JP2017055475A - Dc power supply unit and air conditioner - Google Patents

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浩二 月井
Koji Tsukii
浩二 月井
正博 田村
Masahiro Tamura
正博 田村
田村 建司
Kenji Tamura
建司 田村
奥山 敦
Atsushi Okuyama
奥山  敦
勉 黒川
Tsutomu Kurokawa
勉 黒川
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Johnson Controls Hitachi Air Conditioning Technology Hong Kong Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC power supply unit capable of preventing degradation or breakage in element characteristics caused by an inrush current and capable of achieving high efficiency and suppression of a harmonic current.SOLUTION: A DC power supply unit 1 includes: a bridge rectifier circuit 10 with diodes D1, D2 and MOSFETs (Q1, Q2); a reactor L1 provided between an AC power supply VS and the bridge rectifier circuit 10; a smoothing capacitor C1 connected on the output side of the bridge rectifier circuit 10 to smooth a voltage; a converter control unit 18 controlling the MOSFETs (Q1, Q2); and an inrush current prevention circuit U1 protecting a circuit element from an inrush current running in applying a voltage of the AC power supply VS.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置および、この直流電源装置を用いた空気調和機に関する。   The present invention relates to a DC power supply device that converts an AC voltage into a DC voltage, and an air conditioner using the DC power supply device.

電車、自動車、空気調和機などには、交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置が搭載されている。そして、直流電源装置から出力される直流電圧をインバータによって所定周波数の交流電圧に変換し、この交流電圧をモータなどの負荷に印加するようになっている。このような直流電源装置は、電力変換効率を高めて省エネルギ化を図ることが求められている。
そこで、特許文献1のように交流電源を直流電源に変換する直流電源装置において、回路にMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Efect-Transistor)を備えた同期整流回路が提案されている。
Trains, automobiles, air conditioners, and the like are equipped with a DC power supply device that converts an AC voltage into a DC voltage. And the direct-current voltage output from a direct-current power supply device is converted into the alternating voltage of a predetermined frequency with an inverter, and this alternating voltage is applied to loads, such as a motor. Such a DC power supply is required to improve power conversion efficiency and save energy.
Therefore, a synchronous rectifier circuit having a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Efect-Transistor) in a circuit has been proposed in a DC power supply device that converts an AC power supply into a DC power supply as in Patent Document 1.

特開2008−61412号公報JP 2008-61412 A

ところで、このような直流電源装置においては交流電圧を整流した後に電圧を平滑するための平滑コンデンサやリアクトルが備えられている。通常、回路に電源が投入される以前はこの平滑コンデンサには電荷がチャージされていない状態のため、この状態で直流電源装置に交流電圧が投入されると回路に突入電流が通流してしまう。そのため、この突入電流によって素子特性の劣化や最悪の場合素子が破壊するおそれがある。この突入電流は平滑コンデンサの容量が大きいほど大きくなる。また、リアクトルのインダクタンスが小さいほど突入電流は大きくなる。   By the way, such a DC power supply device includes a smoothing capacitor and a reactor for smoothing the voltage after rectifying the AC voltage. Usually, before the circuit is powered on, the smoothing capacitor is not charged. Therefore, when an AC voltage is applied to the DC power supply device in this state, an inrush current flows through the circuit. For this reason, the inrush current may cause deterioration of element characteristics or in the worst case, destruction of the element. This inrush current increases as the capacity of the smoothing capacitor increases. Also, the inrush current increases as the reactor inductance decreases.

また、直流電源装置には省エネルギ化の他に、電子機器や配電・受電設備の保護といった観点から高調波電流の低減が求められており、そのためには電源力率の改善が必要である。   In addition to energy saving, DC power supply devices are required to reduce harmonic currents from the viewpoint of protection of electronic equipment and power distribution / reception facilities. For this purpose, power source power factor must be improved.

そこで、本発明は、突入電流による素子特性の劣化や破壊を防ぎつつ、高効率かつ高調波電流を抑制可能な直流電源装置および、この直流電源装置を用いた空気調和機を提供することを課題とする。   SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a direct-current power supply device that can suppress harmonic currents with high efficiency while preventing deterioration and destruction of element characteristics due to inrush current, and an air conditioner using the direct-current power supply device. And

前記した課題を解決するため、本発明の直流電源装置は、交流電源に接続され、第1ないし第4のダイオードを有する整流回路と、前記第3のダイオードを寄生ダイオードとして含むか、または前記第3のダイオードに並列接続されており、当該第3のダイオードがオフする方向に対して耐電圧特性を有し、かつ前記第1ないし第4のダイオードの順方向電圧降下よりも飽和電圧が低い第1のスイッチング素子と、前記第4のダイオードを寄生ダイオードとして含むか、または前記第4のダイオードに並列接続されており、当該第4のダイオードがオフする方向に対して耐電圧特性を有し、かつ前記第1ないし第4のダイオードの順方向電圧降下よりも飽和電圧が低い第2のスイッチング素子と、前記交流電源と前記整流回路との間に設けられるリアクトルと、前記整流回路の出力側に接続され、当該整流回路から印加される電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記第1,第2のスイッチング素子を制御する制御手段と、前記交流電源の電圧印加時に通流する突入電流から回路素子を保護する保護回路と、を備えることを特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
In order to solve the above problems, a DC power supply device according to the present invention includes a rectifier circuit connected to an AC power supply and having first to fourth diodes, and the third diode as a parasitic diode, or the first The third diode is connected in parallel, has a withstand voltage characteristic in the direction in which the third diode is turned off, and has a saturation voltage lower than the forward voltage drop of the first to fourth diodes. 1 switching element and the fourth diode as a parasitic diode, or connected in parallel to the fourth diode, having a withstand voltage characteristic in a direction in which the fourth diode is turned off, And a second switching element having a saturation voltage lower than a forward voltage drop of the first to fourth diodes, and provided between the AC power supply and the rectifier circuit. A reactor connected to the output side of the rectifier circuit, a smoothing capacitor for smoothing a voltage applied from the rectifier circuit, control means for controlling the first and second switching elements, and the AC power supply And a protection circuit that protects the circuit element from an inrush current that flows when a voltage is applied.
Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.

本発明によれば、突入電流による素子特性の劣化や破壊を防ぎつつ、高効率かつ高調波電流を抑制可能な直流電源装置および、この直流電源装置を用いた空気調和機を提供可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the direct-current power supply device which can suppress a harmonic current highly efficiently and can suppress the deterioration and destruction of the element characteristic by rush current, and the air conditioner using this direct-current power supply device.

本実施形態における直流電源装置を示す概略の構成図である。It is a schematic block diagram which shows the DC power supply device in this embodiment. 突入電流防止回路が無い場合、かつ交流電源電圧が正の極性において突入電流が流れる経路を示した図である。It is the figure which showed the path | route through which an inrush current flows, when there is no inrush current prevention circuit and an alternating current power supply voltage is a positive polarity. 突入電流防止回路が無い場合において、各ブロックの動作波形を示した図である。It is the figure which showed the operation | movement waveform of each block when there is no inrush current prevention circuit. MOSFETのドレイン−ソース間電圧−ドレイン逆電流特性を示した図である。It is the figure which showed the drain-source voltage-drain reverse current characteristic of MOSFET. 突入電流防止回路が有る場合において、各ブロックの動作波形を示した図である。It is the figure which showed the operation | movement waveform of each block in case there exists an inrush current prevention circuit. 交流電源電圧が正の極性において、突入防止リレーがオン状態となったときに回路に通流する電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit, when an alternating current power supply voltage is a positive polarity and an inrush prevention relay will be in an ON state. 交流電源電圧が正の極性において、突入防止リレーがオン→オフとなった後にパワーリレーがオン状態となったときに回路に通流する電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit, when an alternating current power supply voltage is a positive polarity, and a power relay will be in an ON state after an inrush prevention relay is switched from ON to OFF. 交流電源電圧が負の極性において、突入防止リレーがオン状態となったときに回路に通流する電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit, when an alternating current power supply voltage is a negative polarity and an inrush prevention relay will be in an ON state. 交流電源電圧が負の極性において、突入防止リレーがオン→オフとなった後にパワーリレーがオン状態となったときに回路に通流する電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit, when an alternating current power supply voltage is a negative polarity and a power relay turns into an ON state after an inrush prevention relay changes from ON to OFF. 交流電源電圧が正の極性の場合において、ダイオード整流を行ったときに回路に流れる電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit, when diode rectification is performed when an alternating current power supply voltage is a positive polarity. 交流電源電圧が負の極性の場合において、ダイオード整流を行ったときに回路に流れる電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit, when diode rectification is performed in the case where an alternating current power supply voltage has a negative polarity. 交流電源電圧が正の極性の場合において、同期整流を行ったときに回路に流れる電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit, when synchronous rectification is performed in the case where an alternating current power supply voltage is a positive polarity. 交流電源電圧が負の極性の場合において、同期整流を行ったときに回路に流れる電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit, when synchronous rectification is performed in the case where alternating current power supply voltage is a negative polarity. 同期整流時における、電源電圧と回路電流とMOSFETの駆動パルスの波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram of a power supply voltage, a circuit current, and a MOSFET driving pulse during synchronous rectification. 交流電源電圧が正の極性の場合において、回路を短絡した場合に回路に流れる電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit when an AC power supply voltage is a positive polarity, when a circuit is short-circuited. 交流電源電圧が負の極性の場合において、回路を短絡した場合に回路に流れる電流経路を示した図である。It is the figure which showed the electric current path | route which flows into a circuit when an AC power supply voltage is a negative polarity, when a circuit is short-circuited. 力率改善電流を通流させた場合における、電源電圧と回路電流とMOSFETの駆動パルスの波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram of a power supply voltage, a circuit current, and a MOSFET drive pulse when a power factor correction current is passed. 高速スイッチングを行った場合の電源電圧と回路電流とMOSFETの駆動パルスの波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram of a power supply voltage, a circuit current, and a MOSFET drive pulse when high-speed switching is performed. 高速スイッチングを行った場合のMOSFETのデューティの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the duty of MOSFET at the time of performing high-speed switching. 高速スイッチングを行い、デッドタイムを考慮した場合のMOSFETのデューティの関係を示した図である。It is the figure which showed the duty relationship of MOSFET when performing high-speed switching and considering dead time. 高速スイッチングを行った場合の交流電源電圧と回路電流の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the alternating current power supply voltage at the time of performing high-speed switching, and a circuit current. 交流電源電圧が正極性の場合に、リアクトルによる電流位相の遅れ分を考慮した場合のMOSFETのデューティを示した図である。It is the figure which showed the duty of MOSFET when the amount of delay of the current phase by a reactor is considered when the alternating current power supply voltage is positive polarity. 部分スイッチングの概要を説明した図である。It is the figure explaining the outline | summary of the partial switching. 負荷の大きさに応じた直流電源装置の動作モードの切り替えを説明した図である。It is the figure explaining switching of the operation mode of the direct-current power supply device according to the magnitude | size of load. 部分スイッチングから高速スイッチングへ切り替える場合の電流波形を説明した図である。It is a figure explaining the current waveform in the case of switching from partial switching to high-speed switching. 本実施形態における空気調和機の室内機、室外機、およびリモコンの正面図である。It is a front view of the indoor unit of the air conditioner in this embodiment, an outdoor unit, and a remote control. 負荷の大きさに応じて直流電源装置の動作モードと空気調和機の運転領域を切り替える様子を説明した概要図である。It is the schematic explaining the mode that the operation mode of a direct-current power supply device and the operation area | region of an air conditioner were switched according to the magnitude | size of load. ブートストラップ方式によるMOSFETの駆動回路である。This is a MOSFET driving circuit by a bootstrap system. トランスを用いたMOSFETの駆動回路である。This is a MOSFET drive circuit using a transformer. ブートストラップ回路の充電の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of charge of a bootstrap circuit.

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る直流電源装置1の構成図である。
図1に示すように、直流電源装置1は、交流電源VSから供給される交流電源電圧Vsを直流電圧Vdに変換し、この直流電圧Vdを負荷H(インバータ、モータなど)に出力するコンバータである。直流電源装置1は、その入力側が交流電源VSに接続され、出力側が負荷Hに接続されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a DC power supply device 1 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the DC power supply 1 is a converter that converts an AC power supply voltage Vs supplied from an AC power supply VS into a DC voltage Vd and outputs the DC voltage Vd to a load H (inverter, motor, etc.). is there. The DC power supply device 1 has an input side connected to an AC power source VS and an output side connected to a load H.

直流電源装置1は、リアクトルL1と、平滑コンデンサC1と、ダイオードD1,D2,D3,D4、スイッチング素子であるMOSFET(Q1,Q2)およびシャント抵抗R1とを備えている。ダイオードD1,D2,D3,D4と、MOSFET(Q1,Q2)とは、ブリッジ整流回路10を構成する。
なお、MOSFET(Q1,Q2)はスイッチング素子であり、ダイオードD3はMOSFET(Q1)の寄生ダイオードであり、ダイオードD4はMOSFET(Q2)の寄生ダイオードである。また、MOSFET(Q1)とMOSFET(Q2)の飽和電圧は、ダイオードD1,D2と寄生ダイオードD3,D4の順方向電圧降下よりも低い。
The DC power supply device 1 includes a reactor L1, a smoothing capacitor C1, diodes D1, D2, D3, and D4, MOSFETs (Q1, Q2) that are switching elements, and a shunt resistor R1. The diodes D1, D2, D3, D4 and the MOSFETs (Q1, Q2) constitute the bridge rectifier circuit 10.
The MOSFETs (Q1, Q2) are switching elements, the diode D3 is a parasitic diode of the MOSFET (Q1), and the diode D4 is a parasitic diode of the MOSFET (Q2). Further, the saturation voltage of the MOSFET (Q1) and the MOSFET (Q2) is lower than the forward voltage drop of the diodes D1, D2 and the parasitic diodes D3, D4.

この直流電源装置1は更に、電流検出部11と、ゲイン制御部12と、交流電圧検出部13と、ゼロクロス判定部14と、負荷検出部15と、昇圧比制御部16と、直流電圧検出部17と、コンバータ制御部18と、電源回路19とを備えている。この電源回路19は、直流電圧から、MOSFET(Q1,Q2)を駆動するための電源電圧15Vやマイコン等の制御IC(図示しない)を駆動するための制御電圧5Vを作り出す。   The DC power supply device 1 further includes a current detection unit 11, a gain control unit 12, an AC voltage detection unit 13, a zero cross determination unit 14, a load detection unit 15, a boost ratio control unit 16, and a DC voltage detection unit. 17, a converter control unit 18, and a power supply circuit 19. The power supply circuit 19 generates a power supply voltage 15V for driving the MOSFETs (Q1, Q2) and a control voltage 5V for driving a control IC (not shown) such as a microcomputer from the DC voltage.

ダイオードD1,D2とMOSFET(Q1,Q2)は、ブリッジ接続されている。ダイオードD1のアノードは、ダイオードD2のカソードに接続され、その接続点N1は配線hbを介して交流電源VSの一端に接続されている。   The diodes D1, D2 and the MOSFETs (Q1, Q2) are bridge-connected. The anode of the diode D1 is connected to the cathode of the diode D2, and the connection point N1 is connected to one end of the AC power supply VS via the wiring hb.

MOSFET(Q1)のソースは、MOSFET(Q2)のドレインに接続されている。MOSFET(Q1)のソースは、接続点N2と配線haとリアクトルL1を介して交流電源VSの一端に接続されている。
ダイオードD2のアノードは、MOSFET(Q2)のソースに接続されている。
MOSFET(Q1)のドレインは、ダイオードD1のカソードに接続されている。
The source of the MOSFET (Q1) is connected to the drain of the MOSFET (Q2). The source of the MOSFET (Q1) is connected to one end of the AC power supply VS via the connection point N2, the wiring ha, and the reactor L1.
The anode of the diode D2 is connected to the source of the MOSFET (Q2).
The drain of the MOSFET (Q1) is connected to the cathode of the diode D1.

また、ダイオードD1のカソードとMOSFET(Q1)のドレインは、配線hcを介して平滑コンデンサC1の正極と負荷Hの一端に接続されている。更にダイオードD2とMOSFET(Q2)のソースはシャント抵抗R1と配線hdを介して、それぞれ平滑コンデンサC1の負極および負荷Hの他端に接続されている。   The cathode of the diode D1 and the drain of the MOSFET (Q1) are connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C1 and one end of the load H through the wiring hc. Furthermore, the sources of the diode D2 and the MOSFET (Q2) are connected to the negative electrode of the smoothing capacitor C1 and the other end of the load H through the shunt resistor R1 and the wiring hd, respectively.

リアクトルL1は、配線ha上に、つまり交流電源VSとブリッジ整流回路10との間に設けられている。このリアクトルL1は、交流電源VSから供給される電力をエネルギとして蓄え、更にこのエネルギを放出することで昇圧を行う。   Reactor L1 is provided on wiring ha, that is, between AC power supply VS and bridge rectifier circuit 10. The reactor L1 stores electric power supplied from the AC power source VS as energy, and further boosts the energy by releasing this energy.

平滑コンデンサC1は、ダイオードD1やMOSFET(Q1)を通して整流された電圧を平滑化して、直流電圧Vdとする。この平滑コンデンサC1は、ブリッジ整流回路10の出力側に接続されており、正極側が配線hcに接続され、負極側が配線hdに接続される。   The smoothing capacitor C1 smoothes the voltage rectified through the diode D1 and the MOSFET (Q1) to obtain a DC voltage Vd. The smoothing capacitor C1 is connected to the output side of the bridge rectifier circuit 10, and the positive electrode side is connected to the wiring hc and the negative electrode side is connected to the wiring hd.

スイッチング素子であるMOSFET(Q1,Q2)は、後記するコンバータ制御部18からの指令によってオン/オフ制御される。スイッチング素子としてMOSFET(Q1,Q2)を用いることで、スイッチングを高速で行うことができ、更に電圧ドロップの小さいMOSFETに電流を流すことで、いわゆる同期整流制御を行うことが可能であり、回路の導通損失を低減できる。   The MOSFETs (Q1, Q2) that are switching elements are on / off controlled by a command from the converter control unit 18 to be described later. By using MOSFETs (Q1, Q2) as switching elements, switching can be performed at a high speed, and so-called synchronous rectification control can be performed by passing a current through a MOSFET with a small voltage drop. Conduction loss can be reduced.

このMOSFET(Q1,Q2)として、オン抵抗の小さいスーパージャンクションMOSFETを用いることで、導通損失を更に低減することが可能である。ここで、MOSFETの寄生ダイオードには、回路短絡動作時に逆回復電流が発生する。特にスーパージャンクションMOSFETの寄生ダイオードは、通常のMOSFETの寄生ダイオードに対して逆回復電流が大きく、スイッチング損失が大きいという課題がある。そこで、MOSFET(Q1,Q2)として、逆回復時間(trr:Reverse Recovery Time)が小さいMOSFETを使用することで、スイッチング損失を低減することができる。   By using a super junction MOSFET having a small on-resistance as the MOSFETs (Q1, Q2), it is possible to further reduce conduction loss. Here, a reverse recovery current is generated in the parasitic diode of the MOSFET during a circuit short-circuit operation. In particular, the parasitic diode of the super junction MOSFET has a problem that the reverse recovery current is larger than that of a normal MOSFET parasitic diode and the switching loss is large. Therefore, switching loss can be reduced by using a MOSFET having a short reverse recovery time (trr) as the MOSFET (Q1, Q2).

ダイオードD1,D2はアクティブ動作時においても逆回復電流が発生しないため、その順方向電圧小さいものを選定することが好ましい。例えば、一般的な整流ダイオードや高耐圧のショットキーバリアダイオードを使用することで、回路の導通損失を低減することが可能である。
シャント抵抗R1は、回路に通流する瞬時電流を検出する機能を有している。
電流検出部11は、回路に通流する平均電流を検出する機能を有している。
Since diodes D1 and D2 do not generate a reverse recovery current even during active operation, it is preferable to select diodes D1 and D2 having a low forward voltage. For example, it is possible to reduce the conduction loss of the circuit by using a general rectifier diode or a high breakdown voltage Schottky barrier diode.
The shunt resistor R1 has a function of detecting an instantaneous current flowing through the circuit.
The current detection unit 11 has a function of detecting an average current flowing through the circuit.

ゲイン制御部12は、回路電流実効値Isと直流電圧昇圧比aから決定される電流制御ゲインKpを制御する機能を有している。このときKp×Isを所定値に制御することで、交流電源電圧Vsから直流電圧Vdをa倍に昇圧することができる。   The gain control unit 12 has a function of controlling a current control gain Kp determined from the circuit current effective value Is and the DC voltage boost ratio a. At this time, by controlling Kp × Is to a predetermined value, the DC voltage Vd can be boosted a times from the AC power supply voltage Vs.

交流電圧検出部13は、交流電源VSから印加される交流電源電圧Vsを検出するものであり、配線ha,hbに接続されている。交流電圧検出部13は、その検出値をゼロクロス判定部14に出力する。   The AC voltage detector 13 detects an AC power supply voltage Vs applied from the AC power supply VS, and is connected to the wirings ha and hb. The AC voltage detection unit 13 outputs the detected value to the zero cross determination unit 14.

ゼロクロス判定部14は、交流電圧検出部13によって検出される交流電源電圧Vsの値に関して、その正負が切り替わったか、つまり、ゼロクロス点に達したか否かを判定する機能を有している。ゼロクロス判定部14は、交流電源電圧Vsの極性を検出する極性検出部である。例えば、ゼロクロス判定部14は、交流電源電圧Vsが正の期間中にはコンバータ制御部18に‘1’の信号を出力し、交流電源電圧Vsが負の期間中にはコンバータ制御部18に‘0’の信号を出力する。   The zero cross determination unit 14 has a function of determining whether the polarity of the AC power supply voltage Vs detected by the AC voltage detection unit 13 has been switched, that is, whether the zero cross point has been reached. The zero cross determination unit 14 is a polarity detection unit that detects the polarity of the AC power supply voltage Vs. For example, the zero-cross determination unit 14 outputs a signal “1” to the converter control unit 18 while the AC power supply voltage Vs is positive, and outputs “1” to the converter control unit 18 when the AC power supply voltage Vs is negative. A 0 'signal is output.

負荷検出部15は、例えば不図示のシャント抵抗によって構成され、負荷Hに流れる電流を検出する機能を有している。なお、負荷Hがインバータやモータである場合、負荷検出部15によって検出した負荷電流によってモータの回転速度やモータの印加電圧を演算してもよい。また、後記する直流電圧検出部17によって検出した直流電圧とモータの印加電圧から、インバータの変調率を演算してもよい。負荷検出部15は、その検出値(電流、モータ回転数、変調率等)を昇圧比制御部16に出力する。   The load detection unit 15 is configured by a shunt resistor (not shown), for example, and has a function of detecting a current flowing through the load H. When the load H is an inverter or a motor, the rotation speed of the motor or the applied voltage of the motor may be calculated based on the load current detected by the load detection unit 15. Also, the modulation factor of the inverter may be calculated from the DC voltage detected by the DC voltage detector 17 described later and the applied voltage of the motor. The load detection unit 15 outputs the detection value (current, motor rotation speed, modulation rate, etc.) to the boost ratio control unit 16.

昇圧比制御部16は、負荷検出部15の検出値から直流電圧Vdの昇圧比aを選定し、その選定結果をコンバータ制御部18に出力する。そして目標電圧まで直流電圧Vdを昇圧するようにコンバータ制御部18はMOSFET(Q1,Q2)に駆動パルスを出力することで、スイッチング制御を行う。   The step-up ratio control unit 16 selects the step-up ratio a of the DC voltage Vd from the detection value of the load detection unit 15 and outputs the selection result to the converter control unit 18. Then, the converter controller 18 performs switching control by outputting a drive pulse to the MOSFETs (Q1, Q2) so as to boost the DC voltage Vd to the target voltage.

直流電圧検出部17は、平滑コンデンサC1に印加される直流電圧Vdを検出するものであり、その正側が配線hcに接続され、負側が配線hdに接続されている。直流電圧検出部17は、その検出値をコンバータ制御部18に出力する。なお、直流電圧検出部17の検出値は、負荷Hに印加される電圧値が所定の目標値に達しているか否かの判定に用いられる。   The DC voltage detector 17 detects the DC voltage Vd applied to the smoothing capacitor C1, and its positive side is connected to the wiring hc and its negative side is connected to the wiring hd. DC voltage detection unit 17 outputs the detected value to converter control unit 18. Note that the detection value of the DC voltage detection unit 17 is used to determine whether or not the voltage value applied to the load H has reached a predetermined target value.

コンバータ制御部18を含むブロックMは、例えば、マイコン(Microcomputer:図示せず)であり、ROM(Read Only Memory)に記憶されたプログラムを読み出してRAM(Random Access Memory)に展開し、CPU(Central Processing Unit)が各種処理を実行するようになっている。コンバータ制御部18は、電流検出部11またはシャント抵抗R1、ゲイン制御部12、ゼロクロス判定部14、昇圧比制御部16、および直流電圧検出部17から入力される情報に基づいて、MOSFET(Q1,Q2)のオン/オフを制御する。なお、コンバータ制御部18が実行する処理については後記する。   The block M including the converter control unit 18 is, for example, a microcomputer (not shown), reads out a program stored in a ROM (Read Only Memory), develops it in a RAM (Random Access Memory), and a CPU (Central Processing Unit) executes various processes. Based on information input from the current detection unit 11 or the shunt resistor R1, the gain control unit 12, the zero cross determination unit 14, the step-up ratio control unit 16, and the DC voltage detection unit 17, the converter control unit 18 performs MOSFET (Q1, Control on / off of Q2). The processing executed by converter control unit 18 will be described later.

突入電流防止回路U1は、パワーリレーSW2と並列に突入電流防止リレーSW1と突入電流防止抵抗R3が直列接続されている構成であり、突入電流を低減する保護回路の機能を有している。
以下、突入電流防止回路U1による突入電流に対する保護制御について説明する。
The inrush current prevention circuit U1 has a configuration in which an inrush current prevention relay SW1 and an inrush current prevention resistor R3 are connected in series with the power relay SW2, and has a function of a protection circuit for reducing the inrush current.
Hereinafter, protection control for inrush current by the inrush current prevention circuit U1 will be described.

図2は、電源電圧が正の極性で突入電流防止回路U1が無い状態でパワーリレーSW2をオン状態にした場合に、回路に通流する入力電流isの経路を示した図である。
すなわち電流は、交流電源VS→リアクトルL1→ダイオードD3→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→ダイオードD2→電流検出部11→交流電源VSの順に流れる。
FIG. 2 is a diagram showing the path of the input current is flowing through the circuit when the power relay SW2 is turned on with the power supply voltage having a positive polarity and no inrush current prevention circuit U1.
That is, the current flows in the order of AC power supply VS → reactor L1 → diode D3 → smoothing capacitor C1 → shunt resistor R1 → diode D2 → current detection unit 11 → AC power supply VS.

図3(a)〜(e)は、図2に示した場合の各ブロックの動作状態を示す波形図である。
図3(a)は、パワーリレーSW2のオン/オフを示している。
図3(b)は、直流電圧Vdを示している。
図3(c)は、入力電流is(瞬時値)を示している。
図3(d)は、電源回路19により印加される15V電源を示している。
図3(e)は、マイコンリセット端子の電圧を示している。
まずパワーリレーSW2がオンになった瞬間(図3(a)参照)に大きな入力電流(突入電流)is(図3(c)参照)が通流し、平滑コンデンサC1に電荷がチャージされる。このとき直流電圧Vdは、図3(b)に示すようにサージが発生したものとなる。その後、電源回路19によって15V(図3(d)参照)や5Vが生成され、マイコンがリセット(図3(e)参照)されて、直流電源装置1は動作可能状態となる。
3A to 3E are waveform diagrams showing the operation state of each block in the case shown in FIG.
FIG. 3A shows on / off of the power relay SW2.
FIG. 3B shows the DC voltage Vd.
FIG. 3C shows the input current is (instantaneous value).
FIG. 3D shows a 15V power supply applied by the power supply circuit 19.
FIG. 3E shows the voltage at the microcomputer reset terminal.
First, at the moment when the power relay SW2 is turned on (see FIG. 3A), a large input current (inrush current) is (see FIG. 3C) flows, and the smoothing capacitor C1 is charged. At this time, the DC voltage Vd is a surge generated as shown in FIG. Thereafter, 15V (see FIG. 3D) and 5V are generated by the power supply circuit 19, the microcomputer is reset (see FIG. 3E), and the DC power supply device 1 becomes operable.

この突入電流は、平滑コンデンサC1の容量とリアクトルL1のインダクタンス値によって変わる。具体的には平滑コンデンサC1の容量が大きいほど、リアクトルL1のインダクタンスが小さいほど突入電流は大きくなる。
この突入電流が過大であると、ダイオードD1、D2やMOSFET(Q1,Q2)の特性が劣化し、最悪の場合破壊に到る場合がある。
そこで本実施形態では、このような状態を回避するために以下の2点を特徴としている。
This inrush current varies depending on the capacitance of the smoothing capacitor C1 and the inductance value of the reactor L1. Specifically, the inrush current increases as the capacitance of the smoothing capacitor C1 increases and the inductance of the reactor L1 decreases.
If this inrush current is excessive, the characteristics of the diodes D1 and D2 and the MOSFETs (Q1 and Q2) are deteriorated, which may lead to destruction in the worst case.
Therefore, the present embodiment is characterized by the following two points in order to avoid such a state.

第1の特徴点は、突入電流通流時にMOSFET(Q1,Q2)をオフ状態にしておき、寄生ダイオードD3、D4に電流を通流させることである。
本実施形態の直流電源装置1は、MOSFET(Q1,Q2)を上下に組んだ構成としている。この構成に変わる別形態として、本実施形態のダイオードD2の位置にMOSFET(Q1)を配置し、本実施形態のMOSFET(Q1)の位置にダイオードD2を配置する下2個の構成が考えられる。この構成の場合、後述する回路短絡動作を行った場合に、交流電源VSとMOSFET(Q1,Q2)との間にリアクトルL1を介さずに短絡電流が直接グランド(配線hd)を流れてしまうためノイズが過大となってしまう。
The first characteristic point is that the MOSFETs (Q1, Q2) are turned off during inrush current flow, and current is passed through the parasitic diodes D3, D4.
The DC power supply device 1 of the present embodiment has a configuration in which MOSFETs (Q1, Q2) are assembled vertically. As another form that changes to this configuration, there can be considered two lower configurations in which the MOSFET (Q1) is disposed at the position of the diode D2 of the present embodiment and the diode D2 is disposed at the position of the MOSFET (Q1) of the present embodiment. In the case of this configuration, when a short circuit operation described later is performed, a short circuit current directly flows through the ground (wiring hd) without the reactor L1 between the AC power supply VS and the MOSFETs (Q1, Q2). Noise becomes excessive.

これを回避するため、本実施形態の直流電源装置1では、MOSFET(Q1,Q2)を上下に配置した構成としている。しかし、この構成の場合、前述した通り回路短絡動作を行ったときにMOSFET(Q1)の寄生ダイオードD3には逆回復電流(Irr)が発生する。この逆回復電流が大きいほど、更にはスイッチング回数が多いほどスイッチング損失は大きくなってしまう。そこで、本実施形態の直集電源装置ではMOSFET(Q1)にはIrrの小さい、つまり逆回復時間(trr)の速い高速trrタイプのMOSFETを用いている。   In order to avoid this, in the DC power supply device 1 of the present embodiment, the MOSFETs (Q1, Q2) are arranged vertically. However, in the case of this configuration, reverse recovery current (Irr) is generated in the parasitic diode D3 of the MOSFET (Q1) when the circuit short circuit operation is performed as described above. The switching loss increases as the reverse recovery current increases and the switching frequency increases. Therefore, in the direct-collection power supply device of this embodiment, a high-speed trr type MOSFET having a small Irr, that is, a fast reverse recovery time (trr) is used for the MOSFET (Q1).

しかし、高速trrのMOSFETは大電流時に損失が大きいという特徴がある。
図4は、MOSFETのドレイン電圧−ドレイン逆電流の特性図を示す。
ここでドレイン電圧とはMOSFETソースからドレインを見たときの電圧である。ドレイン逆電流とはMOSFETのソースからドレインに流れる電流を意味している。実線が高速trrタイプMOSFETのデータであり、一点鎖線が低速trrタイプMOSFETのデータである。交点M1(ドレイン逆電流が約3Aの点)を境に低速trrタイプと高速trrタイプの特性が逆転していることが分かる。例えばドレイン逆電流が100Aのとき、ドレインソース間電圧は低速trrタイプのMOSFETより高速trrタイプのMOSFETの方が大きいことが分かる。つまり、大電流時には高速trrタイプの方が損失は大きいと言える。言い換えると高速trrタイプの方が突入電流によって破壊しやすい、と言える。
つまり、本実施形態のように上下にMOSFET(Q1,Q2)を配置した構成の場合は、前述した下2個の構成にくらべて突入電流による素子特性の劣化や破壊が起こりやすいため、突入電流に対する保護を確実に行う必要がある。
そこで本実施形態では、突入電流通流時にMOSFET(Q1,Q2)はオフ状態にしておき、突入電流を寄生ダイオードD3,D4に通流させる。つまり、MOSFET(Q1,Q2)をオンさせずにダイオードD1〜D4を用いたダイオード整流動作を行う。
However, the high-speed trr MOSFET is characterized by a large loss at a large current.
FIG. 4 is a characteristic diagram of the drain voltage-drain reverse current of the MOSFET.
Here, the drain voltage is a voltage when the drain is viewed from the MOSFET source. The drain reverse current means a current flowing from the source to the drain of the MOSFET. The solid line is the data for the high-speed trr type MOSFET, and the alternate long and short dash line is the data for the low-speed trr type MOSFET. It can be seen that the characteristics of the low-speed trr type and the high-speed trr type are reversed at the intersection M1 (the point where the drain reverse current is about 3 A). For example, when the drain reverse current is 100 A, the drain-source voltage is higher in the high-speed trr type MOSFET than in the low-speed trr type MOSFET. That is, it can be said that the high-speed trr type has a larger loss at a large current. In other words, it can be said that the high-speed trr type is more easily broken by the inrush current.
That is, in the case of the configuration in which the MOSFETs (Q1, Q2) are arranged above and below as in the present embodiment, the device characteristics are easily deteriorated or destroyed by the inrush current as compared with the lower two configurations described above. It is necessary to ensure protection against
Therefore, in the present embodiment, the MOSFETs (Q1, Q2) are turned off when inrush current flows, and the inrush current is passed through the parasitic diodes D3, D4. That is, the diode rectification operation using the diodes D1 to D4 is performed without turning on the MOSFETs (Q1, Q2).

図4の破線は、高速trrタイプの素子において、ゲートに15Vを印加した状態、つまりMOSFETがオン状態でのデータを示している。
前述したゲート電圧0V、OFF状態における実線のデータと比較すると、交点M2(ドレイン逆電流が約60A)を境に特性が逆転している。例えばドレイン逆電流が100Aのとき、Vg=15VよりもVg=0Vの方がドレイン−ソース間電圧が小さいため、Vg=0Vの方が損失は小さいと言える。よって、大電流時にてMOSFETは、ゲート電圧を0V、つまりオフ状態で寄生ダイオードに突入電流を通流させた方が損失が小さくなるため、突入電流による素子の特例劣化や破壊を防ぐ効果がある。
The broken line in FIG. 4 indicates data in a state where 15 V is applied to the gate, that is, the MOSFET is in the on state, in the high-speed trr type element.
Compared with the data of the solid line in the gate voltage 0V and OFF state described above, the characteristics are reversed at the intersection M2 (drain reverse current is about 60 A). For example, when the drain reverse current is 100 A, the drain-source voltage is smaller at Vg = 0V than at Vg = 15V, and therefore the loss is smaller at Vg = 0V. Therefore, in the case of a large current, the MOSFET has an effect of preventing special deterioration and destruction of the element due to the inrush current because the gate voltage is 0 V, that is, the inrush current is passed through the parasitic diode in the off state. .

第2の特徴点は、突入電流防止回路U1による突入電流の低減である。
本実施形態の直流電源装置1では、図1に示す突入電流を低減するための突入電流防止回路U1を備えている。
The second feature point is reduction of inrush current by the inrush current prevention circuit U1.
The DC power supply device 1 of this embodiment includes an inrush current prevention circuit U1 for reducing the inrush current shown in FIG.

図5(a)〜(f)は、突入電流防止回路U1を動作させた場合のタイムチャートを示した図である。
図5(a)は、突入電流防止リレーSW1のオン/オフを示している。
図5(b)は、パワーリレーSW2のオン/オフを示している。
図5(c)は、直流電圧Vdを示している。
図5(d)は、入力電流is(瞬時値)を示している。
図5(e)は、電源回路19により印加される15V電源を示している。
図5(f)は、マイコンリセット端子の電圧を示している。
まず、図5(a)に示すように、突入電流防止リレーSW1が所定時間T1に亘ってオン状態となる。これを、突入電流保護動作という。このとき、回路に通流する電流の経路は、図6に示すようになる。すなわち電流は、交流電源VS→突入電流防止リレーSW1→電流防止抵抗R3→リアクトルL1→ダイオードD3→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→ダイオードD2→電流検出部11→交流電源VSの順に流れる。
突入電流防止リレーSW1の先には突入電流防止抵抗R3が設置されており、この突入電流防止抵抗R3を介することで、図2の回路動作に比べて遅い時定数で平滑コンデンサC1へ電荷がチャージされ、図5(c)に示すように直流電圧Vdが緩やかに立ち上がり、電源回路19によって15V(図5(e)参照)や5Vが生成され、マイコンがリセット(図3(f)参照)される。このとき、平滑コンデンサC1は満充電状態ではない。
そして、所定時間T1経過後に、パワーリレーSW2をオン(図5(b)参照)して突入電流防止リレーSW1をオフ(図5(a)参照)することで、残りの電荷分がチャージされ、平滑コンデンサC1は満充電状態となる。これ以降を、通常動作という。
このとき、回路に通流する電流の経路は、図7に示すようになる。すなわち電流は、交流電源VS→パワーリレーSW2→リアクトルL1→ダイオードD3→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→ダイオードD2→電流検出部11→交流電源VSの順に流れる。
これ以降、突入電流防止リレーSW1は常時オフ状態となる。このように、予め平滑コンデンサC1へチャージした状態でパワーリレーSW2をオンしているため、図5(d)に示す突入電流は、図3(c)に示した突入電流よりも小さく、よって過大な電流が流れるのを防ぐことが可能である。
なお、平滑コンデンサC1が満充電となる前に突入電流防止リレーSW1をオフ状態にしているのは、突入電流防止抵抗R3の発熱を防ぐためである。
FIGS. 5A to 5F are time charts when the inrush current prevention circuit U1 is operated.
FIG. 5A shows on / off of the inrush current prevention relay SW1.
FIG. 5B shows on / off of the power relay SW2.
FIG. 5C shows the DC voltage Vd.
FIG. 5D shows the input current is (instantaneous value).
FIG. 5E shows a 15 V power supply applied by the power supply circuit 19.
FIG. 5F shows the voltage at the microcomputer reset terminal.
First, as shown in FIG. 5A, the inrush current prevention relay SW1 is turned on for a predetermined time T1. This is called an inrush current protection operation. At this time, the path of the current flowing through the circuit is as shown in FIG. That is, the current flows in the order of AC power supply VS → inrush current prevention relay SW1 → current prevention resistance R3 → reactor L1 → diode D3 → smoothing capacitor C1 → shunt resistance R1 → diode D2 → current detection unit 11 → AC power supply VS.
An inrush current prevention resistor R3 is installed at the tip of the inrush current prevention relay SW1, and the electric charge is charged to the smoothing capacitor C1 with a slower time constant than the circuit operation of FIG. 2 through the inrush current prevention resistor R3. Then, as shown in FIG. 5 (c), the DC voltage Vd rises gently, 15V (see FIG. 5 (e)) and 5V are generated by the power supply circuit 19, and the microcomputer is reset (see FIG. 3 (f)). The At this time, the smoothing capacitor C1 is not fully charged.
Then, after the predetermined time T1 has elapsed, the remaining charge is charged by turning on the power relay SW2 (see FIG. 5B) and turning off the inrush current prevention relay SW1 (see FIG. 5A). The smoothing capacitor C1 is fully charged. The subsequent steps are called normal operation.
At this time, the path of the current flowing through the circuit is as shown in FIG. That is, the current flows in the order of AC power supply VS → power relay SW2 → reactor L1 → diode D3 → smoothing capacitor C1 → shunt resistor R1 → diode D2 → current detection unit 11 → AC power supply VS.
Thereafter, the inrush current prevention relay SW1 is always turned off. As described above, since the power relay SW2 is turned on in a state where the smoothing capacitor C1 is charged in advance, the inrush current shown in FIG. 5D is smaller than the inrush current shown in FIG. It is possible to prevent a large current from flowing.
The reason why the inrush current prevention relay SW1 is turned off before the smoothing capacitor C1 is fully charged is to prevent the inrush current prevention resistor R3 from generating heat.

図8は、交流電源電圧が負の極性において、突入電流防止リレーがオン状態となったときに回路に通流する電流経路を示した図である。
すなわち電流は、交流電源VS→電流検出部11→ダイオードD1→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→ダイオードD4→リアクトルL1→電流防止抵抗R3→突入電流防止リレーSW1→交流電源VSの順に流れる。突入電流防止抵抗R3を介することで、図2の回路動作に比べて遅い時定数で平滑コンデンサC1へ電荷がチャージされ、図5(c)に示すように直流電圧Vdが緩やかに立ち上がり、電源回路19によって15V(図5(e)参照)や5Vが生成され、マイコンがリセット(図3(f)参照)される。
FIG. 8 is a diagram illustrating a current path that flows through the circuit when the inrush current prevention relay is turned on when the AC power supply voltage has a negative polarity.
That is, the current flows in the order of AC power supply VS → current detection unit 11 → diode D1 → smoothing capacitor C1 → shunt resistor R1 → diode D4 → reactor L1 → current prevention resistor R3 → inrush current prevention relay SW1 → AC power supply VS. Through the inrush current prevention resistor R3, the electric charge is charged to the smoothing capacitor C1 with a time constant slower than the circuit operation of FIG. 2, and the DC voltage Vd rises gently as shown in FIG. 19 generates 15V (see FIG. 5 (e)) and 5V, and the microcomputer is reset (see FIG. 3 (f)).

図9は、交流電源電圧が負の極性において、突入電流防止リレーSW1がオン→オフとなった後にパワーリレーがオン状態となったときに回路に通流する電流経路を示した図である。
すなわち電流は、交流電源VS→電流検出部11→ダイオードD1→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→ダイオードD4→リアクトルL1→パワーリレーSW2→交流電源VSの順に流れる。予め平滑コンデンサC1へチャージした状態でパワーリレーSW2をオンしているため、図5(d)に示す突入電流は、図3(c)に示した突入電流よりも小さく、よって過大な電流が流れるのを防ぐことが可能である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a current path that flows through the circuit when the power relay is turned on after the inrush current prevention relay SW1 is turned from on to off when the AC power supply voltage has a negative polarity.
That is, the current flows in the order of AC power supply VS → current detection unit 11 → diode D1 → smoothing capacitor C1 → shunt resistor R1 → diode D4 → reactor L1 → power relay SW2 → AC power supply VS. Since the power relay SW2 is turned on with the smoothing capacitor C1 charged in advance, the inrush current shown in FIG. 5 (d) is smaller than the inrush current shown in FIG. 3 (c), and thus an excessive current flows. It is possible to prevent this.

以上、説明したように、本実施形態の直流電源装置1は、突入電流の通流時にMOSFET(Q1,Q2)をオフ状態にしておき、かつ突入電流防止回路U1を設置することで交流電源投入時に派生する突入電流によるMOSFET(Q1,Q2)の特性劣化、破壊を防ぐことが可能である。   As described above, the DC power supply device 1 according to the present embodiment turns on the AC power by turning off the MOSFETs (Q1, Q2) when the inrush current flows and installing the inrush current prevention circuit U1. It is possible to prevent the characteristic deterioration and destruction of the MOSFETs (Q1, Q2) due to the inrush current derived from time to time.

例えば突入電流防止抵抗R3の抵抗値として500Ω以上とし、突入電流防止リレーSW1のオン時間として1.2s以上と設定することで、突入電流からMOSFETやダイオード等の回路素子を保護することが可能である。   For example, by setting the resistance value of the inrush current prevention resistor R3 to 500Ω or more and the on time of the inrush current prevention relay SW1 to 1.2 seconds or more, it is possible to protect circuit elements such as MOSFETs and diodes from the inrush current. is there.

次に、本実施形態の直流電源装置1の動作モードについて説明する。以下、説明する動作モードで直流電源装置1が駆動するのは、交流電源電圧Vsが印加された後、突入電流の保護制御がはたらいた後である。つまり、このとき突入電流防止リレーSW1は常時オフ、パワーリレーSW2が常時オン状態である。   Next, the operation mode of the DC power supply device 1 of the present embodiment will be described. Hereinafter, the DC power supply device 1 is driven in the operation mode to be described after the inrush current protection control is performed after the AC power supply voltage Vs is applied. That is, at this time, the inrush current prevention relay SW1 is always off and the power relay SW2 is always on.

直流電源装置1の動作モードを大別すると、ダイオード整流モード、同期整流モード、部分スイッチングモード、高速スイッチングモードの4つがある。部分スイッチングモード、高速スイッチングモードは、コンバータがアクティブ動作(力率改善動作)をするモードであり、ブリッジ整流回路10に力率改善電流を通流させることで直流電圧Vdの昇圧と力率の改善を行うモードである。例えばインバータやモータなどの負荷が大きい場合には、直流電圧Vdを昇圧する必要がある。また、負荷が大きくなり、直流電源装置1に流れる電流が大きくなるにしたがって高調波電流も増大してしまう。そのため、高負荷の場合には、部分スイッチングモードまたは高速スイッチングモードで昇圧を行い、高調波電流の低減つまり、電源入力の力率を改善させる必要がある。   The operation modes of the DC power supply device 1 are roughly classified into four modes: a diode rectification mode, a synchronous rectification mode, a partial switching mode, and a high-speed switching mode. The partial switching mode and the high-speed switching mode are modes in which the converter performs an active operation (power factor improving operation), and the DC voltage Vd is boosted and the power factor is improved by passing a power factor improving current through the bridge rectifier circuit 10. It is a mode to perform. For example, when a load such as an inverter or a motor is large, it is necessary to boost the DC voltage Vd. Further, as the load increases and the current flowing through the DC power supply device 1 increases, the harmonic current also increases. Therefore, in the case of a high load, it is necessary to boost the voltage in the partial switching mode or the high-speed switching mode to reduce the harmonic current, that is, improve the power factor of the power supply input.

≪ダイオード整流モード≫
ダイオード整流モードは、4つのダイオードD1〜D4を用いて全波整流を行うモードである。このモードではMOSFET(Q1)およびMOSFET(Q2)はオフ状態である。
図10は、交流電源電圧Vsが正の極性の場合において、ダイオード整流を行ったときに回路に流れる電流経路を示している。
図10において、交流電源電圧Vsが正の半サイクルの期間では、破線矢印で示す向きに電流が流れる。すなわち電流は、交流電源VS→リアクトルL1→寄生ダイオードD3→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→ダイオードD2→交流電源VSの順に流れる。
図11は、交流電源電圧Vsが負の極性の場合において、ダイオード整流を行ったときに回路に流れる電流経路を示している。
図11において、交流電源電圧Vsが負の半サイクルの期間では、破線矢印で示す向きに電流が流れる。すなわち電流は、交流電源VS→ダイオードD1→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→寄生ダイオードD4→リアクトルL1→交流電源VSの順に流れる。
≪Diode rectification mode≫
The diode rectification mode is a mode in which full-wave rectification is performed using four diodes D1 to D4. In this mode, the MOSFET (Q1) and the MOSFET (Q2) are off.
FIG. 10 shows a current path that flows through the circuit when diode rectification is performed when the AC power supply voltage Vs has a positive polarity.
In FIG. 10, current flows in the direction indicated by the broken-line arrow during a period in which the AC power supply voltage Vs is a positive half cycle. That is, the current flows in the order of AC power supply VS → reactor L1 → parasitic diode D3 → smoothing capacitor C1 → shunt resistor R1 → diode D2 → AC power supply VS.
FIG. 11 shows a current path that flows through the circuit when diode rectification is performed when the AC power supply voltage Vs has a negative polarity.
In FIG. 11, current flows in a direction indicated by a broken-line arrow during a half cycle in which the AC power supply voltage Vs is negative. That is, the current flows in the order of AC power supply VS → diode D1 → smoothing capacitor C1 → shunt resistor R1 → parasitic diode D4 → reactor L1 → AC power supply VS.

≪同期整流モード≫
前述のダイオード整流に対して高効率動作を行うために、交流電源電圧Vsの極性に応じてMOSFET(Q1,Q2)をスイッチング制御することにより、同期整流制御を行う。
≪Synchronous rectification mode≫
In order to perform high-efficiency operation with respect to the diode rectification described above, synchronous rectification control is performed by switching the MOSFETs (Q1, Q2) according to the polarity of the AC power supply voltage Vs.

図12は、交流電源電圧Vsが正の極性の場合において、同期整流を行ったときに回路に流れる電流経路を示した図である。
図12において、交流電源電圧Vsが正の半サイクルの期間では、破線矢印で示す向きに電流が流れる。すなわち電流は、交流電源VS→リアクトルL1→MOSFET(Q1)→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→ダイオードD2→交流電源VSの順に流れる。このとき、MOSFET(Q2)は常時オフ、MOSFET(Q1)は常時オン状態である。仮にMOSFET(Q1)がオン状態で無い場合には、前述のダイオード整流動作のように、電流はMOSFET(Q1)の寄生ダイオードD3を流れる。しかし通常、MOSFETの寄生ダイオードの順方向電圧降下が大きいため、大きな導通損失が発生してしまう。そこで、MOSFET(Q1)をオンさせて、MOSFET(Q1)のオン抵抗の部分に電流を流すことで、導通損失の低減を図ることが可能である。これが、いわゆる同期整流制御の原理である。なお、MOSFET(Q1)のオン動作開始のタイミングとしては、交流電源電圧Vsの極性が負から正に切り替わるゼロクロスのタイミングから行う。MOSFET(Q1)のオフさせるタイミングとしては、交流電源電圧Vsの極性が正から負に切り替わるタイミングである。
FIG. 12 is a diagram illustrating a current path that flows through the circuit when synchronous rectification is performed when the AC power supply voltage Vs has a positive polarity.
In FIG. 12, a current flows in a direction indicated by a broken-line arrow during a period in which the AC power supply voltage Vs is a positive half cycle. That is, the current flows in the order of AC power supply VS → reactor L1 → MOSFET (Q1) → smoothing capacitor C1 → shunt resistor R1 → diode D2 → AC power supply VS. At this time, the MOSFET (Q2) is always off, and the MOSFET (Q1) is always on. If the MOSFET (Q1) is not in the ON state, current flows through the parasitic diode D3 of the MOSFET (Q1) as in the above-described diode rectification operation. However, since the forward voltage drop of the parasitic diode of the MOSFET is usually large, a large conduction loss occurs. Therefore, the conduction loss can be reduced by turning on the MOSFET (Q1) and allowing a current to flow through the on-resistance portion of the MOSFET (Q1). This is the principle of so-called synchronous rectification control. Note that the on-operation start timing of the MOSFET (Q1) is determined from the zero cross timing at which the polarity of the AC power supply voltage Vs switches from negative to positive. The timing at which the MOSFET (Q1) is turned off is the timing at which the polarity of the AC power supply voltage Vs is switched from positive to negative.

図13は、交流電源電圧Vsが負の極性の場合において、同期整流を行ったときに回路に流れる電流経路を示した図である。
図13において、交流電源電圧Vsが負の半サイクルの期間では、破線矢印で示す向きに電流が流れる。すなわち、交流電源VS→ダイオードD1→平滑コンデンサC1→シャント抵抗R1→MOSFET(Q2)→リアクトルL1→交流電源VSの順に電流が流れる。このとき、MOSFET(Q1)は常時オフ、MOSFET(Q2)は常時オン状態である。なお、MOSFET(Q2)のオン動作開始のタイミングとしては、交流電源電圧Vsの極性が正から負に切り替わるゼロクロスのタイミングから行う。MOSFET(Q2)のオフさせるタイミングとしては、交流電源電圧Vsの極性が負から正に切り替わるタイミングである。
以上のように直流電源装置1を動作させることで、高効率動作が可能となる。
FIG. 13 is a diagram illustrating a current path that flows through the circuit when synchronous rectification is performed when the AC power supply voltage Vs has a negative polarity.
In FIG. 13, current flows in the direction indicated by the broken-line arrow during the half cycle of the negative AC power supply voltage Vs. That is, current flows in the order of AC power supply VS → diode D1 → smoothing capacitor C1 → shunt resistor R1 → MOSFET (Q2) → reactor L1 → AC power supply VS. At this time, the MOSFET (Q1) is always off, and the MOSFET (Q2) is always on. Note that the on-operation start timing of the MOSFET (Q2) is determined from the zero cross timing at which the polarity of the AC power supply voltage Vs is switched from positive to negative. The timing at which the MOSFET (Q2) is turned off is the timing at which the polarity of the AC power supply voltage Vs is switched from negative to positive.
By operating the DC power supply device 1 as described above, high-efficiency operation is possible.

図14(a)〜(d)は、同期整流時における、交流電源電圧Vsと回路電流isとMOSFETの駆動パルスの波形図である。
図14(a)は交流電源電圧の瞬時値vsの波形を示し、図14(b)は回路電流isの波形を示している。図14(c)はMOSFET(Q1)の駆動パルス波形を示し、図14(d)はMOSFET(Q2)の駆動パルス波形を示している。
図14(a)に示すように交流電源電圧の瞬時値vsは、略正弦波状の波形である。
図14(c)に示すようにMOSFET(Q1)の駆動パルスは、交流電源電圧Vsの極性が正のときにHレベル、負のときにLレベルとなる。
図14(d)に示すようにMOSFET(Q2)の駆動パルスは、MOSFET(Q1)の駆動パルスとは反転しており、交流電源電圧Vsの極性が正のときにLレベル、負のときにHレベルとなる。
図14(b)に示すように、回路電流isは、交流電源電圧Vsが所定振幅に達した場合、つまり交流電源電圧Vsが直流電圧Vdに対して大きい場合に流れる。
FIGS. 14A to 14D are waveform diagrams of the AC power supply voltage Vs, the circuit current is, and the MOSFET drive pulse at the time of synchronous rectification.
FIG. 14A shows the waveform of the instantaneous value vs of the AC power supply voltage, and FIG. 14B shows the waveform of the circuit current is. FIG. 14C shows a drive pulse waveform of the MOSFET (Q1), and FIG. 14D shows a drive pulse waveform of the MOSFET (Q2).
As shown in FIG. 14A, the instantaneous value vs of the AC power supply voltage has a substantially sinusoidal waveform.
As shown in FIG. 14C, the drive pulse of the MOSFET (Q1) is at the H level when the polarity of the AC power supply voltage Vs is positive, and at the L level when negative.
As shown in FIG. 14D, the drive pulse of the MOSFET (Q2) is inverted from the drive pulse of the MOSFET (Q1). When the polarity of the AC power supply voltage Vs is positive, the drive pulse is L level. Becomes H level.
As shown in FIG. 14B, the circuit current is flows when the AC power supply voltage Vs reaches a predetermined amplitude, that is, when the AC power supply voltage Vs is larger than the DC voltage Vd.

≪スイッチング動作の概要≫
次に直流電圧Vdの昇圧と力率の改善を行う高速スイッチング動作について説明する。
この動作モードでは、あるスイッチング周波数でMOSFET(Q1,Q2)をスイッチング制御して、リアクトルL1を介して回路を短絡させ(以降、力率改善動作と呼ぶ)、回路に短絡電流(以降、力率改善電流と呼ぶ)を通流させることで、直流電圧Vdの昇圧と力率の改善を行う。まず、力率改善電流を通流させた場合の動作について説明する。
≪Overview of switching operation≫
Next, a high-speed switching operation for boosting the DC voltage Vd and improving the power factor will be described.
In this operation mode, the MOSFETs (Q1, Q2) are controlled to be switched at a certain switching frequency, the circuit is short-circuited via the reactor L1 (hereinafter referred to as power factor correction operation), and a short-circuit current (hereinafter referred to as power factor) is supplied to the circuit. The DC voltage Vd is boosted and the power factor is improved. First, the operation when the power factor correction current is passed will be described.

交流電源電圧Vsが正のサイクルで同期整流を行った場合、電流の流れは図12の通りであり、MOSFET(Q1,Q2)の動作については前記した通りである。このとき、図14(b)に示したように、電源電圧に対して回路電流isは歪んでいる。これは、電流が流れるタイミングが交流電源電圧Vsに対して直流電圧Vdが小さくなった場合のみであることと、リアクトルL1の特性から生じるものである。
そこで、複数回に亘って回路に力率改善電流を通流させ、回路電流を正弦波に近づけることで力率の改善を行い、高調波電流を低減する。
When the AC power supply voltage Vs is synchronously rectified in a positive cycle, the current flow is as shown in FIG. 12, and the operation of the MOSFETs (Q1, Q2) is as described above. At this time, as shown in FIG. 14B, the circuit current is is distorted with respect to the power supply voltage. This is because the current flows only when the DC voltage Vd becomes smaller than the AC power supply voltage Vs, and the characteristic of the reactor L1.
Therefore, the power factor correction current is passed through the circuit a plurality of times, and the power factor is improved by bringing the circuit current close to a sine wave, thereby reducing the harmonic current.

図15は、電源電圧が正のサイクルでMOSFET(Q2)をオンさせた場合に流れる力率改善電流ispの経路を示した図である。
力率改善電流ispの経路としては、交流電源VS→リアクトルL1→MOSFET(Q2)→ダイオードD2→交流電源VS、の順である。このとき、リアクトルL1には、以下の式(1)で表されるエネルギが蓄えられる。このエネルギが平滑コンデンサC1に放出されることで、直流電圧Vdが昇圧される。

FIG. 15 is a diagram showing a path of the power factor correction current isp that flows when the MOSFET (Q2) is turned on in a positive cycle of the power supply voltage.
The path of the power factor correction current isp is in the order of AC power supply VS → reactor L1 → MOSFET (Q2) → diode D2 → AC power supply VS. At this time, the energy represented by the following formula (1) is stored in the reactor L1. This energy is discharged to the smoothing capacitor C1, so that the DC voltage Vd is boosted.

交流電源電圧Vsが負のサイクルで同期整流を行った場合の電流の流れは図13の通りであり、MOSFET(Q1,Q2)の動作については前記の通りである。   The flow of current when synchronous rectification is performed in a cycle where the AC power supply voltage Vs is negative is as shown in FIG. 13, and the operation of the MOSFETs (Q1, Q2) is as described above.

図16は、電源電圧が負のサイクルでMOSFET(Q1)をオンさせて力率改善電流ispを通流させた場合の経路を示した図である。
電流の経路としては、交流電源VS→ダイオードD1→MOSFET(Q1)→リアクトルL1→交流電源VSの順となる。このときも、前記したようにリアクトルL1にエネルギが蓄えられ、そのエネルギによって直流電圧Vdが昇圧される。
FIG. 16 is a diagram illustrating a path when the power factor correction current isp is caused to flow by turning on the MOSFET (Q1) in a cycle in which the power supply voltage is negative.
The current path is in the order of AC power supply VS → diode D1 → MOSFET (Q1) → reactor L1 → AC power supply VS. Also at this time, as described above, energy is stored in the reactor L1, and the DC voltage Vd is boosted by the energy.

図17(a)〜(d)は、力率改善電流を2回通流させた場合(2ショットと呼ぶ)における、交流電源電圧Vsと回路電流isとMOSFETの駆動パルスの波形図である。
図17(a)は交流電源電圧の瞬時値vsの波形を示し、図9(b)は回路電流isの波形を示している。図9(c)はMOSFET(Q1)の駆動パルス波形を示し、図17(d)はMOSFET(Q2)の駆動パルス波形を示している。
図17(a)に示すように交流電源電圧の瞬時値vsは、略正弦波状の波形である。
FIGS. 17A to 17D are waveform diagrams of the AC power supply voltage Vs, the circuit current is, and the MOSFET driving pulse when the power factor correction current is passed twice (referred to as two shots).
FIG. 17A shows the waveform of the instantaneous value vs of the AC power supply voltage, and FIG. 9B shows the waveform of the circuit current is. FIG. 9C shows a drive pulse waveform of the MOSFET (Q1), and FIG. 17D shows a drive pulse waveform of the MOSFET (Q2).
As shown in FIG. 17A, the instantaneous value vs of the AC power supply voltage has a substantially sinusoidal waveform.

図17(c)に示すようにMOSFET(Q1)の駆動パルスは、交流電源電圧Vsの極性が正のときにHレベルとなり、更に所定タイミングで2回のLレベルのパルスとなる。交流電源電圧Vsの極性が負のときにLレベルとなり、更に所定タイミングで2回のHレベルのパルスとなる。
図17(c)に示すようにMOSFET(Q2)の駆動パルスは、MOSFET(Q1)の駆動パルスとは反転している。これは、力率改善動作と同期整流を組み合わせて行っているためである。例えば交流電源電圧Vsが正の極性の場合において、MOSFET(Q2)がオンして力率改善動作を行う。その後MOSFET(Q1)がオフした後、MOSFET(Q2)がオンしている区間は同期整流動作となる。このように、力率改善動作と同期性流動作を組み合わせることで、力率改善を行いつつ高効率動作が可能である。
As shown in FIG. 17C, the drive pulse of the MOSFET (Q1) becomes H level when the polarity of the AC power supply voltage Vs is positive, and further becomes two L level pulses at a predetermined timing. It becomes L level when the polarity of the AC power supply voltage Vs is negative, and further becomes two H level pulses at a predetermined timing.
As shown in FIG. 17C, the drive pulse for the MOSFET (Q2) is inverted from the drive pulse for the MOSFET (Q1). This is because the power factor correction operation and synchronous rectification are combined. For example, when the AC power supply voltage Vs has a positive polarity, the MOSFET (Q2) is turned on to perform the power factor correction operation. Thereafter, after the MOSFET (Q1) is turned off, the section in which the MOSFET (Q2) is turned on is a synchronous rectification operation. In this way, by combining the power factor improvement operation and the synchronous flow operation, high efficiency operation is possible while improving the power factor.

図17(b)に示すように、回路電流isは、交流電源電圧Vsが正極性かつ、MOSFET(Q2)の駆動パルスがHレベルになったときに立ち上がり、交流電源電圧Vsが負極性かつ、MOSFET(Q1)の駆動パルスがHレベルになったときに立ち上がる。これにより、力率が改善される。   As shown in FIG. 17B, the circuit current is rises when the AC power supply voltage Vs is positive and the drive pulse of the MOSFET (Q2) becomes H level, and the AC power supply voltage Vs is negative and It rises when the drive pulse of the MOSFET (Q1) becomes H level. Thereby, a power factor is improved.

例えば交流電源電圧Vsが正の場合、力率改善動作中の電流経路は、図15のようになる。MOSFET(Q2)がオフしてMOSFET(Q1)がオンとなって同期整流動作に切り替わったときの電流経路は、図12のようになる。   For example, when the AC power supply voltage Vs is positive, the current path during the power factor correction operation is as shown in FIG. The current path when the MOSFET (Q2) is turned off and the MOSFET (Q1) is turned on to switch to the synchronous rectification operation is as shown in FIG.

なお、この力率改善動作と前述したダイオード整流動作を組み合わせてもよい。すなわち、交流電源電圧Vsが正の極性の場合、力率改善動作中の電流経路は、図15のようになる。MOSFET(Q2)がオフした後、寄生ダイオードD3がオンとなってダイオード整流動作に切り替わったときの電流経路は、図7のようになる。   Note that this power factor correction operation and the above-described diode rectification operation may be combined. That is, when the AC power supply voltage Vs has a positive polarity, the current path during the power factor correction operation is as shown in FIG. FIG. 7 shows a current path when the parasitic diode D3 is turned on after the MOSFET (Q2) is turned off to switch to the diode rectification operation.

図18(a)〜(d)は、高速スイッチングを行った場合の交流電源電圧Vsと回路電流isとMOSFETの駆動パルスの波形図である。
図18(a)は交流電源電圧の瞬時値vsの波形を示し、図18(b)は回路電流isの波形を示している。図18(c)はMOSFET(Q1)の駆動パルス波形を示し、図18(d)はMOSFET(Q2)の駆動パルス波形を示している。
図18(a)に示すように交流電源電圧の瞬時値vsは、略正弦波状の波形である。
18A to 18D are waveform diagrams of the AC power supply voltage Vs, the circuit current is, and the MOSFET drive pulse when high-speed switching is performed.
18A shows the waveform of the instantaneous value vs of the AC power supply voltage, and FIG. 18B shows the waveform of the circuit current is. FIG. 18C shows the drive pulse waveform of the MOSFET (Q1), and FIG. 18D shows the drive pulse waveform of the MOSFET (Q2).
As shown in FIG. 18A, the instantaneous value vs of the AC power supply voltage has a substantially sinusoidal waveform.

高速スイッチング動作においては、例えば電源電圧が正の極性の場合、力率改善動作時には、MOSFET(Q2)をオン、MOSFET(Q1)をオフ状態とすることで、力率改善電流ispを通流させる。次にMOSFET(Q2)をオフ状態にし、MOSFET(Q1)をオン状態にする。このように、このように力率改善動作の有無に応じてMOSFET(Q1,Q2)のオン、オフを切り替えているのは、同期整流を行っているためである。単純に高速スイッチング動作を行うためには、MOSFET(Q1)は常時オフ状態で、MOSFET(Q2)を一定周波数でスイッチング動作を行えばよい。   In the high-speed switching operation, for example, when the power supply voltage has a positive polarity, the power factor correction current isp is caused to flow by turning on the MOSFET (Q2) and turning off the MOSFET (Q1) during the power factor correction operation. . Next, the MOSFET (Q2) is turned off and the MOSFET (Q1) is turned on. Thus, the reason why the MOSFETs (Q1, Q2) are switched on and off in accordance with the presence / absence of the power factor correction operation is that synchronous rectification is performed. In order to simply perform a high-speed switching operation, the MOSFET (Q1) is always in an off state, and the MOSFET (Q2) may be switched at a constant frequency.

しかし、このとき、MOSFET(Q2)オフ時にMOSFET(Q1)もオフ状態であると、電流はMOSFET(Q1)の寄生ダイオードD3を流れることになる。前記したように、この寄生ダイオードの順方向電圧降下が大きいため、大きな導通損失が発生してしまう。そこで本実施形態では、MOSFET(Q2)オフ時には、MOSFET(Q1)をオン状態にして同期整流を行うことで、導通損失を低減しているのである。
直流電源装置1に流れる回路電流is(瞬時値)は、以下の式(2)で表すことができる。

However, at this time, if the MOSFET (Q1) is also in the off state when the MOSFET (Q2) is off, the current flows through the parasitic diode D3 of the MOSFET (Q1). As described above, since the forward voltage drop of the parasitic diode is large, a large conduction loss occurs. Therefore, in this embodiment, when the MOSFET (Q2) is off, the conduction loss is reduced by performing synchronous rectification by turning on the MOSFET (Q1).
The circuit current is (instantaneous value) flowing through the DC power supply device 1 can be expressed by the following equation (2).

さらに、この式(2)を書き換えると、以下の式(3)となる。

Furthermore, when this equation (2) is rewritten, the following equation (3) is obtained.

式(4)は、回路電流is(瞬時値)と、回路電流実効値Isとの関係を示すものである。なお、is(瞬時値)はシャント抵抗R1にて検出した値であり、回路電流実効値Isは電流検出部11にて検出した値である。

Equation (4) shows the relationship between the circuit current is (instantaneous value) and the circuit current effective value Is. Note that is (instantaneous value) is a value detected by the shunt resistor R1, and the circuit current effective value Is is a value detected by the current detection unit 11.

式(3)を変形して式(4)を代入すると、以下の式(5)となる。

When formula (3) is modified and formula (4) is substituted, formula (5) below is obtained.

昇圧比の逆数を右辺とすると、以下の式(6)となる。

When the reciprocal of the step-up ratio is the right side, the following equation (6) is obtained.

さらに、MOSFETのデューティdは、式(7)のように表すことが可能である。

Furthermore, the duty d of the MOSFET can be expressed as in Expression (7).

以上より、式(6)に示したKp×Isを制御することで、交流電源電圧Vsの実効値のa倍に昇圧可能であり、そのときのMOSFETのデューティd(通流率)は、式(7)で与えることができる。   As described above, by controlling Kp × Is shown in the equation (6), the voltage can be boosted to a times the effective value of the AC power supply voltage Vs, and the duty d (conductivity) of the MOSFET at that time is expressed by the equation It can be given by (7).

図19は、電源電圧半サイクル(正の極性)における、MOSFET(Q2)とMOSFET(Q1)の駆動パルスのオン・デューティの関係を示した図である。図19の縦軸はオン・デューティを示し、横軸は正の極性の電源電圧の半サイクル分の時間を示している。   FIG. 19 is a diagram illustrating the on-duty relationship of the drive pulses of the MOSFET (Q2) and the MOSFET (Q1) in the half cycle of the power supply voltage (positive polarity). The vertical axis in FIG. 19 indicates the on-duty, and the horizontal axis indicates the time corresponding to a half cycle of the positive polarity power supply voltage.

破線で示したMOSFET(Q1)の駆動パルスのオン・デューティは、交流電源電圧Vsと比例している。2点鎖線で示したMOSFET(Q2)の駆動パルスのオン・デューティは、1.0からMOSFET(Q1)の駆動パルスのオン・デューティを減算したものとなる。   The on-duty of the drive pulse of the MOSFET (Q1) indicated by the broken line is proportional to the AC power supply voltage Vs. The on-duty of the driving pulse of the MOSFET (Q2) indicated by a two-dot chain line is obtained by subtracting the on-duty of the driving pulse of the MOSFET (Q1) from 1.0.

図19において、式(7)で示したように、回路電流isが大きくなるほど力率改善電流を流すためにスイッチング動作を行うMOSFET(Q2)の駆動パルスのデューティdは小さくなり、逆に回路電流isが小さいほどMOSFET(Q2)の駆動パルスのデューティdは大きくなる。同期整流を行う側のMOSFET(Q1)の駆動パルスのデューティdは、MOSFET(Q2)の駆動パルスのデューティdとは逆特性となる。
なお、実際には上下短絡を回避するためにデッドタイムを考慮する必要がある。
In FIG. 19, as shown by the equation (7), as the circuit current is increases, the duty d of the drive pulse of the MOSFET (Q2) that performs the switching operation in order to flow the power factor correction current decreases. As is is smaller, the duty d of the driving pulse of the MOSFET (Q2) is larger. The duty d of the drive pulse of the MOSFET (Q1) on the side where the synchronous rectification is performed has a reverse characteristic to the duty d of the drive pulse of the MOSFET (Q2).
Actually, it is necessary to consider the dead time in order to avoid the vertical short circuit.

図20は、電源電圧半サイクル(正の極性)における、デッドタイムを考慮したMOSFET(Q2)の駆動パルスのオン・デューティを実線で追記した図である。図12の縦軸はオン・デューティを示し、横軸は交流電源電圧Vsの正極性の半サイクル分の時間を示している。
このように、所定のデッドタイムを付与すると、MOSFET(Q2)の駆動パルスのデューティは、このデッドタイム分だけ小さくなる。
FIG. 20 is a diagram in which the on-duty of the drive pulse of the MOSFET (Q2) in consideration of the dead time in the half cycle of the power supply voltage (positive polarity) is additionally written with a solid line. The vertical axis in FIG. 12 indicates the on-duty, and the horizontal axis indicates the time corresponding to the positive half cycle of the AC power supply voltage Vs.
As described above, when a predetermined dead time is given, the duty of the driving pulse of the MOSFET (Q2) is reduced by this dead time.

図21は、交流電源電圧Vsの瞬時値vsと、回路電流is(瞬時値)との関係を示した図である。実線は交流電源電圧Vsの瞬時値vsを示し、破線は回路電流isの瞬時値を示している。図21の横軸は正の極性の電源電圧の半サイクル分の時間を示している。   FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the instantaneous value vs of the AC power supply voltage Vs and the circuit current is (instantaneous value). The solid line indicates the instantaneous value vs of the AC power supply voltage Vs, and the broken line indicates the instantaneous value of the circuit current is. The horizontal axis of FIG. 21 shows the time for a half cycle of the positive polarity power supply voltage.

図21に示すように、高速スイッチング制御により、交流電源電圧Vsの瞬時値vsと回路電流is(瞬時値)とは両方とも略正弦波状となり、よって力率を改善することができる。
MOSFET(Q2)のデューティdQ2を、以下の式(8)に示す。

As shown in FIG. 21, the instantaneous value vs of the AC power supply voltage Vs and the circuit current is (instantaneous value) are both substantially sinusoidal due to the high-speed switching control, so that the power factor can be improved.
The duty d Q2 of the MOSFET (Q2) is shown in the following equation (8).

MOSFET(Q1)のデューティdQ1を、以下の式(9)に示す。

The duty d Q1 of the MOSFET (Q1) is shown in the following equation (9).

また、電源電圧と電流の関係をみると、回路電流isは正弦波状に制御されているため、力率は良い状態である。なお、これはリアクトルL1のインダクタンスが小さく電源電圧に対して電流の位相遅れが無い状態を想定している。仮に、リアクトルL1のインダクタンスが大きく、電流位相が電圧位相に対して遅れる場合には、電流位相を考慮してデューティdを設定すればよい。   Further, looking at the relationship between the power supply voltage and the current, the circuit current is is controlled in a sine wave shape, so that the power factor is good. This assumes a state where the inductance of the reactor L1 is small and there is no phase lag of the current with respect to the power supply voltage. If the inductance of the reactor L1 is large and the current phase is delayed with respect to the voltage phase, the duty d may be set in consideration of the current phase.

図22は、交流電源電圧Vsが正極性の場合に、リアクトルL1による電流位相の遅れ分を考慮した場合のMOSFET(Q2)のデューティを示した図である。図22の縦軸はMOSFET(Q2)のデューティを示し、横軸は正の極性の電源電圧の半サイクル分の時間を示している。   FIG. 22 is a diagram showing the duty of MOSFET (Q2) when the delay of the current phase due to reactor L1 is taken into account when AC power supply voltage Vs is positive. The vertical axis in FIG. 22 indicates the duty of the MOSFET (Q2), and the horizontal axis indicates the time corresponding to a half cycle of the positive polarity power supply voltage.

実線は、リアクトルL1による電流位相の遅れ分を考慮しない場合のMOSFET(Q2)のデューティを示している。破線は、リアクトルL1による電流位相の遅れ分を考慮した場合のMOSFET(Q2)のデューティを示している。このように制御することにより、リアクトルL1のインダクタンスが大きい場合であっても、電流を正弦波状に制御可能である。   The solid line indicates the duty of MOSFET (Q2) when the current phase delay due to reactor L1 is not taken into consideration. The broken line indicates the duty of MOSFET (Q2) when the delay of the current phase due to reactor L1 is taken into consideration. By controlling in this way, even if the inductance of the reactor L1 is large, the current can be controlled in a sine wave shape.

以上、高速スイッチングと同期整流を組み合わせて実施する場合について説明を行ってきた。なお、前述したように高速スイッチングとダイオード整流とを組み合わせてもよい。すなわち、交流電源電圧Vsが正の極性の場合、MOSFET(Q1)を常時オフ状態で、MOSFET(Q2)のみ高速スイッチングを行う。このように制御を行っても力率の改善効果を得ることができる。   In the above, the case where it implements combining high speed switching and synchronous rectification has been demonstrated. As described above, high-speed switching and diode rectification may be combined. That is, when the AC power supply voltage Vs has a positive polarity, the MOSFET (Q1) is always turned off and only the MOSFET (Q2) is switched at high speed. Even if control is performed in this manner, an effect of improving the power factor can be obtained.

≪部分スイッチング動作≫
前記したように、高速スイッチング動作を行うことで回路電流isを正弦波に成形することができ、高力率を確保することができる。しかし、スイッチング周波数が大きければ大きいほどスイッチング損失は大きくなる。
≪Partial switching operation≫
As described above, the circuit current is can be shaped into a sine wave by performing a high-speed switching operation, and a high power factor can be ensured. However, the switching loss increases as the switching frequency increases.

回路の入力が大きいほど、高調波電流も増大するので、特に高次の高調波電流の規制値を満足することが難しくなるため、入力電流が大きいほど高力率を確保する必要がある。逆に入力が小さい場合には高調波電流も小さくなるので必要以上に力率を確保する必要が無い場合がある。つまり、言い換えると負荷条件に応じて効率を考慮しつつ最適な力率を確保することで高調波電流を低減すればよいと言える。
そこで、スイッチング損失の増大を抑えつつ、力率を改善する場合には部分スイッチング動作を行えばよい。
Since the harmonic current increases as the circuit input increases, it becomes difficult to satisfy the regulation value of the higher-order harmonic current in particular. Therefore, it is necessary to ensure a high power factor as the input current increases. Conversely, when the input is small, the harmonic current is also small, so there is a case where it is not necessary to secure a power factor more than necessary. In other words, it can be said that the harmonic current may be reduced by securing an optimum power factor while considering the efficiency in accordance with the load condition.
Therefore, in order to improve the power factor while suppressing an increase in switching loss, a partial switching operation may be performed.

部分スイッチング動作とは、高速スイッチング動作のように所定周波数で力率改善動作を行うのではなく、交流電源電圧Vsの半サイクルの中で、所定の位相で複数回力率改善動作を行うことで直流電圧Vdの昇圧と力率の改善を行う動作モードである。高速スイッチング動作の場合と比べてMOSFET(Q1,Q2)のスイッチング回数が少ない分、スイッチング損失の低減が可能である。以下、図23を用いて部分スイッチング動作の説明を行う。   The partial switching operation is not a power factor correction operation at a predetermined frequency as in a high-speed switching operation, but a direct current by performing a plurality of power factor correction operations at a predetermined phase in a half cycle of the AC power supply voltage Vs. This is an operation mode for boosting the voltage Vd and improving the power factor. Compared with the case of high-speed switching operation, the switching loss of the MOSFETs (Q1, Q2) is reduced, so that the switching loss can be reduced. Hereinafter, the partial switching operation will be described with reference to FIG.

図23(a)〜(d)は、交流電源電圧Vsが正のサイクルにおける、MOSFET(Q1)の駆動パルスと交流電源電圧Vs、回路電流isの関係を示した図である。
図23(a)は交流電源電圧の瞬時値vsを示し、図23(b)は回路電流isを示している。図23(c)はMOSFET(Q2)の駆動パルスを示し、図23(d)はMOSFET(Q1)の駆動パルスを示している。
図23(a)に示すように交流電源電圧の瞬時値vsは、略正弦波状である。
図23(b)の一点鎖線は、理想的な回路電流isを略正弦波状に示している。このとき、最も力率が改善される。
FIGS. 23A to 23D are diagrams showing the relationship between the drive pulse of the MOSFET (Q1), the AC power supply voltage Vs, and the circuit current is in the cycle in which the AC power supply voltage Vs is positive.
FIG. 23A shows the instantaneous value vs of the AC power supply voltage, and FIG. 23B shows the circuit current is. FIG. 23C shows a driving pulse for the MOSFET (Q2), and FIG. 23D shows a driving pulse for the MOSFET (Q1).
As shown in FIG. 23A, the instantaneous value vs of the AC power supply voltage is substantially sinusoidal.
The alternate long and short dash line in FIG. 23B shows the ideal circuit current is in a substantially sine wave shape. At this time, the power factor is most improved.

ここで例えば、理想電流上の点P1を考えた場合、この点での傾きをdi(P1)/dtとおく。次に、電流がゼロの状態から、MOSFET(Q2)を時間ton1_Q2に亘ってオンしたときの電流の傾きをdi(ton1_Q2)/dtとおく。さらに時間ton1_Q2に亘ってオンした後、時間toff_Q2に亘ってオフした場合の電流の傾きをdi(toff1_Q2)/dtとおく。このときdi(ton1_Q2)/dtとdi(toff1_Q2)/dtとの平均値が点P1における傾きdi(P1)/dtと等しくなるように制御する。   Here, for example, when the point P1 on the ideal current is considered, the slope at this point is set to di (P1) / dt. Next, the slope of the current when the MOSFET (Q2) is turned on for a time ton1_Q2 from the state where the current is zero is set to di (ton1_Q2) / dt. Furthermore, after the power is turned on for the time ton1_Q2, the current gradient when the power is turned off for the time toff_Q2 is set to di (toff1_Q2) / dt. At this time, control is performed so that the average value of di (ton1_Q2) / dt and di (toff1_Q2) / dt is equal to the slope di (P1) / dt at the point P1.

次に、点P1と同様に、点P2での電流の傾きをdi(P2)/dtとおく。そして、MOSFET(Q2)を時間ton2_Q2に亘ってオンしたときの電流の傾きをdi(ton2_Q2)/dtとおき、時間toff2_Q2に亘ってオフした場合の電流の傾きをdi(toff2_Q2)/dtとおく。点P1の場合と同様に、di(ton2_Q2)/dtとdi(toff2_Q2)/dtの平均値が点P2における傾きdi(P2)/dtと等しくなるようにする。以降これを繰り返していく。このとき、MOSFET(Q2)のスイッチング回数が多いほど、理想的な正弦波に近似することが可能である。   Next, similarly to the point P1, the slope of the current at the point P2 is set to di (P2) / dt. The slope of the current when the MOSFET (Q2) is turned on over time ton2_Q2 is set as di (ton2_Q2) / dt, and the slope of the current when turned off over time toff2_Q2 is set as di (toff2_Q2) / dt. . As in the case of the point P1, the average value of di (ton2_Q2) / dt and di (toff2_Q2) / dt is set equal to the slope di (P2) / dt at the point P2. This is repeated thereafter. At this time, it can be approximated to an ideal sine wave as the switching frequency of the MOSFET (Q2) is increased.

なお、このようにMOSFET(Q1)とMOSFET(Q2)のスイッチングを相補に切り替えているのは、部分スイッチング動作と同期整流動作を組み合わせて実施しているためである。
なお、場合によっては部分スイッチング動作とダイオード整流動作を組み合わせて実施してもよい。
The reason why the switching of the MOSFET (Q1) and the MOSFET (Q2) is switched complementarily is that the partial switching operation and the synchronous rectification operation are performed in combination.
In some cases, partial switching operation and diode rectification operation may be combined.

≪制御モードの切り替え≫
本実施形態の直流電源装置1は、ダイオード整流制御と同期整流制御と部分スイッチング制御と高速スイッチング制御を実施可能である。例えば使用する機器によっては、負荷条件によって、高効率化優先の領域、昇圧と力率改善優先の領域等、求められる性能が変わる場合がある。そこで、前述した4つの制御を実施するモードを、予め決められた閾値情報を基にして選択的に切り替えることで、より最適に高効率化と高調波電流の低減を両立可能となる。
以下、各制御方法にて切り替えるモードを示す。
≪Switching control mode≫
The DC power supply device 1 of the present embodiment can perform diode rectification control, synchronous rectification control, partial switching control, and high-speed switching control. For example, depending on the equipment to be used, required performance may change depending on the load condition, such as a high efficiency priority area, a boosting and power factor improvement priority area, and the like. Therefore, by selectively switching the modes for performing the four controls described above based on predetermined threshold information, it is possible to achieve both higher efficiency and lower harmonic current more optimally.
Hereinafter, the mode switched by each control method is shown.

図24は、負荷の大きさに応じた直流電源装置の動作モードの切り替えを説明した図である。この図において、第1の閾値を「閾値#1」、第2の閾値を「閾値#2」と省略して記載している。また、第1〜第8の制御方法を単に「#1」から「#8」と省略して記載している。
第1制御方法は、予め決められた第1の閾値情報に基づいて、同期整流制御を実施するモードと、同期整流制御および部分スイッチング制御を同時に実施するモードとを切り替えるというものである。なお、図面では、部分スイッチング制御のことを「部分SW」と省略して記載している。
FIG. 24 is a diagram illustrating switching of the operation mode of the DC power supply device according to the size of the load. In this figure, the first threshold is abbreviated as “threshold # 1”, and the second threshold is abbreviated as “threshold # 2”. Also, the first to eighth control methods are simply abbreviated as “# 1” to “# 8”.
The first control method switches between a mode in which synchronous rectification control is performed and a mode in which synchronous rectification control and partial switching control are performed simultaneously, based on predetermined first threshold information. In the drawing, the partial switching control is abbreviated as “partial SW”.

第2制御方法は、予め決められた第1の閾値情報に基づいて、同期整流制御を実施するモードと、同期整流制御および高速スイッチング制御を同時に実施するモードとを切り替えるというものである。なお、図面では、高速スイッチング制御のことを「高速SW」と省略して記載している。   The second control method switches between a mode in which synchronous rectification control is performed and a mode in which synchronous rectification control and high-speed switching control are performed at the same time based on predetermined first threshold information. In the drawings, the high-speed switching control is abbreviated as “high-speed SW”.

第3制御方法は、予め決められた第1、第2の閾値情報に基づいて、同期整流制御を行うモードと、同期整流制御および部分スイッチング制御を同時に実施するモードと、同期整流制御および高速スイッチング制御を同時に実施するモードと、を切り替えるというものである。   The third control method includes a mode in which synchronous rectification control is performed based on predetermined first and second threshold information, a mode in which synchronous rectification control and partial switching control are simultaneously performed, synchronous rectification control and high-speed switching. This is to switch between the modes in which the control is performed simultaneously.

第4制御方法は、予め決められた第1の閾値情報に基づいて、同期整流制御を実施するモードと、ダイオード整流制御および部分スイッチング制御を同時に実施するモードとを切り替えるというものである。   The fourth control method is to switch between a mode in which synchronous rectification control is performed and a mode in which diode rectification control and partial switching control are simultaneously performed based on predetermined first threshold information.

第5制御方法は、予め決められた第1の閾値情報に基づいて、同期整流制御を実施するモードと、ダイオード整流制御および高速スイッチング制御を同時に実施するモードとを切り替えるというものである。   The fifth control method switches between a mode in which synchronous rectification control is performed and a mode in which diode rectification control and high-speed switching control are performed simultaneously based on predetermined first threshold information.

第6制御方法は、予め決められた第1、第2の閾値情報に基づいて、同期整流制御を実施するモードと、ダイオード整流制御および部分スイッチング制御を同時に実施するモードと、ダイオード整流制御および高速スイッチング制御を同時に実施するモードとを切り替えるというものである。   The sixth control method includes a mode for performing synchronous rectification control, a mode for simultaneously performing diode rectification control and partial switching control, diode rectification control, and high speed based on predetermined first and second threshold information The mode for switching the switching control simultaneously is switched.

第7制御方法は、予め決められた第1、第2の閾値情報に基づいて、同期整流制御を実施するモードと、ダイオード整流制御および部分スイッチング制御を同時に実施するモードと、同期整流制御および高速スイッチング制御を同時に実施するモードとを切り替えるというものである。   The seventh control method includes a mode in which synchronous rectification control is performed, a mode in which diode rectification control and partial switching control are simultaneously performed, synchronous rectification control and high speed based on first and second threshold information determined in advance. The mode for switching the switching control simultaneously is switched.

第8制御方法は、予め決められた第1、第2の閾値情報に基づいて、同期整流制御を実施するモードと、同期整流制御および部分スイッチング制御を同時に実施するモードと、ダイオード整流制御および高速スイッチング制御を同時に実施するモードとを切り替えるというものである。   The eighth control method includes a mode in which synchronous rectification control is performed, a mode in which synchronous rectification control and partial switching control are simultaneously performed, diode rectification control, and high-speed control based on predetermined first and second threshold information. The mode for switching the switching control simultaneously is switched.

例えば、効率向上と高調波電流の低減や昇圧を主目的にするのであれば、第1〜第3制御方法で切り替えればよい。また、効率はあまり優先ではなく、高調波電流の低減や昇圧を主目的にするのであれば、第4〜第6制御方法等のモードで切り替えればよい。例えば、部分スイッチング動作や高速スイッチング動作と同期整流動作を組み合わせる場合は、交流電源電圧半周期の中で2つのMOSFETを制御する必要があるため、制御としては複雑になる。しかし、ダイオード整流との組み合わせであれば、半周期のうち制御するMOSFETは1つであるため、制御の簡略化にも繋がる。要するに、効率や高調波の低減や制御性など、必要に応じて最適な制御を選択すればよい。   For example, if the main purpose is to improve efficiency, reduce harmonic current, or boost the voltage, the first to third control methods may be used. Further, efficiency is not so much a priority, and if the main purpose is to reduce harmonic current or boost the voltage, the mode may be switched in the fourth to sixth control methods. For example, when a partial switching operation or a high-speed switching operation is combined with a synchronous rectification operation, it is necessary to control two MOSFETs in an AC power supply voltage half cycle, which makes the control complicated. However, in combination with diode rectification, the number of MOSFETs to be controlled is one in a half cycle, which leads to simplification of control. In short, optimal control may be selected as necessary, such as efficiency, harmonic reduction, and controllability.

なお、制御切り替えのトリガとなる閾値情報としては、例えば電流検出部11で検出した回路電流がある。或いは負荷検出部15にて検出した負荷情報を用いてもよい。負荷情報として例えば、負荷Hがモータやインバータの場合はモータ電流、モータ回転数、変調率、或いは直流電圧等を用いればよい。   Note that threshold information serving as a trigger for control switching includes, for example, a circuit current detected by the current detection unit 11. Alternatively, the load information detected by the load detection unit 15 may be used. As the load information, for example, when the load H is a motor or an inverter, a motor current, a motor rotation speed, a modulation rate, a DC voltage, or the like may be used.

更に、第1,第2,第4,第5制御方法のように2つのモードの間で制御を切り替える場合は閾値情報は1つ(第1の閾値情報)であればよい。第3、第6、第7、第8制御方法のように3つのモードの間で切り替える場合には、閾値情報は2つ(第1の閾値情報と第2の閾値情報)用意する。更に、第1の閾値情報と第2の閾値情報は負荷の大きさに関連されている。つまり、第1の閾値情報は、第2の閾値情報よりも大きいという関係がある。   Further, when the control is switched between the two modes as in the first, second, fourth, and fifth control methods, the threshold information may be one (first threshold information). When switching between the three modes as in the third, sixth, seventh, and eighth control methods, two pieces of threshold information (first threshold information and second threshold information) are prepared. Furthermore, the first threshold information and the second threshold information are related to the magnitude of the load. That is, there is a relationship that the first threshold information is larger than the second threshold information.

例えば、第3制御方法では、第1の閾値未満の領域では同期整流動作で動作させ、第1の閾値以上・第2の閾値未満の領域では同期整流動作+部分スイッチング動作で動作させ、第2の閾値以上の領域では同期整流動作+高速スイッチング動作で動作させる。その他のモードに関しても同様である。   For example, in the third control method, a synchronous rectification operation is performed in a region below the first threshold, a synchronous rectification operation + partial switching operation is performed in a region greater than or equal to the first threshold and less than the second threshold, In the region above the threshold value, the synchronous rectification operation + high-speed switching operation is performed. The same applies to other modes.

また、第3,第6〜第8制御方法のように部分スイッチング動作中から高速スイッチング動作に切り替える場合に、直流電圧Vdが変動する場合がある。部分スイッチング時に対して高速スイッチング時は力率が良いため、部分スイッチングの電流振幅と同じになるように切り替えてしまうと、直流電圧Vdが昇圧されすぎてしまうためである。
これを回避するために、切り替えの瞬間に部分スイッチング動作時の電流に対して高速スイッチング動作時の電流のピークが小さくなるようにオン時間を調整して切り替えるとよい。
Further, when switching from the partial switching operation to the high-speed switching operation as in the third and sixth to eighth control methods, the DC voltage Vd may fluctuate. This is because the power factor is better at the time of high speed switching than at the time of partial switching, so that the DC voltage Vd is boosted too much if switching is made to be the same as the current amplitude of the partial switching.
In order to avoid this, it is preferable to switch by adjusting the on-time so that the peak of the current during the high-speed switching operation becomes smaller than the current during the partial switching operation at the moment of switching.

図25は、部分スイッチングから高速スイッチングへ切り替える場合の電流波形を説明した図である。
図25(a)は、部分スイッチング制御時の交流電源電圧Vsと回路電流isとを模式的に示している。
図25(b)は、高速スイッチング制御に切り替えたときの交流電源電圧Vsと回路電流isとを模式的に示している。このときの回路電流isのピークは、図17(a)に示した回路電流isのピークよりも小さくなっている。このようにオン時間を調整して切り替えることで直流電圧の変動を抑えることが可能である。これは、部分スイッチングに対して高速スイッチング時は力率が良いため電流は小さくなる。つまり、部分スイッチングの電流振幅と同じになるように切り替えてしまうと、直流電圧が昇圧されすぎてしまうためである。これにより、直流電圧Vdの変動を抑えることが可能である。
FIG. 25 is a diagram illustrating current waveforms when switching from partial switching to high-speed switching.
FIG. 25A schematically shows the AC power supply voltage Vs and the circuit current is during the partial switching control.
FIG. 25B schematically shows the AC power supply voltage Vs and the circuit current is when switching to high-speed switching control. The peak of the circuit current is at this time is smaller than the peak of the circuit current is shown in FIG. In this way, it is possible to suppress fluctuations in the DC voltage by adjusting and switching on time. This is because the power factor is good at the time of high-speed switching with respect to partial switching, so that the current becomes small. That is, if the switching is performed so that the current amplitude is the same as that of the partial switching, the DC voltage is excessively boosted. Thereby, it is possible to suppress the fluctuation of the DC voltage Vd.

同様に、高速スイッチングから部分スイッチングへの切り替え時には、先程とは逆に電流の振幅が大きくなるようにオン時間を調整して切り替えることで、逆に直流電圧Vdの低下を防ぐことが可能である。
更に、各制御の切り替えは電源電圧ゼロクロスのタイミングで行うことで、安定的に制御の切り替えを行うことができる。
Similarly, when switching from high-speed switching to partial switching, it is possible to prevent the DC voltage Vd from decreasing by adjusting the ON time so that the amplitude of the current increases in contrast to the previous case. .
Furthermore, the control can be stably switched by switching each control at the timing of the power supply voltage zero cross.

<空気調和機と直流電源装置の動作>
図26は、本実施形態における空気調和機の室内機、室外機、およびリモコンの正面図である。
図26に示すように、空気調和機Aは、いわゆるルームエアコンであり、室内機100と、室外機200と、リモコンReと、不図示の直流電源装置(図1参照)とを備えている。室内機100と室外機200とは冷媒配管300で接続され、周知の冷媒サイクルによって、室内機100が設置されている室内を空調する。また、室内機100と室外機200とは、通信ケーブル(図示せず)を介して互いに情報を送受信するようになっている。更に室外機200には配線(図示せず)で繋がれており室内機100を介して交流電圧が供給されている。直流電源装置は、室外機200に備えられており、室内機100側から供給された交流電力を直流電力に変換している。
<Operation of air conditioner and DC power supply>
FIG. 26 is a front view of the indoor unit, the outdoor unit, and the remote controller of the air conditioner according to the present embodiment.
As shown in FIG. 26, the air conditioner A is a so-called room air conditioner, and includes an indoor unit 100, an outdoor unit 200, a remote controller Re, and a DC power supply (not shown) (see FIG. 1). The indoor unit 100 and the outdoor unit 200 are connected by a refrigerant pipe 300, and air-conditions the room in which the indoor unit 100 is installed by a known refrigerant cycle. The indoor unit 100 and the outdoor unit 200 transmit and receive information to and from each other via a communication cable (not shown). Further, the outdoor unit 200 is connected by wiring (not shown), and an AC voltage is supplied through the indoor unit 100. The DC power supply device is provided in the outdoor unit 200 and converts AC power supplied from the indoor unit 100 side into DC power.

リモコンReは、ユーザによって操作されて、室内機100のリモコン送受信部Qに対して赤外線信号を送信する。この赤外線信号の内容は、運転要求、設定温度の変更、タイマ、運転モードの変更、停止要求などの指令である。空気調和機Aは、これら赤外線信号の指令に基づいて、冷房モード、暖房モード、除湿モードなどの空調運転を行う。また、室内機100は、リモコン送受信部QからリモコンReへ、室温情報、湿度情報、電気代情報などのデータを送信する。   The remote controller Re is operated by the user and transmits an infrared signal to the remote controller transmission / reception unit Q of the indoor unit 100. The contents of the infrared signal are commands such as an operation request, a change in set temperature, a timer, an operation mode change, and a stop request. The air conditioner A performs air conditioning operations such as a cooling mode, a heating mode, and a dehumidifying mode based on these infrared signal commands. Moreover, the indoor unit 100 transmits data such as room temperature information, humidity information, and electricity bill information from the remote control transmission / reception unit Q to the remote control Re.

本実施形態の突入電流防止回路U1と突入電流防止リレーSW1の設置位置として、室内機100、室外機200それぞれに限定されるものではなく、室内機、室外機のどちら側に設置してもよい。   The installation positions of the inrush current prevention circuit U1 and the inrush current prevention relay SW1 of the present embodiment are not limited to the indoor unit 100 and the outdoor unit 200, respectively, and may be installed on either the indoor unit or the outdoor unit. .

空気調和機Aに搭載された直流電源装置の動作の流れについて説明する。直流電源装置は、高効率動作と力率の改善による高調波電流の低減と直流電圧Vdの昇圧を行うものである。そして、動作モードとしては前記のように、ダイオード整流動作、同期整流動作、高速スイッチング動作、部分スイッチング動作の4つの動作モードを備えている。   An operation flow of the DC power supply device mounted on the air conditioner A will be described. The direct-current power supply device performs high-efficiency operation, reduces harmonic current by improving the power factor, and boosts the direct-current voltage Vd. As described above, the operation mode includes four operation modes of diode rectification operation, synchronous rectification operation, high-speed switching operation, and partial switching operation.

例えば負荷Hとして空気調和機Aのインバータやモータを考えた場合、負荷が小さく、効率重視の運転が必要であれば、直流電源装置を同期整流モードで動作させるとよい。   For example, when an inverter or a motor of the air conditioner A is considered as the load H, the DC power supply device may be operated in the synchronous rectification mode if the load is small and operation with an emphasis on efficiency is necessary.

負荷が大きくなり、昇圧と力率の確保とが必要であれば、直流電源装置に高速スイッチング動作を行わせるとよい。また空気調和機Aの定格運転時のように、負荷としてはそれほど大きくないが昇圧や力率の確保が必要な場合には、部分スイッチング動作を行わせるとよい。なお、部分スイッチングと高速スイッチング時にはダイオード整流と同期整流のどちらを組み合わせてもよい。   If the load becomes large and it is necessary to increase the voltage and secure the power factor, it is preferable to cause the DC power supply device to perform a high-speed switching operation. In addition, as in the rated operation of the air conditioner A, if the load is not so large but it is necessary to ensure the pressure increase or the power factor, the partial switching operation may be performed. Note that either diode rectification or synchronous rectification may be combined during partial switching and high-speed switching.

図27は、負荷の大きさに応じて直流電源装置1の動作モードと空気調和機Aの運転領域を切り替える様子を説明した概要図である。
負荷に、閾値#1,#2を設けて、かつ機器として空気調和機Aを考えた場合、負荷が小さい中間領域において、直流電源装置は同期整流を行い、定格運転時には部分スイッチング(ダイオード整流または同期整流の何れかを組み合わせる)を行い、必要に応じて高速スイッチング(ダイオード整流または同期整流の何れかを組み合わせる)を行う。
FIG. 27 is a schematic diagram illustrating a state in which the operation mode of the DC power supply device 1 and the operation region of the air conditioner A are switched according to the size of the load.
In the case where the load is provided with threshold values # 1 and # 2 and the air conditioner A is considered as a device, the DC power supply device performs synchronous rectification in an intermediate region where the load is small, and partial switching (diode rectification or Synchronous rectification is combined), and high-speed switching (combining either diode rectification or synchronous rectification) is performed as necessary.

定格運転よりも更に負荷が大きい低温暖房運転領域などにおいて、直流電源装置1は高速スイッチングを行い、必要に応じて部分スイッチング(ダイオード整流又は同期整流の何れかを組み合わせる)を行う。   In a low temperature heating operation region where the load is higher than that of the rated operation, the DC power supply device 1 performs high-speed switching, and performs partial switching (combining either diode rectification or synchronous rectification) as necessary.

以上のように、直流電源装置は、空気調和機Aの運転領域に応じた最適な動作モードに切り替えることで、高効率動作を行いつつ、高調波電流の低減を行うことが可能である。   As described above, the DC power supply device can reduce the harmonic current while performing high-efficiency operation by switching to the optimum operation mode according to the operation region of the air conditioner A.

なお、負荷Hがインバータやモータなどの場合、負荷の大きさを決めるパラメータとして、インバータやモータに流れる電流、インバータの変調率、モータの回転速度が考えられる。また、直流電源装置に通流する回路電流isで負荷Hの大きさを判断してもよい。また、直流電圧で負荷の大きさを判断してもよい。   When the load H is an inverter, a motor, or the like, the parameters that determine the magnitude of the load may include a current flowing through the inverter or the motor, an inverter modulation rate, and a motor rotation speed. Further, the magnitude of the load H may be determined by the circuit current is flowing through the DC power supply device. Moreover, you may judge the magnitude | size of load with a DC voltage.

例えば負荷の大きさが閾値#1以下ならば、直流電源装置は同期整流を行い、閾値#1を超えたならば部分スイッチング(ダイオード整流または同期整流の何れかを組み合わせる)を行う。または負荷の大きさが閾値#2を超えたならば、直流電源装置は高速スイッチング(ダイオード整流または同期整流の何れかを組み合わせる)を行い、閾値#2を以下ならば部分スイッチング(ダイオード整流または同期整流の何れかを組み合わせる)を行う。   For example, if the magnitude of the load is equal to or less than threshold value # 1, the DC power supply device performs synchronous rectification, and if it exceeds threshold value # 1, performs partial switching (combining either diode rectification or synchronous rectification). Or, if the magnitude of the load exceeds the threshold value # 2, the DC power supply performs high-speed switching (combining either diode rectification or synchronous rectification), and partial switching (diode rectification or synchronization) if the threshold value # 2 or less. Combine any one of rectification).

以上のように直流電源装置は、負荷の大きさに応じた最適な動作モードに切り替えることで、高効率動作を行いつつ、高調波電流の低減を行うことが可能である。   As described above, the DC power supply device can reduce the harmonic current while performing high-efficiency operation by switching to the optimum operation mode corresponding to the size of the load.

本実施形態では、MOSFET(Q1,Q2)としてスーパージャンクションMOSFETを使用した例を説明した。このMOSFET(Q1,Q2)としてSiC(Silicon Carbide)−MOSFETやGaN(Gallium nitride)を用いたスイッチング素子用いることで、更なる高効率動作を実現することが可能である。
In the present embodiment, an example in which a super junction MOSFET is used as the MOSFET (Q1, Q2) has been described. By using a switching element using SiC (Silicon Carbide) -MOSFET or GaN (Gallium nitride) as the MOSFET (Q1, Q2), it is possible to realize further high-efficiency operation.

このように、本実施形態の直流電源装置を空気調和機Aに備えることで、エネルギ効率(つまり、APF)が高く、また、信頼性を高めることができる。空気調和機以外の機器に本実施形態の直流電源装置を搭載しても、高効率かつ信頼性を高めることが可能である。
また、本実施形態の直流電源装置1は、MOSFET(Q1,Q2)の駆動回路として図28に示すブートストラップ方式を用いている。
Thus, by providing the air conditioner A with the DC power supply device of the present embodiment, the energy efficiency (that is, APF) is high, and the reliability can be improved. Even if the DC power supply device of the present embodiment is mounted on a device other than an air conditioner, it is possible to improve the efficiency and reliability.
Further, the DC power supply device 1 of the present embodiment uses a bootstrap system shown in FIG. 28 as a drive circuit for the MOSFETs (Q1, Q2).

図28は、ブートストラップ方式によるMOSFET(Q1,Q2)の駆動回路である。
MOSFET(Q2)のゲートには、駆動回路K2の第1端子が抵抗Rg21を介して接続され、更にゲート・ソース間には抵抗Rg22が接続される。この駆動回路K2の第2端子は、MOSFET(Q2)のソースかつグランドに接続される。駆動回路K2の電源端子と第2端子との間には、駆動電源Eの15Vが印加される。駆動回路K2は、不図示の入力端子の信号に応じて、第1端子と第2端子との間に所定のゲート電圧を印加して、MOSFET(Q2)を駆動する。
FIG. 28 shows a drive circuit for MOSFETs (Q1, Q2) by a bootstrap system.
A first terminal of the drive circuit K2 is connected to the gate of the MOSFET (Q2) via a resistor Rg21, and a resistor Rg22 is further connected between the gate and the source. The second terminal of the drive circuit K2 is connected to the source of the MOSFET (Q2) and the ground. A drive power supply E of 15 V is applied between the power supply terminal and the second terminal of the drive circuit K2. The drive circuit K2 applies a predetermined gate voltage between the first terminal and the second terminal in accordance with a signal from an input terminal (not shown) to drive the MOSFET (Q2).

MOSFET(Q1)のゲートには、駆動回路K1の第1端子が抵抗Rg11を介して接続され、更にゲート・ソース間には抵抗Rg12が接続される。この駆動回路K1の第2端子は、MOSFET(Q1)のソースに接続される。駆動回路K1の電源端子と第2端子との間には、平滑コンデンサC2が接続され、更に抵抗R4とダイオードD5を介して駆動電源Eの15Vが印加される。駆動回路K1は、不図示の入力端子の信号に応じて、第1端子と第2端子との間に所定のゲート電圧を印加して、MOSFET(Q1)を駆動する。   A first terminal of the drive circuit K1 is connected to the gate of the MOSFET (Q1) via a resistor Rg11, and a resistor Rg12 is further connected between the gate and the source. The second terminal of the drive circuit K1 is connected to the source of the MOSFET (Q1). A smoothing capacitor C2 is connected between the power supply terminal and the second terminal of the drive circuit K1, and 15V of the drive power supply E is further applied through the resistor R4 and the diode D5. The drive circuit K1 drives a MOSFET (Q1) by applying a predetermined gate voltage between the first terminal and the second terminal in accordance with a signal from an input terminal (not shown).

MOSFET(Q2)がオンしているとき、破線に示す経路で電流が流れる。接続点N2の電圧はグラントの電圧と等しくなり、平滑コンデンサC2には15Vが印加される。これにより、駆動回路K1に電源を供給することができる。
ブートストラップ方式を採用することで部品点数や回路規模の増大を抑えつつMOSFET(Q1,Q2)の制御が可能となる。
When the MOSFET (Q2) is on, a current flows through a path indicated by a broken line. The voltage at the node N2 becomes equal to the grant voltage, and 15 V is applied to the smoothing capacitor C2. As a result, power can be supplied to the drive circuit K1.
By adopting the bootstrap method, it is possible to control the MOSFETs (Q1, Q2) while suppressing an increase in the number of components and the circuit scale.

MOSFET(Q1,Q2)の駆動回路としてはその他にも後記する図29に示すような、トランスを用いた回路が考えられるが、部品点数の増加、回路規模が増大してしまい、コスト的にも悪くなってしまう。   As a driving circuit for the MOSFETs (Q1, Q2), a circuit using a transformer as shown in FIG. 29, which will be described later, is conceivable. However, the number of components is increased, the circuit scale is increased, and the cost is increased. It gets worse.

図29は、トランスTrを用いたMOSFETの駆動回路である。
MOSFET(Q2)のゲートには、駆動回路K2の第1端子が抵抗Rg21を介して接続され、更にゲート・ソース間には抵抗Rg22が接続される。この駆動回路K2の第2端子は、MOSFET(Q2)のソースに接続される。トランスTrの二次巻線は、整流回路32と三端子レギュレータ22とを介して、駆動回路K2の電源端子と第2端子とに接続される。これにより、駆動回路K2には、所定の電源電圧が印加される。
FIG. 29 shows a MOSFET drive circuit using a transformer Tr.
A first terminal of the drive circuit K2 is connected to the gate of the MOSFET (Q2) via a resistor Rg21, and a resistor Rg22 is further connected between the gate and the source. The second terminal of the drive circuit K2 is connected to the source of the MOSFET (Q2). The secondary winding of the transformer Tr is connected to the power supply terminal and the second terminal of the drive circuit K2 via the rectifier circuit 32 and the three-terminal regulator 22. As a result, a predetermined power supply voltage is applied to the drive circuit K2.

MOSFET(Q1)のゲートには、駆動回路K1の第1端子が抵抗Rg11を介して接続され、更にゲート・ソース間には抵抗Rg12が接続される。この駆動回路K1の第2端子は、MOSFET(Q1)のソースに接続される。トランスTrの二次巻線は、整流回路32と三端子レギュレータ22とを介して駆動回路K1の電源端子と第2端子とに接続される。これにより、駆動回路K1には、所定の電源電圧が印加される。   A first terminal of the drive circuit K1 is connected to the gate of the MOSFET (Q1) via a resistor Rg11, and a resistor Rg12 is further connected between the gate and the source. The second terminal of the drive circuit K1 is connected to the source of the MOSFET (Q1). The secondary winding of the transformer Tr is connected to the power supply terminal and the second terminal of the drive circuit K1 via the rectifier circuit 32 and the three-terminal regulator 22. As a result, a predetermined power supply voltage is applied to the drive circuit K1.

図30は、ブートストラップ回路の充電の様子を示した図である。
太線矢印の向きに交流電源電圧Vsが印加されたとき、接続点N2は低電位となる。このとき、破線線の向きで平滑コンデンサC2に充電電流が流れて電荷がチャージされる。この平滑コンデンサC2にチャージされた電荷により、駆動回路K1はMOSFET(Q1)を駆動することができる。
FIG. 30 shows how the bootstrap circuit is charged.
When the AC power supply voltage Vs is applied in the direction of the thick arrow, the connection point N2 has a low potential. At this time, a charge current flows through the smoothing capacitor C2 in the direction of the broken line to charge the charge. The drive circuit K1 can drive the MOSFET (Q1) by the electric charge charged in the smoothing capacitor C2.

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described. A part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

例えば、図28に示したゲート駆動回路内のゲート抵抗は、その個数や構成として、図28に示した構成に限定されるものではない。例えば、MOSFET(Q1,Q2)のオフ時に抵抗Rg11,Rg21のラインに電荷引き抜き用のダイオードを設置し、オフのスピードを速めてもよい。   For example, the number and configuration of the gate resistors in the gate drive circuit shown in FIG. 28 are not limited to the configuration shown in FIG. For example, a diode for extracting charges may be provided in the lines of the resistors Rg11 and Rg21 when the MOSFETs (Q1, Q2) are turned off to increase the off speed.

更に、MOSFET(Q1,Q2)として高速trrタイプの素子を用いているが、具体的にtrrを300ns以下の素子を用いることで高効率動作が可能である。   Furthermore, although a high-speed trr type element is used as the MOSFET (Q1, Q2), a high-efficiency operation is possible by using an element having a trr of 300 ns or less.

また、MOSFET(Q1,Q2)のオン抵抗に関しても小さいほど同期整流の効果が高まる。具体的にはオン抵抗が0.1Ω以下とすることで高効率動作が可能である。
ブリッジ整流回路10は、MOSFET(Q1,Q2)の寄生ダイオードとダイオードD1,D2の構成に限られず、MOSFET(Q1,Q2)にそれぞれダイオードを並列接続し、これにダイオードD1,D2を組み合わせて構成してもよい。
The effect of synchronous rectification increases as the on-resistance of the MOSFETs (Q1, Q2) decreases. Specifically, high-efficiency operation is possible when the on-resistance is 0.1Ω or less.
The bridge rectifier circuit 10 is not limited to the configuration of the parasitic diodes of the MOSFETs (Q1, Q2) and the diodes D1, D2, but is configured by connecting the diodes in parallel to the MOSFETs (Q1, Q2) and combining the diodes D1, D2. May be.

上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスクなどの記録装置、または、フラッシュメモリカード、DVD(Digital Versatile Disk)などの記録媒体に置くことができる。   A part or all of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware such as an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by a processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory or a hard disk, or a recording medium such as a flash memory card or a DVD (Digital Versatile Disk).

各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。   In each embodiment, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.

10 ブリッジ整流回路
11 電流検出部
R1 シャント抵抗
12 ゲイン制御部
13 交流電圧検出部
14 ゼロクロス判定部
15 負荷検出部
16 昇圧比制御部
17 直流電圧検出部
18 コンバータ制御部
19 電源回路
Vs 交流電源
C1 平滑コンデンサ
D1,D2 ダイオード
D3,D4 ダイオード(寄生ダイオード)
ha,hb,hc,hd 配線
L1 リアクトル
Q1,Q2 MOSFET
U1 突入電流防止回路 (保護回路)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Bridge rectifier circuit 11 Current detection part R1 Shunt resistance 12 Gain control part 13 AC voltage detection part 14 Zero cross determination part 15 Load detection part 16 Boost ratio control part 17 DC voltage detection part 18 Converter control part 19 Power supply circuit Vs AC power supply C1 Smoothing Capacitor D1, D2 Diode D3, D4 Diode (parasitic diode)
ha, hb, hc, hd wiring L1 reactor Q1, Q2 MOSFET
U1 Inrush current prevention circuit (Protection circuit)

Claims (10)

交流電源に接続され、第1ないし第4のダイオードを有する整流回路と、
前記第3のダイオードを寄生ダイオードとして含むか、または前記第3のダイオードに並列接続されており、当該第3のダイオードがオフする方向に対して耐電圧特性を有し、かつ前記第1ないし第4のダイオードの順方向電圧降下よりも飽和電圧が低い第1のスイッチング素子と、
前記第4のダイオードを寄生ダイオードとして含むか、または前記第4のダイオードに並列接続されており、当該第4のダイオードがオフする方向に対して耐電圧特性を有し、かつ前記第1ないし第4のダイオードの順方向電圧降下よりも飽和電圧が低い第2のスイッチング素子と、
前記交流電源と前記整流回路との間に設けられるリアクトルと、
前記整流回路の出力側に接続され、当該整流回路から印加される電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記第1,第2のスイッチング素子を制御する制御手段と、
前記交流電源の電圧印加時に通流する突入電流から回路素子を保護する保護回路と、
を備えることを特徴とする直流電源装置。
A rectifier circuit connected to an AC power source and having first to fourth diodes;
The third diode is included as a parasitic diode, or is connected in parallel to the third diode, has a withstand voltage characteristic in a direction in which the third diode is turned off, and the first to second A first switching element having a saturation voltage lower than the forward voltage drop of the four diodes;
The fourth diode is included as a parasitic diode, or is connected in parallel to the fourth diode, has a withstand voltage characteristic in a direction in which the fourth diode is turned off, and the first to first A second switching element having a saturation voltage lower than the forward voltage drop of the four diodes;
A reactor provided between the AC power supply and the rectifier circuit;
A smoothing capacitor connected to the output side of the rectifier circuit and smoothing a voltage applied from the rectifier circuit;
Control means for controlling the first and second switching elements;
A protection circuit that protects the circuit element from an inrush current that flows when the voltage of the AC power supply is applied;
A DC power supply device comprising:
前記保護回路は、第1のパワーリレーおよび前記第1のパワーリレーと直列に接続されている突入電流防止抵抗を有する突入電流防止回路と、前記突入電流防止回路と並列に接続されている第2のパワーリレーとで構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の直流電源装置。
The protection circuit includes a first power relay, an inrush current prevention circuit having an inrush current prevention resistor connected in series with the first power relay, and a second connected in parallel with the inrush current prevention circuit. Consists of power relay,
The DC power supply device according to claim 1.
前記制御手段は、前記交流電源の電圧印加時における突入電流の通流時には、前記第1,第2のスイッチング素子をオフ状態にする、
ことを特徴とする請求項2に記載の直流電源装置。
The control means turns off the first and second switching elements at the time of inrush current flow at the time of voltage application of the AC power supply.
The DC power supply device according to claim 2, wherein
5V電圧と15V電圧を生成する電源回路と、
前記第1,第2のスイッチング素子を駆動するブートストラップ回路と、
を更に備えており、
前記電源回路が起動したのちに、前記保護回路が突入電流保護動作から通常動作に遷移する、
ことを特徴とする請求項3に記載の直流電源装置。
A power supply circuit for generating 5V voltage and 15V voltage;
A bootstrap circuit for driving the first and second switching elements;
Is further provided,
After the power supply circuit is activated, the protection circuit transitions from an inrush current protection operation to a normal operation.
The DC power supply device according to claim 3.
前記制御手段は、
前記第1ないし第4のダイオードを用いるダイオード整流制御、前記交流電源の電圧の極性に同期して前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とをスイッチングする同期整流制御、前記交流電源の半周期間に前記リアクトルを部分的に前記交流電源に短絡する制御を繰り返し複数回実施する部分スイッチング制御、または、交流全周期に亘って前記リアクトルを所定周波数で短絡する高速スイッチング制御、を予め決められた閾値情報に基づいて実施する、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の直流電源装置。
The control means includes
Diode rectification control using the first to fourth diodes, synchronous rectification control for switching the first switching element and the second switching element in synchronization with the polarity of the voltage of the AC power supply, The partial switching control in which the control for partially shorting the reactor to the AC power supply is repeated a plurality of times during a half cycle, or the high-speed switching control for shorting the reactor at a predetermined frequency over the entire AC cycle is predetermined. Based on the threshold information
The DC power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein
前記制御手段は、予め決められた閾値情報に基づいて、
前記同期整流制御を実施するモードと、前記同期整流制御および前記部分スイッチング制御を同時に実施するモードとの切り替え、
前記同期整流制御を実施するモードと、前記同期整流制御および前記高速スイッチング制御を同時に実施するモードとの切り替え、
前記同期整流制御を実施するモードと、前記同期整流制御および前記部分スイッチング制御を同時に実施するモードと、前記同期整流制御および前記高速スイッチング制御を同時に実施するモードとの切り替え、
前記同期整流制御を実施するモードと、前記ダイオード整流制御および前記部分スイッチング制御を同時に実施するモードとの切り替え、
前記同期整流制御を実施するモードと、前記ダイオード整流制御および前記高速スイッチング制御を同時に実施するモードとの切り替え、
前記同期整流制御を実施するモードと、前記ダイオード整流制御および前記部分スイッチング制御を同時に実施するモードと、前記ダイオード整流制御および前記高速スイッチング制御を同時に実施するモードとの切り替え、
前記同期整流制御を実施するモードと、前記ダイオード整流制御および前記部分スイッチング制御を同時に実施するモードと、前記同期整流制御および前記高速スイッチング制御を同時に実施するモードとの切り替え、
前記同期整流制御を実施するモードと、前記同期整流制御および前記部分スイッチング制御を同時に実施するモードと、前記ダイオード整流制御および前記高速スイッチング制御を同時に実施するモードとの切り替え、のうちいずれかを実施する、
ことを特徴とする請求項5に記載の直流電源装置。
The control means is based on threshold information determined in advance.
Switching between the mode for performing the synchronous rectification control and the mode for simultaneously performing the synchronous rectification control and the partial switching control;
Switching between a mode for performing the synchronous rectification control and a mode for simultaneously performing the synchronous rectification control and the high-speed switching control;
Switching between a mode for performing the synchronous rectification control, a mode for simultaneously performing the synchronous rectification control and the partial switching control, and a mode for simultaneously performing the synchronous rectification control and the high-speed switching control;
Switching between the mode for performing the synchronous rectification control and the mode for simultaneously performing the diode rectification control and the partial switching control,
Switching between a mode for performing the synchronous rectification control and a mode for simultaneously performing the diode rectification control and the high-speed switching control;
Switching between a mode for performing the synchronous rectification control, a mode for simultaneously performing the diode rectification control and the partial switching control, and a mode for simultaneously performing the diode rectification control and the high-speed switching control;
Switching between a mode for performing the synchronous rectification control, a mode for simultaneously performing the diode rectification control and the partial switching control, and a mode for simultaneously performing the synchronous rectification control and the high-speed switching control;
Switching between a mode for performing the synchronous rectification control, a mode for simultaneously performing the synchronous rectification control and the partial switching control, and a mode for simultaneously performing the diode rectification control and the high-speed switching control is performed. To
The DC power supply device according to claim 5, wherein:
前記制御手段は、前記交流電源が印加する交流電圧のゼロクロスで制御を切り替える、
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の直流電源装置。
The control means switches control at a zero cross of an AC voltage applied by the AC power source.
The DC power supply device according to claim 5 or 6, wherein
前記制御手段は、前記部分スイッチング制御から前記高速スイッチング制御への切り替えの場合、または前記高速スイッチング制御から前記部分スイッチング制御への切り替えの場合に、出力する直流電圧が所定値を保つように切り替える、
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の直流電源装置。
In the case of switching from the partial switching control to the high-speed switching control, or in the case of switching from the high-speed switching control to the partial switching control, the control means switches so that the output DC voltage maintains a predetermined value.
The DC power supply device according to claim 5 or 6, wherein
前記第1,第2のスイッチング素子は、スーパージャンクションMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、SiC−MOSFET、GaN(Gallium nitride)のうちいずれかを用いたスイッチング素子である、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項8の何れか1項に記載の直流電源装置。
The first and second switching elements are switching elements using any one of a super junction MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), SiC-MOSFET, and GaN (Gallium nitride).
The direct current power supply device according to any one of claims 1 to 8, wherein the direct current power supply device is provided.
請求項1ないし請求項9の何れか1項に記載の直流電源装置を備えた、
ことを特徴とする空気調和機。
A DC power supply device according to any one of claims 1 to 9, comprising:
An air conditioner characterized by that.
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