JP4980387B2 - 直流電源装置、これを備えた直流電源システム及びこれを備えたヒートポンプ式給湯機システム - Google Patents

Description

本発明は、電源の入力力率を改善、高調波電流を抑制及び直流電圧を制御する直流電源装置、これを備えた直流電源システム及びこれを備えたヒートポンプ式給湯機システムに関する。

従来の交流直流変換装置において、電源電圧のゼロクロス信号等により、電源に同期させて半周期に１回だけ電源短絡させることによってリアクトルに電流を流し、高調波電流を抑制し力率を改善するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、電源半周期に１回だけの電源短絡ではリアクトルが肥大化するために、電源の半周期に２回以上短絡動作させることでリアクトルを小型化する直流電源装置を搭載した空気調和機もある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、従来の直流電源装置として、電源短絡を行うスイッチングタイミングが高調波規制、力率及び直流母線電圧が最適な値となるようにタイミングテーブルを備えるものもある（例えば、特許文献３参照）。

特許第２７６３４７９号公報（第９、１０頁、図２） 特許第３４８５０４７号公報（第３、４頁、図３） 特開２００７−２１５３８５号公報（第７、８頁、図１）

電源の半周期毎にスイッチ手段を動作させて短絡電流を流す方式は、非常に単純な制御であり、電源の半周期でのスイッチ手段の動作は、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚでの低周波のスイッチングとなり、発生ノイズも少なく、安価に高調波電流抑制を実現できる方式として広く実用化されている。

ここで、電源から所定時間経過後にスイッチ手段をオン動作させることで電源短絡し、そこから所定時間経過後スイッチ手段をオフ動作、又は、母線電圧が所定値になるような制御においてスイッチ手段をオフ動作すると、スイッチ手段がオン動作している時間だけ電源短絡電流が流れる。

しかし、このような直流電源装置が１台のみ動作し、電源を短絡するだけでは大きな問題ではないが、複数台、例えば、集合住宅等数十台の直流電源装置が設置され、これらが同じタイミングで電源の短絡動作が実施されると、非常に大きな短絡電流が流れ、電源のインピーダンス等による電圧降下によって、電圧歪みが引き起こされ、この電圧歪みにより、電源に接続される他の機器が、歪みによる悪影響を受けるという課題がある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、交流電源の入力力率の改善及び高調波電流の抑制する直流電源装置を得るものである。
また、第２の目的は、複数台の直流電源装置が接続されている場合に、それらのスイッチ部が同時に動作することによる電圧歪みの発生を抑制し、電源系統に接続された他の機器への影響を低減する直流電源装置を備えた直流電源システム及びそれを備えたヒートポンプ式給湯機を得るものである。

本発明に係る直流電源装置は、交流電源に接続されるリアクトルと、前記交流電源の出力端を前記リアクトルを介して短絡するスイッチ部と、前記交流電源を前記リアクトルを介して整流する整流器と、該整流器の出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記スイッチ部の開閉動作を制御する制御部と、前記交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出器と、を備え、前記制御部は、前記ゼロクロス検出器によって検出される前記ゼロクロス点を基準とした前記スイッチ部の短絡開始タイミング及びその短絡時間のうち少なくとも一方を規則性なく変動させて前記スイッチ部の開閉動作を実施し、前記短絡開始タイミング及び前記短絡時間のうち少なくとも一方を規則性なく変動させる際に、その変動の動作を所定間隔毎に実施することを特徴とする。

本発明によれば、出力する直流電圧を一定に制御しながらも、交流電源の入力力率の改善及び高調波電流の抑制を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る直流電源装置の回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る直流電源装置におけるスイッチ部４の動作を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る直流電源装置におけるスイッチ部４のパルス動作が複数である場合の動作を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る直流電源装置の類型を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る直流電源装置の類型を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る直流電源装置の類型を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る直流電源装置の類型を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る直流電源装置の類型を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る直流電源システムの構成図である。 直流電源装置１１への入力電圧Ｖｉｎの電圧歪みを示す図である。 スイッチパターンを変動させた場合の入力電流の波形の変化を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る直流電源システムにおける直流電源装置１１の制御部１０の構成図である。 短絡時間Ｔｏｎ及び遅延時間Ｔｄｌを規則性なく変動させた場合の入力電流及び直流電圧の波形図である。 スイッチパターンを固定した場合と変動させた場合の電圧歪みを比較した図である。 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ式給湯機システムの構成図である。

実施の形態１．
（直流電源装置の回路構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る直流電源装置の回路構成図である。
図１において、交流電源１は、リアクトル２を介して、交流電源１が出力する交流電圧を全波整流するブリッジ整流回路３に接続されている。このブリッジ整流回路３は、整流用ダイオード３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄによって構成されている。また、このブリッジ整流回路３の入力端には、スイッチ部４が並列に接続されている。すなわち、このスイッチ部４が短絡することで、交流電源１はリアクトル２を介して短絡される。また、ブリッジ整流回路３の出力端間には、平滑コンデンサ５が接続されている。さらに、この平滑コンデンサ５の両端には、負荷６が並列に接続されている。

交流電源１の両端には、交流電源１のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出器８が接続されている。また、平滑コンデンサ５の両端には、平滑コンデンサ５の両端電圧を検出する直流電圧検出器９が接続されている。このゼロクロス検出器８及び直流電圧検出器９は、制御部１０に接続されており、それらの検出情報を送信する。また、制御部１０は、駆動信号によってスイッチ部４の開閉動作を制御するために、スイッチ部４に接続されている。

本実施の形態に係る直流電源装置１１は、上記のリアクトル２、ブリッジ整流回路３、スイッチ部４、平滑コンデンサ５、ゼロクロス検出器８、直流電圧検出器９及び制御部１０を構成要素として含有する。

（直流電源装置の基本動作）
次に、本実施の形態に係る直流電源装置１１の基本動作について説明する。
交流電源１から供給された交流電圧は、リアクトル２を介してブリッジ整流回路３に入力する。ブリッジ整流回路３は、入力した交流電圧を全波整流して出力する。そして、この整流された電圧は、平滑コンデンサ５によって平滑され直流電圧となる。この直流電圧は、負荷６に供給され駆動させる。

ゼロクロス検出器８は、交流電源１から供給される交流電圧のゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス信号を制御部１０に送信する。また、直流電圧検出器９は、平滑コンデンサ５の両端電圧、すなわち、直流電源装置１１が出力する直流電圧を検出し、その直流電圧信号を制御部１０に送信する。そして、制御部１０は、ゼロクロス検出器８から受信したゼロクロス信号及び直流電圧検出器９から受信した直流電圧信号に基づいて、交流電源１をリアクトルを介して短絡するスイッチ部４の開閉動作を実施する。このスイッチ部４の開閉動作については後述する。

また、制御部１０には、負荷６へ出力する直流電圧を制御するために、目標直流電圧が入力されており、直流電圧検出器９によって実際の直流電圧を検出し、入力される目標直流電圧と、検出された実際の直流電圧との偏差を略０にするように制御する。この制御によって、直流電源装置１１が出力する直流電圧を一定に制御することが可能となる。

（直流電源装置のスイッチ部の動作）
図２は、本発明の実施の形態１に係る直流電源装置におけるスイッチ部４の動作を示す図であり、図３は、同直流電源装置におけるスイッチ部４のパルス動作が複数である場合の動作を示す図である。
図２（ａ）で示されるゼロクロス点から図２（ｃ）で示されるように制御部１０からの駆動信号によって予め設定された遅延時間Ｔｄｌ後に、短絡時間Ｔｏｎの時間幅だけ、スイッチ部４がＯＮ動作、すなわち、短絡する。このスイッチ部４が短絡状態になることで、交流電源１からリアクトル２、スイッチ部４、そして、再び、交流電源１へ短絡電流が流れ、その短絡電流は、図２（ｂ）で示されるような尖った形状を有する入力電流となる。このスイッチ部４の短絡動作によって、図２（ｂ）に示すような入力電流が流れ、入力力率の改善及び高調波電流の抑制が実現でき、例えば高調波電流の値を所定値以下に制御することも可能となる。

しかし、スイッチ部４の短絡状態が続いてしまうと、逆に入力力率が悪化し、高調波電流も増加し、また、遅延時間Ｔｄｌ及び短絡時間Ｔｏｎを変化させることによって、入力力率や高調波電流の含有次数の成分分布が変化するため、遅延時間Ｔｄｌ及び短絡時間Ｔｏｎの組み合わせには、負荷６に応じて最適値が存在する。この負荷６に応じた遅延時間Ｔｄｌ及び短絡時間Ｔｏｎの組み合わせ、すなわち、スイッチ部４の開閉動作のパターン（以下、スイッチパターンという）は制御部１０内部に設置、又は、制御部１０の外部に設置され制御部１０と電気的に接続されたメモリー（図示せず）に記憶されている。

また、図２で示されるような、遅延時間Ｔｄｌ及び短絡時間Ｔｏｎに基づいてスイッチ部４によって電源半周期に１パルスだけ交流電源１の短絡を実施する場合のみならず、図３で示されるように、複数回パルス動作が実施されることでも上記と同様の効果を有する。

（実施の形態１の効果）
以上の構成及び動作によって、直流電源装置として出力する直流電圧を一定に制御しながらも、直流電源装置の出力側に接続された負荷６に応じて、最適なスイッチパターンを設定することによって、入力力率の改善及び高調波電流の抑制が実現する直流電源装置を得ることができる。

なお、前述のようにスイッチパターンには、負荷６によって最適なものがあるが、入力力率を基準とした最適なスイッチパターンと高調波電流の規制限度値に基づいた最適なスイッチパターンとで差異がある場合には、負荷６に供給される直流電圧値、入力力率、及び、高調波電流抑制の度合い等に基づく総合的なバランスによってスイッチパターンが決定されるものとしてもよい。
また、直流電源装置１１として所望の特定が得られていれば、最適なスイッチパターンとして固定のスイッチパターンで駆動するのに限られず、ある所定の幅でスイッチパターンが変動して動作させるものとしても、入力力率を改善及び高調波電流を抑制する性能は確保できる。

さらに、遅延時間Ｔｄｌ及び短絡時間Ｔｏｎの組み合わせによるスイッチ部の開閉動作による入力力率の改善及び高調波電流の抑制を実現する直流電源装置は、図１で示される直流電源装置１１に限られるものではなく、例えば、図４〜図８で示される直流電源装置１１ａ〜直流電源装置１１ｅの構成であっても同様の効果を有する。以下、図４〜図８で示される直流電源装置１１ａ〜直流電源装置１１ｅについて、図１で示される直流電源装置１１と相違する構成及び動作を中心に説明する。

まず、図４で示される直流電源装置１１ａは、倍電圧型となっており、倍電圧型のブリッジ整流回路３、及び、平滑コンデンサ５の代わりに２つの平滑コンデンサ５ａ及び平滑コンデンサ５ｂを備えている。また、スイッチ部４の代わりに、スイッチ部４ａ及びスイッチ用ブリッジ整流回路４ｂを備えており、制御部１０が出力する駆動信号によりスイッチ部４ａがＯＮすることによってスイッチ用ブリッジ整流回路４ｂを介して交流電源１が短絡する構成となっている。

次に、図５で示される直流電源装置１１ｂは、ブリッジ整流回路３の後段に、リアクトル２及びスイッチ部４の代わりのスイッチ部４ｃが備えられており、平滑コンデンサ５から放電される電流をスイッチ部４ｃ側に流れるのを防ぐためのダイオード７が、リアクトル２とスイッチ部４ｃとの接続点と平滑コンデンサ５との間に設けられている。このとき、ブリッジ整流回路３の後段側で、制御部１０が出力する駆動信号によってスイッチ部４ｃがＯＮ動作することにより、ブリッジ整流回路３を介して交流電源１が短絡する構成となっている。

次に、図６で示される直流電源装置１１ｃは、ブリッジ整流回路３の後段に、スイッチ部４の代わりのスイッチ部４ｃが備えられており、ブリッジ整流回路３の２つの入力端とスイッチ部４ｃとの間には、それぞれダイオード７ａ及びダイオード７ｂが設けられている。このとき、図５と同様に、ブリッジ整流回路３の後段側で、制御部１０が出力する駆動信号によってスイッチ部４ｃがＯＮ動作することにより、ブリッジ整流回路３を介して交流電源１が短絡する構成となっている。

次に、図７で示される直流電源装置１１ｄは、図４と同様に、倍電圧型となっており、倍電圧型のブリッジ整流回路３、及び、平滑コンデンサ５の代わりに２つの平滑コンデンサ５ａ及び平滑コンデンサ５ｂを備えている。また、ブリッジ整流回路３の後段に、スイッチ部４の代わりにスイッチ部４ｃが備えられており、ブリッジ整流回路３の一方の出力端と平滑コンデンサ５ａとの間にはダイオード７ａ、そして、ブリッジ整流回路３の他方の出力端と平滑コンデンサ５ｂとの間にはダイオード７ｂが設けられている。このとき、図５と同様に、ブリッジ整流回路３の後段側で、制御部１０が出力する駆動信号によってスイッチ部４ｃがＯＮ動作することにより、ブリッジ整流回路３を介して交流電源１が短絡する構成となっている。

そして、図８で示される直流電源装置１１ｅは、三相交流型の直流電源装置となっており、交流電源１の代わりに三相交流電源１ａから三相交流電圧が供給される。リアクトル２は、三相交流電源１ａからの３本の電源供給線のそれぞれに備えられ、ブリッジ整流回路３も三相交流電圧を全波整流する構成となっている。また、上記に３本の電源供給線がそれぞれ互いに短絡させることができるように、スイッチ部４は３つ設けられている。このとき、制御部１０が出力する駆動信号によって３つのスイッチ部４がそれぞれのタイミングでＯＮ動作することにより、三相交流電源１ａが短絡する構成となっている。この三相交流電源１ａにおいては、電源半周期に少なくとも１回短絡する動作とすれば、前述と同様の効果を有する。

実施の形態２．
（直流電源システムの構成）
図９は、本発明の実施の形態２に係る直流電源システムの構成図である。
発電所等の交流電源１は、送電線１２を介して、交流電源１から供給される高電圧な交流電圧を降圧し電柱等に設置されている柱上トランス１３の一次側に接続されている。その柱上トランス１３の二次側には電線１４を介して実施の形態１に係る直流電源装置１１が並列に複数台（図９においては３台）接続されている。その直流電源装置１１の出力側にはそれぞれ負荷６が接続されている。

なお、実施の形態１における図１においては、交流電源１から直流電源装置１１まで直結されている記載となっているが、実際は、図９で示されるように、交流電源１と直流電源装置１１との間には多くのインピーダンスが存在する。また、図９においては、直流電源装置１１が３台接続されている構成であるが、これに限られるものではなく、その他の台数が接続される構成としてもよい。

（直流電源装置の入力電圧の電圧歪み）
本実施の形態に係る直流電源システムが備える直流電源装置１１の動作について、以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
図１０は、直流電源装置１１への入力電圧Ｖｉｎの電圧歪みを示す図である。
実施の形態１で説明したように、直流電源装置１１の出力側に接続された負荷６に応じて最適なスイッチパターンが存在する。このスイッチパターンが一意に存在するということは、図９で示される複数の直流電源装置１１の出力側にそれぞれ接続される負荷６の容量が全て同じである場合、それぞれのスイッチパターンは同期することになる。このとき、実施の形態１で説明したように、直流電源装置１１において、交流電源１の短絡が微小時間である短絡時間Ｔｏｎだけ実施されることで、入力力率の改善及び高調波電流の抑制が実現できる。ただし、このことは直流電源装置１１が１台だけの運転であれば問題とならないが、図９で示されるように、複数の直流電源装置１１が並列に接続され、かつ、同じスイッチパターンによってスイッチ部４が制御され、スイッチパターンが同期して同じタイミングでスイッチ部４が短絡すると、交流電源１に大きな短絡電流が流れ、交流電源１のインピーダンス等による電圧降下によって、図１０（ｂ）で示されるように、交流電源１の電圧Ｖｓは正弦波は歪みはなくとも直流電源装置１１の入力電圧Ｖｉｎについては電圧降下し電圧歪みが発生する。この電圧歪みは、電線１４から電力供給される電気機器全てに供給されるため、この電圧歪みによって電気機器の不具合動作、特に、電気機器によっては電圧歪みによる電磁騒音を発生させる場合がある。

（直流電源装置の入力電圧の電圧歪み）
図１１は、スイッチパターンを変動させた場合の入力電流の波形の変化を示す図である。
図１１（ｂ）で示されるようにスイッチパターンを変動させると、図１１（ａ）で示されるように入力電流の波形も変化し、スイッチ部４の短絡動作を開始するタイミングにおける交流電源１が供給する交流電圧の値によって入力電流の時間変化率ｄｉ／ｄｔも変化する。これによって、入力電圧Ｖｉｎの電圧歪みの発生タイミングや電圧歪みによる電圧低下量も変化する。

（制御部１０の構成）
図１２は、本発明の実施の形態２に係る直流電源システムにおける直流電源装置１１の制御部１０の構成図である。
制御部１０は、目標直流電圧と直流電圧検出器９によって検出される直流電圧との偏差を入力し、その偏差から短絡時間Ｔｏｎを出力するＰＩ制御器２０、乱数を発生する乱数発生器２１、その乱数発生器２１が発生する乱数に基づいて、後述する乱数による遅延時間Ｔｄｌ１を発生させるランプ器２２、並びに、スイッチ部４の開閉動作を実施する駆動信号を生成して出力する駆動信号生成器２３によって構成されている。

（制御部１０の動作）
制御部１０には、直流電源装置１１の本来の機能である特定の直流電圧を負荷６に対して供給する機能を満たすため、外部から目標直流電圧が入力され、その目標直流電圧と直流電圧検出器９によって検出された直流電圧との偏差が、ＰＩ制御器２０に入力される。その偏差を入力したＰＩ制御器２０は、直流電圧が目標値となるようにスイッチ部４の短絡時間Ｔｏｎを算出し出力する。交流電源１のゼロクロス点からの遅延時間Ｔｄｌは、乱数によってランダムに変動させるが、ゼロクロス点が基準となるため、制御部１０は、そのゼロクロス点を基準とした場合に実現可能な遅延時間最小値Ｔｄｌ０を設定する。また、乱数発生器２１は、乱数を発生して出力し、ランプ器２２は、その乱数に基づいて乱数による遅延時間Ｔｄｌ１を算出する。ここで、この乱数による遅延時間Ｔｄｌ１がステップで大きく変動すると、直流電圧が大きく変動するため、乱数発生器２１により出力された遅延時間が、所定の単位時間当たりの変動幅以下で変動するように時間変動率を制限して乱数による遅延時間Ｔｄｌ１を出力するようにランプ器２２は作用する。これにより、乱数による遅延時間Ｔｄｌ１は緩やかに変動することとなる。制御部１０は、上記の遅延時間最小値Ｔｄｌ０とランプ器２２が出力する乱数による遅延時間Ｔｄｌ１とを加算して遅延時間Ｔｄｌを求める。そして、駆動信号生成器２３は、前述の短絡時間Ｔｏｎ及び遅延時間Ｔｄｌを入力してスイッチ部４の開閉動作を実施する駆動信号を生成して出力する。なお、短絡時間Ｔｏｎ及び遅延時間Ｔｄｌの可変範囲は高調波電流に対する規制限度値に収まる範囲で設定することが望ましい。

以上の制御部１０の動作によって、複数の直流電源装置１１におけるスイッチ部４が、同じスイッチパターンによって開閉動作をするのを低減することができ、直流電源装置１１の入力電圧Ｖｉｎ電圧歪みを抑制し、その電圧歪みによる電子機器の電磁騒音等の影響を抑制することができる。

なお、上記の動作において、スイッチ部４の開閉動作のパターンであるスイッチパターンを、規則性がなくランダムに変動させるために乱数発生器２１による乱数を用いた構成を示したが、これに限られるものではなく、予め設定したスイッチパターンテーブルによってスイッチパターンを設定する構成としてもよい。すなわち、複数の直流電源装置１１におけるスイッチ部４のスイッチパターンがそれぞれ同期しないような構成であればよい。
また、上記の動作において、乱数発生器２１によって遅延時間Ｔｄｌのみ規則性がなくランダムに変動させる構成としたが、これに限られるものではなく、短絡時間Ｔｏｎのみ規則性がなくランダムに変動させる構成としてもよく、又は、遅延時間Ｔｄｌ及び短絡時間Ｔｏｎ双方を規則性がなくランダムに変動させる構成としてもよい。
また、遅延時間Ｔｄｌを緩やかに変動させるためにランプ器２２を設けているが、これに限られるものではなく、ランプ器２２ではなくても同等の機能を有するものであればよい。
さらに、上記で示した構成及び動作を備える制御部１０は、実施の形態１に係る直流電源装置１１に備えられるものとしてもよい。

図１３は、短絡時間Ｔｏｎ及び遅延時間Ｔｄｌを規則性なく変動させた場合の入力電流及び直流電圧の波形図である。
複数の直流電源装置１１におけるスイッチ部４が、同じスイッチパターンによって開閉動作をするのを低減させるため、及び、直流電源装置１１が出力する直流電圧を安定させるために、遅延時間Ｔｄｌ及び短絡時間Ｔｏｎを緩やかに変動、すなわち、スイッチパターンを緩やかに変動させた後、図１３（ｃ）で示されるように所定時間（例えば、１秒）だけスイッチパターンを変動させずに安定させる。その所定時間後、乱数発生器２１によって乱数が発生し、スイッチパターンが緩やかに変動していくことが繰り返される。

以上の動作のように、ランプ器２２の動作機能により遅延時間Ｔｄｌを緩やかに変動させることによって、図１３（ｂ）で示される直流電圧を略一定に保持しつつ、スイッチパターンを変動させて、複数の直流電源装置１１におけるスイッチ部４が、同じスイッチパターンによって開閉動作をするのを低減させることができる。

（スイッチパターンを固定した場合と変動させた場合の比較）
図１４は、スイッチパターンを固定した場合と変動させた場合の電圧歪みを比較した図である。
図１４において、横軸は直流電源装置１１への入力電圧Ｖｉｎをフーリエ展開した場合の各周波数（Ｈｚ）であり、縦軸はその周波数に対応する電圧歪みの周波数成分（Ｖ）である。また、図１４で示されるプロットは、スイッチパターンを固定した場合と、スイッチパターンを変動させた場合のプロットを示している。このとき、特に点線で囲まれた部分の周波数において、スイッチパターンを変動させた場合の電圧歪みの周波数成分の方が、スイッチパターンを固定した場合よりも小さくなっており、電圧歪みが抑制されている。この点線で囲まれた部分の周波数は、不快に感じる人が多数いる周波数の領域である。

以上の比較分析により、例えば、電圧歪みが換気扇又は扇風機等へ影響すると、不快な周波数領域により電磁騒音が発生するが、スイッチパターンを変動させることによって、この電磁騒音を抑制することができる。

（実施の形態２の効果）
以上のような構成及び動作によって、複数の直流電源装置において、そのスイッチパターンを変動させることでスイッチパターンが同期するのを低減することによって、入力力率の改善及び高調波電流の抑制を実現するのはもちろんのこと、直流電源装置の入力電圧の電圧歪みを抑制し、その電力系統に接続されている他の機器への悪影響を抑制することができる。
また、近年、普及が進んでいる誘導加熱調理器等への影響を考えると、調理する鍋から前述の電圧歪みによる電磁騒音が発生することがあるが、本実施の形態におけるスイッチパターンの変動によって、誘導加熱調理器の鍋が発生する電磁騒音を抑制することができる。
さらに、白熱電球等の照明機器のチラツキも前述の電圧歪みによって引き起こされるため、そのチラツキの抑制にも効果がある。

なお、本実施の形態に係る直流電源システムにおいて、直流電源装置１１が複数備えられた構成としているが、これに限られるものではなく、実施の形態１における図４〜図８で示される直流電源装置１１ａ〜直流電源装置１１ｅ及び直流電源装置１１のうちから任意に選択され構成されるものとしてもよい。

実施の形態３．
（ヒートポンプ式給湯機システムの構成）
図１５は、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ式給湯機システムの構成図である。本実施の形態においては、前述の実施の形態２と相違する構成及び動作を中心に説明する。
本実施の形態においては、直流電源装置１１の出力側に接続される負荷としてインバータ３０が接続されており、そのインバータ３０の出力側には圧縮機３１が接続されている。圧縮機３１の内部の圧縮部（図示せず）から冷媒配管３２によって冷媒サイクル給湯部３３に接続されている。上記の直流電源装置１１、インバータ３０、圧縮機３１、冷媒配管３２及び冷媒サイクル給湯部３３によって、ヒートポンプ式給湯機３４が構成されている。

また、上記のヒートポンプ式給湯機３４は、例えば、マンション等の集合住宅において、柱上トランス１３の２次側に電線１４を介して並列に複数台（図１５においては３台）が接続されており、さらに、誘導加熱調理器３５も同様に複数台（図１５においては２台）が接続されている。

なお、図１５においては、ヒートポンプ式給湯機３４が３台、及び、誘導加熱調理器３５が２台接続されている構成であるが、これに限られるものではなく、それぞれ１台又はその他の台数が接続される構成としてもよい。

（ヒートポンプ式給湯機システムの動作）
直流電源装置１１から出力される直流電圧はインバータ３０に入力され、インバータ３０は圧縮機３１を駆動する。この圧縮機３１が駆動することによって、圧縮機３１に冷媒配管３２を介して流入する低温低圧の冷媒が圧縮され、高温高圧の冷媒となって冷媒配管３２を介して冷媒サイクル給湯部３３に供給される。冷媒サイクル給湯部３３は、給水された水を沸かすように動作し、例えば、深夜電力を利用して温水を貯湯する。そのため、深夜電力の利用時間の終了直前となる明け方に沸き上げを実施することが一般的である。また、冷媒サイクル給湯部３３に給水される水温は、世帯間で温度差がある訳でなく、ほぼ同一温度となる。さらに、気温も近隣世帯間で温度差があるわけではないため、大気熱と水温とを熱交換するヒートポンプ式給湯機３４は、動作する時刻が同じであれば、直流電源装置１１からみた負荷はほぼ同一になる。

このとき、直流電源装置１１は、スイッチ部４のスイッチパターンを変動させるので、それぞれの直流電源装置１１においてスイッチパターンが同期することが低減される。

以上の構成及び動作のように、各直流電源装置１１におけるスイッチ部４のスイッチパターンが同期するのを低減させることによって、電線１４及び柱上トランス１３等のインピーダンスが大きいことによって電圧歪みが大きくなる電源環境においても、その電圧歪みを低減することができ、同一の電源系統に接続されている他の機器への影響も抑制することができる。
また、誘導加熱調理器３５においては、誘導加熱は可聴周波数以上であるため、通常は鍋から音は聞こえないが、電圧歪みが発生する場合に鍋から音が聞こえることがあるが、上記の動作によって鍋から聞こえる音を低減することができる。

なお、圧縮機を用いたヒートポンプ原理を用いた製品としては空気調和機もあるが、空気調和機について直流電源装置１１から見た負荷は、ほぼ同一負荷になる可能性は低い。これは、外気温と室内温とで熱交換するためであり、外気温が同じであっても室内の間取り、その気密性、又は、室内の発熱体等に世帯間で差があるためである。しかし、空気調和機に本実施の形態を適用しても何ら問題なく、偶然、負荷が一致して電圧歪みが発生した場合においても他の機器への悪影響を抑制することができる。
また、本実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機システムにおいて、それぞれのヒートポンプ式給湯機３４は、直流電源装置１１を備えた構成としているが、これに限られるものではなく、実施の形態１における図４〜図８で示される直流電源装置１１ａ〜直流電源装置１１ｅ及び直流電源装置１１のうちから任意に選択され備えられる構成としてもよい。

１ 交流電源、１ａ 三相交流電源、２ リアクトル、３ ブリッジ整流回路、３ａ〜３ｄ 整流用ダイオード、４、４ａ スイッチ部、４ｂ スイッチ用ブリッジ整流回路、４ｃ スイッチ部、５、５ａ、５ｂ 平滑コンデンサ、６ 負荷、７、７ａ、７ｂ ダイオード、８ ゼロクロス検出器、９ 直流電圧検出器、１０ 制御部、１１、１１ａ〜１１ｅ 直流電源装置、１２ 送電線、１３ 柱上トランス、１４ 電線、２０ ＰＩ制御器、２１ 乱数発生器、２２ ランプ器、２３ 駆動信号生成器、３０ インバータ、３１ 圧縮機、３２ 冷媒配管、３３ 冷媒サイクル給湯部、３４ ヒートポンプ式給湯機、３５ 誘導加熱調理器。

Claims (7)

1. 交流電源に接続されるリアクトルと、
   前記交流電源の出力端を前記リアクトルを介して短絡するスイッチ部と、
   前記交流電源を前記リアクトルを介して整流する整流器と、
   該整流器の出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   前記スイッチ部の開閉動作を制御する制御部と、
   前記交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出器と、
   を備え、
   前記制御部は、前記ゼロクロス検出器によって検出される前記ゼロクロス点を基準とした前記スイッチ部の短絡開始タイミング及びその短絡時間のうち少なくとも一方を規則性なく変動させて前記スイッチ部の開閉動作を実施し、
   前記短絡開始タイミング及び前記短絡時間のうち少なくとも一方を規則性なく変動させる際に、その変動の動作を所定間隔毎に実施する
   ことを特徴とする直流電源装置。
2. 交流電源に接続されるリアクトルと、
   前記交流電源の出力端を前記リアクトルを介して短絡するスイッチ部と、
   前記交流電源を前記リアクトルを介して整流する整流器と、
   該整流器の出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   前記スイッチ部の開閉動作を制御する制御部と、
   前記平滑コンデンサの両端電圧を検出する直流電圧検出器と、
   前記交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出器と、
   を備え、
   前記制御部は、前記直流電圧検出器によって検出される前記両端電圧を一定にするために前記スイッチ部の短絡時間を制御し、前記ゼロクロス検出器によって検出される前記ゼロクロス点を基準とした前記スイッチ部の短絡開始タイミングを規則性なく変動させて前記スイッチ部の開閉動作を実施し、
   前記短絡開始タイミングを規則性なく変動させる際に、その変動の動作を所定間隔毎に実施する
   ことを特徴とする直流電源装置。
3. 前記制御部は、前記変動の動作において所定の変動の時間変化幅以下で変動させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直流電源装置。
4. 前記制御部は、直流電源装置に入力される電流に含まれる高調波電流値が所定値以下となるように前記短絡開始タイミングを規則性なく変動させて制御する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の直流電源装置。
5. 前記制御部は、前記交流電源の半周期に、前記スイッチ部の前記開閉動作を複数回実施する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の直流電源装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の複数の直流電源装置を備え、
   複数の該直流電源装置は、
   前記交流電源に対して並列に接続され、
   その出力側のそれぞれに負荷が接続される
   ことを特徴とする直流電源システム。
7. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の１つ又は複数の直流電源装置と、
   該直流電源装置の出力側に負荷として接続されるインバータと、
   該インバータによって駆動される圧縮機と、
   を備え、
   前記直流電源装置は、前記交流電源に対して並列に接続される
   ことを特徴とするヒートポンプ式給湯機システム。

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