WO2021090416A1

WO2021090416A1 - 直流電源装置及び空気調和機

Info

Publication number: WO2021090416A1
Application number: PCT/JP2019/043548
Authority: WO
Inventors: 浩基鈴木; 圭一朗志津; 知宏沓木
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2021-05-14
Also published as: JPWO2021090416A1; US20220271647A1; JP7130149B2

Abstract

直流電源装置（１）は、交流電源（６０）から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路（２）と、電荷を蓄積する機能を有する電荷蓄積部（４）と、電荷蓄積部（４）を充電するための充電部（５）と、放熱板（１０）とを有する。充電部（５）は、正極側スイッチング素子（５１）、負極側スイッチング素子（５２）、正極側逆流防止ダイオード（５３）及び負極側逆流防止ダイオード（５４）を有する。正極側スイッチング素子（５１）、負極側スイッチング素子（５２）、正極側逆流防止ダイオード（５３）及び負極側逆流防止ダイオード（５４）は、ディスクリート半導体素子である。負極側逆流防止ダイオード（５４）は、フルモールドパッケージの素子である。正極側スイッチング素子（５１）、負極側スイッチング素子（５２）及び正極側逆流防止ダイオード（５３）は、フルモールドパッケージでない素子である。

Description

直流電源装置及び空気調和機

　本発明は、直流電源装置及びそれを備えた空気調和機に関する。

　従来の空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫及びヒートポンプ給湯器には、交流電力を直流電力に変換する直流電源装置が搭載されている。直流電源装置には、圧縮機のモータを駆動するインバータを含む負荷が接続されている。例えば、特許文献１は、交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷に直流電力を供給する直流電源装置において、直流電力の負荷への二つの出力端子に接続されている正極側コンデンサ及び負極側コンデンサであって直列に接続されている正極側コンデンサ及び負極側コンデンサの両端電圧を検出し、両端電圧の電位差をもとにスイッチング素子の故障を検知する技術を開示している。

国際公開第２０１５／０５６３４０号

　従来の技術によれば、直流電源装置におけるスイッチング素子の短絡による故障を検出し、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させることで正極側コンデンサと負極側コンデンサとの短絡を防ぐことができる。しかしながら、スイッチング素子及び逆流防止ダイオードにディスクリート半導体を使用して、ディスクリート半導体を放熱板に接着させてディスクリート半導体を冷却する場合、ディスクリート半導体と放熱板とが電気的に絶縁されていないとき、放熱板を介して電源が短絡する経路が生じる。それにより、スイッチング動作の有無にかかわらず突入電流が生じ、ひいては素子の破壊及び回路の熱損が生じるという課題がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱板を介して電源が短絡する状態を回避し、突入電流による素子の破壊及び回路の熱損を抑制する直流電源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、本発明に係る直流電源装置は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流電力を負荷に供給する直流電源装置であって、交流電源から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と、直流電源装置から負荷への直流電力の出力の端子である第１出力端子及び第２出力端子と、第１出力端子及び第２出力端子に接続されていて電荷を蓄積する機能を有する電荷蓄積部と、整流回路によって得られた直流電力をもとに電荷蓄積部を充電するための充電部と、放熱板とを有する。電荷蓄積部は、直列に接続されている正極側コンデンサと負極側コンデンサとを有する。充電部は、正極側コンデンサと負極側コンデンサとのうちの一方又は双方を充電するための正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードを有する。正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードは、ディスクリート半導体素子である。放熱板は、正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードの熱を放散させる機能を有している。正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードは、放熱板のひとつ又は複数の平面に配置されている。負極側逆流防止ダイオードは、フルモールドパッケージの素子である。正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子及び正極側逆流防止ダイオードは、フルモールドパッケージでない素子である。

　本発明に係る直流電源装置は、放熱板を介して電源が短絡する状態を回避し、突入電流による素子の破壊及び回路の熱損を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る直流電源装置の構成を示す図実施の形態１に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第１図実施の形態１に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第２図実施の形態１に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第３図実施の形態１に係る直流電源装置における充電部が有する正極側スイッチング素子の構成を示す第１図実施の形態１に係る直流電源装置における充電部が有する正極側スイッチング素子の構成を示す第２図実施の形態１に係る直流電源装置における充電部が有する正極側スイッチング素子の構成を示す第３図実施の形態１に係る直流電源装置における充電部が有する正極側逆流防止ダイオードの構成を示す第１図実施の形態１に係る直流電源装置における充電部が有する正極側逆流防止ダイオードの構成を示す第２図実施の形態１に係る直流電源装置における充電部が有する正極側逆流防止ダイオードの構成を示す第３図実施の形態１に係る直流電源装置における充電部が有する負極側逆流防止ダイオードがフルモールドパッケージの素子であって、充電部が有する正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子及び正極側逆流防止ダイオードがフルモールドでないパッケージの素子である場合の直流電源装置の回路図図１１における正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子及び正極側逆流防止ダイオードが放熱板を介して短絡した際の回路の概略図実施の形態２に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第１図実施の形態２に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第２図実施の形態２に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第３図実施の形態２に係る直流電源装置における充電部が有する正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードがフルモールドパッケージの素子であって、充電部が有する正極側スイッチング素子及び負極側スイッチング素子がフルモールドでないパッケージの素子である場合の直流電源装置の回路図図１６における正極側スイッチング素子及び負極側スイッチング素子が放熱板を介して短絡した際の回路の概略図実施の形態３に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第１図実施の形態３に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第２図実施の形態３に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第３図実施の形態３に係る直流電源装置における充電部が有する正極側スイッチング素子及び正極側逆流防止ダイオードがフルモールドパッケージの素子であって、充電部が有する負極側スイッチング素子及び負極側逆流防止ダイオードがフルモールドでないパッケージの素子である場合の直流電源装置の回路図図２１における負極側スイッチング素子及び負極側逆流防止ダイオードが放熱板を介して短絡した際の回路の概略図実施の形態４に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第１図実施の形態４に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第２図実施の形態４に係る直流電源装置が有する充電部の構成を示す第３図実施の形態４に係る直流電源装置における充電部が有する正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードがフルモールドパッケージの素子である場合の直流電源装置の回路図ディスクリート半導体素子の放熱性を説明するための図実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図実施の形態１に係る直流電源装置が有する制御部の一部又は全部の機能がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図実施の形態１に係る直流電源装置が有する制御部の一部又は全部が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図

　以下に、本発明の実施の形態に係る直流電源装置及び空気調和機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、実施の形態１に係る直流電源装置１の構成を示す図である。直流電源装置１は、交流電源６０から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換によって得られる直流電力を負荷７０に供給するコンバータである。図１には、交流電源６０及び負荷７０も示されている。交流電源６０は、図１では三相の交流電源として示されているが、単相の交流電源であってもよい。例えば、負荷７０は、空気調和機に含まれる圧縮機のモータを駆動するインバータを有する。

　直流電源装置１は、交流電源６０から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路２と、整流回路２の出力側に接続されているリアクトル３と、電荷を蓄積する機能を有する電荷蓄積部４とを有する。直流電源装置１は、整流回路２によって得られた直流電力をもとに電荷蓄積部４を充電するための充電部５と、充電部５を制御する制御部６とを更に有する。直流電源装置１は、直流電源装置１から負荷７０への直流電力の出力の端子である第１出力端子７及び第２出力端子８を更に有する。

　電荷蓄積部４は、第１出力端子７及び第２出力端子８に接続されている。電荷蓄積部４は、直列に接続されている正極側コンデンサ４１と負極側コンデンサ４２とを有する。正極側コンデンサ４１の二つの端部のうちの負極側コンデンサ４２に接続されていない端部は第１出力端子７に接続されており、負極側コンデンサ４２の二つの端部のうちの正極側コンデンサ４１に接続されていない端部は第２出力端子８に接続されている。

　整流回路２は、交流電源６０が三相交流であれば複数の整流ダイオードがフルブリッジ方式で接続された三相全波整流回路であり、交流電源６０が単相交流であれば単相全波整流回路である。リアクトル３は、整流回路２の入力側に接続されてもよい。いずれにしても、リアクトル３は整流回路２に接続されている。

　充電部５は、電荷蓄積部４が有する正極側コンデンサ４１と負極側コンデンサ４２とのうちの一方又は双方を充電するための正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４を有する。正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４は、ディスクリート半導体素子である。正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３は、フルモールドパッケージでない素子である。負極側逆流防止ダイオード５４は、フルモールドパッケージの素子である。フルモールドパッケージでない素子は、フルモールドでないパッケージで封止されている素子である。

　正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor　Field-Effect　Transistor）又はパワートランジスタである。正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２の動作は、制御部６によって制御される。

　制御部６による制御によって正極側スイッチング素子５１がオンの状態になると、負極側コンデンサ４２が充電される。制御部６による制御によって負極側スイッチング素子５２がオンの状態になると、正極側コンデンサ４１が充電される。正極側逆流防止ダイオード５３は、リアクトル３と正極側スイッチング素子５１との接続点と正極側コンデンサ４１と第１出力端子７との接続点との間において、正極側スイッチング素子５１のコレクタ又はソースから正極側コンデンサ４１と第１出力端子７との接続点への向きが順方向となる状態で配置されている。正極側逆流防止ダイオード５３は、正極側コンデンサ４１に蓄えられた電荷が逆流することを防止する。

　負極側逆流防止ダイオード５４は、整流回路２と負極側スイッチング素子５２との接続点と負極側コンデンサ４２と第２出力端子８との接続点との間において、負極側コンデンサ４２と第２出力端子８との接続点から負極側スイッチング素子５２のエミッタ又はドレインへの向きが順方向となる状態で配置されている。負極側逆流防止ダイオード５４は、負極側コンデンサ４２に蓄えられた電荷が逆流することを防止する。

　正極側逆流防止ダイオード５３は正極側コンデンサ４１と接続されており、負極側逆流防止ダイオード５４は負極側コンデンサ４２と接続されている。図１では、正極側スイッチング素子５１のコレクタ又はソースと正極側逆流防止ダイオード５３のアノードとの接続点は、接点Ｄ＋である。負極側スイッチング素子５２のエミッタ又はドレインと負極側逆流防止ダイオード５４のカソードとの接続点は、接点Ｄ－である。

　図２は、実施の形態１に係る直流電源装置１が有する充電部５の構成を示す第１図である。図３は、実施の形態１に係る直流電源装置１が有する充電部５の構成を示す第２図である。図４は、実施の形態１に係る直流電源装置１が有する充電部５の構成を示す第３図である。図２は充電部５の平面を模式的に示しており、図３は充電部５の正面を模式的に示しており、図４は充電部５の側面を模式的に示している。

　図２、図３及び図４に示すように、直流電源装置１は、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４が取り付けられているプリント基板９を更に有する。図２、図３及び図４には、プリント基板９も示されている。

　直流電源装置１は、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４の熱を放散させる機能を有する放熱板１０を更に有する。つまり、放熱板１０は、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４を冷却する機能を有する。放熱板１０は、金属によって構成されている。図２、図３及び図４には、放熱板１０も示されている。正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４は、放熱板１０のひとつの平面に配置されている。正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４は、放熱板１０と熱的に結合されている。

　図２に示すように、直流電源装置１は、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３と放熱板１０との間に位置する絶縁シート１１を更に有する。絶縁シート１１は、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３の各々を電気的に絶縁させる。図２、図３及び図４には、絶縁シート１１も示されている。

　図５は、実施の形態１に係る直流電源装置１における充電部５が有する正極側スイッチング素子５１の構成を示す第１図である。図６は、実施の形態１に係る直流電源装置１における充電部５が有する正極側スイッチング素子５１の構成を示す第２図である。図７は、実施の形態１に係る直流電源装置１における充電部５が有する正極側スイッチング素子５１の構成を示す第３図である。図５は正極側スイッチング素子５１の正面を模式的に示しており、図６は正極側スイッチング素子５１の側面を模式的に示している。図７は、正極側スイッチング素子５１の回路図である。正極側スイッチング素子５１は、ゲート５５Ａ、コレクタ５６Ａ，５８Ａ、エミッタ５７Ａを有する。負極側スイッチング素子５２の構成は、正極側スイッチング素子５１の構成と同じである。

　図８は、実施の形態１に係る直流電源装置１における充電部５が有する正極側逆流防止ダイオード５３の構成を示す第１図である。図９は、実施の形態１に係る直流電源装置１における充電部５が有する正極側逆流防止ダイオード５３の構成を示す第２図である。図１０は、実施の形態１に係る直流電源装置１における充電部５が有する正極側逆流防止ダイオード５３の構成を示す第３図である。図８は正極側逆流防止ダイオード５３の正面を模式的に示しており、図９は正極側逆流防止ダイオード５３の側面を模式的に示している。図１０は、正極側逆流防止ダイオード５３の回路図である。正極側逆流防止ダイオード５３は、アノード５５Ｂ、カソード５６Ｂ，５７Ｂ，５８Ｂを有する。負極側逆流防止ダイオード５４の構成は、正極側逆流防止ダイオード５３と同じ構成であるが、フルモールドパッケージの素子であるため、カソード電極５８Ｂが部品表面に露出していない。

　実施の形態１では、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３はフルモールドパッケージでない素子である。そのため、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３の放熱板１０と接触する面において、電極が露出している。正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２では、コレクタ電極が露出している。正極側逆流防止ダイオード５３では、カソード電極が露出している。

　図１では、正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２のコレクタ又はソースと正極側逆流防止ダイオード５３のカソードとは電気的に接合されていない。正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３がフルモールドでないパッケージのディスクリート半導体素子であるので、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３は、放熱板１０に直接接触すると電気的に短絡する。これを防ぐために、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３は、絶縁性が比較的良い絶縁シート１１を介して放熱板１０に取り付けられている。

　絶縁シート１１の取り付けにずれがある場合、絶縁シート１１が取り付けられていない場合、又は絶縁シート１１が破れている場合、放熱板１０と接触する各素子の面に露出している電極間で短絡が発生する。例えば、正極側スイッチング素子５１のコレクタ又はソースと負極側逆流防止ダイオード５４のカソードとが短絡した場合、接点Ｄ＋と接点Ｄ－とが電気的に接合し、正極側スイッチング素子５１をオフの状態にしても突入電流が生じることを防ぐことができず、電源の投入時に過大な電流が比較的長い時間にかけて各素子に流れて各素子の破壊及び回路の熱損が生じる。

　実施の形態１では、充電部５が有する正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４のうちの負極側逆流防止ダイオード５４のみがフルモールドパッケージの素子である。直流電源装置１は、フルモールドパッケージの素子である負極側逆流防止ダイオード５４を有することにより、接点Ｄ＋と接点Ｄ－とが電気的に接合されて過大な電流が流れることを防止する。

　図１１は、実施の形態１に係る直流電源装置１における充電部５が有する負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドパッケージの素子であって、充電部５が有する正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３がフルモールドでないパッケージの素子である場合の直流電源装置１の回路図である。図１２は、図１１における正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２及び正極側逆流防止ダイオード５３が放熱板１０を介して短絡した際の回路の概略図である。

　上述の通り、直流電源装置１は、フルモールドパッケージの素子である負極側逆流防止ダイオード５４を有する。そのため、直流電源装置１では、接点Ｄ＋と接点Ｄ－とが電気的に接合されることはなく、電源が投入されても過大な電流が比較的長い時間流れることはない。

　したがって、実施の形態１に係る直流電源装置１は、放熱板１０を介して電源が短絡する状態を回避し、突入電流による素子の破壊及び回路の熱損を抑制することができる。更に言うと、直流電源装置１は、コストが比較的高いフルモールドパッケージの素子の使用を必要最低限に抑えつつ、電源の投入時の短絡の発生を抑制し、比較的安価でありながら素子の破壊及び回路の熱損を抑制することができる。

実施の形態２．
　図１３は、実施の形態２に係る直流電源装置が有する充電部５Ａの構成を示す第１図である。図１４は、実施の形態２に係る直流電源装置が有する充電部５Ａの構成を示す第２図である。図１５は、実施の形態２に係る直流電源装置が有する充電部５Ａの構成を示す第３図である。図１３は充電部５Ａの平面を模式的に示しており、図１４は充電部５Ａの正面を模式的に示しており、図１５は充電部５Ａの側面を模式的に示している。実施の形態２に係る直流電源装置は、実施の形態１に係る直流電源装置１が有する充電部５が充電部５Ａに置き換えられた装置である。実施の形態２では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

　実施の形態２では、充電部５Ａが有する正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４のうちの正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドパッケージの素子である。正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２は、フルモールドでないパッケージの素子である。実施の形態２では、絶縁シート１１は、正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２と放熱板１０との間に位置しており、正極側スイッチング素子５１と負極側スイッチング素子５２とを電気的に絶縁させる。

　図１６は、実施の形態２に係る直流電源装置１Ａにおける充電部５Ａが有する正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドパッケージの素子であって、充電部５Ａが有する正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２がフルモールドでないパッケージの素子である場合の直流電源装置１Ａの回路図である。図１７は、図１６における正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２が放熱板１０を介して短絡した際の回路の概略図である。

　直流電源装置１Ａは、フルモールドパッケージの素子である正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４を有する。そのため、直流電源装置１Ａでは、接点Ｄ＋と接点Ｄ－とが電気的に接合されることはなく、電源が投入されても過大な電流が比較的長い時間流れることはない。

　実施の形態２では、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドパッケージの素子である。そのため、実施の形態２に係る直流電源装置１Ａは、正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２に蓄積された電荷が逆流することを防止することができると共に、仮に正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２が充電された後に正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２がオンの状態になっても正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２の両端で短絡することを防止することができる。

　したがって、実施の形態２に係る直流電源装置１Ａは、コストが比較的高いフルモールドパッケージの素子の使用を抑えつつ、電源の投入時の短絡の発生を抑制することができると共に、正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２の両端で短絡することを防止することができ、さらに、比較的安価でありながら素子の破壊及び回路の熱損を抑制することができる。

実施の形態３．
　図１８は、実施の形態３に係る直流電源装置が有する充電部５Ｂの構成を示す第１図である。図１９は、実施の形態３に係る直流電源装置が有する充電部５Ｂの構成を示す第２図である。図２０は、実施の形態３に係る直流電源装置が有する充電部５Ｂの構成を示す第３図である。図１８は充電部５Ｂの平面を模式的に示しており、図１９は充電部５Ｂの正面を模式的に示しており、図２０は充電部５Ｂの側面を模式的に示している。実施の形態３に係る直流電源装置は、実施の形態１に係る直流電源装置１が有する充電部５が充電部５Ｂに置き換えられた装置である。実施の形態３では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

　実施の形態３では、充電部５Ｂが有する正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４のうちの正極側スイッチング素子５１及び正極側逆流防止ダイオード５３がフルモールドパッケージの素子である。負極側スイッチング素子５２及び負極側逆流防止ダイオード５４は、フルモールドでないパッケージの素子である。実施の形態３では、絶縁シート１１は、負極側スイッチング素子５２及び負極側逆流防止ダイオード５４と放熱板１０との間に位置しており、負極側スイッチング素子５２と負極側逆流防止ダイオード５４とを電気的に絶縁させる。

　図２１は、実施の形態３に係る直流電源装置１Ｂにおける充電部５Ｂが有する正極側スイッチング素子５１及び正極側逆流防止ダイオード５３がフルモールドパッケージの素子であって、充電部５Ｂが有する負極側スイッチング素子５２及び負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドでないパッケージの素子である場合の直流電源装置１Ｂの回路図である。図２２は、図２１における負極側スイッチング素子５２及び負極側逆流防止ダイオード５４が放熱板１０を介して短絡した際の回路の概略図である。

　直流電源装置１Ｂは、フルモールドパッケージの素子である正極側スイッチング素子５１及び正極側逆流防止ダイオード５３を有する。そのため、直流電源装置１Ｂでは、接点Ｄ＋と接点Ｄ－とが電気的に接合されることはなく、電源が投入されても過大な電流が比較的長い時間流れることはない。

　実施の形態３では、正極側スイッチング素子５１及び正極側逆流防止ダイオード５３がフルモールドパッケージの素子である。そのため、実施の形態３に係る直流電源装置１Ｂは、正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２に蓄積された電荷が逆流することを防止することができると共に、仮に正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２が充電された後に正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２がオンの状態になっても正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２の両端で短絡することを防止することができる。

　したがって、実施の形態３に係る直流電源装置１Ｂは、コストが比較的高いフルモールドパッケージの素子の使用を抑えつつ、電源の投入時の短絡の発生と正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２の両端で短絡することを防止することができると共に、比較的安価でありながら素子の破壊及び回路の熱損を抑制することができる。

実施の形態４．
　図２３は、実施の形態４に係る直流電源装置が有する充電部５Ｃの構成を示す第１図である。図２４は、実施の形態４に係る直流電源装置が有する充電部５Ｃの構成を示す第２図である。図２５は、実施の形態４に係る直流電源装置が有する充電部５Ｃの構成を示す第３図である。図２３は充電部５Ｃの平面を模式的に示しており、図２４は充電部５Ｃの正面を模式的に示しており、図２５は充電部５Ｃの側面を模式的に示している。実施の形態４に係る直流電源装置は、実施の形態１に係る直流電源装置１が有する充電部５が充電部５Ｃに置き換えられた装置である。実施の形態４では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

　実施の形態４では、充電部５Ｃが有する正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４は、フルモールドパッケージの素子である。実施の形態４に係る直流電源装置は、絶縁シート１１を有していない。図２６は、実施の形態４に係る直流電源装置１Ｃにおける充電部５Ｃが有する正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドパッケージの素子である場合の直流電源装置１Ｃの回路図である。

　実施の形態４に係る直流電源装置１Ｃは、フルモールドパッケージの素子である正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４を有する。そのため、接点Ｄ＋と接点Ｄ－とが電気的に接合されることはなく、電源が投入されても過大な電流が比較的長い時間流れることはない。

　実施の形態４では、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドパッケージの素子である。そのため、実施の形態４に係る直流電源装置１Ｃは、正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２に蓄積された電荷が逆流することを防止することができると共に、仮に正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２が充電された後に正極側スイッチング素子５１及び負極側スイッチング素子５２がオンの状態になっても正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２の両端で短絡することを防止することができる。したがって、直流電源装置１Ｃは、電源の投入時の短絡の発生を抑制することができると共に、正極側コンデンサ４１及び負極側コンデンサ４２の両端で短絡することを防止することができる。

　加えて、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドパッケージの素子であるので、実施の形態４では、フルモールドパッケージではない素子が絶縁シート１１を介して放熱板１０に取り付けられた場合と比較して、充電部５Ｃの全体の熱抵抗が小さく、かつ放熱性がより良いという効果が得られる。

　実施の形態１から４における正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４の放熱性について、図２７を用いて説明する。正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４は、ディスクリート半導体素子である。図２７は、ディスクリート半導体素子１４の放熱性を説明するための図である。

　図２７において、ディスクリート半導体素子１４は、放熱部材１５を介して放熱板１６に取り付けられている。ディスクリート半導体素子１４は、チップ１４ａと、パッケージ１４ｂとを有する。例えば、放熱部材１５は、ディスクリート半導体素子１４がフルモールドパッケージではない素子である場合、絶縁シートである。ディスクリート半導体素子１４がフルモールドパッケージである場合、例えば、放熱部材１５はシリコングリスによって形成された部材である。

　放熱部材１５の熱抵抗は、パッケージ１４ｂの表面から放熱板１６の取り付け面までの熱抵抗θc-fに含まれる。図２７における半導体ケースＴｃはパッケージ１４ｂの表面の温度を意味し、取り付け面Ｔｆは放熱板１６の取り付け面の温度を意味する。通常、シリコングリスと絶縁シートとでは、シリコングリスの方が熱抵抗が小さく、放熱性が良い。したがって、正極側スイッチング素子５１、負極側スイッチング素子５２、正極側逆流防止ダイオード５３及び負極側逆流防止ダイオード５４がフルモールドパッケージの素子である場合、直流電源装置の製造者は、熱抵抗が小さい放熱部材１５を選択して、放熱性をより良くする設計を行うことが可能となる。図２７には、チップ１４ａの半導体接合部の温度を示す半導体接合部Ｔｊと、ディスクリート半導体素子１４、放熱部材１５及び放熱板１６の周囲の温度である周囲温度Ｔａと、半導体接合部Ｔｊと半導体ケースＴｃとの間の熱抵抗θj-cと、取り付け面Ｔｆと周囲温度Ｔａとの間の熱抵抗θf-aとが示されている。

実施の形態５．
　図２８は、実施の形態５に係る空気調和機５０の構成を示す図である。空気調和機５０は、実施の形態１に係る直流電源装置１と、負荷７０とを有する。負荷７０は、モータ７１を有する圧縮機７２と、直流電源装置１から供給される直流電力をもとにモータ７１を駆動するインバータ７３と、冷凍サイクル７４とを有する。空気調和機５０は、直流電源装置１を有するので、電源の投入時の短絡の発生を防止し、比較的安価でありながら素子の破壊及び回路の熱損を抑制することができる。なお、直流電源装置１は、実施の形態２に係る直流電源装置１Ａ、実施の形態３に係る直流電源装置１Ｂ、又は実施の形態４に係る直流電源装置１Ｃに置き換えられてもよい。

　図２９は、実施の形態１に係る直流電源装置１が有する制御部６の一部又は全部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合のプロセッサ９１を示す図である。つまり、制御部６の一部又は全部の機能は、メモリ９２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ９１によって実現されてもよい。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、又はＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）である。図２９には、メモリ９２も示されている。

　制御部６の一部又は全部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合、当該一部又は全部の機能は、プロセッサ９１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェア及びファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部６の一部又は全部の機能を実現する。

　制御部６の一部又は全部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合、直流電源装置１は、制御部６によって実行されるステップの一部又は全部が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を有する。メモリ９２に格納されるプログラムは、制御部６が実行する手順又は方法の一部又は全部をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

　メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read-Only　Memory）等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital　Versatile　Disk）等である。

　図３０は、実施の形態１に係る直流電源装置１が有する制御部６の一部又は全部が処理回路９３によって実現される場合の処理回路９３を示す図である。つまり、制御部６の一部又は全部は、処理回路９３によって実現されてもよい。

　処理回路９３は、専用のハードウェアである。処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ(Application　Specific　Integrated　Circuit)、ＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）、又はこれらを組み合わせたものである。制御部６の一部は、残部と別個の専用のハードウェアであってもよい。

　制御部６の機能について、当該機能の一部がソフトウェア又はファームウェアで実現され、当該機能の残部が専用のハードウェアで実現されてもよい。このように、制御部６の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

　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、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　直流電源装置、２　整流回路、３　リアクトル、４　電荷蓄積部、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ　充電部、６　制御部、７　第１出力端子、８　第２出力端子、９　プリント基板、１０，１６　放熱板、１１　絶縁シート、１４　ディスクリート半導体素子、１４ａ　チップ、１４ｂ　パッケージ、１５　放熱部材、４１　正極側コンデンサ、４２　負極側コンデンサ、５０　空気調和機、５１　正極側スイッチング素子、５２　負極側スイッチング素子、５３　正極側逆流防止ダイオード、５４　負極側逆流防止ダイオード、５５Ａ　ゲート、５６Ａ，５８Ａ　コレクタ、５７Ａ　エミッタ、５５Ｂ　アノード、５６Ｂ，５７Ｂ，５８Ｂ　カソード、６０　交流電源、７０　負荷、７１　モータ、７２　圧縮機、７３　インバータ、７４　冷凍サイクル、９１　プロセッサ、９２　メモリ、９３　処理回路、Ｄ＋，Ｄ－　接点。

Claims

　交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流電力を負荷に供給する直流電源装置であって、
　前記交流電源から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と、
　前記直流電源装置から前記負荷への直流電力の出力の端子である第１出力端子及び第２出力端子と、
　前記第１出力端子及び前記第２出力端子に接続されていて電荷を蓄積する機能を有する電荷蓄積部と、
　前記整流回路によって得られた直流電力をもとに前記電荷蓄積部を充電するための充電部と、
　放熱板とを備え、
　前記電荷蓄積部は、直列に接続されている正極側コンデンサと負極側コンデンサとを有し、
　前記充電部は、前記正極側コンデンサと前記負極側コンデンサとのうちの一方又は双方を充電するための正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードを有し、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、ディスクリート半導体素子であり、
　前記放熱板は、前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードの熱を放散させる機能を有しており、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、前記放熱板のひとつ又は複数の平面に配置されており、
　前記負極側逆流防止ダイオードは、フルモールドパッケージの素子であり、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子及び前記正極側逆流防止ダイオードは、フルモールドパッケージでない素子である
　直流電源装置。
　交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流電力を負荷に供給する直流電源装置であって、
　前記交流電源から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と、
　前記直流電源装置から前記負荷への直流電力の出力の端子である第１出力端子及び第２出力端子と、
　前記第１出力端子及び前記第２出力端子に接続されていて電荷を蓄積する機能を有する電荷蓄積部と、
　前記整流回路によって得られた直流電力をもとに前記電荷蓄積部を充電するための充電部と、
　放熱板とを備え、
　前記電荷蓄積部は、直列に接続されている正極側コンデンサと負極側コンデンサとを有し、
　前記充電部は、前記正極側コンデンサと前記負極側コンデンサとのうちの一方又は双方を充電するための正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードを有し、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、ディスクリート半導体素子であり、
　前記放熱板は、前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードの熱を放散させる機能を有しており、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、前記放熱板のひとつ又は複数の平面に配置されており、
　前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、フルモールドパッケージの素子であり、
　前記正極側スイッチング素子及び前記負極側スイッチング素子は、フルモールドパッケージでない素子である
　直流電源装置。
　交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流電力を負荷に供給する直流電源装置であって、
　前記交流電源から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と、
　前記直流電源装置から前記負荷への直流電力の出力の端子である第１出力端子及び第２出力端子と、
　前記第１出力端子及び前記第２出力端子に接続されていて電荷を蓄積する機能を有する電荷蓄積部と、
　前記整流回路によって得られた直流電力をもとに前記電荷蓄積部を充電するための充電部と、
　放熱板とを備え、
　前記電荷蓄積部は、直列に接続されている正極側コンデンサと負極側コンデンサとを有し、
　前記充電部は、前記正極側コンデンサと前記負極側コンデンサとのうちの一方又は双方を充電するための正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードを有し、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、ディスクリート半導体素子であり、
　前記放熱板は、前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードの熱を放散させる機能を有しており、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、前記放熱板のひとつ又は複数の平面に配置されており、
　前記正極側スイッチング素子及び前記正極側逆流防止ダイオードは、フルモールドパッケージの素子であり、
　前記負極側スイッチング素子及び前記負極側逆流防止ダイオードは、フルモールドパッケージでない素子である
　直流電源装置。
　複数の前記フルモールドパッケージでない素子と前記放熱板との間に位置して前記複数のフルモールドパッケージでない素子の各々を電気的に絶縁させる絶縁シートを更に備える
　請求項１から３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
　交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流電力を負荷に供給する直流電源装置であって、
　前記交流電源から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と、
　前記直流電源装置から前記負荷への直流電力の出力の端子である第１出力端子及び第２出力端子と、
　前記第１出力端子及び前記第２出力端子に接続されていて電荷を蓄積する機能を有する電荷蓄積部と、
　前記整流回路によって得られた直流電力をもとに前記電荷蓄積部を充電するための充電部と、
　放熱板とを備え、
　前記電荷蓄積部は、直列に接続されている正極側コンデンサと負極側コンデンサとを有し、
　前記充電部は、前記正極側コンデンサと前記負極側コンデンサとのうちの一方又は双方を充電するための正極側スイッチング素子、負極側スイッチング素子、正極側逆流防止ダイオード及び負極側逆流防止ダイオードを有し、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、ディスクリート半導体素子であり、
　前記放熱板は、前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードの熱を放散させる機能を有しており、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、前記放熱板のひとつ又は複数の平面に配置されており、
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、フルモールドパッケージの素子である
　直流電源装置。
　前記正極側スイッチング素子、前記負極側スイッチング素子、前記正極側逆流防止ダイオード及び前記負極側逆流防止ダイオードは、前記放熱板と熱的に結合されている
　請求項１から５のいずれか１項に記載の直流電源装置。
　請求項１から６のいずれか１項に記載の直流電源装置と、
　前記負荷とを備え、
　前記負荷は、モータを含む圧縮機と、前記直流電源装置から供給される直流電力をもとに前記モータを駆動するインバータとを有する
　空気調和機。