TWI810255B - 電力變換裝置及具備此之空調機 - Google Patents

Abstract

提供一種低損失之電力轉換裝置等。轉換器(100)，係具備有將交流電壓轉換為直流電壓之轉換電路(10)，並且，係具備有：被設置在將交流電源(G)和轉換電路(10)作連接的配線(p1)處之電抗(L1)、和將從轉換電路(10)所施加之直流電壓平滑化之平滑電容器(C1)。進而，轉換器(100)，係具備有：逆電壓施加電路(30a、30b)，係對於切換元件(Qa、Qb)之寄生二極體(Da、Db)或飛輪二極體施加逆電壓；和控制電路(50)，係基於轉換電路(10)之負載之大小，來對於逆電壓施加電路(30a、30b)之驅動/停止作切換。

Description

電力變換裝置及具備此之空調機

本發明，係有關於電力轉換裝置等。

作為降低電力轉換裝置之損失的技術，例如，在專利文獻1中所記載之技術係為周知。亦即是，在專利文獻1中，係記載有一種電力轉換裝置，其係具備有被與主電路切換元件以逆並聯而作了連接的飛輪二極體、和在使此些之各飛輪二極體遮斷時，對於各飛輪二極體而施加較直流電壓源而更小的逆電壓之逆電壓施加電路。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第4204534號公報

在專利文獻1所記載之電路轉換裝置中，係藉由具備有前述之逆電壓施加電路，來降低電路之切換損失，但是，係仍存在有謀求更進一步之高效率化的可能。

因此，本發明，係以提供一種低損失之電力轉換裝置等一事作為課題。

為了解決前述之課題，本發明之電力轉換裝置，係構成為基於轉換電路之負載之大小，來對於逆電壓施加電路之驅動/停止作切換。

若依據本發明，則係可提供一種低損失之電力轉換裝置等。

[第1實施形態] <電力轉換裝置之構成>

圖1，係為身為第1實施形態的電力轉換裝置之轉換器100之構成圖。圖1中所示之轉換器100，係為將從交流電源G所施加之交流電壓轉換為直流電壓之電力轉換裝置。如同圖1中所示一般，轉換器100，係除了作為主電路之轉換電路10以外，亦具備有電抗L1、和平滑電容器C1、和切換元件驅動電路20。又，轉換器100，係除了前述構成以外，亦具備有逆電壓施加電路30a、30b、和複振器40a、40b、和控制電路50、以及電流檢測部H。

轉換電路10，係為將從交流電源G所施加之交流電壓轉換為直流電壓之電路。轉換電路10，其之輸入側係被與交流電源G作連接，輸出側係被與逆變器200(逆變電路)作連接。另外，逆變器200，係為將從轉換器100所施加之直流電壓轉換為交流電壓，並將轉換後之交流電壓施加於馬達M處之電路。

如同圖1中所示一般，轉換電路10，係具備有第1引線(leg)11、和第2引線12。第1引線11，係為使上臂之切換元件Qa和下臂之切換元件Qb被作連接所成的切換引線。又，第2引線12，亦為相同。第1引線11和第2引線12，係被作並聯連接。

圖1中所示之切換元件Qa，例如，係身為MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，並於其之內部具備有寄生二極體Da。寄生二極體Da，係身為存在於切換元件Qa之源極與汲極之間的pn接合之部分，並在切換元件Qa(例如，MOSFET)之製造過程中而被形成。另外，關於其他之切換元件Qb、Qc、Qd，亦係相同。

在第1引線11處，切換元件Qa之源極和切換元件Qb之汲極係被作連接，其之連接點N1，係經由配線p1而被與交流電源G作連接。在第2引線12處，切換元件Qc之源極和切換元件Qd之汲極係被作連接，其之連接點N2，係經由配線p2而被與交流電源G作連接。

切換元件Qa之汲極和切換元件Qc之汲極，係被相互作連接，其之連接點N3，係經由配線p3而被與逆變器200作連接。又，切換元件Qb之源極和切換元件Qd之源極，係被相互作連接，其之連接點N4，係經由配線p4而被與逆變器200作連接，並且被作接地。如此這般，4個的切換元件Qa、Qb、Qc、Qd，係以架橋形而被作連接。

電抗L1，係為將從交流電源G所供給而來之電力作為能量而積蓄，並藉由將此能量放出來進行升壓或功率因數之改善者。電抗L1，係被設置在將交流電源G和轉換電路10作連接之配線p1處。

平滑電容器C1，係為將從轉換電路10所施加之直流電壓(脈動之電壓)平滑化者，並被連接於轉換電路10之輸出側處。平滑電容器C1，係使正側被與配線p3作連接，並使負側被與配線p4作連接。

切換元件驅動電路20，係為對於上下一對之切換元件Qa、Qb輸出特定之驅動訊號的電路。切換元件驅動電路20，係經由配線ha而被與切換元件Qa之閘極作連接，並且亦經由配線hb而被與切換元件Qb之閘極作連接。

電阻Ra，係為對於從切換元件驅動電路20所輸出之驅動訊號的電壓等作調整之閘極電路，並被設置在配線ha處。另外，圖1之構成係僅為其中一例，切換元件Qa之閘極電路係並不被限定於僅藉由電阻Ra所構成。

逆電壓施加電路30a，係為對於切換元件Qa之寄生二極體Da而施加逆電壓之電路，並被與切換元件Qa以一對一來作設置。另外，所謂「逆電壓」，係指寄生二極體Da之逆方向電壓。逆電壓施加電路30a，係經由配線ia而被與切換元件Qa之源極作連接，並且經由配線ja而被與切換元件Qa之汲極作連接。

複振器40a，係為對於逆電壓施加電路30a而輸出特定之逆電壓施加訊號的電路，並被與逆電壓施加電路30a以一對一來作連接。在圖1中所示之例中，複振器40a，係經由配線ka而被與逆電壓施加電路30a作連接，並且依序經由配線ma以及配線ha(一部分)，而被與切換元件驅動電路20作連接。而，複振器40a，係成為使用在切換元件驅動電路20處所產生之驅動訊號，來產生逆電壓施加訊號。

同樣的，在下臂之切換元件Qb處，亦係被連接有逆電壓施加電路30b以及複振器40b等。又，在圖1中雖係省略圖示，但是，在第2引線12之切換元件Qc、Qd處，亦係與第1引線11同樣的，而被連接有切換元件驅動電路、逆電壓施加電路以及複振器。

電流檢測部H，係為檢測出在轉換電路10中所流動之電流(負載)者，並被設置在配線p2處。作為此種電流檢測部H，例如，係可使用電流變壓器。除此之外，在圖1中雖係省略圖示，但是，係被設置有將從交流電源G所施加之交流電壓檢測出來之元件和將轉換電路10之兩端的直流電壓檢測出來之元件等。電流檢測部H等之各檢測值，係被輸出至於後所說明之控制電路50處。

控制電路50，例如，係身為微電腦(Microcomputer)，雖並未圖示，但是，係包含有CPU (Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、各種介面等之電子電路，而構成之。又，係成為將被記憶在ROM中之程式讀出而展開於RAM中，並使CPU實行各種處理。控制電路50，係將基於PWM控制所致之特定之控制訊號對於切換元件驅動電路20作輸出。

圖2，係為對於逆電壓施加電路30a、複振器40a、導通延遲電路60a以及通電時間設定電路70a之構成作展示之電路圖。另外，在圖2中，係針對關連於上臂之切換元件Qa的電路作圖示，並將關於其他之切換元件Qb、Qc、Qd(參考圖1)的電路之圖示省略。又，在已作了說明的圖1中，係將導通延遲電路60a和通電時間設定電路70a之圖示省略。

如同圖2中所示一般，逆電壓施加電路30a，係具備有二極體31、和切換手段32、以及電容器33。二極體31，係為防止電流之逆流用的元件，並被設置在配線ja處。二極體31，係使陽極被與切換手段32作連接，並使陰極經由配線ja而被與切換元件Qa之汲極作連接。

切換手段32，係為對於電容器33和切換元件Qa之間之連接/遮斷作切換的元件，並被設置在配線ja處。又，藉由從複振器40a之「OUT」端子而來的訊號，切換手段32之導通/斷開係被作切換。作為此種切換手段32，例如，係使用有MOSFET。

電容器33，係為當切換手段32被切換為導通時，將特定之電壓作為逆電壓而施加於寄生二極體Da處的元件。電容器33，係使正側經由配線ja而被與切換元件Qa之汲極作連接，並使負側經由配線ia而被與切換元件Qa之源極作連接。另外，係亦可設置有用以對於電容器33適宜進行充電的自舉(bootstrap)電路(未圖示)。

複振器40a，係為因應於被施加於「In」端子、「GND」端子間之電壓的變化，來從「OUT」端子而將特定之電性訊號輸出至切換手段32處之電子電路。在本實施形態中，當複振器40a檢測出了從切換元件驅動電路20所被施加的矩形波狀之電壓之下挫的情況時，係成為從「OUT」端子而對於切換手段32將導通訊號作特定時間之輸出。

如同圖2中所示一般，複振器40a之「In」端子，係依序經由配線ma以及配線ha(一部分)而被與切換元件驅動電路20作連接，「GND」端子係被接地。又，在複振器40a之「Vcc」端子處，係經由通電時間設定電路70a而被施加有特定之電壓Vcc。複振器40a之「OUT」端子，係經由配線ka而被與身為切換手段32之MOSFET的閘極作連接。

導通延遲電路60a，係為設置從由切換元件驅動電路20所輸出之驅動訊號之下挫起直到在複振器40a處而逆電壓施加訊號之輸出被開始為止的特定之延遲時間之電路。在圖2所示之例中，導通延遲電路60a，係為所謂的RC電路，並被設置在將切換元件驅動電路20與複振器40a作連接的配線ma處。

若是作具體性說明，則導通延遲電路60a之電阻61，係被設置在將「In」端子和配線ha作連接的配線ma處。又，電容器62之正側，係在配線ma處而被設置於較電阻61而更靠「In」端子側處，電容器62之負側係被接地。

而，藉由預先對於導通延遲電路60a之時間常數作適宜設定，係成為將從切換元件驅動電路20所輸出之矩形波狀之驅動訊號具有特定之延遲時間(on delay)地來輸出至複振器40a處。藉由此，係能夠在設計階段中對於切換元件Qa和寄生二極體Da之特性等作考慮並預先設定最適當之延遲時間。另外，圖2中所示之導通延遲電路60a之構成，係僅為其中一例，而並不被限定於此。

通電時間設定電路70a，係為設定從複振器40a所輸出的導通訊號之通電時間之電路。在圖2所示之例中，通電時間設定電路70a，係具備有電阻71、和二極體72、以及電容器73。電阻71和二極體72係被作並聯連接，在此並聯連接體處係被串聯連接有電容器73。電容器73之正側，係被與二極體72之陽極作連接，電容器73之負側，係被與複振器40a之「Vcc」端子作連接。

＜轉換器之動作＞ 圖1中所示之切換元件驅動電路20，係基於從控制電路50所輸入的特定之控制訊號，而產生用以驅動切換元件Qa、Qb之驅動訊號。另外，上臂之切換元件Qa之驅動訊號、和下臂之切換元件Qb之驅動訊號，係成為互補性(使導通/斷開作了略反轉)之形態。

但是，由於若是在上、下臂之切換元件Qa、Qb暫時性地而雙方均成為導通狀態的情況時，係會流動大的短路電流，因此，係以不會流動此種短路電流的方式，而設定有特定之無效時間。前述之所謂無效時間，係為將上臂之切換元件Qa以及下臂之切換元件Qb之雙方均設為斷開狀態的期間。另外，關於第2引線12，亦為相同。

接著，作為其中一例，針對在寄生二極體Da處所產生的逆回復電流作說明。例如，當在交流電源G之電壓為正的半循環中，切換元件Qa、Qd係身為導通狀態時，電流係從交流電源G而依序經由電抗L1、切換元件Qa、平滑電容器C1以及切換元件Qd而流動。

於此，假設若是設為並未設置有逆電壓施加電路30a之構成，則在下臂之切換元件Qb被從斷開而切換為導通的瞬間，平滑電容器C1之電壓(大的逆電壓)係會被施加於上臂之寄生二極體Da處。其結果，在寄生二極體Da處係產生有逆回復電流。此逆回復電流，由於係經由下臂之切換元件Qb而流動，因此，在此切換元件Qb處係產生有大的損失(切換損失)。為了對於此種損失作抑制，係設置有逆電壓施加電路30a。

另外，所謂「逆回復電流」，係指在被施加於寄生二極體Da(或者是飛輪二極體)處之電壓從順方向電壓而切換為逆方向電壓的瞬間所流動之電流。

逆電壓施加電路30a，係緊接於切換元件Qa之驅動訊號下挫並進入了特定之無效時間之後，將較小之逆電壓施加於上臂之寄生二極體Da處。藉由此，來在下臂之切換元件Qb被從斷開而切換為導通之前，意圖性地在上臂之寄生二極體Da處流動較小之逆回復電流。

藉由此，在寄生二極體Da處，成為逆回復電流之原因的載子(電子或電洞)係絕大部分均被耗盡。故而，就算是在之後而下臂之切換元件Qb被切換為導通，亦 由於在寄生二極體Da處係幾乎不會流動逆回復電流，因此係能夠對於在切換元件Qb處的損失作抑制。

圖3，係為針對關連於在轉換器100處的逆電壓之施加之動作作展示之時序表(適宜參考圖1、圖2)。從圖3之上方起，依序對於上臂之切換元件Qa之驅動訊號、下臂之切換元件Qb之驅動訊號、從複振器40a之「OUT」端子(參考圖2)所輸出之訊號以及從複振器40b之「OUT」端子(參考圖2)所輸出之訊號作展示。另外，圖3之各橫軸，係為時間。

圖3中所示之「無效時間」，係為切換元件Qa、Qb之雙方均成為斷開狀態的期間。實際上，「無效時間」係為非常短的時間，但是，為了易於理解，在圖3中係將「無效時間」記載為較長的時間。

複振器40a，在檢測出切換元件Qa之驅動訊號之下挫的情況時，係對於逆電壓施加電路30a將導通訊號作特定時間之輸出。亦即是，若是從切換元件驅動電路20所輸出至上臂之切換元件Qa處之驅動訊號從導通而切換為斷開(時刻t1)，則複振器40a，係將此驅動訊號之下挫，具有在導通延遲電路60a處之特定之延遲時間△ta地而檢測出來。之後，從複振器40a而來之導通訊號之輸出係被開始(時刻t2)。

若是從複振器40a之「OUT」端子(參考圖2)而對於逆電壓施加電路30a之切換手段32(參考圖2)輸出有導通訊號，則此切換手段32係被切換為導通，在寄生二極體Da處係被施加有較小之逆電壓。藉由此，係能夠對於在寄生二極體Da處所流動的逆回復電流之峰值作抑制。

若是在寄生二極體Da處被施加有逆電壓，則在上下一對之切換元件Qa、Qb之無效時間中，係經由寄生二極體Da以及切換元件Qb，而流動較小之逆回復電流。藉由此，存在於寄生二極體Da處之載子(電子或電洞)係暫時性地幾乎被耗盡。故而，就算是在之後而下臂之切換元件Qb被切換為導通，在寄生二極體Da處也幾乎不會有流動大的逆回復電流的情形。藉由此，係能夠將在切換元件Qb處之損失降低。

從複振器40a之「OUT」端子(參考圖2)所輸出的導通訊號，係作基於通電時間設定電路70a所致之特定時間的持續(時刻t2～t4)。其結果，逆電壓施加電路30a之切換手段32(參考圖2)之導通狀態，亦係在時刻t2～t4之期間中被持續。另外，切換手段32從導通而切換至斷開的時序，係可為從無效時間(時刻t1～t3)結束起而經過了特定時間Δtb之後，又，亦可為與無效時間的結束略同時。

如此這般，由於在切換元件Qa、Qb之無效時間中，係輸出有逆電壓施加訊號，因此，係能夠對於在寄生二極體Da處之逆回復電流適當地作抑制。另外，另外一方之複振器40b之動作，亦係與其中一方之複振器40a相同。另外，關於對第2引線12施加逆電壓之動作，亦為相同。

＜轉換器之控制模式＞ 接著，針對轉換器100之複數之控制模式作說明。在前述之複數之控制模式中，係包含有「同步整流控制」、「部分切換控制」以及「高速切換控制」。

(1.同步整流控制) 圖4，係為對於在同步整流控制中的交流電源電壓vs、電路電流is以及切換元件Qa～Qd之驅動脈衝的時間性變化作展示之說明圖(適宜參考圖1)。另外，圖4之各橫軸，係為時間。同步整流控制，係為因應於交流電源電壓vs之極性，來將被包含於經由有平滑電容器C1的電流路徑(例如，圖5之虛線箭頭之路徑)中之特定之切換元件設為導通狀態的控制。同步整流控制，係在轉換電路10之負載為較小時被進行。

在同步整流控制中，控制電路50，例如，係與藉由電流檢測部H所檢測出的電路電流is相互同步地，而對於上臂之切換元件Qa、Qc之導通/斷開作切換。若是針對交流電源電壓vs為正的半循環之期間作說明，則控制電路50，在流動有電路電流is時，係將切換元件Qa設為導通狀態，在並未流動有電路電流is時，係將切換元件Qa設為斷開狀態。又，在交流電源電壓vs為正的半循環之期間中，控制電路50，係將上臂之切換元件Qc維持為斷開狀態。

又，控制電路50，係與交流電源電壓vs之極性的變化相互同步地，而對於下臂之切換元件Qb、Qd之導通/斷開作切換。例如，在交流電源電壓vs為正的半循環之期間中，控制電路50，係將切換元件Qb設為斷開狀態，並將切換元件Qd設為導通狀態。

如此這般，在同步整流控制中，控制電路50，係將複數之切換元件Qa～Qd中之被包含於經由有平滑電容器C1的電流路徑(例如，參考圖5之虛線箭頭)中之切換元件Qa、Qd，於在轉換電路10中而流動有電流的期間之至少一部分處而設為導通狀態，並且將並未被包含於該電流路徑中之切換元件Qb、Qc設為斷開狀態。

在同步整流控制中，如同圖4中所示一般，由於切換元件Qa～Qd之切換次數係僅需要較少的次數即可，因此，係能夠在保持適度之功率因數的同時，亦將切換損失降低，而能夠謀求高效率化。另外，關於逆電壓之施加與各控制模式間之關連性，係於後再述。

圖5，係為對於在同步整流控制中的當交流電源電壓vs為被包含於正的半循環中時之電流的流動作展示之說明圖。在交流電源電壓vs為正的半循環之期間中，如同圖5之虛線箭頭所示一般，經由經過有平滑電容器C1之電流路徑，電路電流is係流動。亦即是，電路電流is，係以交流電源G→電抗L1→切換元件Qa→平滑電容器C1→切換元件Qd→交流電源G的順序而流動。

又，在交流電源電壓vs為負的半循環之期間中，雖並未圖示，但是，電路電流is，係以交流電源G→切換元件Qc→平滑電容器C1→切換元件Qb→電抗L1→交流電源G之順序而流動。

(2.部分切換控制) 部分切換控制，係將使切換元件Qa～Qd中之被與電抗L1作連接之2個的切換元件Qa、Qb交互作導通、斷開之動作，在交流電源G之電壓的每半循環處而進行特定次數之控制模式。部分切換控制，係在轉換電路10之負載為中等程度時被進行。

圖6，係為對於在部分切換控制中的交流電源電壓vs、電路電流is、短路電流isp以及切換元件Qa～Qd之驅動脈衝的時間性變化作展示之說明圖(適宜參考圖1)。若是針對交流電源電壓vs為正的半循環之期間作說明，則控制電路50，係將切換元件Qa、Qb以特定次數、特定脈衝寬幅而交互作導通、斷開。若是更詳細作說明，則控制電路50，係緊接於交流電源電壓vs之正負作了切換之後，而將使切換元件Qa、Qb交互作導通、斷開的動作進行特定之次數。又，控制電路50，係與交流電源電壓vs之極性相互同步地，而對於切換元件Qc、Qd之導通/斷開作控制。

以下，為了針對部分切換控制而作更為易於理解之說明，係將部分切換控制區分為「功率因數改善動作」和「同步整流動作」來作說明。所謂「功率因數改善動作」，係為經由電抗L1來流動特定之短路電流isp(參考圖7之虛線箭頭)的動作。另外，所謂短路電流isp，係為在轉換電路10中並不經由平滑電容器C1地而流動之電流。

又，所謂「同步整流動作」，係為基於交流電源電壓vs之極性來對於切換元件Qa～Qd進行控制並經由平滑電容器C1而流動電路電流is之動作。亦即是，前述之同步整流模式(參考圖4、圖5)，係為將此「同步整流動作」持續性地進行之控制模式。

首先，針對「功率因數改善動作」作說明。例如，在交流電源電壓vs為正的半循環之期間中，控制電路50，係如同圖6中所示一般，將切換元件Qc維持於斷開狀態，並將切換元件Qd維持為導通狀態。又，控制電路50，在電流開始於轉換電路10中而流動的特定之區間tf中，係將切換元件Qb設為斷開，並將切換元件Qa設為導通。針對此時所流動的短路電流isp之路徑，參考圖7來作說明。

圖7，係為對於在交流電源電壓vs為正的半循環中之進行了功率因數改善動作時的電流之流動作展示之說明圖。若是在交流電源電壓vs為正的半循環時進行功率因數改善動作，則如同在圖7中以虛線箭頭所示一般，短路電流isp(功率因數改善電流)係以交流電源G→電抗L1→切換元件Qb→切換元件Qd→交流電源G之順序而流動。此時，在電抗L1處，係被積蓄有特定之能量。

藉由如此這般地而流動短路電流isp，來將電流波形之變形縮小，而能夠使電流波形接近於正弦波(參考圖6)。故而，係能夠改善轉換器100之功率因數，並且能夠對於高諧波電流作抑制。

另外，在交流電源電壓vs為負的極性之期間中，雖並未圖示，但是，短路電流isp，係以交流電源G→切換元件Qc→切換元件Qa→電抗L1→交流電源G之短路路徑中流動。

接下來，針對「同步整流動作」作說明。在進行了前述之「功率因數改善動作」之後，控制電路50，係在圖6中所示之特定之區間tg中，進行「同步整流動作」。亦即是，控制電路50，係與將切換元件Qa從斷開而切換為導通一同地，而將切換元件Qb從導通而切換為斷開。另外，在區間tg中，亦同樣的，切換元件Qc係被維持於斷開狀態，切換元件Qd係被維持為導通狀態。

藉由如此這般地來使切換元件Qa～Qd被作控制，被積蓄在電抗L1中之能量係被放出至平滑電容器C1處，平滑電容器C1之直流電壓係被升壓。藉由此，例如，係能夠將馬達M之旋轉速度的容許限度提高。另外，在同步整流動作中之電流路徑，係與在前述之同步整流模式中的電流路徑(參考圖5之虛線箭頭)相同。

而，控制電路50，在部分切換控制中，係將前述之「同步整流動作」和「功率因數改善動作」交互進行特定之次數。

(3.高速切換控制) 高速切換控制，係為將使切換元件Qa～Qd中之被與電抗L1作連接之2個的切換元件Qa、Qb交互作導通、斷開之動作，以特定之周期來反覆進行的控制模式。高速切換控制，係在轉換電路10之負載為較大時被進行。

圖8，係為對於在高速切換控制中的交流電源電壓vs、電路電流is、短路電流isp以及切換元件Qa～Qd之驅動脈衝的時間性變化作展示之說明圖。

若是以交流電源電壓vs為正的半循環為例來作說明，則控制電路50，係將切換元件Qc維持於斷開狀態，並將切換元件Qd維持為導通狀態。又，控制電路50，係將被與電抗L1作連接之2個的切換元件Qa、Qb之導通/斷開，以特定之周期來交互作切換。又，控制電路50，係以使電路電流is和短路電流isp之電流波形會成為正弦波狀的方式，來使切換元件Qa、Qb之導通能率(on duty)變化為特定之能率。

亦即是，在高速切換控制中，係將前述之「功率因數改善動作」和「同步整流動作」以特定周期來交互反覆進行。藉由在高負載時進行此種高速切換控制，由於電路電流is等係成為正弦波狀，因此係能夠對於高諧波作抑制，並且能夠改善功率因數。

＜關於控制模式之切換＞ 圖9，係為針對負載之大小、逆電壓之施加的有無、轉換器100之動作模式、馬達M之運轉區域之關係作展示之說明圖。圖9中所示之「中間運轉區域」，係為負載(例如，電流檢測部H之檢測值，參考圖1)為較小之區域。在本實施形態中，係藉由在負載之大小為未滿臨限值I1的情況時進行「同步整流控制」，來謀求轉換器100之高效率化。

圖9中所示之「額定運轉區域」，係為負載為較前述之「中間運轉區域」更大而能夠使馬達M(參考圖1)進行額定運轉之區域。在本實施形態中，係藉由在負載之大小為臨限值I1以上並且未滿臨限值I2的情況時進行「部分切換控制」，來進行升壓及功率因數之改善，並進行高諧波之抑制。

圖9中所示之「高負載區域」，係為負載之大小為較大之區域。在本實施形態中，係藉由在負載之大小為臨限值I2以上的情況時進行「高速切換控制」，來進行升壓、功率因數之改善以及高諧波之抑制。另外，臨限值I1、I2之大小，係基於事先之實驗或模擬，來預先有所設定。

＜控制電路之處理＞ 圖10，係為轉換器100之控制電路50所實行的處理之流程圖(適宜參考圖1)。另外，在圖10之「START」時，係設為馬達M為有所驅動者。在步驟S101中，控制電路50，係將電流檢測部H之檢測值I(負載之大小)讀入。

在步驟S102中，控制電路50，係判定在步驟S101中所讀入的檢測值I是否為未滿臨限值I1(第1臨限值)。亦即是，控制電路50，係判定馬達M之運轉區域是否被包含於「中間運轉區域」(參考圖9)中。

當電流之檢測值I為未滿臨限值I1的情況時(S102，Yes)，控制電路50之處理係前進至步驟S103。在步驟S103中，控制電路50，係實行前述之同步整流控制。藉由此，係能夠以高效率來進行電力轉換。

在步驟S103之同步整流控制之實行中，控制電路50，係使逆電壓施加電路30a、30b停止，而設為並不進行逆電壓之施加。於此，使逆電壓施加電路30a、30b「停止」一事，係代表在被周期性地反覆的交流電源電壓vs之各循環中，並不進行由逆電壓施加電路30a、30b所致之逆電壓之施加。

如同前述一般，在同步整流控制中，於交流電源電壓vs之0交叉點附近，切換元件Qa~Qd之導通/斷開係被作切換(參考圖4)。在此0交叉點附近，由於交流電源電壓vs係略為0，因此，就算是並不從逆電壓施加電路30a、30b而施加逆電壓，在寄生二極體Da~Dd處也幾乎不會流動逆回復電流。故而，在同步整流控制之實行中，係並不需要特別對於寄生二極體Da~Dd施加逆電壓。藉由如此這般地而構成為並不會使逆電壓施加電路30a、30b被不必要地驅動，係能夠對於無用的消耗電力作削減。

又，當在圖10之步驟S102中而電流之檢測值I為臨限值I1以上的情況時(S102，No)，控制電路50之處理 係前進至步驟S104。在步驟S104中，控制電路50，係判定電流檢測部H之檢測值I是否為未滿臨限值I2(第2臨限值)。亦即是，控制電路50，係判定電流之檢測值I是否被包含於「額定運轉區域」(參考圖9)中。另外，前述之臨限值I2，係為較臨限值I1而更大之值，並被預先有所設定。

當電流之檢測值I為未滿臨限值I2的情況時(S104，Yes)，控制電路50之處理係前進至步驟S105。在步驟S105中，控制電路50，係實行部分切換控制。藉由此，係能夠進行升壓和功率因數之改善，並且能夠進行高諧波之抑制。

在步驟S105之部分切換控制之實行中，控制電路50，係驅動逆電壓施加電路30a、30b，而施加特定之逆電壓。於此，使逆電壓施加電路30a、30b「驅動」一事，係代表在被周期性地反覆的交流電源電壓vs之各循環中，進行至少1次的由逆電壓施加電路30a、30b所致之逆電壓之施加。

例如，在緊接於上臂之切換元件Qa被從導通而改變為斷開之後的無效時間中，控制電路50，係藉由逆電壓施加電路30a而對於寄生二極體Da施加逆電壓。藉由此，係能夠對於在之後而下臂之切換元件Qb成為了導通的瞬間，在寄生二極體Da處產生有大的逆回復電流的情形作抑制。故而，係能夠謀求轉換電路10之低損失化。

又，當在步驟S104中而電流檢測部H之檢測值I為臨限值I2以上的情況時(S104，No)，控制電路50之處理係前進至步驟S106。在步驟S106中，控制電路50，係實行高速切換控制。藉由此，在「高負載運轉區域(參考圖9)」中，亦同樣的，除了能夠進行升壓和功率因數之改善以外，亦能夠進行高諧波之抑制。

在步驟S106之高速切換控制之實行中，控制電路50，係驅動逆電壓施加電路30a、30b，而施加特定之逆電壓。藉由此，來對於在寄生二極體Da等處而產生大的逆回復電流的情形作抑制，而能夠謀求轉換電路10之低損失化。

如此這般，控制電路50，係基於轉換電路10之負載之大小，來對於逆電壓施加電路30a、30b之驅動/停止作切換。在進行了步驟S103、S105、S106之任一之處理之後，控制電路50之處理係回到「START」處(RETURN)。

＜效果＞ 若依據第1實施形態，則當在低負載時而進行同步整流控制時，控制電路50，係使逆電壓施加電路30a、30b停止(S103：參考圖10)。如同前述一般，此係因為，於在交流電源電壓vs之0交叉點附近而對於切換元件Qa～Qd之導通/斷開作切換的同步整流控制中，在寄生二極體Da～Dd處係幾乎不會流動有逆回復電流之故。如此這般，藉由構成為並不會不必要地驅動逆電壓施加電路30a、30b，係能夠對於在轉換器100處之損失作抑制並謀求高效率化。

又，若依據第1實施形態，則在進行有中度負載時之部分切換控制或高負載時之高速切換控制時，係從逆電壓施加電路30a、30b而對於寄生二極體Da等施加有逆電壓(S105、S106，參考圖10)。故而，係能夠在藉由部分切換控制或高速切換控制而謀求高輸出化的同時，亦對於在轉換電路10處之損失作降低。

如此這般，若依據第1實施形態，則控制電路50，係藉由因應於負載之大小來對於逆電壓施加電路30a、30b之驅動/停止作切換，而能夠同時達成高效率化和高輸出化。

≪第2實施形態≫ 在第2實施形態中，針對具備有在第1實施形態中所作了說明的轉換器100(參考圖1)之空調機W(參考圖11)作說明。另外，關於轉換器100之構成和動作，由於係與第1實施形態相同，因此，係省略其說明。

圖11，係為第2實施形態之空調機W的構成圖。空調機W，係為進行特定之空調之機器。以下，係將空調機W作為主要進行冷氣運轉者來進行說明，但是，係並不被限定於此。如同圖11中所示一般，空調機W，係具備有壓縮機1、和室外熱交換器2、和室外風扇3、和膨脹閥4、和室內熱交換器5、和室內風扇6、和轉換器100、以及逆變器200。又，圖11中所示之冷媒迴路F，係成為使壓縮機1、室外熱交換器2、膨脹閥4以及室內熱交換器5經由配管q來以環狀而依序作連接所成的構成。

壓縮機1，係身為將氣體狀之冷媒壓縮的機器，並具備有身為驅動源之馬達M。另外，在圖11中雖係省略，但是，在壓縮機1之吸入側處，係被設置有用以將冷媒作氣液分離之積蓄器。

轉換器100，係為將從交流電源G所施加之交流電壓轉換為直流電壓之電力轉換裝置，並具備有與第1實施形態相同之構成。逆變器200，係將從轉換器100所施加之直流電壓轉換為交流電壓，並將轉換後之交流電壓施加於壓縮機1之馬達M處。

室外熱交換器2，係為使在其之導熱管(未圖示)中所流通之冷媒和從室外風扇3所送入之外氣之間進行熱交換的熱交換器。室外風扇3，係為將外氣送入至室外熱交換器2中的風扇，並被設置在室外熱交換器2之附近處。

膨脹閥4，係為將藉由室外熱交換器2(冷凝器)所作了冷凝的冷媒減壓之閥。而，在膨脹閥4處而被作了減壓的冷媒，係成為被導引至室內熱交換器5(蒸發器)處。

室內熱交換器5，係為使在其之導熱管(未圖示)中所流通之冷媒和從室內風扇6所送入之室內空氣(空調對象空間之空氣)之間進行熱交換的熱交換器。室內風扇6，係為將室內空氣送入至室內熱交換器5中的風扇，並被設置在室內熱交換器5之附近處。

在圖11所示之例中，壓縮機1、室外熱交換器2、室外風扇3、轉換器100以及逆變器200，係被設置在室外機Uo處。另一方面，室內熱交換器5和室內風扇6，係被設置在室內機Ui處。而，例如，在冷氣運轉中，於冷媒迴路F處，係成為依序經由壓縮機1、室外熱交換器2(冷凝器)、膨脹閥4以及室內熱交換器5(蒸發器)，而以冷凍循環來使冷媒循環。

另外，空調機W之構成，係並不被限定於圖11之例。例如，係亦可使對於冷媒之流路作切換的四方向閥(未圖示)被設置在冷媒迴路F處。在此種構成中，於暖氣運轉時，係依序經由壓縮機1、室內熱交換器5(冷凝器)、膨脹閥4以及室外熱交換器2(蒸發器)，而以冷凍循環來使冷媒循環。亦即是，在依序經由壓縮機1、「冷凝器」、膨脹閥4以及「蒸發器」而使冷媒流通的冷媒迴路F中，「冷凝器」以及「蒸發器」之其中一方，係為室外熱交換器2，另外一方，係為室內熱交換器5。

＜效果＞ 若依據第2實施形態，則空調機W，係具備有與第1實施形態相同之構成的轉換器100。藉由此，係能夠謀求空調機W之高效率化，而能夠謀求相較於先前技術而更為提高APF(Annual Performance Factor)。

又，轉換器100之控制電路50(參考圖1)，在中度負載時之部分切換控制中或高負載時之高速切換控制中，係使用逆電壓施加電路30a、30b而施加特定之逆電壓。藉由此，係成為能夠使壓縮機1之馬達M進行高速旋轉，而能夠謀求空調機W之高輸出化。如此這般，若依據第2實施形態，則係可提供一種謀求有高效率化與高輸出化之同時達成的空調機W。

≪變形例≫

以上，雖係針對本發明之轉換器100(參考圖1)和空調機W(參考圖11)而基於各實施形態來作了說明，但是，本發明係並不被限定於此些之記載，而能夠進行各種的變更。例如，係亦可如同以下所說明一般地，在第1實施形態所說明之構成中追加飛輪二極體Da1~Dd1(參考圖12)。

圖12，係為身為變形例的電力轉換裝置之轉換器100A之構成圖。如同圖12中所示一般，係亦可對於切換元件Qa，而逆並聯地連接有飛輪二極體Da1。在此種構成中，由逆電壓施加電路30a所致之逆電壓，係被施加於寄生二極體Da處，並且亦被施加於飛輪二極體Da1處。另外，關於被與其他之切換元件Qb~Qd作連接的飛輪二極體Db1~Dd1，亦係相同。若依據圖12中所示之構成，則由於係能夠對於在寄生二極體Da~Dd處之逆回復電流作抑制，並且亦能夠對於在飛輪二極體Da1~Dd1處之逆回復電流作抑制，因此，係能夠謀求轉換器100A之低損失化。

又，在第1實施形態中，雖係針對切換元件Qa~Qd(參考圖1)係均身為MOSFET的情況來作了說明，但是，係並不被限定於此。例如，切換元件Qa~Qd，係亦可身為像是IGBT(Insulated Gate Bipolor Transisto)一般之其他種類的元件。又，作為切換元件Qa~Qd，係亦可使相異種類之元件混合存在。又，係亦可身為在並不存在有寄生二極體之種類的切換元件處，分別將飛輪二極體以逆並聯來作連接之構成。又，在第1實施形態中所作了說明的轉換器100(參考圖1)之構成，係僅為其中一例，而並不被限定於此。

又，在第1實施形態中，雖係針對作為轉換電路10之負載之大小的指標而使用在轉換電路10中所流動之電流之檢測值的情況來作了說明，但是，係並不被限定於此。例如，作為轉換電路10之負載之大小的指標，係亦可構成為讓控制電路50使用轉換電路10之直流側之電壓(平滑電容器C1之電壓)、逆變器200(逆變電路)之調變率、被連接於逆變器200之輸出側處的馬達M之旋轉速度、或者是在馬達M處所流動之電流。

另外，所謂逆變器200之「調變率」，係為相對於逆變器200之直流電壓的馬達M之施加電壓(線電壓)之實效值之比。另外，隨著負載變大，除了逆變器200之調變率之外，馬達M之電流和旋轉速度也會變大。故而，藉由特定之臨限值所被區分出之複數之負載區域、和在逆變器200處所流動之電流等之間的關係，係成為與圖9相同。

又，係亦可將前述之複數之指標適宜作組合。例如，係亦可構成為：當轉換電路10之直流側之電壓係為特定值以上並且在轉換電路10中所流動之電流係為特定值以上的情況時，控制電路50係驅動逆電壓施加電路30a、30b，當除此之外的情況時，係使逆電壓施加電路30a、30b停止。亦即是，作為「負載」之大小的指標，係亦可構成為使用轉換電路10之直流側之電壓、在轉換電路10處所流動之電流、逆變器200(逆變電路)之調變率、被連接於逆變器200之輸出側處的馬達M之旋轉速度、以及在馬達M處所流動之電流，此些之中之任1個以上。除此之外，作為負載之大小的指標，係亦可使用空調機W(參考圖11)之室外熱交換器2之溫度、室內熱交換器5之溫度、外部氣體溫度、室內溫度(空調對象空間之溫度)等。

又，在第1實施形態中，雖係針對複振器40a、40b(參考圖1)為被與切換元件驅動電路20作連接的構成來作了說明，但是，係並不被限定於此。例如，係亦可並不使用複振器40a、40b地，而藉由控制電路50來對於逆電壓施加電路30a、30b用之特定之驅動電路輸出逆電壓施加電路30a、30b之驅動用訊號，並使用此來驅動逆電壓施加電路30a、30b。

又，在第1實施形態中，雖係針對關連於在轉換電路10中所流動之電流之檢測值I(負載之大小)而設置有2個的臨限值I1、I2的情況來作了說明，但是，係並不被限定於此。例如，係亦可構成為：當負載之大小為未滿特定值的情況時，控制電路50係使逆電壓施加電路30a、30b停止，當負載之大小為特定值以上的情況時，控制電路50係驅動逆電壓施加電路30a、30b。就算是在此種構成中，亦能夠謀求轉換電路10之低損失化。

又，在第2實施形態中，雖係針對室內機Ui(參考圖11)以及室外機Uo(參考圖11)為各被設置有1台的構成之空調機W來作了說明，但是，係並不被限定於此。例如，係亦可對於具備有複數台之室外機的多工型之空調機，而適用各實施形態。又，在第2實施形態中，雖係針對具備有轉換器100等之空調機W(參考圖11)來作了說明，但是，係亦可對於冰箱、熱水機、洗衣機等之其他機器作適用。

又，實施形態，係為為了對於本發明作易於理解之說明而作了詳細記載者，本發明係並不被限定於包含有所說明了的全部之構成者。又，係可針對實施形態之構成的一部分，而進行其他之構成的追加、削除、置換。又，前述之機構及構成，係代表被視為在進行說明時所需要者，在製品上，係並非絕對會對於全部的機構及構成作標示。

1:壓縮機

2:室外熱交換器(冷凝器/蒸發器)

3:室外風扇

4:膨脹閥

5:室內熱交換器(蒸發器/冷凝器)

6:室內風扇

10:轉換電路

11:第1引線(切換引線)

12:第2引線(切換引線)

20:切換元件驅動電路

30a、30b:逆電壓施加電路

40a、40b:複振器

50:控制電路

100、100A:轉換器(電力轉換裝置)

200:逆變器(逆變電路)

C1:平滑電容器

Da、Db、Dc、Dd:寄生二極體

Da1、Db1、Dc1、Dd1:飛輪二極體

F:冷媒迴路

G:交流電源

H:電流檢測部

L1:電抗

M:馬達

Qa、Qc:切換元件(上臂之切換元件)

Qb、Qd:切換元件(下臂之切換元件)

W:空調機

p1:配線

61:電阻

71:電阻

Ra:電阻

[圖1]係為身為本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之轉換器之構成圖。

[圖2]係為對於在身為本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之轉換器中之逆電壓施加電路、複振器、導通延遲電路以及通電時間設定電路之構成作展示之電路圖。

[圖3]係為針對關連於在身為本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之轉換器處的逆電壓之施加之動作作展示之時序表。

[圖4]係為對於在本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之同步整流控制中的交流電源電壓、電路電流以及切換 元件之驅動脈衝的時間性變化作展示之說明圖。

[圖5]係為對於在本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之同步整流控制中的當交流電源電壓為被包含於正的半循環中時之電流的流動作展示之說明圖。

[圖6]係為對於在本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之部分切換控制中的交流電源電壓、電路電流、短路電流以及切換元件之驅動脈衝的時間性變化作展示之說明圖。

[圖7]係為對於在本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之部分切換控制中的當在交流電源電壓為正的半循環時而進行了功率因數改善動作時之電流的流動作展示之說明圖。

[圖8]係為對於在本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之高速切換控制中的交流電源電壓、電路電流、短路電流以及切換元件之驅動脈衝的時間性變化作展示之說明圖。

[圖9]係為針對在本發明之第1實施形態的電力轉換裝置中之負載之大小、逆電壓之施加的有無、轉換器之動作模式以及馬達之運轉區域之關係作展示之說明圖。

[圖10]係為身為本發明之第1實施形態的電力轉換裝置之轉換器之控制電路所實行的處理之流程圖。

[圖11]係為本發明之第2實施形態之空調機的構成圖。

[圖12]係為身為本發明之變形例的電力轉換裝置之轉 換器之構成圖。

10:轉換電路

11:第1引線(切換引線)

12:第2引線(切換引線)

20:切換元件驅動電路

30a、30b:逆電壓施加電路

40a、40b:複振器

50:控制電路

100:轉換器(電力轉換裝置)

200:逆變器(逆變電路)

C1:平滑電容器

Da、Db、Dc、Dd:寄生二極體

G:交流電源

H:電流檢測部

L1:電抗

M:馬達

Qa、Qc:切換元件(上臂之切換元件)

Qb、Qd:切換元件(下臂之切換元件)

ha、hb、ia、ja、ka、ma、p1、p2、p3、p4:配線

N1、N2、N3、N4:連接點

Ra:電阻

Hb:配線

Claims (7)

1. 一種電力轉換裝置，其特徵為，係具備有：轉換電路，係具有使上臂之切換元件和下臂之切換元件被作連接所成的切換引線(leg)，並將從交流電源所施加之交流電壓轉換為直流電壓，並且，係具備有：電抗，係被設置在將前述交流電源和前述轉換電路作連接的配線處；和平滑電容器，係被連接於前述轉換電路之輸出側處，並將從前述轉換電路所施加的直流電壓平滑化，各別的前述切換元件，係具備有寄生二極體，或者是在各別的前述切換元件處，飛輪二極體係被逆並聯地作連接，該電力轉換裝置，係更進而具備有：逆電壓施加電路，係對於前述切換元件之前述寄生二極體或前述飛輪二極體施加逆電壓；和控制電路，係基於前述轉換電路之負載的大小，來對於前述逆電壓施加電路之驅動/停止作切換。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之電力轉換裝置，其中，前述控制電路，當前述負載之大小為未滿特定值的情況時，係使前述逆電壓施加電路停止，當前述負載之大小 係為前述特定值以上的情況時，係驅動前述逆電壓施加電路。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之電力轉換裝置，其中，作為前述負載之大小的指標，係使用前述轉換電路之直流側之電壓、在前述轉換電路中所流動之電流、將從前述轉換電路所施加之直流電壓轉換為交流電壓之逆變電路之調變率、被連接於前述逆變電路之輸出側處的馬達之旋轉速度、以及在前述馬達處所流動之電流，此些之中之任一者以上。
4. 如申請專利範圍第1項所記載之電力轉換裝置，其中，當前述負載之大小係為未滿第1臨限值的情況時，前述控制電路，係實行同步整流控制，該同步整流控制，係將複數之前述切換元件中之被包含於經由有前述平滑電容器的電流路徑中之切換元件，於在前述轉換電路中而流動有電流的期間之至少一部分處而設為導通狀態，並且將並未被包含於前述電流路徑中之切換元件設為斷開狀態，在前述同步整流控制之實行中，係使前述逆電壓施加電路停止。
5. 如申請專利範圍第4項所記載之電力轉換裝置，其 中，當前述負載之大小係為前述第1臨限值以上且第2臨限值以下的情況時，前述控制電路，係實行部分切換控制，該部分切換控制，係將使複數之前述切換元件中之被與前述電抗作連接之2個的切換元件交互作導通、斷開之動作，在前述交流電源之電壓的每半循環處而進行特定次數，在前述部分切換控制之實行中，係驅動前述逆電壓施加電路。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之電力轉換裝置，其中，當前述負載之大小係為前述第2臨限值以上的情況時，前述控制電路，係實行高速切換控制，該高速切換控制，係將使複數之前述切換元件中之被與前述電抗作連接之2個的切換元件交互作導通、斷開之動作，以特定之周期來反覆進行，在前述高速切換控制之實行中，係驅動前述逆電壓施加電路。
7. 一種空調機，其特徵為，係包含有：依序經由壓縮機、冷凝器、膨脹閥以及蒸發器而使冷媒循環之冷媒迴路；和將從交流電源所施加之交流電壓轉換為直流電壓之電 力轉換裝置；和將從前述電力轉換裝置所施加之直流電壓轉換為交流電壓，並將轉換後之交流電壓施加於前述壓縮機之馬達處之逆變電路，前述電力轉換裝置，係具備有：轉換電路，係具有使上臂之切換元件和下臂之切換元件被作連接所成的切換引線，並且，係具備有：電抗，係被設置在將前述交流電源和前述轉換電路作連接的配線處；和平滑電容器，係被連接於前述轉換電路之輸出側處，並將從前述轉換電路所施加的直流電壓平滑化，各別的前述切換元件，係具備有寄生二極體，或者是在各別的前述切換元件處，飛輪二極體係被逆並聯地作連接，該電力轉換裝置，係更進而具備有：逆電壓施加電路，係對於前述切換元件之前述寄生二極體或前述飛輪二極體施加逆電壓；和控制電路，係基於前述轉換電路之負載的大小，來對於前述逆電壓施加電路之驅動/停止作切換。