JP2014075949A - 直流電源装置、モータ駆動装置、空気調和装置、冷蔵庫およびヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路損失を低く抑えた直流電源装置を得ること。
【解決手段】本発明にかかる直流電源装置は、交流電源１の交流電圧を直流電圧に整流する整流手段３と、直流電圧を平滑する平滑手段４と、整流手段３の入力側に接続された低周波リアクタ２と、低周波リアクタ２に並列に接続された短絡手段１０と、整流手段３と平滑手段４の間に接続され、高周波リアクタ５（５ａ，５ｂ）、スイッチング手段６（６ａ，６ｂ）および逆流防止ダイオード７（７ａまたは７ｂ）からなる一つ以上の昇圧手段８（８ａ，８ｂ）と、短絡手段１０とスイッチング手段６を動作させる制御手段１４と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のリアクタを備えた直流電源装置、モータ駆動装置、空気調和装置、冷蔵庫およびヒートポンプ給湯装置に関する。

従来の直流電源装置として、例えば特許文献１には、入力電源の交流電圧を直流電圧に変換して負荷に電力を供給する整流回路と、整流回路の入力側または出力側に接続されたリアクタと、リアクタを介して短絡するオン／オフ動作によってリアクタに対するエネルギーの蓄積および放出を制御するスイッチング手段と、リアクタから放出されたエネルギーによって充電を行う平滑手段と、電源交流電圧のゼロクロスを検出する交流電圧ゼロクロス検出手段と、電源交流電圧に比例した入力電流が流れるように、スイッチング手段を高周波スイッチング制御する第１の制御手段と、検出したゼロクロス毎に予め設定された回数だけ、かつ設定された時間、スイッチング手段をスイッチング制御する第２の制御手段と、複数のリアクタと、を備え、複数のリアクタのいずれかを選択可能とし、スイッチング損失が小さく、回路効率の点で優位性のある第２の制御手段で力率改善を十分に対応できる昇圧範囲では第２の制御を実施し、対応できない範囲では第１の制御手段で第１の制御を実施している。具体的には、負荷の大きさによって、第１の制御手段と第２の制御手段のうちどちらかを選択し切り替えている。また、リアクタの切替え、および制御方法の切替えは、リアクタ通電中に実施してもよいし、そうすることで何か問題がある場合には、制御装置は一旦整流回路の通電を止め（その手法も特に問わない）、リアクタに電流が流れていない状態で、切り替えを実施するようにする電源装置が提案されている。

また、特許文献２で提案されている電源装置は、特許文献２の図１に示されているように、整流回路の出力を２つの電流経路に分岐し、一方の電流経路にインダクタ素子Ｌ１１を、他方の電流経路にインダクタ素子Ｌ１２を設ける。この電源装置において、Ｌ１１の電流ＩＬ１１は、トランジスタＱ１１のオン／オフによって制御され、Ｌ１２の電流ＩＬ１２は、トランジスタＱ１２のオン／オフによって制御される。また、Ｑ１１，Ｑ１２がオフの際のＬ１１，Ｌ１２からの出力電流ＩＬ１１，ＩＬ１２は、それぞれ逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２を介して平滑手段に供給される。また、Ｑ１１，Ｑ１２のゲートをそれぞれ異なる位相で駆動する。これによって、各トランジスタに流れるスイッチング電流を小さくでき、さらに、電流（ＩＬ１１＋ＩＬ１２）のリプル成分ΔＩ１を小さくしている。

特開２００７−１３５２５４号公報 特開２００７−１９５２８２号公報

特許文献１に記載の電源装置は、第１の制御と、第２の制御を、効率が良い方に切り替えているが、リアクタが通電中に制御が切り替わると、リアクタに蓄積されていたエネルギーにより、リアクタ切り替え手段に高電圧がかかり、リアクタ切り替え手段を破損する可能性が高い。これに対して、一度停止させた状態でリアクタを切り替えるようにすると、この電源装置を空気調和装置に適用した場合には空気調和装置の連続運転ができなくなるので、空気調和装置の快適性、省エネ性を損なってしまう問題が発生する。

また、特許文献１に記載の電源装置を空気調和装置に適用した場合には以下のような問題も発生する。すなわち、電源装置は、リアクタをどちらに切り替えても必ず逆流防止ダイオードを通流する構成となっているが、空気調和装置では、スイッチング手段を動作させなくても、電源電流が高調波電流規制値以下となるような低負荷運転をする場合があるので、スイッチング手段を動作させない全波整流動作させた場合、逆流防止ダイオードは不要であるのに、電流は逆流防止ダイオードを流れるので、逆流防止ダイオードで損失が発生してしまうという問題がある。

また、特許文献２に記載の電源装置では、リアクタを並列に接続している構成のため、軽負荷での回路損失が大きいという問題がある。すなわち、スイッチング手段を動作させない場合には、整流回路のインダクタンスが小さくなり、高調波電流が発生しやすいことから、低負荷で昇圧する必要のないときでも高調波電流対策として、スイッチング手段を動作させなければならず、低負荷での回路損失が大きいという問題がある。また、逆流防止ダイオードを複数備えると、スイッチング手段を動作させない全波整流動作させた場合、逆流防止ダイオードは不要であるのに、電流は複数の逆流防止ダイオードを流れることになり、逆流防止ダイオードで損失が発生してしまうという問題がある。

また、スイッチング手段にＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を採用することで、スイッチング手段のオン／オフの動作周波数を高くし、昇圧手段の高周波リアクタのインダクタンスをさらに小さくすることが可能であるが、インダクタンスの大きい低周波リアクタからインダクタンスの小さい高周波リアクタへリアクタを切り替えた時、平滑手段の両端電圧は低周波リアクタを接続しているときに比べて、低周波リアクタを接続していないときの電圧のほうが高いため、突入電流が流れる。高周波リアクタのインダクタンスが小さい程、突入電流が流れやすく、逆流防止ダイオードの故障につながり、高周波リアクタのインダクタンスを小さくできず、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体の性能を充分に発揮できないという問題がある。あるいは、高周波リアクタのインダクタンスを小さくすることができても、逆流防止ダイオードの電流容量を大きくする必要があり、高コストとなるという問題がある。

また、特許文献１の電源装置において記載は無いが、例えば、交流電源の交流電圧がＡＣ２００Ｖや２３０Ｖの場合、電源投入時の突入電流を防止するために、平滑手段が充電されるまでは突入電流防止用抵抗器に電流が流れるようにし、平滑手段の充電が終わると突入電流防止用抵抗器に電流が流れないように短絡する切り替え手段を備える必要がある。そのため、リアクタ切り替え用の切り替え手段を備えると、計２つの切り替え手段を電流が流れることになり、切り替え手段での損失が発生してしまうという問題がある。特に切り替え手段が機械式リレーであれば、リレーの駆動電力も発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のリアクタを使用した電源装置においてリアクタの切り替え時に部品耐圧を超える高電圧を発生させることのない電源装置を得ることを目的とする。

また、空気調和装置に適用した場合においても快適性、省エネ性を損なうことのない電源装置を得ることを目的とする。

また、逆流防止ダイオードでの通流損失を無くし、スイッチング手段を動作させない状態で運転している場合の変換損失を小さくすることができる電源装置を得ることを目的とする。さらに、逆流防止ダイオードを複数備えた構成であっても、一つの短絡手段で逆流防止ダイオードでの通流損失を無くすことができる電源装置を得ることを目的とする。

また、昇圧手段を複数備えて、高周波リアクタのインダクタンスを小さくした場合や、スイッチング手段にＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を用いて、スイッチング手段のオン／オフの動作周波数を高くして、高周波リアクタのインダクタンスをさらに小さくした場合であっても、低周波リアクタと高周波リアクタの切り替え時に突入電流が流れないようにすることができる電源装置を得ることを目的とする。

また、突入電流防止用の抵抗器の切り替え手段やリアクタの切り替え手段における損失を低く抑えることができる電源装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる直流電源装置は、交流電源の交流電圧を直流電圧に整流する整流手段と、直流電圧を平滑する平滑手段と、前記整流手段の入力側または出力側に接続された低周波リアクタと、前記低周波リアクタに並列に接続された短絡手段と、前記整流手段と前記平滑手段の間に接続され、高周波リアクタ、スイッチング手段および逆流防止ダイオードからなる一つ以上の昇圧手段と、前記短絡手段と前記スイッチング手段を動作させる制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、回路損失を低く抑えた直流電源装置を実現できるという効果を奏する。

また、低周波リアクタを使用しているときは、第２の短絡手段を短絡させ、高周波リアクタと逆流防止ダイオードを短絡するようにしているので、逆流防止ダイオードの損失を無くすことができ、低負荷時の損失を小さくすることができるという効果を奏する。

また、高周波リアクタ、スイッチング手段および逆流防止ダイオードからなる昇圧手段を複数備えている場合でも、第２の短絡手段を短絡させることで、複数の高周波リアクタと逆流防止ダイオードを短絡させることができ、複数の逆流防止ダイオードにおける損失を無くすことができ、低負荷時の損失を小さくすることができるという効果を奏する。

また、スイッチング手段をワイドバンドギャップ半導体で構成すると、スイッチング損失が小さくスイッチング手段のオン／オフの動作周波数を上げることができ、高周波リアクタのインダクタンスをさらに小さくしても、リアクタを切り替える際にスイッチング手段を動作させて、平滑手段の両端電圧を電源電圧のピーク値以上にしてから低周波リアクタを短絡手段により短絡させているので、高周波リアクタのインダクタンスが小さくても低周波リアクタを短絡手段により短絡させた瞬間の突入電流が小さい、という効果を奏する。

また、電源投入時の突入電流は、第１のリアクタおよび突入電流防止用抵抗器を流れ、平滑手段が充電されると第３の短絡手段を短絡させるが、短絡手段を短絡させた場合は、第３の短絡手段を開放するようにしているので、電流は短絡手段か第３の短絡手段のどちらか一方を通るだけとなり、リアクタの切り替え用の短絡手段が増えても、短絡手段での損失が増加しないという効果を奏する。さらに、短絡手段が機械式リレーの場合は、リレー駆動電力も増加させないので効果が大きい。

また、低周波リアクタに流れる電流は、直流電源装置が流すことのできる最大電流よりも小さいので、低周波リアクタの電流容量を小さくすることができ、小型化できる。

図１は、実施の形態１の直流電源装置の構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の制御動作を示す図である。 図３は、低負荷モード時の電源電流波形の一例を示す図である。 図４は、高負荷モード時の電源電流波形の一例を示す図である。 図５は、実施の形態１の直流電源装置における損失−電源電流特性の一例を示す図である。 図６は、実施の形態１の直流電源装置の別の構成例を示す図である。 図７は、実施の形態２の直流電源装置の構成例を示す図である。 図８−１は、実施の形態２の制御動作を示す図である。 図８−２は、実施の形態２の制御動作を示す図である。 図９は、実施の形態３の直流電源装置の構成例を示す図である。 図１０−１は、実施の形態３の制御動作を示す図である。 図１０−２は、実施の形態３の制御動作を示す図である。 図１１は、実施の形態４の直流電源装置の構成例を示す図である。 図１２は、各昇圧手段のそれぞれの逆流防止ダイオードに対して個別に短絡手段を備えた直流電源装置の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる直流電源装置、モータ駆動装置、空気調和装置、冷蔵庫およびヒートポンプ給湯装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる直流電源装置の実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態の直流電源装置は、交流電源１と、低周波リアクタ２と、整流手段３と、平滑手段４と、高周波リアクタ５ａおよび５ｂと、スイッチング手段６ａおよび６ｂと、逆流防止ダイオード７ａおよび７ｂと、昇圧手段８ａおよび８ｂと、短絡手段１０と、電源電流検出手段１１と、電源電圧検出手段１２と、直流電圧検出手段１３と、制御手段１４と、突入電流防止用抵抗器１６と、短絡手段１７と、を備えている。直流負荷９は、インバータなどの負荷であり、直流電源装置から電力の供給を受けて動作する。本実施の形態および実施の形態２以降で説明する直流電源装置は、空気調和装置、冷蔵庫、ヒートポンプ給湯装置などを構成するモータ駆動装置の電源装置として使用可能である。

図１に示したように、交流電源１は、低周波リアクタ２を介して整流手段３で全波整流され、昇圧手段８ａおよび８ｂを介して平滑手段４で平滑される。なお、昇圧手段は昇圧手段８ａ一つでも良いし、昇圧手段８ａと昇圧手段８ｂに並列に、さらに数段接続しても良い。

低周波リアクタ２は、例えば、本実施の形態の電源装置が流すことのできる交流電流の１／４の電流に対して、４ｍＨのインダクタンス特性である。ただし、特にインダクタンス特性に制限を設けるものではなく、高調波電流、効率、重量、体積から適切に選定すれば良い。短絡手段１０は、低周波リアクタ２に並列に接続されている。

昇圧手段８ａは、高周波リアクタ５ａ、スイッチング手段６ａおよび逆流防止ダイオード７ａで構成され、同様に、昇圧手段８ｂは、高周波リアクタ５ｂ、スイッチング手段６ｂおよび逆流防止ダイオード７ｂで構成されている。

高周波リアクタ５ａおよび５ｂは、例えば、本実施の形態の電源装置が流すことができる交流電流の最大電流に対して、２００μＨのインダクタンス特性である。また、特に高周波鉄損が小さいコアを用いている。ただし、特にインダクタンス特性に制限を設けるものではなく、スイッチング手段６ａおよび６ｂのスイッチング周波数、効率、熱、重量、体積等から適切に選定すれば良い。

スイッチング手段６ａは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）で構成され、コレクタまたはドレインが高周波リアクタ５ａと逆流防止ダイオード７ａの間に接続され、エミッタまたはソースが整流手段３の−側出力端子と平滑手段４の−側端子に接続されている。スイッチング手段６ｂは、コレクタまたはドレインが高周波リアクタ５ｂと逆流防止ダイオード７ｂの間に接続され、エミッタまたはソースが整流手段３の−側出力端子と平滑手段４の−側端子に接続されている。

逆流防止ダイオード７ａは、アノードが、高周波リアクタ５ａとスイッチング手段６ａに接続され、カソードが平滑手段４に接続されている。逆流防止ダイオード７ｂは、アノードが、高周波リアクタ５ｂとスイッチング手段６ｂに接続され、カソードが平滑手段４に接続されている。

突入電流防止用抵抗器１６は、交流電源１と低周波リアクタ２の間に接続されている。突入電流防止用抵抗器１６は、セメント抵抗でも良いし、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）でも良い。さらに短絡手段１７が突入電流防止用抵抗器１６に並列に接続されている。

インバータなどである直流負荷９は、平滑手段４に並列に接続される。電源電流検出手段１１は交流電源１と整流手段３の間に接続され、電源電圧検出手段１２は交流電源１の両端に接続されている。また、直流電圧検出手段１３は平滑手段４の両端に接続されている。

制御手段１４には、電源電流検出手段１１、電源電圧検出手段１２および直流電圧検出手段１３からの入力信号線が接続されるとともに、短絡手段１０、短絡手段１７、スイッチング手段６ａおよびスイッチング手段６ｂへの出力信号線が接続されている。

つづいて、本実施の形態の直流電源装置の電源投入時の動作について説明する。図１の構成の回路で電源を投入すると平滑手段４にはまったく電荷が無いため、電源投入時に突入電流と呼ばれる電流（平滑手段４の充電電流）が流れ、整流手段３、逆流防止ダイオード７ａや逆流防止ダイオード７ｂを破損する恐れがある。そこで、突入電流防止のための技術を使用して突入電流を抑制する。具体的には、制御手段１４は、電源投入時は突入電流防止用抵抗器１６に電流が流れるように、初期（電源を投入する時点）は短絡手段１７および１０を開放しておく。これにより、突入電流は交流電源１→突入電流防止用抵抗器１６→低周波リアクタ２→整流手段３→高周波リアクタ５ａおよび５ｂ→逆流防止ダイオード７ａおよび７ｂ→平滑手段４→整流手段３→交流電源１と流れ、平滑手段４を充電する。平滑手段４の充電が完了すると、以後、突入電流防止用抵抗器１６に電流が流れないように、制御手段１４は、短絡手段１７を短絡させた状態とする。

ただし、言うまでも無く、交流電源１の電圧が小さい、平滑手段４の容量が小さい、低周波リアクタ２のインピーダンスが大きい等の理由から突入電流が小さい場合や、突入電流が流れる経路の部品の電流容量が大きく、突入電流の影響を受けない場合には、突入電流防止用抵抗器１６および短絡手段１７を備えなくても良い。

つづいて、図２を用いて、直流電源装置の動作を説明する。図２は、制御手段１４の動作を示すフローチャートであり、上述した電源投入動作を完了した後の短絡手段１０およびスイッチング手段（スイッチング手段６ａ，６ｂ）の制御動作を示している。なお、既に説明したように、制御手段１４は、電源投入動作が完了した後は、短絡手段１７を短絡させた状態として突入電流防止用抵抗器１６に電流が流れないようにしている（短絡手段１７は開放しない）。

初期状態では、制御手段１４は短絡手段１０を開放しており、スイッチング手段６ａおよび６ｂは停止している。制御手段１４は、電源電流検出手段１１から電源電流を検出し、電源電圧検出手段１２から電源電圧を検出し、電源電力を計算している。また、直流電圧検出手段１３から平滑手段４の両端電圧を検出している。

そして、制御手段１４は、図２のフローチャートのように、短絡手段１０およびスイッチング手段６ａ，６ｂを動作させる。なお、フローチャートにおいて、各フラグ、カウンタの初期状態は、負荷状態フラグ=０（低負荷）、短絡手段１０状態フラグ＝０（開放）、スイッチング手段状態フラグ＝０（停止中）、短絡手段１０動作時間カウンタ＝０（リセット状態）である。

まず、制御手段１４は、電源電流検出手段１１が検出した電源電流および電源電圧検出手段１２が検出した電源電圧に基づいて電源電力を計算し、電源電力としきい値Ｐ１を比較する（ステップＳ１）。

電源電力がＰ１未満の場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、負荷状態は軽負荷と判断して、負荷状態フラグを０（低負荷モード）にセットする（ステップＳ２）。一方、電源電力がＰ１未満以外（Ｐ１以上）の場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、制御手段１４は、電源電力としきい値Ｐ２（ただし、Ｐ１＜Ｐ２とする）を比較する（ステップＳ３）。

電源電力がＰ２未満の場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、負荷状態フラグを変更することなくステップＳ５に遷移する。電源電力がＰ２以上の場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、負荷状態フラグを１（高負荷モード）にセットする（ステップＳ４）。

なお、ステップＳ１〜Ｓ４の処理では、後述する各ステップを実行して短絡手段１０を短絡または開放した場合、スイッチング手段を動作または停止した場合および状態移行処理中に負荷の状態が変わった場合にハンチングを起こさないように、電源電力がＰ１以上Ｐ２未満の場合は、前回の負荷モード（Ｐ１未満であれば、低負荷モード、Ｐ２以上であれば高負荷モード）の状態維持させる、ヒステリシスを持たせている。

ステップＳ１〜Ｓ４の処理が終了すると、制御手段１４は、負荷状態フラグを確認し（ステップＳ５）、負荷状態フラグ＝０（低負荷モード）の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、さらに、短絡手段１０状態フラグを確認する（ステップＳ６）。

短絡手段１０状態フラグ＝１（短絡）の場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、短絡手段１０を開放し（ステップＳ７）、短絡手段１０動作時間カウンタによるカウントを開始する（ステップＳ８）。その後、短絡手段１０動作時間カウンタのカウントが所定値（ここでは、一例として１００ｍｓとする）に達したかどうかを監視する（ステップＳ９）。カウント値が１００ｍｓ未満の場合は監視を継続し（ステップＳ９：Ｎｏ）、カウント値が１００ｍｓに達した場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、短絡手段１０動作時間カウンタをクリア（リセット）するとともに、短絡手段１０状態フラグを０（開放）に設定し（ステップＳ１０，Ｓ１１）、制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。

なお、ステップＳ８〜Ｓ１０の処理は、短絡手段１０が機械式リレーのように動作を開始してから動作を終了するまでに時間がかかる場合に備えた処理であり、動作時間がかからない場合は、ステップＳ８〜Ｓ１０の処理は省略してよい。また、カウント値（１００ｍｓ）をこれに制限するわけではなく、短絡手段１０の動作時間に合わせた値とすれば良い。

一方、短絡手段１０状態フラグ＝０（開放）の場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、制御手段１４は、スイッチング手段状態フラグを確認する（ステップＳ１２）。スイッチング手段状態フラグ＝１（動作中）の場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、スイッチング手段６ａおよび６ｂの動作（スイッチング）を停止させるとともに、スイッチング手段状態フラグを０（停止中）に設定し（ステップＳ１３，Ｓ１４）、制御動作終了となる。スイッチング手段状態フラグ＝０（停止中）の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ここで制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。

このように、制御手段１４は、電源電力に基づいて低負荷モードと判断した場合には、ステップＳ６〜Ｓ１４に従って短絡手段１０およびスイッチング手段６ａ，６ｂを制御し、短絡手段１０を開放して低周波リアクタ２に電流を流すとともに、スイッチング手段６ａおよび６ｂを停止させる。

これに対して、負荷状態フラグ＝１（高負荷モード）の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、制御手段１４は、さらに、スイッチング手段状態フラグを確認する（ステップＳ１５）。

スイッチング手段状態フラグ＝０（停止中）の場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、スイッチング手段６ａおよび６ｂの動作（スイッチング）を開始させるとともに、スイッチング手段状態フラグを１（動作中）に設定し（ステップＳ１６，Ｓ１７）、制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。

一方、スイッチング手段状態フラグ＝１（動作中）の場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、制御手段１４は、短絡手段１０状態フラグを確認する（ステップＳ１８）。短絡手段１０状態フラグ＝０（開放）の場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、直流電圧検出手段１３が検出した直流電圧（平滑手段４の両端電圧に相当）と、電源電圧検出手段１２が検出した電源電圧のピーク値を比較する（ステップＳ１９）。そして、「直流電圧＞電源電圧ピーク値」の場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、短絡手段１０を短絡するとともに、短絡手段１０状態フラグを１（短絡）に設定し（ステップＳ２０，Ｓ２１）、制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。

なお、ステップＳ２１では、短絡手段１０の動作時間を考慮していないが、これは短絡手段１０の動作時間が多少遅れても影響が小さいためであり、ステップＳ８〜Ｓ１０のように短絡手段１０の動作時間を考慮した動作としても良い。

短絡手段１０状態フラグ＝１（短絡）の場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）および「直流電圧≦電源電圧ピーク値」の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、ここで制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。

このように、制御手段１４は、電源電力に基づいて高負荷モードと判断した場合には、ステップＳ１５〜Ｓ２１に従って短絡手段１０およびスイッチング手段６ａ，６ｂを制御し、スイッチング手段６ａおよび６ｂをスイッチングさせるとともに、直流電圧検出手段が検出した直流電圧と電源電圧検出手段１２が検出した電源電圧（ピーク値）とに基づいて短絡手段１０を短絡する。具体的には、スイッチング手段６ａおよび６ｂのスイッチングを開始させ、直流電圧が電源電圧のピーク値よりも大きくなってから短絡手段１０を短絡する。

制御動作の説明は以上であるが、ここで、直流負荷９の負荷が小さく、負荷状態フラグ＝０（低負荷）の場合、短絡手段１０は開放、スイッチング手段６ａおよび６ｂは停止しており、電流は交流電源１→低周波リアクタ２→整流手段３→昇圧手段８ａ／昇圧手段８ｂ→平滑手段４→整流手段３→交流電源１のように流れ、電源電流は図３のようになる。なお、平滑手段４の両端電圧は、交流電源１の電圧と、低周波リアクタ３のインダクタンスと、リアクタ５ａおよび５ｂのインダクタンスと、直流負荷９の負荷の大きさとによって定まる電圧になる。スイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させないため、電圧は制御できないが、スイッチング手段６ａおよび６ｂでの損失が無いので、交流電圧→直流電圧の変換で発生する変換損失は小さい。

これに対して、直流負荷９が大きく、負荷状態フラグ＝１（高負荷）の場合、短絡手段１０は短絡、スイッチング手段６ａおよび６ｂは動作しており、制御手段１４は、平滑手段４の両端電圧をあらかじめ設定した目標電圧するとともに、電源電流が電源電圧と同位相の正弦波となるように、スイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させる。スイッチング手段６ａおよび６ｂの動作方法については、特に規定しない。例えば、上記の「特許文献２」に記載されているような方法としてもよい。また、スイッチング手段６ａおよび６ｂを制御するために必要な電流検出用抵抗器等（図１には記載していない）を加えた構成としても良い。短絡手段１０を短絡させ、スイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させているときの電源電流は図４のような電流波形となる。スイッチング手段６ａおよび６ｂで損失が発生してしまうため、直流負荷９の負荷が小さいときの変換損失が大きいが、負荷の増加により増大する低周波リアクタ２を電流が流れないので低周波リアクタ２における損失がなくなり、直流負荷９の負荷が大きいときの変換損失が小さい。

また、短絡手段１０、スイッチング手段６ａおよび６ｂの動作の順序は、直流負荷９が大きくなって、短絡手段１０を短絡してスイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させたい場合は、先にスイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させ、平滑手段４の両端電圧（直流電圧）を電源電圧のピーク値以上の目標の直流電圧に制御（昇圧）した後、短絡手段１０を短絡するという順序、また、直流負荷９が小さくなって、スイッチング手段６ａおよび６ｂを停止させて短絡手段１０を開放したい場合は、先に短絡手段１０を開放してからスイッチング手段６ａおよび６ｂを停止させる順序となっている。これは、スイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させる前は、平滑手段４の両端電圧が、交流電源１の電圧と、低周波リアクタ２のインダクタンスと、昇圧手段の高周波リアクタ５ａおよび高周波リアクタ５ｂのインダクタンスと、直流負荷９の負荷の大きさとによって定まる電圧となっており、少なくとも、電源電圧のピーク値より小さい電圧となる。ここで、インダクタンスが大きい方が平滑手段４の両端電圧は低くなり、インダクタンスが小さい方が、平滑手段４の両端電圧は高くなる点、インダクタンスが大きい方が電源力率が高い（インダクタンスが小さい方が電源力率が低い）点、の２点から、短絡手段１０を短絡させて低周波リアクタ２に電流が流れないようにすると、平滑手段４の両端電圧が低い状態から高い状態にならざるを得ず、短絡手段を短絡させたときから、電圧差分の充電電流が平滑手段４へ流れようとする（突入電流）。さらに、インダクタンスが小さいので、電流のピーク値が大きい突入電流となる。そのため、低周波リアクタ２、昇圧手段の高周波リアクタ５ａおよび５ｂのインダクタンス値によっては、短絡耐力の小さい逆流防止ダイオードを破壊させてしまう恐れがある。スイッチング手段５ａおよび５ｂを動作させて、平滑手段４の両端電圧を電源電圧のピーク値以上に制御してから短絡手段１０を短絡すれば、突入電流が流れないので、逆流防止ダイオードを保護できる。

以上のように、本実施の形態の直流電源装置の損失は、図５に示した本実施の形態の損失―電源電流特性例のように、電源電力に基づいて（直流負荷９の負荷に応じて）、短絡手段１０を開閉することで、広い範囲で損失の小さい直流電源装置を実現することができる。

また、低周波リアクタ２を使用する場合は、短絡手段１０を開放させ、低周波リアクタ２を使用しない場合は短絡手段１０を短絡させているので、リアクタに電流が流れているときでも、高電圧を発生させずにリアクタの切り替えを実現できる。さらに低周波リアクタ２に流す電流は本実施の形態の直流電源装置で流すことができる最大電流に比べて小さい電流で良いので、低周波リアクタを使用した従来の電源装置よりも低周波リアクタ２を小型化して安価にできる。

また、直流電源装置を停止することなく、短絡手段１０を開閉させることができるので、本実施の形態の電源装置を備えた空気調和装置において、省エネ性、快適性を損なうことがない。

また、スイッチング手段６ａおよび６ｂにＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体を用いた場合、スイッチング損失が減少するので、スイッチング手段６ａおよび６ｂのオン／オフの動作周波数を大きくして、高周波リアクタ５ａおよび５ｂのインダクタンスを小さくできるが、一方で、低周波リアクタ２と高周波リアクタ５ａおよび５ｂのインダクタンスの差が大きくなり、短絡手段１０を短絡させて、低周波リアクタ２に電流が流れないようにすると、突入電流が流れやすくなってしまう。しかし、本実施の形態ではスイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させて、平滑手段４の両端電圧を電源電圧のピーク値以上にしてから、短絡手段１０を短絡するようにしているので、突入電流が流れないようにでき、高周波リアクタの低インダクタンス化、逆流防止ダイオードの小容量化が可能となる。

なお、図６のように低周波リアクタ２と短絡手段１０が、整流手段３と昇圧手段の間に接続されている構成であっても、上述の内容と同様の動作で、同様の効果を得ることは言うまでも無い。ただし、この場合、低周波リアクタ２は直流のもの、短絡手段１０は、図１の構成に比べて耐圧の高いものを選定する必要がある。

このように、本実施の形態の直流電源装置は、並列接続した低周波リアクタ２および短絡手段１０を交流電源１と昇圧手段（昇圧手段８ａ，８ｂ）の間に備え、低負荷状態では、短絡手段１０を開放してインダクタンスの大きい低周波リアクタを使用するとともに、昇圧手段を形成しているスイッチング手段の動作を停止させ、一方、高負荷状態では、昇圧手段を形成しているスイッチング手段を動作させるとともに短絡手段１０を短絡して低周波リアクタ２に電流が流れないようにすることとした。これにより、回路損失を低く抑えることができる。また、短絡手段１０を短絡する場合には、昇圧後の直流電圧が交流電源１から出力される交流電圧のピーク値よりも高くなったことを確認してから短絡することとしたので、低周波リアクタ２に電流が流れている状態で短絡手段１０を短絡させても低周波リアクタ２に高電圧を発生させず短絡手段１０等の周辺部品を保護できる。また、低周波リアクタ２に流れる電流は、直流電源装置が流すことのできる最大電流よりも小さいので、その分小型化することができる。

また、スイッチング手段をワイドバンドギャップ半導体で構成すると、スイッチング損失が小さくスイッチング手段のオン／オフの動作周波数を上げることができ、高周波リアクタ５ａ，５ｂのインダクタンスをさらに小さくしても、リアクタを切り替える際にはスイッチング手段６ａ，６ｂを動作させて、平滑手段４の両端電圧を電源電圧のピーク値以上にしてから低周波リアクタ２を短絡手段１０により短絡させているので、高周波リアクタ５ａ，５ｂのインダクタンスが小さくても低周波リアクタ２を短絡手段１０により短絡させた瞬間の突入電流を小さくできる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１よりも損失をさらに低減することが可能な直流電源装置について説明する。

図７は、本発明にかかる直流電源装置の実施の形態２の構成例を示す図である。図７においては、実施の形態１で説明した直流電源装置（図１参照）と共通の構成要素に同一の符号を付している。すなわち、本実施の形態の直流電源装置は、図１に示した直流電源装置に対して短絡手段１５を追加したものであり、この短絡手段１５は昇圧手段８ａおよび８ｂに対して並列に接続されている。具体的には、一方を整流手段３の＋側出力端子に、もう一方は逆流防止ダイオード７ａ，７ｂのカソードに接続されている。短絡手段１５はＢ接点型の機械式リレーのように、無通電時にオン、通電時にオフするような機構でも良い。本実施の形態の直流電源装置において、制御手段１４は、短絡手段１５への出力信号線が接続されており、実施の形態１で制御対象としていた短絡手段１０，１７およびスイッチング手段６ａ，６ｂに加えて、短絡手段１５を制御する。

図８−１および図８−２を用いて、本実施の形態の直流電源装置の動作を説明する。図８−１および図８−２は、実施の形態２の制御手段１４の動作を示すフローチャートであり、実施の形態１の説明で使用した図２のフローチャートに対して、ステップＳ２０１〜Ｓ２０９を追加したものである。本実施の形態では、実施の形態１と共通の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。

なお、初期状態では、短絡手段１５状態フラグ＝１（短絡）、短絡手段１５動作時間カウンタ＝０（リセット状態）とする。

制御手段１４は、ステップＳ１２においてスイッチング手段状態フラグ＝０（停止中）の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、短絡手段１５状態フラグを確認する（ステップＳ２０１）。短絡手段１５状態フラグ＝０（開放）の場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、短絡手段１５を短絡するとともに、短絡手段１５状態フラグを１（短絡）に設定し（ステップＳ２０２，Ｓ２０３）、制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。一方、短絡手段１５状態フラグ＝１（短絡）の場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ここで制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。

また、制御手段１４は、ステップＳ５において負荷状態フラグ＝１（高負荷モード）の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、短絡手段１５状態フラグを確認する（ステップＳ２０４）。

短絡手段１５状態フラグ＝１（短絡）の場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、短絡手段１５を開放し（ステップＳ２０５）、短絡手段１５動作時間カウンタによるカウントを開始する（ステップＳ２０６）。その後、短絡手段１５動作時間カウンタのカウントが所定値（ここでは、一例として１００ｍｓとする）に達したかどうかを監視する（ステップＳ２０７）。カウント値が１００ｍｓ未満の場合は監視を継続し（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、カウント値が１００ｍｓに達した場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、短絡手段１５動作時間カウンタをクリア（リセット）するとともに、短絡手段１５状態フラグを０（開放）に設定し（ステップＳ２０８，Ｓ２０９）、制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。一方、短絡手段１５状態フラグ＝０（開放）の場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、ステップＳ１５へ遷移する。

なお、ステップＳ２０６〜Ｓ２０８の処理は、短絡手段１５が機械式リレーのように動作を開始してから動作を終了するまでに時間がかかる場合に備えた処理であり、動作時間がかからない場合は、ステップＳ２０６〜Ｓ２０８の処理は省略してよい。また、カウント値（１００ｍｓ）をこれに制限するわけではなく、短絡手段１５の動作時間に合わせた値とすれば良い。一方、ステップＳ２０２では、短絡手段１５の動作時間を考慮していないが、これは短絡手段１５の動作時間が多少遅れても影響が小さいためであり、ステップＳ２０６〜Ｓ２０８のように短絡手段１５の動作時間を考慮した動作としても良い。

ここで、直流負荷９が小さく、負荷状態フラグ＝０（低負荷モード）の場合は、短絡手段１０は開放、短絡手段１５は短絡、スイッチング手段６ａおよび６ｂは停止しており、電源電流は、低周波リアクタ２→整流手段３→短絡手段１５→平滑手段４の経路を流れる。電源電流の波形は、実施の形態１とほぼ同様であるが、逆流防止ダイオード７ａおよび７ｂを電流が流れないので、実施の形態１の直流電源装置と比較して、逆流防止ダイオード７ａおよび７ｂでの損失をさらに低減することができる。

また、直流負荷９が大きく、負荷状態フラグ＝１（高負荷モード）の場合は、短絡手段１０は短絡、短絡手段１５は開放、スイッチング手段６ａおよび６ｂは動作しており、この場合の動作は実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態の直流電源装置は、昇圧手段８ａおよび８ｂと並列に接続された短絡手段１５をさらに備え、低負荷状態においては、短絡手段１５を短絡することとした。これにより、負荷が小さいときは、逆流防止ダイオード７ａおよび７ｂに電流が流れなくなり、逆流防止ダイオード７ａおよび７ｂでの損失がなくなるので、実施の形態１よりも損失を小さくすることができる。

また、昇圧手段が一つであっても、複数であっても、短絡手段１５は整流手段と平滑手段の間に接続されているので、短絡手段１５を短絡することで、一つあるいは、複数の逆流防止ダイオードでの損失を低減することができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、逆流防止ダイオードを短絡手段１５により短絡させて低負荷状態での損失を低減させる直流電源装置について説明したが、本実施の形態では、突入電流防止回路との組み合わせにより損失をさらに低減することが可能な直流電源装置について説明する。

図９は、本発明にかかる直流電源装置の実施の形態３の構成例を示す図である。本実施の形態の直流電源装置は、実施の形態２で説明した直流電源装置（図７参照）が備えていた短絡手段１０の一方の端子の接続先を、低周波リアクタ２では無く、突入電流防止用抵抗器１６の低周波リアクタ２と接続されていない一方（交流電源１側）に変更したものである。すなわち、本実施の形態の短絡手段１０は、直列接続されている突入電流防止用抵抗器１６および低周波リアクタ２に対して並列に接続され、直流電源装置は、短絡手段１０を短絡することにより、突入電流防止用抵抗器１６および低周波リアクタ２に電流が流れないようにできる構成となっている。

実施の形態１や実施の形態２の直流電源装置では、電源投入動作が完了すると、短絡手段１７を短絡させた状態を維持し、直流負荷９が大きい場合には短絡手段１０を短絡するので、電流は短絡手段１７と短絡手段１０を流れることになる。これらの短絡手段１７および短絡手段１０でもわずかにインピーダンスが存在するため、大電流を流した場合、短絡手段１７および短絡手段１０でも損失が発生してしまう。そこで、本実施の形態では、短絡手段１０の一方を、低周波リアクタ２では無く、突入防止用抵抗器１６の低周波リアクタ２と接続されていない一方に接続するようにして、短絡手段１７での損失発生を回避するようにしている。

図１０−１および図１０−２を用いて、本実施の形態の直流電源装置の動作を説明する。図１０−１および図１０−２は、実施の形態３の制御手段１４の動作を示すフローチャートであり、実施の形態２の説明で使用した図８−１および図８−２のフローチャートに対して、ステップＳ３０１〜Ｓ３１２を追加したものである。本実施の形態では、実施の形態１，２と共通の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。

なお、初期状態では、短絡手段１７状態フラグ＝０（開放）、短絡手段１７動作時間カウンタ＝０（リセット状態）とする。

制御手段１４は、ステップＳ５において負荷状態フラグ＝０（低負荷モード）の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、短絡手段１７状態フラグを確認する（ステップＳ３０１）。

短絡手段１７状態フラグ＝０（開放）の場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、短絡手段１７を短絡し（ステップＳ３０２）、短絡手段１７動作時間カウンタによるカウントを開始する（ステップＳ３０３）。その後、短絡手段１７動作時間カウンタのカウントが所定値（ここでは、一例として１００ｍｓとする）に達したかどうかを監視する（ステップＳ３０４）。カウント値が１００ｍｓ未満の場合は監視を継続し（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、カウント値が１００ｍｓに達した場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、制御手段１４は、短絡手段１７動作時間カウンタをクリア（リセット）するとともに、短絡手段１７状態フラグを１（短絡）に設定し（ステップＳ３０５，Ｓ３０６）、制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。一方、短絡手段１７状態フラグ＝１（短絡）の場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、ステップＳ６へ遷移する。

なお、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５の処理は、短絡手段１７が機械式リレーのように動作を開始してから動作を終了するまでに時間がかかる場合に備えた処理であり、動作時間がかからない場合は、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５の処理は省略してよい。また、カウント値（１００ｍｓ）をこれに制限するわけではなく、短絡手段１７の動作時間に合わせた値とすれば良い。

また、制御手段１４は、ステップＳ１９において「直流電圧＞電源電圧ピーク値」と判断し（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、短絡手段１０を短絡すると（ステップＳ２０）、次に、短絡手段１０動作時間カウンタによるカウントを開始する（ステップＳ３０７）。その後、短絡手段１０動作時間カウンタのカウントが所定値（ここでは、一例として１００ｍｓとする）に達したかどうかを監視する（ステップＳ３０８）。カウント値が１００ｍｓ未満の場合は監視を継続し（ステップＳ３０８：Ｎｏ）、カウント値が１００ｍｓに達した場合（ステップＳ３０８：Ｙｅｓ）、短絡手段１０動作時間カウンタをクリア（リセット）し、さらに、短絡手段１０状態フラグを１（短絡）に設定する（ステップＳ３０９，Ｓ２１）。

なお、ステップＳ３０７〜Ｓ３０９の処理は、短絡手段１０が機械式リレーのように動作を開始してから動作を終了するまでに時間がかかる場合に備えた処理であり、動作時間がかからない場合は、Ｓ３０７〜Ｓ３０９の処理は省略してよい。また、カウント値（１００ｍｓ）をこれに制限するわけではなく、短絡手段１０の動作時間に合わせた値とすれば良い。また、短絡手段１０動作時間カウンタ、短絡手段１５動作時間カウンタおよび短絡手段１７動作時間カウンタは独立していても良いし、同一のカウンタを使用しても良い。

また、制御手段１４は、ステップＳ１８において短絡手段１０状態フラグ＝１（短絡）の場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、短絡手段１７状態フラグを確認する（ステップＳ３１０）。短絡手段１７状態フラグ＝１（短絡）の場合（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、短絡手段１７を開放するとともに、短絡手段１７状態フラグを０（開放）に設定し（ステップＳ３１１，Ｓ３１２）、制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。一方、短絡手段１７状態フラグ＝０（開放）の場合（ステップＳ３１０：Ｎｏ）、ここで制御動作終了となる。その後、ステップＳ１に遷移して動作を継続する。

なお、ステップＳ３１２では、短絡手段１７の動作時間を考慮していないが、これは短絡手段１７の動作時間が多少遅れても影響が小さいためであり、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５のように短絡手段１７の動作時間を考慮した動作としても良い。

このように、本実施の形態の直流電源装置は、短絡手段１０の一方の端子の接続先を、低周波リアクタ２では無く、突入電流防止用抵抗器１６の低周波リアクタ２と接続されていない一方（交流電源１側）とした。これにより、高負荷時に低周波リアクタ２に電流が流れないように短絡手段１０が短絡している間は、短絡手段１７を短絡していなくても突入電流防止用抵抗器１６に電流が流れないようにすることができるので、短絡手段１７を開放することができ、短絡手段１７での損失を無くすことができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３では、損失低減を実現する直流電源装置について説明したが、本実施の形態では、昇圧手段に対して並列に接続されている短絡手段１５が異常で短絡し、開放できなくなった場合の保護動作について説明する。

図１１は、本発明にかかる直流電源装置の実施の形態４の構成例を示す図である。図１１においては、実施の形態３で説明した直流電源装置（図９参照）と共通の構成要素に同一の符号を付している。すなわち、本実施の形態の直流電源装置は、図９に示した直流電源装置に対して過電流保護手段１８ａおよび１８ｂを追加したものである。過電流保護手段１８ａはスイッチング手段６ａと整流手段３の−側端子の間に、過電流保護手段１８ｂはスイッチング手段６ｂと整流手段３の−側端子の間に、それぞれ接続されている。制御手段１４には、過電流保護手段１８ａおよび１８ｂからの入力信号線が接続されている。

動作について説明する。まず、制御手段１４が、短絡手段１０を短絡し、短絡手段１５を開放し、短絡手段１７を開放し、スイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させている状態において、ノイズ等の影響を受けて動作異常が発生し、スイッチング手段６ａの短絡時間が長くなってしまった場合の動作について説明する。

スイッチング手段６ａの短絡時間が長い場合、交流電源１→短絡手段１０→整流手段３→高周波リアクタ５ａ→スイッチング手段６ａ→整流手段３→交流電源１の経路で電流が流れる。この場合、電源インピーダンスおよび回路のインピーダンスに依存する傾きで電流が増加し、予め設定した保護電流値に達すると、過電流保護手段１８ａは、制御手段１４が出力しているスイッチング手段６ａの動作指令に関わらず、スイッチング手段６ａの動作を停止させるとともに、異常発生を示す情報（過電流異常情報とする）を制御手段１４へ出力する。制御手段１４は、過電流保護手段１８ａから過電流異常情報を受けると、スイッチング手段６ａの動作を停止する。

次に、短絡手段１５がなんらかの異常で、短絡状態のまま開放できなくなってしまった場合の動作について説明する。

制御手段１４は、短絡手段１５の開放の指令を出した後は、開放されていると認識するため、なんらかの異常で開放できなくなってしまった場合でも、異常を検出できずにスイッチング手段６ａを動作させてしまう。すると、平滑手段４→短絡手段１５→高周波リアクタ５ａ→スイッチング手段６ａ→平滑手段４の経路で電流が流れる。この場合、上述した短絡手段１５が正常（開放状態）である場合に比べて、電流の増加が早いが、予め設定した保護電流値に達すると、過電流保護手段１８ａは、制御手段１４がスイッチング手段６ａの動作指令に関わらず、スイッチング手段６ａの動作を停止させるとともに、異常発生を示す情報（過電流異常情報）を制御手段１４へ出力する。制御手段１４は、過電流保護手段１８ａから過電流異常情報を受けると、スイッチング手段６ａの動作を停止する。異常を検出できずにスイッチング手段６ｂを動作させた場合の動作も同様である。

ところで、実施の形態２〜４で示した直流電源装置では、短絡手段１５の一端は、整流手段３と昇圧手段８ａおよび昇圧手段８ｂの間に接続されているが、図１２に示すように短絡手段１５の一端が逆流防止ダイオード７ａのアノードに接続されている場合を考える。図１２のように短絡手段１５が逆流防止ダイオード７ａに並列に接続され、さらに、別の短絡手段１５ｂが逆流防止用ダイオード７ｂに並列に接続されていても、低負荷時にスイッチング手段６ａおよび６ｂを動作させないときに短絡手段１５および短絡手段１５ｂを短絡させることで、各実施の形態と同様の効果を得ることができる。しかし、短絡手段１５の異常（開放できない状態）が発生した状態でスイッチング手段６ａを動作させた場合、平滑手段４→短絡手段１５→スイッチング手段６ａ→平滑手段４の経路で電流が流れ、高周波リアクタ５ａを電流が通過しないので、本実施の形態の直流電源装置（図１１）よりもインピーダンスが小さく、短絡電流の傾きが大きくなり、過電流保護手段１８ａでの短絡電流の検出が遅れ、スイッチング手段６ａが破壊に至るなどの問題が発生する。短絡手段１５ｂを開放できない状態となった場合も同様である。

このように、短絡手段１５に短絡異常が発生した場合でも、短絡電流が高周波リアクタ５ａ，５ｂを通過するので、スイッチング手段６ａ，６ｂと整流手段３の−側端子の間に過電流保護手段１８ａ，１８ｂを備えることにより、過電流を早期に検出することができ、スイッチング手段６ａ，６ｂの過電流保護を実現できる。

以上のように、本発明は、交流電源から供給された電圧を直流に変換して負荷に供給する直流電源装置として有用である。

１ 交流電源、２ 低周波リアクタ、３ 整流手段、４ 平滑手段、５ａ，５ｂ 高周波リアクタ、６ａ，６ｂ スイッチング手段、７ａ，７ｂ 逆流防止ダイオード、８ａ，８ｂ 昇圧手段、９ 直流負荷、１０，１５，１７，１５ｂ 短絡手段、１１ 電源電流検出手段、１２ 電源電圧検出手段、１３ 直流電圧検出手段、１４ 制御手段、１６ 突入電流防止用抵抗器、１８ａ，１８ｂ 過電流保護手段。

Claims (14)

1. 交流電源の交流電圧を直流電圧に整流する整流手段と、
   直流電圧を平滑する平滑手段と、
   前記整流手段の入力側または出力側に接続された第１のリアクタと、
   前記第１のリアクタに並列に接続された短絡手段と、
   前記整流手段と前記平滑手段の間に接続され、第２のリアクタ、スイッチング手段および逆流防止ダイオードからなる一つ以上の昇圧手段と、
   前記短絡手段と前記スイッチング手段を動作させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする直流電源装置。
2. 前記第１のリアクタは、前記第２のリアクタよりもインダクタンス値が大きくかつ電流容量が小さく、前記第２のリアクタは、高周波鉄損が小さいことを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
3. 前記スイッチング手段は、ワイドバンドギャップ半導体で構成され、
   前記制御手段は、Ｓｉ半導体で構成されたスイッチング手段に比べて、前記スイッチング手段のオン、オフの動作周波数を高くし、前記第２のリアクタのインダクタンス値を小さくしていることを特徴とする請求項１または２に記載の直流電源装置。
4. 交流電源から前記整流手段へ流れる電流を検出する電源電流検出手段と、
   前記交流電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記電源電流検出手段が検出した電流および前記電源電圧検出手段が検出した電圧から電源電力を求め、電源電力が所定の電力値未満の場合は前記短絡手段を開放し、電源電力が所定の電力値以上の場合は前記短絡手段を短絡することを特徴とする請求項１、２または３に記載の直流電源装置。
5. 交流電源から前記整流手段へ流れる電流を検出する電源電流検出手段と、
   前記交流電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記電源電流検出手段が検出した電流および前記電源電圧検出手段が検出した電圧から電源電力を求め、
   電源電力が所定の電力値未満の場合、前記短絡手段を開放してから前記スイッチング手段の動作を停止し、
   電源電力が所定の電力値以上の場合、前記スイッチング手段を動作させて直流電圧が電源電圧のピーク値以上になった後、前記短絡手段を短絡させることを特徴とする請求項１、２または３に記載の直流電源装置。
6. 前記昇圧手段と並列に接続された第２の短絡手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の直流電源装置。
7. 前記昇圧手段の第２のリアクタと逆流防止ダイオードとの直列部分と並列に接続された第２の短絡手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記電源電流検出手段が検出した電流および前記電源電圧検出手段が検出した電圧から電源電力を求め、
   電源電力が所定の電力値未満の場合、前記短絡手段を開放した後に前記スイッチング手段の動作を停止し、前記スイッチング手段の動作を停止した後に前記第２の短絡手段を短絡し、
   電源電力が所定の電力値以上の場合、前記第２の短絡手段を開放した後に前記スイッチング手段を動作させて直流電圧が電源電圧のピーク値以上になった後、前記短絡手段を短絡させることを特徴とする請求項４または５に記載の直流電源装置。
8. 前記第１のリアクタが前記整流手段の入力側に接続され、
   交流電源と前記第１のリアクタの間または前記第１のリアクタと前記整流手段の入力側の間に接続された突入電流防止用抵抗器と、
   前記突入電流防止用抵抗器と並列に接続された第３の短絡手段と、
   を備え、
   前記短絡手段が、前記突入電流防止用抵抗器と前記第１のリアクタとの直列部分と並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の直流電源装置。
9. 前記制御手段は、初期状態では、前記短絡手段および前記第３の短絡手段は開放状態で、交流電源と接続後、前記平滑手段が充電されると、前記第３の短絡手段を短絡させ、さらに負荷が大きくなり電源電力が大きくなり前記短絡手段を短絡させた場合には、前記第３の短絡手段を開放させ、負荷が小さくなり電源電力が小さくなり前記短絡手段を開放させる場合には、前記第３の短絡手段を短絡させた後に前記短絡手段を開放することを特徴とする請求項８に記載の直流電源装置。
10. 前記スイッチング手段に流れる電流が規定値に達すると前記スイッチング手段の動作を停止させる過電流保護手段、をさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の直流電源装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の直流電源装置を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
12. 請求項１１に記載のモータ駆動装置を備えることを特徴とする空気調和装置。
13. 請求項１１に記載のモータ駆動装置を備えることを特徴とする冷蔵庫。
14. 請求項１１に記載のモータ駆動装置を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
    

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