WO2018020635A1 - 交流直流変換装置、モジュール、電力変換装置および空気調和装置 - Google Patents

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diodes
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圭一朗 志津
篠本　洋介
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an AC / DC converter, a module, a power converter, and an air conditioner that convert an AC voltage into a DC voltage.
  • the AC / DC converter disclosed in Patent Document 1 includes a first rectifier and a second rectifier connected to an AC power source via a reactor as a circuit for converting a single-phase AC voltage into a DC voltage, and a first Two capacitors connected in series between the output terminals of the rectifier and two switches connected in series between the output terminals of the second rectifier. The connection point between the two capacitors is connected to the connection point between the two switches.
  • Each of the first rectifier and the second rectifier is an independent module, and the AC / DC converter disclosed in Patent Document 1 includes two switches connected in series separately from these modules.
  • the AC / DC converter disclosed in Patent Document 1 considers two capacitors connected in series as a virtual AC power supply, and controls the two switches so as to suppress the harmonic current and make the phase difference zero. .
  • the alternating current supplied from the alternating current power source to the alternating current to direct current converter becomes a sine wave input current with suppressed harmonics, and the power factor is improved.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an AC / DC converter capable of reducing the mounting space for circuit components.
  • an AC / DC converter includes first and second rectifiers connected to an AC power supply via a reactor, and an output of the first rectifier.
  • a switch arm composed of two switches connected in series on the side, and two capacitors connected in series on the output side of the second rectifier, and the connection point between the two capacitors is It is connected to a connection point between two switches.
  • the AC / DC converter according to the present invention has the effect of reducing the mounting space for circuit components.
  • the figure which shows the internal circuit composition of the reference circuit module used with the bridge type inverter The figure which shows the modification of the alternating current direct current converter which concerns on Embodiment 1 of this invention
  • the block diagram of the power converter device comprised by connecting an inverter to the alternating current direct current converter concerning Embodiment 2 of this invention The figure which shows the modification of the alternating current direct current converter which concerns on Embodiment 2 of this invention
  • the figure which shows the 1st modification of the module with which the AC / DC converter which concerns on Embodiment 2 of this invention is provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an AC / DC converter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • AC-DC converter 100-1 according to Embodiment 1 includes reactor 2 having one end connected to one end of AC power supply 1, and AC power supplied from AC power supply 1 connected to AC power supply 1 via reactor 2. Is converted to DC power, and a second rectifier 4 is connected to the AC power source 1 via the reactor 2 and converts AC power supplied from the AC power source 1 into DC power.
  • an AC power source 1 is a power source that outputs a single-phase AC voltage.
  • the AC / DC converter 100-1 includes a switch arm 5 that is a series circuit including a switch 55 and a switch 56 connected in series between the output terminal 3a and the output terminal 3b of the first rectifier 3.
  • condenser pair comprised by the capacitor
  • an IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Transistor Transistor
  • both switch 55 and switch 56 are formed of N-channel MOSFETs.
  • a drive circuit (not shown) for driving the switch 55 and the switch 56 is connected to the gates of the MOSFETs constituting both the switch 55 and the switch 56.
  • the module 6 in which the second rectifier 4 and the switch arm 5 are integrated includes an output terminal P1, an output terminal N1, and an output terminal C1, and an input terminal P2, an input terminal N2, an input terminal AC1, and an input terminal AC2.
  • the drain of the MOSFET that is the switch 55 and the output terminal 3a of the first rectifier 3 are connected to the input terminal P2 of the module 6.
  • the source of the MOSFET which is the switch 56 and the output terminal 3 b of the first rectifier 3 are connected to the input terminal N ⁇ b> 2 of the module 6.
  • Connected to the output terminal C1 of the module 6 is a connection point 5a between the switch 55 and the switch 56 constituting the switch arm 5.
  • the first rectifier 3 includes an output terminal 3a and an output terminal 3b, an input terminal 3c and an input terminal 3d, a relay terminal 3e and a relay terminal 3f, a diode 31, a diode 32, a diode 33, and a diode 34.
  • the relay terminal 3e of the first rectifier 3 is connected to the input terminal AC1 of the module 6.
  • the relay terminal 3 f of the first rectifier 3 is connected to the input terminal AC ⁇ b> 2 of the module 6.
  • connection point 3g between the anode of the diode 31 and the cathode of the diode 32 is connected to the input terminal 3c and the relay terminal 3e.
  • the input terminal 3c is connected to the other end of the reactor 2 and the connection point 3g.
  • a connection point 3h between the anode of the diode 33 and the cathode of the diode 34 is connected to the input terminal 3d and the relay terminal 3f.
  • the input terminal 3d is connected to the other end of the AC power source 1 and the connection point 3h.
  • the cathodes of the diode 31 and the diode 33 are connected to the output terminal 3a, and the anodes of the diode 32 and the diode 34 are connected to the output terminal 3b.
  • the second rectifier 4 includes an output terminal 4a and an output terminal 4b, an input terminal 4c and an input terminal 4d, a diode 41, a diode 42, a diode 43 and a diode 44.
  • the diode 41, the diode 42, the diode 43, and the diode 44 may be simply referred to as diodes 41, 42, 43, and 44.
  • connection point 4g between the anode of the diode 41 and the cathode of the diode 42 is connected to the input terminal 4c.
  • the input terminal 4c is connected to the input terminal AC1 of the module 6.
  • a connection point 4h between the anode of the diode 43 and the cathode of the diode 44 is connected to the input terminal 4d.
  • the input terminal 4d is connected to the input terminal AC2 of the module 6.
  • the cathodes of the diode 41 and the diode 43 are connected to the output terminal 4a, and the anodes of the diode 42 and the diode 44 are connected to the output terminal 4b.
  • the output terminal 4 a of the second rectifier 4 is connected to the output terminal P 1 of the module 6, and the output terminal 4 b of the second rectifier 4 is connected to the output terminal N 1 of the module 6.
  • One end of the capacitor 11 is connected to the output terminal P1 of the module 6.
  • a connection point 13 between the other end of the capacitor 11 and one end of the capacitor 12 is connected to the output terminal C 1 of the module 6.
  • the other end of the capacitor 12 is connected to the output terminal N1 of the module 6.
  • the first rectifier 3 and the second rectifier 4 are connected to the AC power source 1 through the reactor 2, and the connection point 5a between the switch 55 and the switch 56 and the capacitor 11 are connected.
  • the connection point 13 between the capacitors 12 is connected via the output terminal C 1 of the module 6.
  • the first rectifier 3 is a single module different from the module 6 and operates as a full-wave rectifier.
  • the module 6 is a single module in which the second rectifier 4 and the switch arm 5 are integrated.
  • two rectifier arms are configured by the diodes 41, 42, 43, and 44, and the second rectifier 4 operates as a full-wave rectifier.
  • the module 6 includes three arms including the switch arm 5. That is, the module 6 includes a first diode arm 4-1 including a diode 41 and a diode 42, a second diode arm 4-2 including a diode 43 and a diode 44, and a switch 55 and a switch 56. And a switch arm 5 as a third switch arm.
  • the module 6 includes seven external connection terminals, that is, an input terminal P2, an input terminal AC1, an input terminal AC2, an input terminal N2, an output terminal P1, an output terminal N1, and an output terminal C1.
  • the on / off operation of the switch 55 and the switch 56 is controlled in the same manner as the conventional AC / DC converter represented by the above-mentioned Patent Document 1.
  • the alternating current supplied from the alternating current power source 1 to the alternating current to direct current converter 100-1 becomes a sinusoidal current with harmonics suppressed, and the alternating current applied from the alternating current power source 1 to the alternating current direct current converter 100-1
  • the phase difference from the voltage is reduced, and the power factor is improved.
  • the switch 55 and the switch 56 is turned on and the other of the switch 55 and the switch 56 is turned off, so that the connection point 13 between the capacitor 11 and the capacitor 12 becomes an AC power source. 1 is connected to one end or the other end of 1 and so-called voltage doubler rectification is performed.
  • the amplitude of the voltage applied across the series circuit composed of the capacitor 11 and the capacitor 12 that is, the amplitude of the output voltage of the AC / DC converter 100-1
  • the voltage applied to the input terminal P2 and the input terminal N2 of the module 6 or the voltage applied to the input terminal AC1 and the input terminal AC2 may be referred to as an input voltage.
  • the first rectifier 3 and the second rectifier 4 are constituted by two modules. Therefore, the AC / DC converter 100-1 is different from the case where the first rectifier 3, the second rectifier 4 and the switch arm 5 are individually modularized and mounted inside the AC / DC converter 100-1.
  • the mounting space for disposing each of the first rectifier 3, the second rectifier 4, and the switch arm 5 inside the AC / DC converter 100-1 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the AC / DC converter 100-1, and to reduce the volume of materials of parts such as a casing that forms the outer shell of the AC / DC converter 100-1 and a substrate on which the module 6 is mounted. .
  • FIG. 2 is a diagram showing an internal circuit configuration of a reference circuit module used in a bridge type inverter.
  • a reference circuit module 60 shown in FIG. 2 is a module for configuring a conventional general three-phase inverter circuit.
  • the reference circuit module 60 includes an input terminal P, an input terminal N, an output terminal U, an output terminal V, and an output terminal W, which are five external connection terminals.
  • the reference circuit module 60 includes a switch 51, a switch 52, a switch 53, a switch 54, a switch 55, and a switch 56.
  • the reference circuit module 60 includes a diode 41, a diode 42, a diode 43, a diode 44, a diode 45, and a diode 46 connected in parallel to the switch 51, the switch 52, the switch 53, the switch 54, the switch 55, and the switch 56, respectively. Prepare.
  • the module 6 does not include the diode 45, the diode 46, the switch 51, the switch 52, the switch 53, and the switch 54 that constitute the reference circuit module 60.
  • the module 6 includes seven external connection terminals instead of the input terminal P, the input terminal N, the output terminal U, the output terminal V, and the output terminal W, which are the five external connection terminals constituting the reference circuit module 60.
  • An input terminal P2, an input terminal AC1, an input terminal AC2, an input terminal N2, an output terminal P1, an output terminal N1, and an output terminal C1 are provided.
  • the input terminal AC1 of the module 6 corresponds to the output terminal U of the reference circuit module 60.
  • the input terminal AC2 of the module 6 corresponds to the output terminal V of the reference circuit module 60.
  • the output terminal C1 of the module 6 corresponds to the output terminal W of the reference circuit module 60.
  • FIG. 3 is a diagram showing a modification of the AC / DC converter according to Embodiment 1 of the present invention. Differences between the AC / DC converter 100-1 shown in FIG. 1 and the AC / DC converter 100-1A shown in FIG. 3 are as follows. (1) The AC / DC converter 100-1A includes a switch arm 5A and a module 6A instead of the switch arm 5 and the module 6 shown in FIG. (2) In addition to the switch 55 and the switch 56, the switch arm 5 ⁇ / b> A conducts in a direction opposite to the conduction direction of the switch 55 and is connected in parallel to the switch 55, and in a direction opposite to the conduction direction of the switch 56. And a diode 46 which is conductive and connected in parallel to the switch 56.
  • the anode of the diode 45 is connected to the source of the switch 55, and the cathode of the diode 45 is connected to the drain of the switch 55.
  • the anode of the diode 46 is connected to the source of the switch 56, and the cathode of the diode 46 is connected to the drain of the switch 56.
  • the switch 55 and the switch 56 are IGBTs, when a reverse voltage higher than the reverse voltage applied to the collector terminals of the switch 55 and the switch 56 is applied to the emitter terminal, the switch 55 and the switch 56 generate a reverse current. Otherwise, a large current flows and the switch 55 and the switch 56 may overheat and fail.
  • the AC / DC converter 100-1A includes the diode 45 and the diode 46, so that even when such a reverse voltage is applied, a current flows through the diode 45 and the diode 46, and the reverse voltage is applied to the switch 55 and the switch 56. The failure of the switch 55 and the switch 56 can be prevented without being applied.
  • the AC / DC converter 100-1A Since the diode 45 and the diode 46 are components provided in the reference circuit module 60 shown in FIG. 2, the AC / DC converter 100-1A has the diode 45 and the diode 46 inside or outside the module 6A shown in FIG. The module 6A can be realized without providing a new space for mounting.
  • the switch 55 and the switch 56 are MOSFETs, diodes that conduct in the direction opposite to the conduction direction of the switch 55 and the switch 56 are generated in the manufacturing process. Therefore, the switch 55 and the diode 45 have the same configuration as one MOSFET. The same applies to the switch 56 and the diode 46. Therefore, in the AC / DC converter 100-1A, the module 6A can be realized without adding the diode 45 and the diode 46.
  • the switch 55 and the switch 56 are switched from on to off, a large reverse recovery current flows through the diode 45 and the diode 46, and this reverse recovery current causes overheating of the switch 55 and the switch 56.
  • the switch 55 and the switch 56 formed of a wide band gap semiconductor in the module 6 shown in FIG. 1 and the module 6A shown in FIG.
  • the wide band gap semiconductor include semiconductor materials such as silicon carbide (SiC), gallium nitride, and diamond.
  • the reverse recovery time of the wide band gap semiconductor is much shorter than that of the silicon semiconductor, and the reverse recovery current is also very small.
  • a SiC Schottky barrier diode with a rated reverse breakdown voltage of 600 V and a rated forward current of 6 A has a reverse recovery charge of 20 nc, which is significantly smaller than the reverse recovery charges of 150 nc to 1500 nc of a normal silicon PN junction diode.
  • the amount of heat generated in the switch 55 and the switch 56 transmitted to components other than the switch 55 and the switch 56 is reduced as compared with the case where a silicon semiconductor is used. Therefore, in the AC / DC converters 100-1 and 100-1A, even when the switch 55 and the switch 56 are provided inside the AC / DC converters 100-1 and 100-1A, they are generated in the switch 55 and the switch 56. The possibility that parts other than the switch 55 and the switch 56 will fail due to heat can be reduced.
  • FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of an AC / DC converter according to Embodiment 2 of the present invention. Differences between AC / DC converter 100-1 according to Embodiment 1 and AC / DC converter 100-2 according to Embodiment 2 are as follows. (1) The AC / DC converter 100-2 includes a module 6B instead of the module 6 shown in FIG. 1 or the module 6A shown in FIG. (2) The module 6B includes a second rectifier 4A in place of the second rectifier 4. (3) The second rectifier 4A includes a second diode arm 4-2A instead of the second diode arm 4-2.
  • the second diode arm 4-2A includes a switch 53 and a switch 54 in addition to the diode 43 and the diode 44.
  • the drain of the switch 53 is connected to the cathode of the diode 41 and the output terminal 4a.
  • the source of the switch 54 is connected to the anode of the diode 42 and the output terminal 4b.
  • a connection point 4h between the source of the switch 53 and the drain of the switch 54 is connected to the input terminal 4d.
  • the anode of the diode 43 is connected to the source of the switch 53, and the cathode of the diode 43 is connected to the drain of the switch 53.
  • the anode of the diode 44 is connected to the source of the switch 54, and the cathode of the diode 44 is connected to the drain of the switch 54.
  • AC / DC converter 100-2 In AC / DC converter 100-2, one of switch 55 and switch 56 is turned on, and the other of switch 55 and switch 56 is turned off, so that double voltage rectification is possible as in the first embodiment. . In the AC / DC converter 100-2, the on / off operation of the switch 53 and the switch 54 is controlled.
  • the AC / DC converter 100-2 can boost the DC voltage by using the energy accumulated in the reactor 2, and also the AC / DC converter 100.
  • -2 is a sinusoidal current in which the harmonics of the alternating current supplied are suppressed, the phase difference from the alternating voltage is reduced, and the power factor is improved.
  • voltage doubler rectification by switch 53 and switch 54 is not performed, the DC voltage output from AC / DC converter 100-2 is higher than when voltage doubler rectification by switch 53 and switch 54 is performed. And controlled to be a low value.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a power conversion device configured by connecting an inverter to the AC / DC conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a power conversion device 300 shown in FIG. 5 includes an AC / DC conversion device 100-2 and a load 200 shown in FIG.
  • the load 200 includes an inverter 20 connected to the AC / DC converter 100-2 and an electric motor 21 driven by an AC voltage output from the inverter 20.
  • the electric motor 21 an induction motor or a synchronous motor can be exemplified.
  • the inverter 20 is configured in the same manner as the reference circuit module 60 shown in FIG. 2, and converts the DC voltage applied across the series circuit including the capacitor 11 and the capacitor 12 into an AC voltage to convert the motor 21. To drive.
  • the waveform of the AC voltage applied to the electric motor 21 has a sine wave shape in order to suppress pulsation in the electric motor 21.
  • the inverter 20 adjusts the amplitude of the AC voltage according to the rotation speed of the motor 21. To be controlled.
  • the inverter 20 When the amplitude of the DC voltage applied across the series circuit composed of the capacitor 11 and the capacitor 12 is smaller than the amplitude of the AC voltage applied to the electric motor 21, the inverter 20 outputs a sinusoidal AC voltage.
  • the pseudo AC voltage including the harmonic component cannot be output.
  • the harmonic component is also superimposed on the current flowing through the electric motor 21, which not only causes pulsation of the electric motor 21 but also increases the amplitude of the electric current. Will also increase. Therefore, in the inverter 20, circuit components that can withstand the increase in the amount of heat generation are required, or the heat dissipation components are increased in size.
  • the AC / DC converter 100-2 performs voltage doubler rectification under the control of the switch 55 and the switch 56, whereby the voltage applied across the series circuit composed of the capacitor 11 and the capacitor 12 Can be made larger than the amplitude of the input voltage.
  • the inverter 20 can output a sine wave voltage even when the rotational speed of the electric motor 21 is further increased as compared with the case where the voltage doubler rectification by the switch 53 and the switch 54 is not performed. , And the heat generation of the inverter 20 can be suppressed.
  • the inverter 20 can output a sine wave voltage.
  • the heat generated by the reverse recovery current flowing in the diode included in the inverter 20 is proportional to the voltage applied to the switch included in the inverter 20 and the diode.
  • This voltage is equal to a DC voltage applied across the series circuit composed of the capacitor 11 and the capacitor 12.
  • the rectification operation by the control of the switch 53 and the switch 54 is not the double voltage rectification, and therefore the double voltage rectification is performed.
  • the DC voltage applied across the series circuit composed of the capacitor 11 and the capacitor 12 decreases. Therefore, in the power conversion device 300, the voltage applied to the switch and the diode included in the inverter 20 decreases, and the amount of heat generated by the reverse recovery current flowing in the diode included in the inverter 20 can be suppressed.
  • the on / off control of the switch 53 and the switch 54 is performed at a frequency that changes in synchronization with the voltage cycle of the AC power supply 1. Therefore, the heat generated by the switch 53 and the switch 54 is small. As a result, the heat generated in the entire power conversion device 300 can also be reduced.
  • the AC / DC converter 100-2 includes the first rectifier by a total of two modules as in the first embodiment. 3 and the second rectifier 4A can be configured. Therefore, the AC / DC converter 100-2 is different from the case where the first rectifier 3, the second rectifier 4A and the switch arm 5 are individually modularized and mounted inside the AC / DC converter 100-2. The mounting space for disposing each of the first rectifier 3, the second rectifier 4A, and the switch arm 5 inside the AC / DC converter 100-2 can be reduced.
  • the AC / DC converter 100-2 can suppress heat generated by the switch 53 and the switch 54, even when the switch 53 and the switch 54 are provided inside the AC / DC converter 100-2, the switch 53 and The possibility of failure of the switch 53 and parts other than the switch 54 due to the heat generated in the switch 54 can be reduced.
  • FIG. 6 is a diagram showing a modification of the AC / DC converter according to Embodiment 2 of the present invention. Differences between the AC / DC converter 100-2 shown in FIG. 4 and the AC / DC converter 100-2A shown in FIG. 6 are as follows. (1) The AC / DC converter 100-2A includes a module 6C instead of the module 6B. (2) The module 6C includes a second rectifier 4B instead of the second rectifier 4A. (3) The second rectifier 4B includes a first diode arm 4-1A instead of the first diode arm 4-1. (4) The first diode arm 4-1A includes a switch 51 and a switch 52 in addition to the diode 41 and the diode.
  • the drain of the switch 51 is connected to the cathode of the diode 41 and the output terminal 4a.
  • the source of the switch 52 is connected to the anode of the diode 42 and the output terminal 4b.
  • a connection point 4g between the source of the switch 51 and the drain of the switch 52 is connected to the input terminal 4c.
  • the anode of the diode 41 is connected to the source of the switch 51, and the cathode of the diode 41 is connected to the drain of the switch 51.
  • the anode of the diode 42 is connected to the source of the switch 52, and the cathode of the diode 42 is connected to the drain of the switch 52.
  • Embodiment 3 FIG.
  • the module 6B according to the second embodiment includes two switches 53 and 54, and the module 6C according to the second embodiment includes a switch 51, a switch 52, a switch 53, and a switch 54. Characteristics are not considered.
  • the switch 53 and the switch 54 are formed of MOSFETs.
  • the AC / DC converter according to the third embodiment is configured in the same manner as the AC / DC converter 100-2 shown in FIG. 4 except that the switch 53 and the switch 54 are formed of MOSFETs.
  • the configuration of the AC / DC converter according to Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
  • the switch 53 and the diode 43 have a configuration equivalent to one MOSFET
  • the switch 54 and the diode 44 have a configuration equivalent to one MOSFET. Therefore, a parallel circuit of the switch 53 and the diode 43 can be realized without adding the diode 43 and the diode 44, and a parallel circuit of the switch 54 and the diode 44 can be realized.
  • the voltage doubler rectification is performed as shown in the second embodiment.
  • the switch 55 and the switch 56 constituting the switch arm 5 are provided, a current flows through one of the switch 55 and the switch 56.
  • a silicon semiconductor particularly an insulated gate bipolar transistor, has a constant drop voltage Vce at a current value above a certain value, heat generated when a current flows in the conduction direction of the switch 55 and the switch 56 is proportional to the drop voltage. . This is because the heat generated in the MOSFET is smaller when the current flowing through the switch 55 and the switch 56 is larger than the heat generated in the MOSFET is proportional to the square of the current. is there.
  • the switch 53 and the switch as shown in the second embodiment are used. As described in the second and third embodiments, the heat generated by the switch 53 and the switch 54 is reduced when the rectifying operation by the control of 54 is performed.
  • the AC / DC converter according to Embodiment 3 is configured to perform voltage doubler rectification by controlling the switch 55 and the switch 56 in accordance with the amplitude of the AC voltage applied to the motor 21 by the inverter 20 according to the rotation speed of the motor 21.
  • the rectifying operation by the control of the switch 53 and the switch 54 is selected. Thereby, in any selection, a switch that generates less heat is selected, and heat generated in the switch 53, the switch 54, the switch 55, and the switch 56 can be reduced.
  • the AC / DC converter according to Embodiment 3 can also be applied to the power converter 300 shown in FIG. 5, and heat generated in the entire power converter 300 can be reduced as compared with the second embodiment.
  • the AC / DC converter according to the third embodiment includes a total of two modules as in the first embodiment.
  • One rectifier 3 and a second rectifier 4A can be configured. Therefore, the AC / DC converter according to Embodiment 3 is different from the case where the first rectifier 3, the second rectifier 4A, and the switch arm 5 are individually modularized and mounted inside the AC / DC converter. The mounting space for disposing each of the first rectifier 3, the second rectifier 4A, and the switch arm 5 inside the AC / DC converter can be reduced.
  • the heat generated by the switch 53, the switch 54, the switch 55, and the switch 56 can be reduced, so that the switch 53, the switch 54, the switch 55, and the switch 56 are included in the AC / DC converter. Even in the case of being provided inside, it is possible to reduce the possibility that parts other than the switch 53, the switch 54, the switch 55, and the switch 56 are damaged due to the heat generated in the switch 53, the switch 54, the switch 55, and the switch 56.
  • FIG. 7 is a diagram showing a first modification of the module provided in the AC / DC converter according to Embodiment 2 of the present invention. Differences between the module 6B shown in FIG. 4 and the module 6D shown in FIG. 7 are as follows. (1) The module 6D includes a second rectifier 4C instead of the second rectifier 4A. The module 6D includes a switch arm 5B instead of the switch arm 5. (2) The second rectifier 4C includes a second diode arm 4-2B instead of the second diode arm 4-2A.
  • the second diode arm 4-2B includes a drive circuit 63 that drives the switch 53 and a drive circuit 64 that drives the switch 54.
  • the switch arm 5B includes a drive circuit 65 that drives the switch 55 and a drive circuit 66 that drives the switch 56.
  • the module 6D includes a positive power supply terminal T11 and a negative power supply terminal T12 that connect a drive circuit power supply 71, which is a power supply for driving the drive circuit 63, to the module 6D.
  • the module 6D includes a positive power supply terminal T21 and a negative power supply terminal T22 that connect a drive circuit power supply 72, which is a power supply for driving the drive circuit 65, to the module 6D.
  • the module 6D includes a positive power supply terminal T31 and a negative power supply terminal T32 that connect a drive circuit power supply 73 that is a power supply for driving the drive circuit 64 to the module 6D.
  • the module 6D includes a positive power supply terminal T41 and a negative power supply terminal T42 that connect a drive circuit power supply 74, which is a power supply for driving the drive circuit 66, to the module 6D.
  • the power sources that drive the switch 53, the switch 54, the switch 55, and the switch 56 can be the same only when the drain terminals of these switches are connected to each other and have the same potential.
  • the same power source cannot be used, and the four drive circuit power sources 71 and 72 are supplied.
  • the drive circuit power source 73 and the drive circuit power source 74 are required.
  • FIG. 8 is a diagram showing a modification of the AC / DC converter according to Embodiment 2 of the present invention. Differences between the AC / DC converter 100-2 shown in FIG. 4 and the AC / DC converter 100-4 shown in FIG. 8 are as follows. (1) The AC / DC converter 100-4 includes a reactor 2A instead of the reactor 2, and includes a module 6E instead of the module 6B. (2) The module 6E includes a second rectifier 4D instead of the second rectifier 4A. (3) The second rectifier 4D includes a first diode arm 4-1B instead of the first diode arm 4-1, and a second diode arm 4 instead of the second diode arm 4-2A. -2C.
  • the first diode arm 4-1B includes a switch 52 in addition to the diode 41 and the diode.
  • the drain of the switch 52 is connected to the cathode of the diode 42.
  • the source of the switch 52 is connected to the anode of the diode 42.
  • a connection point 4g between the anode of the diode 41 and the drain of the switch 52 is connected to the input terminal 4c.
  • the switch 53 shown in FIG. 4 is omitted.
  • the anodes of the diode 42 and the diode 44 are connected to each other.
  • FIG. 9 is a diagram showing a second modification of the module provided in the AC / DC converter according to Embodiment 2 of the present invention. Differences between the module 6D shown in FIG. 7 and the module 6F shown in FIG. 9 are as follows. (1) The module 6F includes a second rectifier 4E instead of the second rectifier 4C. (2) The second rectifier 4E includes a first diode arm 4-1C in place of the first diode arm 4-1, and a second diode arm 4 in place of the second diode arm 4-2B. -2D. (3) The first diode arm 4-1C includes a drive circuit 62 that drives the switch 52 in addition to the diode 41 and the diode.
  • the switch 53 and the drive circuit 63 shown in FIG. 7 are omitted.
  • the positive power supply terminal T11 and the negative power supply terminal T12 shown in FIG. 7 are omitted, and the drive circuit 62 and the drive circuit 64 are connected to the positive power supply terminal T31 and the negative power supply terminal T32. .
  • the drain terminals of the switch 52 and the switch 54 are connected to the output terminal N1, which is the same external connection terminal, the power sources that drive the switch 52 and the switch 54 have the same potential. Become. Therefore, in the drive circuit 62 and the drive circuit 64, the switch 52 and the switch 54 can be driven by one drive circuit power supply 73, and the number of necessary drive circuit power supplies is three, which is smaller than the number of switches.
  • the power sources of the drive circuits of the switch 52 and the switch 54 can be made the same, and the number of necessary drive circuit power sources is reduced. Cost can be reduced.
  • voltage doubler rectification is performed by controlling the switch 55 and the switch 56, and harmonics of the alternating current supplied to the AC / DC converter 100-4 are suppressed by controlling the switch 52 and the switch 54.
  • the current is a sinusoidal current, the phase difference from the AC voltage is reduced, and the power factor is improved.
  • AC / DC converter 100-4 When the AC / DC converter 100-4 according to the fourth embodiment is applied to the power converter 300 shown in FIG. 5, the DC voltage applied across the series circuit composed of the capacitor 11 and the capacitor 12 is the inverter 20 Is converted to AC voltage. Then, AC / DC converter 100-4 selects voltage doubler rectification under the control of switch 55 and switch 56 when the rotational speed of motor 21 is high, according to the amplitude of the AC voltage applied by inverter 20 to motor 21. When the rotational speed of the switch 21 is low, the rectifying operation by the control of the switch 52 and the switch 54 is selected. Thereby, the inverter 20 with less heat generation according to the rotation speed of the electric motor 21 can be realized, and a heat radiation component (not shown) for radiating the heat generated in the inverter 20 can be reduced.
  • the switch 52 and the switch 54 are also components that constitute the reference circuit module 60 shown in FIG. 2, in the AC / DC converter 100-4 according to the fourth embodiment, the switches 52 and 54 are provided inside or outside the modules 6D, 6E, and 6F.
  • the modules 6D, 6E, and 6F can be configured without providing a mounting space for arranging the switch 52 and the switch 54.
  • FIG. FIG. 10 is a configuration diagram of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • An air conditioner 400 shown in FIG. 10 includes an outdoor unit 81, an indoor unit 82, and a refrigerant pipe 83, and the outdoor unit 81 and the indoor unit 82 are connected via the refrigerant pipe 83.
  • the outdoor unit 81 includes the power conversion device and the compressor 310 described in the first to fourth embodiments.
  • the compressor 310 includes a compression mechanism (not shown) and the electric motor 21 shown in FIG. 5 as a drive source for driving the compression mechanism.
  • the indoor unit 82 stores the target temperature set by the user, detects the temperature around the indoor unit 82, and stores it as a detected temperature.
  • the indoor unit 82 transmits the target temperature and the detected temperature to the outdoor unit 81.
  • the outdoor unit 81 circulates between the outdoor unit 81 and the indoor unit 82 so that the temperature around the indoor unit 82 approaches the target temperature.
  • Increase the amount of refrigerant The amount of refrigerant compressed by the compressor 310 is determined by the product of the refrigerant discharge amount per unit rotation number of the compressor 310 and the rotation number of the electric motor 21. Therefore, in order to increase the amount of refrigerant circulated between the outdoor unit 81 and the indoor unit 82, the outdoor unit 81 is controlled to increase the rotation speed of the electric motor 21.
  • the outdoor unit 81 controls the rotational speed of the electric motor 21 to be low.
  • the operation period in which the difference between the target temperature and the detected temperature is smaller than a certain value is longer than the operation period in which the difference between the target temperature and the detected temperature is larger than a certain value. become longer. Therefore, in the air conditioning apparatus 400, the ratio of the time for controlling the motor 21 to be low is high in order to reduce the amount of refrigerant circulated between the outdoor unit 81 and the indoor unit 82.
  • the power conversion device 300 selects the voltage doubler rectification and the normal rectification operation according to the rotation speed of the electric motor 21, thereby generating heat generated in any of the selections. Is controlled so as to reduce the rotation speed of the electric motor 21, and in particular, the normal rectifying operation is selected to reduce the heat generated in the power conversion device 300.
  • the aforementioned switch 51, switch 52, switch 53 and switch 54 are constituted by MOSFETs, wide bandgap semiconductors are used for the MOSFETs, and switches 55 and switches 56 are constituted by silicon semiconductors, particularly insulated gate bipolar transistors.
  • the air conditioner 400 is a control with a high operation time ratio and controls the rotation speed of the electric motor 21 to be low, the air conditioner 400 can reduce the heat generated in the power converter 300, and the entire operation of the air conditioner 400 can be performed. It is possible to improve the operation efficiency over the entire period including time and stop time.
  • the configuration example of the air conditioner 400 including the outdoor unit 81 and the indoor unit 82 has been described.
  • a heat exchanger (not shown) that gives heat of refrigerant to water is used. Any device that adjusts the temperature of a medium having a constant volume and volume by heat exchange, such as a hot water supply device provided by the refrigerant, can achieve the same effect.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

交流直流変換装置１００－１は、リアクタ２を介して交流電源１に接続される第１および第２の整流器３，４と、第１の整流器３の出力側に直列に接続された２つのスイッチ５５，５６で構成されるスイッチアーム５と、第２の整流器４の出力側に直列に接続された２つのコンデンサ１１，１２とを備え、２つのコンデンサ１１，１２同士の接続点１３は、２つのスイッチ５５，５６同士の接続点５ａに接続され、回路部品の実装スペースを小さくすることができることを特徴とする。

Description

交流直流変換装置、モジュール、電力変換装置および空気調和装置
　本発明は、交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換装置、モジュール、電力変換装置および空気調和装置に関する。
　特許文献１に開示される交流直流変換装置は、単相交流電圧を直流電圧に変換する回路として、リアクタを介して交流電源に接続される第１の整流器および第２の整流器と、第１の整流器の出力端子間に直列に接続された２つのコンデンサと、第２の整流器の出力端子間に直列に接続された２つのスイッチとを備える。２つのコンデンサ間の接続点は、２つのスイッチ間の接続点に接続される。第１の整流器および第２の整流器はそれぞれが独立したモジュールであり、特許文献１に開示される交流直流変換装置は、これらのモジュールとは別に直列に接続された２つのスイッチを備える。特許文献１に開示される交流直流変換装置は、直列に接続された２つのコンデンサを仮想交流電源とみなして、高調波電流を抑制しかつ位相差をゼロにするように２つのスイッチを制御する。これにより交流電源から交流直流変換装置に供給された交流電流は高調波が抑制された正弦波状の入力電流となり、力率が向上する。
特開２０１１－２５０６９４号公報
　しかしながら特許文献１に開示される交流直流変換装置は、２つの整流器および２つのスイッチをそれぞれ個別にモジュールとして備えるため、交流直流変換装置においてこれらの部品を配置するためのスペースが大きくなるという課題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路部品の実装スペースを小さくすることができる交流直流変換装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る交流直流変換装置は、リアクタを介して交流電源に接続される第１および第２の整流器と、前記第１の整流器の出力側に直列に接続された２つのスイッチで構成されるスイッチアームと、前記第２の整流器の出力側に直列に接続された２つのコンデンサとを備え、前記２つのコンデンサ同士の接続点は、前記２つのスイッチ同士の接続点に接続されていることを特徴とする。
　本発明に係る交流直流変換装置は、回路部品の実装スペースを小さくすることができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の構成例を示す図 ブリッジ型のインバータで使用される基準回路モジュールの内部回路構成を示す図 本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の変形例を示す図 本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置にインバータを接続して構成される電力変換装置の構成図 本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の変形例を示す図 本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置が備えるモジュールの第１の変形例を示す図 本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の変形例を示す図 本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置が備えるモジュールの第２の変形例を示す図 本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図
　以下に、本発明の実施の形態に係る交流直流変換装置、モジュール、電力変換装置および空気調和装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の構成例を示す図である。実施の形態１に係る交流直流変換装置１００－１は、一端が交流電源１の一端に接続されるリアクタ２と、リアクタ２を介して交流電源１に接続され交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する第１の整流器３と、リアクタ２を介して交流電源１に接続され交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する第２の整流器４とを備える。図１では交流電源１は単相交流電圧を出力する電源である。
　また交流直流変換装置１００－１は、第１の整流器３が備える出力端子３ａおよび出力端子３ｂの間に直列に接続されたスイッチ５５およびスイッチ５６で構成される直列回路であるスイッチアーム５と、第２の整流器４が備える出力端子４ａおよび出力端子４ｂの間に直列に接続されたコンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成されるコンデンサ対とを備える。
　スイッチ５５としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、電界効果トランジスタの一例であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＣＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、またはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といった半導体スイッチを例示できる。スイッチ５６も同様である。実施の形態１では、スイッチ５５およびスイッチ５６の双方がＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチ５５およびスイッチ５６の双方を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートには、スイッチ５５およびスイッチ５６を駆動するための不図示の駆動回路が接続される。
　第２の整流器４およびスイッチアーム５を一体化したモジュール６は、出力端子Ｐ１、出力端子Ｎ１および出力端子Ｃ１と、入力端子Ｐ２、入力端子Ｎ２、入力端子ＡＣ１および入力端子ＡＣ２とを備える。
　モジュール６の入力端子Ｐ２には、スイッチ５５であるＭＯＳＦＥＴのドレインと、第１の整流器３の出力端子３ａとが接続される。モジュール６の入力端子Ｎ２には、スイッチ５６であるＭＯＳＦＥＴのソースと、第１の整流器３の出力端子３ｂとが接続される。モジュール６の出力端子Ｃ１には、スイッチアーム５を構成するスイッチ５５およびスイッチ５６同士の接続点５ａが接続される。
　第１の整流器３は、出力端子３ａおよび出力端子３ｂと、入力端子３ｃおよび入力端子３ｄと、中継端子３ｅおよび中継端子３ｆと、ダイオード３１、ダイオード３２、ダイオード３３およびダイオード３４とを備える。第１の整流器３の中継端子３ｅは、モジュール６の入力端子ＡＣ１に接続される。第１の整流器３の中継端子３ｆは、モジュール６の入力端子ＡＣ２に接続される。
　ダイオード３１のアノードとダイオード３２のカソードとの接続点３ｇは、入力端子３ｃおよび中継端子３ｅに接続される。入力端子３ｃは、リアクタ２の他端と接続点３ｇとに接続される。ダイオード３３のアノードとダイオード３４のカソードとの接続点３ｈは、入力端子３ｄおよび中継端子３ｆに接続される。入力端子３ｄは、交流電源１の他端と接続点３ｈとに接続される。
　ダイオード３１およびダイオード３３のそれぞれのカソードは出力端子３ａに接続され、ダイオード３２およびダイオード３４のそれぞれのアノードは出力端子３ｂに接続される。
　第２の整流器４は、出力端子４ａおよび出力端子４ｂと、入力端子４ｃおよび入力端子４ｄと、ダイオード４１、ダイオード４２、ダイオード４３およびダイオード４４とを備える。以下ではダイオード４１、ダイオード４２、ダイオード４３およびダイオード４４を単にダイオード４１，４２，４３，４４と称する場合がある。
　ダイオード４１のアノードとダイオード４２のカソードとの接続点４ｇは、入力端子４ｃに接続される。入力端子４ｃは、モジュール６の入力端子ＡＣ１に接続される。ダイオード４３のアノードとダイオード４４のカソードとの接続点４ｈは、入力端子４ｄに接続される。入力端子４ｄは、モジュール６の入力端子ＡＣ２に接続される。
　ダイオード４１およびダイオード４３のそれぞれのカソードは出力端子４ａに接続され、ダイオード４２およびダイオード４４のそれぞれのアノードは出力端子４ｂに接続される。第２の整流器４の出力端子４ａは、モジュール６の出力端子Ｐ１に接続され、第２の整流器４の出力端子４ｂは、モジュール６の出力端子Ｎ１に接続される。
　コンデンサ１１の一端はモジュール６の出力端子Ｐ１に接続される。コンデンサ１１の他端とコンデンサ１２の一端との接続点１３は、モジュール６の出力端子Ｃ１に接続される。コンデンサ１２の他端はモジュール６の出力端子Ｎ１に接続される。
　このように交流直流変換装置１００－１では、第１の整流器３および第２の整流器４がリアクタ２を介して交流電源１に接続され、スイッチ５５およびスイッチ５６同士の接続点５ａと、コンデンサ１１およびコンデンサ１２同士の接続点１３とが、モジュール６の出力端子Ｃ１を介して接続される。
　第１の整流器３は、モジュール６とは異なる単一のモジュールであり、全波整流器として動作する。またモジュール６は、第２の整流器４およびスイッチアーム５を一体化した単一のモジュールである。第２の整流器４では、ダイオード４１，４２，４３，４４により２つの整流アームが構成され、第２の整流器４は全波整流器として動作する。
　モジュール６は、スイッチアーム５と合わせて３つのアームを備える。すなわちモジュール６は、ダイオード４１およびダイオード４２により構成される第１のダイオードアーム４－１と、ダイオード４３およびダイオード４４により構成される第２のダイオードアーム４－２と、スイッチ５５およびスイッチ５６により構成される第３のスイッチアームであるスイッチアーム５とを備える。またモジュール６は、７つの外部接続端子である入力端子Ｐ２、入力端子ＡＣ１、入力端子ＡＣ２、入力端子Ｎ２、出力端子Ｐ１、出力端子Ｎ１および出力端子Ｃ１を備える。
　交流直流変換装置１００－１では、上記の特許文献１に代表される従来の交流直流変換装置と同様に、スイッチ５５およびスイッチ５６のオンオフ動作が制御される。これにより、交流電源１から交流直流変換装置１００－１に供給された交流電流は、高調波が抑制された正弦波状の電流となり、交流電源１から交流直流変換装置１００－１に印加される交流電圧との位相差が小さくなり、力率が向上する。
　また交流直流変換装置１００－１では、スイッチ５５およびスイッチ５６の一方がオンされると共に、スイッチ５５およびスイッチ５６の他方がオフされることによって、コンデンサ１１およびコンデンサ１２同士の接続点１３が交流電源１の一端または他端に接続され、いわゆる倍電圧整流が行われる。これにより、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加される電圧の振幅、すなわち交流直流変換装置１００－１の出力電圧の振幅は、モジュール６の入力端子Ｐ２および入力端子Ｎ２に印加される電圧の振幅、または入力端子ＡＣ１および入力端子ＡＣ２に印加される電圧の振幅よりも大きくなる。以下では、モジュール６の入力端子Ｐ２および入力端子Ｎ２に印加される電圧、または入力端子ＡＣ１および入力端子ＡＣ２に印加される電圧を、入力電圧と称する場合がある。
　また交流直流変換装置１００－１では、２つのモジュールにより、第１の整流器３および第２の整流器４が構成される。従って、交流直流変換装置１００－１は、第１の整流器３、第２の整流器４およびスイッチアーム５のそれぞれを個別にモジュール化して交流直流変換装置１００－１の内部に実装する場合に比べて、第１の整流器３、第２の整流器４およびスイッチアーム５のそれぞれを交流直流変換装置１００－１の内部に配置するための実装スペースを小さくできる。そのため交流直流変換装置１００－１の小型化が可能であると共に、交流直流変換装置１００－１の外郭を構成する筐体およびモジュール６を実装する基板といった部品の材料の減容化が可能である。
　またスイッチ５５がオンされたとき、スイッチ５５に電流が流れて、ダイオード４１およびダイオード４３には電流が流れない。同様に、スイッチ５６がオンされたとき、ダイオード４２およびダイオード４４には電流が流れない。このようにモジュール６では、モジュール６を構成するスイッチおよびダイオードにおいて、同時に電流が流れる素子は２つであるため、モジュール６の発熱を抑えることができ、モジュール６で発生した熱を放熱するための不図示のヒートシンクおよびファンといった放熱用部品を小さくできる。
　図２はブリッジ型のインバータで使用される基準回路モジュールの内部回路構成を示す図である。図２に示される基準回路モジュール６０は、従来の一般的な三相インバータ回路を構成するためのモジュールである。基準回路モジュール６０は、５つの外部接続端子である入力端子Ｐ、入力端子Ｎ、出力端子Ｕ、出力端子Ｖおよび出力端子Ｗを備える。また基準回路モジュール６０は、スイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６を備える。また基準回路モジュール６０は、スイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６のそれぞれに並列に接続されるダイオード４１、ダイオード４２、ダイオード４３、ダイオード４４、ダイオード４５およびダイオード４６を備える。
　基準回路モジュール６０と図１に示すモジュール６との相違点は以下の通りである。
　（１）モジュール６は、基準回路モジュール６０を構成するダイオード４５、ダイオード４６、スイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えていない。
　（２）モジュール６は、基準回路モジュール６０を構成する５つの外部接続端子である入力端子Ｐ、入力端子Ｎ、出力端子Ｕ、出力端子Ｖおよび出力端子Ｗに代えて、７つの外部接続端子である入力端子Ｐ２、入力端子ＡＣ１、入力端子ＡＣ２、入力端子Ｎ２、出力端子Ｐ１、出力端子Ｎ１および出力端子Ｃ１を備える。なおモジュール６の入力端子ＡＣ１は、基準回路モジュール６０の出力端子Ｕに相当する。モジュール６の入力端子ＡＣ２は、基準回路モジュール６０の出力端子Ｖに相当する。モジュール６の出力端子Ｃ１は、基準回路モジュール６０の出力端子Ｗに相当する。基準回路モジュール６０に、図１に示す入力端子Ｐ２および入力端子Ｎ２を追加することにより、モジュール６を実現できる。
　図３は本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の変形例を示す図である。図１に示す交流直流変換装置１００－１と図３に示す交流直流変換装置１００－１Ａとの相違点は以下の通りである。
　（１）交流直流変換装置１００－１Ａは、図１に示すスイッチアーム５およびモジュール６に代えてスイッチアーム５Ａおよびモジュール６Ａを備える。
　（２）スイッチアーム５Ａは、スイッチ５５およびスイッチ５６に加えて、スイッチ５５の導通方向とは逆方向に導通しスイッチ５５に並列接続されるダイオード４５と、スイッチ５６の導通方向とは逆方向に導通しスイッチ５６に並列接続されるダイオード４６とを備える。
　ダイオード４５のアノードはスイッチ５５のソースに接続され、ダイオード４５のカソードはスイッチ５５のドレインに接続される。ダイオード４６のアノードはスイッチ５６のソースに接続され、ダイオード４６のカソードはスイッチ５６のドレインに接続される。
　スイッチ５５およびスイッチ５６がＩＧＢＴである場合、スイッチ５５およびスイッチ５６のそれぞれのコレクタ端子に印加される逆電圧よりも高い逆電圧がエミッタ端子に印加されると、スイッチ５５およびスイッチ５６では逆電流を阻止できずに、大きな電流が流れ、スイッチ５５およびスイッチ５６が過熱して故障する可能性がある。
　交流直流変換装置１００－１Ａは、ダイオード４５およびダイオード４６を備えることによって、このような逆電圧が印加された場合でも、ダイオード４５およびダイオード４６に電流が流れてスイッチ５５およびスイッチ５６に逆電圧が印加されず、スイッチ５５およびスイッチ５６の故障を防止できる。
　またダイオード４５およびダイオード４６は、図２に示す基準回路モジュール６０に設けられた部品であるため、交流直流変換装置１００－１Ａでは、図３に示すモジュール６Ａの内部または外部にダイオード４５およびダイオード４６を実装するためのスペースを新たに設けることなく、モジュール６Ａを実現できる。
　またスイッチ５５およびスイッチ５６がＭＯＳＦＥＴである場合、その製造過程でスイッチ５５およびスイッチ５６のそれぞれの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが生成される。そのためスイッチ５５およびダイオード４５が１つのＭＯＳＦＥＴと同等の構成となる。スイッチ５６およびダイオード４６も同様である。このため交流直流変換装置１００－１Ａでは、ダイオード４５およびダイオード４６を追加することなくモジュール６Ａを実現できる。
　さらにスイッチ５５およびスイッチ５６がオンからオフに切り替わるとき、ダイオード４５およびダイオード４６には大きな逆回復電流が流れて、この逆回復電流がスイッチ５５およびスイッチ５６の過熱の要因となる。このような対策として図１に示すモジュール６および図３に示すモジュール６Ａには、ワイドバンドギャップ半導体で形成されたスイッチ５５およびスイッチ５６を用いることが望ましい。ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ：Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ）、窒化ガリウムまたはダイヤモンドといった半導体材料を例示できる。ワイドバンドギャップ半導体の逆回復時間はシリコン半導体に比べて非常に短く、逆回復電流も非常に小さい。
　定格逆耐圧６００Ｖおよび定格順電流６ＡのＳｉＣショットキーバリアダイオードでは逆回復電荷が２０ｎｃであり、通常のシリコンＰＮ接合ダイオードの逆回復電荷１５０ｎｃから１５００ｎｃに比べて著しく小さい。ワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、図２に示す基準回路モジュール６０を利用した交流直流変換装置であっても、スイッチ５５およびスイッチ５６における逆回復電流による発熱が大幅に抑制され、放熱部品を小さくできる。
　またワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、シリコン半導体を用いた場合に比べて、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生した熱がスイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品に伝わる量が低減される。そのため、交流直流変換装置１００－１，１００－１Ａでは、スイッチ５５およびスイッチ５６が交流直流変換装置１００－１，１００－１Ａの内部に設けられている場合でも、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生した熱により、スイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品が故障する可能性を低減できる。また交流直流変換装置１００－１，１００－１Ａでは、モジュール６およびモジュール６Ａを小さくした場合でも、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生した熱により、スイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品が故障する可能性を低減できる。
実施の形態２．
　図４は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の構成例を示す図である。実施の形態１に係る交流直流変換装置１００－１と実施の形態２に係る交流直流変換装置１００－２との相違点は以下の通りである。
　（１）交流直流変換装置１００－２は、図１に示すモジュール６または図３に示すモジュール６Ａに代えて、モジュール６Ｂを備える。
　（２）モジュール６Ｂは、第２の整流器４に代えて第２の整流器４Ａを備える。
　（３）第２の整流器４Ａは、第２のダイオードアーム４－２に代えて第２のダイオードアーム４－２Ａを備える。
　第２のダイオードアーム４－２Ａは、ダイオード４３およびダイオード４４に加えて、スイッチ５３およびスイッチ５４を備える。スイッチ５３のドレインは、ダイオード４１のカソードおよび出力端子４ａに接続される。スイッチ５４のソースは、ダイオード４２のアノードおよび出力端子４ｂに接続される。スイッチ５３のソースとスイッチ５４のドレインとの接続点４ｈは入力端子４ｄに接続される。ダイオード４３のアノードはスイッチ５３のソースに接続され、ダイオード４３のカソードはスイッチ５３のドレインに接続される。ダイオード４４のアノードはスイッチ５４のソースに接続され、ダイオード４４のカソードはスイッチ５４のドレインに接続される。
　次に交流直流変換装置１００－２の動作を説明する。交流直流変換装置１００－２では、スイッチ５５およびスイッチ５６の一方がオンされると共に、スイッチ５５およびスイッチ５６の他方がオフされることによって、実施の形態１と同様に倍電圧整流が可能である。また交流直流変換装置１００－２では、スイッチ５３およびスイッチ５４のオンオフ動作が制御される。
　スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御により、交流直流変換装置１００－２では、リアクタ２に蓄積されたエネルギーを利用して直流電圧を昇圧させることができると共に、交流直流変換装置１００－２に供給された交流電流の高調波が抑制された正弦波状の電流となり、交流電圧との位相差が小さくなり、力率が向上する。なお、スイッチ５３およびスイッチ５４による倍電圧整流が行われていないとき、交流直流変換装置１００－２から出力される直流電圧は、スイッチ５３およびスイッチ５４による倍電圧整流が行われている場合に比べて、低い値となるように制御される。
　図５は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置にインバータを接続して構成される電力変換装置の構成図である。図５に示す電力変換装置３００は、図４に示す交流直流変換装置１００－２と負荷２００とを備える。負荷２００は、交流直流変換装置１００－２に接続されるインバータ２０と、インバータ２０から出力される交流電圧で駆動する電動機２１とを備える。電動機２１としては、誘導電動機または同期電動機を例示できる。
　インバータ２０は、図２に示す基準回路モジュール６０と同様に構成されており、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧を交流電圧に変換して電動機２１を駆動する。電動機２１に印加される交流電圧の波形は、電動機２１における脈動を抑制するため正弦波状である。
　電動機２１は、その回転数が上昇すると、交流電圧が印加される不図示の端子に発生する逆起電力も上昇するため、インバータ２０は、電動機２１の回転数に応じて交流電圧の振幅を調整するように制御される。
　コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧の振幅が、電動機２１に印加される交流電圧の振幅よりも小さいとき、インバータ２０は、正弦波状の交流電圧を出力できず、高調波成分を含む疑似的な交流電圧を出力する。その結果、電動機２１を流れる電流にも高調波成分が重畳され、電動機２１の脈動の原因となるだけでなく、電流の振幅が増大するため、インバータ２０が備えるスイッチおよびダイオードのオン抵抗による発熱量も増大する。従って、インバータ２０では、発熱量の増大に耐えうる回路部品が必要になり、または放熱部品が大型化する。
　実施の形態２に係る交流直流変換装置１００－２は、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御で倍電圧整流を行うことにより、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された電圧の振幅を、入力電圧の振幅よりも大きくできる。これにより、スイッチ５３およびスイッチ５４による倍電圧整流が行われていないときに比べて、電動機２１の回転数をより一層上昇させても、インバータ２０は正弦波電圧を出力することができ、電動機２１の脈動を抑制でき、またインバータ２０の発熱を抑制できる。
　一方、前述した逆起電力の電圧が入力電圧の振幅よりも小さい場合、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御による倍電圧整流が行われ、またはスイッチ５３およびスイッチ５４の制御による整流動作が行われた場合でも、インバータ２０は正弦波電圧を出力できる。
　インバータ２０が備えるスイッチがオンからオフに切り替わるときにインバータ２０が備えるダイオードに流れる逆回復電流による熱は、インバータ２０が備えるスイッチおよびダイオードに印加される電圧に比例する。この電圧は、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧に等しい。また、前述したように、逆起電力の電圧が入力電圧の振幅よりも小さい場合には、スイッチ５３およびスイッチ５４の制御による整流動作は倍電圧整流ではないため、倍電圧整流が行われる場合に比べて、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧が低下する。従って、電力変換装置３００では、インバータ２０が備えるスイッチおよびダイオードに印加される電圧が低下し、インバータ２０が備えるダイオードに流れる逆回復電流による発熱量を抑制できる。
　また交流直流変換装置１００－２では、交流電源１の電圧周期に同期して変化する周波数により、スイッチ５３およびスイッチ５４のオンオフ制御が行われる。そのためスイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱が小さい。この結果、電力変換装置３００全体で発生する熱も小さくできる。
　またスイッチ５３およびスイッチ５４は、図２に示す基準回路モジュール６０を構成する部品でもあるため、交流直流変換装置１００－２は、実施の形態１と同様に、合計２つのモジュールにより第１の整流器３および第２の整流器４Ａを構成できる。従って、交流直流変換装置１００－２は、第１の整流器３、第２の整流器４Ａおよびスイッチアーム５のそれぞれを個別にモジュール化して交流直流変換装置１００－２の内部に実装する場合に比べて、第１の整流器３、第２の整流器４Ａおよびスイッチアーム５のそれぞれを交流直流変換装置１００－２の内部に配置するための実装スペースを小さくできる。
　また交流直流変換装置１００－２では、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱を抑制できるため、スイッチ５３およびスイッチ５４が交流直流変換装置１００－２の内部に設けられている場合でも、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生した熱により、スイッチ５３およびスイッチ５４以外の部品が故障する可能性を低減できる。
　また交流直流変換装置１００－２では、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えるモジュール６Ｂを小さくした場合でも、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生した熱により、スイッチ５３およびスイッチ５４以外の部品が故障する可能性を低減できる。
　図６は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の変形例を示す図である。図４に示す交流直流変換装置１００－２と図６に示す交流直流変換装置１００－２Ａとの相違点は以下の通りである。
　（１）交流直流変換装置１００－２Ａは、モジュール６Ｂに代えてモジュール６Ｃを備える。
　（２）モジュール６Ｃは、第２の整流器４Ａに代えて第２の整流器４Ｂを備える。
　（３）第２の整流器４Ｂは、第１のダイオードアーム４－１に代えて第１のダイオードアーム４－１Ａを備える。
　（４）第１のダイオードアーム４－１Ａは、ダイオード４１およびダイオード４２に加えて、スイッチ５１およびスイッチ５２を備える。
　スイッチ５１のドレインは、ダイオード４１のカソードおよび出力端子４ａに接続される。スイッチ５２のソースは、ダイオード４２のアノードおよび出力端子４ｂに接続される。スイッチ５１のソースとスイッチ５２のドレインとの接続点４ｇは入力端子４ｃに接続される。ダイオード４１のアノードはスイッチ５１のソースに接続され、ダイオード４１のカソードはスイッチ５１のドレインに接続される。ダイオード４２のアノードはスイッチ５２のソースに接続され、ダイオード４２のカソードはスイッチ５２のドレインに接続される。
　図６に示すようにスイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えた第２の整流器４Ｂを用いた場合でも、図６に示す交流直流変換装置１００－２Ａでは、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えた図４に示す交流直流変換装置１００－２と同様の効果を奏する。
　また図６に示す交流直流変換装置１００－２Ａでは、この効果に加えて、リアクタ２を介して交流電源１を短絡する整流動作において、その短絡電流を、スイッチ５１およびスイッチ５３側と、スイッチ５２およびスイッチ５４側とで分担するように制御できるので、スイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４の各々で発生する熱が分散され、発熱量を抑制できる。そのためスイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱を放熱するための不図示の放熱部品を小さくできる。
実施の形態３．
　実施の形態２のモジュール６Ｂは２つスイッチ５３およびスイッチ５４を備え、実施の形態２のモジュール６Ｃはスイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えるが、実施の形態２ではこれらのスイッチの特性が考慮されていない。実施の形態３に係る交流直流変換装置では、スイッチ５３およびスイッチ５４がＭＯＳＦＥＴで構成される。実施の形態３に係る交流直流変換装置は、スイッチ５３およびスイッチ５４がＭＯＳＦＥＴで構成される以外は図４に示す交流直流変換装置１００－２と同様に構成されているため、実施の形態３では、図４を用いて実施の形態３に係る交流直流変換装置の構成を説明する。
　前述したように、ＭＯＳＦＥＴの製造過程では、ＭＯＳＦＥＴの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが生成される。そのため、スイッチ５３およびダイオード４３が１つのＭＯＳＦＥＴと同等の構成となり、スイッチ５４およびダイオード４４が１つのＭＯＳＦＥＴと同等の構成となる。このため、ダイオード４３およびダイオード４４を追加することなく、スイッチ５３およびダイオード４３の並列回路を実現できると共に、スイッチ５４およびダイオード４４の並列回路を実現できる。
　またＭＯＳＦＥＴでは、ＭＯＳＦＥＴを構成するスイッチの導通方向とは逆方向に導通するダイオードに電流が流れるとき、電流の値に比例した電圧がスイッチの両端に発生する。そのため、ＭＯＳＦＥＴで発生する熱は、電流と電流に比例する電圧との積で導かれ、電流の２乗に比例して増加する。図４に示す第２のダイオードアーム４－２Ａが、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えていない場合、小さい電流値であっても一定の降下電圧ＶＦがダイオード４３およびダイオード４４のそれぞれの両端に発生するため、ダイオード４３およびダイオード４４ではその降下電圧に比例する熱が発生する。従って、スイッチ５３およびスイッチ５４に流れる電流が小さいときは、ダイオード４３およびダイオード４４を使用した構成と比較して、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱をより小さくできる。
　ここで、スイッチ５３およびスイッチ５４にワイドバンドギャップ半導体が用いられ、スイッチアーム５を構成するスイッチ５５およびスイッチ５６にシリコン半導体、特に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが用いられる構成を考える。
　電動機２１の回転数を上昇させるため、インバータ２０が電動機２１に印加する交流電圧の振幅を大きくすると共に、インバータ２０の出力電力も大きくするときに、実施の形態２に示すように倍電圧整流を行った場合、スイッチアーム５を構成するスイッチ５５およびスイッチ５６が設けられているため、スイッチ５５およびスイッチ５６の一方に電流が流れる。シリコン半導体、特に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは一定以上の電流値で降下電圧Ｖｃｅが一定となるため、スイッチ５５およびスイッチ５６の導通方向に電流が流れるときに発生する熱は、その降下電圧に比例する。これは、ＭＯＳＦＥＴで発生する熱は電流の２乗に比例するのに比べて、スイッチ５５およびスイッチ５６に流れる電流が大きいときにスイッチ５５およびスイッチ５６で発生する熱が小さくなる特性があるためである。
　電動機２１の回転数を低下させるため、インバータ２０が電動機２１に印加する交流電圧の振幅を小さくすると共に、インバータ２０の出力電力も小さくするときに、実施の形態２に示すようにスイッチ５３およびスイッチ５４の制御による整流動作を行う場合、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱が小さくなることは、実施の形態２および実施の形態３で説明した通りである。
　実施の形態３に係る交流直流変換装置では、スイッチ５３およびスイッチ５４にワイドバンドギャップ半導体が用いられ、スイッチ５５およびスイッチ５６に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが用いられる。そして実施の形態３に係る交流直流変換装置は、電動機２１の回転数に応じてインバータ２０が電動機２１に印加する交流電圧の振幅に合わせて、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御による倍電圧整流と、スイッチ５３およびスイッチ５４の制御による整流動作とを選択する。これにより、いずれの選択においても、発生する熱がより小さくなるスイッチが選択され、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生する熱を小さくできる。
　また実施の形態３に係る交流直流変換装置は、図５に示す電力変換装置３００にも適用でき、実施の形態２に比べて電力変換装置３００全体で発生する熱を小さくできる。
　またスイッチ５３およびスイッチ５４は、図２に示す基準回路モジュール６０を構成する部品でもあるため、実施の形態３に係る交流直流変換装置は、実施の形態１と同様に、合計２つのモジュールにより第１の整流器３および第２の整流器４Ａを構成できる。従って、実施の形態３に係る交流直流変換装置は、第１の整流器３、第２の整流器４Ａおよびスイッチアーム５のそれぞれを個別にモジュール化して交流直流変換装置の内部に実装する場合に比べて、第１の整流器３、第２の整流器４Ａおよびスイッチアーム５のそれぞれを交流直流変換装置の内部に配置するための実装スペースを小さくできる。
　また実施の形態３に係る交流直流変換装置では、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生する熱を小さくできるため、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６が交流直流変換装置の内部に設けられている場合でも、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生した熱により、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品が故障する可能性を低減できる。
　また実施の形態３に係る交流直流変換装置では、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６を備えるモジュール６，６Ｂを小さくした場合も同様に、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品が故障する可能性を低減できる。
実施の形態４．
　実施の形態４では実施の形態２の変形例を説明する。図７は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置が備えるモジュールの第１の変形例を示す図である。図４に示すモジュール６Ｂと図７に示すモジュール６Ｄとの相違点は以下の通りである。
　（１）モジュール６Ｄは、第２の整流器４Ａに代えて第２の整流器４Ｃを備える。またモジュール６Ｄは、スイッチアーム５に代えてスイッチアーム５Ｂを備える。
　（２）第２の整流器４Ｃは、第２のダイオードアーム４－２Ａに代えて第２のダイオードアーム４－２Ｂを備える。第２のダイオードアーム４－２Ｂは、ダイオード４３、ダイオード４４、スイッチ５３およびスイッチ５４に加えて、スイッチ５３を駆動する駆動回路６３およびスイッチ５４を駆動する駆動回路６４を備える。
　（３）スイッチアーム５Ｂは、ダイオード４５、ダイオード４６、スイッチ５５およびスイッチ５６に加えて、スイッチ５５を駆動する駆動回路６５およびスイッチ５６を駆動する駆動回路６６を備える。
　（４）モジュール６Ｄは、駆動回路６３を駆動するための電源である駆動回路電源７１をモジュール６Ｄに接続する正側電源端子Ｔ１１および負側電源端子Ｔ１２を備える。モジュール６Ｄは、駆動回路６５を駆動するための電源である駆動回路電源７２をモジュール６Ｄに接続する正側電源端子Ｔ２１および負側電源端子Ｔ２２を備える。モジュール６Ｄは、駆動回路６４を駆動するための電源である駆動回路電源７３をモジュール６Ｄに接続する正側電源端子Ｔ３１および負側電源端子Ｔ３２を備える。モジュール６Ｄは、駆動回路６６を駆動するための電源である駆動回路電源７４をモジュール６Ｄに接続する正側電源端子Ｔ４１および負側電源端子Ｔ４２を備える。
　スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６を駆動する電源は、これらのスイッチのそれぞれのドレイン端子が相互に接続されて同一の電位である場合に限り、同一とすることができる。しかしながら図７に示すモジュール６Ｄでは、これらのスイッチのそれぞれのドレイン端子が接続される外部接続端子が全て異なるため、同一の電源を用いることができず、４つの駆動回路電源７１、駆動回路電源７２、駆動回路電源７３および駆動回路電源７４が必要となる。
　図８は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の変形例を示す図である。図４に示す交流直流変換装置１００－２と図８に示す交流直流変換装置１００－４との相違点は以下の通りである。
　（１）交流直流変換装置１００－４は、リアクタ２に代えてリアクタ２Ａを備えると共に、モジュール６Ｂに代えてモジュール６Ｅを備える。
　（２）モジュール６Ｅは、第２の整流器４Ａに代えて第２の整流器４Ｄを備える。
　（３）第２の整流器４Ｄは、第１のダイオードアーム４－１に代えて第１のダイオードアーム４－１Ｂを備えると共に、第２のダイオードアーム４－２Ａに代えて第２のダイオードアーム４－２Ｃを備える。
　第１のダイオードアーム４－１Ｂは、ダイオード４１およびダイオード４２に加えてスイッチ５２を備える。スイッチ５２のドレインは、ダイオード４２のカソードに接続される。スイッチ５２のソースは、ダイオード４２のアノードに接続される。ダイオード４１のアノードとスイッチ５２のドレインとの接続点４ｇは、入力端子４ｃに接続される。第２のダイオードアーム４－２Ｃでは、図４に示すスイッチ５３が省かれている。ダイオード４２およびダイオード４４は、それぞれのアノード同士が接続される。
　図９は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置が備えるモジュールの第２の変形例を示す図である。図７に示すモジュール６Ｄと図９に示すモジュール６Ｆとの相違点は以下の通りである。
　（１）モジュール６Ｆは、第２の整流器４Ｃに代えて第２の整流器４Ｅを備える。
　（２）第２の整流器４Ｅは、第１のダイオードアーム４－１に代えて第１のダイオードアーム４－１Ｃを備えると共に、第２のダイオードアーム４－２Ｂに代えて第２のダイオードアーム４－２Ｄを備える。
　（３）第１のダイオードアーム４－１Ｃは、ダイオード４１およびダイオード４２に加えて、スイッチ５２を駆動する駆動回路６２を備える。
　（４）第２のダイオードアーム４－２Ｄでは、図７に示すスイッチ５３および駆動回路６３が省かれている。
　（５）モジュール６Ｆでは、図７に示す正側電源端子Ｔ１１および負側電源端子Ｔ１２が省かれ、正側電源端子Ｔ３１および負側電源端子Ｔ３２に駆動回路６２および駆動回路６４が接続されている。
　図９に示すモジュール６Ｆでは、スイッチ５２およびスイッチ５４のそれぞれのドレイン端子が、同一の外部接続端子である出力端子Ｎ１に接続されるため、スイッチ５２およびスイッチ５４を駆動する電源は同一の電位となる。従って、駆動回路６２および駆動回路６４では、１つの駆動回路電源７３でスイッチ５２およびスイッチ５４を駆動でき、必要な駆動回路電源の個数は、スイッチの個数よりも少ない３つである。
　以上のように、実施の形態４に係る交流直流変換装置１００－４では、スイッチ５２およびスイッチ５４の駆動回路の電源を同一とすることができ、必要な駆動回路電源の個数を削減して製造コストを低減できる。
　なお実施の形態４において、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御による倍電圧整流を行うと共に、スイッチ５２およびスイッチ５４の制御によって、交流直流変換装置１００－４に供給された交流電流の高調波が抑制された正弦波状の電流となり、交流電圧との位相差が小さくなり、力率が向上することは、実施の形態２と同様である。
　実施の形態４に係る交流直流変換装置１００－４を図５に示す電力変換装置３００に適用した場合、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧がインバータ２０で交流電圧に変換される。そして交流直流変換装置１００－４は、インバータ２０が電動機２１に印加する交流電圧の振幅に応じて、電動機２１の回転数が高いときにはスイッチ５５およびスイッチ５６の制御による倍電圧整流を選択し、電動機２１の回転数が低いときにはスイッチ５２およびスイッチ５４の制御による整流動作を選択する。これにより、電動機２１の回転数に応じたより発熱の小さいインバータ２０を実現でき、インバータ２０で発生する熱を放熱するための不図示の放熱部品を小さくできる。
　またスイッチ５２およびスイッチ５４は、図２に示す基準回路モジュール６０を構成する部品でもあるため、実施の形態４に係る交流直流変換装置１００－４では、モジュール６Ｄ，６Ｅ，６Ｆの内部または外部にスイッチ５２およびスイッチ５４を配置するための実装スペースを設けることなく、モジュール６Ｄ，６Ｅ，６Ｆを構成できる。
　また交流直流変換装置１００－４では、スイッチ５２およびスイッチ５４が交流直流変換装置１００－４の内部に設けられている場合でも、スイッチ５２およびスイッチ５４で発生した熱により、スイッチ５２およびスイッチ５４以外の部品が故障する可能性を低減できる。
実施の形態５．
　図１０は本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図である。図１０に示す空気調和装置４００は、室外機８１、室内機８２および冷媒配管８３を備え、室外機８１および室内機８２は冷媒配管８３を介して接続されている。室外機８１は、実施の形態１から４に示す電力変換装置と圧縮機３１０とを備える。圧縮機３１０は、不図示の圧縮機構を備えると共に、当該圧縮機構を駆動する駆動源として図５に示す電動機２１を備える。
　次に空気調和装置４００の動作を説明する。室内機８２は、使用者により設定された目標温度を記憶すると共に、室内機８２周辺の温度を検出し検出温度として記憶する。室内機８２は、目標温度および検出温度を室外機８１に送信する。室外機８１は、室内機８２が持つ目標温度情報と検出温度情報との差が大きい場合、室内機８２周辺の温度を目標温度に近づけるように、室外機８１と室内機８２との間に循環させる冷媒の量を多くする。
圧縮機３１０が圧縮する冷媒の量は、圧縮機３１０の単位回転数あたりの冷媒排出量と電動機２１の回転数との積で求められる。そのため、室外機８１と室内機８２との間に循環させる冷媒の量を多くするために、室外機８１は、電動機２１の回転数を高くするように制御する。
　一方、室内機８２に記憶される目標温度と検出温度との差が一定値より小さくなったとき、室内機８２周辺の検出温度が目標温度を挟んで逆方向に遠ざかることのないように、室外機８１と室内機８２との間に循環させる冷媒の量を少なくする。そのため、室外機８１は、電動機２１の回転数を低くするように制御する。
　空気調和装置４００を連続して運転する場合、目標温度と検出温度との差が一定値より小さい状態の運転期間は、目標温度と検出温度との差が一定値より大きい状態の運転期間よりも長くなる。そのため空気調和装置４００では、室外機８１と室内機８２との間に循環させる冷媒の量を少なくするために電動機２１の回転数を低くするように制御する時間の比率が高い。
　一方、電力変換装置３００は、実施の形態２から４に示すように、電動機２１の回転数に応じて倍電圧整流と通常の整流動作とを選択することにより、何れの選択においても発生する熱が小さくなるように制御しており、特に電動機２１の回転数を低くするように制御する場合には通常の整流動作を選択して電力変換装置３００で発生する熱を小さくする。
　前述したスイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４がＭＯＳＦＥＴで構成され、このＭＯＳＦＥＴにワイドバンドギャップ半導体が用いられ、さらにスイッチ５５およびスイッチ５６がシリコン半導体、特に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタで構成されている場合、空気調和装置４００では、より顕著な効果が得られるのは、実施の形態３で示したとおりである。従って空気調和装置４００は、運転時間の比率が高い制御であって電動機２１の回転数を低く制御する場合、電力変換装置３００で発生する熱を小さくすることができ、空気調和装置４００の全運転時間および停止時間を含めた全期間における運転効率を向上させることができる。
　なお以上の説明では、室内機８２に記憶される温度情報を室外機８１に送信して室外機８１が圧縮機３１０の回転数を制御する構成例を説明したが、室内機８２が圧縮機３１０の回転数を直接制御する構成でも同様の効果を奏する。
　また実施の形態５は、室外機８１と室内機８２を備える空気調和装置４００の構成例を説明したが、室内機８２の代わりに水に対して冷媒の熱を与える不図示の熱交換器を備えた給湯装置のように、冷媒の圧縮膨張作用によって一定の体積および容積の媒体の温度を熱交換により調整する装置であれば、どのようなものであっても同様の効果を奏する。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　交流電源、２，２Ａ　リアクタ、３　第１の整流器、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ　出力端子、３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄ　入力端子、３ｅ，３ｆ　中継端子、３ｇ，３ｈ，４ｇ，４ｈ，５ａ，１３　接続点、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ　第２の整流器、４－１，４－１Ａ，４－１Ｂ，４－１Ｃ　第１のダイオードアーム、４－２，４－２Ａ，４－２Ｂ，４－２Ｃ，４－２Ｄ　第２のダイオードアーム、５，５Ａ，５Ｂ　スイッチアーム、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆ　モジュール、１１，１２　コンデンサ、２０　インバータ、２１　電動機、３１，３２，３３，３４，４１，４２，４３，４４，４５，４６　ダイオード、５１，５２，５３，５４，５５，５６　スイッチ、６０　基準回路モジュール、６２，６３，６４，６５，６６　駆動回路、７１，７２，７３，７４　駆動回路電源、８１　室外機、８２　室内機、８３　冷媒配管、１００－１，１００－１Ａ，１００－２，１００－２Ａ，１００－４　交流直流変換装置、２００　負荷、３００　電力変換装置、３１０　圧縮機、４００　空気調和装置。

Claims (19)

  1. 　リアクタを介して交流電源に接続される第１および第２の整流器と、
    　前記第１の整流器の出力側に直列に接続された２つのスイッチで構成されるスイッチアームと、
    　前記第２の整流器の出力側に直列に接続された２つのコンデンサと
    　を備え、
    　前記２つのコンデンサ同士の接続点は、前記２つのスイッチ同士の接続点に接続されていることを特徴とする交流直流変換装置。
  2. 　前記２つのスイッチのそれぞれには、前記２つのスイッチのそれぞれの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
  3. 　前記第２の整流器は、直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームを備え、
    　前記２組のダイオードアームの内、一方のダイオードアームを構成する前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
  4. 　前記第２の整流器は、直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームを備え、
    　前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
  5. 　前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチは、電界効果トランジスタで構成されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の交流直流変換装置。
  6. 　前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられ、
    　前記スイッチアームを構成する前記２つのスイッチにはシリコン半導体が用いられることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の交流直流変換装置。
  7. 　前記２組のダイオードアームのそれぞれを構成する２つのダイオードの内、一方のダイオードはアノード同士が接続され、
    　アノード同士が接続されたダイオードには、当該ダイオードの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の交流直流変換装置。
  8. 　請求項１に記載の前記第２の整流器および前記スイッチアームを備え、
    　前記第２の整流器は、
    　直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームと、
    　単相交流の入力端子と、
    　前記２組のダイオードアームで整流された電圧が印加される出力端子と
    　を備えることを特徴とするモジュール。
  9. 　前記スイッチアームの両端のそれぞれが接続される端子を２つ備えることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
  10. 　前記スイッチアームを構成する２つのスイッチのそれぞれには、前記２つのスイッチのそれぞれの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが並列に接続されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のモジュール。
  11. 　前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
    　当該スイッチは、電界効果トランジスタで構成されることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
  12. 　前記スイッチアームを構成する２つのスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられることを特徴とする請求項１０に記載のモジュール。
  13. 　前記スイッチアームを構成する２つのスイッチを前記モジュールの内部に備えたことを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
  14. 　前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
    　前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられ、
    　前記スイッチアームを構成する２つのスイッチにはシリコン半導体が用いられることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
  15. 　前記スイッチアームを構成する２つのスイッチを駆動する駆動回路の電源が同一であることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
  16. 　前記２組のダイオードアームのそれぞれを構成する２つのダイオードの内、一方のダイオードはアノード同士が接続され、
    　アノード同士が接続されたダイオードには、当該ダイオードの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
    　当該スイッチを前記モジュールの内部に備えたことを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
  17. 　請求項３から請求項７の何れか一項に記載の交流直流変換装置の出力端に接続されるインバータと、前記インバータの出力で駆動する電動機とを備え、
    　前記電動機の回転数に応じて、前記スイッチアームを構成する２つのスイッチの制御を行い、または前記２組のダイオードアームを構成する前記２つのダイオードのそれぞれに接続されたスイッチの制御を行うかを選択することを特徴とする電力変換装置。
  18. 　請求項１７に記載の電力変換装置と、前記電動機を有する圧縮機とを備え、
    　前記圧縮機で圧縮されて冷媒配管を介して循環される冷媒の量を調整するために圧縮機の回転数を調整することを特徴とする空気調和装置。
  19. 　請求項１７に記載の電力変換装置と、
    　前記電動機を圧縮機として備える室外機と、
    　設定された目標温度と検出温度とを記憶する室内機と、
    　前記室外機と前記室内機との間で冷媒を循環させるための冷媒配管と
    　を備え、
    　前記室内機に記憶された温度情報に基づいて前記圧縮機の回転数を調整することを特徴とする空気調和装置。
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