(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力される単相電源電圧を整流するためのＳＣＲを含む整流部と、
前記単相電源電圧を検出する信号検出器と、
前記信号検出器によって検出された単相電源電圧に基づいてゼロクロスポイントを検出し、前記の検出されたゼロクロスポイントに基づいてキャリア信号を生成する単相ＰＬＬと、
基準信号を発生する基準信号発生器と、
前記発生された基準信号と前記の生成されたキャリア信号とを比較し、前記比較結果に応じて、前記キャリア信号が前記基準信号より大きい期間に、前記ＳＣＲを動作させるためのパルス信号を発生して、前記ＳＣＲのゲート端子に入力するＰＷＭ発生器と、を含み、
前記キャリア信号の大きさは、
前記ゼロクロスポイントの検出時点で０の値になり、時間の経過とともに漸増して新たなゼロクロスポイントが検出される以前に最大値になり、
前記基準信号の大きさは、
前記ゼロクロスポイントの検出時点とは無関係に、前記単相電源電圧が初期入力された時点で最大値になり、時間の経過とともに前記基準信号の大きさが漸減して一定時間が経過すると０の値になり、
前記基準信号の大きさが時間の経過とともに漸減することで、前記ＰＷＭ発生器から発生されるパルス信号は、時間の経過とともにオン幅が漸増することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記単相ＰＬＬは、
第１及び第２ゼロクロスポイントを検出し、前記の検出された第１及び第２ゼロクロスポイントに基づいて時間とともに大きさが増加するキャリア信号を生成する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１ゼロクロスポイントは、前記単相電源電圧が負から正に遷移する時点におけるゼロクロスポイントであり、
前記第２ゼロクロスポイントは、前記単相電源電圧が正から負に遷移する時点におけるゼロクロスポイントである、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記キャリア信号は第１キャリア信号及び第２キャリア信号を含み、
前記第１キャリア信号は、前記第１ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、前記第２ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされ、
前記第２キャリア信号は、前記第２ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、前記第1ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされる、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ発生器は、
前記第１キャリア信号と前記基準信号とを比較し、前記第１キャリア信号の大きさが前記基準信号の大きさより大きい期間において、第１パルス信号を発生し、
前記第２キャリア信号と前記基準信号とを比較し、前記第２キャリア信号の大きさが前記基準信号の大きさより大きい期間において、第２パルス信号を発生する、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記ＳＣＲは、
前記ＰＷＭ発生器から出力される前記第１パルス信号が入力される第１ゲート端子を備えた第１ＳＣＲと、
前記ＰＷＭ発生器から出力される前記第２パルス信号が入力される第２ゲート端子を備えた第２ＳＣＲと、を含む、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１ＳＣＲ及び前記第２ＳＣＲは、
前記第１及び第２ゲート端子にそれぞれ入力される第１及び第２パルス信号を利用して前記第１及び第２パルス信号のパルス幅に比例する大きさの電流を出力し、
前記の出力される電流の大きさは、時間とともに増加する、請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
外部から入力される単相電源電圧を検出する段階と、
前記の検出された単相電源電圧のゼロクロスポイントを利用してキャリア信号を生成する段階と、
基準信号を発生する段階と、
前記の生成されたキャリア信号と前記基準信号とを比較する段階と、
前記比較結果に応じて、前記キャリア信号が前記基準信号より大きい期間にパルス信号を生成する段階と、
前記の生成されたパルス信号を利用して前記単相電源電圧を整流する段階と、
を含み、
前記キャリア信号の大きさは、
前記ゼロクロスポイントの開始時点で０の値になり、時間の経過とともに漸増して前記ゼロクロスポイントの終了時点で最大値になり、
前記基準信号の大きさは、前記ゼロクロスポイントの開始時点及び終了時点とは無関係に、前記単相電源電圧の入力が始まった時点で最大値になり、時間の経過とともに前記基準信号の大きさが漸減して一定時間が経過すると０の値になり、
前記基準信号の大きさが時間の経過とともに漸減することで、前記の生成されたパルス信号は、時間の経過とともにオン幅が漸増することを特徴とする電力変換方法。
【請求項９】
前記ゼロクロスポイントを検出する段階は、
前記単相電源電圧が負から正に遷移する時点における第１ゼロクロスポイントを検出する段階と、
前記単相電源電圧が正から負に遷移する時点における第２ゼロクロスポイントを検出する段階と、を含む、請求項８に記載の電力変換方法。
【請求項１０】
前記キャリア信号を生成する段階は、
前記第１ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、前記第２ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされる第１キャリア信号を生成する段階と、
前記第２ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、前記第１ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされる第２キャリア信号を生成する段階と、を含み、
前記の生成される第１及び第２キャリア信号は、時間とともに大きさが増加する、請求項９に記載の電力変換方法。
【請求項１１】
前記パルス信号を生成する段階は、
前記第１キャリア信号と前記基準信号とを比較し、前記第１キャリア信号の大きさが前記基準信号の大きさより大きい期間において、第１パルス信号を生成する段階と、
前記第２キャリア信号と前記基準信号とを比較し、前記第２キャリア信号の大きさが前記基準信号の大きさより大きい期間において、第２パルス信号を生成する段階と、を含む、請求項１０に記載の電力変換方法。
【請求項１２】
前記整流する段階は、
前記の生成された第１パルス信号が前記の入力された単相電源の正極と連結された第１ＳＣＲの第１ゲート端子に入力される段階と、
前記第１ＳＣＲの第１ゲート端子に入力された第１パルス信号の幅に比例する大きさの電流を出力する段階と、
前記の生成された第２パルス信号が前記の入力された単相電源の負極と連結された第２ＳＣＲの第２ゲート端子に入力される段階と、
前記第２ＳＣＲの第２ゲート端子に入力された第２パルス信号の幅に比例する大きさの電流を出力する段階と、を含み、
前記の出力される電流の大きさは、時間とともに増加する、請求項１１に記載の電力変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関し、特にブーストＰＦＣ回路を含む電力変換装置の突入電流を制御するための電力変換装置及び電力変換方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置は、力率補償のためにブースト力率補正（ＰＦＣ；Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を備える。ここで、力率とは数学的には皮相電力に対する有効電力の比で表現され、見かけ上の電力に対する実際に負荷に伝達される電力の比を意味する。
【０００３】
上記のようなブーストＰＦＣ回路を備えた電力変換装置は、ブーストＰＦＣ回路の出力側のキャパシタを充電するための初期の突入電流を制御するための方法が必要である。このような突入電流の制御は、電源を連結した初期の段階において、回路の保護及び回路の最適設計のために必要である。
【０００４】
図１は、従来の電力変換装置を示す図である。図１（ａ）を参照すると、電力変換装置は初期における突入電流を制御するためのサーミスタ１０を含む。サーミスタ１０は温度が低い場合には大きい抵抗値を有するが、それ自体の発熱又は外部温度が上昇する場合には抵抗値が低くなるという特性を有する。
【０００５】
このような特性を利用し、電源を連結した初期の段階において、相対的に大きい抵抗値を有するためサーミスタ１０を利用して初期突入電流を制限しておき、温度が高くなるとサーミスタ１０の抵抗値が小さくなって閉回路を構築することで、初期に流入する突入電流を制限する。
【０００６】
しかしながら、図１（ａ）のようにサーミスタ１０を利用した電力変換装置は簡便ではあるが、大容量の電力に適合したサーミスタが存在せず、大容量の電力を扱うアプリケーションには適用することができない。
【０００７】
また、サーミスタ１０を利用した電力変換装置は、サーミスタの抵抗における損失によって効率が低下するという問題がある。また、動作が正常ではない場合、サーミスタ１０の温度が低下しない恐れがあり、このような場合、回路をグリッドと分離することができないため、ヒューズが溶断する前には回路を保護することができないという問題がある。
【０００８】
図１（ｂ）を参照すると、従来の電力変換装置は初期の突入電流を制御するための抵抗２０及びリレー３０を含む。このような電力変換装置は、初期段階において抵抗２０を利用してキャパシタ（ＣB）を充電し、キャパシタ（ＣB）の充電が完了すると、リレー３０を短絡させて、抵抗２０ではなくリレー３０を介して電流が流れるようにして、初期突入電流を制限する。
【０００９】
しかしながら、図１（ｂ）のように抵抗２０及びリレー３０を利用した電力変換装置は大容量アプリケーションに適合しているものの、リレー３０が機械的な接点を有するため、その寿命に限界がある。
【００１０】
また、動作が正常ではなく、グリッドとの接続を遮断する必要がある場合、リレー３０の反応速度が遅いために、遮断を速く行うことが難しいという問題がある。
【００１１】
また、リレー３０が遮断されても抵抗２０を介して電流が流れるためグリッドとの接続の完全な遮断が難しく、グリッドとの接続の遮断のためには抵抗と直列に連結させたリレー回路を追加的に挿入しなければならないため、価格が高くなり、システムの容積が大きくなるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、電源連結の初期において発生する突入電流を効率的に制御することができる電力変換装置及び電力変換方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明では、電力変換装置にＳＣＲを追加し、ＳＣＲのゲート制御により、発生する突入電流を効率的に制御し得る電力変換装置及び電力変換方法を提供することを目的とする。
【００１４】
一方、本発明で解決しようとする技術的課題は上述した技術的課題に限らず、上述されていない更に他の技術的課題は、下記の記載から提案される実施例の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば明確に理解できるはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施例による電力変換装置は、外部から入力される単相電源電圧を整流するためのＳＣＲ（シリコン制御整流子（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）またはサイリスタ）を含む整流部と、単相電源電圧を検出する信号検出器と、信号検出器によって検出された単相電源電圧に基づいてゼロクロスポイントを検出し、検出されたゼロクロスポイントに基づいてキャリア信号を生成する単相ＰＬＬと、基準信号と生成されたキャリア信号とを比較し、ＳＣＲのゲート端子に入力されるパルス信号を発生するＰＷＭ発生器と、を含む。
【００１６】
好ましくは、単相ＰＬＬは、第１及び第２ゼロクロスポイントを検出し、検出された第１及び第２ゼロクロスポイントに基づいて時間とともに大きさが増加するキャリア信号を生成する。
【００１７】
好ましくは、第１ゼロクロスポイントは、単相電源電圧が負（−）から正（＋）に遷移する時点におけるゼロクロスポイントであり、第２ゼロクロスポイントは、単相電源電圧が正（＋）から負（−）に遷移する時点におけるゼロクロスポイントである。
【００１８】
好ましくは、キャリア信号は第１キャリア信号及び第２キャリア信号を含み、第１キャリア信号は、第１ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、第２ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされ、第２キャリア信号は、第２ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、第１ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされる。
【００１９】
好ましくは、ＰＷＭ発生器は、第１キャリア信号と基準信号とを比較し、第１キャリア信号の大きさが基準信号の大きさより大きい期間において、第１パルス信号を発生し、第２キャリア信号と基準信号とを比較し、第２キャリア信号の大きさが基準信号の大きさより大きい期間において、第２パルス信号を発生する。
【００２０】
好ましくは、ＳＣＲは、ＰＷＭ発生器から出力される第１パルス信号が入力される第１ゲート端子を備えた第１ＳＣＲと、ＰＷＭ発生器から出力される第２パルス信号が入力される第２ゲート端子を備えた第２ＳＣＲと、を含む。
【００２１】
好ましくは、第１ＳＣＲ及び第２ＳＣＲは、第１及び第２ゲート端子にそれぞれ入力される第１及び第２パルス信号を利用して第１及び第２パルス信号のパルス幅に比例する大きさの電流を出力し、出力される電流の大きさは時間とともに増加する。
【００２２】
好ましくは、基準信号を生成する基準信号発生器を更に含み、基準信号の大きさは時間とともに減少する。
【００２３】
本発明による電力変換方法は、外部から入力される単相電源電圧を検出する段階と、検出された単相電源電圧のゼロクロスポイントを利用してキャリア信号を生成する段階と、生成されたキャリア信号と基準信号とを比較してパルス信号を生成する段階と、生成されたパルス信号を利用して入力された単相電源電圧を整流する段階と、を含む。
【００２４】
好ましくは、ゼロクロスポイントを検出する段階は、単相電源電圧が負（−）から正（＋）に遷移する時点における第１ゼロクロスポイントを検出する段階と、単相電源電圧が正（＋）から負（−）に遷移する時点における第２ゼロクロスポイントを検出する段階と、を含む。
【００２５】
好ましくは、キャリア信号を生成する段階は、第１ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、第２ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされる第１キャリア信号を生成する段階と、第２ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、第１ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされる第２キャリア信号を生成する段階と、を含み、生成される第１及び第２キャリア信号は、時間とともに大きさが増加する。
【００２６】
好ましくは、パルス信号を生成する段階は、第１キャリア信号と基準信号とを比較して、第１キャリア信号の大きさが基準信号の大きさより大きい期間において、第１パルス信号を生成する段階と、第２キャリア信号と基準信号とを比較して、第２キャリア信号の大きさが基準信号の大きさより大きい期間において、第２パルス信号を生成する段階と、を含む。
【００２７】
好ましくは、整流する段階は、生成された第１パルス信号が入力された単相電源の正極と連結された第１ＳＣＲの第１ゲート端子に入力される段階と、第１ＳＣＲの第１ゲート端子に入力された第１パルス信号の幅に比例する大きさの電流を出力する段階と、生成された第２パルス信号が入力された単相電源の負極と連結された第２ＳＣＲの第２ゲート端子に入力される段階と、第２ＳＣＲの第２ゲート端子に入力された第２パルス信号の幅に比例する大きさの電流を出力する段階と、を含み、出力される電流の大きさは時間とともに増加する。
【００２８】
好ましくは、基準信号を生成して出力する段階を更に含み、出力される基準信号の大きさは、時間とともに減少する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の電力変換装置によれば、従来のダイオード整流器の一部をＳＣＲで代替して回路の大きさを小型化することができ、従来のリレーを備えた電力変換装置における寿命の問題を解決することができる。
【００３０】
また、本発明の電力変換装置によれば、半導体素子の迅速性のため、動作が正常ではない場合、グリッドとの分離を迅速に行うことにより、電力変換装置の信頼性及び安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】本発明による電力変換装置の概略的な構成を示す図である。
【図３】図２に示した制御信号発生部の詳細な構成を示す図である。
【図４】本発明による電力変換装置の詳細な構成を示す図である。
【図５】本発明によって生成されるキャリア信号について説明するための図である。
【図６】本発明によって発生する信号の波形を示す図である。
【図７】本発明による電力変換方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本明細書及び特許請求の範囲で使用された用語や単語は、通常の意味または辞書に記載された意味に限定して解釈してはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜に定義することができるという原則に基づいて、本発明の技術的思想に符合する意味及び概念に基づいて解釈されるべきである。
【００３３】
従って、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は本発明の最も好ましい一実施例に過ぎないものであり、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないため、本願の出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物及び変形例が存在し得るということを理解しなければならない。
【００３４】
図２は、本発明による電力変換装置の構成を概略的に示す図である。図２を参照すると、電力変換装置は突入電流制限部２００を含む。また、突入電流制限部２００は、整流部２１０、制御信号発生部２２０及び充電部２３０を含む。
【００３５】
図２に示した電力変換装置の入力側には単相電源が連結されてもよい。また、入力される単相電源電圧は、整流部２１０及び制御信号発生部２２０に供給される。整流部２１０は、入力される単相電源電圧を整流して充電部２３０に出力する。
【００３６】
制御信号発生部２２０は、整流部２１０を制御するための制御信号を発生する。特に、制御信号発生部２２０は、入力された単相電源電圧を処理して充電部２３０に入力される突入電流を制御するための制御信号を発生させることができる。
【００３７】
充電部２３０は、整流部２２０から出力された電流を電気エネルギーとして貯蔵する。この際、充電部２３０には、制御信号発生部２２０の制御信号による整流部２１０の動作によって突入電流は供給されない。即ち、制御信号発生部２２０は整流部２１０を制御するための制御信号を発生させ、発生した制御信号に基づいて整流部２１０を動作させ、整流部２１０を通過した電流（Ｉ）の大きさを制限する。
【００３８】
一方、一般的に電力変換装置の全般的な動作を制御するためには、デジタル制御機、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが要求されるが、これは簡略化のために省略した。
【００３９】
制御信号発生部２２０が発生させた制御信号は、単相電源電圧が入力される初期の時点から整流部２１０によって整流される電流の量を制限する。即ち、このような制御信号がない状態で整流部２１０の動作が行われると、単相電源電圧が入力された初期の時点で突入電流が発生し、発生した突入電流が充電部２３０に流入して充電部２３０が損傷するという問題が生じる。
【００４０】
そのため、本実施例では、整流部２１０の動作を制御するための制御信号を発生させて突入電流の流入を効率的に制限するようにする。ここで、整流部２１０はダイオードを含んで構成され、制御信号発生部２２０は整流部２１０に含まれたダイオードの素子特性を利用して整流部２１０の制御のための制御信号を発生させる。
【００４１】
本実施例では、ＳＣＲを利用して整流部２１０を構成し、それによって制御信号発生部２２０によって発生させた制御信号をＳＣＲのゲートへの入力信号として利用することで、整流部２１０によって整流される電流（Ｉ）の大きさを制御することができる。
【００４２】
図３は、図２に示した制御信号発生部２２０の詳細な構成を示す図である。図３を参照すると、制御信号発生部２２０は、線電圧を検出する線電圧センサー２２１と、線電圧センサー２２１によって検出された線電圧の位相を検出してキャリア信号を生成する単相ＰＬＬ２２２と、単相ＰＬＬ２２２によって生成されたキャリア信号を基準信号と比較してパルス信号を生成するＰＷＭ発生器２２３と、を含む。
【００４３】
線電圧センサー２２１は、突入電流制限部２００の入力側に電源（入力電源）が連結されると、入力電源の線電圧を測定する。この際、突入電流制限部２００に連結された電源が単相交流電源である場合、線電圧センサー２２１は入力電源について正弦波を検出する。
【００４４】
単相ＰＬＬ２２２は、線電圧センサー２２１によって検出された正弦波の位相を検出して正弦波のゼロクロスポイントを検出する。
【００４５】
また、単相ＰＬＬ２２２は、ゼロクロスポイントを検出すると、検出したゼロクロスポイントを利用して、検出された正弦波がポジティブ、即ち正（＋）であるか或いはネガティブ、即ち負（−）であるかを検出する。
【００４６】
この際、単相ＰＬＬ２２２は、検出された正弦波の第１ゼロクロスポイントから第２ゼロクロスポイントまで一定の割合で増加するキャリア信号を生成する。例えば、単相ＰＬＬ２２２によって第１ゼロクロスポイントからキャリア信号が生成されると、キャリア信号は第２ゼロクロスポイントの検出時点において大きさが最大となる。
【００４７】
また、キャリア信号は大きさが最大となる時点、言い換えると、第２ゼロクロスポイントが検出された時点で大きさが０となるようにリセットされる。
【００４８】
ＰＷＭ発生器２２３は、基準信号とキャリア信号とを比較し、その比較の結果によりパルス信号を発生する。この際、基準信号発生器（図示せず）は基準信号を発生させる。基準信号発生器は、ＰＷＭ発生器２２３の内部に設けてもよく、あるいは外部に別途に設けて基準信号を発生してもよい。
【００４９】
基準信号は多様な形態の信号であってもよい。即ち、一実施例における基準信号は大きさが一定の割合で減少する信号であってもよい。
【００５０】
ＰＷＭ発生器２２３は、基準信号とキャリア信号とを比較し、その比較の結果によりキャリア信号の大きさが基準信号の大きさより大きい期間において、パルス信号を生成する。
【００５１】
発生されるパルス信号は、整流部２１０に設けられたＳＣＲのゲートに制御信号として入力される。即ち、ＰＷＭ発生器２２３によって生成されたパルス信号は、整流部２１０に設けられたＳＣＲのゲートに入力され、入力されたパルス信号により整流部２１０によって整流される電流の大きさが制御される。
【００５２】
図４は、本実施例による電力変換装置の構成を詳細に示し、図２及び図３の具体的な構成を示す。図４を参照すると、本実施例による電力変換装置４００は、図１（ａ）及び（ｂ）に示した電力変換装置の構造とは異なる構造を有する。
【００５３】
電力変換装置４００は、入力側で単相電源に連結される整流部２１０及び制御信号発生部２２０を含む。この際、制御信号発生部２２０に入力される単相電源電圧は線電圧センサー２２１によって検出される。
【００５４】
単相ＰＬＬ２２２は、検出された線電圧センサーの出力の位相を検出してゼロクロスポイントを検出する。単相ＰＬＬ２２２は、隣接したゼロクロスポイントの間で一定の割合で大きさが増加するキャリア信号を生成する。
【００５５】
例えば、第１ゼロクロスポイントでタイマーを始動させて、時間とともに一定の割合で増加するキャリア信号を生成し、第２ゼロクロスポイントでタイマーを停止すると共に生成したキャリア信号の大きさを０にリセットする。ここで、第１ゼロクロスポイント及び第２ゼロクロスポイントは、線電圧センサー２２１の出力によって決められる連続するゼロクロスポイントを意味する。
【００５６】
単相ＰＬＬ２２２は、線電圧センサー２２１の出力を利用して第１ゼロクロスポイント及び第２ゼロクロスポイントを検出する。即ち、図５に示すように、単相ＰＬＬ２２２は線電圧センサー２２１の出力を利用して負（−）から正（＋）に遷移する際のゼロクロスポイントＰn（Ｐn,1，…，Ｐn,n）（以下、「第１ゼロクロスポイント」と称する）と、正（＋）から負（−）に遷移する際のゼロクロスポイントＰp（Ｐp,1，…，Ｐp,n）（以下、「第２ゼロクロスポイント」と称する）と、を検出する。即ち、第１ゼロクロスポイントは単相電源電圧が負（−）から正（＋）に遷移する時点におけるゼロクロスポイントであり、第２ゼロクロスポイントは単相電源電圧が正（＋）から負（−）に遷移する時点におけるゼロクロスポイントである。
【００５７】
単相ＰＬＬ２２２は、検出されるゼロクロスポイントをＰnとＰpとに区分し、Ｐnから始まってＰpで消滅する第１キャリア信号と、Ｐpから始まってＰnで消滅する第２キャリア信号と、を発生させる。
【００５８】
第１キャリア信号は、Ｐn,1からＰp,1の期間において出力され、出力される第１キャリア信号の大きさは時間とともに一定の割合で漸増する。
【００５９】
また、第２キャリア信号は、Ｐp,1からＰn,2の期間において出力され、出力される第２キャリア信号の大きさは時間とともに一定の割合で漸増する。
【００６０】
従って、第１キャリア信号及び第２キャリア信号は同時には出力されず、第１及び第２キャリア信号はそれぞれ互いに異なる経路（例えば、第１経路及び第２経路）を介してＰＷＭ発生器２２３に入力される。
【００６１】
第１キャリア信号は、後述するＰＷＭ発生器２２３を介して整流部２１０に設けられた第１ＳＣＲ２１１の第１ゲート端子に入力され、第２キャリア信号はＰＷＭ発生器２２３を介して整流部２１０に設けられた第２ＳＣＲ２１２の第２ゲート端子に入力される。
【００６２】
これによって第１キャリア信号は、第１ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、第２ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされ、第２キャリア信号は、第２ゼロクロスポイントの検出時点で生成され、第１ゼロクロスポイントの検出時点でリセットされる。
【００６３】
第１ＳＣＲ２１１は入力される単相電源の正極に連結され、第２ＳＣＲ２１２は入力される単相電源の負極に連結される。これによって、第１ＳＣＲ２１１は正の単相電源電圧が入力される場合にＰＷＭ発生器２２３によって入力されるパルス信号に基づいて整流動作を行い、第２ＳＣＲ２１２は負の単相電源電圧が入力される場合にＰＷＭ発生器２２３によって入力されるパルス信号に基づいて整流動作を行う。
【００６４】
単相ＰＬＬ２２２によって生成されるキャリア信号を図５に示す。即ち、入力された単相電源電圧が正（＋）の特性を有する場合、単相ＰＬＬ２２２は時間とともに次第に増加する第１キャリア信号を生成する。一方、入力された単相電源電圧が負（−）の特性を有する場合、単相ＰＬＬ２２２は時間とともに次第に増加する第２キャリア信号を生成する。
【００６５】
この際、第１キャリア信号は入力された単相電源電圧が正から負に変わる時点まで生成された後リセットされ、第２キャリア信号は入力された単相電源電圧が負から正に変わる時点まで生成された後リセットされる。
【００６６】
ここで、第１キャリア信号は第１ＳＣＲ２１１に入力される制御信号を生成するための信号であり、第２キャリア信号は第２ＳＣＲ２１２に入力される制御信号を生成するための信号である。
【００６７】
ＰＷＭ発生器２２３は、基準信号とキャリア信号とを比較してパルス信号を出力する。基準信号は時間とともに大きさが一定の割合で減少する信号である。即ち、基準信号はキャリア信号とは異なって、ゼロクロスポイントとは無関係に時間とともに大きさが減少するという特徴を有する。
【００６８】
ＰＷＭ発生器２２３は、基準信号と第１キャリア信号とを、そして基準信号と第２キャリア信号とを比較して、その比較結果に基づいてパルス信号を出力する。即ち、パルス信号は第１パルス信号及び第２パルス信号を含み、第１パルス信号は第１キャリア信号と基準信号との比較によって生成され、第１ＳＣＲ２１１に入力される。また、第２パルス信号は第２キャリア信号と基準信号との比較によって生成され、第２ＳＣＲ２１２に入力される。
【００６９】
この際、ＰＷＭ発生器２２３は、基準信号の大きさと第１キャリア信号及び第２キャリア信号の大きさとをそれぞれ比較し、第１キャリア信号及び第２キャリア信号の大きさが基準信号の大きさよりも大きい期間にのみパルス信号を発生する。
【００７０】
即ち、基準信号の大きさが時間とともに一定の割合で減少するため、入力された単相電源が連結された初期の時点にＰＷＭ発生器２２３によって生成されるパルス信号の幅は狭く、時間の経過とともに生成されるパルス信号の幅は次第に広くなる。
【００７１】
ＰＷＭ発生器２２３によって生成されたパルス信号は、整流部２１０の第１ＳＣＲ２１１及び第２ＳＣＲ２１２の第１及び第２ゲート端子に入力される。即ち、ＰＷＭ発生器２２３は時間とともに幅が増加するパルス信号を生成し、これによって整流部２１０に設けられた第１ＳＣＲ２１１及び第２ＳＣＲ２１２の導通期間は長くなる。
【００７２】
即ち、ＰＷＭ発生器２２３は第１キャリア信号と基準信号とを比較し、第１キャリア信号の大きさが基準信号の大きさより大きい期間において、第１パルス信号を発生する。一方、ＰＷＭ発生器２２３は第２キャリア信号と基準信号とを比較し、第２キャリア信号の大きさが基準信号の大きさより大きい期間において、第２パルス信号を発生する。
【００７３】
従って、第１ＳＣＲ２１１及び第２ＳＣＲ２１２を通過する電流の大きさも時間の経過とともに次第に増加し、このような過程を介してキャパシタ（ＣB）側に流れる突入電流の大きさを制御することができる。
【００７４】
図６は、本実施例によって発生する信号の波形を示す図である。単相電源が電力変換装置４００に連結されると、線電圧センサー２２１は入力された単相電源電圧について線電圧を検出する。
【００７５】
図６（ａ）は、線電圧センサー２２１によって検出される線電圧（入力電圧）を示す図である。図６（ｂ）は、基準信号及びキャリア信号を示す。
【００７６】
キャリア信号は、線電圧センサー２２１によって検出される線電圧検出信号に応じて生成されてもよい。この際、線電圧検出信号は正弦波であるため、図６（ａ）に示すように、ｘ軸を時間軸とすると、時間の経過とともに０点を交差し続ける。０点を交差するポイントが本実施例におけるゼロクロスポイントである。
【００７７】
単相ＰＬＬ２２２は、線電圧検出信号が負から正に遷移する際のゼロクロスポイント（Ｐn）と、正から負に遷移する際のゼロクロスポイント（Ｐp）とを検出する。この際、Ｐn及びＰpは互い違いに存在する。
【００７８】
Ｐn及びＰpが検出されると、単相ＰＬＬ２２２はＰnから始まってＰpで終わる第１キャリア信号を発生する。また、単相ＰＬＬ２２２はＰpから始まってＰnで終わる第２キャリア信号を発生する。
【００７９】
第１及び第２キャリア信号は図６（ｂ）に図示されており、単相ＰＬＬ２２２によって発生する２つのキャリア信号は互いに異なる経路を介してＰＷＭ発生器２２３に入力される。
【００８０】
ＰＷＭ発生器２２３は基準信号と第１及び第２キャリア信号とを比較し、その比較の結果に基づいてパルス信号を発生する。
【００８１】
この際、基準信号は時間とともに一定の割合で減少するという特徴を有する場合を例に挙げて図示したが、これには限られない。
【００８２】
ＰＷＭ発生器２２３は、基準信号の大きさと、第１及び第２キャリア信号の大きさとを比較し、第１及び第２キャリア信号の大きさが、基準信号の大きさより大きい期間にのみパルス信号を発生する。この際、基準信号の大きさは時間とともに減少するため、出力されるパルス信号の幅は時間とともに増加することとなる。
【００８３】
ＰＷＭ発生器２２３が発生するパルス信号を図６（ｃ）のＧ１及びＧ２に図示する。このようなＰＷＭ発生器２２３が発生するパルス信号は、整流部２１０の第１ＳＣＲ２１１及び第２ＳＣＲ２１２に入力される。
【００８４】
この際、第１ＳＣＲ２１１及び第２ＳＣＲ２１２の第１及び第２ゲート端子に一定の大きさ以上のパルス信号が入力されると、第１ＳＣＲ２１１及び第２ＳＣＲ２１２は一般的なダイオードとして動作するようになる。
【００８５】
従って、Ｇ１のパルス信号が第１ＳＣＲ２１１の第１ゲート端子に入力されると第１ＳＣＲ２１１はオンして閉回路を構成し、電流（Ｉ）を充電部２３０又はキャパシタ（ＣB）側に流すようになる。
【００８６】
また、Ｇ１のパルス信号が消滅する時点において、入力電圧によって第１ＳＣＲ２１１の両端には逆電圧がかかるため、第１ＳＣＲ２１１はオフする。このような動作は、第２ＳＣＲ２１２でも同様に行われる。
【００８７】
従って、第１及び第２ゲート端子にパルス信号が入力される瞬間にのみ第１ＳＣＲ２１１及び第２ＳＣＲ２１２がオンして閉回路を構成する。これによって、電流（Ｉ）は入力されるパルス信号の幅に対応する期間において流れるため、図６（ｄ）に示すような波形を有するようになる。
【００８８】
このような過程を介してブーストＰＦＣ回路の出力キャパシタに入力される突入電流を制限しながらキャパシタを充電し、充電電圧が入力電圧の最大値と等しくなると充電を止める。充電されたキャパシタの両端の電圧を図６（ｅ）に示す。
【００８９】
また、充電が完了するとＳＣＲのゲート端子に電圧を入力して常にオンするようにして、一般的なダイオード整流器のような動作をするようにする。
【００９０】
このような動作は別途デジタル制御機によって容易に駆動することができ、従来の電力変換装置に回路構成を追加せずに簡単に製造することができる。
【００９１】
また、動作が正常ではない場合には、ＳＣＲのゲート端子を開放して単相入力電源との迅速な分離が行われるようにする。この際、ゲート端子がオフになったとき、入力電圧より出力電圧が高いため、ＳＣＲには逆バイアスが加わるようになり、直ちにオフ動作が行われ得る。
【００９２】
従って、従来のリレー回路を利用した回路に比べて迅速な電源遮断が可能になるため、回路の損傷を最小化することができる。また、本実施例においては半導体素子を使用するため、機械的なリレー回路に比べて半永久的な寿命を有し得る。
【００９３】
図７は、本実施例による電力変換方法の手順を説明するためのフローチャートである。本実施例による電力変換方法は、入力単相信号を検出する段階（Ｓ７１０）と、検出される単相信号のゼロクロスポイントを検出してキャリア信号を生成する段階（Ｓ７２０）と、基準信号とキャリア信号とを比較してゲート信号を出力する段階（Ｓ７３０）と、ゲート信号が入力され、入力単相信号を整流する段階（Ｓ７４０）と、を含む。
【００９４】
入力単相信号を検出する段階（Ｓ７１０）は、入力された単相電源電圧の波形を検出する段階である。
【００９５】
キャリア信号を生成する段階（Ｓ７２０）は、検出された単相電源電圧の波形からゼロクロスポイントを検出する段階を含む。ゼロクロスポイントは、負から正に遷移する時点のゼロクロスポイント（Ｐn；Ｐn,1乃至Ｐn,n）と、正から負に遷移する時点のゼロクロスポイント（Ｐp；Ｐp,1乃至Ｐp,n）と、に分けられる。
【００９６】
また、ステップＳ７２０は、Ｐn,1からＰp,1の期間に出力される第１キャリア信号と、Ｐp,1からＰn,2の期間に出力される第２キャリア信号とを出力する段階を含む。また、ステップＳ７２０は、Ｐn,2乃至Ｐp,2の期間に第１キャリア信号を発生し、Ｐp,2乃至Ｐn,3の期間に第２キャリア信号を発生し得る。
【００９７】
言い換えると、ステップＳ７２０は、検出したゼロクロスポイントを利用して第１及び第２キャリア信号を出力する段階を含む。このような第１及び第２キャリア信号を図６（ｂ）に示す。
【００９８】
次に、基準信号とキャリア信号とを比較してゲート信号を出力する段階（Ｓ７３０）が実行される。ＰＷＭ発生器２２３は、基準信号の大きさとキャリア信号の大きさとを比較し、キャリア信号の大きさが大きい場合にのみパルス信号を発生する。出力されたパルス信号を図６（ｃ）に示す。
【００９９】
次に、出力されたパルス信号をゲート端子に入力し、外部から入力される単相信号を整流する段階（Ｓ７４０）が実行される。図６（ｄ）に示すように、整流される電流の大きさは、単相電源電圧が入力される時点から時間とともに次第に増加するようになる。
【０１００】
以上、本発明について、好ましい実施例を中心に説明したが、これは単なる例示に過ぎないものであって本発明はこれには限定されず、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特徴を逸脱しない範囲内で、以上に例示されていない様々な変形と応用が可能であることが分かるはずである。例えば、本発明の実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施してもよいものである。そして、このような変形と応用に関する差は、添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
【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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