JP3745264B2

JP3745264B2 - 電源装置およびそれを用いた空気調和機

Info

Publication number: JP3745264B2
Application number: JP2001329292A
Authority: JP
Inventors: 誠二福井; 俊生矢吹; 登志雄丸毛; 仁史増田
Original assignee: Daikin Industries Ltd; Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd; Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003134826A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、整流回路と力率改善回路を有する電源装置およびそれを用いた空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源装置としては、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、力率を改善する力率改善回路とを備えたものがある。この電源装置は、図４に示すように、室外ユニット３０と室内ユニット４０とを備えた空気調和機に用いられる。上記室内ユニット３０は、交流電源３１(ＡＣ２００Ｖ)の一端が接続された通信部３２と、上記交流電源３１の他端が一端に接続され、他端が端子Ａ１に接続されたメインリレーＲＹ１とを備えている。上記通信部３２を介して交流電源３１の他端を端子Ａ２に接続すると共に、通信部３２からの通信線を端子Ａ３に接続している。
【０００３】
一方、上記室外ユニット４０の電源装置は、端子Ｂ１(室内ユニット３０の端子Ａ１に接続)に一端が接続されたリレーＲＹ２と、そのリレーＲＹ２の他端に一端が接続されたコイルＬと、上記コイルＬの他端に一方の交流入力端子が接続され、端子Ｂ２(室内ユニット３０の端子Ａ２に接続)に他方の交流入力端子が接続されたダイオードブリッジＤＢと、上記ダイオードブリッジＤＢの直流出力端子の両端に接続された平滑用コンデンサＣ１と、上記リレーＲＹ２の両端に接続された突入防止用の正特性温度係数素子ＰＴＣとを備えている。また、上記電源装置は、コイルＬとダイオードブリッジＤＢとの間に一端が接続された保護用リレーＲＹ３と、上記保護用リレーＲＹ３の他端に一端が接続された半導体スイッチＳＷと、上記半導体スイッチＳＷの他端に一端が接続され、他端がダイオードブリッジＤＢの負極側の直流出力端子に接続された力率改善用コンデンサＣ２とを備えると共に、上記平滑用コンデンサＣ１の両端電圧を検出する電圧検出部４１と、上記電圧検出部４１により検出された直流電圧に基づいて半導体スイッチＳＷのオンオフを制御する制御部４２とを備えている。また、上記室外ユニット４０は、上記制御部４２により制御される通信部４３を備えている。上記通信部４３からの通信線を端子Ｂ３(室内ユニット３０の端子Ａ３に接続)に接続している。上記コイルＬと半導体スイッチＳＷと力率改善用コンデンサＣ２で力率改善回路を構成している。
【０００４】
上記構成の電源装置は、電源投入時、室内ユニット３０側のメインリレーＲＹ１をオンし、室外ユニット４０側の正特性温度係数素子ＰＴＣを介してダイオードブリッジＤＢに交流電圧を供給する。そして、上記ダイオードブリッジＤＢから出力される直流電圧を電圧検出部４１により検出し、検出された直流電圧が所定電圧を越えると、制御部４２は、リレーＲＹ２をオンにすると共に、直流電圧が目標電圧になるように半導体スイッチＳＷのオンオフを制御して力率改善回路を動作させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記電源装置では、半導体スイッチＳＷの短絡モードの故障時に平滑用コンデンサＣ１に倍電圧(約５００Ｖ)が印加されてしまうため、平滑用コンデンサＣ１が破壊されたり液漏れが生じたりする。そこで、上記電源装置は、電圧検出部４１により異常高電圧が検出されたときに制御部４２により保護用リレーＲＹ３をオフすることによって、ダイオードブリッジＤＢの出力側の平滑用コンデンサＣ１等の破損を防止している。このため、上記電源装置は、保護用リレーＲＹ３によりコストが高くつくという欠点がある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、簡単な構成で過電圧保護機能を実現でき、コストを低減できる電源装置およびそれを用いた空気調和機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の電源装置は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、上記整流回路に入力される交流電圧をオンオフする電源スイッチと、上記電源スイッチの両端に接続された正特性温度係数素子と、上記整流回路から出力される直流電圧をオン動作により昇圧する力率改善用半導体スイッチと、上記整流回路から出力される直流電圧を検出する電圧検出手段と、上記電圧検出手段により検出された上記直流電圧に基づいて、上記力率改善用半導体スイッチのオンオフを制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記力率改善用半導体スイッチが短絡モードで故障することにより上記電圧検出手段により検出された上記直流電圧が上限電圧以上になったとき、上記電源スイッチをオフすることを特徴としている。
【０００８】
上記請求項１の電源装置によれば、上記力率改善用半導体スイッチが故障してオン動作と同じ短絡状態となり上記整流回路から出力される直流電圧が高くなった場合、上記電圧検出手段により検出された上記直流電圧が上限電圧以上になると、上記制御手段が上記電源スイッチをオフすることによって、交流電圧が正特性温度係数素子を介して上記整流回路に供給されて電流が制限され、上記整流回路からの直流電圧はすぐに抑えられて、整流回路の出力側の平滑用コンデンサ等が破損するのを防止する。このように、保護用リレー等を別に設けることなく簡単な構成で過電圧保護機能を実現でき、コストを低減できる。
【０００９】
また、請求項２の空気調和機は、請求項１の電源装置を用いたことを特徴としている。
【００１０】
上記請求項２の空気調和機によれば、圧縮機を駆動するインバータ等の電源装置として上記電源装置を用いることによって、保護用リレー等を別に設けることなく簡単な構成で過電圧保護機能を実現でき、コストを低減できる。
【００１１】
また、請求項３の空気調和機は、請求項２の空気調和機において、上記電源装置を有する室外ユニットと、上記室外ユニットの上記電源装置に供給する交流電圧をオンオフするメイン電源スイッチを有する室内ユニットとを備え、上記電源装置の上記制御手段は、上記電圧検出手段により検出された上記直流電圧が上限電圧以上になると、上記電源スイッチをオフし、その後、上記室内ユニットに上記メイン電源スイッチをオフするように制御信号を出力することを特徴としている。
【００１２】
上記請求項３の空気調和機によれば、室外ユニットにおいて、上記力率改善用半導体スイッチの短絡故障により上記電圧検出手段により検出された上記直流電圧が上限電圧以上になると、上記制御手段が上記電源スイッチをオフして、上記整流回路の過電圧出力をすぐに抑えた後、上記制御手段から上記室内ユニットに上記制御信号を出力することによって、室内ユニット側のメイン電源スイッチをオフにし、室外ユニットへの通電を確実に停止して、より安全な対応がとれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の電源装置およびそれを用いた空気調和機を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１４】
図１はこの発明の実施の一形態の電源装置を用いた空気調和機の構成図であり、１０は室内ユニット、２０は室外ユニットである。上記室内ユニット１０の端子Ａ１,Ａ２,Ａ３夫々に室外ユニット２０の端子Ｂ１,Ｂ２,Ｂ３を順に接続している。上記室内ユニット１０は、交流電源３１(ＡＣ２００Ｖ)の一端が接続された制御部１３と、上記交流電源１１の他端が一端に接続され、他端が端子Ａ１に接続されたメイン電源スイッチとしてのメインリレーＲＹ１と、上記制御部１３により制御される通信部１２とを備えている。そして、上記制御部１３を介して交流電源３１の他端を端子Ａ２に接続すると共に、通信部１２からの通信線を端子Ａ３に接続している。
【００１５】
一方、上記室外ユニット２０の電源装置は、室内ユニット１０の端子Ａ１が接続された端子Ｂ１に一端が接続された電源スイッチとしてのリレーＲＹ２と、そのリレーＲＹ２の他端に一端が接続されたコイルＬと、上記コイルＬの他端に一方の交流入力端子が接続され、端子Ｂ２に他方の交流入力端子が接続された整流回路としてのダイオードブリッジＤＢと、上記ダイオードブリッジＤＢの直流出力端子の両端に接続された平滑用コンデンサＣ１と、上記リレーＲＹ２の両端に接続された正特性温度係数素子ＰＴＣとを備えている。また、上記電源装置は、コイルＬとダイオードブリッジＤＢとの間に一端が接続された力率改善用の半導体スイッチＳＷと、上記半導体スイッチＳＷの他端に一端が接続され、他端がダイオードブリッジＤＢの負極側の直流出力端子に接続された力率改善用コンデンサＣ２とを備えると共に、上記平滑用コンデンサＣ１の両端電圧を検出する電圧検出部２１と、上記電圧検出部２１により検出された電圧に基づいて半導体スイッチＳＷのオンオフを制御する制御部２２とを備えている。また、上記室外ユニット２０は、制御部２２により制御される通信部２３を備え、上記通信部２３からの通信線を端子Ｂ３に接続している。上記コイルＬと半導体スイッチＳＷと力率改善用コンデンサＣ２で力率改善回路を構成している。上記半導体スイッチＳＷにＩＧＢＴ(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いている。なお、上記メインリレーＲＹ１,リレーＲＹ２は、接点とその接点をオンオフする駆動用コイルを有し、図１では接点のみを示し、駆動用コイルを省略している。
【００１６】
上記構成の電源装置を用いた空気調和機において、室内ユニット１０側のメインリレーＲＹ１と室外ユニット２０側のリレーＲＹ２の夫々がオフの状態で電源投入するとき、まず室内ユニット１０側のメインリレーＲＹ１をオンし、室外ユニット２０側の正特性温度係数素子ＰＴＣを介してダイオードブリッジＤＢに交流電圧を供給する。このとき、上記正特性温度係数素子ＰＴＣは、流れる電流が大きくなるほど抵抗値が大きくなり電流を制限して、電源投入時の突入電流を抑制している。そして、上記ダイオードブリッジＤＢにより交流電圧を整流して直流電圧に変換する。電源投入後、一定時間(数十秒)が経過すると、制御部２２によりリレーＲＹ２をオンする。上記ダイオードブリッジＤＢから出力される直流電圧を電圧検出部２１により検出し、直流電圧が目標電圧になるように半導体スイッチＳＷのオンオフを制御することにより、力率改善回路を動作させる。そして、上記平滑用コンデンサＣ１により平滑化された直流電圧は、インバータ(図示せず)等に供給される。
【００１７】
上記電源装置において、半導体スイッチＳＷが故障して短絡状態になった場合、例えば電源投入時、室内ユニット１０側のメインリレーＲＹ１をオンすると、まず、正特性温度係数素子ＰＴＣを介してダイオードブリッジＤＢに交流電圧が供給される。このため、図２に示すように、上記ダイオードブリッジＤＢから出力される直流電圧は、数秒程度である電圧まで立ち上がり徐々に低下して安定する。この発明は、そこで上限電圧として過電圧保護レベル１を設定し、その過電圧保護レベル１に上記直流電圧が達したと判断した制御部２２により、力率改善回路の動作停止および各アクチュエータ(図示せず)の停止制御信号が出力されると共に、通信部２３を介して室内ユニット１０に力率改善回路の異常信号を送信し、上記異常信号を室内ユニット１０側の通信部１２が受けて、メインリレーＲＹ１をオフする制御信号を出力し、その制御信号を受けた室内ユニット１０側の制御部１３はメインリレーＲＹ１をオフする。
【００１８】
また、上記室内ユニット１０側のメインリレーＲＹ１と室外ユニット２０側のリレーＲＹ２の夫々がオン状態の通常運転時、半導体スイッチＳＷが故障して短絡状態になった場合、図３に示すように、ダイオードブリッジＤＢから出力される直流電圧は大きくなって倍電圧(図３では５００Ｖ)となる。このとき、３２ｍｓ程度で過電圧保護レベル１を超え、さらに電圧上昇するため、上記過電圧保護レベル１の上限にさらに上限電圧として過電圧保護レベル２を設け、上記過電圧保護レベル２の検出時は、すぐに異常判定をして、制御部２２によりリレーＲＹ２をオフすると共に、力率改善回路の動作停止および各アクチュエータの停止制御信号が出力される。そうすると、室内ユニット１０側から供給される交流電圧は、正特性温度係数素子ＰＴＣを介してダイオードブリッジＤＢに流れるので、図３に示すように、ダイオードブリッジＤＢから出力される直流電圧は徐々に下がる。そして、通信部２３を介して室内ユニット１０に力率改善回路の異常信号を送信し、上記異常信号を室内ユニット１０側の通信部１２が受けて、メインリレーＲＹ１をオフする制御信号を出力し、その制御信号を受けた室内ユニット１０側の制御部１３は、メインリレーＲＹ１をオフにして、室外ユニット２０への通電を停止する。
【００１９】
このように、上記電源装置によれば、上記電圧検出部２１により検出された直流電圧が上限電圧以上になると、制御部２２がリレーＲＹ２をオフすることによって、交流電圧が正特性温度係数素子ＰＴＣを介してダイオードブリッジＤＢに供給されて電流が制限され、ダイオードブリッジＤＢから出力される直流電圧はすぐに抑えられて、出力側の平滑用コンデンサＣ１が破損するのを防止することができる。したがって、保護用リレー等を別に設けることなく簡単な構成で過電圧保護機能を実現でき、コストを低減することができる。
【００２０】
また、上記電源装置を空気調和機に用いることによって、上記電源装置の制御部２２が、電圧検出部２１により検出された直流電圧が上限電圧以上になってリレーＲＹ２をオフした後、室内ユニット１０に制御信号を出力してメインリレーＲＹ１をオフすることによって、室外ユニット２０への通電を確実に停止でき、より安全な対応をとることができる。
【００２１】
上記実施の形態では、空気調和機に用いた電源装置について説明したが、他の機器の電源装置にこの発明を適用してもよい。
【００２２】
また、上記実施の形態では、メイン電源スイッチとしてメインリレーＲＹ１を用い、電源スイッチとしてリレーＲＹ２を用いたが、メイン電源スイッチ,電源スイッチはこれに限らず、ＳＳＲ(ソリッドステートリレー)等の半導体スイッチを用いてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の電源装置によれば、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路から出力される直流電圧が、力率改善用半導体スイッチの短絡故障により異常高電圧になると、電圧検出手段により検出された上記直流電圧が上限電圧以上になり、交流電圧を通電する電源スイッチを制御手段によりオフすることによって、交流電圧が正特性温度係数素子を介して整流回路に供給されて電流が制限され、上記整流回路の過電圧出力をすぐに抑えて、整流回路の出力側の平滑用コンデンサ等が破損するのを防止するので、保護用リレー等を別に設けることなく簡単な構成で過電圧保護機能を実現でき、コストを低減することができる。
【００２４】
また、請求項２の発明の空気調和機によれば、圧縮機を駆動するインバータ等の電源装置として上記電源装置を用いることによって、保護用リレー等を別に設けることなく簡単な構成で過電圧保護機能を実現でき、コストを低減することができる。
【００２５】
また、請求項３の発明の空気調和機は、請求項２の空気調和機において、上記電源装置の力率改善用半導体スイッチが短絡故障により整流回路から異常高電圧が出力されると、電圧検出手段により検出された上記直流電圧が上限電圧以上になり、交流電圧を通電する電源スイッチを制御手段によりオフして、上記整流回路の過電圧出力をすぐに抑えた後、制御手段から室内ユニットに制御信号を出力することにより室内ユニット側のメイン電源スイッチをオフするので、室外ユニットへの通電を確実に停止して、より安全な故障対策を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の実施の一形態の電源装置を用いた空気調和機の構成図である。
【図２】図２は上記電源装置の半導体スイッチが故障した状態で電源投入したときの電圧波形を示す図である。
【図３】図３は上記電源装置の通常運転時に半導体スイッチが故障したときの電圧波形を示す図である。
【図４】図４は従来の電源装置を用いた空気調和機の構成図である。
【符号の説明】
１０…室内ユニット、
１１…交流電源、
１２…通信部、
１３…制御部、
２０…室外ユニット、
２１…電圧検出部、
２２…制御部、
２３…通信部、
ＲＹ１…メインリレー、
ＲＹ２…リレー、
ＰＴＣ…正特性温度係数素子、
Ｌ…コイル、
ＤＢ…ダイオードブリッジ、
ＳＷ…半導体スイッチ、
Ｃ１…平滑用コンデンサ、
Ｃ２…力率改善用コンデンサ。

Claims

交流電圧を直流電圧に変換する整流回路(ＤＢ)と、
上記整流回路(ＤＢ)に入力される交流電圧をオンオフする電源スイッチ(ＲＹ２)と、
上記電源スイッチ(ＲＹ２)の両端に接続された正特性温度係数素子(ＰＴＣ)と、
上記整流回路(ＤＢ)から出力される直流電圧をオン動作により昇圧する力率改善用半導体スイッチ(ＳＷ)と、
上記整流回路(ＤＢ)から出力される直流電圧を検出する電圧検出手段(２１)と、
上記電圧検出手段(２１)により検出された上記直流電圧に基づいて、上記力率改善用半導体スイッチ(ＳＷ)のオンオフを制御する制御手段(２２)とを備え、
上記制御手段(２２)は、上記力率改善用半導体スイッチ ( ＳＷ ) が短絡モードで故障することにより上記電圧検出手段(２１)により検出された上記直流電圧が上限電圧以上になったとき、上記電源スイッチ(ＲＹ２)をオフすることを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置を用いたことを特徴とする空気調和機。
請求項２に記載の空気調和機において、
上記電源装置を有する室外ユニットと、
上記室外ユニットの上記電源装置に供給する交流電圧をオンオフするメイン電源スイッチ(ＲＹ１)を有する室内ユニットとを備え、
上記電源装置の上記制御手段(２２)は、上記電圧検出手段(２１)により検出された上記直流電圧が上限電圧以上になると、上記電源スイッチ(ＲＹ２)をオフした後、上記室内ユニットに上記メイン電源スイッチ(ＲＹ１)をオフするように制御信号を出力することを特徴とする空気調和機。