaving)动作。多个升压变换器相互并联，执行基于交叉(Interleaving)的电压控制，从而能够进行基于电流分配的电压控制。随之，可提高级联升压变换器410内的电路元件的耐久性。此外，能够减小输出电流的波动。
例如，在级联升压变换器410内的第一升压变换器410a和第二升压变换器410b相互并联连接而进行交叉(Interleaving)动作的情况下，第一升压变换器410a内的第一开关元件S1和第二升压变换器410b内的第二开关元件S2以具有180度的相位差的方式进行接通/断开（On/Off），所以相应地发生开关损失。由于此时所发生的开关损失，导致在低负载区域的效率相对高负载区域的效率低。
为了改善这一点，在本发明的实施例中，根据与作为级联变换器的输出端的电容器两端相对应的负载水平，改变级联变换器中动作的变换器的个数。从而，能够在整个负载区域上增大动作效率。
尤其是，在低负载区域，控制成仅使级联变换器410中的第一升压变换器410a动作，在高负载区域，控制成使级联变换器410中的第一升压变换器410a和第二升压变换器410b动作。这种结构的级联变换器410如图4所示。
此外，作为在级联升压变换器中使用的开关元件，可以使用金属氧化膜半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effecttransistor：MOSFET)，绝缘栅极双极晶体管(insulated gate bipolar modetransistor：IGBT)等。
此外，级联变换器410内的各升压变换器410a、410b、…均可以由同一类型的开关元件实现，例如，由MOSFET或IGBT来实现，但不限于此，也可以使用不同类型的开关元件。具体而言，作为第一升压变换器410a可使用MOSFET元件，作为第二升压变换器410b可使用IGBT元件。尤其是，作为在低负载区域动作的第一升压变换器410a使用MOSFET元件时，能够进行高速切换，提高动作效率，作为在高负载区域动作的第二升压变换器410b使用IGBT元件时，能够使其稳定动作。
图4示出多个升压变换器410中的第一升压变换器410a和第二升压变换器410b。下面，以多个升压变换器410中的第一升压变换器410a和第二升压变换器410b为中心进行说明。
第一升压变换器410a可包括：一端与电容器C相连的第一二极管D1，连接到第一二极管D1和整流部405之间的第一电感器L1，以及与第一电感器L1和第一二极管D1并联连接的第一升压开关元件S1。
此外，第二升压变换器410b可包括：一端与电容器C相连的第二二极管D2，连接到第二二极管D2和整流部405之间的第二电感器L2，以及与第二电感器L2和第二二极管D2并联连接的第二升压开关元件S2。
在第一升压变换器410a和第二升压变换器410b相互并联连接而进行交叉(Interleaving)动作的情况下，第一升压变换器410a内的第一开关元件S1和第二升压变换器410b内的第二开关元件S2以具有180度的相位差的方式进行接通/断开（On/Off），所以相应地发生开关损失。由于此时所发生的开关损失，导致在低负载区域的效率相对高负载区域的效率低。
为了改善这一点，在本发明的实施例中，根据与作为级联变换器410的输出端的电容器两端相对应的负载水平，改变级联变换器中动作的变换器的个数。从而，能够在整个负载区域上增大动作效率。
尤其是，在低负载区域，控制成仅使级联变换器410中的第一升压变换器410a动作，在高负载区域，控制成使级联变换器410中的第一升压变换器410a和第二升压变换器410b动作。
为此，根据与电容器C两端的电压相对应的负载，分为低负载区域(图6A的AE1)和高负载区域(图6A的AE2)，变换器控制部415根据相应的负载区域，在低负载区域，控制成仅使第一变换器410a内的第一升压开关元件S1动作，在高负载区域，控制成使第一升压开关元件S1和第二升压开关元件S2交替动作，以使第一变换器410a和第二变换器410b进行交叉（Interleaved）动作。
此外，第一升压变换器410a和第二升压变换器410b相互并联连接，可分别以升压模式(boost mode)动作。关于升压模式动作，将参照图8A～图8B进行说明。
此外，第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1和第二升压变换器410b内的第二升压开关元件S2可以是相同的开关元件。例如，可以是MOSFET或IGBT。
此外，第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1和第二升压变换器410b内的第二升压开关元件S2，可以是相互不同类型的开关元件。
例如，在低负载区域，只有第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1动作的情况下，为了高效执行电力变换，第一升压开关元件S1可以是MOSFET，在高负载区域动作的第二升压开关元件S2可以是IGBT。
此外，电力变换装置200还可以包括：输入电压检测部A，用于检测整流部405的输出端电压；输出电压检测部B，用于检测级联升压变换器410的输出端电压即dc端电容器C的电压；以及电流检测部F1、F2，用于检测流经级联升压变换器410内的电感器L1、L2的电流。
输入电压检测部A可以检测出整流部405的输出端电压。为此，输入电压检测部A可以包括电阻元件，放大器等。所检测出的输入电压Vc1以脉冲形式的离散信号(discrete signal)输入到变换器控制部415。
输出电压检测部B即dc端电压检测部B，能够检测级联升压变换器410的输出端电压。特别是，能够检测出电容器C两端的电压Vdc。
电容器C配置在变频器420和负载205之间，蓄积级联变换器的输出直流电源。图中，示出了一个平滑电容器C，但是可以设置多个平滑电容器来确保元件稳定性。此外，电容器C两端蓄积直流电源，所以将其命名为dc端或dc连接（Link）端。
若包括变频器420和马达205而命名为负载，则可以图示为在电力变换装置的电容器C两端连接有负载205。由此，dc端电压Vdc可对应于负载205的电压。所检测出的输出电压Vdc以脉冲形式的离散信号(discrete signal)输入到变换器控制部415。
第一电流检测部F1检测流经第一升压变换器410a内的第一电感器L1的电流iL1，第二电流检测部F2检测流经第二升压变换器410b内的第二电感器L2的电流iL2。为此，作为第一及第二电流检测部F1、F2能够使用CT(current trnasformer：电流互感器)，桥臂电阻(shunt resistance)等。所检测到的输入的交流电流iL1、iL2以脉冲形式的离散信号(discrete signal)输入到变换器控制部415。
此外，变换器控制部415可具备：用于控制第一升压变换器410a的第一变换器控制部(未图示)，以及用于控制第二升压变换器410b的第二变换器控制部(未图示)。
变换器控制部415可根据由第一及第二电流检测部F1、F2检测到的第一及第二输出电流iL1、iL2中的至少一个，以及由dc端电压检测部B检测到的dc端电压Vdc，计算电容器两端的负载量。此外，若计算的负载量对应于低负载区域，则可控制第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1的导通/截止时刻（Timing）。
此外，在计算的负载量对应于高负载区域时，变换器控制部415可控制成使第一及第二升压变换器410a、410b均动作。即，变换器控制部415能够控制第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1的导通/截止时刻和第二升压变换器410b内的第二升压开关元件S2的导通/截止时刻。此时，第一升压变换器410a和第二升压变换器410b可执行交叉动作。
变频器420具备多个变频器开关元件，通过开关元件的导通/截止动作可将平滑的直流电源Vdc变换为规定频率的三相交流电源(va，vb，vc)，并输出到三相同步电机250。此时的电机250可以是压缩机内的电机。
变频器控制部430为了控制变频器420的切换动作，向变频器420输出变频器开关控制信号Sic。变频器开关控制信号Sic是脉冲宽度调制方式(PWM)的开关控制信号，基于输出电流检测部(图9的E)检测到的输出电流值io生成并输出。
图5示出图4的变换器控制部的内部框图。
参照附图，图5示出图4的变换器控制部415的内部框图。变换器控制部415可包括：电流指令生成部510，电压指令生成部520，以及开关控制信号输出部530。
电流指令生成部510能够基于输出电压检测部B即dc端电压检测部B所检测到的dc端电压Vdc和dc端电压指令值V* dc，通过PI控制器（比例积分控制器）等生成d、q轴电流指令值i* d、i* q。
电压指令生成部520基于d、q轴电流指令值i* d、i* q和检测到的第一及第二输出电流iL1、iL2，通过PI控制器等生成d、q轴电压指令值v* d、v* q。
开关控制信号输出部530根据d、q轴电压指令值v* d、v* q，分别向第一升压变换器410a和第二升压变换器410b输出第一变换器开关控制信号Scc1和第二变换器开关控制信号Scc2，以驱动第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1和第二升压变换器410b内的第二升压开关元件S2。
结果，变换器控制部415根据dc端电压检测部B检测到的dc端电压Vdc和第一电流检测部F1及第二电流检测部F2检测到的第一输出电流iL1及第二输出电流iL2，计算负载量，当计算的负载量对应于低负载区域时，向第一升压变换器410a输出第一变换器开关控制信号Scc1，以驱动第一开关元件S1。
此外，当计算的负载量对应于高负载区域时，变换器控制部415向第一升压变换器410a和第二升压变换器410b分别输出第一变换器开关控制信号Scc1和第二变换器开关控制信号Scc2，以能够交叉驱动第一开关元件S1和第二开关元件S2。
图6A示出电力变换装置的负载区域的例子。
变换器控制部415可根据由第一及第二电流检测部F1、F2检测到的第一及第二输出电流iL1、iL2中的至少一个和在dc端电压检测部B检测到的dc端电压Vdc，计算电容器两端的负载量。此时的负载量可表示电力。
当计算出的负载量的水平在第一电力水平Px以下时，变换器控制部415则判断为低负载，当计算出的负载量的水平大于第一电力水平Px时，则判断为高负载。或，当计算出的负载量水平在第一电力水平Px以下时，则判断为低负载，当计算出的负载量水平在比第一电力水平Px大的第二水平以上时，则判断为高负载。
随之，如图6B所示，负载205分别可分为低负载区域Ae1、高负载区域Ae2。此外，此时的第一电力水平Px能够保存在电力变换装置200内的存储器(未图示)。
此外，第一电力水平Px可根据动作条件等而改变。例如，在规定期间使用的最大负载量在规定值以下时，可降低第一水平(Px)。
图6B示出对应于各负载区域的负载与功率因数关系。
参照附图，第一电力水平Px以下是低负载区域Ae1，大于第一电力水平Px是高负载区域Ae2。
此外，在级联升压变换器中仅有第一升压变换器410a动作时，负载与动作效率(功率因数)的关系如图所示，可由LP1曲线表示，在级联升压变换器中的第一及第二升压变换器410a、410b均动作时，由LP2曲线表示。
观察图中的LP1曲线和LP2曲线，在第一及第二升压变换器410a、410b均动作的情况下，在低负载区域，随着开关损失，动作效率降低，当只有第一升压变换器410a动作的情况下，在高负载区域，动作效率降低。
在本发明的实施例中，为了改善这一点，以第一电力水平Px为基准，在低负载区域，控制成仅使第一升压变换器410a动作，在高负载区域，控制成使第一及第二升压变换器410a、410b均动作。
随之，如图6B中的粗实线的曲线，能够提高针对负载的电力变换装置200的动作效率。尤其是，能够在整个负载区域上提高动作效率。
图7A～图7B示出图4的电力变换装置的动作。
首先，图7A示出在低负载区域只有第一升压变换器410a动作的例子。
当计算出的负载量在第一电力水平Px以下时，变换器控制部415则判断为低负载，控制成仅使第一升压变换器410a动作。
通过来自变换器控制部415的第一变换器开关控制信号Scc1，第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1导通。从而，在第一电感器蓄积电流，当第一升压开关元件S1截止时，第一电感器中蓄积的能量传到电容器C。
如上所述，在低负载时，仅使第一升压开关元件S1动作，使第二升压变换器410b内的第二升压开关元件S2截止，由此能够减小开关损失，此外，通过仅使第一升压变换器410a动作，能够进一步降低所输出的直流电压，从而能够改善动作效率。
接着，图7B示出在高负载区域，第一升压变换器410a和第二升压变换器410b动作的例子。
当计算出的负载量大于第一电力水平Px时，变换器控制部415则判断为高负载，并控制成使第一升压变换器410a和第二升压变换器410b交叉动作。
通过来自变换器控制部415的第一变换器开关控制信号Scc1，第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1导通。此时，第二升压变换器410b内的第二升压开关元件S2截止。
之后，在第一升压开关元件S1截止时，通过来自第二变换器控制部415b的第二变换器开关控制信号Scc2，第二升压变换器410b内的第二升压开关元件S2导通。
如上所述，在高负载时，通过使第一升压变换器410a和第二升压变换器410b交叉动作，能够减小输入电流的波动及噪声。进而，在高负载区域下，也能够增大动作效率。
结果，利用级联变换器，根据负载改变所驱动的变换器的个数，从而可在多种负载下高效驱动电力变换装置。尤其是，能够高效驱动负载变动大的压缩机等。
图8A～图8B是用于说明图4的第一变换器的动作的图。
图8A和图8B示出第一升压变换器410a在升压模式下动作的例子。
图8A示出在第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1导通时，由第一电感器L1、第一升压开关元件S1形成闭回路而流过电流Ia的例子。从而，在第一电感器L1蓄积基于电流Ia的电能。此时，第一二极管D1不导通。
图8B示出在第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1截止的情况下，第一二极管D1导通，电流Ib流经第一电感器L1及第一二极管D1的例子。电流Ib可以是在图8A中蓄积到第一电感器L1的电能和基于输入的交流电源201的电流之和。
即，第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1进行导通/截止动作，即PWM动作。
第二变换器的动作与图8A～图8B相同，因此省略其说明。
图9示出图3的电力变换装置内的变频器的电路图的一例。
在变频器420，上臂开关元件Sa与下臂开关元件S'a、上臂开关元件Sb与下臂开关元件S'b、上臂开关元件Sc与下臂开关元件S'cb，相互串联连接分别构成一对，共三对的上下臂开关元件相互并联(Sa&S'a，Sb&S'b，Sc&S'c)连接。在各开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc、S'c上反向并联连接有二极管。
变频器420内的开关元件根据来自控制部430的变频器开关控制信号Sic，进行各开关元件的导通/截止动作。
变频器420在电机250动作模式下，将电容器C两端的直流电源变换为交流电源来驱动电机250。
变频器控制部430能够控制变频器420内的开关元件的动作。为此，变频器控制部430能够接收由输出电流检测部(图9的E)检测到的输出电流io的输入。
变频器控制部430为了控制变频器420的切换动作，向变频器420输出变频器开关控制信号Sic。变频器开关控制信号Sic是脉冲宽度调制方式(PWM)的开关控制信号，基于由输出电流检测部(图9的E)检测到的输出电流值io生成并输出。
输出电流检测部(图9的E)可以检测变频器420和三相电机250之间的输出电流io。即，检测出流经电机250的电流。输出电流检测部E能够检测出各相的所有输出电流ia、ib、ic，或者利用三相平衡来检测出二相的输出电流。
输出电流检测部E可位于变频器420和电机250之间，为了检测电流，能够使用CT(current trnasformer)、桥臂电阻等。
在使用桥臂电阻的情况下，3个桥臂电阻可以位于变频器420和同步电机250之间，或3个桥臂电阻的一端分别与变频器420的3个下臂开关元件S'a、S'b、S'c连接。此外，还可以利用三相平衡，使用2个桥臂电阻。此外，当使用1个桥臂电阻时，还可以在上述电容器C和变频器420之间配置相应的桥臂电阻。
所检测到的输出电流io以脉冲形式的离散信号(discrete signal)施加到控制部430，根据所检测到的输出电流io生成变频器开关控制信号Sic。下面，假设检测到的输出电流io为三相的输出电流(ia，ib，ic)来进行说明。
图10是图9的变频器控制部的内部框图。
参照图10，变频器控制部430可包括：轴变换部310，速度运算部320，电流指令生成部330，电压指令生成部340，轴变换部350，及开关控制信号输出部360。
轴变换部310接受从输出电流检测部E检测出的三相输出电流(ia，ib，ic)的输入，将其变换为静止坐标系的二相电流(iα，iβ)。
此外，轴变换部310能够将静止坐标系的二相电流(iα，iβ)变换为旋转坐标系的二相电流(id，iq)。
速度运算部320可根据从位置检测部235输入的转子的位置信号H，计算速度即，根据位置信号除以时间，则可以计算出速度。
此外，位置检测部235可检测电机250的转子位置。为此，位置检测部235还可以包括霍尔传感器。
此外，速度运算部320可输出根据所输入的转子的位置信号H计算的位置和计算的速度
此外，电流指令生成部330根据运算出的速度和目标速度ω，计算速度指令值ω* r，根据速度指令值ω* r，生成电流指令值i* q。例如，电流指令生成部330根据运算出的速度和目标速度ω之差的速度指令值ω* r，在PI控制器535执行PI控制，生成电流指令值i* q。图中，作为电流指令值示出q轴电流指令值i* q的例子，但是也可以不同于图，同时生成d轴电流指令值i* d。此外，d轴电流指令值i* d的值还可以设定为0。
此外，电流指令生成部330还可以具备用于限制电流指令值i* q电平的限流器（未图示），以使电流指令值i* q不超过允许范围。
之后，电压指令生成部340根据在轴变换部轴变换为二相旋转坐标系的d轴、q轴电流id、iq和在电流指令生成部330等生成的电流指令值i* d、i* q，生成d轴、q轴电压指令值v* d、v* q。例如，电压指令生成部340根据q轴电流iq和q轴电流指令值i* q之差，在PI控制器544执行PI控制，生成q轴电压指令值v* q。此外，电压指令生成部340根据d轴电流id和d轴电流指令值i* d之差，可在PI控制器548执行PI控制，生成d轴电压指令值v* d。此外，与d轴电流指令值i* d的值设定为0的情况相对应地，d轴电压指令值v* d的值也可以设定为0。
此外，电压指令生成部340还可以用于限定d轴、q轴电压指令值v* d、v* q电平的限压器（未图示），以使d轴、q轴电压指令值v* d、v* q不会超过允许范围。
此外，生成的d轴、q轴电压指令值v* d、v* q被输入至轴变换部550。
轴变换部350接收从速度运算部320计算出的位置和d轴、q轴电压指令值v* d、v* q，执行轴变换。
首先，轴变换部350执行从二相旋转坐标系向二相静止坐标系的变换。此时，能够使用在速度运算部320计算出的位置
另外，轴变换部350执行从二相静止坐标系向三相静止坐标系的变换。通过这种变换，轴变换部1050输出三相输出电压指令值(v* a，v* b，v* c)。
开关控制信号输出部360根据三相输出电压指令值(v* a，v* b，v* c)，生成并输出基于脉冲宽度调制(PWM)方式的变频器用开关控制信号Sic。
所输出的变频器开关控制信号Sic可在栅极驱动部(未图示)中变换为栅极驱动信号后，输入到变频器420内的各开关元件的栅极。从而，变频器420内的各开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc、S'c能够进行开关动作。
此外，在本发明的另一实施例中，为了在低负载区域执行较高效率的电力变换，在高负载区域进行稳定的驱动，作为第一升压变换器内的开关元件，能够使用MOSFET，作为第二升压变换器内的开关元件，使用IGBT。这种结构的级联变换器如图11所示。
图11示出图3的电力变换装置内的变换器的电路图的另一例子。
图11示出多个升压变换器410中的第一升压变换器410a和第二升压变换器410b的例子。下面，以多个升压变换器410中的第一升压变换器410a和第二升压变换器410b为中心进行说明。
第一升压变换器410a可包括：一端与电容器C相连的第一二极管D1，连接到第一二极管D1和整流部405之间的第一电感器L1，以及与第一电感器L1和第一二极管D1并联连接的第一升压开关元件S1。此时，第一升压开关元件S1可以是MOSFET开关元件。
此外，第二升压变换器410b可包括：一端与电容器C相连的第二二极管D2，连接到第二二极管D2和整流部405之间的第二电感器L2，以及与第二电感器L2和第二二极管D2并联连接的第二升压开关元件S2。此时，第二升压开关元件S2可以是IGBT开关元件。
MOSFET开关元件具有动作速度块、电力变换时的效率好的优点，但是额定电压低于IGBT开关元件的额定电压，所以存在当用在高负载区域时具有制约性的缺点。
此外，IGBT开关元件的额定电压较高，因此与MOSFET开关元件相比，可在高负载区域稳定动作，但是由于动作速度比MOSFET开关元件慢，所以具有电力变换时的效率相对低的缺点。
在将电力变换装置用于负载变动大的空调机的压缩机等上的情况下，如果仅选择使用某一开关元件时，很难执行同时满足低负载区域或高负载区域的动作。
为了改善这一点，在本发明中设成MOSFET开关元件和IGBT开关元件两者都予以使用的方式。为此，使用级联变换器，根据负载，使各个开关元件动作。
为此，根据与电容器C两端的电压对应的负载，分为低负载区域(图13的AE1)、高负载区域(图13的AE3)、中间负载区域(图13的AE2)，变换器控制部415根据相应的负载区域，在低负载区域，控制成仅使第一变换器410a内的MOSFET开关元件S1动作，在高负载区域，控制成仅使第二变换器410b内的IGBT开关元件S2动作，在中间负载区域，控制成使MOSFET开关元件S1和IGBT开关元件S2交替动作，以使第一变换器410a和第二变换器410b进行交叉（Interleaved）动作。
此外，第一升压变换器410a和第二升压变换器410b相互并联连接，能够以升压模式(boost mode)动作。关于升压模式动作，可参照图15A～图15B在下文中说明。
此外，电力变换装置200还可以包括：输入电压检测部A，用于检测整流部405的输出端电压；输出电压检测部B，用于检测级联升压变换器410的输出端电压即dc端电容器C的电压；以及电流检测部F1、F2，用于检测流经级联升压变换器410内的电感器L1、L2的电流。
输入电压检测部A可以检测出整流部405的输出端电压。为此，输入电压检测部A可以包括电阻元件，放大器等。所检测出的输入电压Vc1以脉冲形式的离散信号(discrete signal)输入到变换器控制部415。
输出电压检测部B即dc端电压检测部B，能够检测级联升压变换器410的输出端电压。特别是，能够检测出电容器C两端的电压Vdc。
电容器C配置在变频器420和负载205之间，蓄积级联变换器的输出直流电源。图中，示出了一个平滑电容器C，但是可以设置多个平滑电容器来确保元件稳定性。此外，电容器C两端蓄积直流电源，所以将其命名为dc端或dc连接（Link）端。
若包括变频器420和马达205而命名为负载，则可以图示为在电力变换装置的电容器C两端连接有负载205。由此，dc端电压Vdc可对应于负载205的电压。所检测出的输出电压Vdc以脉冲形式的离散信号(discrete signal)输入到变换器控制部415。
第一电流检测部F1检测流经第一升压变换器410a内的第一电感器L1的电流iL1，第二电流检测部F2检测流经第二升压变换器410b内的第二电感器L2的电流iL2。为此，作为第一及第二电流检测部F1、F2能够使用CT(current trnasformer：电流互感器)，桥臂电阻(shunt resistance)等。所检测到的输入的交流电流iL1、iL2以脉冲形式的离散信号(discrete signal)输入到变换器控制部415。
此外，变换器控制部415可具备：用于控制第一升压变换器410a的第一变换器控制部415a；以及用于控制第二升压变换器410b的第二变换器控制部415b。
第一变换器控制部415a可根据在输出电压检测部B检测到的dc端电压Vdc和第一电流检测部F1检测到的第一电感器电流iL1，计算负载量。另外，若计算出的负载量对应于低负载区域，则控制第一升压变换器410a内的MOSFET开关元件S1的导通/截止时刻。
此外，若计算的负载量对应于高负载区域，则第一变换器控制部415a可向第二变换器控制部415b传输所计算出的负载量。随之，第二变换器控制部415b控制第二升压变换器410b内的IGBT开关元件S2的导通/截止时刻。
此外，若计算出的负载量对应于中间负载区域，则第一变换器控制部415a控制第一升压变换器410a内的MOSFET开关元件S1的导通/截止时刻，向第二变换器控制部415b传输计算出的负载量。随之，第二变换器控制部415b控制第二升压变换器410b内的IGBT开关元件S2的导通/截止时刻。
此外，不同于上述说明，第二变换器控制部415b也可以根据输出电压检测部B检测到的dc端电压Vdc和第二电流检测部F2检测到的第二电感器电流IL2，计算负载量。另外，若计算的负载量对应于高负载区域时，则能够控制第二升压变换器410b内的IGBT开关元件S2的导通/截止时刻。
变频器420具备多个变频器开关元件，将通过开关元件的导通/截止动作平滑的直流电源Vdc变换为规定频率的三相交流电源(va，vb，vc)后，输出到三相同步电机250。此时的电机250可以是压缩机内的电机。
变频器控制部430为了控制变频器420的切换动作，向变频器420输出变频器开关控制信号Sic。变频器开关控制信号Sic是脉冲宽度调制方式(PWM)的开关控制信号，基于输出电流检测部(图9的E)检测到的输出电流值io生成并输出。
图12A、图12B示出图11的各变换器控制部的内部框图。
首先，图12A示出图11的第一变换器控制部415a的内部框图。第一变换器控制部415a可包括：电流指令生成部510，电压指令生成部520，及开关控制信号输出部530。
电流指令生成部510能够基于输出电压检测部B即dc端电压检测部B所检测到的dc端电压Vdc和dc端电压指令值V* dc，通过PI控制器等生成d、q轴电流指令值i* d1、i* q1。
电压指令生成部520基于d、q轴电流指令值i* d1、i* q1和检测到的第一输出电流iL1，通过PI控制器生成d、q轴电压指令值v* d1、v* q1。
开关控制信号输出部530根据d、q轴电压指令值v* d1、v* q1，向第一升压变换器410a输出第一变换器开关控制信号Scc1，以驱动第一升压变换器410a内的MOSFET开关元件S1。
结果，根据dc端电压检测部B检测到的dc端电压Vdc和第一电流检测部F1检测到的第一输出电流iL1，在低负载区域的情况下，第一变换器控制部415a向第一升压变换器410a输出第一变换器开关控制信号Scc1，以驱动开关元件S1。
下面，图12B示出图11的第二变换器控制部415b的内部框图。第二变换器控制部415b可包括：电流指令生成部515，电压指令生成部525，及开关控制信号输出部535。
电流指令生成部515能够基于输出电压检测部B即dc端电压检测部B所检测到的dc端电压Vdc和dc端电压指令值V* dc，通过PI控制器等，生成d、q轴电流指令值i* d2、i* q2。
电压指令生成部525可基于d、q轴电流指令值i* d2、i* q2和检测到的第二输出电流iL2，通过PI控制器等，生成d、q轴电压指令值v* d2、v* q2。
开关控制信号输出部535根据d、q轴电压指令值v* d2、v* q2，向第二升压变换器410b输出第二变换器开关控制信号Scc2以驱动第二升压变换器410b内的IGBT开关元件S2。
结果，根据dc端电压检测部B检测到的dc端电压Vdc和第二电流检测部F2检测到的第二输出电流iL2，在高负载区域的情况下，第二变换器控制部415b第二升压变换器410b输出第二变换器开关控制信号Scc2，以驱动IGBT开关元件S2。
图13示出电力变换装置的负载区域的例子。
第一变换器控制部415a或第二变换器控制部415b根据dc端电压检测部B检测到的dc端电压Vdc和第一及第二电流检测部F1、F2检测到的第一及第二输出电流(iL1、iL2)，计算电容器两端的负载量。此时的负载量可能表示电力。
就第一变换器控制部415a或第二变换器控制部415b而言，当计算出的负载量水平在第一电力水平Pa以下时，则判断为低负载，当计算出的负载量水平在第二电力水平Pb以上时，则判断为高负载，当计算出的负载量水平在第一电力水平Pa和第二电力水平Pb之间时，则判断为中间负载。
随之，可区分为低负载区域Ae1、中间负载区域Ae2、高负载区域Ae3。此外，此时的第一电力水平Pa和第二电力水平Pb可存储到电力变换装置200内的存储器(未图示)中。
此外，第一电力水平Pa和第二电力水平Pb可根据动作条件等而改变。例如，在规定期间使用的最大负载量在规定值以下时，可降低第一电力水平Pa和第二电力水平Pb。
图14A～图14C示出图11的电力变换装置的动作。
首先，图14A示出了在低负载区域下只有第一升压变换器410a动作的例子。
第一变换器控制部415a或第二变换器控制部415b在计算出的负载量为第一电力水平Pa以下的情况下，判断为低负载，控制成仅第一升压变换器410a动作。
通过来自第一变换器控制部415a的第一变换器开关控制信号Scc1，第一升压变换器410a内的MOSFET开关元件S1导通。从而，第一电感器蓄积电流，当MOSFET开关元件S1截止时，第一电感器中蓄积的能量传到电容器C。
如上所述，在低负载时，通过使额定电压较低的MOSFET开关元件S1动作，能够改善动作效率。
下面，图14B示出在中间负载区域，第一升压变换器410a和第二升压变换器410b动作的一例。
当计算出的负载量在第一电力水平Pa和第二电力水平Pb之间时，第一变换器控制部415a或第二变换器控制部415b判断为中间负载，控制成使得第一升压变换器410a和第二升压变换器410b进行交叉动作。
通过来自第一变换器控制部415a的第一变换器开关控制信号Scc1，第一升压变换器410a内的MOSFET开关元件S1导通。此时，第二升压变换器410b内的IGBT开关元件S2截止。
之后，当MOSFET开关元件S1截止时，通过来自第二变换器控制部415b的第二变换器开关控制信号Scc2，使第二升压变换器410b内的IGBT开关元件S2导通。
如上所述，在处于中间负载时，通过使第一升压变换器410a和第二升压变换器410b进行交叉动作，能够减少输出电流的波动及噪声。
图14C示出在高负载区域下只有第二升压变换器410b动作的例子。
当计算出的负载量在第二电力水平Pb以上时，第一变换器控制部415a或第二变换器控制部415b判断为高负载，控制成仅使第二升压变换器410b动作。
通过来自第二变换器控制部415b的第一变换器开关控制信号Scc2，第二升压变换器410b内的IGBT开关元件S2导通。从而，在第二电感器L2蓄积电流，当IGBT开关元件S2截止时，第二电感器中蓄积的能量传到电容器C。
如上所述，在高负载时，通过使额定电压较高的IGBT开关元件S2动作，即使在高负载情况下也能够稳定动作。
结果，利用不同类型的开关元件，按照负载进行驱动，从而能够在多种负载下高效驱动电力变换装置。尤其是，能够高效驱动负载变动较大的压缩机等。
图15A～图15B是用于说明图11的第一变换器的动作的图。
图15A和图15B示出第一升压变换器410a在升压模式下动作的例子。
图15A示出在第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1导通时，由第一电感器L1、第一升压开关元件S1形成闭回路而流过电流Ia的例子。从而，第一电感器L1中蓄积基于电流Ia的电能。此时，第一二极管D1不导通。
图15B示出在第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1截止时，第一二极管D1导通，电流Ib流经第一电感器L1及第一二极管D1的例子。电流Ib可以是在图15A蓄积到第一电感器L1的能量和基于输入的交流电源201的电流之和。
即，第一升压变换器410a内的第一升压开关元件S1进行导通/截止动作，即PWM动作。
第二变换器的动作与图15A～图15B相同，所以省略其说明。
本发明的实施例的电力变换装置及具备该电力变换装置的空调机，不限于如上所述的实施例的结构和方法，还能够有选择地组合构成各实施例的全部或一部分，以实现上述实施例的各种变形。
另外，本发明的电力变换装置的动作方法能够通过在充电装置上设置的处理器可读的记录介质上的处理器可读的代码来实现。处理器可读的记录介质包括用于储存可由处理器读取的数据的所有种类的记录装置。
此外，对以上本发明的优选实施例进行了图示和说明，但是本发明不限于上述的特定的实施例，在不脱离权利要求所请求的本发明的宗旨的范围内，可由本发明所属的技术领域中普通技术人员实施多种变形，这些变形不应视为脱离了本发明的技术思想和展望。

Claims (15)

1.一种电力变换装置，其特征在于，
具备：
整流部，对输入的交流电源进行整流，
级联变换器，具有多个变换器，用于将已整流的所述交流电源转换为直流电源，并输出已转换的直流电源，
电容器，与所述级联变换器的输出端相连接，
变换器控制部，对所述级联变换器进行控制；
所述变换器控制部根据对应于所述电容器的两端的负载水平，改变在所述级联变换器中动作的变换器的个数。
2.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，当对应于所述电容器的两端的负载水平在第一水平以下时，所述变换器控制部控制为仅使所述级联变换器中的第一变换器动作，当对应于所述电容器的两端的负载水平大于所述第一水平时，所述变换器控制部控制为使所述级联变换器中所述第一变换器和第二变换器动作。
3.如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，当对应于所述电容器的两端的负载水平在第一水平以下时，所述变换器控制部对所述第一变换器的第一开关元件的动作进行控制，当对应于所述电容器的两端的负载水平大于所述第一水平时，所述变换器控制部分别对所述第一变换器的所述第一开关元件及所述第二变换器的第二开关元件的动作进行控制。
4.如权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，当所述变换器控制部对所述第一变换器的所述第一开关元件及第二变换器的所述第二开关元件的动作进行控制时，以能够使所述第一开关元件和所述第二开关元件进行交叉动作的方式控制。
5.如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述级联变换器中的所述第一变换器具有：
第一电感器，与所述整流部相连，
第一二极管，与所述级联变换器的输出端相连，
第一开关元件，并联连接在所述第一电感器和所述第一二极管之间；
所述级联变换器中的所述第二变换器具有：
第二电感器，与所述整流部相连，
第二二极管，与所述级联变换器的输出端相连，
第二开关元件，并联连接在所述第二电感器和所述第二二极管之间。
6.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，还具有：
与所述级联变换器的输出端相连的电容器；
变频器，连接在所述电容器与电机之间，将所述变换器的输出电源转换为交流电源而输出。
7.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
还具有电压检测部，用于检测所述电容器的两端的电压；
所述变换器控制部基于检测出的所述电容器的两端电压，对所述级联变换器的动作进行控制。
8.如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
还具有电压检测部，用于检测所述电容器的两端的电压；
所述变换器控制部基于流经所述第一变换器内的第一电感器的电流以及流经所述第二变换器内的第二电感器的电流中的至少一种电流、检测出的所述电容器的两端电压，来运算连接在所述电力变换装置的负载量，并基于所述运算出的负载量，控制所述级联变换器的动作。
9.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述级联变换器中的第一变换器具有第一类型的第一开关元件，所述级联变换器中的第二变换器具有额定电压比所述第一类型高的第二类型的第二开关元件。
10.一种电力变换装置，其特征在于，
具备：
整流部，对输入的交流电源进行整流，
级联变换器，具有多个变换器，用于将已整流的所述交流电源转换为直流电源，并输出已转换的直流电源，
变换器控制部，根据对应于所述电容器的两端的负载，使所述级联变换器中的所述多个变换器选择性地动作；
所述级联变换器中的第一变换器具有第一类型的第一开关元件，所述级联变换器中的第二变换器具有额定电压比所述第一类型高的第二类型的第二开关元件。
11.如权利要求10所述的电力变换装置，其特征在于，
还具有与所述级联变换器的输出端相连的电容器，
当对应于所述电容器的两端的负载水平在第一水平以下时，所述变换器控制部对所述第一变换器的所述第一开关元件的动作进行控制，
当对应于所述电容器的两端的负载水平在比所述第一水平高的第二水平以上时，所述变换器控制部对所述第二变换器的所述第二开关元件的动作进行控制。
12.如权利要求10所述的电力变换装置，其特征在于，当对应于所述电容器的两端的负载水平在所述第一水平和所述第二水平之间时，所述变换器控制部分别对所述第一变换器的所述第一开关元件的动作及所述第二变换器的所述第二开关元件的动作进行控制。
13.如权利要求10所述的电力变换装置，其特征在于，
所述变换器控制部具有：
第一变换器控制部，控制所述第一变换器；
第二变换器控制部，控制所述第二变换器。
14.如权利要求10所述的电力变换装置，其特征在于，作为所述第一开关元件包括金属氧化膜半导体场效应晶体管，作为所述第二开关元件包括具有绝缘门极双极性晶体管。
15.一种空气调节机，其特征在于，具有压缩机以及向压缩机内的电机供给驱动电源的如权利要求1-14中任一项所述的电力变换装置。
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