KR101702200B1

KR101702200B1 - 정류 장치 및 정류 시스템

Info

Publication number: KR101702200B1
Application number: KR1020147028838A
Authority: KR
Inventors: 마사키 가나모리; 유키 야나세
Original assignee: 도시바 캐리어 가부시키가이샤
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2017-02-02
Also published as: CN104247243B; WO2013157387A1; JPWO2013157387A1; CN104247243A; KR20140133946A; JP5802828B2

Abstract

입력 전류의 값이 크게 변동한 경우에도 이것에 신속하게 대응한 고조파 스위칭을 가능하게 하고, 이에 의해 역률 개선 및 고조파 억제로서의 충분한 효과가 얻어지는 정류 장치 및 정류 시스템을 제공한다. 입력 전류의 값에 대응하는 스위칭 패턴 데이터를 선정하고, 선정한 스위칭 패턴 데이터에 따라서 각 MOSFET를 온, 오프하며, 이어서 같이 선정한 스위칭 패턴 데이터를 역률이 개선되는 방향으로 점차 보정하면서, 그 보정후의 스위칭 패턴 데이터에 기초해서 각 MOSFET를 온, 오프함과 아울러, 그 보정마다의 스위칭 패턴 데이터와 상기 선정한 스위칭 패턴 데이터의 차이를 구하며, 구한 차이가 설정값 미만인 경우에는 보정을 계속하고, 구한 차이가 설정값 이상의 경우에는 처음의 선정으로 돌아간다.

Description

정류 장치 및 정류 시스템{RECTIFIER AND RECTIFYING SYSTEM}

본 발명의 실시예는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 장치 및 정류 시스템에 관한 것이다.

3상 교류 전원의 전압을 정류하여 직류 전압으로 변환하는 정류 회로는, 한 쌍의 다이오드를 직렬 접속하여 이루어지는 3개의 직렬 회로를 갖고, 이들 직렬 회로의 각 다이오드의 상호 접속점이 3상 교류 전원의 각 상에 접속된다. 그리고, 이 정류 회로의 출력단에 평활 콘덴서가 접속되고, 이 평활 콘덴서에 부하가 접속된다.

3상 교류 전원 전압은 위상이 서로 120° 다른 3개의 상 전압으로 이루어지고, 이들 상 전압에 의해, 각 직렬 회로의 각각 양측(正側) 다이오드를 통해서 평활 콘덴서로 전류가 흐르고, 이 평활 콘덴서로부터 각 직렬 회로 각각의 음측(負側) 다이오드를 통해서 전류가 흐른다.

또한, 이와 같은 정류 회로에서의 역률을 개선하기 위해서, 또한 입력 전류에 포함되는 고조파 전류를 억제하기 위해서, 입력측에 리액터를 마련함과 아울러, 이들 리액터에 대한 단락로 형성용의 복수의 스위치를 접속하고, 이들 스위치를 적절한 타이밍에 스위칭함으로써 입력 전류 파형을 정현파에 추종시키는 3상 고조파 저감 회로가 채용된다(예컨대, 일본 특허 공개 제 2010-233292호 공보에 기재되어 있다).

상기 스위칭에서는, 예컨대 입력 전류의 값에 대응하는 스위칭 패턴을 우선 선정하고, 선정한 스위칭 패턴에 기초해서 스위치를 온, 오프하고, 이어서 선정한 스위칭 패턴을 역률이 개선되는 방향으로 점차 보정하면서, 그 보정한 스위칭 패턴에 기초해서 스위치를 온, 오프한다.

단, 입력 전류의 값이 크게 변동된 경우, 이 변동에 스위칭 패턴의 보정이 추종하지 못해서, 역률 개선 및 고조파 억제로서의 충분한 효과를 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 실시예의 목적은, 입력 전류의 값이 크게 변동된 경우에도 이것에 신속하게 대응한 스위칭을 가능하게 하고, 이로써 역률 개선 및 고조파 억제로서의 충분한 효과가 얻어지는 정류 장치 및 정류 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예의 정류 장치는, 교류 전원의 전압을 정류하는 정류 회로와, 상기 교류 전원과 상기 정류 회로의 접속간에 마련한 리액터와, 이 리액터 및 상기 정류 회로를 통해서 상기 교류 전원에 대한 단락로를 형성하기 위한 스위칭 소자와, 상기 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검지하는 검지 수단과, 역률을 검출하는 검출 수단과, 제어 수단을 구비한다. 이 제어 수단은, 상기 교류 전원의 전압의 소정의 위상에 있어서 상기 스위칭 소자를 단속적으로 온하기 위한 스위칭 패턴을 상기 검지 수단의 검지 전류에 따라 선정하고, 선정한 스위칭 패턴에 기초해서 상기 스위칭 소자를 온, 오프하며, 이어서 상기 선정한 스위칭 패턴을 상기 검출 수단의 검출 역율이 개선되는 방향으로 점차 보정하면서 그 보정마다의 스위칭 패턴에 기초해서 상기 스위칭 소자를 온, 오프함과 아울러, 그 보정마다의 스위칭 패턴과 상기 선정시의 스위칭 패턴의 차이를 구하고, 구한 차이가 소정값 미만인 경우에는 상기 보정을 계속하고, 소정값 이상인 경우에는 상기 선정으로 돌아간다.

도 1은 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 일 실시예에 있어서의 입력 전압의 파형을 나타내는 도면,
도 3은 일 실시예의 제어를 나타내는 흐름도,
도 4는 일 실시예의 변형예의 구성을 나타내는 블록도이다.

[1] 이하, 본 발명의 실시예 1에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 3상 교류 전원(1)의 R, S, T상에, 복수 예컨대 3개의 정류 장치(3상 정류 장치)(10)가 접속된다. 이들 정류 장치(10)의 출력단이 평활 콘덴서(70)에 공통 접속된다. 이 평활 콘덴서(70)에 생기는 전압이 부하(2)에 공급된다. 부하(2)는, 예컨대 모터 구동용의 인버터 장치이다. 각 정류 장치(10)는, 서로 병렬 접속됨과 아울러 서로 통신선으로써 접속된다. 부하(2)의 용량에 대응하는 개수의 정류 장치(10)가 적당하게 증설 가능하게 되어 있다. 이들 정류 장치(10) 및 평활 콘덴서(70)에 의해, 정류 시스템이 구성된다.

또한, 정류 장치(10)는 3상 교류 전원(1)에 접속되는 정류 회로(3상 정류 회로)(20), 이 정류 회로(20)와 3상 교류 전원(1)과의 각 접속 라인에 마련한 리액터(11, 12, 13), 이 리액터(11, 12, 13)와 3상 교류 전원(1)과의 사이의 접속 라인에 마련한 제로 크로스 검출 회로(41, 42, 43) 및 전류 센서(51, 52, 53), 정류 회로(20)의 출력 전압을 검출하는 전압 검출 회로(47), 정류 회로(20)의 출력 전류를 검출하는 전류 검출 회로(48), 제어부(60), 메모리(기억 수단)(61), 통신부(62)를 갖는다.

정류 회로(20)는 양측 다이오드(21)와 음측 다이오드(22)를 직렬 접속한 R상용 직렬 회로, 양측 다이오드(23)와 음측 다이오드(24)를 직렬 접속한 S상용 직렬 회로, 양측 다이오드(25)와 음측 다이오드(26)를 직렬 접속한 T상용 직렬 회로를 갖는다. 양측 다이오드(21)와 음측 다이오드(22)의 상호 접속점이, 3상 교류 전원(1)의 R상에 접속된다. 양측 다이오드(23)와 음측 다이오드(24)의 상호 접속점이 3상 교류 전원(1)의 S상에 접속된다. 양측 다이오드(25)와 음측 다이오드(26)의 상호 접속점이 3상 교류 전원(1)의 T상에 접속된다. 즉, 정류 회로(20)는, 3상 교류 전원(1)의 3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 양측 출력 단자(+) 및 음측 출력 단자(-)부터 출력한다. 이 정류 회로(20)의 양측 다이오드(21, 23, 25) 및 음측 다이오드(22, 24, 26)에 대해, 스위칭 소자 예컨대 MOSFET(31, 32, 33, 34, 35, 36)가 각각 병렬 접속되어 있다.

한편, 스위칭 소자로서 MOSFET를 이용한 경우에는, MOSFET(31, 32, 33, 34, 35, 36)는 각각 내부에 기생 다이오드를 갖기 때문에, 이들 기생 다이오드가 그대로 양측 다이오드(21, 23, 25) 및 음측 다이오드(22, 24, 26)로서 이용된다. 스위칭 소자가 MOSFET가 아니고 트랜지스터나 IGBT인 경우에는, 스위칭 소자와는 별도로 양측 다이오드(21, 23, 25) 및 음측 다이오드(22, 24, 26)를 준비할 필요가 있다.

제로 크로스 검출 회로(41)는, 3상 교류 전원(1)으로부터의 R상 입력 전압의 제로 크로스점을 검출한다. 제로 크로스 검출 회로(42)는 3상 교류 전원(1)으로부터의 S상 입력 전압의 제로 크로스점을 검출한다. 제로 크로스 검출 회로(43)는 3상 교류 전원(1)으로부터의 T상 입력 전압의 제로 크로스점을 검출한다. 전류 센서(51)는 3상 교류 전원(1)으로부터의 R상 입력 전류의 값을 검출한다. 전류 센서(52)는 3상 교류 전원(1)으로부터의 S상 입력 전류의 값을 검출한다. 전류 센서(53)는 3상 교류 전원(1)으로부터의 T상 입력 전류의 값을 검출한다.

한편, 각 상 입력 전압의 제로 크로스점 및 각 상 입력 전류의 전류값을 정확하게 검출하기 위해서 3개의 제로 크로스 검출 회로(41, 42, 43) 및 3개의 전류 센서(51, 52, 53)를 마련했지만, 각 상 입력 전압의 제로 크로스점 중 하나는 2개의 상의 입력 전압의 위상 어긋남으로부터 검출할 수 있고, 각 상 입력 전류의 값 중 하나는 2개의 상의 입력 전류의 값으로부터 계산해서 구할 수 있기 때문에, 2개의 제로 크로스 검출 회로 및 2개의 전류 센서를 마련하는 구성으로 해도 된다. 부품 점수의 삭감 및 비용의 저감이 도모될 수 있다.

통신부(62)는 다른 정류 장치(10)의 통신부(62)와의 사이에서, 통신선을 거친 상호의 데이터 통신을 행한다.

메모리(61)는, MOSFET(31, 32, 33, 34, 35, 36)에 대한 온, 오프 구동용의 복수의 스위칭 패턴 데이터를 기억하고 있다. 이들 스위칭 패턴 데이터는, 3상 교류 전원(1)으로부터의 각 상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상의 적어도 전연(前緣)측 및 음 레벨이 되는 위상의 적어도 전연측에서 각 MOSFET를 단속적으로 온하기 위한 것으로, 이 온의 타이밍과 오프의 타이밍을 위상의 진행에 따라 점차 결정하고 있다. 이들 스위칭 패턴 데이터는, 3상 교류 전원(1)으로부터의 각 상 입력 전류의 값(실효값)에 각각 대응 지어져 있다. 한편, 전연측이란 각 상 입력 전압의 0V로부터의 상승 및 하강 부분을 의미하고, 구체적으로는 각 상 입력 전압의 파형의 0°~60°의 범위 및 180°~240°의 범위를 의미한다.

즉, 각 상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상의 전연측은, 도 2에 나타낸 바와 같이, R상 입력 전압, S상 입력 전압, T상 입력 전압의 각각 제로 크로스점부터 다음 제로 크로스점까지의 전기각 0°~180°의 반(半) 사이클 기간 중, 앞쪽의 전기각 0°~60°의 기간 Rx1, Sx1, Tx1이다. 각 상 입력 전압의 음 레벨이 되는 위상의 전연측은, R상 입력 전압, S상 입력 전압, T상 입력 전압 각각의 제로 크로스점부터 다음 제로 크로스점까지의 전기각 180°~360°의 반 사이클 기간 중, 앞쪽의 전기각 180°~240°의 기간 Ry1, Sy1, Ty1이다. 한편, 단속적으로 온된다는 것은, 소정의 시간 간격으로 온과 오프를 반복하는 것이다.

제어부(60)는 주요한 기능으로서 다음 (1)~(4)의 제어 수단을 갖는다.

(1) 메모리(61) 내의 각 스위칭 패턴 데이터 중 전류 센서(51)~(53)에서 검지되는 각 상 입력 전류의 값(실효값)에 대응하는 스위칭 패턴 데이터를 각각 선정하고, 선정한 각 스위칭 패턴 데이터에 기초해서 MOSFET(31~36)를 온, 오프하고, 이어서 상기 선정한 각 스위칭 패턴 데이터를 역률이 개선되는 방향으로 점차 보정하면서 그 보정후의 각 스위칭 패턴 데이터에 기초해서 MOSFET(31~36)를 온, 오프함과 아울러, 그 보정마다의 각 스위칭 패턴과 상기 선정시의 각 스위칭 패턴의 차이를 구하고, 구한 차이가 미리 정해진 소정값 미만인 경우에는 상기 보정을 계속하고, 구한 차이가 소정값 이상인 경우에는 상기 선정으로 돌아가는 제 1 제어 수단. 여기서, 보정마다의 각 스위칭 패턴 데이터와 선정시의 각 스위칭 패턴 데이터의 차이란, 예컨대 같은 타이밍에 있어서의 온 데이터의 시간 폭의 차이이다.

(2) 해당 정류 장치(10)를 포함하는 모든 정류 장치(10)에 있어서의 전류 센서(51~53)의 검지 전류(입력 전류)를 통신부(62)의 데이터 통신에 의해 파악하고, 어느 하나의 검지 전류가 제로 근방(2A 미만 등) 또는 소정값 이상이 된 경우에 MOSFET(31~36)의 온, 오프를 정지하는 제 2 제어 수단.

(3) 상기 파악한 모든 정류 장치(10)에 있어서의 전류 센서(51~53)의 검지 전류의 평균값을 구하고, 이 평균값에 해당 정류 장치(10)에 있어서의 검지 전류가 가깝도록 MOSFET(31~36)의 스위칭 소자의 온, 오프에 있어서의 온 기간을 조정하는 제 3 제어 수단.

(4) 해당 정류 장치(10)를 포함하는 모든 정류 장치(10)에 있어서의 전류 검출 회로(48)의 검출 전류(정류 회로(20)의 출력 전류)를 통신부(62)의 데이터 통신에 의해 파악하고, 어느 하나의 검출 전류가 사전 결정된 소정값 이상이 된 경우에는 모든 정류 장치(10)의 MOSFET(31~36)의 온, 오프를 정지하는 제 4 제어 수단.

이어서 동작에 대해서 설명한다.

R상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상에서는, 3상 교류 전원(1)으로부터 리액터(11) 및 양측 다이오드(21)를 통해서 평활 콘덴서(70)로 전류가 흐르고, 이 평활 콘덴서(70)를 거친 전류가, 우선 음측 다이오드(24) 및 리액터(12)를 통해서 3상 교류 전원(1)의 S상으로 돌아가고, 다음으로 R상의 위상이 진행함에 따라서, 음측 다이오드(26) 및 리액터(13)를 통해서 3상 교류 전원(1)의 T상으로 돌아가는 경로가 형성된다. 그리고, 이 동작에 더해서, R상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상의 전연측 0°~60°의 기간 Rx1에 있어서, MOSFET(32)가 단속적으로 온된다. MOSFET(32)가 온되면, 다이오드(21, 22)의 상호 접속점이 정류 회로(20)의 음측 출력단과 도통해서, 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이, 3상 교류 전원(1)에 대해서 리액터(11), MOSFET(32), 음측 다이오드(24), 리액터(12)를 거친 단락로가 형성된다.

S상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상에서는, 3상 교류 전원(1)으로부터 리액터(12) 및 양측 다이오드(23)를 통해서 평활 콘덴서(70)로 전류가 흐르고, 이 평활 콘덴서(70)를 거친 전류가, 우선 음측 다이오드(26) 및 리액터(13)를 통해서 3상 교류 전원(1)의 T상으로 돌아가며, 다음으로 S상의 위상이 진행함에 따라서, 음측 다이오드(22) 및 리액터(11)를 통해서 3상 교류 전원(1)의 R상으로 돌아가는 경로가 형성된다. 그리고, 이 동작에 더해서, S상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상의 전연측 0°~60°의 기간 Sx1에 있어서 MOSFET(34)가 단속적으로 온된다. MOSFET(34)가 온되면, 다이오드(23, 24)의 상호 접속점이 정류 회로(20)의 음측 출력단과 도통해서, 3상 교류 전원(1)에 대해 리액터(12), MOSFET(34), 음측 다이오드(26), 리액터(13)를 거친 단락로가 형성된다.

T상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상에서는, 3상 교류 전원(1)으로부터 리액터(13) 및 양측 다이오드(25)를 통해서 평활 콘덴서(70)로 전류가 흐르고, 이 평활 콘덴서(70)를 거친 전류가, 우선 음측 다이오드(22) 및 리액터(11)를 통해서 3상 교류 전원(1)의 R상으로 돌아가고, 다음으로 T상의 위상이 진행함에 따라서, 음측 다이오드(24) 및 리액터(12)를 통해서 3상 교류 전원(1)의 S상으로 돌아가는 경로가 형성된다. 그리고, 이 동작에 더해서, T상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상의 전연측 0°~60°의 기간 Tx1에 있어서, MOSFET(36)가 단속적으로 온된다. MOSFET(36)가 온되면, 다이오드(25, 26)의 상호 접속점이 정류 회로(20)의 음측 출력단과 도통해서, 3상 교류 전원(1)에 대해 리액터(13), MOSFET(36), 음측 다이오드(22), 리액터(11)를 거친 단락로가 형성된다.

R상 입력 전압, S상 입력 전압, T상 입력 전압이 음 레벨이 되는 위상의 전연측 기간 Ry1, Sy1, Ty1에서는, 양측 다이오드(21, 23, 25)와 병렬 접속의 MOSFET(31, 33, 35)가 단속적으로 온된다. 이들 MOSFET의 단속적인 온에 따른 동작에 대해서는, 양음이 반대로 될 뿐, 기본적으로는 양 레벨 기간과 같은 동작 패턴이 된다. 따라서, 그 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이, R상 입력 전압, S상 입력 전압, T상 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상의 전연측 기간 Rx1, Sx1, Tx1에 있어서 정류 회로(20)의 MOSFET(32, 34, 36)를 단속적으로 온함과 아울러, R상 입력 전압, S상 입력 전압, T상 입력 전압이 음 레벨이 되는 위상의 전연측 기간 Ry1, Sy1, Ty1에 있어서 정류 회로(20)의 MOSFET(31, 33, 35)를 단속적으로 온함으로써 정류 장치(10)에의 입력 전류의 파형을 정현파에 추종성 좋게 근사시킬 수 있다. 이로써, 역률이 향상됨과 아울러, 정류 장치(10)에의 입력 전류에 포함되는 고조파 전류를 억제할 수 있다. MOSFET를 단속적으로 온하는 전연측 0°~60°의 기간 Rx1, Sx1, Tx1, Ry1, Sy1, Ty1은, 하나의 상의 온, 오프 제어가 다른 2개의 상의 전류 파형에 미치는 영향이 적은 기간으로, 각 상의 상승에 해당한다. 이 때문에, 이 기간을 선정함으로써, 적은 스위칭회수로 큰 고조파 전류의 저감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 전체 위상에 있어서 높은 주파수로 스위칭하는 경우에 비해서, 스위칭 회수를 적게 할 수 있어서, 스위칭 노이즈를 저감할 수 있다.

한편, 도 3의 흐름도에 나타낸 바와 같이, 메모리(61) 내의 각 스위칭 패턴 데이터 중, 전류 센서(51~53)로 검지되는 각 상 입력 전류의 값(실효값)에 대응하는 스위칭 패턴 데이터가 메모리(61)로부터 선정되고(스텝 101), 이 선정된 스위칭 패턴 데이터에 기초해서 MOSFET(31~36)가 온, 오프 구동된다(스텝 102). 원래, 메모리(61)에 기억되어 있는 입력 전류의 실효값에 대응한 스위칭 패턴 데이터는, 특정한 부하의 운전 상태를 상정해서 실험적으로 설정한 것이다. 이 때문에, 실제 운전 중에는 온도나 부하 변동 등의 영향으로, 기억되어 있는 스위칭 패턴 데이터가, 역률 개선이나 고조파 저감의 관점에서 최적값으로 되지 않는 경우가 있다. 그래서, 같은 실행값이더라도 스위칭 패턴을 어긋나게 함으로써 고조파의 발생이나 역률의 향상을 얻을 수 있다. 그 실현을 위해서, 후술하는 스텝 103 이후에, 스위칭 패턴의 보정이 행해진다.

즉, 제로 크로스 검출 회로(41~43)에서 검출되는 각 상 입력 전압의 제로 크로스점과 전류 센서(51~53)로 검지되는 각 상 입력 전류의 값에 기초해서 각 상 입력 전압과 각 상 입력 전류의 위상차 θ가 구해지고, 이 위상차 θ에 기초하는 역률 cosθ과 각 상 입력 전류의 값의 적산에 의해 역률 cosθ의 어긋남량이 구해진다(스텝 103). 그리고, 구해진 역률 cosθ의 어긋남량이 감소되는 방향, 즉 역률이 개선되는 방향으로, 처음에 선정된 스위칭 패턴 데이터가 점차 보정된다(스텝 104). 이 보정마다의 스위칭 패턴 데이터와 처음으로 선정한 스위칭 패턴 데이터와의 차이가 구해지고(스텝 105), 그 차이와 설정값이 비교된다(스텝 106).

구해진 차이가 설정값 미만이면(스텝 106에서 아니오), 이어서 전류 센서(51~53)에서 검지되는 각 상 입력 전류의 값(실효값)이 설정값 이상 변화되었는지 여부가 판별된다(스텝 107). 전류 센서(51~53)의 검지 전류의 값(실효값)이 설정값 이상 변화되지 않았으면(스텝 107에서 아니오), 스텝 102로 돌아가고, 보정된 스위칭 패턴 데이터에 기초해서 MOSFET(31~36)가 온, 오프 구동된다. 이어서, 역률 cosθ의 어긋남량이 구해지고(스텝 103), 이 어긋남량이 감소되는 방향 즉, 역률이 개선되는 방향으로 상기 보정된 스위칭 패턴 데이터가 더 보정된다(스텝 104). 이상과 같이 역률 cosθ의 어긋남량이 소정 범위 내인 한, 반복해서 최적의 스위칭 패턴이 되도록, 스위칭 패턴 데이터가 보정되어 간다. 한편, 스위칭 패턴의 보정은, 예컨대 힐 클라이밍(hill climbing)법 등의 방법이 이용된다. 구체적으로는, 스위칭 패턴을 + 또는 - 방향으로 소정 위상만큼 시프트시켜서 스위칭하고, 그 결과 역률의 어긋남량이 감소되면, 같은 방향으로 소정 위상만큼 다시 시프트시킨다. 한편, 새로운 스위칭 패턴으로 스위치한 결과, 역률의 어긋남량이 증가되면, 역방향으로 소정 위상만큼 다시 시프트시키는 동작을 반복하는 것이다.

또한, 이와 같은 보정 동작 중, 전류 센서(51~53)의 검지 전류의 값(실효값)이 설정값 이상 변화된 경우에는(스텝 107에서 예), 전류 센서(51~53)의 검지 전류의 값에 대응한 스위칭 패턴 데이터가 메모리(61)로부터 선정된다(스텝 101). 그 후에는, 다시 스위칭 패턴의 보정이 실행된다(스텝 103~106).

한편, 상기 구해진 차이가 설정값 이상인 경우에는(스텝 106에서 예), 주위나 부하의 상황이 변동해서, 보정을 반복해도 최적값에 도달할 수 없는 상황에 빠졌다는 판단 하에서, 보정된 스위칭 패턴 데이터를 이용하는 일없이, 처음의 스텝 101로 돌아가서, 전류 센서(51~53)의 검지 전류의 값에 대응하는 스위칭 패턴 데이터(초기값)가 새롭게 선정된다. 스위칭 패턴 데이터가 새롭게 선정됨으로써, 스위칭 패턴 데이터의 보정이 그대로 계속되는 경우보다, 신속하게 적절한 스위칭 패턴에 도달할 수 있게 된다. 이로써, 역률 개선 및 고조파 억제로서 충분한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 부하(2)의 용량에 따라서 각 정류 장치(10)의 증설 또는 제거가 가능하기 때문에, 부하(2)가 예컨대 용량이 다른 다종 다양한 기종을 가지는 공기 조화기인 경우, 그 기종에 맞춰서 정류 장치(10)의 접속수를 선택하면 된다. 그 결과, 기종마다 전용 정류 장치를 개별적으로 설계하는 등의 처치가 불필요하게 되어서, 공기 조화기의 개발비, 개발 기간, 비용을 삭감할 수 있음과 아울러, 재고 관리가 용이하게 된다.

또한, 해당 정류 장치(10)를 포함하는 모든 정류 장치(10)에 있어서의 전류 센서(51~53)의 검지 전류가 통신부(62)의 데이터 통신에 의해 각 정류 장치(10)로 파악되고 있고, 어느 하나의 검지 전류가 제로 근방 또는 소정값 이상의 이상값이 된 경우, 각 정류 장치(10)에 있어서의 MOSFET(31~36)의 온, 오프가 즉시 정지된다. 이로써, 각 정류 장치(10)의 MOSFET(31~36)를 비롯한 전기 부품의 파괴가 방지된다. 한편, 각 정류 장치(10)는 동일 수단이며 나아가 서로 데이터 통신하기 때문에, 이상 판정용의 소정값에 대해서는 어느 하나의 정류 장치(10)가 기억되어 있으면 된다.

나아가, 상기 파악된 모든 정류 장치(10)에 있어서의 전류 센서(51~53)의 검지 전류의 평균값가 구해지고, 이 평균값에 각 정류 장치(10) 개개의 전류 센서(51~53)의 검지 전류가 가깝도록, MOSFET(31~36)의 온, 오프에 있어서의 온 기간이 조정된다. 각 정류 장치(10)에 있어서의 MOSFET(31~36)의 온, 오프 타이밍, 온, 오프 주파수, 스위칭 패턴 등에 상호의 어긋남이 있으면, 어느 하나의 정류 장치(10)로 전류가 집중적으로 흐르고, 이 전류 집중에 의해서 MOSFET(31~36)를 비롯한 전기 부품의 소모가 빨라지는 등의 불량을 일으킬 가능성이 있지만, 온 기간을 조정함으로써 각 정류 장치(10)의 상호간의 전류 밸런스를 유지할 수 있다. 이로써, 전기 부품의 소모가 빨라진다고 하는 불량을 방지할 수 있다.

모든 정류 장치(10)에 있어서의 전류 검출 회로(48)의 검출 전류도 통신부(62)의 데이터 통신에 의해 각 정류 장치(10)에서 파악되고 있고, 어느 하나의 정류 장치(10)에 있어서의 전류 검출 회로(48)의 검출 전류가 이상 판정용의 소정값 이상이 된 경우에는 각 정류 장치(10)의 MOSFET(31~36)의 온, 오프가 정지된다. 예컨대, 어느 하나의 정류 장치(10)의 정류 회로(20)에 있어서 양측의 MOSFET와 음측의 MOSFET가 노이즈 등의 영향으로 동시에 오점호(誤点弧)한 경우, 그 정류 회로(20)의 양측 라인과 음측 라인이 단락되어서 여기에 큰 단락 전류(과전류라고도 함)가 흐르고, MOSFET(31~36)가 파괴에 이를 가능성이 있지만, 즉시 MOSFET(31~36)의 온, 오프를 정지함으로써 MOSFET(31~36)가 파괴에 이르는 불량을 방지할 수 있다. 나아가, 단락이 생긴 정류 장치(10)뿐만 아니라, 나머지 모든 정류 장치(10)에서도 MOSFET(31~36)의 온, 오프를 정지하기 때문에, 단락 전류가 다른 정류 장치(10)로 흘러들어 오는 것에 의한 MOSFET(31~36)의 파괴에 대해서도 방지할 수 있다.

[2] 본 발명의 실시예 2에 대해서 설명한다.

실시예 1에서는, 각 정류 장치(10)에 있어서의 전류 검출 회로(48)의 어느 하나의 검출 전류가 소정값 이상이 된 경우에 각 정류 장치(10)의 MOSFET(31~36)의 온, 오프를 정지했다. 이에 반해서, 실시예 2에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 정류 회로(20)의 양측 출력 라인에 상폐형(常閉型)의 릴레이 접점(49)을 삽접(揷接)하고, 각 정류 장치(10)에 있어서의 전류 검출 회로(48)의 어느 하나의 검출 전류가 소정값 이상이 된 경우에 각 정류 장치(10)의 MOSFET(31~36)의 온, 오프를 정지하는 것에 더해서 릴레이 접점(49)을 개방한다. MOSFET(31~36)의 온, 오프를 정지하는 것에 더해서 릴레이 접점(49)을 개방함으로써 단락 전류가 다른 정류 장치(10)로 흘러들어 오지 않게 되어서, 단락 전류에 대한 보호의 확실성이 향상된다.

다른 구성·작용·효과는 실시예 1과 같다. 따라서, 그 설명은 생략한다.

[3] 본 발명의 실시예 3에 대해서 설명한다.

실시예 1에서는, 각 정류 장치(10) 각각이, 다른 정류 장치(10)의 이상 판정도 포함해서 실행하도록 했다. 이에 반해서, 실시예 3에서는, 복수의 정류 장치(10)를 통신으로 접속할 때, 하나의 3상 정류 장치를 친기(親機)로, 다른 정류 장치(10)를 자기(子機)로 설정하고, 친기로 설정된 정류 장치(10)만이 접속된 모든 정류 장치(10)의 이상을 판단해서 모든 정류 장치(10)의 동작/이상 정지를 통신에 의해서 지시한다.

[4] 본 발명의 실시예 4에 대해서 설명한다.

실시예 1에서는 MOSFET를 단속적으로 온하는 기간으로서, 입력 전압이 정 레벨이 되는 위상의 전연측 0°~60°의 기간 Rx1, Sx1, Tx1, 및 입력 전압이 음 레벨이 되는 위상의 전연측 0°~60°의 기간 Ry1, Sy1, Ty1을 설정했다. 실시예 4에서는, 이 설정에 더해서 입력 전압이 양 레벨이 되는 위상의 후연측 120°~180°의 기간, 및 입력 전압이 음 레벨이 되는 위상의 후연측 120°~180°의 기간을 설정한다. 이 경우, 전연측의 기간 Rx1, Sx1, Tx1, Ry1, Sy1, Ty1으로서 0°~(40°±10°)를 설정하고, 후연측의 기간으로서 (160°± 10°)~180°를 설정해도 된다. 여기서, 후연측이란, 각 교류 전압의 0V를 향해서 상승(음 레벨의 위상) 및 하강(정 레벨의 위상) 부분을 의미하고, 구체적으로는 각 교류 전압 파형의 120°~180°의 범위 및 300°~360°의 범위를 의미한다.

예컨대, 각 상 입력 전압의 제로 크로스점을 양음에 관계없이 0°로서 나타낸 경우, 전연측의 기간 Rx1, Sx1, Tx1, Ry1, Sy1, Ty1으로서 0°~30°를 설정하는 경우에는, 후연측의 기간으로서 긴 150°~180°의 기간을 설정한다. 전연측의 기간 Rx1, Sx1, Tx1, Ry1, Sy1, Ty1으로서 긴 0°~50°를 설정하는 경우에는, 후연측의 기간으로서 170°~180°의 기간을 설정한다. 중요한 것은 전기각 60°의 범위 내에서 전연측의 기간과 후연측의 기간을 나누면 된다. 전연측 0°~(40°±10°) 및 후연측(160°±10°)~180°의 기간에서의 스위칭은, 전연측 0°~60° 및 후연측 120°~180°의 기간에 스위칭하는 경우에 비해서, 전체 기간(0°~180°)을 통해서 온 상태가 되는 MOSFET(31~36)가 어느 하나가 되어서, 제어성 향상, 스위칭 노이즈 감소의 효과를 얻을 수 있다.

한편, 스위칭 노이즈를 문제로 하지 않는 것이라면, 본 실시예와 같이 스위칭을 각 상의 특정 위상 기간만으로 제한할 필요는 없다. 이 경우, 스위칭 노이즈는 증가하지만, 전체 위상에 있어서 적절한 타이밍에 스위칭(단락)을 행함으로써, 한층 더 고조파의 저감, 역률의 향상을 도모할 수 있다.

다른 구성·작용· 효과는 실시예 1과 같다. 따라서 그 설명은 생략한다.

상기 각 실시예는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 이들 신규한 실시예는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지의 생략, 고쳐쓰기, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시예는, 발명의 범위는 요지에 포함됨과 아울러, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 실시예의 정류 장치 및 정류 시스템은, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 기기에의 이용이 가능하다.

Claims

교류 전원의 전압을 정류하는 정류 회로와,
상기 교류 전원과 상기 정류 회로 사이에 접속되는 리액터와,
상기 리액터 및 상기 정류 회로를 통해서 상기 교류 전원에 대한 단락로를 형성하기 위한 스위칭 소자와,
상기 교류 전원으로부터의 입력 전류를 검지하는 검지 수단과,
역률을 검출하는 검출 수단과,
상기 교류 전원의 전압의 소정의 위상에 있어서 상기 스위칭 소자를 단속적으로 온하기 위한 스위칭 패턴을 상기 검지 수단의 검지 전류에 따라 선정하고, 선정한 스위칭 패턴에 기초해서 상기 스위칭 소자를 온, 오프하며, 또한 상기 선정한 스위칭 패턴을 상기 검출 수단의 검출 역율이 개선되는 방향으로 보정하고, 보정한 스위칭 패턴과 상기 선정한 스위칭 패턴의 차이를 구하고, 구한 차이가 소정값 미만인 경우에는 상기 보정한 스위칭 패턴에 기초해서 상기 스위칭 소자를 온, 오프하고 또한 상기 보정을 반복하고, 상기 구한 차이가 상기 소정값 이상인 경우에는 상기 선정으로 돌아가는, 제어 수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 정류 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 교류 전원은 3상 교류 전원이고,
상기 정류 회로는, 양측 다이오드와 음측 다이오드를 직렬 접속하고 이 양 다이오드의 상호 접속점이 3상 교류 전원의 R상에 접속되는 R상용 직렬 회로, 양측 다이오드와 음측 다이오드를 직렬 접속하고 이 양 다이오드의 상호 접속점이 상기 3상 교류 전원의 S상에 접속되는 S상용 직렬 회로, 양측 다이오드와 음측 다이오드를 직렬 접속하고 이 양 다이오드의 상호 접속점이 상기 3상 교류 전원의 T상에 접속되는 T상용 직렬 회로를 갖고, 상기 3상 교류 전원의 전압을 직류 전압으로 변환해서 출력하고,
상기 스위칭 소자는 상기 각 다이오드에 병렬 접속되어 있으며,
상기 리액터는, 상기 3상 교류 전원의 각 상과 상기 각 직렬 회로 사이에 접속되어 있고,
상기 제어 수단은, 상기 3상 교류 전원의 각 상 전압이 양 레벨이 되는 위상 의 적어도 전연(前緣)측 및 음 레벨이 되는 위상의 적어도 전연측에서, 상기 스위칭 소자를 단속적으로 온하기 위한 스위칭 패턴을 상기 검지 수단의 검지 전류에 따라 선정하는
것을 특징으로 하는 정류 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 정류 장치를 복수 구비하고, 이들 정류 장치를 병렬 접속함과 아울러, 이들 정류 장치의 상호간에 데이터 통신을 행하는 것을 특징으로 하는 정류 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 각 정류 장치는, 각각의 검지 수단의 어느 하나의 검지 전류가 제로 근방 또는 소정값 이상이 된 경우에는 각각의 스위칭 소자의 온, 오프를 정지하는 것을 특징으로 하는 정류 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 각 정류 장치는, 각각의 검지 수단의 검지 전류를 상기 데이터 통신에 의해 서로 파악해서 그 평균값을 구하고, 이 평균값에 각각의 검지 전류가 가깝도록 각각의 스위칭 소자의 온, 오프에 있어서의 온 기간을 조정하는 것을 특징으로 하는 정류 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 각 정류 장치는, 각각의 정류 회로의 출력 전류를 검출하는 검출 수단을 구비하고, 어느 하나의 상기 정류 회로의 출력 전류가 소정값 이상이 된 경우에 각각의 스위칭 소자의 온, 오프를 정지하는 것을 특징으로 하는 정류 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 각 정류 장치는, 각각의 정류 회로의 출력 전류를 검출하는 검출 수단을 구비하고, 어느 하나의 상기 정류 회로의 출력 전류가 소정값 이상이 된 경우에 각각의 정류 회로의 출력 라인을 차단하는 것을 특징으로 하는 정류 시스템.