JPWO2014162519A1 - 電力変換装置及び冷凍空気調和装置 - Google Patents

Abstract

電源１と負荷９との間で電力変換を行う電力変換装置であって、負荷９側から電源１側への電流の逆流を防止する昇圧用整流部２３を有し、電源１からの電力の電圧を所定の電圧に変化させる昇圧装置２と、昇圧装置２を流れる電流を別経路に流す転流動作を行う転流動作装置及び複数の整流器４２ａ及び４２ｂを別経路上に直列に接続して構成し、転流に係る電流を整流する転流用整流部４２とを有する転流装置４とを備え、容量成分を小さくする。

Description

本発明は、電力変換装置及び冷凍空気調和装置に関するものである。

可変電圧・可変周波数のインバータ装置等が実用化されるに従って、各種電力変換装置の応用分野が開拓されている。

例えば、電力変換装置に関しては、近年、昇降圧コンバータの応用技術開発が盛んである。一方で、炭化珪素等を材料とするワイドバンドギャップ半導体素子等の開発も盛んに行われている。このような新しい素子に関して、高耐圧であっても電流容量（電流実効値の許容値）の小さい素子に関しては、整流器を中心に実用化されてきている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１６０２８４号公報（図１）

一方、高効率な新しい素子を実用化するにあたり、例えば電流容量が大きい素子に関しては、高コスト、結晶欠陥等のため、実用化に向けて多くの課題があり、普及にはまだ時間がかかると考えられる。このため、例えば、空気調和装置の圧縮機のモータ等に供給するような電力以上の電力を変換する電力変換装置に、新しい素子を用いて高効率化をはかろうとすることは現状では難しい。

本発明は、上記課題を考慮し、高効率、高信頼性等を確保することができる電力変換装置等を提供するものである。そして、電力変換に係る損失のさらなる低減をはかるようにするものである。

本発明に係る電力変換装置は、電源と負荷との間で電力変換を行う電力変換装置であって、負荷側から電源側への電流の逆流を防止する整流部を有し、該電源からの電力の電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変装置と、電圧可変装置を流れる電流を別経路に流す転流動作を行う転流動作装置と、複数の整流器を該別経路上に直列に接続して構成し、転流に係る電流を整流する転流用整流部とを有する転流装置とを備えるものである。

本発明に係る電力変換装置によれば、転流動作を行うことができる転流装置を設けることにより、電圧可変装置を流れる電流を別経路に転流させることができる。このため、例えば電圧可変装置の動作において、負荷側（平滑装置側）から電圧可変装置側（電源側）に流れるリカバリー電流を低減させることができる。このとき、複数の整流器を直列接続して転流用整流部を構成するようにしたので、転流用整流部における合成容量成分を小さくすることができる。このため、安価な整流器を用いて転流用整流部を構成しても容量成分を小さくすることができ、逆回復時間の低減、リカバリー電流抑制を低コストではかることができる。

本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態１に係るシステムの動作モードの例（その１）を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るシステムの動作モードの例（その２）を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るシステムの動作モードの例（その３）を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るシステムの動作モードの例（その４）を示した図である。 リカバリー電流の流れを説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るシステムにおいて転流制御が行われるときの信号等の波形を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る昇圧用整流部２３の逆回復時におけるリカバリー電流の経路を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る転流用整流部４２の逆回復時におけるリカバリー電流の経路を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態３に係る電力変換装置における転流装置の構成を表す図である。 本発明の実施の形態４に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態５に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態６に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態７に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態８に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態９に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態１０に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態１１に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。 本発明の実施の形態１３に係る冷凍空気調和装置の構成図である。

以下、発明の実施の形態に係る電力変換装置等について図面等を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。はじめに、図１における高効率に電力変換を行うことができる電力変換装置を有するシステム構成について説明する。

図１に示すシステムは、電源１と負荷９との間に電力変換装置が接続されている。電源１は、例えば直流電源、単相電源、三相電源等の各種電源を用いることができる。ここでは、電源１が直流電源であるものとして説明する。また、負荷９は、モータ等、そのモータ等に接続するインバータ装置等である。

電力変換装置は、電源１からの電力供給に係る印加電圧を所定電圧に昇圧する電圧可変装置となる昇圧装置（昇圧回路）２、必要なタイミングで昇圧装置２を流れる電流を異なる経路（別経路）に転流する転流装置（転流回路）４及び昇圧装置２及び転流装置４の動作に係る電圧（出力電圧）を平滑する平滑装置（平滑回路）３を有している。また、平滑装置３で得られた電圧を検出する電圧検出装置５、電圧検出装置５の検出に係る電圧に基づいて、昇圧装置２及び転流装置４を制御するための制御装置１００を有している。さらに、制御装置１００からの駆動信号ｓａを昇圧装置２に合わせた駆動信号ＳＡにして昇圧装置２に伝達する駆動信号伝達装置７及び制御装置１００からの駆動信号（転流信号）ｓｂを転流装置４に合わせた転流信号ＳＢにして転流装置４に伝達する転流信号伝達装置８を有している。

本実施の形態における昇圧装置２は、例えば電源１の正側又は負側に接続されたリアクトル等で構成する磁気エネルギー蓄積部２１、その後段に接続される昇圧用開閉スイッチ部２２（電力可変用開閉スイッチ２２）及び整流器等で構成する昇圧用整流部２３（電力可変用整流器部２３）で構成される。ここで、図１に示すように、昇圧用整流部２３を構成する整流器については、Ｂ点側をアノード側とし、Ｃ点側をカソード側とする。例えばスイッチング素子を有する昇圧用開閉スイッチ部２２は、駆動信号伝達装置７からの駆動信号ＳＡに基づいて開閉を行い、昇圧用開閉スイッチ部２２を介した電源１の正側と負側との間の導通、非導通を制御する。スイッチング素子として用いる半導体素子の種類については特に限定しないが、電源１からの電力供給に耐えることができる高耐圧の素子等を用いる（例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）等）。ここで、図１では示していないが、昇圧用開閉スイッチ部２２は、開閉動作を行うための電力供給をスイッチ動作用の電源から受けている。また、例えばｐｎ接合ダイオード等の整流器で構成する昇圧用整流部２３は、電源１側から負荷９側へ電流（電力）を整流し、負荷９側から電源１側への逆流を防止する逆流防止素子である。本実施の形態では、電源１から負荷９に供給する電力の大きさに合わせて、電流容量が大きい整流器を用いるものとする。また、昇圧用整流部２３における電力（エネルギー）損失を抑えるため、順方向電圧が低い（Ｖｆ特性がよい）素子を用いて整流を行う。逆流防止素子である昇圧用整流部２３と転流装置４とにより、負荷９側から電源１側への電流の逆流を防止する逆流防止装置となる。ここでは、昇圧装置２の昇圧用整流部２３を逆流防止素子としているが、他の素子を逆流防止素子として逆流防止装置を構成することもできる。

また、本実施の形態の転流装置４は、変圧器４１と、転流用整流部４２と、変圧器４１を駆動するための変圧器駆動回路４３を構成する素子等から構成される。図１では変圧器４１の１次側、２次側巻線の極性は同一としている。そして、変圧器４１の２次側巻線と転流用整流部４２とが直列接続される。さらに、転流用整流部４２は、昇圧装置２の昇圧用整流部２３と並列接続される。

パルストランス等を有する変圧器４１は変圧器駆動回路４３と転流動作装置を構成する。１次側巻線に電圧を印加し、励磁電流を流すことで２次側巻線に電圧を誘起して電流が流れるようにし、昇圧装置２に流れる電流を転流させる。ここで、本実施の形態の変圧器４１においては、１次側巻線と２次側巻線との巻数比等を調整している。例えば巻数比を調整する場合、変圧器４１の１次側巻線と２次側巻線とにおける巻数比をＡ：Ｂ（Ａ≧Ｂ、Ｂ＝１以上）とする。また、１次側巻線と２次側巻線とにおけるインダクタンス比を、概略Ａ^２ ：Ｂ^２ （Ａ^２ ≧Ｂ^２ 、Ｂ＝１以上）とする。巻数比の調整等をすることにより、昇圧用整流部２３（整流器）の逆回復に必要な電圧以上の電圧（約数Ｖ）を発生させつつ、余剰な電圧を抑えるように調整できることで転流装置４側に過大な電流を流す等することなく逆回復を行うことができ、省エネルギーをはかることができる。そして、以上のことを巻数比の調整等による比較的簡易な方法で行うことができる。

また、本実施の形態の変圧器４１は、１次側巻線にリセット巻線を設けている。リセット巻線を設けることで、リセット時において励磁エネルギーを変圧器用電源部４５側に回生させて電力回収を行うことができ、さらなる高効率化が可能となる。変圧器４１に関しては、後でさらに説明を行う。

転流用整流部４２は、転流に係る電流（別経路を流れる電流）を整流する。ここで、転流用整流部４２は、例えば電気的特性（特にリカバリー特性）に優れ、電流容量が小さく逆回復の時間がはやい半導体素子を含む複数の整流器を直列接続して構成している。本実施の形態では、２つの整流器４２ａ及び４２ｂを直列接続しているものとする。整流器４２ａ及び４２ｂについては、電源１から負荷９に供給する電力の経路上にあるため、高耐圧の素子とする必要がある。そのため、ここでは、特にリカバリー特性の良いシリコン製ショットキーバリアダイオード、又はＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド、窒化ガリウム）、ダイヤモンド等を材料とするワイドバンドギャップ半導体で構成する素子を転流用整流部４２の整流器４２ａ及び４２ｂに用いる。転流用整流部４２については後述する。

また、本実施の形態では、転流用開閉器４４、変圧器用電源部４５、変圧器駆動用整流部４６及び変圧器用平滑部４７で変圧器駆動回路４３を構成している。例えばトランジスタ等のスイッチング素子を有する転流用開閉器４４は、転流信号伝達装置８からの転流信号ＳＢに基づいて開閉を行い、変圧器用電源部４５から変圧器４１（１次巻線側）への電力供給、供給停止を制御する。ここで、スイッチング素子については、ゲート側と、ドレイン（コレクタ）−ソース（エミッタ）側とを絶縁する絶縁部を有していてもよい。このとき、絶縁部としてフォトカプラ、パルストランス等で構成するとよい。絶縁部を設けることで、転流装置と制御装置１００等の制御側とを電気的に切り離して、過大な電流等が制御側に流れないようにすることができる。変圧器用電源部４５は、例えば変圧器４１に電力を供給して転流装置４に転流動作を行わせるための電源となる。そして、変圧器用電源部４５が変圧器４１に印加する電圧については、昇圧装置２、転流装置４により平滑装置３に印加される電圧（出力電圧）よりも低くする。ここで、図１では特に示していないが、ノイズ対策、故障時の回路保護等を考慮して、変圧器用電源部４５、転流用開閉器４４及び変圧器４１の１次側巻線を接続している配線経路に、制限抵抗、高周波コンデンサ、スナバ回路、保護回路等を必要に応じて挿入するようにしてもよい。また、変圧器用電源部４５については、昇圧用開閉スイッチ部２２の開閉動作を行わせるための電源と共通にしてもよい。変圧器駆動用整流部４６は、変圧器駆動回路４３に流れる電流を整流して変圧器４１の１次側巻線に電力供給を行う。また、コンデンサ等を有する変圧器用平滑部４７は、変圧器用電源部４５からの電力を平滑して１次側巻線に供給する。変圧器用平滑部４７を設けて平滑を行うことで、例えば変圧器用電源部４５の急激な変動、電流の急峻な跳ね上がり等を抑えることができる。

平滑装置３は、例えば平滑用のコンデンサからなり、昇圧装置２等の動作に係る電圧を平滑して負荷９に印加する。また、電圧検出装置５は平滑装置３によって平滑された電圧（出力電圧Ｖｄｃ）を検出する。電圧検出装置５は、分圧抵抗によるレベルシフト回路等で構成される。ここで、電圧検出装置５については、必要に応じて、制御装置１００が演算処理等を行う信号（データ）にすることができるように、アナログ／デジタル変換器等を付加した構成としてもよい。

また、本実施の形態のシステムでは、電流検出素子１０及び電流検出装置１１を有している。電流検出素子１０は、電源１と昇圧用開閉スイッチ部２２の負側との接続点とにおける電流を検出するもので、例えばカレントトランス、シャント抵抗等を用いる。電流検出装置１１は、電流検出素子１０の検出に係る電流を信号として送る際に、制御装置１００が処理可能な適正値（Ｉｄｃ）の信号に変換し、制御装置１００に入力されるようにする。このため、増幅回路、レベルシフト回路、フィルタ回路等で構成される。ここで、電流検出装置１１が行っている機能を制御装置１００が代わりに処理できる場合は、回路等を適宜省略してもよい。

電圧検出装置５の検出に係る電圧及び／又は電流検出素子１０及び電流検出装置１１の検出に係る電流に基づいて、制御装置１００は駆動信号の生成、送信処理を行う。図１の電力変換装置では、電圧検出装置５、電流検出素子１０及び電流検出装置１１の両方を有しているが、いずれか一方を設け、電流のみ、電圧のみに基づいて、制御装置１００が駆動信号生成等の処理を行うようにしてもよい。

制御装置１００は、マイクロコンピュータや、デジタルシグナルプロセッサ等の演算装置、演算装置同様の機能を内部に有する装置等で構成される。本実施の形態では、例えば、電圧検出装置５、電流検出素子１０及び電流検出装置１１の検出に係る電圧、電流に基づいて、昇圧用開閉スイッチ部２２、転流用開閉器４４を動作させる指示のための信号を生成し、昇圧装置２、転流装置４を制御する。ここで、図１では示していないが、制御装置１００は、処理動作を行うための電力供給を、制御装置動作用の電源から受けている。この電源については、変圧器用電源部４５と共通にしてもよい。また、本実施の形態では、制御装置１００は昇圧装置２及び転流装置４の動作を制御するものとして説明するが、これに限定するものではない。例えば、２つの制御装置が、昇圧装置２、転流装置４をそれぞれ制御するようにしてもよい。

駆動信号伝達装置７は、例えば、バッファ、ロジックＩＣ、レベルシフト回路等により構成され、駆動信号ｓａを駆動信号ＳＡに変換して昇圧装置２に伝達する。ただし、例えば、制御装置１００内にその機能を内蔵する場合等であれば、適宜省略可能である。その場合、制御装置１００が送る駆動信号ｓａを駆動信号ＳＡとして、昇圧用開閉スイッチ部２２の開閉操作を直接行うようにすればよい。また、転流信号伝達装置８も、駆動信号伝達装置７と同様に、通常、バッファやロジックＩＣ、レベルシフト回路等により構成され、転流信号ｓｂを転流信号ＳＢに変換して転流装置４に伝達する。ただし、制御装置１００内にその機能を内蔵する場合等であれば、適宜省略可能である。その場合は、制御装置１００が送る転流信号ｓｂを転流信号ＳＢとして、転流用開閉器４４の開閉操作を直接行うようにすればよい。以後、駆動信号ＳＡは制御装置１００からの駆動信号ｓａと同じであるものとし、転流信号ＳＢは転流信号ｓｂと同じであるものとして説明する（このため、以後、駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂとする）。

図２〜図５は、本発明の実施の形態１に係るシステムの動作モードの例を示した図である。次に、図１等のシステムに関する動作について説明する。本システムにおける電力変換装置の電力変換動作（本実施の形態では昇圧動作）は、昇圧チョッパーに転流装置４における転流動作を加えたものとなる。このため、昇圧用開閉スイッチ部２２及び転流用開閉器４４の開閉状態の組み合わせに基づいて、合計４モードの動作モードが存在する。

まず、昇圧用開閉スイッチ部２２がオン（閉止）、且つ転流用開閉器４４がオフ（開放）の状態の場合を考える。通常、昇圧用整流部２３は、リカバリー特性が良好な転流用整流部４２と比較して、順方向電圧が低い素子を用いる。また、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、転流用開閉器４４がオフである本ケースについては、転流装置４を設けた経路（別経路）では電流は流れない。そして、昇圧用開閉スイッチ部２２はオンであるから、図２の経路で電源１の正側と負側とが導通して電流が流れる（このため、昇圧用整流部２３を介した経路には電流が流れない）。これにより、磁気エネルギー蓄積部２１にエネルギーを蓄積することができる。

次に、昇圧用開閉スイッチ部２２がオフ、且つ転流用開閉器４４がオフの場合を考える。この場合も、転流用開閉器４４がオフであるため、転流装置４を設けた経路では電流は流れない。また、昇圧用開閉スイッチ部２２がオフであるから、図３の経路（昇圧用整流部２３を介した経路）で磁気エネルギー蓄積部２１のエネルギーを、平滑装置３を介して負荷９側に供給することができる。

さらに昇圧用開閉スイッチ部２２がオン、且つ転流用開閉器４４がオンの場合を考える。この場合、転流用開閉器４４がオンであるが、昇圧用開閉スイッチ部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、転流装置４を設けた経路ではほとんど電流は流れない。このため、図４の経路で電流が流れ、磁気エネルギー蓄積部２１にエネルギーを蓄積することができる。本動作モードは制御として行わない動作モードである。転流信号ｓｂの伝達遅延等により、瞬間的に本動作モードとなる場合があるが、使用上、特に問題にならない。

そして、昇圧用開閉スイッチ部２２がオフ、且つ転流用開閉器４４がオンの場合を考える。この場合、昇圧用開閉スイッチ部２２がオフであるため、昇圧用整流部２３を介して負荷９側に電流が流れ込む（電流経路１）。また、転流用開閉器４４がオンしているため変圧器４１が励磁され、図５の通り、転流装置４を設けた経路でも電流が流れる（電流経路２）。そして、この状態が一定時間経過すると、完全に転流し、転流装置４を設けた経路のみに電流が流れることとなる。ただし、システム条件、負荷条件等により、所定比率の電流を転流することで足りる場合には、完全な転流完了前に転流動作を終了してもよい。このような場合でも、相当のリカバリー電流低減効果を得ることができる。

以上の各動作モードより、昇圧用開閉スイッチ部２２がオフ、且つ転流用開閉器４４がオンしているときに転流動作が生ずるものの、昇圧用開閉スイッチ部２２の開閉による磁気エネルギー蓄積部２１へのエネルギー蓄積動作は、昇圧チョッパーを踏襲したものとなる。よって昇圧用開閉スイッチ部２２がオン時間Ｔｏｎ、オフ時間Ｔｏｆｆ で、繰り返しスイッチング（開閉）を行うと、Ｃ点には、ＥＣ ＝（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ ）・Ｅ１ ／Ｔｏｆｆ となる平均電圧ＥＣ が印加され、昇圧が行われることになる。ここでは簡単化のため、電源１の電圧をＥ１ としている。

図６は、リカバリー電流の流れを説明するための図である。昇圧用整流部２３として、例えばｐｎ接合ダイオード等を用いている場合、昇圧用整流部２３が逆回復（逆方向の電流を阻止）するまでの間、図６に示すような経路で短絡電流が流れることとなる（以後、この短絡電流をリカバリー電流と称す）。そして、負荷９（平滑装置３）側から電源１側に流れようとするリカバリー電流により回路損失が増大する。また、本電流がコモンモード電流を変位させる要因となり、雑音端子電圧・放射雑音等のレベルが上昇する。このため、ノイズ対策に費用がかかる。また、ノイズフィルタ（図示せず）が大型になり、設置スペースの自由度が制限される。

また、通常、整流器等においては、電流容量増加に伴い、蓄積キャリア量は増加していく傾向にある。そのため、電流容量が増加すると、逆回復の遅れ等によりリカバリー電流も増加していくこととなる。また、印加する逆バイアス電圧が大きくなることでも、リカバリー電流は増加していくこととなる。

そこで、本実施の形態では、電流容量の大きい昇圧用整流部２３に対して、高い逆バイアス電圧を印加して逆回復を行うのではなく、転流用の別経路を設け、昇圧用開閉スイッチ部２２をオンする（閉じる）直前のタイミングで、転流装置４の変圧器４１及び転流用整流部４２を介して低い逆バイアス電圧を昇圧用整流部２３に印加して逆回復させてから、昇圧用開閉スイッチ部２２をオンするように制御（以下、転流制御という）する。

そして、制御装置１００は、駆動信号ｓａをオンする直前に、転流装置４の転流信号ｓｂをオンし、変圧器４１を介して昇圧用整流部２３に流れている電流が転流用整流部４２に転流するようにする信号の生成を行う。

図７は、本発明の実施の形態１に係るシステムにおいて転流制御が行われるときの信号等の波形を示す図である。図７では、転流装置４を動作させる（転流信号ｓｂを送信する）場合における駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂ、変圧器４１の１次側巻線に係る電圧Ｖ１及び２次側巻線に係る電圧Ｖ２並びに電流Ｉ１〜Ｉ５の波形を示している。

駆動信号ｓａは、前述したように、制御装置１００が昇圧装置２の昇圧用開閉スイッチ部２２を動作させるために送る駆動信号である。また、転流信号ｓｂは、制御装置１００が転流装置４の転流用開閉器４４を動作させるために送る駆動信号である。ここで、駆動信号ｓａはＰＷＭ信号であり、ＨＩ側をアクティブ方向（オン方向）とする。駆動信号ｓａがオンすると昇圧用開閉スイッチ部２２がオンし（閉じ）、オフすると昇圧用開閉スイッチ部２２がオフする（開く）。また、転流信号ｓｂもＰＷＭ信号であり、ＨＩ側をアクティブ方向（オン方向）とする。また各電流波形は、電源１を投入してから、出力電圧Ｖｄｃ、負荷９に対する出力が一定になるように駆動信号ｓａのオン時間・オフ時間を制御し、十分時間が経過した後の例を示している。そして、駆動信号ｓａのデューティ比（オン時間とオフ時間の比率）はほぼ一定値を示している。

電圧Ｖ１は、変圧器４１の１次側巻線間における電圧の概略波形を示している。また、電圧Ｖ２は変圧器４１の２次側巻線間における電圧の概略波形を示している。

電流Ｉ１は電源１と昇圧装置２との間（磁気エネルギー蓄積部２１）を流れる電流波形を示している。電流Ｉ２は昇圧装置２の昇圧用開閉スイッチ部２２を流れる電流波形を示している。電流Ｉ３は、図１におけるＡ点とＢ点と間を流れる電流波形を示している。ここで、電流Ｉ１は電流Ｉ２と電流Ｉ３とに分岐する（Ｉ１＝Ｉ２＋Ｉ３）。

また、電流Ｉ４は昇圧用整流部２３を流れる電流波形を示している。電流Ｉ５Ａは変圧器４１の１次巻線を流れる電流波形を示している。電流Ｉ５Ｂは変圧器４１の２次巻線を流れる電流波形を示している。ここで、電流Ｉ３は電流Ｉ４と電流Ｉ５Ｂとに分岐する（Ｉ３＝Ｉ４＋Ｉ５Ｂ）。

本実施の形態の電力変換装置においては、変圧器４１の１次側巻線と２次側巻線との巻数比を調整しているので、図７に示すように、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との大きさを任意に異ならせることができる。また、電流Ｉ５Ａと電流Ｉ５Ｂとの大きさも異なる。電圧Ｖ２を調整することにより、転流に係る電力を抑えることができ、省エネルギーをはかることができる。

次に図１及び図７を参照しながら駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂと流れる電流との関係について説明する。駆動信号ｓａをオンする（昇圧用開閉スイッチ部２２をオンする）直前で転流信号ｓｂがオンすると、励磁電流により変圧器４１の２次側巻線に電流が流れ始める。よって、昇圧用整流部２３側と転流用整流部４２側（別経路）に電流が分流して流れ始める。その後、転流信号ｓｂのオン状態を維持すると、昇圧用整流部２３側に電流が流れなくなり、転流用整流部４２側に、全て電流が流れることとなる（転流完了）。

このとき、変圧器用電源部４５に係る印加電圧が昇圧装置２の出力電圧（Ｃ点−Ｄ点間電位等）と比較して十分低い電圧になるように設定しておくことで、低い逆バイアス電圧でも昇圧用整流部２３をオフ（逆回復）させることが可能となる。

そして、この状態で駆動信号ｓａをオンする。このとき、転流用整流部４２において逆回復動作が行われる。この場合にもリカバリー電流は生じる。しかしながら、転流用整流部４２の逆回復における通流時間は昇圧用整流部２３と比較してごく短時間であるため、転流用整流部４２に必要とされる実効電流の値は小さくてすむ。よって蓄積キャリア量の少ない、小電流容量の素子を用いることでき、昇圧用整流部２３と比較してリカバリー電流低減が可能となる（ただし、ピーク電流は考慮して素子を選定する）。

図８は本発明の実施の形態１に係る昇圧用整流部２３の逆回復時におけるリカバリー電流の経路を示す図である。転流信号ｓｂがオフからオンになると、昇圧用整流部２３の逆回復時におけるリカバリー電流は、変圧器４１の２次側巻線（転流用整流部４２との接続側）→転流用整流部４２→昇圧用整流部２３→変圧器４１の２次側巻線（図３のＢ点側）の経路で流れる。

ここで、昇圧用整流部２３の逆回復に係る電流を転流装置４に流すために必要な電圧は、転流装置４の変圧器用電源部４５の電圧レベルに依存する。例えば外部電源等、変圧器用電源部４５をシステムとは独立して電力供給を行えるような場合は変圧器用電源部４５に調整を施せばよい。一方、システム制約により、システム内で必要な電力を作成する電源を利用したいという場合がある。このような場合には、例えばシステム内の制御装置用電源を得る等の目的で設置されるスイッチング電源等の任意の１出力を用いることとなる。

転流装置４が転流動作を行うのは、昇圧用整流部２３におけるリカバリー電流発生を抑えるためのものである。このため、昇圧用整流部２３の逆回復に必要な電圧が得られ、対応する電流を流すことができれば、電力変換に直接寄与しない転流動作に係る電力が少ない方が、効率が良く、省エネルギーである。しかしながら、この電源が、必ずしも転流装置４の動作において適当な電圧を印加することができない場合もあり得る。昇圧用整流部２３の逆回復に必要な電圧より過大な高電圧が印加され、その電圧に対応する電流が流れると、この電圧とリカバリー電流との積で表される電力分だけリカバリーロスが大きくなることになる。また、適当な電圧を印加するために例えば新たにな出力を設ける等、スイッチング電源の多出力化等で対応しようとすると、システムのコストアップに繋がる。

そこで、変圧器用電源部４５の電圧レベルに応じて、変圧器４１の巻線比等を設定すると、昇圧用整流部２３の逆回復において、転流装置４側に無駄なく適当な電圧印加及び電流を流すことができる。

変圧器４１の１次側巻線と２次側巻線とにおける巻数比がＡ：Ｂの場合には、転流用開閉器４４がオンして１次側巻線に電圧Ｖ１が誘起されると、２次側巻線の電圧Ｖ２は、Ｖ２＝（Ｂ／Ａ）・Ｖ１となる。インダクタンス比Ａ^２ ：Ｂ^２ の場合には、Ｖ２＝（Ｂ^２ ／Ａ^２ ）・Ｖ１となる。Ａ≧Ｂであるので、変圧器４１の巻線を調整することで電圧Ｖ２は電圧Ｖ１以下とすることができる。このように、巻線比、インダクタンス比によって、２次側巻線に係る電圧と１次側巻線に係る電圧とは一意に定まる。

昇圧装置２の昇圧用整流部２３の逆回復に必要となる適当な電圧を昇圧用整流部２３の両端に印加できるように、回路パターンのインピーダンス、開閉器のオン電圧等を考慮し、転流装置４の変圧器４１の巻線設定を行う。適当な電圧を転流装置４側に印加できるようにしたことで、昇圧用整流部２３の逆回復を必要以上に高い電圧により行うことなく、ロスを少なくすることができる。

また、図７で示すように、転流が完了したときに、１次巻線に電流Ｉ５Ａ、２側巻線に電流Ｉ５Ｂの電流が流れているとするとアンペア・ターン則によりＡ・Ｉ５Ａ＝Ｂ・Ｉ５Ｂが成り立つ。このため、変圧器４１の１次側巻線に流れる電流Ｉ５Ａは２次側巻線に流れる電流Ｉ５ＢのＢ／Ａ倍となり、１次巻線側の戻り電流は、２次巻線側に流れる電流よりも小さく抑えることができる。このため、１次巻線と接続する各素子の電流容量に過度なスペックを持たせなくても、必要な電圧を印加することが可能となる。したがって、変圧器４１の巻数設定を行うことで、過度なコストアップせずにリカバリー損失の低減をはかることができる。ここで、本実施の形態システムでは、１次巻線と２側巻線とにおける巻線比、インダクタンス比が調整によって異なったものになることが基本となっているが、調整を行ったことによって、巻線比、インダクタンス比が１：１となることを妨げるものではない。

図９は本発明の実施の形態１に係る転流用整流部４２の逆回復時におけるリカバリー電流の経路を示す図である。転流信号ｓｂがオンからオフになると、平滑装置３（正側）→転流用整流部４２→昇圧用開閉スイッチ部２２→平滑装置３（負側）の経路でリカバリー電流が流れることになる。

転流用整流部４２においては、上述したように、ワイドバンドギャップ半導体等、特性良好な素子を用いることが望ましい。しかしながら、極力コストを抑制したい等、使用するシステムによって事情等があることがある。

ここで、整流器に着目すると、転流用整流部４２の逆回復時の経路における整流器４２ａ、４２ｂは主に容量成分とみなすことができる。整流器４２ａにおける逆回復時の容量成分をＣ_４２ａ （ｔ）とする。また、整流器４２ｂにおける逆回復時の容量をＣ_４２ｂ （ｔ）とする。このとき、転流用整流部４２における合成容量成分Ｃ（ｔ）は、概ね次式（１）で表すことができる。

［数１］
Ｃ（ｔ）＝Ｃ_４２ａ （ｔ）・Ｃ_４２ｂ （ｔ）／｛Ｃ_４２ａ （ｔ）＋Ｃ_４２ｂ （ｔ）｝
…（１）

式（１）から、合成容量成分Ｃ（ｔ）の値は、通常、Ｃ_４２ａ （ｔ）又はＣ_４２ｂ （ｔ）の値より小さい値となる。このため、転流用整流部４２において複数の整流器４２ａ及び４２ｂを直列接続して構成することで、等価的に逆回復時間に影響する整流器の容量成分を低減することができ、結果としてリカバリー電流を抑制することができる。

以上のことから、逆回復特性が良好で高価な整流器を１素子用いて転流用整流部４２を構成するよりも、逆回復特性は高価な整流器ほど良くないとしても、安価な複数の整流器を個直列接続して転流用整流部４２を構成する方が、同程度の特性を維持しつつ、コストを抑えることができる。

また、複数の整流器を直列接続していれば、１つが短絡故障した場合等にも、他の整流器で整流を行うことが可能であるため、信頼性高くシステム保護を行うことができる。そして、転流用整流部４２の逆回復時の経路に電流が流れる場合、転流用整流部４２には、平滑装置３の両端の電圧以上の耐圧特性が必要となるが、例えば複数の整流器４２ａ及び４２ｂを用いて転流用整流部４２を構成することで、耐圧特性面からもより信頼性高いシステム構築を行うことができる。ここで、本実施の形態においては、２つの整流器４２ａ及び４２ｂを直列接続しているが、接続する整流器の数を限定するものではない。

以上の結果、実施の形態１のシステムでは、電力変換装置に転流装置４を設け、昇圧装置２を流れる電流を別経路で平滑装置３側に転流させるようにすることで、例えば昇圧用開閉スイッチ部２２がオン（ターンオン）する前に昇圧用整流部２３を逆回復させ、昇圧用開閉スイッチ部２２がオンすることで流れるリカバリー電流を、順方向電圧は低いが多くのリカバリー電流が流れる昇圧用整流部２３ではなく、逆回復に係る時間が短く、リカバリー特性のよい転流用整流部４２を介して流れるようにすることで、電力変換装置におけるリカバリー電流を低減することができる。また、転流動作が行われていないとき（通常時）には、順方向電圧が低い昇圧用整流部２３を電流が流れることになるため、昇圧装置２の電力変換における動作中の損失も抑えることができる。このため、例えば、昇圧用整流部２３として電流容量が大きい素子を用いる等しても、昇圧装置２における素子の電流容量、素子のリカバリ特性等に関係なく、リカバリー損失・通流損を低減することができる。このため、転流装置４の転流動作等を行うものの、システム全体として、リカバリー電流に起因する損失、及びノイズ量（雑音端子電圧・放射雑音等のレベル）を低減することが可能となる。

また、複数の整流器４２ａ及び４２ｂを直列接続して転流用整流部４２を構成するようにしたので、転流用整流部４２における容量成分を小さくすることができ、逆回復時間を低減し、リカバリー電流抑制をはかることができる。また、安価な整流器を用いて構成しても、特性を損なうことなく低コストで転流用整流部４２を構成することができる。

また、本実施の形態においては、変圧器４１における１次側巻線と２次側巻線との巻数比等を調整し、転流動作において２次側巻線における電圧が、昇圧用整流部２３の逆回復に必要な電圧以上を確保しつつ、余剰な電圧とならないようにすることで、転流装置４側に過大な電流が流れることなく逆回復を行うことができる。このため、電力変換に直接的に寄与しない転流動作に係る電力を低減することができるので、電力変換装置全体としての損失を低減することができ、省エネルギーをはかることができる。そして、変圧器４１における巻数比等を調整することで、実現を容易にすることができる。また、変圧器４１のインダクタンス成分により電流の急峻な跳ね上がりを抑制することができるのでノイズの発生を抑えることができる。このため、容量等に関係なく、ノイズが生じやすい大容量を扱う装置についても適用可能である。

また、転流装置４の変圧器４１の１次側巻線にリセット巻線を設けることで、リセット時の電力回収を行うことができ、高効率に変圧器４１を動作させることができる。さらに、転流装置４において変圧器の変圧器用電源部４５と変圧器４１の１次側巻線との間に変圧器用平滑部４７を設けるようにしたので、変圧器用電源部４５の急激な変動や電流の急峻な跳ね上がりを抑制した電力供給を行うことができる。ただし、使用態様によりリセット巻線が不要な場合は、必ずしもリセット巻線を設けなくてもよい。

また、転流用整流部４２にワイドギャップバンド半導体を用いるようにしたので、低損失の電力変換装置を得ることができる。また、電力損失が小さいため、素子の高効率化をはかることができる。ワイドギャップバンド半導体は許容電流密度が高いため、素子の小型化をはかることができ、素子を組み込んだ装置も小型化することができる。ここで、転流用整流部４２だけでなく、例えば転流用開閉器４４等、システム全体として損失に影響しない場合には、他の素子にワイドギャップバンド半導体を用いることもできる。

ここで、転流用整流部４２には、ワイドギャップバンド半導体の他にも、例えば順電圧が低く、ロスの少ない高耐圧なショットキーバリアダイオード等を用いてもよい。これらの素子は、電流実効値の許容値が大きい仕様になるにつれ、結晶欠陥の増大や、コストアップが大きくなる。本実施の形態の電力変換装置（システム）では、別経路での電流が流れる時間が短いため、転流装置における整流器は、電流実効値の許容値が小さい（電流容量が小さい）素子を使用することができ、コストパフォーマンス良好な高効率の電力変換装置を実現することができる。

また、変圧器４１を介して昇圧装置２、変圧器４１の２次側巻線及び転流用整流部４２と変圧器駆動回路４３、制御装置１００及び転流信号ｓｂとの間を絶縁することができるため、転流信号ｓｂ（転流信号ＳＢ）の送信を比較的簡易に行うことができる。そして、高い電圧が印加される装置と低い電圧で動作する装置とを電気的に分離させることができる。また、安全性、信頼性が高いシステムの構築を行うことができる。ここで、本実施の形態では変圧器４１と変圧器駆動回路４３とにより転流動作装置を構成しているが、上記のような効果は発揮できない可能性はあるものの、電流を別経路に転流する転流動作を行うことができれば装置構成を変更することができる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１０において、図１と同じ符号を付している装置等については、実施の形態１で説明したことと同様の動作等を行う。

図１０において、転流用開閉器４４ａ及び４４ｂは、実施の形態１で説明した転流用開閉器４４と同様に、転流信号ｓｂに基づいて、変圧器用電源部４５から変圧器４１の１次巻線への電力供給、供給停止を制御する。本実施の形態のシステムにおいては、転流用開閉器４４ａ及び４４ｂの両方を転流信号ｓｂに基づいて開閉制御することで、転流用開閉器４４ａ又は４４ｂの一方が、例えば短絡故障してしまった場合でも、転流動作を継続して行うことができる。このため、システム（装置）の信頼性を高めることができ、システム保護をはかることができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置における転流装置の構成を表す図である。図１１において、図１と同じ符号を付している装置等については、実施の形態１で説明したことと同様の動作等を行う。

図１１において、電流検出部２００は、電流検出素子等を有し、変圧器４１の１次側巻線（変圧器駆動回路４３）に流れる電流に係る信号を制御装置１００に送る。電流検出部２００はカレントトランス、抵抗等を有している。制御装置１００は、電流検出部２００から送られる信号に基づいて、あらかじめ設定した想定電流値以上の電流が流れたものと判断すると、転流信号ｓｂの送信を停止してオフにする。転流用開閉器４４の動作を停止させ、変圧器駆動回路４３に電流が流れないようにし、転流装置４の転流動作を停止させることで、システム（装置）の信頼性を高めることができ、システム保護をはかることができる。また、検出した電流に基づいて、転流動作の時間の短縮、転流装置４の停止を判断することで、変圧器４１の磁束飽和等を防止することができ、信頼性を高くすることができる。

実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１２において、図１と同じ符号を付している装置等については、実施の形態１で説明したことと同様の動作等を行う。本実施の形態の電流制限部４８は、例えば抵抗等を有し、転流動作において転流装置４に流れる電流を制限する。

上述した実施の形態１等では、変圧器４１を有し変圧器４１の巻線比等を調整した。そして、昇圧用整流部２３の逆回復に必要な電圧以上で余剰にならない電圧を２次側巻線に印加することで転流装置４側に過大な電流が流れないようにしていた。本実施の形態では、電流制限部４８によって、転流動作において転流装置４に流れる電流が過大にならないように調整するものである。

本実施の形態のように、電流制限部４８を用いることによって、転流装置４の回路構成を簡単にすることができる。ここで、実施の形態１等のように変圧器４１を用いた場合と比較すると、電流は急峻に立ち上がることになる。ノイズが発生する可能性があるが、比較的小容量の電力変換を行う装置に対して適用効果がある。

実施の形態５．
図１３は本発明の実施の形態５に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１３において、図１２と同じ符号を付している装置等については、実施の形態４で説明したことと同様の動作等を行う。

本実施の形態の電力変換装置は、図１３に示すように、実施の形態４の変圧器用電源部４５の代わりに、電源１から供給される電力に基づいて、転流装置４の電源とする電源生成装置６を有している。ここで、図１３では電源生成装置６が転流装置４から独立しているように見えるが、特に独立した構成でなくてもよい。

本実施の形態の電源生成装置（電源生成回路）６は、電源生成用平滑部６２及びスイッチング電源部６３を有している。スイッチング電源部６３は、供給される電力を転流装置４を駆動させるための電力に変換する。本実施の形態では、直流電源である電源１から電力変換装置に供給される電力に基づいて変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータで構成する。また、電源生成用平滑部６２はスイッチング電源部６３からの電力を平滑する。

以上のように、本実施の形態の電力変換装置では、転流装置４に供給する電力を、システム内において得ることができる。

実施の形態６．
図１４は本発明の実施の形態６に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１４において、図１、図１３等と同じ符号を付している装置等については、実施の形態１、５等で説明したことと同様の動作等を行う。

本実施の形態の電力変換装置は、図１４に示すように、実施の形態１等の変圧器駆動回路４３の一部を構成していた変圧器用電源部４５の代わりに、電源１から供給される電力に基づいて、変圧器駆動回路４３の電源とする電源生成装置６を有している。ここで、図１４では電源生成装置６が変圧器駆動回路４３から独立しているように見えるが、特に独立した構成でなくてもよい。

本実施の形態の電源生成装置（電源生成回路）６は、電源生成用平滑部６２及びスイッチング電源部６３を有している。スイッチング電源部６３は、供給される電力を変圧器駆動回路４３（変圧器４１）を駆動させるための電力に変換する。本実施の形態では、直流電源である電源１から電力変換装置に供給される電力に基づいて変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータで構成する。また、電源生成用平滑部６２はスイッチング電源部６３からの電力を平滑して変圧器駆動回路４３（変圧器４１の１次側巻線）に供給する。

以上のように、本実施の形態の電力変換装置では、転流装置４（変圧器駆動回路４３）に供給する電力を、システム内において得ることができる。

実施の形態７．
図１５は本発明の実施の形態７に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１５において、図１４等と同じ符号を付している装置等については、実施の形態６等で説明したことと同様の動作等を行う。

本実施の形態の電力変換装置では、昇圧装置２に変圧部２５を有している。変圧部２５は、変圧器等で構成し、昇圧用開閉スイッチ部２２の開閉により１次側巻線に流れる電流に基づいて２次側巻線に電圧を誘起し、電源生成装置６に印加する。また、電源生成装置６は電源生成用整流部６１を有している。電源生成用整流部６１は、ダイオード等の整流器等で構成し、変圧部２５による電圧印加により流れる電流を整流する。そして、電源生成用平滑部６２において平滑して変圧器駆動回路４３（変圧器４１の１次側巻線）に変圧器４１の一次側巻線に電力を供給する。また、変圧部２５を磁気エネルギー蓄積部２１に含めてもよい。すなわち、磁気エネルギー蓄積部２１の少なくとも１部を変圧器的に用い、リアクトルに補助（２次）巻線を設ける等してエネルギーの一部を取り出し、電源生成装置６で必要とされる電力を供給してもよい。このようにすることで、システム構成、負荷等の諸条件によっては部品点数を削減でき、小型化できる場合がある。

以上のように、本実施の形態の電力変換装置では、転流装置４（変圧器駆動回路４３）に供給する電力を、電力変換装置（昇圧装置２）から得ることができる。昇圧装置２の昇圧用開閉スイッチ部２２を用いることができるので、転流装置４の電源生成のための素子（部品）数を抑えることができ、コストの削減をはかることができる。また、昇圧装置２の動作と転流装置４の動作とを同期させることができる。例えば昇圧装置２が動作していなければリカバリー電流が発生せず、転流装置４を動作させる必要がないため、待機電力を低減することができる。さらに、転流装置４を有しない装置を構成する回路基板等との間で、ベース回路の共用を容易に行うことができる。

実施の形態８．
図１６は本発明の実施の形態８に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１６において、図１５等と同じ符号を付している装置等については、実施の形態７等で説明したことと同様の動作等を行う。

本実施の形態は、構成機器等については、実施の形態７と同じである。実施の形態７では、変圧部２５を昇圧用整流部２３と並列接続していた（Ａ点と昇圧用開閉スイッチ部２２との間に接続していた）。本実施の形態では、昇圧用整流部２３と直列接続している（磁気エネルギー蓄積部２１とＡ点との間に接続している）。以上のように電力変換装置を構成した場合でも、転流装置４（変圧器駆動回路４３）に供給する電力を、電力変換装置（昇圧装置２）から得ることができ、実施の形態５等における電力変換装置と同様の効果を奏する。

実施の形態９．
図１７は本発明の実施の形態９に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１７において、図１４等と同じ符号を付している装置等については、実施の形態６等で説明したことと同様の動作等を行う。

本実施の形態の電力変換装置は、電源１を、単相交流電源１ａとダイオードブリッジ等の整流装置１ｂとで構成するものである。そして、電力変換装置の出力となる負荷９に供給される電力を電源生成装置６にも供給するものである。このように、システムにおける電源が単相交流電源において適用しても、上述した各実施の形態で説明したことと同様の効果を奏することができる。インピーダンス検出部１１０は、単相交流電源１ａと整流装置１ｂとの間のインピーダンスＺＣを検出して，検出信号ｚｃを制御装置１００に送る。

実施の形態１０．
図１８は本発明の実施の形態１０に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１８において、図１４等と同じ符号を付している装置等については、実施の形態６等で説明したことと同様の動作等を行う。

本実施の形態の電力変換装置は、電源１を、三相交流電源１ｃとダイオードブリッジ等の整流装置１ｂとで構成するものである。また、電力変換装置の出力となる負荷９に供給される電力を電源生成装置６にも供給するものである。このように、システムにおける電源が三相交流電源において適用しても、上述した各実施の形態で説明したことと同様の効果を奏することができる。

実施の形態１１．
図１９は本発明の実施の形態１１に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。図１９において、図１等と同じ符号を付している装置等については、実施の形態１等で説明したことと同様の動作等を行う。

本実施の形態の電力変換装置は、昇圧装置２において、例えばヒューズ、保護用のスイッチ等、過大な電流が流れたときに回路を遮断する電流遮断部（遮断装置）２７を、電源１側から負荷９側に流れる電流経路に有するようにしたものである。このため、電力変換装置（システム）の保護を図ることができる。

実施の形態１２．
上述の実施の形態では、転流装置４が転流の対象とする装置を昇圧装置２とし、電源１の電圧を昇圧した電力変換を行う電力変換装置について説明したが、これに限定するものではない。昇圧装置２の代わりに、例えば降圧装置、昇降圧装置等の電圧等を変化させて負荷９に供給する電力の変換を行うことができる電圧可変装置を適用した電力変換装置においても、上述した各実施の形態で説明したことと同様の効果を奏することができる。

実施の形態１３．
図２０は本発明の実施の形態１３に係る冷凍空気調和装置の構成図である。本実施の形態では、上述した電力変換装置を介して電力供給を行う冷凍空気調和装置について説明する。図２０の冷凍空気調和装置は、熱源側ユニット（室外機）３００と負荷側ユニット（室内機）４００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、主となる冷媒回路（以下、主冷媒回路と称す）を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管５００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管６００とする。

熱源側ユニット３００は、本実施の形態においては、圧縮機３０１、油分離器３０２、四方弁３０３、熱源側熱交換器３０４、熱源側ファン３０５、アキュムレータ３０６、熱源側絞り装置（膨張弁）３０７、冷媒間熱交換器３０８、バイパス絞り装置３０９及び熱源側制御装置３１０の各装置（手段）で構成する。

圧縮機３０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機３０１は、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機３０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。そして、上述した各実施の形態において説明した電力変換装置が、圧縮機３０１（モータ）を駆動させる電力を供給する電源１と負荷９となる圧縮機３０１等との間に取り付けられている。

油分離器３０２は、冷媒に混じって圧縮機３０１から吐出された潤滑油を分離させるものである。分離された潤滑油は圧縮機３０１に戻される。四方弁３０３は、熱源側制御装置３１０からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。また、熱源側熱交換器３０４は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置３０７を介して流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁３０３側から流入した圧縮機３０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱源側熱交換器３０４には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、熱源側ファン３０５が設けられている。熱源側ファン３０５についても、上述の各実施の形態に記載した電力変換装置を介して電力供給を行い、例えば負荷９となるインバータ装置においてファンモータの運転周波数を任意に変化させてファンの回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。

冷媒間熱交換器３０８は、冷媒回路の主となる流路を流れる冷媒と、その流路から分岐してバイパス絞り装置３０９（膨張弁）により流量調整された冷媒との間で熱交換を行う。特に冷房運転時において冷媒を過冷却する必要がある場合に、冷媒を過冷却して負荷側ユニット４００に供給するものである。バイパス絞り装置３０９を介して流れる液体は、バイパス配管を介してアキュムレータ３０６に戻される。アキュムレータ３０６は例えば液体の余剰冷媒を溜めておく手段である。熱源側制御装置３１０は、例えばマイクロコンピュータ等からなる。そして、負荷側制御装置４０４との間で有線又は無線通信することができ、例えば、冷凍空気調和装置内の各種検知手段（センサ）の検知に係るデータに基づいて、インバータ回路制御による圧縮機３０１の運転周波数制御等、冷凍空気調和装置に係る各機器（手段）を制御して冷凍空気調和装置全体の動作制御を行う。また、上述した各実施の形態における制御装置１００が行う処理を、熱源側制御装置３１０が行うようにしてもよい。

一方、負荷側ユニット４００は、負荷側熱交換器４０１、負荷側絞り装置（膨張弁）４０２、負荷側ファン４０３及び負荷側制御装置４０４で構成される。負荷側熱交換器４０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管５００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管６００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置４０２により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管５００側に流出させる。また、負荷側ユニット４００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側ファン４０３が設けられている。この負荷側ファン４０３の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。負荷側絞り装置４０２は、開度を変化させることで、負荷側熱交換器４０１内における冷媒の圧力を調整するために設ける。

また、負荷側制御装置４０４もマイクロコンピュータ等からなり、例えば熱源側制御装置３１０との間で、有線又は無線通信することができる。熱源側制御装置３１０からの指示、居住者等からの指示に基づいて、例えば室内が所定の温度となるように、負荷側ユニット４００の各装置（手段）を制御する。また、負荷側ユニット４００に設けられた検知手段の検知に係るデータを含む信号を送信する。

以上のように実施の形態１３の冷凍空気調和装置では、上述した各実施の形態における電力変換装置を用いて圧縮機３０１、熱源側ファン３０５等への電力供給を行うようにしたので、高効率、高信頼性、省エネルギーの冷凍空気調和装置を得ることができる。

前述した実施の形態１３では、本発明に係る電力変換装置を冷凍空気調和装置に適用する場合について説明したが、これに限定するものではない。ヒートポンプ装置、冷蔵庫等の冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用する装置、エレベータ等の搬送機器等、照明器具（システム）にも適用することができる。

１ 電源、１ａ 単相交流電源、１ｂ 整流装置、１ｃ 三相交流電源、２ 昇圧装置、３ 平滑装置、４ 転流装置、５ 電圧検出装置、６ 電源生成装置、７ 駆動信号伝達装置、８ 転流信号伝達装置、９ 負荷、１０ 電流検出素子、１１ 電流検出装置、２１ 磁気エネルギー蓄積部、２２ 昇圧用開閉スイッチ部、２２ 電力可変用開閉スイッチ、２３ 電力可変用整流器部、２３ 昇圧用整流部、２５ 変圧部、２７ 電流遮断部、４１ 変圧器、４２ 転流用整流部、４２ａ，４２ｂ 整流器、４３ 変圧器駆動回路、４４，４４ａ，４４ｂ 転流用開閉器、４５ 変圧器用電源部、４６ 変圧器駆動用整流部、４７ 変圧器用平滑部、４８ 電流制限部、６１ 電源生成用整流部、６２ 電源生成用平滑部、６３ スイッチング電源部、１００ 制御装置、１１０ インピーダンス検出部、２００ 電流検出部、３００ 熱源側ユニット、３０１ 圧縮機、３０２ 油分離器、３０３ 四方弁、３０４ 熱源側熱交換器、３０５ 熱源側ファン、３０６ アキュムレータ、３０７ 熱源側絞り装置、３０８ 冷媒間熱交換器、３０９ バイパス絞り装置、３１０ 熱源側制御装置、４００ 負荷側ユニット、４０１ 負荷側熱交換器、４０２ 負荷側絞り装置、４０３ 負荷側ファン、４０４ 負荷側制御装置、５００ ガス配管、６００ 液配管。

本発明に係る電力変換装置は、電源と負荷との間で電力変換を行う電力変換装置であって、負荷側から電源側への電流の逆流を防止する整流部を有し、該電源からの電力の電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変装置と、電圧可変装置を流れる電流を別経路に流す転流動作を行う転流動作装置と、複数の整流器を該別経路上に直列に接続して構成し、転流に係る電流を整流する転流用整流部とを有する転流装置とを備え、転流装置は、１次側巻線に流れる電流により誘起される電圧を別経路上の２次側巻線に印加する変圧器を有し、変圧器の１次側巻線と２次側巻線との巻数比を調整して、１次側巻線側の戻り電流を１次側巻線と接続する各素子の電流容量より小さくしつつ、整流部の逆回復を行う電圧を発生させる電流が転流装置に流れるようにするものである。

Claims (20)

1. 電源と負荷との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
   負荷側から電源側への電流の逆流を防止する整流部を有し、前記電源からの電力の電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変装置と、
   該電圧可変装置を流れる電流を別経路に流す転流動作を行う転流動作装置と、複数の整流器を前記別経路上に直列に接続して構成し、転流に係る電流を整流する転流用整流部とを有する転流装置と
   を備える電力変換装置。
2. 前記転流装置は、１次側巻線に流れる電流により誘起される電圧を前記別経路上の２次側巻線に印加する変圧器を有し、
   前記変圧器の前記１次側巻線と前記２次側巻線との巻数比を調整して、前記整流部の逆回復を行う電圧を発生させる電流が前記転流装置に流れるようにする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記転流装置は、１次側巻線に流れる電流により誘起される電圧を前記別経路上の２次側巻線に印加して前記転流動作を行う変圧器を有し、
   前記変圧器の１次側巻線と２次側巻線とのインダクタンス比を調整して、前記整流部の逆回復を行う電圧を発生させる電流が前記転流装置に流れるようにする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記変圧器の前記１次側巻線にリセット巻線を設ける請求項２又は３に記載の電力変換装置。
5. 前記変圧器をパルストランスとする請求項２〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記転流装置は、前記別経路上に抵抗を有し、該抵抗の前記抵抗値を調整して、前記整流部の逆回復を行う電圧を発生させる電流が前記転流装置に流れるようにする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記転流装置は、開閉して前記転流装置に前記転流動作開始又は停止をさせるスイッチング素子を複数有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記電圧可変装置は、変圧部を有し、該変圧部により励起された電圧に基づいて、前記転流動作を行う電圧を前記転流装置に印加する請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記電圧可変装置は、磁気エネルギー蓄積部となるリアクトルを有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記電圧可変装置は、スイッチングにより電圧可変を行う開閉スイッチ部を有し、前記開閉スイッチ部は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
11. 前記転流装置は、開閉して前記転流動作開始又は停止を行うスイッチング素子を有し、
    前記スイッチング素子は、ゲート側と、ドレイン（コレクタ）−ソース（エミッタ）側とを絶縁する絶縁部を有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
12. 前記絶縁部は、フォトカプラ又はパルストランスを有する請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 前記転流動作を行う電力を供給する転流用電源部と、前記転流量電源部から供給される電力を平滑する転流用平滑部を備える請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
14. 前記転流装置に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備える請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
15. 前記電流検出部は、カレントトランス又は抵抗を有する請求項１４に記載の電力変換装置。
16. 前記電圧可変装置は、電流を遮断する電流遮断装置を、前記電源から負荷側に流れる電流経路に有する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
17. 前記転流装置は、前記別経路を流れる電流を整流する転流用整流素子を有する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
18. 前記転流用整流素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた素子であることを特徴とする請求項１７に記載の電力変換装置。
19. 前記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を材料とすることを特徴とする請求項１８に記載の電力変換装置。
20. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載の電力変換装置を、圧縮機又は送風機の少なくとも一方を駆動するために備えることを特徴とする冷凍空気調和装置。

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