(57)【要約】【課題】コンバータ回路の入力電流のオフセット調整を行ない、入力力率を改善した直流電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング素子５ａ、５ｂとダイオード４ａ、４ｂとの逆並列接続回路の２つを直列接続した直列接続回路と、ダイオード４ｃ、４ｄを直列接続した直列接続回路と、平滑コンデンサ８を並列接続したコンバータ回路であって、スイッチング素子５ａと５ｂの接続点と交流電源との間にリアクタ２をそれぞれ接続し、オフセット調整手段１０と、スイッチング制御駆動回路１１を備えたことにより、スイッチング素子５ｂに直列に挿入されたシャント抵抗７の両端電圧を用いて電流検出器６のオフセット補正を行なう。これによって、入力電流波形は正負対称に近づけることができるので、入力力率を改善できることとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４個のダイオードから構成されるブリッジ整流回路と、前記４個のダイオードのうちの直列接続される２個のダイオードの各々にそれぞれ並列接続される２個のスイッチング素子と、交流電源と電流検出器を直列に接続し、前記ブリッジ整流回路の入力側に直列接続されるリアクトルと、前記ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する平滑用コンデンサと、下アームのスイッチング素子に直列にシャント抵抗を挿入し、前記電流検出器から得られた検出値及び前記シャント抵抗の両端電圧の検出値に基づいてオフセット調整を行なうオフセット調整手段と、前記オフセット調整手段の出力に基づいてスイッチング素子を制御するスイッチ制御駆動手段を備えたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
下アームのスイッチング素子に逆並列接続されるダイオードが、前記スイッチング素子とシャント抵抗の直列接続回路の両端に接続される請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
下アームのスイッチング素子とシャント抵抗の直列接続回路をＭＯＳＦＥＴで置き換えた請求項１または２に記載の直流電源装置。
【請求項４】
ＭＯＳＦＥＴ自身、もしくはＭＯＳＦＥＴ近傍の温度検出手段を備え、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の温度特性を補正する請求項３に記載の直流電源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置を備えた空気調和機。
【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回路を用い、装置、システム等に高力率、低ひずみで電力を供給する直流電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、数ｋＷ出力程度までの直流電源装置の回路方式としては、入力力率改善と高調波電流低減のため１石の高周波スイッチング方式が主に採用されてきた。
【０００３】
そのような１石の高周波スイッチング方式のうち、最も基本的な従来の直流電源装置の回路ブロックとしては、図５に示すように主回路をブリッジ整流回路１８と、直流リアクトル１５と、スイッチ１９と、逆流防止ダイオード１６と、平滑コンデンサ６の組み合わせから構成し、そして、直流電圧を所望の電圧に制御しつつ電流検出手段１４で検出した電流が正弦波状となるようスイッチ１９を制御する制御回路１７とから構成されるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図６を用いて従来の１石の高周波スイッチング方式直流電源装置の動作について説明する。
【０００５】
図６は、図５で示された制御回路１７をより詳細な構成要素に分けて示したものである。この直流電源装置では、まず、直流電圧検出回路９により直流電圧を検出し、この電圧と、所望の直流電圧の基準値を出力する目標電圧設定回路１０の基準値との差を電圧誤差増幅器１２で増幅する。
【０００６】
次に、目標となる基準電流波形を生成するためにブリッジ整流回路１８の正極出力から全波整流波形検出手段２１で得られる全波整流波形と電圧誤差増幅器１２の出力を乗算器２２で乗算する。この乗算結果が直流リアクトル１５を流れる電流の目標電流波形となる。
【０００７】
そして、電流検出手段１４で検出されたリアクトル電流と目標電流波形の差を電流誤差増幅器２０で増幅する。次いで、電流誤差増幅器２０の出力と三角波あるいはのこぎり波を発生する搬送波発振器１１と比較器１３で比較し、その結果得られるＰＷＭ波形がスイッチ１９の駆動信号となる。
【０００８】
このように制御することにより、直流電圧を所望の値に保ちつつ入力電流を正弦波状にするとともに入力力率の改善が可能となる。
【０００９】
一方、図７に示すように、スイッチを２石５ａ、５ｂとし、電流が通過する半導体の数を２個とした直流電源装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この２石の高周波スイッチング方式直流電源装置の動作について詳細な説明は省くが、交流入力電源の極性に応じて、それぞれのスイッチが半周期ずつ交互に昇圧チョッパ動作をすることにより損失低減を図りつつ、入力電流を正弦波状とするとともに入力力率の改善を実現したものである。
【特許文献１】特開平８−３２１４２５号公報
【特許文献２】特開平１−１１７６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の直流電源装置は比較的良好な特性を有するが、オフセットバラツキが大きい安価な電流検出器を用いた場合、オフセットがずれることで入力電流波形は正負非対称となり、力率が悪化するという課題を有していた。
【００１１】
本発明の直流電源装置は、前記のような従来の課題を解決するものであり、下アームのスイッチング素子に直列に挿入されたシャント抵抗の両端電圧を用いて電流検出器のオフセット補正を行ない、入力電流波形は正負対称に近づけることで、入力力率を改善できる直流電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明の直流電源装置は、４個のダイオードから構成されるブリッジ整流回路と、４個のダイオードのうちの直列接続される２個のダイオードの各々にそれぞれ並列接続される２個のスイッチング素子と、交流電源と電流検出器を直列に接続し、ブリッジ整流回路の入力側に直列接続されるリアクトルと、ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する平滑用コンデンサと、下アームのスイッチング素子に直列にシャント抵抗を挿入し、電流検出器から得られた検出値及びシャント抵抗の両端電圧の検出値に基づいてオフセット調整を行なうオフセット調整手段と、オフセット調整手段の出力に基づいてスイッチング素子を制御するスイッチ制御駆動手段を備えたものである。
【００１３】
これによって、下アームのスイッチング素子に直列に挿入されたシャント抵抗の両端電圧を用いて電流検出器のオフセット補正を行なうことで、入力電流波形は正負対称に近づけることができるので、入力力率を改善できることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の直流電源装置は、下アームのスイッチング素子に直列に挿入されたシャント抵抗の両端電圧を用いて電流検出器のオフセット補正を行なうことで、入力電流波形は正負対称に近づけることができるので、入力力率を改善ができるとともに電流検出器の低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、４個のダイオードから構成されるブリッジ整流回路と、４個のダイオードのうちの直列接続される２個のダイオードの各々にそれぞれ並列接続される２個のスイッチング素子と、交流電源と電流検出器を直列に接続し、ブリッジ整流回路の入力側に直列接続されるリアクトルと、ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する平滑用コンデンサと、下アームのスイッチング素子に直列にシャント抵抗を挿入し、電流検出器から得られた検出値及びシャント抵抗の両端電圧の検出値に基づいてオフセット調整を行なうオフセット調整手段と、オフセット調整手段の出力に基づいてスイッチング素子を制御するスイッチ制御駆動手段を備えたことにより、下アームのスイッチング素子に直列に挿入されたシャント抵抗の両端電圧を用いて電流検出器のオフセット補正を行なうことで、入力電流波形は正負対称に近づけることができるので、入力力率を改善できることとなる。
【００１６】
第２の発明は、特に、第１の発明の下アームのスイッチング素子に逆並列接続されるダイオードが、スイッチング素子とシャント抵抗の直列接続回路の両端に接続されたものであり、下アームのオン時のみシャント抵抗に電流が流れるため、より損失を低減することができる。
【００１７】
第３の発明は、特に、第１あるいは第２の発明の下アームのスイッチング素子とシャント抵抗の直列接続回路をＭＯＳＦＥＴで置き換えたもので、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を利用することにより、電流検出器を削除できるので、部品点数が減り、実装面積、コスト及び損失を少なくすることができる。
【００１８】
第４の発明は、特に、第３の発明のＭＯＳＦＥＴ自身、もしくはＭＯＳＦＥＴ近傍の温度検出手段を備え、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を、温度特性を補正することで、より精度よく保護できるようになる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、以下空気調和機に用いたものを例にしてその図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明にかかる実施の形態１の直流電源装置を示す構成図である。図１において、交流電源１の出力端からリアクタ２を経由してスイッチング素子５ａ、５ｂとダイオード４ａ、４ｂとの逆並列接続回路からなる直列接続回路と、交流電源１の出力端から電流検出器６を経由してダイオード４ｃ、４ｄからなる直列接続回路より構成されるブリッジ回路に入力される。ブリッジ整流回路の出力には平滑コンデンサ８、負荷９が接続されている。さらに、オフセット調整手段１０は電流検出器６のオフセット調整をシャント抵抗７の検出値を利用して行うものであって、オフセット調整された電流検出器６の出力に基づいてスイッチ制御駆動回路１１を制御するものであって、スイッチング素子５ａ、５ｂの適切なパルス信号を出力している。また、上記負荷９は冷媒用圧縮機とこれを制御するインバータ回路等からなる。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態１におけるオフセット調整手段１０の説明図を示すものである。図２に示すように、シャント抵抗７の両端電圧を検出し、その検出値に基づいて比較器１４の出力の０点の補正値を補正器１３で判断し、比較器１４のオフセット調整を行なう。その補正器１３の出力値で比較器１４のオフセット調整を行うことで電流検出器の出力のオフセット調整を行うものである。なお、補正器１３の出力値は、シャント抵抗７の両端電圧の検出値と比較器１４の出力に基づいて、データベース値を読み出してもよく、またＯＰアンプ等を組み合わせてもよく、特に補正器１３の出力方法は限定されるものではない。
【００２２】
以上のように、本実施の形態１における直流電源装置では、電流検出器６の出力のオフセット調整を行なうことで、入力電流を正負対称にすることができるので、入力力率を改善することができる。また、シャント抵抗７の両端電圧でオフセット調整を行なうので、バラツキの大きい安価な電流検出器６を用いても入力力率が悪化しないので、電流検出器６の低コスト化が可能となる。
【００２３】
（実施の形態２）
この実施の形態２では、実施の形態１の下アームのスイッチング素子に逆並列接続されるダイオードを、スイッチング素子とシャント抵抗の直列接続回路の両端に接続したものである。図３は、本実施の形態２のスイッチングアームの構成図である。図３は、スイッチング素子５ｂとシャント抵抗７の直列接続回路の両端にダイオード４ｂを接続した構成図を示したものであり、通常スイッチング素子５ｂがオンの時はシャント抵抗７に電流が流れるが、オフの時はシャント抵抗７に電流が流れない。
【００２４】
スイッチング素子５ｂとシャント抵抗７の直列接続回路の両端にダイオード４ｂを接続することで、シャント抵抗７にはスイッチング素子５ｂがオンの時にしか流れず、より損失が低減できる。
【００２５】
（実施の形態３）
この実施の形態３では、実施の形態１または２のスイッチング素子５ｂとシャント抵抗
７の直列接続回路をＭＯＳＦＥＴ１５で置き換えたものである。図４は、本発明にかかる実施の形態３のＭＯＳＦＥＴを用いたときの直流電源装置の構成図である。図４において、ＭＯＳＦＥＴがオンした時のドレインーソース間の電圧を検出し、そのドレインーソース間の電圧を利用することで、実施の形態１と同様の方法で電流検出器６のオフセット調整を行なうことができるので、実装面積、コストを少なくすることができ、入力力率を改善することができる。
【００２６】
さらに、図４に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１５、もしくは近傍の温度検出手段を備え、ＭＯＳＦＥＴ１５のオン抵抗の温度特性の補正を行なう。温度によるオン抵抗のばらつきを補正することで、オン抵抗のばらつきが小さくなることからドレインーソース間の電圧のばらつきも小さくなり、オフセット調整手段１０の設計はばらつきを小さくした設計でよくなる。つまり、オン抵抗の温度特性の補正を行なうことで、より精度よくオフセット調整を行なうことができる。
【００２７】
なお、実施の形態３では、スイッチング素子５ｂとシャント抵抗７の直列接続回路をＭＯＳＦＥＴに置き換えた内容を記載したが、スイッチング素子５ａ、５ｂ自体はＩＧＢＴなどの半導体スイッチならば特に限定されることはなく、実施の形態１で説明した入力力率を改善するといった基本的な効果については同様である。
【００２８】
さらに、入力電流波形のばらつき精度を良くすることで、最大定格電流値を上げることが可能となり、現状よりさらに能力を上げることができ、全体の効率が向上するので、大出力での高効率化が求められる空気調和器に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、下アームのスイッチング素子に直列に挿入されたシャント抵抗の両端電圧を用いて電流検出器のオフセット補正を行なうことで、簡単な構成で入力力率の改善及び電流検出器の低コスト化が可能となり、空気調和機や冷蔵庫をはじめ、洗濯機などの電化製品の直流電源装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１における直流電源装置の構成図
【図２】同実施の形態１におけるスイッチング補正手段の説明図
【図３】本発明の実施の形態２における直流電源装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態３における直流電源装置の構成図
【図５】従来の直流電源装置（１石式）の構成図
【図６】同従来の直流電源装置における制御回路のブロック図
【図７】従来の直流電源装置（２石式）の構成図
【符号の説明】
【００３１】
１  交流電源
２  リアクタ
３  フィルタコンデンサ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  ダイオード
５ａ、５ｂ  スイッチング素子
６  電流検出器
７  シャント抵抗
８  平滑コンデンサ
９  負荷
１０  オフセット調整手段
１１  スイッチング制御駆動回路
１２  ＡＤコンバータ
１３  補正器
１４  比較器
１５  ＭＯＳＦＥＴ
１６  温度検出及び温度補正手段
【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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