JP2008067518A - インバータ装置及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電圧の検出遅延を低減することのできるインバータ装置及び空気調和機を提供することを目的とする。
【解決手段】インバータ回路５と、インバータ回路５に入力される直流電圧Ｖｉｎを監視し、該直流電圧Ｖｉｎの瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に、瞬時停電を検知する第１のマイクロコンピュータ２０とを備え、第１のマイクロコンピュータ２０とインバータ回路５とが共通のグラウンドに接続されているインバータ装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、空気調和機等に用いられるインバータ装置に関するものである。

従来、直流電力を交流電力に変換して負荷などに出力するインバータ装置において、入力直流電圧を所定の時定数のフィルタに通し、このフィルタ通過後の値と該入力直流電圧の瞬時値との差が所定値以上となった場合に、瞬時停電を検知する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２５３６７３号公報

しかしながら、通常、上述のような直流電圧を検出する際には、フォトカプラなどを介し、絶縁した状態で電圧を検出することが行われていたため、フォトカプラによる検出遅延が発生し、リアルタイムで直流電圧を検出することができないという問題があった。
また、上述した従来のインバータ装置では、インバータ装置の使用状態等に応じて瞬時停電の検知タイミングを変更できないという問題があった。
特に、空気調和機においては、上記問題により、動作停止の前に電源復帰となるタイミングでは、電子部品破損や動作不安定となることが懸念される。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、直流電圧の検出遅延の低減を図ることのできるインバータ装置及び空気調和機を提供することを目的とする。
本発明は、使用状態に応じて瞬時停電の検知タイミングを調整することのできるインバータ装置及び空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、インバータ手段と、前記インバータ手段に入力される直流電圧を監視し、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に、瞬時停電を検知するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータと前記インバータ手段とが共通のグラウンドに接続されているインバータ装置を提供する。

このような構成によれば、インバータ手段に入力される直流電圧は、マイクロコンピュータにより監視されており、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に瞬時停電が検知されることとなる。この場合において、マイクロコンピュータとインバータ手段とは、共通のグラウンドに接続されているので、フォトカプラなどを介在させずに、インバータ手段に入力される直流電圧を直接的にマイクロコンピュータにおいて検出することが可能となる。

本発明は、インバータ手段と、前記インバータ手段に入力される直流電圧を監視し、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に、瞬時停電を検知する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記直流電圧が入力されるローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタの出力値を前記平均値として用いるとともに、前記インバータ手段から出力される電流値に応じて、前記ローパスフィルタの時定数を変更するインバータ装置を提供する。

このような構成によれば、インバータ手段に入力される直流電圧は、制御手段により監視され、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に瞬時停電が検知されることとなる。この場合において、ローパスフィルタを通過した該直流電圧が直流電圧の平均値として用いられるので、簡素な構成により直流電圧の平均値を求めることが可能となる。更に、このローパスフィルタの時定数がインバータ手段から出力される電流値に応じて変更されることとなるので、インバータ手段の使用状況に応じたタイミングで瞬時停電を検知することができる。これにより、空気調和機が動作不安定に陥る前に運転を停止することができ、電子部品または空気調和機のシステムを保護することが可能となる。
上記ローパスフィルタは、抵抗とコンデンサ等を組み合わせた回路のようにハードウェア的に実現されるものでも良いし、マイクロコンピュータの演算等のようにソフトウェア的に実現されるものでも良い。

本発明によれば、インバータ手段と、前記インバータ手段に入力される直流電圧を監視し、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に、瞬時停電を検知する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記直流電圧が入力されるローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタの出力値を前記平均値として用いるとともに、ブレーカの状態に応じて、前記ローパスフィルタの時定数を変更するインバータ装置を提供する。

このような構成によれば、インバータ手段に入力される直流電圧は、制御手段により監視され、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に瞬時停電が検知されることとなる。この場合において、ローパスフィルタを通過した該直流電圧が直流電圧の平均値として用いられるので、簡素な構成により直流電圧の平均値を求めることが可能となる。更に、このローパスフィルタの時定数がブレーカの状態に応じて変更されることとなるので、瞬時停電が実際に発生している場合といない場合とで、検知タイミングを異ならせることができる。また、電源事情を制限することなく、空気調和機のシステム保護がなされ、部品破損の懸念を払拭することが可能となる。

本発明のインバータ装置は、空気調和機に使用されるのに好適なものである。
また、上記各種構成は、可能な範囲で組み合わせて利用することができるものである。

本発明によれば、直流電圧の検出遅延を低減することができるという効果を奏する。
本発明によれば、インバータ装置の使用状態、空気調和機の運転状況に応じて、瞬時停電の検知タイミングを調整することができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係るインバータ装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るインバータ装置の概略構成を示した回路ブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係るインバータ装置１は、交流電源２、交流電源２から出力された交流電力を直流電力に変換する整流回路３、整流回路３から出力された直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換するとともに、力率改善を行うアクティブフィルタ回路４、及びアクティブフィルタ回路４から出力された直流電力を交流電力に変換して負荷６に出力するインバータ回路５を主な構成として備えている。

交流電源２と整流回路３との間には、ノイズ成分を除去するためのノイズフィルタ７が設けられている。また、整流回路３とアクティブフィルタ回路４との間の電源線Ｌ１には、リレー８が介挿されている。このリレー８には、抵抗９が並列的に接続されている。リレー８とアクティブフィルタ回路４との間の電源線Ｌ１には、リアクタ１０が介挿されている。また、アクティブフィルタ回路４とインバータ回路５との間には、コンデンサ１１が並列的に接続されている。具体的には、アクティブフィルタ回路４とインバータ回路５との間の電源線Ｌ１には、コンデンサ１１のプラス側が、アクティブフィルタ回路４とインバータ回路５との間のグラウンド線Ｌ２には、コンデンサ１１のマイナス側が接続されている。

アクティブフィルタ回路４は、例えば、スイッチング回路１２とダイオード１３とを備えて構成されている。スイッチング回路１２は、コンデンサ１１に並列に接続されている。つまり、スイッチング回路１２の一端が電源線Ｌ１に接続され、他端がグラウンド線Ｌ２に接続されている。スイッチング回路１２は、例えば、ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を備えている。ダイオード１３は、スイッチング回路１２とコンデンサ１１との間の電源線Ｌ１に介挿されている。電源線Ｌ１において、ダイオード１３のアノード端子は、スイッチング回路１２側に接続され、ダイオード１３のカソード端子は、コンデンサ１１側に接続されている。

上記アクティブフィルタ回路４、並びに、上述のリアクタ１０及びコンデンサ１１は、昇圧チョッパとして機能する。具体的には、スイッチング回路１２がオン状態にある場合には、電源線Ｌ１を流れる直流電流がリアクタ１０、スイッチング回路１２を介してグラウンド線Ｌ２に流れることにより、リアクタ１０にエネルギーが蓄えられる。この状態において、スイッチング回路１２がオフ状態になると、リアクタ１０に蓄えられたエネルギーが電流としてダイオード１３を介してコンデンサ１１に流れることとなる。このようにして、スイッチング回路１２がオン、オフを所定のデューティ比で繰り返すことにより、コンデンサ１１の両端電圧を所望の電圧値、つまり、インバータ回路５の入力電圧を制御することが可能となる。また、アクティブフィルタ回路４は、上記電圧制御を行うとともに、力率制御の機能も備えている。

また、インバータ装置１は、上記インバータ回路５を制御する第１のマイクロコンピュータ（制御手段）２０を備えている。第１のマイクロコンピュータ（以下「第１のマイコン」という。）２０は、交流電源２の瞬時停電等を検知する瞬時停電検知機能等を備えている。第１のマイコン２０のグランド（ＧＮＤ）端子は、インバータ回路５のグラウンド線Ｌ２に接続されている。つまり、第１のマイコン２０とインバータ回路５等は共通のグラウンドに接続されている。また、第１のマイコン２０の一の入力端子には、アクティブフィルタ回路４とインバータ回路５との間の電源線Ｌ１が間接的に接続されている。具体的には、電源線Ｌ２の電圧が分圧回路（図示せず）により分圧されて、第１のマイコン２０の許容電圧範囲内とされた後、該一の入力端子に入力されるようになっている。これにより、第１のマイコン２０において、インバータ回路５に入力される直流電圧Ｖｉｎをフォトカプラなどの絶縁素子を介さずに、直接的に検出することができるようになっている。
また、上記インバータ回路５の出力側には、インバータ回路５の出力電流Ｉｏｕｔ、換言すると、負荷６に流入する電流Ｉｏｕｔを検出する電流センサ１４が設けられており、この電流センサ１４の検出値が第１のマイコン２０の他の入力端子に入力されるようになっている。

また、第１のマイコン２０は、フォトカプラ２２を介して第２のマイクロコンピュータ（以下、「第２のマイコン」という）２１に接続されている。これにより、第１のマイコン２０と第２のマイコン２１とは、絶縁された状態で、情報の授受が可能となっている。
第２のマイコン２１は、例えば、上述したアクティブフィルタ回路４等を制御するものである。

このような構成を備えるインバータ装置１において、上記インバータ回路５が第１のマイコン２０により駆動され、また、アクティブフィルタ回路４が第２のマイコン２１により駆動される。
交流電源２からの交流電力は、ノイズフィルタ７によってノイズ成分が除去された後に、整流回路３により直流電力に変換され、リレー８、リアクタ１０を介してアクティブフィルタ回路４に入力される。アクティブフィルタ回路４の作用により、アクティブフィルタ回路４に入力された直流電力は、所定の電圧値、且つ、所定の力率に変換されて、インバータ回路５に入力される。インバータ回路５において、該直流電力は、所望の周波数、且つ、所定の電流値の交流電力に変換され、モータ等の負荷６に供給される。
その一方で、インバータ回路５に入力される直流電圧Ｖｉｎ（以下、単に「直流電圧Ｖｉｎ」という。）及びインバータ回路５の出力電流Ｉｏｕｔ（以下、単に「出力電流Ｉｏｕｔ」という。）は、第１のマイコン２０によって監視されており、これらの値に基づいて、交流電源２の瞬時停電等が検知される。

以下、本実施形態に係る第１のマイコン２０により実現される瞬時停電検知機能について説明する。
図２は、第１のマイコン２０の機能ブロック図を示した図である。
第１のマイコン２０は、直流電圧Ｖｉｎの瞬時値を検出する電圧検出部３１、直流電圧Ｖｉｎの平均値を得るために設けられたローパスフィルタ３２、電圧検出部３１により検出された直流電圧Ｖｉｎの瞬時値とローパスフィルタ３２の出力値、換言すると、直流電圧Ｖｉｎの平均値との差分が所定の閾値ΔＶ以上となった場合に瞬時停電を検知する瞬時停電検知部３３、出力電流Ｉｏｕｔに応じて、ローパスフィルタ３２の時定数τ及び瞬時停電検知部３３により用いられる閾値ΔＶを切り替える条件切替部３４、インバータ回路５を制御するインバータ制御部３５、第２のマイコン２１に信号を出力する信号出力部３６、及びリレー８を制御するリレー制御部３７等を備えている。

上記条件切替部３４は、出力電流Ｉｏｕｔと時定数τと閾値ΔＶとが対応付けられた条件設定テーブルを備えている。図３に、条件切替部３４が保有している条件設定テーブルの一例を示す。本実施形態では、インバータ回路５の出力電流Ｉｏｕｔが所定の閾値Ｉｒｅｆ（例えば、５００ｍＡ）未満の場合には、ローパスフィルタ３２の時定数τが３０ｓｅｃ、上記瞬時停電検知部３３により用いられる閾値ΔＶが７０Ｖに設定され、該出力電流Ｉｏｕｔが所定の閾値Ｉｒｅｆ以上の場合には、時定数τが０．１ｓｅｃ、閾値ΔＶが５０Ｖに設定されるようになっている。なお、これらの具体的な値は一例であり、インバータ装置１の使用状況に応じて適宜設定できるものとする。また、時定数τ及び閾値ΔＶは、２段階ではなく、多段階に設定されていても良い。

リレー制御部３７は、それぞれ異なる時間Ｔｄ１、Ｔｄ２、Ｔｄ３（ここで、Ｔｄ１＜Ｔｄ２＜Ｔｄ３とする）を計時する３つのタイマ（図示略）を保有している。このタイマの駆動タイミングについては、後述する。

このような第１のマイコン２０において、インバータ装置１の運転中に、瞬時停電が発生した場合について図４を参照して説明する。ここでは、ローパスフィルタ３２の時定数τは０．１ｓｅｃに、瞬時停電検知部３３により用いられる閾値ΔＶは５０Ｖに設定されていることとする。

例えば、図４の時刻Ｔ１において、瞬時停電が発生すると（図４のＡ参照）、電圧検出部３１により検出される直流電圧Ｖｉｎの瞬時値は徐々に降下し（図４のＢ参照）、これに伴い、ローパスフィルタ３２の出力も徐々に低下する（図４のＣ参照）。そして、図４の時刻Ｔ２において、直流電圧Ｖｉｎの瞬時値とローパスフィルタ３２の出力値との差分が閾値ΔＶ（＝５０Ｖ）以上になると、瞬時停電検知部３３は、瞬時停電を検知し、その旨を示す報知信号をインバータ制御部３５、信号出力部３６、及びリレー制御部３７に出力する。

インバータ制御部３５は、報知信号が入力されると、インバータ回路５を速やかに停止させる（図４のＤ参照）。信号出力部３６は、報知信号が入力されると、この報知信号をフォトカプラ２２（図１参照）を介して第２のマイコン２１へ出力する。第２のマイコン２１は、この報知信号が入力されると、所定時間Ｔｄ１経過後に、アクティブフィルタ回路４を停止させる（図４のＥ参照）。
リレー制御部３７は、報知信号が入力されると、その入力から所定時間Ｔｄ１経過後にリレー８をオフするとともに（図４のＦ参照）、所定時間Ｔｄ３を計時するタイマを起動させる（図４のＨ参照）。

続いて、図４の時刻Ｔ３において、瞬時停電が解消すると（図４のＡ参照）、電圧検出部３１により検出される直流電圧Ｖｉｎの瞬時値は徐々に上昇する（図４のＢ参照）。そして、図４の時刻Ｔ４において、直流電圧Ｖｉｎの瞬時値が、先ほど瞬時停電が検知されたときの瞬時値Ｖｒｅｆ以上となると、リレー制御部３７は、所定時間Ｔｄ２を計時するタイマを起動させる（図４のＧ参照）。その後、時刻Ｔ５において、いずれかのタイマがカウントアップすると、リレー制御部３７は、リレー８を強制的にオンさせる（図４のＦ参照）。なお、本実施形態では、所定時間Ｔｄ２を計時するタイマがカウントアップした場合を示している。このようにしてリレー８がオンされたことを検知すると、上述したインバータ制御部３５によるインバータ回路５の駆動が再開されるとともに、第２のマイコン２１によるアクティブフィルタ回路４の駆動が再開されることとなる（図示略）。

次に、インバータ装置１の運転停止時において、ユーザによって主電源のスイッチがオンされた後に、すぐにオフされ、再度オンされた場合における第１のマイコン２０の制御内容について図５を参照して説明する。
なお、この場合には、インバータ装置１は運転を開始していないので、インバータ回路５の出力電流Ｉｏｕｔは０となる。従って、ローパスフィルタ３２の時定数τは３０ｓｅｃに、瞬時停電検知部３３により用いられる閾値ΔＶは７０Ｖに設定されている（図３参照）。

まず、図５の時刻Ｔ１において、主電源がオンされると（図５のＡ参照）、電圧検出部３１により検出される直流電圧Ｖｉｎの瞬時値は急上昇し（図５のＢ参照）、これに伴い、ローパスフィルタ３２の出力も徐々に増加する（図５のＣ参照）。そして、図５の時刻Ｔ２において、ローパスフィルタ３２の出力値が予め設定されている始動閾値以上となると、リレー制御部３５は、所定時間Ｔｄ３を計時するタイマを起動させ、時刻Ｔ３において、このタイマがカウントアップすると、リレー８をオンさせる（図５のＤ参照）。

続いて、図５の時刻Ｔ４において、主電源がオフされると（図５のＡ参照）、電圧検出部３１により検出される直流電圧Ｖｉｎの瞬時値は徐々に降下し（図５のＢ参照）、これに伴い、ローパスフィルタ３２の出力も徐々に低下する（図５のＣ参照）。
そして、時刻Ｔ５において、直流電圧Ｖｉｎの瞬時値とローパスフィルタ３２の出力値との差分が閾値ΔＶ（＝７０Ｖ）以上になると、瞬時停電検知部３３は、瞬時停電を検知し、その旨を示す報知信号をリレー制御部３７に出力する。

リレー制御部３７は、報知信号が入力されると、その入力から所定時間Ｔｄ１経過後にリレー８をオフするとともに（図５のＤ参照）、所定時間Ｔｄ３を計時するタイマを起動させる（図示略）。

続いて、図５の時刻Ｔ６において、主電源が再度オンされると（図５のＡ参照）、電圧検出部３１により検出される直流電圧Ｖｉｎの瞬時値は徐々に上昇する（図５のＢ参照）。そして、時刻Ｔ７において、直流電圧Ｖｉｎの瞬時値が、先ほど瞬時停電が検知されたときの瞬時値Ｖｒｅｆ以上となると、リレー制御部３７は、所定時間Ｔｄ２を計時するタイマを起動させる（図５のＥ参照）。その後、時刻Ｔ７において、いずれかのタイマがカウントアップすると、リレー制御部３７は、リレー８を強制的にオンさせる（図５のＤ参照）。なお、図５では、所定時間Ｔ２を計時するタイマがカウントアップした場合について示している。

このようにしてリレー８がオンされたことを検知すると、上述したインバータ制御部３５によるインバータ回路５の駆動が開始されるとともに、第２のマイコン２１によるアクティブフィルタ回路４の駆動が開始されることとなる（図示略）。

以上説明してきたように、本実施形態に係るインバータ装置１によれば、インバータ回路５に入力される直流電圧Ｖｉｎは、第１のマイコン２０により監視されており、該直流電圧Ｖｉｎの瞬時値と平均値との差分が所定の閾値ΔＶ以上となった場合に、瞬時停電が検知されることとなる。この場合において、第１のマイコン２０とインバータ回路５とは、共通のグラウンドに接続されているので、フォトカプラなどを介在させずに、インバータ回路５に入力される直流電圧Ｖｉｎを直接的に第１のマイコン２０において検出することが可能となる。これにより、直流電圧の検出遅延の低減を図ることができる。

また、本実施形態に係るインバータ装置１によれば、ローパスフィルタ３２の出力が直流電圧Ｖｉｎの平均値として用いられるので、簡素な構成により直流電圧Ｖｉｎの平均値を求めることが可能となる。更に、このローパスフィルタ３２の時定数τがインバータ回路５から出力される電流値Ｉｏｕｔに応じて変更されることとなるので、インバータ回路５の使用状況、空気調和機の運転状況等に応じて瞬時停電の検知タイミングを調整することができる。これにより、空気調和機が動作不安定に陥る前に運転を停止することが可能となり、電子部品または空気調和機のシステムを保護することができる。更に、電源事情を制限することなく、空気調和機のシステム保護がなされ、部品破損の懸念を払拭することができる。

なお、本実施形態では、インバータ回路５の出力電流Ｉｏｕｔに応じて、ローパスフィルタ３２の時定数τ及び瞬時停電検知部３３により用いられる閾値ΔＶを変更することとしたが、これに代えて、ブレーカの状態、つまり、ブレーカが落ちている状態にあるか否かにより、上記時定数τと閾値ΔＶとを変更させることとしても良い。このように、ブレーカの状態に応じて時定数τと閾値ΔＶとを変更させることにより、瞬時停電が実際に発生している場合といない場合とで、検知タイミングを異ならせることができる。

また、本実施形態においては、時定数τと閾値ΔＶとの両方を変更することとしたが、何れか一方を変更することとしても良い。

本発明に係るインバータ装置は、例えば、空気調和機の電源装置に利用されるのに好適なものであるが、空気調和機以外の電源装置にも当然に適用可能である。
また、本実施形態では、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理を前提として上述の説明を行ったが、マイクロコンピュータに代えて、電子回路などのハードウェアを用いることとしても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係るインバータ装置の概略構成を示した電気回路図である。 図１に示した第１のマイクロコンピュータの機能ブロック図である。 条件切替部が保有する条件設定テーブルの一例を示した図である。 瞬時停電が発生した場合における第１のマイクロコンピュータの制御の内容を示したタイミングチャートである。 ユーザにより主電源のオンオフが繰り返された場合における第１のマイクロコンピュータの制御の内容を示したタイミングチャートである。

符号の説明

１ インバータ装置
２ 交流電源
３ 整流回路
４ アクティブフィルタ回路
５ インバータ回路
８ リレー
１４ 電流センサ
２０ 第１のマイクロコンピュータ
３１ 電圧検出部
３２ ローパスフィルタ
３３ 瞬時停電検知部
３４ 条件切替部
３５ インバータ制御部
３６ 信号出力部
３７ リレー制御部

Claims (4)

1. インバータ手段と、
   前記インバータ手段に入力される直流電圧を監視し、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に、瞬時停電を検知するマイクロコンピュータと
   を備え、
   前記マイクロコンピュータと前記インバータ手段とが共通のグラウンドに接続されているインバータ装置。
2. インバータ手段と、
   前記インバータ手段に入力される直流電圧を監視し、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に、瞬時停電を検知する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記直流電圧が入力されるローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタの出力値を前記平均値として用いるとともに、前記インバータ手段から出力される電流値に応じて、前記ローパスフィルタの時定数を変更するインバータ装置。
3. インバータ手段と、
   前記インバータ手段に入力される直流電圧を監視し、該直流電圧の瞬時値と平均値との差分が所定の閾値以上となった場合に、瞬時停電を検知する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記直流電圧が入力されるローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタの出力値を前記平均値として用いるとともに、ブレーカの状態に応じて、前記ローパスフィルタの時定数を変更するインバータ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のインバータ装置を備える空気調和機。

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