CN104054251A - 电力变换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明通过在漏电流不明显的区间以外输出补偿电流，降低由于流过补偿电流导致的损失。二极管桥(11)具有被从交流电源(3)输入交流电的一对输入端、和输出直流电的一对输出端(111、112)。升压斩波电路(12)与一对输出端(111、112)连接，使输入自身的直流电压升压。升压斩波电路(12)作为功率因数改善电路发挥作用。平滑电容器(13)与升压斩波电路(12)的输出侧连接，使其两端电压变平滑。逆变器(14)输入平滑电容器(13)的两端电压，并向负载(4)提供交流电力。漏电流降低装置(2)输出对从负载(4)泄漏的漏电流(Ia)进行补偿的补偿电流(Ic)。漏电流降低装置(2)在从交流电源(3)输入的交流的过零点附近以外输出补偿电流(Ic)。

Description

电力变换电路
技术领域
本发明涉及降低来自负载的漏电流的技术。
背景技术
迄今为止提出了降低来自负载的漏电流的技术。例如，下述的专利文献1、2公开了如下技术：与平滑电容器的两端连接的补偿电流供给电路输出对来自负载的漏电流进行补偿的电流。
另外，专利文献3公开了在不设置平滑电容器的结构中，在将作为全波整流电路的二极管桥和逆变器装置连接起来的正侧输入线与负侧输入线之间设有噪声降低电路。该噪声降低电路具有两个晶体管，这些晶体管进行导通/截止动作。
另一方面，关于电力变换电路的结构，存在采用利用功率因数改善电路的技术的情况。该功率因数改善电路通常利用升压斩波电路实现。例如，该电力变换电路的驱动对象是电动机，在该电动机驱动对在空调机中使用的制冷剂进行压缩的压缩机的情况下，从提高低温时的制热能力的角度考虑，采用升压斩波电路。
升压斩波电路从其功能上讲具有电抗器、开关和二极管，电抗器相对于开关设置于平滑电路的相反侧。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3044650号公报
专利文献2：日本特开平1－122910号公报
专利文献3：日本特开2000－92861号公报
发明内容
发明要解决的问题
在将专利文献1、2所记载的技术应用于具有功率因数改善电路的电力变换电路时，补偿电流供给电路根据平滑后的直流电压进行动作。另外，在专利文献3所记载的技术中没有采用平滑电容器。在此，在专利文献3所记载的技术中，在噪声降低电路中，利用放大器将检测出漏电流的电压放大来驱动两个晶体管，使这两个晶体管彼此相反地进行导通/截止动作。
因此，无论是在哪个专利文献中记载的技术，在输出补偿电流时都与输入全波整流电路的交流的波形无关。
但是，在功率因数改善电路中，电流不在输入全波整流电路的交流的过零点附近流过，其二极管不会处于导通状态。因此，如果想要在这种时刻流过补偿电流，将导致在流过补偿电流的电路中消耗不必要的电力。
本发明正是为了解决这种问题而提出的，其目的在于，通过在漏电流不明显的区间以外输出补偿电流，降低由于流过补偿电流导致的损失。
用于解决问题的手段
本发明的电力变换电路的第一方式具有：二极管桥(11)，其具有供输入交流电压(Vs)的一对输入端、和输出直流电的一对输出端(111、112)；升压斩波电路(12)，其与所述一对输出端连接；平滑电容器(13)，其与所述升压斩波电路的输出侧连接；逆变器(14)，其输入所述平滑电容器的两端电压，并输出驱动负载(4)的电力；以及漏电流降低装置(2)，其输出在所述交流电压的过零点附近以外对从所述负载泄漏的漏电流(Ia)进行补偿的补偿电流(Ic)。
本发明的电力变换电路的第二方式是在第一方式所述的电力变换电路中，所述漏电流降低装置(2)具有：漏电流检测器(21)，其根据输入所述二极管桥(11)的一对电流彼此的差分，输出与所述漏电流(Ia)对应的检测电流(Ib)；以及补偿电流输出部(22)，其具有与所述一对输出端(111、112)分别连接的一对输入端(224、225)、和响应于所述检测电流而输出所述补偿电流(Ic)的补偿电流输出端(223)，所述补偿电流输出端连接于所述负载(4)的漏电流泄漏的位置(41)处。
本发明的电力变换电路的第三方式是在第一或者第二方式所述的电力变换电路中，所述升压斩波电路(12)具有：电抗器(121)，其与所述一对输出端中高电位侧的一方(111)连接；二极管(122)，其具有阴极和经由所述电抗器与所述一对输出端中的所述一方连接的阳极；以及开关元件(123)，其连接在所述阳极与所述一对输出端中低电位侧的另一方(112)之间。
并且，所述平滑电容器(13)连接在所述阴极与所述一对输出端中的所述另一方之间。
本发明的电力变换电路的第四方式是在第一或者第二方式所述的电力变换电路中，所述升压斩波电路(12)具有：电抗器(121)，其与所述一对输出端中低电位侧的一方(112)连接；二极管(122)，其具有阳极和经由所述电抗器与所述一对输出端中的所述一方连接的阴极；以及开关元件(123)，其连接在所述阴极与所述一对输出端中高电位侧的另一方(111)之间，所述平滑电容器(13)连接在所述阳极与所述一对输出端中的所述一方之间。
本发明的电力变换电路的第五方式是在第二～第四方式中任意一种方式所述的电力变换电路中，所述补偿电流输出部(22)具有在其所述一对输入端(224、225)之间串联连接的第1晶体管(221)和第2晶体管(222)，所述第1晶体管和所述第2晶体管的导电类型彼此不同，所述第1晶体管的控制电极和所述第2晶体管的控制电极被公共连接，连接所述第1晶体管和所述第2晶体管的连接点与所述补偿电流输出端(223)连接，所述检测电流在所述连接点、与所述第1晶体管的控制电极和所述第2晶体管的控制电极之间流过。
发明效果
根据本发明的电力变换电路的第一方式，由于在漏电流不明显的区间以外输出补偿电流，因而能够降低由于流过补偿电流导致的损失。
根据本发明的电力变换电路的第二方式，补偿电流输出部连接于整流电路的一对输出端之间而非升压斩波电路的输出侧，因而漏电流较小时的补偿电流输出部的动作受到抑制，能够降低功耗。
根据本发明的电力变换电路的第三方式，由于将输出到整流电路的一对输出端的直流电压升压，因而能够改善电力变换电路的功率因数。
根据本发明的电力变换电路的第四方式，由于将输出到整流电路的一对输出端的直流电压升压，因而能够改善电力变换电路的功率因数。
根据本发明的电力变换电路的第五方式，能够使对应漏电流的补偿电流从连接点流向泄漏位置处。
本发明的目的、特征、方面和优点，根据以下的详细说明和附图将更加明了。
附图说明
图1是将本发明的实施方式的电力变换电路的结构与其周边部分一起示出的电路图。
图2是示出升压斩波电路的另一结构的电路图。
图3是示意性示出漏电流与输入二极管桥的交流电压、交流电流之间的关系的曲线图。
具体实施方式
图1是将本发明的实施方式的电力变换电路的结构与其周边部分一起示出的电路图。该电力变换电路具有二极管桥11、升压斩波电路12、平滑电容器13、逆变器14、和漏电流降低装置2。
二极管桥11具有被从交流电源3输入交流电的一对输入端、和输出直流电的一对输出端111、112。
升压斩波电路12与一对输出端111、112连接，使输入自身的直流电压升压。升压斩波电路12作为功率因数改善电路发挥作用。
平滑电容器13与升压斩波电路12的输出侧连接，使其两端电压变平滑。
逆变器14输入平滑电容器13的两端电压，并向负载4提供交流电力。
负载4例如是在对空调机的制冷剂进行压缩的压缩机中采用的电机。该电机与压缩机中的压缩部件一起暴露于制冷剂和润滑油中。因此，在与该压缩机的外廓之间具有寄生电容。尤其是润滑油溶入制冷剂中即处于所谓“浸入(寝込み)”的状态时，制冷剂的介电常数上升，该寄生电容增大，漏电流的发生变明显。
漏电流降低装置2输出对从负载4泄漏的漏电流Ia进行补偿的补偿电流Ic。本发明的特征在于，漏电流降低装置2在从交流电源3输入的交流的过零点附近以外输出补偿电流Ic。
如上所述，电流不会在输入全波整流电路(此处指二极管桥11)的交流的过零点附近流入功率因数改善电路(此处指升压斩波电路12)。因此，通过使补偿电流Ic在漏电流Ia不明显的过零点附近的区间以外流过，能够降低由于流过补偿电流Ic导致的损失。
升压斩波电路12具有电抗器121、二极管122和开关元件123。电抗器121与二极管桥11的一对输出端中的高电位侧的输出端111连接。二极管122的阳极经由电抗器121与二极管桥11的输出端111连接。平滑电容器13连接在二极管122的阴极、与二极管桥11的一对输出端中的低电位侧的输出端112之间。
开关元件123例如采用绝缘栅型双极晶体管，连接在二极管122的阳极与输出端112之间。
或者，升压斩波电路12也可以具有如图2的电路图所示的另一结构。具体地讲，在升压斩波电路12中，电抗器121与输出端112连接，二极管122的阴极经由电抗器121与输出端112连接。
开关元件123连接在二极管122的阴极与输出端111之间。平滑电容器13连接在二极管122的阳极与输出端111之间。
或者，升压斩波电路12也可以采用以所谓交错(interleave)方式进行动作的结构。
通过采用这种结构，升压斩波电路12将输出到作为整流电路的二极管桥11的一对输出端111、112的直流电压升压，因而能够改善电力变换电路的功率因数。具体动作是公知的技术，因而在此省略详细说明。
另外，在电力变换电路中，功率因数改善电路并非始终工作。例如，在空调机所采用的上述的电力变换电路中，存在开关元件123持续断开的情况(以下也称为“功率因数改善电路的停止状态”)、和开关元件123以某种占空进行开关的情况(以下也称为“功率因数改善电路的动作状态”)。在前者的情况下，功率因数改善电路实质上不作为升压斩波器发挥作用，在后者的情况下，功率因数改善电路作为升压斩波器发挥作用，因而平滑后的直流电压在这两种情况下大不相同。具体地讲，在功率因数改善电路的动作状态下的平滑后的直流电压比在功率因数改善电路的停止状态下的平滑后的直流电压高。
因此，如果漏电流降低装置2根据平滑电容器13的两端电压进行动作，则在上述的两种情况下，设定补偿电流Ic并非易事。如果想要对在功率因数改善电路的动作状态下的漏电流进行适当补偿，则在功率因数改善电路的停止状态下损耗增大。如果想要对在功率因数改善电路的停止状态下的漏电流进行适当补偿，则在功率因数改善电路的动作状态下的补偿变得不足。
基于这种观点，与漏电流降低装置2的动作依据于平滑电容器13的两端电压相比，更优选在从交流电源3输入的交流的过零点附近以外输出补偿电流Ic。
漏电流降低装置2具有漏电流检测器21和补偿电流输出部22。漏电流检测器21根据输入二极管桥11的一对电流彼此的差分，输出与漏电流Ia对应的检测电流Ib。具体地讲，漏电流检测器21具有在交流电源3和二极管桥11之间设置的共模扼流圈、和与共模扼流圈电感耦合的线圈。因此，检测电流Ib流过该线圈。这种结构自身根据例如上述的专利文献1～3是公知的，因而不进行详细说明。
补偿电流输出部22具有与一对输出端111、112分别连接的一对输入端224、225、和响应于检测电流Ib而输出补偿电流Ic的补偿电流输出端223。并且，补偿电流输出端223连接于负载4的漏电流泄漏的位置41处。位置41例如被接地至接地G。或者，在接地G与位置41之间存在寄生阻抗。在图1中，用位置41和接地G之间的虚线表示该寄生阻抗存在的可能性。
补偿电流输出部22具有在其一对输入端224、225之间串联连接的晶体管221、222。晶体管221、222的导电类型彼此不同。具体地讲，晶体管221是PNP型，晶体管222是NPN型。连接晶体管221、222彼此的连接点与补偿电流输出端223连接。检测电流Ib在该连接点与晶体管221、222的基极之间流过。
具体地讲，作为晶体管221的控制电极的基极和作为晶体管222的控制电极的基极例如经由电阻器与漏电流检测器21连接。检测电流Ib流过该电阻器，由此晶体管221、222被施加基极偏置电压。
补偿电流Ic从补偿电流输出端223流向位置41处。但是，为了从补偿电流Ic中截去直流成分，优选在补偿电流输出端223与位置41之间设置具有容性阻抗的元件226，例如电容器。
补偿电流输出部22的结构自身例如根据上述的专利文献1～3也是公知的，因而不进行详细说明。但是，采用升压斩波电路12的方式，或在进一步采用升压斩波电路12的基础上，输入端224、225与输出端111、112连接的方式，在专利文献1～3中都没有提及。
另外，补偿电流输出部22连接于二极管桥11的一对输出端111、112之间而非升压斩波电路12的输出侧。因此，与晶体管221、222的动作无关，补偿电流输出部22使在输入二极管桥11的交流电压Vs的过零点附近实质上不流过补偿电流Ic。
图3是示意性示出漏电流Ia与输入二极管桥11的交流电压Vs、交流电流Is之间的关系的曲线图。
漏电流Ia随着交流电流Is增大而增大。但是，由于升压斩波电路12的功能，交流电流Is在交流电压Vs的过零点附近比较小。因此，即使在交流电压Vs的过零点附近不流过补偿电流Ic，也发挥降低漏电流Ia的实际效果。
这样，为了发挥降低漏电流Ia的实际效果并降低功率损耗，优选将输入端224、225连接在输出端111、112这样体现出了交流电压Vs的过零点的位置处，而非平滑电容器13的两端。
以上详细说明了本发明，但上述的说明在所有方面仅是示例，本发明并不限定于此。应该理解为未被例示的无数变形例是在不脱离本发明的范围的情况下能够想到的。

Claims (7)

1.一种电力变换电路，该电力变换电路具有：
二极管桥(11)，其具有供输入交流电压(Vs)的一对输入端、和输出直流电的一对输出端(111、112)；
升压斩波电路(12)，其与所述一对输出端连接；
平滑电容器(13)，其与所述升压斩波电路的输出侧连接；
逆变器(14)，其输入所述平滑电容器的两端电压，并输出驱动负载(4)的电力；以及
漏电流降低装置(2)，其输出在所述交流电压的过零点附近以外对从所述负载泄漏的漏电流(Ia)进行补偿的补偿电流(Ic)。
2.根据权利要求1所述的电力变换电路，其中，
所述漏电流降低装置(2)具有：
漏电流检测器(21)，其根据输入所述二极管桥(11)的一对电流彼此的差分，输出与所述漏电流(Ia)对应的检测电流(Ib)；以及
补偿电流输出部(22)，其具有与所述一对输出端(111、112)分别连接的一对输入端(224、225)、和响应于所述检测电流而输出所述补偿电流(Ic)的补偿电流输出端(223)，所述补偿电流输出端连接于所述负载(4)的漏电流泄漏的位置(41)处。
3.根据权利要求1所述的电力变换电路，其中，
所述升压斩波电路(12)具有：
电抗器(121)，其与所述一对输出端中高电位侧的一方(111)连接；
二极管(122)，其具有阴极和经由所述电抗器与所述一对输出端中的所述一方连接的阳极；以及
开关元件(123)，其连接在所述阳极与所述一对输出端中低电位侧的另一方(112)之间，
所述平滑电容器(13)连接在所述阴极与所述一对输出端中的所述另一方之间。
4.根据权利要求1所述的电力变换电路，其中，
所述升压斩波电路(12)具有：
电抗器(121)，其与所述一对输出端中低电位侧的一方(112)连接；
二极管(122)，其具有阳极和经由所述电抗器与所述一对输出端中的所述一方连接的阴极；以及
开关元件(123)，其连接在所述阴极与所述一对输出端中高电位侧的另一方(111)之间，
所述平滑电容器(13)连接在所述阳极与所述一对输出端中的所述一方之间。
5.根据权利要求2所述的电力变换电路，其中，
所述升压斩波电路(12)具有：
电抗器(121)，其与所述一对输出端中高电位侧的一方(111)连接；
二极管(122)，其具有阴极和经由所述电抗器与所述一对输出端中的所述一方连接的阳极；以及
开关元件(123)，其连接在所述阳极与所述一对输出端中低电位侧的另一方(112)之间，
所述平滑电容器(13)连接在所述阴极与所述一对输出端中的所述另一方之间。
6.根据权利要求2所述的电力变换电路，其中，
所述升压斩波电路(12)具有：
电抗器(121)，其与所述一对输出端中低电位侧的一方(112)连接；
二极管(122)，其具有阳极和经由所述电抗器与所述一对输出端中的所述一方连接的阴极；以及
开关元件(123)，其连接在所述阴极与所述一对输出端中高电位侧的另一方(111)之间，
所述平滑电容器(13)连接在所述阳极与所述一对输出端的所述一方之间。
7.根据权利要求2、5、6中任意一项所述的电力变换电路，其中，
所述补偿电流输出部(22)具有在其所述一对输入端(224、225)之间串联连接的第1晶体管(221)和第2晶体管(222)，
所述第1晶体管和所述第2晶体管的导电类型彼此不同，
所述第1晶体管的控制电极和所述第2晶体管的控制电极被公共连接，
连接所述第1晶体管和所述第2晶体管的连接点与所述补偿电流输出端(223)连接，
所述检测电流在所述连接点、与所述第1晶体管的控制电极和所述第2晶体管的控制电极之间流过。
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