JP2006158090A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高調波電流が有効に抑制されているかを診断することが可能な電源装置を提供すること。
【解決手段】電源回路において、高調波電流の発生を抑制するために昇圧回路を利用していることに着目し、その昇圧回路が正常に機能しているかを診断するために、昇圧回路における、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が、所定の目標直流電圧まで昇圧されるように、スイッチング素子３６を制御する。この強制昇圧によって、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧まで昇圧されれば、昇圧回路は正常に機能しており、従って、高調波電流の抑制も有効に行なわれているとみなすことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、交流電圧を直流電圧に整流して負荷に供給する電源装置に関し、特に昇圧回路を利用して、入力交流電流の高調波電流の発生を抑制する電源装置に関する。

上述した電源装置の一例として、例えば特許文献１に開示される電源装置が公知である。特許文献１に記載の電源装置は、交流電圧を直流に変換する整流回路及び平滑回路、スイッチング動作とインダクタンスによるエネルギ蓄積効果を利用して電源から入力する入力電流の高調波を抑制する昇圧チョッパ回路とを備える。

整流回路で交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧をコンデンサで平滑して負荷に供給する場合に、電源から整流回路へ入力する入力電流が交流電圧波形のピーク付近においてのみ流れると、入力電流の周波数に対して、３次や５次の高調波電流が発生する。このような高調波電流が発生した場合、電源ラインに接続された配電設備等に悪影響を及ぼす恐れがある。

そのため、上述した特許文献１に記載の電源装置では、上述した昇圧チョッパ回路を設け、整流回路への入力電流が正弦波に近づくように、昇圧チョッパ回路のスイッチング素子を動作させて、強制的に入力電流を流す。これにより、高調波電流の発生を抑制することができる。
特開平７−１１５７８８号公報

しかしながら、従来の電源装置のように、昇圧チョッパ回路を設けても、その昇圧チョッパ回路が正常に機能していなければ、高調波電流の抑制効果は得られない。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、高調波電流が有効に抑制されているかを診断することが可能な電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の電源装置は、
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
整流回路に接続されて電流の通電によりエネルギを蓄積するリアクトルと、当該リアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出を制御するスイッチング素子と、リアクトルからのエネルギの放出によって昇圧される直流電圧によって充電される平滑コンデンサとを有する昇圧回路とを備え、
負荷に対して、平滑コンデンサから直流電圧を供給する電源装置であって、
平滑コンデンサが供給する直流電圧の電圧値を検出する電圧値検出手段と、
故障診断時に、平滑コンデンサの直流電圧値が、所定の目標直流電圧値まで昇圧されるように、スイッチング素子を制御する診断時制御手段と、
診断時制御手段によるスイッチング素子の制御により、平滑コンデンサの直流電圧値が、目標直流電圧値まで昇圧されたか否かに基づいて、昇圧回路の故障診断を行なう診断手段とを備えることを特徴とする。

上述したように、請求項１に記載の電源装置では、高調波電流の発生を抑制するために昇圧回路を利用していることに着目し、その昇圧回路が正常に機能しているかを診断するために、昇圧回路が発生する直流電圧値を目標直流電圧値まで強制的に昇圧させる。すなわち、昇圧回路における、平滑コンデンサの直流電圧値が、所定の目標直流電圧値まで昇圧されるように、スイッチング素子を制御する。この強制昇圧によって、平滑コンデンサの直流電圧値が目標直流電圧値まで昇圧されれば、昇圧回路は正常に機能しており、従って、高調波電流の抑制も有効に行なわれているとみなすことができる。

請求項２に記載したように、診断時制御手段は、故障診断開始時における平滑コンデンサの直流電圧値に基づいて、その直流電圧値よりも高い目標直流電圧値を設定することが好ましい。これにより、確実に昇圧回路に昇圧動作を行なわせることができるので、昇圧回路が正常に機能しているかを正しく診断することができる。

請求項３に記載したように、負荷の消費電力を検出する検出手段を備え、
診断時制御手段は、検出手段によって検出される負荷の消費電力が安定しているときに、故障診断のためのスイッチング素子の制御を行なうことが好ましい。負荷の消費電力が変動している場合には、その消費電力の変動に起因して、平滑コンデンサの直流電圧値が変化する。このため、平滑コンデンサの直流電圧値が、目標直流電圧値まで昇圧されたか否かの判定を正確に行なうことが困難になるためである。

請求項４に記載したように、交流電源から入力される交流電流の電流値を検出する電流値検出手段と、
交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段と、
電流値検出手段によって検出される電流値と、電圧値検出手段によって検出される電圧値とに基づいて、ゼロクロス点からスイッチング素子をオンする時間を決定し、その決定されたオン時間だけスイッチング素子をオンさせるスイッチング素子制御手段とを備え、
診断時制御手段は、故障診断時における平滑コンデンサの直流電圧値と目標直流電圧値との差に応じた追加オン時間を算出し、スイッチング素子制御手段によって決定されたオン時間に追加オン時間を加算したオン時間分だけ、スイッチング素子をオンさせることが好ましい。これにより、平滑コンデンサの直流電圧値が、目標直流電圧値に達するように、スイッチング素子を制御することができる。

請求項５に記載したように、診断手段は、診断時制御手段がスイッチング素子の制御を開始してから所定時間経過しても、平滑コンデンサの直流電圧値が目標直流電圧値に達しない場合、昇圧回路が故障していると診断することが好ましい。平滑コンデンサの直流電圧値が目標直流電圧値に達するようにスイッチング素子の制御を開始しても、即座に平滑コンデンサの直流電圧値が目標直流電圧値になるわけではなく、平滑コンデンサの直流電圧値は、徐々に目標直流電圧値に近づいていく。従って、昇圧回路が正常に機能している場合に、目標直流電圧値に達するのに十分な時間が経過した後に、平滑コンデンサの直流電圧値を評価することで、昇圧回路が正常に機能しているか否かを正しく診断することができる。

請求項６に記載したように、診断手段は、診断時制御手段がスイッチング素子の制御を開始してから所定時間の間、平滑コンデンサの直流電圧値と前記目標直流電圧値との差電圧を積分し、その積分値が故障基準値を越えた場合に、昇圧回路が故障していると診断するようにしても良い。すなわち、所定時間の間に、平滑コンデンサの直流電圧値が目標直流電圧値に近づかないと、平滑コンデンサの直流電圧値と前記目標直流電圧値との差電圧の積分値は大きくなる。逆に、平滑コンデンサの直流電圧値が目標直流電圧値に収束すれば、積分値は小さくなる。従って、その積分値に基づいて昇圧回路の故障診断を行なうことができる。

請求項７に記載したように、診断時制御手段及び診断手段は、複数回の故障診断を実行することが好ましい。これにより、昇圧回路の故障に関して誤診断することを防止できる。

請求項８に記載したように、給湯装置に用いられるヒートポンプユニットの圧縮機を駆動する電動モータを負荷とすることが好適である。給湯装置においては、多量のお湯を炊き上げる必要があるため、その運転時間は比較的長く継続する。さらに、給湯装置においては、水の温度や外気温などが大きく変化しない限り、運転負荷は安定した状態を保つ。従って、本発明による電源装置を適用した場合、故障診断のための時間が確保しやすく、かつ負荷が安定しているので正確な診断を行なうことができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、電源装置の負荷として、給湯装置に用いられるヒートポンプユニットにおける圧縮機駆動用電動モータを適用したシステムについて説明する。

まず、図１に基づいて、ヒートポンプユニットを備えた給湯装置について説明する。図１は給湯装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、給湯装置は、給湯用の湯を貯える貯湯タンク１、貯湯タンク１内から取水した水を沸き上げるヒートポンプユニット２、貯湯タンク１とヒートポンプユニット２とを接続する給湯循環回路３、ヒートポンプユニット２を制御する制御装置４などから構成されている。

貯湯タンク１は、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）からなり、外周部に図示しない断熱材が配置されており高温の給湯用の湯を長時間に渡って保温することができる。また、その底面には導入口５が設けられ、この導入口５には貯湯タンク１内に水道水を導入する導入管６が接続されている。一方、貯湯タンク１の最上部には導出口７が設けられ、導出口７には貯湯タンク１内の湯を導出するための給湯配管８が接続されている。給湯配管８の経路途中には、図示しない湯水混合手段が接続されており、貯湯タンク１内の高温の湯と水道水とを混合させて所定温度の給湯水が得られるように構成されている。また、貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の水を吸入するための吸入口１ａが設けられ、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内に湯を吐出する吐出口１ｂが設けられている。

循環回路３は、吸入口１ａ及び吐出口１ｂに接続され、吸入口１ａから吸入した水をヒートポンプユニット２の給湯用熱交換器１４に流通させる。給湯用熱交換器１４はその水を高温冷媒と熱交換させて、高温の湯となるように加熱する。循環回路３は、給湯用熱交換器１４から流出する高温の湯を吐出口１ｂから貯湯タンク１内に戻す。これにより、貯湯タンク１内の水が沸き上げられる。

なお、９は沸き上げのときに循環回路３内に貯湯タンク１内の水を循環させる送水ポンプ、１０は循環回路３内を循環する流量を調節する流量調節弁である。また、１１は給湯用熱交換器１４から流出した湯の温度を検出する水温センサ、１２は給湯用熱交換器１４に流入する水の温度を検出する給水温度センサである。

これらの水温センサ１１および給水温度センサ１２は、検出した温度情報を制御装置４に出力する。なお、流量調節弁１０は、水温センサ１１及び給水温度センサ１２により検出された温度情報に基づいて、沸き上げられる湯の温度が一定となるように、その流量が制御される。

ヒートポンプユニット２は、圧縮機１３、給湯用熱交換器１４、膨張弁１５、蒸発用熱交換器１６およびアキュームレータ１７を順に環状に冷媒配管１８により接続して構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素ＣＯ_２を使用している。

圧縮機１３は、内蔵する電動モータ（図示せず）によって駆動され、アキュームレータ１７より吸引した冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。そして、給湯用熱交換器１４は、圧縮機１３より吐出された高音・高圧のガス冷媒と貯湯タンク１内から取水した水とを熱交換する。この給湯用熱交換器１４は、冷媒が流れる冷媒通路（図示せず）と、水が流れる給湯用水通路（図示せず）とを有し、冷媒の流れ方向と水の流れ方向とが対向するように構成されている。なお、冷媒通路（図示せず）に流入する冷媒は圧縮機１３で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器１４で放熱しても凝縮することはない。

膨張弁１５は、給湯用熱交換器１４から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧するもので、制御装置４によって弁開度が電気的に制御される。蒸発用熱交換器１６は、膨張弁１５で減圧された冷媒を図示しない送風機によって送風される大気との熱交換によって蒸発させる。アキュームレータ１７は、蒸発用熱交換器１６で蒸発した冷媒を気液分離して液冷媒を貯留し、気相冷媒のみ圧縮機１３に吸引させ、サイクル中の余剰冷媒を蓄えておくものである。

なお、制御装置４は、図示しない操作盤からの操作信号および水温センサ１１および給水温度センサ１２による温度情報に基づいて、圧縮機１３、膨張弁１５、送水ポンプ９および流量調整弁１０を制御してヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を行なって貯湯タンク１に給湯用の湯を貯えるものである。また、沸き上げ運転は、貯湯タンク１の外壁面に設けられた図示しない複数の水位サーミスタの温度情報により貯湯量を検出し、所定の貯湯量以下となったときに沸き上げ運転を行なうように構成されている。

次に、図２に基づいて、上述した圧縮機１３に内蔵された電動モータのための電源装置を説明する。この電源装置は、圧縮機１３の電動モータに電力を供給する。すなわち、電源装置は、交流電源２０から入力される正弦波交流電圧を直流電圧に変換し、ついで所定周波数の交流電圧に変換して、負荷である電動モータ４０に電力を供給する。

この電源装置は、主に、リアクトル２２を介して入力された交流電源２０の交流電圧を整流する第１の整流回路２４と、その第１の整流回路２４によって変換された直流電圧によって充電される平滑コンデンサ２９と、リアクトル２２におけるエネルギーの蓄積及び放出を制御するスイッチング素子３６と、平滑コンデンサ２９により平滑された直流電圧を擬似正弦波の三相交流電圧に変換し電力を電動モータ４１に供給する３相インバータ４０と、コントローラ３７とから構成される。

コントローラ３７は、公知のようにＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータであって、電源装置の動作を制御する。より具体的には、コントローラ３７は、スイッチング素子３６を制御するための昇圧パルス信号を生成する昇圧パルス制御部３８と、３相インバータ４０を制御するためのインバータ制御部３９を有する。実際には、それらの制御部３８，３９の機能は、制御プログラムによってコントローラ３７において実現される。

なお、コントローラ３７には、スイッチング素子３６及び電動モータ４１の制御を行なうため、各種の検出部からの検出信号が入力される。すなわち、電流検出部２１によって検出される交流電源２０からの入力電流、電圧検出部３０によって検出される平滑コンデンサ２９が出力する直流電圧、モータ電流検出部４２によって検出される電動モータ４１の電流値、及びゼロクロス点検出部２３によって検出される交流電源電圧のゼロクロス点が、それぞれコントローラ３７に入力される。

さらに、コントローラ３７には、制御装置４から運転指令信号が入力される。制御装置４は、図示しない操作盤からの操作信号によって、運転開始が指示されると、設定温度、水温、外気温度等に応じて水を加熱するために必要な能力を演算し、この演算結果に基づいて電動モータ４１の回転数等を設定する。この設定された回転数が、運転指令信号として、コントローラ３７に与えられる。

第１の整流回路２４は、ダイオード２５〜２８により構成されている。この第１の整流回路２４に入力された交流電圧は、ダイオード２５のアノードに正の電圧が入力された場合、ダイオード２５を通じて平滑コンデンサ２９に電荷が蓄えられる。この場合、平滑コンデンサ２９の端子電圧は、入力電圧のピーク電圧となる。また、ダイオード２５のアノードに入力される電圧が負となり、ダイオード２６のアノードに入力される電圧が正となると、ダイオード２６を通じて平滑コンデンサ２９に電荷が蓄えられる。

平滑コンデンサ２９は、第１の整流回路２４から出力される直流電圧の脈流を平滑化しつつ、その直流電圧に応じた電荷を蓄える。ここで、スイッチング素子３６が昇圧パルス信号によってオンされると、リアクトル２２に電流が通電され、エネルギーが蓄積される。その後、スイッチング素子３６をオフすると、リアクトル２２に蓄積されたエネルギーによって、第１の整流回路２４から出力される直流電圧が昇圧される。従って、平滑コンデンサ２９には、リアクトル２２に蓄えられたエネルギーに応じて昇圧された直流電圧が発生する。

なお、スイッチング素子３６に整流された電流を通電するために、ダイオード３２〜３５からなる第２の整流回路３１が設けられている。この第２の整流回路３１は、電源回路における損失を低減するために設けられたものである。しかしながら、第２の整流回路３１を省略しつつ、スイッチング素子３６を、第１の整流回路２４の出力側において、平滑コンデンサ２９と並列に接続するように構成することも可能である。

上述したように、スイッチング素子３６をオンしたときは、第２の整流回路３１を介して、スイッチング素子３６に交流電源２０からの入力電流が流れる。つまり、電源装置は、スイッチング素子をオン／オフ制御することにより、入力電流の高調波電流の発生を抑制することができる。

３相インバータ４０は、６個のスイッチング素子が設けられた一般的構成を有している。この３相インバータ４０は、コントローラ３７のインバータ制御部３９によって制御される。具体的には、インバータ制御部３９から出力されるスイッチング信号によって６個のスイッチング素子がオン／オフ制御されることにより、スイッチング信号に応じた電力が電動モータ４１へ出力される。これにより、電動モータ４１は、各相の通電タイミングに応じた回転数で回転駆動される。すなわち、インバータ制御部３９は、３相インバータ４０を用いてＰＷＭ制御によって、制御装置４によって指示された回転数となるように電動モータ４１の回転数を制御する。

昇圧パルス制御部３８には、電流検出部２１によって検出される交流電源２０の入力電流、及び電圧検出部３０によって検出される平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が入力される。昇圧パルス制御部は、これらの入力電流及び直流電圧に基づいて、昇圧パルス信号のパルス幅を算出する。この昇圧パルス信号のパルス幅、すなわち、昇圧回路のＯＮ時間を計算するための処理を図３に示す。

図３に示すように、ステップＳ１１０では、上述したリアクトル２２、スイッチング素子３１及び平滑コンデンサ２９によって構成される昇圧回路をオンする条件が成立したか否かを判定する。負荷である電動モータ４１によって消費される電力が小さい場合には、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧もあまり減少しない。このような場合、スイッチング素子３６によって昇圧を行なわなくとも、平滑コンデンサ２９に流入する電流値は小さいので、高調波電流による影響自体が小さくなる。ステップＳ１１０では、電動モータ４１の消費電力に対応する、モータ電流検出部４２によって検出される電動モータ４１の電流値により推定されるモータ回転数に基づいて、昇圧回路をオンする必要があるか否かを判定する。なお、電動モータ４１の消費電力は、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧の減少の大きさから推定しても良い。

ステップＳ１１０において、電動モータ４１の消費電力が小さく、昇圧回路をオンする必要がないと判定した場合には、ステップＳ１２０に進んで、昇圧パルス幅を０として、昇圧パルス信号の出力を中止する。一方、昇圧回路をオンする必要があると判定した場合には、ステップＳ１３０に進んで、電流検出部２１によって検出される入力電流と電圧検出部３０によって検出される直流電圧とに基づいて、昇圧パルス幅を算出する。

さらに、昇圧パルス制御部３８には、ゼロクロス検出部２３からの検出信号が入力される。このゼロクロス検出部２３は、交流電源２０からの入力交流電圧を検出する電圧検出部として構成でき、入力電圧の波形が負から正あるいは正から負に切り換わるゼロクロス点を検出する。そして、昇圧パルス制御部３８は、図４に示すように、このゼロクロス点に基づいて、入力電流波形が入力電圧波形と同相となるように昇圧パルス信号を出力するタイミングを設定する。このゼロクロス点に基づいて、昇圧パルス信号を出力する処理、すなわち昇圧回路をオンする処理を、図５を用いて説明する。

まずステップＳ２１０では、ゼロクロス検出部２３からの検出信号に基づいて、交流電源２０の交流電圧が負から正、あるいは正から負に切り換わるゼロクロス点となったか否かを判定する。このステップＳ２１０にてゼロクロス点ではないと判定された場合には、ステップＳ２２０に進み、スイッチング素子３６に昇圧パルス信号を出力することなく、昇圧回路をオフしたままとする。

一方、ステップＳ２１０にて、電源電圧がゼロクロス点になったと判定された場合、ステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、上述したステップＳ１２０、Ｓ１３０にて設定・算出された昇圧パルス幅が、最小制限値よりも大きいか否かを判定する。この最小制限値は、例えば、昇圧パルス幅をタイマによってカウントするためにコンペアレジスタにタイマ値として設定するなどの内部処理に要する時間に基づいて設定されるものである。すなわち、最小制限値は、昇圧パルス幅をカウントするための内部処理を行なっている間に、その昇圧パルス幅に相当する時間が経過してしまう程度の時間しか持たない昇圧パルス幅によって昇圧回路をオンすることを未然に防止するものである。

このステップＳ２３０にて、昇圧パルス幅が最小制限値よりも大きいと判定された場合、ステップＳ２４０に進んで、昇圧パルス信号を出力して、昇圧回路をオンさせる。同時に、昇圧パルス幅をタイマ値として設定する。

図６は、昇圧パルス信号の出力を終了させる処理、すなわち昇圧回路をオフさせる処理を示すフローチャートである。図６のステップＳ３１０では、タイマのカウント値が、設定したタイマ値に達したか否かを判定する。このステップＳ３１０において、タイマのカウント値が設定タイマ値に達していないと判定された場合には、カウント値が設置タイマ値に達するまで待機され、その間、昇圧パルス信号が継続して出力される。

ステップＳ３１０において、タイマのカウント値が設定タイマ値に達したと判定されると、ステップＳ３２０に進んで、昇圧パルス信号の出力を終了させて、昇圧回路をオフさせる。

上述した処理によって、電源電圧のゼロクロス点から強制的に、入力電流を流すことができ、入力電流波形を入力電圧波形に近づけることが可能となる。従って、入力電流の高調波電流の発生を抑制でき、電源ラインに接続された配電設備等へ悪影響を及ぼすことを防止できる。

次に、本実施形態の特徴である、昇圧回路が正常に機能して、上述した高調波電流の抑制が有効に行なわれているかを診断するための処理について、図７及び図８のフローチャートに基づいて説明する。なお、図７は、昇圧回路の故障診断時に、昇圧回路によってさらなる昇圧を行なわせるための診断時昇圧処理を示し、図８は、診断時昇圧処理が行なわれたときに、昇圧回路の正常・異常を判定する診断処理を示す。

本実施形態では、高調波電流の発生を抑制するために昇圧回路を利用していることに着目し、その昇圧回路が正常に機能しているかを診断するために、昇圧回路が発生する直流電圧を目標直流電圧まで強制的に昇圧させる。すなわち、昇圧回路における、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が、所定の目標直流電圧まで昇圧されるように、スイッチング素子３６を制御する。この強制昇圧によって、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧まで昇圧されれば、昇圧回路は正常に機能しており、従って、高調波電流の抑制も有効に行なわれているとみなすことができる。

図７の診断時昇圧処理においては、まずステップＳ４１０において、圧縮機１３が安定動作を行なっているか否かを判定する。この判定は、電動モータ１４の消費電力に相関性がある、例えば、電動モータ４１の回転数の変動状態や、電動モータ４１へ入力する電流ピークの変動状態、あるいは、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧の変動状態などに基づいて行なうことができる。

ここで、圧縮機１３が安定動作しているか否かを判定する理由について説明する。圧縮機１３の吐出圧が変動する場合などは、その圧縮機１３を駆動する電動モータ４１の仕事量、ひいては、電動モータ４１の消費電力も変動する。電動モータ４１の消費電力が変動している場合、その消費電力の変動に起因して、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が変化する。

一方、本実施形態では、上述したように、診断時昇圧処理によって、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧まで昇圧されたか否かに基づいて、昇圧回路が正常に機能しているかを診断するものである。そのため、電動モータ４１の消費電力の変動に起因して、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が変化すると、昇圧回路が正常に機能しているかを診断することが困難になる。従って、圧縮機１３が安定的に動作し、電動モータ４１の消費電力がほぼ一定とみなせる場合に、故障診断を行なうこととしたのである。

なお、給湯装置に用いられるヒートポンプユニットの圧縮機１３は安定動作を行なう期間が比較的長く続くため、本実施形態による故障診断方法の適用対象として好適である。つまり、給湯装置においては、多量のお湯を炊き上げる必要があるため、その運転時間は比較的長く継続する。さらに、給湯装置においては、水の温度や外気温などが大きく変化しない限り、圧縮機１３の運転負荷は安定した状態を保つ。従って、本実施形態による故障診断方法を適用した場合、故障診断のための時間が確保しやすく、かつ負荷が安定しているので正確な診断を行なうことができる。

ステップＳ４１０にて圧縮機１３が安定動作していないと判定された場合、診断時昇圧処理は終了する。一方、安定動作していると判定された場合、ステップＳ４２０に進む。ステップＳ４２０では、現時点の平滑コンデンサ２９の出力直流電圧を取り込む。そして、その取り込んだ直流電圧に所定値（α）を加えることによって、目標直流電圧に相当する指令値を算出する。なお、この指令値の算出は、目標直流電圧が変化してしまうことを防止するため、圧縮機１３が安定動作していると判定された直後の１回のみ行なわれる。

続くステップＳ４３０では、算出された指令値と、取り込んだ出力直流電圧との差に所定のゲインを乗算することにより、昇圧パルス幅の追加時間を算出する。そして、この昇圧パルス幅追加時間を、図３のフローチャートにて算出された昇圧パルス幅に加えることによって、診断時昇圧用の昇圧パルス幅を算出する。

このようにして、診断時昇圧用の昇圧パルス幅が算出されると、上述した図５及び図６の昇圧回路オン、オフ処理によって、その昇圧パルス幅に相当する時間だけ昇圧回路がオンされる。このように診断時昇圧処理がなされたときの、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧の変化の様子を図９のタイムチャートに示す。

図９に示すように、電動モータ４１の消費電力がほぼ一定であり、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧もほぼ一定である状態が継続した場合、負荷が安定しているとみなされて、昇圧回路の診断が開始される。この診断開始により、昇圧パルス幅が、診断時昇圧用の昇圧パルス幅に伸ばされるため、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧は、徐々に上昇していく。そして、その出力直流電圧が、診断時昇圧用の昇圧パルス幅に対応する目標直流電圧まで上昇すると、その目標直流電圧にて安定する。

このような診断時昇圧処理が行なわれたときに、昇圧回路の正常・異常を判定する診断処理は、以下のように行なわれる。まず図８のステップＳ５１０にて、判定時間が経過したか否かを判定する。上述したように、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧に達するように昇圧処理を開始しても、即座に平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧値になるわけではなく、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧は、徐々に目標直流電圧に近づいていく。従って、昇圧回路が正常に機能している場合に、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧に達するのに十分な時間が経過した後に、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧を評価すれば、昇圧回路の故障診断を正確に行なうことができる。そのため、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧に達するのに十分な時間を判定時間とした設定したのである。なお、この判定時間は、例えば３０秒程度に設定される。

ステップＳ５１０にて、判定時間が経過したと判定された場合、ステップＳ５２０に進んで、目標直流電圧に相当する指令値と、取り込んだ平滑コンデンサ２９の出力直流電圧とを比較する。このとき、指令値よりも平滑コンデンサ２９の出力直流電圧の方が大きければ、昇圧回路は正常に機能しているとみなせる。このため、ステップＳ５３０に進んで、故障フラグに０を設定する。一方、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧の方が小さければ、昇圧回路は故障しており、その結果、高周波電流の抑制も有効に行なわれていないとみなせる。このため、ステップＳ５４０に進んで、故障フラグに１を設定する。この場合、故障フラグがオンされたことにより、給湯装置の図示しない操作盤等に昇圧回路の異常を示すダイアグコード等が表示される。これにより、早期に修理を行なうことを促すことができる。

そして、ステップＳ５５０にて、指令値をクリアすることにより、昇圧処理を終了させ、故障診断処理を終える。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば、上述した実施形態では、判定時間が経過したときに、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が指令値よりも大きいか否かに基づいて、昇圧回路の正常・異常を判定した。しかしながら、診断時昇圧処理を開始してから判定時間の間、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧と指令値（目標直流電圧）との差電圧を積分し、その積分値が故障基準値を越えた場合に、昇圧回路が故障していると診断するようにしても良い。この場合、判定時間の間に、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧に近づかないと、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧と目標直流電圧との差電圧の積分値は大きくなる。逆に、判定時間内に、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧が目標直流電圧値に収束すれば、積分値は小さくなる。従って、その積分値に基づいて昇圧回路の故障診断を行なうことができる。

また、上述した実施形態では、１回のみ、昇圧回路の故障診断を行なう例について説明したが、複数回の故障診断を行なっても良い。これにより、昇圧回路の故障に関して誤診断することを防止できる。

また、上述した実施形態では、昇圧パルス幅に相当する時間だけ、スイッチング素子３６をオンするようにしたが、スイッチング素子３６をデューティ駆動するようにしても良い。この場合、昇圧パルス幅に代えて、デューティ比やデューティ駆動期間を変化させることで、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧を変化させることができる。

さらに、上述した実施形態では、電源装置の負荷として、給湯装置に用いられるヒートポンプユニットにおける圧縮機駆動用電動モータを採用したが、その他の電動機器を負荷として採用しても良い。

電源装置が適用される、ヒートポンプユニットを備えた給湯装置の全体構成を示す模式図である。 実施形態における、圧縮機１３に内蔵された電動モータのための電源装置の回路構成を示す回路構成図である。 電源装置における昇圧回路のオン時間（昇圧パルス幅）を計算するための処理を示すフローチャートである。 昇圧パルス制御部３８が、昇圧パルス信号を出力するタイミングを説明するための説明図である。 電源電圧のゼロクロス点に基づいて、昇圧パルス信号を出力する処理、すなわち昇圧回路をオンする処理を示すフローチャートである。 昇圧パルス信号の出力を終了させる処理、すなわち昇圧回路をオフさせる処理を示すフローチャートである。 昇圧回路の故障診断時に、昇圧回路によってさらなる昇圧を行なわせるための診断時昇圧処理を示すフローチャートである。 診断時昇圧処理が行なわれたときに、昇圧回路の正常・異常を判定する診断処理を示すフローチャートである。 診断時昇圧処理がなされたときの、平滑コンデンサ２９の出力直流電圧の変化の様子を示すタイムチャートである。

符号の説明

２０ 交流電源
２２ リアクトル
２４ 第１の整流回路
３６ スイッチング素子
３７ コントローラ
３８ 昇圧パルス制御部
３９ インバータ制御部
４０ ３相インバータ
４１ 電動モータ
４２ モータ電流検出部

Claims (8)

1. 交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
   前記整流回路に接続されて電流の通電によりエネルギを蓄積するリアクトルと、当該リアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出を制御するスイッチング素子と、前記リアクトルからのエネルギの放出によって昇圧される直流電圧によって充電される平滑コンデンサとを有する昇圧回路とを備え、
   負荷に対して、前記平滑コンデンサから直流電圧を供給する電源装置であって、
   前記平滑コンデンサが供給する直流電圧の電圧値を検出する電圧値検出手段と、
   故障診断時に、前記平滑コンデンサの直流電圧値が、所定の目標直流電圧値まで昇圧されるように、前記スイッチング素子を制御する診断時制御手段と、
   前記診断時制御手段による前記スイッチング素子の制御により、前記平滑コンデンサの直流電圧値が、前記目標直流電圧値まで昇圧されたか否かに基づいて、前記昇圧回路の故障診断を行なう診断手段とを備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記診断時制御手段は、故障診断開始時における前記平滑コンデンサの直流電圧値に基づいて、その直流電圧値よりも高い目標直流電圧値を設定することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記負荷の消費電力を検出する検出手段を備え、
   前記診断時制御手段は、前記検出手段によって検出される前記負荷の消費電力が安定しているときに、前記故障診断のための前記スイッチング素子の制御を行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 前記交流電源から入力される交流電流の電流値を検出する電流値検出手段と、
   前記交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段と、
   前記電流値検出手段によって検出される電流値と、前記電圧値検出手段によって検出される電圧値とに基づいて、前記ゼロクロス点から前記スイッチング素子をオンする時間を決定し、その決定されたオン時間だけ前記スイッチング素子をオンさせるスイッチング素子制御手段とを備え、
   前記診断時制御手段は、前記故障診断時における前記平滑コンデンサの直流電圧値と前記目標直流電圧値との差に応じた追加オン時間を算出し、前記スイッチング素子制御手段によって決定されたオン時間に前記追加オン時間を加算したオン時間分だけ、前記スイッチング素子をオンさせることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電源装置。
5. 前記診断手段は、前記診断時制御手段が前記スイッチング素子の制御を開始してから所定時間経過しても、前記平滑コンデンサの直流電圧値が前記目標直流電圧値に達しない場合、前記昇圧回路が故障していると診断することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電源装置。
6. 前記診断手段は、前記診断時制御手段が前記スイッチング素子の制御を開始してから所定時間の間、前記平滑コンデンサの直流電圧値と前記目標直流電圧値との差電圧を積分し、その積分値が故障基準値を越えた場合に、前記昇圧回路が故障していると診断することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電源装置。
7. 前記診断時制御手段及び診断手段は、複数回の故障診断を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電源装置。
8. 前記負荷は、給湯装置に用いられるヒートポンプユニットの圧縮器を駆動する電動モータであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電源装置。

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