JP6330350B2 - 電源装置及び電源装置の制御方法 - Google Patents
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Description
実施の形態1における電源装置について、図に基づいて構成及び動作を説明する。図1に交流電力を直流電力に変換するコンバータ動作を行う電源装置(コンバータ装置)の構成図を示す。図1に示す電源装置において、単相交流電源である交流電源1はダイオードD1〜D4からなるブリッジ回路(全波整流回路)である整流手段2に接続され、整流手段2の正極側出力端子と負極側出力端子間に加熱用抵抗3とシリコン半導体で形成した半導体スイッチング素子4(例えば、シリコン−n型MOSFET)が直列に接続されている。ブリッジ回路2の高電位出力端子には、昇圧手段5a、昇圧手段5bが並列に接続され、昇圧手段5a、昇圧手段5bの出力端子が平滑手段(出力コンデンサ)6に接続されている。インバータなどの直流負荷11が平滑手段6の端子間に並列接続される。直流負荷11は平滑手段6から電力の供給を受けて動作する。
実施の形態1の電源装置は、制御手段14が行う制御の際にヒートシンク温度検出手段16が検出したヒートシンク温度を用いるようにしていたが、実施の形態2の電源装置は、電源装置を屋外に設置した場合を想定してヒートシンクの温度の代わりに、外気温度を用いて制御するようにしたものである。
実施の形態1〜2での電源装置はコンバータ動作を行う装置(コンバータ装置)であったが、実施の形態3では直流電力を交流電力に変換するインバータ動作を行う電源装置(インバータ装置)である場合について説明する。図8にインバータ動作を行う電源装置(インバータ装置)の構成図を示す。図8に示す電源装置において、直流電源22はGND(接地)を電位基準として直流電圧を直流母線正側Pと負側N間に出力する。インバータ主回路23は上アームの半導体スイッチング素子24a〜24c及び下アームの半導体スイッチング素子24d〜24fと、半導体スイッチング素子24a〜24fをそれぞれ駆動する駆動回路25a〜25fとで構成され、半導体スイッチング素子24a〜24fはSiC(シリコンカーバイド)等のワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体スイッチング素子(例えばSiC−n型MOSFET)である。電流検出手段26は、直流電源22とインバータ主回路23間の直流母線負側Nに設けたシャント抵抗27に流れる直流電流を検出する。また、直流母線正側Pと負側N間に加熱用抵抗28とシリコン半導体で形成した半導体スイッチング素子29(例えば、シリコン−n型MOSFET)が直列に接続されている。半導体スイッチング素子29は駆動回路30でオン/オフ駆動される。なお、直流電源22、インバータ主回路23とでインバータ動作を行う電力変換手段を構成する。
Claims (8)
- ワイドバンドギャップ半導体によって形成された1つ以上の第1の半導体スイッチング素子を有し、交流電力を直流電力に変換するコンバータ動作、若しくは直流電力を交流電力に変換するインバータ動作を行う電力変換手段と、
前記第1の半導体スイッチング素子を加熱する為の加熱用抵抗と、
該加熱用抵抗の導通を制御するシリコン半導体で形成された第2の半導体スイッチング素子と、
前記第1の半導体スイッチング素子の放熱用に設けたヒートシンクの温度若しくは外気温度を検出する温度検出手段と
前記温度検出手段が検出した温度を用いて、前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子をオン・オフ制御する駆動信号を生成する制御手段と、 を備え、
前記制御手段は、前記電力変換手段のコンバータ動作若しくはインバータ動作の開始前に、前記温度検出手段が検出した温度が予め設定した第1の閾値温度以下である場合には、前記第2の半導体スイッチング素子をオン状態にする駆動信号を生成し、その後前記温度検出手段が検出した温度が予め設定した第2の閾値温度以上になった時に、前記第2の半導体スイッチング素子をオフ状態にする駆動信号を生成し、さらに前記電力変換手段のコンバータ動作若しくはインバータ動作を開始させることを特徴とする電源装置。 - ワイドバンドギャップ半導体によって形成された1つ以上の第1の半導体スイッチング素子を有し、交流電力を直流電力に変換するコンバータ動作、若しくは直流電力を交流電力に変換するインバータ動作を行う電力変換手段と、
前記第1の半導体スイッチング素子を加熱する為の加熱用抵抗と、
該加熱用抵抗の導通を制御するシリコン半導体で形成された第2の半導体スイッチング素子と、
前記第1の半導体スイッチング素子の放熱用に設けたヒートシンクの温度若しくは外気温度を検出する温度検出手段と
前記温度検出手段が検出した温度を用いて、前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子をオン・オフ制御する駆動信号を生成する制御手段と、 を備え、
前記制御手段は、前記電力変換手段のコンバータ動作若しくはインバータ動作の開始前に、前記温度検出手段が検出した温度が予め設定した第1の閾値温度以下である場合には、前記第2の半導体スイッチング素子をオン状態にする駆動信号を生成し、その後予め設定した所定時間を経過後に、前記第2の半導体スイッチング素子をオフ状態にする駆動信号を生成し、さらに前記電力変換手段のコンバータ動作若しくはインバータ動作を開始させることを特徴とする電源装置。 - 前記温度検出手段が検出した温度に対応した閾値時間をデータとして保持するデータ記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記データ記憶手段に保持されている閾値時間を予め設定した所定時間として用いることを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 - 前記電力変換手段は、
交流電源の交流電圧を直流電圧に整流する整流手段と、
直流電圧を平滑する平滑手段と、
前記整流手段と前記平滑手段の間に接続され、昇圧リアクタ、前記第1の半導体スイッチング素子、逆流防止ダイオードからなる1つ以上の昇圧手段とを備え、
前記加熱用抵抗及び前記第2の半導体スイッチング素子は、前記整流手段の出力端子間に直列接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の電源装置。 - 前記電力変換手段は、
直流母線間に直流電圧を出力する直流電源と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び該第1の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路とをそれぞれ有する上アーム及び下アームを前記直流母線間に直列接続したインバータ主回路とを備え、
前記加熱用抵抗及び前記第2の半導体スイッチング素子は、前記直流電源の出力端子間に直列接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の電源装置。 - 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)系材料又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電源装置。
- ワイドバンドギャップ半導体素子によって形成された1つ以上の第1の半導体スイッチング素子を有し、交流電力を直流電力に変換するコンバータ動作、若しくは直流電力を交流電力に変換するインバータ動作を行う電力変換手段を備えた電源装置の制御方法であって、
前記電力変換手段のコンバータ動作若しくはインバータ動作の開始前に、前記第1の半導体スイッチング素子の放熱用に設けたヒートシンクの温度若しくは外気温度が予め設定した第1の閾値温度以下である場合には、加熱用抵抗の導通を制御するシリコン半導体で形成された第2の半導体スイッチング素子をオン状態にして前記第1の半導体スイッチング素子を加熱する工程と、
その後前記ヒートシンクの温度若しくは外気温度が予め設定した第2の閾値温度以上になった時に、前記第2の半導体スイッチング素子をオフ状態にして前記第1の半導体スイッチング素子の加熱を停止し、さらに前記電力変換手段のコンバータ動作若しくはインバータ動作を開始させる工程と、を備えたことを特徴とする電源装置の制御方法。 - ワイドバンドギャップ半導体素子によって形成された1つ以上の第1の半導体スイッチング素子を有し、交流電力を直流電力に変換するコンバータ動作、若しくは直流電力を交流電力に変換するインバータ動作を行う電力変換手段を備えた電源装置の制御方法であって、
前記電力変換手段のコンバータ動作若しくはインバータ動作の開始前に、前記第1の半導体スイッチング素子の放熱用に設けたヒートシンクの温度若しくは外気温度が予め設定した第1の閾値温度以下である場合には、加熱用抵抗の導通を制御するシリコン半導体で形成された第2の半導体スイッチング素子をオン状態にして前記第1の半導体スイッチング素子を加熱する工程と、
その後予め設定した所定時間を経過後に、前記第2の半導体スイッチング素子をオフ状態にして前記第1の半導体スイッチング素子の加熱を停止し、さらに前記電力変換手段のコンバータ動作若しくはインバータ動作を開始させる工程と、を備えたことを特徴とする電源装置の制御方法。
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