JP2022143057A - 電力変換装置及びそれを備えた洗濯機。 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検出回路を用いることなく、上記電力変換装置の異常動作時の保護を実現することができる電力変換装置及びそれを備えた洗濯機を提供する。【解決手段】交流電源に交流端子が接続される整流回路と、交流電源の短絡手段と、交流電源の交流電圧のゼロクロス点を基準とする遅れ時間及びパルス幅のパルス信号を短絡手段に与えて交流電源を短絡する制御回路を備える電力変換装置であって、交流電源の両端に、双方向フォトカプラの発光側を接続し、双方向フォトカプラの受光側は、一端をパルス信号に接続し、他端を制御回路の接地配線に接続する保護回路を備えることを特徴とする電力変換装置。【選択図】図２

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置及びそれを備えた洗濯機に関する。

電力変換装置の一例として、交流電源の半周期に１回もしくは複数回の短絡動作を行い、力率を改善する電力変換装置を特許文献１が開示している。特許文献１は電源装置に接続した電源回路の出力電圧や電源電圧などの内部的状態に基づいて短絡手段の短絡開始時刻（ディレイ時間）と短絡期間（パルス幅）とを決定して、負荷の状態に応じて力率を最適点に制御する方法を開示している。特許文献１は電源回路の出力電圧から電源電圧を推定することで、電源電圧の変動に応じた短絡期間になるように制御を行い、力率を改善している。

特開２００６－１８０７００号公報

特許文献１では、短絡手段の短絡開始時間と短絡期間を制御回路にて制御しているが、雑音等により制御回路が誤動作し、短絡手段が短絡し続けた場合、リアクトルおよび短絡手段に過剰な電流が流れ、回路の破壊を引き起こす。

これを防止するためには、リアクトルないし短絡手段に流れる電流を検出し、電流が閾値を超えた場合に制御回路を介さずに短絡手段を強制的に切断する回路を実装する必要があるが、電流検出にはカレントトランスやシャント抵抗器を用いる必要があり、発熱やコストの問題がある。また上記回路の応答速度が遅い場合、短絡手段を切断する前に過電流による破壊が発生する恐れがある。

以上のことから本発明の目的は、電流検出回路を用いることなく、上記電力変換装置の異常動作時の保護を実現することができる電力変換装置及びそれを備えた洗濯機を提供することである。

以上のことから本発明においては、「交流電源に交流端子が接続される整流回路と、交流電源の短絡手段と、交流電源の交流電圧のゼロクロス点を基準とする遅れ時間及びパルス幅のパルス信号を短絡手段に与えて交流電源を短絡する制御回路を備える電力変換装置であって、交流電源の両端に、双方向フォトカプラの発光側を接続し、双方向フォトカプラの受光側は、一端をパルス信号に接続し、他端を制御回路の接地配線に接続する保護回路を備えることを特徴とする電力変換装置」としたものである。

電流検出回路を用いることなく、上記電力変換装置の異常動作時の保護を実現することができる。

本発明に係る電力変換装置を用いたモータ制御装置の基本構成図。 本発明に係る保護回路の構成図。 図２に示す保護回路の動作説明図。

以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る力変換装置を用いたモータ制御装置の基本構成図である。本実施例の電力変換装置１は図１に示すように、単相の交流電源２の一方の出力端に一端が接続したリアクトル３と、そのリアクトル３を介して交流電源２を短絡する短絡手段４と、交流電源２に接続していない側のリアクトル３の他端とリアクトル３が接続していない側の交流電源２の他端との間に入力電流検出回路１２を介して接続した整流回路５と、整流回路５の直流出力の両端に直列接続した平滑コンデンサ６と、整流回路５の交流入力の一方と、平滑コンデンサ６を構成する平滑コンデンサ７と平滑コンデンサ８との接続点の間に接続した整流回路切替手段９と、交流電源２のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路１０と、前記平滑コンデンサ６の両端の直流電圧Ｖｄを入力しゼロクロス信号５０を基準タイミングとして短絡手段４を動作させる短絡パルス信号５１を出力し、整流回路切替手段９に整流回路切替信号５２を出力する制御回路１１と、前記交流電源２から入力される入力電流Ｉｓを検出し、制御回路１１に入力電流検出信号５３を出力する入力電流検出回路１２と、制御回路１１に交流電源２の電源電圧信号５５を出力する電源電圧検出回路１６を備えている。

図１には、前記電力変換装置１の直流出力Ｖｄに接続したインバータ回路１３と電動機を内蔵した圧縮機１４とを備えたモータ駆動システム１５を合わせて示す。ここで、制御回路１１は、例えばワンチップマイクロコンピュータなどの半導体集積回路（ＩＣ）で構成しており、全ての動作をソフトウェア処理で実行している。

ゼロクロス検出回路１０は、交流電源２の両端の電圧を入力し、交流電源２の交流電圧（以下、電源電圧Ｖｓと略記する。）がゼロクロス点を通過し極性が変わるタイミングでＨｉｇｈ信号からＬｏｗ信号に、もしくはＬｏｗ信号からＨｉｇｈ信号に切り替わるゼロクロス信号５０を出力する。このゼロクロス信号５０は制御回路１１へ入力される。

制御回路１１は、入力されたゼロクロス信号５０の立ち上がりもしくは立ち下りを基準タイミングとして、そこから短絡手段４が短絡動作を開始するまでの期間（以下、ディレイ時間Ｔｄ）および短絡する期間（以下、パルス幅Ｔｗ）を設定し、短絡パルス信号５１（Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗ信号）を短絡手段４に出力する。ディレイ時間Ｔｄおよびパルス幅Ｔｗは、制御回路１１に予め記憶させるか、制御回路１１で計算して求める。

短絡手段４は短絡パルス信号５１に従って短絡開閉動作を行う。本実施例では、制御回路１１から出力される短絡パルス信号５１がＨｉｇｈの時に、短絡手段４は短絡動作する。短絡手段４は、ダイオードブリッジとＩＧＢＴもしくは、バイポーラトランジスタ，ＭＯＳＦＥＴなどの電力半導体スイッチング素子で構成しており、短絡パルス信号５１に従ってリアクトル３を介して交流電源２を短絡する。この短絡開閉動作によって交流電源２の力率を改善する。

整流回路切替え手段９は、パワーリレー，トライアック，ダイオードブリッジと電力半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ，バイポーラトランジスタ，ＭＯＳＦＥＴ）の組み合わせなどによる双方向スイッチで構成され、制御回路１１が出力する整流回路切替信号５２（Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗ信号）に応じて整流回路５を切り替える。本実施例では、整流回路切替信号５２がＬｏｗ信号のときに整流回路５を全波整流回路に切り替え、Ｈｉｇｈ信号のときに倍電圧整流回路に切り替える。

制御回路１１は、ゼロクロス信号５０と、平滑コンデンサ６の両端の直流電圧Ｖｄである直流電圧値５４と、入力電流検出信号５３と、交流電源２の電源電圧値５５を入力し、短絡パルス信号５１と、整流回路切替信号５２を出力する。

本実施例の電力変換装置１は、交流電源２を電源半周期に一回もしくは複数回、リアクトル３を介して短絡する動作を行って、電源電流の通流角を広げ電源力率を改善しながら、交流電力を直流電力に変換する。本実施例の電力変換装置１は、整流回路切替手段９を備えていて、整流回路５を全波整流回路あるいは倍電圧整流回路に切り替えて動作させる。そのため、パルス幅Ｔｗで直流電圧Ｖｄを制御することに加え、幅広い範囲の直流電圧Ｖｄを出力できる。

次に、本発明にて実現する保護回路の例を図２に示す。交流電源２の両端に、分圧抵抗器５６を介して双方向フォトカプラ５７の発光側を接続する。双方向フォトカプラ５７の受光側は、一端を短絡パルス信号５１に接続し、他端を制御回路の接地配線に接続する。上記にて、保護回路５８を構成する。またこの時、短絡手段４の前段に前述とは別の整流回路５９を設ける。

続いて、保護回路５８の時間軸に沿った動作を図３に示す。図３には上段から、正常時、保護回路を備えない時の異常動作時、本発明の保護回路５８を備える時の異常動作時の動作を横軸の時間軸に沿って記載している。なおこの図で、５９は短絡手段用整流回路５９における整流波形を表している。

図３上段の正常動作時、短絡パルス信号５１は、交流電源電圧波形６０のピークとは重ならないタイミングでＯＮとなる。短絡手段電流波形６１は、短絡パルス信号５１がＯＮの間は、交流電源電圧波形６０に比例した傾きで時間とともに増加し、ＯＦＦになると同時に瞬時的に０となる。

図３中段では、制御回路１１に何らかの異常が発生し、短絡パルス信号５１がＯＮし続けた場合を考える。保護回路５８がない場合、短絡手段電流波形６１は、交流電源電圧波形６０のピーク付近で急激に増加し、過電流による故障が発生する。

図３下段のように保護回路５８を設けている場合、双方向フォトカプラ５７は、交流電源電圧波形６０が、分圧抵抗器５６の抵抗値によって決められる閾値を超える範囲でＯＮとなる。双方向フォトカプラ５７がＯＮのとき、短絡パルス信号５１は制御回路１１の出力に関わらず強制的にＯＦＦとなる。これにより、交流電源電圧波形６０のピーク付近では制御回路１１の出力に関わらず短絡パルス信号５１は常にＯＦＦとなるため、短絡手段電流波形６１の異常な上昇を抑制し、過電流による故障を防ぐことができる。この時、短絡パルス信号５１の強制ＯＦＦ区間は、正常動作時の短絡パルス信号５１のＯＮ区間と重ならないようにする必要がある。

１…電力変換装置、２…交流電源、３…リアクトル、４…短絡手段、５…整流回路、６…平滑コンデンサ、７…平滑コンデンサ、８…平滑コンデンサ、９…整流回路切替手段、１０…ゼロクロス検出回路、１１…制御回路、１２…入力電流検出回路、１３…インバータ回路、１４…圧縮機、１５…モータ駆動システム、１６…電源電圧検出回路、５０…ゼロクロス信号、５１…短絡パルス信号、５２…整流回路切替信号、５３…入力電流検出信号、５４…直流電圧値、５５…電源電圧値、５６…分圧抵抗器、５７…双方向フォトカプラ、５８…保護回路、５９…短絡手段用整流回路、６０…交流電源電圧波形、６１…短絡手段電流波形

Claims (3)

1. 交流電源に交流端子が接続される整流回路と、前記交流電源の短絡手段と、前記交流電源の交流電圧のゼロクロス点を基準とする遅れ時間及びパルス幅のパルス信号を前記短絡手段に与えて前記交流電源を短絡する制御回路を備える電力変換装置であって、
   前記交流電源の両端に、双方向フォトカプラの発光側を接続し、前記双方向フォトカプラの受光側は、一端を前記パルス信号に接続し、他端を前記制御回路の接地配線に接続する保護回路を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記保護回路は、交流電源の電圧が閾値以上になった場合に、前記パルス信号を無効化することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電力変換装置を備えた洗濯機。

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