KR20160052698A - 직류 전원 장치, 전동기 구동 장치, 공기 조화기 및 냉장고 - Google Patents

직류 전원 장치, 전동기 구동 장치, 공기 조화기 및 냉장고 Download PDF

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Abstract

직류 전원 장치는, 전원(1)에 접속된 정류기(2)와, 직렬 접속된 제1의 콘덴서(6a)와 제2의 콘덴서(6b)로 구성되는 전하 축적부와, 직렬 접속된 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)와, 전하 축적부로부터의 전하의 역류를 억제하는 역류 저지로 역류 방지 소자(5a, 5b)로 구성되는 전환부(7)와, 리액터(3)와, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 동작을 제어하는 제어부(8)와, 제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압인 제1의 양단 전압과, 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압인 제2의 양단 전압을 검출하는 직류 전압 검출부(10)를 구비하고, 제어부(8)는, 제1의 양단 전압과 제2의 양단 전압의 전압차에 의거하여, 제1의 스위칭 소자(4a), 제2의 스위칭 소자(4b)의 단락 고장을 검출한다.

Description

직류 전원 장치, 전동기 구동 장치, 공기 조화기 및 냉장고{DC POWER SOURCE DEVICE, MOTOR DRIVE DEVICE, AIR CONDITIONER, AND REFRIGERATOR}
본 발명은, 직류 전원 장치, 전동기 구동 장치, 공기 조화기 및 냉장고에 관한 것이다.
상용 3상 전원에 접속되고, 정류된 직류 전압을 기준치와 비교하여, 제1의 스위칭 소자와 제2의 스위칭 소자를 동작시키는 또는 정지시킴으로써 200V와 400V를 표준화하는 기술이 나타나 있다(예를 들면 특허 문헌 1). 또한, 제1의 스위칭 소자와 제2의 스위칭 소자를 동시에 온 오프 시키는, 또는, 동시에 온 시키는 기간, 일방만 온 하는 기간, 동시에 온 하는 기간, 타방만 온 기간을 연속시킴으로써, 리액터에 에너지를 축적하고, 승압하는 기술이 나타나 있다(예를 들면 특허 문헌 2).
또한, 상용 단상 전원에 관해, 2개의 직렬 접속된 스위칭 소자를 교대로 스위칭 시킴으로써 전파 정류와 배전압 정류를 제어하고, 폭넓은 출력 전압으로 제어할 수 있는 기술이 나타나 있다(예를 들면 특허 문헌 3).
또한, 다상 전원의 성형(星型) 결선의 중성점에 각 상에 삽입된 스위칭 소자와 리액터로 구성되는 승압 초퍼부가 접속되고, 스위칭 소자가 동작함에 의해 고조파가 억제되는 기술이 개시되어 있다(예를 들면 특허 문헌 4).
또한, 배전압 스위치를 온 오프를 제어함으로써 승압비를 일정하게 유지하는 기술이 나타나 있다(예를 들면 특허 문헌 5).
특허 문헌 1 : 일본 특개2008-12586호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2009-50109호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개2000-278955호 공보 특허 문헌 4 : 일본 특개평6-253540호 공보 특허 문헌 5 : 일본 실개평 3-3189호 공보
특허 문헌 1∼5에 기재되어 있는 직류 전원 장치에서는, 전원 전압보다도 높은 출력 전압을 얻을 수 있지만, 이 출력 전압은 전부 스위칭 소자에 의한 동작에 의해 얻어진다. 스위칭 소자는 고장이 나면 일반적으로는 단락 파괴가 된다. 따라서 직렬 접속된 스위칭 소자로 구성되는 직류 전원 장치의 경우, 스위칭 소자가 일방만 고장난 때에는 교류 전원으로부터 단락 전류의 유입이 없기 때문에, 단락 전류가 검출되지 않고 일반적인 퓨즈에 의한 보호를 할 수가 없다는 과제가 있다. 또한, 일방의 스위칭 소자가 고장난 것을 검출할 수가 없어서, 스위칭 동작을 계속하면, 타방의 스위칭 소자가 온이 되는 타이밍에서 과전류 보호 기능이 작용하여, 타방의 스위칭 소자가 온으로 될 수가 업어서 동작을 계속할 수 없다는 과제가 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 2개의 직렬 접속된 스위칭 소자를 이용하여 전파 정류 상태와 승압 상태를 제어하는 직류 전원 장치에 있어서, 일방의 스위칭 소자의 단락 고장을 검출할 수 있는 직류 전원 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 교류 전원에 접속된 정류기와, 직렬 접속된 제1의 콘덴서와 제2의 콘덴서로 구성되는 전하 축적부와, 직렬 접속된 제1의 스위칭 소자 및 제2의 스위칭 소자와, 상기 전하 축적부로부터의 전하의 역류를 억제하는 역류 방지 소자로 구성되는 전환부와, 리액터와, 상기 제1의 스위칭 소자 및 상기 제2의 스위칭 소자의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제1의 콘덴서의 양단 전압인 제1의 양단 전압과, 상기 제2의 콘덴서의 양단 전압인 제2의 양단 전압을 검출하는 직류 전압 검출부를 구비하고, 상기 정류기와 상기 전환부는 리액터를 통하여 접속되고, 상기 제어부는, 상기 제1의 양단 전압과 상기 제2의 양단 전압의 전압차에 의거하여, 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자 중 일방의 단락 고장을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 직류 전원 장치, 전동기 구동 장치, 공기 조화기 및 냉장고는, 2개의 직렬 접속된 스위칭 소자를 이용하여 전파 정류 상태와 승압 상태를 제어하는 직류 전원 장치에 있어서, 일방의 스위칭 소자의 단락 고장을 검출할 수 있다는 효과를 이룬다.
도 1은 실시의 형태 1의 직류 전원 장치의 구성례를 도시하는 회로 블록도.
도 2는 실시의 형태 1의 직류 전원 장치에서의 스위칭 제어 상태의 한 예를 도시하는 도면.
도 3은 실시의 형태 1의 직류 전원 장치에서의 각 동작 모드를 도시하는 도면.
도 4는 제1의 스위칭 소자 및 제2의 스위칭 소자의 어느 일방이 단락 고장난 경우의 스위칭 동작 파형을 도시하는 도면.
도 5는 실시의 형태 1의 스위칭 소자의 고장 검출 방법의 한 예를 도시하는 플로 차트.
도 6은 고장 나지 않은 쪽의 스위칭 소자를 동작시켜서, 릴레이를 오프 시키는 순서의 한 예를 도시하는 플로 차트.
도 7은 실시의 형태 2의 전동기 구동 장치의 구성례를 도시하는 회로 블록도.
도 8은 실시의 형태 3의 공기 조화기의 구성례를 도시하는 회로 블록도.
도 9는 직류 전원 장치의 기동 전의 고장 검출 순서의 한 예를 도시하는 플로 차트.
이하에, 본 발명에 관한 직류 전원 장치, 전동기 구동 장치, 공기 조화기 및 냉장고의 실시의 형태를 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 이 실시의 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것이 아니다.
실시의 형태 1.
도 1은, 본 발명에 관한 직류 전원 장치(100)의 실시의 형태 1의 구성례를 도시하는 회로 블록도이다. 본 실시의 형태의 직류 전원 장치(100)는, 교류를 직류로 변환하는 전력 변환 장치이고, 교류 전원인 전원(1)으로부터 공급되는 3상 교류를 직류로 변환하여 부하(11)에 공급한다. 부하(11)는, 직류로 전력 소비를 행하는 부하라면, 어떤 것이라도 좋다. 여기서는, 부하(11)로서, 예를 들면 냉동 사이클을 적용하는 기기에 이용되는 압축기의 모터를 구동하는 인버터 부하를 상정하고 있다. 냉동 사이클을 적용하는 기기로서는, 예를 들면, 공기 조화기, 냉동기, 세탁 건조기, 냉장고, 제습기, 히트 펌프식 급탕기, 진열장 등이 있다. 부하(11)는, 냉동 사이클을 적용하는 기기의 부하로 한하지 않고, 청소기, 팬 모터나 환기 팬, 손 건조기, 유도가열 전자 조리기 등에서의 부하라도 좋다.
직류 전원 장치(100)는, 3상 교류를 정류하는 정류 회로(정류기)(2)와, 정류 회로(2)의 출력측에 접속된 리액터(3)와, 부하(11)에의 출력 단자 사이에 직렬 접속된 제1의 콘덴서(6a) 및 제2의 콘덴서(6b)와, 이들 제1의 콘덴서(6a) 및 제2의 콘덴서(6b)의 일방 또는 양방을 선택적으로 충전하는 전환부(7)와, 전환부(7)를 제어하는 제어부(8)와, 3상 교류의 전압을 검출하는 전원 전압 검출부(9), 부하(11)에 출력하는 직류 전압을 검출하는 직류 전압 검출부(10)를 구비하고 있다. 제1의 콘덴서(6a) 및 제2의 콘덴서(6b)는, 전하를 축적하는 전하 축적부를 구성한다. 또한, 도 1에 도시하는 예에서는, 리액터(3)를 정류 회로(2)의 출력측에 접속한 예를 나타냈지만, 정류 회로(2)의 입력측에 접속한 구성이라도 좋다.
정류 회로(2)는, 6개의 정류 다이오드가 풀 브리지 접속된 3상 전파 정류 회로이다. 전원 전압 검출부(9)는, 도 1에 도시하는 예에서는, 교류 전원(1)으로부터 공급되는 3상 교류 중의 2상(여기서는, r상, s상이라고 한다)의 선 사이 전압을 검출하는 예를 도시하고 있다.
전환부(7)은, 제2의 콘덴서(6b)의 충전과 비충전을 전환하는 제1의 스위칭 소자(4a)와, 제1의 콘덴서(6a)의 충전과 비충전을 전환하는 제2의 스위칭 소자(4b)와, 제1의 콘덴서(6a)의 충전 전하의 제1의 스위칭 소자(4a)로의 역류를 방지하는 제1의 역류 방지 소자(5a)와, 제2의 콘덴서(6b)의 충전 전하의 제2의 스위칭 소자(4b)로의 역류를 방지하는 제2의 역류 방지 소자(5b)를 구비하고 있다.
제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)로 이루어지는 직렬 회로의 중점(中點)과 제1의 콘덴서(6a) 및 제2의 콘덴서(6b)로 이루어지는 직렬 회로의 중점(200)이 접속되고, 이들의 중점의 사이에 중성선(中性線) 단선부(斷線部)(20)(접속 제어부)가 배치된다. 제1의 콘덴서(6a)는, 제1의 스위칭 소자(4a)의 컬렉터와 접속점(201)에서 접속되고, 제1의 스위칭 소자(4a)의 컬렉터와 접속점(201)과의 사이에, 접속점(201)을 향하여 순방향으로 제1의 역류 방지 소자(5a)가 접속된다. 제2의 콘덴서(6b)는, 제2의 스위칭 소자(4b)의 이미터와 접속점(202)에서 접속되고, 제2의 스위칭 소자(4b)의 이미터와 접속점(202)과의 사이에, 제2의 스위칭 소자(4b)의 이미터를 향하여 순방향으로 제2의 역류 방지 소자(5b)가 접속된다.
제1의 콘덴서(6a) 및 제2의 콘덴서(6b)의 용량은, 동일하다. 또한, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)로서는, 예를 들면, 파워 트랜지스터, 파워 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors) 등의 반도체 소자가 이용된다.
제어부(8)는, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 온과 오프를 제어함(스위칭 제어함)에 의해, 부하(11)에 공급하는 직류 전압을 제어한다. 이하, 이 제어부(8)에 의한 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 스위칭 제어에 관해, 도 1∼3을 참조하여 설명한다.
도 2는, 본 실시의 형태의 직류 전원 장치(100)에서의 스위칭 제어 상태의 한 예를 도시하는 도면이다. 또한, 도 2에서는, 도면의 간략화를 위해, 각 구성 요소의 부호를 생략하고 있다.
도 2의 상태(A)는, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)가 쌍방 모두 오프 제어되어 있는(제어부(8)에 의해 오프가 되도록 제어되어 있는) 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, 제1의 콘덴서(6a) 및 제2의 콘덴서(6b)의 충전이 행하여진다.
도 2의 상태(B)는, 제1의 스위칭 소자(4a)가 온 제어(제어부(8)에 의해 온이 되도록 제어되어 있다)되고, 제2의 스위칭 소자(4b)가 오프 제어되어 있는 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, 제2의 콘덴서(6b)만 충전이 행하여진다.
도 2의 상태(C)는, 제2의 스위칭 소자(4b)가 온 제어되고, 제1의 스위칭 소자(4a)가 오프 제어되어 있는 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, 제1의 콘덴서(6a)만 충전이 행하여진다.
도 2의 상태(D)는, 2개의 스위칭 소자(4a, 4b)가 쌍방 모두 온 제어되어 있는 단락 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, 제1의 콘덴서(6a) 및 제2의 콘덴서(6b)의 쌍방의 충전이 행하여지지 않는다.
본 실시의 형태에서는, 도 2에 도시하는 각 상태를 전환함에 의해, 부하(11)에 공급하는 직류 전압을 제어하면서, 교류 전원(1)으로부터 흐르는 전류가 가파르게 커지는 러시 전류를 억제한다.
도 3은, 본 실시의 형태의 직류 전원 장치(100)에서의 각 동작 모드를 도시하는 도면이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태의 직류 전원 장치(100)는, 동작 모드로서, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)를 항상 오프 제어 상태로 한 전파 정류 모드(제1의 모드)와, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)를 교대로 온 제어하는 승압 모드(제2의 모드)를 갖는다.
승압 모드로서는, 승압 모드(a), 승압 모드(b), 승압 모드(c)의 3종류가 있다. 승압 모드(a)에서는, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 온 듀티가, 모두 50%이다. 승압 모드(b)에서는, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 온 듀티가, 모두 50% 미만이다. 승압 모드(c)에서는, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 온 듀티가 50%보다도 큰 승압 모드(c)가 있다.
전파 정류 모드에서는, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)를 항상 오프 제어 상태로 한다. 따라서 정류 회로(2)에 의해 전파 정류된 전압이 직류 전원 장치(100)의 출력 전압이 된다.
승압 모드(a)에서는, 제1의 스위칭 소자(4a)의 온 타이밍과 제2의 스위칭 소자(4b)의 오프 타이밍이 거의 동시가 되고, 제1의 스위칭 소자(4a)의 오프 타이밍과 제2의 스위칭 소자(4b)의 온 타이밍이 거의 동시가 된다. 따라서 승압 모드(a)에서는, 도 2에 도시하는 상태(B)와 상태(C)가 반복된다. 이 때의 출력 전압은, 전파 정류 모드에서의 출력 전압의 약 2배가 된다. 이와 같이, 승압 모드(a)는, 출력 전압이 전파 정류 모드의 약 2배가 되는 배전압 모드이다.
승압 모드(b)에서는, 제1의 스위칭 소자(4a)와 제2의 스위칭 소자(4b)의 일방이 온이 되는 기간과, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)가 함께 오프가 되는 동시 오프 기간을 마련하고 있다. 승압 모드(b)에서는, 도 2에 도시하는 상태(B)→상태(A)→상태(C)→상태(A)의 상태 천이가 주기적으로 반복되고, 이 때의 출력 전압은, 전파 정류 모드에서의 출력 전압과, 승압 모드(a)(배전압 모드)에서의 출력 전압과의 중간 전압이 된다.
승압 모드(c)에서는, 제1의 스위칭 소자(4a)와 제2의 스위칭 소자(4b)의 일방이 온이 되는 기간과, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)가 함께 온이 되는 동시 온 기간을 마련하고 있다. 승압 모드(c)에서는, 도 2에 도시하는 상태(D)→상태(C)→상태(D)→상태(B)의 상태 천이가 주기적으로 반복된다. 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)가 모두 온이 되는 기간(여기서는 상태(D)의 기간)에서, 리액터(3)에 에너지가 축적된다. 이 때의 출력 전압은, 승압 모드(a)(배전압 모드)에서의 출력 전압 이상의 전압이 된다.
이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 온 듀티를 변화시킴에 의해, 부하(11)에 공급하는 직류 전압을 제어할 수 있다.
본 실시의 형태는, 전환부(7)를 구성하는 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 어느 일방이 단락 고장난 경우에 직류 전원 장치의 동작을 계속시킴과 함께 파급 고장을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다.
제1의 스위칭 소자(4a)와 제2의 스위칭 소자(4b) 중 어느 일방이 단락 고장난 경우, 도 2에 도시하는 상태(B) 또는 상태(C)의 어느 일방의 상태를 실현할 수가 없게 된다. 이것은, 단락 고장 나지 않은 쪽의 스위칭 소자가 온 하면, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)가 함께 온 한 것과 동의(同義)가 되고, 상태(D)로 되기 때문에이다.
도 4는, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 어느 일방이 단락 고장난 경우의 스위칭 동작 파형을 도시하는 도면이다. 도 4는, 도 3의 승압 모드(a)에서 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 어느 일방이 단락 고장난 예를 도시하고 있다. 도 4(a)는 제1의 스위칭 소자(4a)가 단락 고장난 때의 동작 파형, 도 4(b)는 제2의 스위칭 소자(4b)가 단락 고장난 때의 동작 파형이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 제1의 스위칭 소자(4a)가 단락 고장난 때는 본래 상태(C)인 기간이 상태(D)로 되고, 제2의 스위칭 소자(4b)가 단락 고장난 때는 본래 상태(B)인 기간이 상태(D)로 된다. 단락 고장 나지 않은 쪽의 스위칭 소자의 온(on) 시간은 다음이지만, 전원(1)으로부터의 입력 전류가 작고, 스위칭 소자(제1의 스위칭 소자(4a), 제2의 스위칭 소자(4b))의 전류 보호 동작 이하라면, 직류 전원 장치는 일방의 스위칭 소자가 단락 고장난 상태에서 계속 작동하게 된다.
도 4에 도시하는 바와 같이 상태(B)와 상태(D), 또는 상태(C)와 상태(D)의 조합 동작이 되는 경우, 과제가 되는 것은 직렬 접속된 제1의 콘덴서(6a)와 제2의 콘덴서(6b)의 어느 일방에 생기는 전하 부족이다. 도 4에 도시하는 바와 같이 상태(B)와 상태(D), 또는 상태(C)와 상태(D)의 조합의 동작을 행하고 있는 경우, 부하(11)에는, 이들의 콘덴서로부터 전하가 공급된다. 즉, 콘덴서로서는 방전하고 있는 것이 된다. 그러나, 상태(B) 또는 상태(C)가 없으면, 제1의 콘덴서(6a) 또는 제2의 콘덴서(6b)의 어느 일방에의 충전을 할 수가 없다는 것으로 된다.
따라서 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 어느 일방이 단락 고장난 경우, 제2의 콘덴서(6b) 또는 제1의 콘덴서(6a)의 어느 일방에의 충전이 없고, 방전만 실행되게 된다. 이 때문에, 이 콘덴서는, 시간 경과와 함께 전하 부족에 의한 방전 불능의 상태에 빠진다.
그래서, 본 실시의 형태에서는, 직류 전압 검출부(10)은 제1의 콘덴서(6a)의 양단의 전압과 제2의 콘덴서(6b)의 양단의 전압과의 쌍방을 검출한다. 제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압의 검출은, 예를 들면 오페 앰프 등에 의한 차동 증폭기로 직접 검출하는 방법이라도 좋고, 제1의 콘덴서(6a) 및 제2의 콘덴서(6b)로 이루어지는 직렬 회로의 양단 전압으로부터 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압을 감산하여 간접적으로 검출하는 방식이라도 좋다. 또한, 이들 이외의 다른 방식이라도 상관없다.
제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압과 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압과의 전압차를 관측하면, 일방만 충전이 없어지는 것, 환언하면, 전압차가 불평형으로 되고 전위차가 대폭적으로 차이를 갖는 상태가 되는 것을 검출할 수 있다. 이 전압 불평형을 검출함으로써, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b)의 어느 일방이 단락 고장난 것을 검출할 수 있다.
도 5는, 본 실시의 형태의 스위칭 소자의 고장 검출 방법의 한 예를 도시하는 플로 차트이다. 직류 전압 검출부(10)가, 제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압을 검출하고(스텝 S1), 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압을 검출한다(스텝 S2). 도 5에서는, 스텝 S1, S2의 순서로 하고 있지만, 스텝 S1, 스텝 S2는 동시라도 좋고, 스텝 S2, S1의 순서라도 좋다. 제어부(8)는, 직류 전압 검출부(10)로부터, 제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압과 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압을 취득하고, 양자의 전압차를 연산한다(스텝 S3).
제어부(8)는, 전압차에 의거하여, 제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압과 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압에 불평형(不平衡)이 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S4). 구체적으로는, 예를 들면, 전압차가 일정치 이상인지의 여부를 판정함에 의해 불균형이 있는지의 여부를 판정한다. 불평형이라면(스텝 S4 불평형 있음), 제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압이 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압보다 높은지의 여부를 판단한다(스텝 S5). 제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압이 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압보다 높은 경우(스텝 S5 Yes), 제2의 스위칭 소자(4b)의 고장이라고 판정한다(스텝 S6). 그리고, 제어부(8)는, 제1의 스위칭 소자(4a)와 제2의 스위칭 소자(4b)의 쌍방의 스위칭 동작을 정지시키고(스텝 S8), 중성선 단선부(20)에 단선을 지시하고, 중성선 단선부(20)이 제1의 스위칭 소자(4a)와 제2의 스위칭 소자(4b)의 접속점과, 제1의 콘덴서(6a)와 제2의 콘덴서(6b)와의 접속점과의 접속을 단선시킨다(스텝 S9). 스텝 S8에서는, 스위칭 동작의 정지 대신에, 고장 나지 않은 스위칭 소자만을 동작 오프의 상태로 하고, 또한 스텝 S9의 단선을 행함에 의해, 그 후는, 전파 정류 모드(도 2의 상태(A))로서 동작시키도록 하여도 좋다.
제1의 콘덴서(6a)의 양단 전압이 제2의 콘덴서(6b)의 양단 전압보다 높지 않는 경우(스텝 S5 No), 제1의 스위칭 소자(4a)라고 판단하고(스텝 S7), 스텝 S8로 진행한다. 또한, 스텝 S4에서, 불평형이 없다고 판정한 경우(스텝 S4 불평형 없음), 스위칭 소자는 정상이라고 판단하고(스텝 S10), 운전을 계속한다.
전술한 바와 같이, 고장 나지 않은 쪽의 스위칭 소자가 온 동작한 경우에는 전원 단락 상태(도 2의 상태(D))가 된다. 이 때문에, 단락 전류가 커지면, 도시하지 않은 스위칭 소자의 전류 보호 기능이 동작한다. 전원 단락의 상태(D)는 스위칭 소자가 전류 파괴하지 않는 레벨이라면 허용되는 것이지만, 고장 나지 않은 쪽의 스위칭 소자의 보호를 위해, 스위칭 동작을 정지한다.
중성선 단선부(20)로서는, 예를 들면 릴레이 등을 이용할 수 있다. 한편, 릴레이는 전류가 흐르고 있는 상태에서 오프 하는 경우, 아크가 발생하고, 접점이 용착하여, 릴레이가 오프할 수 없게 되는 일도 있다. 그래서, 고장 나지 않은 쪽의 스위칭 소자를 동작시켜서, 릴레이를 오프 시킨다. 스위칭 소자가 동작하고 있으면, 상태(D)가 되기 때문에 중성선(제1의 스위칭 소자(4a)와 제2의 스위칭 소자(4b)의 접속점과, 제1의 콘덴서(6a)와 제2의 콘덴서(6b)와의 접속점을 접속한 접속선)에 전류는 흐르지 않는다. 따라서 아크가 발생하는 일 없이, 릴레이를 오프할 수 있다. 중성선이 단선되어 있으면, 상태(D)로는 되지 않기 때문에, 고장 나지 않은 스위칭 소자를 계속 오프 하면, 도 2의 상태(A)와 동의가 되고, 일방의 콘덴서만 충전할 수 없다는 부적합함이 있는 상태로부터 탈각(脫却)할 수 있다. 스위칭 소자를 쌍방 모두 오프의 상태로 함으로써 통상의 전파 정류와 같은 동작을 시킬 수 있다. 도 5에 도시한 처리를 실시하는 타이밍에서 제약은 없지만, 예를 들면, 정기적으로 실시하여도 좋고, 모드를 변경한 경우에 실시하여도 좋다. 모드에 따라, 스위칭 소자의 고장에 의한 영향이 다르기 때문에, 모드에 따라 도 6의 처리를 실시하는 빈도를 바꾸어도 좋다.
도 6은, 고장 나지 않은 쪽의 스위칭 소자를 동작시켜서, 릴레이를 오프 시키는 순서의 한 예를 도시하는 플로 차트이다. 도 6의 동작은, 도 5의 스텝 S8, S9 대신에 실시한다. 즉, 도 5의 a점이 도 6의 플로 차트의 스타트점이 되고, 그 후, 스텝 S8, 9 대신에 도 6의 동작을 실시한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 우선, 제어부(8)는, 고장나 있는 스위칭 소자가 제1의 스위칭 소자(4a)인지의 여부를 판단한다(스텝 S11). 고장나 있는 스위칭 소자가 제1의 스위칭 소자(4a)라면(스텝 S11 Yes), 제2의 스위칭 소자(4b)가 온으로 되어 있는 타이밍인지의 여부를 판단한다(스텝 S12). 제2의 스위칭 소자(4b)가 온으로 되어 있는 타이밍이라면(스텝 S12 Yes), 제어부(8)는, 중성선 단선부(20)에 단선을 지시하고, 중성선 단선부(20)이 중성선을 단선시킨다(스텝 S14). 그리고, 제어부(8)는, 스위칭 소자의 동작을 정지시킨다(스텝 S15), 또는 전파 정류 모드로 동작시킨다.
제2의 스위칭 소자(4b)가 온으로 되어 있는 타이밍이 아닌 경우(스텝 S12 No), 스텝 S12를 반복하고 온으로 되어 있는 타이밍까지 대기한다. 고장나 있는 스위칭 소자가 제1의 스위칭 소자(4a)가 아니면(스텝 S11 No), 제1의 스위칭 소자(4a)가 온으로 되어 있는 타이밍인지의 여부를 판단한다(스텝 S13). 제1의 스위칭 소자(4a)가 온으로 되어 있는 타이밍이라면(스텝 S13 Yes), 스텝 S14로 진행한다. 제1의 스위칭 소자(4a)가 온으로 되어 있는 타이밍이 아닌 경우(스텝 S13 No), 스텝 S13을 반복하고 온으로 되어 있는 타이밍까지 대기한다.
도 5의 순서를 이용하는 경우에는, 전원 단락 상태(상태(D))를 생성하는 일 없이, 조급(早急)하게 보호할 수 있다. 한편, 도 6의 순서를 이용하는 경우에는, 염가의 릴레이를 중성선 단선부(20)로서 적용할 수 있다. 전원 단락 상태(상태(D))로의 단락 전류가 스위칭 소자의 보호 동작 이하의 상태라면, 전류가 흐르고 있지 않는 때에 중성선 단선부(20)에 의해 단선시킴으로써, 확실하게 중성선을 단선하는 것을 할 수 있다. 이에 의해, 스위칭 소자의 고장에 관계 없이, 전파 정류(상태(A))를 유지할 수 있기 때문에 신뢰성이 높은 보호를 실현할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 2개의 콘덴서의 양단 전압을 각각 검출하고, 양단 전압 사이의 전압차를 검출함으로써, 고장난 스위칭 소자를 검출할 수 있다. 이에 의해, 전파 정류 상태라면, 스위칭 소자의 고장 후에도 동작을 계속할 수 있는 신뢰성이 높은 직류 전원 장치를 제공할 수 있다. 특히 스위칭 소자가 스위칭 동작하는 배전압 모드에서 항상 검출함으로써 확대 피해를 미연에 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 고장 나지 않은 스위칭 소자를 온으로 한 상태에서 중성선 단선부(20)에 의해 중성선을 단선시킴으로써, 아크없이 단선할 수 있는 신뢰성이 높은 보호 시퀀스 처리를 제공할 수 있다.
실시의 형태 2.
도 7은, 본 발명의 실시의 형태 2의 전동기 구동 장치의 구성례를 도시하는 회로 블록도이다. 도 7에서는 도 1에 도시하는 회로 구성과 같은 동작을 하는 구성 요소는 실시의 형태 1과 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 도 7에 도시하는 전동기 구동 장치는, 실시의 형태 1의 직류 전원 장치(100)를 구비한다. 도 1의 부하(11)는, 도 7의 인버터(30) 및 전동기(31)에 대응한다. 인버터(30)는, 제1의 콘덴서(6a)와 제2의 콘덴서(6b)로 구성되는 직렬 회로의 양단에 접속된다. 인버터(30)에는 직류 전압이 입력된다.
본 실시의 형태의 전동기 구동 장치는, 실시의 형태 1의 직류 전원 장치(100)에 더하여, 전류 검출기(32) 및 구동 제어부(33)을 구비한다. 전류 검출기(32)(32a, 32b)는, 전동기(31)에 흐르는 전류를 검출한다. 구동 제어부(33)은, 전류 검출기(32)에 의해 검출된 전류와 직류 전압 검출부(10)에 의해 검출되는 직류 전압에 의거하여 인버터(30)를 제어한다.
전동기(31)는, 인버터(30)에 의해 구동 제어된다. 따라서 인버터(30)에 입력되는 직류 전압에 의해, 전동기(31)의 구동 동작 범위가 변화한다. 특히 전동기(31)가, 회전자에 영구 자석을 사용한 전동기인 경우, 이 직류 전류는 회전자에 사용되는 영구 자석의 자석 특성에도 영향을 미친다.
영구 자석의 재료로서, 예를 들면, 자력이 강한 희토류 자석을 사용하는 영구 자석 전동기가 적용되어 있다. 희토류 자석은 자력이 강하기 때문에 적은 전류로 토오크가 발생한다. 이 때문에, 희토류 자석은, 에너지 절약이 요구되는 기기에서 이용된 전동기(31)에 적용된다. 그렇지만, 희토류 자석은 희토류 원소라고 불리는 희소 금속이기 때문에, 입수가 곤란하다. 희토류 자석을 사용하지 않고, 희토류 자석보다 자력이 약한 페라이트 등의 자석을 사용한 영구 자석 전동기에서는, 같은 전류라면 희토류 자석을 사용하는 경우에 비하여 출력 토오크가 작아진다. 이 때문에, 자력이 약한 페라이트 등의 자석을 사용한 영구 자석 전동기에서는, 자석 자력의 저하분만큼 전류를 증가시켜서 토오크를 보충하든지, 또는 출력 토오크는 전류×코일의 권수에 비례하기 때문에, 권수를 증가하여 전류를 증가시키지 않고서 출력 토오크를 보충한다. 전류를 증가시키면, 전동기(31)의 동손(銅損)이나 인버터(30)에서의 도통 손실이 증가한다.
손실이 증가하는 것을 피하기 위해, 전류를 증가시키지 않고, 권수를 증가시킨 경우, 전동기(31)의 회전수에 응한 유기 전압이 증가한다. 인버터(30)는 유기 전압보다도 높은 직류 전압이 필요하기 때문에, 권수를 증가시키는 경우, 직류 전압을 상승시킬 필요가 있다.
그래서, 본 실시의 형태에서는, 전동기 구동 장치에서, 전동기(31)를 구동하는 인버터(30)에 전력을 공급하는 직류 전원 장치로서 실시의 형태 1에서 기술한 직류 전원 장치(100)를 이용한다. 이에 의해, 인버터(30)에, 전파 정류 상태, 배전압 정류 상태 등의 여러 종류의 직류 전압을 공급할 수 있다. 이 때문에, 전동기(31)로서 희토류 자석을 사용하지 않고 권수를 증가시킨 전동기를 이용하는 경우에, 전동기(31)에 적합한 직류 전압을 공급할 수 있다. 따라서 희토류 자석을 사용하지 않는 전동기(31)의 손실을 증가시키지 않고서 전동기(31)를 구동할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1의 직류 전원 장치(100)를 이용함에 의해, 전동기(31)의 동작 상태(부하량)에 응하여, 전동기(31)에 적절한 전압이 인가되기 때문에, 효율이 좋은 구동 동작을 실현할 수 있다. 구체적으로는, 구동 제어부(33)가, 전류 검출기(32)에 의해 검출된 전류에 의거하여 전동기(31)의 동작 상태를 파악하고, 동작 상태에 의거하여 제어부(8)에 대해 전압을 지시한다. 제어부는, 이 지시된 전압이 되도록 전환부(7)의 모드(전파 정류 모드, 승압 모드(a), 승압 모드(b), 승압 모드 c)를 선택하고, 선택한 모드로 전환부(7)를 동작시킨다.
특히, 페라이트 등의 자력이 희토류와 비교하여 작은 자석을 사용한 전동기(31)에서, 동작 상태에 응하여 적절한 전압이 인가됨에 의해 손실의 증가를 억제하여 효율이 좋은 구동 동작을 실현할 수 있다. 따라서, 직류 전원 장치(100)는, 페라이트 등의 영구 자석 전동기를 구동하는 인버터용 직류 전원 장치로서 알맞다.
또한, 슈퍼 정크 구조의 MOSFET라고 칭하여지는 MOSFET를, 본 실시의 형태의 직류 전원 장치를 구성하는 소자(제1의 스위칭 소자(4a), 제2의 스위칭 소자(4b), 제1의 역류 방지 소자(5a), 제2의 역류 방지 소자(5b), 정류 회로(2)를 구성하는 정류 소자), 인버터(30)의 스위칭 소자 중의 하나 이상에 이용함으로써, 더한층의 저손실화를 실현할 수 있고, 고효율의 직류 전원 장치를 제공할 수 있다. 또한, 슈퍼 정크 구조란, 통상의 MOSFET보다도 깊은 P층을 갖는 구조이고, 깊은 P층이 n층과 넓게 접함으로써 저 온 저항이면서 높은 전압 내력을 갖는 것이 알려져 있다.
또한, 본 실시의 형태의 직류 전원 장치를 구성하는 소자, 인버터(30)의 스위칭 소자 중 하나 이상을, GaN(질화갈륨)이나 SiC(실리콘카바이드), 다이아몬드 등의 와이드 밴드 갭 반도체로 구성하여도 더한층의 저손실의 직류 전원 장치를 제공할 수 있음은 말할 것도 없다. 또한, 와이드 밴드 갭 반도체를 이용함으로써 내전압성이 높고, 허용 전류 밀도도 높아지기 때문에, MOSFET의 소형화가 가능하고, 이들의 소자를 조립한 반도체 모듈의 소형화가 가능해진다. 내열성도 높기 때문에, 히트 싱크의 방열 핀의 소형화도 가능해진다. 또한 와이드 밴드 갭 반도체는 종래 실리콘(Si) 반도체보다 내압이 높고, 고전압화에 우위로 작용하기 때문에, 저손실로 전압이 높은 직류 전원 장치 또는 인버터(30)를 구성함으로써 와이드 밴드 갭 반도체의 특성을 더욱 인출할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 1의 직류 전원 장치(100)를 전동기 구동 장치에 적용한 예를 나타내었다. 본 실시의 형태의 전동기 구동 장치에서는, 전동기(31)를 구동 제어하는 인버터(30)에 공급하는 전압을 전동기(31)의 구성(영구 자석의 종류, 권수 등)이나 동작 상태에 응하여 적절하게 제어할 수 있다. 이에 의해, 페라이트 등의 자력이 희토류와 비교하여 작은 자석을 사용한 전동기(31)를 구동 제어하는 경우에도, 손실을 억제하여 효율이 좋은 구동 동작을 실현할 수 있다. 또한, 제1의 스위칭 소자(4a)와 제2의 스위칭 소자(4b) 중의 일방이 고장난 경우에, 실시의 형태 1과 같은 효과를 얻을 수 있다.
실시의 형태 3.
도 8은, 본 발명의 실시의 형태 3의 공기 조화기의 구성례를 도시하는 회로 블록도이다. 본 실시의 형태의 공기 조화기는, 실시의 형태 2에서 기술한 전동기 구동 장치를 구비한다. 본 실시의 형태의 공기 조화기는, 실시의 형태 2의 전동기(31)를 내장한 압축기(41), 4방밸브(42), 실외 열교환기(43), 팽창밸브(44), 실내 열교환기(45)가 냉매 배관(46)을 통하여 부착된 냉동 사이클을 가지며, 세퍼레이트형 공기 조화기를 구성하고 있다.
압축기(41) 내부에는 냉매를 압축하는 압축 기구(47)과 이것을 동작시키는 전동기(31)이 마련되고, 압축기(41)로부터 열교환기(43과 45) 사이를 냉매가 순환함으로써 냉난방 등을 행하는 냉동 사이클이 구성되어 있다. 도 8에 도시한 회로 블록은, 공기 조화기만 없이, 냉장고, 냉동고 등의 냉동 사이클을 구비하는 기기에 적용 가능하다.
냉동 사이클에 의해, 냉방이나 난방을 행하는 공기 조화기에서는, 실내 온도가 사용자가 설정한 설정 온도까지 실온이 근접하면 안정 상태가 되고, 압축기(41)에 탑재된 전동기(31)를 저속으로 회전시키도록 인버터(30)가 동작한다. 따라서, 공기 조화기에서는 저속 회전이 장시간 계속되기 때문에, 저속 운전시의 효율 개선이 에너지 절약에 크게 기여한다. 이 때문에, 전동기(31)로서, 전류가 적어지도록 희토류 자석 또는 권수를 증가시킨 자력이 약한 영구 자석을 사용한 전동기를 이용하면 에너지 절약에 기여하게 된다.
한편, 제1의 스위칭 소자(4a) 또는 제2의 스위칭 소자(4b)가 고장난 경우, 전동기(31)를 동작시키지 않으면, 공기 조화기가 동작하지 않게 된다. 특히, 한여름이나 한겨울에 고장난 경우, 열중증(熱中症) 등 인체에 주는 영향도 크다. 그 밖에도, 냉장고나 진열장의 경우, 속에 저장하고 있는 식품이 손상되는 것도 예상된다.
본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 1과 같이, 제1의 스위칭 소자(4a) 또는 제2의 스위칭 소자(4b)가 고장난 경우에, 이 고장을 검출하고, 중성선 단선부(20)에 의해 중성선을 단선시킨다. 이에 의해, 전파 정류뿐이면 직류 전원 장치는 동작할 수 있다. 이에 의해 전동기(31)의 기전압이 높아지는 고속 회전의 동작은 할 수가 없지만 저속 회전으로의 동작은 계속할 수 있다.
따라서 본 실시의 형태의 공기 조화기는, 제1의 스위칭 소자(4a) 또는 제2의 스위칭 소자(4b)가 고장을 검출한 경우에, 경보 등에 의해 사용자에게 통지하고, 수리될 때까지의 사이, 저속 회전만의 응급 운전을 행할 수가 있다. 이에 의해, 한여름이나 한겨울에 고장나도, 응급 운전을 실현할 수 있고, 인체에 주는 영향을 극력 배제할 수 있다. 냉장고나 진열장에 적용한 경우도, 식품이 손상될 때까지의 시간을 벌어들일 수 있고, 고장에 의한 손해를 미연에 억제할 수 있다.
본 실시의 형태의 공기 조화기에서, 직류 전원 장치(100)를 기동시(즉 스위칭 소자(4a) 또는 제2의 스위칭 소자(4b)의 스위칭 동작 시작 전)에 스위칭 소자(4a) 또는 제2의 스위칭 소자(4b)의 고장을 검출할 수도 있다. 도 9는, 직류 전원 장치(100)의 기동 전의 고장 검출 순서의 한 예를 도시하는 플로 차트이다. 우선, 제1의 스위칭 소자(4a) 및 제2의 스위칭 소자(4b) 모두 단락 고장나 있는 경우, 직류 전원 장치(100)이 기동되면, 전원 단락이 되어, 도시하지 않은 브레이커의 차단 또는 퓨즈 용단에 의해 전원(1)으로부터 전류가 공급되지 않도록 보호받는다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 중성선 단선부(20)를 오프(단선) 상태로 하여 두고, 전원(1)으로부터의 통전을 시작한다(스텝 S21). 그 후, 제어부(8)는, 제1의 스위칭 소자(4a)를 온으로 한다(스텝 S22). 이 상태의 때에, 전원(1)으로부터의 단락 전류가 흘렀는지의 여부를 판단한다(스텝 S23). 단락 전류가 흐르지 않으면(스텝 S23 No), 제1의 스위칭 소자(4a)는 고장 나지 않았다고 판단하고, 제1의 스위칭 소자(4a)를 오프로 하고 제2의 스위칭 소자(4b)를 온으로 한다(스텝 S25). 이 상태일 때에, 전원(1)으로부터의 단락 전류가 흘렀는지의 여부를 판단한다(스텝 S26). 단락 전류가 흐르지 않으면(스텝 S26 No), 스위칭 소자는 양방 모두 정상이라고 판단하고(스텝 S28), 제어부(8)는 통상의 스위칭 동작의 실시를 허가한다(스텝 S29).
스텝 S23에서, 단락 전류가 흐르면(스텝 S23 Yes), 제어부(8)는, 제2의 스위칭 소자(4b)가 고장났다고 판단하고(스텝 S24), 제어부(8)는 통상의 스위칭 동작의 실시를 금지한다(스텝 S30). 또는, 응급 운전(전파 정류 모드)만을 허가한다. 스텝 S26에서, 단락 전류가 흐르면(스텝 S26 Yes), 제어부(8)는, 제1의 스위칭 소자(4a)가 고장났다고 판단하고(스텝 S27), 스텝 S30으로 진행한다.
전원(1)으로부터의 단락 전류의 검출 방법은, 도 1, 7, 8에서는 도시하지 않지만, 리액터(3)에 2차 코일을 감고, 그 유도 전압을 검출하는 방법으로 하여도 좋고, 전환부(7)와 정류기(2)와의 사이에 전류 센서를 마련하여 검출하는 방법이라도 좋고, 그 밖의 검출 방법이라도 좋다. 리액터(3)에 2차 코일을 감고, 그 유도 전압을 검출하는 경우는, 리액터(3)가 단락 전류 검출부로서의 기능을 가지며, 전환부(7)와 정류기(2)와의 사이에 전류 센서를 마련하여 검출하는 경우는 전류 센서가 단락 전류 검출부가 된다. 또한, 양방의 스위칭 소자가 동시에 고장나 있는 경우는 전술한 바와 같이, 퓨즈나 브레이커 등으로 보호한다.
직류 전압을 2배로 승압하는 것이 가능한 직류 전원 장치를 이용한 전동기 구동 장치에서는 고효율화를 실현할 수 있다. 한편, 스위칭 소자를 추가함으로써 고장날 가능성이 있는 부품이 증가한다. 그렇지만, 실시의 형태 1에서 기술한 직류 전원 장치(100)를 이용하면, 가령 스위칭 소자가 고장나도, 동작 부전(不全)에 빠지는 일 없이, 고장 부분을 특정하고, 전동기(31)의 동작을 저속 회전 동작으로 특정함으로써, 동작을 계속시킬 수 있다.
본 실시의 형태의 공기 조화기는, 실시의 형태 2에서 기술한 바와 같이, 희소 금속인 희토류 자석을 사용하지 않고서도 권수를 증가시킨 자력이 약한 영구 자석을 사용한 전동기(31)를 효율 좋게 구동 제어할 수 있다. 이 때문에, 권수를 증가시킨 자력이 약한 영구 자석을 사용한 전동기(31)를 이용하는 경우도, 에너지 절약을 실현할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태의 공기 조화기는 스위칭 소자의 고장을 통상 운전 중이라도 기동 전이라도 검출할 수 있기 때문에, 응급 운전에 의해 동작을 계속할 수 있다.
특히, 냉장고와 같은 24시간 항상 운전하는 기기에 제2의 실시의 형태의 전동기 구동 장치를 적용하면, 저속 회전에서의 저전류 상태에서의 운전이 길기 때문에, 권수를 증가시킨 페라이트 자석 등을 적용한 전동기(31)에 의해, 저비용으로 에너지 절약화를 실현할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 관한 직류 전원 장치는, 직류로 전력 소비를 행하는 부하용의 전원 장치에 이용 가능하다. 특히, 직류 전원 장치를 필요로 하는 인버터의 전원 장치로서 이용할 수 있고, 영구 자석 전동기를 구동하는 인버터에 적용함에 의한 에너지 절약의 실현 외에, 희소 금속인 희토류 자석을 사용한 일 없게 염가로 에너지 절약성이 높은 전동기 구동 장치를 구성할 수 있기 때문에, 공기 조화기나 냉동기, 세탁 건조기 외에, 냉장고, 제습기, 히트 펌프식 급탕기, 진열장, 청소기 등 가전 제품 전반에 적용 가능하고, 팬 모터나 환기 팬, 손 건조기, 유도가열 전자 조리기 등에의 적용도 가능하다.
1 : 교류 전원 2 : 정류기
3 : 리액터 4a : 제1의 스위칭 소자
4b : 제2의 스위칭 소자 5a : 제1의 역류 방지 소자
5b : 제2의 역류 방지 소자 6a : 제1의 콘덴서
6b : 제2의 콘덴서 7 : 전환부
8 : 제어부 9 : 전원 전압 검출부
10 : 직류 전압 검출부 11 : 부하
20 : 중성선 단선부 30 : 인버터
31 : 전동기 32 : 전류 검출기
33 : 구동 제어부 41 : 압축기
42 : 4방밸브 43 : 실외 열교환기
44 : 팽창밸브 45 : 실내 열교환기
46 : 냉매 배관 47 : 압축 기구
100 : 직류 전원 장치

Claims (15)

  1. 교류 전원에 접속된 정류기와,
    직렬 접속된 제1의 콘덴서와 제2의 콘덴서로 구성되는 전하 축적부와,
    직렬 접속된 제1의 스위칭 소자 및 제2의 스위칭 소자와, 상기 전하 축적부로부터의 전하의 역류를 억제하는 역류 방지 소자로 구성되는 전환부와,
    리액터와,
    상기 제1의 스위칭 소자 및 상기 제2의 스위칭 소자의 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 제1의 콘덴서의 양단 전압인 제1의 양단 전압과, 상기 제2의 콘덴서의 양단 전압인 제2의 양단 전압을 검출하는 직류 전압 검출부를 구비하고,
    상기 정류기와 상기 전환부는 리액터를 통하여 접속되고,
    상기 제어부는, 상기 제1의 양단 전압과 상기 제2의 양단 전압의 전압차에 의거하여, 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자 중 일방의 단락 고장을 검출하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 교류 전원으로부터 흐르는 단락 전류를 검출하는 단락 전류 검출부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 전환부의 스위칭 동작의 시작 전에, 상기 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자 중 일방의 스위칭 소자를 온으로 하고 타방의 스위칭 소자를 오프로 한 상태에서 상기 단락 전류가 검출되었는지의 여부에 의거하여 상기 타방의 스위칭 소자가 단락 고장나 있는지의 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 장치.
  3. 교류 전원에 접속된 정류기와,
    직렬 접속된 제1의 콘덴서와 제2의 콘덴서로 구성되는 전하 축적부와,
    직렬 접속된 제1의 스위칭 소자 및 제2의 스위칭 소자와, 상기 전하 축적부로부터의 전하의 역류를 억제하는 역류 방지 소자로 구성되는 전환부와,
    리액터와,
    상기 제1의 스위칭 소자 및 상기 제2의 스위칭 소자의 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 교류 전원으로부터 흐르는 단락 전류를 검출하는 단락 전류 검출부를 구비하고,
    상기 정류기와 상기 전환부는 리액터를 통하여 접속되고,
    상기 제어부는, 상기 전환부의 스위칭 동작의 시작 전에, 상기 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자 중 일방의 스위칭 소자를 온으로 하고 타방의 스위칭 소자를 오프로 한 상태에서 상기 단락 전류가 검출되었는지의 여부에 의거하여 상기 타방의 스위칭 소자가 단락 고장나 있는지의 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자의 중점인 제1의 중점과, 상기 제1의 콘덴서와 상기 제2의 콘덴서의 중점인 제2의 중점과의 접속을 단선시키는지 접속하는지를 전환하는 접속 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 단락 고장을 검출한 경우에, 상기 접속 제어부에 상기 제1의 중점과 상기 제2의 중점과의 사이를 단선시키도록 지시하고, 상기 전환부의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 직류 전원 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 단락 고장을 검출한 경우에, 상기 접속 제어부에 상기 제1의 중점과 상기 제2의 중점과의 사이를 단선시키도록 지시하고, 제1의 스위칭 소자와 상기 제2의 스위칭 소자 중 상기 단락 고장이 생기지 않은 스위칭 소자를 오프로 한 상태에서 동작시키는 것을 특징으로 하는 직류 전원 장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 단락 고장을 검출한 경우에, 상기 단락 고장을 검출한 스위칭 소자가 온으로 되어 있을 때에, 상기 접속 제어부에 상기 제1의 중점과 상기 제2의 중점과의 사이를 단선시키도록 지시하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 스위칭 소자, 상기 제2의 스위칭 소자, 상기 역류 방지 소자 및 상기 정류기를 구성하는 정류 소자 중의 적어도 하나는 와이드 밴드 갭 반도체에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 전원 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 와이드 밴드 갭 반도체는, 탄화규소, 질화갈륨계 재료 또는 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 직류 전원 장치.
  9. 전동기를 구동하는 전동기 구동 장치로서,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 직류 전원 장치와,
    상기 직류 전원 장치로부터 공급되는 직류 전류를 이용하여 상기 전동기를 제어하는 인버터와,
    상기 전동기에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와,
    상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류에 의거하여 상기 인버터를 제어하는 구동 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 구동 제어부는, 상기 전동기의 부하량에 의거하여 상기 인버터에 공급되는 직류 전류의 전압을 결정하고, 결정한 상기 전압을 상기 직류 전원 장치에 지시하고,
    상기 직류 전원 장치는, 상기 구동 제어부에서의 지시에 의거하여 상기 인버터에 공급되는 직류 전류의 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 전동기는 희토류 원소 이외로 구성되는 영구 자석을 갖는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 장치.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인버터를 구성하는 스위칭 소자는 와이드 밴드 갭 반도체에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 와이드 밴드 갭 반도체는, 탄화규소, 질화갈륨계 재료 또는 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 전동기 구동 장치.
  14. 제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 기재된 전동기 구동 장치와,
    상기 전동기 구동 장치에 의해 구동된 전동기를 갖는 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  15. 제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 전동기 구동 장치와,
    상기 전동기 구동 장치에 의해 구동되는 전동기를 갖는 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
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