JP6731325B2 - 電力変換装置およびこれを用いたシステム - Google Patents

電力変換装置およびこれを用いたシステム Download PDF

Info

Publication number
JP6731325B2
JP6731325B2 JP2016200529A JP2016200529A JP6731325B2 JP 6731325 B2 JP6731325 B2 JP 6731325B2 JP 2016200529 A JP2016200529 A JP 2016200529A JP 2016200529 A JP2016200529 A JP 2016200529A JP 6731325 B2 JP6731325 B2 JP 6731325B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lower arms
power conversion
semiconductor element
loss
conversion device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2016200529A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018064341A (ja
Inventor
渉 初瀬
渉 初瀬
小山　昌喜
昌喜 小山
修平 永田
修平 永田
鈴木　尚礼
尚礼 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Global Life Solutions Inc
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd, Hitachi Global Life Solutions Inc filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority to JP2016200529A priority Critical patent/JP6731325B2/ja
Priority to CN201780062630.3A priority patent/CN109845083B/zh
Priority to PCT/JP2017/035475 priority patent/WO2018070270A1/ja
Priority to US16/339,468 priority patent/US11171576B2/en
Priority to DE112017004591.6T priority patent/DE112017004591T5/de
Publication of JP2018064341A publication Critical patent/JP2018064341A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6731325B2 publication Critical patent/JP6731325B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/5388—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with asymmetrical configuration of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Description

本発明は、電力変換装置およびこれを用いたシステムに関する。
電力変換装置を用いて圧縮機を制御する方法が知られている。電力変換装置は、半導体素子を複数有し得るが、２種以上の素子を用いることで電力変換装置の高効率化を図る構成が提案されている。
特許文献１には、２組の上下アームのうち、１つの組では高速スイッチング素子を２個直列接続し、別の組では低速スイッチング素子を２個直列接続する構成を備えるインバータの主回路が開示されている。
特開昭６３−２６２０６２号公報
しかしながら、特許文献１は、各半導体素子の抵抗特性について、電力変換装置が制御する機器の負荷特性を考慮して好適にすることで、各半導体素子で発生する損失を低減することについて何ら考慮されていない。
そこで、本発明は、電力変換回路における各半導体素子の損失を低減しつつ、電力変換装置により制御される機器の高効率化を可能とする電力変換装置およびこれを用いたシステムを提供する。
上記課題を解決するため、本発明の電力変換装置は、直流電源と、それぞれ上側素子及び下側素子を有する第１の上下アーム及び第２の上下アームを有するフルブリッジ回路と、を備え、前記第１の上下アーム及び前記第２の上下アームが、機器に電気的に接続可能な電力変換装置であって、前記第１の上下アームの上側素子及び前記第２の上下アームの下側素子のＯＮ抵抗は、前記第１の上下アームの下側素子及び前記第２の上下アームの上側素子のＯＮ抵抗よりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の電力変換装置を用いたシステムは、直流電源と、それぞれ上側素子及び下側素子を有する第１の上下アーム及び第２の上下アームを有するフルブリッジ回路と、を備え、前記第１の上下アームの上側素子及び前記第２の上下アームの下側素子のＯＮ抵抗は、前記第１の上下アームの下側素子及び前記第２の上下アームの上側素子のＯＮ抵抗よりも小さい電力変換装置と、前記電力変換装置の前記第１の上下アーム及び前記第２の上下アームに電気的に接続される機器と、を備えるシステムであって、前記機器は、往復動により流体を圧縮及び膨張させるピストンと、前記電力変換装置に電気的に接続した巻線と、を有する圧縮機であり、前記第１の上下アームの上側素子及び前記第２の上下アームの下側素子がＯＮの状態では、前記ピストンで前記流体を圧縮し、前記第１の上下アームの下側素子及び前記第２の上下アームの上側素子がＯＮの状態では、前記ピストンで前記流体を膨張させることを特徴とする。
本発明によれば、電力変換回路における各半導体素子の損失を低減しつつ、電力変換装置により制御される機器の高効率化を可能とする電力変換装置およびこれを用いたシステムを提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施例に係る実施例１の電力変換装置及び圧縮機よりなるシステムの全体概略構成図である。 図１に示すシステムを構成する電力変換装置及び圧縮機を流れる電流と、作動流体の圧縮に伴う圧縮機の負荷との関係を説明する概略図である。 ＭＯＳ型素子のスイッチング損失と導通損失の電流に対する概略特性を示す図である。 ＭＯＳ型素子の総合損失の電流に対する概略特性を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の電力変換装置及び圧縮機よりなるシステムの全体概略構成図である。 ＭＯＳ型素子とＩＧＢＴ素子のスイッチング損失と導通損失の電流に対する概略特性を示す図である。 ＭＯＳ型素子とＩＧＢT素子の電流に対する概略特性を示す図である。
以下、添付の図面を適宜参照しつつ、本発明の実施例を詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、重複する説明を省略する。
また、以下では、システムを構成する、電力変換装置に電気的に接続される機器として、圧縮機を一例に説明する。
［電力変換装置１及び圧縮機３］
図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の電力変換装置１及び圧縮機３よりなるシステムの全体概略構成図である。図１に示すように、圧縮機３は、リニアモータを駆動源とする機器である。リニアモータ及び圧縮機３はそれぞれ電力変換装置１に電気的に接続しており、電力変換装置１を用いたシステムの一例である。
電力変換装置１は、電力変換回路１１、制御部１２、及び直流電源１３を有する。
圧縮機３は、有底筒状のシリンダ３１、シリンダ３１の内側側面を摺動して、シリンダ３１とシリンダ３１の底面に対向する自身の面（先端面）にて囲まれる内容積を変動させることが可能なピストン３２、磁性体に捲回された巻線３３、及び、ピストン３２に一端が接続される可動子３４を有する。なお、磁性体に捲回された巻線３３、及び、ピストン３２に一端が接続される可動子３４にてリニアモータが構成され、可動子３４には永久磁石（図示せず）が設けられている。
電力変換回路１１は、直流電源１３から供給される直流電力を交流電力に変換して、圧縮機３に出力する。電力変換回路１１は単相であり、２つの半導体素子が直列に接続した上下アームを２組有している。より具体的には、半導体素子１１１及び半導体素子１１２が直列に接続した第１の上下アームと、半導体素子１１３及び半導体素子１１４が直列に接続した第２の上下アームとが並列に接続することでフルブリッジ回路を形成している。また、半導体素子１１１及び半導体素子１１３は、直流電源１３の正側に接続しており、半導体素子１１２及び半導体素子１１４は、直流電源１３の負側に接続している。半導体素子１１１と半導体素子１１２を接続する配線（半導体素子１１１と半導体素子１１２の間）には圧縮機３の巻線３３の一端が接続しており、半導体素子１１３と半導体素子１１４を接続する配線（半導体素子１１３と半導体素子１１４の間）には圧縮機３の巻線３３の他端が接続している。なお、直流電源１３の正側に接続している半導体素子を上側素子と、負側に接続している半導体素子を下側素子とも呼称する。
制御部１２は、巻線３３を流れるモータ電流に基づいて電力変換回路１１を制御する。電力変換回路１１は、巻線３３に交流電力を出力する。
可動子３４は、少なくとも１つ以上の永久磁石を有しており、電力変換回路１１の出力を受けて巻線３３が発する交流磁束に応じて往復動する。可動子３４の往復動に伴ってピストン３２が往復動し、シリンダ３１の内容積が増減する。シリンダ３１は、内容積部分に流体（作動流体）を出し入れ可能な弁（図示せず）を有している。シリンダ３１、ピストン３２、及び弁（図示せず）については、種々公知の物を用いることができる。以下では、流体（作動流体）として気体の冷媒を用いる場合を一例として説明する。
図２は、図１に示すシステムを構成する電力変換装置１及び圧縮機３を流れる電流と、流体（作動流体）の圧縮に伴う圧縮機３の負荷との関係を説明する概略図である。圧縮機３を駆動すると、ピストン３２の往復動に伴って流体（作動流体）である気体冷媒が圧縮又は膨張する。このような流体（作動流体）である気体冷媒の圧縮又は膨張にそれぞれ必要な仕事量（負荷）は異なり、一般に、圧縮負荷（第１の負荷）が膨張（吸込）負荷（第２の負荷）より大きい。すなわち、圧縮に要するリニアモータの推力の方が膨張（吸込）に要するリニアモータの推力より大きいため、圧縮時のモータ電流を膨張（吸込）時のモータ電流より大きくすることが好ましい。以下では、圧縮時のリニアモータの推力を得る際に流れる電流の向きを正方向、膨張（吸込）時のリニアモータの推力を得る際に流れる電流の向きを負方向と呼称する。なお、第１の負荷（圧縮負荷）及び第２の負荷（膨張負荷）はそれぞれ、これらの負荷の発生の全時間を通じて一定である必要はなく、例えば、１周期の時間平均値として、第１の負荷（圧縮負荷）が第２の負荷（膨張負荷）より大きければよい。
単相である電力変換回路１１（フルブリッジ回路）では、斜向かいの（相互に対角線上に位置する）半導体素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、磁性体に捲回された巻線３３を流れる電流の向きを切り替えることができる。本実施例では、電力変換回路１１の半導体素子１１１〜１１４のうち、斜向かいの（相互に対角線上に位置する）２つの半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）をＯＮにし、残りの半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）をＯＦＦにすることで巻線３３を流れる電流が正方向であるとする。また、斜向かいの（相互に対角線上に位置する）２つの半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）をＯＮにし、残りの半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）をＯＦＦにすることで巻線３３を流れる電流が負方向であるとする。
圧縮負荷（第１の負荷）が膨張負荷（第２の負荷）より大きいことに着目すると、半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）のＯＮ時間比を、半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）のＯＮ時間比より高くすることで、半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）に流れるモータ電流を、半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）に流れるモータ電流より大きくすることが好ましい。このようにすると、半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）に電流が集中し、半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）に流れる電流量は小さい値となる（図２では、モータ電流の大きさを白抜き矢印の大きさで示している）。このように本実施例では、正方向及び負方向それぞれに好適な電流量が異なる機器に接続された単相の電力変換回路１１を備える電力変換装置１について、斜向かいの（相互に対角線上に位置する）半導体素子に電流が集中することになる。
［半導体素子の特性］
図３は、半導体素子の一種であるＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型素子のスイッチング損失と導通損失それぞれの、電流に対する概略特性を示す図である。実線で示されるスイッチング損失（ＳＷ損）は半導体素子のスイッチングにより発生する損失であり、モータ電流に対して略線形の関係となる。一点鎖線で示される導通損失（導通損）は半導体素子の通電時の抵抗（ＯＮ抵抗）により発生する損失であり、モータ電流の二乗に比例する関係となる。
ＭＯＳ型素子では、スイッチング損失（ＳＷ損）の低減と導通損失（導通損）の低減とがトレードオフの関係にあることが知られている。ＭＯＳ型素子のＯＮ抵抗を小さくする（電流の二乗に乗ずる係数を小さくする）には、例えばチップサイズを大きくすることが求められるが、こうするとＭＯＳ型素子に流れる電荷の量が増えるため、スイッチング損失（ＳＷ損）が増加するためである。
図４は、ＭＯＳ型素子のスイッチング損失（ＳＷ損）と導通損失（導通損）とを合計した総合損失の電流に対する概略特性を示す図である。図４には、ＭＯＳ型素子のうち、低ＳＷ損の半導体素子を実線で、低導通損の半導体素子を一点鎖線で示している。電流が小さい領域（第２の負荷（膨張負荷）に対応するモータ電流の存在領域）では低ＳＷ損の半導体素子の総合損失が小さく、電流が大きな領域（第１の負荷（圧縮負荷）に対応するモータ電流の存在領域）では低導通損の半導体素子の総合損失が小さい。なお、図４に例示するグラフ形状は、素子のＯＮ／ＯＦＦ比を変更しても、通常、定性的には保たれる。
このため、電流の集中が発生する半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）には、半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）よりも低導通損（低ＯＮ抵抗）となる種類の半導体素子を適用し、電流の集中が発生しない半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）には、半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）よりも低ＳＷ損失となる半導体素子を適用することで、電力変換回路１１全体の総合損失の低減を図ることが可能となる。なお、半導体素子のＯＮ抵抗値やＳＷ損失値は、半導体素子の厚さやチップ面積にも依存する。
より具体的には、半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）の総合損失が、第１の負荷（圧縮負荷）に対応するリニアモータの推力の発生に要する電流量においては半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）よりも小さく、第２の負荷（膨張負荷）に対応するリニアモータの推力の発生に要する電流量においては半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）よりも大きくなるような半導体素子の種類の組合せを選択することが好ましい。
なお、圧縮機３については、第１の負荷（圧縮負荷）及び第２の負荷（膨張負荷）それぞれを、定常状態における圧縮負荷及び膨張負荷と考えてもよい。ここで定常状態とは、例えば、圧縮室内に出入りする気体冷媒の流量が５秒間以上略一定に維持された状態をいう。
以上のとおり、本実施例によれば、電力変換回路における各半導体素子の損失を低減しつつ、電力変換装置により制御される機器の高効率化を可能とする電力変換装置およびこれを用いたシステムを提供することが可能となる。
また、具体的には、本実施例の電力変換装置１を用いることで各半導体素子の損失を抑え、単相駆動する圧縮機３を高効率に駆動することが可能となる。
実施例２の構成は、下記の点を除き実施例１と同様である。本実施例は、ＭＯＳ型素子とＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型素子とを電力変換装置１が有する。より具体的には、正方向の電流を流す際にＯＮとなるＭＯＳ型の半導体素子１１１（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１４（第２の上下アームの下側素子）に代えて、ＩＧＢＴ型の半導体素子１１５（第１の上下アームの上側素子）及びＩＧＢＴ型の半導体素子１１６（第２の上下アームの下側素子）を使用している。
図５は本実施例の電力変換装置１及び圧縮機３よりなるシステムの全体概略構成図、図６はＭＯＳ型素子とＩＧＢＴ型素子のスイッチング損失と導通損失の電流に対する概略特性を示す図である。
図６に示すように、実線で示されるＭＯＳ型素子は上述のように、モータ電流に対して略線形の関係となるスイッチング損失（ＳＷ損）、モータ電流の二乗に比例する関係を有する導通損失（導通損）となる。一点鎖線で示されるＩＧＢＴ型素子は、スイッチング損失（ＳＷ損）についてはＭＯＳ型素子と同様の原理で生ずるため、モータ電流に対して略線形の関係となる。しかし、導通損失（導通損）についてはダイオードによる順方向電圧により発生する損失のため、ＭＯＳ型素子の場合と異なり、モータ電流に対して略線形の関係となる。
図７は、ＭＯＳ型素子及びＩＧＢＴ型素子それぞれのスイッチング損失（ＳＷ損）と導通損失（導通損）を合計した総合損失の電流に対する概略特性を示す図である。図７に示すように、電流が小さい領域（第２の負荷（膨張負荷）に対応するモータ電流の存在領域）では、実線で示したＭＯＳ型素子の総合損失は一点鎖線で示したＩＧＢＴ型素子の総合損失より小さい。一方、電流が大きな領域（第１の負荷（圧縮負荷）に対応するモータ電流の存在領域）では、一点鎖線で示したＩＧＢＴ型素子の総合損失は、実線で示したＭＯＳ型素子の総合損失より小さい。
このため、本実施例では、図５に示すように、電力変換回路１１の半導体素子として、電流の集中が発生する半導体素子１１５（第１の上下アームの上側素子）及び半導体素子１１６（第２の上下アームの下側素子）にはＩＧＢＴ型素子を適用し、電流の集中が発生しない半導体素子１１２（第１の上下アームの下側素子）及び半導体素子１１３（第２の上下アームの上側素子）にはＭＯＳ型素子を適用している。こうすることで総合損失の低減を図ることが可能となる。なお、ＩＧＢＴ型素子に代えて、ダイオードによる順方向電圧により導通損失が生ずる他の素子にしてもよい。
以上のとおり、本実施例によれば、電力変換回路における各半導体素子の損失を低減しつつ、電力変換装置により制御される機器の高効率化を可能とする電力変換装置およびこれを用いたシステムを提供することが可能となる。
また、具体的には、本実施例の電力変換装置１を用いることで各半導体素子の損失を抑え、単相駆動する圧縮機３を高効率に駆動することが可能となる。
なお、上述の実施例１又は実施例２の電力変換装置１及び圧縮機３よりなるシステムは、凝縮器又は蒸発器として機能する熱交換器を備える空気調和器において、冷媒を圧送するための圧縮機に適用できる。
また、実施例１又は実施例２の電力変換装置１及び圧縮機３よりなるシステムは、エアサスペンションにおいて車高を調整するために作動流体を圧縮する圧縮機に適用できる。
更にまた、施例１又は実施例２の電力変換装置１及び圧縮機３よりなるシステムは、凝縮器及び蒸発器を有する冷蔵庫において、液冷媒を圧送する圧縮機にも適用可能である。
なお、上述の実施例１及び実施例２では、システムを構成する、電力変換装置１に電気的に接続される機器として、圧縮機３を一例として説明したが、これに限られるものでは無い。上述の実施例１及び実施例２に示した電力変換装置１に電気的に接続される機器として、運転状態又は稼働状態において負荷が変動するような機器、特に、気相、液相、又は気液混合相、粘性を有する流体等を制御する機器等においても同様に適用可能である。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本願の技術的思想に反しない範囲で様々な変形を施すことができる。たとえば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、公知の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１・・・電力変換装置
１１・・・電力変換回路（フルブリッジ回路）
１１１〜１１６・・・半導体素子
１２ ・・・制御部
１３・・・直流電源
３ ・・・圧縮機
３１・・・シリンダ
３２・・・ピストン
３３・・・巻線
３４・・・可動子

Claims (4)

  1. 直流電源と、
    それぞれ上側素子及び下側素子を有する第１の上下アーム及び第２の上下アームと、を有するフルブリッジ回路と、を備え、
    前記第１の上下アーム及び前記第２の上下アームが、機器に電気的に接続可能な電力変換装置であって、
    前記第１の上下アームの上側素子及び前記第２の上下アームの下側素子のＯＮ抵抗は、前記第１の上下アームの下側素子及び前記第２の上下アームの上側素子のＯＮ抵抗よりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記第１の上下アームの下側素子及び前記第２の上下アームの上側素子のスイッチング損失は、前記第１の上下アームの上側素子及び前記第２の上下アームの下側素子のスイッチング損失よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記第１の上下アームの上側素子及び前記第２の上下アームの下側素子は、ダイオードによる順方向電圧により導通損失が生ずる素子であり、
    前記第１の上下アームの下側素子及び前記第２の上下アームの上側素子は、ＭＯＳ型素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  4. 請求項１乃至３何れか一項に記載の電力変換装置と、該電力変換装置に接続した機器と、を備えるシステムであって、
    前記機器は、
    往復動により流体を圧縮及び膨張させるピストンと、
    前記電力変換装置に電気的に接続した巻線と、を有する圧縮機であり、
    前記第１の上下アームの上側素子及び前記第２の上下アームの下側素子がＯＮの状態では、前記ピストンで前記流体を圧縮し、
    前記第１の上下アームの下側素子及び前記第２の上下アームの上側素子がＯＮの状態では、前記ピストンで前記流体を膨張させることを特徴とするシステム。
JP2016200529A 2016-10-12 2016-10-12 電力変換装置およびこれを用いたシステム Expired - Fee Related JP6731325B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016200529A JP6731325B2 (ja) 2016-10-12 2016-10-12 電力変換装置およびこれを用いたシステム
CN201780062630.3A CN109845083B (zh) 2016-10-12 2017-09-29 电力转换装置及使用该装置的电力转换系统
PCT/JP2017/035475 WO2018070270A1 (ja) 2016-10-12 2017-09-29 電力変換装置およびこれを用いたシステム
US16/339,468 US11171576B2 (en) 2016-10-12 2017-09-29 Power conversion device and system using the same
DE112017004591.6T DE112017004591T5 (de) 2016-10-12 2017-09-29 Leistungsumsetzungsvorrichtung und System, das sie verwendet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016200529A JP6731325B2 (ja) 2016-10-12 2016-10-12 電力変換装置およびこれを用いたシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018064341A JP2018064341A (ja) 2018-04-19
JP6731325B2 true JP6731325B2 (ja) 2020-07-29

Family

ID=61905371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016200529A Expired - Fee Related JP6731325B2 (ja) 2016-10-12 2016-10-12 電力変換装置およびこれを用いたシステム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11171576B2 (ja)
JP (1) JP6731325B2 (ja)
CN (1) CN109845083B (ja)
DE (1) DE112017004591T5 (ja)
WO (1) WO2018070270A1 (ja)

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2664163B2 (ja) * 1987-10-06 1997-10-15 財団法人 半導体研究振興会 高周波ｐｗｍフルブリッジ電力変換装置
KR910000543B1 (ko) 1987-03-24 1991-01-26 자이당호오징 한도오다이 겡큐 싱고오가이 Pwm 전력변환장치
JPS63262062A (ja) 1987-04-17 1988-10-28 Fuji Electric Co Ltd インバ−タの主回路
JPH01133582A (ja) * 1987-11-16 1989-05-25 Sharp Corp 空気調和機
JP3199722B2 (ja) * 1990-10-11 2001-08-20 株式会社日立製作所 ブリッジ型駆動回路およびそれを用いた磁気ディスク装置
US5749226A (en) * 1993-02-12 1998-05-12 Ohio University Microminiature stirling cycle cryocoolers and engines
JP2001073944A (ja) * 1999-09-07 2001-03-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd リニアコンプレッサーの駆動装置
US6175199B1 (en) * 1999-09-30 2001-01-16 Osram Sylvania Inc. Magnetically deflected arc lamp
ITVI20020145A1 (it) * 2002-07-02 2004-01-02 Comefri Spa Ripartitore antirumore e antivortice
GB0221154D0 (en) * 2002-09-12 2002-10-23 Switched Reluctance Drives Ltd A circuit for use with switched reluctance machines
JPWO2005052347A1 (ja) * 2003-11-28 2007-06-21 株式会社日立製作所 ディーゼルエンジンのｅｇｒ制御装置およびモータ駆動式スロットル弁装置
JP4565879B2 (ja) * 2004-04-19 2010-10-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP2006060985A (ja) * 2004-08-24 2006-03-02 Sharp Corp 交流電力生成装置ならびにそれが用られたリニアモータおよびスターリング冷凍機
US7995639B2 (en) * 2005-08-25 2011-08-09 Consarc Corporation Pulse width modulated power inverter output control
KR101466402B1 (ko) * 2008-02-20 2014-12-11 엘지전자 주식회사 리니어 압축기
JP2008237016A (ja) * 2008-04-25 2008-10-02 Daikin Ind Ltd リニアコンプレッサ駆動装置
GB2480620A (en) * 2010-05-25 2011-11-30 Energy2Trade Oy Reactive Power Management
CN103204082B (zh) * 2012-01-13 2015-10-21 深圳市汇川技术股份有限公司 电动汽车dc/dc控制器
JP6368523B2 (ja) * 2014-04-16 2018-08-01 日立アプライアンス株式会社 モータ制御装置
CN204464968U (zh) * 2014-12-31 2015-07-08 深圳市振华微电子有限公司 基于厚膜工艺的过流保护电路、开关电源电路及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
US20190238066A1 (en) 2019-08-01
DE112017004591T5 (de) 2019-06-19
WO2018070270A1 (ja) 2018-04-19
CN109845083A (zh) 2019-06-04
JP2018064341A (ja) 2018-04-19
US11171576B2 (en) 2021-11-09
CN109845083B (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5122758B2 (ja) 往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法
JP6212571B2 (ja) 可変速駆動部のためのハイブリッドパルス幅変調方法
KR100900188B1 (ko) 변속드라이브의 제어장치 및 방법
JP5444381B2 (ja) 可変速駆動装置内の直流リンクをプリチャージするシステム
JP4935251B2 (ja) 電力変換装置
US8400090B2 (en) HVAC condenser assemblies having controllable input voltages
US9941834B2 (en) Power conversion apparatus and air-conditioning apparatus including the power conversion apparatus
CA2607450A1 (en) Variable speed drive for a chiller system with a switched reluctance motor
EP2016669A1 (en) Driving control apparatus and method for linear compressor
TW200536249A (en) System and method for increasing output horsepower and efficiency in a motor
KR101772083B1 (ko) 압축기 제어 장치 및 이를 포함한 냉장고
JP6731325B2 (ja) 電力変換装置およびこれを用いたシステム
KR20030061531A (ko) 왕복동식 압축기의 운전제어방법
CN112211811B (zh) 往复式压缩机的运转控制装置
JPWO2020066028A1 (ja) モータ駆動装置及び空気調和機
JP4186750B2 (ja) モータ制御装置
JP5031983B2 (ja) 往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法
JP4682555B2 (ja) 空気調和機及びその制御方法
JP7337232B2 (ja) モータ駆動装置及び空気調和機
JP7086016B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置、冷凍サイクル装置、送風機、空調機器、冷凍機器
KR101948563B1 (ko) 압축기 제어 장치 및 이를 포함한 냉장고
KR100393803B1 (ko) 왕복동식 압축기의 운전제어장치
KR100451225B1 (ko) 왕복동식 압축기를 이용한 냉장고의 운전제어방법
JP2017128412A (ja) リフティングマグネット作業機械
JPWO2020044508A1 (ja) モータ駆動装置、モータ制御方法および冷凍サイクル装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190718

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200303

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200423

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200616

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200706

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6731325

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees