JP6987301B2 - 直流電源装置および空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、直流電源装置および空気調和機に関する。
空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器等の機器には、交流を直流に変換する直流電源装置が搭載されている。これらの機器では、直流電源装置に負荷としてインバータを接続し、圧縮機モータを駆動している。たとえば、特許文献１には、高調波を抑制し、また電力変換効率を高めて省エネルギ化をすることが可能な直流電源装置が示されている。
特開２０１８−６８０２８号公報
上記従来の技術によれば、交流電源が正から負に切り替わるゼロクロスのタイミングでスイッチング素子のオンオフ状態を切り替える際にスイッチング素子の上下短絡を防ぐために、デッドタイムを設けているとある。しかしながら、電源から供給される交流電圧にノイズが混入するなどの理由で、ゼロクロスのタイミングが周期に対してずれた場合、ゼロクロスのタイミングによっては、スイッチング素子の上下短絡を阻止できないという問題点があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチング素子の上下短絡を防ぐことができ、素子の破壊および回路の熱損を防止することができる直流電源装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる直流電源装置は、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、整流回路の一方の出力端子に一端が接続されるリアクトルと、リアクトルの他端と整流回路の他方の出力端子との間に直列接続される第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を備え、負荷が接続される出力端子間に直列接続される第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを充電する充電部とを備える。また、直流電源装置は、交流電力の線間電圧でゼロクロスが発生するタイミングに同期して充電部を制御する制御部を備え、制御部は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の双方をオフにするデッドタイムをゼロクロスが発生するタイミングに基づいて設定し、ゼロクロスが発生した時の第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の状態が予め定められた状態と一致する場合、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の状態を反転させる。
本発明にかかる直流電源装置は、デッドタイムとゼロクロスのタイミングにずれが生じた場合にスイッチング素子の上下短絡が発生するのを回避して素子の破壊および回路の熱損を防止することができる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかる直流電源装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかる直流電源装置が備える制御部の動作を説明するための図 スイッチング素子を駆動する駆動信号とゼロクロス信号の関係の一例を示す図 スイッチング素子を駆動する駆動信号とゼロクロス信号の関係の他の例を示す図 実施の形態１にかかる直流電源装置の制御部の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる直流電源装置が備える制御部の第１の制御動作例を示す図 実施の形態１にかかる直流電源装置が備える制御部の第２の制御動作例を示す図 実施の形態１にかかる直流電源装置が備える制御部の第３の制御動作例を示す図 実施の形態２にかかる直流電源装置の制御部の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかる直流電源装置が備える制御部の第１の制御動作例を示す図 実施の形態２にかかる直流電源装置が備える制御部の第２の制御動作例を示す図 実施の形態２にかかる直流電源装置が備える制御部の第３の制御動作例を示す図 実施の形態１，２にかかる直流電源装置の制御部を実現するハードウェアの一例を示す図 実施の形態３にかかる空気調和機の構成例を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる直流電源装置および空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる直流電源装置の構成例を示す図である。本実施の形態にかかる直流電源装置１３は、三相交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を負荷８に出力するコンバータである。負荷８としては、空気調和機に用いられる圧縮機のモータを駆動するインバータを例示することができる。
直流電源装置１３は、三相交流電源１からの交流電力を整流して直流電力を出力する整流回路２と、整流回路２の正極側の出力端子に接続されたリアクトル３と、負荷８への出力端子間に直列接続されたコンデンサ６ａおよびコンデンサ６ｂを充電する充電部７と、充電部７を制御する制御部１１と、を備える。なお、リアクトル３を整流回路２の負極側の出力端子に接続する構成としてもよい。
整流回路２は、整流ダイオードがフルブリッジ接続された三相全波整流回路である。
リアクトル３は、整流回路２の出力側に配置された直流リアクトルとして示しているが、整流回路２の入力側に配置された交流リアクトルであってもよい。
充電部７は、第１のスイッチング素子であるスイッチング素子４ａおよび第２のスイッチング素子であるスイッチング素子４ｂと、第１の逆流防止ダイオードである逆流防止ダイオード５ａおよび第２の逆流防止ダイオードである逆流防止ダイオード５ｂと、を備える。
スイッチング素子４ａおよび４ｂは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor）、パワートランジスタであり、スイッチング素子４ａは駆動信号１２ａ、スイッチング素子４ｂは駆動信号１２ｂによってオンオフが制御される。
駆動信号１２ａがＨｉ（Ｈｉｇｈ）のとき、スイッチング素子４ａがオンし、コンデンサ６ｂを充電する。駆動信号１２ｂがＨｉのとき、スイッチング素子４ｂがオンすることにより、コンデンサ６ａを充電する。なお、駆動信号がＬｏ（Ｌｏｗ）のときにスイッチング素子がオンとなる回路構成であってもよい。
逆流防止ダイオード５ａは、スイッチング素子４ａのコレクタあるいはドレインから、コンデンサ６ａと負荷８の接続点に向けて順方向に設置されている。逆流防止ダイオード５ｂは、コンデンサ６ｂと負荷８の接続点から、スイッチング素子４ｂのエミッタあるいはドレインに向けて順方向に設置されている。
逆流防止ダイオード５ａは、コンデンサ６ａに充電された電荷が逆流することを防止する。逆流防止ダイオード５ｂは、コンデンサ６ｂに充電された電荷が逆流することを防止する。
スイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂの接続点と、コンデンサ６ａとコンデンサ６ｂの接続点は接続されている。
制御部１１は、ゼロクロス検出回路９および駆動信号生成部１０を備えている。ゼロクロス検出回路９は、三相交流電源１が出力する３相のうちの２相の状態を観測し、観測対象の２相間の電圧である線間電圧が正から負または負から正に切り替わるタイミングであるゼロクロス点を検出する。ゼロクロス検出回路９は、線間電圧が正の状態のときはＨｉとなり、線間電圧が負の状態のときはＬｏとなるゼロクロス信号を出力する。すなわち、ゼロクロス信号がＨｉとＬｏとの間で切り替わるタイミングがゼロクロス点となる。駆動信号生成部１０は、ゼロクロス検出回路９によるゼロクロス点の検出結果に基づくタイミングで駆動信号１２ａおよび１２ｂを生成する。制御部１１は、駆動信号生成部１０で生成した駆動信号１２ａでスイッチング素子４ａのオンオフを制御し、駆動信号１２ｂでスイッチング素子４ｂのオンオフを制御する。制御部１１が行うスイッチング制御について、図２を用いて以下に説明する。
図２は、実施の形態１にかかる直流電源装置１３が備える制御部１１の動作を説明するための図である。詳細には、図２は、本実施の形態において、スイッチング素子４ａおよびスイッチング素子４ｂの状態と、電流の経路と充電されるコンデンサ６ａおよび６ｂの関係を示す図である。
図２の（ａ）は、スイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂの双方がオフの状態であり、コンデンサ６ａとコンデンサ６ｂに充電電流が流れる。
図２の（ｂ）は、スイッチング素子４ａがオン、スイッチング素子４ｂがオフの状態であり、コンデンサ６ｂに充電電流が流れる。
図２の（ｃ）は、スイッチング素子４ａがオフ、スイッチング素子４ｂがオンの状態であり、コンデンサ６ａに充電電流が流れる。
図２の（ｄ）は、スイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂの双方がオンの状態であり、スイッチング素子４ａおよびスイッチング素子４ｂを介して整流回路２の出力端子間を短絡する電流が流れる。
制御部１１の制御としては、図２の（ｂ）と（ｃ）を交互に繰りかえすことにより、つまりスイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂを交互にオンすることにより、コンデンサ６ａとコンデンサ６ｂを交互に充電し、負荷８に供給する直流電圧の昇圧を行う。
直流電圧の昇圧を行う際、スイッチング素子４ａがオンするタイミングとスイッチング素子４ｂがオフするタイミング、スイッチング素子４ａがオフするタイミングとスイッチング素子４ｂがオンするタイミングは理想的には同時である。しかし、制御タイミングが理想的なタイミングからずれてしまうとスイッチング素子４ａと４ｂが同時にオンとなり上下短絡が発生する。そのため、制御部１１は、スイッチング素子４ａおよび４ｂをオンオフさせる際に、短絡防止時間であるデッドタイムを設け、スイッチング素子４ａと４ｂが同時にオンとなるのを防止する。
また、制御部１１は、電力の安定化、高調波の抑制などを目的として、ゼロクロス検出回路９が検出するゼロクロス信号に同期してスイッチング素子４ａ，４ｂのスイッチングを制御する。ここでの同期とは、ゼロクロスが発生するタイミングとスイッチング素子４ａ，４ｂをスイッチングさせるタイミングの関係が一定であることを意味する。具体的には、ゼロクロスが発生してからスイッチングを行うまでの時間が一定であることを意味する。ゼロクロスが発生する周期は一定であるため、制御部１１は、ゼロクロスが発生する予定のタイミングを中心とする一定範囲をデッドタイムに設定するものとする。ここで、制御部１１がデッドタイムを設定する方法について説明する。一例として、スイッチング素子４ａがオフ、かつスイッチング素子４ｂがオンの状態のときにデッドタイムを設定する場合について説明する。制御部１１は、ゼロクロス検出回路９でゼロクロス点を検出したタイミングに基づいてデッドタイムを設定する。具体的には、制御部１１は、スイッチング素子４ａがオフ、かつスイッチング素子４ｂがオンの状態のときに、ゼロクロス検出回路９でゼロクロス点を検出すると、駆動信号１２ａをＬｏ、かつ駆動信号１２ｂをＨｉにするとともに、ゼロクロス点を検出してからの経過時間のカウントを開始する。制御部１１は、その後、定められた一定時間Ｔ１が経過した時点で駆動信号１２ｂをＬｏにしてスイッチング素子４ａおよび４ｂの双方をオフの状態にする。制御部１１は、さらに一定時間Ｔ２が経過した時点で駆動信号１２ａをＨｉにしてスイッチング素子４ａをオンの状態にする。このような手順で駆動信号を制御することにより、制御部１１はデッドタイムを設定してスイッチング素子４ａおよび４ｂをスイッチングさせる。
しかし、三相交流電源１が出力する電圧にノイズが混入するなどした場合、予定されるタイミングとは異なるタイミングでゼロクロスが発生し、これに同期してスイッチング素子４ａおよび４ｂのオンオフを切り替えると、スイッチング素子４ａおよび４ｂの双方がオンになってしまう場合がある。このような場合の例を図３および図４に示す。
図３は、スイッチング素子４ａおよび４ｂを駆動する駆動信号１２ａおよび１２ｂとゼロクロス信号の関係の一例を示す図である。図４は、スイッチング素子４ａおよび４ｂを駆動する駆動信号１２ａおよび１２ｂとゼロクロス信号の関係の他の例を示す図である。なお、本実施の形態では、ゼロクロス信号の立ち上がりタイミング（ＬｏからＨｉに切り替わるタイミング）に同期してスイッチング素子４ａ，４ｂのスイッチングを制御するものとする。
三相交流電源１が出力する三相交流の周期をＴｓ、すなわち、ゼロクロス信号の周期をＴｓとし、駆動信号１２ａと駆動信号１２ｂが周期Ｔｃで交互に反転を繰り返す。この場合、周期Ｔｓの長さと周期Ｔｃの長さとが一致していれば、図３に示すように、ゼロクロスに同期して制御部１１がスイッチング素子４ａおよび４ｂのオンオフを切り替えたとしても、すなわち、ゼロクロスの発生に伴い制御部１１が上記の手順を実行してデッドタイムを設定する制御を行ったとしてもスイッチング素子４ａ，４ｂの上下短絡は発生しない。
しかし、三相交流電源１の電圧にノイズが混入するなどの要因で、ゼロクロスのタイミングがデッドタイムの周期Ｔｓに対してずれた場合は問題が生じる。例えば、ゼロクロスのタイミングにずれが生じ、図４に示す（ａ）の時点でゼロクロス信号が反転した場合、このタイミングに同期してスイッチング素子４ａ，４ｂの制御を行うと、すなわち、上述したデッドタイムを設定する手順に従い駆動信号１２ａをＬｏ、かつ駆動信号１２ｂをＨｉにすると、スイッチング素子４ａおよび４ｂの双方が同時にオンとなって上下短絡が発生し、電流が流れる経路上にある素子の破壊および回路の熱損を引き起こす。
このため、本実施の形態にかかる直流電源装置１３では、駆動信号の判定値として、駆動信号１２ａをＬｏ、かつ駆動信号１２ｂをＨｉと定め、ゼロクロスのタイミングで駆動信号１２ａおよび１２ｂと判定値を比較する。各駆動信号と判定値が一致していない場合には、駆動信号１２ａ，１２ｂの双方をＬｏに切り替えて、ゼロクロスのタイミングを起点として新たにデッドタイムを設定し直すといった処置を施すことにより、スイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂとの上下短絡を防ぐ。
なお、図３および図４に示す例ではゼロクロス信号の半周期ごとに１つの駆動信号を出力する制御パターンを示したが、出力パターンはこれに限定されない。ゼロクロス信号の１／ｎ周期ごとに１つの駆動信号を出力する、ゼロクロス信号の１周期のｎ倍ごとに１つの駆動信号を出力する、などとしてもよい。なお、ｎは正の整数である。
図５は、実施の形態１にかかる直流電源装置１３の制御部１１の動作の一例を示すフローチャートである。具体的には、図５は、制御部１１がスイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂの上下短絡を防止する駆動信号を生成する動作を示すフローチャートである。なお、図５に示した制御は一定の周期で定期的に繰り返すものとする。
制御部１１は、動作を開始すると、まず、三相交流電源１が出力する３相の中の２相の間の電源電圧Ｖｓを読み取り（ステップＳ１）、電源電圧Ｖｓに基づいてゼロクロスのタイミングかを判定する（ステップＳ２）。これらのステップＳ１およびＳ２の処理はゼロクロス検出回路９が行う。
ゼロクロスのタイミングではない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部１１はステップＳ１に戻り、定められた時間が経過すると電源電圧Ｖｓを再度読み取る。一方、ゼロクロスのタイミングである場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、駆動信号生成部１０が、駆動信号１２ａおよび駆動信号１２ｂそれぞれの判定値を定める（ステップＳ３）。本実施の形態では、駆動信号生成部１０は、判定値を、駆動信号１２ａがＬｏ、かつ駆動信号１２ｂがＨｉと定める。
次に、駆動信号生成部１０が、駆動信号１２ａおよび１２ｂの状態を読み取り（ステップＳ４）、駆動信号が判定値と一致しているかを確認する（ステップＳ５）。駆動信号生成部１０は、駆動信号が判定値と一致している場合、すなわち、駆動信号１２ａがＬｏ、かつ駆動信号１２ｂがＨｉの場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、駆動信号の状態を維持する（ステップＳ６）。
駆動信号生成部１０は、駆動信号が判定値と一致していない場合、すなわち、駆動信号１２ａがＬｏ、かつ駆動信号１２ｂがＨｉの状態に該当しない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、充電部７の制御を停止する（ステップＳ７）。駆動信号生成部１０は、次に、駆動信号１２ａおよび１２ｂの双方をＬｏに切り替えて新たにデッドタイムを設け（ステップＳ８）、次に、駆動信号１２ａ，１２ｂを判定値と同じ状態、すなわち、駆動信号１２ａをＬｏ、かつ駆動信号１２ｂをＨｉにする（ステップＳ９）。駆動信号生成部１０は、ステップＳ６を実行した後、および、ステップＳ９を実行した後、駆動信号１２ａ，１２ｂの制御を行う（ステップＳ１０）。
つづいて、制御部１１が駆動信号を生成する動作の具体的について、図６〜図８を用いて説明する。
図６は、実施の形態１にかかる直流電源装置１３が備える制御部１１の第１の制御動作例を示す図である。図６は、駆動信号１２ａがＨｉかつ駆動信号１２ｂがＬｏのときにゼロクロスが発生した場合の駆動信号１２ａ，１２ｂの制御動作のタイムチャートである。図６に示した例の場合、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値（駆動信号１２ａ＝Ｌｏ，駆動信号１２ｂ＝Ｈｉ）と一致しないタイミングでゼロクロスが発生している。この場合、駆動信号生成部１０は、ゼロクロスのタイミングで駆動信号１２ａおよび駆動信号１２ｂの状態を判定値と比較し、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値と一致していないため、駆動信号１２ａ，１２ｂの双方をＬｏに切り替えて新たにデッドタイムＴｄを設定してから、それまでＬｏであった駆動信号１２ｂをＨｉに切り替える。
図７は、実施の形態１にかかる直流電源装置１３が備える制御部１１の第２の制御動作例を示す図である。図７は、駆動信号１２ａがＬｏかつ駆動信号１２ｂがＬｏのときにゼロクロスが発生した場合の駆動信号１２ａ，１２ｂの制御動作のタイムチャートである。図７に示した例の場合、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値（駆動信号１２ａ＝Ｌｏ，駆動信号１２ｂ＝Ｈｉ）と一致しないタイミングでゼロクロスが発生している。この場合、駆動信号生成部１０は、ゼロクロスのタイミングで駆動信号１２ａおよび駆動信号１２ｂの状態を判定値と比較し、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値と一致していないため、駆動信号１２ａ，１２ｂの双方をＬｏに切り替えて新たにデッドタイムＴｄを設定してから、それまでＬｏであった駆動信号１２ｂをＨｉに切り替える。
図８は、実施の形態１にかかる直流電源装置１３が備える制御部１１の第３の制御動作例を示す図である。図８は、駆動信号１２ａがＬｏかつ駆動信号１２ｂがＨｉのときにゼロクロスが発生した場合の駆動信号１２ａ，１２ｂの制御動作のタイムチャートである。図８に示した例の場合、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値（駆動信号１２ａ＝Ｌｏ，駆動信号１２ｂ＝Ｈｉ）と一致するタイミングでゼロクロスが発生している。この場合、駆動信号生成部１０は、ゼロクロスのタイミングで駆動信号１２ａおよび駆動信号１２ｂの状態を判定値と比較し、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値と一致しているため、スイッチング素子４ａおよび４ｂの双方をオフの状態とし、ゼロクロスが発生したタイミングからの経過時間をカウントする。そして、駆動信号生成部１０は、定められた一定時間Ｔｄが経過した時点で駆動信号１２ａをＨｉにしてスイッチング素子４ａをオンの状態にする。
以上のように、実施の形態１にかかる直流電源装置１３は、三相交流電源１のゼロクロスを検出すると、充電部７を構成する直列接続されたスイッチング素子４ａおよびスイッチング素子４ｂのそれぞれの駆動信号１２ａおよび１２ｂの状態を確認し、デッドタイムでは無い場合、すなわち、駆動信号１２ａおよび１２ｂの状態が判定値と一致しない場合、新たにデッドタイムを設定してから駆動信号１２ａをＨｉに切り替える。これにより、デッドタイムとゼロクロスのタイミングにずれが生じた場合にスイッチング素子の上下短絡が発生するのを回避して素子の破壊および回路の熱損を防止することができる直流電源装置を実現できる。
実施の形態２．
実施の形態２にかかる直流電源装置は、実施の形態１にかかる直流電源装置１３と同様の構成であり、動作が一部異なる。本実施の形態では、実施の形態１と異なる動作、具体的には、図１に示す充電部７のスイッチング素子４ａおよびスイッチング素子４ｂをオンオフ制御する動作について説明する。
実施の形態１にかかる直流電源装置１３は、ゼロクロスが発生した場合に駆動信号１２ａおよび１２ｂが判定値と一致している場合はそのまま駆動信号の切り替えを行い、一致していない場合は新たにデッドタイムを設けてから駆動信号の切り替えを行うものであった。これに対して、本実施の形態にかかる直流電源装置１３は、駆動信号１２ａおよび１２ｂが判定値と一致していない場合、新たにデッドタイムを設けることは行わずに次のデッドタイムとなるのを待ち、次のデッドタイムにおいて駆動信号を切り替える。
図９は、実施の形態２にかかる直流電源装置１３の制御部１１の動作の一例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートのＳ７およびＳ８をステップＳ１１およびＳ１２に置き換えたものとなる。本実施の形態では、実施の形態１の動作と異なるステップＳ１１およびＳ１２について説明を行う。
実施の形態２にかかる直流電源装置１３の制御部１１は、ステップＳ５において駆動信号が判定値と一致していないと判定すると（ステップＳ５：Ｎｏ）、新たにデッドタイムを設けることなく制御を継続する（ステップＳ１１）。ただし、制御部１１は、ステップＳ１１では駆動信号１２ａおよび１２ｂの切り替えを行わない。その後、制御部１１は、次のデッドタイムが経過したかの確認を繰り返し行い（ステップＳ１２：Ｎｏ）、デッドタイムが経過した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、駆動信号を判定値と同じ状態にする（ステップＳ９）。制御部１１は、ステップＳ１２では、前回のデッドタイムが終了してからの経過時間がゼロクロス信号の周期Ｔｓに相当する時間に達したかを確認し、経過時間が周期Ｔｓに相当する時間に達した場合にステップＳ１０に移行する。
つづいて、実施の形態２にかかる制御部１１が駆動信号を生成する動作の具体的について、図１０〜図１２を用いて説明する。
図１０は、実施の形態２にかかる直流電源装置１３が備える制御部１１の第１の制御動作例を示す図である。図１０は、駆動信号１２ａがＨｉかつ駆動信号１２ｂがＬｏのときにゼロクロスが発生した場合の駆動信号１２ａ，１２ｂの制御動作のタイムチャートである。図１０に示した例の場合、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値（駆動信号１２ａ＝Ｌｏ，駆動信号１２ｂ＝Ｈｉ）と一致しないタイミングでゼロクロスが発生している。この場合、駆動信号生成部１０は、ゼロクロスのタイミングで駆動信号１２ａおよび駆動信号１２ｂの状態を判定値と比較し、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値と一致していないため、駆動信号１２ａおよび１２ｂの切り替えを行わずに制御を継続する。その後、デッドタイムＴｄになり、さらにこのデッドタイムＴｄが経過してから、駆動信号１２ｂをＨｉに切り替える。
図１１は、実施の形態２にかかる直流電源装置１３が備える制御部１１の第２の制御動作例を示す図である。図１１は、駆動信号１２ａがＬｏかつ駆動信号１２ｂがＬｏのときにゼロクロスが発生した場合の駆動信号１２ａ，１２ｂの制御動作のタイムチャートである。図１１に示した例の場合、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値（駆動信号１２ａ＝Ｌｏ，駆動信号１２ｂ＝Ｈｉ）と一致しないタイミングでゼロクロスが発生している。この場合、駆動信号生成部１０は、ゼロクロスのタイミングで駆動信号１２ａおよび駆動信号１２ｂの状態を判定値と比較し、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値と一致していないため、駆動信号１２ａおよび１２ｂの切り替えを行わずに制御を継続する。その後、デッドタイムＴｄが経過してから、駆動信号１２ｂをＨｉに切り替える。
図１２は、実施の形態２にかかる直流電源装置１３が備える制御部１１の第３の制御動作例を示す図である。図１２は、駆動信号１２ａがＬｏかつ駆動信号１２ｂがＨｉのときにゼロクロスが発生した場合の駆動信号１２ａ，１２ｂの制御動作のタイムチャートである。図１２に示した例の場合、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値（駆動信号１２ａ＝Ｌｏ，駆動信号１２ｂ＝Ｈｉ）と一致するタイミングでゼロクロスが発生している。この場合、駆動信号生成部１０は、ゼロクロスのタイミングで駆動信号１２ａおよび駆動信号１２ｂの状態を判定値と比較し、駆動信号１２ａ，１２ｂが判定値と一致しているため、駆動信号１２ａおよび１２ｂの状態を維持する。
以上のように、実施の形態２にかかる直流電源装置１３は、三相交流電源１のゼロクロスを検出すると、充電部７を構成する直列接続されたスイッチング素子４ａおよびスイッチング素子４ｂのそれぞれの駆動信号１２ａおよび１２ｂの状態を確認し、デッドタイムでは無い場合、すなわち、駆動信号１２ａおよび１２ｂの状態が判定値と一致しない場合、駆動信号１２ａおよび１２ｂの切り替えを行うことなく制御動作を継続して次のデッドタイムとなるまで待ち、次のデッドタイムが経過した後に、駆動信号１２ｂをＨｉに切り替える。これにより、実施の形態１にかかる直流電源装置１３と同様の効果を得ることができる。すなわち、デッドタイムとゼロクロスのタイミングにずれが生じた場合にスイッチング素子の上下短絡が発生するのを防止して素子の破壊および回路の熱損を防止することができる直流電源装置を実現できる。
つづいて、実施の形態１，２にかかる直流電源装置１３の制御部１１を実現するハードウェアについて説明する。図１３は、実施の形態１，２にかかる直流電源装置１３の制御部１１を実現するハードウェアの一例を示す図である。
実施の形態１，２にかかる直流電源装置１３の制御部１１は、図１３に示すプロセッサ２０１、メモリ２０２およびインタフェース２０３で実現することができる。
プロセッサ２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）である。メモリ２０２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。インタフェース２０３は、信号の入出力回路である。
実施の形態１，２にかかる直流電源装置１３の制御部１１を図１３に示すプロセッサ２０１およびメモリ２０２で実現する場合、制御部１１として動作するためのプログラムをメモリ２０２に予め格納しておく。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、制御部１１として動作する。
なお、図１３に示すプロセッサ２０１およびメモリ２０２は、それぞれ汎用のプロセッサおよびメモリを想定しているが、専用の処理回路で制御部１１を実現することも可能である。専用の処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。
実施の形態３．
図１４は、実施の形態３にかかる空気調和機の構成例を示す図である。図１４に示す空気調和機１００は、実施の形態１または２で説明した直流電源装置１３を備え、直流電源装置１３が生成する直流電力を利用して空気調和を行う。
図１４に示すように、実施の形態３にかかる空気調和機１００は、三相交流電源１と、実施の形態１または２にかかる直流電源装置１３と、インバータ２０と、圧縮機３０と、冷凍サイクル４０とを備える。
圧縮機３０は、インバータ２０からモータ３１および圧縮要素３２を備える。冷凍サイクル４０は、四方弁４１、室内熱交換器４２、膨張弁４３および室外熱交換器４４を備え、これらの各部は冷媒配管を介して接続されている。
インバータ２０は、直流電源装置１３が出力する直流電力を交流に変換して圧縮機３０のモータ３１に供給する。圧縮機３０のモータ３１は、インバータ２０から交流電力の供給を受けて駆動する。圧縮要素３２は、モータ３１が回転することによって、冷媒配管内の冷媒を圧縮する動作を行い、冷媒を冷凍サイクル４０の内部で循環させる。
なお、上述した各実施の形態において、直流電源装置１３は、三相交流電源１が出力する三相交流電力を直流電力に変換することとしたがこれに限定されない。単相交流電力を直流電力に変換する直流電源装置であってもよい。すなわち、図１に示した整流回路２を、単相交流電力を直流電力に変換する整流回路に置き換えた構成の直流電源装置としてもよい。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１ 三相交流電源、２ 整流回路、３ リアクトル、４ａ，４ｂ スイッチング素子、５ａ，５ｂ 逆流防止ダイオード、６ａ，６ｂ コンデンサ、７ 充電部、８ 負荷、９ ゼロクロス検出回路、１０ 駆動信号生成部、１１ 制御部、１２ａ，１２ｂ 駆動信号、１３ 直流電源装置、２０ インバータ、３０ 圧縮機、３１ モータ、３２ 圧縮要素、４０ 冷凍サイクル、４１ 四方弁、４２ 室内熱交換器、４３ 膨張弁、４４ 室外熱交換器、１００ 空気調和機。

Claims (6)

  1. 交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
    前記整流回路の一方の出力端子に一端が接続されるリアクトルと、
    前記リアクトルの他端と前記整流回路の他方の出力端子との間に直列接続される第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を備え、負荷が接続される出力端子間に直列接続される第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを充電する充電部と、
    前記交流電力の線間電圧でゼロクロスが発生するタイミングに同期して前記充電部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の双方をオフにするデッドタイムを前記ゼロクロスが発生するタイミングに基づいて設定し、前記ゼロクロスが発生した時の前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の状態が予め定められた状態と一致する場合、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の状態を反転させる、
    直流電源装置。
  2. 前記制御部は、前記ゼロクロスが発生した時の前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の状態が前記定められた状態と一致しない場合、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の双方をオフに制御してデッドタイムを新たに設定した後、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子をオンさせる、
    請求項１に記載の直流電源装置。
  3. 前記制御部は、前記ゼロクロスが発生した時の前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の状態が前記定められた状態と一致しない場合、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の状態を変化させずに次のデッドタイムが経過するまで待った後、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子をオンさせる、
    請求項１に記載の直流電源装置。
  4. 前記制御部は、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の状態を反転させる場合、まず、前記第１のスイッチング素子をオフ、かつ前記第２のスイッチング素子をオンの状態に制御し、第１の一定時間が経過後に第２のスイッチをオフ状態に制御し、第２の一定時間が経過後に前記第１のスイッチング素子をオン状態に制御して前記デッドタイムを設定する、
    請求項１から３のいずれか一つに記載の直流電源装置。
  5. 前記制御部は、前記ゼロクロスが発生したとき、前記第１のスイッチング素子がオフ、かつ前記第２のスイッチング素子がオンであれば前記定められた状態であると判定する、
    請求項４に記載の直流電源装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の直流電源装置と、
    前記直流電源装置が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    前記インバータから交流電力の供給を受けて駆動するモータを備え、冷凍サイクル内部の冷媒を圧縮する圧縮機と、
    を備える空気調和機。
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