(57)【要約】【課題】スイッチング速度の高速化を図ると共に、高温領域でのスイッチング動作を可能にして小型化を図ると共に、低騒音化を図る。いろは【解決手段】商用電源（11）から電源電力が供給されると共に、リアクトル（12）を介して商用電源ライン（13，14）間を短絡させるスイッチング素子（30）を備え、電源電力を整流して直流電力に変換するコンバータ回路（20）である。そして、スイッチング素子（30）がワイドバンドギャップ半導体素子であるＳｉＣ素子で構成されている。スイッチング素子（30）は、１５ｋＨｚ以上の周波数でスイッチングし、且つ最大温度が１５０℃以上で動作する素子であり、電流定格がダイオード（31）の電流定格よりも小さい。【選択図】図１
2008086053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源（11）から電源電力が供給されると共に、リアクトル（12）を介して電源ライン（13，14）間を短絡させるスイッチング素子（30）を備え、上記電源電力を整流して直流電力に変換するコンバータ回路であって、
上記スイッチング素子（30）がワイドバンドギャップ半導体素子で構成されている
ことを特徴とするコンバータ回路。
【請求項２】
請求項１において、
上記スイッチング素子（30）は、１５ｋＨｚ以上の周波数でスイッチングし、且つ最大温度が１５０℃以上で動作する素子である
ことを特徴とするコンバータ回路。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記スイッチング素子（30）は、電流定格が該スイッチング素子（30）がＯＦＦした時に上記リアクトル（12）に流れていた電流が流入するダイオード（31，41，53）の電流定格よりも小さい
ことを特徴とするコンバータ回路。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項において、
直流電力を空気調和装置の圧縮機駆動用インバータに電力供給する
ことを特徴とするコンバータ回路。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項において、
上記スイッチング素子（30）は、ＳｉＣ素子である
ことを特徴とするコンバータ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータ回路に関し、特に、スイッチング素子に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力供給装置には、特許文献１に開示されているように、コンバータ回路を備えているものがある。このコンバータ回路は、商用電源から供給される電源電力を整流して直流電圧を得るための回路であり、スイッチング素子を用いて電源電力の力率改善を実現するための回路である。
【０００３】
上記コンバータ回路は、電源電流の波形が電源電圧と同位相の正弦波になるように各スイッチ素子を制御している。この制御性を向上するためにはスイッチング素子のスイッチング周波数を上げる必要がある。また、リアクトルなどの受動部品を小型化する上でもスイッチング周波数の高周波数化は重要である。
【特許文献１】特開２００３−２０４６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のコンバータ回路においては、スイッチング素子にトランジスタの他、Ｓｉ−ＩＧＢＴが適用されている。
【０００５】
しかしながら、このＳｉ−ＩＧＢＴはスイッチング速度が遅く、スイッチング素子が大型化するという問題があった。更に、上記Ｓｉ−ＩＧＢＴは、熱的にも制限があり、スイッチング周波数が制限される一方、受動部品の小型化にも制限があった。
【０００６】
また、上記スイッチング素子の実用的なスイッチング周波数の上限は１５ｋＨｚ程度である。ところが、この程度の周波数は人間の可聴域であるため、スイッチング周波数に起因した騒音が大きいという問題があった。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、スイッチング速度の高速化を図ると共に、高温領域でのスイッチング動作を可能にして小型化を図ると共に、低騒音化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、電源（11）から電源電力が供給されると共に、リアクトル（12）を介して電源ライン（13，14）間を短絡させるスイッチング素子（30）を備え、上記電源電力を整流して直流電力に変換するコンバータ回路を対象としている。そして、上記スイッチング素子（30）がワイドバンドギャップ半導体素子で構成されている。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記スイッチング素子（30）が１５ｋＨｚ以上の周波数でスイッチングし、且つ最大温度が１５０℃以上で動作する素子である。
【００１０】
第３の発明は、上記第１の発明又は第２の発明において、上記スイッチング素子（30）は、該スイッチング素子（30）がＯＦＦした時に上記リアクトル（12）に流れていた電流が流入するダイオード（31，41，53）の電流定格よりも小さい電流定格のスイッチング素子である。
【００１１】
第４の発明は、上記第１の発明〜第３の発明の何れかの発明の発明において、直流電力を空気調和装置の圧縮機駆動用インバータに電力供給する。
【００１２】
第５の発明は、上記第１の発明〜第４の発明の何れかの発明において、上記スイッチング素子（30）がＳｉＣ素子である。
【００１３】
つまり、上記本発明では、従来のＳｉ素子と比較し、ワイドバンドギャップ半導体素子のスイッチング速度が速く、変換効率を落とすことなくスイッチング周波数が高周波数となる。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明によれば、スイッチング素子（30）にワイドバンドギャップ半導体素子を適用し、例えば、スイッチング素子（30）をＳｉＣ素子で構成するようにしたために、ＳｉＣ素子は従来のＳｉ素子と比較し、スイッチング速度が速いことから、変換効率を落とすことなくスイッチング周波数を高周波数とすることができる。
【００１５】
また、上記ＳｉＣ素子は、高温動作の特徴を有しており、この特徴を最大限に利用することができるので、チップサイズの小型化を図ることができる。
【００１６】
特に、チップサイズを小型化することにより、ゲート容量などを低減することができることから、更なるスイッチング速度の高速化を図ることができる。この結果、受動部品も小型化でき、装置全体の大幅な小型化及び低騒音化を実現することができる。
【００１７】
また、チップを小型化するにより、スイッチング素子（30）の導通損失が増加する傾向になるものの、コンバータ回路の場合、スイッチング周波数が高く、また、電源（11）電流がスイッチング素子（30）を流れる時間が極めて短時間であるため、コンバータ回路損失に占める導通損失の割合は非常に小さいため、チップの小型化による影響は抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
〈発明の実施形態１〉
図１に示すように、本実施形態における電力供給装置（10）は、空気調和装置の圧縮機を駆動するためのものである。
【００２０】
上記電力供給装置（10）は、商用電源（11）とリアクトル（12）とコンバータ回路（20）と負荷（15）とが順に接続され、圧縮機モータに制御電力を供給するように構成されている。
【００２１】
上記商用電源（11）は、単相電源であって一対の商用電源ライン（13，14）が接続されている。そして、上記リアクトル（12）は、１つの商用電源ライン（13）に設けられている。
【００２２】
上記コンバータ回路（20）は、ブリッジ方式のコンバータ回路であって、整流回路（21）と平滑回路（22）と順に接続され、上記商用電源（11）から供給される電源電力を整流して直流電力に変換している。
【００２３】
上記整流回路（21）は、商用電源（11）から一対の商用電源ライン（13，14）を介して電源電力が供給され、該電源電力を整流する。上記整流回路（21）は、リアクトル（12）を介して商用電源ライン（13，14）間を短絡させる４つのスイッチング素子（30）を有し、単相ブリッジに構成されている。そして、上記各スイッチング素子（30）と並列にダイオード（31）が接続されている。そして、上記整流回路（21）の出力側が一対の直流電源ライン（16，17）に接続されている。
【００２４】
上記平滑回路（22）は、１つのコンデンサ（23）を備え、整流回路（21）と並列に直流電源ライン（16，17）に接続されている。
【００２５】
上記負荷（15）は、直流電源ライン（16，17）に接続され、図示しないが、インバータ回路と圧縮機モータとを備えている。そして、上記負荷（15）は、コンバータ回路（20）から供給される制御された直流電力を受け、交流電力に変換して圧縮機モータを駆動する。
【００２６】
一方、本発明の特徴として、上記スイッチング素子（30）は、ワイドバンドギャップ半導体素子で構成され、具体的に、ＳｉＣ素子で構成されている。
【００２７】
そして、上記スイッチング素子（30）は、１５ｋＨｚ以上の周波数でスイッチングし、且つ最大温度が１５０℃以上で動作するスイッチング素子である。その上、上記スイッチング素子（30）は、該スイッチング素子（30）がＯＦＦした時に上記リアクトル（12）に流れていた電流が流入するダイオード（31）の電流定格よりも小さい電流定格のスイッチング素子で構成されている。
【００２８】
−運転動作−
次に、上述した電力供給装置（10）の電力供給動作について説明する。
【００２９】
上記商用電源（11）から供給される単相交流電力は、リアクトル（12）を介して整流回路（21）に供給される。上記整流回路（21）の各スイッチング素子（30）は、所定のタイミング、例えば、１５ｋＨｚ以上の周波数でスイッチングし、リアクトル（12）を介して商用電源ライン（13，14）間を短絡させる。つまり、上記スイッチング素子（30）は、電源電流波形が電源電圧波形と同位相の正弦波になるようにスイッチング動作する。
【００３０】
上記整流回路（21）を流れた電源電力は平滑回路（22）で平滑に制御され、単相交流電力が直流電力に変換される。そして、上記コンバータ回路（20）で制御された直流電力が負荷（15）に供給される。該負荷（15）は、直流電力をインバータ回路で所定の交流電力に変換し、この交流電力を圧縮機モータに供給し、圧縮機を駆動する。
【００３１】
そこで、上記コンバータ回路（20）のスイッチング素子（30）の動作に基づく整流回路（21）における電流波形を説明する。
【００３２】
図４は、電源電流の半周期の波形を示し、図５は、図４の電源電流のピーク点近傍を拡大して示している。
【００３３】
図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すように、スイッチング素子（30）がＯＮすることにより、電源電流がスイッチング素子（30）を流れ、波高値が高い針状の鋭角な波形が連続する。
【００３４】
一方、図４（Ｃ）及び図５（Ｃ）に示すように、スイッチング素子（30）がＯＦＦすると、電源電流がダイオード（31）を流れる。
【００３５】
このように、電源電流は、大部分がダイオード（31）を流れ、スイッチング素子（30）を流れる電流は、平均値が小さいもののピークがたった状態となる。
【００３６】
そこで、本実施形態におけるスイッチング素子（30）にワイドバンドギャップ半導体素子、具体的に、ＳｉＣ素子を適用している。
【００３７】
−実施形態１の効果−
以上のように、本実施形態１によれば、スイッチング素子（30）にワイドバンドギャップ半導体素子を適用し、例えば、スイッチング素子（30）をＳｉＣ素子で構成するようにしたために、ＳｉＣ素子は従来のＳｉ素子と比較し、スイッチング速度が速いことから、変換効率を落とすことなくスイッチング周波数を高周波数とすることができる。
【００３８】
また、上記ＳｉＣ素子は、高温動作の特徴を有しており、この特徴を最大限に利用することができるので、チップサイズの小型化を図ることができる。
【００３９】
特に、チップサイズを小型化することにより、ゲート容量などを低減することができることから、更なるスイッチング速度の高速化を図ることができる。この結果、受動部品も小型化でき、装置全体の大幅な小型化及び低騒音化を実現することができる。
【００４０】
また、チップを小型化するにより、スイッチング素子（30）の導通損失が増加する傾向になるものの、コンバータ回路（20）の場合、スイッチング周波数が高く、また、電源電流がスイッチング素子（30）を流れる時間が極めて短時間であるため、コンバータ回路損失に占める導通損失の割合は非常に小さいため、チップの小型化による影響は抑制することができる。
【００４１】
〈発明の実施形態２〉
本実施形態２は、図２に示すように、上記実施形態１がブリッジ方式のコンバータ回路（20）を適用したのに代えて、交流スイッチ方式のコンバータ回路（20）を適用したものである。
【００４２】
つまり、本実施形態のコンバータ回路（20）の整流回路（21）は、スイッチング回路（40）を備えると共に、４つのダイオード（41）を有するダイオード整流回路（42）を備えている。上記スイッチング回路（40）は、４つのダイオード（43）を有するダイオードブリッジ回路（44）を備え、該ダイオードブリッジ回路（44）の２端が商用電源ライン（13，14）に接続される一方、上記ダイオードブリッジ回路（44）の他の２端間に１つのスイッチング素子（30）が接続されている。該スイッチング素子（30）と並列にダイオード（31）が接続されている。
【００４３】
上記スイッチング素子（30）は、本発明の特徴としてワイドバンドギャップ半導体素子で構成され、具体的に、ＳｉＣ素子で構成されている。
【００４４】
そして、上記スイッチング素子（30）は、１５ｋＨｚ以上の周波数でスイッチングし、且つ最大温度が１５０℃以上で動作するスイッチング素子である。その上、上記スイッチング素子（30）は、該スイッチング素子（30）がＯＦＦした時に上記リアクトル（12）に流れていた電流が流入するダイオード（41）の電流定格よりも小さい電流定格のスイッチング素子で構成されている。その他の構成、作用及び効果は実施形態１と同様である。
【００４５】
〈発明の実施形態３〉
本実施形態３は、図３に示すように、上記実施形態１がブリッジ方式のコンバータ回路（20）を適用したのに代えて、チョッパ方式のコンバータ回路（20）を適用したものである。
【００４６】
つまり、本実施形態のコンバータ回路（20）の整流回路（21）は、４つのダイオード（50）を有するダイオード整流回路（51）を備えると共に、スイッチング回路（52）を備えている。該ダイオード整流回路（51）は、商用電源（11）とリアクトル（12）との間の商用電源ライン（13，14）に接続されている。
【００４７】
一方、上記スイッチング回路（52）は、リアクトル（12）を介してダイオード整流回路（51）に接続され、スイッチング素子（30）を有すると共に、該スイッチング素子（30）と並列にダイオード（31）が接続されている。
【００４８】
上記スイッチング回路（52）に接続された直流電源ライン（16，17）には、該スイッチング回路（52）と並列に平滑回路（22）が接続され、上記スイッチング回路（52）と平滑回路（22）との間の直流電源ライン（16）にはダイオード（53）が設けられている。
【００４９】
上記スイッチング素子（30）は、本発明の特徴としてワイドバンドギャップ半導体素子で構成され、具体的に、ＳｉＣ素子で構成されている。
【００５０】
そして、上記スイッチング素子（30）は、１５ｋＨｚ以上の周波数でスイッチングし、且つ最大温度が１５０℃以上で動作するスイッチング素子である。その上、上記スイッチング素子（30）は、該スイッチング素子（30）がＯＦＦした時に上記リアクトル（12）に流れていた電流が流入するダイオード（53）の電流定格よりも小さい電流定格のスイッチング素子で構成されている。その他の構成、作用及び効果は実施形態１と同様である。
【００５１】
〈その他の実施形態〉
本発明は、以下のような構成としてもよい。
【００５２】
上記各実施形態は、スイッチング素子（30）としてＳｉＣ素子を適用したが、第１の発明等はスイッチング素子（30）はワイドバンドギャップ半導体素子であればよく、例えば、ＧａＮ素子などであってもよい。
【００５３】
また、上記各実施形態は、空気調和装置の圧縮機駆動用インバータに電力供給するようししたが、第１〜第４の発明は直流電力を各種の機器に供給するコンバータ回路（20）であればよい。
【００５４】
また、上記各実施形態は、単相のコンバータ回路（20）について説明したが、本発明は、多相電力から直流電力を得る多相コンバータ回路であってもよい。
【００５５】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、電源電流を直流電力に変換するコンバータ回路について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施形態１の電力供給装置を示す回路図である。
【図２】実施形態２の電力供給装置を示す回路図である。
【図３】実施形態３の電力供給装置を示す回路図である。
【図４】電源電流を示す波形図である。
【図５】電源電流のピーク近傍を拡大して示す波形図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０            電力供給装置
１１            商用電源
１２            リアクトル
１３，１４      商用電源ライン
２０            コンバータ回路
３０            スイッチング素子
３１            ダイオード
【図１】
2008086053.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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