CN105637749A - 直流电源装置、电动机驱动装置、空调机和冰箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供直流电源装置，其包括：整流器（2），其与电源（1）连接；电荷积蓄部，其由串联连接的第１电容器（6a）和第２电容器（6b）构成；切换部（7），其由串联连接的第１开关元件（4a）和第２开关元件（4b）、以及用于抑制来自电荷积蓄部的电荷逆流的阻止逆流的防逆流元件（5a、5b）构成；电抗器（3）；控制部（8），其控制第１开关元件（4a）和第２开关元件（4b）的动作；以及直流电压检测部（10），其检测作为第１电容器（6a）的两端电压的第１两端电压、以及作为第２电容器（6b）的两端电压的第２两端电压，控制部（8）基于第１两端电压和第２两端电压的电压差，检测第１开关元件（4a）、第２开关元件（4b）的短路故障。

Description

直流电源装置、电动机驱动装置、空调机和冰箱

技术领域

本发明涉及直流电源装置、电动机驱动装置、空调机和冰箱。

背景技术

公开有如下技术：通过对与商用三相电源连接并进行了整流的直流电压与基准值进行比较，使第1开关元件和第2开关元件动作或停止，从而使200V和400V标准化(例如专利文献1)。此外，还公开了如下技术：通过使第1开关元件和第2开关元件同时导通断开，或者使同时导通的期间、仅一方导通的期间、同时导通的期间，仅另一方导通的期间连续，从而将能量蓄积在电抗器中来进行升压(例如专利文献2)。

此外，对于商用单相电源，还公开了如下技术：通过交替地开关2个串联连接的开关元件来控制全波整流和倍压整流，能够控制成幅度较大的输出电压(例如专利文献3)。

进而，还公开了如下技术：将接入到各相的由开关元件和电抗器构成的升压斩波部与多相电源的星形接线的中性点连接，通过开关元件的动作来抑制谐波(例如专利文献4)。

此外，还公开了通过控制倍压开关的导通断开，使升压比固定不变地保持的技术(例如专利文献5)。

专利文献1：日本特开2008-12586号公报

专利文献2：日本特开2009-50109号公报

专利文献3：日本特开2000-278955号公报

专利文献4：日本特开平6-253540号公报

专利文献5：日本实开平3-3189号公报

发明内容

在专利文献1～5记载的直流电源装置中，能够得到比电源电压高的输出电压，该输出电压全部都是通过开关元件的动作而得到的。如果开关元件发生故障，一般而言会造成短路损坏。因此，存在如下问题：在由串联连接的开关元件构成的直流电源装置的情况下，在仅一方开关元件发生故障时，由于短路电流不会从交流电源流出，所以无法检测出短路电流，无法利用一般的保险丝进行保护。此外，还存在如下问题：如果没有检测出一方开关元件发生故障而继续进行开关动作，则在另一方开关元件导通的定时，过电流保护功能发挥作用，使得另一方开关元件不能导通而无法继续动作。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于获得一种使用2个串联连接的开关元件来控制全波整流状态和升压状态的直流电源装置，其能够检测出一个开关元件的短路故障。

为了解决上述问题而达成目的，本发明涉及的直流电源装置，包括：整流器，其与交流电源连接；电荷积蓄部，其由串联连接的第1电容器和第2电容器构成；切换部，其由串联连接的第1开关元件和第2开关元件、以及用于抑制来自上述电荷积蓄部的电荷逆流的防逆流元件构成；电抗器；控制部，其控制上述第1开关元件和上述第2开关元件的动作；以及直流电压检测部，其检测作为上述第1电容器的两端电压的第1两端电压、以及作为上述第2电容器的两端电压的第2两端电压，上述整流器和上述切换部通过电抗器连接，上述控制部基于上述第1两端电压和上述第2两端电压的电压差，检测第1开关元件和上述第2开关元件中的一个开关元件的短路故障。

本发明的直流电源装置、电动机驱动装置、空调机和冰箱起到如下效果，即，在使用2个串联连接的开关元件来控制全波整流状态和升压状态的直流电源装置中，能够检测出一个开关元件的短路故障。

附图说明

图1是表示实施方式1的直流电源装置的结构示例的电路框图。

图2是表示实施方式1的直流电源装置中的开关控制状态的一个示例的图。

图3是表示实施方式1的直流电源装置中的各动作模式的图。

图4是表示在第1开关元件和第2开关元件中的任一个发生短路故障的情况下的开关动作波形的图。

图5是表示实施方式1的开关元件的故障检测方法的一个示例的流程图。

图6是表示使没有发生故障的开关元件动作来使继电器断开的步骤的一个示例的流程图。

图7是表示实施方式2的电动机驱动装置的结构示例的电路框图。

图8是表示实施方式3的空调机的结构示例的电路框图。

图9是表示直流电源装置起动之前的故障检测步骤的一个示例的流程图。

附图标记说明

1交流电源

2整流器

3电抗器

4a第1开关元件

4b第2开关元件

5a第1防逆流元件

5b第2防逆流元件

6a第1电容器

6b第2电容器

7切换部

8控制部

9电源电压检测部

10直流电压检测部

11负载

20中性线断路部

30逆变器

31电动机

32电流检测器

33驱动控制部

41压缩机

42四通阀

43室外热交换器

44膨胀阀

45室内热交换器

46制冷剂配管

47压缩机构

100直流电源装置

具体实施方式

下面，基于附图，详细说明本发明涉及的直流电源装置、电动机驱动装置、空调机和冰箱的实施方式。此外，本发明不限定于下述实施方式。

实施方式1

图1是表示本发明涉及的直流电源装置100的实施方式1的结构示例的电路框图。本实施方式的直流电源装置100是将交流转换为直流的电力转换装置，将从作为交流电源的电源1提供的三相交流转换为直流提供给负载11。负载11可以是以直流进行电力消耗的任何负载。这里，作为负载11，假设是对例如应用制冷循环的设备中使用的压缩机的电动机进行驱动的逆变器负载。作为应用制冷循环的设备，例如有空调机、制冷机、洗衣烘干机、冰箱、除湿器、热泵式热水器、陈列柜等。负载11不限定于应用制冷循环的设备的负载，也可以是吸尘器、风扇电动机或排气扇、烘手器、感应加热电磁烹饪设备等的负载。

直流电源装置100包括：对三相交流进行整流的整流电路(整流器)2；与整流电路2的输出侧连接的电抗器3；在朝向负载11的输出端子间串联连接的第1电容器6a和第2电容器6b；选择性地对上述第1电容器6a和第2电容器6b的一方或双方进行充电的切换部7；控制切换部7的控制部8；检测三相交流电压的电源电压检测部9；以及检测输出到负载11的直流电压的直流电压检测部10。第1电容器6a和第2电容器6b构成用于积蓄电荷的电荷积蓄部。此外，在图1所示的示例中，示出了电抗器3与整流电路2的输出侧连接的示例，但是也可以是与整流电路2的输入侧连接的结构。

整流电路2是将6个整流二极管全桥式连接的三相全波整流电路。在图1所示的示例中，示出了电源电压检测部9检测从交流电源1提供的三相交流中的两相(这里是r相、s相)的线间电压的示例。

切换部7包括：切换第2电容器6b的充电和非充电的第1开关元件4a；切换第1电容器6a的充电和非充电的第2开关元件4b；防止第1电容器6a的充电电荷向第1开关元件4a逆流的第1防逆流元件5a；防止第2电容器6b的充电电荷向第2开关元件4b逆流的第2防逆流元件5b。

由第1开关元件4a和第2开关元件4b构成的串联电路的中点与由第1电容器6a和第2电容器6b构成的串联电路的中点200连接，在这些中点之间配置有中性线断路部20(连接控制部)。第1电容器6a与第1开关元件4a的集电极在连接点201连接，在第1开关元件4a的集电极与连接点201之间朝向连接点201正向地连接有第1防逆流元件5a。第2电容器6b与第2开关元件4b的发射极在连接点202连接，在第2开关元件4b的发射极与连接点202之间，朝向第2开关元件4b的发射极正向地连接有第2防逆流元件5b。

第1电容器6a和第2电容器6b的电容相同。此外，作为第1开关元件4a和第2开关元件4b，例如使用功率晶体管、功率MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)等半导体元件。

控制部8通过控制第1开关元件4a和第2开关元件4b的导通和断开(进行开关控制)，来控制提供给负载11的直流电压。下面，参照图1～图3，对由该控制部8进行的第1开关元件4a和第2开关元件4b的开关控制进行说明。

图2是表示本实施方式的直流电源装置100中的开关控制状态的一个示例的图。在图2中，为了简化附图，省略了各结构要素的符号。

图2的状态A表示对第1开关元件4a和第2开关元件4b双方都进行断开控制(由控制部8控制成断开)的状态。在这种状态下，对第1电容器6a和第2电容器6b进行充电。

图2的状态B表示对第1开关元件4a进行导通控制(由控制部8控制成导通)、对第2开关元件4b进行断开控制的状态。在这种状态下，仅对第2电容器6b进行充电。

图2的状态C表示对第2开关元件4b进行导通控制、对第1开关元件4a进行断开控制的状态。在这种状态下，仅对第1电容器6a进行充电。

图2的状态D表示对2个开关元件4a、4b双方都进行导通控制的短路状态。在这种状态下，对第1电容器6a和第2电容器6b双方都不进行充电。

在本实施方式中，通过切换图2所示的各状态，来控制提供给负载11的直流电压，并且抑制从交流电源1流出的电流急剧增大的冲击电流。

图3是表示本实施方式的直流电源装置100中的各动作模式的图。如图3所示，本实施方式的直流电源装置100具有下述模式作为动作模式：使第1开关元件4a和第2开关元件4b一直为断开控制状态的全波整流模式(第1模式)、以及对第1开关元件4a和第2开关元件4b交替地进行导通控制的升压模式(第2模式)。

作为升压模式，有升压模式a、升压模式b、升压模式c这3种。在升压模式a中，第1开关元件4a和第2开关元件4b的导通占空比都为50％。在升压模式b中，第1开关元件4a和第2开关元件4b的导通占空比都小于50％。在升压模式c中，有第1开关元件4a和第2开关元件4b的导通占空比都大于50％的升压模式c。

在全波整流模式中，使第1开关元件4a和第2开关元件4b一直为断开控制状态。因此，由整流电路2进行了全波整流而得到的电压为直流电源装置100的输出电压。

在升压模式a中，第1开关元件4a的导通定时与第2开关元件4b的断开定时几乎为同时，第1开关元件4a的断开定时与第2开关元件4b的导通定时几乎为同时。因此，在升压模式a中，反复图2所示的状态B和状态C。此时的输出电压为全波整流模式下的输出电压的大致2倍。这样，升压模式a是输出电压为全波整流模式的输出电压的大致2倍的倍压模式。

在升压模式b中，设置有第1开关元件4a和第2开关元件4b中的一个导通的期间、以及第1开关元件4a和第2开关元件4b都断开的同时断开期间。在升压模式b中，图2所示的状态B→状态A→状态C→状态A的状态变化周期性地反复进行，此时的输出电压为全波整流模式下的输出电压与升压模式a(倍压模式)下的输出电压的中间电压。

在升压模式c中，设置有第1开关元件4a和第2开关元件4b中的一个导通的期间、以及第1开关元件4a和第2开关元件4b都导通的同时导通期间。在升压模式c中，图2所示的状态D→状态C→状态D→状态B的状态变化周期性地反复进行。在第1开关元件4a和第2开关元件4b都导通的期间(这里是状态D的期间)，能量蓄积在电抗器3中。此时的输出电压为升压模式a(倍压模式)下的输出电压以上的电压。

这样，在本实施方式中，通过使第1开关元件4a和第2开关元件4b的导通占空比变化，能够对提供给负载11的直流电压进行控制。

本实施方式的目的在于，在构成切换部7的第1开关元件4a和第2开关元件4b中的任一个发生短路故障的情况下，使直流电源装置的动作继续，并且防止二次故障。

在第1开关元件4a和第2开关元件4b中的任一个发生短路故障的情况下，不能实现图2所示的状态B和状态C中的任一个状态。这是由于，如果没发生短路故障的一个开关元件导通，则等同于第1开关元件4a和第2开关元件4b都导通而成为状态D。

图4是表示在第1开关元件4a和第2开关元件4b中的任一个发生短路故障的情况下的开关动作波形的图。图4示出了在图3的升压模式a下第1开关元件4a和第2开关元件4b中的任一个发生短路故障的示例。图4(a)是第1开关元件4a发生短路故障时的动作波形，图4(b)是第2开关元件4b发生短路故障时的动作波形。

如图4所示，例如在第1开关元件4a发生短路故障时，原本为状态C的期间成为状态D，在第2开关元件4b发生短路故障时，原本为状态B的期间成为状态D。虽然取决于没有发生短路故障的开关元件的导通时间，但是只要来自电源1的输入电流较小、是在开关元件(第1开关元件4a、第2开关元件4b)的电流保护动作以下的话，直流电源装置就能够在一个开关元件发生短路故障的状态下继续动作。

如图4所示，在成为状态B与状态D、或者状态C与状态D的组合动作的情况下，出现的问题是在串联连接的第1电容器6a和第2电容器6b中的任一个发生电荷不足。如图4所示，在进行状态B与状态D、或者状态C与状态D的组合动作的情况下，从上述电容器对负载11提供电荷。即，就电容器而言是进行放电。但是，如果没有状态B或状态C，则无法对第1电容器6a和第2电容器6b中的任一个充电。

这样，在第1开关元件4a和第2开关元件4b中的任一个发生短路故障的情况下，不会对第2电容器6b和第1电容器6a中的任一个充电，而是仅进行放电。因此，该电容器会随着时间的经过而成为因电荷不足而无法放电的状态。

因此，在本实施方式中，直流电压检测部10对第1电容器6a的两端电压和第2电容器6b的两端电压的双方进行检测。检测第1电容器6a的两端电压例如可以是利用由运算放大器等构成的差动放大器直接检测的方法，也可以是从由第1电容器6a和第2电容器6b构成的串联电路的两端电压减去第2电容器6b的两端电压来间接检测的方式。此外，也可以是除此以外的其他方式。

只要观测第1电容器6a的两端电压与第2电容器6b的两端电压之间的电压差，就能够检测出其中一个的电量不足，换言之，检测出电压不平衡即电位差有很大差异的状态。通过检测这种电压不平衡，就能够检测出第1开关元件4a和第2开关元件4b中的某一个发生了短路故障。

图5是表示本实施方式的开关元件的故障检测方法的一个示例的流程图。直流电压检测部10检测第1电容器6a的两端电压(步骤S1)，并检测第2电容器6b的两端电压(步骤S2)。在图5中，虽然采用了步骤S1、S2的顺序，但是步骤S1、步骤S2可以同时进行，也可以是步骤S2、S1的顺序。控制部8从直流电压检测部10获取第1电容器6a的两端电压与第2电容器6b的两端电压，计算两者的电压差(步骤S3)。

控制部8基于电压差，判断第1电容器6a的两端电压与第2电容器6b的两端电压是否存在不平衡(步骤S4)。具体而言，例如通过判断电压差是否为一定值以上来判断是否存在不平衡。如果不平衡(步骤S4，“存在不平衡”)，则判断第1电容器6a的两端电压是否比第2电容器6b的两端电压高(步骤S5)。在第1电容器6a的两端电压比第2电容器6b的两端电压高的情况下(步骤S5，“是”)，判断为第2开关元件4b的故障(步骤S6)。然后，控制部8使第1开关元件4a和第2开关元件4b双方的开关动作停止(步骤S8)，对中性线断路部20发出断路的指示，则中性线断路部20使第1开关元件4a和第2开关元件4b的连接点与第1电容器6a和第2电容器6b的连接点之间的连接断路(步骤S9)。在步骤S8中，也可以不使开关动作停止，而仅使没有发生故障的开关元件为动作断开的状态，进而进行步骤S9的断路，之后作为全波整流模式(图2的状态A)进行动作。

在第1电容器6a的两端电压不比第2电容器6b的两端电压高的情况下(步骤S5，“否”)，判断为第1开关元件4a(步骤S7)，前进至步骤S8。此外，在步骤S4中，在判断为没有不平衡的情况下(步骤S4，“没有不平衡”)，判断为开关元件是正常的(步骤S10)，继续运转。

如上所述，在没有发生故障的开关元件进行导通动作的情况下，成为电源短路状态(图2的状态D)。因此，如果短路电流增大，则未图示的开关元件的电流保护功能动作。关于电源短路的状态D，虽然说只要是开关元件不发生电流损坏的程度就可以容许，但是为了保护没有发生故障的开关元件，还是要使开关动作停止。

作为中性线断路部20，例如可以使用继电器等。然而，在继电器流过电流的状态下将其断开时，会产生电弧，触点被熔接，而有继电器无法断开的可能性。因此，让没有发生故障的开关元件动作，来使继电器断开。只要开关元件进行动作，就会成为状态D而电流不流过中性线(将第1开关元件4a和第2开关元件4b的连接点、与第1电容器6a和第2电容器6b的连接点连接的连接线)。于是就不会产生电弧，而能够使继电器断开。如果中性线断路，则不会成为状态D，因此只要使没有发生故障的开关元件持续断开，就成为等同于图2的状态A，而能够从具有仅能对一个电容器充电这种问题的状态中解脱出来。通过使开关元件双方都为断开的状态，能够进行与通常的全波整流相同的动作。实施图5所示的处理的定时没有限制，例如既可以定期地实施，也可以在变更模式的情况下实施。根据模式不同，开关元件的故障所产生的影响不同，因此可以根据模式来改变实施图6的处理的频度。

图6是表示使没有发生故障的开关元件动作而使继电器断开的步骤的一个示例的流程图。实施图6的动作来取代图5的步骤S8、S9。即，图5的a点成为图6的流程图的开始点，然后实施图6的动作来取代步骤S8、S9。

如图6所示，首先控制部8判断发生故障的开关元件是否是第1开关元件4a(步骤S11)。如果发生故障的开关元件是第1开关元件4a(步骤S11，“是”)，则进行是否是第2开关元件4b导通的期间的判断(步骤S12)。如果是第2开关元件4b导通的期间(步骤S12，“是”)，则控制部8指示中性线断路部20进行断路，中性线断路部20使中性线断路(步骤S14)。然后，控制部8使开关元件的动作停止(步骤S15)，或者使其以全波整流模式进行动作。

如果不是第2开关元件4b导通的期间(步骤S12，“否”)，则反复进行步骤S12直到成为导通的期间为止。如果发生故障的开关元件不是第1开关元件4a(步骤S11，“否”)，则进行是否是第1开关元件4a导通的期间的判断(步骤S13)。如果是第1开关元件4a导通的期间(步骤S13，“是”)，则前进至步骤S14。在不是第1开关元件4a导通的期间的情况下(步骤S13，“否”)，反复进行步骤S13直到成为导通的期间为止。

在使用图5的方法的情况下，不生成电源短路状态(状态D)而能够迅速地进行保护。然而，在使用图6的方法的情况下，能够应用廉价的继电器作为中性线断路部20。只要在电源短路状态(状态D)下的短路电流是开关元件的保护动作以下的状态，那么在没有流过电流时通过中性线断路部20进行断路，从而能够可靠地将中性线断路。这样，无论开关元件是否发生故障都能维持全波整流(状态A)，因此能够实现可靠性较高的保护。

如上所述，在本实施方式中，通过分别检测2个电容器的两端电压，并且检测两端电压间的电压差，能够检测出发生故障的开关元件。由此，能够提供一种虽然为全波整流状态，不过是在开关元件发生故障后还能够继续进行动作的可靠性高的直流电源装置。特别是通过在开关元件进行开关动作的倍压模式下一直进行检测，而能够防止损失扩大于未然。此外，在使没有发生故障的开关元件导通的状态下通过中性线断路部20使中性线断路，因此能够提供一种不会产生电弧而能够断路的可靠性高的保护序列处理。

实施方式2

图7是表示本发明的实施方式2的电动机驱动装置的结构示例的电路框图。在图7中，对进行与图1所示的电路结构相同的动作的结构要素标注与实施方式1相同的符号，省略重复说明。图7所示的电动机驱动装置具有实施方式1的直流电源装置100。图1的负载11与图7的逆变器30和电动机31对应。逆变器30与由第1电容器6a和第2电容器6b构成的串联电路的两端连接。将直流电压输入到逆变器30。

本实施方式的电动机驱动装置，除了实施方式1的直流电源装置100之外，还具有电流检测器32和驱动控制部33。电流检测器32(32a、32b)检测流过电动机31的电流。驱动控制部33基于由电流检测器32检测出的电流和由直流电压检测部10检测出的直流电压来控制逆变器30。

电动机31由逆变器30驱动控制。因此，电动机31的驱动动作范围根据输入到逆变器30的直流电压而变化。特别是在电动机31是转子中使用永久磁铁的电动机的情况下，该直流电流还会对转子中所使用的永久磁铁的磁铁特性产生影响。

已知有例如使用磁力较强的稀土类磁铁作为永久磁铁材料的永久磁铁电动机。由于稀土类磁铁的磁力较强，所以较小的电流就会产生转矩。因此，将稀土类磁铁应用于需要节能的设备所使用的电动机31。然而，由于稀土类磁铁是被称为稀土的稀少金属，所以难以获得。在不使用稀土类磁铁而使用磁力比稀土类磁铁弱的铁氧体等磁铁的永久磁铁电动机中，与使用稀土类磁铁的情况相比，如果电流相同，则输出转矩较小。因此，在使用磁力较弱的铁氧体等磁铁的永久磁铁电动机中，相应于磁铁磁力的下降量，使电流增加来补偿转矩，或者由于输出转矩与电流×绕组的匝数成比例，所以通过增加匝数而不是增加电流来补偿输出转矩。如果增加电流，则电动机31的铜损和逆变器30的导通损耗增加。

为了避免损失增加，在增加匝数而不是增加电流的情况下，与电动机31的转速对应的感应电压增加。由于逆变器30需要比感应电压高的直流电压，所以在增加匝数的情况下需要使直流电压上升。

因此，在本实施方式中，在电动机驱动装置中，作为对驱动电动机31的逆变器30提供电力的直流电源装置，使用实施方式1中说明的直流电源装置100。由此，能够对逆变器30提供全波整流状态、倍压整流状态等多种直流电压。因此，在使用增加匝数而不使用稀土类磁铁的电动机作为电动机31的情况下，能够提供适合于电动机31的直流电压。因此，使不使用稀土类磁铁的电动机31的损失不会增加，而能够驱动电动机31。

此外，通过使用实施方式1的直流电源装置100，能够根据电动机31的动作状态(负载量)对电动机31施加合适的电压，因此能够实现高效率的驱动动作。具体而言，驱动控制部33基于由电流检测器32检测出的电流把握电动机31的动作状态，基于动作状态对控制部8指示电压。控制部选择切换部7的模式(全波整流模式、升压模式a、升压模式b、升压模式c)以实现所指示的电压，并使切换部7以选择的模式进行动作。

特别是，在使用铁氧体等磁力比稀土类小的磁铁的电动机31中，通过根据动作状态施加合适的电压，能够实现抑制损失增加的高效率的驱动动作。因此，直流电源装置100适合作为面向对使用铁氧体等的永久磁铁电动机进行驱动的逆变器的直流电源装置。

进而，作为构成本实施方式的直流电源装置的元件(第1开关元件4a、第2开关元件4b、第1防逆流元件5a、第2防逆流元件5b、构成整流电路2的整流元件)、逆变器30的开关元件中的一个以上的元件使用被称为“超级结构造MOSFET”的MOSFET，由此能够进一步实现低损失化，能够提供高效率的直流电源装置。此外，超级结构造是具有比通常的MOSFET深的P层的构造，已知由于较深的P层与n层的接触面大，因此虽然导通电阻较低却具有较高的电压耐力。

此外，将构成本实施方式的直流电源装置的元件、逆变器30的开关元件中的一个以上的元件由GaN(氮化镓)或SiC(碳化硅)、金刚石等宽禁带半导体构成的情况下，显然也能够提供损失更低的直流电源装置。进而，通过使用宽禁带半导体，耐电压性增高且容许电流密度也增高，因此能够实现MOSFET的小型化，并且能够实现组装有这些元件的半导体模块的小型化。由于耐热性较高，所以也能够实现散热器的散热片的小型化。进而，宽禁带半导体与以往的硅(Si)半导体相比耐压较高，在高电压化中发挥优势，因此通过构成低损失且电压较高的直流电源装置或逆变器30，能够进一步发挥宽禁带半导体的特性。

如上所述，在本实施方式中，示出了将实施方式1的直流电源装置100应用于电动机驱动装置的示例。在本实施方式的电动机驱动装置中，根据电动机31的结构(永久磁铁的种类、匝数等)或动作状态，能够适当地控制向用于驱动控制电动机31的逆变器30提供的电压。由此，在对使用铁氧体等磁力比稀土类小的磁铁的电动机31进行驱动控制的情况下，也能够抑制损失来实现高效率的驱动动作。此外，在第1开关元件4a和第2开关元件4b中的一个发生故障的情况下，能够获得与实施方式1同样的效果。

实施方式3

图8是表示本发明的实施方式3的空调机的结构示例的电路框图。本实施方式的空调机具有实施方式2中说明的电动机驱动装置。本实施方式的空调机具有将内置有实施方式2的电动机31的压缩机41、四通阀42、室外热交换器43、膨胀阀44、室内热交换器45通过制冷剂配管46组装而成的制冷循环，构成分体式空调机。

在压缩机41内部设置有对制冷剂进行压缩的压缩机构47和使其运作的电动机31，构成通过使制冷剂从压缩机41循环到热交换器43与45之间来进行制冷、制热等的制冷循环。图8所示的电路块不仅能够应用于空调机，还能够应用于冰箱、制冷机等具有制冷循环的设备。

在通过制冷循环进行制冷、制热的空调机中，在室温接近于由使用者设定的室温设定温度后成为稳定状态，逆变器30进行以使搭载在压缩机41中的电动机31低速旋转的动作。因此，由于在空调机中低速旋转持续较长时间，所以低速运转时的效率改善对节能化有较大贡献。因此，如果采用为了减少电流而使用稀土类磁铁或者增加匝数而使用磁力较弱的永久磁铁的电动机作为电动机31，则有助于节能化。

另一方面，在第1开关元件4a或第2开关元件4b发生故障的情况下，如果不使电动机31运作，则空调机不会运作。特别是在盛夏或隆冬发生故障的情况下，中暑等对人体产生的影响也较大。此外，在为冰箱或陈列柜的情况下，还考虑到储藏在其中的食品会腐败。

在本实施方式中，如实施方式1所述，在第1开关元件4a或第2开关元件4b发生故障的情况下，检测出该故障，并通过中性线断路部20使中性线断路。由此，仅限于全波整流的话，直流电源装置也能够运作。这样虽然无法进行使电动机31的起电压变高的高速旋转的运作，但是能够继续进行低速旋转的运作。

因此，本实施方式的空调机，在检测出第1开关元件4a或第2开关元件4b发生故障的情况下，通过警报等通知使用者，在被修理之前的期间能够进行仅低速旋转的应急运转。由此，即使在盛夏或隆冬发生故障，也能够实现应急运转，能够尽力排除对人体产生影响。在应用于冰箱或陈列柜的情况下，也能够拖延食品发生腐败的时间，将由故障造成的损害抑制于未然。

在本实施方式的空调机中，在直流电源装置100起动时(即开关元件4a或第2开关元件4b的开关动作开始之前)也能够检测开关元件4a或第2开关元件4b的故障。图9是表示直流电源装置100起动之前的故障检测步骤的一个示例的流程图。首先在第1开关元件4a和第2开关元件4b都发生短路故障的情况下，如果直流电源装置100起动，则电源短路，通过未图示的断路器断路或者保险丝熔断使来自电源1的电流无法被提供而得以保护。

如图9所示，使中性线断路部20为断开(断路)状态，开始从电源1进行通电(步骤S21)。然后，控制部8使第1开关元件4a导通(步骤S22)。在这种状态时，进行是否流过来自电源1的短路电流的判断(步骤S23)。如果没有短路电流流过(步骤S23，“否”)，则判断为第1开关元件4a没有发生故障，使第1开关元件4a断开并且使第2开关元件4b导通(步骤S25)。在这种状态时，进行是否流过来自电源1的短路电流的判断(步骤S26)。如果没有短路电流流过(步骤S26，“否”)，则判断为开关元件双方都正常(步骤S28)，控制部8允许实施通常的开关动作(步骤S29)。

在步骤S23中，如果短路电流流过(步骤S23，“是”)，则控制部8判断为第2开关元件4b发生故障(步骤S24)，控制部8禁止实施通常的开关动作(步骤S30)。或者，仅允许应急运转(全波整流模式)。在步骤S26中，如果短路电流流过(步骤S26，“是”)，则控制部8判断为第1开关元件4a发生故障(步骤S27)，前进至步骤S30。

在图1、7、8中没有图示检测来自电源1的短路电流的方法，但是可以采用将二次绕组卷绕在电抗器3上来检测其感应电压的方法，也可以是在切换部7与整流器2之间设置电流传感器进行检测的方法，也可以是其他检测方法。在将二次绕组卷绕在电抗器3上来检测其感应电压的情况下，电抗器3具有作为短路电流检测部的功能，在切换部7与整流器2之间设置电流传感器进行检测的情况下，电流传感器成为短路电流检测部。此外，在两个开关元件同时发生故障的情况下，如上所述那样通过保险丝或断路器等进行保护。

在使用了能够将直流电压升压为2倍的直流电源装置的电动机驱动装置中，能够实现高效率化。另一方面，因追加开关元件，使得具有发生故障可能性的部件增加。然而，如果使用实施方式1中说明的直流电源装置100，则即使开关元件发生故障，也不会陷入动作不良状态，通过确定故障部位并将电动机31的运作确定为低速旋转运作，而能够继续运作。

本实施方式的空调机如实施方式2所述那样，即使不使用作为稀少金属的稀土类磁铁，也能够高效率地对增加了匝数的采用了磁力较弱的永久磁铁的电动机31进行驱动控制。因此，在使用增加了匝数的采用了磁力较弱的永久磁铁的电动机31的情况下，也能够实现节能化。此外，本实施方式的空调机即使在通常运转期间或者在起动前也能够检测开关元件的故障，因此能够通过应急运转来继续运作。

特别是如果将实施方式2的电动机驱动装置应用于如冰箱这种24小时一直运转的设备中，则由于在低速旋转的低电流状态下的运转时间较长，所以通过使用增加了匝数的采用了铁氧体磁铁等的电动机31，能够实现低成本和节能化。

如上所述，本发明涉及的直流电源装置能够作为面向以直流进行电力消耗的负载的电源装置而利用。特别是能够作为需要直流电源装置的逆变器的电源装置加以利用，能够通过应用于驱动永久磁铁电动机的逆变器而实现节能化，此外还能够不使用作为稀少金属的稀土类磁铁来构成廉价且节能性高的电动机驱动装置，因此除了空调机、制冷机、洗衣烘干机之外，还能够应用于冰箱、除湿器、热泵式热水器、陈列柜、吸尘器等全体家电制品，也能够应用于风扇电动机或排气扇、烘手器、感应加热电磁烹饪设备等。

Claims (15)

1.一种直流电源装置，其特征在于，包括：

整流器，其与交流电源连接；

电荷积蓄部，其由串联连接的第１电容器和第２电容器构成；

切换部，其由串联连接的第１开关元件和第２开关元件、以及用于抑制来自所述电荷积蓄部的电荷逆流的防逆流元件构成；

电抗器；

控制部，其控制所述第１开关元件和所述第２开关元件的动作；以及

直流电压检测部，其检测作为所述第１电容器的两端电压的第１两端电压、以及作为所述第２电容器的两端电压的第２两端电压，

所述整流器和所述切换部通过电抗器连接，

所述控制部基于所述第１两端电压和所述第２两端电压的电压差，检测第１开关元件和所述第２开关元件中的一个开关元件的短路故障。

2.根据权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于，还包括：

短路电流检测部，其检测从所述交流电源流出的短路电流，

所述控制部在所述切换部的开关动作开始之前，基于在使所述第１开关元件和所述第２开关元件中的一个开关元件导通而使另一个开关元件断开的状态下是否检测出所述短路电流，来检测所述另一个开关元件是否发生了短路故障。

3.一种直流电源装置，其特征在于，包括：

整流器，其与交流电源连接；

电荷积蓄部，其由串联连接的第１电容器和第２电容器构成；

切换部，其由串联连接的第１开关元件和第２开关元件、以及用于抑制来自所述电荷积蓄部的电荷逆流的防逆流元件构成；

电抗器；

控制部，其控制所述第１开关元件和所述第２开关元件的动作；以及

短路电流检测部，其检测从所述交流电源流出的短路电流，

所述整流器和所述切换部通过电抗器连接，

所述控制部在所述切换部的开关动作开始之前，基于在使所述第１开关元件和所述第２开关元件中的一个开关元件导通而使另一个开关元件断开的状态下是否检测出所述短路电流，来检测所述另一个开关元件是否发生了短路故障。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的直流电源装置，其特征在于，还包括：

连接控制部，其对使第１中点与第２中点的连接断路或连通进行切换，其中，该第１中点是所述第１开关元件与所述第２开关元件的中点，该第２中点是所述第１电容器与所述第２电容器的中点，

所述控制部在检测出所述短路故障的情况下，对所述连接控制部发出使所述第１中点与所述第２中点之间断路的指示，来使所述切换部的动作停止。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的直流电源装置，其特征在于：

所述控制部在检测出所述短路故障的情况下，对所述连接控制部发出使所述第１中点与所述第２中点之间断路的指示，在使第１开关元件和所述第２开关元件中的没有发生所述短路故障的开关元件断开的状态下使其动作。

6.根据权利要求4或5所述的直流电源装置，其特征在于：

所述控制部在检测出所述短路故障的情况下，在检测出所述短路故障的开关元件导通时，对所述连接控制部发出使所述第１中点与所述第２中点之间断路的指示。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的直流电源装置，其特征在于：

所述第１开关元件、所述第２开关元件、所述防逆流元件和构成所述整流器的整流元件中的至少一个由宽禁带半导体形成。

8.根据权利要求7所述的直流电源装置，其特征在于：

所述宽禁带半导体是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。

9.一种电动机驱动装置，其驱动电动机，其特征在于，包括：

权利要求1至8中任一项所述的直流电源装置；

逆变器，其使用从所述直流电源装置提供的直流电流来控制所述电动机；

电流检测部，其检测流过所述电动机的电流；以及

驱动控制部，其基于由所述电流检测部检测出的电流，控制所述逆变器。

10.根据权利要求9所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述驱动控制部基于所述电动机的负载量，决定向所述逆变器提供的直流电流的电压，并对所述直流电源装置指示决定的所述电压，

所述直流电源装置基于来自所述驱动控制部的指示，控制向所述逆变器提供的直流电流的电压。

11.根据权利要求9或10所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述电动机具有由稀土类元素以外构成的永久磁铁。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于：

构成所述逆变器的开关元件由宽禁带半导体形成。

13.根据权利要求12所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述宽禁带半导体是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。

14.一种空调机，其特征在于，包括：

权利要求9至13中任一项所述的电动机驱动装置；以及

压缩机，其具有由所述电动机驱动装置驱动的电动机。

15.一种冰箱，其特征在于，包括：

权利要求9至13中任一项所述的电动机驱动装置；以及

压缩机，其具有由所述电动机驱动装置驱动的电动机。