JP2018174642A - 倍電圧整流回路及びモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に依存せず突入電流を抑制することができる倍電圧整流回路及びモータ駆動装置を提供することを目的とする。【解決手段】突入電流を抑制する機能を有する倍電圧整流回路１であって、整流部２と、整流部に直列に接続されたインダクタンス部３と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列に接続されたスイッチング部４と、第１コンデンサ素子と第２コンデンサ素子が直列に接続された電荷蓄積部５と、電荷の逆流を防止する逆流防止部６と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の切替動作を制御する倍電圧制御部９と、スイッチング部に流れる電流を検出する電流検出部７とを備え、倍電圧制御部９は、全波整流モードから倍電圧整流モードへと切り替えるモード切替期間において、電流検出部７によって検出された電流に基づいて、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のスイッチング制御を行うスイッチング制御部１１を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、倍電圧整流回路及び倍電圧整流回路を備えたモータ駆動装置に関するものである。

空気調和機には、圧縮機のモータを駆動するための駆動用交流電力を生成するモータ駆動装置が搭載されている。モータ駆動装置は、具体的には、商用電源（例えば、ＡＣ２００Ｖ三相交流電源）から入力された三相交流電圧を、整流回路を通して直流電圧へ変換し、変換された直流電圧をインバータ回路を通すことで、所望のモータ駆動用交流電圧へ変換している。モータ駆動装置に用いられる通常の整流回路は、全波整流回路であり、出力される直流電圧が、入力される交流電圧の略振幅（最大値）となる。したがって、駆動するモータが、整流回路に入力される交流電圧の振幅（最大値）より大きな直流電圧を必要とする場合には、対応できなかった。

このため、入力される交流電圧の振幅（最大値）の略２倍の直流電圧が出力される倍電圧整流回路が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１及び特許文献２に記載の倍電圧整流回路は、全波整流モードから倍電圧整流モードへ切り替えた後、倍電圧整流モードの定常状態となった場合には、正常に倍電圧整流回路に入力される交流電圧の振幅の略２倍の電圧が出力される。しかし、全波整流モードから倍電圧整流モードへと切り替える過渡状態においては、倍電圧整流回路に設けられたコンデンサに対して急激に電荷を貯めるため、スイッチング素子等に過大な突入電流が流れ、回路素子の損傷を招く恐れがあった。

上記過渡状態における突入電流の抑制方法は、例えば、特許文献３が開示している。
特許文献３に記載の倍電圧整流回路（直流電源装置）は、図１０に示すコンデンサ６ａ及び６ｂに対してそれぞれ電荷を貯めるためのスイッチング素子４ａ及び４ｂを備え、全波整流モードから倍電圧整流モードへ切り替えるときに、スイッチング素子４ａ及び４ｂをそれぞれ制御している。具体的な制御方法としては、それぞれのスイッチング素子４ａ及び４ｂのオンデュティを、切り替え開示時を０％として、５０％まで徐々に増加させることで、モード切り替えに伴う過渡状態における突入電流を抑制している。

特許第５０５３５８１号公報 国際公開第２０１５／１８６２２９号 国際公開第２０１５／０５６３４１号

しかしながら、特許文献３に記載の倍電圧整流回路は、突入電流を所望の電流値以下に抑制するために、予め、シミュレーション等を行って、スイッチング素子４ａ及び４ｂを制御するためのオンデュティを０％から５０％まで増加させるのに要する時間を求める必要がある。また、倍電圧整流回路の出力側に接続される負荷に応じて、上記時間を変える必要がある。このため、特許文献３に記載の倍電圧整流回路の突入電流抑制方法は、さまざまな負荷に対して、汎用的に用いることができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、事前の試験等を必要とせずに、倍電圧整流回路における突入電流を抑制することのできる倍電圧整流回路、モータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の倍電圧整流回路、モータ駆動装置は以下の手段を採用する。

本発明は、交流電源に接続された整流部と、前記整流部に直列に接続されたインダクタンス部と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列に接続されたスイッチング部と、第１コンデンサ素子と第２コンデンサ素子が直列に接続された電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部からの電荷の逆流を防止する逆流防止部と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の切替動作を制御する倍電圧制御部と、前記スイッチング部に流れる電流を検出する電流検出部と、を備え、前記スイッチング部は前記インダクタンス部を介して前記整流部と並列に接続され、前記電荷蓄積部は逆流防止部を介して前記スイッチング部と並列に接続され、前記スイッチング部の前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間の端子と前記電荷蓄積部の前記第１コンデンサ素子と前記第２コンデンサ素子との間の端子とが接続され、前記倍電圧制御部は、全波整流モードから倍電圧整流モードへと切り替えるモード切替期間において、前記電流検出部によって検出された前記電流に基づいて、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子のスイッチング制御を行うスイッチング制御部を有する倍電圧整流回路を提供する。

上記のような構成によれば、全波整流モードから倍電圧整流モードへのモード切替期間において、電流検出部によりスイッチング素子に流れる電流が検出され、検出された電流に基づいて第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオンオフがスイッチング制御部によって制御される。これにより、事前の試験等を特に必要とせずに、倍電圧整流回路に接続される負荷に依存せず、突入電流を抑制することができる。

上記倍電圧整流回路は、前記整流部の出力電圧を検出する電圧検出部を備え、前記倍電圧制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記出力電圧の周期に基づいて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のどちらか一方を、前記スイッチング制御の対象として選択する制御対象選択部を有し、前記スイッチング制御部は前記制御対象選択部によって選択されている前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子の前記スイッチング制御を行うこととしてもよい。

上記構成によれば、第１コンデンサ素子及び第２コンデンサ素子に充電される電荷を略均等にすることができ、第１コンデンサ素子及び第２コンデンサ素子において、それぞれの素子で発生させる電圧の差を低減することができる。

上記倍電圧整流回路は、前記スイッチング制御部は、検出された前記電流が所定の上限値に達すると、前記スイッチング制御の対象となっている前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子をオフとし、検出された前記電流が所定の下限値に達すると、前記スイッチング制御の対象となっている前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子をオンとすることとしてもよい。

上記構成によれば、スイッチング素子に流れる電流に対して、上限値を設定することができるため、電流が上限値へ達したとしても制御対象となっているスイッチング素子をオフとすることによって、電流が抑制され、設定した上限値以上の電流が倍電圧整流回路に流れることを防止することができる。このため、安定して倍電圧整流回路を動作させることができる。

本発明は、上記倍電圧整流回路と、前記倍電圧整流回路の出力電圧が入力されるインバータ部と、前記インバータ部を制御するインバータ制御部と、を備え、前記インバータ制御部は、前記モード切替期間において、前記倍電圧整流回路の出力電圧を検出し、検出した前記倍電圧整流回路の出力電圧に基づいて、前記インバータ部から出力される電圧が一定となるように前記インバータ部を制御するモータ駆動装置を提供する。

上記構成によれば、モード切替期間において変動する倍電圧整流回路の出力電圧に対して、インバータ部から出力される電圧を一定とすることができるため、例えば、倍インバータ部がモータに接続された場合には、モータの回転数が変動することを抑制でき、モータを安定的に制御することができる。

上記モータ駆動装置において、前記インバータ制御部は、検出した前記倍電圧整流回路の出力電圧に基づいて、前記インバータ部の変調率を制御することによって、前記インバータ部から出力される電圧が一定となるように前記インバータ部を制御することとしてもよい。

上記構成によれば、モード切替期間において変動する倍電圧整流回路の出力電圧に対して、変調率を制御することによって、インバータ部から出力される電圧を一定とすることができるため、例えば、インバータ部がモータに接続された場合には、モータの回転数が変動することを抑制でき、モータを安定的に制御することができる。

本発明によれば、事前の試験等を必要とせずに、倍電圧整流回路において突入電流を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路の回路図である。 本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路における電流経路を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路における電流経路を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路における制御対象選択の概要図である。 本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路における全波整流モードから倍電圧整流モードへ切り替えるときの各部波形を示す図である。 本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路における全波整流モードから倍電圧整流モードへ切り替える期間における各部波形の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路における制御対象選択のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路におけるスイッチング制御のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路を備えたモータ駆動装置の回路図である。 特許文献３に記載の直流電源装置の回路図である。

以下、本発明の一実施形態に係る倍電圧整流回路１について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る倍電圧整流回路１の回路図である。本実施形態に係る倍電圧整流回路１は、図１に示すように、三相交流電源に接続された整流部２、インダクタンス部３、スイッチング部４、電荷蓄積部５、逆流防止部６、電流検出部７、電圧検出部８及び倍電圧制御部９を備える。そして、本実施形態に係る倍電圧整流回路１は、全波整流モードと倍電圧整流モードの２つのモードを選択可能であって、全波整流モードから倍電圧整流モードへ切り替えるとき（以下、「モード切替期間」という）に発生する突入電流ＩＬを抑制する機能を有する。

整流部２は、交流電源に接続され、ブリッジ整流を行う。具体的には、本実施形態における整流部２は、２つで１対をなすダイオード素子を３対備えており、各ダイオード素子は三相ブリッジ接続されている。三相交流電源から三相交流電力が入力されると、全相を全波整流し出力する。このため、出力電圧Ｖａｃは一定の周期Ｔで脈流する直流電圧となる。なお、整流部２に用いられる素子は、ダイオードに限られず、サイリスタなどの整流素子を用いてもよい。

インダクタンス部３は、１つの誘導性素子を有し、整流部２に対して直列に接続される。整流部２から出力される電圧は直流電圧でありながらも脈流しているため、インダクタンス部３では、誘導性素子を通すことによって、電流が変化する速度を抑制して、平滑された直流電圧を出力する。

スイッチング部４は、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２が直列に接続され、インダクタンス部３を介して、整流部２と並列に接続される。さらに、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２の間の端子と、電荷蓄積部５が備える第１コンデンサ素子Ｃ１と第２コンデンサ素子Ｃ２の間の端子が接続される。第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２は、例えば、トランジスタ等の半導体素子であり、倍電圧制御部９によって制御される。第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を制御することによって、電荷蓄積部５が備える第１コンデンサ素子Ｃ１又は第２コンデンサ素子Ｃ２のどちらかに電荷を充電させる制御を行う。

電荷蓄積部５は、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２が直列に接続され、逆流防止部６を介して、スイッチング部４と並列に接続される。第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２は、互いに同等の容量値を持ち、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２により充放電の制御が行われる。全波整流モードでは、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２はオフとされ、電荷蓄積部５は、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２の合成容量として機能する。倍電圧整流モードでは、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２が、交互に整流部２の出力電圧Ｖａｃまで充電されるため、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２がそれぞれ発生させる電圧が加算され、整流部２の出力電圧Ｖａｃの２倍の電圧となって出力される。

逆流防止部６は、全波整流モード及び倍電圧整流モードにおいて、電荷蓄積部５に充電された電荷の逆流を防止している。具体的には、ダイオード素子を２つ備え、スイッチング部４と電荷蓄積部５の間に接続される。なお、逆流防止部６に用いられる素子は、ダイオードに限られず、他の整流素子を用いてもよい。

電流検出部７は、倍電圧整流モードが指定されたときに動作し、スイッチング部４に流れる電流を検出する。具体的には、図１に示すａ点における電流ＩＬを検出する。検出したａ点における電流ＩＬに関する情報をスイッチング制御部１１へ出力する。電流検出部７により検出される電流はａ点を流れる電流ＩＬに限られない。但し、本実施形態のように、ａ点に流れる電流ＩＬを検出することによって、スイッチング素子に流れる電流を１つの検出点で検出することができる。

電圧検出部８は、倍電圧整流モードが設定されたときに動作し、整流部２が出力する脈流した直流電圧を検出する。検出した整流部２の出力電圧Ｖａｃに関する情報を制御対象選択部１０へ出力する。

倍電圧制御部９は、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２の切替動作を制御する。倍電圧制御部９は、例えば、各種センサ、アナログ／デジタル変換器、及びＣＰＵ等を含む情報処理装置等により構成される。具体的には、倍電圧制御部９は、図１に示すように、制御対象選択部１０及びスイッチング制御部１１を備える。倍電圧制御部９は、全波整流モードでは、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２をオフとし、倍電圧整流モードでは、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２が交互に充電されるように、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を制御する。

制御対象選択部１０は、電圧検出部８より入力される電圧検出部８によって検出された出力電圧Ｖａｃに対して判定を行い、判定結果に基づいて、第１スイッチング素子ＳＷ１又は第２スイッチング素子ＳＷ２のどちらか一方を、スイッチング制御の対象として選択する。選択された制御対象に関する情報をスイッチング制御部１１へ出力する。

スイッチング制御部１１は、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を制御して、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２に電荷を充電させる（図２及び図３）。具体的には、全波整流モードのときには、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２をオフとする。スイッチング制御部１１は、スイッチング素子に流れる電流ＩＬの上限値及び下限値が予め設定されおり、倍電圧整流モードでは、電流検出部７によって検出された電流ＩＬが所定の上限値に達すると、制御対象選択部１０によりスイッチング制御の対象と選択された第１スイッチング素子ＳＷ１又は第２スイッチング素子ＳＷ２をオフとし、検出された電流ＩＬが所定の下限値に達すると、スイッチング制御の対象となっている第１スイッチング素子ＳＷ１又は第２スイッチング素子ＳＷ２をオンとする。上述の上限値は、倍電圧整流回路１に流れる電流の最大許容値を表すため、倍電圧整流回路１に使用する各回路素子の定格電流等を加味して設定される。上述の下限値は、上限値以下の値に設定されるが、低すぎる値に設定されると、モード切替期間が長くなり、倍電圧整流モードの定常状態へ切り替わるための時間が余計にかかってしまう。このため、モード切替期間として許容できる時間等を考慮して設定される。

本実施形態に係る倍電圧整流回路１を備えたモータ駆動装置は、図９に示すように、倍電圧整流回路１の負荷が三相モータ１６とされ、倍電圧整流回路１に加えて、インバータ部１５、三相モータ１６、及びインバータ制御部１７を備える。

インバータ部１５は、６つのスイッチング素子を有する三相ブリッジインバータ回路であり、倍電圧整流回路１の出力側に接続される。各スイッチング素子をインバータ制御部１７によって制御することによって、疑似的に三相交流を出力し、三相モータ１６を駆動する。スイッチング素子は、例えば、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等を用いることができる。倍電圧整流回路１が倍電圧整流モードのとき、インバータ部１５は、倍電圧整流回路１により略２倍に変換された出力電圧Ｖｄｃを三相交流に逆変換しているため、倍電圧整流回路１に電力供給している三相交流電源の各相の最大値の電圧より大きな電圧で、三相モータ１６を制御することができる。

インバータ制御部１７は、インバータ部１５を制御する。具体的には、インバータ制御部１７は、モード切替期間において、倍電圧整流回路１の出力電圧Ｖｄｃを検出し、検出した倍電圧整流回路１の出力電圧Ｖｄｃに基づいて、インバータ部１５から出力される電圧が一定となるようにインバータ部１５を制御する。

インバータ部１５を用いて三相モータ１６を制御する場合には、インバータ部１５の出力電圧からモータ回転数を除算した値が一定となるという関係が満たされる。倍電圧整流回路１がモード切替期間であるときの倍電圧整流回路１の出力電圧Ｖｄｃは、例えば、整流部２の出力電圧Ｖａｃから２Ｖａｃへと急激に変化する。このため、このままインバータ部１５による三相モータ１６の制御が行われると、インバータ部１５の出力電圧も急激に変化してモータの回転数が変化し、モータ制御が不安定となる。

インバータ部１５の出力電圧は、入力される直流電圧（倍電圧整流回路１の出力電圧Ｖｄｃ）と変調率との積で表される。したがって、インバータ部１５に入力される倍電圧整流回路１の出力電圧Ｖｄｃが変動する場合には、インバータ部１５の出力電圧を一定とするために、変調率を制御する。インバータ部１５の出力電圧が一定に制御されることで、モータの回転数を一定に保たれる。つまり、モード切替期間において、インバータ部１５の変調率を制御することによって、モータの回転数を一定に保つことができるため、モータを安定的に制御することができる。

次に、本実施形態に係る倍電圧整流回路１のモード切替期間の動作について図を用いて説明する。
なお、全波整流モードでは、倍電圧制御部９は、スイッチング部４の第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を互いにオフとする。これにより、電荷蓄積部５は第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２の直列合成素子となり、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２のそれぞれに整流部２の出力電圧Ｖａｃの半分の電圧が印加される。

本実施形態に係る倍電圧整流回路１は、全波整流モードで動作しているときに、モード切替指示があった場合に、モード切替期間（過渡状態）を経て、倍電圧整流モードの定常状態へと至る。モード切替指示は、例えば、情報処理等の自動的にされる指示や、人為的な入力による指示などである。図５は全波整流モード、モード切替期間、及び倍電圧整流モードにおける各波形を示した図である。図６は、モード切替期間が開始されたタイミング付近の各波形を拡大した図である。また、図７は、制御対象選択部１０によって行われる処理の手順を示した図であり、図８は、スイッチング制御部１１によって行われる処理の手順を示した図である。以下、図７を用いて制御対象選択部１０の動作について説明した後に、図８を用いてスイッチング制御部１１の動作を説明する。そして、図５及び図６を用いて、モード切替期間における倍電圧整流回路１の動作について説明する。

まず、モード切替期間及び倍電圧整流モードの定常状態において動作する制御対象選択部１０の動作を図７を用いて説明する。
なお、図７において、第１フラグＦｓｗ１及び第２フラグＦｓｗ２は、それぞれ、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２の制御対象の状態を示し、例えば、第１フラグＦｓｗ１が１であれば、第１スイッチング素子ＳＷ１が制御対象として選択されていることを示す。また、第１フラグＦｓｗ１が０であれば、第１スイッチング素子ＳＷ１が制御対象として選択されていないことを示す。また、第２フラグＦｓｗ２が１であれば、第２スイッチング素子ＳＷ２が制御対象として選択されていることを示し、第２フラグＦｓｗ２が０であれば、第２スイッチング素子ＳＷ２が制御対象として選択されていないことを示す。なお、第１フラグＦｓｗ１及び第２フラグＦｓｗ２は、初期値として共に０に設定されている。

モード切替指示が入力されると、整流部２の出力電圧Ｖａｃが電圧検出部８により随時検出され、検出された出力電圧Ｖａｃは制御対象選択部１０へ出力される。
制御対象選択部１０は、整流部２の出力電圧Ｖａｃが最小値かどうか判定を行い（Ｓ１０１）、出力電圧Ｖａｃが最小値と判定されなければ、再度出力電圧Ｖａｃが最小値かどうか判定を行う（Ｓ１０１のＮＯ判定）。また、出力電圧Ｖａｃが最小値と判定されれば（Ｓ１０１のＹＥＳ判定）、それまで第２スイッチング素子ＳＷ２が制御対象として選択されているかを判定し（Ｓ１０２）、それまで第２スイッチング素子ＳＷ２が選択されていないと判定されれば（Ｓ１０２のＮＯ判定）、第２スイッチング素子ＳＷ２を制御対象として選択する（Ｓ１０３）。また、それまで第２スイッチング素子ＳＷ２が選択されていると判定されれば（Ｓ１０２のＹＥＳ判定）、制御対象を第２スイッチング素子ＳＷ２から第１スイッチング素子ＳＷ１へ切り替えるように、第１フラグＦｓｗ１＝１及び第２フラグＦｓｗ２＝０と設定する（Ｓ１０４）。

整流部２の出力電圧Ｖａｃは、図４に示すように、周期Ｔで脈流する直流電圧であるから、出力電圧Ｖａｃが最小値となるタイミングは周期Ｔで生ずる。このため、モード切替期間及び倍電圧整流モードの定常状態において、制御対象選択部１０は、出力電圧Ｖａｃが最小値がどうかを常に判定しているため（Ｓ１０１）、結果として、周期Ｔの間隔で、出力電圧Ｖａｃが最小値であると判定し（Ｓ１０１のＹＥＳ判定）、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２を制御対象として交互に切り替える（Ｓ１０２、Ｓ１０３及びＳ１０４）。なお、本実施形態では、モード切替期間において第２スイッチング素子ＳＷ２から制御対象として選択するが、第１スイッチング素子ＳＷ１から制御することとしてもよい。また、本実施形態では、制御対象選択部１０は、整流部２の出力電圧Ｖａｃが最小値であるかどうかを判定しているが、整流部２の出力電圧Ｖａｃの最大値や、それ以外のタイミングでも、一定間隔で繰り返されるタイミングであれば、出力電圧Ｖａｃの最小値に限られない。

次に、モード切替期間において動作するスイッチング制御部１１の動作を図８を用いて説明する。
なお、スイッチング制御部１１における第１スイッチング素子ＳＷ１の制御と第２スイッチング素子ＳＷ２の制御は、互いに等しいため、以下では、第２スイッチング素子ＳＷ２が制御対象として選択されている場合（第２フラグＦｓｗ２＝１）のスイッチング制御部１１の動作を説明する。また、電流検出部７において検出される電流ＩＬには、許容できる範囲で、上限値と下限値が予め設定されているものとする。

モード切替指示があり、例えば、第２スイッチング素子ＳＷ２が制御対象となっている場合に（第２フラグＦｓｗ２＝１）、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンとすると、ａ点に流れる電流ＩＬが急激に増加して、突入電流ＩＬが発生する。
この突入電流ＩＬは、ａ点に設けられた電流検出部７によって検出され、検出された電流ＩＬはスイッチング制御部１１へ出力される。スイッチング制御部１１は、第２スイッチング素子ＳＷ２がオンかどうか判定し（Ｓ２０１）、第２スイッチング素子ＳＷ２がオンであると判定されると（Ｓ２０１のＹＥＳ判定）、電流検出部７によって検出された電流が予め設定された上限値に達したかどうかを判定する（Ｓ２０２）。電流ＩＬが上限値に達したと判定されなければ（Ｓ２０２のＮＯ判定）、第２スイッチング素子ＳＷ２はオンのままにする（Ｓ２０５）。電流ＩＬが上限値に達したと判定されれば（Ｓ２０２のＹＥＳ判定）、第２スイッチング素子ＳＷ２はオフにする（Ｓ２０４）。第２スイッチング素子ＳＷ２をオフにすることで、突入電流ＩＬは減少する。

モード切替期間では、スイッチング制御部１１は、電流検出部７によって検出される電流ＩＬを常時監視している。このため、第２スイッチング素子ＳＷ２がオンかどうか判定され（Ｓ２０１）、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフであると判定された場合には（Ｓ２０１のＮＯ判定）、電流検出部７によって検出された電流ＩＬが予め設定された下限値に達したかどうかを判定する（Ｓ２０３）。電流ＩＬが下限値に達したと判定されなければ（Ｓ２０３のＮＯ判定）、第２スイッチング素子ＳＷ２はオフのままにする（Ｓ２０７）。電流ＩＬが下限値に達したと判定されれば（Ｓ２０３のＹＥＳ判定）、第２スイッチング素子ＳＷ２はオンにする（Ｓ２０６）。このため、第２コンデンサ素子Ｃ２は再度電荷を充電する。第２スイッチング素子ＳＷ２をオンにすること（Ｓ２０１のＹＥＳ判定）によって電流ＩＬが増加するが、電流ＩＬが上限値に達したかが判定されるため（Ｓ２０２）、上述の制御が繰り返し行われ、第２コンデンサ素子Ｃ２に電荷が蓄積される。

第１スイッチング素子ＳＷ１が制御対象として選択されている場合には、第１スイッチング素子ＳＷ１に対しても同様の制御が行われるため、周期Ｔの間にスイッチング制御を繰り返し行うことによって、第１コンデンサ素子Ｃ１にも電荷が充電される。

次に、図５及び図６を用いて、モード切替期間における倍電圧整流回路１の動作について説明する。

モード切替指示が入力されると、整流部２の出力電圧Ｖａｃが電圧検出部８により随時検出され、検出された出力電圧Ｖａｃは制御対象選択部１０へ出力される。制御対象選択部１０は、整流部２の出力電圧Ｖａｃが最小値かどうか判定を行い（Ｓ１０１）、最小値と判定された場合に、第２スイッチング素子ＳＷ２を制御対象として選択する（Ｓ１０３）。

第２スイッチング素子ＳＷ２が制御対象となっているときに、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンとすると、第２コンデンサ素子Ｃ２に印加される電圧がＶａｃ／２からＶａｃへ増加するため、第２コンデンサへ急激に電荷が流れ込む。このため、第２スイッチング素子ＳＷ２及びａ点に流れる電流ＩＬが急激に増加する。

この突入電流ＩＬは、電流検出部７によって検出され、突入電流ＩＬが増加して上限値に達すると、スイッチング制御部１１によって、第２スイッチング素子ＳＷ２をオフにする。第２スイッチング素子ＳＷ２をオフにすることにより突入電流ＩＬは減少し、下限値に達すると、スイッチング制御部１１によって、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンにする。このように、出力電圧Ｖａｃが最小と判定されてから次に最小と判定されるまでの間（周期Ｔ）、第２スイッチング素子ＳＷ２が制御対象として選択され、突入電流ＩＬが上限値と下限値の間の範囲に収まるように、スイッチング制御部１１によって第２スイッチング素子ＳＷ２のオン／オフ制御が行われる。

周期Ｔが進み、整流部２の出力電圧Ｖａｃが最小値に達すると、制御対象選択部１０が、出力電圧Ｖａｃが最小値となっていることを検出する。この検出により、第２スイッチング素子ＳＷ２の制御が終了され、制御対象選択部１０がスイッチング制御の対象を第２スイッチング素子ＳＷ２から第１スイッチング素子ＳＷ１へと切り替える。

制御対象が切り替えられた後は、周期Ｔが進むまで、第１スイッチング素子ＳＷ１に対して、上記の第２スイッチング素子ＳＷ２に対して行われた制御と同様の制御が行われ、第１コンデンサ素子Ｃ１に電荷が充電される。

このように、整流部２の出力電圧Ｖａｃの周期Ｔに基づいて、制御対象が切り替えられることによって、第１スイッチング素子ＳＷ１を制御して第１コンデンサ素子Ｃ１に電荷を充電する工程と、第２スイッチング素子ＳＷ２を制御して第２コンデンサ素子Ｃ２に電荷を充電する工程とが交互に行われる。

上記制御が繰り返し行われることによって、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２のそれぞれがＶａｃまで充電される。第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２のそれぞれがＶａｃまで充電されると、モード切替期間は終了し、倍電圧整流回路１は、倍電圧整流モードの定常状態となる。

倍電圧整流モードの定常状態では、電流検出部７によるａ点の電流検出は終了し、電圧検出部８により検出される整流部２の出力電圧Ｖａｃに対する判定結果に基づいて、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２が周期Ｔ毎に交互にオンと設定される。

第２スイッチング素子ＳＷ２が制御対象として選択されている場合（第２フラグＦｓｗ２＝１）には、図２に示すように、第１コンデンサ素子Ｃ１のみに電流が流れ、第１コンデンサ素子Ｃ１が整流部２の出力電圧Ｖａｃまで充電される。例えば、三相交流電源の各相の電圧の実効値が２００Ｖの場合には、整流部２から約２８２Ｖの出力電圧Ｖａｃが出力され、第１コンデンサ素子Ｃ１に約２８２Ｖ分の電荷が充電される。

出力電圧Ｖａｃが１周期分進むと第２スイッチング素子ＳＷ２の制御が終了され、制御対象が第１スイッチング素子ＳＷ１へ切り替えられ、第１スイッチング素子ＳＷ１がオンとされる。
第１スイッチング素子ＳＷ１が制御対象として選択されている場合（第１フラグＦｓｗ１＝１）には、図３に示すように、第２コンデンサ素子Ｃ２のみに電流が流れ、第２コンデンサ素子Ｃ２が整流部２の出力電圧Ｖａｃまで充電される。例えば、三相交流電源の各相の電圧の実効値が２００Ｖの場合には、整流部２から約２８２Ｖの出力電圧Ｖａｃが出力され、第２コンデンサ素子Ｃ２に約２８２Ｖ分の電荷が充電される。

このように、第１コンデンサ素子Ｃ１と第２コンデンサ素子Ｃ２が出力電圧Ｖａｃに基づいて交互に出力電圧Ｖａｃまで充電されるため、負荷側から倍電圧整流回路１を見たときに、第１コンデンサ素子Ｃ１が発生させる電圧Ｖ１と第２コンデンサ素子Ｃ２が発生させる電圧Ｖ２が加算され、出力電圧Ｖａｃの２倍の直流電圧が出力されることとなる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る倍電圧整流回路１、モータ駆動装置によれば、全波整流モードから倍電圧整流モードへ切り替えるモード切替期間において、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２に流れる突入電流ＩＬを、予め設定された上限値以下に抑制しつつ、第１コンデンサ素子Ｃ１及び第２コンデンサ素子Ｃ２に電荷を充電することができ、安定的に全波整流モードから倍電圧整流モードの定常状態へモードを切り替えることができる。

さらに、予め設定された突入電流ＩＬの許容値である上限値を任意に設定することができるため、例えば、スイッチング素子の定格電流以下に上限値を設定することによって、スイッチング素子を安定に動作することができ、かつ、素子損傷等からの電流保護を容易に行うことができる。

さらに、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２に流れる突入電流ＩＬを監視して、突入電流ＩＬを抑制する制御を行うため、倍電圧整流回路１の接続する負荷に依存せずに、効果的かつ汎用的に、突入電流ＩＬを抑制することができる。

さらに、ａ点に設けられた電流検出部７により、突入電流ＩＬを監視しているため、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２に流れる電流を１つの監視点で監視することができ、回路素子数や占有面積の増大等を抑制することができる。

また、倍電圧整流回路１により略２倍に変換され出力された直流電圧を、インバータ部１５によって三相交流に逆変換しているため、倍電圧整流回路１に電力供給している三相交流電源の各相の最大値の電圧より大きな電圧で、三相モータ１６を制御することができる。このため、様々なモータを駆動することができ、さらに、より高効率でモータを駆動することができる。

さらに、モード切替期間において、インバータ部１５に入力される倍電圧整流回路１の出力電圧Ｖａｃが変動する場合であっても、インバータ部１５の変調率を制御することによって、モータの回転数を一定に保つことができ、モータを安定的に制御することができる。

１ ：倍電圧整流回路
２ ：整流部
３ ：インダクタンス部
４ ：スイッチング部
５ ：電荷蓄積部
６ ：逆流防止部
７ ：電流検出部
８ ：電圧検出部
９ ：倍電圧制御部
１０ ：制御対象選択部
１１ ：スイッチング制御部
１５ ：インバータ部
１６ ：三相モータ
１７ ：インバータ制御部
Ｃ１ ：第１コンデンサ素子
Ｃ２ ：第２コンデンサ素子
Ｆｓｗ１ ：第１フラグ
Ｆｓｗ２ ：第２フラグ
ＩＬ ：電流
ＳＷ１ ：第１スイッチング素子
ＳＷ２ ：第２スイッチング素子
Ｔ ：周期
Ｖａｃ ：出力電圧
Ｖｄｃ ：出力電圧

Claims (5)

1. 交流電源に接続された整流部と、
   前記整流部に直列に接続されたインダクタンス部と、
   第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列に接続されたスイッチング部と、
   第１コンデンサ素子と第２コンデンサ素子が直列に接続された電荷蓄積部と、
   前記電荷蓄積部からの電荷の逆流を防止する逆流防止部と、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の切替動作を制御する倍電圧制御部と、
   前記スイッチング部に流れる電流を検出する電流検出部と、
   を備え、
   前記スイッチング部は前記インダクタンス部を介して前記整流部と並列に接続され、前記電荷蓄積部は逆流防止部を介して前記スイッチング部と並列に接続され、
   前記スイッチング部の前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間の端子と前記電荷蓄積部の前記第１コンデンサ素子と前記第２コンデンサ素子との間の端子とが接続され、
   前記倍電圧制御部は、全波整流モードから倍電圧整流モードへと切り替えるモード切替期間において、前記電流検出部によって検出された前記電流に基づいて、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子のスイッチング制御を行うスイッチング制御部を有する倍電圧整流回路。
2. 前記整流部の出力電圧を検出する電圧検出部を備え、
   前記倍電圧制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記出力電圧の周期に基づいて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のどちらか一方を、前記スイッチング制御の対象として選択する制御対象選択部を有し、
   前記スイッチング制御部は前記制御対象選択部によって選択されている前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子の前記スイッチング制御を行う請求項１に記載の倍電圧整流回路。
3. 前記スイッチング制御部は、検出された前記電流が所定の上限値に達すると、前記スイッチング制御の対象となっている前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子をオフとし、検出された前記電流が所定の下限値に達すると、前記スイッチング制御の対象となっている前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子をオンとする請求項２に記載の倍電圧整流回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の倍電圧整流回路と、
   前記倍電圧整流回路の出力電圧が入力されるインバータ部と、
   前記インバータ部を制御するインバータ制御部と、
   を備え、
   前記インバータ制御部は、前記モード切替期間において、前記倍電圧整流回路の出力電圧を検出し、検出した前記倍電圧整流回路の出力電圧に基づいて、前記インバータ部から出力される電圧が一定となるように前記インバータ部を制御するモータ駆動装置。
5. 前記インバータ制御部は、検出した前記倍電圧整流回路の出力電圧に基づいて、前記インバータ部の変調率を制御することによって、前記インバータ部から出力される電圧が一定となるように前記インバータ部を制御する請求項４に記載のモータ駆動装置。

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