(57)【要約】  電力変換装置１００は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換する整流回路３と、交流電源１と整流回路３との間に接続されたリアクタ２を介して交流電源１を短絡する短絡部３０と、交流電源１の半周期中に、短絡部３０を制御する複数の駆動信号Ｓａを生成する制御部２０と、平滑コンデンサ４とを備え、制御部２０は、複数の駆動信号Ｓａのオン区間またはオフ区間で、交流電源１の電源電流の値を制限する閾値を段階的に可変する。
2016006045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記交流電源と前記整流回路との間に接続されたリアクタを介して前記交流電源を短絡する短絡部と、
前記交流電源の半周期中に、前記短絡部を制御する複数のスイッチングパルスを生成する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記各スイッチングパルスのオン区間またはオフ区間で、前記交流電源の電源電流の値を制限する閾値を段階的に可変する電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記閾値に基づいて前記各スイッチングパルスを分割して出力する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記各スイッチングパルスの内の、一のスイッチングパルスと他のスイッチングパルスとの間の前記オフ区間で前記閾値を可変する請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記オフ区間の後に発生するスイッチングパルスの前記オン区間で前記閾値を可変する請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記交流電源の１周期毎に、前記閾値を可変する請求項１から４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記交流電源が正極または負極のときのみ、前記閾値を可変する請求項１から５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部には、前記各スイッチングパルスと前記電源電流との対応関係が設定され、
前記制御部は、前記対応関係を用いて前記短絡部を制御する請求項１から６の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記制御部の外部に設けられた電流検出手段で検出された電源電流を用いて前記短絡部を制御し、または、前記電流検出手段を用いずに直接前記電源電流を検出して前記短絡部を制御する請求項１から６の何れか１項に記載の電力変換装置。
【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電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に示される従来技術では、電源力率を改善し入力電流に含まれる高調波成分を低減する力率改善回路が開示され、全波整流モードまたは倍電圧整流モードを選択すると共に、短絡素子の短絡開始時期と短絡時間をオープンループにて制御することで力率改善機能と昇圧機能を実現するものである。すなわち、下記特許文献１の従来技術は、整流回路切換用スイッチのオンオフにより整流回路を全波整流モードまたは倍電圧整流モードに制御し、力率改善回路の直流出力電圧を大きく２段階に分け、この２段階に分けた領域を更に短絡素子のオープンループでの短絡可変制御により、力率改善なしと力率改善ありの２段階に分けることにより、全体で４段階の直流出力電圧領域を構成し、これにより直流出力電圧の出力範囲を拡大しつつ、高負荷側での力率を改善することができる。【０００３】
また、下記特許文献２に示される従来技術は、負荷に対応して設定された直流出力電圧基準値と平滑コンデンサの端子間電圧との偏差値に対応して直流電圧制御信号を出力する直流電圧制御部を設け、また、直流電圧制御部からの制御信号と交流電源に同期した正弦波状の同期信号との積から電流基準信号を出力する電流基準演算部を設ける。この電流基準信号と整流素子の交流側電流とを比較することでスイッチ素子を高周波でオンオフ制御し、交流入力電流を正弦波状に制御しながら直流出力電圧を所望の値に制御するものであり、電源力率を１とし、高調波の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０６１３０号公報
【特許文献２】特許第２１４０１０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１，２の従来技術によれば短絡素子の制御パターンが限定される。すなわちこれらの従来技術では、全負荷領域において電流をフィードバックする高周波スイッチングモードと、電流オープンループ制御の部分スイッチングモードとの何れかに短絡素子の制御パターンが限定される。従って、これらの従来技術は低負荷領域において直流出力電圧が昇圧し過ぎるのを避けるために短絡素子を動作させず、力率改善が行われない。そのため、低負荷領域では入力電流の波形歪みが大きく、高調波成分を多く含む電流がリアクトルを流れてしまい、リアクトル鉄損が増大し、これにより力率改善回路の交直変換効率が低下してしまう。【０００６】
また、上記特許文献１の従来技術において力率改善を行う際の短絡素子の短絡制御は、短絡開始時期および短絡時間をオープンループにて制御し、電源周期に対し一定区間だけ短絡動作を行う部分スイッチング方式であるため、力率改善および直流出力電圧の昇圧ができるものの、高調波発生量が多くなる高負荷側では効果が小さい。そのため、今後の高調波規制強化に伴い、従来技術にて充分な力率改善効果すなわち高調波抑制能力を得るためには、大きなインダクタンス値を有するリアクトルを必要とし、そのため、交直変換効率の低下、回路の大型化、コストアップを招くという問題が生じる。また、高調波発生量を一定レベルに抑制しつつ直流出力電圧を昇圧する場合、昇圧能力に限界があるため、高負荷側での運転が不安定になったり、高負荷側での安定運転を考えると負荷の選択幅が狭くなったりしてしまう。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、負荷の運転領域全体に渡り高効率化を図りながら、高昇圧性能と高調波規格を満たすことができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記交流電源と前記整流回路との間に接続されたリアクタを介して前記交流電源を短絡する短絡部と、前記交流電源の半周期中に、前記短絡部を制御する複数のスイッチングパルスを生成する制御部と、を備え、前記制御部は、前記各スイッチングパルスのオン区間またはオフ区間で、前記交流電源の電源電流の値を制限する閾値を段階的に可変する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、閾値を段階的に可変することで交流電源の半周期中における電源電流のピークが抑制され、負荷の運転領域全体に渡り高効率化を図りながら、高昇圧性能と高調波規格を満たすことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、パルス制御用基準電圧生成回路の第１の構成図である。
【図３】図３は、パルス制御用基準電圧生成回路の第２の構成図である。
【図４】図４は、リアクタ、短絡部、整流回路、および平滑コンデンサから成る簡易回路を示す図である。
【図５】図５は、部分スイッチングパルスモードで交流電源の正極側半周期に短絡素子を１回スイッチングさせたときの電源電流の波形を示す図である。
【図６】図６は、パルス変換部でパルス変換が行われていない場合の動作の説明図である。
【図７】図７は、パルス変換部でパルス変換が行われている場合の動作の説明図である。
【図８】図８は、電流制御範囲を広げた状態を示す図である。
【図９】図９は、電流制御範囲を狭めた状態を示す図である。
【図１０】図１０は、駆動信号のオン期間よりも短い期間でパルス変換を行う場合の動作の説明図である。
【図１１】図１１は、電源電圧のゼロクロスからの経過時間に対応して基準電圧を可変する場合の動作の説明図である。
【図１２】図１２は、パルス変換部の構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示されるパルス変換部を用いた場合の動作の説明図である。
【図１４】図１４は、電源電圧の半周期中に駆動信号が２回スイッチングしている場合の動作を説明するための図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る電力変換装置の実施の形態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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成例を示す図である。図２は、パルス制御用基準電圧生成回路の第１の構成図である。図３は、パルス制御用基準電圧生成回路の第２の構成図である。図４は、リアクタ２、短絡部３０、整流回路３、および平滑コンデンサ４から成る簡易回路を示す図である。図５は、部分スイッチングパルスモードで交流電源１の正極側半周期に短絡素子３２を１回スイッチングさせたときの電源電流Ｉｓの波形を示す図である。図６は、パルス変換部２２でパルス変換が行われていない場合の動作の説明図である。図７は、パルス変換部２２でパルス変換が行われている場合の動作の説明図である。図８は、電流制御範囲を広げた状態を示す図である。図９は、電流制御範囲を狭めた状態を示す図である。図１０は、駆動信号Ｓａのオン期間ｔよりも短い期間でパルス変換を行う場合の動作の説明図である。図１１は、電源電圧Ｖｓのゼロクロスからの経過時間に対応して基準電圧Ｖｒｅｆを可変する場合の動作の説明図である。図１２は、パルス変換部２２の構成例を示す図である。図１３は、図１２に示されるパルス変換部２２を用いた場合の動作の説明図である。図１４は、電源電圧Ｖｓの半周期中に駆動信号Ｓａが２回スイッチングしている場合の動作の説明図である。
【００１３】
図１に示す電力変換装置１００は、交流電源１から供給される交流電圧に基づいて直流電圧を生成し、図３に示す直流負荷１０に対して供給するものであり、リアクタ２、整流回路３、平滑コンデンサ４、直流電圧検出部５、電源電圧検出部６、電流検出手段９、制御部２０、パルス伝達部２４、および短絡部３０を備える。
【００１４】
リアクタ２は、整流回路３の一方の入力端と交流電源１との間に挿入されている。整流回路３はリアクタ２を介して交流電源１に接続されており、交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換する。図示例の整流回路３は４つのダイオードを組み合わせたダイオードブリッジで構成されているが、これに限定されるものではなく、ダイオード接続された単方向導通素子である金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを組み合わせて構成してもよい。
【００１５】
整流回路３の出力端間には平滑コンデンサ４が接続されており、平滑コンデンサ４は整流回路３から出力された全波整流波形の電圧を平滑化する。平滑コンデンサ４の両端には直流負荷１０が並列に接続されている。
【００１６】
電流検出手段９は電流検出素子８および電流検出部７から成る。電流検出素子８はリアクタ２と整流回路３の間に接続され、接続位置における電流値を検出する。電流検出素子８には一例でカレントトランスまたはシャント抵抗が用いられる。電流検出部７は、増幅器あるいはレベルシフト回路で実現され、電流検出素子８で検出された電流に正比例した電圧を、制御部２０が取り扱い可能な低圧範囲内の電流検出電圧Ｖｉｓに変換して出力する。直流電圧検出部５は、増幅器あるいはレベルシフト回路で実現され、平滑コンデンサ４の両端電圧を検出し、検出された電圧を制御部２０が取り扱い可能な低圧範囲内の電圧検出値に変換して出力する。
【００１７】
双方向スイッチである短絡部３０は、リアクタ２を介して交流電源１に並列に接続されたダイオードブリッジ３１と、ダイオードブリッジ３１の両出力端に接続された短絡素子３２とから構成される。短絡素子３２が金属酸化膜半導体電界効果トランジスタである場合、短絡素子３２のゲートはパルス伝達部２４に接続され、パルス伝達部２４からのゲート駆動信号である駆動信号Ｓａ２によって短絡素子３２がオンオフする構成であり、短絡素子３２がオンされたとき、リアクタ２およびダイオードブリッジ３１を介して交流電源１が短絡する。
【００１８】
制御部２０は、駆動信号生成部２１、パルス変換部２２、および基準電圧制御部２３を有し、マイコンまたはセントラルプロセッシングユニットで構成される。
【００１９】
駆動信号生成部２１は、直流電圧検出部５で検出された直流出力電圧Ｖｄｃの値、および電源電圧検出部６で検出された電源電圧Ｖｓの値に基づいて、短絡部３０の短絡素子３２を制御する複数のスイッチングパルスである駆動信号Ｓａを生成する。
【００２０】
また駆動信号生成部２１は、交流電源１の電源電流Ｉｓの値を制限する閾値であるヒステリシス基準電圧を生成する。以下の説明ではヒステリシス基準電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと称し、基準電圧Ｖｒｅｆは、交流電源１の電源電流Ｉｓの値を制限する閾値である。実施の形態１の駆動信号生成部２１で生成される基準電圧Ｖｒｅｆは基準電圧ＶＨＡ、基準電圧ＶＨＢ、基準電圧ＶＬＡ、基準電圧ＶＬＢである。基準電圧ＶＨＡおよび基準電圧ＶＨＢは正極側基準電圧ＶｒｅｆＨであり、基準電圧ＶＬＡおよび基準電圧ＶＬＢは負極側基準電圧ＶｒｅｆＬである。基準電圧ＶＨＢは、基準電圧ＶＨＡよりも高い値の基準電圧であり、基準電圧ＶＬＢは基準電圧ＶＬＡよりも高い値の基準電圧である。
【００２１】
これらの基準電圧Ｖｒｅｆは、図２または図３に示される回路で生成される。図２の回路は、駆動信号生成部２１のポート出力Ｓｂであるパルス幅変調信号を、ローパスフィルタにより直流値に変換することによって、基準電圧Ｖｒｅｆを生成している。この場合、パルス幅変調信号のデューティ比を制御することにより、基準電圧Ｖｒｅｆの値をシームレスに可変することができ、この回路を用いて生成された基準電圧Ｖｒｅｆが、基準電圧ＶＨＡ、基準電圧ＶＨＢ、基準電圧ＶＬＡ、基準電圧ＶＬＢとなる。
【００２２】
図３の回路は、駆動信号生成部２１のポート出力Ｓｂで開閉器ＴＲを駆動することにより、抵抗Ｒｂ、Ｒｃの分圧比で基準電圧Ｖｒｅｆの値を段階的に可変することができ、この回路を用いて段階的に生成された基準電圧Ｖｒｅｆが、基準電圧ＶＨＡ、基準電圧ＶＨＢ、基準電圧ＶＬＡ、基準電圧ＶＬＢとなる。なお、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する回路は、これに限定されるものではなく、図２または図３に示す回路以外の既知の回路で生成してもよいし、制御部２０の外部で生成されたこれらの基準電圧Ｖｒｅｆを用いてもよい。
【００２３】
基準電圧制御部２３は、駆動信号Ｓａと、電源電圧検出部６で検出された電源電圧Ｖｓと、駆動信号生成部２１からの基準電圧Ｖｒｅｆとを入力し、電源電圧Ｖｓの半周期に検出される複数の駆動信号Ｓａのオン区間またはオフ区間で、基準電圧Ｖｒｅｆを段階的に可変する。基準電圧制御部２３の詳細は後述する。
【００２４】
パルス変換部２２は、交流電源１の電源電流Ｉｓの目標制御範囲である電流制御範囲ｗ内に、電源電流Ｉｓのピーク値を収めるスイッチングパルスを生成する。具体的には、パルス変換部２２には、駆動信号生成部２１からの基準電圧Ｖｒｅｆを中心値とする電流制御範囲ｗの上限閾値と下限閾値が設定されている。そして、パルス変換部２２は、上限閾値と下限閾値との間に、駆動信号Ｓａのオン期間ｔに検出される電源電流Ｉｓのピーク値を収めるため、駆動信号Ｓａを複数のパルスに分割する。分割された駆動信号Ｓａが駆動信号Ｓａ１となる。なお、オン期間ｔは駆動信号Ｓａがオンされてからオフされるまでの期間である。上限閾値は、短絡部３０がオンとなったときに流れる短絡電流の上限を規制する閾値であり、下限閾値は、上限閾値より小さい値に設定された閾値である。パルス変換部２２によるパルス分割動作は交流電源１の正極および負極で行われる。
【００２５】
パルス伝達部２４は、レベルシフト回路で構成され、ゲート駆動が行えるよう電圧レベルシフトを行い、駆動信号Ｓａ１を駆動信号Ｓａ２に変換して出力する。このようにして得られた駆動信号Ｓａ２により、短絡部３０の開閉動作が行われる。
【００２６】
次に、実施の形態１の電力変換装置１００の動作を説明する。まず、パルス変換部２２がパルス変換を行っていないときの動作を説明する。なお、電流オープンループ制御において電源半周期に短絡部３０を１回から複数回オンオフさせることを、部分スイッチングパルスモードと称する。
【００２７】
図４には短絡部３０のオンオフ時における電流経路が示されている。短絡部３０がオンされたとき、交流電源１、リアクタ２、および短絡部３０により閉回路が形成され、交流電源１がリアクタ２を介して短絡される。そのため、閉回路に電源電流Ｉｓが流れ、リアクタ２には（１/２）×ＬＩ２で求められる磁気エネルギーが蓄積される。
【００２８】
蓄積エネルギーは、短絡部３０がオフされると同時に、直流負荷１０側に放出されて整流回路３で整流されて平滑コンデンサ４に転送される。この一連の動作により、図５に示すような電源電流Ｉｓが流れ、力率改善無しのパッシブモードよりも電源電流Ｉｓの通電角を広げることができ、力率を改善できる。
【００２９】
なお、部分スイッチングパルスモードでは、短絡部３０の短絡開始時間と短絡継続時間を制御することで、リアクタ２に蓄積されるエネルギーを制御でき、直流出力電圧Ｖｄｃを無段階で昇圧させることができる。また、図５では、部分スイッチングパルスモードにおける動作の一例で、電源半周期中に短絡部３０を１回スイッチングさせる場合のシングルパルスである駆動信号Ｓａ１が示されているが、電源半周期中に短絡部３０をスイッチングさせる回数は２回以上であってもよい。
【００３０】
次に、パルス変換部２２を動作させていないときの電源電流Ｉｓの波形と、パルス変換部２２を動作させているときの電源電流Ｉｓの波形とを対比して説明する。
【００３１】
図６には、駆動信号生成部２１からのシングルパルスである駆動信号Ｓａを複数のパルスに変換していないときの電源電流Ｉｓの波形が示されている。パルス変換部２２でパルス変換が行われていない場合、駆動信号Ｓａがオンされたタイミングで駆動信号Ｓａ１がオンとなり、駆動信号Ｓａのオン期間ｔでは、駆動信号Ｓａ１も駆動信号Ｓａのオン期間ｔと等しい期間だけオンになる。従って、短絡素子３２の短絡時間は、電源電圧Ｖｓが昇圧する際に駆動信号Ｓａのオン期間ｔに正比例して長くなり、図示例のように電源電流Ｉｓが増加する。そして電源電流Ｉｓが設定値に達したときに駆動信号Ｓａがオフにされ、駆動信号Ｓａがオフされたタイミングで駆動信号Ｓａ１がオフとなる。
【００３２】
このように短絡素子３２の短絡時間を長くした場合、リアクタ２にはより多くのエネルギーを蓄積することができるものの、電源電流Ｉｓのピークが大きくなるため、力率の悪化、高調波成分の増加、回路損失の増加といった問題が生じる。
【００３３】
図７には、駆動信号生成部２１からのシングルパルスである駆動信号Ｓａを複数のパルスに変換したときの電源電流Ｉｓの波形が示されている。パルス変換部２２でパルス変換が行われている場合、駆動信号Ｓａがオンされたタイミングで駆動信号Ｓａ１がオンとなり電源電流Ｉｓが増加する。電源電流Ｉｓの増加に伴い、電流検出部７から出力される電流検出電圧Ｖｉｓ、すなわち電流検出部７で検出される電流検出値は上昇する。そして駆動信号Ｓａがオンの期間中に電流検出値が上限閾値を超えたとき、パルス変換部２２は駆動信号Ｓａ１をオフにする。
【００３４】
このことにより電源電流Ｉｓが低下して電流検出値が下降する。その後、駆動信号Ｓａがオンの期間中に電流検出値が下限閾値を下回ったとき、パルス変換部２２は再び駆動信号Ｓａ１をオンにする。このことにより電源電流Ｉｓは再び増加して電流検出部７で検出される電流検出値が上昇する。
【００３５】
このように、駆動信号Ｓａのオン期間ｔ内に、駆動信号Ｓａ１のオンオフが繰り返される結果、駆動信号Ｓａのオン期間ｔ内の電源電流Ｉｓのピーク値は、電流制御範囲ｗ内に制御される。従って、直流出力電圧Ｖｄｃを比較的高い値にまで昇圧させる場合でも、図７に示す駆動信号Ｓａのオン期間ｔ内の電源電流Ｉｓのピーク値は、駆動信号Ｓａ１がオフされたときのピーク値よりも抑制される。
【００３６】
なお、図８，９に示すように上限閾値と下限閾値を調整することにより、上述した駆動信号Ｓａのオン期間ｔ内における駆動信号Ｓａ１のスイッチング回数が制御され、電源電流Ｉｓの波形を変化させることができる。図８に示す電流制御範囲ｗ１は、図９に示す電流制御範囲ｗ２よりも広く設定されている。このように上限閾値と下限閾値を調整することにより、リアクタ２、直流負荷１０、および高調波規格に対応して性能を満たすことができる。
【００３７】
ここまでの説明では、駆動信号Ｓａのオン期間ｔと等しいパルス変換許可期間が設定されている例を説明したが、パルス変換許可期間は駆動信号Ｓａのオン期間ｔと同じである必要性はなく、図１０のように駆動信号Ｓａのオン期間ｔよりも短い時間を、パルス変換許可期間ｔ１に設定してもよい。
【００３８】
図１０の例によれば、駆動信号Ｓａがオンされたタイミングで駆動信号Ｓａ１がオンとなり、このことにより電源電流Ｉｓが増加する。ただし、パルス変換許可期間ｔ１に至る前の時点で電流検出値が上限閾値を超えた場合でもパルス変換部２２ではパルス変換が行われず、パルス変換許可期間ｔ１の開始を示すパルスがオンとなったとき、駆動信号Ｓａ１がオフとなり電源電流Ｉｓが低下する。その後、パルス変換許可期間ｔ１内において電流検出値が下限閾値を下回ったとき、パルス変換部２２では駆動信号Ｓａ１がオンされて電源電流Ｉｓが増加する。その後、パルス変換許可期間ｔ１内において電流検出値が上限閾値を超えたとき、パルス変換部２２では駆動信号Ｓａ１がオフにされて再び電源電流Ｉｓが減少する。
【００３９】
このように駆動信号Ｓａのオン期間ｔよりも短いパルス変換許可期間ｔ１が設定されている場合でも、パルス変換許可期間ｔ１内における電源電流Ｉｓのピーク値は、電流制御範囲ｗ内に制御される。その結果、駆動信号Ｓａのオン期間ｔと等しいパルス変換許可期間が設定されている場合に比べて、駆動信号Ｓａ１のスイッチング回数が低減され、素子の損失抑制による温度上昇の抑制とノイズの低減が可能である。
【００４０】
ここまでの説明では基準電圧Ｖｒｅｆが電源半周期中で一定値となる構成例を説明したが、上限閾値および下限閾値は一定値である必要性はなく、図１１のように、電源電圧Ｖｓのゼロクロスからの経過時間に対応して基準電圧Ｖｒｅｆを可変させる構成でもよい。
【００４１】
図１１の構成例によれば、駆動信号Ｓａがオンされたタイミングで駆動信号Ｓａ１がオンとなり、このことにより電源電流Ｉｓが増加する。そして、パルス変換部２２ではゼロクロス時点から一定時間Ｔ１が経過するまでは、上限閾値１と下限閾値１とに従ってパルス変換が行われる。下限閾値１は上限閾値１よりも低い閾値である。その結果、一定時間Ｔ１の間では、電源電流Ｉｓのピーク値が電流制御範囲ｗ１内に制御される。
【００４２】
さらに、一定時間Ｔ１が経過した時点から一定時間Ｔ２が経過するまでの間では、電流制御範囲ｗ１の基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする上限閾値２と下限閾値２とに従ってパルス変換が行われる。上限閾値２は、上限閾値１よりも高い閾値であり、下限閾値２は、上限閾値２よりも低く、かつ、上限閾値１よりも高い閾値である。その結果、一定時間Ｔ２の間では、電源電流Ｉｓのピーク値が電流制御範囲ｗ２内に制御される。
【００４３】
さらに、一定時間Ｔ２が経過した時点から駆動信号Ｓａがオフになる時点までの期間Ｔ３では、ゼロクロス時点から一定時間Ｔ１が経過するまでに設定された上限閾値および下限閾値と同じ値の上限閾値１および下限閾値１に従ってパルス変換が行われる。その結果、一定時間Ｔ３の間では、電源電流Ｉｓのピーク値が電流制御範囲ｗ１内に制御される。
【００４４】
このように構成することにより、特定次数の高調波成分が高調波規制値に対して多く発生している場合に、その大きさを低減することができる。
【００４５】
次にパルス変換部２２の構成例を説明する。図１２に示すパルス変換部２２は、正極側ヒステリシスコンパレータＨＣＨ、負極側ヒステリシスコンパレータＨＣＬ、および複数の論理ＩＣで構成されている。
【００４６】
正極側ヒステリシスコンパレータＨＣＨには、電流検出部７の出力である電流検出電圧Ｖｉｓと、駆動信号生成部２１からの正極側基準電圧ＶｒｅｆＨとが入力される。負極側ヒステリシスコンパレータＨＣＬには、電流検出電圧Ｖｉｓと、駆動信号生成部２１からの負極側基準電圧ＶｒｅｆＬとが入力される。
【００４７】
なお、図１に示す電流検出部７は、電流検出素子８の出力段に設けられたレベルシフト回路および増幅器を有し、１／２Ｖｄ、すなわち低圧系電源Ｖｄの半分の値を０アンペア相当とし、電流検出素子８で検出された交流の電流波形を電圧信号である電流検出電圧Ｖｉｓに変換して出力する。これにより図１２のパルス変換部２２では、電流極性によらず駆動信号Ｓａ１を生成することが可能となる。
【００４８】
次に図１３を用いて、図１２に示すパルス変換部２２の動作を説明する。
【００４９】
正極側ヒステリシスコンパレータＨＣＨでは、（１）式で算出される正極側上限閾値ＶＴＨＨ（Ｈ）と、（２）式で算出される正極側下限閾値ＶＴＨＨ（Ｌ）と、正極側基準電圧ＶｒｅｆＨとの関係により、正極側の電流制御範囲ｗに対応するヒステリシスΔが決まる。また、正極側ヒステリシスコンパレータＨＣＨの出力は、ＮＯＴ論理ＩＣ３で反転される。ＡＮＤ論理ＩＣ２’は、ＮＯＴ論理ＩＣ３の出力と駆動信号ＳａとのＡＮＤをとり、正極側駆動信号ＳａＨを出力する。なお、（１）式のＶｄは低圧系電源を表し、（２）式のＶＯＬはオペアンプの出力飽和電圧を表す。
【００５０】
【数１】
2016006045.tif 000003
【００５１】
【数２】
2016006045.tif 000004
【００５２】
同様に、負極側ヒステリシスコンパレータＨＣＬでは、（１）式で負極側上限閾値ＶＴＨＬ（Ｈ）が算出され、（２）式で負極側下限閾値ＶＴＨＬ（Ｌ）が算出される。
【００５３】
負極側上限閾値ＶＴＨＬ（Ｈ）と負極側下限閾値ＶＴＨＬ（Ｌ）と負極側基準電圧ＶｒｅｆＬとの関係により、負極側の電流制御範囲ｗに対応するヒステリシスΔが決まる。ＡＮＤ論理ＩＣ２では負極側ヒステリシスコンパレータＨＣＬの出力と駆動信号ＳａとのＡＮＤ論理がとられて負極側駆動信号ＳａＬが出力される。そして、ＡＮＤ論理ＩＣ４では正極側駆動信号ＳａＨと負極側駆動信号ＳａＬのＡＮＤ論理がとられ、ＡＮＤ論理の結果である駆動信号Ｓａ１が出力される。
【００５４】
図１２のように複数のヒステリシスコンパレータを有するパルス変換部２２を用いることにより、電流極性によらず駆動信号Ｓａ１を生成することが可能となり、図１３の電源電流Ｉｓ、すなわち電流検出電圧Ｖｉｓの波形を制御することができる。従って短絡部３０がオンとなったときに流れる短絡電流のピーク値を抑制しつつ、直流出力電圧Ｖｄｃを昇圧することが可能となる。
【００５５】
また、図１２のヒステリシスコンパレータは、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値を変化させることにより、ヒステリシスΔの幅を変更することができる。例えば抵抗Ｒ２または抵抗Ｒ２’に、スイッチと抵抗との直列回路を並列接続し、スイッチを開閉させることにより合成抵抗値を切替えることができる。
【００５６】
次に、電源電圧Ｖｓの半周期中に駆動信号Ｓａが２回スイッチングしている場合の動作を説明する。
【００５７】
図１４には、電源電圧Ｖｓの半周期中に駆動信号Ｓａが２回スイッチングしたときの基準電圧、駆動信号Ｓａ１、および電源電流Ｉｓの変化の様子が示されている。電源電圧Ｖｓが正極のときの２つの駆動信号Ｓａの内、１つ目の駆動信号Ｓａがオンされてからオフされるまでの期間はオン期間ｔ１であり、２つ目の駆動信号Ｓａがオンされてからオフされるまでの期間はオン期間ｔ２である。同様に、電源電圧Ｖｓが負極のときに基準電圧制御部２３で検出される２つの駆動信号Ｓａのオン期間ｔ１，ｔ２も同様である。
【００５８】
Ｘ１は、電源電圧Ｖｓが負極から正極に変化するときの電源ゼロクロス点を表す。Ｙ１は、電源電圧Ｖｓが正極のときに検出される１つ目の駆動信号Ｓａの立ち下がりエッジが検出された時点から一定時間経過した時点を表す。Ｘ２は、電源電圧Ｖｓが正極から負極に変化するときの電源ゼロクロス点を表す。Ｙ２は、電源電圧Ｖｓが負極のときに検出される１つ目の駆動信号Ｓａの立ち下がりエッジが検出された時点から一定時間経過した時点を表す。
【００５９】
基準電圧制御部２３が電源電圧Ｖｓを正極と判定したときの動作を説明する。基準電圧制御部２３は、電源電圧Ｖｓが正極と判定したとき、Ｙ１の時点までは基準電圧ＶＨＢを選択し、Ｙ１の時点で基準電圧ＶＨＡを選択する。すなわち、基準電圧制御部２３は、電源電圧Ｖｓが正極のとき、１つ目の駆動信号Ｓａの立ち下がりエッジを検出するまで、正極側基準電圧ＶｒｅｆＨを高い値に維持する。また基準電圧制御部２３は、１つ目の駆動信号Ｓａと２つ目の駆動信号Ｓａとの間のオフ区間では、正極側基準電圧ＶｒｅｆＨの値を下げる方向に変化させる。
【００６０】
パルス変換部２２は、基準電圧制御部２３で変更された正極側基準電圧ＶｒｅｆＨに対応して、駆動信号Ｓａ１のスイッチング回数を制御する。そのため、基準電圧ＶＨＢが選択されているときの駆動信号Ｓａ１は、１つ目の駆動信号Ｓａのオン期間ｔ１と等しい期間だけオンになる。
【００６１】
一方、基準電圧ＶＨＡが選択された後の駆動信号Ｓａ１は、電源電圧Ｖｓが正極のときの２つ目の駆動信号Ｓａを複数に分割した形の波形になる。具体的には１つ目の駆動信号Ｓａと２つ目の駆動信号Ｓａとの間のオフ区間において、正極側基準電圧ＶｒｅｆＨが下がる方向に変化したとき、２つ目の駆動信号Ｓａが複数のスイッチングパルスに分割される。分割された複数のスイッチングパルス、すなわち複数の駆動信号Ｓａ１はパルス伝達部２４へ出力される。
【００６２】
Ｘ１からＹ１までの期間では電源電流Ｉｓの値が小さいため、基準電圧制御部２３が基準電圧ＶＨＡよりも高い値の基準電圧ＶＨＢを選択することにより、電源電流Ｉｓの値を制限する動作を、擬似的にオフにすることができる。また、基準電圧制御部２３がＹ１の時点で基準電圧ＶＨＡを選択することにより、電源電流Ｉｓのピーク値を、基準電圧ＶＨＡを中心値とする電流制御範囲ｗに収めることができる。
【００６３】
なお、電源電圧Ｖｓが負極のときには、パルス変換部２２では正極側基準電圧ＶｒｅｆＨによるパルス分割動作は行われない。そのため、電源電圧Ｖｓが正極のときに基準電圧ＶＨＡが選択された後、基準電圧ＶＨＢへ切り換えるタイミングは、Ｘ１のタイミングから１周期経過後の電源ゼロクロス点でもよいし、正極のときの１つ目の駆動信号Ｓａが立ち上がったタイミングから１周期経過後のタイミングでもよい。
【００６４】
次に、基準電圧制御部２３が電源電圧Ｖｓを負極と判定したときの動作を説明する。基準電圧制御部２３は、電源電圧Ｖｓが負極と判定したとき、Ｘ２からＹ２までの期間では基準電圧ＶＬＡを選択し、Ｙ２の時点で基準電圧ＶＬＢを選択する。すなわち、基準電圧制御部２３は、電源電圧Ｖｓが負極のとき、１つ目の駆動信号Ｓａの立ち下がりエッジを検出するまでは負極側基準電圧ＶｒｅｆＬを低い値に維持する。また基準電圧制御部２３は、１つ目の駆動信号Ｓａと２つ目の駆動信号Ｓａとの間のオフ区間では、負極側基準電圧ＶｒｅｆＬの値を上げる方向に変化させる。
【００６５】
パルス変換部２２は、基準電圧制御部２３で制御された負極側基準電圧ＶｒｅｆＬに対応して駆動信号Ｓａ１のスイッチング回数を制御する。そのため、基準電圧ＶＬＡが選択されているときの駆動信号Ｓａ１は、１つ目の駆動信号Ｓａのオン期間ｔ１と等しい期間だけオンになる。
【００６６】
一方、基準電圧ＶＬＢが選択された後の駆動信号Ｓａ１は、電源電圧Ｖｓが負極のときに検出される２つ目の駆動信号Ｓａを複数に分割した形の波形になる。具体的には１つ目の駆動信号Ｓａと２つ目の駆動信号Ｓａとの間のオフ区間で負極側基準電圧ＶｒｅｆＬが上がる方向に変化したとき、２つ目の駆動信号Ｓａが複数のスイッチングパルス、すなわち複数の駆動信号Ｓａ１に分割される。分割された複数の駆動信号Ｓａ１はパルス伝達部２４へ出力される。
【００６７】
Ｘ２からＹ２までの期間では電源電流Ｉｓの絶対値が小さいため、基準電圧制御部２３が基準電圧ＶＬＢよりも低い値の基準電圧ＶＬＡを選択することにより、電源電流Ｉｓの値を制限する動作を、擬似的にオフにすることができる。また、基準電圧制御部２３がＹ２の時点で基準電圧ＶＬＢを選択することにより、電源電流Ｉｓのピーク値を、基準電圧ＶＬＢを中心値とする電流制御範囲ｗに収めることができる。
【００６８】
なお、電源電圧Ｖｓが正極のとき、パルス変換部２２では負極側基準電圧ＶｒｅｆＬによるパルス分割動作は行われない。そのため、電源電圧Ｖｓが負極のときに基準電圧ＶＬＢが選択された後、基準電圧ＶＬＡへ切り換えるタイミングは、Ｘ２のタイミングから１周期経過後の電源ゼロクロス点でもよいし、負極のときの１つ目の駆動信号Ｓａが立ち上がったタイミングから１周期経過後のタイミングでもよい。
【００６９】
実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置１００の構成例を示す図である。図１６は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置１００の動作を説明するための図である。実施の形態１と異なる点は、正極側基準電圧ＶｒｅｆＨである異なる値の３つの基準電圧が用いられ、負極側基準電圧ＶｒｅｆＬである異なる値の３つの基準電圧が用いられている点である。実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７０】
実施の形態２の駆動信号生成部２１で生成される基準電圧Ｖｒｅｆは、基準電圧ＶＨＡ、基準電圧ＶＨＢ、基準電圧ＶＨＣ、基準電圧ＶＬＡ、基準電圧ＶＬＢ、および基準電圧ＶＬＣである。
【００７１】
基準電圧ＶＨＡ、基準電圧ＶＨＢ、および基準電圧ＶＨＣは正極側基準電圧ＶｒｅｆＨであり、基準電圧ＶＬＡ、基準電圧ＶＬＢ、および基準電圧ＶＬＣは負極側基準電圧ＶｒｅｆＬである。基準電圧ＶＨＣは、基準電圧ＶＨＡよりも高く、かつ、基準電圧ＶＨＢよりも低い値の基準電圧であり、基準電圧ＶＬＣは、基準電圧ＶＬＡよりも高く、かつ、基準電圧ＶＬＢよりも低い値の基準電圧である。これらの基準電圧Ｖｒｅｆは、図２または図３に示される回路で生成される。
【００７２】
次に、電源電圧Ｖｓの半周期中に駆動信号Ｓａが２回スイッチングしている場合の動作を説明する。
【００７３】
図１６に記される符号Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２は実施の形態１で説明した通りである。Ｙ３は、Ｙ１の時点から、電源電圧Ｖｓが正極のときに検出される２つ目のオン期間ｔ２が経過するまでの時点を表す。Ｙ４は、Ｙ２の時点から、電源電圧Ｖｓが負極のときに検出される２つ目のオン期間ｔ２が経過するまでの時点を表す。
【００７４】
基準電圧制御部２３が電源電圧Ｖｓを正極と判定したときの動作を説明する。基準電圧制御部２３は、電源電圧Ｖｓが正極と判定したとき、Ｙ１の時点までは基準電圧ＶＨＢを選択し、Ｙ１の時点で基準電圧ＶＨＡを選択し、Ｙ３の時点で基準電圧ＶＨＣを選択する。すなわち、基準電圧制御部２３は、電源電圧Ｖｓが正極のとき、１つ目の駆動信号Ｓａの立ち下がりエッジを検出するまでは正極側基準電圧ＶｒｅｆＨを高い値に維持する。また基準電圧制御部２３は、１つ目の駆動信号Ｓａと２つ目の駆動信号Ｓａとの間のオフ区間では、正極側基準電圧ＶｒｅｆＨの値を下げる方向に変化させる。さらに基準電圧制御部２３は、２つ目のオン期間ｔ２、すなわち駆動信号Ｓａのオン区間では、正極側基準電圧ＶｒｅｆＨの値を上げる方向に変化させる。
【００７５】
パルス変換部２２は、基準電圧制御部２３で制御された正極側基準電圧ＶｒｅｆＨに対応して駆動信号Ｓａ１のスイッチング回数を制御する。そのため、基準電圧ＶＨＢが選択されているときの駆動信号Ｓａ１は、１つ目の駆動信号Ｓａのオン期間ｔ１と等しい期間だけオンになる。
【００７６】
一方、基準電圧ＶＨＡとＶＨＣが選択された後の駆動信号Ｓａ１は、電源電圧Ｖｓが正極のときに検出される２つ目の駆動信号Ｓａを複数に分割した形の波形になる。図１６では、基準電圧ＶＨＣが選択されているときの駆動信号Ｓａ１の幅が、基準電圧ＶＨＡが選択されているときの駆動信号Ｓａ１の幅よりも広くなる。
【００７７】
Ｘ１からＹ１までの期間では電源電流Ｉｓの値が小さいため、基準電圧制御部２３が基準電圧ＶＨＡよりも高い値の基準電圧ＶＨＢを選択することにより、電源電流Ｉｓの値を制限する動作を、擬似的にオフにすることができる。また、基準電圧制御部２３がＹ１の時点で基準電圧ＶＨＡを選択することにより、電源電流Ｉｓのピーク値を、基準電圧ＶＨＡを中心値とする電流制御範囲ｗ１に収めることができる。さらに基準電圧制御部２３がＹ３の時点で基準電圧ＶＨＣを選択することにより、電源電流Ｉｓのピーク値を、電流制御範囲ｗ１の値よりも高い電流制御範囲ｗ２に収めることができる。すなわち電源電流Ｉｓのピーク値を、基準電圧ＶＨＣを中心値とする電流制御範囲ｗ２に収めることができる。その結果、正弦波に近い電源電流Ｉｓが得られ、正極の電源電圧Ｖｓのピーク値付近の電源電流Ｉｓが流れやすくなる。
【００７８】
なお、電源電圧Ｖｓが負極のとき、パルス変換部２２では正極側基準電圧ＶｒｅｆＨによるパルス分割動作は行われない。そのため、電源電圧Ｖｓが正極のときに基準電圧ＶＨＣが選択された後、基準電圧ＶＨＢへ切り換えるタイミングは、Ｘ１のタイミングから１周期経過後の電源ゼロクロス点でもよいし、正極のときの１つ目の駆動信号Ｓａが立ち上がったタイミングから１周期経過後のタイミングでもよい。
【００７９】
次に、基準電圧制御部２３が電源電圧Ｖｓを負極と判定したときの動作を説明する。基準電圧制御部２３は、電源電圧Ｖｓが負極と判定したとき、Ｙ２の時点までは基準電圧ＶＬＡを選択し、Ｙ２の時点で基準電圧ＶＬＢを選択する。さらに、基準電圧制御部２３は、Ｙ４の時点で基準電圧ＶＬＣを選択する。すなわち、基準電圧制御部２３は、電源電圧Ｖｓが負極のとき、１つ目の駆動信号Ｓａの立ち下がりエッジを検出するまでは負極側基準電圧ＶｒｅｆＬを低い値に維持する。また基準電圧制御部２３は、１つ目の駆動信号Ｓａと２つ目の駆動信号Ｓａとの間のオフ区間では、負極側基準電圧ＶｒｅｆＬの値を上げる方向に変化させる。さらに基準電圧制御部２３は、２つ目のオン期間ｔ２、すなわち駆動信号Ｓａのオン区間では、負極側基準電圧ＶｒｅｆＬの値を下げる方向に変化させる。
【００８０】
パルス変換部２２は、基準電圧制御部２３で制御された負極側基準電圧ＶｒｅｆＬに対応して駆動信号Ｓａ１のスイッチング回数を制御する。そのため、基準電圧ＶＬＡが選択されているときの駆動信号Ｓａ１は、１つ目の駆動信号Ｓａのオン期間ｔ１と等しい期間だけオンになる。
【００８１】
一方、基準電圧ＶＬＢとＶＬＣが選択された後の駆動信号Ｓａ１は、電源電圧Ｖｓが負極のときに検出される２つ目の駆動信号Ｓａを複数に分割した形の波形になる。図１６では、基準電圧ＶＬＣが選択されているときの駆動信号Ｓａ１の幅は、基準電圧ＶＬＢが選択されているときの駆動信号Ｓａ１の幅よりも広くなる。
【００８２】
Ｘ２からＹ２までの期間では電源電流Ｉｓの絶対値が小さいため、基準電圧制御部２３が基準電圧ＶＬＡよりも高い値の基準電圧ＶＬＢを選択することにより、電源電流Ｉｓの値を制限する動作を、擬似的にオフにすることができる。また、基準電圧制御部２３がＹ２の時点で基準電圧ＶＬＢを選択することにより、電源電流Ｉｓのピーク値を、基準電圧ＶＬＢを中心値とする電流制御範囲ｗ１に収めることができる。さらに基準電圧制御部２３がＹ４の時点で基準電圧ＶＬＣを選択することにより、電源電流Ｉｓのピーク値を、電流制御範囲ｗ１の絶対値よりも高い値の電流制御範囲ｗ２に収めることができる。すなわち電源電流Ｉｓのピーク値を、基準電圧ＶＬＣを中心値とする電流制御範囲ｗ２に収めることができる。その結果、正弦波に近い電源電流Ｉｓが得られ、負極の電源電圧Ｖｓのピーク値付近の電源電流Ｉｓが流れやすくなる。
【００８３】
なお、電源電圧Ｖｓが正極のとき、パルス変換部２２では負極側基準電圧ＶｒｅｆＬによるパルス分割動作は行われない。そのため、電源電圧Ｖｓが負極のときに基準電圧ＶＬＣが選択された後、基準電圧ＶＨＡへ切り換えるタイミングは、Ｘ２のタイミングから１周期経過後の電源ゼロクロス点でもよいし、負極のときの１つ目の駆動信号Ｓａが立ち上がったタイミングから１周期経過後のタイミングでもよい。
【００８４】
実施の形態２の電力変換装置１００によれば、より正弦波に近い電源電流Ｉｓが得られる。そのため、正極または負極の電源電圧Ｖｓのピーク値付近の電源電流Ｉｓが流れやすくなる。なお、実施の形態２では、基準電圧Ｖｒｅｆの可変数が３つの例を説明したが、基準電圧Ｖｒｅｆの可変数は３つに限定されるものではなく４つ以上であってもよい。具体的には、正極の電源電圧Ｖｓが検出されているとき、基準電圧制御部２３は、２つ目のオン期間ｔ２において、Ｙ３の時点で基準電圧ＶＨＣを選択した後、さらに基準電圧ＶＨＣより高く、かつ、基準電圧ＶＨＢより低い基準電圧を選択することで、より正弦波に近い正極の電源電流Ｉｓが得られる。また、負極の電源電圧Ｖｓが検出されているとき、基準電圧制御部２３は、２つ目のオン期間ｔ２において、Ｙ４の時点で基準電圧ＶＬＣを選択した後、さらに基準電圧ＶＬＣより低く、かつ、基準電圧ＶＬＡより高い基準電圧を選択することで、より正弦波に近い負極の電源電流Ｉｓが得られる。
【００８５】
なお、実施の形態１，２では、交流電源１の半周期毎に、交流電源１の電源電流Ｉｓの値を制御する閾値である基準電圧Ｖｒｅｆを可変させる構成であるが、交流電源１の一方の極性、例えば正極のときのみ基準電圧Ｖｒｅｆを可変させる構成でもよい。
【００８６】
また、実施の形態１，２では、電流検出部７で検出された電源電流Ｉｓを用いて短絡部３０を制御する例を説明したが、これに限定されるものではない。事前の試験により、電源電流Ｉｓと複数のスイッチングパルスである駆動信号Ｓａ１とが対応付けられ、その対応関係を外部入力あるいは制御部２０に保持させることによって、電源電流Ｉｓを検出することなく短絡部３０の制御が可能である。このように電源電流Ｉｓの検出の要否は、構築するシステム仕様によって選択すればよい。
【００８７】
また、実施の形態１，２では、ハードウェアで構成したヒステリシスコンパレータで駆動信号Ｓａ１が生成されているが、ヒステリシスコンパレータはソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成した場合でも同様の効果が得られるが、ハードウェアで構成した場合に比べて制御部２０の負荷が高くなるため、負荷軽減の観点よりヒステリシスコンパレータはハードウェアで構成することが望ましい。
【００８８】
また、実施の形態１，２の電力変換装置１００は、制御部２０の外部に設けられた電流検出手段９で検出された電流検出値を用いて駆動信号Ｓａ１を生成する構成であるが、電流検出部７を用いずに直接、制御部２０で電源電流Ｉｓの値を検出して駆動信号Ｓａ１を生成する構成でもよい。
【００８９】
以上に説明したように、実施の形態１，２に係る電力変換装置１００は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換する整流回路３と、交流電源１と整流回路３との間に接続されたリアクタ２を介して交流電源１を短絡する短絡部３０と、交流電源１の半周期中に、短絡部３０を制御する複数のスイッチングパルスである駆動信号Ｓａを生成する制御部２０と、を備え、制御部２０は、複数の駆動信号Ｓａのオン区間またはオフ区間で、交流電源１の電源電流Ｉｓの値を制限する閾値である基準電圧Ｖｒｅｆを段階的に可変する。
【００９０】
この構成により、従来の簡易スイッチングコンバータに比べて、電源電流Ｉｓのピークを抑えながら直流出力電圧Ｖｄｃを昇圧させることができる。また、電源電流Ｉｓのピークを抑制することができるため、短絡部３０がオンとなったときの電源電流Ｉｓのひずみを抑制することができ、高調波成分を抑制することが可能である。また、電源電流Ｉｓのピークを抑制することができるため、電源電流Ｉｓの通流期間を拡張することができ、力率を向上させることが可能である。また、電源電流Ｉｓのピークを抑制することができるため、交流電源１を構成するフィルタ回路および他の部品の容量増加を抑制することができ、コストアップを抑制することが可能である。また、実施の形態１，２の電力変換装置１００によれば、電源半周期で複数回スイッチングを実施させる場合にも、各スイッチングパルスの設定時間の設計が不要となり、正負極に対応する電流上限、下限での閾値設計が可能となるため、制御設計が比較的容易となる。また、実施の形態１，２の電力変換装置１００によれば、負荷条件によらず好適なスイッチング回数およびパルスタイミングにて制御することができるため、設計負荷の低減が可能である。
【００９１】
また、実施の形態１，２の電力変換装置１００によれば、電源半周期中に基準電圧Ｖｒｅｆを変化させることができるため、基準電圧Ｖｒｅｆを変化させない場合に比べて、電源電流Ｉｓの制御の自由度を高めることができる。また、セントラルプロセッシングユニットの処理能力がそれほど高くない場合は、制御部２０における処理の一部をヒステリシスコンパレータで行うことにより、制御部２０における演算負荷が軽減され、過度に装置の発熱を伴うことなく安全な動作領域で信頼性高くシステムを駆動させることができる。一方、セントラルプロセッシングユニットの処理能力が高い場合は、ヒステリシスコンパレータを用いずに信頼性高くシステムを駆動させることができる。この場合、部品の実装面積は少なくて済む。以上より、使用するセントラルプロセッシングユニットの処理能力に応じた最適な電力変換装置１００を制作することが可能である。また基準電圧Ｖｒｅｆを変化させることにより、スイッチングパルスの過度な増加を防ぐことができ、発生ノイズを抑制することができる。また基準電圧Ｖｒｅｆを変化させることで、特定の領域のみにパルス分割動作を規制することができる。そのため、スイッチング動作に起因する騒音を低減することができる。
【００９２】
また、実施の形態１，２の制御部２０は、閾値である基準電圧Ｖｒｅｆに基づいてスイッチングパルスである駆動信号Ｓａを分割して出力する構成でもよく、この構成の場合、正弦波に近い電源電流Ｉｓが得られ、正極の電源電圧Ｖｓのピーク値付近の電源電流Ｉｓが流れやすくなる。
【００９３】
また、実施の形態１，２の制御部２０は、各スイッチングパルスの内の、一のスイッチングパルスと他のスイッチングパルスとの間のオフ区間で、閾値を可変する構成でもよい。この構成により、電源電流Ｉｓの変動を抑制できると共に、オフ区間とオン区間の双方で閾値を可変する場合に比べて制御部２０における演算負荷が軽減され、比較的安価なセントラルプロセッシングユニットで電力変換装置１００を製作することが可能である。
【００９４】
また、実施の形態１，２の制御部２０は、各スイッチングパルスの内の、一のスイッチングパルスと他のスイッチングパルスとの間のオフ区間の後に発生するスイッチングパルスのオン区間で、閾値を可変する構成でもよい。この構成により、電源電流Ｉｓの変動を抑制できると共に、オフ区間とオン区間の双方で閾値を可変する場合に比べて制御部２０における演算負荷が軽減され、比較的安価なセントラルプロセッシングユニットで電力変換装置１００を製作することが可能である。
【００９５】
また、実施の形態１，２の制御部２０は、交流電源１の１周期毎に、閾値である基準電圧Ｖｒｅｆを可変する構成でもよい。この構成により、電源電流Ｉｓの変動を抑制できると共に、交流電源１の半周期毎に閾値を可変する場合に比べて制御部２０における演算負荷が軽減され、比較的安価なセントラルプロセッシングユニットで電力変換装置１００を製作することが可能である。
【００９６】
また、実施の形態１，２の制御部２０は、交流電源１が正極または負極のときのみ閾値である基準電圧Ｖｒｅｆを可変する構成でもよい。この構成により、交流電源１の半周期毎に閾値を可変する場合に比べて、制御部２０における演算負荷が軽減される。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように、本発明は、交流電源を短絡する短絡部を備えた電力変換装置に有用である。
【符号の説明】
【００９８】
１  交流電源、２  リアクタ、３  整流回路、４  平滑コンデンサ、５  直流電圧検出部、６  電源電圧検出部、７  電流検出部、８  電流検出素子、９  電流検出手段、１０  直流負荷、２０  制御部、２１  駆動信号生成部、２２  パルス変換部、２３  基準電圧制御部、２４  パルス伝達部、３０  短絡部、３１  ダイオードブリッジ、３２  短絡素子、１００  電力変換装置。
【図１】
2016006045.tif 000005
【図２】
2016006045.tif 000006
【図３】
2016006045.tif 000007
【図４】
2016006045.tif 000008
【図５】
2016006045.tif 000009
【図６】
2016006045.tif 000010
【図７】
2016006045.tif 000011
【図８】
2016006045.tif 000012
【図９】
2016006045.tif 000013
【図１０】
2016006045.tif 000014
【図１１】
2016006045.tif 000015
【図１２】
2016006045.tif 000016
【図１３】
2016006045.tif 000017
【図１４】
2016006045.tif 000018
【図１５】
2016006045.tif 000019
【図１６】
2016006045.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月12日(2016.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記交流電源と前記整流回路との間に接続されたリアクタを介して前記交流電源を短絡する短絡部と、
前記交流電源の半周期中に、前記交流電源の電源電流の値を制限する閾値を段階的に可変し、可変後の閾値に前記電源電流の値を収めるスイッチングパルスを生成し、生成したスイッチングパルスを前記短絡部の駆動信号として出力する制御部と、
を備えた電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記閾値に基づいて前記制御部で生成されるスイッチングパルスを複数のスイッチングパルスに分割して出力する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数のスイッチングパルスの内の、一のスイッチングパルスと他のスイッチングパルスとの間の前記スイッチングパルスのオフ区間で前記閾値を可変する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記オフ区間の後に発生するスイッチングパルスの前記オン区間で前記閾値を可変する請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記交流電源の１周期毎に、前記閾値を可変する請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記交流電源が正極または負極のときのみ、前記閾値を可変する請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部には、前記スイッチングパルスと前記電源電流との対応関係が設定され、
前記制御部は、前記対応関係を用いて前記短絡部を制御する請求項１から請求項６の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記制御部の外部に設けられた電流検出手段で検出された電源電流を用いて前記短絡部を制御し、または、前記電流検出手段を用いずに直接前記電源電流を検出して前記短絡部を制御する請求項１から請求項６の何れか１項に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記交流電源と前記整流回路との間に接続されたリアクタを介して前記交流電源を短絡する短絡部と、前記交流電源の半周期中に、前記交流電源の電源電流の値を制限する閾値を段階的に可変し、可変後の閾値に前記電源電流の値を収めるスイッチングパルスを生成し、生成したスイッチングパルスを前記短絡部の駆動信号として出力する制御部と、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
図１に示す電力変換装置１００は、交流電源１から供給される交流電圧に基づいて直流電圧を生成し、図４に示す直流負荷１０に対して供給するものであり、リアクタ２、整流回路３、平滑コンデンサ４、直流電圧検出部５、電源電圧検出部６、電流検出手段９、制御部２０、パルス伝達部２４、および短絡部３０を備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
なお、図１に示す電流検出部７は、電流検出素子８の出力段に設けられたレベルシフト回路あるいは増幅器を有し、１／２Ｖｄ、すなわち低圧系電源Ｖｄの半分の値を０アンペア相当とし、電流検出素子８で検出された交流の電流波形を電圧信号である電流検出電圧Ｖｉｓに変換して出力する。これにより図１２のパルス変換部２２では、電流極性によらず駆動信号Ｓａ１を生成することが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
なお、電源電圧Ｖｓが正極のとき、パルス変換部２２では負極側基準電圧ＶｒｅｆＬによるパルス分割動作は行われない。そのため、電源電圧Ｖｓが負極のときに基準電圧ＶＬＣが選択された後、基準電圧ＶＬＡへ切り換えるタイミングは、Ｘ２のタイミングから１周期経過後の電源ゼロクロス点でもよいし、負極のときの１つ目の駆動信号Ｓａが立ち上がったタイミングから１周期経過後のタイミングでもよい。
【国際調査報告】
2016006045.tif 000021
2016006045.tif 000022