(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング素子の熱破壊を防止しつつ、直流電源装置の動作を止めることを防ぐ直流電源装置を提供する。【解決手段】交流電力を直流電力に変換する直流電源装置において、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ３を有する直流電源回路と、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ３の温度を検出する温度検出部１０３と、直流電源回路に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、電流検出部で検出された電流が所定値を超えた場合にＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ３のスイッチング制御を停止し、温度検出部で検出した温度が低いほど前記所定値は高くなる直流電源装置。【選択図】図２
2015144496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換する直流電源装置において、
ＭＯＳＦＥＴを有する直流電源回路と、
前記ＭＯＳＦＥＴの温度を検出する温度検出部と、
前記直流電源回路に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、
前記電流検出部で検出された電流が所定値を超えた場合に前記ＭＯＳＦＥＴのスイッチング制御を停止し、
前記温度検出部で検出した温度が低いほど前記所定値は高くなる直流電源装置。
【請求項２】
前記ＭＯＳＦＥＴと並列に接続されたＩＧＢＴを備え、
前記電流検出部で検出された電流が前記所定値未満であるとき、前記ＭＯＳＦＥＴのスイッチング制御を行い、
前記電流検出部で検出された電流が前記所定値以上であるとき、前記ＩＧＢＴのスイッチング制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記温度検出部は、前記ＭＯＳＦＥＴの素子温度、前記ＭＯＳＦＥＴの放熱フィンの温度、又は、前記ＭＯＳＦＥＴの周囲温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の直流電源装置に接続された圧縮機と、室外熱交換器と、室外送風ファンとを有する室外機と、
室内熱交換器と、室内送風ファンとを有する室内機とを備える空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に変換する直流電源装置及びこれを用いた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷としてモータを搭載した電車や自動車並びに空気調和機等の機器には、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。そして、電力送電設備の負担軽減のため、直流電源装置には高効率、力率改善による低高調波電流が求められている。
【０００３】
低高調波電流実現の方法として、リアクタを接続しスイッチング素子のスイッチング動作によって回路を複数回短絡することで、入力電流波形を入力電圧波形のように正弦波状に成形して力率を改善する方法が提案されている。
【０００４】
この直流電源装置内の回路には、通常ダイオードやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ−  Ｂｉｐｏｌａｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といった半導体素子が使用されている。このダイオードによって交流電圧を全波整流乃至半波整流を行い、平滑コンデンサにて平滑する。また、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴをスイッチングさせることで力率改善制御を行う。
【０００５】
しかし、直流電源装置への入力が増える事で半導体が発熱し、熱破壊が発生するおそれがある。また、半導体素子の周囲温度が高い条件下においては、当然のことながらそれだけ発熱しやすくなる。
【０００６】
このような問題を解決するために、例えば特許文献１のような技術が提案されている。
特許文献１に記載のインバータ装置は、モータの回転を制御するスイッチング回路と、パルス幅変調された矩形波を用いてスイッチング回路をドライブするドライブ回路と、温度変化に伴うサーミスタの緩やかな抵抗値の変化を捉えて温度検出信号として出力する温度検出回路と、モータ電流が所定値を超えた場合に異常信号を出力する過電流検出回路とを備え、温度検出信号が変化した場合は、その変化に応じてドライブ回路の出力を変化させ、異常信号が変化した場合は、直ちにドライブ回路の出力を停止する。
【０００７】
しかし、特許文献１のインバータ装置はスイッチング素子保護のため、スイッチング素子の動作を停止させるのでインバータ装置の動作が停止してしまい、実際の製品動作上好ましくない。
【０００８】
直流電源装置に置き換えて考えてみても、直流電源装置がアクティブ状態（力率改善動作中）において、スイッチング動作中の素子を過電流停止させた場合、素子の保護を行うことは可能であるが、力率改善制御、最悪の場合直流電源装置の動作自体を止めることになり、製品動作上好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２９１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の熱破壊を防止しつつ、直流電源装置の動作を止めることを防ぐ直流電源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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の直流電源装置は、交流電力を直流電力に変換する直流電源装置において、ＭＯＳＦＥＴを有する直流電源回路と、ＭＯＳＦＥＴの温度を検出する温度検出部と、直流電源回路に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、電流検出部で検出された電流が所定値を超えた場合にＭＯＳＦＥＴのスイッチング制御を停止し、温度検出部で検出した温度が低いほど前記所定値は高くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スイッチング素子の熱破壊を防止しつつ、直流電源装置の動作を止めることを防ぐ直流電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】空気調和機のサイクル構成図である。
【図２】直流電源装置の構成を示す図である。
【図３】入力電圧が正のサイクルで、ダイオードによる全波整流とＭＯＳＦＥＴによる同期整流制御を行った場合の電流の経路を示す図である。
【図４】入力電圧が負のサイクルで、ダイオードによる全波整流とＭＯＳＦＥＴによる同期整流制御を行った場合の電流の経路を示す図である。
【図５】入力電圧が正のサイクルで、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３ベタオン、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２がオンの状態でＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１をスイッチングさせて、同期整流制御と力率改善制御を行った場合の回路電流の経路を示す図である。
【図６】入力電圧が負のサイクルで、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１ベタオン、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２がオンの状態でＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３をスイッチングさせて、同期整流制御と力率改善制御を行った場合の回路電流の経路を示す図である。
【図７】ＩＧＢＴとＭＯＳＦＥＴの電流に対する電圧特性を表す図である。
【図８】ＩＧＢＴとＭＯＳＦＥＴの電流に対する損失特性を表す図である。
【図９】入力電圧が正のサイクルでＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３をオフ、ＲＥＬ２もオフの状態でダイオードによる全波整流のみを行った場合の回路電流の経路を示す図である。
【図１０】入力電圧が負のサイクルでＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１をオフ、ＲＥＬ１もオフの状態でダイオードによる全波整流のみを行った場合の回路電流の経路を示す図である。
【図１１】入力電圧が正のサイクルでＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ２はオフ、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２もオフの状態でＩＧＢＴ‐Ｑ２をスイッチングさせて、ＩＧＢＴによる力率改善制御を行った場合の回路電流の経路を示す図である。
【図１２】入力電圧が負のサイクルでＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ２はオフ、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２もオフの状態でＩＧＢＴ‐Ｑ４をスイッチングさせて、ＩＧＢＴによる力率改善制御を行った場合の回路電流の経路を示す図である。
【図１３】ＭＯＳＦＥＴ‐に流れる電流と素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度との双方に係る特性領域上に対応付けられた電流閾値情報を表す図である。
【図１４】直流電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】直流電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図１６】直流電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】直流電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図１８】直流電源装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は空気調和機のサイクル構成図である。冷房運転時は、圧縮機３４より吐出された高温且つ高圧の冷媒は、四方弁３５を介して室外熱交換機３７に流入する。室外熱交換機３７に流入した冷媒は、室外送風ファン３８によって送られる室外の空気と熱交換することで、凝縮されて液冷媒となる。液冷媒は、膨張弁３６を通過することで低温低圧の二相冷媒になり、室内熱交換器３９に流入する。室内熱交換器３９に流入した低温低圧の二相冷媒は、室内送風ファン４０によって送られる室内の空気と熱交換する。このとき、室内熱交換器３９に送られた室内の空気は、室内熱交換器３９に流入した低温低圧の二相冷媒によって冷却され、吹出口から室内に吐出される。吹出口から室内に吐出される空気は、吸込口における空気の温度よりも低いため、室内の温度を下げることができる。室内熱交換器３９で熱交換された冷媒は四方弁３５を介して再び圧縮機３４に戻る。圧縮機３４と室外熱交換器３７と室外送風ファン３８と膨張弁３６は室外機に配置され、室内熱交換器３９と室内送風ファン４０は室内機に配置されている。本実施例に係る直流電源装置は、圧縮機３４に接続されている。具体的には、本実施例に係る直流電源装置は、インバータを介して圧縮機３４に接続されている。
【００１６】
図２は、直流電源装置の構成図を示す図である。図２に示すように、本実施例に係る直流電源装置は、リアクトルＬ１と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ３と、ＩＧＢＴ‐Ｑ２、Ｑ４と、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２と平滑コンデンサＣ１と、電流検出部１０１と、入力電流判定部１０２と、素子温度検出部１０３と、素子温度判定部１０４と、ゼロクロス検出部１０５と、ゼロクロス判定部１０６と、コンバータ制御部１０７と、と備えている。そして、直流電源装置の入力段は交流電源Ｖ１に接続されており、出力段は負荷１０８に接続されている。負荷１０８としては例えばモータやインバータ回路などがある。
【００１７】
リアクタＬ１にはダイオードＤ１〜Ｄ４の４素子から成るダイオードブリッジ回路が接続されており、その出力段には平滑コンデンサＣ１が接続されている。そして、平滑コンデンサのマイナス側にアノードが接続されているダイオードＤ３には、ＲＥＬ１とＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１がシリーズに接続された直列回路とＩＧＢＴ‐Ｑ２が並列に接続されている。同様に、平滑コンデンサのマイナス側にアノードが接続されているダイオードＤ４には、ＲＥＬ２とＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３がシリーズに接続された直列回路とＩＧＢＴ‐Ｑ４が並列に接続されている。
【００１８】
電流検出部１０１は直流電源装置回路内に通流する電流を検出する機能を持つ。これを実現するには、例えばトランス、シャント抵抗、ホール素子などを使用すればよい。入力電流判定部１０２は電流検出部によって検出した電流値と予め設定された閾値との大小関係を判定する機能を持つ。
【００１９】
ここで、温度検出部１０３は、ＭＯＳＦＥＴの素子温度（素子のパッケージ温度）、ＭＯＳＦＥＴの放熱フィンの温度、又は、ＭＯＳＦＥＴの周囲温度を検出する。実際にはサーミスタ等を使用する。温度判定部１０４は温度検出部１０３によって検出した、素子温度や放熱フィンの温度や周囲温度などの温度情報を、予め設定されている閾値と照合して、閾値との大小関係を判定する機能を持つ。ゼロクロス検出部１０５は入力電圧のゼロクロスを検出して、ゼロクロス判定部１０６によってその判定を行う。ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ３やＩＧＢＴ‐Ｑ２、Ｑ４による力率改善制御は、この入力電圧のゼロクロスを基準にしてスイッチングを行う。
【００２０】
コンバータ制御部１０７は入力電流判定部１０２、素子温度判定部１０４、ゼロクロス判定部１０６から送信された判定結果に基づいてＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ３とＩＧＢＴ‐Ｑ２、Ｑ４とリレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２の駆動制御を行う機能を持つ。
【００２１】
以下、本実施例の直流電源装置の動作状態について説明する。電源電圧が正のサイクルで全波整流を行う場合について説明する。図３は入力電圧が正のサイクルで、ダイオードによる全波整流とＭＯＳＦＥＴによる同期整流制御を行った場合の電流の経路を示す図である。電源電圧が正のサイクルで全波整流を行う場合、図３のようにＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３とＲＥＬ２がオン状態となり、電流の経路は入力電源Ｖ１、リアクタＬ１、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ１、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ３とダイオードＤ４、入力電源Ｖ１、となる。このように、通常のダイオード整流に加えてＭＯＳＦＥＴによる同期整流制御を行っているため、低損失、高効率となる。
【００２２】
次に、電源電圧が負のサイクルで全波整流を行う場合について説明する。図４は、入力電圧が負のサイクルで、ダイオードによる全波整流とＭＯＳＦＥＴによる同期整流制御を行った場合の電流の経路を示す図である。電源電圧が負のサイクルで全波整流を行う場合、図４のようにＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１とＲＥＬ１がオン状態となり、電流の経路は入力電源Ｖ１、ダイオードＤ２、平滑コンデンサＣ１、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１とダイオードＤ３、リアクタＬ１、入力電源Ｖ１、となる。この場合も正のサイクル時と同様に同期整流制御を行っている。
【００２３】
次に、電源電圧が正のサイクルで力率改善制御を行う場合について説明する。図５は、入力電圧が正のサイクルで、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３ベタオン、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２がオンの状態でＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１をスイッチングさせて、同期整流制御と力率改善制御を行った場合の回路電流の経路を示す図である。電源電圧が正のサイクルで力率改善制御を行う場合、図５のようにＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３とＲＥＬ２がオン状態となる。そして、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１がオン・オフ動作を行うことで、回路を短絡させる。そして、電流の経路は図５の通りである。このとき、リアクタＬ１にはエネルギーがチャージされ、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１がオン、オフのタイミングで平滑コンデンサＣ１にエネルギーがチャージされることで直流電圧が昇圧される。
【００２４】
次に、電源電圧が負のサイクルで力率改善制御を行う場合について説明する。図６は、入力電圧が負のサイクルで、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１ベタオン、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２がオンの状態でＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３をスイッチングさせて、同期整流制御と力率改善制御を行った場合の回路電流の経路を示す図である。電源電圧が負のサイクルで力率改善制御を行う場合、図６のようにＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１とＲＥＬ１がベタオン状態となる。そして、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３がオン・オフ動作を行うことで、回路を短絡させる。そして、電流の経路は図６の通りである。このとき、リアクタＬ１にはエネルギーがチャージされ、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３がオンからオフのタイミングで平滑コンデンサＣ１にエネルギーがチャージされることで直流電圧が昇圧される。
【００２５】
以上が、全波整流と力率改善制御を行った場合の素子の動作状態と回路に流れる電流の経路である。
【００２６】
図７はＩＧＢＴのコレクタ電流とコレクタ‐エミッタ間電圧の関係と、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流とドレイン‐ソース間電圧の関係を比較した図である。同じ電流値で比較した場合に、低入力領域においてはＩＧＢＴのコレクタ‐エミッタ間電圧よりもＭＯＳＦＥＴのドレイン‐ソース間電圧の方が小さく、高入力領域においては関係が逆転していることが分かる。
【００２７】
図８はＩＧＢＴのコレクタ電流と導通損失の関係と、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流と導通損の関係を示した図である。各素子の電流‐電圧の関係に従って、導通損失も低入力領域ではＭＯＳＦＥＴが有利、高入力領域ではＩＧＢＴが有利、という関係になっている。これは、ＭＯＳＦＥＴの損失は電流の２乗で変化するため、高入力領域においては損失が急激に悪化するためである。すなわち、高入力領域においてはＭＯＳＦＥＴよりもＩＧＢＴの方が損失は小さく発熱量も小さいため、熱破壊しにくいといえる。
【００２８】
そこで、本実施例に係る直流電源装置は高入力・高負荷・高温領域のように、ＭＯＳＦＥＴが熱破壊する危険性の高い領域においては、ＭＯＳＦＥＴのスイッチングを停止・回路から分断後、代わりにＩＧＢＴを使用して直流電源装置の動作を継続させる。すなわち、本実施例に係る直流電源装置は、ＭＯＳＦＥＴ（第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）又は第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３））と並列に接続されたＩＧＢＴ（第１のＩＧＢＴ（Ｑ２）又は第２のＩＧＢＴ（Ｑ４））を備え、電流検出部１０１で検出された電流と温度検出部１０３で検出された温度が所定値未満であるとき、ＭＯＳＦＥＴのスイッチング制御を行い、電流検出部１０３で検出された電流と温度検出部１０３で検出された温度が所定値以上であるとき、ＩＧＢＴのスイッチング制御を行う。このようにスイッチング素子を切り換えることで、直流電源装置の動作を停止することなく、ＭＯＳＦＥＴの熱破壊を防ぐことができる。
【００２９】
以下、温度と電流を検出してＭＯＳＦＥＴが熱破壊する危険性が高いと判断した場合の各素子のスイッチングの状態、電流の流れ、直流電源装置全体の動作について説明する。
【００３０】
まず、電源電圧が正のサイクルで全波整流を行い、更にＭＯＳＦＥＴの保護を行う場合について説明する。図９は、入力電圧が正のサイクルでＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３をオフ、ＲＥＬ２もオフの状態でダイオードによる全波整流のみを行った場合の回路電流の経路を示す図である。電源電圧が正のサイクルで全波整流を行い、更にＭＯＳＦＥＴの保護を行う場合は、図９に示すように保護制御実施前にオン状態であった、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３とリレーＲＥＬ２をオフにすることでダイオードＤ４にのみ電流を通流させる。
【００３１】
次に、電源電圧が負のサイクルで全波整流を行い、更にＭＯＳＦＥＴの保護を行う場合について説明する。図１０は、入力電圧が負のサイクルでＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１をオフ、ＲＥＬ１もオフの状態でダイオードによる全波整流のみを行った場合の回路電流の経路を示す図である。電源電圧が負のサイクルで全波整流を行い、更にＭＯＳＦＥＴの保護を行う場合は、図１０に示すように保護制御実施前にオン状態であったＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１とリレーＲＥＬ１をオフにすることでダイオードＤ３にのみ電流を通流させる。
【００３２】
次に、電源電圧が正のサイクルで力率改善制御を行い、更にＭＯＳＦＥＴの保護を行う場合について説明する。図１１は、入力電圧が正のサイクルでＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ３はオフ、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２もオフの状態でＩＧＢＴ‐Ｑ２をスイッチングさせて、ＩＧＢＴによる力率改善制御を行った場合の回路電流の経路を示す図である。電源電圧が正のサイクルで力率改善制御を行い、更にＭＯＳＦＥＴの保護を行う場合は、図１１に示すように保護制御実施前にスイッチングさせていたＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１をオフにさせ、ＲＥＬ１もオフとする。そして、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１に並列接続されていたＩＧＢＴ‐Ｑ２をスイッチング動作させる。また、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３とＲＥＬ２もオフ状態にさせる。以上、電流の流れる経路は、入力電源Ｖ１、リアクトルＬ１、ＩＧＢＴ‐Ｑ２、ダイオードＤ４、入力電源Ｖ１、となる。
【００３３】
次に、電源電圧が負のサイクルで力率改善制御を行い、更にＭＯＳＦＥＴの保護を行う場合について説明する。図１２は、入力電圧が負のサイクルでＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ２はオフ、リレーＲＥＬ１、ＲＥＬ２もオフの状態でＩＧＢＴ‐Ｑ４をスイッチングさせて、ＩＧＢＴによる力率改善制御を行った場合の回路電流の経路を示す図である。電源電圧が負のサイクルで力率改善制御を行い、更にＭＯＳＦＥＴの保護を行う場合は、図１２に示すように保護制御実施前にスイッチングさせていたＱ３をオフにさせ、ＲＥＬ２もオフとする。そして、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ３に並列接続されていたＩＧＢＴ‐Ｑ４をスイッチング動作させる。また、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１とＲＥＬ１もオフ状態にさせる。以上、電流の流れる経路は、入力電源Ｖ１、ＩＧＢＴ‐Ｑ４、ダイオードＤ３、リアクトルＬ１、入力電源Ｖ１、となる。
【００３４】
まとめると、本実施例に係る直流電圧装置は、図２に示すように、第１の入力端と第１の出力端との間を結ぶ第１の経路（ＬＨ１）と、第１の経路（ＬＨ１）上に設けられた第１のリアクトル（Ｌ１）と、第１の経路（ＬＨ１）上に設けられ、第１のリアクトル（Ｌ１）に対して第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを第１のリアクトル（Ｌ１）側に向けて設けられる第１のダイオード（Ｄ１）と、第２の入力端と第２の出力端との間を結ぶ第２の経路（ＬＨ２）と、第１のダイオード（Ｄ１）のカソード側と第２の経路（ＬＨ２）とを接続する経路（ＬＨ３）上に設けられた第２のダイオード（Ｄ２）と、第１のリアクトル（Ｌ１）と第１のダイオード（Ｄ１）との間と、第２の経路（ＬＨ２）とを接続する経路（ＬＨ４）上に設けられた第３のダイオード（Ｄ３）と、第２の経路（ＬＨ２）上に設けられた第４のダイオード（Ｄ４）とを有し、第３のダイオード（Ｄ３）は第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）及び第１のＩＧＢＴ（Ｑ２）と並列に接続され、第４のダイオード（Ｄ４）は第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）及び第２のＩＧＢＴ（Ｑ４）と並列に接続され、電流検出部（１０１）で検出された電流と温度検出部（１０３）で検出された温度が所定値未満であるとき、第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）及び第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のスイッチング制御を行い、電流検出部（１０１）で検出された電流と温度検出部（１０３）で検出された温度が所定値以上であるとき、第１のＩＧＢＴ（Ｑ２）及び第２のＩＧＢＴ（Ｑ４）のスイッチング制御を行う。
【００３５】
図７に示すように、線Ｉ１で示すＩＧＢＴのコレクタ電流に対するコレクタ−エミッタ間電圧特性は、コレクタ電流の立ち上がり区間において右肩上がりに急増し、その後、なだらかな右肩上がりの略線形の増加特性を描く。一方、線Ｍ１で示すＭＯＳＦＥＴのドレイン電流に対するドレイン−ソース間電圧特性は、全ての電流区間においてなだらかな右肩上がりの略線形の増加特性を描く。これら特性Ｉ１及び特性Ｍ１は、図７に示すように、臨界点において交差している。つまり、臨界点に比べて低入力領域では、ＩＧＢＴに係るコレクタ−エミッタ間電圧特性Ｉ１がＭＯＳＦＥＴに係るドレイン−ソース間電圧特性Ｍ１を上回っているが、臨界点に比べて高入力領域では、両者Ｔ１、Ｍ１の関係が逆転している。
【００３６】
図７に表す関係に起因して、図８に示すように、臨界点に比べて低入力領域では、線Ｉ２で示すＩＧＢＴに係る損失特性が、線Ｍ２で示すＭＯＳＦＥＴに係る損失特性を上回っているが、臨界点に比べて高入力領域では、両者Ｉ２、Ｍ２の関係が逆転している。つまり、ＭＯＳＦＥＴの損失は、低入力領域ではＩＧＢＴよりも小さいが、高入力領域では、ＩＧＢＴよりも大きくなる。これは、ＭＯＳＦＥＴの損失が電流の２乗で増大するからである。このため、ＭＯＳＦＥＴは、高負荷時の温度上昇割合がＩＧＢＴと比べて大きく、熱破壊を起こしやすいという欠点がある。
【００３７】
この欠点を無くすために、仮に、ＭＯＳＦＥＴによるスイッチング制御を行うか否かを判定する際の基準となる電流閾値を、余裕をみて低い固定値に設定したとする。この場合、本来保護制御を行うための素子温度となるまでにはまだ余裕があるにも関わらず、電流閾値が低い素子温度に対応して設定されているため、熱破壊危険状態に達したと判定して、保護制御が実施されてしまう。このため、ＭＯＳＦＥＴによる同期整流制御が停止するので、直流電源装置の高効率制御を行う妨げになる。
【００３８】
そこで、本実施例の直流電源装置では、素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度が予め定められた温度よりも低い領域では、電流閾値が大きく（又は高く）なり、素子温度がその低い領域よりも高い領域では、電流閾値が小さく（又は低く）なるように、素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度の変化に応じた可変温度特性を有する電流閾値を図１３のように設定した。すなわち、本実施例に係る直流電源装置は、交流電力を直流電力に変換し、ＭＯＳＦＥＴ（第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）又は第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３））を有する直流電源回路ＬＨと、ＭＯＳＦＥＴの温度を検出する温度検出部１０３と、直流電源回路ＬＨ内に流れる電流を検出する電流検出部１０１とを備え、電流検出部１０１で検出された電流が所定値（電流閾値）を超えた場合にＭＯＳＦＥＴのスイッチング制御を停止し、温度検出部で検出した温度が低いほど所定値（電流閾値）は高くなる。このような本実施例に係る直流電源装置によれば、直流電源装置の高効率運転を妨げることなく、ＭＯＳＦＥＴの温度保護を行うことが可能である。
【００３９】
ここで、温度検出部１０３は、上述したとおり、ＭＯＳＦＥＴの素子温度（素子のパッケージ温度）、ＭＯＳＦＥＴの放熱フィンの温度、又は、ＭＯＳＦＥＴの周囲温度等を検出することで、ＭＯＳＦＥＴの温度を検出する。
【００４０】
図１３は、直流電源装置へ流れる回路電流と、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ３の素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度との双方に係る特性領域上に対応付けられた電流制限閾値情報を表す図である。図１３の縦軸は、直流電源装置へ流れる回路電流、横軸は素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度であり、縦軸と横軸との双方に係る特性領域が、電流制限閾値情報により区画される。また、電流制限閾値情報は、定常領域Ｄｓと保護制御実施領域Ｄｐを決定する。定常領域Ｄｓから保護制御実施領域Ｄｐに入ると保護制御実施される。
【００４１】
電流制限閾値情報は、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ３の温度が熱破壊危険状態に到達していることを判定するための電流閾値である。電流制限閾値情報は、温度検出部１０３（図２参照）で検出される素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度が低い領域では、高く、素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度が低い領域と比べて高い領域では、低くなるように、素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度の変化に応じた可変温度特性を有して設定されている。
【００４２】
次に、図１４〜図１８に示すフローチャートを使って、制御の流れを説明する。図１４−１８は、実施例に係る直流電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００４３】
まず、図１４のステップ１（Ｓ１）で直流電源装置が駆動される。ここで、電流検出部１０１で直流電源装置内に流れる電流を検出し、入力電流判定部１０２で電流値を判定する。温度検出部１０３で素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度を検出し、温度判定部１０４で温度を判定する。そして、次のステップ２（Ｓ２）では、前述の回路電流と温度との電流温度交点を、電流制限閾値情報と照合する。
【００４４】
この照合により、ステップ３（Ｓ３）において、その電流温度交点が、図１４に示す定常領域Ｄｓか保護制御実施領域Ｄｐのどちらの領域に存在するか否かが判定される。
【００４５】
このとき、保護制御実施領域Ｄｐにいると判定された場合は入力電圧のサイクルが正か負か、直流電源装置の動作状態がパッシブかアクティブか、の判定により以降のステップに進んでいく（Ｓ４〜Ｓ６）。
【００４６】
図１５〜図１８に示すように、各動作状態に応じて前述したように、ＭＯＳＦＥＴ‐Ｑ１、Ｑ３とＩＧＢＴ‐Ｑ２、Ｑ４とリレーＲＥＬ１とＲＥＬ２の駆動制御をコンバータ制御手段１０７によって行う（Ｓ７、Ｓ１０、Ｓ１３、Ｓ１６）。そして、制御実施後に再び定常領域Ｄｓにいるか否かの判定を行い（Ｓ８、Ｓ１１、Ｓ１４、Ｓ１７）、定常領域Ｄｓに戻り、熱破壊の危険性が無いと判断された場合にＩＧＢＴによるスイッチングから、ＭＯＳＦＥＴによるスイッチング制御に戻す（Ｓ９、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１８）。
【００４７】
一連の動作が終了した後、再びステップ２（Ｓ２）に戻り、再び回路電流と素子温度等の温度情報の照合を行う。
【００４８】
以上のように、本実施例に係る直流電圧装置は、回路電流と温度情報に基づいてＭＯＳＦＥＴによるスイッチング制御からＩＧＢＴによるスイッチング制御に切り替えることで、直流電源装置の動作を停止することなく、ＭＯＳＦＥＴの熱破壊を防ぐことが可能である。
【００４９】
また、本実施例に係る直流電圧装置は、素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度が予め定められた温度よりも低い領域では、電流閾値が大きく（又は高く）なり、素子温度がその低い領域よりも高い領域では、電流閾値が小さく（又は低く）なるように、素子温度、又はフィン温度、又は周囲温度の変化に応じた可変温度特性を有する電流閾値を設定したので、直流電源装置の高効率運転を妨げることなく、ＭＯＳＦＥＴの温度保護を行うことが可能である。
【００５０】
本実施例の同期整流制御に使用しているＭＯＳＦＥＴを低オン抵抗のスーパー・ジャンクションＭＯＳＦＥＴやＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを使用することで、さらに高効率な直流電源装置を提供することが可能である。
【００５１】
また、保護制御を行うための電流値情報として、電流検出部１０１によって検出した回路全体に通流する電流値用いた場合を例に挙げて説明したが、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１、Ｑ３のドレイン電流を検出して保護制御を行ってもよい。この場合、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１、Ｑ３に通流する電流を直接検出することが可能であるため、より確実な保護制御を行うことが可能である。
【００５２】
また、本実施例の直流電源装置を空気調和機の室外機に適用することで、ＭＯＳＦＥＴの保護が可能な信頼性が高く、高効率運転が可能な空気調和機を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１  電流検出部
１０２  入力電流判定部
１０３  温度検出部
１０４  温度判定部
１０５  ゼロクロス検出部
１０６  ゼロクロス判定部
１０７  コンバータ制御部
１０８  負荷
ＬＨ  直流電圧回路
ＬＨ１  第１の経路
ＬＨ２  第２の経路
Ｌ１  リアクトル
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  ダイオード
Ｑ１、Ｑ３  ＭＯＳＦＥＴ
Ｑ２、Ｑ４  ＩＧＢＴ
ＲＥＬ１、ＲＥＬ２  リレー
Ｃ１  平滑コンデンサ
Ｖ１  交流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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