JPWO2012120600A1 - 電力変換装置および冷凍空調システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の構成例を示す図であり、この電力変換装置は、例えば、冷凍空調システムで利用される。はじめに、図1を参照しながら電力変換装置の構成について説明する。
スイッチ22がオン、且つスイッチ44がオフの場合を考える。整流器23には、リカバリー特性が良好な整流器42と比較し、順方向電圧が低い素子を使用する。変圧器41の巻線はインダクタ成分であるため、励磁電流を流さない場合には電流が流れない。よって、スイッチ44がオフである本ケースにおいては、転流手段4の経路には電流は流れ込まない。また、スイッチ22はオンであるから、図2Aに示した経路でリアクトル21にエネルギーが蓄積される。
スイッチ22がオフ、且つスイッチ44がオフの場合を考える。この場合も、上記の第1のモードと同様にスイッチ44がオフであり、転流手段4の経路には電流は流れ込まない。また、スイッチ22がオフであるから、図2Bに示した経路でリアクトル21のエネルギーが負荷9側に供給される。
スイッチ22がオン、且つスイッチ44がオンの場合を考える。この場合、スイッチ44がオンであるが、スイッチ22も同時にオン状態であり、電源1側のインピーダンスが低いため、転流手段4の経路にはほとんど電流は流れ込まず、図2Cに示した経路でリアクトル21にエネルギーが蓄積される。本モードは転流信号SBの伝達遅延等により、瞬間的に発生する場合があるが、使用上特に問題にならない。
スイッチ22がオフ、且つスイッチ44がオンの場合を考える。この場合、スイッチ22がオフであり、整流器23を介して負荷9側に電流が流れ込む(図2Dに示した電流経路#1)。またスイッチ44もオンしているため変圧器41が励磁され、転流手段4の経路にも電流が流れ込む(図2Dに示した電流経路#2)。そして、スイッチ22およびスイッチ44がオンの状態となってから一定時間が経過すると、電流経路#1(整流器23)を流れていた電流は整流器42側に完全に転流する。
I1=I2+I3 …(2)
I3=I4+I5 …(3)
図12は、実施の形態2の電力変換装置の構成例を示す図である。本実施の形態の電力変換装置は、実施の形態1で説明した電力変換装置を変形したものであり、具体的には、電源1,制御部6を電源1a,制御部6aに置き換え、さらに、ゼロクロス検出部100を追加したものである。本実施の形態では、実施の形態1で説明した電力変換装置と異なる部分についてのみ説明を行う。
1a−1 交流電源(単相)
1b−1 交流電源(三相)
1a−2,1b−2 整流部
2 昇圧回路
3 平滑回路
4 転流手段
5 電圧検出部
6,6a 制御部
7 駆動信号伝達部
8 転流信号伝達部
9 負荷
10 電流検出素子
11 電流検出部
21 リアクトル
22,44 スイッチ
23,42 整流器
41 変圧器
43 変圧器駆動回路
201,2011,2012,2013 基準信号生成部
202,2021,2022,2023 三角波信号生成部
203 状態記憶許可信号生成部
2111,2112,2113,2121,2122,2123 比較器
220 論理演算手段
221 論理反転部
222 論理積演算部
223 状態記憶部
100 ゼロクロス検出部
Claims (22)
- 電源供給手段と、
前記電源供給手段から供給される電圧をスイッチング制御により昇圧する昇圧手段と、
前記昇圧手段からの出力電圧を平滑する平滑手段と、
前記昇圧手段と前記平滑手段の間に配置され、前記昇圧手段側への電流逆流を防止する逆流防止素子と、
前記逆流防止素子に並列に接続され、前記逆流防止素子に流れていた電流を自身側に転流させる転流手段と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記昇圧手段は、
前記電源供給手段に接続されたリアクトルと、
前記リアクトルと前記逆流防止素子の接続点と前記電源供給手段の負側とを短絡させるためのスイッチと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記転流手段は、
前記スイッチがオンになる直前の所定期間において前記逆流防止素子に流れていた電流を転流させることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記転流手段は、
前記スイッチがオンになった後、所定期間経過後に転流動作を終了することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記転流手段は、
変圧器と、
前記変圧器を駆動するスイッチと、
前記変圧器および前記スイッチに電力を供給する電源と、
前記変圧器の2次側巻線と直列に接続され、電流の逆流を防止する逆流防止素子と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 複数のしきい値と、三角波信号またはのこぎり波信号である比較対象信号とに基づいて、前記スイッチング制御のデューティ比および前記転流手段による転流動作の実施期間を決定する決定手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記複数のしきい値は、第1のしきい値と、当該第1のしきい値と同じまたはこれよりも大きな第2のしきい値と、当該第1のしきい値と同じまたはこれよりも小さな第3のしきい値とを含み、
前記決定手段は、
前記第1のしきい値と前記比較対象信号の比較結果に基づいて前記デューティ比を決定し、前記第2のしきい値と前記比較対象信号の比較結果と、前記第3のしきい値と前記比較対象信号の比較結果とに基づいて前記実施期間を決定することを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記第1のしきい値、前記第2のしきい値および前記第3のしきい値を可変とすることを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記決定手段は、
前記複数のしきい値として複数の基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記比較対象信号を生成する比較対象信号生成手段と、
前記複数のしきい値それぞれを前記比較対象信号と比較し、当該比較結果に基づいて前記デューティ比および前記実施期間を決定する比較手段と、
を備えることを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記決定手段は、
前記比較手段が決定した実施期間を有効な決定結果として出力させるかどうかを指示する制御信号であって、そのオン・オフタイミングが可変の決定結果出力制御信号を生成する制御信号生成手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。 - しきい値と、三角波信号またはのこぎり波信号である複数の比較対象信号と、に基づいて、前記スイッチング制御のデューティ比および前記転流手段による転流動作の実施期間を決定する決定手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記複数の比較対象信号は、第1の比較対象信号と、当該第1の比較対象信号と位相および振幅が一致しかつレベルが常時同じまたはこれよりも大きな第2の比較対象信号と、当該第1の比較対象信号と位相および振幅が一致しかつレベルが常時同じまたはこれよりも小さな第3の比較対象信号とを含み、
前記決定手段は、
前記しきい値と前記第1の比較対象信号の比較結果に基づいて前記デューティ比を決定し、前記しきい値と前記第2の比較対象信号の比較結果と、前記しきい値と前記第3の比較対象信号の比較結果とに基づいて前記実施期間を決定することを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。 - 前記第1の比較対象信号、前記第2の比較対象信号および前記第3の比較対象信号のレベルを可変とすることを特徴とする請求項12に記載の電力変換装置。
- 前記平滑手段により平滑化された後の電圧値と所定の目標値との比較結果に基づいて前記スイッチング制御のデューティ比を調整する調整手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記目標値を可変とすることを特徴とする請求項14に記載の電力変換装置。
- 前記昇圧手段に流れている電流値と所定の目標値との比較結果に基づいて前記スイッチング制御のデューティ比を調整する調整手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記目標値を可変とすることを特徴とする請求項16に記載の電力変換装置。
- 前記決定手段をマイクロコンピュータのワンショットパルス発生機能を利用して実現したことを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。
- 電源供給手段は、
直流電源、または、交流電源および当該交流電源電圧を整流する整流回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記転流手段の逆流防止素子はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
- ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドによって形成されていることを特徴とする請求項20に記載の電力変換装置。
- 請求項1〜21のいずれか一つに記載の電力変換装置を備えることを特徴とする冷凍空調システム。
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