JP2022125276A - 電力変換装置及び空気調和機 - Google Patents
電力変換装置及び空気調和機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022125276A JP2022125276A JP2022109608A JP2022109608A JP2022125276A JP 2022125276 A JP2022125276 A JP 2022125276A JP 2022109608 A JP2022109608 A JP 2022109608A JP 2022109608 A JP2022109608 A JP 2022109608A JP 2022125276 A JP2022125276 A JP 2022125276A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- control
- power supply
- switching
- supply voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 47
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 87
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 72
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 52
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 description 46
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 45
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 45
- 230000008569 process Effects 0.000 description 36
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 27
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 24
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 22
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
<電力変換装置の構成>
図1は、第1実施形態に係る電力変換装置1の構成図である。
電力変換装置1は、交流電源Gから印加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、モータ等)に出力するコンバータである。電力変換装置1は、その入力側が交流電源Gに接続され、出力側が負荷Hに接続されている。
交流電圧検出部12は、交流電源G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。
ゲイン制御部15cは、電流検出部11によって検出される回路電流isの実効値と、直流電圧Vdの昇圧比と、に基づいて、電流制御ゲインを設定する機能を有している。
次に、負荷(例えば、電流検出部11の検出値)の大きさに基づいて切り替えられる制御モードについて説明する。前記した制御モードには、「ダイオード整流制御」、「同期整流制御」、「部分スイッチング制御」、及び「高速スイッチング制御」が含まれる。
ダイオード整流制御は、4つの寄生ダイオードD1~D4を用いて全波整流を行う制御モードである。ダイオード整流制御は、例えば、負荷の大きさが比較的小さいときに実行されるが、これに限定されるものではない。
なお、図2(a)は、交流電源電圧vs(瞬時値)の波形であり、図2(b)は、回路電流is(瞬時値)の波形である。図2(c)~(f)は、スイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスである。
また、交流電源電圧vsが負の半サイクルの期間では、図示はしないが、交流電源G→寄生ダイオードD3→平滑コンデンサC1→シャント抵抗SH_R1→シャント抵抗SH_R2→寄生ダイオードD2→リアクトルL1→交流電源Gの順に回路電流isが流れる。なお、回路電流isの波形は、図2(b)に示すとおりである。
同期整流制御は、平滑コンデンサC1を介した電流経路に含まれるスイッチング素子のうち、平滑コンデンサC1の正極に接続されているスイッチング素子を、ブリッジ回路10に電流が流れている期間の少なくとも一部でオン状態とし、前記した電流経路に含まれないスイッチング素子をオフ状態で維持する制御モードである。なお、交流電源電圧vsが正の半サイクルの期間において、前記した「電流経路」は、図5の破線矢印で示す経路である。
同期整流制御においてコンバータ制御部15dは、シャント抵抗SH_R1によって検出される回路電流isに同期させて、スイッチング素子Q1,Q3のオン・オフを切り替える。交流電源電圧vsが正の半サイクルの期間について説明すると(図4(a)参照)、コンバータ制御部15dは、回路電流isが流れているときには(図4(b)参照)、スイッチング素子Q1をオン状態とし(図4(c)参照)、回路電流isが流れていないときには、スイッチング素子Q1をオフ状態にする。なお、交流電源電圧vsが正の半サイクルの期間において、スイッチング素子Q3はオフ状態で維持される(図4(e)参照)。
これに対して本実施形態では、前記した状態においてスイッチング素子Q1をオフにするため(図4(c)参照)、逆流電流が流れること防止できる。また、例えば、交流電源電圧vsが正の半サイクルではスイッチング素子Q2がオフ状態で維持されるため(図4(d)参照)、スイッチング素子Q2,Q4を介して逆流電流がループすることもない。
部分スイッチング制御は、スイッチング素子Q1~Q4のうち、リアクトルL1に接続されている2つのスイッチング素子Q1,Q2を交互にオン・オフする動作を所定回数行う制御モードである。部分スイッチング制御は、例えば、負荷Hの定格運転中に実行されるが、これに限定されるものではない。
交流電源電圧vsが正の半サイクルの期間について説明すると(図6(a)参照)、コンバータ制御部15dは、スイッチング素子Q1,Q2を所定回数・所定パルス幅で交互にオン・オフする。より詳しく説明すると、コンバータ制御部15dは、交流電源電圧vsの正・負が切り替わった直後に(図6(a)参照)、スイッチング素子Q1,Q2を交互にオン・オフする動作を所定回数行う(図6(c)、(d)参照)。また、コンバータ制御部15dは、交流電源電圧vsの極性に同期して、スイッチング素子Q3,Q4のオン・オフを制御する(図6(e)、(f)参照)。
なお、前記した短絡経路においてリアクトルL1に接続されている「スイッチング素子」とは、交流電源電圧vsが正の半サイクルの期間ではスイッチング素子Q2であり(図7参照)、交流電源電圧vsが負の半サイクルの期間ではスイッチング素子Q1である。
なお、前記した電流経路において平滑コンデンサC1の正極に接続されている「スイッチング素子」とは、交流電源電圧vsが正の半サイクルの期間ではスイッチング素子Q1であり(図5参照)、交流電源電圧vsが負の半サイクルの期間ではスイッチング素子Q3である。
例えば、交流電源電圧vsが正の半サイクルの期間においてコンバータ制御部15dは、スイッチング素子Q3をオフ状態で維持するとともに(図6(e)参照)、スイッチング素子Q4をオン状態で維持する(図6(f)参照)。また、コンバータ制御部15dは、ブリッジ回路10に電流が流れ始める所定の区間tfにおいて、スイッチング素子Q2をオン(図6(d)参照)、スイッチング素子Q1をオフにする(図6(c)参照)。このときに流れる短絡電流ispの経路について、図7を参照して説明する。
交流電源電圧vsが正の極性のときに力率改善動作を行うと、図7の破線矢印で示すように、交流電源G→リアクトルL1→スイッチング素子Q2→シャント抵抗SH_R2→スイッチング素子Q4→交流電源Gの短絡経路において、短絡電流isp(力率改善電流)が流れる。このときリアクトルL1には、以下の(数式2)で表されるエネルギが蓄えられる。なお、(数式2)に示すIspは、短絡電流ispの実効値である。
図6(d)に示す所定の区間tfにおいて「力率改善動作」を行った後、コンバータ制御部15dは、所定の区間tgにおいて「同期整流動作」を行う。すなわち、コンバータ制御部15dは、スイッチング素子Q1をオフからオンに切り替えるとともに(図6(c)参照)、スイッチング素子Q2をオンからオフに切り替える(図6(d)参照)。なお、区間tgにおいてもスイッチング素子Q3はオフ状態で維持され(図6(e)参照)、スイッチング素子Q4はオン状態で維持される(図6(f)参照)。
なお、図8(a)~(f)の横軸は、時間である。図8(a)は、正の半サイクルにおける交流電源電圧vsである。図8(b)は、回路電流is、短絡電流isp、及び正弦波状の理想電流である。図8(c)、(d)(f)は、スイッチング素子Q2,Q4,Q1の駆動パルスである。図8の「理想電流」に示すように、正弦波状の回路電流isが交流電源電圧vsに対して同相で流れることが理想的である。この理想電流は、例えば、電流検出部11(図7参照)の検出値と、ゼロクロス判定部15a(図7参照)の判定結果と、に基づいて、ゲイン制御部15c(図7参照)によって求められる。
高速スイッチング制御は、スイッチング素子Q~Q4のうち、リアクトルL1に接続されている2つのスイッチング素子Q1,Q2を交互にオン・オフする動作を所定周期で繰り返す制御モードである。言い換えると、高速スイッチング制御は、前記した同期整流動作と力率改善動作とを所定周期で交互に繰り返す制御モードである。高速スイッチング制御は、例えば、負荷(電流検出部11の検出値等)が比較的大きい高負荷時に実行されるが、これに限定されるものではない。
高速スイッチング制御では、部分スイッチング制御で説明した「力率改善動作」と「同期整流動作」とが所定周期で交互に繰り返される。
また、交流電源電圧vsが直流電圧Vdを下回ってから所定時間dtが経過するまでは、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチングが継続される(図9(c)、(d))。これによって寄生ダイオードD1,D2に流れる電流を抑制し、高効率で電力変換を行うことができる。そして、前記した所定時間dtが経過した後の区間tnでは、逆流電流が流れないように、スイッチング素子Q1がオフ状態にされる(図9(c)参照)。
電力変換装置1における回路電流is(瞬時値)は、以下の(数式3)で表される。ここで、Vsは交流電源電圧vsの実効値であり、Kpは電流制御ゲインであり、Vdは直流電圧であり、ωは角周波数である。
なお、昇圧比aは、負荷検出部14によって検出される負荷に基づき、昇圧比制御部15b(図7参照)によって設定される。例えば、負荷が大きいほど、昇圧比aも大きな値に設定される。
なお、図10の横軸は、交流電源電圧vsが正の半サイクルにおける時間(正の半サイクルの開始時からの経過時間)であり、縦軸は、スイッチング素子Q1,Q2のオンデューティd_Q1,d_Q2である。
図11の横軸は、交流電源電圧vsの正の半サイクルが開始された時点からの経過時間(時間)であり、縦軸は、交流電源電圧vs(瞬時値)及び回路電流is(瞬時値)である。
図12の横軸は、交流電源電圧vsの正の半サイクルが開始された時点からの経過時間(時間)であり、縦軸は、高速スイッチング制御におけるスイッチング素子Q2のオンデューティである。
コンバータ制御部15d(図1参照)は、例えば、負荷が比較的小さい低負荷領域では同期整流制御を行い、定格運転領域では部分スイッチング制御を行い、負荷が比較的大きい高負荷領域では高速スイッチング制御を行う。なお、負荷が非常に小さいときにダイオード整流制御を行ってもよいし、また、ダイオード整流を行わないようにしてもよい。
なお、図13(b)に示すピーク値is2は、高速スイッチング制御における回路電流isのピーク値である。図13(b)に示すように、高速スイッチング制御における回路電流isのピーク値is2は、部分スイッチング制御における回路電流isのピーク値is2よりも小さくなっている。
次に、前記した同期整流制御、部分スイッチング制御、及び高速スイッチング制御における制御部15の処理について説明する。
なお、図14の「START」において制御部15は、電流検出部11によって検出される回路電流isの大きさに基づいて、同期整流制御、部分スイッチング制御、及び高速スイッチング制御のいずれかを実行しているものとする。
ステップS101において現時点で同期整流動作を実行している場合(S101:Yes)、制御部15の処理はステップS102に進む。
ステップS104の処理を行った後、制御部15の処理は「START」に戻る(RETURN)。
ステップS105において制御部15は、ブリッジ回路10に過電流が流れていると判定する。つまり、制御部15は、平滑コンデンサC1を介した電流経路(図5の破線矢印を参照)に過大な回路電流isが流れていると判定する。
ステップS109において制御部15は、ステップS108で読み込んだ検出値I2が所定閾値IB以上であるか否かを判定する。この所定閾値IBは、短絡電流ispが過大であるか否かの判定基準となる閾値である。
ステップS105において制御部15は、ブリッジ回路10に過電流が流れていると判定する。つまり、制御部15は、交流電源電圧vsの正の半サイクルにおいて、リアクトルL1を介した短絡経路(図7の破線矢印を参照)に過大な短絡電流ispが流れていると判定する。
本実施形態よれば、低負荷時には同期整流制御を行うことで、スイッチング素子Q1~Q4に積極的に電流を流すようにしている。これによって、寄生ダイオードD1~D4での損失を抑制し、電力変換を高効率で行うことができる。
さらに、同期整流動作中に過大な回路電流is(図5参照)が流れている場合や(S103:Yes)、力率改善動作中に過大な短絡電流isp(図7参照)が流れている場合(S109:Yes)、保護制御が実行される(S106)。これによって、電力変換装置1の信頼性を高めることができる。
第2実施形態は、スイッチング素子Q2(図15参照)を介して接続点N1(図15参照)に向かう短絡電流ispを検出するシャント抵抗SH_R3(図15参照)を設けている点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他については第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図15は、第2実施形態に係る電力変換装置1Aの構成図である。
図15に示すように、電力変換装置1Aは、第1実施形態で説明した構成(図1参照)に加えて、シャント抵抗SH_R3(第3シャント抵抗)を備えている。このシャント抵抗SH_R3は、その一端がスイッチング素子Q2のソースに接続され、他端が、シャント抵抗SH_R1,SH_R2の接続点N4に接続されている。
図16は、電力変換装置1Aの制御部15が実行する処理を示すフローチャートである(適宜、図15を参照)。なお、図16に示すステップS101~S109については、第1実施形態(図14参照)と同様であるから、説明を省略する。
ステップS101において同期整流動作を実行しておらず、前記した力率改善動作を実行している場合において(S101:No)、現時点での交流電源電圧vsが負であるとき(S107:No)、制御部15の処理はステップS201に進む。
ステップS203において制御部15は、誤動作が生じていると判定する。つまり、制御部は、自身によるスイッチング素子Q1~Q4のオン・オフに誤りがあると判定する。
ステップS204の処理を行った後、制御部15の処理は「START」に戻る(RETURN)。
本実施形態によれば、シャント抵抗SH_R3に流れている電流の検出値I3に基づき、スイッチング素子Q1~Q4のオン・オフに誤動作が生じていると判定された場合には(S202:Yes、S203)、保護制御が実行される(S204)。これによって、誤ったスイッチングが継続されることを防止できるため、第1実施形態よりも電力変換装置1Aの信頼性を第1実施形態よりもさらに高めることができる。
第3実施形態は、力率改善動作を行っている場合において、交流電源電圧vsが負の半サイクルのときに流れる短絡電流ispを検出する短絡電流検出部31(図17参照)を設けている点が、第2実施形態とは異なっている。なお、その他については第2実施形態と同様である。したがって、第2実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図17は、第3実施形態に係る電力変換装置1Bの構成図である。
図17に示すように、電力変換装置1Bは、第2実施形態で説明した構成(図15参照)に加えて、短絡電流検出部31(第4電流検出部)を備えている。この短絡電流検出部31は、交流電源電圧vsが負の半サイクルの期間において、平滑コンデンサC1を介さずに、平滑コンデンサC1の正極側に接続されたスイッチング素子Q1,Q3、及びリアクトルL1を介して流れる短絡電流ispを検出する機能を有している。
シャント抵抗SH_R5は、配線hcに設けられ、その一端がスイッチング素子Q1のドレインに接続され、他端がスイッチング素子Q3のドレインに接続されている。
フォトトランジスタQ5は、発光ダイオードD6から受光した光を電気信号に変換し、この電気信号をコンバータ制御部15dに出力する素子である。
図18A,図18Bは、電力変換装置1Bの制御部15が実行する処理を示すフローチャートである(適宜、図17を参照)。
なお、図18A,図18Bに示すステップS101~S109については第1実施形態(図14参照)と同様であり、ステップS201~S204については第2実施形態(図16参照)と同様であるから、説明を省略する。
ステップS302において制御部15は、ステップS301で読み込んだ検出値I4が所定閾値ID以上であるか否かを判定する。この所定閾値IDは、短絡電流ispが過大であるか否かの判定基準となる閾値である。
ステップS303において制御部15は、ブリッジ回路10に過電流が流れていると判定する。つまり、制御部15は、交流電源電圧vsの負の半サイクルにおいて、リアクトルL1を介した短絡経路(図7の破線矢印を参照)に過大な短絡電流ispが流れていると判定する。
本実施形態によれば、交流電源電圧vsが負の半サイクルの期間での力率改善動作中に過電流が流れたときには(S302:Yes、S303)、次の同期整流動作に切り替わる前に保護制御を開始できる(S304)。これによって、電力変換装置1Bの信頼性を第2実施形態よりもさらに高めることができる。
第4実施形態は、シャント抵抗SH_R1を流れる電流の検出値に基づいて、スイッチング素子Q1~Q4のオン・オフに誤りがあるか否かを判定する点が第1実施形態とは異なっている。なお、その他については第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
電力変換装置1Cは、シャント抵抗SH_R1を用いて、平滑コンデンサC1の負極から接続点N4に向かう電流を検出するとともに、これとは逆向きの電流も検出できるようになっている。第1実施形態(図1参照)で説明した構成に、前記した逆向きの電流を検出するための増幅回路(図示せず)が追加することで、シャント抵抗SH_R1を介した双方向の電流検出が可能になる。
例えば、交流電源電圧vsが負の半サイクルで力率改善動作中に、誤ってスイッチング素子Q1がオン状態になると、図19(b)に示す短絡電流iscが流れる。このような場合でも、前記した保護制御を行うことで、誤ったスイッチングが継続されることを防止できる。
第5実施形態は、電流検出部11の検出値Iと所定の閾値IE,IFとの大小を比較し、その比較結果に基づいて制御モードを切り替える点が、第1実施形態とは異なっている。また、第5実施形態では、電力変換装置1の負荷Hが、空気調和機W(図21参照)の圧縮機41のモータ41aである点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他の構成(図1に示す電力変換装置1の構成や、各制御モードの内容)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図20は、第5実施形態に係る空気調和機Wが備える室内機U1、室外機U2、及びリモコンReの正面図である。
空気調和機Wは、冷媒回路4(図21参照)において周知のヒートポンプサイクルで冷媒を循環させることによって、空調(冷房運転、暖房運転、除湿運転等)を行う機器である。図20に示すように、空気調和機Wは、室内機U1と、室外機U2と、リモコンReと、を備えている。
室外機U2は、次に説明する圧縮機41(図21参照)、室外熱交換器42、膨張弁43、室外ファンF1等を備えている。
なお、室内機U1と室外機U2とは、冷媒が通流する配管kを介して接続されるとともに、図示はしないが、通信線を介して接続されている。
リモコンReは、室内機U1との間で所定の信号(運転/停止指令、設定温度の変更、タイマの設定、運転モードの変更等)を送受信するものである。
図21に示すように、空気調和機Wは、電力変換装置1と、インバータ2と、冷媒回路4と、を備えている。なお、電力変換装置1の構成については、第1実施形態(図1参照)で説明したとおりである。
冷媒回路4は、圧縮機41と、室外熱交換器42と、膨張弁43と、室内熱交換器44と、が配管kを介して環状に順次接続された構成になっている。
膨張弁43は、室外熱交換器42又は室内熱交換器44から流れ込む冷媒を膨張させて減圧する減圧器である。
そして、圧縮機41、室外熱交換器42、膨張弁43、及び室内熱交換器44が配管kを介して環状に順次接続されてなる冷媒回路4においてヒートポンプサイクルで冷媒を循環させるようになっている。
次に、電力変換装置1が備える電流検出部11(図1参照)の検出値(負荷)に基づいて、電力変換装置1の制御モードを切り替える処理について説明する。
図22に示す「中間運転領域」は、負荷(つまり、電流検出部11の検出値:図1参照)が比較的小さい領域である。本実施形態では、負荷の大きさが閾値IE未満である場合に「同期整流制御」を行うことで、電力変換装置1の高効率化を図るようにしている。
図23は、電力変換装置1の制御部15が実行する処理を示すフローチャートである(適宜、図1を参照)。なお、図23の「START」時において、モータ41a(図21参照)が駆動しているものとする。
ステップS401において制御部15は、電流検出部11の検出値I(負荷)を読み込む。
ステップS403において制御部15は、同期整流制御を実行する。このように中間運転領域において同期整流制御を行うことで、第1実施形態で説明したように、電力変換を高効率で行うことができる。
ステップS404において制御部15は、電流検出部11の検出値Iが閾値IF(第2閾値)未満であるか否かを判定する。つまり、制御部15は、電流の検出値Iが「定格運転領域」(図22参照)に含まれるか否かを判定する。ちなみに、前記した閾値IFは、閾値IEよりも大きな値である(図22参照)。
ステップS405において制御部15は、部分スイッチング制御を実行する。このように定格運転領域において部分スイッチング制御を行うことで、第1実施形態で説明したように、昇圧、力率の改善、及び高調波の抑制を行うことができる。
ステップS406において制御部15は、高速スイッチング制御を実行する。これによって、高負荷運転領域で大きな回路電流isが流れたとしても、力率を改善できるとともに、高調波を抑制できる。
ステップS403,S405,S406のいずれかの処理を行った後、制御部15の処理は「START」に戻る(RETURN)。
本実施形態によれば、負荷の大きさに応じて制御モードを切り替えることで、電力変換装置1の高効率化を図るとともに、高調波を抑制できる。このような電力変換装置1を備えることで、エネルギ効率(つまり、APF:Annual Performance Factor)が高く、省エネ化を図った空気調和機Wを提供できる。
以上、本発明に係る電力変換装置1等について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
図24は、第1の変形例に係る電力変換装置1Dの構成図である。
図24に示す電力変換装置1Dは、第1実施形態で説明した電力変換装置1(図1参照)にリアクトルL2を追加した構成になっている。リアクトルL2は、接続点N2と交流電源Gとを接続する配線hbに設けられている。このようにリアクトルL2を設けることで、第1実施形態で説明した「力率改善動作」に伴うノイズを低減できる。
図25は、第2の変形例に係る電力変換装置1Eの構成図である。
図25に示す電力変換装置1Eは、接続点N1を介してリアクトルL1に接続されるスイッチング素子Q1,Q2として、MOSFETではなく、IGBT(Insulated-Gate-Bipolar-Transistor)を用いている点が、第1実施形態(図1参照)とは異なっている。このようにスイッチング素子Q1,Q2としてIGBTを用いても、第1実施形態と同様の効果が奏される。なお、スイッチング素子Q1,Q2として、FRD(Fast-Recovery-Diode)を用いてもよい。
また、スイッチング素子Q1~Q4として、オン抵抗が0.1Ω以下のものを用いることが好ましい。これによって、スイッチング素子Q1~Q4における導通損失を低減できる。
図26は、第3の変形例に係る電力変換装置において、同期整流制御における交流電源電圧vs、回路電流is、及びスイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスの時間的変化を示す説明図である。
図26に示す変形例では、同期整流制御においてスイッチング素子Q2,Q4(図26(d)、(f)参照)をオン状態にする期間が、第1実施形態(図4(d)、(f)参照)よりも短くなっている。例えば、図26に示す変形例では、交流電源電圧vsが正の半サイクルでは、その一部の区間(回路電流isが流れている期間の一部)でスイッチング素子Q4をオン状態にしている。なお、正の回路電流isが流れている期間の一部でスイッチング素子Q4がオフ状態であっても、寄生ダイオードD4を介して電流が流れるため、同期整流制御に支障が生じることはない。
図27は、第4の変形例に係る電力変換装置において、同期整流制御における交流電源電圧vs、回路電流is、及びスイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスの時間的変化を示す説明図である。
図27に示す変形例では、同期整流制御においてスイッチング素子Q1,Q3(図27(c)、(e)参照)をオン状態にする期間が、第1実施形態(図4(c)、(e)参照)よりも短くなっている。このようにスイッチング素子Q1,Q3を制御しても、同期整流制御を適切に行うことができる。
図28は、第5の変形例に係る電力変換装置において、部分スイッチング制御における交流電源電圧vs、回路電流is・短絡電流isp、及びスイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスの時間的変化を示す説明図である。
図28に示す変形例では、部分スイッチング制御においてスイッチング素子Q3,Q4(図28(e)、(f)参照)をオン状態にする期間が、第1実施形態(図6(e)、(f)参照)よりも短くなっている。例えば、交流電源電圧vsが正の半サイクルでは、回路電流isが流れている期間の一部でスイッチング素子Q4をオン状態にしている。このようにスイッチング素子Q3,Q4を制御しても、部分スイッチング制御を適切に行うことができる。
図29は、第6の変形例に係る電力変換装置において、部分スイッチング制御における交流電源電圧vs、回路電流is・短絡電流isp、及びスイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスの時間的変化を示す説明図である。
図29に示す変形例では、部分スイッチング制御においてスイッチング素子Q1,Q2(図29(c)、(d)参照)をオン状態にする期間が、第1実施形態(図6(c)、(d)参照)よりも短くなっている。例えば、交流電源電圧vsが正の半サイクルでは、回路電流が流れている期間の一部でスイッチング素子Q1をオン状態にしている。このようにスイッチング素子Q1,Q2を制御しても、部分スイッチング制御を適切に行うことができる。
図30は、第7の変形例に係る電力変換装置において、同期整流制御における交流電源電圧vs、回路電流is、及びスイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスの時間的変化を示す説明図である。
図30に示す変形例は、同期整流制御の実行中、スイッチング素子Q1,Q3(図30(c)、(e)参照)がオフ状態で維持されている点が、第1実施形態(図4(c)、(e)参照)とは異なっている。例えば、交流電源電圧vsが正の半サイクルにおいてスイッチング素子Q1がオフ状態で維持されても、寄生ダイオードD1を介して回路電流isが流れるため、同期整流制御に支障が生じることはない。
図31は、第8の変形例に係る電力変換装置において、同期整流制御における交流電源電圧vs、回路電流is、及びスイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスの時間的変化を示す説明図である。
図31に示す変形例は、同期整流制御の実行中、スイッチング素子Q2,Q4はオフ状態で維持され(図31(d)、(f)参照)、スイッチング素子Q1,Q3は交流電源電圧vsに同期してオン・オフされている点が(図31(c)、(e)参照)、第1実施形態(図4(c)~(f)参照)とは異なっている。このようにスイッチング素子Q1~Q4を制御しても、同期整流制御を適切に行うことができる。
図32は、第9の変形例に係る電力変換装置において、部分スイッチング制御における交流電源電圧vs、回路電流is・短絡電流isp、及びスイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスの時間的変化を示す説明図である。
図32に示す変形例は、部分スイッチング制御において、交流電源電圧vsが正の半サイクルではスイッチング素子Q1がオフ状態で維持され(図32(c)参照)、交流電源電圧vsが負の半サイクルではスイッチング素子Q2がオフ状態で維持される点が(図32(d)参照)、第1実施形態(図6(c)、(d)参照)とは異なっている。このようにしても、例えば、交流電源電圧vsが正の半サイクルでは寄生ダイオードD1を介して回路電流isが流れるため、部分スイッチング制御を適切に行うことができる。
図33は、第10の変形例に係る電力変換装置において、高速スイッチング整流制御における交流電源電圧vs、回路電流is・短絡電流isp、及びスイッチング素子Q1~Q4の駆動パルスの時間的変化を示す説明図である。
図33に示す変形例は、高速スイッチング制御において、交流電源電圧vsが正の半サイクルではスイッチング素子Q1がオフ状態で維持され(図33(c)参照)、交流電源電圧vsが負の半サイクルではスイッチング素子Q2がオフ状態で維持される点が(図33(d)参照)、第1実施形態(図9(c)、(d)参照)とは異なっている。このようにしても、高速スイッチング制御を適切に行うことができる。
図34は、他の変形例に係る電力変換装置の制御モードの切替えに関する説明図である。
図34に示す「同期整流」は、同期整流モードを意味している。また、「同期整流+部分SW」は、部分スイッチング制御に、前記した同期整流動作が含まれる(つまり、力率改善動作と同期整流動作とを交互に行う)ことを意味している。「同期整流+高速SW」とは、高速スイッチング制御に同期整流動作が含まれることを意味している。
また、例えば、制御方法X4に示すように、負荷が閾値IE以上である場合には、ダイオード整流動作を含む部分スイッチング制御を行い、負荷が閾値IE未満である場合には、同期整流制御を行うようにしてもよい。このようにダイオード整流動作を行うことで、交流電源電圧vsの半サイクルにおいて、オン状態にするスイッチング素子が1つで済むため、制御の簡略化を図ることができる。
また、第2実施形態では、電力変換装置1A(図15参照)がシャント抵抗SH_R1,SH_R2,SH_R3を備える構成について説明したが、シャント抵抗SH_R2,SH_R3の一方を省略してもよい。
また、第3実施形態では、電力変換装置1B(図17参照)がシャント抵抗SH_R1,SH_R2,SH_R3,SH_R4,SH_R5を備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、シャント抵抗SH_R2,SH_R3,SH_R4,SH_R5のうち一つ又は複数を適宜省略してもよい。
また、各実施形態では、電力変換装置1が2レベルのコンバータである構成について説明したが、例えば、3レベルや5レベルのコンバータにも適用できる。
また、各実施形態では、負荷の大きさに応じて制御モードを切り替える処理について説明したが、電力変換装置1の用途や仕様によっては、負荷の大きさに関わらず、所定の制御モード(例えば、部分スイッチング制御)を実行するようにしてもよい。
10 ブリッジ回路
L1 リアクトル
C1 平滑コンデンサ
Q1,Q2,Q3,Q4 スイッチング素子
D1,D2,D3,D4 寄生ダイオード
J1 第1レグ
J2 第2レグ
11 電流検出部(第5電流検出部)
12 交流電圧検出部
13 直流電圧検出部
14 負荷検出部
15 制御部
G 交流電源
H 負荷
ha 配線
SH_R1 シャント抵抗(第1電流検出部、第1シャント抵抗)
A1 増幅回路(第1電流検出部)
SH_R2 シャント抵抗(第2電流検出部、第2シャント抵抗)
A2 増幅回路(第2電流検出部)
SH_R3 シャント抵抗(第3電流検出部、第3シャント抵抗)
31 短絡電流検出部(第4電流検出部)
SH_R4,SH_R5 シャント抵抗(第4電流検出部)
D6 発光ダイオード(第4電流検出部)
D7 ダイオード(第4電流検出部)
Q5 フォトトランジスタ(第4電流検出部)
W 空気調和機
2 インバータ
4 冷媒回路
41 圧縮機
41a モータ
42 室外熱交換器
43 膨張弁
44 室内熱交換器
k 配管
Claims (1)
- ブリッジ形に接続された複数のスイッチング素子を有し、入力側は交流電源に接続され、出力側は負荷に接続されるブリッジ回路と、
前記交流電源と前記ブリッジ回路とを接続する配線に設けられるリアクトルと、
前記ブリッジ回路の出力側に接続され、前記ブリッジ回路から印加される電圧を平滑化して直流電圧にする平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサを介した電流経路を流れる電流を検出する第1電流検出部と、
前記電流経路に含まれる前記スイッチング素子のうち、前記平滑コンデンサの正極に接続されているスイッチング素子を、前記ブリッジ回路に電流が流れている期間の少なくとも一部でオン状態とし、前記電流経路に含まれないスイッチング素子をオフ状態で維持する同期整流動作を、前記第1電流検出部の検出値に基づいて実行する制御部と、を備えること
を特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022109608A JP7333450B2 (ja) | 2016-06-28 | 2022-07-07 | 電力変換装置及び空気調和機 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016127252A JP6877898B2 (ja) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機 |
JP2021074762A JP7104209B2 (ja) | 2016-06-28 | 2021-04-27 | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機 |
JP2022109608A JP7333450B2 (ja) | 2016-06-28 | 2022-07-07 | 電力変換装置及び空気調和機 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021074762A Division JP7104209B2 (ja) | 2016-06-28 | 2021-04-27 | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022125276A true JP2022125276A (ja) | 2022-08-26 |
JP7333450B2 JP7333450B2 (ja) | 2023-08-24 |
Family
ID=87888364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022109608A Active JP7333450B2 (ja) | 2016-06-28 | 2022-07-07 | 電力変換装置及び空気調和機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7333450B2 (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009033814A (ja) * | 2007-07-25 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 直流電源装置 |
JP2009189114A (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Panasonic Corp | 直流電源装置 |
JP2014090570A (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-15 | Mitsubishi Electric Corp | 直流電源装置、冷凍サイクル装置、空気調和機および冷蔵庫 |
JP2015061322A (ja) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 電力変換装置 |
JP2015208109A (ja) * | 2014-04-21 | 2015-11-19 | 日立アプライアンス株式会社 | 直流電源装置およびそれを用いた空気調和機 |
JP2015211488A (ja) * | 2014-04-24 | 2015-11-24 | 日立アプライアンス株式会社 | 昇圧回路及び空調調和機 |
-
2022
- 2022-07-07 JP JP2022109608A patent/JP7333450B2/ja active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009033814A (ja) * | 2007-07-25 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 直流電源装置 |
JP2009189114A (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Panasonic Corp | 直流電源装置 |
JP2014090570A (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-15 | Mitsubishi Electric Corp | 直流電源装置、冷凍サイクル装置、空気調和機および冷蔵庫 |
JP2015061322A (ja) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 電力変換装置 |
JP2015208109A (ja) * | 2014-04-21 | 2015-11-19 | 日立アプライアンス株式会社 | 直流電源装置およびそれを用いた空気調和機 |
JP2015211488A (ja) * | 2014-04-24 | 2015-11-24 | 日立アプライアンス株式会社 | 昇圧回路及び空調調和機 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7333450B2 (ja) | 2023-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7104209B2 (ja) | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機 | |
CN107546991B (zh) | 电力变换装置、以及具备电力变换装置的空调机 | |
CN109874379B (zh) | 电力转换装置和空调机 | |
JP6478881B2 (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
TWI664802B (zh) | 電力轉換裝置及冷凍空調機器 | |
JP6798802B2 (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
JPWO2015063869A1 (ja) | 直流電源装置及び冷凍サイクル機器 | |
JP6671126B2 (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
JP6431413B2 (ja) | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機、並びに電力変換方法 | |
JPWO2018073875A1 (ja) | 電力変換装置、モータ駆動装置および空気調和機 | |
JP6416690B2 (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
JP2017055475A (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
JP7333450B2 (ja) | 電力変換装置及び空気調和機 | |
JP6906077B2 (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
JP6955077B2 (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
JP6982254B2 (ja) | 電力変換装置及び空気調和機 | |
JP7238186B2 (ja) | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機 | |
JP6884254B2 (ja) | 電力変換装置および空気調和機 | |
JP6207607B2 (ja) | 電力変換装置及び冷凍空気調和装置 | |
JP6876386B2 (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
JP7359925B2 (ja) | 直流電源装置および空気調和機 | |
JP7313231B2 (ja) | 直流電源装置、モータ駆動装置および空気調和機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220803 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220803 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230711 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230718 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230814 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7333450 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |