(57)【要約】【課題】交流電源から伝送される交流電力が高品質でなくとも、均一な直流電圧を出力可能なコンバータ装置を提供する。【解決手段】コンバータ装置は、インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得する直流電圧取得部と、前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定する判定部と、前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するオンデューティ変更部と、前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力する信号出力部と、を備える。【選択図】図１
2020171183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得する直流電圧取得部と、
前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定する判定部と、
前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するオンデューティ変更部と、
前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力する信号出力部と、
を備えるコンバータ装置。
【請求項２】
前記オンデューティ変更部は、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値を下回った場合に、前記オンデューティを増加させる
請求項１に記載のコンバータ装置。
【請求項３】
前記オンデューティ変更部は、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値を上回った場合に、前記オンデューティを減少させる
請求項１または請求項２に記載のコンバータ装置。
【請求項４】
前記オンデューティ変更部は、フィードバック制御により、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値に一致するように前記オンデューティを変更する
請求項１に記載のコンバータ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコンバータ装置を備える空気調和機。
【請求項６】
インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得するステップと、
前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定するステップと、
前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するステップと、
前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力するステップと、
を有するコンバータ装置の制御方法。
【請求項７】
コンバータ装置のコンピュータに、
インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得するステップと、
前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定するステップと、
前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するステップと、
前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力するステップと、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータ装置、空気調和機、コンバータ装置の制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンバータ装置として、特許文献１に開示される装置が知られている。特許文献１に開示されているコンバータ装置は、交流電力を直流電力に変換する装置であり、高調波成分の低減及び力率改善を目的として、２つのスイッチング回路を有している。そして、負荷の小さいときには片方のスイッチング回路のみを作動させ、負荷が大きい場合に２つのスイッチング回路の両方を作動させる。
【０００３】
また、特許文献２には、力率改善回路に対する信号のオンデューティを変更することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６１５１０３４号公報
【特許文献２】特開２０１４−０５７５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交流電源（商用電源）から伝送される交流電力が高品質（振幅、周波数がほぼ一定）である場合、コンバータ装置から出力される直流電圧も一定に維持され、安定した動作が得られる。しかし、地域や環境によっては、交流電源から伝送される交流電力が必ずしも高品質であるとは限らない。交流電源から伝送される交流電力の品質が低い場合、コンバータ装置から出力される直流電圧が不均一となり、安定した動作が得られないことが想定される。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、交流電源から伝送される交流電力が高品質でなくとも、均一な直流電圧を出力可能なコンバータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、コンバータ装置は、インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得する直流電圧取得部と、前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定する判定部と、前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するオンデューティ変更部と、前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力する信号出力部と、を備える。
【０００８】
また、本発明の第２の態様によれば、前記オンデューティ変更部は、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値を下回った場合に、前記オンデューティを増加させる。
【０００９】
また、本発明の第３の態様によれば、前記オンデューティ変更部は、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値を上回った場合に、前記オンデューティを減少させる。
【００１０】
また、本発明の第４の態様によれば、前記オンデューティ変更部は、フィードバック制御により、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値に一致するように前記オンデューティを変更する。
【００１１】
また、本発明の第５の態様によれば、空気調和機は、上述のコンバータ装置を備える。
【００１２】
また、本発明の第６の態様によれば、コンバータ装置の制御方法は、インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得するステップと、前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定するステップと、前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するステップと、前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力するステップと、を有する。
【００１３】
また、本発明の第７の態様によれば、プログラムは、コンバータ装置のコンピュータに、インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得するステップと、前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定するステップと、前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するステップと、前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力するステップと、を実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
上述の各態様によれば、交流電源から伝送される交流電力が高品質でなくとも、均一な直流電圧を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示した図である。
【図２】第１の実施形態に係るコンバータ制御部の機能構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係るコンバータ制御部の処理を詳細に説明するために用いる図である。
【図４】第１の実施形態に係るコンバータ制御部の処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係るコンバータ装置について、図１〜図４を参照しながら詳しく説明する。なお、本実施形態に係るコンバータ装置は、空気調和機の圧縮機モータを駆動するモータ駆動装置に適用される。なお、他の実施形態に係るコンバータ装置の適用先は、空気調和機に限られず、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して用いるような装置に対して広く適用可能である。
【００１７】
（概略構成）
図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示した図である。
図１に示すように、モータ駆動装置１は、交流電源４からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ装置２と、コンバータ装置２から出力された直流電力を三相交流電力に変換して圧縮機モータ（負荷）２０に出力するインバータ装置３とを主な構成として備えている。
【００１８】
コンバータ装置２は、交流電源４より入力された交流電力を直流電力に変換する整流回路５と、整流回路５の直流出力側に、整流回路５に並列に接続された平滑コンデンサ（平滑手段）１２と、整流回路５と平滑コンデンサ１２との間に、互いに並列に設けられた２つのスイッチング回路１０ａ、１０ｂと、スイッチング回路１０ａ、１０ｂを制御するコンバータ制御部（制御手段）１５とを主な構成として備えている。
【００１９】
スイッチング回路１０ａ、１０ｂは、力率改善、及び、交流電源への高調波を抑制する目的で設けられた力率改善回路である。
スイッチング回路１０ａは、整流回路５と平滑コンデンサ１２とを接続する正極母線Ｌｐに、直列的に設けられたインダクタ（誘導性素子）６ａと、インダクタ６ａの電流出力側に直列に接続されるダイオード７ａと、インダクタ６ａとダイオード７ａとの間に一端が接続され、かつ、整流回路５と並列に接続されたスイッチング素子８ａとを有する。
同様に、スイッチング回路１０ｂは、整流回路５と平滑コンデンサ１２とを接続する正極母線Ｌｐに、直列的に設けられたインダクタ６ｂと、インダクタ６ｂの電流出力側に直列に接続されるダイオード７ｂと、インダクタ６ｂとダイオード７ｂとの間に一端が接続され、かつ、整流回路５と並列に接続されたスイッチング素子８ｂとを有する。
スイッチング素子８ａ、８ｂの一例としては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が挙げられる。
【００２０】
交流電源４には、ゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出部１７が設けられている。ゼロクロス検出部１７からのゼロクロス信号はコンバータ制御部１５に出力される。
インバータ装置３は、６個のスイッチング素子を備えるブリッジ回路１８と、ブリッジ回路１８におけるスイッチング素子の開閉を制御するインバータ制御部１９とを備える。インバータ制御部１９は、例えば、上位装置（図示略）から入力される要求回転数指令に基づいて、各スイッチング素子のゲート駆動信号Ｓｐｗｍを生成し、ブリッジ回路１８に与える。インバータ制御の具体的な手法の一例としては、ベクトル制御、センサレスベクトル制御、Ｖ／Ｆ制御、過変調制御、１パルス制御などが挙げられる。
上記のような制御を実現するために、ブリッジ回路１８の入力直流電圧Ｖｄｃを検出する直流電圧検出部２８、圧縮機モータ２０に流れる各相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出するモータ電流検出部２９が設けられ、これらの検出値Ｖｄｃ、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗがインバータ制御部１９に入力されるようになっている。ここで、モータ電流検出部２９は、ブリッジ回路１８と平滑コンデンサ１２の間の負極側電力線に流れる電流を検出し、この検出信号から各相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを取得することとしてもよい。また、本実施形態においては、図１に示すように、直流電圧検出部２８が検出した入力直流電圧Ｖｄｃは、コンバータ制御部１５にも入力される。
【００２１】
コンバータ制御部１５及びインバータ制御部１９は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）であり、以下に記載する各処理を実行するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有しており、ＣＰＵがこの記録媒体に記録されたプログラムをＲＡＭ等の主記憶装置に読み出して実行することにより、以下の各処理が実現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
コンバータ制御部１５及びインバータ制御部１９は、一つのＭＰＵによって具現化されてもよいし、個別のＭＰＵによって具現化されてもよい。
【００２２】
（コンバータ制御部の機能構成）
図２は、第１の実施形態に係るコンバータ制御部の機能構成を示す図である。
図２に示すように、コンバータ制御部１５は、直流電圧取得部１５０、判定部１５１、オンデューティ変更部１５２、及び、信号出力部１５３としての機能を有する。
【００２３】
直流電圧取得部１５０は、直流電圧検出部２８を介して、インバータ装置３に入力される直流電圧（入力直流電圧Ｖｄｃ）の検出値を取得する。
判定部１５１は、入力直流電圧Ｖｄｃの検出値と所定の判定閾値（後述する第１判定閾値Ｖｔｈ１及び第２判定閾値Ｖｔｈ２）との大小関係を判定する。
オンデューティ変更部１５２は、判定部１５１による大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路（スイッチング回路１０ａ、１０ｂ）に入力されるスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティを変更する。
信号出力部１５３は、ゼロクロス検出部１７からのゼロクロス信号と同期しながら、力率改善及び高調波を抑制するためのスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２をスイッチング回路１０ａ、１０ｂに向けて出力する。また、信号出力部１５３は、オンデューティ変更部１５２によって決定（変更）されたオンデューティをスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２に適用して出力する。
【００２４】
（コンバータ制御部の処理の詳細な説明）
図３は、第１の実施形態に係るコンバータ制御部の処理を詳細に説明するために用いる図である。
【００２５】
まず、図３を参照しながら、コンバータ制御部１５の信号出力部１５３の処理について詳しく説明する。
【００２６】
信号出力部１５３は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、基準波形と電圧指令とを比較し、その結果に基づいて、スイッチング回路１０ａを制御するためのスイッチング信号Ｓｇ１と、スイッチング回路１０ｂを制御するためのスイッチング信号Ｓｇ２とを生成する。
具体的には、まず、信号出力部１５３は、予め定められたキャリア周波数の基準波形（例えば、三角波）を生成する（図３の（ａ）参照）。
次に、信号出力部１５３は、ゼロクロス検出部１７からのゼロクロス信号と同期し、所定の振幅値を有する正弦波の電圧指令を生成する。なお、この電圧指令は、交流電源４から入力される交流電圧の周波数と同じ周波数の正弦波として成形されるものであり、かつ、負側の半周期が正側に反転されてなる。
図３に示すように、信号出力部１５３は、電圧指令よりも基準波形の方が大きい期間を“ＯＮ”とし、電圧指令よりも基準波形の方が小さい期間を“ＯＦＦ”とするスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を出力する。
【００２７】
ここで、基準波形の大きさ（最大値と最小値との差）に対する電圧指令の振幅値の比を電圧指令の「変調率」と定義し、例えば、基準波形の大きさと電圧指令の振幅値とが等しい場合、変調率を１００％と規定する。この場合、スイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティ（ＯＮ期間及びＯＦＦ期間全体に対するＯＮ期間が占める割合）は、電圧指令の変調率によって制御可能である。具体的には、電圧指令の変調率を下げるほどスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティは増加し、逆に、電圧指令の変調率を上げるほどスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティは減少する。
【００２８】
信号出力部１５３によって生成されたスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２は、それぞれ、スイッチング素子８ａ、８ｂを駆動するゲート回路（図示略）にそれぞれ与えられ、この信号に基づいてゲート回路が駆動することにより、スイッチング素子８ａ、８ｂの開閉が制御される。
【００２９】
（コンバータ制御部の処理フロー）
図４は、第１の実施形態に係るコンバータ制御部の処理フローを示す図である。
図４に示す処理フローは、モータ駆動装置（空気調和機）の運転中において、繰り返し実行される。
図４に示すように、まず、コンバータ制御部１５の直流電圧取得部１５０は、直流電圧検出部２８を介して、入力直流電圧Ｖｄｃの検出値を取得する（ステップＳ０１）。
次に、コンバータ制御部１５の判定部１５１は、ステップＳ０１で取得された入力直流電圧Ｖｄｃと、予め規定された第１判定閾値Ｖｔｈ１との大小関係を判定する（ステップＳ０２）。
【００３０】
入力直流電圧Ｖｄｃが第１判定閾値Ｖｔｈ１を下回っていた場合（ステップＳ０２；ＮＯ）、入力直流電圧Ｖｄｃが本来出力すべき電圧を大きく下回っていると判断される。そこで、この場合、コンバータ制御部１５のオンデューティ変更部１５２は、電圧指令（図３）の変調率を所定量だけ減少させる（ステップＳ０３）。この結果、スイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティが増加する。
【００３１】
入力直流電圧Ｖｄｃが第１判定閾値Ｖｔｈ１以上であった場合（ステップＳ０２；ＹＥＳ）、次に、判定部１５１は、ステップＳ０１で取得された入力直流電圧Ｖｄｃと、予め規定された第２判定閾値Ｖｔｈ２（Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２）との大小関係を判定する（ステップＳ０４）。
【００３２】
入力直流電圧Ｖｄｃが第２判定閾値Ｖｔｈ２を上回っていた場合（ステップＳ０４；ＮＯ）、入力直流電圧Ｖｄｃが本来出力すべき電圧を大きく上回っていると判断される。そこで、この場合、コンバータ制御部１５のオンデューティ変更部１５２は、電圧指令（図３）の変調率を所定量だけ増加させる（ステップＳ０５）。この結果、スイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティが減少する。
【００３３】
入力直流電圧Ｖｄｃが第２判定閾値Ｖｔｈ２以下であった場合（ステップＳ０４；ＹＥＳ）、変調率が変更されないまま次の処理に進む。
次に、信号出力部１５３は、ステップＳ０３、ステップＳ０５を経て決定（変更）された変調率を適用したスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を出力する（ステップＳ０６）。
【００３４】
（作用、効果）
上述のステップＳ０１〜ステップＳ０６の処理フローによれば、入力直流電圧Ｖｄｃの検出値が所定の判定閾値（第１判定閾値Ｖｔｈ１）を下回った場合には、スイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティが減少する。そうすると、スイッチング回路１０ａ、１０ｂのスイッチング素子８ａ、８ｂを流れる電流が増加する。その結果、インダクタ６ａ、６ｂに蓄えられる電荷が増加するので、ダイオード７ａ、７ｂの下流側の電圧（即ち、入力直流電圧Ｖｄｃ）が増加する方向に作用する。したがって、第１判定閾値Ｖｔｈ１を下回った入力直流電圧Ｖｄｃが、第１判定閾値Ｖｔｈ１以上となるように制御される。
また、上述のステップＳ０１〜ステップＳ０６の処理フローによれば、入力直流電圧Ｖｄｃの検出値が所定の判定閾値（第２判定閾値Ｖｔｈ２）を上回った場合には、スイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティが増加する。そうすると、スイッチング回路１０ａ、１０ｂのスイッチング素子８ａ、８ｂを流れる電流が減少する。その結果、インダクタ６ａ、６ｂに蓄えられる電荷が減少するので、ダイオード７ａ、７ｂの下流側の電圧（即ち、入力直流電圧Ｖｄｃ）が減少する方向に作用する。したがって、第２判定閾値Ｖｔｈ２を上回った入力直流電圧Ｖｄｃが、直ちに、第２判定閾値Ｖｔｈ２以下となるように制御される。
【００３５】
以上より、第１の実施形態に係るコンバータ装置２によれば、交流電源から伝送される交流電力が高品質でなくとも、均一な直流電圧を出力することができる。
【００３６】
（変形例）
以上、第１の実施形態に係るコンバータ装置２及びこれを備える空気調和機について詳細に説明したが、コンバータ装置２の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
【００３７】
第１の実施形態に係るコンバータ制御部１５は、入力直流電圧Ｖｄｃの検出値が第１判定閾値Ｖｔｈ１及び第２判定閾値Ｖｔｈ２と比較して大きいか小さいかの判定結果に応じてオンデューティを変更することを決定するものとした。しかし、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、他の実施形態に係るコンバータ制御部１５は、所定の判定閾値（入力直流電圧の目標値）と入力直流電圧Ｖｄｃの検出値との偏差に応じたフィードバック制御（例えば、ＰＩ制御）により、スイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のオンデューティを決定してもよい。即ち、オンデューティ変更部１５２は、フィードバック制御により、入力直流電圧Ｖｄｃの検出値が所定の判定閾値に一致するようにオンデューティを変更するようにしてもよい。
【００３８】
また、力率改善回路（スイッチング回路１０ａ、１０ｂ）に対するスイッチング制御は、本来、力率改善及び高調波抑制の目的で実行されるものである。そのため、例えば圧縮機モータ２０における負荷が小さい場合には、高調波を抑制することの必要性が小さいことから、スイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を出力せずスイッチング回路１０ａ、１０ｂを動作させないようにする制御が考えられる。このように、（高調波抑制の必要性がないために）コンバータ制御部１５がスイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を出力していない状態にあったとしても、入力直流電圧Ｖｄｃが本来出力すべき電圧値から大きく逸脱した場合には、直ちに、入力直流電圧Ｖｄｃを安定化させる目的で、スイッチング信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を出力するようにしてもよい。
【００３９】
上述の実施形態においては、コンバータ制御部１５の各種処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００４０】
上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００４１】
以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１  モータ駆動装置
２  コンバータ装置
３  インバータ装置
４  交流電源
５  整流回路
６ａ、６ｂ  インダクタ
７ａ、７ｂ  ダイオード
８ａ、８ｂ  スイッチング素子
１０ａ、１０ｂ  スイッチング回路（力率改善回路）
１２  平滑コンデンサ
１５  コンバータ制御部
１５０  直流電圧取得部
１５１  判定部
１５２  オンデューティ変更部
１５３  信号出力部
１７  ゼロクロス検出部
【図１】
2020171183.tif 000003
【図２】
2020171183.tif 000004
【図３】
2020171183.tif 000005
【図４】
2020171183.tif 000006