CN105191096A - 逆流防止装置、电力变换装置以及冷冻空气调节装置 - Google Patents

逆流防止装置、电力变换装置以及冷冻空气调节装置 Download PDF

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Abstract

具备：逆流防止元件(5)，连接于电源(1)与负载(9)之间，防止从负载(9)侧向电源(1)侧的电流的逆流；换流装置(7)，进行使电流流入到与逆流防止元件(5)并联连接的其它路径的换流动作；以及控制装置(100)，通过在逆流防止元件(5)中流过的电流等，变更使换流装置(7)进行换流动作的换流驱动信号的脉冲宽度，送到换流装置(7)，向换流装置(7)发送例如必要的时间的脉冲来使得进行换流动作，降低与不对电力变换作出贡献的换流动作有关的电力，实现节能。

Description

逆流防止装置、电力变换装置以及冷冻空气调节装置
技术领域
本发明涉及电力变换装置等具有的逆流防止装置等。
背景技术
随着可变电压/可变频率的逆变器装置等被实用化，开拓了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，升降压转换器的应用技术开发盛行着。另一方面，以碳化硅等为材料的宽带隙半导体元件等的开发也积极地进行着。关于这样的新的元件，关于即便是高耐压但电流容量(电流有效值的容许值)小的元件，以整流器为中心得到了实用化(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2005-160284号公报(图1)
发明内容
另一方面，在对高效的新的元件进行实用化时，关于例如电流容量大的元件，由于高成本、结晶缺陷等，面向实用化有很多课题，要普及尚需要时间。因此，例如，在变换向空气调节装置的压缩机的马达等供给那样的电力以上的电力的电力变换装置中，在现状下难以使用新的元件来实现高效化。
本发明考虑上述课题，提供能够确保高效、高可靠性等的逆流防止装置等。而且，谋求损耗的进一步降低。
本发明所涉及的逆流防止装置，具备：逆流防止元件，连接于电源与负载之间，防止从负载侧向电源侧的电流的逆流；换流装置，进行使电流流入到与逆流防止元件并联连接的其它路径的换流动作；以及控制装置，决定进行换流动作的时间，根据决定的时间，使换流装置进行换流动作。
根据本发明所涉及的逆流防止装置，通过设置能够进行换流动作的换流装置，能够使想要流入到逆流防止元件的电流换流到其它路径，在电流从负载侧逆流时，使在逆流防止元件中产生的恢复电流降低，从而能够实现损耗降低、噪音端子电压电平降低、EMC对策等，作为系统整体实现高效化。此时，决定进行换流动作的时间而使得进行换流动作，所以能够将换流动作进行换流动作所需的时间，能够降低与不对电力变换作出贡献的换流动作有关的电力，实现节能。
附图说明
图1是表示以本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置为中心的系统结构的图。
图2是示出电源1的结构的图(其1)。
图3是示出电源1的结构的图(其2)。
图4是示出电源1的结构的图(其3)。
图5是示出本发明的实施方式1所涉及的与逆流防止元件5并联地连接了换流装置7的情况的结构的一个例子的图。
图6是示出本发明的实施方式1所涉及的对控制装置100的控制功能进行了模块化的结构的一个例子的图。
图7是示出本发明的实施方式1所涉及的电流路径的一个例子的图(其1)。
图8是示出本发明的实施方式1所涉及的电流路径的一个例子的图(其2)。
图9是示出本发明的实施方式1所涉及的电流路径的一个例子的图(其3)。
图10是示出本发明的实施方式1所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的图。
图11是示出本发明的实施方式1所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的一个例子的图。
图12是示出以本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置为中心的系统等的结构的另一例子的图。
图13是示出在电源1中使用了交流电源的情况的电压的图。
图14是示出本发明的实施方式1所涉及的电源相位是图9的A以及C时的信号以及电流波形的一个例子的图。
图15是示出本发明的实施方式1所涉及的电源相位是图9的B以及D时的信号以及电流波形的一个例子的图。
图16是示出本发明的实施方式2所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的另一例子的图。
图17是示出本发明的实施方式3所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的另一例子的图。
图18是示出本发明的实施方式4所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的另一例子的图。
图19是示出以本发明的实施方式7所涉及的电力变换装置为中心的系统等的结构的一个例子的图。
图20是本发明的实施方式9所涉及的冷冻空气调节装置的结构图。
符号说明
1：电源；1A：直流电源；1B：单相交流电源；1C：三相交流电源；2B、2C：整流电路；2a、2b、2c、2d：整流元件；3：电抗器；4：短路装置；5：逆流防止元件；6：斩波电路；7：换流装置；71：变压器；72：换流用整流元件；73：变压器驱动电路；74：换流用开关；75：换流用电源；8：平滑装置；9：负载；100：控制装置；100A：导通占空比运算部；100B：驱动信号生成部；101：负载电压检测部；102：电流检测部；103：电源电压检测部；105：两端电压检测部；110：切断装置；300：热源侧部件；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：负载侧部件；401：负载侧热交换器；402：负载侧节流装置；403：负载侧风扇；404：负载侧控制装置；500：气体配管；600：液体配管。
具体实施方式
以下，参照附图等，说明发明的实施方式所涉及的逆流防止装置等。此处，包括图1，在以下的附图中，附加了相同符号的部分是相同或者与此相当的部分，在以下记载的实施方式的全文中是通用的。而且，在说明书全文中表示的构成要素的方式仅为例示，而并不限于说明书中记载的方式。
实施方式1.
图1是示出以本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置为中心的系统等的结构的一个例子的图。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。
在图1的系统中，电力变换装置设置于电源1与负载9之间，对来自电源1的电力进行变换并供给到负载9。将本实施方式的电力变换装置设为进行升压的装置，本实施方式的电力变换装置具有例如斩波电路6、换流装置7以及平滑装置8。
图2～图4是示出电源1的结构的图。图2是用直流电源1A构成电源1的图。图3是用单相交流电源1B和整流电路(整流装置)2B构成的图。图4是用三相交流电源1C和整流电路(整流装置)2C构成的图。整流电路2B以及2C是对例如二极管等整流元件进行桥连接而构成的，进行由电源1提供的电力的整流。这样，本实施方式的电力变换装置能够应对各种方式的电源1。
斩波电路6具有电抗器3、短路装置(开关装置)4以及逆流防止元件5。电抗器3连接于电源1侧，是为了抑制高次谐波而设置的。另外，短路装置4具有例如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)那样的开关元件。短路装置4根据来自控制装置100的驱动信号(短路驱动信号)，经由电抗器3使电源1(与电源1连接的2个端子间)短路。
逆流防止元件5是在短路装置4与平滑装置8之间用于防止来自平滑装置8的电流的逆流的元件。此处，关于逆流防止元件5，通常设为例如电气特性(特别是恢复特性)优良，电流容量小且逆向恢复的时间快的快恢复二极管那样的半导体元件。另外，换流装置7是与逆流防止元件5并联地连接的装置。而且，使在逆流防止元件5中流过的电流在必要的定时换流到不同的路径(不经由逆流防止元件5的路径)。由逆流防止元件5和换流装置7成为防止从负载9侧向电源1侧的电流的逆流的逆流防止装置。
图5是示出本发明的实施方式1所涉及的与逆流防止元件5并联地连接了换流装置7的情况的结构的一个例子的图。在图5中，换流装置7例如具有变压器71、与变压器71的2次侧绕组串联连接的二极管等换流用整流元件72以及使变压器71工作的变压器驱动电路73。另外，变压器驱动电路73例如具有用于向变压器71供给电力的换流用电源75和根据来自控制装置100的驱动信号(换流驱动信号)进行开闭并控制向变压器71(1次侧绕组)的电力供给、供给停止的换流用开关74。此处，关于换流用整流元件72，也由快恢复二极管那样的半导体元件构成。
在换流用整流元件72中，也可以使用恢复特性良好、正向电压低、损耗少的高耐压的肖特基势垒二极管。另外，也可以使用以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。关于这些元件，随着是电流有效值的容许值大的规格，导致结晶缺陷的增大、成本上升。在本实施方式中的换流用整流元件72中，能够使用电流有效值的容许值小的元件，所以能够实现性价比良好且高效的电力变换装置。
另外，由于介有变压器71，所以能够使逆流防止元件5、变压器71的2次侧绕组以及换流用整流元件72与变压器驱动电路73以及控制装置100之间绝缘。因此，能够比较简易地进行驱动换流装置7的信号的注入。另外，能够构筑安全性/可靠性高的系统。
此处，在图5中，示出了将变压器71的2次侧绕组和换流用整流元件72的阳极侧进行了连接的例子，但如果在换流用整流元件72中流过的电流的朝向相同，则不限于这样的连接。例如，也可以将换流用整流元件72的阴极侧和变压器71的2次侧绕组进行连接。另外，由换流用开关74和换流用电源75构成了变压器驱动电路73，但也可以考虑噪声对策、故障时保护，根据需要，在由换流用电源75、换流用开关74、变压器71的1次侧绕组构成的电路中插入限制电阻、高频电容器、缓冲电路、保护装置等而构成。进而，也可以在变压器71中，根据需要，对1次侧绕组附加复位绕组而对励磁电流进行复位。进而，也可以设置整流器等而在电源侧再生励磁能量而进行高效化。
平滑装置8是例如使用电容器等而构成的，对通过电源1施加的电压进行平滑，对负载9施加直流电压(输出电压、母线电压)并进行电力供给。通过经由平滑装置8供给的电力而驱动负载9。
另外，负载电压检测部101是检测平滑装置8进行平滑而对负载9施加的电压并根据检测信号输出电压检测值的电压检测器。电流检测部102是检测由电源1流出的电流(母线电流)并根据检测信号输出电流检测值的电流检测器。还能够根据电流检测部102的电流检测值，检测在电抗器3中流过的电流。另外，电源电压检测部103是检测由电源1施加的电压并根据检测信号输出电压检测值的电压检测器。
控制装置100是根据负载电压检测部101、电流检测部102、电源电压检测部103的检测信号，对短路装置4、换流装置7等的工作时间(短路时间)进行运算处理等的装置。控制装置100具有例如CPU等处理装置、具有存储装置等的微型计算机、数字信号处理器等运算装置、或者在内部具有同样的功能的装置等。
图6是示出本发明的实施方式1所涉及的对控制装置100的控制功能进行了模块化的结构的一个例子的图。在图6中，导通占空比运算部100A根据例如与负载电压检测部101的检测有关的电压检测值和负载电压指令值，对短路装置4的导通占空比进行运算，并发送输出信号(导通占空比信号)。此处，根据与负载电压检测部101的检测有关的电压检测值和负载电压指令值进行了运算，但不限于此。例如，也可以根据与电流检测部102的检测有关的电流检测值和电流指令值进行运算。另外，也可以根据与电源电压检测部103的检测有关的电压检测值和负载电压指令值进行运算。另外，也可以将电流以及电压有关的各值进行组合来进行运算。
驱动信号生成部100B根据来自导通占空比运算部100A的输出信号，生成短路装置4以及换流装置7的驱动信号，并分别发送到短路装置4、换流装置7。
以下说明以上那样的与本实施方式的系统有关的动作。本实施方式的电力变换装置在例如DC斩波器的电力变换动作中加以换流装置7中的换流动作。由此，在电流从平滑装置8逆流之前使逆流防止元件5逆向恢复，谋求降低恢复电流。
图7～图9是示出本发明的实施方式1所涉及的电流路径的一个例子的图。图7～图9示出了基于短路装置4以及换流装置7内的换流用开关74的开闭状态的组合中的、代表性的动作例的路径。根据图7～图9，说明本实施方式中的电力变换装置的动作。此处，设为由图3那样的单相交流电源1B和整流电路2B的组合构成了电源1。另外，设为如图7～图9所示，由整流元件2a～2d构成了整流电路。
图7示出了短路装置4是截止(开路)以及换流用开关74是截止的状态。在维持将短路装置4、换流用开关74设为了截止状态而使其工作的情况下，与单纯的全波整流电路等价。例如，在电源1的端子中的、与整流元件2a、2b连接的一侧的端子的电位高的情况下，电流路径成为电源1－整流元件2a－电抗器3－逆流防止元件5－负载9－整流元件2d的路径。
图8示出了短路装置4导通(关闭)、换流用开关74截止的状态。此时，以电源1－整流元件2a－电抗器3－短路装置4－整流元件2d的路径，流过短路电流。此处，对电抗器3施加的电压与电源1的电压大致同等。
例如，在图7那样的全波整流中，在平滑装置8进行放电而向负载9流入电流的区间中，存在电源1的输入电流不流通的区间。但是，在使短路装置4导通的情况下，如图8那样经由电抗器3流过短路电流，所以即使是上述那样的不流通区间，也流过由电源1提供的输入电流。因此，通过反复进行短路装置4的导通、截止的切换，能够使图7和图8所示的电流路径反复。进而，通过控制导通、截止的时间比例，能够使由电源1提供的输入电流的波形任意地变形，能够改善功率因数、高次谐波电流的含有率。
此处，通常，伴随整流二极管的电流容量增加，蓄积载流子量有增加的趋势。因此，电流容量增加的同时，恢复电流会增加。另外，如果施加的反向偏置变大，则恢复电流会增加。
在本实施方式中，不是针对电流容量大的逆流防止元件5施加高的反向偏置电压来进行逆向恢复，而是进行如下控制(以下称为换流控制)：使得通过换流装置7形成换流路径，在短路装置4即将导通之前经由变压器71以及换流用整流元件72施加低的反向偏置电压来进行逆向恢复。
在换流控制中，在短路装置4即将导通之前使换流装置7的换流用开关74导通，经由变压器71使在逆流防止元件5中流动的电流换流到换流用整流元件72侧。图9示出了短路装置4截止、换流用开关74导通的状态。此时的电流路径与图7同样地，成为电源1－整流元件2a－电抗器3－逆流防止元件5－负载9－整流元件2d的路径。进而，除此以外，由于换流用开关74导通，所以变压器71被励磁，在换流装置7的变压器71的2次侧绕组－换流用整流元件72的路径中也流入电流。然后，在经过一定时间之后，完全换流到换流用整流元件72侧的路径。
图10是示出本发明的实施方式1所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的图。此处，关于短路装置4以及换流装置7(换流用开关74)的驱动信号，将HI侧设为有效方向(导通方向)。如图10那样，在短路装置4的驱动信号即将导通之前，使换流装置7的驱动信号导通。此时，由于励磁电流，在变压器71的2次侧绕组的路径中开始流过电流。因此，电流分流到逆流防止元件5和换流用整流元件72的各方向。之后，如果将换流装置7的驱动信号维持为导通状态，则在逆流防止元件5中不会流过电流，全部电流流入到换流用整流元件72侧(换流完成)。
在进行换流动作时，通过将变压器驱动电路73内部的换流用电源75设定为成为与平滑装置8的输出电压相比较十分小的值，从而能够以低的反向偏置电压使逆流防止元件5截止(逆向恢复)。在该状态下使短路装置4导通，则进行换流用整流元件72的逆向恢复动作，在该情况下也产生恢复电流。但是，换流用整流元件72的流通时间与逆流防止元件5相比较是极其短的时间，所以在换流用整流元件72中流过的电流的有效电流小，所需要的电流容量小也可以。因此，能够使用蓄积载流子少的小容量的元件，与通过逆流防止元件5产生的情况相比较，能够降低恢复电流(但是，考虑峰值电流来选定元件)。而且，其结果，作为系统整体，能够降低恢复电流所引起的噪声量以及损耗。由此，噪音端子电压/辐射噪音等的电平降低，并且电路损耗被抑制。因此，能够使噪声滤波器小型化，能够实现成本降低。
另外，能够将用于使短路装置4工作的驱动电源(栅极驱动用电源。未图示)或者控制装置100的电源(未图示)中的某一方和变压器驱动电路73的换流用电源75共同化。因此，无需新制作电源，能够避免成本上升。
如以上那样，通过利用换流装置7的换流动作，降低逆流防止元件5中的恢复电流，减小损耗，从而作为系统整体，能够更高效地进行电力变换等。此处，换流装置7的换流动作和用于进行换流动作的励磁动作并非直接对电力变换装置进行的电力变换作出贡献，而是成为损耗。因此，换流动作以及励磁动作越少，与换流动作有关的电力就越少，效率良好且节能。为了降低与换流动作有关的电力，将换流动作、励磁动作进行换流动作所需的时间即可。
图11是示出本发明的实施方式1所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的一个例子的图。如图11所示，进行换流动作的时间是电流在换流用整流元件72中流动的时间(用换流用脉冲宽度TD1表示的时间)。如果想要缩短换流动作的时间，则使换流用脉冲宽度TD1的宽度变窄即可。然后，控制装置100将与换流动作所需的时间相当量的换流用脉冲宽度TD1的电流流过那样的脉冲宽度TD2的换流驱动信号送到换流装置7即可。
此处，为了求出成为换流动作所需的最小时间的换流用脉冲宽度TD1的最小值(最小时间)，计算在电抗器3中流过的电流(电抗器电流)Idc_0(n)。此处，Idc_0(n)如图11所示是电抗器电流的波谷的部分，是为了进行换流动作而最低限度地需要的电流。此处，计算了电抗器电流Idc_0(n)，但如果能够检测或者推测在进行换流动作时在逆流防止元件5中流过的电流则更好。
在短路装置4导通的期间，电抗器电流按照斜率ka＝Vs/L直线地增加。此处，电压Vs是来自电源1的施加电压。另外，L是电抗器3的电感。另一方面，在短路装置4截止的期间，电抗器电流按照斜率kb＝(Vs－Vdc)/L直线地减少。此处，电压Vdc是向负载9的施加电压。
然后，控制装置100计算Idc_0(n)。此处，根据获取电流检测部102的电流检测值的定时，Idc_0(n)的计算步骤不同。例如，如果控制装置100与载波信号的波谷同步地获取电流检测部102的电流检测值Idc(n)，则根据下式(1)计算。此处，Ton是短路装置4的导通时间。另外，Toff是短路装置4的截止时间。
【式1】
Idc_0(n)＝Idc(n)+ka×Ton/2+kb×ToFF…(1)
另外，如果控制装置100与载波信号的波峰同步地获取电流检测部102的电流检测值Idc(n)，则根据下式(2)计算。
【式2】
Idc_0(n)＝Idc(n)+kb×Toff/2…(2)
换流用脉冲宽度TD1的最小宽度能够通过下式(3)计算。此处，Lcc是变压器71的2次侧绕组中的漏感。此处，虽然基于式(3)，但只要能够计算出换流用脉冲宽度TD1，则也可以使用其它参数来进行计算。
【式3】
TD1＝Idc_0(n)×Lcc/Vdc…(3)
图12是示出以本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置为中心的系统等的结构的另一个例子的图。在图12中，关于附加了与图1相同的符号的设备，进行与在图1中说明的同样的动作等。在本实施方式中，式(3)所示的电压Vdc能够使用与负载电压检测部101的检测有关的电压检测值。例如，在未设置负载电压检测部101的情况下，也可以根据输入到控制装置100的电压指令值等进行计算。另外，此处，设为电压Vdc，但如果能够检测或者推测施加到逆流防止元件5的电压(两端电压)则更好。作为检测方法，例如如图12所示，具有两端电压检测部105，检测逆流防止元件5的两端电压。
另外，关于漏感Lcc，也可以例如在控制装置100具有的存储装置等中预先存储为数值的数据。此时，也可以将考虑了一般的变压器的电感和漏感的比例(例如变压器的电感的1成等)的数值存储为数据。另外，在由于温度、电流等而变化的情况下，也可以作为表格形式的数据而具有，根据计算时的温度、电流等，选择数值。另外，此处，设为漏感Lcc，但如果能够在换流动作中检测或者推测在换流装置7中流过的电流的增加率则更好。
可以原样地使用如以上那样计算出的换流用脉冲宽度TD1的最小值而发送设为TD1＝TD2的脉冲宽度TD2的换流驱动信号，但此处对TD1设置余量α而发送设为TD2＝TD1+α的换流驱动信号。这是考虑了例如换流装置7的构件(变压器71、换流用开关74、换流用整流元件72等)的特性偏差。另外，还考虑短路装置4具有的开关元件的特性偏差、开关速度(开关元件的栅极电阻的偏差、温度特性)。例如，在利用开关速度和开关元件中的损耗是折衷的关系，根据负载9等使开关速度可变的情况下，也可以根据开关速度，进行余量α的调整。
图13是示出在电源1中使用了交流电源的情况的电压的图。如图13所示，在电源1是交流电源和整流电路的组合的情况下，根据电源相位，整流后的电压值不同。
图14是示出本发明的实施方式1所涉及的电源相位是图13的A以及C时的信号以及电流波形的一个例子的图。例如，在图13所示的A以及C中的电源相位下，在为了进行功率因数改善而使斩波电路6工作的情况下，如图14所示，流过的电流变少。于是，在逆流防止元件5中流过的恢复电流变小。
图15是示出本发明的实施方式1所涉及的电源相位是图13的B以及D时的信号以及电流波形的一个例子的图。例如，在图13所示的B以及D中的电源相位下，在为了进行功率因数改善而使斩波电路6工作的情况下，如图15所示，流过的电流变多。于是，在逆流防止元件5中流过的恢复电流变大。
在整流后的电压值小的情况下，升压比变大，在整流后的电压值大的情况下，升压比变小，所以为了判断图14、图15的状态，除了电源相位以外，还能够根据升压比进行判断。但是，在使负载电压指令值变化的情况、由于电源电压变动等而整流后的电压值变动的情况下，不论电源相位如何，升压比都发生变化。
在由于负载电压指令值的变化而升压比变化的情况下，如果升压比变大，则短路装置4的导通占空比增加，所以电抗器电流的脉动增加，Idc_0(n)变小，在逆流防止元件5中流过的恢复电流变小。另一方面，如果升压比变小，则短路装置4的导通占空比减少，所以电抗器电流的脉动减少，Idc_0(n)变大，在逆流防止元件5中流过的恢复电流变大。因此，升压比和恢复电流的关系按照与在图13、图14、图15中说明那样的情形同样的倾向发生变化。
另一方面，在由于电源电压变动而升压比变化的情况下，如果升压比变大，则短路装置4的导通占空比增加，所以电抗器电流的脉动增加，但为了使输出到负载9的电力同等，电抗器电流的平均值增加。因此，作为结果，Idc_0(n)变大，在逆流防止元件5中流过的恢复电流变大。另一方面，如果升压比变小，则短路装置4的导通占空比减少，所以电抗器电流的脉动减少，但为了使输出到负载9的电力同等，电抗器电流的平均值减少。因此，Idc_0(n)变小，在逆流防止元件5中流过的恢复电流变小。因此，升压比和恢复电流的关系按照与在图13、图14、图15中说明那样的情形相反的倾向发生变化。
这样，也可以考虑升压比、使用交流电源的情况的电源相位(在单相中2f、在三相中6f)、电源电压变动等不同的情况，设定余量。另外，也可以根据装置的工作状况，使余量α变化。
控制装置100将如以上那样决定的脉冲宽度TD2的换流驱动信号送到换流装置7，使得进行换流动作。
如以上那样，根据本实施方式的系统，进行电抗器电流等的计算等，计算换流用脉冲宽度TD1的最小宽度，与最小宽度相符合地发送换流驱动信号，使换流装置7进行换流动作，所以能够尽可能缩短进行换流动作的时间，能够降低与不对电力变换作出贡献的换流动作有关的电力，实现节能。
实施方式2.
图16是示出本发明的实施方式2所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的另一例子的图。在上述实施方式1中，为了求出换流用脉冲宽度TD1的最小值，作为能够对进行换流动作时在逆流防止元件5中流过的电流进行检测或者推测的电流，计算了在电抗器3中流过的电流(电抗器电流)Idc_0(n)。在本实施方式中，设为根据在短路装置4中流过的短路电流(开关电流)，计算电抗器电流Idc_0(n)。
如图16所示，在短路装置4导通的期间，开关电流与电抗器电流同样地，按照斜率ka＝Vs/L直线地增加。另外，在短路装置4截止的期间，开关电流是0(不流通)。
因此，如果例如控制装置100与载波信号的波谷同步地将开关电流获取为电流检测值Idc(n)，则能够根据上述式(1)，计算Idc_0(n)。
如以上那样，根据实施方式2的系统，控制装置100能够在导通的期间，根据在短路装置4中流过的开关电流，计算电抗器电流Idc_0(n)。
实施方式3.
图17是示出本发明的实施方式3所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的另一例子的图。在本实施方式中，设为根据在进行换流动作时在逆流防止元件5中流过的电流(元件电流)，计算电抗器电流Idc_0(n)。如图17所示，在短路装置4导通的期间，元件电流是0(不流通)。在短路装置4截止的期间，元件电流按照斜率kb＝(Vs－Vdc)/L直线地减少。
因此，如果例如控制装置100与载波信号的波峰同步地将开关电流获取为电流检测值Idc(n)，则能够根据上述式(2)，计算Idc_0(n)。
如以上那样，根据实施方式3的系统，控制装置100在短路装置4截止的期间，能够根据换流动作时的在逆流防止元件5中流过的元件电流，计算电抗器电流Idc_0(n)。
实施方式4.
图18是示出本发明的实施方式4所涉及的使换流装置7工作的情况的信号以及电流波形的另一例子的图。在本实施方式中，设为根据从由交流电源和整流电路的组合构成的电源1供给的电流(电源电流)，计算电抗器电流Idc_0(n)。如图18所示，在电源电流是正的期间，电源电流＝电抗器电流。另一方面，在电源电流是负的期间，电源电流＝－电抗器电流。因此，根据电源电流知道电抗器电流，所以能够根据上述式(1)或者式(2)，计算电抗器电流Idc_0(n)。
实施方式5.
虽然在上述各实施方式中未特别规定，但也可以针对例如计算等而决定的换流用脉冲宽度TD1或者脉冲宽度TD2(进行换流动作的时间)，设定能够决定的上限值以及下限值。例如，在不进行换流动作的情况的恢复损耗<由于进行换流动作而产生的损耗(电力)的情况下，无需进行换流动作。因此，也可以将成为与不进行换流动作的情况的恢复损耗同等的损耗的脉冲宽度设定为上限值。另外，如上所述，存在如下情况：如果由于升压比大的情况等而在电力变换装置中流过的电流少，则在逆流防止元件5中流过的恢复电流小。在该情况下，有时进行换流动作的效果小。进而，也可以以使在换流装置7中流过的电流不超过换流装置具有的元件等的电流容量的方式，设定上限值等。控制装置100如果判断为决定的换流用脉冲宽度TD1或者脉冲宽度TD2(进行换流动作的时间)是上限值以上，则不发送换流驱动信号的脉冲。进而，也可以与例如在斩波电路6中产生的恢复电流成为最小的条件相符合地设定下限值等。
如以上那样，设定上限值以及下限值，使得不进行从用上限值以及下限值规定的范围脱离的换流动作，所以在不进行换流动作时损耗少的情况等下，能够降低由于进行换流动作所导致的损耗。另外，能够防止电流过度地流过等，能够保护换流装置7的元件等，能够提高安全性。另外，由于能够使用电流容量小的整流元件，所以能够降低成本。
实施方式6.
在上述实施方式中，每当进行换流动作时，计算了换流用脉冲宽度TD1以及脉冲宽度TD2，但不限于此。例如，控制装置100也可以切换计算换流用脉冲宽度TD1以及脉冲宽度TD2的情况(使脉冲宽度变化的情况)和不计算换流用脉冲宽度TD1以及脉冲宽度TD2的情况(使脉冲宽度固定的情况)。
例如，在电源1施加的电压的偏差小的情况下，在负载9中没有变化，成为大致恒定的情况等下，电力变换装置的动作稳定，所以可以使脉冲宽度固定。另外，在控制装置100不进行每个换流动作的计算处理那样的情况等下，也可以使脉冲宽度固定。通过固定脉冲宽度，能够减少控制装置100的处理负荷。
实施方式7.
图19是示出以本发明的实施方式7所涉及的电力变换装置为中心的系统等的结构的一个例子的图。在图19中，关于附加了与图1相同的符号的设备等，进行与实施方式1中说明的同样的动作、处理等。
在图19中，切断装置110是强制地切断从控制装置100发送的换流驱动信号的装置。例如，有时使换流装置7进行换流动作而使恢复电流降低的效果小。例如，在负载9小的情况下，有时在维持小的效果的情况下，继续进行换流动作。在这样的情况下，切断装置110判定为切断换流驱动信号而进行切断。
例如，也可以在电抗器3的电流模式是不连续模式或者临界模式时，切断装置110检测电抗器电流来判定是否进行切断。另外，也可以根据负载9的大小，判定切断。例如，在电源1是直流电源的情况下，也可以在电抗器3的电流模式下，通过连续模式和不连续模式或者临界模式的切换，判断负载9的大小。另外，也可以在电抗器3的电流模式下，将连续模式和不连续模式或者临界模式的比例超过任意的值时的负载存储到存储装置等，进行切断的判定。
如以上那样，通过设置切断装置110，能够使得不进行不需要的换流动作。在本实施方式中，与控制装置100独立地设置了切断装置110，但也可以使得控制装置100进行切断装置110的处理。
实施方式8.
在上述实施方式中，说明了将作为换流装置7进行换流的对象的装置设为进行升压的斩波电路6，进行使电源1的电压升压的电力变换的电力变换装置，但不限于此。在应用了能够进行代替升压而例如降压、升降压等使电压等变化而向负载9供给的电力的变换的电压可变装置的电力变换装置中，也能够应用，能够起到与在上述各实施方式中说明的情况同样的效果。
实施方式9.
图20是本发明的实施方式9所涉及的冷冻空气调节装置的结构图。在本实施方式中，说明经由上述电力变换装置进行电力供给的冷冻空气调节装置。图20的冷冻空气调节装置具备热源侧部件(室外机)300和负载侧部件(室内机)400，这些通过制冷剂配管连结，构成主要的制冷剂回路(以下称为主制冷剂回路)而使制冷剂循环。将制冷剂配管中的气体的制冷剂(气体制冷剂)流动的配管设为气体配管500，将液体的制冷剂(液体制冷剂。有时还称为气液二相制冷剂)流动的配管设为液体配管600。
热源侧部件300在本实施方式中，包括压缩机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对吸入的制冷剂进行压缩而吐出。此处，设为压缩机301能够通过使运转频率任意地变化，从而使压缩机301的容量(每单位时间的送出制冷剂的量)细微地变化。而且，在上述各实施方式中说明的电力变换装置安装于供给使压缩机301(马达)驱动的电力的电源1与成为负载9的压缩机301等之间。
油分离器302使掺杂于制冷剂并从压缩机301吐出的润滑油分离。分离的润滑油返回到压缩机301。四通阀303根据来自热源侧控制装置310的指示，通过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进行制冷剂和空气(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和空气的热交换，使制冷剂蒸发、气化。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中被压缩的制冷剂和空气的热交换，使制冷剂冷凝而液化。在热源侧热交换器304中，为了高效地进行制冷剂和空气的热交换，设置了热源侧风扇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，也可以在例如成为负载9的逆变器装置中使风扇马达的运转频率任意地变化而使风扇的旋转速度细微地变化。
制冷剂间热交换器308在制冷剂回路的主要的流路中流动的制冷剂与从该流路分支并通过旁路节流装置309(膨胀阀)被调整了流量的制冷剂之间，进行热交换。特别是，在制冷运转时需要使制冷剂过冷却的情况下，使制冷剂过冷却而供给到负载侧部件400。经由旁路节流装置309流过的液体经由旁路配管返回到储液器306。储液器306是储存例如液体的剩余制冷剂的单元。热源侧控制装置310由例如微型计算机等构成。而且，能够在与负载侧控制装置404之间进行有线或者无线通信，例如，根据与冷冻空气调节装置内的各种探测单元(传感器)的探测有关的数据，对基于逆变器电路控制的压缩机301的运转频率控制等、与冷冻空气调节装置有关的各设备(单元)进行控制，进行冷冻空气调节装置整体的动作控制。另外，也可以使得由热源侧控制装置310进行上述各实施方式中的控制装置100进行的处理。
另一方面，负载侧部件400包括负载侧热交换器401、负载侧节流装置(膨胀阀)402、负载侧风扇403以及负载侧控制装置404。负载侧热交换器401进行制冷剂和空气的热交换。例如，在制热运转时作为冷凝器发挥功能，进行从气体配管500流入的制冷剂和空气的热交换，使制冷剂冷凝而液化(或者气液二相化)，流出到液体配管600侧。另一方面，在制冷运转时作为蒸发器发挥功能，进行通过负载侧节流装置402成为低压状态的制冷剂和空气的热交换，使制冷剂夺去空气的热而蒸发并气化，流出到气体配管500侧。另外，在负载侧部件400中，设置了用于调整进行热交换的空气的流动的负载侧风扇403。该负载侧风扇403的运转速度是通过例如利用者的设定而决定的。负载侧节流装置402是为了通过使开度发生变化来调整负载侧热交换器401内的制冷剂的压力而设置的。
另外，负载侧控制装置404也由微型计算机等构成，能够在与例如热源侧控制装置310之间进行有线或者无线通信。根据来自热源侧控制装置310的指示、来自居住者等的指示，控制负载侧部件400的各装置(单元)，以使例如室内成为规定的温度。另外，发送包括与设置于负载侧部件400的探测单元的探测有关的数据的信号。
如以上那样，在实施方式9的冷冻空气调节装置中，使用具有上述各实施方式中的逆流防止装置的电力变换装置来进行向压缩机301、热源侧风扇305等的电力供给，所以能够得到高效、高可靠性、节能的冷冻空气调节装置。
产业上的可利用性
在上述实施方式9中，说明了将本发明所涉及的电力变换装置应用于冷冻空气调节装置的情况，但不限于此。还能够应用于热泵装置、电冰箱等利用冷冻循环(热泵循环)的装置、电梯等搬送设备等、照明器具(系统)。

Claims (32)

1.一种逆流防止装置，具备：
逆流防止元件，连接于电源与负载之间，防止从所述负载侧向所述电源侧的电流的逆流；
换流装置，进行使电流流入到与该逆流防止元件并联连接的其它路径的换流动作；以及
控制装置，决定进行换流动作的时间，根据决定的时间，使所述换流装置进行所述换流动作。
2.根据权利要求1所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述控制装置根据决定的时间，变更进行所述换流动作的换流驱动信号的脉冲宽度，并送到所述换流装置。
3.根据权利要求1或者2所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述控制装置根据换流动作时在所述逆流防止元件中流过的电流，决定所述时间。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的逆流防止装置，其特征在于，
在所述电源与所述负载之间的、能够检测或者推测在所述逆流防止元件中流过的电流的位置，具备电流检测器。
5.根据权利要求4所述的逆流防止装置，其特征在于，
在流经所述逆流防止元件的电流路径中，具备所述电流检测器。
6.根据权利要求4所述的逆流防止装置，其特征在于，
在具备电抗器、开关元件以及所述逆流防止装置的电路中，在流经所述电抗器的电流路径中，具备所述电流检测器。
7.根据权利要求4所述的逆流防止装置，其特征在于，
在具备电抗器、开关元件以及所述逆流防止装置的电路中，在流经所述开关元件的电流路径中，具备所述电流检测器。
8.根据权利要求4所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述电源具有交流电源和整流装置，
在从所述电源流出的电流路径中，具备所述电流检测器。
9.根据权利要求1或者2所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述控制装置根据对所述逆流防止元件施加的电压，决定所述时间。
10.根据权利要求1、2或者9所述的逆流防止装置，其特征在于，
在所述电源与所述负载之间的、能够检测或者推测对所述逆流防止元件施加的电压的位置，具备电压检测器。
11.根据权利要求10所述的逆流防止装置，其特征在于，
具备检测所述逆流防止元件的两端电压的电压检测器。
12.根据权利要求10所述的逆流防止装置，其特征在于，
在具备电抗器、开关元件以及所述逆流防止装置的电路中，具备检测从该电路输出的电压的电压检测器。
13.根据权利要求9所述的逆流防止装置，其特征在于，
在具备电抗器、开关元件以及所述逆流防止装置的电路中，将该电路的输出电压指令值作为对所述逆流防止元件施加的电压。
14.根据权利要求1或者2所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述控制装置根据换流装置的换流动作中的电流增加率，决定所述时间。
15.根据权利要求14所述的逆流防止装置，其特征在于，
将所述电流增加率设为预先设定的值。
16.根据权利要求15所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述换流装置具有将由在1次侧绕组中流过的电流感应出的电压施加到所述其它路径上的2次侧绕组的变压器，根据基于所述变压器的感应分量的值，设定所述电流增加率。
17.根据权利要求16所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述变压器的感应分量是所述变压器的漏感。
18.根据权利要求16所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述变压器的感应分量是与一般的变压器的电感和漏感的比例相当的值。
19.根据权利要求1～18中的任意一项所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述控制装置使所述换流装置进行在对所述决定的时间加上了余量的时间的所述换流动作。
20.根据权利要求1～19中的任意一项所述的逆流防止装置，其特征在于，
设定能够决定的所述时间的上限值以及下限值中的至少一方。
21.根据权利要求20所述的逆流防止装置，其特征在于，
根据在所述逆流防止元件中流过的恢复电流，设定所述上限值以及所述下限值中的至少一方。
22.根据权利要求20所述的逆流防止装置，其特征在于，
根据所述逆流防止元件中的恢复损耗，设定所述上限值以及所述下限值中的至少一方。
23.根据权利要求20所述的逆流防止装置，其特征在于，
根据所述换流装置中的损耗，设定所述上限值以及所述下限值中的至少一方。
24.根据权利要求20所述的逆流防止装置，其特征在于，
根据构成逆流防止装置的元件的额定值，设定所述上限值以及所述下限值中的至少一方。
25.根据权利要求1～24中的任意一项所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述控制装置能够切换固定或者变化进行所述换流动作的时间。
26.根据权利要求25所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述控制装置根据所述电源的电压变化量，进行所述切换。
27.根据权利要求25所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述控制装置根据所述负载，进行所述切换。
28.根据权利要求2～27中的任意一项所述的逆流防止装置，其特征在于，
还具备切断所述换流驱动信号的切断装置。
29.根据权利要求28所述的逆流防止装置，其特征在于，
所述切断装置根据所述负载，判定所述切断。
30.根据权利要求28所述的逆流防止装置，其特征在于，
在具备电抗器、开关元件以及所述逆流防止装置的电路中，所述切断装置根据流经所述电抗器的电流模式，判定切断。
31.一种电力变换装置，其特征在于，
具备权利要求1～30中的任意一项所述的逆流防止装置，在电源与负载之间进行电力变换。
32.一种冷冻空气调节装置，其特征在于，
为了驱动压缩机或者送风机中的至少一方，具备权利要求31所述的电力变换装置。
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