CN103493352A - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力转换装置，其将交流电源转换为直流来驱动直流负载，或者将该直流进一步转换为任意频率和振幅的模拟交流来驱动交流负载，其中，在整流二极管电桥的负侧的输出端子和功率因数改善用的半导体开关电路之间***电阻，将所述电阻的两端分别与进行反转和电平移位的反转·电平移位电路连接，通过向差动电路输入各个反转·电平移位电路的输出，获取电流检测信息作为所述工作电路的输出，使用所述电流检测信息，对所述半导体开关电路进行通断控制。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及用于将交流电源转换为直流而驱动直流负载的装置和将交流电源转换为直流、进一步转换为另外的交流而驱动交流负载的电力转换装置。本发明特别涉及一种电力转换装置，其适用于将家庭等单相交流电源这样的交流整流成大致直流，利用变换器电路将所得的直流再次转换为任意频率的交流，对负载例如电动机进行可变速驱动，由此例如构成具备对冷却剂进行压缩的压缩机的热泵，进行制冷、供暖或食品等的冷冻的装置。本发明的电力转换装置具备具有简单的构成的控制电路，实现电源电流中包含的高次谐波成分的减少和功率因数的改善。

背景技术

这种整流装置如图3所示，利用二极管电桥2对交流电源1进行整流。之后，经由电抗器31利用半导体开关33使其短路，使电流向电抗器31充电，在半导体开关33为断开状态时，向通过二极管32连接有负载的平滑电容器3供给电力。即，在交流电源1的瞬时电压低的期间，也流过电源电流。由此，电源电流的高次谐波成分减少，功率因数改善。特别是为了使电路零件小型化且改善功率因数，对电源电流进行检测，以使其电流与电源电压波形相同的方式控制上述半导体开关33的通断。另外，对于检测出的电源电流的具体的控制方法，由于在现有例中已经做了说明，所以省略。（例如，参照专利文献1）。

另外，在负载侧，对于利用平滑电容器3平滑后的模拟直流电源，通过对变换器电路4的半导体开关群进行通断控制而转换为模拟三相交流，驱动三相电动机6，得到动力，使热泵等工作。

在图3的构成中，作为电流检测方法，采用在二极管电桥2的负侧和半导体开关33之间***电阻34（下面，称为分流电阻），由于电阻带来的电压下降而产生有电流值的电路（例如，参照专利文献1）。

图4是表示为了可在实际控制中使用图3所示的电流检测方法而经常使用的电路的电路图。将分流电阻1005的交流电源1001侧的端子，经由电阻2002连接到运算放大电路2001的反转输入侧。运算放大电路2001的非反转输入侧与分流电阻1005的另一端为相同的电位，且与运算放大电路2001、控制电路1010的电源输入的负侧相同。

通过这样设定，运算放大电路2001和控制电路1010的电源可以共用，另外，能够利用以电源输入的负侧为基准电位的所谓单电源的电路***构成电力转换装置。而且，分流电阻1005的一端的电位虽然变为比基准电位低的电压，但被运算放大电路2001反转放大，向控制电路1010进行输入时，必定被转换为比基准电位高的电压。因此，即使在电路的一部分具有比基准电位低的部位，在运算放大电路2001和控制电路1010中也只输入基准电位以下的电压，能够通过单电源电路进行动作。

而且，在控制电路1010中，以从交流电源1001流入的电源成为正弦波状的方式，控制半导体开关1006的通断。另外，在控制电路1010中，控制变换器电路1009，还实施电动机1002能够适当旋转的驱动控制。

现有技术文献

专利文献1：（日本）特开2003－79050号公报

专利文献2：（日本）特开2003－250298号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述现有构成中，如图5所示，在负载侧具有利用变换器电路1009这样的脉冲动作来驱动电动机1002这样的电路的情况下，有时因配线的阻抗2091、2092，不仅在与变换器电路1009之间产生响应脉冲的电位差，而且脉冲性的同相电流利用杂散电容2090经过电动机1002如虚线所示流经大地。因此，在如图5所示的电路中，正方向和负方向的噪音重叠，不仅不能正确地检测电流，而且有时会引起运算放大电路2001的破坏。

因此，分别构成图3的功率因数改善用电路5的控制电源和变换器电路4侧的控制用电源。电位不一致的两个控制系之间利用光耦合器等绝缘型的通信相互进行控制。另外，作为其它方法，如图6所示，有不使用电阻而使用将电流检测单元与电流传感器41、51等的被检测侧绝缘的装置的方法（例如，参照专利文献2）。

前者的情况存在不仅需要分别的电源电路，而且难以实现两个控制***的严密的控制这种问题，后者的情况存在作为电流检测单元，不能使用低成本的电阻这种问题。

本发明是为了解决现有课题而开发的，其目的在于，提供一种电力转换装置，其电源功率因数改善电路侧和变换器侧的各个控制电源共用，且实现使用电阻的廉价的电流检测的控制。

用于解决课题的方法

为了解决上述现有问题，本发明的电力转换装置在整流二极管电桥的负侧的输出端子和功率因数改善用的导体开关电路之间***电阻，将电阻的两端分别连接进行反转且电平移位的电路，通过将各个反转且电平移位电路的输出输入到差动电路，获取电流检测信息，使用所得的电流检测信息，对所述半导体开关电路进行通断控制。

因此，即使是相对于电路的基准电位电阻两端的电位被弄乱的情况下，由于不脱离电路的动作范围，因此也总能够得到正确的电流信息。

另外，也可以将所述进行反转且电平移位的电路的输入侧的电阻串联地分割成两个，在两个电阻的结合点和电路的控制电源的负侧的端子之间连接电容器。由此，能够抑制在进行反转且电平移位的电路的放大电路部分的放大度降低的高频区域中的电位的杂乱。

另外，也可以将所述进行反转且电平移位的电路的输入侧的电阻串联地分割成两个，在两个电阻的结合点和电路的控制电源的负侧的端子之间，以朝向结合点通电流的方式连接二极管。

因此，在具有非常大的电位杂乱的情况下，经由二极管限制了所述连接点的电位的降低，因此不在放大电路部分加入过大的电压，能够保护放大电路。

另外，也可以按照所述反转·电平移位电路的增益比所述差动电路的增益小的方式设定所述反转·电平移位电路和差动电路的电路常数。由此，即使是电流检测用的电阻两端的电位非常杂乱的情况下，所述反转·电平移位电路的输出也在电路的线性动作范围内，杂乱成分被差动电路抵消，所以能够进一步提高电流检测单元整体的耐噪音性。

发明的效果

本发明的电力转换装置能够使用电阻实现电源功率因数改善电路的电流检测，并且能够使电源功率因数改善电路的控制电源和变换器的控制电源共用。另外，由于利用以控制电源的负电位侧为基准电位的、所谓单电源电路能够实现，所以能够简化控制电路使其小型化。

附图说明

图1是本发明实施方式1的电力转换装置的电路框图。

图2是本发明的实施方式2、3的电力转换装置的电路框图。

图3是现有电力转换装置的电路框图。

图4是说明现有电力转换装置的电流检测原理的电路框图。

图5是用于说明现有电力转换装置的电路中的课题的电路框图。

图6是现有技术的其它电力转换装置的电路框图。

具体实施方式

第一发明提供一种电力转换装置，其将交流电源转换为直流，转换为直流负载或者任意的频率和振幅的模拟交流，其中，在对交流电源进行整流的整流二极管电桥的负侧的输出端子和电源功率因数改善用的半导体开关电路之间***电阻，将电阻的两端分别连接到反转且进行电平移位的电路，通过将各个反转·电平移位电路的输出输入到差动电路，获得电流检测信息，使用所得的电流检测信息，以减少电源电流中包含的高次谐波成分的方式或者改善来自交流电源的功率因数的方式，对上述半导体开关电路进行通断控制，由此，即使是***的电阻的电位因噪音而变动的情况下，也能够利用反转且进行电平移位的电路，被电平移位至差动电路的动作范围，因此能够利用差动电路去除变动成分，能够正确地检测来自交流电源的电流，能够改善电源电流中包含的高次谐波成分的减少，改善功率因数。

第二发明，特别是，通过将成为第一发明的反转·电平移位电路的基准的电平电位设定为比转换为直流负载输出或者任意的频率和振幅的模拟交流的电路单元的最低的电位高的电位，被输入反转且进行电平移位的电路的电位保持为比上述最低的电位高，因此反转且进行电平移位的电路不需要使用电压输入范围宽的电路，易于电路设计。

第三发明，特别是，通过将第一或第二发明的反转·电平移位电路的输入侧的电阻串联地分割成两个，在两个电阻的结合点和电路的控制电源的负侧的端子之间连接电容器，能够去除反转且进行电平移位的电路不能响应的急剧的噪音成分，反转且进行电平移位的电路不需要使用具有高速响应性能的电路，易于电路设计。

第四发明，特别是，由第三发明的分割了的两个电阻的并联值和电容器的电容值决定的时间常数，设定为比上述对半导体开关进行通断控制的周期小，由此不给对半导体开关进行通断控制的控制频带带来影响，因此能够适当且稳定地实现电源电流中所包含的高次谐波成分的减少和功率因数的改善。

第五发明，特别是，将从第一至第四发明的反转·电平移位电路的输入侧的电阻串联地分割成两个，在两个电阻的结合点和电路的控制电源的负侧的端子之间连接二极管，以使电流朝向结合点流动。由此，在混入了具有超出反转且电平移位的电路的容许范围的负电压的噪音时，二极管导通而对电压进行制约，所以反转且进行电平移位的电路不需要使用电压输入范围宽的电路，易于电路设计。

第六发明，特别是，用于使从第一至第五发明的反转·电平移位电路、差动电路进行控制动作的电源，使以下电位相同，即：直流负载用的驱动控制电路或者转换为任意的频率和振幅的模拟交流的电路单元中的控制电路的最低电位；由具有比其高的电位的直流电源构成，并且使进行交流电源的电流的高次谐波成分的减少或进行功率因数改善的控制的单元进行动作控制的直流电源的负侧电位；使转换为直流负载或转换为任意的频率和振幅的模拟交流的电路单元进行动作控制的直流电源的负侧电位。

由此，由于能够将与动作控制相关的电源通用，所以不需要设计各自的控制电源，控制电源能够小型化，驱动控制电路也能够小型化。

第七发明特别是以第一至第六发明的反转·电平移位电路的增益比差动电路的增益小的方式设定反转·电平移位电路和差动电路的电路常数。

由此，即使是电流检测用的电阻两端的电位非常杂乱的情况，由于上述反转·电平移位电路的输出在电路的线性（linear）动作范围内，杂乱成分由差动电路抵消，因此也能够进一步提高电流检测单元整体的耐噪音性。另外，进行反转、电平移位的电路由运算放大器构成时，该运算放大器不需要使用输出电压范围宽的电路，易于电路设计。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，本发明不被该实施方式限定。

（实施方式1）

图1是表示本发明第一实施方式的电力转换装置的整体电路框图。

在图1中将交流电源1001与二极管电桥1003连接，进行整流。整流输出的正侧经由电抗器1004与半导体开关1006和二极管1007连接。二极管1007的另一端与平滑电容器1008连接。另一方面，整流输出的负侧经由分流电阻1005，与半导体开关1006、平滑电容器1008连接。利用这些电路，对交流电源1001的输出进行整流平滑而构成大致直流的电源。特别是通过将半导体开关1006进行通断，在交流电压1001的电压较低期间，电流也能够从交流电源1001流出，能够实现电源功率因数改善和电源高次谐波电流减少。通过平滑电容器1008被大致直流化的电力，通过变换器电路1009转换为其它模拟交流而驱动电动机1002。将这些电路群的基准电位（零电位）设置在平滑电容器1008的负侧。

来自交流电源1001的电流根据分流电阻1005的两端的电位差进行检测。将该两端的电压信息输入到由基准电压源1150、电阻1102、1103、1104、运算放大电路1101构成且进行反转和电平移位的第一反转·电平移位电路、和由基准电压源1150、电阻1202、1203、1204、运算放大电路1201构成的第二反转·电平移位电路。另外，在电阻1102与1103的连接点和基准电位（零电位）间配置电容器1105和二极管1106，在电阻1202与1203的连接点和基准电位（零电位）间配置电容器1205和二极管1206。另外，驱动运算放大电路1101、1201的电源的负侧，使用基准电位（零电位）。

将运算放大电路1101、1201的输出分别输入到电阻1302、1304，使由电阻1302、1303、1304、1305和运算放大电路1301构成的差动电路进行动作。而且，提取运算放大电路1101、1201的输出的差，并得到（带着）运算放大电路1301的输出，作为电流检测结果输入到控制电路1010。

控制电路1010用微机等来实现，根据所检测的电流的流过不足，调节半导体开关1006进行通断的比率，作为结果而调节输入电流。另外，控制电路1010还可以对变换器1009进行控制。

下面，对于如上所述构成的电力转换装置说明其动作和作用。

当驱动作为负载的电动机1002时，电流从交流电源1001流出，在分流电阻1005产生电位差。流经分流电阻1005的电流的方向变为朝向图面从右向左的方向，因此平滑电容器1008侧的电位为基准电位（零电位），二极管电桥1003侧的电位变为更低的电位。设平滑电容器1008侧的电阻电位为V0、基准电压源1150的电位为Vref、电阻1102、1103、1104各电阻的值为R1102、R1103、R1104时，运算放大电路1101的输出电压Vo＿1由下述的式子来表示。

Vo＿1＝

｛（R1102＋R1103＋R1104）／（R1102＋R1103）｝Vref

－｛R1104／（R1102＋R1103）｝V1

（式1）

同样地，设二极管电桥侧的电位为V2、基准电压源1150的电位为Vref、电阻1202、1203、1204各电阻的值为R1202、R1203、R1204时，运算放大电路1201的输出电压Vo＿2用下述式子来表示。

Vo＿2＝

｛（R1202＋R1203＋R1204）／（R1202＋R1203）｝Vref

－｛R1204／（R1202＋R1203）｝V2

（式2）

在此，Vref为正的值，V1大致为零，V2为负值，所以Vo＿1、Vo＿2都为比Vref高的正值。即，即使V1和V2的值因一些噪音而杂乱，输出也为正电位，运算放大电路1101、1201也会适当地进行动作。

接下来，对电容器1105的动作进行说明。通过连接电容器1105，在有产生于分流电阻1005的两端的急剧的噪音的情况下，会被电阻1102、1103和电容器1105吸收。由于在电容器1105的端子上吸收了急剧的成分，因此急剧成分也会从电阻1103、1104和运算放大电路1101的电路输出开始衰减。即，即使超过运算放大电路1101频带的噪音成分也能够使其衰减。电容器1205的动作也一样。考虑到对半导体开关1006的反馈控制***的影响，该电容器1105的衰减频率优选设定为比半导体开关1006的通断控制的频率高。

接着，对二极管1106的动作进行说明。连接有二极管1106的端子的电位通常以成为正电位的方式进行设定，所以与运算放大电路1101的动作无关。然而，在平滑电容器1008因最初进行充电的情况等而流过过大电流的情况下，分流电阻1005的电位非常低。这时，超出运算放大电路1101的动作区域，有时运算放大电路1101的输入端子的电位变得比运算放大电路1101的电源即基准电位（零电位）更低，在这种情况下，运算放大电路1101有可能会被破坏。因此，对运算放大电路1101需要选择输入电压范围比电源电压宽的电路等。但是，通过设置二极管1106，以不变为基准电位（零电位）以下的方式进行动作，由此运算放大电路1101能够使用输入电压范围为电源电压范围内的廉价的电路。

这样设计，即使运算放大电路1101、1201的输出重叠有噪音的情况下，也能够进行线形动作，由此通过（将其输出）输入由电阻1302、1303、1304、1305和运算放大器1301构成的差动电路，就能够检测噪音成分被抵消的输入电流。

这些电路能够共用所有使其动作的电源的负侧，由此电源电路能够简化。另外，驱动变换器1009的控制也由相同的控制电路1010进行，由此能够容易地实现响应负载状况的精确的电力转换控制。

（实施方式2）

图2是本发明第二实施方式的电力转换装置的电路框图。在图2中，基本的动作等与第一实施方式是一样的，仅说明其差异。

第一差异是在运算放大电路1101、1201的负反馈***中，与电阻1104、1204并联地设有电容器1107、1207。通过这样设计，能够进一步增加使运算放大电路1101、1201的反转·电平移位电路的高频成分衰减的特性。

第二差异是在运算放大电路1301的差动电路中，与电阻1301、1305并联地设有电容器。通过这样设计，在差动电路中能够使高频成分衰减。

即，通过追加第一差异和第二差异，能够去除混入使用了分流电阻1005的电流检测单元的各种噪音成分。因此，电源电流的控制精度提高，能够使送电***的负担减轻，提高电源的利用效率。

（实施方式3）

用图2说明本发明第三实施方式。基本的动作与第一、二实施方式相同，因此省略。

在图2中，反转·电平移位电路1101的输出电压用（式1）来表示，相对于输入电压的增益Av＿1用下述式子来表示。

Av＿1＝R1104／（R1102＋R1103）

（式3）

同样地，反转·电平移位电路1201的输出电压用（式2）来表示，相对于输入电压的增益Av＿2用下述式子来表示。

Av＿2＝R1204／（R1202＋R1203）

（式4）

根据式1、2，反转·电平移位电路的输出与各个电路的增益有关。电流检测用的电阻两端的电位杂乱时，如果增益较大，则反转·电平移位电路的输出就会大幅变化。即，电阻两端的电位的杂乱也会被电路的增益扩大。小的电位的杂乱被电路的增益扩大，反转·电平移位电路的输出有可能超出电路的线性动作范围，该情况下，在差动放大电路中，不能抵消杂乱成分，电流检测单元整体的耐噪音性恶化。

另一方面，差动放大电路因不易受进入两个输入的相同的噪音影响，所以能够增大电路增益。

因此，通过以反转·电平移位电路的增益比差动电路的增益小的方式，设定反转·电平移位电路和差动电路的电路常数，能够确保电流检测单元需要的总增益，且能够确保电流检测单元整体的噪音容限。

工业上的可利用性

如以上所述，本发明的电力转换装置能够提高电源的利用效率，因此，能够适用于例如通过利用压缩机对冷却剂进行压缩而构成热泵，进行制冷、供暖或食品等的冷冻、冷藏的装置。

符号说明

1001  交流电源

1005  分流电阻

1008  平滑电容器

1102、1103、1104、1202、1203、

1204、1302、1303、1304、1305：电阻

1101.1201、1301  运算放大电路

1010  控制电路

1105、1107、1205、1207、1306、1307  电容器

1106、1206  二极管

1150  基准电压源

Claims (11)

1.一种电力转换装置，其具备对交流电源进行整流的整流二极管电桥和电源功率因数改善用的半导体开关电路，将所述交流电源转换为直流而对直流负载进行驱动，或者将该直流进一步转换为任意的频率和振幅的模拟交流而对交流负载进行驱动，所述电力转换装置的特征在于：

在所述整流二极管电桥的负侧的输出端子和所述半导体开关电路之间***电阻，

将所述电阻的两端分别与进行反转和电平移位的反转·电平移位电路连接，通过将各反转·电平移位电路的输出输入至差动电路，获取所述工作电路的输出作为电流检测信息，

使用所述电流检测信息，对所述半导体开关电路进行通断控制。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

成为所述反转·电平移位电路的基准的电平电位，为比转换为直流负载输出或者转换为任意的频率和振幅的模拟交流的电路单元中的最低电位高的电位。

3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：

将所述反转·电平移位电路的输入侧的电阻串联地分割成两个，在两个电阻的结合点和电路的控制电源的负侧的端子之间连接有电容器。

4.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：

由根据所述分割而成的两个电阻的并联值和电容器的电容值确定的时间常数决定的频率，比构成所述反转·电平移位电路的放大器的频带频率低。

5.如权利要求3或4所述的电力转换装置，其特征在于：

根据所述分割而成的两个电阻的并联值和电容器的电容值决定的时间常数，比对所述半导体开关进行通断控制的周期小。

6.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于：

所述时间常数与对所述半导体开关进行通断控制的周期相比，为六分之一至二十分之一。

7.如权利要求1～6中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述反转·电平移位电路和所述差动电路中的至少一个电路，具有使比对所述半导体开关进行通断控制的频率高的频率成分衰减的特性。

8.如权利要求1～7中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

将所述反转·电平移位电路的输入侧的电阻串联地分割成两个，在两个电阻的结合点和电路的控制电源的负侧的端子之间以电流朝向结合点流动的方式连接有二极管。

9.如权利要求1～8中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

用于使所述反转·电平移位电路和所述差动电路动作的电源，由具有直流负载驱动的控制电路或对转换为任意的频率和振幅的模拟交流的电路单元进行控制的电路的最低电位和比其高的电位的直流电源构成。

10.如权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：

使以下电位相同：用于使所述反转·电平移位电路和所述差动电路动作的直流电源的负侧的电位、使进行交流电源的电流的高次谐波成分的减少或功率因数改善的控制的装置进行动作控制的直流电源的负侧的电位、使直流负载的控制电路或转换为任意的频率和振幅的模拟交流的电路单元进行动作控制的直流电源的负侧的电位。

11.如权利要求1～10中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

以所述反转·电平移位电路的增益比所述差动电路的增益小的方式，设定所述反转·电平移位电路和差动电路的电路常数。

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