CN104067496B - 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耗。变流器(11)被从交流电源(3)输入交流电，并将该交流电进行整流后输出给直流环节(15)。逆变器(14)经由直流环节(15)与变流器(11)连接，将直流电变换为交流电，并将该交流电输出给负载(4)。漏电流检测器(21)输出与从负载(4)泄漏的漏电流(Ia)对应的检测电流(Ib)。补偿电流输出端(223)连接于漏电流(Ia)泄漏的位置(41)处，响应于检测电流(Ib)而补偿漏电流(Ia)。开关(8)对检测电流(Ib)能否输入补偿电流输出部(22)进行设定。

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，这些晶体管彼此相反地进行导通/截止动作。
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11－122910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
在专利文献1、2所记载的技术中，补偿电流供给电路根据平滑后的直流电压进行动作。在专利文献3所记载的技术中，虽然没有采用平滑电容器，但是在噪声降低电路中，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中，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。
图5是示意性示出在不采用平滑电容器时输入全波整流电路的交流电压Vs及交流电流Is、与漏电流Ia之间的关系的曲线图。漏电流Ia随着输入电流Is增大而增大。即使是采用平滑电容器，只要其两端电压发生脉动，就存在同样的倾向。
因此，即使是漏电流Ia比较小、不需要降低该漏电流的情况下，在专利文献1～3中对漏电流进行补偿的电路也进行动作。从节省功耗的角度考虑是不希望这样的。
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的区间中输出补偿电流，降低由于流过补偿电流导致的损耗。
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：变流器(11)，其将交流电变换为直流电；直流环节(15)；逆变器(14)，其经由所述直流环节与所述变流器连接，将直流电变换为交流电，并将该交流电输出给负载(4)；漏电流检测器(21)，其输出与从所述负载泄漏的漏电流(Ia)对应的检测电流(Ib)；补偿电流输出部(22)，其具有输出补偿电流(Ic)的补偿电流输出端(223)，该补偿电流(Ic)响应于所述检测电流而补偿所述漏电流，所述补偿电流输出端连接于所述负载的漏电流泄漏的位置(41)处；以及开关(8)，其对所述检测电流能否输入所述补偿电流输出部进行设定。
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，所述电力变换电路还具有控制部(7)，该控制部根据与所述检测电流(Ib)成比例的监控电流(Ie)，控制所述开关(8)的开闭。并且，所述漏电流检测器(21)具有：第1线圈，根据流过所述变流器(11)的一对电流彼此的差分，在该第1线圈中流过所述检测电流(Ib)；以及第2线圈，其与所述第1线圈电感耦合，在该第2线圈中流过所述监控电流。
本发明的电力变换电路的第三方式是在第一方式所述的电力变换电路中，所述电力变换电路还具有控制部(7)，该控制部根据输入所述变流器(11)的交流电压(Vs)的振幅，控制所述开关(8)的开闭。
本发明的电力变换电路的第四方式是在第一～第三方式中任意一种方式所述的电力变换电路中，所述直流环节(15)包括平滑电容器(13)。
本发明的电力变换电路的第五方式是在第一～第四方式中任意一种方式所述的电力变换电路中，所述直流环节(15)包括升压斩波电路(12)。
本发明的电力变换电路的第六方式是在第五方式所述的电力变换电路中，所述开关(8)分别对应于所述升压斩波电路(12)的驱动/停止而导通/截止。
本发明的电力变换电路的第七方式是在第一～第六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)。并且，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，能够利用开关仅在漏电流明显的区间输出补偿电流，因而能够降低由于流过补偿电流导致的损耗。
根据本发明的电力变换电路的第二或者第三方式，能够降低因监控电流导致的检测电流的减少。
根据本发明的电力变换电路的第四方式，由于将输入逆变器的直流电压变平滑，因而逆变器的控制变得容易。
根据本发明的电力变换电路的第五及第六方式，由于将变流器输出的直流电压升压，因而能够改善电力变换电路的功率因数。
尤其是根据第六方式，能够降低升压斩波电路停止时的功耗。
根据本发明的电力变换电路的第七方式，能够使对应于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是将本发明的实施方式的电力变换电路的另一种结构与其周边部分一起示出的电路图。
图3是将本发明的实施方式的电力变换电路的又一种结构与其周边部分一起示出的电路图。
图4是示出本发明的电力变换电路的实施方式的变形的电路图。
图5是示出漏电流与输入到变流器的交流电压、交流电流的波形之间的关系的曲线图。
图6是示出漏电流与输入到变流器的交流电压、交流电流的波形之间的另一种关系的曲线图。
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变流器11、直流环节15、逆变器14和漏电流降低装置2。
变流器11将从交流电源3输入的交流电变换为直流电。逆变器14将直流电变换为交流电，并将该交流电输出给负载4。逆变器14经由直流环节15与变流器11连接。变流器11被输入交流电压Vs和交流电流Is。
直流环节15包括正极侧的直流电源线15a和负极侧的直流电源线15b。
在图1中，关于变流器11示例出二极管桥，但也可以是除此以外的例如采用脉宽调制的有源变流器。
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。漏电流降低装置2具有漏电流检测器21、补偿电流输出部22和开关8。
漏电流检测器21根据输入变流器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例如具有在交流电源3和变流器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具有一对输入端224、225和补偿电流输出端223。补偿电流输出部22经由输入端224、225与直流环节15并联连接。补偿电流输出端223输出补偿电流Ic。补偿电流Ic响应于检测电流Ib而补偿漏电流Ia。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及以后的附图中，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。
具体地讲，补偿电流输出部22例如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。在后述的开关8导通时，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(如后面所述再经由开关8)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是公知的，因而不进行详细说明。
开关8对检测电流Ib能否输入补偿电流输出部22进行设定。具体地讲，例如在与晶体管221、222的基极连接的电阻器、和漏电流检测器21之间设有开关8。并且，开关8的开关的控制由控制部7进行控制。
在图1中示出了控制部7检测能够得到检测电流Ib的线圈的两端电压的情况。但是，在控制部7的输入阻抗比较小的情况下，可能产生监控电流Ie的减少。
图4是将电力变换电路的变形限定于控制部7的周边部分示出的电路图。在图4所示的变形中，漏电流检测器21具有：第1线圈，在该第1线圈中流过检测电流Ib；以及第2线圈，其与第1线圈电感耦合，在该第2线圈中流过监控电流Ie。监控电流Ie与检测电流Ib成比例，因而控制部7能够根据监控电流Ie控制开关8的开关。在这种情况下，即使控制部7的输入阻抗比较小，监控电流Ie也不易减小。
控制部7例如对上述线圈的两端电压或者监控电流Ie进行如下的判定，由此控制开关8的开关。
(i)仅在瞬时值的大小比规定的阈值大时使开关8导通；
(ii)仅在平均值的大小比规定的阈值大时使开关8导通；
(iii)仅在峰值(AM检波)的大小比规定的阈值大时使开关8导通。
由此，补偿电流输出部22使在漏电流Ia不明显的区间以外流过补偿电流Ic。
或者，控制部7仅在交流电压Vs的绝对值比规定的阈值大时使开关8导通，即可使在漏电流Ia不明显的区间以外流过补偿电流Ic。这是因为，如图5所示，交流电压Vs的绝对值越小，漏电流Ia越小。
在这种情况下，控制部7被输入交流电压Vs。或者，在变流器11进行全波整流的情况下，例如由二极管桥构成的情况下，控制部7被输入直流环节15处的电压。即使采用这种结构，监控电流Ie也不易减小。
控制部7构成为例如包括微处理器和存储装置。微处理器执行在程序中记述的各处理步骤(换言之处理)。上述存储装置例如能够由ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、可改写的非易失性存储器(EPROM(Erasable Programmable ROM)等)、硬盘装置等各种存储装置中的一个或者多个装置构成。该存储装置存储各种信息和数据等，并存储微处理器执行的程序，还提供用于执行程序的作业区域。另外，微处理器能够理解为作为与在程序中记述的各处理步骤对应的各种单元发挥作用，或者能够理解为实现与处理步骤对应的各种功能。此外，控制部7不限于此，也可以利用硬件来实现由控制部7执行的各种步骤、或者实现的各种单元或各种功能的一部分或者全部。
另外，开关8例如能够采用继电器触点、半导体开关。
图2是将电力变换电路的另一种结构与其周边部分一起示出的电路图。该结构与图1所示的结构的不同之处在于，直流环节15还包括平滑电容器13。具体地讲，平滑电容器13连接在直流电源线15a、15b之间。通常是采用如电解电容器那样具有较大的静电电容的电容器，但也可以采用通过适当进行逆变器14的控制，使用如薄膜电容器那样具有较小的静电电容的电容器。在后者的情况下，不一定要求平滑功能，在直流环节15中产生较大的脉动。
在产生这种较大的脉动的情况下，关于对控制部7的输入，也可以输入直流环节15中的电压来替代监控电流Ie。这是因为该脉动体现出了交流电压Vs的变动，因而以在交流电压Vs的绝对值较小的区域中输出补偿电流Ic的方式来开闭开关8，对补偿电流输出部22提供检测电流Ib。另一方面，在平滑电容器13的电容较大、直流环节15中的电压的脉动较小的情况下，不希望向控制部7输入直流环节15中的电压来替代监控电流Ie。
当然，控制部7能够根据检测电流Ib流过的线圈的两端电压、监控电流Ie或者交流电压Vs来开闭开关8，由此使得在漏电流Ia不明显的区间以外流过补偿电流Ic。
图3是将电力变换电路的又一种结构与其周边部分一起示出的电路图。该结构与图1所示的结构的不同之处在于，直流环节15还包括升压斩波电路12。但是，在图3中示例出了还包括平滑电容器13、平滑电容器13与升压斩波电路12的输出侧连接的情况。
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与直流电源线15a连接。二极管122的阳极经由电抗器121与直流电源线15a连接。平滑电容器13连接在二极管122的阴极、与直流电源线15b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的阳极与直流电源线15b之间。
通过采用这种结构，升压斩波电路12将从变流器11输出的直流电压升压，因而能够作为改善电力变换电路的功率因数的功率因数改善电路发挥作用。具体动作是公知的技术，因而在此省略详细说明。
另外，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。
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以某种占空比进行开闭的情况(以下也称为“功率因数改善电路的动作状态”)。
尤其是在变流器11由二极管桥构成的情况下，在功率因数改善电路的动作状态下，二极管桥的导通角比较大。因此，与图5所示的情况相同地，交流电流Is的波形平缓，漏电流Ia具有较大的值的相位角也比较大。因此，在这种情况下，优选如上所述抑制补偿电流Ic流过的定时。
但是，在功率因数改善电路的停止状态下，二极管桥的导通角比较窄。图6是示出这种情况下的漏电流Ia与输入到变流器11的交流电压Vs、交流电流Is的波形之间的关系的曲线图。交流电流Is的波形比较陡，漏电流Ia具有较大的值的范围比较窄。因此，在功率因数改善电路的停止状态下，即使不流过补偿电流Ic，漏电流Ia对外部的不良影响也比较小。
因此，与监控电流Ie或交流电压Vs或直流环节15中的电压无关地，通过在功率因数改善电路的停止状态下将开关8设为不导通，能够降低功耗。即，优选开关8分别对应于升压斩波电路12的驱动/停止而导通/截止。这种开关8的控制是通过由控制部7与控制升压斩波电路12的其它控制部(未图示)协作进行而实现的。使用公知的技术容易实现这种协作，因而省略详细说明。
当然，在升压斩波电路12进行驱动、开关8导通的情况下，也优选在控制部7的控制下，根据检测电流Ib流过的线圈的两端电压和监控电流Ie等，将开关8设为不导通。
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 (13)

1.一种电力变换电路，该电力变换电路具有：
变流器(11)，其将交流电变换为直流电；
直流环节(15)；
逆变器(14)，其经由所述直流环节与所述变流器连接，将直流电变换为交流电，并将该交流电输出给负载(4)；
漏电流检测器(21)，其输出与从所述负载泄漏的漏电流(Ia)对应的检测电流(Ib)；
补偿电流输出部(22)，其具有输出补偿电流(Ic)的补偿电流输出端(223)，该补偿电流(Ic)响应于所述检测电流而补偿所述漏电流，所述补偿电流输出端连接于所述负载的漏电流泄漏的位置(41)处；以及
开关(8)，其对所述检测电流能否输入所述补偿电流输出部进行设定。
2.根据权利要求1所述的电力变换电路，其中，
所述电力变换电路还具有控制部(7)，该控制部根据与所述检测电流(Ib)成比例的监控电流(Ie)，控制所述开关(8)的开闭，
所述漏电流检测器(21)具有：第1线圈，根据流过所述变流器(11)的一对电流彼此的差分，在该第1线圈中流过所述检测电流(Ib)；以及第2线圈，其与所述第1线圈电感耦合，在该第2线圈中流过所述监控电流。
3.根据权利要求1所述的电力变换电路，其中，
所述电力变换电路还具有控制部(7)，该控制部根据输入所述变流器(11)的交流电压(Vs)的振幅，控制所述开关(8)的开闭。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的电力变换电路，其中，
所述直流环节(15)包括平滑电容器(13)。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的电力变换电路，其中，
所述直流环节(15)包括升压斩波电路(12)。
6.根据权利要求5所述的电力变换电路，其中，
所述开关(8)分别对应于所述升压斩波电路(12)的驱动/停止而导通/截止。
7.根据权利要求1～3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。
8.根据权利要求4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。
9.根据权利要求5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。
10.根据权利要求6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。
11.根据权利要求4所述的电力变换电路，其中，
所述直流环节(15)包括升压斩波电路(12)。
12.根据权利要求11所述的电力变换电路，其中，
所述开关(8)分别对应于所述升压斩波电路(12)的驱动/停止而导通/截止。
13.根据权利要求12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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