JP2008253060A

JP2008253060A - 電源装置

Info

Publication number: JP2008253060A
Application number: JP2007091435A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kato; 雅一加藤; Makoto Nakamoto; 良中本; Keisuke Shimatani; 圭介嶋谷; Keiichi Yoshizaka; 圭一吉坂; Masafumi Hashimoto; 雅文橋本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】本発明は、たとえゼロクロス割込みパルスおよびＰＡＭ割込みパルスを生成したとしても、電源装置に接続される負荷の停止を防止等が可能な電源装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る電源装置は、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を負荷（４０）へ供給する。さらに、当該電源装置は、制御部と、整流回路（１０）と、平滑回路（２０）と、スイッチ（ＳＷ）とを備えている。制御部は、ゼロクロス割込みパルスとＰＡＭ割込みパルスとの間として、直流電流の電流値の計算に最低限必要な第一の時間以上設ける。
【選択図】図３

Description

この発明は、電源装置に係る発明であり、特に、ＰＡＭ制御を行う電源装置に関するものである。

冷暖房を行う空気調和機（エアコン）では、冷暖房能力を調整するときに、コンプレッサの運転周波数を変更するものがある。このようなエアコンでは、インバータ制御によってコンプレッサを駆動するモータの回転数を制御している。

インバータ制御を行う電源装置には、ＰＡＭ（ＰｕｌｓｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス振幅変調）制御を行うものがある。ＰＡＭ制御では、交流電圧を整流回路によって直流電圧に変換した後、昇圧回路によって所望の電圧に変換するようになっている。当該昇圧回路は、リアクトル素子、スイッチング素子、ダイオードおよびコンデンサ等から構成されている。

昇圧回路では、スイッチング素子のオン時間の比率（デューティ比）を制御することにより、前段の整流回路に入力される交流の入力電流の波形および電流値を制御することができ、直流電圧の制御と共に力率改善および高調波電流の低減が可能となっている。

なお、電源周波数の半周期に少なくとも２以上のＰＡＭパルスを生成することにより（パルス数を増加することにより）、力率改善および高調波電流をさらに低減させることができる。当該ＰＡＭ制御を、マルチパルスＰＡＭ制御と称する。

他方、ＰＡＭ制御のためのＰＡＭ波形を生成するためには、当該ＰＡＭ波形のＯＮ／ＯＦＦの切替のために使用されるＰＡＭ割込みパルスを生成する必要がある。また、当該ＰＡＭ割込みパルスの生成には、交流電力のゼロクロス点（電圧０Ｖにおける当該交流電力波形の点）の検出を示すゼロクロス割込みパルスを生成する必要がある。

ここで、ＰＡＭ制御を行う電源装置として、たとえば特許文献１が存在する。

特開平１０−３３７０３１号公報

上記のように、ＰＡＭ割込みパルスとゼロクロス割込みパルスとを電源装置内の制御部で生成する構成において、当該制御部が電源装置の出力側に接続される負荷（コンプレッサモータ）に流す電流値を計算する場合には、以下のような問題が発生し得る。

一般的に、制御部におけるＰＡＭ割込みパルスおよびゼロクロス割込みパルスの生成の優先順位は、当該制御部における上記電流値の計算の優先順位よりも高い。よって、制御部において負荷に流す上記電流値を計算している際に、前記各パルスの生成割込みが入ると、当該電流値の計算は、各パルスの生成割込みが終了するまで待つ必要がある。他方、制御部における上記電流値の計算の待ち時間が長期化すると、負荷の動作が停止する。したがって、当該負荷動作停止の観点から、上記電流値の計算の待ち時間は、所定の時間以内と決まっている。

したがって、上記電源装置の構成において、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、微小な時刻（ゼロも含む）経過後にＰＡＭ割込みパルスの生成（立上り）が開始されると、制御部における上記電流値の計算時間の待ち時間が長くなり、上述の通り負荷が停止するという問題が生じ得る。

そこで、本発明は、ゼロクロス割込みパルスおよびＰＡＭ割込みパルスを生成したとしても、電源装置に接続される負荷の停止を防止できる電源装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の電源装置は、交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を負荷（４０）へ供給する電源装置において、前記交流電力を整流する整流回路（１０）と、直列に接続された第一のコンデンサ（２）および第二のコンデンサ（３）から構成されており、前記整流回路からの出力を平滑化して前記直流電力を出力する平滑回路（２０）と、前記整流回路と、前記第一のコンデンサと前記第二のコンデンサとの間の接続点（Ｎ１）との間に配設される、スイッチ（ＳＷ）と、前記負荷に供給される直流電流の電流値の計算、前記整流回路に入力される前記交流電力のゼロクロス点の検出を表すゼロクロス割込みパルスの生成、およびＰＡＭ波形の生成の際に使用され、前記スイッチに入力するＰＡＭ割込みパルスの生成を行う、制御部とを、備えており、前記ゼロクロス割込みパルスの生成後の前記ＰＡＭ割込みパルスの生成時期は、動的に変動し、前記制御部は、前記ゼロクロス割込みパルスと前記ＰＡＭ割込みパルスとの間として、前記直流電流の電流値の計算に最低限必要な第一の時間以上設ける。

また、本発明に係る請求項２に記載の電源装置は、請求項１に記載の電源装置であって、前記制御部は、前記ゼロクロス割込みパルスの立下り後から前記ＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの第二の時間を、計算することができ、前記第二の時間が、前記第一の時間より長い場合には、前記制御部は、前記ゼロクロス割込みパルスの立下り後、前記第二の時間経過後に、前記ＰＡＭ割込みパルスの生成する。

また、本発明に係る請求項３に記載の電源装置は、請求項１または請求項２に記載の電源装置であって、前記制御部は、前記ゼロクロス割込みパルスの立下り後から前記ＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの第二の時間を、計算することができ、前記第二の時間が前記第一の時間以下である場合には、前記制御部は、前記ゼロクロス割込みパルスの立下り後、前記第一の時間経過後に、前記ＰＡＭ割込みパルスの生成する。

本発明の請求項１に記載の電源装置では、制御部は、ゼロクロス割込みパルスとＰＡＭ割込みパルスとの間として、直流電流の電流値の計算に最低限必要な第一の時間以上設ける。

したがって、たとえば、ゼロクロス割込みパルスの立ち上がり直前、またはゼロクロス割込みパルスの立下りのちに次のＰＡＭ割込みパルスの生成（立上り）が開始されるまでの間に、制御部においてコンプレッサモータ（負荷）４０に流す電流値の計算が開始されたとしても、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、最低限、上記第一の時間だけの時間が確保される。よって、制御部における上記電流値の計算の待ち時間が長期化することを防止できる。これにより、当該電流値の計算が長期化することにより、電源装置に接続される負荷の動作が停止することも防止できる。

また、本発明の請求項２に記載の電源装置では、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後からＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの第二の時間を計算することができ、第二の時間が第一の時間より長い場合には、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、第二の時間経過後に、ＰＡＭ割込みパルスの生成する。

したがって、制御部において計算された第二の時間に基づいてゼロクロス割込みパルス立下り後のＰＡＭ割込みパルスの発生時期を決定することにより、前記パルス間の期間として第一の時間より長い時間を確保できる。よって、請求項１に記載した効果を得ることができる。

また、本発明の請求項３に記載の電源装置では、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後からＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの第二の時間を計算することができ、第二の時間が第一の時間以下である場合には、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、第一の時間経過後に、ＰＡＭ割込みパルスの生成する。

したがって、制御部において、ゼロクロス割込みパルス立下り後のＰＡＭ割込みパルスの発生までの第二の時間（≦第一の時間）が計算されたとしても、前記パルス間の期間として第一の時間を確保できる。よって、請求項１に記載した効果を得ることができる。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態＞
空気調和機（以下「エアコン」と言う）は、室内機と室外機とによって構成されており、当該室内機と室外機とは、冷媒を循環させる冷媒配管を介して接続されている。

当該エアコンにおいて、コンプレッサモータの回転駆動によってコンプレッサが運転されると、冷媒配管内に冷媒が循環される。冷房モードでは、コンプレッサによって圧縮された冷媒が熱交換器へ供給されることにより液化され、この液化された冷媒が室内機の熱交換器で気化することにより、熱交換器を通過する空気を冷却する。これに対して、暖房モードでは、コンプレッサによって圧縮された冷媒が、室内機の熱交換器で凝縮されることにより放熱し、この冷媒が放熱した熱で熱交換器を通過する空気を加熱する。

室外機には、図１に示す電源装置および、当該電源装置に配設される制御部（図示せず）が設けられている。電源装置は、交流電源７をコンプレッサモータ４０の駆動用の直流電力に変換する。また、制御部は、室外機の作動を制御すると共に、電源装置の作動を制御する。

図１に示すように、電源装置は、整流回路１０、平滑回路２０、インバータ回路３０およびスイッチＳＷから構成されている。さらに、電源装置は、図１には図示されていない制御部も備えている。電源装置は、交流電源７から供給される交流電力を所定電圧の直流電力に変換し、インバータ回路３０を介して当該直流電力をコンプレッサモータ（負荷と把握できる）４０に対して出力（供給）する。

インバータ回路３０は、スイッチング素子が設けられた一般的構成となっている。当該スイッチング素子がオン／オフ制御されることにより、インバータ回路３０は、スイッチング動作に応じた直流電力をコンプレッサモータ４０へ出力する。なお、当該出力電力（電圧）に応じた回転数で、コンプレッサモータ４０は回転駆動する。

図２に示すように、スイッチＳＷが複数回スイッチング動作を繰り返すことにより、交流電圧Ｖの半周期内に少なくとも２以上のＰＡＭパルスを有するＰＡＭ波形が生成される（マルチパルスＰＡＭと称する）。当該マルチパルスＰＡＭを生成させることにより、整流回路１０に流れる電流Ｉにおける高調波をより抑制することができる。

一方、整流回路１０は、複数のダイオード１がブリッジ状に接続されることにより構成されている。当該整流回路１０の入力部には、交流電源７が接続される。整流回路１０は、交流電源７を整流するための回路である。また、整流回路１０の出力部には、平滑回路２０が接続されている。

平滑回路２０は、直列接続されたコンデンサ（第一のコンデンサおよび第二のコンデンサと把握できる）２，３と、これらのコンデンサ２，３に並列接続されたコンデンサ（第三のコンデンサと把握できる）４によって構成されている。平滑回路２０は、整流回路１０から出力される脈流を平滑化し、直流電力を出力する。これにより、整流回路１０および平滑回路２０により、倍電圧両波整流回路を形成している。

なお、整流回路１０と平滑回路２０との間には、スイッチＳＷが配設されている。より具体的には、スイッチＳＷは、整流回路１０と、第一のコンデンサ２と第二のコンデンサ３との間の接続点Ｎ１との間に配設されている。当該スイッチＳＷは、制御部から出力される高周波の各割込みパルスによって、オン／オフ制御される。

一方、制御部には、入力電力検出手段が接続されている。制御部は、この入力電力検出手段によって、交流電源７からの交流電圧（入力電圧）と共に入力電圧の波形の位相信号を読み込む。そして、読み込んだ位相信号から交流電源電圧の波形がプラスからマイナス（マイナスからプラス）に切り換わる、ゼロクロス点を検出する。制御部は、このゼロクロス点に基づいて、ＰＡＭ割込みパルスを出力するタイミングを計算する。

次に、図３を用いて、ＰＡＭ制御について説明する。図３は、ＰＡＭ制御を説明するためのタイミングチャートである。

ここで、図３の上段から下段にかけて、交流電源７から電源装置に入力する交流電力（交流電圧）波形、ＰＡＭ波形（スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ波形とも把握できる）、およびＰＡＭ割込みパルス（ハッチパルス）とゼロクロス割込みパルス（無地パルス）が、描かれている。

制御部が、交流電圧のゼロクロス点の検出を示すゼロクロス割込みパルスを発生する。すると、制御部は、当該ゼロクロス割込みパルスを基準に予め計算されたタイミングで、複数のＰＡＭ割込みパルスを発生させる。交流電圧の半周期に複数のＰＡＭパルスを発生させるために、複数のＰＡＭ割込みパルスが連続して発生させられる（これを、マルチパルスＰＡＭ制御と称する）。

上記で生成された各ＰＡＭ割込みパルスは、スイッチＳＷに入力される。これにより、、スイッチＳＷは図３に示すＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返す。当該ＯＮ／ＯＦＦの繰り返しを示す波形がＰＡＭ波形である。また、ＰＡＭ波形を構成する各パルスがＰＡＭパルスである。

上記のようなＰＡＭ波形が生成されることにより、図２を用いて説明したように、高調波電流の抑制が可能となる。

なお、ゼロクロス割込みパルスの生成後のＰＡＭ割込みパルスの生成時期は、動的に変動する。たとえば、ある時期ｔ１では、ゼロクロス割込みパルスの生成後からＰＡＭ割込みパルスの生成までの位相（時間）はＴ１であり、他の時刻ｔ２では、ゼロクロス割込みパルスの生成後からＰＡＭ割込みパルスの生成までの位相（時間）はＴ２（≠Ｔ１）となり得る。

また、制御部において、最大位相値および最小位相値（第一の時間と把握できる）が、予め決定されている。

最大位相値とは、ゼロクロス割込みパルスの立下りから、次のＰＡＭ割込みパルスが発生するまでの最大許容位相（時間）である。当該最大許容位相（時間）は、ＰＡＭ波形の整形の観点から決定される。他方、最小位相値とは、ゼロクロス割込みパルスの立下りから、次のＰＡＭ割込みパルスが発生するまでの最小許容位相（第一の時間と把握できる）である。当該最小許容位相は、制御部がコンプレッサモータ４０に供給される直流電流の電流値の計算を行うのに最低限必要な時間である。

上記までの記載より分かるように、制御部は、コンプレッサモータ４０に供給される直流電流の電流値の計算を行う。また、当該制御部は、整流回路１０に入力される交流電力のゼロクロス点の検出を表す、ゼロクロス割込みパルスの生成を行う。さらに、当該制御部は、ＰＡＭ波形の生成の際に使用され、スイッチに入力するＰＡＭ割込みパルスの生成を行う。

次に、本発明に係る電源装置（制御部）の動作について説明する。

まず、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下りの後から、次にＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの時間（位相）ｐｈを計算する。当該計算された時間ｐｈは、第二の時間と把握できる。その後、制御部は、予め設定されている最大位相値と、当該計算した時間ｐｈとを比較する。

時間ｐｈが最大位相値以上である場合には、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、当該最大位相値経過後に、次のＰＡＭ割込みパルスの生成する。つまり、制御部は、予め計算した時間ｐｈを用いずに最大位相値を用いて、ゼロクロス割込みパルスの立下り後の次のＰＡＭ割込みパルスの生成を行う。

これに対して、時間ｐｈが最大位相値未満である場合には、制御部は、次の比較処理を行う。つまり、制御部は、予め設定されている最小位相値と、上記計算した時間ｐｈとを比較する。

時間ｐｈが最小位相値より長い場合には、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、当該時間ｐｈ経過後に、次のＰＡＭ割込みパルスの生成する。

これに対して、時間ｐｈが最小位相値以下である場合には、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、当該最小位相値経過後に、次のＰＡＭ割込みパルスの生成する。つまり、制御部は、予め計算した時間ｐｈを用いずに最小位相値を用いて、ゼロクロス割込みパルスの立下り後の次のＰＡＭ割込みパルスの生成を行う。

上記処理から分かるように、本発明に係る電源装置を適用することにより、ゼロクロス割込みパルスの立下りから次のＰＡＭ割込みパルスの生成するまでに、最低限、最小位相値だけ確保される。つまり、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、当該制御部における直流電流の電流値の計算に最低限必要な時間（第一の時間と把握できる）以上経過後に、次のＰＡＭ割込みパルスの生成を行う。

なお、最大位相値を用いて、ゼロクロス割込みパルスの立下りから次のＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの時間の最大値を規定（制限）しているのは、ＰＡＭ波形の波形整形の観点からである。よって、ゼロクロス割込みパルスの立下りから次のＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの時間に制限を設けなくとも、下記の効果は有する。

以上のように、本発明に係る電源装置では、ゼロクロス割込みパルスの生成後のＰＡＭ割込みパルスの生成時期が動的に変動するものであって、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、当該制御部における直流電流の電流値の計算に最低限必要な時間（第一の時間）以上経過後に、ＰＡＭ割込みパルスの生成を行う。

より具体的には、制御部は事前に、ゼロクロス割込みパルスの立下り後からＰＡＭ割込みパルスが生成されるまで時間（第二の時間）ｐｈを計算し、時間ｐｈが位相最小値（第一の時間）より長い場合には、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、第二の時間経過後に、ＰＡＭ割込みパルスの生成する。他方、時間ｐｈが、位相最小値以下である場合には、制御部は、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、位相最小値経過後に、ＰＡＭ割込みパルスの生成する。

したがって、たとえば、ゼロクロス割込みパルスの立ち上がり直前、またはゼロクロス割込みパルスの立下りのちに次のＰＡＭ割込みパルスの生成（立上り）が開始されるまでの間に、制御部においてコンプレッサモータ（負荷）４０に流す電流値の計算が開始されたとしても、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、最低限、位相最小値（第一の時間）だけの時間が確保される。

よって、制御部における上記電流値の計算の待ち時間が長期化することを防止できる。これにより、当該電流値の計算が長期化することにより、電源装置に接続されるコンプレッサモータ（負荷）４０の動作が停止することも防止できる。

なお、上記では、ゼロクロス割込みパルスの立下り後、当該制御部における直流電流の電流値の計算に最低限必要な時間（位相最小値であり第一の時間と把握できる）以上経過後に、ＰＡＭ割込みパルスの生成を行っていた。

しかし、ゼロクロス割込みパルス発生直前のＰＡＭ割込みパルスの立下り後、当該制御部における直流電流の電流値の計算に最低限必要な時間（位相最小値であり第一の時間と把握できる）以上経過後に、当該ゼロクロス割込みパルスの生成を行う技術を併用してもかまわない。

電源装置の構成を示す回路図である。ＰＡＭ制御の様子を示す図である。ＰＡＭ制御を説明するための図である。

符号の説明

１ダイオード
２，３，４コンデンサ
７交流電源
１０整流回路
２０平滑回路
３０インバータ回路
４０コンプレッサモータ

Claims

交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を負荷（４０）へ供給する電源装置において、
前記交流電力を整流する整流回路（１０）と、
直列に接続された第一のコンデンサ（２）および第二のコンデンサ（３）から構成されており、前記整流回路からの出力を平滑化して前記直流電力を出力する平滑回路（２０）と、
前記整流回路と、前記第一のコンデンサと前記第二のコンデンサとの間の接続点（Ｎ１）との間に配設される、スイッチ（ＳＷ）と、
前記負荷に供給される直流電流の電流値の計算、前記整流回路に入力される前記交流電力のゼロクロス点の検出を表すゼロクロス割込みパルスの生成、およびＰＡＭ波形の生成の際に使用され、前記スイッチに入力するＰＡＭ割込みパルスの生成を行う、制御部とを、備えており、
前記ゼロクロス割込みパルスの生成後の前記ＰＡＭ割込みパルスの生成時期は、動的に変動し、
前記制御部は、
前記ゼロクロス割込みパルスと前記ＰＡＭ割込みパルスとの間として、前記直流電流の電流値の計算に最低限必要な第一の時間以上設ける、
ことを特徴とする電源装置。
前記制御部は、
前記ゼロクロス割込みパルスの立下り後から前記ＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの第二の時間を、計算することができ、
前記第二の時間が、前記第一の時間より長い場合には、
前記制御部は、
前記ゼロクロス割込みパルスの立下り後、前記第二の時間経過後に、前記ＰＡＭ割込みパルスの生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記制御部は、
前記ゼロクロス割込みパルスの立下り後から前記ＰＡＭ割込みパルスが生成されるまでの第二の時間を、計算することができ、
前記第二の時間が、前記第一の時間以下である場合には、
前記制御部は、
前記ゼロクロス割込みパルスの立下り後、前記第一の時間経過後に、前記ＰＡＭ割込みパルスの生成する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。