JP6496607B2 - 直流電源装置、並びにそれを用いる空気調和機 - Google Patents
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その後、一方がオフして、かつ他方がオンすることで、リアクトルL1に蓄えられたエネルギーが平滑コンデンサC1に放出されることにより、直流電圧が昇圧される。
ここで、Vsは電源電圧実効値、Kpは電流制御ゲイン、Vdは直流電圧である。さらに、式(2)を書き換えて、式(3)が得られる。
また、瞬時電流isは、電流実効値をIsとすると、式(4)で表される。
式(3)および式(4)より、式(5)が得られる。
式(5)において、(Vs/Vd)は昇圧比(=(Vd/Vs))の逆数であるから、昇圧比をaとすると、式(5)から式(6)を得る。
さらに、MOSFETの通流率d(デューティ)は、式(7)で表すことができる。
上式(6)のように、Kp・Isを一定値に制御することにより、電源電圧実効値Vsのa倍に昇圧された直流電圧Vdが出力される。そのとき、昇圧チョッパ動作を行うMOSFETの通流率dは上式(7)で与えられる。
dQ2=1−dQ1 … (9)
なお、図7aは、リアクトルL1のインダクタンスが小さく、電源電圧に対して電流の位相遅れがほとんどない場合である。リアクトルL1のインダクタンスが大きく、電流位相が電圧位相に対して遅れる場合には、図7cに示すように、電流位相を考慮して通流率(デューティー)を設定すればよい。
式(10)が示すように、コンデンサC2の充電時の時定数はC2・R1である。例えば、直流電圧E=15V,C2=33μF,R1=22Ωのとき、時定数=726μsとなり、約5.32msの時間充電すれば、ほぼ満充電(Vc2=約14.99V)となる。
式(11)が示すように、MOSFET Q1のゲート充電時の時定数はCg(Q1)・Rg11である。コンデンサC2が満充電状態からMOSFET Q1のゲート容量がチャージされた場合、例えば、Vc2(t)=15V,Cg(Q1)=1000pF,Rg11=400Ωのとき、時定数=40μsとなり、コンデンサC2の放電開始から約3μs後にゲート容量へのチャージが完了する(Vg(Q1)=15V)。
式(12)が示すように、コンデンサC2の放電時定数はC2・Rg11となる。例えばC2=33μF,Rg11=400Ω,E=15Vのとき、時定数=約13.2msとなり、MOSFET Q1のゲート容量へのチャージが完了する約3μs後において、コンデンサC2の電圧Vc2は、ほぼ15Vである。
式(13)が示すように、コンデンサC2の放電時定数はC2・(Rg11+Rg12)である。例えば、C2=33μF,Rg11=400Ω,Rg12=20kΩ,Vc2=15Vのとき、時定数=673.2msとなる。交流電源電圧の周波数を50Hzとすれば、電源電圧半サイクルである10ms後のコンデンサC2の電圧は、約14.76Vであり、約0.24Vの電圧降下となる。
12 電流制御ゲイン制御部
13 交流電圧検出部
14 ゼロクロス判定部
15 負荷検出部
16 昇圧比制御部
17 直流電圧検出部
18 制御部
51…室内熱交換器
52…室外熱交換器
53…圧縮機
54…膨張弁
55…四方弁
56…室内送風ファン
57…室外送風ファン
70…仕切り板
79…電装品
80…上蓋
81…前面パネル
Vs 交流電源
C1 平滑コンデンサ
D1,D2 ダイオード
ha,hb,hc,hd 配線
L1 リアクトル
Q1,Q2 MOSFET
C2 コンデンサ
D3 ダイオード
R1 抵抗
Rg11,Rg12,R21,Rg22 ゲート抵抗
E 直流電圧源
K1,K2 ドライブ回路
Q3 MOSFET
TH1 NTCサーミスタ
Claims (11)
- 第一のダイオードのアノードと第二のダイオードのカソードが接続され、
第一のMOSFETのソースと第二のMOSFETのドレインが接続され、
前記第一のダイオードのカソードと前記第一のMOSFETのドレインが平滑コンデンサの正極側に接続され、
前記第二のダイオードのアノードと前記第二のMOSFETのソースが前記平滑コンデンサの負極側に接続され、
前記第一のダイオードと前記第二のダイオードとの接続点と、前記第一のMOSFETと前記第二のMOSFETとの接続点に、リアクトルを介して、交流電源が接続され、
前記第一のMOSFETおよび前記第二のMOSFETのスイッチングにより、前記交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、
前記第一のMOSFETおよび前記第二のMOSFETが、前記交流電圧の極性に応じて、同期整流動作をするようにスイッチングされる全波整流動作モードと、
前記第一のMOSFETおよび前記第二のMOSFETが、前記交流電圧の半サイクルにおいて、相補的に所定回数オン・オフスイッチングされる部分スイッチング動作モードと、
前記第一のMOSFETおよび前記第二のMOSFETが、所定の周波数で相補的にオン・オフスイッチングされる高速スイッチング動作モードと、
を有し、
さらに、前記第一のMOSFETの制御電源となるブートストラップ回路を備え、
前記ブートストラップ回路のコンデンサが、前記第二のMOSFETがスイッチングされてオンする時に充電されることを特徴とする直流電源装置。 - 請求項1に記載の直流電源装置において、
前記部分スイッチング動作モードおよび前記高速スイッチング動作モードにおいて、前記第一のMOSFETおよび前記第二のMOSFETの一方および他方が、それぞれ昇圧チョッパ動作および同期整流動作をするようにスイッチングされることを特徴とする直流電源装置。 - 請求項2に記載の直流電源装置において、
前記ブートストラップ回路の前記コンデンサが、前記第二のMOSFETが前記昇圧チョッパ動作または前記同期整流動作をする時に充電されることを特徴とする直流電源装置。 - 請求項3に記載の直流電源装置において、
前記第一のMOSFETおよび前記第二のMOSFETは、前記交流電圧のゼロクロス点付近において、前記昇圧チョッパ動作のためにスイッチングされることを特徴とする直流電源装置。 - 請求項2に記載の直流電源装置において、
前記昇圧チョッパ動作に伴って、力率改善電流を流すことを特徴とする直流電源装置。 - 請求項2に記載の直流電源装置において、
前記高速スイッチング動作モードの場合、前記第一のMOSFETおよび前記第二のMOSFETの前記一方の通流率を主回路電流の増加に応じて増加し、前記他方を前記主回路電流の増加に応じて低減することを特徴とする直流電源装置。 - 請求項3に記載の直流電源装置において、
前記ブートストラップ回路の充電時定数を低減する時定数切替手段を備えることを特徴とする直流電源装置。 - 請求項7に記載の直流電源装置において、
前記時定数切替手段が、前記ブートストラップ回路の抵抗に並列に接続されるスイッチング素子であり、前記スイッチング素子は、前記ブートストラップ回路の前記コンデンサの電圧に応じてオンされることを特徴とする直流電源装置。 - 請求項7に記載の直流電源装置において、
前記時定数切替手段が、前記ブートストラップ回路の抵抗に並列に接続されるNTCサーミスタであることを特徴とする直流電源装置。 - 請求項1に記載の直流電源装置において、
負荷の大きさに応じて、前記全波整流動作モード、前記部分スイッチング動作モードおよび前記高速スイッチング動作モードのいずれかが設定されることを特徴とする直流電源装置。 - 交流電動機によって圧縮機が駆動される電動圧縮機と、
前記電動圧縮機に交流電力を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路を負荷とする直流電源装置と、
を備え、
前記電動圧縮機によって圧縮される冷媒が冷暖房サイクルに循環する空気調和機において、
前記直流電源装置が、請求項1に記載される直流電源装置であることを特徴とする空気調和機。
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