CN104488157B - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不仅检测主直流电压也检测副直流电压，以期保护主整流电路和副整流电路的技术。主电源电路(119)驱动负载(121)。主整流电路(11)通过第1开关(102)输入交流电压，并向主电源电路(119)提供主直流电压(Vdc1)。当在主电源电路(119)中流过过电流或者负载(121)对于主电源电路(119)而言成为过负载的情况下，第1开关(102)被断开。从副电源电路(117)向控制电路(123)提供动作电源。副整流电路(12)绕过第1开关(102)输入交流电压，向副电源电路(117)提供副直流电压(Vdc2)。直流电压检测电路(13)检测主直流电压(Vdc1)和副直流电压(Vdc2)。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及电源装置，例如适用于空调机的室外机中采用的电源装置。
背景技术
在和室内机一起构成空调机的室外机中设有将制冷剂压缩的压缩机。该压缩机在控制室外机的动作的微型计算机(microcomputer)的控制下由电机进行驱动。
在该室外机中需要独立的用于驱动电机的逆变器等电源电路(以下称为“主电源电路”)、和驱动该微型计算机的电源电路(以下称为“副电源电路”)。因为在室外机中存在微型计算机工作而电机停止的情况。
因此，独立地生成提供给主电源电路的直流电压(以下称为“主直流电压”)、和提供给副电源电路的直流电压(以下称为“副直流电压”)。
另外，当在空调动作过程中压缩机不需要工作或者压缩机的工作不适当的状况下(以下称为“压缩机停止状况”)，通过微型计算机进行室外机的控制或者保护，使主电流电压的供给停止，并维持副电流电压的供给。
例如，作为压缩机不需要工作的情况，可以举出在空调机刚刚起动后或不需要驱动压缩机的空调动作时(所谓温控器关闭(Thermo-OFF))。关于压缩机的工作不适当的情况，可以举出主直流电压产生过电压、电机流过过电流、或者电机的负荷过剩的情况。
压缩机停止状况中除主直流电压产生过电压的情况以外，期望通过停止主直流电压的供给而维持副电流电压的供给，持续检测主直流电压中是否产生过电压。
这样需要独立的主直流电压和副直流电压，前者在压缩机停止状况下被切断。将这种要求作为一个原因，在独立的整流电路(以下分别称为“主整流电路”、“副整流电路”)中生成主直流电压和副直流电压。
另一方面，基于减少部件数目等设计上的原因，从共同的交流电源生成主直流电压和副直流电压。另外，在主整流电路的交流输入侧设有电源开关，用于在压缩机停止状况下，也停止主直流电压的供给，而维持副电流电压的供给。另一方面，在副整流电路的交流输入侧绕过该电源开关来输入交流电压。
公知有这样的技术：从共同的交流电源通过电源开关向主电源电路供电，从共同的交流电源绕过该电源开关向副电源电路供电。例如，在专利文献1中示例了这样的技术。
另外，作为对过电压检测电路所示例的现有技术文献，可以举出专利文献2～4。另外，作为公开所谓无电解电容器的逆变器控制的现有技术文献，可以举出非专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－111123号公报
专利文献2：日本特开2000－69786号公报
专利文献3：日本特开2011－10494号公报
专利文献4：日本特开平8－79963号公报
非专利文献
非专利文献1：関本、他4名、“電解コンデンサレスインバータに夜グローバル電源高調波規制対応エアコンの開発”、平成23年電気学会モータドライブ研究会、No.MD-11号、pp51-56
发明内容
发明要解决的问题
这样从共同的交流电源向主整流电路和副整流电路供电。因此，当在该交流电源产生了过剩的电压变动的情况下，存在不仅主直流电压中产生过电压、而且副直流电压中也产生过电压的可能性。在这种情况下，期望切断从交流电源向副整流电路的供电，以便保护副整流电路及被供给副直流电压的部件例如微型计算机。
因此，本发明的第一目的在于，提供不仅检测主直流电压、而且也检测副直流电压，以期保护主整流电路和副整流电路的技术。
另外，近年来提出了响应降低成本、缩小尺寸的要求，在用于得到主直流电压的结构中省略静电电容较大的电解电容器。由此，主直流电压的脉动变明显，但是通过适当执行接受主直流电压的逆变器的控制，能够应对该脉动。主直流电压和副直流电压所要求的功率的大小完全不同。另一方面，副直流电压基于其使用目的而设有必要的电解电容器。
因此，本发明的第二目的在于，提供避免主直流电压和副直流电压的干扰，并检测主直流电压和副直流电压的技术。
用于解决问题的手段
本发明的第一方式的电源装置具有：主电源电路119，其驱动负载121；第1开关102，其在所述主电源电路中流过过电流或者所述负载对于所述主电源电路而言成为过负载的情况下被断开；主整流电路11，其通过所述第1开关输入交流电压，并向所述主电源电路提供主直流电压Vdc1；副电源电路117，其向控制所述第1开关的控制电路123提供动作电源；副整流电路12，其绕过所述第1开关输入所述交流电压，向所述副电源电路提供副直流电压Vdc2；以及直流电压检测电路13，其检测所述主直流电压和所述副直流电压。
本发明的第二方式的电源装置是根据第一方式所述的电源装置，所述主电源电路具有从所述主直流电压向所述负载提供交流的输出电压的逆变器，所述主整流电路具有吸收所述逆变器的开关脉动的第1电容器107，所述副整流电路具有使所述副直流电压变平滑的第2电容器110。
本发明的第三方式的电源装置是根据第二方式所述的电源装置，所述电源装置还具有二极管111，该二极管具有与所述第1电容器的高电位侧端连接的阳极、和与所述第2电容器的高电位侧端连接的阴极，所述直流电压检测电路检测所述二极管的所述阴极的电位。
本发明的第四方式的电源装置是根据第三方式所述的电源装置，所述电源装置还具有电阻112，该电阻安插在所述二极管的所述阴极与所述第2电容器的所述高电位侧端之间。
本发明的第五方式的电源装置是根据第一～第四方式中任意一种所述的电源装置，所述电源装置还具有与所述第1开关不同的第2开关105，该第2开关在根据所述直流电压检测电路的检测结果判定为所述交流电压产生了过电压的情况下被断开，所述副整流电路12通过所述第2开关输入所述交流电压，在判定为所述交流电压产生了过电压的情况下，所述第1开关也通过所述控制电路123被断开。
发明效果
根据本发明的电源装置的第一方式，在主电源电路中流过过电流或者负载对于主电源电路而言成为过负载的情况下，第1开关被断开，主整流电路、主电源电路得到保护。在这种情况下也维持副直流电压，因而直流电压检测电路能够检测交流电压是否产生了异常的电压。
根据本发明的电源装置的第二方式，主电源电路具有逆变器，因而在主整流电路中不需采用平滑用的电容器，而能够采用静电电容较小的第1电容器。因此，有助于电源装置的小型化、低成本化。副整流电路具备具有平滑功能的第2电容器，因而在副电源电路中不需要进行主电源电路的逆变器那样的复杂控制。
根据本发明的电源装置的第三方式，利用使负载停止时的主直流电压的急剧上升来保护主整流电路和主电源电路。而且，与不使用二极管的情况相比，第2电容器能够减小静电电容。所述直流电压检测电路检测所述二极管的所述阴极的电位，因而即使是第1开关被断开使得主直流电压的供给被切断时，也能够检测副直流电压，并由此判定交流电压是否产生了异常的电压。
根据本发明的电源装置的第四方式，在主直流电压检测出的电压变动通过第2电容器被平滑化这样的干扰降低。
根据本发明的电源装置的第五方式，在判定为交流电压产生了过电压的情况下，第1开关和第2开关双方被断开，因而不仅保护主整流电路和主电源电路，而且也保护副整流电路和副电源电路。
本发明的目的、特征、方面和优点，根据以下的详细说明及附图将更加明了。
附图说明
图1是示出空调机的电气结构的一部分的电路图。
图2是示出在使室外机起动或者再工作时的各开关的动作时序图。
图3是示出在使室外机起动或者再工作时的各开关的动作时序图。
图4是示出各开关的接通(ON)/断开(OFF)动作的流程图。
具体实施方式
图1是示出由室外机1和室内机2构成的空调机的电气结构的一部分的电路图。室内机2具有交流电源21、通信电路22、室内机侧开关23。交流电源21向室外机1提供交流电压。
实际上交流电源21是从商用电源得到的，但在此表述为设于室内机2内。通信电路22通过通信线Ls与室外机1连接，对在室内机2和室外机1之间传递的信号进行发送接收。室内机侧开关23进行通信线Ls与交流电源21的连接/断开。
室外机1具有下述的构成要素。主整流电路11通过第1开关102输入从交流电源21得到的交流电压，向直流母线L1、L2之间提供主直流电压Vdc1。在此，直流母线L2接地，并成为比直流母线L1低的电位。
通过直流母线L1、L2向主电源电路119提供主直流电压Vdc1，并输出驱动负载121的电力。主电源电路119例如具有逆变器，向负载121提供交流的输出电压。负载121例如是电机M，电机M驱动未图示的压缩机。该压缩机对在空调功能中使用的制冷剂进行压缩。
主整流电路11例如由进行全波整流的二极管桥104、电抗器103、第1电容器107构成。电抗器103介入在第1开关102和二极管桥104之间。第1电容器107设于直流母线L1、L2之间，具有吸收主电源电路119具有的逆变器的开关脉动的功能。
第1电容器107没有大到能够发挥平滑功能的静电电容。主电源电路119具有逆变器，因而在主整流电路11中不采用平滑用的电容器，而能够采用其静电电容较小的电容器作为第1电容器107。这有助于装置的小型化、低成本化。这种采用不期待平滑功能的电容器的逆变器的控制被通称为无电解电容器的逆变器控制等，例如在非专利文献1等中有所介绍。
副整流电路12绕过第1开关102输入交流电压，并提供负直流电压Vdc2。副电源电路117输入副直流电压Vdc2，向控制电路123提供作为其动作电源的电位Vcc。
副整流电路12例如由电阻108、二极管109、第2电容器110构成，进行半波整流。通过第2开关105向副整流电路12输入交流电压。更具体地讲，二极管109的阳极通过电阻108与第2开关105连接，在阴极和接地之间设有第2电容器110。第2电容器110的两端电压为副直流电压Vdc2。
第2电容器110具有平滑功能。因此，在副电源电路117中不需要进行如主电源电路119那样复杂的控制。并且，通常在副电源电路117中要求的电力小于在主电源电路119中要求的电力，因而第2电容器110的静电电容比设于直流母线L1、L2之间的发挥平滑功能的电容器的静电电容小。换言之，即使设置平滑用的第2电容器110，对不在直流母线L1、L2之间设置发挥平滑作用的电容器的优点(小型化、低成本化)也没有较大损害。
电流检测用的电阻118安插设于直流母线L2。电流检测电路120测定电阻118中的压降，从电流检测电路120输出表示在直流母线L2流过的电流i的值的信号OC。电流i能够理解为在主电源电路109流过的电流，因而通过考虑信号OC，能够判定在主电源电路109中是否流过过电流。
温度检测元件122提供关于负载121的温度是否超过规定的温度的信息OL。例如，温度检测元件122是双金属元件，信息OL与依赖于双金属元件的接通/断开的二值对应。在负载121的温度超过规定的温度时，能够检测出负载121对于主电源电路119而言成为过负载的情况。
控制电路123除控制主电源电路119的动作外，还根据信号OC、信息OL控制第1开关102的接通、断开。具体而言，控制电路123判定是否存在上述的过电流或者上述的过负载，在进行了肯定的判定的情况下，将第1开关102断开。由此，能够保护主整流电路11、主电源电路119。
直流电压检测电路13检测主直流电压Vdc1和副直流电压Vdc2。在此，直流电压检测电路13具有由电阻113、114构成的分压电路。具体而言，电阻113连接于直流母线L1侧，电阻114连接于接地侧，两者被串联连接在直流母线L1和接地之间。
主直流电压Vdc1和副直流电压Vdc2经由该分压电路被分压后的电压，作为信号OV从直流电压检测电路13被输出。控制电路123根据信号OV，判断主直流电压Vdc1或副直流电压Vdc2是否产生了异常值。作为该异常值产生的一种原因，可以举出从室内机2得到的交流电压的过剩的变动。并且，作为该变动的一种原因，可以举出室内机2输入的商用电源的变动。
副直流电压Vdc2是由绕过第1开关102来输入交流电压的副整流电路12提供的。因此，在检测出过电流或过负载而第1开关102断开不能提供主直流电压Vdc1的情况下，也能够持续提供副直流电压Vdc2来维持直流电压检测电路13的检测。因此，直流电压检测电路13能够检测交流电压中是否产生了异常的电压。
作为将第1开关102断开的情况，除上述的过电流、过负载的检测外，还可以举出所谓温控器断开(Thermo-OFF)。另外，为了保护负载121驱动的压缩机(未图示)，优选在将第1开关102暂且断开后的规定期间中禁止将第1开关102再次接通。
鉴于控制电路123将电位Vcc作为动作电源，直流电压检测电路13也具有二极管115。向二极管115的阴极提供电位Vcc，该阴极与电阻113、114的连接点(从该连接点得到信号OV)连接。因此，信号OV的最大电压大致被限制为电位Vcc，在控制电路123中容易检测有无电压的异常值。另外，电容器116与电阻114并联连接，由此进行对噪声的去除。
可以理解为由以上的第1开关102、主整流电路11、副整流电路12、主电源电路119、副电源电路117、直流电压检测电路13构成提供主直流电压Vdc1和副直流电压Vdc2的电源装置。另外，第2开关105也可以理解为该电源装置的构成要素，其动作的详细情况在后面说明。
另外，优选在该电源装置设置下述二极管111。具体而言，二极管111的阳极与第1电容器107的高电位侧端(直流母线L1侧的端部)连接，其阴极与第2电容器110的高电位侧端连接。并且，直流电压检测电路13检测二极管111的阴极的电位。具体而言，二极管111的阴极与电阻113连接。
如果不设置二极管111而第1电容器107的高电位侧端和第2电容器110的高电位侧端没有连接，则在使负载121停止时主直流电压Vdc1相比通常动作时大幅上升。这在第1电容器107的静电电容较小时更明显。
另一方面，如果第1电容器107的高电位侧端与第2电容器110的高电位侧端不通过二极管111而连接时，第2电容器110将需要较大的静电电容，导致缩小第1电容器107的意义不复存在。
因此，通过设置二极管111，利用第2电容器110吸收使负载121停止时的主直流电压Vdc1的急速上升，保护主整流电路11和主电源电路119不受该急速上升的影响。而且，在通常动作时，不使第2电容器110承担将主直流电压Vdc1变平滑的功能，能够减小第2电容器110的静电电容。
并且，直流电压检测电路13检测二极管111的阴极的电位，因而即使第1开关102被断开而主直流电压Vdc1的供电被切断时，也能够检测副直流电压Vdc2，并由此判定交流电压是否产生了异常。
更优选的是，期望在所述电源装置设置下述电阻112。具体而言，电阻112被安插在二极管111的阴极和第2电容器110的高电位侧端之间。电阻112防止由于第2电容器110吸收在第1开关102断开时的主直流电压Vdc1的急速上升时的突入电流。并且，在通常动作时，降低在主直流电压Vdc1中检测出的电压变动通过第2电容器110被平滑化这样的干扰。
具体而言第2开关105优选切换开关。在此，第2开关105的共同端通过电阻108与二极管109的阳极连接。并且，第2开关105的共同端与第2开关105的A端或者第2开关105的B端中的任意一端排他地连接。
在根据信号OV判定为交流电压中产生了过电压的情况下，控制电路123不仅将第1开关102断开，而且切断第2开关105的共同端和第2开关105的B端。因此，在判定为交流电源21产生了过电压的情况下，第1开关102和第2开关105双方被断开，因而不仅保护了主整流电路11和主电源电路119，而且也保护了副整流电路12和副电源电路117。
通常，第2开关105的共同端与第2开关105的A端或者第2开关105的B端中任意一端(不仅排他地)相辅相成地连接，因而第2开关105的共同端和第2开关105的A端导通。但是，第2开关105也可以采用其共同端与第2开关105的A端及B端都不连接的方式。下面，以第2开关105的共同端与第2开关105的A端或者B端中任意一端相辅相成地连接的情况为例进行说明。
在如上所述判定为交流电压中产生了过电压的情况下，也不从交流电源21向副整流电路12供电，因此副电源电路117也不能向控制电路123提供作为动作电源的电位Vcc。因此，在以后的室外机1的再次工作中不能采用基于控制电路123的控制。
因此，在室外机1的再次工作或者起动时，使用室内机2的室内机侧开关23将通信线Ls和交流电源21连接起来。
通信线Ls与通信电路106连接。在通常运转时，室内机侧开关23断开，通信线Ls对在室内机2的通信电路22与室外机1的通信电路106之间传递的信号进行发送接收。
通信线Ls与第2开关105的A端连接，室内机侧开关23接通，由此将交流电源21与副整流电路12连接。由此，副电源电路117能够向控制电路123提供电位Vcc，控制电路123能够进行动作。
将室内机侧开关23接通的动作例如可以由用户进行。但是，为了在后述的定时适当进行断开，优选在室内机2的控制下，在从室内机侧开关23的接通动作起经过规定的期间后自动进行将室内机侧开关23断开的动作。
通过开始向控制电路123提供电位Vcc，控制电路123将第1开关102接通，将第2开关105的共同端的连接对象从A端切换为B端。
图2、图3是示出在使室外机1起动或者再次工作时的各开关的动作的时序图。在时刻t1，在室内机侧开关23接通时，控制电路123进行动作，在时刻t2(>t1)进行第2开关105的切换，由此向副整流电路12提供交流电压。然后，在时刻t3(>t2)使第1开关102接通。由此，也向主整流电路11提供交流电压。然后，在时刻t4(>t3)，室内机侧开关23断开。因为如果保持该室内机侧开关23接通的状态，将对通信电路22、106之间的通信产生妨碍。
然后，持续室内机侧开关23断开、第1开关102接通，在第2开关105中共同端与A端连接的状态。
在图2中，在时刻t5(>t4)，在检测出过电流或过负载时，控制电路123在维持第2开关105的状态的情况下将第1开关102断开。
在图3中，在时刻t6(>t4)，在检测出过电压时，控制电路123将第1开关102断开，将第2开关105的共同端的连接对象从B端切换为A端。
图4是示出这样的各开关的接通/断开动作的流程图。在此示出的步骤中的步骤S1、S4表示室内机2侧的动作，除此以外的步骤表示在室外机1中在控制电路123的控制下进行的动作。
步骤S1是在图2、图3的时刻t1进行的动作，室内机侧开关23接通。步骤S2是在图2、图3的时刻t2进行的动作，将第2开关105的共同端的连接对象从A端切换为B端。步骤S3是在图2、图3的时刻t3进行的动作，第1开关102接通。步骤S4是在图2、图3的时刻t4进行的动作，室内机侧开关23断开。
在步骤S5，判定是否检测出过电流或者过负载。如果该判定是肯定的，处理进入步骤S6，第1开关102断开。这与在图2的时刻t5进行的动作相当。
如果步骤S5的判定是否定的，处理进入步骤S7，判定是否检测出过电压。该判定通过直流电压检测电路13不仅检测主直流电压Vdc1还检测副直流电压Vdc2来实现。如果该判定是否定的，处理返回到步骤S5，以便继续维持通常动作。
如果步骤S7的判定是肯定的，处理进入步骤S8，不仅第1开关102断开，而且将第2开关105的共同端的连接对象从B端切换为A端。这与在图3的时刻t6进行的动作相当。
根据如上所述的本实施方式，不仅能够检测主直流电压Vdc1，而且也能够检测副直流电压Vdc2，由此能够保护主整流电路11和副整流电路12。
以上详细说明了本发明，但上述的说明是所有方面中的示例，本发明不限于此。应该理解为，能够在不脱离本发明的范围的情况下想出没有示例的无数的变形例。

Claims (3)

1.一种电源装置，该电源装置具有：
主电源电路(119)，其驱动负载(121)；
第1开关(102)，其在所述主电源电路中流过过电流或者所述负载对于所述主电源电路而言成为过负载的情况下被断开；
主整流电路(11)，其通过所述第1开关输入交流电压，并向所述主电源电路提供主直流电压(Vdc1)；
副电源电路(117)，其向控制所述第1开关的控制电路(123)提供动作电源；
副整流电路(12)，其绕过所述第1开关输入所述交流电压，向所述副电源电路提供副直流电压(Vdc2)；以及
直流电压检测电路(13)，其检测所述主直流电压和所述副直流电压，
所述主电源电路具有从所述主直流电压向所述负载提供交流的输出电压的逆变器，
所述主整流电路具有吸收所述逆变器的开关脉动的第1电容器(107)，
所述副整流电路具有使所述副直流电压变平滑的第2电容器(110)，
所述电源装置还具有二极管(111)，该二极管具有与所述第1电容器的高电位侧端连接的阳极、和与所述第2电容器的高电位侧端连接的阴极，
所述直流电压检测电路检测所述二极管的所述阴极的电位。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，
所述电源装置还具有电阻(112)，该电阻安插在所述二极管的所述阴极与所述第2电容器的所述高电位侧端之间。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，
所述电源装置还具有与所述第1开关不同的第2开关(105)，该第2开关在根据所述直流电压检测电路的检测结果判定为所述交流电压产生了过电压的情况下被断开，
所述副整流电路(12)通过所述第2开关输入所述交流电压，
在判定为所述交流电压产生了过电压的情况下，所述第1开关也通过所述控制电路(123)被断开。
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