JP2012151974A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置における電圧の誤検知による誤停止の防止対策。
【解決手段】電力変換装置（10）は、コンバータ回路（11）とコンバータ回路（11）の出力側に並列接続されたコンデンサ（14）を有して脈動する直流電圧を出力する直流リンク部（12）と、インバータ回路（13）を備えたものを対象としている。直流リンク部（12）の直流電圧（Vdc）をスイッチング信号の１キャリア毎に少なくとも１回以上検出する電圧検出部（21）と、複数の検出値に基づいて直流電圧（Vdc）の過電圧の有無を判定する判定部（41）と、判定部（41）で直流電圧（Vdc）が過電圧と判定された場合にインバータ回路（13）を停止させる停止部（42）とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、入力された電力をスイッチングして所定の電力に変換するものに関し、特に、インバータの保護回路の誤作動の防止手段に係るものである。

従来より、整流回路（コンバータ回路）とインバータ回路を有した電力変換装置には、直流リンク部に比較的大容量の電解コンデンサが用いられていた。このような電力変換装置では、直流リンク部の電圧変動が小さくなる。このため、電力変換装置にノイズが発生する場合、ノイズフィルタ等を用いることでノイズを抑制するようにしていた。

一方、直流リンク部に比較的小容量のコンデンサを設けて直流リンク部の電圧に脈動（リプル）を発生させつつ、電源電圧に同期させて負荷の電流を脈動させることで、入力電流の導通幅を広げて力率改善を実現したものがある（例えば特許文献１を参照）。この電力変換装置は、直流リンク部の電圧変動が大きく、ノイズフィルタを用いると該電圧の検出タイミングが遅れてしまう。すなわち、ノイズフィルタを用いることができない。

特開２００２−５１５８９号公報

ところで、上記特許文献１に示すような電力変換装置では、直流リンク部の出力電圧を検知し、該検知した値を利用してインバータ回路を停止させて保護する保護回路が設けられたものがある。

しかしながら、電力変換装置にノイズが発生した場合、直流リンク部の出力電圧にノイズ成分が重畳されるため、間違って過電圧が検知されることがある。このような誤検知により、保護回路が誤作動してインバータ回路が停止してしまうという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、電力変換装置における保護回路の誤作動を防止することを目的とする。

第１の発明は、交流電源（1）から供給された交流電力をスイッチング信号に基づいてスイッチングして所定の電圧及び周波数の交流電力に電力変換し、接続された負荷（2）に供給する変換部（10a）を備えた電力変換装置であって、上記変換部（10a）の電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に少なくとも１回検出する検出部（21）と、複数の検出値に基づいて上記出力電圧の過電圧の有無を判定する判定部（41）と、上記判定部（41）で上記電圧が過電圧と判定された場合に上記変換部（10a）を停止させる停止部（42）とを備えている。

上記第１の発明では、変換部（10a）は、交流電源（1）から供給された交流電力をスイッチング信号に基づいてスイッチングして所定電圧及び所定周波数の交流電力に変換し、接続された負荷（2）に供給する。

検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎に変換部（10a）の電圧を少なくとも１回以上検出する。判定部（41）は、複数の検出値に基づいて変換部（10a）の電圧が過電圧であるか否かを判定する。停止部（42）は、判定部（41）の判定によって変換部（10a）の電圧が過電圧であると判定されると、該判定に基づいて変換部（10a）を停止する。一方、停止部（42）は、変換部（10a）の電圧が過電圧であると判定されなければ、該判定に基づき変換部（10a）を停止しない。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記変換部（10a）は、上記スイッチングによる電圧変動を吸収するコンデンサ（14）を備え、上記検出部（21）は、上記コンデンサ（14）の電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に少なくとも１回検出するよう構成されている。

上記第２の発明では、コンデンサ（14）は、スイッチングに起因する電圧の脈動（リプル）を吸収する。そして、検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎コンデンサ（14）の電圧を少なくとも１回以上検出する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記変換部（10a）は、上記交流電源（1）の交流電圧を全波整流する整流回路（11）と、脈動する直流電圧を出力する直流リンク部（12）と、該直流リンク部（12）の直流を上記スイッチング信号に基づいて交流に変換し、接続された負荷（2）に供給するインバータ回路（13）とを備え、上記コンデンサ（14）は、上記整流回路（11）の出力側に並列接続されている。

上記第３の発明では、整流回路（11）は、出力された交流を全波整流する。直流リンク部（12）は、交流の脈動（電圧変動）を含んだ直流をインバータ回路（13）に供給する。インバータ回路（13）は、直流リンク部（12）から出力された直流をスイッチングして交流に変換し、負荷（2）に供給する。インバータ回路（13）では、スイッチングに起因する電圧の脈動（リプル）が発生する。コンデンサ（14）は、整流回路（11）の電圧の脈動（リプル）を吸収せず、インバータ回路（13）のスイッチングの脈動（リプル）を吸収する。

検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎にコンデンサ（14）の電圧を少なくとも１回以上検出する。判定部（41）は、複数の検出値に基づいてコンデンサ（14）の電圧が過電圧であるか否かを判定する。停止部（42）は、判定部（41）の判定によってコンデンサ（14）の電圧が過電圧であると判定されると、該判定に基づいて変換部（10a）を停止する。一方、停止部（42）は、コンデンサ（14）の電圧が過電圧であると判定されなければ、該判定に基づき変換部（10a）を停止しない。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記検出部（21）は、直流リンク部（12）の出力電圧（Vdc）を上記スイッチング信号の１キャリア毎に少なくとも１回以上検出するよう構成され、上記判定部（41）は、複数の検出値に基づいて上記出力電圧（Vdc）の過電圧の有無を判定するよう構成され、上記停止部（42）は、上記判定部（41）で上記出力電圧（Vdc）が過電圧と判定された場合に上記インバータ回路（13）を停止させるよう構成されている。

上記第４の発明では、整流回路（11）は、出力された交流を全波整流する。直流リンク部（12）は、交流の脈動（電圧変動）を含んだ直流をインバータ回路（13）に供給する。インバータ回路（13）は、直流リンク部（12）から出力された直流をスイッチングして交流に変換し、負荷（2）に供給する。インバータ回路（13）では、スイッチングに起因する電圧の脈動（リプル）が発生する。コンデンサ（14）は、整流回路（11）の電圧の脈動（リプル）を吸収せず、インバータ回路（13）のスイッチングの脈動（リプル）を吸収する。

検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎に直流リンク部（12）の出力電圧（Vdc）を少なくとも１回以上検出する。判定部（41）は、複数の検出値に基づいて直流リンク部（12）の出力電圧（Vdc）が過電圧であるか否かを判定する。停止部（42）は、判定部（41）の判定によって出力電圧（Vdc）が過電圧であると判定されると、該判定に基づいてインバータ回路（13）を停止する。一方、停止部（42）は、出力電圧（Vdc）が過電圧であると判定されなければ、該判定に基づきインバータ回路（13）を停止しない。

第５の発明は、上記第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、上記検出部（21）は、上記電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に複数回検出するよう構成され、上記判定部（41）は、上記検出部（21）で検出された複数の検出値が、すべて所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている。

上記第５の発明では、検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎に変換部（10a）の電圧を複数回検出する。判定部（41）は、検出部（21）で検出された複数の検出値を所定の閾値と比較する。そして、判定部（41）は、検出された複数の検出値のすべてが所定の閾値よりも大きいと、変換部（10a）の電圧が過電圧と判定する。一方、判定部（41）は、検出された複数の検出値のうちの、少なくとも１つが所定の閾値以下であると、変換部（10a）の電圧が過電圧であるとは判定しない。

第６の発明は、上記第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、上記検出部（21）は、上記電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に複数回検出するよう構成され、上記判定部（41）は、上記検出部（21）で検出された複数の検出値の平均値が、所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている。

上記第６の発明では、検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎に変換部（10a）の電圧を複数回検出する。判定部（41）は、検出部（21）で検出された複数の検出値の平均値を所定の閾値と比較する。そして、判定部（41）は、平均値が所定の閾値よりも大きいと、変換部（10a）の電圧が過電圧と判定する。一方、判定部（41）は、検出部（21）で検出された複数の検出値の平均値が所定の閾値以下であると、変換部（10a）の電圧が過電圧であると判定しない。

第７の発明は、上記第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、上記検出部（21）は、上記電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に複数回検出するよう構成され、上記判定部（41）は、上記検出部（21）で検出された複数の検出値を順に所定の閾値と比較するよう構成され、該比較において所定回連続して検出値が所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている。

上記第７の発明では、検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎に変換部（10a）の電圧を複数回検出する。判定部（41）は、検出部（21）で検出された複数の検出値を順に所定の閾値と比較する。この比較において、判定部（41）は、判定対象となる検出値が所定回連続して所定の閾値よりも大きくなった場合に変換部（10a）の電圧が過電圧であると判定する。所定回連続して検出値が所定の閾値を上回らなければ、判定部（41）は、変換部（10a）の電圧が過電圧であると判定しない。

第８の発明は、上記第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、上記変換部（10a）を制御するスイッチング信号を出力する制御部（30）と、少なくとも上記制御部（30）で使用された前回以前のキャリアの検出値に基づいて今回のキャリアの検出値を予測する予測部（43）を備え、上記判定部（41）は、上記予測部（43）で予測された検出値と、上記検出部（21）で検出された少なくとも１つ以上の検出値とに基づいて上記電圧の過電圧を判定するよう構成されている。

上記第８の発明では、制御部（30）は、変換部（10a）にスイッチング信号を出力する。変換部（10a）は、交流電源（1）から供給された交流電力をスイッチング信号に基づいてスイッチングして交流に変換し、負荷（2）に供給する。予測部（43）は、少なくとも上記制御部（30）で使用された前回以前のキャリアの検出値に基づいて今回のキャリアの検出値を予測する。検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎に変換部（10a）の電圧を少なくとも１回以上検出する。判定部（41）は、予測部（43）で予測された検出値と、検出部（21）で検出された少なくとも１つ以上の検出値とに基づいて変換部（10a）の電圧の過電圧を判定する。

第９の発明は、上記第８の発明において、上記判定部（41）は、上記予測部（43）で予測された検出値、及び上記検出部（21）で検出された検出値が、すべて所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている。

上記第９の発明では、判定部（41）は、予測部（43）で予測された検出値と検出部（21）で検出された検出値が、所定の閾値と比較される。そして、判定部（41）は、予測部（43）で予測された検出値と検出部（21）で検出された検出値が、すべて所定の閾値よりも大きいと、変換部（10a）の電圧が過電圧と判定する。一方、判定部（41）は、予測部（43）で予測された検出値、又は検出部（21）で検出された検出値のうち、少なくとも１つが所定の閾値以下であると、変換部（10a）の電圧が過電圧であると判定しない。

第１０の発明は、上記第８の発明において、上記予測部（43）で予測された検出値と、上記検出部（21）で検出された検出値との平均値が、所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている。

上記第１０の発明では、判定部（41）は、予測部（43）で予測された検出値と検出部（21）で検出された検出値との平均値を所定の閾値と比較する。そして、判定部（41）は、上記平均値が所定の閾値よりも大きいと、変換部（10a）の電圧が過電圧と判定する。一方、判定部（41）は、上記平均値が所定の閾値以下であると、変換部（10a）の電圧が過電圧であると判定しない。

第１１の発明は、上記第１〜第１０の発明の何れか１つにおいて、上記判定部（41）で上記電圧が過電圧と判定された場合、上記停止部（42）は、上記検出部（21）が検出値を検出した上記１キャリアにおいて上記変換部（10a）を停止させるよう構成されている。

上記第１１の発明では、検出部（21）は、スイッチング信号の１キャリア毎に変換部（10a）の電圧を検出している。そして、判定部（41）が、変換部（10a）の電圧が過電圧であると判定した場合、停止部（42）は、検出部（21）が変換部（10a）の電圧を検出した同一キャリアにおいて、変換部（10a）を停止させる。

上記第１の発明によれば、複数の検出値に基づいて変換部（10a）の電圧の過電圧の有無を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた電圧を誤検知するのを防止することができる。つまり、１回のみの検出が誤検知となって過電圧が検知されるのを確実に防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な過電圧によって変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、電力変換装置における誤停止を防止することができる。

上記第２の発明によれば、複数の検出値に基づいてコンデンサ（14）の電圧の過電圧の有無を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けたコンデンサ（14）の電圧を誤検知するのを防止することができる。つまり、１回のみの検出が誤検知となって過電圧が検知されるのを確実に防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な過電圧によって変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、電力変換装置における誤停止を防止することができる。

上記第３の発明によれば、複数の検出値に基づいてコンデンサ（14）の電圧の過電圧の有無を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けたコンデンサ（14）の電圧を誤検知するのを防止することができる。つまり、１回のみの検出が誤検知となって過電圧が検知されるのを確実に防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な過電圧によって変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、いわゆるコンデンサレスインバータにおける誤停止を防止することができる。

上記第４の発明によれば、複数の検出値に基づいて出力電圧（Vdc）の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた出力電圧（Vdc）を誤検知するのを防止することができる。つまり、１回のみの検出が誤検知となって過電圧が検知されるのを確実に防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な出力電圧（Vdc）の過電圧によってインバータ回路（13）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、いわゆるコンデンサレスインバータにおける誤停止を防止することができる。

上記第５の発明によれば、検出部（21）で検出されたすべての検出値と所定の閾値とを比較して変換部（10a）の電圧の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた変換部（10a）の電圧を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な変換部（10a）の過電圧によって該変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、電力変換装置における誤停止を防止することができる。

上記第６の発明によれば、検出部（21）で検出された複数の検出値の平均値と所定の閾値とを比較して変換部（10a）の電圧の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた変換部（10a）の電圧を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な変換部（10a）の過電圧によって該変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、電力変換装置における誤停止を防止することができる。

上記第７の発明によれば、検出部（21）で検出された複数の検出値が所定回連続して所定の閾値を超えるか否かで変換部（10a）の電圧の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた変換部（10a）の電圧を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な変換部（10a）の過電圧によって該変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、電力変換装置における誤停止を防止することができる。

上記第８の発明によれば、予測部（43）で予測された検出値と検出部（21）で検出された検出値とに基づいて変換部（10a）の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた電圧を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な変換部（10a）の過電圧によって該変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、電力変換装置における誤停止を防止することができる。

上記第９の発明によれば、予測部（43）で予測された検出値、及び検出部（21）で検出された検出値と所定の閾値とを比較して変換部（10a）の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた電圧を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な変換部（10a）の過電圧によって該変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、電力変換装置における誤停止を防止することができる。

上記第１０の発明によれば、検出部（21）で検出された検出値と、予測部（43）で予測された検出値との平均値と、所定の閾値とを比較して変換部（10a）の電圧の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた電圧を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な変換部（10a）の過電圧によって該変換部（10a）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、電力変換装置における誤停止を防止することができる。

上記第１１の発明によれば、判定部（41）が過電圧と判定すると、検出部（21）が変換部（10a）の電圧を検出した同一キャリアにおいて該変換部（10a）を停止させるようにしたため、変換部（10a）の電圧が過電圧となったらすぐに停止させることができる。

本実施形態１に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 本実施形態１に係る直流電圧と時間との関係を示すグラフである。 本実施形態１に係る保護回路の動作タイミングを示すグラフである。 本実施形態２に係る直流電圧と時間との関係を示すグラフである。 本実施形態３に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 その他の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 その他の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈発明の実施形態１〉
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る電力変換装置（10）は、リアクトル（15）と、コンバータ回路（11）と、直流リンク部（12）と、インバータ回路（13）と、電圧検出部（21）と、制御演算回路（30）と保護回路（40）とを有する本体部（10a）を備えている。本体部（10a）は、単相の交流電源（1）から供給された交流の電力を所定の周波数の電力に変換して、モータ（2）に供給するように構成されている。この本体部（10a）は、本発明に係る変換部を構成している。尚、本実施形態１のモータ（2）は、突極性を有した三相交流モータであり、空気調和装置の冷媒回路に設けられた圧縮機を駆動するためのものである。また、モータ（2）は、本発明に係る負荷を構成している。

上記コンバータ回路（11）は、交流電源（1）に接続され、交流電源（1）が出力した交流を直流に全波整流する。本実施形態１では、図示はしないが、４つのダイオードがブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。これらのダイオードは、交流電源（1）の交流電圧を全波整流して、直流電圧に変換する。尚、コンバータ回路（11）は、本発明に係る整流回路を構成している。

上記直流リンク部（12）は、コンデンサ（14）を備えている。コンデンサ（14）は、コンバータ回路（11）の出力側に並列接続され、該コンデンサ（14）の両端に生じた直流電圧（直流リンク部（12）の出力電圧：Vdc）がインバータ回路（13）の入力ノードに接続されている。このコンデンサ（14）は、例えばフィルムコンデンサによって構成する。このコンデンサ（14）は、インバータ回路（13）のスイッチング素子がスイッチング動作する際に、スイッチング周波数に対応して生じる電圧変動（リプル）のみを平滑化可能な静電容量を有している。すなわち、コンデンサ（14）は、コンバータ回路（11）によって整流された電圧（電源電圧に起因する電圧変動）を平滑化するような静電容量を有さない小容量のコンデンサである。そのため、直流リンク部（12）が出力する直流電圧（Vdc）は脈動し、通常の負荷状態における脈動では、最大電圧が最小電圧の２倍以上となる。本実施形態１では、交流電源（1）は、単相交流電源なので、直流電圧（Vdc）は、電源周波数（例えば５０Ｈｚ）の２倍の周波数で脈動する。

上記インバータ回路（13）は、入力ノードが直流リンク部（12）のコンデンサ（14）に並列に接続され、直流リンク部（12）の出力をスイッチングして三相交流に変換し、接続されたモータ（2）に供給するようになっている。本実施形態１のインバータ回路（13）は、複数のスイッチング素子がブリッジ結線されて構成されている。このインバータ回路（13）は、三相交流をモータ（2）に出力するので、図示はしないが、６個のスイッチング素子を備えている。詳しくは、インバータ回路（13）は、２つのスイッチング素子を互いに直列接続してなる３つのスイッチングレグを備え、各スイッチングレグにおいて、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子との中点が、それぞれモータ（2）の各相のコイル（図示は省略）に接続されている。そして、インバータ回路（13）は、これらのスイッチング素子のオンオフ動作によって、直流リンク部（12）から入力された直流電圧（Vdc）をスイッチングして三相交流電圧に変換し、モータ（2）へ供給する。

上記電圧検出部（21）は、図１に示すように、直流リンク部（12）から出力された直流電圧（Vdc）を検出するよう構成されている。電圧検出部（21）は、本発明に係る検出部を構成している。電圧検出部（21）で検出された直流電圧（Vdc）は、デジタルデータに変換され、検出値として保護回路（40）及び制御演算回路（30）に出力される。尚、直流電圧（Vdc）は、本発明に係る出力電圧を構成している。電圧検出部（21）で検出される直流電圧（Vdc）は、交流電源（1）の電源周波数の２倍の周波数で脈動する直流電圧である。上記電圧検出部（21）では、直流電圧（Vdc）をスイッチングのためのキャリアの１周期毎に複数回検出している。尚、本実施形態１では、スイッチングのためのキャリアは三角波に構成されている。

具体的に、電圧検出部（21）は、図２に示すように、キャリアの山及び谷のタイミング（Ａ点・Ｂ点）で直流電圧（Vdc）を２回検出している。電圧検出部（21）は、２回検出することで、直流電圧（Vdc）の電圧の変動を検出し易くしている。つまり、複数の検出値に基づいて直流電圧（Vdc）の検出値を決定することができるため、保護回路（40）が行うインバータ回路（13）の停止動作においてノイズの影響を受けにくくなる。

ここで、キャリアリプルが直流電圧（Vdc）の検出値に与える影響について説明する。インバータ回路（13）でのスイッチング素子のスイッチングは、キャリアに基づいて行われる。インバータ回路（13）でスイッチング素子のスイッチングが行われると、直流リンク部（12）の直流電圧（Vdc）の値が変動する。このスイッチング素子のオン又はオフの影響による値の変動をキャリアリプルという。

電圧検出部（21）は、図２に示すように、キャリアの極値である山（Ａ点）、及び谷（Ｂ点）で直流電圧（Vdc）を検出する。Ａ点又はＢ点を含むゼロベクトル区間では、上アームのスイッチング素子又は下アームのスイッチング素子がすべてオンであるため、直流電流（idc）は流れない。このため、コンデンサ（14）は充電され、直流電圧（Vdc）は大きくなる。このときの直流電圧（Vdc）の値は、キャリアリプルを除いた直流電圧（Vdc）の値（図２における直線上の値）とほぼ等しくなる。

一方、Ｃ点を含むゼロベクトル区間外では、直流電流（idc）が流れるため、コンデンサ（14）は放電され、直流電圧（Vdc）は小さくなる。このときの直流電圧（Vdc）の値は、キャリアリプルの影響を受けているため、キャリアリプルの影響を除いた直流電圧（Vdc）の値（図２における直線上の値）との差異が大きくなる。

以上より、電圧検出部（21）は、キャリアの山及び谷のタイミング（Ａ点・Ｂ点）で２回直流電圧（Vdc）を検出している。

上記制御演算回路（30）は、インバータ回路（13）のスイッチング素子にスイッチング信号を出力するものである。制御演算回路（30）は、本発明に係る制御部を構成している。制御演算回路（30）は、モータ（2）の各相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の指令値とキャリアとが交差する箇所でスイッチング信号を出力する。

上記保護回路（40）は、過剰に高い直流電圧（Vdc）がインバータ回路（13）へ印加された場合に該インバータ回路（13）を停止させて保護するためのものである。保護回路（40）は、判定部（41）と停止部（42）とで構成されている。

上記判定部（41）は、検出部（21）で検出された複数の検出値に基づいて直流電圧（Vdc）の過電圧の有無を判定するものである。具体的には、判定部（41）は、複数の検出値のすべてが所定の閾値（図２参照）よりも大きくなる場合に、直流電圧（Vdc）が過電圧であると判定する。尚、所定の閾値は、例えばインバータ回路（13）のスイッチング素子の耐電圧に基づいて定められる値である。本実施形態１では、判定部（41）は、検出部（21）で検出されたキャリアのＡ点及びＢ点における直流電圧（Vdc）の検出値と所定の閾値とをそれぞれ比較する。そして、両点における検出値は、何れも閾値を超えていないため、判定部（41）は、過電圧と判定しない。また、例えば、両点における検出値がすべて閾値を超えている場合、判定部（41）は、停止部（42）へ過電圧判定信号を出力する。

また、検出部（21）は、図２に示すように、キャリアの谷のタイミング（Ｂ点）と、山と谷との間のタイミング（Ｄ点）で直流電圧（Vdc）を２回検出すると、上記判定部（41）は、検出部（21）で検出されたキャリアのＢ点及びＤ点における直流電圧（Vdc）の検出値と所定の閾値とをそれぞれ比較する。そして、Ｂ点における検出値は、閾値を超えていないが、Ｄ点は閾値を超えている。この場合、判定部（41）は過電圧と判定しない。

上記停止部（42）は、上記判定部（41）での判定結果に基づいてインバータ回路（13）を停止させるものである。具体的には、図３に示すように、停止部（42）は、上記判定部（41）から過電圧判定信号を受け取ると、インバータ回路（13）を停止させる。

尚、停止部（42）は、上記判定部（41）から過電圧判定信号を受け取ると、上記電圧検出部（21）で直流電圧（Vdc）が検出されたキャリア内において上記制御演算回路（30）へ停止信号を出力するようにしてもよい。制御演算回路（30）は、停止信号を受け取ると、上記電圧検出部（21）で直流電圧（Vdc）が検出されたキャリアにおいて、インバータ回路（13）を停止させる。

−実施形態１の効果−
上記実施形態１によれば、複数の検出値に基づいて直流電圧（Vdc）の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた直流電圧（Vdc）を誤検知するのを防止することができる。つまり、誤検知によって過電圧を検知するのを確実に防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な直流電圧（Vdc）の過電圧によってインバータ回路（13）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、いわゆるコンデンサレスインバータにおける誤停止を防止することができる。

また、電圧検出部（21）で検出されたすべての検出値と所定の閾値とを比較して直流電圧（Vdc）の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた直流電圧（Vdc）を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な直流電圧（Vdc）の過電圧によってインバータ回路（13）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、いわゆるコンデンサレスインバータにおける誤停止を防止することができる。

加えて、判定部（41）が過電圧と判定すると、電圧検出部（21）が直流電圧（Vdc）を検出したキャリアにおいてインバータ回路（13）を停止させるようにしたため、直流電圧（Vdc）が過電圧となったらすぐにインバータ回路（13）を停止させることができる。

〈発明の実施形態２〉
次に本発明の実施形態２について説明する。本実施形態２に係る電力変換装置（10）は、上記実施形態１に係る電力変換装置（10）とは、検出部（21）と判定部（41）の構成が異なっている。

具体的には、本実施形態２に係る検出部（21）は、図４に示すように、キャリアの山のタイミング（Ａ点）と、谷の間のタイミング（Ｂ点）で直流電圧（Vdc）を検出している。上記判定部（41）は、複数の検出値の平均値が所定の閾値（図４参照）よりも大きくなる場合に、直流電圧（Vdc）が過電圧であると判定する。尚、所定の閾値は、例えばインバータ回路（13）のスイッチング素子の耐電圧に基づいて定められる値である。

本実施形態２では、判定部（41）は、検出部（21）で検出されたキャリアのＡ点及びＢ点における直流電圧（Vdc）の検出値の平均値と所定の閾値とをそれぞれ比較する。そして、平均値は閾値を超えていないため、判定部（41）は過電圧と判定しない。

一方、検出部（21）が、キャリアの谷のタイミング（Ｂ点）と、山と谷との間のタイミング（Ｄ点）で直流電圧（Vdc）を検出した場合、判定部（41）は、検出部（21）で検出されたキャリアのＢ点及びＤ点における直流電圧（Vdc）の検出値の平均値と所定の閾値とをそれぞれ比較する。そして、平均値は閾値を超えているため、判定部（41）は、過電圧と判定し、停止部（42）へ過電圧判定信号を出力する。停止部（42）は、上記判定部（41）から過電圧判定信号を受け取ると、インバータ回路（13）を停止させる。

−実施形態２の効果−
上記本実施形態２によれば、電圧検出部（21）で検出された複数の検出値の平均値と所定の閾値とを比較して直流電圧（Vdc）の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた直流電圧（Vdc）を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な直流電圧（Vdc）の過電圧によってインバータ回路（13）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、いわゆるコンデンサレスインバータにおける誤停止を防止することができる。その他の構成、作用・効果は実施形態１と同様である。

〈発明の実施形態３〉
次に本発明の実施形態３について説明する。図５に示すように、本実施形態３に係る電力変換装置（10）は、上記実施形態１に係る電力変換装置（10）に代えて予測部（43）を備えている。また、本実施形態１に係る電力変換装置（10）とは、検出部（21）と判定部（41）の構成が異なっている。

具体的には、本実施形態３に係る検出部（21）は、キャリアの所定のタイミングで直流電圧（Vdc）を１回検出している。尚、所定のタイミングとは、キャリアの山のタイミング、谷のタイミング、山と谷との間のタイミング、又はその他の何れのタイミングでもよい。

上記予測部（43）は、制御演算回路（30）で使用された前回以前のキャリアにおける検出値に基づいて今回のキャリアの検出値を予測するものである。具体的には、本実施形態３に係る予測部（43）は、制御演算回路（30）で使用された前回以前のキャリアの直流電圧（Vdc）の検出値と、１次近似式とから今回のキャリアの直流電圧（Vdc）の検出値を予測するようにしている。以下にその手順を示す。

まず、１キャリア前（前回）の直流電圧（Vdc）の検出値（Vdc［1］）と、２キャリア前（前々回）の直流電圧（Vdc）の検出値（Vdc［2］）を以下の近似式に代入する。

Vdc＝２×Vdc［1］−Vdc［2］
これにより、得られたVdcを今回のキャリアの直流電圧（Vdc）の検出値と予測する。尚、１キャリア前（前回）や２キャリア前（前々回）の直流電圧（Vdc）の検出値とは、１キャリア前（前回）又は２キャリア前（前々回）において制御演算回路（30）で使用された直流電圧（Vdc）の検出値をいう。

本実施形態３に係る判定部（41）は、検出部（21）で検出された１つの検出値と、予測部（43）で予測された検出値とに基づいて直流電圧（Vdc）の過電圧の有無を判定するものである。具体的には、判定部（41）は、検出部（21）で検出された検出値と、予測部（43）で予測された検出値のすべてが所定の閾値よりも大きくなる場合に、直流電圧（Vdc）が過電圧であると判定する。尚、所定の閾値は、例えばインバータ回路（13）のスイッチング素子の耐電圧に基づいて定められる値である。判定部（41）は、直流電圧（Vdc）が過電圧であると判定すると、上記停止部（42）へ過電圧判定信号を出力する。

−実施形態３の効果−
上記本実施形態３によれば、予測部（43）で予測された検出値と電圧検出部（21）で検出された検出値とに基づいて直流電圧（Vdc）の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた直流電圧（Vdc）を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な出力電力（Vdc）の過電圧によってインバータ回路（13）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、いわゆるコンデンサレスインバータにおける誤停止を防止することができる。

また、予測部（43）で予測された検出値、及び電圧検出部（21）で検出された検出値と所定の閾値とを比較して直流電圧（Vdc）の過電圧を判定するようにしたため、ノイズの影響を受けた直流電圧（Vdc）を誤検知するのを防止することができる。これにより、ノイズによる偶発的な直流電圧（Vdc）の過電圧によってインバータ回路（13）が停止するのを確実に防止することができる。この結果、いわゆるコンデンサレスインバータにおける誤停止を防止することができる。

−実施形態３の変形例１−
次に本発明の実施形態３の変形例１について説明する。本実施形態３の変形例１に係る電力変換装置（10）は、上記実施形態３に係る電力変換装置（10）とは、判定部（41）の構成が異なっている。

具体的には、本変形例１に係る判定部（41）は、検出部（21）で検出された１つの検出値と、予測部（43）で予測された検出値との平均値が、所定の閾値よりも大きくなる場合に、直流電圧（Vdc）が過電圧であると判定する。尚、所定の閾値は、例えばインバータ回路（13）のスイッチング素子の耐電圧に基づいて定められる値である。その他の構成、作用・効果は実施形態３と同様である。

−実施形態３の変形例２−
次に、本実施形態３の変形例２について説明する。本変形例２に係る電力変換装置（10）は、実施形態３に係る電力変換装置（10）及び実施形態３の変形例１に係る電力変換装置（10）とは、予測部（43）の構成が異なっている。

具体的には、本変形例２に係る予測部（43）は、制御演算回路（30）で使用された前回以前のキャリアの直流電圧（Vdc）の検出値と、２次近似式とから今回のキャリアの直流電圧（Vdc）の検出値を予測するようにしている。以下にその手順を示す。

まず、１キャリア前（前回）の直流電圧（Vdc）の検出値（Vdc［1］）と、２キャリア前（前々回）の直流電圧（Vdc）の検出値（Vdc［2］）と３キャリア前の直流電圧（Vdc）の検出値（Vdc［3］）を以下の近似式に代入する。

Vdc＝３×Vdc［1］−３×Vdc［2］＋Vdc［3］
これにより、得られたVdcを今回のキャリアの直流電圧（Vdc）の検出値と予測する。尚、３キャリア前の直流電圧（Vdc）の検出値とは、３キャリア前において制御演算回路（30）で使用された直流リンク部（12）の直流電圧（Vdc）の検出値をいう。その他の構成、作用・効果は上記実施形態３及び実施形態３の変形例１と同様である。

〈その他の実施形態〉
本発明は、上記実施形態１〜３（各変形例を含む）について、以下のような構成にしてもよい。

上記実施形態１〜３では、電圧検出部（21）が直流リンク部（12）の直流電圧（Vdc）を検出するようにしたが、本発明はこれに限られず、検出対象は本体部（10a）における電圧であればよい。例えば、交流電源（1）から出力される電源電圧（Vin）や、電力変換装置（10）からモータ（2）に出力される電圧を検出してもよい。

また、本発明は、いわゆるマトリクスコンバータにも適用できる。図６は、本体部（10a）がマトリクスコンバータに構成された例を示す図である。この例では、三相の交流電源（1）と接続された９個のスイッチング素子（S1,S2,…,S9）で三相交流をスイッチングしてモータ（2）に三相交流を供給する。

また、交流電源（1）として三相の交流電源を採用することも可能である。図７は、交流電源として三相の交流電源（1）を用いた場合の電力変換装置（10）の構成例を示す図である。同図に示すように、コンバータ回路（11）は、６つのダイオード（D1〜D6）がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。これらのダイオード（D1〜D6）は、三相の交流電源（1）の交流電圧を全波整流して、直流電圧に変換する。このコンバータ回路（11）の構成では、直流リンク部（12）の電圧脈動の周波数が電源周波数の６倍になる。

また、本発明は、上記回路構成以外にも、電力変換装置全般の回路について適用することができる。

また、上記実施形態３（実施形態３の変形例１及び２を含む）について、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態３では、電圧検出部（21）が直流リンク部（12）の直流電圧（Vdc）を１回検出するようにしたが、本発明は、これに限られず、電圧検出部（21）が上記直流電圧（Vdc）を複数回検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態３では、予測部（43）が少なくとも上記制御演算回路（30）で使用された前回以前のキャリアの直流電圧（Vdc）の検出値に基づいて今回のキャリアの検出値を予測していたのに代えて、下記に示す数式に基づき、コンデンサ（14）に流れる電流やリアクトルの両端電圧を用いて今回のキャリアの検出値を予測するようにしてもよい。

（Vdc：直流リンク部（12）から出力される直流電圧（出力電圧）、ic：コンデンサ（14）に流れ込む電流、Ｃ：コンデンサ（14）の容量）
ic＝iin−idc
（iin：コンバータ回路（11）からの出力電流、idc：インバータ回路（13）に流れ込む電流）

（VL：リアクトル（15）の両端電圧、L：リアクトル容量）
VL＝Vin−Vdc
（Vin：電源電圧）
また、実施形態１では、判定部（41）は、複数の検出値のすべてが所定の閾値（図２参照）よりも大きくなる場合に、直流電圧（Vdc）が過電圧であると判定するようにしたが、本発明は、これに限られず、判定部（41）は、複数の検出値を順に所定の閾値と比較し、この比較において、判定部（41）は、判定対象となる検出値が所定回連続して所定の閾値よりも大きくなった場合に変換部（10a）の電圧が過電圧と判定するようにした。所定回連続して閾値よりも大きくならなければ、判定部（41）は、変換部（10a）の電圧が過電圧であるとは判定しない。

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、電力変換装置について有用である。

２ モータ
１０ａ 本体部
１１ コンバータ回路
１２ 直流リンク部
１３ インバータ回路
１４ コンデンサ
２１ 電圧検出部
３０ 制御演算回路
４１ 判定部
４２ 停止部
４３ 予測部

Claims (11)

1. 交流電源（1）から供給された交流電力をスイッチング信号に基づいてスイッチングして所定の電圧及び周波数の交流電力に電力変換し、接続された負荷（2）に供給する変換部（10a）を備えた電力変換装置であって、
   上記変換部（10a）の電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に少なくとも１回検出する検出部（21）と、
   複数の検出値に基づいて上記電圧の過電圧の有無を判定する判定部（41）と、
   上記判定部（41）で上記電圧が過電圧と判定された場合に上記変換部（10a）を停止させる停止部（42）とを備えている
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、
   上記変換部（10a）は、上記スイッチングによる電圧変動を吸収するコンデンサ（14）を備え、
   上記検出部（21）は、上記コンデンサ（14）の電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に少なくとも１回検出するよう構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項２において、
   上記変換部（10a）は、上記交流電源（1）の交流電圧を全波整流する整流回路（11）と、脈動する直流電圧を出力する直流リンク部（12）と、該直流リンク部（12）の直流を上記スイッチング信号に基づいて交流に変換し、接続された負荷（2）に供給するインバータ回路（13）とを備え、上記コンデンサ（14）は、上記整流回路（11）の出力側に並列接続されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３において、
   上記検出部（21）は、直流リンク部（12）の出力電圧（Vdc）を上記スイッチング信号の１キャリア毎に少なくとも１回以上検出するよう構成され、
   上記判定部（41）は、複数の検出値に基づいて上記出力電圧（Vdc）の過電圧の有無を判定するよう構成され、
   上記停止部（42）は、上記判定部（41）で上記出力電圧（Vdc）が過電圧と判定された場合に上記インバータ回路（13）を停止させるよう構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４の何れか１つにおいて、
   上記検出部（21）は、上記電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に複数回検出するよう構成され、
   上記判定部（41）は、上記検出部（21）で検出された複数の検出値が、すべて所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１〜４の何れか１つにおいて、
   上記検出部（21）は、上記電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に複数回検出するよう構成され、
   上記判定部（41）は、上記検出部（21）で検出された複数の検出値の平均値が、所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１〜４の何れか１つにおいて、
   上記検出部（21）は、上記電圧を上記スイッチング信号の１キャリア毎に複数回検出するよう構成され、
   上記判定部（41）は、上記検出部（21）で検出された複数の検出値を順に所定の閾値と比較するよう構成され、該比較において所定回連続して検出値が所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１〜４の何れか１つにおいて、
   上記変換部（10a）を制御するスイッチング信号を出力する制御部（30）と、少なくとも上記制御部（30）で使用された前回以前のキャリアの検出値に基づいて今回のキャリアの検出値を予測する予測部（43）を備え、
   上記判定部（41）は、上記予測部（43）で予測された検出値と、上記検出部（21）で検出された少なくとも１つ以上の検出値とに基づいて上記電圧の過電圧を判定するよう構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項８において、
   上記判定部（41）は、上記予測部（43）で予測された検出値、及び上記検出部（21）で検出された検出値が、すべて所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項８において、
    上記判定部（41）は、上記予測部（43）で予測された検出値と、上記検出部（21）で検出された検出値との平均値が、所定の閾値よりも大きい場合、上記電圧が過電圧と判定するよう構成されている
    ことを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項１〜１０の何れか１つにおいて、
    上記判定部（41）で上記電圧が過電圧と判定された場合、
    上記停止部（42）は、上記検出部（21）が検出値を検出した上記１キャリアにおいて上記変換部（10a）を停止させるよう構成されている
    ことを特徴とする電力変換装置。

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