JP2014064349A

JP2014064349A - 電力変換装置およびその制御方法

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Publication number: JP2014064349A
Application number: JP2012206703A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Kawamura; 真央川村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP5611300B2

Abstract

【課題】特別な検出回路を追加することなく、内部の残留電荷を放電させる。
【解決手段】交流電源１から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサ１６と、突入電流防止抵抗８と充電リレー９とを有する突入電流防止回路７と、制御部１０とを備え、制御部１０は、交流電源１から供給される電力が停止したか否かを判定する電力供給判定手段１１を備え、電力供給判定手段１１が交流電源１からの電力供給が停止したと判定したとき、制御部１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータの短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂをオンするとともに突入電流防止回路７の充電リレー９をオフして、突入電流防止回路７の突入電流防止抵抗８およびＡＣ／ＤＣコンバータの短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂを放電経路として、内部の残留電荷を放電する。
【選択図】図１

Description

本発明は電力変換装置およびその制御方法に関し、特に、電気自動車等の車両に搭載するための電力変換装置およびその制御方法に関するものである。

電気自動車には、電動モータのみを駆動源とする車両と、駆動源として電動モータとエンジンとを有するハイブリッド車両とがある。いずれのタイプの電気自動車においても、電動モータに電力を供給するために蓄電デバイスとしてのバッテリを有しており、バッテリの残存容量が低下した場合には、外部からバッテリを充電する必要がある。また、駆動源として電動モータとエンジンとを有するハイブリッド車両においては、通常では、エンジンを駆動してバッテリを充電することになるが、エンジンを駆動させることなく、外部入力電源から電力を供給してバッテリを充電することもある。

ハイブリッド車両を含めて電動モータを有する電気自動車においては、バッテリを外部から充電するときには、蓄電デバイス（すなわち、バッテリ）に対する充電を家庭用の商用電源により行う必要がある。そのため、電気自動車には商用電源（以下、外部電源とする。）を昇圧して直流電力に変換する電力変換装置が搭載されることになる。

一般的に、電力変換装置の入力部には、ノイズ規格を満足させるためにスイッチングノイズ除去を目的としたノイズ除去用コンデンサが備えられている。

また、外部電源と電力変換装置との間には、充電していない場合に電気系統を遮断するリレー（以下、メインリレーとする。）が設けられている。このメインリレーは、オンオフ動作時の際の突入電流等によって溶着してしまう場合があるが、メインリレーが溶着したまま充電を行うと、外部電源と電力変換装置との間の電源系統の遮断ができなくなってしまうという問題点がある。このため、メインリレーについては、溶着が無く正常に動作しているか否かを確認する溶着検出器が備わっている。溶着検出器が、メインリレーの溶着チェックを行うには、メインリレーの充電系統側に電圧を検出するセンサを予め設けておき、メインリレーがオフしたときの両端子間の電圧をチェックし溶断判断を行うことが多い。このため、電力変換装置はこのメインリレーがオフしてから、所定の時間内に、規定の電圧以下まで落とすことが求められる。従って、ノイズ除去用コンデンサの残電荷を放電させる必要がある。

このため、入力部にノイズ除去用コンデンサを備えた電力変換装置は、メインリレーをオフした後に、ノイズ除去用コンデンサの電圧を低下させるために放電機構を備えることが多い（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２０５７５５号公報

しかしながら、上述したような特許文献１に記載の従来の放電方法は、放電用に別途放電機構を設けるため、回路規模が大型化してしまう。このため、上記従来の電力変換装置は大型化し、製造コストが高くなるという問題点があった。

また、上記従来の放電方法は、電力の供給が停止したか否かの判定方法は、充電用プラグが抜けたか否かで判断しているため、充電用プラグを挿した状態でメインリレーをオフしても、放電機構が反応しないという問題点があった。

本発明はかかる問題点を解決するために成されたものであって、特別な放電機構を追加することなく、内部の残留電荷を放電させることが可能な電力変換装置およびその制御方法を得ることを目的とする。

この発明は、スイッチ素子を有し、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ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、並列接続された抵抗とリレーとを有し、前記平滑コンデンサへの突入電流を防止する突入電流防止回路と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子および前記突入電流防止回路の前記リレーのオン／オフ制御を行う制御部とを備えた電力変換装置であって、前記制御部は、前記交流電源から供給される電力が停止したか否かを判定する電力供給判定手段を備え、前記電力供給判定手段が前記交流電源からの電力供給が停止したと判定したとき、前記制御部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子をオンするとともに前記突入電流防止回路の前記リレーをオフして、前記突入電流防止回路の前記抵抗および前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子を放電経路として、内部に残留した電荷を放電することを特徴とする電力変換装置である。

この発明は、スイッチ素子を有し、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ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、並列接続された抵抗とリレーとを有し、前記平滑コンデンサへの突入電流を防止する突入電流防止回路と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子および前記突入電流防止回路の前記リレーのオン／オフ制御を行う制御部とを備えた電力変換装置であって、前記制御部は、前記交流電源から供給される電力が停止したか否かを判定する電力供給判定手段を備え、前記電力供給判定手段が前記交流電源からの電力供給が停止したと判定したとき、前記制御部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子をオンするとともに前記突入電流防止回路の前記リレーをオフして、前記突入電流防止回路の前記抵抗および前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子を放電経路として、内部に残留した電荷を放電することを特徴とする電力変換装置であるので、特別な回路を必要とせず、残電荷の放電を行うことができ、回路の大型化およびコストアップの防止を図るという効果を奏する。

本発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態１による電力変換装置において、突入電流を防止するときの電流経路を示す図である。本発明の実施の形態１による電力変換装置において、昇圧動作を行うときの電流経路を示す図である。本発明の実施の形態１による電力変換装置において、昇圧動作を行うときの電流経路を示す図である。本発明の実施の形態１による電力変換装置において、交流電圧検出回路の電圧値と電力供給判定手段の判定結果との関係を表す図である。本発明の実施の形態１による電力変換装置において、電力供給判定手段がメインリレー５がオフされたと判定した場合の残留電荷の放電動作を行うときの電流経路を示す図である。本発明の実施の形態１による電力変換装置の変形例を示す構成図である。本発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態２による電力変換装置において、電力供給判定手段がメインリレー５がオフされたと判定した場合の残留電荷の放電動作を行うときの電流経路を示す図である。本発明の実施の形態２による電力変換装置の変形例を示す構成図である。本発明の実施の形態３による電力変換装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態３による電力変換装置において、電力供給判定手段がメインリレー５がオフされたと判定した場合の残留電荷の放電動作を行うときの電流経路を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置３とそれに接続される外部電源４の概略構成図である。

図１に示すように、外部電源４は、交流入力電源としての交流電圧電源１（以下、単に交流電源１と称す）と、外部電源４のシステムのメインとなるリレー５（メインリレー５）とが直列に接続され、さらにその後段には、メインリレー５の溶着を検出するためのリレー溶着検出回路６が交流電源１と並列に接続されている。リレー溶着検出回路６は、メインリレー５に溶着が無く、メインリレー５が正常に動作しているか否かを確認するものである。リレー溶着検出回路６の動作としては、例えば、メインリレー５の充電系統側に電圧を検出するセンサを予め設けておき、メインリレー５がオフしたときの両端子間の電圧をチェックして、溶断判断を行う。但し、これに限定するものではなく、リレー溶着検出回路６は、メインリレー５に溶着が無く、メインリレー５が正常に動作しているか否かを確認できるものであれば、任意の構成及び任意の動作であってよい。

外部電源４と接続される電力変換装置３は、外部電源４からの交流電圧を直流電圧に変換するものである。電力変換装置３の内部は、まず、入力段に、ノイズ規格を満足させるためにスイッチングノイズ除去を目的としたノイズ除去用コンデンサ２が接続され、その後段には、平滑コンデンサ１６に過大な電流（以下、突入電流）が流れ込むのを防止するための突入電流防止回路７と、限流回路としてのリアクトル１３とが順に接続されている。突入電流防止回路７は、図１に示すように、並列接続された突入電流防止抵抗８と充電用のリレー９（以下、充電リレー９）とで構成されている。また、ノイズ除去用コンデンサ２と突入電流防止回路７との間には、交流電源１からの入力電圧を取得する交流電圧検出回路３１が交流電源１と並列に接続されており、交流電源１からの入力電流値を取得する交流電流検出回路３２が交流電源１に直列に接続されている。また、リアクトル１３の出力側には、短絡用スイッチ１５ａと整流ダイオード１４ａ、短絡用スイッチ１５ｂと整流ダイオード１４ｂとが、それぞれ直列に接続された、２つの直列回路が接続され、それらの直列回路の中点が、それぞれ、リアクトル１３の出力側および交流電源１に接続されている。また、電力変換装置３の出力段には、直流電圧を平滑するための平滑コンデンサ１６が設けられ、整流ダイオード１４ａ，１４ｂのカソードが平滑コンデンサ１６の正極側端子に接続されている。また、平滑コンデンサ１６の負極側端子は短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂに接続されている。また、平滑コンデンサ１６に並列に平滑コンデンサ電圧検出回路３３が設けられている。短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂは、半導体スイッチ（半導体スイッチ素子）から構成されている。

さらに、電力変換装置３内には、制御部１０が設けられている。制御部１０は、制御線４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより、それぞれ、充電リレー９、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂをオン／オフ制御するための制御信号を送信する。また、制御部１０は、信号線４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより、それぞれ、交流電圧検出回路３１、交流電流検出回路３２、平滑コンデンサ電圧検出回路３３から、検出した電圧値または電流値を取得する。また、制御部１０は、メインリレー５がオフされることにより交流電源１からの電力供給が停止したか否かを判定する電力供給判定手段１１を備える。なお、後述する図２〜図４および図６〜図１２においては、制御部１０の図示が省略されているが、これは、図の簡略化を図るためであり、これらの図においても、すべて、図１と同様に、制御部１０が設けられているものとする。

このように、本実施の形態１においては、電力変換装置３は、ノイズ除去用コンデンサ２と、交流電圧検出回路３１と、交流電流検出回路３２と、突入電流防止抵抗８と充電リレー９とで構成された突入電流防止回路７と、リアクトル１３と、整流ダイオード１４ａ，１４ｂと、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂと、平滑コンデンサ電圧検出回路３３と、平滑コンデンサ１６と、制御部１０とから構成されている。

また、本実施の形態１においては、整流ダイオード１４ａ，１４ｂと、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂとが、交流電源１から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを構成している。

なお、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂは、ダイオードが逆並列接続された半導体スイッチ素子で構成したものを図１に示したが、これに限るものではなく、機械式のスイッチなどでも良い。

また、図１では、スイッチング素子を備えた力率改善ＡＣ／ＤＣコンバータの構成として、セミブリッジレス構成としたものを図示したが、これに限るものではなく、例えば、1石型ＰＦＣ回路でもインターリーブＰＦＣ回路でもよい。

以下、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置３の動作について説明する。通常、メインリレー５をオンすると、電荷が溜まっていない平滑コンデンサ１６に過大な電流（以下、突入電流）が交流電源１から流れる。このため、制御部１０は、メインリレー５がオンされた直後は、充電リレー９をオフし、交流電源１からの電流が突入電流防止抵抗８を通る経路に切り替えることで、図２の矢印で示すように、順に、交流電源１、メインリレー５、突入電流防止抵抗８、リアクトル１３、整流ダイオード１４ａ、平滑コンデンサ１６、短絡用スイッチ１５ｂという経路で電流を流すことで、平滑コンデンサ１６への突入電流を低減する。

次に、平滑コンデンサ１６に電荷が溜まってきて、平滑コンデンサ１６の電圧が上がると、交流電源１から電流が流れなくなる。このときに、制御部１０が、充電リレー９をオンすることで、順に、交流電源１、メインリレー５、充電リレー９、リアクトル１３という経路で電流が流れ、突入電流を防ぎながら、昇圧動作を行うようになる。

次に、電力変換装置３の昇圧動作について説明する。交流電源１の電圧が正の場合、まず、制御部１０は、図３に示すように、充電リレー９をオンし、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂをオンすることで、リアクトル１３に電流を流し、電力を蓄える。

次に、上記の状態のまま、制御部１０は、図４に示すように、短絡用スイッチ１５ａをオフする。すると、磁化されたリアクトル１３の両端に電圧が発生する（電圧の向きは直前まで流していた電流の向き）。以上の動作により、交流電源１の電圧Ｖａｃにリアクトル１３の電圧Ｖ_Ｌが加わることで、昇圧動作を行う。平滑コンデンサ１６の電圧をＶｄｃとすると以下の式（１）が成り立つ。

Ｖａｃ＋Ｖ_Ｌ＝Ｖｄｃ・・・（１）

この動作は、要するに、リアクトル１３を磁化させることで磁気エネルギーを貯め、その磁気エネルギーを再び電気エネルギーに変えて放出するための動作である。リアクトル１３に溜まる磁気エネルギーは以下の式で求まる。

Ｗ＝１／２ × Ｈ × Ｉ^２・・・（２）

なお、ここで、Ｗ：ジュール、Ｈ：インダクタンス、Ｉ：電流とする。

また、制御部１０は、上述したように、内部に、電力供給判定手段１１を備える。電力供給判定手段１１は、外部の交流電源１と電力変換装置３との電気系統（電源供給ライン）を接離するメインリレー５がオフされたか否かを判定することにより、交流電源１からの電力の供給が停止したか否かを判定するものである。ここで、実施の形態１による、制御部１０の電力供給判定手段１１の判定方法について説明する。メインリレー５がオフされて交流電源１からの電力供給がなくなった場合の、交流電圧検出回路３１により検出したノイズ除去用コンデンサ２の電圧波形を図５に示す。

図５において、横軸が時刻、縦軸がノイズ除去用コンデンサ２の電圧である。ノイズ除去用コンデンサ２の電圧を測定すれば、実質的に、交流電源１からの入力電圧（交流電源１の電圧値）を検出したことと同等となるので、交流電圧検出回路３１は、入力段のノイズ除去用コンデンサ２の電圧を検出することにより、電力変換装置３の入力端子間（交流電源１と接続される箇所）の電圧を検出する。

図５に示すように、ノイズ除去用コンデンサ２の電圧波形は、メインリレー５がオンの場合（すなわち、図５の時刻０から時刻ｔ_１までの時間範囲）は、一定の周波数および一定の振幅の正弦波曲線となっている。

一方、図５において、時刻ｔ_１で、メインリレー５がオフされたとすると、ノイズ除去用コンデンサ２の電圧は、時刻ｔ_１以降において、メインリレー５がオフする直前（すなわち、時刻ｔ_１の直前）の電圧のまま保持されることになる。すなわち、メインリレー５がオフされると、ノイズ除去用コンデンサ２の電圧の変動が殆どなくなる。

このことを利用して、制御部１０の電力供給判定手段１１は、常に、ノイズ除去用コンデンサ２の電圧値をモニタしており、現在時刻の電圧値と、現在時刻から予め設定された所定の時間（Δｔ）だけ遡った過去の時刻の電圧値とを比較し、当該所定の時間（Δｔ）における電圧変動の値（現在時刻の電圧値と当該過去の時刻の電圧値との差の絶対値）が、予め設定された所定の電圧範囲（ΔＶ）以下であるとき、メインリレー５が当該過去の時刻でオフされたと判定する。すなわち、図５の例では、電力供給判定手段１１は、時刻ｔ_１の電圧値と、時刻ｔ_１を始点とする所定の時間Δｔ経過後の時刻ｔ_２の電圧値とを検出し、それらの電圧値の差の絶対値が所定の電圧範囲（ΔＶ）以下であるとき、時刻ｔ_１でメインリレー５がオフされたと判定する。

次に、電力供給判定手段１１が、メインリレー５がオフされたと判定した場合の電力変換装置３の動作について説明する。メインリレー５がオフされたとき、電力変換装置３の入力端子間（交流電源１と接続される箇所）の電圧、つまり、電力変換装置３の入力段のノイズ除去用コンデンサ２の残留電荷を放電させる必要がある。このため、制御部１０は、電力供給判定手段１１によってメインリレー５がオフされたと判定されたとき、図６に示すように、充電リレー９をオフ、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂをオンすることで、順に、ノイズ除去用コンデンサ２、突入電流防止抵抗８、リアクトル１３、短絡用スイッチ１５ａ、短絡用スイッチ１５ｂ、ノイズ除去用コンデンサ２という、図６の矢印で示す電流経路を放電経路として、ノイズ除去用コンデンサ２の残留電荷を放電する。

なお、上記実施の形態１では、平滑コンデンサ１６に、整流ダイオード１４ａ，１４ｂを接続したが、これらの整流ダイオード１４ａ，１４ｂに替わって、半導体スイッチを接続し、オン／オフ制御により同様の動作をさせても良い。

また、本実施の形態１の電力変換装置３は、図１に示すセミブリッジ構成としたが、これに限るものではなく、例えば、図７のように、突入電流防止回路７の前段に（すなわち、交流電源１と突入電流防止回路７との間に）、整流回路としてダイオードブリッジ１２を挿入した構成の電力変換装置３Ａとしても良い。この場合には、図７に示すように、リアクトル１３の後段には、整流ダイオード１４および短絡用スイッチ１５がそれぞれ１個ずつと、平滑コンデンサ電圧検出回路３３と、平滑コンデンサ１６とが接続されている。従って、図７に示す本実施の形態１の変形例においては、ダイオードブリッジ１２と、整流ダイオード１４と、短絡用スイッチ１５とが、交流電源１から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを構成している。なお、図７の構成においては、制御部１０の図示が省略されているが、制御部１０が、突入電流防止回路７の充電リレー９のオン／オフ制御と、短絡用スイッチ１５のオン／オフ制御を行うものとする。他の構成および動作については、図１の電力変換装置３と同じである。

以上のように、本実施の形態１においては、１以上の短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂ（スイッチ素子）を有し、交流電源１から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）と、直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１６と、交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、並列接続された突入電流防止抵抗８と充電リレー９とを有し、平滑コンデンサ１６への突入電流を防止する突入電流防止回路７と、ＡＣ／ＤＣコンバータの短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂおよび突入電流防止回路７の充電リレー９のオン／オフ制御を行う制御部１０とを備えた電力変換装置であって、制御部１０は、交流電源１から供給される電力が停止したか否かを判定する電力供給判定手段１１を備え、電力供給判定手段１１が交流電源１からの電力供給が停止したと判定したとき、制御部１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータの短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂをオンするとともに突入電流防止回路７の充電リレー９をオフして、ＡＣ／ＤＣコンバータの短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂおよび突入電流防止回路７の突入電流防止抵抗８を放電経路として、電力変換装置３内部の残留電荷を放電するようにしたので、一般的に電力変換装置に設けられている突入電流防止回路７を使って電力変換装置３内部の残留電荷を放電でき、従来のような特別な放電機構を必要とせず、残留電荷の放電を行うことができ、回路の大型化およびコストアップの防止を図るという効果を奏する。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置３Ｂについて説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置３Ｂの概略構成図である。本発明の実施の形態２に係る電力変換装置３Ｂは、図１に示した本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のリアクトル１３の後段に（すなわち、リアクトル１３と平滑コンデンサ１６との間に）、インバータ回路２１が追加された電力変換装置である。インバータ回路２１を構成する単相インバータは、ダイオードが逆並列に接続されたMOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチ１８，１９（半導体スイッチング素子）と、ダイオード１７，２０と、直流電圧源２２（直流コンデンサ）とから構成される。また、直流電圧源２２に並列して、直流電圧源２２の電圧値を検出する直流電圧源電圧検出回路３４が接続されている。なお、図８においては、制御部１０の図示が省略されているが、この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、制御部１０が設けられているものとする。直流電圧源電圧検出回路３４の検出値は、制御部１０に入力される。また、本実施の形態２では、制御部１０が、突入電流防止回路７の充電リレー９のオン／オフ制御と、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂのオン／オフ制御と、インバータ回路２１の半導体スイッチ１８，１９のオン／オフ制御とを行うものとする。他の構成については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

インバータ回路２１においては、ダイオード１７のアノード側に半導体スイッチ１８が配置され、当該ダイオード１７と半導体スイッチ１８とが直列に接続された直列回路が構成され、当該直列回路の中点はリアクトル１３の出力側に接続されている。また、ダイオード２０のカソード側に半導体スイッチ１９が配置され、当該半導体スイッチ１９とダイオード２０とが直列に接続された直列回路が構成され、当該直列回路の中点は、ＡＣ／ＤＣコンバータの整流ダイオード１４ａと短絡用スイッチ１５ａとからなる直列回路の中点に接続されている。また、ダイオード１７のカソードが半導体スイッチ１９に接続されるとともに、ダイオード２０のアノードが半導体スイッチ１８に接続されている。また、ダイオード１７と半導体スイッチ１８、および、半導体スイッチ１９とダイオード２０とで構成される、２つの直列回路に対して、並列に直流電圧源２２が接続され、さらに、直流電圧源２２に並列して直流電圧源電圧検出回路３４が接続されている。

このように構成されたインバータ回路２１は、前段に交流電源１からの交流電圧が入力され、後段に整流ダイオード１４ａ，１４ｂを介して平滑コンデンサ１６の正極側端子が接続されるとともに短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂを介して平滑コンデンサ１６の負極側端子が接続されている。

本実施の形態２においては、電力変換装置３Ｂは、ノイズ除去用コンデンサ２と、交流電圧検出回路３１と、交流電流検出回路３２と、突入電流防止抵抗８と充電リレー９とで構成された突入電流防止回路７と、リアクトル１３と、インバータ回路２１と、整流ダイオード１４ａ，１４ｂと、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂと、平滑コンデンサ電圧検出回路３３と、平滑コンデンサ１６と、制御部１０とから構成されている。

また、本実施の形態２においては、整流ダイオード１４ａ，１４ｂと、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂと、インバータ回路２１とが、交流電源１から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを構成している。

なお、図８においては、リアクトル１３の後段にインバータ回路２１が接続されているが、この場合に限らず、リアクトル１３は、インバータ回路２１の後段に直列接続しても良い。

このように、本実施の形態２においては、上述した図８に示す構成を有しているので、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに、上記実施の形態１で用いたリアクトル１３にかかる電圧値が抑えられるため、比較的高価とされている磁性部品を安価で小型化なものを使用できる。

以下、この実施の形態２において、制御部１０の電力供給判定手段１１が、メインリレー５がオフされて交流電源１からの電力の供給が停止されたと判定したときの動作について説明する。なお、判定の動作自体は、実施の形態１と同じであるため、ここでは、実施の形態１の説明および図５を参照し、説明は省略する。

実施の形態２において、制御部１０の電力供給判定手段１１が、メインリレー５がオフされて交流電源１からの電力の供給が停止したと判定したとき、制御部１０は、充電リレー９をオフ、半導体スイッチ１８をオン、半導体スイッチ１９をオフ、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂをオンすることで、図９に示すように、順に、ノイズ除去用コンデンサ２、突入電流防止抵抗８、リアクトル１３、半導体スイッチ１８、ダイオード２０、短絡用スイッチ１５ａ、短絡用スイッチ１５ｂ、ノイズ除去用コンデンサ２という、図９の矢印で示す電流経路を放電経路として、ノイズ除去用コンデンサ２の残留電荷を放電することができる。

なお、この実施の形態２のインバータ回路２１は半導体スイッチ１８，１９とダイオード１７，２０で構成されているものを使用したが、これに限るものではなく、例えば半導体スイッチのみで構成されてもよい。

尚、上記の図８では、インバータ回路２１は１つの単相インバータで構成されたものを示したが、本実施の形態２の変形例として、図１０に示すように、複数個（２以上）の単相インバータを直列に接続してインバータ回路２１を構成するようにしても良い。なお、図９に示す単相インバータ２１ａ，２１ｂは、それぞれ、図８のインバータ回路２１と同じ構成を有している。また、図９では、単相インバータが２つ設けられている例を図示しているが、単相インバータの個数は任意の複数個（２以上）であってよい。従って、図１０に示す本実施の形態２の変形例においては、整流ダイオード１４ａ，１４ｂと、短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂと、複数の単相インバータから構成されたインバータ回路２１とが、交流電源１から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを構成している。

以上のように、本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに、本実施の形態２においては、ＡＣ／ＤＣコンバータが、図８および図１０に示されるように、複数の半導体スイッチ１８，１９（半導体スイッチング素子）と直流電圧源２２（直流コンデンサ）とを有する単相インバータを１以上直列接続して構成され、前段に交流電源１からの交流電圧が入力され、後段に整流ダイオード１４ａ，１４ｂを介して平滑コンデンサ１６の正極側端子が接続されるとともに短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂを介して平滑コンデンサ１６の負極側端子が接続された、インバータ回路２１をさらに備えるようにしたので、リアクトル１３にかかる電圧値が抑えられるため、比較的高価とされている磁性部品に安価で小型化なものを使用できるので、製造コストを低く抑えることができるという効果も得られる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置について説明する。図１１はこの実施の形態３に係る電力変換装置３Ｃの概略構成図である。図１１に示すように、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置３Ｃは、図１に示す交流電流検出回路３２と突入電流防止回路７との間に、交流電源１からの交流電圧を整流する整流回路としてのダイオードブリッジ１２が設けられ、かつ、図１に示す短絡用スイッチ１５ａ，１５ｂと整流ダイオード１４ａ，１４ｂとからなる２つの直列回路の代わりに、半導体スイッチ５１と、ハーフブリッジ構成のインバータ回路５０と、半導体スイッチ５４とからなる直列回路が設けられている点が図１と異なる。インバータ回路５０は、２つの半導体スイッチ５２，５３と直流電圧源２２とを有している。インバータ回路５０の詳細な構成については後述する。なお、図１１においては、制御部１０の図示が省略されているが、この実施の形態３においても、実施の形態１および２と同様に、制御部１０が設けられているものとする。本実施の形態３においては、制御部１０は、突入電流防止回路７の充電リレー９のオン／オフ制御と、半導体スイッチ５１〜５４のオン／オフ制御とを行う。他の構成および動作については、実施の形態１または２と同じであるので、ここでは説明を省略する。

ダイオードブリッジ１２の出力端子の第１端子は、突入電流防止回路７に接続され、リアクトル１３の後段にはハーフブリッジ構成のインバータ回路５０の交流側端子が接続される。半導体スイッチ５１は、インバータ回路５０の正極側端子（正極側母線）と平滑コンデンサ１６の正極側端子との間に接続される。半導体スイッチ５４は、インバータ回路５０の負極側端子（負極側母線）と平滑コンデンサ１６の負極側端子との間に接続される。また、平滑コンデンサ１６の負極側は、ダイオードブリッジ１２の出力端子の第２端子に接続される。

インバータ回路５０は、直列接続された半導体スイッチ５２，５３と、それらの半導体スイッチ５２，５３からなる直列回路に並列に接続された直流電圧源２２（直流コンデンサ）とから構成されるハーフブリッジ構成のインバータであり、図１１に示すように、母線に直列に挿入されている。また、直流電圧源２２に並列して、直流電圧源２２の電圧を検出するための直流電圧源電圧検出回路３４が接続されている。直流電圧源電圧検出回路３４の検出値は、制御部１０に入力される。インバータ回路５０においては、半導体スイッチ５２，５３からなる直列回路の中点が、リアクトル１３の出力側に接続されている。

このように、本実施の形態３においては、電力変換装置３Ｃは、ノイズ除去用コンデンサ２と、交流電圧検出回路３１と、交流電流検出回路３２と、ダイオードブリッジ１２と、突入電流防止抵抗８と充電リレー９とで構成された突入電流防止回路７と、リアクトル１３と、半導体スイッチ５１と、インバータ回路５０と、半導体スイッチ５４と、平滑コンデンサ電圧検出回路３３と、平滑コンデンサ１６と、制御部１０とから構成されている。

また、本実施の形態３においては、ダイオードブリッジ１２と、半導体スイッチ５１と、インバータ回路５０と、半導体スイッチ５４とが、交流電源１から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを構成している。

この実施の形態３においては、制御部１０は、直流電圧源電圧検出回路３４で検出された電圧値に基づいて、直流電圧源２２に対する直流電圧源目標電圧を演算により求めるとともに、平滑コンデンサ電圧検出回路で検出された電圧値に基づいて、平滑コンデンサ１６に対する平滑コンデンサ目標電圧を演算により求める。そうして、制御部１０は、インバータ回路５０の直流電圧源２２の電圧を直流電圧源目標電圧に追従させるように半導体スイッチ５４のオン／オフ制御を行うとともに、平滑コンデンサ１６の電圧を平滑コンデンサ目標電圧に追従させ、交流電源１からの入力力率を改善するように、半導体スイッチ５２および半導体スイッチ５３のオン／オフ制御を行う。

この実施の形態３では、上述したように、図１１に示す構成を有しているため、上記実施の形態２と同様の効果が得られると共に、さらに、より少ない半導体素子数で構成することができるため、高力率制御とコンデンサの充放電制御とリアクトルへの電圧急変防止機能を実現でき、それにより、電力変換装置の小型化、軽量化を実現することができる。

次に、この実施の形態３において、制御部１０の電力供給判定手段１１が、メインリレー５がオフされたと判定したときの動作について説明する。なお、判定の動作自体は、実施の形態１と同じであるため、ここでは、実施の形態１の説明および図５を参照し、説明は省略する。

実施の形態３において、制御部１０の電力供給判定手段１１が、メインリレー５がオフされて交流電源１からの電力の供給が停止したと判定したとき、制御部１０は、充電リレー９をオフ、半導体スイッチ５１をオフ、半導体スイッチ５２をオフ、半導体スイッチ５３をオン、半導体スイッチ５４をオンすることで、順に、図１２に示すように、ノイズ除去用コンデンサ２、ダイオードブリッジ１２、突入電流防止抵抗８、リアクトル１３、半導体スイッチ５３、半導体スイッチ５４、ダイオードブリッジ１２、ノイズ除去用コンデンサ２という、図１２の矢印で示す電流経路を放電経路として、ノイズ除去用コンデンサ２の残留電荷を放電することができる。

以上のように、本実施の形態３によれば、上記実施の形態１，２と同様の効果が得られると共に、さらに、本実施の形態３では、ＡＣ／ＤＣコンバータが、交流電源１からの交流電圧を整流する整流回路としてのダイオードブリッジ１２と、ダイオードブリッジ１２に接続され、半導体スイッチ５２と半導体スイッチ５３と直流電圧源２２（直流コンデンサ）とから構成されたハーフブリッジ型のインバータ回路５０と、インバータ回路５０の正極側端子と平滑コンデンサ１６の正極側端子との間に接続された半導体スイッチ５１と、インバータ回路５０の負極側端子と平滑コンデンサ１６の負極側端子との間に接続された半導体スイッチ５４とを備え、制御部１０は、インバータ回路５０の直流電圧源２２の電圧を直流電圧源目標電圧に追従させるように半導体スイッチ５４のオン／オフ制御を行うとともに、平滑コンデンサ１６の電圧を平滑コンデンサ目標電圧に追従させ、交流電源１からの入力力率を改善するように、半導体スイッチ５２および半導体スイッチ５３のオン／オフ制御を行うようにしたので、より少ない半導体素子数で構成し、高力率制御と平滑コンデンサ１６の充放電制御とリアクトル１３への電圧急変防止機能を実現できるため、電力変換装置の小型化、軽量化を実現することができる。

なお、上記各実施の形態１〜３では、メインリレー５および充電リレー９には共にリレーを用いているが、これに限るものではなく、例えば、MOSFETやIGBT等のスイッチング素子を用いるようにしても良い。

なお、上記各実施の形態１〜３の電力変換装置は、昇圧回路について説明しているが、これに限るものではなく、例えば、降圧回路でも良い。

１交流電源、２ノイズ除去用コンデンサ、３電力変換装置、４外部電源、５メインリレー、６リレー溶着検出回路、７突入電流防止回路、８突入電流防止抵抗、９充電リレー、１０制御部、１３リアクトル、１４，１４ａ，１４ｂ整流ダイオード、１５，１５ａ，１５ｂ短絡用スイッチ、１６平滑コンデンサ、１７，２０ダイオード、１８，１９半導体スイッチ、２１インバータ回路、２２直流電圧源、３１交流電圧検出回路、３２交流電流検出回路、３３平滑コンデンサ電圧検出回路、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ制御線、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ信号線、３４直流電圧源電圧検出回路、５０インバータ回路、５１，５２，５３，５４半導体スイッチ。

この発明は、スイッチ素子を有し、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ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、スイッチングノイズを除去するノイズ除去用コンデンサと、前記ノイズ除去用コンデンサと前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、並列接続された抵抗とリレーとを有し、前記平滑コンデンサへの突入電流を防止する突入電流防止回路と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子および前記突入電流防止回路の前記リレーのオン／オフ制御を行う制御部とを備えた電力変換装置であって、前記制御部は、前記交流電源から供給される電力が停止したか否かを判定する電力供給判定手段を備え、前記電力変換装置は、前記交流電源から入力される前記交流電圧の電圧値を検出する交流電圧検出回路を備え、前記交流電圧検出回路によって所定の期間内に検出される前記電圧値の変動幅が所定範囲以下のとき、前記電力変換装置は、前記交流電源からの電力供給が停止したと判定し、前記電力供給判定手段が前記交流電源からの電力供給が停止したと判定したとき、前記制御部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子をオンするとともに前記突入電流防止回路の前記リレーをオフして、前記突入電流防止回路の前記抵抗および前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子を放電経路として、前記ノイズ除去用コンデンサに残留した電荷を放電することを特徴とする電力変換装置である。

この発明は、スイッチ素子を有し、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ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、スイッチングノイズを除去するノイズ除去用コンデンサと、前記ノイズ除去用コンデンサと前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、並列接続された抵抗とリレーとを有し、前記平滑コンデンサへの突入電流を防止する突入電流防止回路と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子および前記突入電流防止回路の前記リレーのオン／オフ制御を行う制御部とを備えた電力変換装置であって、前記制御部は、前記交流電源から供給される電力が停止したか否かを判定する電力供給判定手段を備え、前記電力変換装置は、前記交流電源から入力される前記交流電圧の電圧値を検出する交流電圧検出回路を備え、前記交流電圧検出回路によって所定の期間内に検出される前記電圧値の変動幅が所定範囲以下のとき、前記電力変換装置は、前記交流電源からの電力供給が停止したと判定し、前記電力供給判定手段が前記交流電源からの電力供給が停止したと判定したとき、前記制御部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子をオンするとともに前記突入電流防止回路の前記リレーをオフして、前記突入電流防止回路の前記抵抗および前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子を放電経路として、前記ノイズ除去用コンデンサに残留した電荷を放電することを特徴とする電力変換装置であるので、特別な回路を必要とせず、残電荷の放電を行うことができ、回路の大型化およびコストアップの防止を図るという効果を奏する。

Claims

スイッチ素子を有し、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ＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記交流電源と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、並列接続された抵抗とリレーとを有し、前記平滑コンデンサへの突入電流を防止する突入電流防止回路と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子および前記突入電流防止回路の前記リレーのオン／オフ制御を行う制御部と
を備えた電力変換装置であって、
前記制御部は、前記交流電源から供給される電力が停止したか否かを判定する電力供給判定手段を備え、
前記電力供給判定手段が前記交流電源からの電力供給が停止したと判定したとき、前記制御部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子をオンするとともに前記突入電流防止回路の前記リレーをオフして、前記突入電流防止回路の前記抵抗および前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子を放電経路として、内部に残留した電荷を放電する
ことを特徴とする電力変換装置。
前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、
複数の半導体スイッチング素子と直流コンデンサとを有する単相インバータを１以上直列接続して構成され、前段に前記交流電源からの交流電圧が入力され、後段に整流ダイオードを介して前記平滑コンデンサの正極側端子が接続されるとともに前記スイッチ素子を介して前記平滑コンデンサの負極側端子が接続された、インバータ回路
をさらに有し、
前記電力供給判定手段が前記交流電源からの電力供給が停止したと判定したとき、前記制御部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子をオンし、前記突入電流防止回路の前記リレーをオフするとともに、前記インバータ回路の前記半導体スイッチング素子の少なくとも１つをオンして、前記突入電流防止回路の前記抵抗、前記インバータ回路のオンされた前記半導体スイッチング素子および前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子を放電経路として、内部に残留した電荷を放電する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、
前記スイッチ素子として、第１から第４までのスイッチ素子を備え、
前記交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路に接続され、前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子と直流コンデンサとから構成されたハーフブリッジ型のインバータ回路と、
前記インバータ回路の正極側端子と前記平滑コンデンサの正極側端子との間に接続された前記第３のスイッチ素子と、
前記インバータ回路の負極側端子と前記平滑コンデンサの負極側端子との間に接続された前記第４のスイッチ素子と
から構成され、
前記電力供給判定手段が前記交流電源からの電力供給が停止したと判定したとき、前記制御部は、前記突入電流防止回路の前記リレーをオフし、前記インバータ回路の前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の少なくともいずれか一方をオンするとともに、前記第４のスイッチ素子をオンして、前記整流回路、前記突入電流防止回路の前記抵抗、および、前記インバータ回路のオンされた前記スイッチ素子を放電経路として、内部に残留した電荷を放電する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記電力変換装置は、前記交流電源から入力される前記交流電圧の電圧値を検出する交流電圧検出回路を備え、
所定時間における前記交流電圧検出回路によって検出される前記電圧値の変動範囲が所定値を下回ったとき、前記電力供給判定手段は、前記交流電源からの電力供給が停止したと判定する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
スイッチ素子を有し、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ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ＡＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、並列接続された抵抗とリレーとを有し、前記平滑コンデンサへの突入電流を防止する突入電流防止回路とを備えた電力変換装置の制御方法であって、
前記交流電源から入力される前記交流電圧の電圧値を検出する交流電圧検出ステップと、
検出された前記交流電圧の電圧値に基づいて、前記交流電源から供給される電力が停止したか否かを判定する電力供給判定ステップと、
前記交流電源からの電力供給が停止したと判定された場合に、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子をオンするとともに前記突入電流防止回路の前記リレーをオフして、前記突入電流防止回路の前記抵抗および前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記スイッチ素子を放電経路として、内部に残留した電荷を放電する放電ステップと
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。