(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧（Ｖｓ）が入力される一対の入力端と、直流を出力する一対の出力端（１１１，１１２）とを有するダイオードブリッジ（１１）と、
前記一対の出力端に接続される昇圧チョッパ回路（１２）と、
前記昇圧チョッパ回路の出力側に接続される平滑コンデンサ（１３）と、
前記平滑コンデンサの両端電圧を入力し、負荷（４）を駆動する電力を出力するインバータ（１４）と、
前記負荷から漏洩する漏洩電流（Ｉａ）を前記交流電圧のゼロクロス近傍以外で補償する補償電流（Ｉｃ）を出力する漏洩電流低減装置（２）と
を備える電力変換回路。
【請求項２】
前記漏洩電流低減装置（２）は、
前記ダイオードブリッジ（１１）に入力される一対の電流同士の差分から前記漏洩電流（Ｉａ）に対応する検出電流（Ｉｂ）を出力する漏洩電流検出器（２１）と、
前記一対の出力端（１１１，１１２）にそれぞれ接続される一対の入力端（２２４、２２５）と、前記検出電流に応答して前記補償電流（Ｉｃ）を出力する補償電流出力端（２２３）とを有し、前記補償電流出力端が前記負荷（４）の漏洩電流が漏洩する箇所（４１）に接続される補償電流出力部（２２）と
を備える、請求項１記載の電力変換回路。
【請求項３】
前記昇圧チョッパ回路（１２）は、
前記一対の出力端のうち高電位側の一方（１１１）に接続されるリアクタ（１２１）と、
前記リアクタを介して前記一対の出力端の前記一方に接続されるアノードと、カソードとを有するダイオード（１２２）と、
前記アノードと、前記一対の出力端のうち低電位側の他方（１１２）との間に接続されるスイッチング素子（１２３）と
を有し、
前記平滑コンデンサ（１３）は、前記カソードと、前記一対の出力端の前記他方との間に接続される、請求項１記載の電力変換回路。
【請求項４】
前記昇圧チョッパ回路（１２）は、
前記一対の出力端のうち低電位側の一方（１１２）に接続されるリアクタ（１２１）と、
前記リアクタを介して前記一対の出力端の前記一方に接続されるカソードと、アノードとを有するダイオード（１２２）と、
前記カソードと、前記一対の出力端のうち高電位側の他方（１１１）との間に接続されるスイッチング素子（１２３）と
を有し、
前記平滑コンデンサ（１３）は、前記アノードと、前記一対の出力端の前記一方との間に接続される、請求項１記載の電力変換回路。
【請求項５】
前記昇圧チョッパ回路（１２）は、
前記一対の出力端のうち高電位側の一方（１１１）に接続されるリアクタ（１２１）と、
前記リアクタを介して前記一対の出力端の前記一方に接続されるアノードと、カソードとを有するダイオード（１２２）と、
前記アノードと、前記一対の出力端のうち低電位側の他方（１１２）との間に接続されるスイッチング素子（１２３）と
を有し、
前記平滑コンデンサ（１３）は、前記カソードと、前記一対の出力端の前記他方との間に接続される、請求項２記載の電力変換回路。
【請求項６】
前記昇圧チョッパ回路（１２）は、
前記一対の出力端のうち低電位側の一方（１１２）に接続されるリアクタ（１２１）と、
前記リアクタを介して前記一対の出力端の前記一方に接続されるカソードと、アノードとを有するダイオード（１２２）と、
前記カソードと、前記一対の出力端のうち高電位側の他方（１１１）との間に接続されるスイッチング素子（１２３）と
を有し、
前記平滑コンデンサ（１３）は、前記アノードと、前記一対の出力端の前記一方との間に接続される、請求項２記載の電力変換回路。
【請求項７】
前記補償電流出力部（２２）は、その前記一対の入力端（２２４、２２５）の間に直列接続される第１のトランジスタ（２２１）と第２のトランジスタ（２２２）とを備え、
前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとは相互に導電型が異なり、
前記第１のトランジスタの制御電極と前記第２のトランジスタの制御電極とは共通に接続され、
前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとが接続される接続点が前記補償電流出力端（２２３）に接続され、
前記接続点と、前記第１のトランジスタの制御電極と前記第２のトランジスタの制御電極との間に前記検出電流が流れる、請求項２、請求項５、請求項６のいずれか一つに記載の電力変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は負荷からの漏洩電流を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、負荷からの漏洩電流を低減する技術が提案されている。例えば下掲の特許文献１，２は、平滑コンデンサの両端に接続された補償電流供給回路が、負荷からの漏洩電流を補償する電流を出力する技術を開示している。
【０００３】
また特許文献３は平滑コンデンサを設けない構造において、全波整流回路たるダイオードブリッジとインバータ装置とを結ぶ正側入力ラインと負側入力ラインとの間にノイズ低減回路が設けられている。当該ノイズ低減回路は、二つのトランジスタを有しており、これらはオン・オフ動作する。
【０００４】
他方、電力変換回路の構成として、力率改善回路を採用する技術が採用される場合がある。当該力率改善回路は通常、昇圧チョッパ回路によって実現されている。例えば当該電力変換回路の駆動対象が電動機であって、当該電動機が空気調和機に用いられる冷媒を圧縮する圧縮機を駆動する場合、低温下での暖房能力を向上させる観点で、昇圧チョッパ回路が採用される。
【０００５】
昇圧チョッパ回路はその機能上、リアクトル、スイッチ、ダイオードを有しており、リアクトルはスイッチに対して平滑回路とは反対側に設けられることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０４４６５０号公報
【特許文献２】特開平１−１２２９１０号公報
【特許文献３】特開２０００−９２８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載の技術を、力率改善回路を有する電力変換回路に適用すると、平滑後の直流電圧に基づいて補償電流供給回路が動作する。また、特許文献３に記載の技術では、平滑コンデンサが採用されていない。ここで特許文献３記載の技術では、ノイズ低減回路において、漏洩電流を検出した電圧を増幅器で増幅して二つのトランジスタを駆動し、これらを互いに逆にオン・オフ動作させている。
【０００８】
よっていずれの特許文献に記載の技術でも、全波整流回路に入力する交流の波形に依存せずに補償電流を出力する。
【０００９】
しかしながら、力率改善回路では、全波整流回路に入力する交流のゼロクロス近傍では電流が流れず、そのダイオードが導通状態には無い。よってこのような時点でも補償電流を流そうとすると、補償電流を流す回路で不要な電力を消費してしまう。
【００１０】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、漏洩電流が顕著ではない区間以外で補償電流を出力することで、補償電流を流すことによる損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る電力変換回路の第１の態様は、交流電圧（Ｖｓ）が入力される一対の入力端と、直流を出力する一対の出力端（１１１，１１２）とを有するダイオードブリッジ（１１）と、前記一対の出力端に接続される昇圧チョッパ回路（１２）と、前記昇圧チョッパ回路の出力側に接続される平滑コンデンサ（１３）と、前記平滑コンデンサの両端電圧を入力し、負荷（４）を駆動する電力を出力するインバータ（１４）と、前記負荷から漏洩する漏洩電流（Ｉａ）を前記交流電圧のゼロクロス近傍以外で補償する補償電流（Ｉｃ）を出力する漏洩電流低減装置（２）とを備える。
【００１２】
この発明に係る電力変換回路の第２の態様は、その第１の態様であって、前記漏洩電流低減装置（２）は、前記ダイオードブリッジ（１１）に入力される一対の電流同士の差分から前記漏洩電流（Ｉａ）に対応する検出電流（Ｉｂ）を出力する漏洩電流検出器（２１）と、前記一対の出力端（１１１，１１２）にそれぞれ接続される一対の入力端（２２４、２２５）と、前記検出電流に応答して前記補償電流（Ｉｃ）を出力する補償電流出力端（２２３）とを有し、前記補償電流出力端が前記負荷（４）の漏洩電流が漏洩する箇所（４１）に接続される補償電流出力部（２２）とを備える。
【００１３】
この発明に係る電力変換回路の第３の態様は、その第１の態様又は第２の態様であって、前記昇圧チョッパ回路（１２）は、前記一対の出力端のうち高電位側の一方（１１１）に接続されるリアクタ（１２１）と、前記リアクタを介して前記一対の出力端の前記一方に接続されるアノードと、カソードとを有するダイオード（１２２）と、前記アノードと、前記一対の出力端のうち低電位側の他方（１１２）との間に接続されるスイッチング素子（１２３）とを有する。
【００１４】
そして前記平滑コンデンサ（１３）は、前記カソードと、前記一対の出力端の前記他方との間に接続される。
【００１５】
この発明に係る電力変換回路の第４の態様は、その第１の態様又は第２の態様であって、前記昇圧チョッパ回路（１２）は、前記一対の出力端のうち低電位側の一方（１１２）に接続されるリアクタ（１２１）と、前記リアクタを介して前記一対の出力端の前記一方に接続されるカソードと、アノードとを有するダイオード（１２２）と、前記カソードと、前記一対の出力端のうち高電位側の他方（１１１）との間に接続されるスイッチング素子（１２３）とを有し、前記平滑コンデンサ（１３）は、前記アノードと、前記一対の出力端の前記一方との間に接続される。
【００１６】
この発明に係る電力変換回路の第５の態様は、その第２乃至第４の態様のいずれかであって、前記補償電流出力部（２２）は、その前記一対の入力端（２２４、２２５）の間に直列接続される第１のトランジスタ（２２１）と第２のトランジスタ（２２２）とを備え、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとは相互に導電型が異なり、前記第１のトランジスタの制御電極と前記第２のトランジスタの制御電極とは共通に接続され、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとが接続される接続点が前記補償電流出力端（２２３）に接続され、前記接続点と、前記第１のトランジスタの制御電極と前記第２のトランジスタの制御電極との間に前記検出電流が流れる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る電力変換回路の第１の態様によれば、漏洩電流が顕著ではない区間以外で補償電流が出力されるので、補償電流を流すことによる損失を低減できる。
【００１８】
この発明に係る電力変換回路の第２の態様によれば、補償電流出力部が、昇圧チョッパ回路の出力側ではなく、整流回路の一対の出力端の間に接続されるので、漏洩電流が小さいときの補償電流出力部の動作が抑制され、電力消費が低減される。
【００１９】
この発明に係る電力変換回路の第３の態様によれば、整流回路の一対の出力端に出力される直流電圧を昇圧するので、電力変換回路の力率を改善することができる。
【００２０】
この発明に係る電力変換回路の第４の態様によれば、整流回路の一対の出力端に出力される直流電圧を昇圧するので、電力変換回路の力率を改善することができる。
【００２１】
この発明に係る電力変換回路の第５の態様によれば、漏洩電流に対応する補償電流を、接続点から漏洩箇所へと流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態に係る電力変換回路の構成を、その周辺部と共に示す回路図である。
【図２】昇圧チョッパ回路の他の構成を示す回路図である。
【図３】漏洩電流とダイオードブリッジに入力する交流電圧、交流電流との関係を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１はこの発明の実施の形態に係る電力変換回路の構成を、その周辺部と共に示す回路図である。当該電力変換回路は、ダイオードブリッジ１１と、昇圧チョッパ回路１２と、平滑コンデンサ１３と、インバータ１４と、漏洩電流低減装置２とを備えている。
【００２４】
ダイオードブリッジ１１は交流電源３から交流が入力される一対の入力端と、直流を出力する一対の出力端１１１，１１２とを有する。
【００２５】
昇圧チョッパ回路１２は、一対の出力端１１１，１１２に接続され、自身へ入力した直流電圧を昇圧する。昇圧チョッパ回路１２は力率改善回路として機能する。
【００２６】
平滑コンデンサ１３は、昇圧チョッパ回路１２の出力側に接続され、その両端電圧を平滑化する。
【００２７】
インバータ１４は、平滑コンデンサ１３の両端電圧を入力し、交流電力を負荷４に与える。
【００２８】
負荷４は例えば空気調和機の冷媒を圧縮する圧縮機に採用されるモータである。当該モータは圧縮機中の圧縮要素と共に冷媒や潤滑油に晒される。よって当該圧縮機の外郭との間に浮遊容量を有している。特に潤滑油が冷媒に溶け込んだ、いわゆる「寝込み」の状態にあるときに冷媒の誘電率が上昇し、当該浮遊容量は増大して漏洩電流の発生が顕著となる。
【００２９】
漏洩電流低減装置２は負荷４から漏洩する漏洩電流Ｉａを補償する補償電流Ｉｃを出力する。本発明において特徴的なことには、漏洩電流低減装置２は交流電源３から入力される交流のゼロクロス近傍以外で、補償電流Ｉｃを出力する。
【００３０】
上述のように、力率改善回路（ここでは昇圧チョッパ回路１２）には、全波整流回路（ここではダイオードブリッジ１１）に入力する交流のゼロクロス近傍では電流が流れない。よって補償電流Ｉｃを、漏洩電流Ｉａが顕著ではないゼロクロス近傍の区間以外で流すことにより、補償電流Ｉｃを流すことによる損失を低減できる。
【００３１】
昇圧チョッパ回路１２は、リアクタ１２１と、ダイオード１２２と、スイッチング素子１２３とを有する。リアクタ１２１は、ダイオードブリッジ１１の一対の出力端のうち高電位側の出力端１１１に接続される。ダイオード１２２のアノードは、リアクタ１２１を介して、ダイオードブリッジ１１の出力端１１１に接続される。そのカソードと、ダイオードブリッジ１１の一対の出力端のうち低電位側の出力端１１２との間には、平滑コンデンサ１３が接続される。
【００３２】
スイッチング素子１２３は例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが採用され、ダイオード１２２のアノードと出力端１１２との間に接続される。
【００３３】
あるいは昇圧チョッパ回路１２は図２の回路図で示されるような、他の構成を有していてもよい。具体的には、昇圧チョッパ回路１２において、リアクタ１２１は、出力端１１２に接続され、ダイオード１２２のカソードはリアクタ１２１を介して出力端１１２に接続される。
【００３４】
スイッチング素子１２３は、ダイオード１２２のカソードと出力端１１１との間に接続される。平滑コンデンサ１３は、ダイオード１２２のアノードと、出力端１１１との間に接続される。
【００３５】
あるいは昇圧チョッパ回路１２にはいわゆるインターリーブ方式で動作する構成が採用されてもよい。
【００３６】
このような構成を採用することにより、昇圧チョッパ回路１２は整流回路たるダイオードブリッジ１１の一対の出力端１１１、１１２に出力される直流電圧を昇圧するので、電力変換回路の力率を改善することができる。動作の詳細は、周知の技術であるので、ここではその詳細な説明は割愛する。
【００３７】
なお、電力変換回路において力率改善回路は常時稼働しているわけではない。例えば空気調和機に採用される上述の電力変換回路では、スイッチング素子１２３がオフし続ける場合（以下「力率改善回路のオフ状態」とも称する）と、スイッチング素子１２３があるデューティを以てスイッチングする場合（以下「力率改善回路のオン状態」とも称する）、とがある。前者の場合には力率改善回路が実質的には昇圧チョッパとして機能せず、後者の場合には力率改善回路が昇圧チョッパとして機能するため、平滑後の直流電圧はこれら二つの場合で大きく異なる。具体的には力率改善回路のオン状態での平滑後の直流電圧は、力率改善回路のオフ状態での平滑後の直流電圧よりも高い。
【００３８】
よって平滑コンデンサ１３の両端電圧に基づいて漏洩電流低減装置２が動作すると、上記二者の場合において補償電流Ｉｃを設定することが容易ではない。力率改善回路のオン状態での漏洩電流を適切に補償しようとすると、力率改善回路のオフ状態では損失が増大する。力率改善回路のオフ状態での漏洩電流を適切に補償しようとすると、力率改善回路のオン状態では補償が不十分となる。
【００３９】
かかる観点からも、漏洩電流低減装置２の動作が平滑コンデンサ１３の両端電圧に基づくよりも、交流電源３から入力される交流のゼロクロス近傍以外で、補償電流Ｉｃを出力することが望ましい。
【００４０】
漏洩電流低減装置２は、漏洩電流検出器２１と、補償電流出力部２２とを備える。漏洩電流検出器２１は、ダイオードブリッジ１１に入力される一対の電流同士の差分から漏洩電流Ｉａに対応する検出電流Ｉｂを出力する。具体的には漏洩電流検出器２１は、交流電源３とダイオードブリッジ１１との間に設けられるコモンモードチョーク及びこれに誘導結合したコイルを有している。よって当該コイルに検出電流Ｉｂが流れる。このような構成自体は例えば上述の特許文献１〜３によって周知であるので、詳細は説明しない。
【００４１】
補償電流出力部２２は、一対の出力端１１１，１１２にそれぞれ接続される一対の入力端２２４、２２５と、検出電流Ｉｂに応答して補償電流Ｉｃを出力する補償電流出力端２２３とを有する。そして補償電流出力端２２３が負荷４の漏洩電流Ｉａが漏洩する箇所４１に接続される。箇所４１は例えば接地Ｇへと接地される。あるいは接地Ｇと箇所４１との間には寄生インピーダンスが存在する。図１では当該寄生インピーダンスが存在する可能性を、箇所４１と接地Ｇとの間の破線で示している。
【００４２】
補償電流出力部２２は、その一対の入力端２２４、２２５の間に直列接続されるトランジスタ２２１，２２２を備える。トランジスタ２２１，２２２は相互に導電型が異なる。具体的にはトランジスタ２２１はＰＮＰ型であり、トランジスタ２２２はＮＰＮ型である。トランジスタ２２１，２２２同士が接続される接続点が補償電流出力端２２３に接続される。当該接続点と、トランジスタ２２１，２２２のベースとの間に検出電流Ｉｂが流れる。
【００４３】
具体的にはトランジスタ２２１の制御電極たるベースと、トランジスタ２２２の制御電極たるベースとは、例えば抵抗を介して漏洩電流検出器２１に接続される。当該抵抗に検出電流Ｉｂが流れることにより、ベースバイアス電圧がトランジスタ２２１，２２２に引加されることになる。
【００４４】
補償電流出力端２２３から補償電流Ｉｃが箇所４１に流れる。但し、補償電流Ｉｃから直流分をカットするために、補償電流出力端２２３と箇所４１との間に容量性のインピーダンスを持つ素子２２６、例えばコンデンサを設けることが望ましい。
【００４５】
補償電流出力部２２の構成自体も例えば上述の特許文献１〜３によって周知であるので、詳細は説明しない。しかし昇圧チョッパ回路１２を用いることや、更に昇圧チョッパ回路１２を採用した上で、入力端２２４，２２５が出力端１１１、１１２に接続された態様は、いずれの特許文献１〜３には紹介されていない。
【００４６】
そして補償電流出力部２２が、昇圧チョッパ回路１２の出力側ではなく、ダイオードブリッジ１１の一対の出力端１１１，１１２の間に接続される。よってトランジスタ２２１，２２２の動作に関わらず、補償電流出力部２２はダイオードブリッジ１１に入力する交流電圧Ｖｓのゼロクロス近傍では、補償電流Ｉｃを実質的には流さない。
【００４７】
図３は漏洩電流Ｉａとダイオードブリッジ１１に入力する交流電圧Ｖｓ及び交流電流Ｉｓとの関係を模式的に示すグラフである。
【００４８】
漏洩電流Ｉａは、交流電流Ｉｓが大きいほど増大する。しかし交流電流Ｉｓは昇圧チョッパ回路１２の機能により、交流電圧Ｖｓのゼロクロス近傍では小さい。よって交流電圧Ｖｓのゼロクロス近傍で補償電流Ｉｃを実質的には流さなくても、漏洩電流Ｉａの低減は実効している。
【００４９】
このようにして漏洩電流Ｉａの低減を実効させつつ、電力損失を低減させるには、入力端２２４，２２５を平滑コンデンサ１３の両端にではなく、出力端１１１，１１２という、交流電圧Ｖｓのゼロクロスが反映される位置に接続されることが望ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１１  ダイオードブリッジ
１１１，１１２  （ダイオードブリッジの）出力端
１２  昇圧チョッパ回路
１２１  リアクタ
１２２  （昇圧チョッパ回路の）ダイオード
１２３  スイッチング素子
１３  平滑コンデンサ
１４  インバータ
２  漏洩電流低減装置
２１  漏洩電流検出器
２２  補償電流出力部
２２１，２２２  トランジスタ
２２３  補償電流出力端
２２４、２２５  （補償電流出力部）の入力端
４  負荷
４１  （漏洩電流が漏洩する）箇所
Ｉａ  漏洩電流
Ｉｂ  検出電流
Ｉｃ  補償電流
【要約】
【課題】漏洩電流が顕著ではない区間以外で補償電流を出力することで、補償電流を流すことによる損失を低減する。
【解決手段】ダイオードブリッジ１１は交流電源３から交流が入力される一対の入力端と、直流を出力する一対の出力端１１１，１１２とを有する。昇圧チョッパ回路１２は、一対の出力端１１１，１１２に接続され、自身へ入力した直流電圧を昇圧する。昇圧チョッパ回路１２は力率改善回路として機能する。平滑コンデンサ１３は、昇圧チョッパ回路１２の出力側に接続され、その両端電圧を平滑化する。インバータ１４は、平滑コンデンサ１３の両端電圧を入力し、交流電力を負荷４に与える。漏洩電流低減装置２は負荷４から漏洩する漏洩電流Ｉａを補償する補償電流Ｉｃを出力する。漏洩電流低減装置２は交流電源３から入力される交流のゼロクロス近傍以外で、補償電流Ｉｃを出力する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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