KR20130103799A - 역류 방지 수단, 전력 변환 장치 및 냉동 공기 조화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예를 들면, 전류 역류시에 생기는 리커버리 전류의 저감을 도모하여, 고효율, 고신뢰성 등을 확보할 수 있는 역류 방지 수단 등을 제공한다. 교류 전원(1)과 부하(6)와의 사이에 접속되고, 부하(6)측부터 교류 전원(1)측으로의 전류의 역류를 방지하는 정류 소자(3a) 등의 역류 방지 소자와, 역류 방지 소자와 병렬 접속한 별도 경로에 전류를 흘리는 전류 동작을 행하기 위한 전류 수단(7)을 구비하여, 전류에 의한 손실, 통류손을 저감할 수 있도록 한 것이다.

Description

역류 방지 수단, 전력 변환 장치 및 냉동 공기 조화 장치{BACKFLOW PREVENTING MEANS, POWER CONVERSION APPARATUS, AND FREEZING AIR CONDITIONING APPARATUS}

본 발명은, 전력 변환 장치 등이 갖는 역류 방지 수단 등에 관한 것이다.

가변 전압·가변 주파수의 인버터 장치 등이 실용화됨에 따라, 각종 전력 변환 장치의 응용 분야가 개척되고 있다.

예를 들면, 전력 변환 장치에 관해서는, 근래, 승강압 컨버터의 응용 기술 개발이 왕성하다. 한편으로, 탄화규소 등을 재료로 하는 와이드 밴드 갭 반도체 소자 등의 개발도 왕성하게 행하여지고 있다. 이와 같은 새로운 소자에 관해, 고내압(高耐壓)이라도 전류 용량(전류 실효치의 허용치)이 작은 소자에 관해서는, 정류기를 중심으로 실용화되어 오고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특개2005-160284호 공보(도 1)

한편, 고효율의 새로운 소자를 실용화함에 있어서, 예를 들면 전류 용량이 큰 소자에 관해서는, 고비용, 결정 결함 등 때문에, 실용화을 위해서는 많은 과제가 있고, 보급에는 아직 시간이 걸린다고 생각된다. 이 때문에, 예를 들면, 공기 조화 장치의 압축기의 모터 등에 공급하는 전력 이상(以上)의 전력을 취급하는 장치에, 새로운 소자를 이용하여 고효율화를 도모하려고 하는 것은 현재 상태로서는 어렵다. 이 때문에, 예를 들면 부하측부터 전원측으로 역류하려고 하는 전류의 흐름을 멈추기 위한 역류 전류 방지 소자에서, 전류 역류시에 생기는 리커버리 전류의 손실을 저감시키는 것이 어려웠다.

본 발명은, 상기 과제를 고려하여, 예를 들면, 전류 역류시에 생기는 리커버리 전류의 저감을 도모하여, 고효율, 고신뢰성 등을 확보할 수 있는 역류 방지 수단, 전력 변환 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 역류 방지 수단은, 전원과 부하와의 사이에 접속되고, 부하측부터 전원측으로의 전류의 역류를 방지하는 역류 방지 소자와, 역류 방지 소자와 병렬 접속한 별도 경로에 전류를 흘리는 전류(commutation) 동작을 행하기 위한 전류 수단을 구비하는 것이다.

본 발명에 의하면, 전류 동작을 행할 수가 있는 전류 수단을 마련함에 의해, 역류 방지 소자를 흐르는 전류를 별도 경로에 전류(commutated)시킬 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 전류 변환 장치의 동작에서, 부하측부터 전류가 역류할 때에는, 역류 방지 소자에 발생하는 리커버리 전류를 저감시킬 수 있어서, 예를 들면 역류 방지 소자의 전류 용량 등에 관계없이, 이와 같은 전류에 의한 손실, 통류손(通流損)을 저감할 수 있다. 그리고, 전류 수단(commutating means)의 전류 동작에 의해 손실이 작아지기 때문에, 시스템 전체로서 고효율화를 도모할 수 있다.

또한, 부하측부터 전원측에 흐르는 리커버리 전류의 저감을 도모함으로써, 전류 발생에 기인한 잡음 단자 전압 레벨을 저감할 수 있다. 이 때문에, EMC(Electro-Magnetic Compatibility : 전자 양립성) 대책에 유효하다. 특히, 노이즈 필터의 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다.

그리고, 예를 들면, 시스템에서 사용되는 스위칭 소자에 있어서의 암 단락 등의 우려가 없어지기 때문에, 고신뢰성 설계를 행하는 것이 가능하다.

또한, 전류 수단의 단순한 전류 동작에 의해 전류를 실현할 수 있기 때문에, 전류 수단을 동작시키기 위한 신호를 비교적 간이한 방법으로 작성을 할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면, 마이크로 컴퓨터 등과 같은 비교적 염가의 제어 장치에 의해, 실현할 수 있고, 비용 상승을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 2는 실시의 형태 1에 관한 단락 수단(4)의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 3은 실시의 형태 1에 관한 전류 수단(7)의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 4는 실시의 형태 1에 관한 제어 수단(102)의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 5는 실시의 형태 1에 관한 전류 경로의 한 예를 도시하는 도면.
도 6은 실시의 형태 1에 관한 동작 파형의 한 예를 도시하는 도면.
도 7은 실시의 형태 1에 관한 전류(commutation) 제어를 행하지 않는 경우의 동작 파형의 한 예를 도시하는 도면.
도 8은 실시의 형태 1에 관한 전류 제어를 행하는 경우의 동작 파형의 한 예를 도시하는 도면.
도 9는 실시의 형태 1에 관한 구동 신호 생성부의 동작의 한 예를 도시하는 도면.
도 10은 실시의 형태 1에 관한 전원 위상에 의한 전류 수단(7)의 구동 신호를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 12는 실시의 형태 2에 관한 전류 수단의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 13은 실시의 형태 2에 관한 전류 경로의 한 예를 도시하는 도면.
도 14는 실시의 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 15는 실시의 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 17은 실시의 형태 3에 관한 전류 경로의 한 예를 도시하는 도면.
도 18은 실시의 형태 3에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 19는 실시의 형태 3에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 20은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 21은 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 22는 실시의 형태 5에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 23은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 24는 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 25는 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 26은 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 27은 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 28은 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 29는 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 30은 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 31은 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 32는 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 33은 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 34는 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 35는 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 36은 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 37은 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 38은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 냉동 공기 조화 장치의 구성도.

이하, 발명의 실시의 형태에 관한 역류 방지 수단을 갖는 전력 변환 장치 등에 관해 도면 등을 참조하면서 설명한다.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 전력 변환 장치를 중심으로 한 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 처음에, 도 1에서의 고효율에 전력 변환을 행할 수가 있는 전력 변환 장치를 갖는 시스템 구성에 관해 설명한다.

도 1의 시스템에서는, 전력 변환 장치는, 교류 전원(1)과 부하(6)와의 사이에 마련되고, 교류 전원(1)으로부터의 교류의 전력을 직류의 전력으로 변환하여 부하(6)에 공급한다. 본 실시의 형태의 전력 변환 장치는, 예를 들면 리액터(2), 정류 회로(3), 단락 수단(스위치 수단)(4), 평활 수단(5) 및 전류 수단(7)을 갖고 있다.

리액터(2)는 고조파를 억제하기 위해 마련하고 있다. 정류 회로(정류 수단)(3)은, 다이오드 등의 정류 소자(3a 내지 3d)를 브리지 접속하여 구성하고, 교류 전원(1)에 의한 전력의 정류를 행한다. 여기서, 적어도 전류 수단(7)이 병렬 접속되어 있는 정류 소자(3a)는, 역류(평활 수단(5)으로부터 흐르는 역방향의 전류)를 방지하는 역류 방지 수단으로서도 기능한다. 평활 수단(5)은, 예를 들면 콘덴서 등을 이용하여 구성하고, 정류 소자(3a 내지 3d)의 정류에 관한 전압을 평활하여, 부하(6)에 대해 직류 전압(출력 전압)을 인가하여 전력 공급을 행한다.

도 2는 단락 수단(4)의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 예를 들면 도 2(a)에서는, 정류 소자(41a 내지 41d)를 브리지 접속한 단락용 정류 회로(41)와, 단락용 스위치(42)로 단락 수단(4)을 구성하고 있다. 단락 수단(4)은 리액터(2)를 통하여 교류 전원(1)(교류 전원(1)과 접속한 2단자 사이)을 단락한다. 여기서, 본 실시의 형태와 같이 교류 전원(1)을 단락하는 경우에는, 위상에 의해, 단락시에 단락 수단(4)에 흐르는 전류 방향이 다르다. 도 2는 단락용 스위치(42)로서 예를 들면 IGBT와 같은 쌍방향으로 전류를 흘릴 수 없는 소자를 하나 이용한 경우에 있어서의 일반적인 구성을 나타내고 있다. 그 밖에도, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 IGBT(절연 게이트 바이폴러 트랜지스터, MOSFET(전계 효과 트랜지스터) 등을 복수개 이용하여 구성하는 쌍방향 스위치 등으로 단락 수단(4)을 구성하여도 좋고, 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 3은 전류 수단(7)의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 전류 수단(7)은 정류 소자(3a)에 흐르는 전류(순방향의 전류)를, 필요한 타이밍에서 다른 경로(정류 소자(3a)를 통하지 않는 경로)로 전류 하기 위한 수단이다. 도 3에서는, 예를 들면, 변압기(71), 변압기(71)의 2차측 권선과 직렬 접속하는 다이오드 등의 전류용 정류 소자(72) 및 변압기(71)를 동작시키는 변압기 구동 회로(73)에 의해 전류 수단(7)을 구성하고 있다. 또한, 변압기 구동 회로(73)는, 예를 들면, 변압기(71)에 전력 공급하기 위한 전류용 전원(75)과, 구동 신호 생성부(103)로부터의 구동 신호에 의거하여 개폐하고, 변압기(71)(1차측 권선)에의 전력 공급, 공급 정지를 제어하는 전류용 스위치(74)로 구성한다.

여기서, 전류용 정류 소자(72)의 특성에 관해서는 후술하지만, 예를 들면 전기적 특성(특히 리커버리 특성)에 우수하고, 전류 용량이 작고 역회복의 시간이 빠른 반도체 소자로 한다. 또한, 교류 전원(1)으로부터 부하(6)에 공급하는 전력의 경로상에 있기 때문에, 고내압의 소자로 하는 쪽이 바람직하다.

여기서, 도 3에서는, 변압기(71)의 2차측 권선과 전류용(commutation) 정류 소자(72)의 애노드측을 접속하고 있는 예를 나타내고 있지만, 전류용 정류 소자(72)에 흘리는 전류 방향이 같다면, 이와 같은 접속으로 한하는 것이 아니다. 예를 들면, 전류용 정류 소자(72)의 캐소드측과 변압기(71)의 2차측 권선을 접속하도록 하여도 좋다. 또한, 변압기 구동 회로(73)를 전류용 스위치(74)와 전류용 전원(75)으로 구성하고 있지만, 노이즈 대책이나 고장시 보호를 고려하여, 필요에 응하여 전류용 전원(75), 전류용 스위치(74), 변압기(71)의 1차측 권선으로 구성하는 전기 회로에, 제한 저항, 고주파 콘덴서, 스너버 회로(snubber circuit), 보호 회로 등을 삽입하여 구성하여도 좋다. 또한, 변압기(71)에, 필요에 응하여 1차측 권선에 리셋 권선을 부가하여 여자 전류를 리셋하도록 하여도 좋다. 또한 정류기 등을 마련하여 여자 에너지를 전원측으로 회생하여, 고효율화하도록 하여도 좋다.

입력 전류 검출기(101)는 교류 전원(1)에 의해 흐르는 입력 전류를 검출하고, 검출 신호를 출력한다. 제어 수단(102)은, 마이크로 컴퓨터나, 디지털 시그널 프로세서 등의 연산 장치, 또는 같은 기능을 내부에 갖는 장치 등을 갖고 있다. 그리고, 입력 전류 검출기(101)로부터의 검출 신호로부터 단락 수단(4)의 단락 시간 등을 연산하고, 신호를 출력한다. 또한, 구동 신호 생성부(103)는, 제어 수단(102)의 출력 신호(온 듀티 신호)를 기초로, 단락 수단(4) 및 전류 수단(7)의 구동 신호를 생성하고, 단락 수단(4), 전류 수단(7)에 각각 송신한다.

도 4는 실시의 형태 1에 관한 제어 수단(102)의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제어 수단(102)은, 절대치 연산부(111, 112), 감산부(113) 및 PI 제어부(114)를 갖고 있는 것으로 한다. 절대치 연산부(111)는 예를 들면 외부(예를 들면 부하(6)가 되는 장치가 갖는 제어 수단 등)로부터 입력되는 지령 신호에 의거하여, 전류 지령치의 절대치를 연산한다. 절대치 연산부(112)는 입력 전류 검출기(101)로부터의 검출 신호에 의거하여, 입력 전류 검출치의 절대치를 연산한다. 또한, 감산부(113)는 전류 지령치의 절대치와 입력 전류 검출치의 절대치와의 편차(차분)를 연산한다. 그리고, PI 제어부(114)는, 비례적분 제어를 행하여, 구동 신호 생성부(103)에 출력 신호를 보낸다.

여기서, 본 실시의 형태에서는 전류 지령치의 절대치와 입력 전류 검출치와의 절대치와의 차분에 의거하여 비례적분 제어(피드백 제어)를 행하도록 하였지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들면, 미분 제어 등을 포함하도록 하여도 좋다. 또한, 전류뿐만 아니라, 전압 등에 의거하여 행하도록 하여도 좋다.

이상과 같은 본 실시의 형태에 관한 동작에 관해, 이하 설명한다. 본 실시의 형태의 전력 변환 장치에서의 동작은, AC 초퍼의 동작에, 정류 회로(3), 전류 수단(7)에서의 전류 동작을 가하여, 평활 수단(5)으로부터 전류가 역류하기 전에 정류 소자(3a)를 역 회복시켜 두도록 하여, 리커버리 전류의 발생을 억제한다.

도 5는 실시의 형태 1에 관한 전류 경로의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 5는 단락 수단(4) 내의 단락용 스위치(42) 및 전류 수단(7) 내의 전류용 스위치(74)의 개폐 상태의 조합중, 대표적인 동작 예에 의한 경로를 나타내고 있다.

도 6은, 도 5에 의거한 동작에 의한 전원 전압, 전원 전류(입력 전류) 및 단락 수단(4)에 보내지는 구동 신호의 동작에 관한 파형(동작 파형)을 도시하는 도면이다. 도 5 및 도 6을 이용하여, 본 실시의 형태에서의 전력 변환 장치의 동작에 관해 설명한다.

도 5(a)는, 단락용 스위치(42) 및 전류용 스위치(74)가 오프 상태(개방 상태)에서의 전류 경로를 도시하고 있다. 단락용 스위치(42) 및 전류용 스위치(74)를 오프 상태로 한 채로 교류 전원(1)으로부터 전력 공급을 행하는 경우, 단순한 전파 정류가 된다. 예를 들면, 교류 전원(1)의 단자 중, 리액터(2)와 접속하고 있는 측의 단자의 전위가 높은 경우, 전류 경로는, 교류 전원(1)-리액터(2)-정류 소자(3a)-부하(6)-정류 소자(3d)의 경로가 된다. 그리고, 예를 들면 단락용 스위치(42) 및 전류용 스위치(74)가 오프인 상태에서의 동작 파형은 도 6(a)와 같이 된다. 도 6(a)와 같은 교류 전원(1)에 의한 입력 전류의 경우에는 역율은 나쁘고, 고조파 전류도 많이 함유하고 있다.

도 5(b)는, 단락용 스위치(42)가 온 상태(폐지 상태)를 나타내고 있다. 전류용 스위치(74)는 오프 상태이다. 이때, 교류 전원(1)-리액터(2)-정류 소자(41a)-단락용 스위치(42)-정류 소자(41d)의 경로로 단락 전류가 흐른다. 여기서, 리액터(2)에 인가되는 전압은 교류 전원(1)의 전압과 거의 동등하게 되고, 도 5(b)에 도시하는 경로로 흐르는 단락 전류는 다음 식(1)으로 표시된다.

i_sw42on=(Vs/L)·t+i(0) … (1)

여기서, i_sw42on : 단락용 스위치(42) 온 시의 전류, Vs : 교류 전원(1)의 전압, L : 리액터(2)의 인덕턴스값, t : 단락용 스위치(42)의 온 시간, i(0) : 단락용 스위치(42)가 온 하기 직전의 전류(초기치)를 나타낸다.

통상, 전파 정류에서, 평활 수단(5)이 방전하여 부하(6)에 전류를 흘리는 구간에서는, 교류 전원(1)의 입력 전류가 불통류(不通流)가 된다. 그러나, 단락용 스위치(42)를 온 상태로 한 경우, 도 5(b)와 같이, 리액터(2)를 통하여 단락 전류가 흐르기 때문에, 상기한 바와 같은 불통류 구간이라도, 교류 전원(1)에 의한 입력 전류가 흐른다. 이 때문에, 단락용 스위치(42)의 온, 오프의 전환를 반복하여 행함으로써, 도 5(a)와 도 5(b)에 도시하는 전류 경로를 반복할 수 있다. 또한 온, 오프의 시간 비율을 제어함으로써, 교류 전원(1)에 의한 입력 전류의 파형을 임의로 변형하는 것이 가능해지고, 역율이나 고조파 전류의 함유율을 개선하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 도 4와 같은 제어 수단(102)과 같은 구성으로 하는 경우, 절대치 연산부(111)는, 예를 들면 외부에서의 지령 신호에 의거하여 전류 지령치의 절대치를 연산한다. 또한, 절대치 연산부(112)는, 입력 전류 검출기(101)로부터의 검출 신호에 의거하여 입력 전류 검출치의 절대치를 연산한다. 그리고, 감산부(113)가 전류 지령치 및 입력 전류 검출치의 각각의 절대치 편차를 산출하고, PI 제어부(114)에서 비례적분 제어를 행함으로써, 입력 전류 검출치가 전류 지령치에 근접하도록, 단락용 스위치(42)의 온 듀티(온 시간)를 연산하고, 온 듀티 신호를 출력한다.

또한, 구동 신호 생성부(103)는, 예를 들면, 단락용 스위치(42)의 스위칭 주파수와 동등한 주파수의 삼각파 신호와, PI 제어부(114)가 연산한 온 듀티 신호와의 비교에 의거하여, 단락용 스위치(42)의 구동 신호를 생성한다. 일반적으로, 이와 같은 제어를 행하는 경우, 단락용 스위치(42)의 스위칭 주파수는, 수k 내지 수십kHz 정도로 된다.

그리고, 상기 전류 지령치가 포함되는 지령 신호를, 예를 들면, 교류 전원(1)의 전압과 주파수·위상이 동등하고, 소망하는 진폭을 갖는 정현파로 하면, 교류 전원(1)으로부터의 입력 전류를 정현파 형상으로 제어할 수 있고, 역율·고조파 전류의 함유율을 대폭적으로 개선할 수 있다(도 6(b)).

여기서, 상기한 예에서는 입력 전류를 검출하여 행하는 입력 전류 제어에 관한 예를 들었지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들면, 평활 수단(5)에 의해 평활하여 부하(6)에 대해 인가하는 전압(출력 전압)을 검출하고, 예를 들면 외부에서 입력되는 소망하는 전압 지령치와의 차분을 비례적분 제어 등을 행함으로써, 출력 전압 제어를 행하도록 하여도 좋다. 또한, 입력 전류·출력 전압의 쌍방을 검출하도록 하고, 그들에 의거하여 단락용 스위치(42)의 구동 신호를 생성하고, 단락용 스위치(42)를 제어하여도 좋다.

또한, 상기한 예에서는, 단락용 스위치(42)를 고속 스위칭시켜서 제어하고, 입력 전류를 정현파 형상으로 제어하는 예를 들었지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들면, 역율·고조파 전류 함유율의 억제에 대한 요구가 높지 않은 경우에는, 반드시 입력 전류를 정현파 형상에 하기 위한 제어를 행할 필요는 없다. 예를 들면, 도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 입력 전류의 불통류 구간에서, 적정한 위상으로, 또한, 적정한 온 시간으로, 단락용 스위치(42)를 몇회만 온하는 제어를 행하여도, 역율·고조파 함유율의 개선을 도모하는 것이 가능하다.

예를 들면 고조파 규제치와, 입력 전류에 포함되는 고조파 전류의 해석치를 비교하고, 규제치를 충족시키는 범위에서, 단락용 스위치(42)를 온 하는 위상, 온 시간을 결정하고, 단락용 스위치(42)의 스위칭 회수를 최소한으로 할 수 있다. 상술한 수k 내지 수십kHz로 단락용 스위치(42)를 스위칭하는 경우에 비하여 스위칭 회수를 대폭적으로 저감할 수 있기 때문에, 스위칭 손실 저감, 발생 노이즈의 저감이 가능해진다. 또한, 단락용 스위치(42)로서, 염가의 저속의 소자를 사용할 수 있기 때문에, 비용 저감도 가능해진다.

이와 같은 제어를 행하는 경우, 예를 들면, 교류 전원(1)의 입력 전압을 검출하고, 입력 전압의 제로 크로스 등으로부터, 단락용 스위치(42)를 온 하는 위상이나 온 시간을 결정하면 좋다. 또한, 예를 들면, 평활 수단(5)의 출력 전압을 검출하고, 소망하는 전압 지령치와의 차분을 비례적분 제어 등을 행함으로써, 출력 전압 제어를 행하거나, 입력 전류·출력 전압의 쌍방을 검출하고, 그것에 의거하여 단락용 스위치(42)를 제어하여도 좋다.

도 7은 전류 수단(7)을 동작시키지 않는 경우의 신호 및 전류 파형을 도시하는 도면이다. 여기서, 도 7에서는 단락용 스위치(42)가 연속하여 온 오프를 반복하고, 도 5와 마찬가지로, 교류 전원(1)의 단자 중, 리액터(2)에 접속되는 측의 단자의 전위가 높은 경우의 도면을 나타내고 있다. 단락 수단(4)(단락용 스위치(42))의 구동 신호는, 하이(High)측을 액티브 방향(온 방향)으로 하고 있다.

상술한 바와 같이, 단락용 스위치(42)가 오프 하고 있는 경우, 정류 소자(3a)에는 순전류가 흐른다. 이 상태에서, 단락용 스위치(42)를 온 하면, 직렬 접속된 정류 소자(3a, 3b)의 양단에, 각각 평활 수단(5)에 의해 평활된 직류 전압이 인가된다. 이때, 정류 소자(3a)에는 직류 전압의 1/2의 역바이어스 전압이 인가된다. 그 후, 정류 소자(3a)는 오프 동작으로 이행한다.

여기서, 정류 소자(3a)가 오프 동작에 이행하는 기간, 온 하고 있는 기간과는 역방향의 단락 전류가 흐른다. 이것은, 통상, 정류 소자(3a 내지 3d)에 사용되는 pn 접합 다이오드에서, 순서 바이어스 전압으로 정상하게 통전하고 있는 상태에서는, p, n 쌍방의 반도체에 캐리어가 축적된 상태로 되어 있고, 이 상태에서 순식간에 역바이어스 전압이 인가되면, 그들 캐리어가 순바이어스 전압 인가시에 이동하고 있던 방향과는 반대로 이동하기 때문이다(이때 흐르는 역방향의 단락 전류를, 이하, 리커버리 전류라고 칭한다). 리커버리 전류는, 커먼 모드 전류를 변위시키는 요인이 되고, 잡음 단자 전압·방사 잡음 등의 레벨이 상승하기 때문에, 노이즈 대책에 비용이 걸린다. 또한, 회로 손실의 증대에도 이어진다.

통상, 정류 다이오드의 전류 용량이 증가하면, 축적 캐리어량도 증가하여 가는 경향에 있다. 그 때문에, 전류 용량 증가와 함께, 리커버리 전류도 증가하여 가게 된다. 또한, 인가하는 역바이어스 전압이 커짐에 의해, 리커버리 전류는 증가하여 가게 된다.

그래서, 본 실시의 형태에서는 전류 용량이 큰 정류 소자(3a)에 대해, 높은 역바이어스 전압을 인가하여 역회복을 행하는 것이 아니라, 전류 수단(7)에 의해 전류 경로를 형성하도록 하고, 단락용 스위치(42)의 온 직전에 변압기(71) 및 전류용 정류 소자(72)를 통하여 낮은 역바이어스를 인가하여 역회복을 행하는 제어(이하, 전류 제어라고 칭한다)를 행하는 것이다.

전류 제어에서는, 단락용 스위치(42)의 온 직전에 전류 수단(7)의 전류용 스위치(74)를 온 하고, 변압기(1)을 통하여 정류 소자(3a)에 흐르고 있는 전류를 전류용 정류 소자(72)측으로 전류한다. 도 5(c)는, 단락용 스위치(42)가 오프, 전류용 스위치(74)가 온 하고 있는 상태를 도시하고 있다. 이때의 전류 경로는, 도 5(a)와 마찬가지로, 교류 전원(1)-리액터(2)-정류 소자(3a)-부하(6)-정류 소자(3d)의 경로가 된다. 또한, 이에 더하여, 전류용 스위치(74)가 온 하고 있기 때문에, 변압기(71)가 여자되고, 전류 수단(7)의 변압기(71)의 2차측-전류용 정류 소자(72)의 경로에도 전류가 흘러 들어간다. 그리고, 일정 시간 경과 후, 전류용 정류 소자(72)측의 경로로 완전히 전류하게 된다.

도 8은 전류 수단(7)을 동작시키는 경우의 신호 및 전류 파형을 도시하는 도면이다. 여기서, 단락 수단(4)(단락용 스위치(42)) 및 전류 수단(7)(전류용 스위치(74))의 구동 신호는, 하이(High)측을 액티브 방향(온 방향)으로 하고 있다. 도 8과 같이, 단락용 스위치(42)의 구동 신호가 온이 되기 직전에, 전류 수단(7)의 구동 신호를 온시킨다. 이때, 상술한 바와 같이, 여자 전류에 의해 변압기(71)의 2차측의 경로에 전류가 흐르기 시작한다. 따라서, 정류 소자(3a)와 전류용 정류 소자(72)의 각 방향에 전류가 분류(分流)하여 흐른다. 그 후, 전류 수단(7)의 구동 신호를 온 상태로 유지하면, 정류 소자(3a)에는 전류가 흐르지 않게 되고, 전류용 정류 소자(72)측에 모든 전류가 흐르게 된다(전류 완료).

전류 동작할 때, 변압기 구동 회로(73) 내부의 전류용 전원(75)을, 평활 수단(5)의 출력 전압과 비교하여 충분히 작은 값이 되도록 설정하여 둠으로서, 작은 역바이어스 전압으로 정류 소자(3a)를 오프(역회복)시키는 것이 가능해진다. 이 상태에서, 단락용 스위치(42)를 온 시키면, 전류용 정류 소자(72)의 역회복 동작이 행하여지고, 이 경우에도 리커버리 전류는 생긴다. 그렇지만, 전류용 정류 소자(72)의 통류 시간은 정류 소자(3a)와 비교하여, 극히 단시간이기 때문에, 전류용 정류 소자(72)에 흐르는 전류의 실효 전류는 작고, 필요하게 되는 전류 용량이 작게 끝난다. 따라서, 축적 캐리어가 적은, 소용량의 소자를 이용할 수 있고, 정류 소자(3a)에 의해 발생하는 경우와 비교하여, 리커버리 전류의 저감이 가능해진다(단, 피크 전류를 고려하여 소자를 선정한다). 그리고, 결과적으로, 시스템 전체로서, 리커버리 전류에 기인하는 노이즈량 및, 손실을 저감하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 잡음 단자 전압·방사 잡음 등의 레벨이 저감하고, 또한, 회로 손실이 억제된다. 따라서 노이즈 필터가 소형화될 수 있고, 비용 저감을 도모할 수 있다.

또한, 단락 수단(4)을 동작시키기(단락용 스위치(42)를 개폐시키기) 위한 구동 전원(게이트 구동용 전원. 도시 생략) 또는 제어 수단(102)의 전원(도시 생략)의 어느 한쪽과, 변압기 구동 회로(73)의 전류용 전원(75)을 공통화할 수 있다. 이 때문에, 새롭게 전원을 작성할 필요가 없어져서, 비용 상승을 피할 수 있다.

전류용 정류 소자(72)로는, 리커버리 특성이 좋고, 순 전압이 낮고, 로스가 적은 고내압의 쇼트 키·배리어·다이오드를 이용하여도 좋다. 또한, SiC(탄화규소), GaN(갈륨나이트라이드, 질화갈륨), 다이아몬드 등을 재료로 하는 와이드 밴드 갭 반도체의 소자를 이용하여도 좋다. 이들 소자는, 전류 실효치의 허용치가 큰 사양이 됨에 수반하여, 결정 결함의 증대, 비용 상승을 초래한다. 본 실시의 형태에서의 전류용 정류 소자(72)에, 전류 실효치의 허용치가 작은 소자를 사용 가능하기 때문에, 코스트 퍼포먼스가 양호하여 고효율의 전력 변환 장치를 실현할 수 있다.

또한, 변압기(71)를 통하기 때문에, 정류 소자(3a 내지 3d)로 이루어지는 정류 회로(3)·변압기(71)의 2차측 권선·전류용 정류 소자(72)와, 변압기 구동 회로(73)·제어 수단(102)과의 사이를 절연할 수 있다. 이 때문에, 전류 수단(7)을 구동하는 신호의 주입이 비교적 간이하게 행할 수 있다. 또한, 안전성·신뢰성이 높은 시스템을 구축할 수 있다.

도 9는 구동 신호 생성부(103)의 동작 파형의 한 예를 도시한다. 도 9(a)는, 전류 수단(7)을 동작시키지 않는 경우에, 제어 수단(102)에서 출력되는 단락용 스위치(42)의 온 듀티 신호에 의거하여, 구동 신호 생성부(103)가 단락용 스위치(42)의 구동 신호를 생성하는 동작에 관한 파형을 도시하고 있다. 예를 들면, 미리 준비되어 있는 제1의 삼각파 신호와, 제어 수단(102)에서 출력된, 단락용 스위치(42)의 온 듀티 신호를 비교하여, 온 듀티 신호의 쪽이 큰 경우에는 단락용 스위치(42)를 온 시키는 구동 신호를 보내도록 한다. 한편, 삼각파 신호의 쪽이 큰 경우에는, 단락용 스위치(42)를 오프 시키는 구동 신호를 보내도록 한다. 여기서, 양자의 액티브 방향이나 스레숄드를 온에 포함하는지의 여부 등은 필요에 응하여 변경하여도 좋다.

도 9(b)는, 전류 수단(7)을 동작시키는 경우의, 단락용 스위치(42) 및 전류용 스위치(74)의 구동 신호 생성에 관한 동작에 관한 파형의 한 예를 도시하고 있다. 단락 수단(4)(단락용 스위치(42))의 구동 신호에 관해서는, 제1의 삼각파 신호와, 제어 수단(102)에서 출력되는 온 듀티 신호를 비교하여, 도 9(a)에서 설명한 순서와 마찬가지로 하여 생성한다.

한편, 전류 수단(7)(전류용 스위치(74))의 구동 신호에 관해서는, 제1의 삼각파 신호에 대해, 소정의 히스테리시스 폭을 갖는 제2의 삼각파 신호도 이용하여 생성한다. 예를 들면, 제1 및 제2의 삼각파 신호의 하강 구간(후반)에서, 제2의 삼각파 신호와 온 듀티 신호가 같은 값이 되었을 때에 제1의 삼각파 신호가 기준 신호보다 크면 전류 수단(7)의 구동 신호를 온 한다. 한편, 제1의 삼각파 신호와 온 듀티 신호가 같은 값이 되었을 때에 제2의 삼각파 신호가 온 듀티 신호보다 작으면 전류 수단(7)의 구동 신호를 오프 한다.

여기서는, 제1의 삼각파 신호, 제2의 삼각파 신호, 온 듀티 신호가 상기한 바와 같은 관계를 충족시킴으로써, 전류 수단(7)의 구동 신호의 온 또는 오프를 전환하고 있다. 이때, 예를 들면, 전류 수단(7)의 온 타이밍(전류 동작 시작 타이밍)은, 전류 수단(7)의 구동 신호의 출력으로부터 변압기(71)가 동작하고, 전류용 정류 소자(72)에의 전류를 시작하기 위한 지연 시간 등을 고려하여 설정하면 좋다. 또한, 전류 수단(7)의 오프 타이밍에서 관해, 변압기 구동 회로(73)의 지연 시간, 정류 소자(3a)의 역회복 시간(통상 수백㎱ 내지 수㎱), 전류용 정류 소자(72)의 역회복 시간(통상 수㎱ 내지 수백㎱) 등을 고려하여 설정하면 좋다. 그리고, 양자의 액티브 방향이나 스레숄드를 온에 포함하는지의 여부 등은 필요에 응하여 변경하여도 좋다.

또한, 삼각파 신호에 있어서 하강 구간(후반)인지의 여부의 구간 판정은, 삼각파 신호 생성시의 타이머 등을 이용하여, 예를 들면 주기적으로 전반인지 후반인지를 판단하는 등 하여 행하면 좋다. 또한, 삼각파 신호의 시간 관리(경과 시간을 카운트)에 의해, 신호 온 타이밍·오프 타이밍의 판단에 의거하여 판정을 행하여도 좋다.

또한, 여기서는, 제1·제2의 삼각파 신호와 온 듀티 신호에 의거하여 전류 수단(7)의 구동 신호를 생성하였지만, 이와 같은 생성으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들면, 도 9(c)에 도시하는 바와 같이, 제1의 삼각파 신호와 제2의 삼각파 신호와의 히스테리시스량에 상당하는 오프셋량을 온 듀티 신호에 갖게 한 제2의 온 듀티 신호를 생성하고, 2개의 온 듀티 신호와 제1의 삼각파 신호에 의거하여 전류 수단(7)의 구동 신호를 생성하는 것도 가능하다.

여기서, 본 실시의 형태에 관해 도 1의 구성에 의거하여 설명하였다. 예를 들면, 정류 소자(3b)에 관해서도, 정류 소자(3a)와 마찬가지로, 교류 전원(1)의 정류 외에, 평활 수단(5)으로부터의 역류를 방지하는 작용을 하고 있다. 이 때문에, 예를 들면 정류 소자(3b)에 전류 수단(7)을 마련하는 등, 역류 방지 소자로서 기능하는 소자에 전류 수단(7)과 같은 구성의 전류 수단을 접속하고, 전류의 전류(轉流)를 행함으로써 같은 효과를 얻을 수 있다. 정류 소자(3a, 3b)의 양쪽에 전류 수단(7)을 마련하고 전류 제어를 적용함으로써, 노이즈·손실의 저감 효과는 더욱 커진다.

여기서, 전원 전압의 위상에 의해, 정류 소자(3a, 3b)에서의 리커버리 전류의 발생 타이밍은 다르다. 교류 전원(1)과 접속하고 있는 단자 중, 리액터(2)가 접속되어 있는 측의 단자에서의 전위의 쪽이 높은 경우는, 상술한 바와 같이, 정류 소자(3a)를 통과하는 전류 경로가 된다. 역으로 리액터(2)가 접속되어 있는 측의 단자에서의 전위의 쪽이 낮은 경우는 정류 소자(3b)를 통과하는 전류 경로가 된다.

도 10은 정류 소자(3a, 3b)에 전류 수단(7)을 마련한 경우에 있어서의 전원 전압과 구동 신호와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 전원 전압의 위상에 따라, 정류 소자(3a)에 접속한 전류 수단(7)을 동작시키는지, 정류 소자(3b)에 접속한 전류 수단(7)을 동작시키는지를 결정하면 좋다. 이때, 전원 전압의 위상은, 예를 들면 전원 전압의 제로 크로스를 검출하면 좋다. 또한, 각각의 전류 수단(7)의 구동 신호는, 예를 들면, 구동 신호 생성부(103)가, 상술에서 나타낸 바와 같이 하여 생성하고, 전원 전압의 위상에 의거하여, 어느쪽의 전류 수단(7)에 구동 신호를 보내는지를 결정하면 좋다.

또한, 정류 소자(3c, 3d)에 관해서는, 각 애노드측과 회로의 모선(N)측이 접속하고 있다. 이 때문에, 정류 소자(3a, 3b)와 마찬가지로 역바이어스 전압이 걸린 경우에도, 리커버리 전류는 발생하기 어렵다. 그렇지만, 전류 제어를 적용함으로써, 더한층 노이즈·손실의 저감 효과를 도모하는 것은 가능하다.

이상과 같이, 실시의 형태 1의 전력 변환 장치에서는, 전류 수단(7)을 마련하고, 역류 방지 소자가 되는 정류 소자(3a)에 병렬 접속하고, 교류 전원(1)측부터 부하(6)측에 순방향으로 흐르는 전류를 별도 경로로 평활 수단(5)측으로 전류시키도록 함으로써, 예를 들면 단락용 스위치(42)의 개폐에 의해, 부하(6)(평활 수단(5))측부터 전류가 역류하여 흐르기 전에 정류 소자(3a)를 역회복시켜 둠으로써, 역류하는 전류가 유입된 때에 다이오드 등의 반도체 소자에 발생하는 리커버리 전류를, 순방향 전압은 낮지만 많은 리커버리 전류가 발생하는 정류 소자(3a)가 아니라, 역회복에 관한 시간이 짧고, 리커버리 특성이 좋은 전류용 정류 소자(72)를 통하여 발생하도록 함으로써, 회로에서의 리커버리 전류를 저감할 수 있다.

또한, 전류 동작이 행하여지지 않을 때(통상시)에는, 순방향 전압이 낮은 정류 소자(3a)에 전류가 흐르는 것으로 함으로써, 소자에 의한 부하(6)측에 흐르는 전력 손실도 억제할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 통상시에 역류 방지 소자가 되는 정류 소자(3a)로서 전류 용량이 큰 소자를 이용하는 등 하여도, 전류 동작을 행함으로써, 역류시에는 정류 소자(3a)의 리커버리 특성 등에 관계없이, 리커버리 손실·통류손을 저감할 수 있다. 이 때문에, 전류 수단(7)의 전류 동작 등을 행하는 것이지만, 시스템 전체로서, 리커버리 전류에 기인하는 손실, 및 노이즈 양을 저감하는 것이 가능해진다.

또한, 리커버리 전류에 기인한 회로 손실이 억제되고, 또한 잡음 단자 전압·방사 잡음 등의 레벨이 저감 된다. 따라서, 노이즈 필터를 소형화할 수 있고, 비용 저감 등이 가능하게 된다. 그리고, EMC 대책에 유효하다.

또한, 단락 수단(4)(단락용 스위치(42))를 동작시키기 위한 구동 전원, 제어 수단(102)의 처리 동작을 행하게 하기 위한 전원의 어느 한쪽(도시 생략)과, 전류용 전원(75)을 공통의 전원으로 할 수 있기 때문에, 새롭게 전원을 작성할 필요가 없어져서, 비용 상승을 피할 수 있다.

또한, 전류용 정류 소자(72)에 와이드 갭 밴드 반도체를 이용하도록 하였기 때문에, 저손실의 전력 변환 장치를 얻을 수 있다. 또한, 전력 손실이 작기 때문에, 소자의 고효율화를 도모할 수 있다. 와이드 갭 밴드 반도체는 허용 전류 밀도가 높기 때문에, 소자의 소형화를 도모할 수 있고, 소자를 조립하는 수단도 소형화할 수 있다. 여기서, 전류용 정류 소자(72)뿐만 아니라, 예를 들면 전류용 스위치(74) 등, 시스템 전체로서 손실이 되지 않는 경우에는, 다른 소자에 와이드 갭 밴드 반도체를 이용할 수도 있다.

여기서, 전류용 정류 소자(72)에는, 와이드 갭 밴드 반도체 외에도, 예를 들면 순 전압이 낮고, 로스가 적은 고내압의 쇼트 키 배리어 다이오드 등을 이용하여도 좋다. 이들 소자는, 전류 실효치의 허용치가 큰 사양으로 됨에 수반하여, 결정 결함의 증대나, 비용 상승이 커진다. 본 실시의 형태의 전력 변환 장치(시스템)에서는, 별도 경로에서의 전류가 흐르는 시간이 짧기 때문에, 전류 수단(7)에서의 전류용 정류 소자(72)는, 전류 실효치의 허용치가 작은(전류 용량이 작은) 소자를 사용할 수 있고, 코스트 퍼포먼스가 양호한 고효율의 전력 변환 장치를 실현할 수 있다.

또한, 변압기(71)에 의해, 교류 전원(1)과 부하(6)와의 사이의 회로상에 있는 정류 소자(3a), 변압기(71)의 2차측 권선 및 전류용 정류 소자(72)와, 변압기 구동 회로(73), 제어 수단(102) 및 전류 수단(7)에의 구동 신호와의 사이를 절연할 수 있기 때문에, 전류 수단(7)에의 구동 신호의 송신을 비교적 간이하게 행할 수 있다. 그리고, 높은 전압이 인가되는 수단과 낮은 전압으로 동작하는 수단을 전기적으로 분리시킬 수 있다. 또한, 안전성, 신뢰성이 높은 시스템의 구축을 할 수가 있다. 여기서, 본 실시의 형태에서는 변압기(71)와 변압기 구동 회로(73)에 의해 전류 동작을 행하도록 하고 있지만, 상기한 바와 같은 효과는 발휘할 수가 없을 가능성은 있는 것이지만, 전류를 별도 경로로 전류하는 전류 동작을 행할 수가 있으면 수단 구성을 변경할 수 있다.

실시의 형태 2.

도 11은 실시의 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 11에서, 도 1과 같은 동작을 행하는 수단, 소자 등에 관해서는 동일 부호를 붙이고 있다. 도 11에서는, 정류 소자(3a, 3c)에 전류 수단(7)을 접속하고 있다.

도 12는 실시의 형태 2에 관한 전류 수단(7)의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 여기서, 본 실시의 형태에서는, 정류 소자(3a, 3c)와 접속한 전류 수단(7)의 변압기(71)의 1차측 권선과 1차측 권선에 전력 공급을 행하는 변압기 구동 회로(73)가 공통되어 있다. 그리고, 변압기(71)의 2차측 권선과 직렬 접속한 전류용 정류 소자(72a)와, 정류 소자(3a)를 병렬 접속하고 있다. 또한, 변압기(71)의 2차측 권선과 직렬 접속한 전류용 정류 소자(72c)와, 정류 소자(3c)를 병렬 접속하고 있다. 여기서, 전류 동작을 행하는 타이밍을 다르게 하기 위해, 전류용 정류 소자(72a)와 접속한 쪽의 변압기(71)의 2차측 권선과, 전류용 정류 소자(72c)와 접속한 변압기(71)의 2차측 권선은 코일의 극성을 역극성으로 한다. 또한, 본 실시의 형태의 변압기 구동 회로(73)는, 전류용 스위치(74a 및 74c), 전류용 전원(75) 및 콘덴서(76a 및 76c)로 구성한다.

도 13은 실시의 형태 2에 관한 전류 경로의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 13(a)는, 단락용 스위치(42) 및 전류용 스위치(74a 및 74c)가 오프 상태에서의 전류 경로를 도시하고 있다. 또한, 도 13(b)는, 단락용 스위치(42)가 온인 상태를 도시하고 있다. 전류용 스위치(74a 및 74c)는 오프 하고 있다. 도 13(a), 도 13(b)에서는, 실시의 형태 1에서 설명한 도 5(a), 도 5(b)와 각각 같은 동작을 행한다.

한편, 도 13(c)는, 단락용 스위치(42)가 오프인 상태에서, 정류 소자(3a)측으로 전류 동작을 행한 경우의 전류 경로가 된다. 실시의 형태 1의 설명에서도 기술한 바와 같이, 정류 소자(3a)와, 정류 소자(3c)에서 리커버리 전류가 발생하는 타이밍은 다르다. 이 때문에, 전술한 바와 같이, 전류용 정류 소자(72a)와 접속한 쪽의 변압기(71)의 2차측 권선과, 전류용 정류 소자(72c)와 접속한 변압기(71)의 2차측 권선과의 권선의 극성을 바꾸어서 전류 동작의 타이밍을 바꾼다.

예를 들면 도 12의 전류 수단(7)에서, 전류용 스위치(74a)를 온으로 하여, 전류용 스위치(74c)를 오프라고 하면, 콘덴서(76a)가 방전하고, 변압기(71)의 1차측 권선에 여자 전류를 흘린다. 이때, 변압기(71)의 1차측 권선과 동극성의 전류용 정류 소자(72a)측의 2차측 권선에 전류가 흘러서, 전류용 정류 소자(72a)측에서의 전류 동작을 시작한다.

한편, 전류용 스위치(74a)를 오프로 하고, 전류용 스위치(74c)를 온으로 하면, 콘덴서(76c)가 방전하고, 변압기(71)의 1차측 권선에, 전류용 스위치(74a)가 온, 전류용 스위치(74c)가 오프일 때와는 역방향의 여자 전류를 흘린다. 이때, 변압기(71)의 1차측 권선과 역극성의 전류용 정류 소자(72c)측의 2차측 권선에 전류가 흘러서, 전류용 정류 소자(72c)측에서의 전류 동작을 시작한다.

여기서, 변압기 구동 회로(73)는 전류용 스위치(74a, 74c)에 의한 하프 브리지 구성의 예에 관해 설명하였지만, 이 구성으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들면 전류용 스위치(74)의 개수를 늘려서 풀 브리지 구성으로 하여도 마찬가지 전류 동작을 실현할 수 있고, 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 실시의 형태 2의 전력 변환 장치에 의하면, 예를 들면 정류 소자(3a, 3c)의 각각에 다른 타이밍에서 전류 동작을 행하는 경우에 있어서도, 변압기(71)의 2차측 권선, 전류용 정류 소자(72a, 72c)를, 실시의 형태 1과 마찬가지로 정류 소자(3a, 3c)에 각각 병렬 접속하고, 한편으로, 변압기(71)의 1차측 권선에 전력 공급을 제어하는 변압기 구동 회로(73)를 공통으로 할 수 있기 때문에, 실시의 형태 1과 마찬가지의, 리커버리 전류의 저감에 의한 노이즈·손실의 저감을 도모하면서도, 회로의 부품 갯수를 줄일 수 있고, 회로 면적의 저감이나 비용 상승의 억제를 실현할 수 있다. 또한, 정류 소자(3b, 3d)에 관해서도, 리커버리 전류의 발생 타이밍의 관계는, 정류 소자(3a, 3c)와 마찬가지이고, 정류 소자(3b, 3d)에 전류 수단을 접속하는 경우에는, 도 12에 도시한 바와 같은 구성으로, 변압기 구동 회로를 공통화하고, 각각에 전류 동작을 행할 수가 있다.

도 14는 실시의 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 다른 구성예를 도시하는 도면이다. 도 14에서는, 정류 소자(3a, 3d)에 전류 수단(7)을 접속하고 있다. 또한, 정류 소자(3a)와 정류 소자(3d)에 대해서는, 발생하는 리커버리 전류의 대소는 다르지만, 발생 타이밍은 같다. 그 때문에, 정류 소자(3a와 3d)와의 조합에 대해 전류 수단(7)을 접속하는 경우에는, 도 14에 도시하는 바와 같은 구성으로 할 수 있다. 또한, 이때의 변압기 구동 회로(73)는, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 도 3에 도시한 구성으로 실현할 수 있다. 또한, 정류 소자(3b)와 정류 소자(3c)의 조합도 마찬가지의 것을 말할 수 있다.

도 15는 실시의 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 또 다른 구성예를 도시하는 도면이다. 도 15는 정류 소자(3a 내지 3d)의 전부에 전류 수단(7)을 접속하여 구성한 것이다. 이때, 도 15에 도시하는 바와 같이, 변압기 구동 회로(73)를 공통화한 구성으로 하여도 좋다. 이때, 리커버리 전류의 발생 타이밍은, 상술한 바와 같이, 정류 소자(3a와 3d)의 조합, 정류 소자(3b와 3c)의 조합에서 같게 된다. 한편, 정류 소자(3a, 3d)와 정류 소자(3b, 3c)의 사이에서는 발생 타이밍은 다르기 때문에, 변압기 구동 회로(73)의 구성은, 도 12에 도시하는 바와 같은 구성으로 하면 좋다. 또한, 도 15의 구성에서도, 전류용 스위치(74)를 풀 브리지 구성으로 할 수 있고, 같은 동작, 같은 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 리커버리 전류의 저감에 의한 노이즈·손실의 저감을 도모하면서도, 회로의 부품 갯수를 줄일 수 있고, 회로 면적의 저감이나 비용 상승의 억제를 실현할 수 있다.

실시의 형태 3.

도 16은 실시의 형태 3에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 16에서, 도 1 등과 같은 동작을 행하는 수단, 소자 등에 관해서는 동일 부호를 붙이고 있다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태의 평활 수단(5)은, 직렬로 접속된 평활 수단(5a, 5b)으로 구성된다. 또한, 평활 수단(5a)과 평활 수단(5b)과의 접속점은, 교류 전원(1)의 단자 중의 어느 하나가 접속된다.

도 17은 실시의 형태 3에 관한 전류 경로의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 17은 교류 전원(1)의 단자 중, 리액터(2)와 접속하고 있는 측의 단자의 쪽이 전위가 높은 경우를 나타내고 있다. 도 17(a)는, 단락용 스위치(42) 및 전류용 스위치(74)가 오프 상태에서의 전류 경로를 도시하고 있다. 이때, 평활 수단(5a)이 충전된다. 또한, 리액터(2)와 접속하고 있는 측의 단자의 쪽이 전위가 낮은 경우에는, 평활 수단(5b)이 충전되기 때문에, 부하(6)에 인가된 직류 전압은, 전파 정류일 때의 배가 된다(배전압 정류).

도 17(b)는, 단락용 스위치(42)가 온인 상태를 도시하고 있다. 전류용 스위치(74)는 오프 하고 있다. 실시의 형태 1에서 설명한 경우와 마찬가지로 단락 전류가 흐른다. 도 17(c)는, 단락용 스위치(42)가 오프, 전류용 스위치(74)가 온 하고 있는 상태를 도시하고 있다. 실시의 형태 1에서 설명한 경우와 마찬가지로, 변압기(71)가 여자되고, 전류 수단(7)의 변압기(71)의 2차측-전류(commutation)용 정류 소자(72)의 경로에 전류가 유입하고, 완전히 전류(commutated) 된다.

도 18은 실시의 형태 3에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면이다. 도 18의 전력 변환 장치는, 정류 소자(3c, 3d)의 접속점과 평활 수단(5a, 5b)의 접속점을, 스위치(9)를 이용하여 접속하고 있다. 스위치(9)가 오프 하고 있는 경우에는, 실시의 형태 1 및 2에서 설명한 바와 같은 동작이 된다. 또한 스위치(9)가 온 하고 있는 경우에는, 도 16에 의거하여 설명한 바와 같은 동작이 된다. 이 때문에, 스위치(9)를 개폐시켜서 전파 정류와 배전압 정류를 전환하는 것이 가능하다.

도 19는 실시의 형태 3에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면이다. 도 19에서, 전력 변환 장치는 공진 콘덴서(10)를 가지며, 리액터(2)와의 공진을 이용하여 전력 공급을 행한다. 또한, 도 19(b)에서는, 직렬로 접속된 평활 수단(5a, 5b)으로 평활 수단(5)을 구성한다. 그리고, 평활 수단(5)측부터의 전류의 역류를 방지하는 역류 방지 소자(8a, 8b)를 갖고 있다.

이상과 같이, 실시의 형태 3의 전력 변환 장치에 의하면, 실시의 형태 1, 실시의 형태 2의 전류 수단(7)과 마찬가지 전류 수단(7a, 7b)을 마련하고, 단락 수단(4)의 동작에 맞추어서, 전류 수단(7a, 7b)의 전류 동작을 제어하도록 하였기 때문에, 리커버리 전류를 저감할 수 있고, 실시의 형태 1, 2와 마찬가지로, 노이즈·손실의 저감 또는 회로의 소형화·비용 상승 억제의 효과를 얻을 수 있다.

실시의 형태 4.

도 20은 실시의 형태 4에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 20에서, 도 1 등과 같은 동작을 행하는 수단, 소자 등에 관해서는 동일 부호를 붙이고 있다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 교류 전원(1)과 접속하고 있는 양 단자와 리액터(2a, 2b)를 각각 접속하고 있다.

또한, 리액터(2a, 2b)와, 정류 소자(3a, 3b)의 각각의 접속점에는, 단락 수단(4a, 4b)을 접속하고 있다. 또한 단락 수단(4a, 4b)에는, 각각 병렬로 환류 다이오드(43a, 43b)를 접속하고 있다. 단락 수단(4a, 4b)은, 리액터(2a, 2b)를 통하여 접속된다. 그리고, 교류 전원(1)의 각각의 단자 중, 전위가 높은 위상이 되었을 때에 단락 수단(4)에 단락 동작을 행하게 하도록 한 것이다.

이상과 같이, 실시의 형태 4의 전력 변환 장치에 의하면, 실시의 형태 1, 실시의 형태 2의 전류 수단(7)과 마찬가지 전류 수단(7a, 7b)을 마련하고, 단락 수단(4)과 같은 단락 수단(4a, 4b)의 동작에 맞추어서, 전류 수단(7a, 7b)의 전류 동작을 제어하도록 하였기 때문에, 리커버리 전류를 저감할 수 있고, 실시의 형태 1, 2와 마찬가지로, 노이즈·손실의 저감 또는 회로의 소형화·비용 상승 억제의 효과를 얻을 수 있다.

실시의 형태 5.

도 21은 실시의 형태 5에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 21에서, 도 1 등과 같은 동작을 행하는 수단, 소자 등에 관해서는 동일 부호를 붙이고 있다. 도 21에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 직렬로 접속된 평활 수단(5a, 5b)으로 평활 수단(5)을 구성한다. 또한, 정류 소자(3a와 3b)의 접속점에는 단락 수단(4a)을 접속하고, 정류 소자(3c와 3d)의 접속점에는 단락 수단(4b)을 접속한다. 여기서, 단락 수단(4a, 4b)은 쌍방향 스위치이고, 예를 들면, 도 2와 같이 정류 회로와 스위치에 의해 구성하는, 스위치를 복수개 이용하여 구성하는 등에 의해 실현한다.

이와 같은 회로를 갖는 전력 변환 장치에서, 실시의 형태 1 또는 실시의 형태 2와 마찬가지로 전류 수단(7)을 마련하고, 단락 수단(4a, 4b)의 동작에 맞추어서, 전류 수단(7)의 전류 제어를 행한다.

도 22는 실시의 형태 5에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면이다. 도 22에서는, 단락 수단(4)을 다이오드 브리지와 2개의 스위치로 구성한 것이다.

이와 같이, 도 21, 도 22와 같은 구성으로 한 경우에도, 리커버리 전류를 저감할 수 있고, 실시의 형태 1, 2 등과 마찬가지로 노이즈·손실의 저감 또는 회로의 소형화·비용 상승 억제의 효과를 얻을 수 있다.

실시의 형태 6.

도 23은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 23에서, 도 1 등과 같은 동작을 행하는 수단, 소자 등에 관해서는 동일 부호를 붙이고 있다. 여기서, 본 실시의 형태의 단락 수단(4)은 쌍방향 스위치일 필요는 없고, IGBT나 MOS-FET 등의 스위치로 실현할 수 있다. 또한, 도 23에 도시하는 바와 같이, 단락 수단(4)과 평활 수단(5)과의 사이에는, 평활 수단(5)으로부터의 역류를 방지하기 위한 역류 방지 소자(8)를 설치한다. 역류 방지 소자(8)와 병렬로 전류 수단(7)을 접속한다.

그리고, 예를 들면, 평활 수단(5)에서 평활된 출력 전압이 소망하는 전압치가 되도록 단락 수단(4)의 스위치의 온 오프를 제어한다. 여기서, 교류 전원(1)에 의한 입력 전류가 소망하는 전류치가 되도록 제어하도록 하여도 좋다. 또한, 상기 출력 전압·입력 전류가 각각 소망하는 값이 되도록 제어하도록 하여도 좋다.

그리고, 이와 같은 회로를 갖는 전력 변환 장치에서, 실시의 형태 1 등과 마찬가지로 전류 수단(7)을 마련하고, 단락 수단(4)의 동작에 맞추어서, 전류 수단(7)의 전류 제어를 행한다. 이 때문에, 리커버리 전류를 저감할 수 있고, 실시의 형태 1 등과 마찬가지로 노이즈·손실의 저감 또는 회로의 소형화·비용 상승 억제의 효과를 얻을 수 있다.

도 24는, 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성별 예를 도시하는 도면이다. 도 24는, 도 23에 도시하는 전력 변환 장치에서, 리액터(2), 단락 수단(4) 및 역류 방지 소자(8)에 관해 2계통 병렬로 마련한 전력 변환 장치이다. 여기서, 리액터(2), 단락 수단(4), 역류 방지 소자(8)에서 병렬로 접속한 계통수에 관해서는, 2계통으로 한정하지 않고, 더욱 많은 계통수라도 좋다.

그리고, 예를 들면, 평활 수단(5)에서 평활된 출력 전압이 소망하는 전압치가 되도록 단락 수단(4a, 4b)의 스위치의 온 오프를 제어한다. 여기서, 교류 전원(1)에 의한 입력 전류가 소망하는 전류치가 되도록 제어하도록 하여도 좋다. 또한, 상기 출력 전압·입력 전류가 각각 소망하는 값이 되도록 제어하도록 하여도 좋다.

또한, 이때, 단락 수단(4a와 4b)을, 반드시 같은 타이밍에서 온 오프 시킬 필요는 없다. 예를 들면, 스위칭 주기 중, 임의의 위상차로 제어하면, 각 계통에서의 전류 리플이 상쇄되고, 입력 전류의 전류 리플을 저감할 수 있다. 여기서, 180도의 위상차일 때가 가장 효과를 얻을 수 있다. 또한, 3계통의 경우에는 120도의 위상일 때가 가장 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이, 계통수가 n인 경우에 360도/n의 위상차로 함으로써 전류 리플 상쇄의 효과는 가장 커진다. 또한 계통수가 많을수록, 그 효과는 커진다.

도 25는, 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면이다. 도 25(a)는, 도 23의 구성에 대해, 리액터(2)를 교류 전원(1)측에 마련하도록 한 것이다. 또한, 도 25(b)는, 도 24의 구성을 변형한 것이다. 또한, 도 25(c)는, 단락 수단(4)의 경로에 리액터(2a, 2b)를 마련한 것이다. 여기서, 도 25(c)의 단락 수단(4)에서는, 각 정류 소자(41a 내지 41d)와 단락용 스위치(42a 내지 42d)를 병렬로 접속하고, 또한, 단락용 콘덴서(43)를 갖고서 실시의 형태 1, 2 등과 마찬가지의 단락 수단(4)의 기능을 실현한다.

도 26은 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면이다. 여기서, 본 실시의 형태의 전력 변환 장치는 도 26(a)에 도시하는 바와 같이 매트릭스 컨버터이다. 그리고, 예를 들면 3상 유도 전동기를 부하(6)로 하고 있다. 매트릭스 컨버터의 스위치(11)(11a 내지 11i)는, 도 26(b)에 도시하는 바와 같이, 쌍방향 스위치로 구성하고, 쌍방향 스위치를 구성하는 역류 방지 소자 등에 대해, 각각 전류 수단(7a, 7b)이 접속되어, 전류 제어를 행할 수가 있다.

도 27은 실시의 형태 6에 관한 전력 변환 장치의 구성의 다른 한 예를 도시하는 도면이다. 도 27에 도시하는 바와 같이, 전류 경로상의 전류 방지 소자(8a 내지 8d)에 대해, 각각 전류 수단(7a 내지 7d)을 병렬로 접속하여 전력 변환 장치를 구성하도록 하여도 좋다.

이상과 같은 회로를 갖는 전력 변환 장치에서, 실시의 형태 1 또는 실시의 형태 2와 마찬가지로 전류 수단(7)을 마련하고, 단락 수단(4) 등의 동작에 맞추어서, 전류 수단(7)의 전류 제어를 행한다. 이 때문에, 리커버리 전류를 저감할 수 있고, 실시의 형태 1, 2 등과 마찬가지로 노이즈·손실의 저감 또는 회로의 소형화·비용 상승 억제의 효과를 얻을 수 있다.

실시의 형태 7.

도 28 내지 도 37은 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 전력 변환 장치의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 28 내지 도 37에서, 도 1 등과 같은 동작을 행하는 수단, 소자 등에 관해서는 동일 부호를 붙이고 있다.

상술한 실시의 형태 1 내지 6에서는, 단상의 교류 전원(1)에 대응한 전력 변환 장치에 관해 기술하여 왔다. 예를 들면 도 28 내지 도 37에 도시하는 바와 같은, 3상 교류 전원 대응의 마찬가지 방식의 전력 변환 장치에 관해서도, 전류 수단(7)을 마련하고, 전류 제어를 행하도록 하여도 좋다. 이에 의해 도 28 내지 도 37의 전력 변환 장치에서도, 리커버리 전류를 저감할 수 있고, 실시의 형태 1 등과 마찬가지로 노이즈·손실의 저감 또는 회로의 소형화·비용 상승 억제의 효과를 얻을 수 있다.

실시의 형태 8.

도 38은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 냉동 공기 조화 장치의 구성도이다. 본 실시의 형태에서는, 상술한 전력 변환 장치를 통하여 전력 공급을 행하는 냉동 공기 조화 장치에 관해 설명한다. 도 38의 냉동 공기 조화 장치는, 열원측 유닛(실외기)(300)와 부하측 유닛(실내기)(400)을 구비하고, 이들이 냉매 배관으로 연결되고, 주(主)가 되는 냉매 회로(이하, 주(主)냉매 회로라고 칭한다)를 구성하여 냉매를 순환시키고 있다. 냉매 배관중, 기체의 냉매(가스 냉매)가 흐르는 배관을 가스 배관(500)으로 하고, 액체의 냉매(액냉매. 기액2상 냉매의 경우도 있다)가 흐르는 배관을 액 배관(600)으로 한다.

열원측 유닛(300)은, 본 실시의 형태에서는, 압축기(301), 오일 분리기(302), 4방밸브(303), 열원측 열교환기(304), 열원측 팬(305), 어큐뮤레이터(306), 열원측 조임 장치(팽창 밸브)(307), 냉매간 열교환기(308), 바이패스 조임 장치(309) 및 열원측 제어 장치(310)의 각 장치(수단)로 구성한다.

압축기(301)는, 흡입한 냉매를 압축하여 토출한다. 여기서, 압축기(301)는, 운전 주파수를 임의로 변화시킴에 의해, 압축기(301)의 용량(단위 시간당의 냉매를 송출하는 양)을 세밀하게 변화시킬 수 있는 것으로 한다. 여기서, 상술한 각 실시의 형태에서의 전력 변환 장치가, 압축기(301)(모터)를 구동시키는 전력을 공급하는 교류 전원(1)과 부하(6)가 되는 압축기(301) 등과의 사이에 부착되어 있다.

오일 분리기(302)는, 냉매에 섞여서 압축기(301)로부터 토출된 윤활유를 분리시키는 것이다. 분리된 윤활유는 압축기(301)로 되돌아온다. 4방밸브(303)는, 열원측 제어 장치(310)로부터의 지시에 의거하여 냉방 운전시와 난방 운전시에 따라 냉매의 흐름을 전환한다. 또한, 열원측 열교환기(304)는, 냉매와 공기(실외의 공기)와의 열교환을 행한다. 예를 들면, 난방 운전시에서는 증발기로서 기능하여, 열원측 조임 장치(307)를 통하여 유입한 저압의 냉매와 공기와의 열교환을 행하고, 냉매를 증발시켜서, 기화시킨다. 또한, 냉방 운전시에서는 응축기로서 기능하여, 4방밸브(303)측부터 유입한 압축기(301)에서 압축된 냉매와 공기와의 열교환을 행하고, 냉매를 응축하여 액화시킨다. 열원측 열교환기(304)에는, 냉매와 공기와의 열교환을 효율적으로 행하기 위해, 열원측 팬(305)이 마련되어 있다. 열원측 팬(305)에 대해서도, 상술한 각 실시의 형태 1에 기재한 전력 변환 장치를 통하여 전력 공급을 행하고, 예를 들면 부하(6)가 되는 인버터 장치에서 팬 모터의 운전 주파수를 임의로 변화시켜서 팬의 회전 속도를 세밀하게 변화시키도록 하여도 좋다.

냉매간 열교환기(308)는, 냉매 회로의 주가 되는 유로를 흐르는 냉매와, 그 유로로부터 분기되어 바이패스 조임 장치(309)(팽창 밸브)에 의해 유량 조정된 냉매와의 사이에서 열교환을 행한다. 특히 냉방 운전시에 있어서 냉매를 과냉각할 필요가 있는 경우에, 냉매를 과냉각하여 부하측 유닛(400)에 공급하는 것이다. 바이패스 조임 장치(309)를 통하여 흐르는 액체는, 바이패스 배관을 통하여 어큐뮤레이터(306)로 되돌아온다. 어큐뮤레이터(306)는 예를 들면 액체의 잉여 냉매를 모아 두는 수단이다. 열원측 제어 장치(310)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터 등으로 이루어지는. 부하측 제어 장치(404)와 유선 또는 무선 통신할 수 있고, 예를 들면, 냉동 공기 조화 장치 내의 각종 검지 수단(센서)의 검지에 관한 데이터에 의거하여, 인버터 회로 제어에 의한 압축기(301)의 운전 주파수 제어 등, 냉동 공기 조화 장치에 관한 각 수단을 제어하여 냉동 공기 조화 장치 전체의 동작 제어를 행한다. 또한, 상술한 실시의 형태에서 설명한 제어 수단(102)이 행하는 처리를 열원측 제어 장치(310)가 행하도록 하여도 좋다.

한편, 부하측 유닛(400)은, 부하측 열교환기(401), 부하측 조임 장치(팽창 밸브)402, 부하측 팬(403) 및 부하측 제어 장치(404)로 구성된다. 부하측 열교환기(401)는 냉매와 공기와의 열교환을 행한다. 예를 들면, 난방 운전시에서는 응축기로서 기능하여, 가스 배관(500)으로부터 유입한 냉매와 공기와의 열교환을 행하고, 냉매를 응축시켜서 액화(또는 기액2상화)시켜, 액 배관(600)측으로 유출시킨다. 한편, 냉방 운전시에서는 증발기로서 기능하여, 부하측 조임 장치(402)에 의해 저압 상태가 된 냉매와 공기와의 열교환을 행하여, 냉매에 공기의 열을 빼앗게 하여 증발시켜서 기화시켜, 가스 배관(500)측으로 유출시킨다. 또한, 부하측 유닛(400)에는, 열교환을 행하는 공기의 흐름을 조정하기 위한 부하측 팬(403)이 마련되어 있다. 이 부하측 팬(403)의 운전 속도는, 예를 들면 이용자의 설정에 의해 결정된다. 부하측 조임 장치(402)는, 개방도를 변화시킴으로써, 부하측 열교환기(401) 내에서의 냉매의 압력을 조정하기 위해 마련된다.

또한, 부하측 제어 장치(404)도 마이크로 컴퓨터 등으로 이루어지고, 예를 들면 열원측 제어 장치(310)와 유선 또는 무선 통신할 수 있다. 열원측 제어 장치(310)로부터의 지시, 거주자 등으로부터의 지시에 의거하여, 예를 들면 실내가 소정의 온도가 되도록, 부하측 유닛(400)의 각 장치(수단)를 제어한다. 또한, 부하측 유닛(400)에 마련된 검지 수단의 검지에 관한 데이터를 포함하는 신호를 송신한다.

이상과 같이 실시의 형태 8의 냉동 공기 조화 장치에서는, 상술한 실시의 형태에서의 전력 변환 장치를 이용하여 압축기(301), 열원측 팬(305) 등에의 전력 공급을 행하도록 하였기 때문에, 고효율, 고신뢰성의 냉동 공기 조화 장치를 얻을 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

전술한 실시의 형태 8에서는, 본 발명에 관한 전력 변환 장치를 냉동 공기 조화 장치에 적용한 경우에 관해 설명하였지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다. 히트 펌프 장치, 냉장고 등의 냉동 사이클(히트 펌프 사이클)을 이용하는 장치, 엘리베이터 등의 반송기기 등, 조명기구(시스템)에도 적용할 수 있고, 마찬가지 효과를 이룰 수 있다.

1 : 교류 전원
2, 2a, 2b : 리액터
3 : 정류 회로
3a 내지 3d : 정류 소자
4, 4a, 4b : 단락 수단
5, 5a, 5b : 평활 수단
6 : 부하
6a : 인버터 회로
7, 7a 내지 7d : 전류 수단(commutating means)
8, 8a 내지 8d : 역류 방지 소자
9 : 스위치
10 : 공진 콘덴서
41 : 단락용 정류 회로
41a 내지 41d : 정류 소자
42 : 단락용 스위치
43 : 단락용 콘덴서
71 : 변압기
72 : 전류용 정류 소자
73 : 변압기 구동 회로
74 : 전류용 스위치(commutation switch)
75 : 전류용 전원(commutation power supply)
76 : 콘덴서
101 : 입력 전류 검출기
102 : 제어 수단
103 : 구동 신호 생성부
111, 112 : 절대치 연산부
113 : 감산부
114 : PI 제어부
300 : 열원측 유닛
301 : 압축기
302 : 오일 분리기
303 : 4방밸브
304 : 열원측 열교환기
305 : 열원측 팬
306 : 어큐뮤레이터
307 : 열원측 조임 장치
308 : 냉매간 열교환기
309 : 바이패스 조임 장치
310 : 열원측 제어 장치
400 : 부하측 유닛
401 : 부하측 열교환기
402 : 부하측 조임 장치
403 : 부하측 팬
404 : 부하측 제어 장치
500 : 가스 배관
600 : 액 배관

Claims (14)

1. 전원과 부하와의 사이에 접속되고, 상기 부하측부터 상기 전원측으로의 전류의 역류를 방지하는 역류 방지 소자와,
   상기 역류 방지 소자와 병렬 접속한 별도 경로에 전류를 흘리는 전류 동작(commutation operation)을 행하기 위한 전류 수단(commutating means)을 구비하는 것을 특징으로 하는 역류 방지 수단.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 전류 수단은,
   상기 별도 경로를 흐르는 전류를 정류하는 전류용 정류 소자와,
   1차측 권선에 관한 전압에 의거한 전압을 상기 별도 경로상의 2차측 권선에 인가시켜서, 상기 전류 동작을 행하는 변압기와,
   상기 변압기의 1차측 권선에의 전압 인가를 제어하는 변압기 구동 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 역류 방지 수단.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 변압기 구동 회로는, 전류용 전원(commutation power supply)과 전류용 스위치(commutation switch)를 가지며, 상기 변압기의 1차측 권선이와 접속하고,
   상기 전류용 스위치의 개폐에 의해, 상기 전류용 전원으로부터 상기 변압기의 1차측 권선에 흐르는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 역류 방지 수단.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
   복수의 상기 역류 방지 소자에 각각 상기 전류용 정류 소자 및 상기 변압기의 2차측 권선을 병렬 접속하고,
   상기 변압기의 상기 1차측 권선을 공통으로 하는 것을 특징으로 하는 역류 방지 수단.
5. 제 4항에 있어서,
   각 역류 방지 소자에 대응한 전류 동작의 타이밍을 다르게 하기 위해, 각 2차측 권선을 역권(reversely wound)으로 하는 것을 특징으로 하는 역류 방지 수단.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전류용 정류 소자에 와이드 밴드 갭 반도체를 이용한 것을 특징으로 하는 역류 방지 수단.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 와이드 밴드 갭 반도체는, 탄화규소, 질화갈륨계 재료 또는 다이아몬드를 재료로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
8. 일부 또는 전부의 정류 소자에, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 역류 방지 수단을 이용하여 교류 전원의 전류의 정류를 행하는 정류 회로와,
   그 정류 회로로부터의 출력 전압을 평활하는 평활 콘덴서와,
   상기 평활 콘덴서보다 상기 교류 전원측에 배치되고, 스위치의 개폐에 의해 상기 교류 전원을 단락시키는 단락 수단과,
   상기 단락 수단보다 상기 교류 전원측에 배치된 리액터와,
   상기 역류 방지 수단의 전류 제어와 상기 단락 수단의 스위치의 개폐를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
9. 교류 전원의 전압을 정류하는 정류 회로와,
   상기 정류 회로로부터의 출력 전압을 평활하는 평활 콘덴서와,
   상기 평활 콘덴서보다 상기 교류 전원측에 배치되고, 스위치의 개폐에 의해 상기 교류 전원을 단락시키는 단락 수단과,
   상기 단락 수단보다 상기 교류 전원측에 배치된 리액터와,
   상기 평활 콘덴서로부터의 전류의 역류를 방지하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 역류 방지 수단과,
   상기 역류 방지 수단의 전류 제어와 상기 단락 수단의 스위치의 개폐를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 단락 수단의 스위치를 닫아서 교류 전원을 단락시키기 전에 상기 전류 수단에 상기 전류 동작을 시작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 단락 수단의 스위치를 닫는 타이밍을 포함하는 소정 시간내에, 상기 전류 수단에 전류 동작을 종료시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
12. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교류 전원의 전압 위상에 맞추어서, 상기 전류 수단에 전류 동작을 시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
13. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 수단을 동작시키기 위한 전원을,
    상기 단락 수단의 구동 전원 및 상기 제어 수단에 전압을 공급한 전원의 적어도 한쪽과 공통화하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
14. 제 8항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 기재된 전력 변환 장치를, 압축기 또는 송풍기의 적어도 한쪽을 구동하기 위해 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공기 조화 장치.

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