JPH1175371A - 直流電源装置および空気調和機 - Google Patents

直流電源装置および空気調和機

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JPH1175371A
JPH1175371A JP9288861A JP28886197A JPH1175371A JP H1175371 A JPH1175371 A JP H1175371A JP 9288861 A JP9288861 A JP 9288861A JP 28886197 A JP28886197 A JP 28886197A JP H1175371 A JPH1175371 A JP H1175371A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】組立作業性が良好で電磁波ノイズの少ない小型
軽量の直流電源装置および空気調和機を提供する。 【解決手段】スイッチング素子６のオンのときに交流電
源２をリアクタ３を介して短絡してこのリアクタに強制
的に通電する第１のダイオードブリッジ４と、交流電圧
の各ゼロクロスから所定の短期間スイッチング素子をオ
ンさせると共に、この第１のオンの後所定の遅延期間後
上記短期間よりも短かい期間上記スイッチング素子を再
びオンさせる制御手段７と、を具備し、第１，第２ダイ
オードブリッジおよびスイッチング素子を１個の半導体
モジュールとして一体に構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は交流電源からの交流
を直流に変換する直流電源装置に係り、特に、交流入力
側にリアクタを直列に挿入した直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、コンデンサインプット形の直流電
源装置では、その入力電流が入力電圧＞キャパシタ電圧
の区間でしか流れず、またこの区間では電流を制限する
要素がないため、入力電流は尖頭値が大きく、通電幅の
狭いパルス状の電流となる。これを防止するため、従来
より入力回路にリアクタを挿入して力率と電源高調波と
を共に改善する方法が提案されている。しかし、これら
の効果を得るためにはインダクタンスの大きなリアクタ
が必要であり、しかも、インダクタンスが増加すると、
むしろ電流位相遅れによる直流電圧低下が大きくなり、
最大出力電力が低下する。
【０００３】そこで、本出願人はインダクタンスの小さ
いリアクタにより入力電流波形の改善と出力直流電圧の
改善を図るため、そのリアクタンスに強制通電して力率
改善と高調波低減とを共に図ることができる直流電源装
置を提案すると共に、さらに、この制御によって発生す
るリアクタの振動音を抑制するための制御方法も提案し
ている。
【０００４】図７はこの種の従来未公知の直流電源装置
の一例を示す電子回路図であり、商用電源等の交流電源
１０１の一方の出力端にリアクタ１０２を直列に挿入し
ている。
【０００５】リアクタ１０２の他端には短絡回路である
第１のダイオードブリッジ回路１０３と、整流回路であ
る第２のダイオードブリッジ回路１０４の一方の入力端
を接続し、これら第１，第２のダイオードブリッジ回路
１０３，１０４の他方の入力端には交流電源１０１の他
方の出力端を接続している。
【０００６】第１のダイオードブリッジ回路１０３の両
出力端には例えばＭＯＳＦＥＴ等よりなるスイッチング
素子１０５を接続し、このスイッチング素子１０５に、
例えばマイクロプロセッサー等よりなる制御手段１０６
を接続している。なお、図４中、符号１０７は倍電圧コ
ンデンサ、１０８は平滑コンデンサ、１０９は負荷であ
る。
【０００７】そして、制御手段１０６から所定の力率改
善パルスを、交流電圧の各ゼロクロスから所定の期間ス
イッチング素子１０５に与えることにより、このスイッ
チング素子１０５をオンオフ制御して、交流電源１０１
の出力側両端をリアクタ１０２と第１のダイオードブリ
ッジ回路１０３を介して短期間短絡し、リアクタ１０２
を強制的に通電して電源導通角を拡大するようになって
いる。このために、リアクタ１０２の大型化を招かずに
力率改善と高調波低減とを共に図ることができる。
【０００８】しかし、リアクタ１０２の強制通電と遮断
の電流急変によりリアクタ１０２に騒音が発生するの
で、制御手段１０６から力率改善パルスの出力後所定の
遅延期間を置いて所定の騒音低減パルスをスイッチング
素子１０５に与えることにより上記リアクタ１０２の騒
音も低減し得るようになっている。
【０００９】そして、交流電源１０１からの交流は、上
記力率改善パルスにより短絡した第１のダイオードブリ
ッジ回路１０３に短期間流れた後、この第１のダイオー
ドブリッジ回路１０３が開放されると、その電流が第２
のダイオードブリッジ回路１０４側に切り替わる。さら
に、騒音低減パルスにより再度短絡したときには第２の
ダイオードブリッジ回路１０４の逆回復電流を含む不連
続電流が第１，第２のダイオードブリッジ回路１０３，
１０４間を流れる。
【００１０】図８はこのような第１のダイオードブリッ
ジ回路１０３の短絡時と再短絡時に、第１，第２のダイ
オードブリッジ回路１０３，１０４同士間を流れる逆回
復電流を含む不連続電流を示しており、同図（Ａ）は第
２ダイオードブリッジ回路１０４側に流れる不連続電流
を示し、同図（Ｂ）は第１のダイオードブリッジ回路１
０３側に流れる不連続電流を示している。
【００１１】また、図９（Ａ），（Ｂ）はスイッチング
素子１０５近傍に流れる上記不連続電流の拡大図であ
る。上述した不連続電流の発生はブリッジ回路を破壊す
る可能性があり、信頼性上好ましくない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな直流電源装置では第１，第２ダイオードブリッジ１
０３，１０４とスイッチング素子１０５とが別体の半導
体モジュールにより各々構成されているので、これらの
合計の外部端子数は図７中小丸印で示すように第１のダ
イオードブリッジ１０３が４端子、第２のダイオードブ
リッジ１０４が４端子、スイッチング素子１０５が３端
子であるから、結局、合計１１端子あり、このために、
外部端子の結線を含む組立の作業性が低いうえに、信頼
性が低下するという課題がある。
【００１３】また、これら第１，第２のダイオードブリ
ッジ１０３，１０４、スイッチング素子１０５にはその
各電気定格に相応した放熱手段をそれぞれ個別に設けて
いるので、小型軽量化が妨げられている。
【００１４】さらに、スイッチング素子１０５のスイッ
チングによる不連続電流、再短絡によるスパイク状の逆
回復電流が流れる電流経路は、第２のダイオードブリッ
ジ回路１０４の第１ダイオードＤ１→第１のダイオード
ブリッジ回路１０３の第５ダイオードＤ５→スイッチン
グ素子１０５→第７ダイオードＤ８であり、３つの半導
体モジュール１０３，１０４，１０５間を流れるので、
外部へ放射される電磁波ノイズも増大するという課題が
ある。
【００１５】そこで本発明はこのような事情を考慮して
なされたもので、その目的は、組立作業性が良好で電磁
波ノイズの少ない小型軽量の直流電源装置を提供するこ
とにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１の直流電源装置
は、交流電源からの交流を直流に整流する整流回路と、
この整流回路からの直流を平滑するコンデンサと、上記
整流回路の交流入力側に直列に挿入されたリアクタと、
スイッチング素子のオンのときに上記交流電源を上記リ
アクタを介して短絡してこのリアクタに強制的に通電す
る短絡回路と、上記交流電圧の各ゼロクロスから所定の
短期間上記スイッチング素子をオンさせると共に、この
第１のオンの後所定の遅延期間後上記短期間よりも短か
い期間上記スイッチング素子を再びオンさせる制御手段
と、を具備し、上記整流回路、短絡回路およびスイッチ
ング素子を１個の半導体モジュールとして一体に構成し
ていることを特徴とする。
【００１７】この発明によれば、整流回路、短絡回路お
よびスイッチング素子を１個の外囲器にまとめて実装す
ることにより、１個の半導体モジュールとして一体に構
成しているので、従来少なくとも３個必要であった半導
体モジュールの外囲器を１個に減少させて装置全体の小
型軽量化を図ることができると共に、この外囲器の端子
数を減少させることができる。このために、これら端子
を外部部品に接続する接続作業の作業性を向上させるこ
とができるので、組立作業性を向上させることができ
る。
【００１８】また、これら整流回路、短絡回路およびス
イッチング素子の外囲器を１個の外囲器で共通化してい
るので、これら回路を個別の各外囲器を介さずに近接さ
せて配置し接続することができる。このために、その接
続経路の長さや面積を縮小することができるので、これ
ら接続経路により発生する浮遊容量やインダクタンスを
低減して信頼性を向上させることができる。
【００１９】さらに、整流回路と短絡回路には、相補的
な不連続電流と、再オン（短絡）制御による整流ダイオ
ードの逆回復電流が流れ、高周波ノイズを発生させる虞
があるが、本発明は整流回路と短絡回路とを各外囲器を
介さずに１個の外囲器内で近接配置して接続しているの
で、これら電流が流れる電流経路の長さや面積を縮小す
ることができる。このために、この内部電流経路から外
部へ放射される高周波ノイズ発生の虞を低減することが
できる。
【００２０】請求項２の直流電源装置は、半導体モジュ
ールは、２個の交流入力端子、２個の直流出力端子およ
び制御信号入力端子とを具備していることを特徴とす
る。
【００２１】この発明によれば、整流回路、短絡回路お
よびスイッチング素子の外囲器を１個の外囲器で共通化
して必要最小限の端子を取り出すことにより、半導体モ
ジュールとしての実装スペースの節約と、これら端子と
他の外部部品との接続の作業の容易性と、半導体モジュ
ールとしての信頼性の向上とを共に図ることができる。
【００２２】請求項３の直流電源装置は、半導体モジュ
ールは、制御手段をも１個の半導体モジュールに一体に
構成してなることを特徴とする。
【００２３】この発明によれば、制御手段をも、整流回
路、短絡回路およびスイッチング素子と共に１個の半導
体モジュールとして一体に構成しているので、制御手段
の外囲器をも共通化することができる。このために、装
置全体のさらなる小型軽量化を図ることができる。
【００２４】また、制御手段とスイッチング素子との接
続部が外囲器外の外部接続から外囲器内での内部接続に
変わるので、この接続部の信頼性を向上させることがで
きるうえに、制御手段の外部接続箇所を減少させること
ができるので、さらに組立作業性と信頼性とを共に向上
させることができる。
【００２５】請求項４の直流電源装置は、半導体モジュ
ールは、制御手段の制御信号入力端子をフォトカプラに
より電気的に絶縁していることを特徴とする。
【００２６】この発明によれば、制御手段の制御信号入
力端子をフォトカプラにより電気的に絶縁しているの
で、制御手段が電磁波ノイズ等により誤動作するのを未
然に防止することができる。
【００２７】請求項５の直流電源装置は、半導体モジュ
ールは、スイッチング素子制御用の電源を内蔵している
ことを特徴とする。
【００２８】この発明によれば、１個の半導体モジュー
ル内にスイッチング素子制御用の電源を内蔵しているの
で、このスイッチング素子を外部から容易に制御するこ
とができる。
【００２９】請求項６の直流電源装置は、半導体モジュ
ールは、電源からの交流を整流回路に導入するための交
流入力端子と、電源からの交流を短絡回路に導入するた
めの短絡回路入力端子とを有し、この短絡回路入力端子
と上記交流入力端子との間にヒューズを挿入しているこ
とを特徴とする。
【００３０】この発明によれば、半導体モジュールの交
流入力端子と短絡入力端に接続される外部システムと半
導体モジュールの一方に渦電流が発生した場合には、ヒ
ューズが溶断して他方への渦電流の流入を阻止するの
で、短絡回路の破壊を防止することができる。また、ヒ
ューズは交流入力端子と短絡入力端子の外部端子間に挿
入されるので、万一、ヒューズが溶断した後は、そのヒ
ューズに代わる他のヒューズを容易かつ迅速に挿入する
ことにより容易に復帰させることができる。
【００３１】請求項７の直流電源装置は、半導体モジュ
ールは、スイッチング素子のボンディングワイヤ等の内
部導体の少なくとも一部をヒューズに形成していること
を特徴とする。
【００３２】この発明によれば、スイッチング素子のボ
ディングワイヤ等の内部導体の少なくとも一部をヒュー
ズに形成しているので、このスイッチング素子とこれに
接続されている短絡回路の少なくとも一方に渦電流が流
れた場合にはこのヒューズが溶断するので、スイッチン
グ素子と短絡回路の少なくとも一方の渦電流等による破
壊を防止することができる。
【００３３】請求項８の直流電源装置は、短絡回路また
はスイッチング素子にヒューズを挿入する一方、このヒ
ューズよりも定格電流の大きいヒューズを交流電源側に
設けていることを特徴とする。
【００３４】この発明によれば、万一、短絡回路または
スイッチング素子側のヒューズが渦電流等により溶断し
た場合でも、このヒューズよりも定格電流の大きい交流
電源側のヒューズを介して引き続き交流を整流回路に供
給することができるので、応急的に継続運転することが
できる。
【００３５】請求項９の直流電源装置は、交流電源から
の交流をダイオードブリッジ回路により直流に整流する
整流回路と、この整流回路からの直流を平滑するコンデ
ンサと、上記整流回路の交流入力側に直列に挿入された
リアクタと、スイッチング素子のオンのときに上記交流
電源を上記リアクタとダイオードブリッジ回路を介して
短絡してこのリアクタに強制的に通電する短絡回路と、
上記交流電圧の各ゼロクロスから所定の短期間上記スイ
ッチング素子をオンさせると共に、この第１のオンの後
所定の遅延期間後上記短期間よりも短かい期間上記スイ
ッチング素子を再びオンさせる制御手段と、を具備し、
上記整流回路のダイオードの一部を、上記短絡回路のダ
イオードの一部として共用するように構成したことを特
徴とする。
【００３６】この発明によれば、整流回路のダイオード
の一部を、短絡回路のダイオードの一部として共用する
ので、短絡回路のダイオード数を減少させることができ
る。これにより、直流電源装置の構成の簡素化とコスト
低減とを共に図ることができる。
【００３７】請求項１０の直流電源装置は、共用ダイオ
ードが、整流ダイオードブリッジ回路の負極側にアノー
ド側を共通接続せしめた２個のダイオードであることを
特徴とする。
【００３８】この発明によれば、整流ダイオードブリッ
ジ回路の負極側に、アノード側をそれぞれ接続せしめた
２個のダイオードを、短絡ダイオードブリッジ回路のダ
イオードの一部として共用するので、短絡回路から２個
のダイオードを削減することができる。
【００３９】請求項１１の直流電源装置は、スイッチン
グ素子の駆動電源装置を、整流回路の直流出力端に接続
されるインバータ負極側ドライブ電源装置と共用するよ
うに構成したことを特徴とする。
【００４０】この発明によれば、スイッチング素子の駆
動電源装置とインバータ負極側ドライブ電源装置とを１
個の電源に削減することができる。
【００４１】請求項１２の直流電源装置は、整流回路と
短絡回路を１個の半導体モジュールとして一体に構成し
ていることを特徴とする。
【００４２】この発明によれば、整流回路と短絡回路と
を１個の半導体モジュールにより構成するので、直流電
源装置全体の小型化と低コスト化とを共に図ることがで
きる。
【００４３】請求項１３の直流電源装置は、交流を直流
に変換するコンバータ装置と、このコンバータ装置で変
換された直流を可変電圧・可変周波数の交流に変換して
圧縮機駆動電動機に供給するインバータ装置とを備えた
空気調和機において、前記コンバータ装置として請求項
１〜１２のいずれか１項に記載の直流電源装置を用いた
ことを特徴とする。
【００４４】この発明によれば、請求項１〜１２のいず
れか１項に記載の直流電源装置をコンバータ装置として
使用するので、この請求項１〜１２のいずれか１項に記
載の発明とほぼ同様の作用，効果を奏することができる
うえに、空気調和機の圧縮機駆動用の電源装置の小型軽
量化を図ることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図３を参照して説明する。なお、これらの図中、同一ま
たは相当部分には同一符号を付している。
【００４６】図１は本発明の第１の実施形態に係る直流
電源装置１の電子回路図であり、この直流電源装置１は
商用電源等の交流電源２の一方の出力端にリアクタ３を
直列に接続している。このリアクタ３の他端は、４個の
ダイオードからなり、導通方向を揃えている第１のダイ
オードブリッジ４と、全波整流器を構成している第２の
ダイオードブリッジ５のそれぞれの一方の入力端に接続
されている。第１，第２のダイオードブリッジ４，５の
それぞれの他方の入力端は交流電源２の他方の出力端に
接続されている。
【００４７】第１のダイオードブリッジ４の両出力端は
例えばバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥ
Ｔなどからなるスイッチング素子６のコレクタとエミッ
タ間に接続され、このスイッチング素子６がオンしたと
きに、第１のダイオードブリッジ４とリアクタ３を介し
て交流電源２の出力側の両端を短絡する短絡回路に構成
している。
【００４８】スイッチング素子６のゲートはマイクロプ
ロセッサ等よりなる制御手段７に接続され、この制御手
段７によってスイッチング素子６がオンオフ制御される
ようになっている。
【００４９】制御手段７の入力側には例えばフォトカプ
ラ、カレントトランスなどからなる図示しないゼロクロ
ス検出手段が設けられ、このゼロクロス検出手段の入力
側は交流電源２の出力端に接続されている。これによ
り、このゼロクロス検出手段は交流電源２の交流電圧が
零点、すなわちゼロクロス点ＯＸを通過する時点を検出
して出力される検出信号を制御手段７に供給するもので
ある。
【００５０】制御手段７は、この各ゼロクロス点ＯＸか
ら所定のオン期間、力率改善パルスをスイッチング素子
６に与えると共に、この力率改善パルスよりも所定の遅
延期間後、パルス幅が力率改善パルスよりも小さな騒音
低減パルスをスイッチング素子６に与えるものである。
【００５１】力率改善パルスは直流電源装置１の力率改
善と高調波低減の目的のために、電源電圧波形ＡＣの各
ゼロクロス点ＯＸから所定期間（例えば数mmsec ）出力
されるパルスである。騒音低減パルスは力率改善パルス
によりリアクタ３が強制的に通電されて通電流が急変す
ることにより発生するリアクタ３の騒音を低減するため
に、各力率改善パルスに所定の遅延期間後追加されるパ
ルスである。
【００５２】そして、各力率改善パルスに対する騒音低
減パルスの遅延期間と、各騒音低減パルスの再オン期間
の各々の最適値はリアクタ３の固有振動数の波長のほぼ
１／６程度であり、例えば約２０μsec 前後の極めて短
かい時間である。
【００５３】また、第２のダイオードブリッジ５の出力
端は倍電圧コンデンサ８，９と平滑用電解コンデンサ１
０を介して負荷１１に接続されている。これにより交流
電源２からの交流電圧が第２のダイオードブリッジ５と
倍電圧，平滑用電解コンデンサ８，９，１０により倍電
圧整流され、かつ平滑されて直流電圧として負荷１１に
供給されるようになっている。
【００５４】したがって、交流電源２から交流電圧が出
力されると、この交流電圧はリアクタ３を介して第２の
ダイオードブリッジ５と倍電圧，平滑用電解コンデンサ
８，９，１０からなる倍電圧整流回路に供給されて直流
電圧として負荷１１に供給されると共に、この交流電圧
がゼロクロス点ＯＸを通過すると、このゼロクロス点Ｏ
Ｘ通過がゼロクロス検出手段８により検出され、このゼ
ロクロス検出手段８から出力される検出信号により制御
手段７が駆動される。
【００５５】これにより、制御手段７は、交流電圧のゼ
ロクロス点通過後に力率改善パルスと騒音低減パルスを
所定期間発生してスイッチング素子６に与える。
【００５６】スイッチング素子６は力率改善パルスと騒
音低減パルスに対応してオン状態に駆動する。このため
に、第１のダイオードブリッジ４とリアクタ３を介して
交流電源２の両端が短絡する。これにより、力率改善パ
ルスに応答してスイッチング素子６がリアクタ３を介し
て交流電源２が短絡し、入力電圧＜キャパシタ電圧の区
間においてもリアクタ３が通電され電気エネルギーを蓄
積させることができ、交流電源２の電気導通角が拡大さ
れる。このために、直流電源装置の電源力率を改善する
と共に、高調波を低減することができる。
【００５７】また、騒音低減パルスに応答してスイッチ
ング素子６がオン動作した場合には、力率改善パルスに
よってリアクタ３が短絡された後に、リアクタ３の短絡
が解放されて短絡電流がオフとなる電流急変による騒音
を低減することができる。
【００５８】そして、上記第１，第２のダイオードブリ
ッジ４，５とスイッチング素子６の３個の回路を１個の
半導体外囲器１２ａにまとめて実装することにより１個
の半導体モジュール１２として一体に構成している。
【００５９】したがって、従来少なくとも３個必要であ
った外囲器１２ａを１個に減少させて装置全体の小型軽
量化を図ることができる。
【００６０】また、これら第１，第２のダイオードブリ
ッジ４，５とスイッチング素子６の外囲器を１個の外囲
器１２ａで共通化しているので、これら半導体回路を個
別の各外囲器を介さずに近接させて配置し接続すること
ができる。このために、その接続経路の長さや面積を縮
小することができるので、これら接続経路により発生す
る浮遊容量やインダクタンスを低減して信頼性を向上さ
せることができる。
【００６１】さらに、第１，第２のダイオードブリッジ
４，５には、相補的な不連続電流と、再オン（短絡）制
御による第２ダイオードブリッジ５の逆回復電流が流
れ、高周波ノイズを発生させる虞があるが、この実施形
態では、第１，第２のダイオードブリッジ４，５とを各
外囲器を介さずに近接配置して外囲器１２ａ内で接続し
ているので、これら電流が流れる電流経路から外部へ放
射される高周波ノイズ発生の虞を低減することができ
る。
【００６２】そして、第１，第２のダイオードブリッジ
４，５とスイッチング素子６の外囲器を１個の外囲器１
２ａで共通化しているので、この外囲器１２ａの外部端
子を図１中小丸印で示すように２個の交流入力端子ＡＣ
in、２個の直流出力端子ＤＣout 、２個の制御信号入出
力端子contの計６個に減少させることができる。
【００６３】したがって、これら６個の外部端子と、交
流電源２やリアクタ３等の外部部品との接続箇所を減少
させることができるので、これら接続作業を含む組立作
業の作業性と信頼性とを共に向上させることができる。
【００６４】また、制御手段７の入力側にフォトカプラ
等を介して図示しない交流電源ゼロクロス検出器等の外
部部品を接続することにより、制御手段７と検出器等の
外部部品とを電気的に絶縁することができるので、電磁
波ノイズにより制御手段７が誤動作するのを防止するこ
とができる。
【００６５】図２は本発明の第２の実施形態に係る直流
電源装置１Ａの電子回路図である。これは、第１，第２
のダイオードブリッジ４，５とスイッチング素子６と共
に、図示しない駆動用電源を具備している制御手段７を
も１個の外囲器１３ａにまとめて実装して１個の半導体
モジュール１３に一体に構成する一方、メインヒューズ
１４とサブヒューズ１５とを設けた点に特徴がある。
【００６６】メインヒューズ１４は交流電源２の一方の
出力端に直列に挿入され、サブヒューブ１５はリアクタ
３の一端と、外囲器１３ａの短絡回路入力端子１６との
間に直列に挿入される。メインヒューズ１４の電流定格
値はサブヒューズ１４のものよりも大きいものが使用さ
れている。短絡回路入力端子１６はリアクタ３を介して
専ら第１のダイオードブリッジ４の一方に交流を入力さ
せるための外部端子である。
【００６７】したがって、この直流電源装置１Ａによれ
ば、１個の共通の外囲器１３ａ内で、制御手段７を、第
１，第２のダイオードブリッジ４，５とスイッチング素
子６に近接配置して接続することができるので、この共
通外囲器１３ａの一層の小型化を図ることができるうえ
に、これら外囲器１３ａ内の内部接続部の長さや面積を
縮小させることができる。このために、内部接続部によ
り発生する浮遊容量やインダクタンスを低減して信頼性
を向上させることができるうえに、高周波ノイズを低減
させることができる。
【００６８】さらに、制御手段７は駆動用電源を具備し
ているので、この制御手段７に交流電源ゼロクロス検出
器等の外部部品を接続して容易に外部制御することがで
きる。
【００６９】そして、仮に、スイッチング素子６が破壊
されてもサブヒューズ１５が溶断するので、短絡回路で
ある第１のダイオードブリッジ４の破壊を防止すること
ができる。また、サブヒューズ１５が溶断しても、メイ
ンヒューズ１４の定格電流がサブヒューズ１５よりも大
きいので、交流電源２からの交流をメインヒューズ１４
を介して整流回路の第２のダイオードブリッジ５に引き
続き供給して運転させることができる。
【００７０】また、万一交流電源２から渦電流が出力さ
れた場合にはメインヒューズ１４が溶断して渦電流を防
止することができるので、リアクタ３以後の各回路部品
等の破壊を未然に防止することができる。
【００７１】図３は本発明の第３の実施形態に係る直流
電源装置１Ｂの電子回路図である。これは上記第２の実
施形態において、スイッチング素子６の例えばエミッタ
側に接続された内部導体の例えばボンディングワイヤを
ヒューズ１７に形成した点に特徴がある。
【００７２】この実施形態によれば、万一スイッチング
素子６が破壊してエミッタ側に渦電流が流れた場合で
も、ヒューズ１７が溶断することにより第１のダイオー
ドブリッジ４の破壊を防止することができる。
【００７３】したがって、図２で示すサブヒューズ１５
と、これに接続された短絡回路入力端子１６を削除する
ことができるので、組立作業性の一段の向上を図ること
ができる。
【００７４】図４は本発明の第４実施形態に係る直流電
源装置１Ｃの電子回路図である。この直流電源装置１Ｃ
は、図５で示す従来の直流電源装置１Ｄにおける整流回
路５の第３，第４ダイオードＤ３，Ｄ４を、短絡回路４
の第７，第８ダイオードＤ７，Ｄ８としても共用するこ
とにより、この第７，第８のダイオードＤ７，Ｄ８を削
減した点に主な特徴がある。
【００７５】すなわち、図５に示すように、従来の直流
電源装置１Ｄは４個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ
４によりブリッジ回路を形成することにより整流回路５
を形成する一方、４個のダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７，
Ｄ８により短絡回路４のブリッジ回路を形成している。
【００７６】また、短絡回路４はスイッチング素子６で
あるＩＧＢＴ６ａを、その駆動電源装置であり、かつ制
御手段７であるゲートドライバ電源装置７ａによりオン
オフ制御するようになっている。
【００７７】これに対し、図４で示す本発明の直流電源
装置１Ｃは整流回路５の出力端の負極側に、アノード側
を各々接続している第３，第４ダイオードＤ３，Ｄ４
を、短絡回路４の第７，第８ダイオードＤ７，Ｄ８とし
ても共用することにより、図５で示す第７，第８の短絡
ダイオードＤ７，Ｄ８を削除すると共に、ゲートドライ
バ電源装置７ａの入力側と、ＩＧＢＴ６ａのソース側を
整流出力の負極側に電気的に接続している。
【００７８】したがって、この直流電源装置１Ｃでは、
ゲートドライバ電源装置７ａによりＩＧＢＴ６ａがオン
され、その時、電源２の電圧が第１，第５ダイオードＤ
１，Ｄ５のアノード側、つまり図４中Ａ点が正極である
ときには、電源２からの電流がリアクタ３を通電してか
ら第１と第５ダイオードＤ１，Ｄ５に分流し、第１ダイ
オードＤ１に分流された電流は平滑コンデンサ１０で平
滑される。一方、第５ダイオードＤ５に分流した電流
は、さらにＩＧＢＴ６ａ→第４ダイオードＤ４→電源２
の経路で流れる。このために、電源２の出力側両端がリ
アクタ３を介して短絡され、リアクタ３が強制的に通電
され、リアクタ３にエネルギーが効果的に蓄積されるの
で、力率改善と高調波低減とを共に図ることができる。
【００７９】一方、ＩＧＢＴ６ａがオンのときに、電源
２の電圧が第１，第５のダイオードＤ１，Ｄ５のアノー
ド側、つまり図４中Ａ点が負極で、Ｂ点が正極であるこ
ときには、電源２からの電流が第２と第６ダイオードＤ
２，Ｄ６に分流し、第２ダイオードＤ２に分流した電流
は平滑コンデンサ１０→第３ダイオードＤ３の経路で流
れる。一方、第６ダイオードＤ６に分流した電流はさら
にＩＧＢＴ６ａ→第３ダイオードＤ３→リアクタ３→電
源２の経路で流れ、リアクタ３を介して電源２の出力側
両端が短絡される。
【００８０】そして、ＩＧＢＴ６ａがオフに制御され、
その時Ａ点が正極であると、リアクタ３を通した電源２
からの電流が第１ダイオードＤ１→平滑コンデンサ１０
→第４共用ダイオードＤ４の経路で電流が流れる。
【００８１】また、ＩＧＢＴ６ａがオフのときにＢ点が
正極のときは、電源２からの電流は第２ダイオードＤ２
→平滑コンデンサ１０→第３ダイオードＤ３→リアクタ
３の経路で流れる。
【００８２】したがって、第３，第４整流ダイオードＤ
３，Ｄ４を第７，第８の短絡ダイオードＤ７，Ｄ８とし
て共用しているので、これら第７，第８ダイオードＤ
７，Ｄ８を削減することにより６個のダイオードＤ１〜
Ｄ６に削減することができる。このために、直流電源装
置１Ｃの構成の簡単化とコスト低減とを共に図ることが
できる。
【００８３】さらに、この直流電源装置１ＣはＩＧＢＴ
６ａのソースを整流出力の負極側に接続しているので、
このＩＧＢＴ６ａの駆動電源として図示しないインバー
タ回路のゲートドライバ電源７ａをそのまま共用するこ
とができる。したがって、２つの電源装置を１個に削減
することができ、構成の簡単化とコスト低減とを共に図
ることができる。
【００８４】図６は上述した各直流電源装置１〜１Ｃの
いずれかを適用した空気調和機の第５の実施形態の構成
を示すブロック図である。この実施形態は交流を直流に
変換するコンバータ装置としての直流電源装置と、この
直流電源装置から出力された直流を可変電圧、可変周波
数の交流に変換して圧縮機駆動電動機に供給するインバ
ータ装置とを備えている。ここに使用した直流電源装置
は、図１に例示したもので、図１の負荷抵抗１１の代り
に、インバータ装置３０を介して、圧縮機駆動電動機３
３が接続されている。
【００８５】この空気調和機は室内機と室外機とでな
り、室内機を交流電源に接続する構成になっている。そ
して、室内機においては交流電源２から、ノイズフィル
タ２２を介して、室内制御部２３に動作電力を供給する
ようになっている。室内制御部２３にはリモコン装置２
４からの指令を受信する受信部２５、室内温度を検出す
る温度センサ２６、図示省略の室内熱交換器を通して風
を室内に循環させる室内ファン２８、吹出し空気の方向
を変えるルーバ２９が接続されている。一方、室外機に
おいても、ノイズフィルタ３１を介して、交流電源２か
ら室外制御部３５および圧縮機駆動電動機３３に動作電
力を供給するようになっている。この場合、ノイズフィ
ルタ３１の負荷側に電流値検出器３２が設けられ、この
検出信号が室外制御部３５に入力される。また、制御手
段７はノイズフィルタ３１の負荷側の交流電圧を監視し
て、ゼロクロス点を検出するゼロクロス検出器を内蔵し
ている。室外制御部３５には、室外熱交換器の温度を検
出する温度センサ３６、運転モードに応じて冷媒の循環
方向を変える四方弁３７、図示省略の室外熱交換器に風
を送り込む室外ファン３８とが接続されている。また、
室外制御部３５は室内制御部２３と送受信してインバー
タ装置３０を制御すると共に、制御手段７をオン・オフ
切り換えるリレー３４を操作する構成になっている。
【００８６】上記のように構成された空気調和機の実施
形態の概略動作について以下に説明する。
【００８７】まず、リモコン装置２４から運転開始、運
転モード、室内設定温度、室内ファンの風速、風向等の
指令が受信部２５を介して室内制御部２３に加えられ
る。これに応じて室内制御部２３は運転状態等を表示器
２７に表示し、室内ファン２８およびルーバ２９の駆動
制御を実行すると共に、設定温度と室内温度との偏差に
応じて圧縮機駆動電動機３３を駆動する電源周波数（以
下圧縮機周波数という）を演算し、運転モード信号と併
せて圧縮機周波数信号を室外制御部３５に送信する。室
外制御部３５は運転モード信号に応じて四方弁３７を励
磁（または非励磁）状態とし、圧縮機周波数に従ってイ
ンバータ装置２０を制御し、室外ファン３８を駆動する
と共に、室外熱交換器に設けた温度センサ３６の検出信
号等によって四方弁１７を制御して除霜運転等を行な
う。また、室外制御部３５は電流値検出器３２による電
流検出値が予め設定された設定値を超えると、制御手段
７の入力ラインに設けた強制短絡通電リレー３４をオン
状態とし、直流電源装置を構成するリアクタＬｉｎに対
する強制短絡通電制御を実行させる。制御手段７の強制
通電制御によって、電源高調波の低減および力率の向上
を図ると同時に、電流値検出器３２による電流検出値が
設定値を超えようとするとき、リアクタＬｉｎに対する
強制通電の位相区間を調整して、規定された制限値内で
より多くの電力を圧縮機駆動電動機３３に供給する制御
を実行する。上記実施例のように空気調和機に、本発明
の直流電源装置を用いた場合には、空気調和機の圧縮機
駆動用の電源装置の小型軽量が図れる。
【００８８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、整流回
路、短絡回路およびスイッチング素子を１個の外囲器に
まとめて実装することにより１個の半導体モジュールと
して一体に構成しているので、従来少なくとも３個必要
であった半導体モジュールの外囲器を１個に減少させて
装置全体の小型軽量化を図ることができると共に、この
外囲器の端子数を減少させることができる。このため
に、これら端子を外部部品に接続する接続作業の作業性
を向上させることができるので、組立作業性を向上させ
ることができる。
【００８９】また、これら整流回路、短絡回路およびス
イッチング素子の外囲器を１個の外囲器で共通化してい
るので、これら回路を個別の各外囲器を介さずに近接さ
せて配置し接続することができる。このために、その接
続経路の長さや面積を縮小することができるので、これ
ら接続経路により発生する浮遊容量やインダクタンスを
低減して信頼性を向上させることができる。
【００９０】さらに、整流回路と短絡回路には、相補的
な不連続電流と、再オン（短絡）制御による整流ダイオ
ードの逆回復電流が流れ、高周波ノイズを発生させる虞
があるが、本発明は整流回路と短絡回路とを各外囲器を
介さずに１個の外囲器内で近接配置して接続しているの
で、これら電流が流れる電流経路の長さや面積を縮小す
ることができる。このために、この内部電流経路から外
部へ放射される高周波ノイズ発生の虞を低減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直流電源装置の
電子回路図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る直流電源装置の
電子回路図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る直流電源装置の
電子回路図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る直流電源装置の
電子回路図。
【図５】従来の直流電源装置の電子回路図。
【図６】本発明の直流電源装置を空気調和機に用いた第
５の実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】従来未公知の直流電源装置の電子回路図。
【図８】（Ａ）は従来未公知の直流電源装置の第２のダ
イオードブリッジ回路側に流れる不連続電流の波形図、
（Ｂ）は同第１のダイオードブリッジ回路側に流れる不
連続電流の波形図。
【図９】（Ａ）は図８（Ａ）で示す不連続電流がスイッ
チング素子近傍で流れる場合の拡大電流波形図、（Ｂ）
は図８（Ａ）で示す不連続電流がスイッチング素子近傍
で流れる場合の拡大電流波形図。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 直流電源装置 ２ 交流電源 ３ リアクタ ４ 第１のダイオードブリッジ（短絡回路） ５ 第２のダイオードブリッジ（整流回路） ６ スイッチング素子 ７ 制御手段 ８，９ 倍電圧コンデンサ １０ 平滑コンデンサ １２，１３ 半導体モジュール １２ａ，１３ａ 半導体モジュールの外囲器 １４ メインヒューズ １５，１７ サブヒューズ Ｄ１〜Ｄ８ 第１〜第８ダイオード

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流電源からの交流を直流に整流する整
    流回路と、この整流回路からの直流を平滑するコンデン
    サと、上記整流回路の交流入力側に直列に挿入されたリ
    アクタと、スイッチング素子のオンのときに上記交流電
    源を上記リアクタを介して短絡してこのリアクタに強制
    的に通電する短絡回路と、上記交流電圧の各ゼロクロス
    から所定の短期間上記スイッチング素子をオンさせると
    共に、この第１のオンの後所定の遅延期間後上記短期間
    よりも短かい期間上記スイッチング素子を再びオンさせ
    る制御手段と、を具備し、上記整流回路、短絡回路およ
    びスイッチング素子を１個の半導体モジュールとして一
    体に構成していることを特徴とする直流電源装置。
  2. 【請求項２】 半導体モジュールは、２個の交流入力端
    子、２個の直流出力端子および制御信号入力端子とを具
    備していることを特徴とする請求項１記載の直流電源装
    置。
  3. 【請求項３】 半導体モジュールは、前記制御手段をも
    １個の半導体モジュールに一体に構成してなることを特
    徴とする請求項１記載の直流電源装置。
  4. 【請求項４】 半導体モジュールは、制御手段の制御信
    号入力端子をフォトカプラにより電気的に絶縁している
    ことを特徴とする請求項３記載の直流電源装置。
  5. 【請求項５】 半導体モジュールは、スイッチング素子
    制御用の電源を内蔵していることを特徴とする請求項３
    または４記載の直流電源装置。
  6. 【請求項６】 半導体モジュールは、電源からの交流を
    整流回路に導入するための交流入力端子と、電源からの
    交流を短絡回路に導入するための短絡回路入力端子とを
    有し、この短絡回路入力端子と上記交流入力端子との間
    にヒューズを挿入していることを特徴とする請求項３〜
    ５のいずれか１項に記載の直流電源装置。
  7. 【請求項７】 半導体モジュールは、スイッチング素子
    のボンディングワイヤ等の内部導体の少なくとも一部を
    ヒューズに形成していることを特徴とする請求項１〜５
    のいずれか１項に記載の直流電源装置。
  8. 【請求項８】 短絡回路またはスイッチング素子にヒュ
    ーズを挿入する一方、このヒューズよりも定格電流の大
    きいヒューズを交流電源側に設けていることを特徴とす
    る請求項１〜７のいずれか１項に記載の直流電源装置。
  9. 【請求項９】 交流電源からの交流をダイオードブリッ
    ジ回路により直流に整流する整流回路と、この整流回路
    からの直流を平滑するコンデンサと、上記整流回路の交
    流入力側に直列に挿入されたリアクタと、スイッチング
    素子のオンのときに上記交流電源を上記リアクタとダイ
    オードブリッジ回路を介して短絡してこのリアクタに強
    制的に通電する短絡回路と、上記交流電圧の各ゼロクロ
    スから所定の短期間上記スイッチング素子をオンさせる
    と共に、この第１のオンの後所定の遅延期間後上記短期
    間よりも短かい期間上記スイッチング素子を再びオンさ
    せる制御手段と、を具備し、上記整流回路のダイオード
    の一部を、上記短絡回路のダイオードの一部として共用
    するように構成したことを特徴とする直流電源装置。
  10. 【請求項１０】 共用ダイオードが、整流ダイオードブ
    リッジ回路の負極側にアノード側を共通接続せしめた２
    個のダイオードであることを特徴とする請求項９記載の
    直流電源装置。
  11. 【請求項１１】 スイッチング素子の駆動電源装置を、
    整流回路の直流出力端に接続されるインバータ負極側ド
    ライブ電源装置と共用するように構成したことを特徴と
    する請求項９または１０記載の直流電源装置。
  12. 【請求項１２】 整流回路と短絡回路を１個の半導体モ
    ジュールとして一体に構成していることを特徴とする請
    求項９〜１１のいずれか１項に記載の直流電源装置。
  13. 【請求項１３】 交流を直流に変換するコンバータ装置
    と、このコンバータ装置で変換された直流を可変電圧・
    可変周波数の交流に変換して圧縮機駆動電動機に供給す
    るインバータ装置とを備えた空気調和機において、前記
    コンバータ装置として請求項１〜１２のいずれか１項に
    記載の直流電源装置を用いたことを特徴とする空気調和
    機。
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