CN203691263U - 直流电源装置、马达驱动装置、空调装置、冰箱及热泵式热水供给装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供将电路损失抑制得较低的直流电源装置、马达驱动装置、空调装置、冰箱及热泵式热水供给装置。本实用新型所涉及的直流电源装置具备：将交流电源（1）的交流电压整流成直流电压的整流单元（3）；对直流电压进行平滑化的平滑单元（4）；与整流单元（3）的输入侧连接的低频电抗器（2）；与低频电抗器（2）并联连接的短路单元（10）；连接在整流单元（3）和平滑单元（4）之间，由高频电抗器（5（5a、5b））、开关单元（6（6a、6b））及防逆流二极管（7（7a或者7b））构成的一个以上的升压单元（8（8a、8b））；及使短路单元（10）和开关单元（6）动作的控制单元（14）。

Description

直流电源装置、马达驱动装置、空调装置、冰箱及热泵式热水供给装置

技术领域

本实用新型涉及具备多个电抗器（reactor）的直流电源装置、马达驱动装置、空调装置、冰箱及热泵式热水供给装置。

背景技术

作为现有的直流电源装置，例如在专利文献1中提出了如下的直流电源装置：该直流电源装置具备：将输入电源的交流电压转换成直流电压而朝负载供给电力的整流电路；与整流电路的输入侧或者输出侧连接的电抗器；经由电抗器短路，并通过接通（on）/截止（off）动作而对相对于电抗器的能量（energy）的蓄积以及释放进行控制的开关（switching）单元；利用从电抗器释放的能量进行充电的平滑单元；对电源交流电压的零点交叉（zero-crossing）进行检测的交流电压零点交叉检测单元；对开关单元进行高频开关控制以使与电源交流电压成比例的输入电流流动的第一控制单元；针对所检测到的每个零点交叉以预先设定的次数、且以设定的时间对开关单元进行开关控制的第二控制单元；以及多个电抗器，能够选择多个电抗器中的任一个，在能够利用开关损失小、且在电路效率方面具有优越性的第二控制单元充分应对功率因数改善的升压范围实施第二控制，在无法应对的范围利用第一控制单元实施第一控制。具体而言，根据负载的大小来选择第一控制单元和第二控制单元中的某一个并进行切换。并且，对于电抗器的切换以及控制方法的切换，可以在电抗器通电中实施，在因这样做而存在某种问题的情况下，控制装置暂时停止整流电路的通电（其方法并无特殊限定），在电抗器中未流过有电流的状态下实施切换。

并且，在专利文献2中提出的电源装置中，如专利文献2的图1所示，将整流电路的输出分支成两个电流路径，在一方的电流路径设置电感元件L11，在另一方的电流路径设置电感（inductor）元件L12。在该电源装置中，L11的电流IL11由晶体管（transistor）Q11的接通/截止控制，L12的电流IL12由晶体管Q12的接通/截止控制。并且，Q11、Q12截止时的来自L11、L12的输出电流IL11、IL12分别经由防逆流二极管D11、D12供给至平滑单元。并且，分别以不同的相位驱动Q11、Q12的栅极（gate）。由此，能够减小在各晶体管中流动的开关电流，此外，减小电流（IL11＋IL12）的脉动（ripple）成分ΔI1。

专利文献1：日本特开2007－135254号公报

专利文献2：日本特开2007－195282号公报

在专利文献1所记载的电源装置中，切换成第一控制和第二控制中的效率高的一方，但当在电抗器通电中对控制进行切换时，由于蓄积于电抗器中的能量，对电抗器切换单元施加有高电压，导致电抗器切换单元破损的可能性高。与此相对，当在暂时停止的状态下切换电抗器时，在将该电源装置应用于空调装置的情况下，无法进行空调装置的连续运转，因此产生有损于空调装置的舒适性、节能（energy）性的问题。

并且，在将专利文献1所记载的电源装置应用于空调装置的情况下，会产生如下的问题。即，电源装置形成为无论将电抗器切换成哪一个电流都必然流过防逆流二极管（diode）的结构，但在空调装置中，即便不使开关单元动作，也存在进行电源电流在高次谐波电流限制值以下那样的低负载运转的情况，因此，在进行不使开关单元动作的全波整流动作的情况下，尽管不需要防逆流二极管，但电流仍旧流过防逆流二极管，因此，存在在防逆流二极管产生损失的问题。

并且，在专利文献2所记载的电源装置中，由于是将电抗器并联连接的结构，因此存在轻负载下的电路损失大的问题。即，在不使开关单元动作的情况下，整流电路的电感（inductance）变小而容易产生高次谐波电流，因此，即便在低负载而不需要进行升压时，作为应对高次谐波电流的对策，也必须使开关单元动作，存在低负载下的电路损失大的问题。并且，如果具备多个防逆流二极管，则在进行不使开关单元动作的全波整流动作的情况下，尽管不需要防逆流二极管，但电流仍旧流过多个防逆流二极管，存在在防逆流二极管产生损失的问题。

并且，通过在开关单元采用SiC等宽禁带（wide band gap）半导体，能够提高开关单元的接通/截止的动作频率，并能够进一步减小升压单元的高频电抗器的电感，但当将电抗器从电感大的低频电抗器朝电感小的高频电抗器切换时，对于平滑单元的两端电压，与连接低频电抗器时相比，不连接低频电抗器时的电压高，因此流过有冲击电流。高频电抗器的电感越小，则越容易流过有冲击电流，这将导致防逆流二极管的故障，存在无法减小高频电抗器的电感，无法充分发挥SiC等宽禁带半导体的性能的问题。或者，即便能够减小高频电抗器的电感，也需要增大防逆流二极管的电流容量，存在成本（cost）变高的问题。

并且，虽然在专利文献1的电源装置中并未记载，但例如当交流电源的交流电压为AC200V、230V的情况下，为了防止接通电源时的冲击电流，需要具备切换单元，以使得在平滑单元充电之前电流流过冲击电流防止用电阻器，并且在平滑单元的充电结束后进行短路以便电流不流过冲击电流防止用电阻器。因此，当具备电抗器切换用的切换单元时，电流流过合计两个切换单元，存在产生在切换单元产生的损失的问题。尤其是如果切换单元是机械式继电器（relay），则也产生继电器的驱动电力。

实用新型内容

本实用新型是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种在使用了多个电抗器的电源装置中在电抗器的切换时不会产生超过部件耐压的高电压的电源装置。

并且，本实用新型的目的在于得到一种即便在应用于空调装置的情况下也不会有损于舒适性、节能性的电源装置。

并且，本实用新型的目的在于得到一种能够消除在防逆流二极管产生的通流损失，并能够减小在不使开关单元动作的状态下运转的情况下的转换损失的电源装置。此外，本实用新型的目的在于得到一种即便形成为具备多个防逆流二极管的结构也能够利用一个短路单元消除在防逆流二极管产生的通流损失的电源装置。

并且，本实用新型的目的在于得到一种即便在具备多个升压单元且减小高频电抗器的电感的情况下、或是在作为开关单元使用SiC等宽禁带半导体而提高开关单元的接通/截止的动作频率并进一步减小高频电抗器的电感的情况下，也能够使得在低频电抗器和高频电抗器的切换时不会流过有冲击电流的电源装置。

并且，本实用新型的目的在于得到一种能够将在冲击电流防止用的电阻器的切换单元、电抗器的切换单元产生的损失抑制得较低的电源装置。

为了解决上述的课题并达成目的，本实用新型所涉及的直流电源装置的特征在于，上述直流电源装置具备：整流单元，该整流单元将交流电源的交流电压整流成直流电压；平滑单元，该平滑单元对直流电压进行平滑化；低频电抗器，该低频电抗器与上述整流单元的输入侧或者输出侧连接；短路单元，该短路单元与上述低频电抗器并联连接；一个以上的升压单元，该升压单元连接在上述整流单元和上述平滑单元之间，由高频电抗器、开关单元以及防逆流二极管构成；以及控制单元，该控制单元使上述短路单元和上述开关单元动作。

根据本实用新型，能够起到能够实现将电路损失抑制得较低的直流电源装置的效果。

并且，当使用低频电抗器时，使第二短路单元短路，对高频电抗器和防逆流二极管进行短路，因此能够起到能够消除防逆流二极管的损失、能够减小低负载时的损失的效果。

并且，即便在具备多个由高频电抗器、开关单元以及防逆流二极管构成的升压单元的情况下，通过使第二短路单元短路，能够对多个高频电抗器和防逆流二极管进行短路，能够起到能够消除多个防逆流二极管的损失、减小低负载时的损失的效果。

并且，当利用宽禁带半导体构成开关单元时，能够减小开关损失、提高开关单元的接通/截止的动作频率，即便进一步减小高频电抗器的电感，由于在切换电抗器时使开关单元动作，在使平滑单元的两端电压成为电源电压的峰（peak）值以上之后再利用短路单元对低频电抗器进行短路，因此能够起到即便高频电抗器的电感小也能够减小利用短路单元对低频电抗器进行短路的瞬间的冲击电流的效果。

并且，接通电源时的冲击电流流过第一电抗器以及冲击电流防止用电阻器，在平滑单元被充电后再使第三短路单元短路，但在使短路单元短路的情况下断开第三短路单元，因此电流仅通过短路单元或者第三短路单元中的任一方，能够起到即便电抗器的切换用的短路单元增加，在短路单元产生的损失也不会增加的效果。此外，在短路单元为机械式继电器的情况下，继电器驱动电力也不会增加，因此效果大。

并且，在低频电抗器流动的电流小于直流电源装置所能够提供的最大电流，因此能够减小低频电抗器的电流容量，能够实现小型化。

此外，本实用新型还提供一种马达驱动装置，该马达驱动装置具备上述的直流电源装置。

进而，本实用新型还提供一种空调装置，该空调装置具备上述的马达驱动装置。

进而，本实用新型还提供一种冰箱，该冰箱具备上述的马达驱动装置。

进而，本实用新型还提供一种热泵式热水供给装置，该热泵式热水供给装置具备上述的马达驱动装置。

附图说明

图1是示出实施方式1的直流电源装置的结构例的图。

图2是示出实施方式1的控制动作的图。

图3是示出低负载模式时的电源电流波形的一例的图。

图4是示出高负载模式时的电源电流波形的一例的图。

图5是示出实施方式1的直流电源装置的损失－电源电流特性的一例的图。

图6是示出实施方式1的直流电源装置的其他的结构例的图。

图7是示出实施方式2的直流电源装置的结构例的图。

图8－1是示出实施方式2的控制动作的图。

图8－2是示出实施方式2的控制动作的图。

图9是示出实施方式3的直流电源装置的结构例的图。

图10－1是示出实施方式3的控制动作的图。

图10－2是示出实施方式3的控制动作的图。

图11是示出实施方式4的直流电源装置的结构例的图。

图12是示出针对各升压单元的各自的防逆流二极管单独具备短路单元的直流电源装置的一例的图。

标号说明：

1：交流电源；2：低频电抗器；3：整流单元；4：平滑单元；5a、5b：高频电抗器；6a、6b：开关单元；7a、7b：防逆流二极管；8a、8b：升压单元；9：直流负载；10、15、17、15b：短路单元；11：电源电流检测单元；12：电源电压检测单元；13：直流电压检测单元；14：控制单元；16：冲击电流防止用电阻器；18a、18b：过电流保护单元。

具体实施方式

以下，基于附图对本实用新型所涉及的直流电源装置、马达驱动装置、空调装置、冰箱以及热泵式热水供给装置的实施方式详细地进行说明。另外，该实用新型并不限定于该实施方式。

实施方式1．

图1是示出本实用新型所涉及的直流电源装置的实施方式1的结构例的图。本实施方式的直流电源装置具备交流电源1、低频电抗器2、整流单元3、平滑单元4、高频电抗器5a以及5b、开关单元6a以及6b、防逆流二极管7a以及7b、升压单元8a以及8b、短路单元10、电源电流检测单元11、电源电压检测单元12、直流电压检测单元13、控制单元14、冲击电流防止用电阻器16以及短路单元17。直流负载9是逆变器（inverter）等负载，从直流电源装置接受电力的供给而动作。在本实施方式以及实施方式2以后说明的直流电源装置能够作为构成空调装置、冰箱、热泵式热水供给装置等的马达驱动装置的电源装置使用。

如图1所示，交流电源1经由低频电抗器2被整流单元3全波整流，并经由升压单元8a以及8b被平滑单元4平滑化。另外，升压单元可以是一个升压单元8a，也可以与升压单元8a和升压单元8b并联地再连接数级。

低频电抗器2例如相对于本实施方式的电源装置所能够提供的交流电流的1/4的电流具有4mH的电感特性。但是，并不特意限制电感特性，可以根据高次谐波电流、效率、重量、体积适当选定。短路单元10与低频电抗器2并联连接。

升压单元8a由高频电抗器5a、开关单元6a以及防逆流二极管7a构成，同样，升压单元8b由高频电抗器5b，开关单元6b以及防逆流二极管7b构成。

高频电抗器5a以及5b例如相对于本实施方式的电源装所能够提供的交流电流的最大电流具有200μH的电感特性。并且，特意使用高频铁损小的铁芯（core）。但是，并不特意限制电感特性，可以根据开关单元6a以及6b的开关频率、效率、热、重量、体积等适当选定。

开关单元6a由IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）、MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）构成，集电极（collector）或者漏极（drain）连接在高频电抗器5a与防逆流二极管7a之间，发射极（emitter）或者源极（source）与整流单元3的负（－）侧输出端子和平滑单元4的负（－）侧端子连接。对于开关单元6b，集电极或者漏极连接在高频电抗器5b与防逆流二极管7b之间，发射极或者源极与整流单元3的－侧输出端子和平滑单元4的－侧端子连接。

防逆流二极管7a的阳极（anode）与高频电抗器5a和开关单元6a连接，阴极（cathode）与平滑单元4连接。防逆流二极管7b的阳极与高频电抗器5b和开关单元6b连接，阴极与平滑单元4连接。

冲击电流防止用电阻器16连接在交流电源1和低频电抗器2之间。冲击电流防止用电阻器16可以是水泥（cement）电阻，也可以是PTC（Positive Temperature Coefficient，正温度系数电阻）。此外，短路单元17与冲击电流防止用电阻器16并联连接。

逆变器等亦即直流负载9与平滑单元4并联连接。电源电流检测单元11连接在交流电源1与整流单元3之间，电源电压检测单元12与交流电源1的两端连接。并且，直流电压检测单元13与平滑单元4的两端连接。

在控制单元14连接有来自电源电流检测单元11、电源电压检测单元12以及直流电压检测单元13的输入信号线，并且连接有通往短路单元10、短路单元17、开关单元6a以及开关单元6b的输出信号线。

接着，对本实施方式的直流电源装置的接通电源时的动作进行说明。当在图1的结构的电路中接通电源时，在平滑单元4完全不存在电荷，因此，当接通电源时会流过有被称作冲击电流的电流（平滑单元4的充电电流），存在整流单元3、防逆流二极管7a、防逆流二极管7b破损的忧虑。因此，使用用于防止冲击电流的技术来抑制冲击电流。具体而言，控制单元14在初期（接通电源的时刻）预先断开短路单元17以及10，以便当接通电源时电流流过冲击电流防止用电阻器16。由此，冲击电流按照交流电源1→冲击电流防止用电阻器16→低频电抗器2→整流单元3→高频电抗器5a以及5b→防逆流二极管7a以及7b→平滑单元4→整流单元3→交流电源1的顺序流动，并对平滑单元4充电。在平滑单元4的充电完成后，控制单元14使短路单元17成为短路状态，以使得以后电流不流过冲击电流防止用电阻器16。

但是，当然，在因交流电源1的电压小、平滑单元4的容量小、低频电抗器2的阻抗（impedance）大等理由而冲击电流小的情况下、或者冲击电流所流动的路径的部件的电流容量大而不受冲击电流的影响的情况下，也可以不具备冲击电流防止用电阻器16以及短路单元17。

接着，使用图2对直流电源装置的动作进行说明。图2是示出控制单元14的动作的流程图（flow chart），示出上述的电源接通动作完成后的短路单元10以及开关单元（开关单元6a、6b）的控制动作。另外，如已经说明的那样，控制单元14在电源接通动作完成后使短路单元17成为短路状态，以使得电流不流过冲击电流防止用电阻器16（不断开短路单元17）。

在初始状态下，控制单元14断开短路单元10，开关单元6a以及6b停止。控制单元14利用电源电流检测单元11检测电源电流、利用电源电压检测单元12检测电源电压，并计算电源电力。并且，利用直流电压检测单元13检测平滑单元4的两端电压。

进而，控制单元14以图2的流程图所示的方式使短路单元10以及开关单元6a、6b动作。另外，在流程图中，各标记（flag）、计数器（counter）的初始状态如下：负载状态标记＝0（低负载）、短路单元10状态标记＝0（断开）、开关单元状态标记＝0（停止中）、短路单元10动作时间计数器＝0（复位（reset）状态）。

首先，控制单元14基于由电源电流检测单元11检测到的电源电流以及由电源电压检测单元12检测到的电源电压来计算电源电力，并对电源电力和阈值P1进行比较（步骤（step）S1）。

在电源电力小于P1的情况（步骤S1：是）下，控制单元14判断负载状态为轻负载，将负载状态标记设置（set）为0（低负载模式）（步骤S2）。另一方面，在电源电力小于P1以外（P1以上）的情况（步骤S1：否）下，控制单元14对电源电力和阈值P2（其中，设P1＜P2）进行比较（步骤S3）。

在电源电力小于P2的情况（步骤S3：是）下，不变更负载状态标记而转移到步骤S5。在电源电力为P2以上的情况（步骤S3：否）下，将负载状态标记设置为1（高负载模式）（步骤S4）。

另外，在步骤S1～S4的处理中，当电源电力在P1以上且小于P2的情况下，具有维持上次的负载模式（mode）（如果小于P1则为低负载模式，如果在P2以上则为高负载模式）的状态的滞后作用（hysteresis），以便在执行后述的各步骤而使短路单元10短路或者断开的情况下、使开关单元动作或者停止的情况下、以及在状态转变处理中负载的状态改变的情况下不引起波动（hunting）。

在步骤S1～S4的处理结束后，控制单元14确认负载状态标记（步骤S5），在负载状态标记＝0（低负载模式）的情况（步骤S5：是）下，进一步确认短路单元10状态标记（步骤S6）。

在短路单元10状态标记＝1（短路）的情况（步骤S6：是）下，控制单元14断开短路单元10（步骤S7），并开始由短路单元10动作时间计数器进行的计数（count）（步骤S8）。然后，监视短路单元10动作时间计数器的计数是否达到规定值（此处，作为一例设为100ms）（步骤S9）。在计数值小于100ms的情况下继续进行监视（步骤S9：否），在计数值达到100ms的情况（步骤S9：是）下，控制单元14将短路单元10动作时间计数器清零<clear>（复位），并且将短路单元10状态标记设定为0（断开）（步骤S10、S11），结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。

另外，步骤S8～S10的处理是在短路单元10像机械式继电器那样自开始动作起到结束动作为止需要花费时间的情况下所具备的处理，在不花费动作时间的情况下，可以省略步骤S8～S10的处理。并且，计数值（100ms）并不限定于此，只要是与短路单元10的动作时间相匹配的值即可。

另一方面，在短路单元10状态标记＝0（断开）的情况（步骤S6：否）下，控制单元14确认开关单元状态标记（步骤S12）。在开关单元状态标记＝1（动作中）的情况（步骤S12：是）下，控制单元14使开关单元6a以及6b的动作（开关）停止，并且将开关单元状态标记设定为0（停止中）（步骤S13、S14），结束控制动作。在开关单元状态标记＝0（停止中）的情况（步骤S12：否）下，在此结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。

这样，控制单元14在基于电源电力判断为低负载模式的情况下，按照步骤S6～S14对短路单元10以及开关单元6a、6b进行控制，断开短路单元10而使电流流过低频电抗器2，并且使开关单元6a以及6b停止。

与此相对，在负载状态标记＝1（高负载模式）的情况（步骤S5：否）下，控制单元14进一步确认开关单元状态标记（步骤S15）。

在开关单元状态标记＝0（停止中）的情况（步骤S15：是）下，控制单元14使开关单元6a以及6b的动作（开关）开始，并且将开关单元状态标记设定为1（动作中）（步骤S16、S17），结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。

另一方面，在开关单元状态标记＝1（动作中）的情况（步骤S15：否）下，控制单元14确认短路单元10状态标记（步骤S18）。在短路单元10状态标记＝0（断开）的情况（步骤S18：是）下，控制单元14对由直流电压检测单元13检测到的直流电压（相当于平滑单元4的两端电压）与由电源电压检测单元12检测到的电源电压的峰值进行比较（步骤S19）。进而，在“直流电压＞电源电压峰值”的情况（步骤S19：是）下，使短路单元10短路，并且将短路单元10状态标记设定为1（短路）（步骤S20、S21），结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。

另外，在步骤S21中，未考虑短路单元10的动作时间，这是因为即便短路单元10的动作时间稍微延迟影响也小，也可以如步骤S8～S10那样形成为考虑了短路单元10的动作时间的动作。

在短路单元10状态标记＝1（短路）的情况（步骤S18：否）下、以及“直流电压≤电源电压峰值”的情况（步骤S19：否）下，在此结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。

这样，控制单元14在基于电源电力判断为高负载模式的情况下，按照步骤S15～S21对短路单元10以及开关单元6a、6b进行控制，使开关单元6a以及6b开关，并且基于由直流电压检测单元检测到的直流电压和由电源电压检测单元12检测到的电源电压（峰值）使短路单元10短路。具体而言，使开关单元6a以及6b的开关开始，并在直流电压变得大于电源电压的峰值之后使短路单元10短路。

以上对控制动作进行了说明，此处，在直流负载9的负载小且负载状态标记＝0（低负载）的情况下，短路单元10断开，开关单元6a以及6b停止，电流按照交流电源1→低频电抗器2→整流单元3→升压单元8a/升压单元8b→平滑单元4→整流单元3→交流电源1的顺序流动，电源电流如图3所示。另外，平滑单元4的两端电压成为由交流电源1的电压、低频电抗器3的电感、电抗器5a和5b的电感、以及直流负载9的负载的大小所决定的电压。由于不使开关单元6a以及6b动作，因此无法对电压进行控制，但由于不存在开关单元6a以及6b处的损失，因此在交流电压→直流电压的转换中产生的转换损失小。

与此相对，在直流负载9大且负载状态标记＝1（高负载）的情况下，短路单元10短路，开关单元6a以及6b动作，控制单元14使开关单元6a以及6b动作，以使得平滑单元4的两端电压成为预先设定的目标电压，并且电源电流成为与电源电压相同相位的正弦波。开关单元6a以及6b的动作方法并无特殊规定。例如，可以是上述的“专利文献2”所记载的方法。并且，也可以形成为增加了为了控制开关单元6a以及6b而需要的电流检测用电阻器等（在图1中未予记载）的结构。使短路单元10短路且使开关单元6a以及6b动作时的电源电流成为图4那样的电流波形。由于在开关单元6a以及6b产生损失，因此直流负载9的负载小时的转换损失大，但是，由于电流不会流过因负载的增加而增大的低频电抗器2，因此低频电抗器2处的损失消失，直流负载9的负载大时的转换损失小。

并且，短路单元10、开关单元6a以及6b的动作的顺序是如下顺序：在直流负载9大而意欲使短路单元10短路并使开关单元6a以及6b动作的情况下，是在先使开关单元6a以及6b动作而将平滑单元4的两端电压（直流电压）控制（升压）成电源电压的峰值以上的目标的直流电压之后，再使短路单元10短路的顺序；在直流负载9小而意欲使开关单元6a以及6b停止并断开短路单元10的情况下，是在先打开短路单元10后再使开关单元6a以及6b停止的顺序。在使开关单元6a以及6b动作之前，平滑单元4的两端电压成为由交流电源1的电压、低频电抗器2的电感、升压单元的高频电抗器5a以及高频电抗器5b的电感、直流负载9的负载的大小决定的电压，至少成为小于电源电压的峰值的电压。此处，从电感大的情况下平滑单元4的两端电压变低、电感小的情况下平滑单元4的两端电压变高这点，以及电感大的情况下电源功率因数高（电感小的情况下电源功率因数低）这点这两点出发，当使短路单元10短路而使得电流不流过低频电抗器2时，必须使平滑单元4的两端电压从低的状态变成高的状态，自使短路单元短路时起，电压差的量的充电电流意欲朝平滑单元4流动（冲击电流）。此外，由于电感小，因此成为电流的峰值大的冲击电流。因此，存在因低频电抗器2、升压单元的高频电抗器5a以及5b的电感值而导致短路耐力小的防逆流二极管破坏的忧虑。如果在使开关单元5a以及5b动作而将平滑单元4的两端电压控制成电源电压的峰值以上之后再使短路单元10短路，则不会流动有冲击电流，因此能够保护防逆流二极管。

如上，对于本实施方式的直流电源装置的损失，如图5所示的本实施方式的损失－电源电流特性例那样，通过基于电源电力（根据直流负载9的负载）对短路单元10进行开闭，能够实现在宽广的范围内损失小的直流电源装置。

并且，在使用低频电抗器2的情况下，断开短路单元10，在不使用低频电抗器2的情况下，使短路单元10短路，因此，即便当在电抗器流过有电流时，也能够不产生高电压地实现电抗器的切换。此外，流过低频电抗器2的电流只要是小于本实施方式的直流电源装置所能够提供的最大电流的电流即可，因此，与使用了低频电抗器的以往的电源装置相比，能够使低频电抗器2小型化而能够实现廉价。

并且，由于无需使直流电源装置停止就能够对短路单元10进行开闭，因此，在具备本实施方式的电源装置的空调装置中，不会有损于节能性、舒适性。

并且，在作为开关单元6a以及6b使用SiC等宽禁带半导体的情况下，开关损失减少，因此，能够增大开关单元6a以及6b的接通/截止的动作频率，能够减小高频电抗器5a以及5b的电感，另一方面，低频电抗器2与高频电抗器5a以及5b的电感之差变大，当使短路单元10短路而使电流不流过低频电抗器2时，容易流过冲击电流。但是，在本实施方式中，在使开关单元6a以及6b动作而使平滑单元4的两端电压成为电源电压的峰值以上的电压之后再使短路单元10短路，因此能够使得不会流过有冲击电流，能够实现高频电抗器的低电感化、防逆流二极管的小容量化。

另外，即便是如图6所示那样低频电抗器2和短路单元10连接在整流单元3和升压单元之间的结构，也能够通过与上述的内容同样的动作获得相同的效果，这是不言而喻的。但是，在该情况下，低频电抗器2是直流电抗器，与图1的结构相比，需要选定耐压高的短路单元10。

这样，本实施方式的直流电源装置在交流电源1和升压单元（升压单元8a、8b）之间具备并联连接的低频电抗器2以及短路单元10，在低负载状态下，断开短路单元10而使用电感大的低频电抗器，并且使形成升压单元的开关单元的动作停止，另一方面，在高负载状态下，使形成升压单元的开关单元动作并且使短路单元10短路而使得电流不流过低频电抗器2。由此，能够将电路损失抑制得较低。并且，在使短路单元10短路的情况下，在确认升压后的直流电压变得高于从交流电源1输出的交流电压的峰值之后再使短路单元10短路，因此，即便在电流流过低频电抗器2的状态下使短路单元10短路，也不会在低频电抗器2产生高电压，能够对短路单元10等周边部件进行保护。并且，流过低频电抗器2的电流小于直流电源装置所能够提供的最大电流，因此能够相应地小型化。

并且，当利用宽禁带半导体构成开关单元时，开关损失小，能够提高开关单元的接通/截止的动作频率，即便进一步减小高频电抗器5a、5b的电感，由于当切换电抗器时在使开关单元6a、6b动作而使平滑单元4的两端电压成为电源电压的峰值以上之后再利用短路单元10对低频电抗器2进行短路，因此，即便高频电抗器5a、5b的电感小，也能够减小利用短路单元10对低频电抗器2进行短路的瞬间的冲击电流。

实施方式2．

在实施方式2中，对与实施方式1相比能够进一步降低损失的直流电源装置进行说明。

图7是示出本实用新型所涉及的直流电源装置的实施方式2的结构例的图。在图7中，对与在实施方式1中说明了的直流电源装置（图1参照）共通的构成要素标注相同的标号。即，本实施方式的直流电源装置相对于图1所示的直流电源装置追加了短路单元15，该短路单元15与升压单元8a以及8b并联连接。具体而言，将一方与整流单元3的＋侧输出端子连接，将另一方与防逆流二极管7a、7b的阴极连接。短路单元15也可以是如B接点型的机械式继电器那样在不通电时接通而在通电时断开的机构。在本实施方式的直流电源装置中，控制单元14与通往短路单元15的输出信号线连接，除了对在实施方式1中作为控制对象的短路单元10、17以及开关单元6a、6b进行控制之外，还对短路单元15进行控制。

使用图8－1以及图8－2对本实施方式的直流电源装置的动作进行说明。图8－1以及图8－2是示出实施方式2的控制单元14的动作的流程图，相对于在实施方式1的说明中使用的图2的流程图追加了步骤S201～S209。在本实施方式中，对与实施方式1共通的部分省略说明，仅对不同的部分进行说明。

另外，在初始状态下，短路单元15状态标记＝1（短路）、短路单元15动作时间计数器＝0（复位状态）。

在步骤S12中开关单元状态标记＝0（停止中）的情况（步骤S12：否）下，控制单元14确认短路单元15状态标记（步骤S201）。在短路单元15状态标记＝0（断开）的情况（步骤S201：是）下，使短路单元15短路，并且将短路单元15状态标记设定为1（短路）（步骤S202，S203），结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。另一方面，在短路单元15状态标记＝1（短路）的情况（步骤S201：否）下，在此结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。

并且，在步骤S5中负载状态标记＝1（高负载模式）的情况（步骤S5：否）下，控制单元14确认短路单元15状态标记（步骤S204）。

在短路单元15状态标记＝1（短路）的情况（步骤S204：是）下，控制单元14断开短路单元15（步骤S205），并开始由短路单元15动作时间计数器进行的计数（步骤S206）。然后，监视短路单元15动作时间计数器的计数是否达到规定值（此处，作为一例设为100ms）（步骤S207）。在计数值小于100ms的情况下继续进行监视（步骤S207：否），在计数值达到100ms的情况（步骤S207：是）下，控制单元14将短路单元15动作时间计数器清零（复位），并且将短路单元15状态标记设定为0（断开）（步骤S208、S209），结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。另一方面，在短路单元15状态标记＝0（断开）的情况（步骤S204：否）下，转移到步骤S15。

另外，步骤S206～S208的处理是在短路单元15如机械式继电器的那样自开始动作起到结束动作为止需要花费时间的情况下所具备的处理，在不花费动作时间的情况下，可以省略步骤S206～S208的处理。并且，计数值（100ms）并不限定于此，只要是与短路单元15的动作时间相匹配的值即可。另一方面，在步骤S202中，未考虑短路单元15的动作时间，这是因为即便短路单元15的动作时间稍微延迟影响也小的缘故，也可以如步骤S206～S208那样形成为考虑短路单元15的动作时间的动作。

此处，在直流负载9小且负载状态标记＝0（低负载模式）的情况下，短路单元10断开，短路单元15短路，开关单元6a以及6b停止，电源电流沿低频电抗器2→整流单元3→短路单元15→平滑单元4的路径流动。电源电流的波形与实施方式1大致相同，但由于电流并不流过防逆流二极管7a以及7b，因此，与实施方式1的直流电源装置相比较，能够进一步降低在防逆流二极管7a以及7b处产生的损失。

并且，在直流负载9大且负载状态标记＝1（高负载模式）的情况下，短路单元10短路，短路单元15断开，开关单元6a以及6b动作，该情况下的动作与实施方式1相同。

这样，本实施方式的直流电源装置还具备与升压单元8a以及8b并联连接的短路单元15，在低负载状态下使短路单元15短路。由此，当负载小时，电流不流过防逆流二极管7a以及7b，在防逆流二极管7a以及7b处产生的损失消失，因此与实施方式1相比能够减小损失。

并且，升压单元可以是一个也可以是多个，短路单元15连接在整流单元和平滑单元之间，因此，通过使短路单元15短路，能够降低在一个或者多个防逆流二极管处产生的损失。

实施方式3．

在实施方式2中，对利用短路单元15使防逆流二极管短路以便降低低负载状态下的损失的直流电源装置进行了说明，但在本实施方式中，对能够通过与冲击电流防止电路组合而进一步降低损失的直流电源装置进行说明。

图9是示出本实用新型所涉及的直流电源装置的实施方式3的结构例的图。在本实施方式的直流电源装置中，在实施方式2中说明了的直流电源装置（图7参照）所具备的短路单元10的一方的端子的连接对象不是低频电抗器2，而是变更为冲击电流防止用电阻器16的不与低频电抗器2连接的一方（交流电源1侧）。即，本实施方式的短路单元10与串联连接的冲击电流防止用电阻器16以及低频电抗器2并联连接，直流电源装置形成为通过使短路单元10短路而能够使电流不流过冲击电流防止用电阻器16以及低频电抗器2的结构。

在实施方式1、实施方式2的直流电源装置中，当电源接通动作完成时，维持使短路单元17短路的状态，且在直流负载9大的情况下使短路单元10短路，因此，电流流过短路单元17和短路单元10。即便是在上述的短路单元17以及短路单元10中，也存在少许的阻抗，因此，当流过有大电流的情况下，在短路单元17以及短路单元10也产生损失。因此，在本实施方式中，将短路单元10的一方不与低频电抗器2连接而与冲击防止用电阻器16的不与低频电抗器2连接的一方连接，从而避免在短路单元17产生的损失。

使用图10－1以及图10－2对本实施方式的直流电源装置的动作进行说明。图10－1以及图10－2是示出实施方式3的控制单元14的动作的流程图，相对于在实施方式2的说明中使用了的图8－1以及图8－2的流程图追加了步骤S301～S312。在本实施方式中，对与实施方式1、2共通的部分省略说明，仅对不同的部分进行说明。

另外，在初始状态下，短路单元17状态标记＝0（断开）、短路单元17动作时间计数器＝0（复位状态）。

在步骤S5中负载状态标记＝0（低负载模式）的情况（步骤S5：是）下，控制单元14确认短路单元17状态标记（步骤S301）。

在短路单元17状态标记＝0（断开）的情况（步骤S301：是）下，控制单元14使短路单元17短路（步骤S302），并开始由短路单元17动作时间计数器进行的计数（步骤S303）。然后，监视短路单元17动作时间计数器的计数是否达到规定值（此处，作为一例设为100ms）（步骤S304）。在计数值小于100ms的情况下继续进行监视（步骤S304：否），在计数值达到100ms的情况（步骤S304：是）下，控制单元14将短路单元17动作时间计数器清零（复位），并且将短路单元17状态标记设定为1（短路）（步骤S305、S306），结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。另一方面，在短路单元17状态标记＝1（短路）的情况（步骤S301：否）下，转移到步骤S6。

另外，步骤S303～S305的处理是在短路单元17如机械式继电器的那样自开始动作起到结束动作为止需要花费时间的情况下所具备的处理，在不花费动作时间的情况下，可以省略步骤S303～S305的处理。并且，计数值（100ms）并不限定于此，只要是与短路单元17的动作时间相匹配的值即可。

并且，控制单元14当在步骤S19中判断为“直流电压＞电源电压峰值”（步骤S19：是），并使短路单元10短路（步骤S20）时，接下来，开始由短路单元10动作时间计数器进行的计数（步骤S307）。然后，监视短路单元10动作时间计数器的计数是否达到规定值（此处，作为一例设为100ms）（步骤S308）。在计数值小于100ms的情况下继续进行监视（步骤S308：否），在计数值达到100ms的情况（步骤S308：是）下，将短路单元10动作时间计数器清零（复位），进而，将短路单元10状态标记设定为1（短路）（步骤S309、S21）。

另外，步骤S307～S309的处理是在短路单元10如机械式继电器的那样自开始动作起到结束动作为止需要花费时间的情况下所具备的处理，在不需要花费动作时间的情况下，可以省略S307～S309的处理。并且，计数值（100ms）并不限定于此，只要是与短路单元10的动作时间相匹配的值即可。并且，短路单元10动作时间计数器、短路单元15动作时间计数器以及短路单元17动作时间计数器可以是独立的，也可以使用同一个计数器。

并且，当在步骤S18中短路单元10状态标记＝1（短路）的情况（步骤S18：否）下，控制单元14确认短路单元17状态标记（步骤S310）。在短路单元17状态标记＝1（短路）的情况（步骤S310：是）下，断开短路单元17，并且将短路单元17状态标记设定为0（打开）（步骤S311、S312），结束控制动作。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。另一方面，在短路单元17状态标记＝0（断开）的情况（步骤S310：否）下，结束控制控制。然后，转移到步骤S1并继续进行动作。

另外，在步骤S312中未考虑短路单元17的动作时间，这是因为即便短路单元17的动作时间稍微延迟影响也小的缘故，也可以如步骤S303～S305那样形成为考虑了短路单元17的动作时间的动作。

这样，在本实施方式的直流电源装置中，短路单元10的一方的端子的连接对象不是低频电抗器2，而是冲击电流防止用电阻器16的不与低频电抗器2连接的一方（交流电源1侧）。由此，在高负载时短路单元10短路以便电流不流过低频电抗器2的期间，即便不使短路单元17短路，也能够使得电流不流过冲击电流防止用电阻器16，因此，能够断开短路单元17，能够消除在短路单元17处产生的损失。

实施方式4．

在实施方式1～3中，对实现损失降低的直流电源装置进行了说明，但在本实施方式中，对与升压单元并联连接的短路单元15因异常而短路且无法断开的情况下的保护动作进行说明。

图11是示出本实用新型所涉及的直流电源装置的实施方式4的结构例的图。在图11中，对与在实施方式3中说明了的直流电源装置（参照图9）共通的构成要素标注相同的标号。即，本实施方式的直流电源装置相对于图9所示的直流电源装置追加了过电流保护单元18a以及18b。过电流保护单元18a连接在开关单元6a和整流单元3的－侧端子之间，过电流保护单元18b连接在开关单元6b和整流单元3的－侧端子之间。在控制单元14连接有来自过电流保护单元18a以及18b的输入信号线。

对动作进行说明。首先，对在使短路单元10短路、使短路单元15断开、使短路单元17断开、并使开关单元6a以及6b动作的状态下，控制单元14受到噪声（noise）等的影响而发生动作异常，开关单元6a的短路时间变长的情况下的动作进行说明。

在开关单元6a的短路时间长的情况下，电流按照交流电源1→短路单元10→整流单元3→高频电抗器5a→开关单元6a→整流单元3→交流电源1的路径流动。在该情况下，因依存于电源阻抗以及电路的阻抗的趋势而电流增加并达到预先设定的保护电流值时，不论控制单元14所输出的开关单元6a的动作指令如何，过电流保护单元18a都使开关单元6a的动作停止，并且朝控制单元14输出表示发生异常的信息（称作过电流异常信息）。控制单元14当从过电流保护单元18a接收到过电流异常信息时使开关单元6a的动作停止。

接下来，对短路单元15因某种异常保持短路状态而无法断开的情况下的动作进行说明。

控制单元14认为在发出使短路单元15断开的指令之后短路单元15已断开，因此，即便在因某种异常而无法断开的情况下，也无法检测异常而使开关单元6a动作。于是，电流按照平滑单元4→短路单元15→高频电抗器5a→开关单元6a→平滑单元4的路径流动。在该情况下，与上述的短路单元15正常（断开状态）的情况相比，电流的增加快，但当达到预先设定的保护电流值时，不论控制单元14对开关单元6a的动作指令如何，过电流保护单元18a都使开关单元6a的动作停止，并且朝控制单元14输出表示发生异常的信息（过电流异常信息）。控制单元14当从过电流保护单元18a接收到过电流异常信息时使开关单元6a的动作停止。无法检测异常而使开关单元6b动作的情况下的动作也是同样的。

然而，在实施方式2～4所示的直流电源装置中，短路单元15的一端连接在整流单元3和升压单元8a以及升压单元8b之间，但考虑如图12所示那样短路单元15的一端与防逆流二极管7a的阳极连接的情况。如图12所示那样短路单元15与防逆流二极管7a并联连接，即便进一步与防逆流二极管7b并联连接有其他的短路单元15b，通过在低负载时不使开关单元6a以及6b动作时使短路单元15以及短路单元15b短路，能够获得与各实施方式同样的效果。但是，当在短路单元15发生异常（无法断开的状态）的状态下使开关单元6a动作的情况下，电流按照平滑单元4→短路单元15→开关单元6a→平滑单元4的路径流动，电流不通过高频电抗器5a，因此，与本实施方式的直流电源装置（图11）相比，阻抗小、短路电流的趋势变大，会产生过电流保护单元18a对短路电流的检测延迟而导致开关单元6a破坏等问题。短路单元15b无法断开的状态的情况也是同样的。

这样，即便在短路单元15发生了短路异常的情况下，由于短路电流通过高频电抗器5a、5b，因此，通过在开关单元6a、6b和整流单元3的－侧端子之间具备过电流保护单元18a、18b，能够在早期检测到过电流，能够实现开关单元6a、6b的过电流保护。

【产业上的利用可能性】

如上所述，本实用新型作为将从交流电源供给的电压转换成直流并朝负载供给的直流电源装置是有用的。

Claims (12)

1.一种直流电源装置，其特征在于， 

所述直流电源装置具备： 

整流单元，该整流单元将交流电源的交流电压整流成直流电压； 

平滑单元，该平滑单元对直流电压进行平滑化； 

第一电抗器，该第一电抗器与所述整流单元的输入侧或者输出侧连接； 

短路单元，该短路单元与所述第一电抗器并联连接； 

一个以上的升压单元，该升压单元连接在所述整流单元和所述平滑单元之间，由第二电抗器、开关单元以及防逆流二极管构成；以及 

控制单元，该控制单元使所述短路单元和所述开关单元动作。 

2.根据权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于， 

所述第一电抗器与所述第二电抗器相比电感值大且电流容量小，所述第二电抗器的高频铁损小。 

3.根据权利要求1或2所述的直流电源装置，其特征在于， 

所述开关单元由宽禁带半导体构成。 

4.根据权利要求1或2所述的直流电源装置，其特征在于， 

所述直流电源装置具备： 

电源电流检测单元，该电源电流检测单元检测从交流电源朝所述整流单元流动的电流；以及 

电源电压检测单元，该电源电压检测单元检测所述交流电源的电压。 

5.根据权利要求1或2所述的直流电源装置，其特征在于， 

所述直流电源装置具备第二短路单元，该第二短路单元与所述升压单元并联连接。 

6.根据权利要求4所述的直流电源装置，其特征在于， 

所述直流电源装置具备第二短路单元，该第二短路单元与所述升压单元的第二电抗器与防逆流二极管的串联部分并联连接。 

7.根据权利要求1或2所述的直流电源装置，其特征在于， 

所述第一电抗器与所述整流单元的输入侧连接， 

所述直流电源装置具备： 

冲击电流防止用电阻器，该冲击电流防止用电阻器连接在交流电源和所述第一电抗器之间、或者所述第一电抗器和所述整流单元的输入侧之间；以及 

第三短路单元，该第三短路单元与所述冲击电流防止用电阻器并联连接， 

所述短路单元与所述冲击电流防止用电阻器和所述第一电抗器的串联部分并联连接。 

8.根据权利要求7所述的直流电源装置，其特征在于， 

所述直流电源装置还具备过电流保护单元，当在所述开关单元流动的电流达到规定值时，该过电流保护单元使所述开关单元的动作停止。 

9.一种马达驱动装置，其特征在于， 

该马达驱动装置具备权利要求1或2所述的直流电源装置。 

10.一种空调装置，其特征在于， 

所述空调装置具备权利要求9所述的马达驱动装置。 

11.一种冰箱，其特征在于， 

所述冰箱具备权利要求9所述的马达驱动装置。 

12.一种热泵式热水供给装置，其特征在于， 

所述热泵式热水供给装置具备权利要求9所述的马达驱动装置。 

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