交流直流变换装置、使用该交流直流变换装置的压缩机驱动装置和空调机制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种能够低价地抑制高次谐波电流、实现功率因数改善的交流直流变换装置。其具备：整流器（2），经由电抗器（5）连接在交流电源（1）上；电容器（6、7），在整流器（2）的输出端子间串联连接；第1双向开关（3），一端连接在整流器（2）的一个输入端子上，另一端连接在电容器（6、7）的连接点上；第2双向开关（4），一端连接在整流器（2）的另一个输入端子上，另一端连接在第1双向开关（3）的另一端上；以及控制单元（20），在交流电源（1）的半周期中使上述第1以及第2双向开关（3、4）动作，从输入到整流器（2）的电压控制为期望的输出电压值。

【技术实现步骤摘要】
交流直流变换装置、使用该交流直流变换装置的压缩机驱动装置和空调机本申请是同一申请人的申请日为2007年8月29日的、申请号为200780100394.6（PCT/JP2007/066727）、专利技术名称为“交流直流变换装置、使用该交流直流变换装置的压缩机驱动装置和空调机”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种抑制输入电流的高次谐波电流、将交流电压变换为直流电压的交流直流变换装置以及使用该交流直流变换装置的压缩机驱动装置和空调机。
技术介绍
以往的交流直流变换装置，与电源电压的零交叉同步地在半周期内仅使电源短路一次，抑制流向电抗器的高次谐波电流，来实现功率因数的改善（例如，参照专利文献1）。此外，由于在电源半周期内仅使电源短路一次会使电抗器过大，所以也存在通过在电源半周期内短路两次以上来实现电抗器的小型化的技术（例如，参照专利文献2）。进而，也有具备切换全波整流与倍电压整流的开关和用于进行电源短路的开关，用这两个开关的切换来抑制高次谐波电流，改善功率因数的技术（例如，参照专利文献3、4）。此外，也有通过使用高频的PWM（脉宽调制）使开关动作，而将输入电流控制为大致正弦波状来抑制高次谐波，改善功率因数的技术（例如，参照专利文献5）。另外，也有通过使两个开关动作来抑制高次谐波电流的技术（例如，参照非专利文献1）。专利文献1：JP特许2763479号公报；专利文献2：JP特许3485047号公报；专利文献3：JP特开2003-9535号公报；专利文献4：JP特许3687641号公报；专利文献5：JP特许2140103号公报；非专利文献1：星伸一、大口国臣，“单相多电平整流电路的切换模式决定法”，平成17年度电气学会产业应用部门大会，No.1-61。
技术实现思路
每电源半周期使开关动作而使短路电流流动的方式是非常简单的控制，电源半周期内的开关的动作为100Hz或120Hz下的低频切换，作为产生噪声少、能够低价实现高次谐波电流的抑制的方式而被广泛地应用。但是，对于从电源流入的输入电流所包含的高次谐波电流规定了限度值，需要抑制到该限度值以下，但在将高次谐波电流抑制为限度值以下的情况下，存在电抗器将大型化的问题。因此，引用的专利文献2展示了增加开关的短路动作次数、不改变高次谐波抑制性能而使电抗器小型化的技术，但存在一旦增加了消耗电力、增加了输入电流，则即使电感值相同，电抗器也将大型化的问题。因此，如引用的专利文献5所示，虽然没有对于高频的PWM、特别是频率的记载，但在通常用15～20kHz以上的切换频率使开关动作的方式下，电流为大致正弦波，高次谐波电流锐减。并且，使输出的直流电压比开关断开时的直流电压高地进行升压在理论上是可能的，可以升压直到电抗器磁饱和。但是，在引用的专利文件5的情况下，由于是检测输入电流、使输入电流大致正弦波化的电流控制，所以需要高速的控制处理、需要高频的PWM控制。由于是高频PWM控制，所以产生噪声增多，用于噪声对策的成本将激增。此外，存在如下问题：由于是使输入电流大致正弦波化的电流控制，所以需要高速的控制，由于用于高处理性能的微机或专用IC的模拟控制的复杂的周边电路而价格贵。此外，如引用的专利文献3、4所示，通过设置切换全波整流与倍电压整流的开关和进行电源短路的开关，直流电压的可变范围变宽，但由于是低频的切换，所以未能解决电抗大型化的问题。进而，引用的非专利文献1记载了用两个开关增加整流器的输入电压的电平、抑制输入电流的高次谐波的技术，但这种方式虽然有可以通过低频的切换使电抗器小型化的优点，但必须假定控制直流电压、消耗电力改变等动作条件改变，利用GA（遗传算法）运算开关的接通/断开定时。因此，GA如果不是在重复了复杂的运算和换代之后进行，则由于不能决定参数这一点，搭载到微机等控制CPU上会有问题，需要将预先运算的参数事先存储在存储器等中，对机种数多的产品的实用而言需要较长的开发周期，此外，存储量也大，实用上有困难。本专利技术是为了解决上述问题而作出的，它的第一个目的在于：得到一种能够通过5kHz以下的低频切换PWM，比高频PWM低价地抑制高次谐波电流、实现功率因数改善的交流直流变换装置。第二个目的在于：得到一种能够通过抑制由于在电源半周期内一次或数次的电源短路带来的高次谐波的方式来实现电抗小型化、实现同等级别的低成本化的交流直流变换装置。第三个目的在于：得到一种能够控制直流电压，从而即使是动作条件不同的多个机种也能实用化，并且采用反馈结构，从而根据消耗电力使开关的接通/断开定时可变，能够实用化的交流直流变换装置。本专利技术的交流直流变换装置具备：整流器，经由电抗器连接在交流电源上；多个电容器，在整流器的输出端子间串联连接；第1双向开关，一端连接在整流器的一个输入端子上，另一端连接在多个电容器的连接点上；第2双向开关，一端连接在整流器的另一个输入端子上，另一端连接在第1双向开关的另一端上；以及控制单元，在交流电源的半周期中使第1以及第2双向开关动作，以从输入到整流器的电压控制为期望的输出电压值。根据本专利技术，由于在交流电源的半周期中使第1以及第2双向开关动作，以从输入到整流器的电压控制为期望的输出电压值，所以能够将流向电抗器的电流正弦波化。由此，与电源半周期一次或数次地使开关动作的以往方式相比可以使电抗器小型化。此外，与利用高频PWM的开关动作相比虽然不能使电抗器小型化，但是可以通过低频的1kHz～5kHz左右的PWM动作，而没有高频PWM带来的噪声对策的成本增加，能够低价地实用化。进而，通过对期望的输出电压值进行反馈控制，不用搜索用于得到期望的输出电压值所需要的参数，就能容易地适用于机种数和规格不同的产品群中。附图说明图1是示出本专利技术的实施方式1的交流直流变换装置的电路框图。图2是用于说明实施方式1的以往的波形图。图3是用于说明实施方式1的理想状态下的电路结构图。图4是用于说明实施方式1中的原理动作的电压波形图。图5是对应于实施方式1的交流直流变换装置中的第1以及第2双向开关的动作而示出的电路图。图6是从图3中的原理电路结构导出而示出的向量图。图7是示出实施方式1的交流直流变换装置中的反馈控制的框图。图8是实施方式1的交流直流变换装置中的动作信号的调制波形图。图9是示出本专利技术的实施方式2的交流直流变换装置的电路框图。图10是示出实施方式2的交流直流变换装置中的第1以及第2双向开关的动作信号的分配的波形图。图11是实施方式2中的另一个电路框图。图12是示出本专利技术的实施方式3的交流直流变换装置的电路框图。图13是示出本专利技术的实施方式4的交流直流变换装置的电路框图。图14是空调机的制冷剂电路图。图15是示出本专利技术的实施方式5的交流直流变换装置中的控制电路的动作信号生成部的控制框图。图16是实施方式5的交流直流变换装置中的脉冲密度调制的动作波形图。图17是实施方式5的交流直流变换装置中的脉宽调制与脉冲宽度调制的波形图。图18是交流直流变换装置中所用的电抗器的结构图。图19是示出双向开关的另一例的电路图。附图标记说明1：交流电源；2：整流器；3：第1双向开关；4：第2双向开关；5：电抗器；5a：绕组；6：第1电容器；7：第2电容器；8：直流负载；9：虚拟交流电源；10：第1双向开关；11：第2双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流直流变换装置，其特征在于，具备：整流器，经由电抗器连接在交流电源上；多个电容器，在该整流器的输出端子间串联连接；第1双向开关，一端连接在上述整流器的一个输入端子上，另一端连接在上述多个电容器的连接点上；第2双向开关，一端连接在上述整流器的另一个输入端子上，另一端连接在上述第1双向开关的另一端上；控制单元，在交流电源的每半周期中组合上述第1以及第2双向开关的接通、断开动作，以从输入到上述整流器的电压控制为期望的输出电压值，使上述整流器的输入端子间的电压成为正弦波状；以及常闭的第3双向开关，插入在上述第1以及第2双向开关的另一端的连接点与上述多个电容器的连接点之间。

【技术特征摘要】
1.一种交流直流变换装置，其特征在于，具备：整流器，经由电抗器连接在交流电源上；两个电容器，在该整流器的输出端子间串联连接；第1双向开关，一端连接在上述整流器的一个输入端子上，另一端连接在上述两个电容器的连接点上；第2双向开关，一端连接在上述整流器的另一个输入端子上，另一端连接在上述第1双向开关的另一端上；控制单元，在交流电源的每半周期中组合上述第1以及第2双向开关的接通、断开动作，以从输入到上述整流器的电压控制为期望的输出电压值，使上述整流器的输入端子间的电压成为正弦波状；以及常闭的第3双向开关，插入在上述第1以及第2双向开关的另一端的连接点与上述两个电容器的连接点之间。2.根据权利要求1所述的交流直流变换装置，其特征在于，上述控制单元使上述第1以及第2双向开关动作，以控制上述整流器的输入端子间的电压的振幅以及相位差中的至少任一个。3.根据权利要求1所述的交流直流变换装置，其特征在于，上述控制单元利用分别进行了PWM的动作信号使上述第1以及第2双向开关动作。4.根据权利要求3所述的交流直流变换装置，其特征在于，上述控制单元对进行了PWM的动作信号进一步进行PDM，使上述第1以及第2双向开关动作。5.根据权利要求3所述的交流直流变换装置，其特征在于，PWM的载波频率为5kHz以下。6.根据权利要求1所述的交流直流变换装置，其特征在于，上述控制单元利用PDM生成上述第1以及第2双向开关的动作信号。7.根据权利要求1所述的交流直流变换装置，其特征在于，上述控制单元具备：全波整流模式，使上述第1以及第2双向开关都断开；第1倍电压整流模式，使上述第1双向开关接通、使上述第2双向开关断开；第2倍电压整流模式，使上述第1双向开关断开、使上述第2双向开关接通；电源短路模式，使上述第1以及第2双向开关都接通，其中，在交流电源的半周期中使上述4个模式都发生。8.根据权利要求7所述的交流直流变换装置，其特征在于，上述控制单元控制上述第1倍电压整流模式和上述第2倍电压整流模式，以使交流电源的同一极性中的发生比例均等。9.根据权利要求7所述的交流直流变换装置，其特征在于，上述控制单元控制上述第1倍电压整流模式和上述第2倍电压整流模式，以使交流电源的相互不同的极性中的发生比例均等。10.根据权利要求7所述的交流直流变换装置，其特征在于，上述控制单元进行控制，以使上述第1倍电压整流模式和上述第2倍电压整流模式交替地发生。11.根据权利要求7所述的交流直流变换装置，其特征在于，具备分别检测上述两个电容器的两端电压的电压检测器；上述控制单元控制上述第1倍电压整流模式和上述第2倍电压整流模式的发生比例，以使由上述电压检测器检测的上述两个电容器的两端电压的差变小。12.根据权利要求7所述的交流直流变换装置，其特征在于，具备检测连接在上述整流器的负极侧的电容器的两端电压的电压检测器；上述控制单元根据由上述电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：篠本洋介，坂廼边和宪，高原英树，川崎功，东圣，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：