KR20010098958A

KR20010098958A - 전원 장치와 전동기 구동 장치 및 공기 조화기

Info

Publication number: KR20010098958A
Application number: KR1020010023203A
Authority: KR
Inventors: 마츠시로히데오; 도야마요시아키; 오가와마사노리
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2001-04-28
Publication date: 2001-11-08
Also published as: KR100431463B1; JP3740946B2; CN1322055A; CN100492854C; JP2001314084A

Abstract

스위칭 동작 제어수단(11)은, 역률(力率)을 개선하고, 또 부하(7)에 출력하는 직류 전압이 목표 직류 전압이 되도록 스위칭 소자(4)의 스위칭 동작을 제어할 때, 교류 전원(1)에서의 입력 전류의 목표 전류 실효값을 하한값 규제하는 동시에, 직류 전압이 목표 전압보다 큰 제1 레벨 이상이 되면 스위칭 동작을 정지하고, 직류 전압이 목표 직류 전압보다 크고 제1 레벨 미만의 제2 레벨 이하가 되면 스위칭 동작을 재개하도록 제어한다. 이에 따라, 경부하시에서의 직류 전압은 제1 레벨과 제2 레벨의 사이로 억제되어, 과상승이나 펀칭을 방지한다.

Description

전원 장치와 전동기 구동 장치 및 공기 조화기{Power supply, motor driving apparatus and air conditioner}

본 발명은, 산업용이나 일반용 전자 기기에 안정된 직류 전압을 공급하는 전원장치 및 그것을 이용한 전동기 구동장치 및 공기 조화기에 관한 것이다.

최근, 가전기기나 산업기기의 보급에 따라 전력 계통에 고주파 전류가 유입되어, 각종 기기의 발열이나 오동작 등의 문제가 발생하게 되었다. 이들의 문제에 대해 각종 기기에는 고주파 대책이 강구되고, 이에 따라 기기 내의 전원 장치에는, 리액터와 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의한 에너지 축적 효과를 이용하여, 역률을 개선하면서 출력 전압을 승압하는 교류 직류 변환회로를 이용하게 되었다.

(제1 종래 기술)

도 18은 제1 종래 기술의 전원 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 18에서, 1은 교류 전원, 2는 정류 회로, 3은 리액터, 4는 스위칭 소자, 5는 다이오드, 6은 평활용 콘덴서, 7은 부하, 8은 전류 검출 수단, 9는 입력 전압 검출 수단, 10은 직류 전압 검출 수단, 11은 스위칭 동작 제어 수단이다. 정류회로(2), 리액터(3), 스위칭 소자(4), 다이오드(5) 및 평활용 콘덴서(6)가 교류 직류 변환회로를 구성하고, 스위칭 동작 제어수단(11)이 스위칭 소자(4)의 동작을 제어한다. 도 19는 제1 종래 기술의 제어동작을 도시한 플로우 챠트이다. 직류 전압 검출수단(10)에 의해 얻어진 직류 전압은, 교류 직류 변환회로의 특성에 의해, 도 2(b)에 도시한 바와 같이 교류 전원 주파수의 두 배의 주파수의 리플 성분을 포함하고 있다. 직류 전압에 리플 성분이 포함된 상태에서 이하에 기술하는 제어 연산을 행하면, 목표 전류 실효값에 리플 성분이 나타나고, 최종적으로는 입력 전류파형에 변형이 발생한다. 리플 성분을 배제하기 위해, 컷 오프 주파수가 낮은 로우 패스 필터(12)를 사용하여 평활화된 직류 전압을 얻는다. 한편, 목표 전압 연산수단(13)은, 목표 직류 전압을 연산하여 설정하고 있다. 전압 비교수단(14)은, 상기 평활화된 직류 전압과 목표 직류 전압을 비교하여 전압 차분값을 구한다. 목표 전류 실효값 연산수단(15)은, 전압 차분값과 전압 게인을 곱셈하여 목표 전류 실효값을 얻는다. 목표 전류 순시값 연산수단(16)은, 입력 전압 검출수단(9)에서 얻어진 교류 전원(1)의 전압을 정규화하여, 그 값과 목표 전류 실효값 연산수단(15)에서 얻어진 목표 전류 실효값을 곱셈하여 목표 전류 순시값을 얻는다. 전류 비교수단(17)에서는, 상기의 목표 전류 순시값과 전류 검출수단(8)이 검출하는 입력 전원을 비교하여 전류 차분값을 구한다. PWM 듀티 연산수단(18)은, 상기 전류 차분값과 전류 게인을 곱셈하여, 스위칭 소자(4)를 온으로 하는 펄스폭을 연산한다. PWM 출력 판정수단(19)은, PWM 듀티 연산수단(18)에서 얻어진 펄스폭에서의 스위칭 동작을 행할지의 여부를 제어의 동작 지령 등에 따라 판정한다. 상기의 스위칭 동작이 정상적으로 실행됨으로써, 교류 전원 전압과 입력 전류가 동상(同相), 즉 역률이 1이 되도록, 또 직류 전압이 소정의 목표 직류 전압이 되도록 제어된다. 이 종래의 전원장치에서는 부하(7)가 제어가능한 소비 전력보다도 작은 경부하일 때, 상기의 스위칭 동작을 행하면 직류 전압이 목표 직류 전압 이상으로 급상승한다. 예컨대, 출력에 전동기가 접속되어 있는 경우, 전동기가 정지 또는 저속 회전할 때에 직류 전압이 과승압 상태가 된다. 이것은, 컷 오프 주파수가 낮은 로우 패스 필터(12)의 시정수가 크므로, 경부하시에서의 직류 전압의 급상승이 인식되기 이전에, 이후의 제어 및 스위칭 동작이 행해지기 때문이다.

(제2 종래 기술 : 특개평 7 - 115788)

제2 종래 기술은 부하가 전동기인 경우에, 전동기의 정지중 또는 전동기의 소비전력이 작은 때에 스위칭 동작을 완전히 정지하여 경부하시의 직류 전압의 과승압을 방지한다. 예컨대, 상용 전원을 사용한 경우, 스위칭 동작의 정지시에는 교류 직류 변환회로는 콘덴서 인풋 회로가 되고, 직류 전압은 약 140V이다. 이 직류 전압은, 교류 전원 전압에 의존하므로, 임의로는 정해지지 않는다. 목표 직류 전압이 170V인 경우, 스위칭 동작의 개시와 정지에 따른 직류 전압의 변동폭은 약 30V이다. 목표 직류 전압이 200V인 경우, 직류 전압의 변동 폭은 약 60V이다. 직류 전압의 변동 허용범위는, 이 전원장치가 이용되는 시스템에 따라 다르지만, 상기와 같이, 교류 전원전압을 보다 높게 승압하는 시스템일수록 직류 전압의 변동 폭은 크다.

(제3 종래 기술 : 특개평 10 - 127083)

제3 종래 기술은, 직류 전압과 목표 직류 전압과의 차가 소정 임계값 이상이 된 경우에 스위칭 동작을 정지하여 과승압을 방지한다. 제3 종래 기술은 경부하시의 직류 전압을 목표 직류 전압 부근으로 할 수는 있지만, 하기의 과제가 있다. 즉, 도 20(b)에 도시한 바와 같이, 경부하시의 스위칭 동작에 의한 직류 전압의 과상승은, 목표 직류 전압에 소정의 입계값을 가산한 전압을 넘지 않는다. 그러나, 직류 전압이 목표 직류 전압 미만으로 감소했을 때, 컷 오프 주파수가 낮은 로우 패스 필터(12)의 시정수가 늦은 영향에 의해, 도 20에 도시한 바와 같이, 필터 연산값은 잠시동안 목표 직류 전압보다도 크기 때문에, 스위칭 동작은 재개되지 않는다. 그 결과, 직류 전압의 변동 폭은 임계값 이상이 된다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 장치 규모를 증대시키지 않고 경부하시에서의 직류 전압의 변동 폭을 최대한 억제할 수 있어, 보다 안정되게 전력을 공급할 수 있는 전원 장치와, 그것을 이용한 전동기 구동장치 및 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전원장치는, 교류 직류 변환회로 및 스위칭 동작 제어수단을 구비하고 있다. 교류 직류 변환회로는, 스위칭 소자, 리액터 및 다이오드를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 교류 전원으로부터 직류 전압을 얻는다. 스위칭 동작 제어수단은 역률을 개선하면서 목표 직류 전압을 얻도록 교류 직류 변환회로에 흐르는 입력 전류의 목표 전류 실효값과 목표 전류 순시값을 설정하여 스위칭동작을 제어할 때, 목표 전류 실효값에 하한값 규제를 행하는 동시에, 출력된 직류 전압이 목표 직류 전압보다 큰 제1 레벨 이상이 되면 스위칭 동작을 정지하고, 직류 전압이 목표 직류 전압보다 크고, 또 제1 레벨 미만인 제2 레벨 이하가 되면 스위칭 동작을 재개하도록 제어한다. 이에 따라, 경부하시에서의 직류 전압의 변동을 제1 레벨과 제2 레벨 사이로 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 구성을 도시한 블록도,

도 2는 동 실시예에서의 교류 직류 변환회로의 입출력 전압을 도시한 파형도,

도 3은 동 실시예에서의 경부하시의 동작을 도시한 파형도,

도 4는 동 실시예의 동작을 도시한 파형도,

도 5는 본 발명의 제2 실시예의 구성을 도시한 블록도,

도 6은 동 실시예의 동작을 도시한 플로우 챠트,

도 7은 동 실시예의 경부하시의 동작을 도시한 파형도,

도 8은 동 실시예에서의 입력 전압 검출수단의 다른 구성을 도시한 회로도,

도 9는 본 발명의 제3 실시예의 구성을 도시한 블록도,

도 10은 동 실시예에서 직류 전압과 제1 레벨 사이의 마진이 확보되어 있지 않은 상태의 동작을 도시한 파형도,

도 11은 동 실시예에서의 제1 레벨 및 제2 레벨의 변화를 도시한 특성도,

도 12는 동 실시예에서의 제1 레벨 및 제2 레벨의 다른 변화를 도시한 특성도,

도 13은 동 실시예에서의 임계값(α) 및 임계값(β)의 변화를 도시한 특성도,

도 14는 본 발명의 제4 실시예의 구성을 도시한 블록도,

도 15는 동 실시예에서의 제1 레벨 및 제2 레벨의 변화를 도시한 특성도,

도 16은 본 발명의 제5 실시예의 구성을 도시한 블록도,

도 17은 본 발명의 제6 실시예에서의 제1 레벨 및 제2 레벨의 변화를 도시한 특성도,

도 18은 제1 종래 기술의 교류 직류 변환회로를 이용한 전원 장치의 일례의 구성을 도시한 블록도,

도 19는 동 종래 기술의 제어 동작을 도시한 플로우 챠트,

도 20은 동 종래 기술의 경부하시의 동작을 도시한 파형도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 교류 전원 2 : 정류 회로

3 : 리액터 4 : 스위칭 소자

5 : 다이오드 6 : 평활용 콘덴서

7 : 부하 8 : 전류 검출수단

9 : 입력전압 검출수단 10 : 직류전압 검출수단

11 : 스위칭 동작 제어 수단 12 : 로우 패스 필터

13 : 목표 전압 연산 수단 14 : 전압 비교 수단

15 : 목표 전류 실효값 연산 수단

16 : 목표 전류 순시값 연산 수단

17 : 전류 비교 수단

18 : PWM 듀티 연산 수단

19 : PWM 출력 판정 수단

20 : 인버터

21 : 전동기

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 도 1에서, 도면의 상부에 도시한 교류 직류 변환회로는 교류 전원(1)의 출력을 다이오드 브리지에의한 정류 회로(2)에서 정류하고, 정류 회로(2)에서 얻어진 전압을 리액터(3)를 통해 스위칭 소자(4)에 의해 스위칭 하고, 스위칭 소자(4)의 양단 전압을 다이오드(5)를 통해 평활용 콘덴서(6)에 의해 평활하여 부하(7)에 공급한다. 또, 교류 직류 변환회로에는, 교류 직류 변환 회로에 흐르는 입력 전류를 검출하는 전류 검출수단(8)과, 교류 전원 전압을 검출하는 입력 전압 검출수단(9)과, 교류 직류 변환회로가 출력하는 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출수단(10)이 배치되어 있다. 스위칭 소자(4)의 동작은 스위칭 동작 제어수단(11)에 의해 제어된다. 먼저, 직류 전압 검출 수단(10)에서 얻어진 직류 전압은, 컷오프 주파수가 낮은 로우 패스 필터(12)에 의해 평활화된 직류전압이 된다. 이것은, 교류 직류 변환회로의 특성에 기인하여 발생하는, 도 2(b)에 도시한 바와 같은, 교류 전원 주파수의 두 배의 주파수의 리플 성분을 배제하기 때문이다. 이 리플 성분이 포함된 상태로 제어연산을 행하면, 목표 전류 실효값에 리플 성분이 나타나, 최종적으로는 입력 전류 파형에 변형이 발생한다. 직류 전압 검출수단(18)에서 얻어진 직류 전압은, PWM 출력 판정수단(19)에도 입력되어 있다. 전압 비교수단(14)에서는, 평활화된 직류전압과 목표 전압 연산수단(13)에 의해 설정된 목표 직류 전압을 비교하여 전압 차분값을 구한다. 목표 전류 실효값 연산수단(15)에서는, 전압 차분값과 전압 게인을 곱셈하여 목표 전류 실효값을 얻는다. 목표 전류 순시값 연산수단(16)에서는, 입력 전압 검출수단(9)에서 얻어진 교류 전원 전압을 정규화하고, 그 값과 목표 전류 실효값을 곱셈하여 목표 전류 순시값을 얻는다. 전류 비교수단(17)에서는, 목표 전류 순시값과 전류 검출수단(8)에서 얻어진 입력 전류를 비교하여 전류 차분값을 구한다. PWM 듀티 연산 수단(18)은, 상기의 전류 차분값과 전류 게인을 곱셈하여 스위칭 소자(4)를 온으로 하는 펄스폭을 연산한다. PWM 출력 판정수단(19)은, PWM 듀티 연산수단(18)에서 얻어진 펄스폭의 스위칭 동작을 행할지 여부를 제어의 동작 지령 등에 따라 판정한다. 상기와 같은 방법으로 하여 역률을 개선하도록, 또 직류 전압이 목표 직류 전압이 되도록 제어가 행해진다. 본 실시예의 특징은, 상기 제어를 행하는 스위칭 동작 제어 수단에서, 목표 전류 실효값 연산수단(15)에서 연산된 목표 전류 실효값에 하한값 규제를 행하는 동시에, PWM 출력 판정수단(19)에서의 스위칭 동작을 행할지 여부의 판정 조건으로서, 전류 전압 검출수단(10)에서 얻어진 직류 전압이 목표 직류 전압보다 큰 제1 레벨 이상이 되면, 스위칭 동작을 정지하는 조건과, 직류 전압이 목표 직류 전압보다 크고 제1 레벨 미만인 제2 레벨 이하가 되면 스위칭 동작을 재개하는 조건을 설정하는 데에 있다. 상기 제1 레벨과 제2레벨은 각각 임의로 설정가능하다. 또, 목표전류 실효값의 하한값 규제는, 목표전류 실효값 연산수단(15)이 연산하는 목표 전류 실효값에 하한값을 설정하는 것으로, 경부하가 되어도 산출된 목표 전류 실효값은 하한값보다 작아지지 않는다. 이에 따라, 스위칭 동작 제어수단은 경부하시에는 목표 전류 실효값을 경부하에 맞는 값보다도 큰 상기 하한값으로 설정하여 직류 전압을 상승시켜, 이에 대응하여 스위칭 동작이 정지와 재개를 행함으로써, 직류 전압의 변동을 제1 레벨과 제2 레벨의 사이로 제어한다. 또, 부하가 커진 경우는, 상기 스위칭 동작의 정지 및 재개는 되지 않아 직류 전압은 목표 직류 전압에 수속한다. 도 3 및 도 4에 도시한 구체예에서, 교류 전원 전압을 100V, 목표 직류 전압을 170V, 스위칭 동작을 정지하는 제1 레벨을 200V, 스위칭 동작을 재개하는 제2 레벨을 195V, 목표 전류 실효값의 하한을 1A 상당의 값으로 했을 때의 경부하시에서의 동작에 대해서 설명한다. 부하(7)가 전류의 실효값으로 1A 이상을 필요로 하지 않는 경부하시에서도, 목표 전류 실효값이 하한값 규제에 의해 강제적으로 1A 상당의 값이 되기 때문에, 직류 전압은 목표 직류 전압인 170V 이상으로 승압된다. 승압이 진행되어, 제1 레벨인 200V가 되면, 일단 스위칭 동작이 정지되기 때문에, 직류 전압은 하강한다. 제2 레벨인 195V까지 하강하면 스위칭 동작이 재개되어, 직류 전압은 다시 승압한다. 이 동작이 반복되기 때문에, 직류 전압의 변동폭은 5V가 된다. 부하(7)가 전류의 실효값으로서 1A 이상이 필요하게 되면, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 195V∼200V의 직류 전압은 목표 직류 전압인 170V에 수속한다. 이와 같이, 경부하시의 직류 전압의 변동을 임의로 설정할 수 있는 제1 레벨과 제2 레벨과의 사이에 억제할 수 있고, 이에 따라 직류 전압의 변동폭도 작게 할 수도 있다. 또, 부하의 상태를 판별하지 않아도 직류 전압을 자동적으로 목표 직류 전압에 수속시킬 수 있다.

(제2 실시예)

도 5는 본 발명의 제2 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 제1 실시예와 같은 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고 있다. 본 실시예에서는, 입력 전압 검출수단(9)에서 얻어진 교류 전원 전압을 PWM 출력 판정수단(19)에 입력하고 있다. 스위칭 동작 제어수단(11)에서, 목표 전류 실효값 연산 수단(15)에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 목표 전류 실효값에 하한값 규제를 행한다. 본 실시예에서는 도 6의 플로우 챠트에 도시한 바와 같이, PWM 출력 판정수단(19)에서의 스위칭 동작을 행할지 여부의 판정 조건에, 직류 전압 검출수단(10)에서 얻어진 직류 전압이 목표 직류 전압보다 큰 제1 레벨 이상이 되면 스위칭 동작을 정지하는 조건과, 직류 전압이 목표 직류 전압보다 크고 제1 레벨 미만인 제2 레벨 이하에서, 입력 전압 검출수단(9)에서 얻어진 교류 전원 전압으로부터 산출한 교류 전원 전압의 제로 크로스 타이밍에서 스위칭 동작을 재개한다고 하는 조건을 두고 있다. 본 실시예의 특징은 스위칭 동작을 교류 전원 전압의 제로 크로스 타이밍에서 재개하는 것이다. 입력전압 검출수단(9)은, 다이오드 브리지에 의한 정류회로(2)에서 얻어진 전압을 저항 분압하여 출력하고, PWM 출력 판정수단(19)에서는 분압된 상기 전압이 0이 된 타이밍을 교류 전원 전압의 제로 크로스 타이밍으로 인식한다. 이하, 실시예 1과 마찬가지로, 교류 전원 전압을 100V, 목표 직류 전압을 170V, 스위칭 동작을 정지하는 제1 레벨을 200V, 제2 레벨을 195V, 목표 전류 실효값의 하한값을 1A 상당의 값으로 하여, 경부하시의 동작을 설명한다. 도 6은, 본 실시예의 동작을 도시한 플로우 챠트, 도 7은 본 실시예의 경부하시에서의 동작을 도시한 파형도이다. 부하(7)가 전류의 실효값으로 1A이상 필요로 하지 않은 경부하시에서도, 목표 전류 실효값이 하한값 규제에 의해 강제적으로 1A 상당의 값이 되기 때문에, 직류 전압은 목표 직류 전압인 170V 이상으로 승압된다. 승압이 진전되어, 200V가 되면 일단 스위칭 동작이 정지되기 때문에, 직류 전압은 하강한다. 195V까지 하강하면, PWM 출력 판정수단(19)에서는, 교류 전원(1)의 교류 전원 전압의 제로 크로스 타이밍이 인식되는 것을 기다려, 인식되면 스위칭 동작을 재개하고, 직류 전압은 다시 승압한다. 교류전원 전압의 제로 크로스 타이밍을 기다리는 사이, 도 7(c)에 도시한 바와 같이, 직류 전압은 약간 하강을 계속하는데, 경부하이기 때문에 그 하강은 완만해지고, 195V에서의 하강값은 거의 무시할 수 있을 정도이다. 이상의 동작이 반복되어, 직류 전압의 변동폭은 거의 5V가 된다. 본 실시예에서는, 입력 전압 검출수단(9)에서 얻어진 교류 전원 전압으로부터 산출한 교류 전원 전압의 제로 크로스 타이밍에서 스위칭 동작을 재개하므로, 스위칭 동작 재개시에 급준한 돌입 전류가 흐르지 않는다. 도 8은 입력 전압 검출수단(9)의 다른 구성을 도시한 회로도이다. 교류 전원(1)의 출력 라인에 포토 커플러(9a)를 접속하여, 포토 커플러(9a)의 2차측 전압을 검출하도록 구성하고 있다.

(제3 실시예)

도 9는, 제3 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 실시예 1과 같은 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고 있다. 교류 직류 변환 회로는, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(20)와, 인버터(20)에 접속된 전동기(21)를 부하로 하고 있다. 스위칭 동작 제어수단(11)은 전동기(21)의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단(22)을 구비하고 있다. 본 실시예의 특징은, 스위칭 동작을 정지하는 제1 레벨과, 스위칭 동작을 재개하는 제2 레벨을 전동기(21)의 회전수에 대응하여 변화시키는 것에 있다. 본 발명의 전원 장치는, 경부하시의 직류 전압의 변동폭이 작으므로, 전동기(21)를 회전이 고르지 않은 현상이나 탈조(脫調)의 확률이 작은 상태로 구동할 수 있다. 회전수 검출수단(22)에서 얻어진 전동기(21)의 회전수는 PWM 출력 판정수단(19)에 입력되어, 부하량의 정보로서 취급된다. 전동기(21)의 회전수가 클 때는 부하량은 크고, 회전수가 작을 때는 부하량은 작게 된다. 교류 직류 변환회로가 출력하는 직류 전압에는, 교류 전원 주파수의 두 배의 주파수의 리플 성분이 발생한다. 리플 성분의 폭은 부하량에 비례하여 변화하고, 부하량이 커지면 리플 성분도 커진다. 스위칭 동작 제어수단(11)은, 입력된 전동기(21)의 회전수, 즉 부하량에 대응하여, 스위칭 동작을 정지하는 직류 전압의 제1 레벨과, 스위칭 동작을 재개하는 제2 레벨을 변화시킨다. 부하량이 커져 리플 성분이 커지게 되면, 리플 성분을 포함하는 직류 전압은 제1 레벨을 초과하기 쉬워지고, 이에 따라 스위칭 동작이 본의 아니게 정지하는 경우가 발생한다. 그 대책으로서, 직류 전압과 제1 레벨의 사이의 마진을 확보할 수 있게, 부하량에 대응하여 제1 레벨을 크게 하고, 동시에 직류 전압의 변동폭을 유지하기 위해 제2 레벨도 크게 한다. 이에 따라, 부하가 커져 리플 성분이 증가해도 스위칭 동작이 정지하는 사태를 방지한다. 본 실시예에서는, 부하가 전동기인 경우에, 전동기의 회전수는 부하의 크기에 대응하게 하여, 전동기의 회전수에 대해 제1 레벨과 제2 레벨을 단계적으로 또는 연속적으로 변화한다. 도 10은 상기 직류 전압과 제1 레벨 사이의 마진이 확보되지 않은 경우를 도시한 파형도이다. 목표 직류 전압을 170V, 스위칭 동작을 정지하는 제1 레벨을 180V, 스위칭 동작을 재개하는 제2 레벨을 175V로 하면, 전동기(21)가 정지시나 회전수가 작은 경부하시에서는 직류 전압은 175V∼180V이다. 전동기(21)의 회전수가 커지면, 직류 전압의 리플 성분은 커지게 되고, 리플 성분의 피크값이 제1 레벨인 180V를 초과하여 스위칭 동작이 정지하여, 교류 직류 변환회로에 흐르는 입력 전류의 파형은 변형된다. 본 실시예에서는 도 11에 도시한 바와 같이, 전동기(21)의 회전수, 즉 부하량에 대응하여 직류 전압의 제1 레벨과 제2 레벨을 변화시킴으로써, 경부하시에는 직류 전압을 175V∼180V의 사이로 유지하여 목표 직류 전압을 170V로 최대한 근접시키는 동시에, 부하량이 커졌을 때, 예컨대 전동기(21)의 회전수가 50㎐ 이상일 때에는 제1 레벨을 200V로 하여, 직류 전압의 리플 성분이 20Vp-p에서도 20V의 마진을 확보하여 스위칭 동작을 정지시키지 않도록 한다. 직류 전압의 제1 레벨과 제2 레벨은, 도 12에 도시한 바와 같이, 연속적으로 변화시키면 더 좋다. 또, 목표 직류 전압이 변화하는 시스템에서는, 제1 레벨을 (목표 직류 전압 + α), 제2 레벨을 (목표 직류 전압 + β)로 하여, 임계값(α)과 임계값(β)을 각각 도 13에 도시한 바와 같이 변화시킬 수 있다. 이상과 같이 본 실시예에 의하면, 부하량에 대응하여 제1 레벨 및 제2 레벨을 변화시킴으로써, 부하량이 큰 경우의 직류 전압과 제1 레벨 사이의 마진을 확보하여 리플 성분의 영향에 따른 스위칭 동작의 정지를 정지할 수 있다. 또, 경부하시에서의 직류 전압을목표 직류 전압에 최대한 근접하게 되는 효과도 가진다.

(제4 실시예)

도 14는, 제4 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 실시예 3과 같은 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고 있다. 전류 검출 수단(8)에서 얻어진 입력 전류는, 교류 전원(1)의 전압이 고정되어 있으면 부하(7)의 소비 전력, 즉 부하량에 비례한다. 본 실시예의 특징은, 스위칭 동작을 정지하는 제1 레벨과 스위칭 동작을 재개하는 제2 레벨을, 입력 전류에 대응하여 변화시키는 것이다. 전류 검출 수단(8)에서 얻어진 입력 전류를 PWM 출력 판정 수단(19)에 입력하고, PWM 출력 판정 수단(19)에서는 교류 직류 변환 회로에 흐르는 입력 전류를 평균 연산하여, 이 평균값에 의해, 도 15에 도시한 바와 같이, 제1 레벨 및 제2 레벨을 변화시킨다. 본 실시예에서는, 실시예 3에서 부하량을 검출하기 위해 이용된 회전수 검출수단(22)은 생략되어, 구성이 간소화된다. 또, 본 실시예에서는 부하량을 전류 검출수단(8)에서 얻어진 입력전류의 평균값으로 했지만, 입력 전류의 실효값 또는 피크값 등으로 해도 좋다는 것은 물론이다.

(제5 실시예)

도 16은 제5 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 실시예 3과 같은 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고 있다. 스위칭 동작 제어수단(11)에서 얻어진 목표 전류 실효값은 부하량에 대응한다. 본 실시예의 특징은, 스위칭 동작을 정지하는 제1 레벨과 스위칭 동작을 재개하는 제2 레벨을 목표 전류 실효값에 대응하여 변화시키는 것이다. 즉, 목표 전류 실효값 연산수단(15)에서 얻어진 목표 전류 실효값을PWM 출력 판정수단(19)에 입력하고, 목표 전류 실효값에 의해 제1 레벨과 제2 레벨을 변화시키고 있다. 본 실시예에서는, 실시예 4와 마찬가지로, 회전수 검출수단(22)은 생략되어, 구성이 간소화된다.

(제6 실시예)

도 17은, 제6 실시예의 동작을 도시한 파형도이다. 본 실시예의 특징은, 도 17에 도시한 바와 같이, 스위칭 동작을 정지하는 직류 전압의 제1 레벨과, 스위칭 동작을 재개하는 제2 레벨을 교류 전원의 1/2 싸이클 중에서, 직류 전압에 포함되는 교류 전원 주파수의 2배 주파수의 리플 성분에 맞추어 변화시키는 것이다. 이것은 입력 전압 검출수단(9)에서 얻어진 교류 전원 전압으로부터 교류 전원 전압의 제로크로스 타이밍의 간격 시간을 계측하여, 다음의 제로 크로스 타이밍 간격 내에서 시간 경과와 동시에 제1 레벨과 제2 레벨을 변화하는 방법으로 실현된다. 이에 따라, 부하량이 증가했을 때에, 리플 성분을 포함하는 직류 전압과 제1 레벨 사이의 마진을 모든 타이밍에서도 일정값으로 확보할 수 있다. 이에 따라, 부하량이 증가했을 때에 스위칭 동작이 정지하는 사태를 정밀도 좋게 방지할 수 있다.

(제7 실시예)

본 실시예에서는, 스위칭 동작 제어수단(11)에서의 제어를 모두 마이크로 컴퓨터에 의해 행하는 디지털 제어로 한다. 일련의 연산 처리를 마이크로 컴퓨터의 프로그램에 의해 실현함으로서, 전자 회로의 조합으로 구성한 경우에 비해, 최대한용이하게 시스템화할 수 있다.

(제8 실시예)

본 실시예에서는, 스위칭 동작 제어수단(11)에 의한 제어를 모두 디지털 시그널 프로세서에 의해 행하는 디지털 제어로 한다. 일련의 연산 처리를 디지털 시그널 프로세서의 프로그램으로 실현함으로써, 전자 회로의 조합으로 구성한 경우에 비해 매우 용이하게 시스템화할 수 있다. 특히, 디지털 시그널 프로세서에는 곱셈기가 내장되어 있어, 적화 연산이 매우 신속하게 처리되기 때문에 연산처리 시간의 제약을 받기 어려운 구성으로 할 수 있다.

(제9 실시예)

본 실시예에서는, 본 발명의 전원 장치의 출력에 인버터를 설치하여 전동기 구동 장치로 하고, 이 전동기 구동 장치를 공기 조화기에 탑재한다. 공기 조화기의 압축기용 전동기는 냉동 싸이클의 상태에 따라 부하가 크게 변화하기 때문에 전동기 구동용의 인버터에는 안정된 직류 전압이 공급될 필요가 있는데, 본 발명의 전원 장치는 경부하시의 직류 전압의 변동폭이 작으므로, 압축기용 전동기의 기동을 확실하게 하여, 기동 후에도 회전수의 변동이 작은 안정된 회전을 실현한다. 또, 압축기용 전동기는 정지 중에도 직류 전압을 목표 직류 전압으로 할 수 있으므로, 송풍용 전동기나 그 외 공기 조화기의 액츄에이터의 제어를 안정되게 행할 수 있는 효과도 있다.

본 발명에 따른 전원장치는, 교류 직류 변환회로 및 스위칭 동작 제어수단을 구비하고 있다. 교류 직류 변환회로는, 스위칭 소자, 리액터 및 다이오드를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 교류 전원으로부터 직류 전압을 얻는다. 스위칭 동작 제어수단은 역률을 개선하면서 목표 직류 전압을 얻도록 교류 직류 변환회로에 흐르는 입력 전류의 목표 전류 실효값과 목표 전류 순시값을 설정하여 스위칭 동작을 제어할 때, 목표 전류 실효값에 하한값 규제를 행하는 동시에, 출력된 직류 전압이 목표 직류 전압보다 큰 제1 레벨 이상이 되면 스위칭 동작을 정지하고, 직류 전압이 목표 직류 전압보다 크고, 또 제1 레벨 미만인 제2 레벨 이하가 되면 스위칭 동작을 재개하도록 제어한다. 이에 따라, 경부하시에서의 직류 전압의 변동을 제1 레벨과 제2 레벨 사이로 억제할 수 있다.

Claims

전원 장치에 있어서,

스위칭 소자, 리액터 및 다이오드를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 교류 전원으로부터 직류 전압을 얻는 교류 직류 변환회로;

교류 직류 변환회로에 흐르는 입력 전류를 검출하는 전류 검출 수단;

교류 전원의 교류 전원 전압을 검출하는 입력전압 검출수단;

교류 직류 변환회로가 출력하는 직류 전압을 검출하는 직류전압 검출수단;

입력 전원, 교류 전원 전압 및 직류 전압으로부터 입력 전류의 목표 전류 실효값 및 목표 전류 순시값을 연산하면서, 역률을 개선하도록 또 직류 전압이 목표직류 전압이 되도록 스위칭 소자의 동작을 제어하는 스위칭 동작 제어수단을 포함하고,

상기 스위칭 동작 제어수단은, 목표 전류 실효값을 하한값 규제하는 동시에, 직류전압이 목표 직류 전압보다 큰 제1 레벨 이상이 되면 스위칭 동작을 정지하고, 직류 전압이 목표 직류 전압보다 크고 제1 레벨 미만인 제2 레벨 이하가 되면 스위칭 동작을 재개하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서,

스위칭 동작 제어수단은 목표 전류 실효값을 하한값 규제하는 동시에, 직류 전압이 목표 직류 전압보다 큰 제1 레벨 이상이 되면 스위칭 동작을 정지하고, 직류 전압이 목표 직류 전압보다 크고 제1 레벨 미만인 제2 레벨 이하이고, 또 교류전원 전압의 제로 크로스 타이밍에서 스위칭 동작을 재개하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

스위칭 동작 제어수단은, 교류 직류 변환회로의 출력에 접속된 부하량에 대응하여 직류 전압의 제1 레벨 및 제2 레벨을 변화시키는 것을 특징으로 하는 전원장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

스위칭 전원 제어수단은, 교류 직류 변환회로에 흐르는 입력 전류에 대응하여 직류 전압의 제1 레벨 및 제2 레벨을 변화시키는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

스위칭 동작 제어수단은, 입력 전류의 목표 전류 실효값에 대응하여 직류 전압의 제1 레벨 및 제2 레벨을 변화시키는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서,

스위칭 동작 제어수단은, 직류 전압의 제1 레벨과 제2 레벨을 교류 전원의1/2 싸이클 내에서 변화시키는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서,

스위칭 동작 제어수단은, 마이크로 컴퓨터 또는 디지털 신호 프로세서를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원장치.
제1항의 전원 장치 및 상기 전원 장치 중의 교류 직류 변환회로가 출력하는 직류 전압을 전동기 구동을 위한 교류 전압으로 변환하는 인버터를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 구동 장치.
제8항의 전동기 구동 장치 및 상기 전동기 구동 장치에 의해 구동되는 압축기용 전동기를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화기.