WO2020080224A1 - 電源回路、その電源回路を備えたモータ駆動回路、及び、その電源回路又はそのモータ駆動回路を備えた冷凍装置 - Google Patents

電源回路、その電源回路を備えたモータ駆動回路、及び、その電源回路又はそのモータ駆動回路を備えた冷凍装置 Download PDF

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power supply
heat source
voltage
circuit
microcomputer
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俊彰 佐藤
矢吹 俊生
成重 植田
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ダイキン工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply circuit that supplies power to a DC bus, a motor drive circuit that includes the power supply circuit, and a refrigeration apparatus that includes the power supply circuit or the motor drive circuit.
  • a power supply circuit for supplying power to a DC bus connects an AC power supply and a rectifier circuit as disclosed in, for example, a power conversion device described in Patent Document 1 (JP-A-2005-233396).
  • a main relay is provided in the power supply line, and a current limiting circuit including a current limiting resistor and a current limiting relay is connected in parallel with the main relay. Then, when the AC power supply starts supplying power, the current limiting relay is turned on with the main relay turned off, the capacitor is charged, and then the main relay is turned on and the current limiting relay is turned off. This prevents inrush current from flowing through the capacitor.
  • the power supply target of the power supply circuit is a load such as a brushless DC motor that generates an induced voltage when rotated by an external force
  • the induction is performed even when the power supply circuit is not supplying power.
  • the voltage can activate the control means of the power supply circuit.
  • the main relay may turn on even if the capacitor is not sufficiently charged, and a rush current may flow, destroying the parts. Therefore, there is a problem of suppressing the destruction of parts due to the inrush current.
  • the power supply circuit is a power supply circuit that supplies power to at least a pair of DC buses, and includes a rectifier circuit, a capacitor, a main relay, and a microcomputer.
  • the rectifier circuit rectifies the AC voltage of the AC power supply.
  • the capacitor smoothes the voltage rectified by the rectifier circuit.
  • the main relay is switched to either a state in which the power supply line connecting the AC power source and the capacitor is made conductive or a state in which it is not made conductive by turning the contact on or off.
  • the microcomputer makes a decision as to whether or not to make the power supply line conductive. When the microcomputer is started, the microcomputer controls the main relay so that the power supply line is not conducted when the charging voltage of the capacitor is equal to or lower than the predetermined value.
  • the main relay does not make the power supply line conductive even if the microcomputer is started while the capacitor is not sufficiently charged.
  • the power supply circuit according to the second aspect is the power supply circuit according to the first aspect, and further includes a voltage detector that detects the DC bus voltage.
  • the microcomputer does not make the power supply line conductive when the detected value of the voltage detector is equal to or less than the predetermined threshold value.
  • this power supply circuit acquires the actual DC bus voltage, it determines whether the DC bus voltage is rising, and if it is not an appropriate value, the main relay does not turn on the power supply line.
  • the power supply circuit according to the third aspect is the power supply circuit according to the second aspect, in which the voltage detector detects the voltage between the terminals of the capacitor as the DC bus voltage.
  • the voltage between the terminals of the actual capacitor is detected as the DC bus voltage, so even if the microcomputer is started while the capacitor is not charged, the main relay does not make the power supply line conductive.
  • the power supply circuit according to the fourth aspect is the power supply circuit according to the first aspect, and further includes a power supply voltage phase detection circuit that detects the power supply voltage phase of the AC power supply.
  • the microcomputer does not turn on the power supply line when the phase is not detected by the power supply voltage phase detection circuit.
  • the power supply circuit according to the fifth aspect is the power supply circuit according to the first aspect, and further includes a current limiting resistor and a charging current detector.
  • the current limiting resistor limits the current flowing through the capacitor.
  • the charging current detector detects the current flowing through the current limiting resistance.
  • the microcomputer does not make the power supply line conductive unless a current is detected by the charging current detector.
  • the power supply circuit according to the sixth aspect is the power supply circuit according to the first aspect, and further includes a current limiting resistor and a current limiting relay.
  • the current limiting resistor limits the current flowing through the capacitor.
  • the current limiting relay switches between a first state in which a current flows through the current limiting resistor and a second state in which no current flows through the current limiting resistor by turning the contacts on or off.
  • the microcomputer does not conduct the power supply line when the current limiting relay is in the second state.
  • the motor drive circuit according to the seventh aspect is a motor drive circuit for driving a DC motor, and is provided with any one power supply circuit from the first aspect to the sixth aspect for supplying electric power to the DC motor.
  • the eighth aspect of the motor drive circuit is the seventh aspect of the motor drive circuit, further including a control power supply.
  • the control power supply generates a control voltage for starting the microcomputer of the power supply circuit from the induced voltage of the DC motor.
  • the capacitor is charged by the induced voltage of the motor, the control voltage is generated, and even if the microcomputer is started by this, it can be confirmed that it is not charged in the original path.
  • the relay does not turn on the power line.
  • the refrigeration apparatus is a refrigeration apparatus in which a utilization unit and a heat source unit are connected by piping to form a refrigerant circuit, and is applied to a DC motor mounted in the refrigeration apparatus. Motor drive circuit.
  • a refrigerating apparatus is the refrigerating apparatus according to the ninth aspect, in which the heat source unit functions as a heat radiator or an evaporator of the refrigerant circuit, and a flow of air to the heat source side heat exchanger. It includes a fan that produces.
  • the motor drive circuit drives the DC motor of the fan.
  • the fan is rotated by external force, the capacitor is charged by the induced voltage of the motor, the control voltage is generated, and even if the microcomputer is started by this, it is confirmed that it is not charged in the original path.
  • the main relay does not turn on the power line.
  • a refrigeration apparatus of an eleventh aspect is a refrigeration apparatus in which a utilization unit and a heat source unit are connected by piping to form a refrigerant circuit, and a power supply circuit of the sixth aspect that supplies electric power to a DC motor mounted in the refrigeration apparatus.
  • the microcomputer of the power supply circuit does not conduct the power supply line when the information indicating that the current limiting relay is in the second state is obtained from the information communicated between the use side communication device and the heat source side communication device.
  • a refrigerating apparatus is the refrigerating apparatus according to the eleventh aspect, in which the heat source unit functions as a radiator or an evaporator of the refrigerant circuit, and a flow of air to the heat source-side heat exchanger. It includes a fan that produces. The power supply circuit supplies electric power to the DC motor of the fan.
  • the power supply circuit according to the thirteenth aspect is the refrigeration apparatus according to the eleventh aspect or the twelfth aspect, further including a control power source.
  • the control power supply generates a control voltage for starting the microcomputer of the power supply circuit from the induced voltage of the DC motor.
  • the fan is rotated by external force, the capacitor is charged by the induced voltage of the motor, the control voltage is generated, and even if the microcomputer is started by this, it is confirmed that it is not charged in the original path.
  • the main relay does not turn on the power line.
  • the refrigeration apparatus according to the fourteenth aspect is the refrigeration apparatus according to any one of the ninth to thirteenth aspects, further including a heat source side microcomputer that controls the heat source unit.
  • the heat source side microcomputer also serves as the microcomputer of the power supply circuit.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioner that is a refrigerating apparatus in which a power supply circuit according to a first embodiment of the present disclosure is mounted.
  • 1 is a circuit block diagram of a motor drive circuit including a power supply circuit according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the graph which shows the induced voltage peak value with respect to a motor rotation speed.
  • the flowchart which shows the normal operation until the heat source side microcomputer is started.
  • 6 is a flowchart from the heat source side microcomputer being activated by an induced voltage to the voltage suppression control.
  • the table which showed the ON / OFF state of the transistor of an upper arm and a lower arm corresponding to U phase, V phase, and W phase at the time of voltage suppression control.
  • FIG. 7 is an image diagram showing currents flowing through the inverter and the fan motor when all transistors in the upper arm are turned off and all transistors in the lower arm are turned on as in FIG. 6.
  • a flow chart from starting of a heat source side microcomputer by an induced voltage to voltage suppression control The enlarged view of the current limiting circuit in 2nd Embodiment.
  • the flowchart which shows the control from the heat-source side microcomputer starting by an induced voltage to the voltage suppression control In 3rd Embodiment, the flowchart which shows the control from a heat-source side microcomputer starting by an induced voltage to voltage suppression control.
  • the circuit block diagram of the motor drive circuit containing the power supply circuit concerning a 4th embodiment of this indication. In 4th Embodiment, the flowchart which shows the control from the heat-source side microcomputer starting by an induced voltage to the voltage suppression control.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioner 100 that is a refrigeration apparatus equipped with a power supply circuit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the air conditioner 100 is composed of a utilization unit 2 and a heat source unit 3.
  • the air conditioner 100 includes a refrigerant circuit 110 in which a compressor 15, a four-way switching valve 16, a heat source side heat exchanger 17, an expansion valve 18 as a pressure reducing mechanism, and a use side heat exchanger 13 are annularly connected by a refrigerant pipe. have.
  • the usage-side heat exchanger 13 of the refrigerant circuit 11 belongs to the usage unit 2. Further, the usage unit 2 is equipped with a usage-side fan 14. The usage-side fan 14 generates a flow of air to the usage-side heat exchanger 13.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram of the motor drive circuit 30 including the power supply circuit 20 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • a power supply for control 31 a user-side communication device 35, and a user-side microcomputer 41 are mounted on the user unit 2 side. Both the control power supply 31 and the use-side communication device 35 are connected to the use-side microcomputer 41.
  • the user side communication device 35 is used when the user unit 2 communicates with the heat source unit 3.
  • the control power supply 31 receives electric power from the AC power supply 91 via the power supply lines 801 and 802 and supplies the control voltage to the use-side microcomputer 41. Therefore, even when the air conditioner 100 is not operating, it is in use.
  • the microcomputer 41 is running.
  • (1-2) Heat source unit 3 The compressor 15, the four-way switching valve 16, the heat source side heat exchanger 17, and the expansion valve 18 in the refrigerant circuit 11 belong to the heat source unit 3.
  • a heat source side fan 19 is mounted on the heat source unit 3. The heat source side fan 19 generates a flow of air to the heat source side heat exchanger 17.
  • a motor drive circuit 30, a control power source 32, a heat source side communication device 36, and a heat source side microcomputer 42 are mounted on the heat source unit 3 side.
  • the motor drive circuit 30, the control power supply 32, and the heat source side communication device 36 are all connected to the heat source side microcomputer 42.
  • the motor drive circuit 30 is a circuit for driving the fan motor 19b.
  • the heat source side communication device 36 is used when the heat source unit 3 communicates with the utilization unit 2.
  • the control power supply 32 supplies a control voltage to the heat source side microcomputer 42.
  • the heat source side microcomputer 42 controls the fan motor 19b via the motor drive circuit 30, and also controls other devices of the heat source unit 3.
  • the fan motor 19b is a three-phase brushless DC motor, and includes a stator 191 and a rotor 193.
  • the stator 191 includes star-connected U-phase, V-phase, and W-phase drive coils Lu, Lv, and Lw.
  • One end of each drive coil Lu, Lv, Lw is connected to the drive coil terminals TU, TV, TW of the U-phase, V-phase, and W-phase wirings extending from the inverter 25, respectively.
  • the other ends of the drive coils Lu, Lv, Lw are connected to each other as a terminal TN.
  • These three-phase drive coils Lu, Lv, Lw generate an induced voltage according to the rotational speed of the rotor 193 and the position of the rotor 193 as the rotor 193 rotates.
  • the rotor 193 includes permanent magnets having a plurality of poles including N poles and S poles, and rotates about the rotation axis with respect to the stator 191.
  • the motor drive circuit 30 is mounted on the heat source unit 3 side, as shown in FIG.
  • the motor drive circuit 30 mainly includes a power supply circuit 20, an inverter 25, a gate drive circuit 26, a control power supply 32, and a heat source side microcomputer 42.
  • the power supply circuit 20 is mainly composed of a rectifying circuit 21, a capacitor 22, a voltage detector 23, and a current limiting circuit 86. Since the heat source side microcomputer 42 controls the power supply circuit 20 by operating various relays, it is also a constituent element of the power supply circuit 20.
  • the rectifier circuit 21 is configured in a bridge shape by four diodes D1a, D1b, D2a, D2b. Specifically, the diodes D1a and D1b and D2a and D2b are connected in series with each other. The cathode terminals of the diodes D1a and D2a are both connected to the positive terminal of the capacitor 22 and function as the positive output terminal of the rectifier circuit 21. The anode terminals of the diodes D1b and D2b are both connected to the negative side terminal of the capacitor 22 and function as the negative side output terminal of the rectifier circuit 21.
  • connection point of the diode D1a and the diode D1b is connected to one pole of the AC power supply 91 via the power supply line 805, the main relay 87, and the power supply line 804.
  • the connection point of the diode D2a and the diode D2b is connected to the other pole of the AC power supply 91 via the power supply line 803.
  • the rectifier circuit 21 rectifies the AC voltage output from the AC power supply 91 to generate a DC voltage and supplies the DC voltage to the capacitor 22.
  • Capacitor 22 The capacitor 22 has one end connected to the positive output terminal of the rectifier circuit 21 and the other end connected to the negative output terminal of the rectifier circuit 21.
  • the capacitor 22 is charged with an AC voltage via the rectifier circuit 21 and stores electric charge, thereby smoothing the rectified voltage.
  • the voltage smoothed by the smoothing capacitor 22 is referred to as a DC bus voltage Vdc.
  • the DC bus voltage Vdc is applied to the inverter 25 connected to the output side of the capacitor 22. That is, the rectifying circuit 21 and the capacitor 22 form the power supply circuit 20 for the inverter 25.
  • capacitors include electrolytic capacitors, film capacitors, tantalum capacitors, etc., but in the present embodiment, film capacitors are adopted as the capacitors 22.
  • the voltage detector 23 is connected to the output side of the capacitor 22, and is for detecting the voltage across the capacitor 22, that is, the value of the DC bus voltage Vdc.
  • the voltage detector 23 is configured, for example, such that two resistors connected in series with each other are connected in parallel to the capacitor 22 and the DC bus voltage Vdc is divided. The voltage value at the connection point between the two resistors is input to the heat source side microcomputer 42.
  • the current detector 24 is connected between the capacitor 22 and the inverter 25 and on the negative output terminal side of the capacitor 22. After starting the fan motor 19b, the current detector 24 detects the motor current flowing through the fan motor 19b as a total value of currents for three phases.
  • the current detector 24 may be composed of, for example, an amplifier circuit using a shunt resistor and an operational amplifier that amplifies the voltage across the resistor.
  • the motor current detected by the current detector 24 is input to the heat source side microcomputer 42.
  • Inverter 25 In the inverter 25, three upper and lower arms corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase drive coils Lu, Lv, and Lw of the fan motor 19b are connected in parallel to each other and to the output side of the capacitor 22.
  • the inverter 25 includes a plurality of IGBTs (insulated gate bipolar transistors, hereinafter simply referred to as transistors) Q3a, Q3b, Q4a, Q4b, Q5a, Q5b and a plurality of freewheeling diodes D3a, D3b, D4a, D4b ,. Including D5a and D5b.
  • IGBTs insulated gate bipolar transistors
  • Transistors Q3a and Q3b, Q4a and Q4b, and Q5a and Q5b constitute upper and lower arms by being connected in series with each other, and the connection points NU, NV, and NW formed by them respectively correspond to corresponding phases.
  • the output line extends toward the drive coils Lu, Lv, Lw.
  • the diodes D3a to D5b are connected in parallel to the transistors Q3a to Q5b so that the collector terminal of the transistor and the cathode terminal of the diode are connected, and the emitter terminal of the transistor and the anode terminal of the diode are connected.
  • a switching element is formed by the transistor and the diode connected in parallel.
  • the inverter 25 receives the DC bus voltage Vdc from the capacitor 22 and turns on and off the transistors Q3a to Q5b at the timing instructed by the gate drive circuit 26, thereby driving the fan motor 19b.
  • SV, SW are generated.
  • the drive voltages SU, SV, SW are output from the connection points NU, NV, NW of the transistors Q3a and Q3b, Q4a and Q4b, Q5a and Q5b to the drive coils Lu, Lv, Lw of the fan motor 19b.
  • Gate drive circuit 26 The gate drive circuit 26 changes the on / off state of each of the transistors Q3a to Q5b of the inverter 25 based on the command voltage from the heat source side microcomputer 42. Specifically, the gate drive circuit 26 includes transistors Q3a so that the pulsed drive voltages SU, SV, SW having the duty determined by the heat source side microcomputer 42 are output from the inverter 25 to the fan motor 19b. Gate control voltages Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, and Gz to be applied to the gates of Q5b are generated. The generated gate control voltages Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz are applied to the gate terminals of the respective transistors Q3a to Q5b.
  • Control power supply 32 receives the DC bus voltage Vdc and generates a control voltage.
  • the DC bus voltage Vdc is a voltage across the terminals of the capacitor 22, and depends on the charging state of the capacitor 22, the power supply voltage phase, and the load state.
  • the capacitor 22 is gradually charged by the current flowing by the AC voltage of the AC power supply 91 flowing through the current limiting resistor 81.
  • the air conditioner 100 is not in operation, no power is supplied from the AC power supply 91, so the capacitor 22 is not charged and no power is supplied to the control power supply 32.
  • FIG. 3 is a graph showing the induced voltage peak value with respect to the motor rotation speed.
  • the fan motor 19b is a brushless DC motor and generates an induced voltage almost proportional to the rotation speed. The generation of the induced voltage causes the DC bus voltage Vdc to rise.
  • the voltage is used to control voltage. Is configured to be able to generate.
  • the current limiting resistor 81 is provided to gradually charge the capacitor 22. If the AC power supply 91 is suddenly connected to the power supply circuit 20 when the utilization unit 2 turns on the activation relay 80, the electronic component forming the inverter 25 may be destroyed by an excessive rush current. Therefore, normally, the main relay 87 does not turn off the contacts and does not connect the power supply line connecting the AC power supply 91 and the capacitor 22.
  • the usage unit 2 turns on the start relay 80, the AC voltage of the AC power supply 91 is applied to the rectifier circuit 21 via the start relay 80, the current limiting resistor 81 and the power supply lines 804 and 803, and the resistance of the current limiting resistor 81 is increased. A current corresponding to the value and the AC voltage of the AC power supply 91 flows through the capacitor 22, and the capacitor 22 is gradually charged.
  • the current limiting relay 83 is switched to either a first state in which a current is applied to the current limiting resistor 81 or a second state in which no current is applied by turning the contact on or off.
  • the current limiting relay 83 is turned off after the capacitor 22 is appropriately charged.
  • Main relay 87 The main relay 87 is connected to a power supply line that connects the AC power supply 91 and the capacitor 22.
  • the main relay 87 switches to either a state where the power supply line is made conductive or a state where it is not made conductive.
  • the contact between the main relays 87 is turned off and the power supply line is turned off. Is not conducting.
  • turning on between the relay contacts is called “... the relay turns on”
  • turning off between the relay contacts is called “... the relay turns off”.
  • the main relay 87 is turned on after the capacitor 22 is appropriately charged and the current limiting relay 83 is turned off.
  • Heat source side microcomputer 42 The heat source side microcomputer 42 is connected to the voltage detector 23, the current detector 24, and the gate drive circuit 26. In the present embodiment, the heat source side microcomputer 42 drives the fan motor 19b in a rotor position sensorless system.
  • the method is not limited to the rotor position sensorless method, and may be a sensor method.
  • the rotor position sensorless system means various parameters indicating the characteristics of the fan motor 19b, the detection result of the voltage detector 23 after the fan motor 19b is started, the detection result of the current detector 24, and a predetermined mathematical model regarding the control of the fan motor 19b. Is used to perform driving by performing estimation of the rotor position and rotation speed, PI control for rotation speed, PI control for motor current, and the like.
  • the various parameters indicating the characteristics of the fan motor 19b include the winding resistance, the inductance component, the induced voltage, and the number of poles of the fan motor 19b used. Since there are many patent documents regarding rotor position sensorless control, refer to them for details (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2013-17289).
  • the control power supply 31 receives power from the AC power supply 91 via the power supply lines 801 and 802, and supplies the control voltage to the use-side microcomputer. Since it is being supplied to the user 41, the user-side microcomputer 41 is activated even during standby.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a normal operation until the heat source side microcomputer 42 is activated. Hereinafter, description will be given along the flow of FIG.
  • Step S1 The utilization-side microcomputer 41 determines the presence / absence of a driving command in step S1. For example, when the air conditioner 100 receives an operation command signal of "cooling”, “heating”, or “blowing” from a remote controller (not shown), the use-side microcomputer 41 determines that "there is an operation command”. .
  • Step S2 the utilization-side microcomputer 41 turns on the activation relay 80 of the utilization unit 2, simultaneously activates the timer, and proceeds to step S3.
  • step S3 the use-side microcomputer 41 determines whether or not a predetermined time t has passed since the activation relay 80 of the use unit 2 was turned on, and when the predetermined time t has passed, the process proceeds to step S4. .
  • the voltage between the terminals of the capacitor 22 becomes the first threshold value V1 or more before the predetermined time t elapses after the activation relay 80 is turned on, and the heat source unit 3's
  • the control power supply 32 generates a control voltage and the heat source side microcomputer 42 is activated.
  • Step S4 the use-side microcomputer 41 transmits a “command for turning off the current limiting relay 83 and turning on the main relay 87” to the heat source side communication device 36 via the use side communication device 35.
  • the heat source side microcomputer 42 turns off the current limiting relay 83 and turns on the main relay 87 according to the instruction received by the heat source side communication device 36.
  • the activated heat source side microcomputer 42 determines whether or not the capacitor 22 is charged through the original path (path through the current limiting resistor 81), and when it is determined that the capacitor 22 is not charged through the original path. , Do not turn on the main relay 87.
  • the heat source side microcomputer 42 detects the DC bus voltage Vdc without turning on the main relay 87 and estimates the rotation speed No of the fan motor 19b.
  • FIG. 5 is a flowchart from the activation of the heat source side microcomputer 42 by the induced voltage to the voltage suppression control.
  • Step S11 First, in step S11, the heat source side microcomputer 42 is activated by receiving a control voltage from the control power supply 32.
  • Step S12 the heat source side microcomputer 42 detects the DC bus voltage Vdc via the voltage detector 23 in step S12.
  • Step S13 the heat source side microcomputer 42 determines in step S13 whether or not the DC bus voltage Vdc has reached the appropriate charging voltage Vchg.
  • the heat source side microcomputer 42 determines that “the DC bus voltage Vdc has not reached the appropriate charging voltage Vchg (Vdc ⁇ Vchg)”
  • the process proceeds to step S14, otherwise the process proceeds to step S19.
  • Step S14 the heat source side microcomputer 42 does not turn on the main relay 87 in step S14. This is because Vdc ⁇ Vchg, so that the capacitor 22 is not sufficiently charged, and when the main relay 87 is turned on, an inrush current is generated and there is a risk that the components forming the inverter 25 are destroyed.
  • step S15 the heat source side microcomputer 42 detects the DC bus voltage Vdc via the voltage detector 23 and estimates the rotation speed No of the fan motor 19b.
  • step S16 the heat source side microcomputer 42 determines whether or not the rotation speed No is equal to or higher than the predetermined rotation speed N2, and if No ⁇ N2, the process proceeds to step S17.
  • Step S17 the heat source side microcomputer 42 determines in step S17 whether or not the rotation speed command is output, and when it is determined that the rotation speed command is not output, the process proceeds to step S18.
  • Step S18 the heat source side microcomputer 42 performs "voltage suppression control" which is control which suppresses the induced voltage of the fan motor 19b in step S18.
  • the voltage suppression control is a control for braking the fan motor 19b, and details thereof will be described later in "Voltage suppression control of the heat source side microcomputer 42".
  • Step S19 On the other hand, when the heat source side microcomputer 42 determines in the previous step S13 that “the DC bus voltage Vdc has reached the proper charging voltage Vchg (Vdc ⁇ Vchg)”, the main relay 87 is turned on in step S14. To do. This is because Vdc ⁇ Vchg, so that the capacitor 22 is sufficiently charged and the inrush current is suppressed even when the main relay 87 is turned on.
  • the voltage suppression control is control for braking the fan motor 19b, and in the present embodiment, the transistor of one of the two transistors Q3a, Q3b, Q4a, Q4b, Q5a, and Q5b of all the upper and lower arms. All are turned on to brake the fan motor 19b.
  • all transistors in the lower arm may be turned off and all transistors in the upper arm may be turned on. Conversely, all transistors in the upper arm may be turned off and all transistors in the lower arm may be turned on. Good.
  • FIG. 6 is a table showing the on / off states of the upper arm and lower arm transistors corresponding to the U phase, V phase, and W phase during voltage suppression control.
  • FIG. 7 is an image diagram showing a current flowing through the inverter 25 and the fan motor 19b when all the transistors in the upper arm are turned off and all the transistors in the lower arm are turned on as in FIG. The direction in which the current flows changes depending on the induced voltage phase of each phase, that is, the rotor position during rotation.
  • the current flowing by the induced voltage of the fan motor 19b is circulated, and the DC bus voltage Vdc is prevented from being boosted by the induced voltage of the fan motor 19b, Since the current according to the internal impedance of the motor 19b is supplied to perform braking, the increase in the rotation speed is suppressed and the increase in the induced voltage is suppressed.
  • the rotation speed No of the fan motor 19b is estimated based on the value of the DC bus voltage Vdc as a condition for executing the voltage suppression control. Further, it is mentioned that the heat source side microcomputer 42 does not output the rotation speed command to the gate drive circuit 26.
  • the voltage suppression control may be executed as long as the DC bus voltage Vdc has reached a value that may jeopardize the electronic components, without needing to estimate the rotation speed No of the fan motor 19b.
  • FIG. 8 is a flow chart from the activation of the heat source side microcomputer 42 by the induced voltage to the voltage suppression control in the modified example.
  • Step S21 First, in step S21, the heat source side microcomputer 42 is activated by receiving a control voltage from the control power supply 32.
  • Step S22 the heat source side microcomputer 42 detects the DC bus voltage Vdc via the voltage detector 23 in step S22.
  • Step S23 the heat source side microcomputer 42 determines in step S23 whether or not the DC bus voltage Vdc has reached the appropriate charging voltage Vchg.
  • the heat source side microcomputer 42 proceeds to step S24, and otherwise proceeds to step S28.
  • Step S24 the heat source side microcomputer 42 does not turn on the main relay 87 in step S24. This is because Vdc ⁇ Vchg, so that the capacitor 22 is not sufficiently charged, and when the main relay 87 is turned on, an inrush current is generated and there is a risk that the components forming the inverter 25 are destroyed.
  • Step S25 the heat source side microcomputer 42 detects the DC bus voltage Vdc via the voltage detector 23 in step S25.
  • Step S26 the heat source side microcomputer 42 determines in step S26 whether or not the detection value (Vdc) of the voltage detector 23 is equal to or more than the second threshold value V2, and when it determines that Vdc ⁇ V2, proceeds to step S27. move on.
  • Step S27 the heat source side microcomputer 42 performs the "voltage suppression control" described in the first embodiment in step S27.
  • Step S28 On the other hand, when the heat source side microcomputer 42 determines in the previous step S23 that "the DC bus voltage Vdc has reached the appropriate charging voltage Vchg", the main relay 87 is turned on in step S28. This is because the DC bus voltage Vdc ⁇ the proper charging voltage Vchg, so that the capacitor 22 is sufficiently charged and the inrush current is suppressed even if the main relay 87 is turned on.
  • the actual DC bus voltage Vdc is detected by the voltage detector 23, and it is determined whether or not the DC bus voltage Vdc is rising. When it is not an appropriate value, the main relay 87 is not turned on and the power supply line is not turned on. Do not conduct.
  • the capacitor 22 is charged by the induced voltage of the fan motor 19b, and the control voltage is generated by the control power supply 32. Even if the heat source side microcomputer 42 is activated by this, the capacitor is charged in the original path. It can be confirmed that the main relay 87 is not turned on and the power supply line is not conducted.
  • the present invention is not limited to this. For example, it is determined whether the charging current to the capacitor 22 is flowing, and if the charging current is not flowing, the capacitor 22 is charged by the induced voltage of the fan motor 19b. Since it can be estimated that, it can be a condition for "not turning on the main relay 87".
  • FIG. 9 is an enlarged view of the current limiting circuit 86B in the second embodiment.
  • the current limiting circuit 86B is different from the current limiting circuit 86 in the above embodiment in that it has a charging current detector 85.
  • the heat source side microcomputer 42 detects the charging current via the charging current detector 85. can do.
  • FIG. 10 is a flowchart from the activation of the heat source side microcomputer 42 by the induced voltage to the voltage suppression control in the second embodiment.
  • Step S31 First, in step S31, the heat source side microcomputer 42 is activated by receiving a control voltage from the control power supply 32.
  • Step S32 the heat source side microcomputer 42 detects the charging current Ic via the charging current detector 85 in step S32.
  • Step S33 the heat source side microcomputer 42 determines whether the charging current Ic is 0 in step S33.
  • Step S34 the heat source side microcomputer 42 does not turn on the main relay 87 in step S34. This is because the capacitor 22 is not charged through the original path, and when the main relay 87 is turned on, a rush current is generated, which may damage the components forming the inverter 25.
  • Step S35 the heat source side microcomputer 42 detects the DC bus voltage Vdc via the voltage detector 23 in step S35.
  • Step S36 the heat source side microcomputer 42 determines whether or not the detection value (Vdc) of the voltage detector 23 is the second threshold value V2 or more in step S36, and when it determines that Vdc ⁇ V2, proceeds to step S37. move on.
  • Step S37 the heat source side microcomputer 42 performs the "voltage suppression control" described in the first embodiment in step S37.
  • step S34 only “whether or not the charging current Ic is 0" is used as the determination condition for shifting to step S34. However, since it takes time to charge the capacitor 22, "a predetermined time, the charging current Ic is 0". The charging time may be added to the determination condition such as "whether or not”.
  • the heat source side microcomputer 42 turns off the current limiting relay 83 and turns on the main relay 87 according to the instruction received by the heat source side communication device 36 from the utilization unit 2. .
  • the heat source side microcomputer 42 After the heat source side microcomputer 42 starts up, it communicates with the utilization unit 2 to confirm whether or not the current limiting resistor 81 is energized, and then determines whether or not the capacitor 22 is charged in the original path. be able to.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the control from the heat source side microcomputer 42 starting up by the induced voltage to the voltage suppression control in the third embodiment.
  • Step S41 First, in step S41, the heat source side microcomputer 42 is activated by receiving a control voltage from the control power supply 32.
  • Step S42 the heat source side microcomputer 42 confirms the communication history of the heat source side communication device 36 in step S42.
  • Step S43 the heat source side microcomputer 42 determines whether or not the current limiting resistor 81 is energized according to the request command from the utilization unit 2.
  • the heat source side microcomputer 42 proceeds to step S44, and otherwise proceeds to step S48.
  • Step S44 the heat source side microcomputer 42 does not turn on the main relay 87 in step S44. This is because the capacitor 22 is not charged through the original path, and when the main relay 87 is turned on, a rush current is generated, which may damage the components forming the inverter 25.
  • Step S45 the heat source side microcomputer 42 detects the DC bus voltage Vdc via the voltage detector 23 in step S45.
  • Step S46 the heat source side microcomputer 42 determines in step S46 whether or not the detection value (Vdc) of the voltage detector 23 is equal to or more than the second threshold value V2. When it is determined that Vdc ⁇ V2, the heat source side microcomputer 42 proceeds to step S47. move on.
  • Step S47 the heat source side microcomputer 42 performs the "voltage suppression control" described in the first embodiment in step S47.
  • Step S48 On the other hand, when the heat source side microcomputer 42 does not determine in step S43 that "the current limiting resistor 81 is not energized", the heat source side microcomputer 42 turns on the main relay 87 in step S48. . This is because the current limiting resistor 81 is energized, that is, the current limiting relay 83 is turned on, so that the capacitor 22 is charged in the original path and the inrush current is suppressed even if the main relay 87 is turned on. .
  • step S44 only “whether or not the current limiting resistor 81 is energized” is used as the determination condition for shifting to step S44. However, since it takes time to charge the capacitor 22, "the current limiting resistor 81 is charged for a predetermined time. The charging time may be added to the determination condition, such as "whether or not the power is supplied".
  • the motor drive circuit 30 is equipped with the inverter 25, but a circuit for detecting the power supply voltage phase of the AC power supply (hereinafter referred to as the power supply voltage phase detection circuit) is mounted for inverter control.
  • the power supply voltage phase detection circuit is also mounted when a switch is provided in the rectifier circuit to perform control in synchronization with the power supply phase.
  • FIG. 12 is a circuit block diagram of a motor drive circuit including the power supply circuit according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the circuit on the side of the utilization unit 2 is the same as that in FIG. 2, and thus its description is omitted.
  • the difference from the motor drive circuit of the first embodiment of FIG. 2 is that a converter 27 is adopted instead of the rectifier circuit 21, and a gate drive circuit 28, a power supply voltage phase detection circuit 29, and a reactor 33 are newly added.
  • the third embodiment is the same as the first embodiment except for these points.
  • Converter 27 12 converter 27 includes a plurality of IGBTs (insulated gate type bipolar transistors, hereinafter simply referred to as transistors) Q1a, Q1b, Q2a, Q2b and a plurality of diodes D1a, D1b, D2a, D2b.
  • IGBTs insulated gate type bipolar transistors
  • the transistors Q1a and Q1b are connected in series to each other to form upper and lower arms, and a connection point formed by the transistors Q1a and Q1b is connected to one pole of the AC power supply 91 by connecting the power supply line 805, the main relay 87, and the power supply line 804. Connected through.
  • the transistors Q2a and Q2b are connected in series to each other to form upper and lower arms, and the connection point formed by the transistors is connected to the other pole of the AC power supply 91 via the power supply line 803.
  • the diodes D1a to D2b are connected in parallel to the transistors Q1a to Q2b so that the collector terminal of the transistor and the cathode terminal of the diode are connected, and the emitter terminal of the transistor and the anode terminal of the diode are connected.
  • a switching element is formed by the transistor and the diode connected in parallel.
  • the converter 27 turns on and off each of the transistors Q1a to Q2b at a timing instructed by the gate drive circuit 28.
  • Gate drive circuit 28 The gate drive circuit 28 changes the on / off state of each of the transistors Q1a to Q2b of the converter 27 based on the command voltage from the heat source side microcomputer 42. Specifically, the gate drive circuit 28 has a pulsed gate control voltage Pq, Pr, having a duty determined by the heat source side microcomputer 42 so as to control the current flowing from the AC power supply 91 to the heat source side to a predetermined value. Ps and Pt are generated. The generated gate control voltages Pq, Pr, Ps, Pt are applied to the gate terminals of the respective transistors Q1a-Q2b.
  • the power supply voltage phase detection circuit 29 detects a phase when the AC voltage of the AC power supply 91 reaches a predetermined phase detection reference voltage, and sends a signal having a pulse width corresponding to the phase to the heat source side microcomputer 42. Output.
  • (1-4) Reactor 33 The reactor 33 is connected in series with the AC power supply 91 between the AC power supply 91 and the converter 27. Specifically, one end thereof is connected to a power supply line 804 connected to the AC power supply 91, and the other end thereof is connected to one input end of the converter 27.
  • the heat source side microcomputer 42 receives the output signal from the power supply voltage phase detection circuit 29 and turns on / off the transistors Q1a, Q1b or the transistors Q2a, Q2b of the upper and lower arms of the converter 27, thereby short-circuiting / opening for a predetermined time.
  • the heat source side microcomputer 42 may perform the cooperative control of the converter and the inverter such that the short-circuit period is controlled based on the duty ratio of the gate control voltage that controls the inverter 25.
  • the capacitor 22 is charged in the original path. During this time, power is supplied from the AC power supply 91, and the phase is detected by the power supply voltage phase detection circuit 29.
  • phase is not detected by the power supply voltage phase detection circuit, it means that the capacitor 22 is not charged in the original path, so that the main relay 87 does not turn on even when the heat source side microcomputer 42 is activated. You can control to.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the control from the activation of the heat source side microcomputer 42 by the induced voltage to the voltage suppression control in the fourth embodiment.
  • Step S51 First, in step S51, the heat source side microcomputer 42 is activated by receiving a control voltage from the control power supply 32.
  • Step S52 the heat source side microcomputer 42 detects the power supply voltage phase in step S52.
  • Step S53 the heat source side microcomputer 42 determines in step S53 whether or not the power supply voltage phase could be detected.
  • the heat source side microcomputer 42 proceeds to step S54, and otherwise proceeds to step S58.
  • Step S54 the heat source side microcomputer 42 does not turn on the main relay 87 in step S54. This is because the capacitor 22 is not charged through the original path, and when the main relay 87 is turned on, a rush current is generated, which may damage the components forming the inverter 25.
  • Step S55 the heat source side microcomputer 42 detects the DC bus voltage Vdc via the voltage detector 23 in step S55.
  • Step S56 the heat source side microcomputer 42 determines whether or not the detection value (Vdc) of the voltage detector 23 is the second threshold value V2 or more in step S56, and when it determines that Vdc ⁇ V2, proceeds to step S57. move on.
  • Step S57 the heat source side microcomputer 42 performs the "voltage suppression control" described in the first embodiment in step S57.
  • Step S58 On the other hand, when the heat source side microcomputer 42 determines in the previous step S53 that "the power source voltage phase could be detected", the heat source side microcomputer 42 turns on the main relay 87 in step S58. This is because the power supply voltage phase can be detected, the capacitor 22 is charged in the original path, and the inrush current is suppressed even if the main relay 87 is turned on.
  • step S54 only “whether or not the power supply voltage phase could be detected” is used as the determination condition for shifting to step S54. However, since it takes time to charge the capacitor 22, "the power supply voltage phase can be detected for a predetermined time.” The charging time may be added to the determination condition such as "whether or not”.
  • the current limiting relay 83 may be in an off state during standby and the current limiting relay 83 may be turned on when the activation relay 80 of the usage unit 2 is turned on.
  • the brushless DC motor is described as an example of the motor.
  • the induced voltage is generated by the rotation of the motor, and the same can be considered. Therefore, the term "DC motor" is used as a word that commonly indicates these.
  • the motor drive device of the present disclosure is not limited to a fan motor, but is useful for a motor drive device that is rotated by an external force to generate an induced voltage.
  • Heat source unit 11 Refrigerant circuit 17 Heat source side heat exchanger 19 Heat source side fan (fan) 19b Fan motor (DC motor) 20 Power Supply Circuit 21 Rectifier Circuit 22 Capacitor 23 Voltage Detector 29 Power Supply Voltage Phase Detection Circuit 30 Motor Drive Circuit 32 Control Power Supply 35 User Side Communication Device 36 Heat Source Side Communication Device 42 Heat Source Side Microcomputer 81 Current Limiting Resistance 83 Current Limiting Relay 85 Charging current detector 87 Main relay 91 AC power supply 100 Refrigeration device

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Abstract

突入電流による部品の破壊を抑制するため、電源回路(20)では、熱源側マイクロコンピュータ(42)が、コンデンサ(22)に十分充電されていない状態で起動しても、メインリレー(87)がオンせず電源ラインを導通させない。その結果、限流されないままコンデンサ(22)への充電が開始されることが回避され、突入電流による部品の破壊が抑制される。

Description

電源回路、その電源回路を備えたモータ駆動回路、及び、その電源回路又はそのモータ駆動回路を備えた冷凍装置
 DCバスに電力を供給する電源回路、その電源回路を備えたモータ駆動回路、及び、その電源回路又はそのモータ駆動回路を備えた冷凍装置に関する。
 従来、DCバスに電力を供給する電源回路には、例えば、特許文献1(特開2015-233396号公報)に記載の電力変換装置に開示されているように、交流電源と整流回路とを結ぶ電源ラインにメインリレーが設けられ、メインリレーと並列に限流抵抗と限流リレーとからなる限流回路が接続されている。そして、交流電源が電力供給を開始すると、メインリレーがオフの状態で限流リレーがオンし、コンデンサが充電された後、メインリレーがオン、限流リレーがオフする。これによって、コンデンサに突入電流が流れることを防止している。
 しかしながら、電源回路の電力供給する対象が、ブラシレスDCモータのような、外力で回転させられると誘起電圧を発生する負荷である場合、電源回路から電力が供給されていない状態であっても、誘起電圧によって電源回路の制御手段を起動することができる。
 負荷側の誘起電圧によって制御手段が起動すると、コンデンサが十分に充電されていないにもかかわらずメインリレーがオンし、突入電流が流れて部品が破壊される虞がある。それゆえ、突入電流による部品の破壊を抑制するという課題がある。
 第1観点の電源回路は、少なくとも一対のDCバスに電力を供給する電源回路であって、整流回路と、コンデンサと、メインリレーと、マイクロコンピュータとを備えている。整流回路は、交流電源の交流電圧を整流する。コンデンサは、整流回路で整流された電圧を平滑する。メインリレーは、接点をオン又はオフすることによって、交流電源とコンデンサとを結ぶ電源ラインを導通させる状態および導通させない状態のいずれかの状態に切り換わる。マイクロコンピュータは、電源ラインを導通させるか否かの決定を行う。マイクロコンピュータが起動された場合において、マイクロコンピュータは、コンデンサの充電電圧が所定値以下である場合には、電源ラインを導通させないようにメインリレーを制御する。
 この電源回路では、コンデンサが十分充電されていない状態でマイクロコンピュータが起動しても、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第2観点の電源回路は、第1観点の電源回路であって、DCバス電圧を検出する電圧検出器をさらに備えている。マイクロコンピュータは、電圧検出器の検出値が所定閾値以下である場合には、電源ラインを導通させない。
 この電源回路では、実際のDCバス電圧を取得するので、DCバス電圧が上昇しているか否かを判定し、適正値でないときには、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第3観点の電源回路は、第2観点の電源回路であって、電圧検出器が、DCバス電圧としてコンデンサの端子間電圧を検出する。
 この電源回路では、DCバス電圧として、実際のコンデンサの端子間電圧を検出するので、コンデンサが充電されていないときにマイクロコンピュータが起動しても、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第4観点の電源回路は、第1観点に係る電源回路であって、交流電源の電源電圧位相を検出する電源電圧位相検出回路をさらに備えている。マイクロコンピュータは、電源電圧位相検出回路によって位相が検出されない場合には、電源ラインを導通させない。
 この電源回路では、電源電圧位相検出回路から位相が検出されないときは、コンデンサが本来の経路で充電されていないことを意味しており、マイクロコンピュータが起動しても、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第5観点の電源回路は、第1観点の電源回路であって、限流抵抗と、充電電流検出器とをさらに備えている。限流抵抗は、コンデンサに流れる電流を制限する。充電電流検出器は、限流抵抗に流れる電流を検出する。マイクロコンピュータは、充電電流検出器によって電流が検出されない場合には、電源ラインを導通させない。
 この電源回路では、限流抵抗に流れる電流が検出されないときは、コンデンサが本来の経路で充電されていないことを意味しており、マイクロコンピュータが起動しても、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第6観点の電源回路は、第1観点の電源回路であって、限流抵抗と、限流リレーとをさらに備えている。限流抵抗は、コンデンサに流れる電流を制限する。限流リレーは、接点をオン又はオフすることによって、限流抵抗に電流を流す第1状態および電流を流さない第2状態のいずれかの状態に切り換わる。マイクロコンピュータは、限流リレーが第2状態の場合には、電源ラインを導通させない。
 この電源回路では、限流リレーが第1状態でないときは、コンデンサが本来の経路で充電されていないことを意味しており、マイクロコンピュータが起動しても、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第7観点のモータ駆動回路は、DCモータを駆動するモータ駆動回路であって、DCモータに電力を供給する第1観点から第6観点のいずれか一つの電源回路を備えている。
 第8観点のモータ駆動回路は、第7観点のモータ駆動回路であって、制御用電源をさらに備えている。制御用電源は、電源回路のマイクロコンピュータを起動させる制御用電圧をDCモータの誘起電圧から生成する。
 このモータ駆動回路では、モータの誘起電圧によってコンデンサが充電され、制御用電圧が生成され、それによってマイクロコンピュータが起動したとしても、本来の経路で充電されていないことを確認することができ、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第9観点の冷凍装置は、利用ユニットと熱源ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成した冷凍装置であって、冷凍装置に搭載されるDCモータに適用する請求項7又は請求項8に記載のモータ駆動回路を備えている。
 第10観点の冷凍装置は、第9観点の冷凍装置であって、熱源ユニットが、冷媒回路の放熱器または蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、熱源側熱交換器への空気の流れを生成するファンとを含んでいる。モータ駆動回路は、ファンのDCモータを駆動する。
 この冷凍装置では、ファンが外力で回転しモータの誘起電圧によってコンデンサが充電され、制御用電圧が生成され、それによってマイクロコンピュータが起動したとしても、本来の経路で充電されていないことを確認することができ、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第11観点の冷凍装置は、利用ユニットと熱源ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成した冷凍装置であって、冷凍装置に搭載されるDCモータに電力を供給する第6観点の電源回路と、利用ユニットと熱源ユニットとが通信を行うための利用側通信器および熱源側通信器とを備えている。電源回路のマイクロコンピュータは、利用側通信器と熱源側通信器との間で通信された情報から、限流リレーが第2状態である情報を得た場合には、電源ラインを導通させない。
 この冷凍装置では、限流リレーを第1状態にしたことを通信情報から確認することができないとき、コンデンサが本来の経路で充電されていないことを意味しており、マイクロコンピュータが起動しても、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第12観点の冷凍装置は、第11観点の冷凍装置であって、熱源ユニットが、冷媒回路の放熱器または蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、熱源側熱交換器への空気の流れを生成するファンとを含んでいる。電源回路は、ファンのDCモータに電力を供給する。
 この冷凍装置では、ファンが外力で回転しモータの誘起電圧によってコンデンサが充電されたとしても、本来の経路で充電されていないことを確認することができ、マイクロコンピュータが起動しても、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第13観点の電源回路は、第11観点又は第12観点の冷凍装置であって、制御用電源をさらに備えている。制御用電源は、電源回路のマイクロコンピュータを起動させる制御用電圧をDCモータの誘起電圧から生成する。
 この冷凍装置では、ファンが外力で回転しモータの誘起電圧によってコンデンサが充電され、制御用電圧が生成され、それによってマイクロコンピュータが起動したとしても、本来の経路で充電されていないことを確認することができ、メインリレーが電源ラインを導通させない。
 第14観点の冷凍装置は、第9観点から第13観点のいずれか一つの冷凍装置であって、熱源ユニットを制御する熱源側マイクロコンピュータをさらに備えている。熱源側マイクロコンピュータが、電源回路のマイクロコンピュータを兼ねている。
本開示の第1実施形態に係る電源回路が搭載されている冷凍装置である空調機の構成図。 本開示の第1実施形態に係る電源回路を含むモータ駆動回路の回路ブロック図。 モータ回転数に対する誘起電圧ピーク値を示すグラフ。 熱源側マイクロコンピュータが起動するまでの通常の動作を示すフローチャート。 熱源側マイクロコンピュータが誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでのフローチャート。 電圧抑制制御時のU相、V相及びW相に対応する上アームおよび下アームのトランジスタのオン・オフ状態を示した表。 図6のように上アームの全てのトランジスタをオフ、下アームの全てのトランジスタをオンしたときのインバータとファンモータとを流れる電流を示すイメージ図。 変形例において、熱源側マイクロコンピュータが誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでのフローチャート。 第2実施形態における限流回路の拡大図。 第2実施形態において、熱源側マイクロコンピュータが誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでの制御を示すフローチャート。 第3実施形態において、熱源側マイクロコンピュータが誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでの制御を示すフローチャート。 本開示の第4実施形態に係る電源回路を含むモータ駆動回路の回路ブロック図。 第4実施形態において、熱源側マイクロコンピュータが誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでの制御を示すフローチャート。
 <第1実施形態>
 (1)空調機100の概要
 図1は、本開示の第1実施形態に係る電源回路が搭載されている冷凍装置である空調機100の構成図である。図1において、空調機100は、利用ユニット2と熱源ユニット3とによって構成されている。
 空調機100は、圧縮機15、四路切換弁16,熱源側熱交換器17、減圧機構としての膨張弁18、及び利用側熱交換器13が、冷媒配管によって環状に接続された冷媒回路110を有している。
 (1-1)利用ユニット2
 冷媒回路11のうち、利用側熱交換器13は利用ユニット2に属している。また、利用ユニット2には、利用側ファン14が搭載されている。利用側ファン14は、利用側熱交換器13への空気の流れを生成する。
 図2は、本開示の第1実施形態に係る電源回路20を含むモータ駆動回路30の回路ブロック図である。図2において、利用ユニット2側には、制御用電源31、利用側通信器35、及び利用側マイクロコンピュータ41が搭載されている。制御用電源31および利用側通信器35はともに利用側マイクロコンピュータ41に接続されている。
 利用側通信器35は、利用ユニット2が熱源ユニット3と通信を行う際に使用される。制御用電源31は、交流電源91から電源ライン801,802を介して電力を受け制御用電圧を利用側マイクロコンピュータ41に供給しているので、空調機100が運転していない待機中も利用側マイクロコンピュータ41は起動している。
 (1-2)熱源ユニット3
 冷媒回路11のうちの圧縮機15、四路切換弁16,熱源側熱交換器17、及び膨張弁18は熱源ユニット3に属している。また、熱源ユニット3には、熱源側ファン19が搭載されている。熱源側ファン19は、熱源側熱交換器17への空気の流れを生成する。
 また、図2に示すように、熱源ユニット3側には、モータ駆動回路30、制御用電源32、熱源側通信器36、及び熱源側マイクロコンピュータ42が搭載されている。モータ駆動回路30、制御用電源32および熱源側通信器36はともに熱源側マイクロコンピュータ42に接続されている。
 モータ駆動回路30は、ファンモータ19bを駆動するための回路である。熱源側通信器36は、熱源ユニット3が利用ユニット2と通信を行う際に使用される。制御用電源32は、制御用電圧を熱源側マイクロコンピュータ42に供給する。熱源側マイクロコンピュータ42はモータ駆動回路30を介してファンモータ19bを制御し、さらに熱源ユニット3の他の機器の制御も行う。
 ファンモータ19bは、3相のブラシレスDCモータであって、ステータ191と、ロータ193とを備えている。ステータ191は、スター結線されたU相、V相及びW相の駆動コイルLu,Lv,Lwを含む。各駆動コイルLu,Lv,Lwの一方端は、それぞれインバータ25から延びるU相、V相及びW相の各配線の駆動コイル端子TU,TV,TWに接続されている。各駆動コイルLu,Lv,Lwの他方端は、互いに端子TNとして接続されている。これら3相の駆動コイルLu,Lv,Lwは、ロータ193が回転することによりその回転速度とロータ193の位置に応じた誘起電圧を発生させる。
 ロータ193は、N極及びS極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ191に対し回転軸を中心として回転する。
 (2)モータ駆動回路30の詳細構成
 モータ駆動回路30は、図2に示すように、熱源ユニット3側に搭載されている。モータ駆動回路30は、主に、電源回路20、インバータ25と、ゲート駆動回路26と、制御用電源32と、熱源側マイクロコンピュータ42とで構成されている。
 電源回路20は、主に、整流回路21と、コンデンサ22と、電圧検出器23と、限流回路86とで構成されている。なお、熱源側マイクロコンピュータ42は、各種リレーを操作して電源回路20を制御するので、電源回路20の構成要素でもある。
 (2-1)整流回路21
 整流回路21は、4つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2bによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD1aとD1b、D2aとD2bは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD1a,D2aの各カソード端子は、共にコンデンサ22のプラス側端子に接続されており、整流回路21の正側出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2bの各アノード端子は、共にコンデンサ22のマイナス側端子に接続されており、整流回路21の負側出力端子として機能する。
 ダイオードD1a及びダイオードD1bの接続点は、交流電源91の一方の極に電源ライン805、メインリレー87、電源ライン804を介して接続されている。ダイオードD2a及びダイオードD2bの接続点は、交流電源91の他方の極に電源ライン803を介して接続されている。整流回路21は、交流電源91から出力される交流電圧を整流して直流電圧を生成し、これをコンデンサ22へ供給する。
 (2-2)コンデンサ22
 コンデンサ22は、一端が整流回路21の正側出力端子に接続され、他端が整流回路21の負側出力端子に接続されている。コンデンサ22は、交流電圧が整流回路21を介して充電され、電荷を貯えることで、整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ22による平滑後の電圧をDCバス電圧Vdcという。
 DCバス電圧Vdcは、コンデンサ22の出力側に接続されるインバータ25へ印加される。つまり、整流回路21及びコンデンサ22は、インバータ25に対する電源回路20を構成している。
 なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、コンデンサ22としてフィルムコンデンサが採用される。
 (2-3)電圧検出器23
 電圧検出器23は、コンデンサ22の出力側に接続されており、コンデンサ22の両端電圧、即ちDCバス電圧Vdcの値を検出するためのものである。電圧検出器23は、例えば、互いに直列に接続された2つの抵抗がコンデンサ22に並列接続され、DCバス電圧Vdcが分圧されるように構成される。それら2つの抵抗同士の接続点の電圧値は、熱源側マイクロコンピュータ42に入力される。
 (2-4)電流検出器24
 電流検出器24は、コンデンサ22及びインバータ25の間であって、かつコンデンサ22の負側出力端子側に接続されている。電流検出器24は、ファンモータ19bの起動後、ファンモータ19bに流れるモータ電流を三相分の電流の合計値として検出する。
 電流検出器24は、例えば、シャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出器24によって検出されたモータ電流は、熱源側マイクロコンピュータ42に入力される。
 (2-5)インバータ25
 インバータ25は、ファンモータ19bのU相、V相及びW相の駆動コイルLu,Lv,Lwそれぞれに対応する3つの上下アームが互いに並列に、且つコンデンサ22の出力側に接続されている。
 図2において、インバータ25は、複数のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという)Q3a,Q3b,Q4a,Q4b,Q5a,Q5b及び複数の還流用のダイオードD3a,D3b,D4a,D4b,D5a,D5bを含む。
 トランジスタQ3aとQ3b、Q4aとQ4b、Q5aとQ5bは、それぞれ互いに直列に接続されることによって各上下アームを構成しており、それによって形成された接続点NU,NV,NWそれぞれから対応する相の駆動コイルLu,Lv,Lwに向かって出力線が延びている。
 各ダイオードD3a~D5bは、各トランジスタQ3a~Q5bに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。このそれぞれ並列接続されたトランジスタとダイオードにより、スイッチング素子が構成される。
 インバータ25は、コンデンサ22からのDCバス電圧Vdcが印加され、かつゲート駆動回路26により指示されたタイミングで各トランジスタQ3a~Q5bがオン及びオフを行うことによって、ファンモータ19bを駆動する駆動電圧SU,SV,SWを生成する。この駆動電圧SU,SV,SWは、各トランジスタQ3aとQ3b、Q4aとQ4b、Q5aとQ5bの各接続点NU,NV,NWからファンモータ19bの駆動コイルLu,Lv,Lwに出力される。
 (2-6)ゲート駆動回路26
 ゲート駆動回路26は、熱源側マイクロコンピュータ42からの指令電圧に基づき、インバータ25の各トランジスタQ3a~Q5bのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路26は、熱源側マイクロコンピュータ42によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧SU,SV,SWがインバータ25からファンモータ19bに出力されるように、各トランジスタQ3a~Q5bのゲートに印加するゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。生成されたゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzは、それぞれのトランジスタQ3a~Q5bのゲート端子に印加される。
 (2-7)制御用電源32
 制御用電源32は、DCバス電圧Vdcを受けて制御用電圧を生成する。DCバス電圧Vdcは、コンデンサ22の端子間電圧であり、コンデンサ22への充電状態と電源電圧位相、及び負荷状態に依存する。
 コンデンサ22は、通常は、交流電源91の交流電圧により流れる電流が限流抵抗81を介して流れることによって、徐々に充電される。一方、空調機100が運転を停止している間は、交流電源91からの電力供給を受けないので、コンデンサ22は充電されておらず、制御用電源32への電源供給はない。
 一方、熱源ユニット3は、通常、屋外に配置されるので、強風によって熱源側ファン19のプロペラファン19aが回転し、それに応じてファンモータ19bが回転する。図3は、モータ回転数に対する誘起電圧ピーク値を示すグラフであるが、図3に示すように、ファンモータ19bはブラシレスDCモータであり、回転数にほぼ比例した誘起電圧を発生させる。誘起電圧が発生することにより、DCバス電圧Vdcが上昇する。
 本実施形態では、ファンモータ19bの回転数NoがN1以上となり、ファンモータ19bから発生した誘起電圧によってDCバス電圧Vdcが第1閾値V1以上になったとき、その電圧を利用して制御用電圧を生成することができるように構成されている。
 (2-8)限流抵抗81
 限流抵抗81は、コンデンサ22を徐々に充電するために設けられている。利用ユニット2が起動リレー80をオンしたとき、いきなり交流電源91が電源回路20に接続されると、過大な突入電流によりインバータ25を構成する電子部品が破壊される虞がある。それゆえ、通常ではメインリレー87が接点間をオフして、交流電源91とコンデンサ22とを結ぶ電源ラインを導通させていない。
 したがって、利用ユニット2が起動リレー80をオンすると、交流電源91の交流電圧は起動リレー80、限流抵抗81と電源ライン804、803を介して整流回路21に印加され、限流抵抗81の抵抗値と交流電源91の交流電圧に応じた電流がコンデンサ22に流れて、コンデンサ22が徐々に充電される。
 (2-9)限流リレー83
 限流リレー83の接点間はノーマルオンの状態であり、利用ユニット2が起動リレー80をオンしたとき、メインリレー87をバイパスするように限流抵抗81と整流回路21との間を導通状態にする。
 つまり、限流リレー83は、接点をオン又はオフすることによって、限流抵抗81に電流を流す第1状態および電流を流さない第2状態のいずれかの状態に切り換わる。なお、限流リレー83は、コンデンサ22が適度に充電されてからオフ動作する。
 (2-10)メインリレー87
 メインリレー87は、交流電源91とコンデンサ22とを結ぶ電源ライン上に接続されている。メインリレー87は、電源ラインを導通させる状態および導通させない状態のいずれかの状態に切り換わる。
 既に説明した通り、利用ユニット2が起動リレー80をオンしたときに、いきなり交流電源91が電源回路20に投入されることを防止するために、メインリレー87の接点間はオフして、電源ラインを導通させない状態になっている。
 説明の便宜上、リレーの接点間がオンすることを「・・・リレーがオンする」、リレーの接点間がオフすることを「・・・リレーがオフする」という。メインリレー87は、コンデンサ22が適度に充電され、限流リレー83がオフした後に、オンする。
 (2-11)熱源側マイクロコンピュータ42
 熱源側マイクロコンピュータ42は、電圧検出器23、電流検出器24、及びゲート駆動回路26と接続されている。本実施形態では、熱源側マイクロコンピュータ42は、ファンモータ19bをロータ位置センサレス方式にて駆動させている。なお、ロータ位置センサレス方式に限定されるものではないので、センサ方式で行なってもよい。
 ロータ位置センサレス方式とは、ファンモータ19bの特性を示す各種パラメータ、ファンモータ19b起動後の電圧検出器23の検出結果、電流検出器24の検出結果、及びファンモータ19bの制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するPI制御、モータ電流に対するPI制御等を行い駆動する方式である。ファンモータ19bの特性を示す各種パラメータとしては、使用されるファンモータ19bの巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。なお、ロータ位置センサレス制御については多くの特許文献が存在するので、詳細はそれらを参照されたい(例えば、特開2013-17289号公報)。
 (3)メインリレーがオンするまでの利用側マイクロコンピュータ41の動作
 図2において、制御用電源31は、交流電源91から電源ライン801,802を介して電力を受け制御用電圧を利用側マイクロコンピュータ41に供給しているので、待機中も利用側マイクロコンピュータ41は起動している。
 図4は、熱源側マイクロコンピュータ42が起動するまでの通常の動作を示すフローチャートである。以下、図4のフローに沿って説明する。
 (ステップS1)
 利用側マイクロコンピュータ41は、ステップS1において、運転指令の有無を判定する。例えば、空調機100がリモコン(図示せず)から「冷房」、「暖房」、「送風」のいずれかの運転指令信号を受信すると、利用側マイクロコンピュータ41は「運転指令がある」と判定する。
 (ステップS2)
 利用側マイクロコンピュータ41は、ステップS2において、利用ユニット2の起動リレー80をオンし、同時にタイマーを起動して、ステップS3へ進む。
 起動リレー80がオンすることによって、利用側通信器35に電力が供給されるので、利用側通信器35は通信が可能となる。
 また、熱源ユニット3の限流回路86にも電力が供給され、限流回路86の限流リレー83の接点間はノーマルオンであるので、限流抵抗81を介してコンデンサ22に充電電流が流れる。このとき、熱源側通信器36にも電力が供給されるので、熱源側通信器36は通信が可能となる。
 (ステップS3)
 利用側マイクロコンピュータ41は、ステップS3において、利用ユニット2の起動リレー80がオンしてから所定時間tが経過したか否かを判定し、所定時間tが経過しているときはステップS4へ進む。
 なお、回路に以上がなければ起動リレー80がオンしてから所定時間tが経過する前に、コンデンサ22の端子間電圧(DCバス電圧Vdc)が第1閾値V1以上になり、熱源ユニット3の制御用電源32が制御用電圧を生成し熱源側マイクロコンピュータ42が起動する。
 (ステップS4)
 利用側マイクロコンピュータ41は、ステップS4において、利用側通信器35を介して熱源側通信器36に「限流リレー83をオフしてメインリレー87をオンするための指令」を送信する。
 なお、利用側マイクロコンピュータ41は先のステップS3において起動リレー80がオンしてから所定時間tが経過しているので、熱源側マイクロコンピュータ42が起動しているものと推定されている。
 熱源側マイクロコンピュータ42は、熱源側通信器36が受けた当該指令に従って、限流リレー83をオフしてメインリレー87をオンする。
 上記の動作を行うことによって、限流されないままコンデンサ22への充電が開始されることが防止されている。
 (4)誘起電圧で起動した熱源側マイクロコンピュータ42の動作
 しかしながら、制御用電源32がファンモータ19bからの誘起電圧を利用して制御用電圧が生成された場合、コンデンサ22が十分に充電されないまま、メインリレー87をオンにすると、限流抵抗81を介さずにコンデンサ22の充電が開始されるので、突入電流が流れてインバータ25を構成する電子部品が破壊される虞がある。
 そこで、起動した熱源側マイクロコンピュータ42は、コンデンサ22が本来の経路(限流抵抗81を介した経路)で充電されたか否かを判定し、本来の経路で充電されていないと判定したときは、メインリレー87をオンさせない。
 さらに、熱源側マイクロコンピュータ42は、メインリレー87をオンさせないまま、DCバス電圧Vdcの検出を行い、ファンモータ19bの回転数Noを推定している。
 これは、熱源側マイクロコンピュータ42が回転数指令を出力していないにもかかわらず、回転数Noが所定回転数N2以上になった場合に、DCバス電圧Vdcが第2閾値V2以上となって電子部品を危険に晒す虞があり、それを回避する手段として、誘起電圧を抑制してDCバス電圧Vdcを下げる「電圧抑制制御」をするためである。以下、制御フローを参照しながら説明する。
 図5は、熱源側マイクロコンピュータ42が誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでのフローチャートである。
 (ステップS11)
 先ず、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS11において、制御用電源32から制御用電圧の供給を受けて起動する。
 (ステップS12)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS12において、電圧検出器23を介してDCバス電圧Vdcを検出する。
 (ステップS13)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS13において、DCバス電圧Vdcが適正充電電圧Vchgに到達しているか否かを判定する。熱源側マイクロコンピュータ42は、「DCバス電圧Vdcが適正充電電圧Vchgに到達していない(Vdc<Vchg)」と判定したときはステップS14に進み、それ以外はステップS19へ進む。
 (ステップS14)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS14において、メインリレー87をオンさせない。なぜなら、Vdc<Vchgであるので、コンデンサ22が十分に充電されておらず、メインリレー87がオンすると突入電流が発生し、インバータ25を構成する部品を破壊する虞があるからである。
 (ステップS15)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS15において、電圧検出器23を介してDCバス電圧Vdcを検出し、ファンモータ19bの回転数Noを推定する。
 (ステップS16)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS16において、回転数Noが所定回転数N2以上であるか否かを判定し、No≧N2と判定したときはステップS17へ進む。
 (ステップS17)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS17において、回転数指令を出力していないか否かを判定し、回転数指令を出力していないと判定したときはステップS18へ進む。
 (ステップS18)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS18において、ファンモータ19bの誘起電圧を抑制する制御である「電圧抑制制御」を行う。電圧抑制制御は、ファンモータ19bに制動をかける制御であり、詳細は後段の「熱源側マイクロコンピュータ42の電圧抑制制御」にて説明する。
 (ステップS19)
 一方、先のステップS13で熱源側マイクロコンピュータ42が「DCバス電圧Vdcが適正充電電圧Vchgに到達している(Vdc≧Vchg)」と判定した場合は、ステップS14において、メインリレー87をオンにする。なぜなら、Vdc≧Vchgであるので、コンデンサ22が十分に充電されており、メインリレー87がオンしても突入電流が抑制されるからである。
 (5)熱源側マイクロコンピュータ42の電圧抑制制御
 熱源側マイクロコンピュータ42が起動後、「コンデンサ22が適正充電電圧Vchgまで充電されていない」、又は「コンデンサ22が本来の経路で充電されていない」と判断した場合、メインリレー87をオンさせずに、ファンモータ19bの誘起電圧を抑制する電圧抑制制御を行う。
 電圧抑制制御とは、ファンモータ19bに制動をかける制御であって、本実施形態では、全ての上下アームの2つのトランジスタQ3a、Q3b,Q4a、Q4b,Q5a、Q5bのいずれか片方のアームのトランジスタ全てをオンにして、ファンモータ19bに制動をかけている。
 例えば、下アームの全てのトランジスタをオフにし、上アームの全てのトランジスタをオンしてもよいし、反対に、上アームの全てのトランジスタをオフにし、下アームの全てのトランジスタをオンにしてもよい。
 図6は、電圧抑制制御時のU相、V相及びW相に対応する上アームおよび下アームのトランジスタのオン・オフ状態を示した表である。また、図7は、図6のように上アームの全てのトランジスタをオフ、下アームの全てのトランジスタをオンしたときのインバータ25とファンモータ19bとを流れる電流を示すイメージ図である。電流の流れる方向は、各相の誘起電圧位相すなわち回転中のロータ位置により変化する。
 図6及び図7において、本実施形態では、上アームの全てのトランジスタQ3a,Q4a,Q5aをオフにし、下アームの全てのトランジスタQ3b,Q4b,Q5bをオンにしている。
 全ての下アームのトランジスタQ3b,Q4b,Q5bをオンにすることによって、ファンモータ19bの誘起電圧によって流れる電流を還流させ、ファンモータ19bの誘起電圧によるDCバス電圧Vdcの昇圧を防止しながら、ファンモータ19bの内部インピーダンスに応じた電流を流して制動させるので、回転数の上昇を抑制し、誘起電圧の上昇が抑制される。
 (6)第1実施形態の変形例
 上記の第1実施形態では、電圧抑制制御を実行するための条件として、DCバス電圧Vdcの値に基づいて、ファンモータ19bの回転数Noを推定し、さらに熱源側マイクロコンピュータ42からゲート駆動回路26に対して回転数指令を出力していないことを挙げている。
 しかしながら、あえてファンモータ19bの回転数Noを推定するまでもなく、DCバス電圧Vdcが電子部品を危険に晒す虞のある値に到達していれば、電圧抑制制御を実行してもよい。
 以下、図面を参照しながら、変形例における熱源側マイクロコンピュータ42によるメインリレー87の制御について説明する。
 図8は、変形例において、熱源側マイクロコンピュータ42が誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでのフローチャートである。
 (ステップS21)
 先ず、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS21において、制御用電源32から制御用電圧の供給を受けて起動する。
 (ステップS22)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS22において、電圧検出器23を介してDCバス電圧Vdcを検出する。
 (ステップS23)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS23において、DCバス電圧Vdcが適正充電電圧Vchgに到達しているか否かを判定する。熱源側マイクロコンピュータ42は、Vdc<Vchgであると判定したときはステップS24に進み、それ以外はステップS28へ進む。
 (ステップS24)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS24において、メインリレー87をオンさせない。なぜなら、Vdc<Vchgであるので、コンデンサ22が十分に充電されておらず、メインリレー87がオンすると突入電流が発生し、インバータ25を構成する部品を破壊する虞があるからである。
 (ステップS25)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS25において、電圧検出器23を介してDCバス電圧Vdcを検出する。
 (ステップS26)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS26において、電圧検出器23の検出値(Vdc)が第2閾値V2以上であるか否かを判定し、Vdc≧V2と判定したときはステップS27へ進む。
 (ステップS27)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS27において、上記の第1実施形態で説明した「電圧抑制制御」を行う。
 (ステップS28)
 一方、先のステップS23で熱源側マイクロコンピュータ42が「DCバス電圧Vdcが適正充電電圧Vchgに到達している」と判定した場合は、ステップS28において、メインリレー87をオンにする。なぜなら、DCバス電圧Vdc≧適正充電電圧Vchgであるので、コンデンサ22が十分に充電されており、メインリレー87がオンしても突入電流が抑制されるからである。
 (7)特徴
 (7-1)
 電源回路20では、熱源側マイクロコンピュータ42が、コンデンサ22に十分充電されていない状態で起動しても、メインリレー87がオンせず電源ラインを導通させないので、限流されないままコンデンサ22への充電が開始されることが回避され、突入電流による部品の破壊が抑制される。
 (7-2)
 電源回路20では、実際のDCバス電圧Vdcを電圧検出器23で検知して、DCバス電圧Vdcが上昇しているか否かを判定し、適正値でないときには、メインリレー87をオンせず電源ラインを導通させない。
 (7-3)
 電源回路20では、DCバス電圧Vdcとして、実際のコンデンサ22の端子間電圧を検出するので、コンデンサ22が充電されていないときに熱源側マイクロコンピュータ42が起動しても、メインリレー87がオンせず電源ラインを導通させない。
 (7-4)
 モータ駆動回路30では、ファンモータ19bの誘起電圧によってコンデンサ22が充電され、制御用電源32において制御用電圧が生成され、それによって熱源側マイクロコンピュータ42が起動したとしても、本来の経路で充電されていないことを確認することができ、メインリレー87がオンせず電源ラインを導通させない。
 (7-5)
 空調機100では、熱源側ファン19のプロペラファン19aが外力で回転しファンモータ19bの誘起電圧によってコンデンサ22が充電され、制御用電源32で制御用電圧が生成され、それによって熱源側マイクロコンピュータ42が起動したとしても、本来の経路で充電されていないことを確認することができ、メインリレー87がオンせず電源ラインを導通させない。
 (7-6)
 熱源側マイクロコンピュータ42は、電源回路20のマイクロコンピュータを兼ねているので、部品点数の削減に寄与している。
 <第2実施形態>
 第1実施形態では、「メインリレー87をオンさせない」ための条件として、「DCバス電圧Vdcが適正充電電圧Vchgに到達していない(Vdc<Vchg)」ことを挙げている。
 しかしながら、それに限定されるものでなく、例えば、コンデンサ22への充電電流が流れているか否かを判定し、充電電流がながれていなければ、ファンモータ19bの誘起電圧によってコンデンサ22が充電されたものと推定することができるので、「メインリレー87をオンさせない」ための条件となり得る。
 図9は、第2実施形態における限流回路86Bの拡大図である。図9において、限流回路86Bは充電電流検出器85を有しているという点で、上記実施形態における限流回路86と相違する。
 コンデンサ22が本来の経路で充電され、制御用電源32によって制御用電圧が生成されて熱源側マイクロコンピュータ42が起動したとき、熱源側マイクロコンピュータ42は充電電流検出器85を介して充電電流を検出することができる。
 (1)動作
 以下、図面を参照しながら、第2実施形態における熱源側マイクロコンピュータ42によるメインリレー87の制御について説明する。
 図10は、第2実施形態において、熱源側マイクロコンピュータ42が誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでのフローチャートである。
 (ステップS31)
 先ず、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS31において、制御用電源32から制御用電圧の供給を受けて起動する。
 (ステップS32)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS32において、充電電流検出器85を介して充電電流Icを検出する。
 (ステップS33)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS33において、充電電流Icが0であるか否かを判定する。熱源側マイクロコンピュータ42は、充電電流Ic=0であると判定したときはステップS34に進み、それ以外はステップS38へ進む。
 (ステップS34)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS34において、メインリレー87をオンさせない。なぜなら、コンデンサ22が本来の経路で充電されておらず、メインリレー87がオンすると突入電流が発生し、インバータ25を構成する部品を破壊する虞があるからである。
 (ステップS35)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS35において、電圧検出器23を介してDCバス電圧Vdcを検出する。
 (ステップS36)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS36において、電圧検出器23の検出値(Vdc)が第2閾値V2以上であるか否かを判定し、Vdc≧V2と判定したときはステップS37へ進む。
 (ステップS37)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS37において、上記の第1実施形態で説明した「電圧抑制制御」を行う。
 (ステップS38)
 一方、先のステップS33で熱源側マイクロコンピュータ42が「充電電流Ic=0である」と判定しなかったときは、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS38において、メインリレー87をオンにする。なぜなら、充電電流Ic>0であるので、コンデンサ22が本来の経路で充電されており、メインリレー87がオンしても突入電流が抑制されるからである。
 なお、上記ステップでは「充電電流Icが0であるか否か」のみをステップS34へ移行する判定条件としているが、コンデンサ22の充電には時間がかかるので、「所定時間、充電電流Icが0であるか否か」のように、充電時間を判定条件に加えてもよい。
 (2)第2実施形態の特徴
 空調機100では、熱源側マイクロコンピュータ42が起動しても、限流抵抗81に流れる電流が検出されないときは、「コンデンサ22が本来の経路で充電されていない」と判断して、メインリレー87がオンせず電源ラインを導通させない。
 その結果、限流されないままコンデンサ22への充電が開始されることが回避され、突入電流による部品の破壊が抑制される。
 <第3実施形態>
 先のコンデンサ22の通常の充電動作で説明したとおり、熱源側マイクロコンピュータ42は、熱源側通信器36が利用ユニット2から受けた指令に従って、限流リレー83をオフしてメインリレー87をオンする。
 したがって、熱源側マイクロコンピュータ42は起動後、利用ユニット2と通信を行って、限流抵抗81に通電したか否かを確認すれば、コンデンサ22が本来の経路で充電されたか否かを判定することができる。
 (1)動作
 図11は、第3実施形態において、熱源側マイクロコンピュータ42が誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでの制御を示すフローチャートである。
 (ステップS41)
 先ず、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS41において、制御用電源32から制御用電圧の供給を受けて起動する。
 (ステップS42)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS42において、熱源側通信器36の通信履歴を確認する。
 (ステップS43)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS43において、利用ユニット2からの要求指令に従って限流抵抗81に通電したか否かを判定する。熱源側マイクロコンピュータ42は、「限流抵抗81に通電していない」と判定したときはステップS44に進み、それ以外はステップS48へ進む。
 (ステップS44)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS44において、メインリレー87をオンさせない。なぜなら、コンデンサ22が本来の経路で充電されておらず、メインリレー87がオンすると突入電流が発生し、インバータ25を構成する部品を破壊する虞があるからである。
 (ステップS45)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS45において、電圧検出器23を介してDCバス電圧Vdcを検出する。
 (ステップS46)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS46において、電圧検出器23の検出値(Vdc)が第2閾値V2以上であるか否かを判定し、Vdc≧V2と判定したときはステップS47へ進む。
 (ステップS47)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS47において、上記の第1実施形態で説明した「電圧抑制制御」を行う。
 (ステップS48)
 一方、先のステップS43で熱源側マイクロコンピュータ42が「限流抵抗81に通電していない」と判定しなかったときは、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS48において、メインリレー87をオンにする。なぜなら、限流抵抗81に通電した、すなわち限流リレー83をオンさせたので、コンデンサ22が本来の経路で充電されており、メインリレー87がオンしても突入電流が抑制されるからである。
 なお、上記ステップでは「限流抵抗81に通電したか否か」のみをステップS44へ移行する判定条件としているが、コンデンサ22の充電には時間がかかるので、「所定時間、限流抵抗81に通電したか否か」のように、充電時間を判定条件に加えてもよい。
 (2)第3実施形態の特徴
 空調機100では、熱源側マイクロコンピュータ42が起動しても、限流抵抗81に電流を流したことを利用側通信器35と熱源側通信器36との通信情報から確認することができないとき、「コンデンサ22が本来の経路で充電されていない」と判断して、メインリレー87がオンせず電源ラインを導通させない。
 その結果、限流されないままコンデンサ22への充電が開始されることが回避され、突入電流による部品の破壊が抑制される。
 <第4実施形態>
 上記各実施形態では、モータ駆動回路30はインバータ25を搭載しているが、インバータ制御のために、交流電源の電源電圧位相を検出する回路(以下、電源電圧位相検出回路という。)が搭載される場合がある。あるいは、整流回路にスイッチを設けて電源位相に同期した制御を行なう場合にも、電源電圧位相検出回路が搭載される。
 (1)モータ駆動回路30の構成
 図12は、本開示の第4実施形態に係る電源回路を含むモータ駆動回路の回路ブロック図である。なお、利用ユニット2側の回路については、図2と同じであるので記載を省略している。
 図12において、図2の第1実施形態のモータ駆動回路との違いは、整流回路21に替えてコンバータ27を採用し、ゲート駆動回路28と、電源電圧位相検出回路29と、リアクタ33を新たに追加している点であり、これら以外は、第1実施形態と同様である。
 ここでは、コンバータ27、ゲート駆動回路28と、電源電圧位相検出回路29と、リアクタ33について説明し、他の構成については記載を省略する。
 (1-1)コンバータ27
 図12において、コンバータ27は、複数のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという)Q1a,Q1b,Q2a,Q2b及び複数のダイオードD1a,D1b,D2a,D2bを含んでいる。
 トランジスタQ1aとQ1bは互いに直列に接続されることによって上下アームを構成しており、それによって形成された接続点は、交流電源91の一方の極に電源ライン805、メインリレー87、電源ライン804を介して接続されている。
 トランジスタQ2aとQ2bは互いに直列に接続されることによって上下アームを構成しており、それによって形成された接続点は、交流電源91の他方の極に電源ライン803を介して接続されている。
 各ダイオードD1a~D2bは、各トランジスタQ1a~Q2bに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。このそれぞれ並列接続されたトランジスタとダイオードにより、スイッチング素子が構成される。
 コンバータ27は、ゲート駆動回路28により指示されたタイミングで各トランジスタQ1a~Q2bがオン及びオフを行う。
 (1-2)ゲート駆動回路28
 ゲート駆動回路28は、熱源側マイクロコンピュータ42からの指令電圧に基づき、コンバータ27の各トランジスタQ1a~Q2bのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路28は、交流電源91から熱源側に流れる電流を所定の値に制御するよう熱源側マイクロコンピュータ42によって決定されたデューティを有するパルス状のゲート制御電圧Pq,Pr,Ps,Ptを生成する。生成されたゲート制御電圧Pq,Pr,Ps,Ptは、それぞれのトランジスタQ1a~Q2bのゲート端子に印加される。
 (1-3)電源電圧位相検出回路29
 電源電圧位相検出回路29は、交流電源91の交流電圧が所定の位相検出基準電圧になったときの位相を検出して、その位相に応じたパルス幅を有する信号を、熱源側マイクロコンピュータ42へ出力する。
 (1-4)リアクタ33
 リアクタ33は、交流電源91とコンバータ27との間に交流電源91と直列に接続されている。具体的には、その一端が交流電源91に繋がる電源ライン804に接続され、他端がコンバータ27の一方の入力端に接続されている。
 熱源側マイクロコンピュータ42は、電源電圧位相検出回路29からの出力信号を受けて、コンバータ27の上下アームのトランジスタQ1a,Q1bまたはトランジスタQ2a,Q2bをオン・オフすることで、所定時間だけ短絡・開放させ、例えば電流を略正弦波状に制御することによって、電源入力力率の改善や高調波成分の抑制を行っている。
 なお、熱源側マイクロコンピュータ42は、インバータ25を制御するゲート制御電圧のデューティ比に基づいて短絡期間を制御するような、コンバータとインバータの協調制御を行ってもよい。
 上記の通り、電源電圧位相検出回路29が電源側から見てメインリレー87や限流抵抗81、および限流リレー83よりもコンバータ27側に配置されるため、コンデンサ22が本来の経路で充電されているときは交流電源91から電力供給を受け、電源電圧位相検出回路29において位相が検出されている。
 電源電圧位相検出回路において位相が検出されないときは、コンデンサ22が本来の経路で充電されていないことを意味しているので、熱源側マイクロコンピュータ42が起動しても、メインリレー87はオンしないように制御すればよい。
 (2)動作
 図13は、第4実施形態において、熱源側マイクロコンピュータ42が誘起電圧によって起動してから電圧抑制制御に至るまでの制御を示すフローチャートである。
 (ステップS51)
 先ず、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS51において、制御用電源32から制御用電圧の供給を受けて起動する。
 (ステップS52)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS52において、電源電圧位相を検出する。
 (ステップS53)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS53において、電源電圧位相を検出することができたか否かを判定する。熱源側マイクロコンピュータ42は、「電源電圧位相を検出することができなかった」と判定したときはステップS54に進み、それ以外はステップS58へ進む。
 (ステップS54)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS54において、メインリレー87をオンさせない。なぜなら、コンデンサ22が本来の経路で充電されておらず、メインリレー87がオンすると突入電流が発生し、インバータ25を構成する部品を破壊する虞があるからである。
 (ステップS55)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS55において、電圧検出器23を介してDCバス電圧Vdcを検出する。
 (ステップS56)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS56において、電圧検出器23の検出値(Vdc)が第2閾値V2以上であるか否かを判定し、Vdc≧V2と判定したときはステップS57へ進む。
 (ステップS57)
 次に、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS57において、上記の第1実施形態で説明した「電圧抑制制御」を行う。
 (ステップS58)
 一方、先のステップS53で熱源側マイクロコンピュータ42が「電源電圧位相を検出することができた」と判定したときは、熱源側マイクロコンピュータ42は、ステップS58において、メインリレー87をオンにする。なぜなら、電源電圧位相を検出することができたので、コンデンサ22が本来の経路で充電されており、メインリレー87がオンしても突入電流が抑制されるからである。
 なお、上記ステップでは「電源電圧位相を検出できたか否か」のみをステップS54へ移行する判定条件としているが、コンデンサ22の充電には時間がかかるので、「所定時間、電源電圧位相を検出できたか否か」のように、充電時間を判定条件に加えてもよい。
 (3)第4実施形態の特徴
 空調機100では、熱源側マイクロコンピュータ42が起動しても電源電圧位相検出回路から位相が検出されないときは、「コンデンサ22が本来の経路で充電されていない」と判断して、メインリレー87がオンせず電源ラインを導通させない。
 その結果、限流されないままコンデンサ22への充電が開始されることが回避され、突入電流による部品の破壊が抑制される。
 <その他>
 上記各実施形態および変形例では、限流リレー83が待機時オン状態として説明しているが、これに限定されるものではない。
 例えば、限流リレー83が待機時オフ状態として、利用ユニット2の起動リレー80がオンするときに、限流リレー83がオンするという構成にしてもよい。
 この場合、熱源側マイクロコンピュータ42が起動しても、限流リレー83がオンしておらず限流抵抗81に電流を流す状態になっていないときは、「コンデンサ22が本来の経路で充電されていない」と判断して、メインリレー87がオンせず電源ラインを導通させない。
 その結果、限流されないままコンデンサ22への充電が開始されることが回避され、突入電流による部品の破壊が抑制される。
 以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
 実施形態においては、モータとしてブラシレスDCモータを例にとり説明したが、ブラシ付きDCモータの場合にも、モータが回転することにより誘起電圧が発生するため、同様に考えることができる。そこで、これらを共通に表す言葉として「DCモータ」を用いている。
 本開示のモータ駆動装置は、ファンモータに限らず、外力によって回転し誘起電圧を発生させるモータの駆動装置に有用である。
2     利用ユニット
3     熱源ユニット
11    冷媒回路
17    熱源側熱交換器
19    熱源側ファン(ファン)
19b   ファンモータ(DCモータ)
20    電源回路
21    整流回路
22    コンデンサ
23    電圧検出器
29    電源電圧位相検出回路
30    モータ駆動回路
32    制御用電源
35    利用側通信器
36    熱源側通信器
42    熱源側マイクロコンピュータ
81    限流抵抗
83    限流リレー
85    充電電流検出器
87    メインリレー
91    交流電源
100   冷凍装置
特開2015-233396号公報

Claims (14)

  1.  少なくとも一対のDCバスに電力を供給する電源回路であって、
     交流電源(91)の交流電圧を整流する整流回路(21)と、
     前記整流回路(21)の出力に接続されたコンデンサ(22)と、
     接点をオン又はオフすることによって、前記交流電源(91)と前記コンデンサ(22)とを結ぶ電源ラインを導通させる状態および導通させない状態のいずれかの状態に切り換わるメインリレー(87)と、
     前記電源ラインを導通させるか否かの決定を行うマイクロコンピュータ(42)と、
    を備え、
     前記マイクロコンピュータ(42)が起動された場合において、
     前記マイクロコンピュータ(42)は、前記コンデンサ(22)の充電電圧が所定値以下である場合には、前記電源ラインを導通させないように前記メインリレー(87)を制御する、
    電源回路(20)。
  2.  前記DCバス電圧を検出する電圧検出器(23)をさらに備え、
     前記マイクロコンピュータ(42)は、前記電圧検出器(23)の検出値が所定閾値以下である場合には、前記電源ラインを導通させない、
    請求項1に記載の電源回路(20)。
  3.  前記電圧検出器(23)は、前記DCバス電圧として前記コンデンサ(22)の端子間電圧を検出する、
    請求項2に記載の電源回路(20)。
  4.  前記交流電源(91)の電源電圧位相を検出する電源電圧位相検出回路(29)をさらに備え、
     前記マイクロコンピュータ(42)は、前記電源電圧位相検出回路(29)によって位相が検出されない場合には、前記電源ラインを導通させない、
    請求項1に記載の電源回路(20)。
  5.  前記コンデンサ(22)に流れる電流を制限する限流抵抗(81)と、
     前記限流抵抗(81)に流れる電流を検出する充電電流検出器(85)と、
    をさらに備え、
     前記マイクロコンピュータ(42)は、前記充電電流検出器(85)によって電流が検出されない場合には、前記電源ラインを導通させない、
    請求項1に記載の電源回路(20)。
  6.  前記コンデンサ(22)に流れる電流を制限する限流抵抗(81)と、
     接点をオン又はオフすることによって、前記限流抵抗(81)に電流を流す第1状態および電流を流さない第2状態のいずれかの状態に切り換わる限流リレー(83)と、
    をさらに備え、
     前記マイクロコンピュータ(42)は、前記限流リレー(83)が前記第2状態の場合には、前記電源ラインを導通させない、
    請求項1に記載の電源回路(20)。
  7.  DCモータ(19b)を駆動するモータ駆動回路であって、
     前記DCモータ(19b)に電力を供給する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電源回路(20)を備える、
    モータ駆動回路(30)。
  8.  前記電源回路(20)の前記マイクロコンピュータ(42)を起動させる制御用電圧を前記DCモータ(19b)の誘起電圧から生成する制御用電源(32)、
    をさらに備える、
    請求項7に記載のモータ駆動回路(30)。
  9.  利用ユニット(2)と熱源ユニット(3)とを配管接続して冷媒回路(11)を構成した冷凍装置であって、
     前記冷凍装置に搭載されるDCモータに適用する請求項7又は請求項8に記載のモータ駆動回路(30)を備える、
    冷凍装置(100)。
  10.  前記熱源ユニット(3)は、
     前記冷媒回路(11)の放熱器または蒸発器として機能する熱源側熱交換器(17)と、
     前記熱源側熱交換器(17)への空気の流れを生成するファン(19)と、
    を含み、
     前記モータ駆動回路(30)が、前記ファン(19)のDCモータ(19b)を駆動する、
    請求項9に記載の冷凍装置(100)。
  11.  利用ユニット(2)と熱源ユニット(3)とを配管接続して冷媒回路(11)を構成した冷凍装置であって、
     前記冷凍装置に搭載されるDCモータ(19b)に電力を供給する請求項6に記載の電源回路(20)と、
     前記利用ユニット(2)と前記熱源ユニット(3)とが通信を行うための利用側通信器(35)および熱源側通信器(36)と、
    を備え、
     前記電源回路(20)の前記マイクロコンピュータ(42)は、前記利用側通信器(35)と前記熱源側通信器(36)との間で通信された情報から、前記限流リレー(83)が前記第2状態である情報を得た場合には、前記電源ラインを導通させない、
    冷凍装置(100)。
  12.  前記熱源ユニット(3)は、
     前記冷媒回路(11)の放熱器または蒸発器として機能する熱源側熱交換器(17)と、
     前記熱源側熱交換器(17)への空気の流れを生成するファン(19)と、
    を含み、
     前記電源回路(20)は、前記ファン(19)のDCモータ(19b)に電力を供給する、
    請求項11に記載の冷凍装置(100)。
  13.  前記電源回路(20)の前記マイクロコンピュータ(42)を起動させる制御用電圧を前記DCモータ(19b)の誘起電圧から生成する制御用電源(32)をさらに備える、
    請求項11又は請求項12に記載の冷凍装置(100)。
  14.  前記熱源ユニット(3)を制御する熱源側マイクロコンピュータをさらに備え、
     前記熱源側マイクロコンピュータが、前記電源回路(20)の前記マイクロコンピュータ(42)を兼ねる、
    請求項9から請求項13のいずれか1項に記載の冷凍装置(100)。
     
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