(57)【要約】【課題】インバータに故障が生じたと推定される場合に、インバータに与えられるダメージの軽減を図る。【解決手段】電圧変換装置は、主回路スイッチＳ０とリアクトル１０、コンバータ、インバータ４、インバータ異常検出部１０２、コンバータ電圧異常検出部、コンバータ電流異常検出部１０１、制御部３とを備える。コンバータは、ダイオードブリッジ２とコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２、双方向スイッチＳ１とを有し、双方向スイッチＳ１のオン／オフにより倍電圧整流と全波整流とを切り換えて整流可能である。インバータ異常検出部１０２は、インバータ４に流れる電流の異常を検出して異常検出信号を出力して制御部３に与える。異常検出信号が活性化した場合には、制御部３は双方向スイッチをオフに制御する。これにより、コンバータが全波整流を行う。【選択図】図１
2005160214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を整流するコンバータ（２，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｓ１）と、
前記コンバータの出力を交流に変換するインバータ（４）と、
前記インバータに流れる電流の異常を検出して第１異常検出信号を出力するインバータ異常検出部（１０２）と
を備え、
前記コンバータは全波整流と倍電圧整流とを切り換えて整流可能であり、
前記第１異常検出信号が活性化した場合には前記コンバータが全波整流を行う、電力変換装置。
【請求項２】
前記コンバータの前記出力電圧の異常を検出して第２異常検出信号を出力するコンバータ電圧異常検出部（２０１，２０２，Ｇ１）
を更に備え、
前記第２異常検出信号が活性化した場合にも前記コンバータが全波整流を行う、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記コンバータに流れる電流の異常を検出して第３異常検出信号を出力するコンバータ電流異常検出部（１０１）
を更に備え、
前記第３異常検出信号が非活性の場合には前記コンバータは前記交流の半周期（Ｔ／２）において全波整流と倍電圧整流とを交互に採用して整流し、
前記第３異常検出信号が活性化した後（ｔ２）、前記第３異常検出信号が活性化する直前において前記倍電圧整流が開始した時点（ｔ１）から前記交流の半周期が経過する時点（ｔ３）までの間は、前記コンバータは全波整流を採用する、請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記コンバータ電圧異常検出部は、
一対のコンデンサのそれぞれの両端電圧の異常を検出する一対の電圧異常検出器（２０１，２０２）と、
前記一対の電圧異常検出器の少なくともいずれか一方が異常を検出した場合に前記第２異常検出信号を活性化する論理素子（Ｇ１）と
を有する、請求項２及び請求項３のいずれか一つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記コンバータは、
前記交流が供給される一対の入力端と、一対の出力端とを有するダイオードブリッジ（２）と、
前記ダイオードブリッジの前記一対の出力端の間で接続点（Ｊ２）を介して直列に接続される一対のコンデンサ（Ｃ１１，Ｃ１２）と、
前記ダイオードブリッジの前記一対の入力端の一方（Ｊ１）と前記接続点の間に接続される双方向スイッチ（Ｓ１）と
を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第２異常検出信号が活性化した場合には前記インバータが停止される、請求項１乃至請求項５のいずれか一つ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、電力変換装置に関し、例えば空調機等に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、例えば、入力される交流電圧を整流するコンバータと、コンバータで整流された電圧を３相交流電圧等の交流電圧に変換するインバータとを備えている。従来の電力変換装置では、コンバータは、例えば倍電圧整流と全波整流のどちらか一方のみを行っていた。特に倍電圧整流を行う場合には、電圧が高くなり過ぎる等の異常を発生する可能性があった。
【０００３】
そこで最近では、倍電圧整流と全波整流の切り換えを可能にしたコンバータが開発されている。このコンバータでは、整流の切り換えを制御することで、コンバータから出力される電圧が制御される。なお、このようなコンバータ及びそれを制御する技術が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、全波整流のみを行うコンバータと、インバータとを備えた電力変換装置において、コンバータ若しくはインバータを制御して、インバータ若しくはコンバータを保護する技術が、特許文献２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許３４２２２１８号公報
【特許文献２】特開平１１−２７５８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のコンバータを制御する技術では、出力電圧を制御することができるが、必ずしも精度良く制御できるとは限らず、出力電圧に異常が発生する可能性があった。コンバータの出力側にインバータを接続した電力変換装置を考えると、コンバータから出力される電圧が異常に高くなることは、インバータに過剰な電流が流れてインバータが故障する原因となる。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、インバータに故障が生じたと推定される場合に、インバータに与えられるダメージの軽減を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の請求項１にかかる電力変換装置は、交流を整流するコンバータ（２，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｓ１）と、前記コンバータの出力を交流に変換するインバータ（４）と、前記インバータに流れる電流の異常を検出して第１異常検出信号を出力するインバータ異常検出部（１０２）とを備え、前記コンバータは全波整流と倍電圧整流とを切り換えて整流可能であり、前記第１異常検出信号が活性化した場合には前記コンバータが全波整流を行う。
【０００９】
この発明の請求項２にかかる電力変換装置は、請求項１に記載の電力変換装置であって、前記コンバータの前記出力電圧の異常を検出して第２異常検出信号を出力するコンバータ電圧異常検出部（２０１，２０２，Ｇ１）を更に備え、前記第２異常検出信号が活性化した場合にも前記コンバータが全波整流を行う。
【００１０】
この発明の請求項３にかかる電力変換装置は、請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、前記コンバータに流れる電流の異常を検出して第３異常検出信号を出力するコンバータ電流異常検出部（１０１）を更に備え、前記第３異常検出信号が非活性の場合には前記コンバータは前記交流の半周期（Ｔ／２）において全波整流と倍電圧整流とを交互に採用して整流し、前記第３異常検出信号が活性化した後（ｔ２）、前記第３異常検出信号が活性化する直前において前記倍電圧整流が開始した時点（ｔ１）から前記交流の半周期が経過する時点（ｔ３）までの間は、前記コンバータは全波整流を採用する。
【００１１】
この発明の請求項４にかかる電力変換装置は、請求項２及び請求項３のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、前記コンバータ電圧異常検出部は、一対のコンデンサのそれぞれの両端電圧の異常を検出する一対の電圧異常検出器（２０１，２０２）と、前記一対の電圧異常検出器の少なくともいずれか一方が異常を検出した場合に前記第２異常検出信号を活性化する論理素子（Ｇ１）とを有する。
【００１２】
この発明の請求項５にかかる電力変換装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、前記コンバータは、前記交流が供給される一対の入力端と、一対の出力端とを有するダイオードブリッジ（２）と、前記ダイオードブリッジの前記一対の出力端の間で接続点（Ｊ２）を介して直列に接続される一対のコンデンサ（Ｃ１１，Ｃ１２）と、前記ダイオードブリッジの前記一対の入力端の一方（Ｊ１）と前記接続点の間に接続される双方向スイッチ（Ｓ１）とを有する。
【００１３】
この発明の請求項６にかかる電力変換装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の電力変換装置であって、前記第２異常検出信号が活性化した場合には前記インバータが停止される。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の請求項１にかかる電力変換装置によれば、インバータに故障が生じたと推定される場合には、コンバータの出力電圧を下げることにより、インバータに与えられるダメージの軽減を図る。またコンバータに入力される交流を遮断する必要がないので、当該交流の遮断の可否を別個に制御することができ、設計の自由度が高い。
【００１５】
この発明の請求項２にかかる電力変換装置によれば、コンバータに故障が生じたと推定される場合にも、コンバータの出力電圧を下げることにより、コンバータに与えられるダメージの軽減を図る。
【００１６】
この発明の請求項３にかかる電力変換装置によれば、コンバータを停止させずに連続運転を行いつつ、過電流からコンバータを保護する。
【００１７】
この発明の請求項４にかかる電力変換装置によれば、一対のコンデンサにかかる電圧のバランスが崩れる場合にも、コンバータの異常を検出する。
【００１８】
この発明の請求項５にかかる電力変換装置によれば、コンバータは、双方向スイッチがオンの場合に倍電圧整流を行い、双方向スイッチがオフの場合に全波整流を行う。
【００１９】
この発明の請求項６にかかる電力変換装置によれば、コンバータ若しくはインバータに故障が生じた場合に、インバータに与えられるダメージを防止する。またコンバータに入力される交流を遮断する必要がないので、当該交流の遮断の可否を別個に制御することができ、設計の自由度が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明にかかる電圧変換装置を示す概念的なブロック図である。電圧変換装置は、主回路スイッチＳ０とリアクトル１０、コンバータ、インバータ４、インバータ異常検出部１０２、コンバータ電圧異常検出部、コンバータ電流異常検出部１０１、制御部３とを備える。
【００２１】
コンバータは、ダイオードブリッジ２とコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２、双方向スイッチＳ１とを有する。ダイオードブリッジ２は、電源１から交流が供給される一対の入力端と、一対の出力端とを有する。ダイオードブリッジ２の一対の出力端は、コンバータの出力端と把握することもできる。コンデンサＣ１１，Ｃ１２は、ダイオードブリッジ２の一対の出力端の間で接続点Ｊ２を介して直列に接続される。コンデンサＣ２は、ダイオードブリッジ２の一対の出力端の間でコンデンサＣ１１，Ｃ１２と並列に接続される。双方向スイッチＳ１は、ダイオードブリッジ２の入力端の一方が接続される接続点Ｊ１と、接続点Ｊ２との間に接続される。
【００２２】
上記コンバータは、電源１から入力される交流を整流する。双方向スイッチＳ１がオンの状態にある場合には、交流電圧が倍電圧整流される。すなわち、ダイオードブリッジ２により交流電圧が全波整流され、かつコンデンサＣ１１，Ｃ１２により電圧が倍電圧になる。倍電圧整流された電圧は、コンデンサＣ２により電圧の変化が平滑化される。双方向スイッチＳ１がオフの状態にある場合には、ダイオードブリッジ２により交流電圧が全波整流される。全波整流された電圧は、コンデンサＣ２だけでなく、コンデンサＣ１１，Ｃ１２によっても電圧の変化が平滑化される。このとき、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２は一つの平滑用コンデンサ５として把握することができる。
【００２３】
コンバータは、全波整流と倍電圧整流とを切り換えて整流することが可能である。この切り換えは、後述する制御部３が有するハード出力回路３ｂが双方向スイッチＳ１をオン／オフに制御することにより行われる。
【００２４】
主回路スイッチＳ０とリアクトル１０は、接続点Ｊ１と電源１との間で直列に接続される。
【００２５】
インバータ４は、インバータ４の入力端がコンバータの出力端に接続され、インバータ４の出力端が例えばモータＭに接続される。インバータ４は、コンバータ側から入力される電圧を交流電圧に変換し、モータＭへ出力する。図１では、３相交流電圧がインバータ４から出力されている。
【００２６】
インバータ異常検出部１０２は、インバータ４の一対の入力端の一方に接続される。また、コンバータ電流異常検出部１０１は、接続点Ｊ２と双方向スイッチＳ１との間に接続される。
【００２７】
コンバータ電圧異常検出部は、電圧異常検出部２０１，２０２と論理素子Ｇ１とを有する。一対の電圧異常検出部２０１，２０２は、一対のコンデンサＣ１１，Ｃ１２のそれぞれに並列に接続される。
【００２８】
制御部３は、コンバータソフト制御部３０１とインバータソフト制御部３０２、論理素子Ｇ２、ハード出力回路３ｂ，３ｃとを有する。論理素子Ｇ２は、ハード出力回路３ｂを介してコンバータソフト制御部３０１に接続され、またハード出力回路３ｃを介してインバータソフト制御部３０２に接続される。
【００２９】
制御部３の外部との接続に関しては、論理端子Ｇ２は、論理端子Ｇ１を介して電圧異常検出部２０１，２０２と接続され、またインバータ異常検出部１０２とも接続される。コンバータソフト制御部３０１は、コンバータ電流異常検出部１０１と接続される。ハード出力回路３ｂは双方向スイッチＳ１と、ハード出力回路３ｃはインバータ４と、それぞれ接続される。
【００３０】
便宜上、制御部３の構造を機能別にブロック毎に示したが、必ずしも全てをハードウェアで構成する必要はなく、コンピュータによって実行可能なプログラムでその実質的な機能を果たしても良い。その場合、制御部３の内外を接続するためのインターフェースがあることが望ましい。
【００３１】
図２は、双方向スイッチに流れる電流と、双方向スイッチのオン／オフとの関係、更にはコンバータ電流異常検出１０１から出力される信号の活性／非活性の状態との関係が、概念的に示された図である。コンバータ若しくはインバータが正常に動作している場合、すなわち異常検出部１０１，１０２、２０１，２０２のそれぞれが出力する異常検出信号のいずれもが非活性である場合、コンバータは、電源１から供給される交流の半周期Ｔ／２において全波整流と倍電圧整流とを交互に採用して整流する。例えば図２では、倍電圧整流と全波整流に対応する双方向スイッチのオン／オフが半周期Ｔ／２において交互に切り換えられる場合が示される。ここでは図示された最初の２周期が経過するまでは、コンバータ若しくはインバータが正常に動作している場合が示されている。
【００３２】
この制御は、例えばコンバータソフト制御部３０１が、半周期Ｔ／２中のΔＴの期間は活性化した信号を、それ以外の期間は非活性の信号を、それぞれハード出力回路３ｂへ与えることで行われる。ハード出力回路３ｂは、双方向スイッチＳ１を、活性化した信号を受けた場合にはオフに、非活性な信号を受けた場合にはオンに、それぞれ制御する。双方向スイッチＳ１がオンしている場合、コンバータは倍電圧整流を行うので、双方向スイッチＳ１に流れる電流の絶対値が上昇する。
【００３３】
コンバータが倍電圧整流することにより高い電圧を得る場合、コンバータ若しくはインバータにおいて故障が発生する可能性がある。以下では、実施の形態ごとに故障の原因とそれに対する制御動作が示される。
【００３４】
第１の実施の形態．
本実施の形態では、インバータ４に流れる電流に過電流等の異常が発生した場合について、上述した電力変換装置の制御動作が説明される。
【００３５】
インバータ異常検出部１０２は、インバータ４に流れる電流の異常を検出し、異常検出信号を活性化して出力する。異常検出信号は論理素子Ｇ２に与えられる。論理素子Ｇ２は、少なくとも一つの異常検出信号が入力されると、活性化した信号を出力する。このため、インバータ異常検出部１０２から論理素子Ｇ２へ入力される異常検出信号が活性化している限りは、論理素子Ｇ１側から与えられる信号の活性の如何によらず、論理素子Ｇ２は活性化した信号を出力する。
【００３６】
活性化した信号はハード出力回路３ｂに与えられる。ハード出力回路３ｂは、活性化した信号を受けると双方向スイッチＳ１をオフに制御する。これにより、コンバータの動作は倍電圧整流から全波整流へ切り換わる。
【００３７】
全波整流された電圧は倍電圧整流された電圧よりも電圧が低いため、コンバータの出力電圧が低下してインバータへ流れる電流も低下する。よって、インバータに与えられるダメージの軽減を図ることができる。
【００３８】
また、上述したコンバータの制御は、コンバータに入力される交流を遮断することなく行われる。よって、当該交流の遮断の可否を別個に制御することができ、設計の自由度が高くなる。
【００３９】
本実施の形態の内容は、例えば図３で示される電力変換装置によっても得ることができる。図３で示される電力変換装置は、図１に示される電力変換装置から、コンバータ電圧異常検出部及びコンバータ電流異常検出部１０１並びに論理素子Ｇ２が省かれている。
【００４０】
第２の実施の形態．
本実施の形態では、コンバータの出力電圧に異常が発生した場合について、図１に示される電力変換装置の制御動作が説明される。出力電圧の異常は、例えば一対のコンデンサＣ１１，Ｃ１２のそれぞれにかかる電圧のバランスが崩れる場合等に発生する。
【００４１】
コンバータ電圧異常検出部は、コンバータの出力電圧の異常を検出し、異常検出信号を活性化して出力する。コンバータ電圧異常検出部では、一対の電圧異常検出部２０１，２０２が、それぞれに並列に接続されるコンデンサの両端の電圧の異常を検出し、検出信号を出力する。検出信号は論理素子Ｇ１に与えられる。論理素子Ｇ１は、一対の電圧異常検出部２０１，２０２の少なくともいずれか一方が検出信号を出力した場合に、異常検出信号を活性化して出力する。
【００４２】
異常検出信号は論理素子Ｇ２に与えられる。論理素子Ｇ１から活性化した異常検出信号が与えられる限りは、インバータ異常検出部１０２から与えられる異常検出信号の活性の如何によらず、論理素子Ｇ２は活性化した信号を出力する。
【００４３】
活性化した信号はハード出力回路３ｂに与えられる。ハード出力回路３ｂは、活性化した信号を受けると双方向スイッチＳ１をオフに制御する。これにより、コンバータの動作は倍電圧整流から全波整流へ切り換わる。
【００４４】
全波整流された電圧は倍電圧整流された電圧よりも電圧が低いため、コンバータの出力電圧が低下する。よって、コンバータに与えられるダメージの軽減を図ることができる。
【００４５】
例えば、一対のコンデンサＣ１１，Ｃ１２のそれぞれにかかる電圧のバランスが崩れた場合には、どちらか一方のコンデンサへの負荷が大きくなる。このとき、上述した制御を行うことは、コンデンサへの負荷を低減するので特に有効である。
【００４６】
本実施の形態の内容は、例えば図４で示される電力変換装置によっても得ることができる。図４に示される電力変換装置は、図１に示される電力変換装置から、コンバータ電流異常検出部１０１が省かれている。
【００４７】
第３の実施の形態．
本実施の形態では、コンバータに流れる電流に過電流等の異常が発生した場合について、図１に示される電力変換装置の制御動作が説明される。
【００４８】
コンバータ電流異常検出部１０１は、コンバータ、特に双方向スイッチＳ１、に流れる電流の異常を検出し、異常検出信号を出力する。例えば、図２に示される時点ｔ２で現れているように、双方向スイッチＳ１に流れる電流が、過電流制限値の上限もしくは下限に達すると、コンバータ電流異常検出部１０１は異常検出信号を活性化して出力する。異常検出信号はコンバータソフト制御部３０１に与えられる。
【００４９】
活性化した異常検出信号がコンバータソフト制御部３０１に与えられた時点ｔ２の後、当該異常検出信号が与えられる直前において倍電圧整流が開始した時点ｔ１から交流の半周期Ｔ／２が経過する時点ｔ３までの間は、コンバータソフト制御部３０１は活性化した信号を出力する。活性化した信号はハード出力回路３ｂに与えられる。ハード出力回路３ｂは、活性化した信号を受けると双方向スイッチＳ１をオフに制御する。これにより、コンバータは全波整流を採用する。双方向スイッチＳ１のオン／オフを示す波形（図２）のうち、破線はコンバータに流れる電流に異常が生じなかった場合の動作を示す。
【００５０】
活性化した信号が出力される時点は、コンバータ若しくはインバータが正常に動作している場合において非活性な信号が出力される期間内に位置する。このときコンバータソフト制御部３０１は、正常動作では非活性な信号を出力する期間であるにもかかわらず、活性化した信号をハード出力回路３ｂに与える。
【００５１】
全波整流された電圧は倍電圧整流された電圧よりも電圧が低いため、コンバータの出力電圧が低下してコンバータへ流れる電流も低下する。よって、コンバータに与えられる過電流によるダメージの軽減を図ることができる。
【００５２】
本実施の形態の内容は、例えば図５で示される電力変換装置によっても得ることができる。図５で示される電力変換装置は、図１に示される電力変換装置から、コンバータ電圧異常検出部及び論理素子Ｇ２が省かれている。
【００５３】
上述したいずれの実施の形態においても、論理素子Ｇ２から出力される活性化した信号は、更にハード出力回路３ｃへ与えられてもよい。活性化した信号を受けたハード出力回路３ｃは、インバータ４を停止させる。これによりコンバータから出力された電圧がインバータ４へ入力されなくなるため、インバータ４に与えられるダメージを防止することができる。
【００５４】
また、上述したインバータの制御は、コンバータに入力される交流を遮断することなく行われる。よって、当該交流の遮断の可否を別個に制御することができ、設計の自由度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明にかかる電力変換装置を概念的に示すブロック図である。
【図２】双方向スイッチに流れる電流と、双方向スイッチのオン／オフとの関係を概念的に示す図である。
【図３】第１の実施の形態で説明される、電力変換装置を示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態で説明される、電力変換装置を示すブロック図である。
【図５】第３の実施の形態で説明される、電力変換装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
２  ダイオードブリッジ
４  インバータ
Ｓ１  双方向スイッチ
Ｃ１１，Ｃ１２  コンデンサ
Ｇ１  論理素子
Ｊ１，Ｊ２  接続点
ｔ１，ｔ２，ｔ３  時点
Ｔ／２  半周期
【図１】
2005160214.tif 000003
【図２】
2005160214.tif 000004
【図３】
2005160214.tif 000005
【図４】
2005160214.tif 000006
【図５】
2005160214.tif 000007