JP3969880B2 - Control device with voltage doubler booster circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばインバータで電動機の回転数制御が成される圧縮機を用いた空気調和機などに用いられる倍電圧昇圧回路を備えた制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年この種空気調和機においては、インバータを用いて圧縮機駆動用の電動機の回転数を可変制御することにより、年間を通じた効率的な運転ができるように構成されている。また、入力電流の歪みを解消するために、例えば特公平7−89743号公報に示される如く、入力電流の高調波を抑制する高力率な電力変換器を用いた電動機駆動装置も開発されて来ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような空気調和機の電動機駆動装置ではAC200V電源が使用される。そのため、通常の家庭用AC100V電源で使用するためには倍電圧昇圧回路を使用することになる。この倍電圧昇圧回路は、AC100V電源に接続される全波整流回路の出力側に二個のコンデンサを直列接続することで構成されるが、各コンデンサへの充電電圧が個々のコンデンサ容量の個体差により等しくない場合があるため、倍電圧昇圧回路の入力電流の正負に相違が生じてくる。
【0004】
この様子を図2に示す。即ち、上述の如く各コンデンサ容量に個体差があると、図2のP1〜P3の一周期において、P1〜P2の期間の入力電流(A1で示す)よりも、P2〜P3の期間の入力電流(A2で示す。尚、P1〜P2にA2を破線で示す。)が小さくなる場合が生じる。
【0005】
係る状況では偶数高調波が増大すると共に、入力側で直流成分漏洩が発生する問題があった。
【0006】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、簡単な構成で入力側での直流成分漏洩の発生を防止できる倍電圧昇圧回路を備えた制御装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、交流電力を整流する全波整流回路と、この全波整流回路の出力側に接続された第1及び第2のコンデンサから構成される倍電圧昇圧回路を備えたものであって、全波整流回路の出力を実質的に短絡するスイッチ素子と、この短絡の際に各コンデンサに蓄積された電荷がスイッチ素子を介して放電するのを防ぐ規制素子と、スイッチ素子の導通を制御する制御手段とを備えており、この制御手段は、全波整流回路の入力電流を検出し、正の期間の入力電流の大きさと、負の期間の入力電流の大きさとが等しくなるようにスイッチ素子のONデューティーを調節することを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、交流電力を整流する全波整流回路と、この全波整流回路の出力側に接続された第1及び第2のコンデンサから構成される倍電圧昇圧回路を備えた制御装置において、全波整流回路の出力を実質的に短絡するスイッチ素子と、この短絡の際に各コンデンサに蓄積された電荷がスイッチ素子を介して放電するのを防ぐ規制素子と、スイッチ素子の導通を制御する制御手段とを備えており、この制御手段は、全波整流回路の入力電流を検出し、正の期間の入力電流の大きさと、負の期間の入力電流の大きさとが等しくなるようにスイッチ素子のONデューティーを調節するようにしたので、スイッチ素子のスイッチング信号の調整によって入力電流の正負の大きさを等しくすることが可能となり、極めて安価且つ容易に入力側の直流分漏洩を防止することができるようになるものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図1は本発明を適用した実施例の空気調和機の電気回路のブロック図を示している。この図において、1はAC(交流)100V電源(交流電力)、2はダイオード2A、2B、2C、2Dから成る全波整流器(全波整流回路)、3はAC電源1と全波整流器2間に接続されたリアクトル、4、5は全波整流器2の出力側に接続されたダイオード(規制素子)、6、7はこのダイオード4、5の後段に接続されたコンデンサ、8はコンデンサ6、7の後段に接続された平滑用のコンデンサ、9は全波整流器2の出力側とダイオード4、5間に接続されたIGBT(或いはMOSFETやトランジスタ)から成るスイッチ素子、11は制御手段を構成する汎用マイクロコンピュータ、13はインバータ、14は圧縮機駆動用の直流ブラシレス電動機である。
【0010】
コンデンサ6、7は相互に直列接続され、且つ、各コンデンサ6、7間は全波整流器2のダイオード2Bと2Dの接続点に接続されてこれらにより倍電圧昇圧回路を構成している。そして、AC電源1からの入力電圧は、リアクトル3を経て全波整流器2で全波整流され、整流電圧に変換される。この整流電圧はダイオード4、5を介してコンデンサ6、7に印加され、昇圧された直流電圧が作られる。
【0011】
この直流電圧がコンデンサ8で平滑され、インバータ13に供給され、電動機14駆動用の電力となる。また、これらダイオード4、5とコンデンサ6、7とに並列にこの場合はIGBTから成る前記スイッチ素子9が設けられ、ON状態で全波整流器2の出力を実質的に短絡する。
【0012】
また、ダイオード4、5は、スイッチ素子9がONしたときにコンデンサ6、7、8に蓄積された電荷がスイッチ素子9を介して放電することを阻止する。
【0013】
16はリアクトル3の前段の入力電力からゼロクロス信号を生成し、また、入力電流波形を監視するゼロクロス検出回路であり、このゼロクロス検出回路16の出力はPAM波形生成回路17に入力される。このPAM波形生成回路17ではマイクロコンピュータ11の制御に基づいてONデューティーが変化するスイッチング駆動信号が生成される。
【0014】
そして、このPAM波形生成回路17の出力はゲートブロック回路18を介してスイッチ素子9のゲートに接続され、そのスイッチング駆動信号によってスイッチ素子9をON−OFF駆動するものである。
【0015】
尚、19はダイオード4の後段に接続された過電圧検出回路、21はスイッチ素子9に接続された過電流検出回路であり、これらの出力はORゲート22に入力され、ORゲート22の出力はゲートブロック回路18に入力されている。
【0016】
そして、スイッチ素子9に過電圧が印加され、或いは、過電流が流れた場合にゲートブロック回路18によってスイッチ素子9へのスイッチング駆動信号を阻止してスイッチ素子9を保護する。
【0017】
次に、マイクロコンピュータ11の実際の制御動作を説明する。マイクロコンピュータ11はゼロクロス検出回路16の出力に基づいて入力電流を監視している。そして、図2に示す如きP1〜P3の一周期において、P1〜P2の正の期間の入力電流A1よりもP2〜P3の負の期間の入力電流A2が小さい場合、次回のP3〜P5の一周期におけるP3〜P4の正の期間の入力電流A3がA2の大きさに一致するようにスイッチ素子9に与えるスイッチング駆動信号を制御してスイッチ素子9のONデューティーを変化させる。
【0018】
以後これを繰り返すことにより、マイクロコンピュータ11は入力電流の正負を等しくするので、入力側の直流分漏洩を防止することができるようになる。特に、スイッチ素子9のスイッチング駆動信号の調整によって入力電流の正負を等しくするので、回路構成も極めて安価且つ容易なものとなる。
【0019】
尚、実施例ではインバータ駆動式の空気調和機に本発明を適用したが、それに限らず、倍電圧昇圧回路を用いた種々の制御装置に本発明は有効である。
【0020】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、交流電力を整流する全波整流回路と、この全波整流回路の出力側に接続された第1及び第2のコンデンサから構成される倍電圧昇圧回路を備えた制御装置において、全波整流回路の出力を実質的に短絡するスイッチ素子と、この短絡の際に各コンデンサに蓄積された電荷がスイッチ素子を介して放電するのを防ぐ規制素子と、スイッチ素子の導通を制御する制御手段とを備えており、この制御手段は、全波整流回路の入力電流を検出し、正の期間の入力電流の大きさと、負の期間の入力電流の大きさとが等しくなるようにスイッチ素子のONデューティーを調節するようにしたので、スイッチ素子のスイッチング信号の調整によって入力電流の正負の大きさを等しくすることが可能となり、極めて安価且つ容易に入力側の直流分漏洩を防止することができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用した実施例としての空気調和機の制御装置の電気回路のブロック図である。
【図2】 本発明による入力電流波形を示す図である。
【符号の説明】
1 AC電源
2 全波整流器
3 リアクトル
4、5 ダイオード
6、7 コンデンサ
6 スイッチ素子
11 マイクロコンピュータ
16 ゼロクロス検出回路
17 PAM波形生成回路
13 インバータ
14 電動機
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device including a voltage doubler booster circuit used in an air conditioner using a compressor in which, for example, an inverter controls the rotational speed of an electric motor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, this type of air conditioner is configured to perform efficient operation throughout the year by variably controlling the rotation speed of an electric motor for driving a compressor using an inverter. In addition, in order to eliminate distortion of the input current, an electric motor drive device using a high power factor power converter that suppresses harmonics of the input current has been developed as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 7-89743. It is coming.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In such an electric motor drive device for an air conditioner, an AC 200V power source is used. For this reason, a double voltage booster circuit is used for use with a normal household AC100V power supply. This voltage doubler booster circuit is configured by connecting two capacitors in series on the output side of a full-wave rectifier circuit connected to an AC 100V power supply, but the charging voltage to each capacitor varies depending on the individual capacitor capacity. Therefore, there is a difference between the positive and negative of the input current of the voltage doubler booster circuit.
[0004]
This is shown in FIG. That is, if there is an individual difference in the capacitance of each capacitor as described above, the input current in the period P2 to P3 is greater than the input current (indicated by A1) in the period P1 to P2 in one cycle P1 to P3 in FIG. (Indicated by A2, A2 is indicated by a broken line in P1 to P2) may be small.
[0005]
In such a situation, there are problems that even harmonics increase and DC component leakage occurs on the input side.
[0006]
The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and provides a control device including a voltage doubler booster circuit capable of preventing the occurrence of DC component leakage on the input side with a simple configuration. Is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The control device of the present invention includes a full voltage rectifier circuit that rectifies AC power, and a voltage doubler booster circuit that includes first and second capacitors connected to the output side of the full wave rectifier circuit. A switching element that substantially short-circuits the output of the full-wave rectifier circuit, a regulating element that prevents electric charge accumulated in each capacitor from being discharged through the switching element in the event of this short-circuit, and conduction of the switching element The control means detects the input current of the full-wave rectifier circuit so that the magnitude of the input current in the positive period is equal to the magnitude of the input current in the negative period. And adjusting the ON duty of the switch element.
[0008]
According to the present invention, in a control device comprising a full-wave rectifier circuit that rectifies AC power, and a voltage doubler booster circuit that includes first and second capacitors connected to the output side of the full-wave rectifier circuit. The switch element that substantially short-circuits the output of the full-wave rectifier circuit, the regulation element that prevents the electric charge accumulated in each capacitor from discharging through the switch element, and the conduction of the switch element are controlled The control means detects the input current of the full-wave rectifier circuit and switches so that the magnitude of the input current in the positive period is equal to the magnitude of the input current in the negative period. since so as to adjust the oN duty of the elements, it is possible to equalize the positive and negative magnitude of the input current by adjusting the switching signal of the switch elements, very inexpensive and easily input side straight In which it is possible to prevent the minute leakage.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of an electric circuit of an air conditioner according to an embodiment to which the present invention is applied. In this figure, 1 is an AC (AC) 100V power supply (AC power), 2 is a full-wave rectifier (full-wave rectifier circuit) composed of diodes 2A, 2B, 2C, and 2D, and 3 is between the AC power supply 1 and the full-wave rectifier 2. Are connected to the output side of the full-wave rectifier 2, diodes 6 and 7 are capacitors connected downstream of the diodes 4 and 5, and 8 are capacitors 6 and 7 A smoothing capacitor connected to the subsequent stage, 9 is a switch element made of IGBT (or MOSFET or transistor) connected between the output side of the full-wave rectifier 2 and the diodes 4 and 5, and 11 is a general-purpose component constituting control means. A microcomputer, 13 is an inverter, and 14 is a DC brushless motor for driving a compressor.
[0010]
The capacitors 6 and 7 are connected to each other in series, and the capacitors 6 and 7 are connected to the connection point between the diodes 2B and 2D of the full-wave rectifier 2, thereby constituting a voltage doubler booster circuit. The input voltage from the AC power supply 1 is full-wave rectified by the full-wave rectifier 2 through the reactor 3 and converted into a rectified voltage. This rectified voltage is applied to the capacitors 6 and 7 via the diodes 4 and 5 to generate a boosted DC voltage.
[0011]
This DC voltage is smoothed by the capacitor 8 and supplied to the inverter 13 to become electric power for driving the electric motor 14. Further, in this case, the switching element 9 made of IGBT is provided in parallel with the diodes 4 and 5 and the capacitors 6 and 7, and substantially short-circuits the output of the full-wave rectifier 2 in the ON state.
[0012]
The diodes 4 and 5 prevent the electric charge accumulated in the capacitors 6, 7 and 8 from being discharged through the switch element 9 when the switch element 9 is turned on.
[0013]
Reference numeral 16 denotes a zero-cross detection circuit that generates a zero-cross signal from the input power of the previous stage of the reactor 3 and monitors an input current waveform. The output of the zero-cross detection circuit 16 is input to the PAM waveform generation circuit 17. The PAM waveform generation circuit 17 generates a switching drive signal whose ON duty changes under the control of the microcomputer 11.
[0014]
The output of the PAM waveform generation circuit 17 is connected to the gate of the switch element 9 through the gate block circuit 18, and the switch element 9 is ON / OFF driven by the switching drive signal.
[0015]
Reference numeral 19 denotes an overvoltage detection circuit connected to the subsequent stage of the diode 4, and 21 denotes an overcurrent detection circuit connected to the switch element 9. These outputs are input to the OR gate 22, and the output of the OR gate 22 is the gate. It is input to the block circuit 18.
[0016]
When an overvoltage is applied to the switch element 9 or an overcurrent flows, the gate block circuit 18 blocks the switching drive signal to the switch element 9 to protect the switch element 9.
[0017]
Next, the actual control operation of the microcomputer 11 will be described. The microcomputer 11 monitors the input current based on the output of the zero cross detection circuit 16. When the input current A2 in the negative period P2 to P3 is smaller than the input current A1 in the positive period P1 to P2 in one cycle P1 to P3 as shown in FIG. The ON duty of the switch element 9 is changed by controlling the switching drive signal applied to the switch element 9 so that the input current A3 in the positive period of P3 to P4 in the period matches the magnitude of A2.
[0018]
Thereafter, by repeating this, the microcomputer 11 equalizes the positive and negative of the input current, so that it is possible to prevent leakage of the DC component on the input side. In particular, since the positive and negative of the input current are made equal by adjusting the switching drive signal of the switch element 9, the circuit configuration becomes extremely inexpensive and easy.
[0019]
In the embodiment, the present invention is applied to an inverter-driven air conditioner. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is effective for various control devices using a voltage doubler booster circuit.
[0020]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, there is provided a voltage doubler booster circuit comprising a full-wave rectifier circuit for rectifying AC power and first and second capacitors connected to the output side of the full-wave rectifier circuit. A switch element that substantially short-circuits the output of the full-wave rectifier circuit, a regulating element that prevents electric charge accumulated in each capacitor from being discharged via the switch element, and a switch Control means for controlling the conduction of the element, the control means detects the input current of the full-wave rectifier circuit, the magnitude of the input current in the positive period and the magnitude of the input current in the negative period since so as to adjust the oN duty of the switching element to be equal, it is possible to equalize the positive and negative magnitude of the input current by adjusting the switching signal of the switching element, and very inexpensive In which it is possible to prevent the input side of the DC component leaked to easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an electric circuit of a control device for an air conditioner as an embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing an input current waveform according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Full wave rectifier 3 Reactor 4, 5 Diode 6, 7 Capacitor 6 Switch element 11 Microcomputer 16 Zero cross detection circuit 17 PAM waveform generation circuit 13 Inverter 14 Electric motor

Claims (1)

交流電力を整流する全波整流回路と、この全波整流回路の出力側に接続された第1及び第2のコンデンサから構成される倍電圧昇圧回路を備えた制御装置において、
前記全波整流回路の出力を実質的に短絡するスイッチ素子と、この短絡の際に前記各コンデンサに蓄積された電荷が前記スイッチ素子を介して放電するのを防ぐ規制素子と、前記スイッチ素子の導通を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、前記全波整流回路の入力電流を検出し、正の期間の該入力電流の大きさと、負の期間の当該入力電流の大きさとが等しくなるように前記スイッチ素子のONデューティーを調節することを特徴とする倍電圧回路を備えた制御装置。
In a control device comprising a full-wave rectifier circuit for rectifying AC power and a voltage doubler booster circuit composed of first and second capacitors connected to the output side of the full-wave rectifier circuit,
A switching element that substantially short-circuits the output of the full-wave rectifier circuit; a regulating element that prevents electric charges accumulated in the capacitors during the short-circuit from being discharged through the switching element; and Control means for controlling conduction, the control means detects an input current of the full-wave rectifier circuit, and the magnitude of the input current in the positive period is equal to the magnitude of the input current in the negative period controller having a voltage doubler circuit, characterized in that adjusting the ON-duty of the switching element so as.
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