CN102474202A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率转换装置。功率转换装置(20)包括：对从交流电源(10)输出的交流电进行整流的二极管整流电路(22)、设置在交流电源(10)与二极管整流电路(22)之间的电抗线圈(21)、直接接收从二极管整流电路(22)输出的功率的直交流转换电路(24)以及设置在二极管整流电路(22)一次侧的电源线(12、13)之间的电容器(31)。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及一种功率转换装置，尤其涉及一种防止LC共振的措施。
背景技术
迄今为止，直交流转换电路作为一种功率转换装置而广为人知。直交流转换电路是利用开关切换控制高效地将直流电转换成频率可变、电压可变的交流电的电路。
通常，直交流转换电路由二极管整流电路、平滑电容器和直交流转换器连接而成。上述二极管整流电路具有多个二极管相连接的电桥电路。上述平滑电容器用于消除二极管整流电路的输出电压波纹(output voltage ripple)。上述直交流转换器由三组两两串联的开关元件并联而成。
在上述直交流转换电路中，使用大电容的电解电容器作为平滑电容器。该电解电容器在直交流转换电路的构成部件中是较大型的部件且价格高昂，因此存在造成直交流转换电路成本增加且大型化等问题。而且，还存在直交流转换电路的使用寿命随着电解电容器使用寿命的缩短而缩短的问题。
针对这样的问题，专利文献1所示的直交流转换电路提出了通过采用小电容的平滑电容器代替现有技术中所必需的大电容平滑电容器，并对负载侧(例如马达等)进行控制，以解决电源侧的功率因数下降问题和高谐波问题，即提出了所谓的无电容器型(Capacitor-less)直交流转换电路。具体而言，如图4所示，无电容器型直交流转换电路a在二极管整流电路b的输出侧设置有构成为例如数十微法(μF)左右的小电容的平滑电容器c，代替现有技术的大电容平滑电容器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开特许公报特开2002-51589号公报
发明内容
-发明所要解决的技术问题-
在专利文献1所示的无电容器型直交流转换电路a中，电抗线圈d与平滑电容器c串联形成LC共振电路。而且，在无电容器型直交流转换电路a中，由于使平滑电容器c的电容较小，因此LC共振的共振频率增大。
另一方面，在二极管整流电路b中，二极管整流电路b进行导通/截止的切换，每当二极管整流电路b切换成导通状态时，电压就会施加在平滑电容器c与电抗线圈d之间而发生共振现象(LC共振)。
因此，如图5所示，在无电容器型直交流转换电路a中，电路的电流受到电抗线圈d与平滑电容器c之间的共振现象(LC共振)的影响而大幅度地脉动。这样一来，就会存在电源中的高谐波增加的问题。
本发明是鉴于上述各点而完成的，其目的在于：在无电容器型直交流转换电路中，防止电容器和电抗线圈的共振现象(LC共振)。
-解决技术问题的技术方案-
第一方面的发明涉及一种功率转换装置，该功率转换装置包括：对从交流电源10输出的交流电进行整流的整流电路22、设置在上述交流电源10与整流电路22之间的电抗线圈21、直接接收从上述整流电路22输出的功率的直交流转换电路24以及设置在上述整流电路22一次侧的母线12、13之间的电容器31。
在上述第一方面的发明中，从交流电源10输出交流电。整流电路22对已输出的交流电进行整流。从该整流电路22输出的电压包含由来自交流电源10的输出电压引起的电压变化被直接供向直交流转换电路24。并且，直交流转换电路24将已转换的直流电再转换成交流电供向负载。在直交流转换电路24中，发生由开关切换引起的电压变化。上述电容器31不吸收来自整流电路22的电压变化，吸收由直交流转换电路24的开关切换引起的电压变化。
此处，由于现有技术的无电容器型直交流转换电路在电容器与电抗线圈之间形成有共振电路，因此如果电压施加在电容器与电抗线圈之间，则会在施加电压的瞬间发生共振现象(LC共振)。另一方面，由于在二极管整流电路中，二极管进行导通/截止的切换，因此每当二极管切换成导通状态时，电压就会施加在电容器与电抗线圈之间而发生共振现象(LC共振)。
但是，在第一方面的发明中，由于电容器31设置在整流电路22的一次侧(输入侧)，因此即使对整流电路22的导通/截止进行切换，电抗线圈21与电容器31之间也会处于一直施加有电压的状态。因此，在第一方面的发明所涉及的功率转换装置中，一旦电压施加在电抗线圈21与电容器31之间，则共振现象(LC共振)只在电压施加的瞬间发生，之后共振衰减。也就是说，由于不受整流电路22中导通/截止的切换动作的影响，因此电抗线圈21与电容器31之间的共振现象(LC共振)的影响减小。
第二方面的发明是，在上述第一方面的发明中，上述电容器31构成为：具有不吸收来自上述整流电路22的电压变化，吸收由上述直交流转换电路24的开关切换引起的电压变化的电容。
在上述第二方面的发明中，从交流电源10输出交流电。整流电路22对已输出的交流电进行整流。从该整流电路22输出的电压包含由来自交流电源10的输出电压引起的电压变化被直接供向直交流转换电路24。并且，并且，直交流转换电路24将已转换的直流电再转换成交流电供向负载。在直交流转换电路24中，发生由开关切换引起的电压变化。上述电容器31不吸收来自整流电路22的电压变化，吸收由直交流转换电路24的开关切换引起的电压变化。
第三方面的发明是，在上述第一或第二方面的发明中，上述整流电路22具有多个高速切换二极管23，构成二极管电桥电路。
在上述第三方面的发明中，从交流电源10输出交流电。在二极管电桥电路中，如果施加在高速切换二极管23的电压超过规定阈值，则会有电流流过二极管电桥电路，对已从交流电源10输出的交流电进行整流。此时，在二极管电桥电路中流过与直交流转换电路24的开关切换同步的脉冲状电流，但因为高速切换二极管23的响应性较高，因此开关切换的损耗减少。
第四方面的发明是，在上述第一～第三方面任一方面的发明中，上述电容器31设置在电抗线圈21与整流电路22间的母线12、13之间。
在上述第四方面的发明中，从交流电源10输出交流电。整流电路22对已输出的交流电进行整流。从该整流电路22输出的电压包含由来自交流电源10的输出电压引起的电压变化被直接供向直交流转换电路24。并且，直交流转换电路24将已转换的直流电再转换成交流电供向负载。在直交流转换电路24中，发生由开关切换引起的电压变化。上述电容器31不吸收来自整流电路22的电压变化，吸收由直交流转换电路24的开关切换引起的电压变化。
由于该电容器31设置在电抗线圈21与整流电路22之间，因此即使对整流电路22的导通/截止进行切换，电抗线圈21与电容器31之间也会处于一直施加有电压的状态。因此，在第一方面的发明所涉及的功率转换装置中，一旦电压施加在电抗线圈21与电容器31之间，则共振现象(LC共振)只在电压施加的瞬间发生，之后共振衰减。也就是说，由于不受整流电路22中导通/截止的切换动作的影响，因此电抗线圈21与电容器31之间的共振现象(LC共振)的影响减小。
-发明的效果-
根据本发明，由于将电容器31设置在整流电路22的一次侧，因此能够不依赖于整流电路22的导通/截止的切换动作，一直向电容器31与电抗线圈21之间施加电压。也就是说，由于在现有技术的功率转换装置中，整流电路二极管进行导通/截止的切换，因此每当二极管切换成导通状态时，电压就会施加在电容器与电抗线圈之间而发生共振现象(LC共振)。
但是，根据本发明，即使对整流电路22的导通/截止进行切换，在电抗线圈21与电容器31之间也会处于一直施加有电压的状态，因此一旦电压施加在电抗线圈21与电容器31之间，则共振现象(LC共振)只在电压施加的瞬间发生，之后共振衰减。也就是说，根据本发明，由于不受整流电路22中导通/截止的切换动作的影响，因此能够降低电抗线圈21与电容器31之间的共振现象(LC共振)的影响。这样一来，就能够防止交流电源10中的高谐波。
根据上述第二方面的发明，由于使电容器31的电容为能够不吸收来自整流电路22的电压变化，吸收由直交流转换电路24的开关切换引起的电压变化的电容，因此能够使电容器31小型化，并能够减少电容器31的成本。这样一来，就能够使功率转换装置本身小型化，并能够减少功率转换装置的制造成本。
根据上述第三方面的发明，由于将整流电路22构成为具有高速切换二极管23的二极管电桥电路，因此能够对电流高速响应。这样一来，即使脉冲状电流与直交流转换电路24的开关切换同步地流过整流电路22，整流电路22也能够对脉冲电流高速响应，因此能够减少二极管的切换损耗。
附图说明
图1是表示该第一实施方式所涉及的功率转换装置的方框图。
图2是表示本第一实施方式所涉及的功率转换装置的电源电压和输入电流的曲线图。
图3是表示本第二实施方式所涉及的功率转换装置的方框图。
图4是表示现有技术例所涉及的功率转换装置的方框图。
图5是表示现有技术例所涉及的功率转换装置的电源电压和输入电流的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
<发明的第一实施方式>
以下对本第一实施方式进行说明。如图1所示，本第一实施方式所涉及的功率转换装置20包括电抗线圈21、二极管整流电路22、电容器电路30和直交流转换电路24，这些元件及电路连接在本发明所涉及的母线即电源线12、13之间。而且，功率转换装置20与商用电源即交流电源10连接。该交流电源10构成为单相交流电源。
上述功率转换装置20例如用于对设置在空调装置的制冷剂回路中的压缩机的电动机11(以下称为马达)进行驱动。此处，空调装置的制冷剂回路虽未图示，压缩机、冷凝器、膨胀机构和蒸发器彼此连接构成封闭回路，该封闭回路构成为制冷剂循环以进行蒸气压缩式制冷循环。在利用该制冷剂回路进行制冷运转的过程中，已由蒸发器冷却的空气被供向室内，在制热运转过程中，已由冷凝器加热的空气被供向室内。
上述二极管整流电路22具有四个高速切换二极管23，形成为桥状。并且，二极管整流电路22对从交流电源10输出的交流电进行全波整流，并将整流后的交流电送至电源线12、13之间，构成本发明所涉及的整流电路。与后述直交流转换电路24的开关切换同步的脉冲状电流流过二极管整流电路22。
上述高速切换二极管23构成对上述脉冲状电流具有较高的响应性的二极管。
上述电抗线圈21设置在二极管整流电路22的输入侧(一次侧)。
上述直交流转换电路24输入已由上述二极管整流电路22整流的电压，将三相电流供向电动机11(马达)，构成本发明所涉及的直交流转换电路。直交流转换电路24包括：每个晶体管都具有与电源线12连接的集电极的三个晶体管(上臂侧晶体管)以及每个晶体管都具有与电源线13连接的发射极的三个晶体管(下臂侧晶体管)。上臂侧晶体管中的各个晶体管与下臂侧晶体管中的各个晶体管分别成对。
上述电容器电路30包括例如数十微法(μF)左右的小电容电容器31。该电容器31由例如薄膜电容器构成。上述电容器31连接在上述二极管整流电路22的输入侧(一次侧)的电源线12、13之间(母线间)。
也就是说，如图4所示的现有技术中所谓的无电容器型直交流转换器a是将小电容平滑电容器C设置在二极管整流电路b的输出侧(二次侧)，而本第一实施方式的电容器31不是将小电容平滑电容器C设置在二极管整流电路的输出侧而是设置在二极管整流电路22的输入侧(一次侧)。并且，该电容器31构成为吸收由直交流转换电路24的开关切换产生的电压波纹(ripple)，不吸收从二极管整流电路22输出的电压波纹即由交流电源10的输出电压引起的电压波纹的小电容。应予说明，上述电压波纹表示本发明所涉及的电压变化的大小。
如图4所示，在现有技术中所谓的无电容器型直交流转换器a中，小电容平滑电容器c设置在二极管整流电路b的输出侧(二次侧)，电抗线圈d和平滑电容器c串联形成LC共振电路。并且，在二极管整流电路b中，二极管进行导通/截止的切换，因此每当二极管切换成导通状态时，电压就会施加在平滑电容器c与电抗线圈d之间而发生共振现象(LC共振)。这样一来，在无电容器型直交流转换电路a中，LC共振的共振频率提高，因此如图5所示，电路的电流Iin受到电抗线圈d与平滑电容器c之间的共振现象(LC共振)的影响而大幅度地脉动。
但是，在本第一实施方式的功率转换装置20中，由于小电容电容器31设置在二极管整流电路22的一次侧(输入侧)，因此即使二极管整流电路22进行导通/截止的切换，电抗线圈21与电容器31之间也会处于一直施加有电压的状态。
因此，在功率转换装置20中，一旦电压施加在电抗线圈21与电容器31之间，则共振现象(LC共振)只在电压施加的瞬间发生，之后共振衰减。也就是说，由于不受二极管整流电路22中的高速切换二极管23的导通/截止的切换动作影响，因此如图2所示，在电抗线圈21与电容器31之间的共振现象(LC共振)的影响减小。
-第一实施方式的效果-
根据上述本第一实施方式，由于将上述电容器31设置在二极管整流电路22的一次侧，因此能够不依赖于高速切换二极管23的导通/截止的切换动作，一直向电容器31与电抗线圈21之间施加电压。
也就是说，在现有技术的功率转换装置中，由于平滑电容器设置在整流电路的二次侧(输出侧)，因此每当整流电路的二极管切换成导通状态时，电压就会施加在电容器与电抗线圈之间而发生共振现象(LC共振)。
但是，根据本第一实施方式，即使对高速切换二极管23的导通/截止进行切换，电抗线圈21与电容器31之间也会处于不断施加有电压的状态，因此一旦电压施加在电抗线圈21与电容器31之间，则共振现象(LC共振)只在电压施加的瞬间发生，之后共振衰减。
也就是说，根据本第一实施方式，由于不受高速切换二极管中导通/截止的切换动作的影响，因此能够降低电抗线圈21与电容器31之间的共振现象(LC共振)的影响。这样一来，就能够防止交流电源10中的高谐波。
由于电容器31的电容被设置成具有能够不吸收来自二极管整流电路22的电压波纹，吸收由直交流转换电路24的开关切换产生的电压波纹的电容，因此能够使电容器31小型化，并且能够减少电容器31的成本。这样一来，就能够使功率转换装置20本身小型化，并能够减少功率转换装置20的制造成本。
由于将二极管整流电路22构成为具有高速切换二极管23的电桥电路，因此能够对电流高速地响应。这样一来，即使脉冲状电流与直交流转换电路24的开关切换同步地流过二极管整流电路22，二极管整流电路22也能够对脉冲电流高速地响应，因此能够减少二极管的切换损耗。
<发明的第二实施方式>
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。如图3所示，在本第二实施方式中，采用三相交流电源15代替第一实施方式所涉及的单相交流电源10。第二实施方式所涉及的功率转换装置40的电抗线圈21、二极管整流电路22和电容器电路30的结构与第一实施方式的功率转换装置20不同。
具体而言，在与三相交流电源15连接的三条输入线16、17、18中的每条输入线16、17、18中分别设置有一个上述电抗线圈21。应予说明，该输入线16、17、18表示本发明所涉及的母线。
上述二极管整流电路22具有六个高速切换二极管23，连接成桥状。二极管整流电路22对从三相交流电源15输出的交流电进行全波整流。
上述电容器电路30在从各输入线16、17、18分别延伸出的线路中设置有电容器31，三条线路彼此连接。其它结构、作用和效果均与第一实施方式相同。
<其它实施方式>
本发明对于上述第一实施方式和第二实施方式还可以采用以下结构。
在本第一实施方式和第二实施方式中，将本发明用于上述功率转换装置20，但本发明并不限于这些功率转换装置20，例如也可以是在二极管整流电路的输出侧(二次侧)具有由电阻、二极管和电容器串联而成的串联电路，并将小电容电容器设置在二极管整流电路的输入侧(一次侧)的无电容器型直交流转换电路，并且还能够适用于其它电路结构的功率转换装置。
应予说明，以上实施方式是本质上优选的示例，并没有限制本发明，本发明的应用对象或本发明的用途范围等意图。
-产业实用性-
综上所述，本发明对功率转换装置的LC共振防止措施很有用。
-符号说明-
10-交流电源；12-电源线；13-电源线；21-电抗线圈；22-二极管整流电路；24-直交流转换器；31-电容器。

Claims (4)

1.一种功率转换装置，其特征在于：
该功率转换装置包括：
整流电路(22)，对从交流电源(10)输出的交流电进行整流；
电抗线圈(21)，设置在所述交流电源(10)与整流电路(22)之间；
直交流转换电路(24)，直接接收从所述整流电路(22)输出的功率；以及
电容器(31)，设置在所述整流电路(22)一次侧的母线(12、13)之间。
2.根据权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于：
所述电容器(31)构成为：具有不吸收来自所述整流电路(22)的电压变化，吸收由所述直交流转换电路(24)的开关切换引起的电压变化的电容。
3.根据权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于：
所述整流电路(22)具有多个高速切换二极管(23)，构成为二极管电桥电路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率转换装置，其特征在于：
所述电容器(31)设置在电抗线圈(21)与整流电路(22)间的母线(12、13)之间。
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