JP2011239547A - 基準回路モジュール、三相インバータ回路、整流回路、ｐａｍ回路、一石型ｐａｍ回路、ハーフブリッジ／インターリーブ回路、および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータ回路や整流回路等を構成するための共通回路モジュール、特に高効率で小型の回路モジュールを得ることを目的とする。
【解決手段】 基準回路モジュール１２が、直列に接続された上アームスイッチ部１４Ｕａ、１４Ｖａ、１４Ｗａ、および下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂ、１４Ｗｂと、上アームスイッチ部と下アームスイッチ部との間に設けられた入力または出力のための端子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗとを備えたアーム１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗを備え、上アームスイッチ部および下アームスイッチ部のそれぞれはスイッチング素子Ｑ１〜６またはダイオードＤ１〜６を備え、スイッチング素子またはダイオードはワイドギャップ半導体からなることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、インバータを用いた空気調和装置に関する。

圧縮機をインバータ制御する装置は、整流回路、力率改善回路、インバータ回路等を備えており、例えば、特許文献１には、整流回路部が交流電源を整流し、整流された電源の力率改善を高力率コンバータ回路部が行い、高力率コンバータ回路部で生成された電圧を平滑コンデンサが平滑し、インバータ回路部が、平滑された直流電源を三相交流に変換して圧縮機のモータを駆動するモータ制御装置が開示されている。また、特許文献１には、小型化や低ノイズ化を目指し、整流回路部、インバータ回路部のそれぞれを１パッケージ化したり、整流回路部と高力率コンバータ回路部とインバータ回路部とを１パッケージ化したりする技術が開示されている（０００８、０００９、００３２、００３３欄等）。

同様に、特許文献２においても、高力率コンバータ部と平滑コンデンサとインバータ回路部とをモジュール化する旨が記載されている（００１１、００１９欄等）。

特開２００２−２９１２６０（図１） 特開２００２−２３３１６５（図４）

しかし、従来の整流回路部、コンバータ回路部、インバータ回路部には、各回路を構成するダイオードやスイッチング素子に通常のシリコン素子が用いられていた。
このとき、整流回路部において、電圧降下が大きく、それに伴いダイオードの定常損失が増大し、コンバータ部分の効率を低下させる要因となっていた。
また、整流回路部やインバータ回路部におけるダイオードの定常損失の増大により温度上昇が発生するにも関わらず、シリコンを用いたダイオードの使用温度限界は１５０度程度と低いため、温度上昇が発生しないような運転を行ったり、温度上昇を防止するためにダイオードに放熱部品を取り付けたりする必要があった。また、放熱部品を取り付ける場合においても、放熱部品を含むインバータ制御装置が大きくなったり、放熱部品の冷却のために放熱部品を風路に位置するような構成にする必要が発生するなど、空気調和装置の大きさや空気調和装置内の部品配置に制約が生ずる問題もあった。

また、一般的に、半導体素子においては、物性上チップの単位面積あたりに流すことができる電流量が決まっており、ダイオードやスイッチング素子のチップサイズを小さくするにも限界があり、上記のように放熱部品を取り付ける必要があることから、インバータ制御部を小型集積化することが困難であった。

この発明は、上記のような問題を解決するためのものであり、インバータ回路や整流回路等を構成するための共通回路モジュール、特に高効率で小型の回路モジュールを得ることを目的とする。

この発明に係る基準回路モジュールは、直列に接続された上アームスイッチ部および下アームスイッチ部と、上アームスイッチ部と下アームスイッチ部との間に設けられた入力または出力のための端子と、を備えたアームを３つ備え、上アームスイッチ部および下アームスイッチ部のそれぞれは、スイッチング素子またはダイオードを備え、スイッチング素子またはダイオードはワイドギャップ半導体からなることを特徴とする。

この発明によれば、基準回路モジュールが、直列に接続された上アームスイッチ部および下アームスイッチ部と、上アームスイッチ部と下アームスイッチ部との間に設けられた入力または出力のための端子と、を備えたアームを３つ備え、上アームスイッチ部および下アームスイッチ部のそれぞれは、スイッチング素子またはダイオードを備え、さらにスイッチング素子またはダイオードはワイドギャップ半導体からなるため、スイッチング損失が少なく、高温で動作する上発熱量が少なくなり、高効率かつ小型集積した基準回路モジュールを得ることができる。
また、基準回路モジュールにおいて実装する部品を選択することにより、インバータ回路、整流回路、コンバータ回路等を実現できるため、ひとつのインバータ制御装置をひとつの共通化したモジュールで構成することができる。

実施の形態１に係るモータ制御部の回路ブロック図である。 図１におけるモータ制御部を構成するインバータ回路５である。 実施の形態２に係るインバータ回路である。 実施の形態３に係るインバータ回路である。 実施の形態４に係る整流回路３である。 実施の形態５に係る簡易ＰＡＭコンバータである。 実施の形態６に係る一石型ＰＡＭ回路である。 実施の形態７に係るハーフブリッジ／インターリーブ回路である。 実施の形態１−７に係る基準回路モジュール１２の他の形態である。 実施の形態１−７に係る基準回路モジュール１２の他の形態である。

ここでは、本発明に係るインバータ制御装置の一例として、空気調和装置を構成する圧縮機のモータを制御するためのモータ制御部について説明する。空気調和装置は室内機と室外機とを有し、これらの室内機や室外機は、冷媒回路を構成する熱交換器や圧縮機や膨張弁等を有し、この冷媒回路内を冷媒が循環する。また、室外機では、圧縮機が冷媒を圧縮する。この圧縮機のモータの回転をモータ制御部が制御している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るモータ制御部の回路ブロック図である。
モータ制御部は、モータ１に接続しており、交流電源２に接続して交流を直流に変換する整流回路３、整流回路３と母線４ａおよび４ｂで接続して直流から三相交流に変換し、モータ１の入力端子（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に接続してモータ１を駆動するインバータ回路５を備える。
また、整流回路３とインバータ回路５との間には、リアクトル６、ダイオード７、および母線４ａと４ｂとの間に配置されたスイッチング素子８からなる高力率コンバータ回路９を備えることで、電源力率改善を行っている。
また、高力率コンバータ回路９とインバータ回路５との間であって、母線４ａと４ｂとの間にコンデンサ１０を設けることで、高力率コンバータ部９からの電圧を平滑化している。
また、制御部１１が、インバータ回路５を構成するスイッチング素子（図示せず）に回線１１ａを介して接続するとともに、高力率コンバータ回路９を構成するスイッチング素子８に回線１１ｂを介して接続し、スイッチング素子のスイッチング制御を行っている。

図２は、図１におけるモータ制御部を構成するインバータ回路５であり、特に破線で囲まれた部分は基準回路モジュール１２である。
インバータ回路５は、基板上に基準回路モジュール１２が搭載されるとともに、インバータ回路用に基板上で配線されたものである。
基準回路モジュール１２は、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、およびＷ相アーム１３Ｗを有し、Ｕ相アーム１３Ｕは、点線で囲まれた上アームスイッチ部１４Ｕａ、および点線で囲まれた下アームスイッチ部１４Ｕｂを有する。また、Ｕ相アーム１３Ｕと同様に、Ｖ相アーム１３ＶおよびＷ相アーム１３Ｗも、それぞれ、上アームスイッチ部１４Ｖａ、１４Ｗａ、および下アームスイッチ部１４Ｖｂ、１４Ｗｂを有する（点線、および符号による図示せず）。

上アームスイッチ部１４Ｕａ、１４Ｖａ、１４Ｗａ、および下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂ、１４Ｗｂは、それぞれ、並列接続されたスイッチング素子Ｑ１〜６とダイオードＤ１〜６とから構成されている。
ダイオードＤ１〜６には、半導体と金属を接合させてダイオード作用を行うショットキーバリアダイオードが使用され、スイッチング素子Ｑ１〜６およびダイオードＤ１〜６には、ワイドギャップ半導体であるＳｉＣにより構成されている。
なお、スイッチング素子Ｑ１〜６およびダイオードＤ１〜６には、ＳｉＣではなく、ワイドギャップ半導体の一つであるＧａＮを用いても良い。

また、Ｕ相アーム１３Ｕにおいて、上アームスイッチ部１４Ｕａと下アームスイッチ部１４Ｕｂとの間には端子１５Ｕが設けられ、この端子は、Ｕ相出力端子としてモータ１のＵ相入力端子に接続する。同様に、Ｖ相アーム１３ＶおよびＷ相アーム１３Ｗにおいても、端子１５Ｖおよび端子１５Ｗが、Ｖ相出力端子およびＷ相出力端子として、モータ１のＶ相入力端子、Ｗ相入力端子に接続する。

また、基準回路モジュール１２が搭載される基板上において、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、Ｗ相アーム１３Ｗの上アームスイッチ部１４Ｕａ、１４Ｖａ、１４Ｗａ側の端部１６Ｕａ、１６Ｖａ、１６Ｗａを母線４ａに接続し、下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂ、１４Ｗｂ側の端部１６Ｕｂ、１６Ｖｂ、１６Ｗｂ（図２における一点鎖線）を母線４ｂに接続する。これより、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、Ｗ相アーム１３Ｗが並列に接続することになる。

上記のように、基準回路モジュール１２を用い、基板上で任意の配線を行うことで、三相インバータ回路５を構成できる。
このようなインバータ回路は、インバータ駆動のために各スイッチング素子Ｑ１〜６がオンからオフに切り替わるときに非常に大きな逆回復電流が流れる。また、各スイッチング素子Ｑ１〜６には、２０Ａ以上の大きな電流が定常的に流れている。
しかし、このスイッチング素子Ｑ１〜６およびダイオードＤ１〜６にはワイドギャップ半導体であるＳｉＣが用いられているため、逆回復電流に関しては逆回復電流が従来のシリコンに比べて非常に少なく、逆回復時間が非常に短い。例えば、定格逆耐圧６００Ｖおよび定格順電流６ＡのＳｉＣショットキーバリアダイオードでは逆回復電荷は２０ｎｃ程度であり、通常のシリコンＰＮ接合ダイオードの逆回復電荷１５０〜１５００ｎｃに比べて著しく小さい。
これにより、スイッチング損失を大幅に小さくすることができ、また発熱を抑えることができるため、放熱部品が不要であるか小さな放熱部品の取り付けで十分となり、スイッチング素子Ｑ１〜６とダイオードＤ１〜６とをモジュール化した基準回路モジュール１２を構成することができる。また、モジュールの放熱も少ないため、基準回路モジュール１２、およびインバータ回路５部分の小型化も図ることができる。

また、オン抵抗については、ショットキーバリアダイオードで比較した場合、ＳｉＣを用いたダイオードＤ１〜６は、従来のシリコンの１／１００程度になり、スイッチング素子Ｑ１〜６に関しても、従来のシリコンを用いた場合の１／１０程度となる。このように、オン抵抗値も小さいため、大規模な放熱部品が不要となる。

また、スイッチング素子Ｑ１〜６にＳｉＣを用いた場合、電力密度が通常のシリコンに比べて約４倍となるため、同量の電力を扱う場合に半導体チップ面積が小さくすることができ、半導体素子そのものも小さくでき、基準回路モジュール１２、引いてはインバータ制御装置を小さくすることができる。

さらに、上アームスイッチ部、下アームスイッチ部を有するアーム１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗを有する基準回路モジュール１２を準備し、必要な箇所にスイッチング素子とダイオードとを設けるとともに、基準回路モジュール１２を搭載する基板上で配線を行うようにしたので、基準回路モジュール１２の小型化と共通化を図ることができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るインバータ回路である。この実施の形態２に係るインバータ回路は、実施の形態１に係る基準回路モジュール１２を２つ使用してインバータ回路を構成するものであり、実施の形態１と同じ構成については実施の形態１と同じ符号を用いるとともに、それらの構成、作用、効果等の説明を省略する。

図３では、第１の基準回路モジュール１２−１、第２の基準回路モジュール１２−２が並列に配置されている。
（新たなＵ相アーム）
まず、第１の基準回路モジュール１２−１のＵ相出力端子１５ＵとＶ相出力端子１５Ｖとを接続して新たなＵ相出力端子１５Ｕ−２としてモータ１のＵ相入力端子に接続する。また、制御部１１（図示せず）は、第１の基準回路モジュール１２−１におけるスイッチング素子Ｑ１とＱ２とを一纏めにして新たなＵ相アームの上アーム側とし、スイッチング素子Ｑ４とＱ５とを一纏めにして新たなＵ相アームの下アーム側として、それぞれのスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする。これにより、図３に点線で図示したように、第１の基準回路モジュール１２−１のＵ相アーム１３ＵとＶ相アーム１３Ｖとが、新たなＵ相アームとなる。

（新たなＶ相アーム）
また、第１の基準回路モジュール１２−１のＷ相出力端子１５Ｗと第２の基準回路モジュール１２−２のＵ相出力端子１５Ｕとを接続して新たなＶ相出力端子１５Ｖ−２としてモータ１のＶ相入力端子に接続する。また、制御部１１（図示せず）は、第１の基準回路モジュール１２−１におけるスイッチング素子Ｑ３と第２の基準回路モジュール１２−２におけるスイッチング素子Ｑ１とを一纏めにして新たなＶ相アームの上アーム側とし、第１の基準回路モジュール１２−１におけるスイッチング素子Ｑ６と第２の基準回路モジュール１２−２におけるスイッチング素子Ｑ４とを一纏めにして新たなＶ相アームの下アーム側として、それぞれのスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする。これにより、図３に点線で図示したように、第２の基準回路モジュール１２−１のＷ相アーム１３Ｗと第２の基準回路モジュール１２−２のＵ相アーム１３Ｕとが、新たなＶ相アームとなる。

（新たなＷ相アーム）
また、第２の基準回路モジュール１２−２のＶ相出力端子１５ＶとＷ相出力端子１５Ｗとを接続して新たなＷ相出力端子１５Ｗ−２としてモータ１のＷ相入力端子に接続する。また、制御部１１（図示せず）は、第２の基準回路モジュール１２−２におけるスイッチング素子Ｑ２とＱ３とを一纏めにして新たなＷ相アームの上アーム側とし、スイッチング素子Ｑ５とＱ６とを一纏めにして新たなＷ相アームの下アーム側として、それぞれのスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする。これにより、図３に点線で図示したように、第２の基準回路モジュール１２−２のＶ相アーム１３ＶとＷ相アーム１３Ｗとが、新たなＷ相アームとなる。

以上のように、この実施の形態２によれば、２つの基準回路モジュール１２−１、１２−２を並列接続し、基準回路モジュール１２−１、１２−２のＵ相出力端子、Ｖ相出力端子、Ｗ相出力端子を接続し直すとともに、制御部１１において、２つのスイッチング素子を一纏めにして制御することで、三相インバータ回路を実現することができる。
また、実施の形態１では１つの基準回路モジュール１２でインバータ回路５を構成していたところ、この実施の形態２では基準回路モジュール１２を２つ使用しているため、実施の形態１に記載のインバータ回路よりも大容量の電力を扱うことができる。
また、基準回路モジュール１２の構成は変えずに、同じ２つの基準回路モジュール１２−１、１２−２を並べて、基板上で一部の配線を変更するだけで大容量に対応したインバータ回路を実現することができ、使用する回路、つまり基準回路モジュールを共通化することで構成を簡素化することができる。
また、実施の形態１でも述べたように、スイッチング素子Ｑ１〜６、ダイオードＤ１〜６にワイドギャップ半導体を用いているため、スイッチング損失が少なく、放熱量も少ないので、基準回路モジュールを２つ用いてインバータ制御装置を動作させても発熱量が少なく、大きな放熱部品を使用することなく、大容量電力に対応することができる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係るインバータ回路である。この実施の形態３に係るインバータ回路は、実施の形態１に係る基準回路モジュール１２を３つ使用してインバータ回路を構成するものであり、実施の形態１と同じ構成については実施の形態１と同じ符号を用いるとともに、それらの構成、作用、効果等の説明を省略する。

図４では、第１の基準回路モジュール１２−１、第２の基準回路モジュール１２−２、第３の基準モジュール１２−３が並列に配置されている。
（新たなＵ相アーム）
まず、第１の基準回路モジュール１２−１のＵ相出力端子１５ＵとＶ相出力端子１５ＶとＷ相出力端子１５Ｗとを接続して新たなＵ相出力端子１５Ｕ−３としてモータ１のＵ相入力端子に接続する。また、制御部１１（図示せず）は、第１の基準回路モジュール１２−１におけるスイッチング素子Ｑ１とＱ２とＱ３とを一纏めにして新たなＵ相アームの上アーム側とし、スイッチング素子Ｑ４とＱ５とＱ６とを一纏めにして新たなＵ相アームの下アーム側として、それぞれのスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする。これにより、第１の基準回路モジュール１２−１全体が新たなＵ相アームとなる。

（新たなＶ相アーム）
また、第２の基準回路モジュール１２−２のＵ相出力端子１５ＵとＶ相出力端子１５ＶとＷ相出力端子１５Ｗとを接続して新たなＶ相出力端子１５Ｖ−３としてモータ１のＶ相入力端子に接続する。また、制御部１１（図示せず）は、第２の基準回路モジュール１２−２におけるスイッチング素子Ｑ１とＱ２とＱ３とを一纏めにして新たなＶ相アームの上アーム側とし、スイッチング素子Ｑ４とＱ５とＱ６とを一纏めにして新たなＶ相アームの下アーム側として、それぞれのスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする。これにより、第２の基準回路モジュール１２−３全体が新たなＶ相アームとなる。

（新たなＷ相アーム）
また、第３の基準回路モジュール１２−３のＵ相出力端子１５ＵとＶ相出力端子１５ＶとＷ相出力端子１５Ｗとを接続して新たなＷ相出力端子１５Ｗ−３としてモータ１のＷ相入力端子に接続する。また、制御部１１（図示せず）は、第３の基準回路モジュール１２−３におけるスイッチング素子Ｑ１とＱ２とＱ３とを一纏めにして新たなＷ相アームの上アーム側とし、スイッチング素子Ｑ４とＱ５とＱ６とを一纏めにして新たなＷ相アームの下アーム側として、それぞれのスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦする。これにより、第３の基準回路モジュール１２−３全体が新たなＷ相アームとなる。

以上のように、この実施の形態３によれば、３つの基準回路モジュール１２を並列接続し、基準回路モジュール１２−１、１２−２、１２−３のＵ相出力端子、Ｖ相出力端子、Ｗ相出力端子を接続し直すとともに、制御部１１において、３つのスイッチング素子を一纏めにして制御することで、三相インバータ回路を実現することができる。
また、実施の形態２では、２つの基準回路モジュール１２でインバータ回路５を構成していたところ、この実施の形態３では基準回路モジュール１２を３つ使用しているため、実施の形態２に記載のインバータ回路よりもさらに大容量の電力を扱うことができる。
また、基準回路モジュール１２の構成は変えずに、同じ３つの基準回路モジュール１２−１、１２−２、１２−３を並べて一部の配線を変更するだけで大容量に対応したインバータ回路を実現することができ、使用する回路を共通化することで構成を簡素化することができる。
また、実施の形態１でも述べたように、スイッチング素子Ｑ１〜６、ダイオードＤ１〜６にワイドギャップ半導体を用いられているため、スイッチング損失が少なく、放熱量も少ないので、基準回路モジュールを３つ用いてインバータ制御装置を動作させても発熱量が少なく、放熱部品を使用することなく、大容量電力に対応することができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３では、基準回路モジュール１２を用いて構成した容量の異なる三相インバータ回路について説明した。この実施の形態４では、図１に記載した基準回路モジュール１２を利用して整流回路３を構成する場合について説明する。
図５は、本発明の実施の形態４に係る整流回路３である。この実施の形態４に係る整流回路は、実施の形態１に係る基準回路モジュール１２を利用するものであり、実施の形態１と同じ構成については実施の形態１と同じ符号を用いるとともに、それらの構成、作用、効果等の説明を省略する。

この実施の形態４に係る整流回路３は、図１に記載の基準回路モジュール１２を構成する上アームスイッチ部１４Ｕａ、１４Ｖａ、１４Ｗａ、および下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂ、１４Ｗｂのそれぞれにおいて、スイッチング素子Ｑ１〜６を備えず、ダイオードＤ１〜６のみ実装されている。
また、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、Ｗ相アーム１３Ｗにおける上アームスイッチ部と下アームスイッチ部との間の端子は、交流電源２に接続する。
また、基板上において、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、Ｗ相アーム１３Ｗの端部１６Ｕａ、１６Ｖａ、１６Ｗａを図１における母線４ａに接続し、下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂ、１４Ｗｂ側の端部１６Ｕｂ、１６Ｖｂ、１６Ｗｂを母線４ｂに接続する。これにより、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、Ｗ相アーム１３Ｗが並列に接続することになる。

以上のように、基準回路モジュール１２を用い、基準回路モジュール１においてダイオードＤ１〜６のみ実装するとともに、スイッチング素子Ｑ１〜６を未実装にして、基板上の配線を行うことで、３相整流ブリッジ回路を実現できる。
また、実施の形態１と同様、ダイオードＤ１〜６にワイドギャップ半導体を用いるため、発熱が少なく、モジュールの放熱も少ないため、整流回路部分も小型化することができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、基準回路モジュール１２を利用して構成した整流回路３について説明した。この実施の形態５では、図１に記載した基準回路モジュール１２を利用して簡易ＰＡＭコンバータを構成する場合について説明する。
図６は、本発明の実施の形態５に係る簡易ＰＡＭコンバータである。この実施の形態５に係る簡易ＰＡＭコンバータは、実施の形態１に係る基準回路モジュール１２を利用するものであり、実施の形態１と同じ構成については実施の形態１と同じ符号を用いるとともに、それらの構成、作用、効果等の説明を省略する。

この実施の形態５に係る簡易ＰＡＭコンバータは、実施の形態４に係る整流回路３を構成する場合と同様、図１に記載の基準回路モジュール１２の一部の部品の実装／未実装にするものである。
具体的には、図１に記載の基準回路モジュール１２を構成するＵ相アーム１３Ｕ、およびＶ相アーム１３Ｖの上アームスイッチ部１４Ｕａ、１４Ｖａ、および下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂのそれぞれにおいて、スイッチング素子Ｑ１、２、４、５を未実装にし、ダイオードＤ１、２、４、５のみ実装している。
また、Ｕ相アーム１３Ｕ、およびＶ相アーム１３Ｖにおける上アームスイッチ部と下アームスイッチ部との間の端子は、交流電源２に接続する。
また、基板上において、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖの端部１６Ｕａ、１６Ｖａを図１における母線４ａに接続し、下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂ側の端部１６Ｕｂ、１６Ｖｂを母線４ｂに接続する。これにより、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖが並列に接続することになる。

また、W相アームの上アームスイッチ部１４Wａにおいてスイッチング素子Ｑ３、およびダイオードＤ３を未実装にするとともに、基板上において、Ｗ相アームの上アームスイッチ部と下アームスイッチ部との間の端子を、Ｕ相アーム１３Ｕ、およびＶ相アーム１３Ｖの上アーム側の接続部分（母線４ａ側）に接続する。また、基板上では、Ｖ相アームの下アーム側端部とＷ相アームの下アーム側端部との間に抵抗１７を配置している。
これにより、並列に接続したＵ相アーム１３ＵおよびＶ相アーム１３Ｖの出力側に、スイッチング素子Ｑ６およびダイオードＤ６が接続されることになり、このスイッチング素子Ｑ６を制御部１１からＰＡＭ制御を行う。

以上のように、基準回路モジュール１２を用い、基準回路モジュール１２からスイッチング素子Ｑ１〜５を未実装にして、ダイオードＤ３を未実装にすることで、簡易ＰＡＭコンバータを容易に構成することができる。
また、実施の形態１や４と同様、ダイオードＤ１、２、４〜６、スイッチング素子Ｑ６にワイドギャップ半導体を用いるため、発熱が少なく、基準回路モジュール１２全体の放熱も少ないため、簡易ＰＡＭコンバータ部分も小型化することができる。

実施の形態６．
実施の形態５では、基準回路モジュール１２を利用して構成した簡易ＰＡＭコンバータについて説明した。この実施の形態６は、図１に記載した基準回路モジュール１２を利用して一石型ＰＡＭ回路を構成する場合について説明する。
図７は、本発明の実施の形態６に係る一石型ＰＡＭ回路である。この実施の形態６に係る一石型ＰＡＭ回路は、実施の形態１に係る基準回路モジュール１２を利用するものであり、実施の形態１と同じ構成については実施の形態１と同じ符号を用いるとともに、それらの構成、作用、効果等の説明を省略する。

この実施の形態６に係る一石型ＰＡＭ回路は、実施の形態５に係る簡易ＰＡＭコンバータを構成する場合と同様、図１に記載の基準回路モジュール１２の一部の部品を実装／未実装にし、基板上で配線するものである。
具体的には、図１に記載の基準回路モジュール１２を構成するＵ相アーム１３Ｕ、およびＶ相アーム１３Ｖの上アームスイッチ部１４Ｕａ、１４Ｖａ、および下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂのそれぞれにおいて、スイッチング素子Ｑ１、２、４、５を備えず、ダイオードＤ１、２、４、５のみ実装している。
また、Ｕ相アーム１３Ｕ、およびＶ相アーム１３Ｖから延びるＵ相出力端子１５Ｕ、およびＶ相出力端子１５Ｖは、交流電源２に接続する。
また、基板上において、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖの端部１６Ｕａ、１６Ｖａを図１における母線４ａに接続し、下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂ側の端部１６Ｕｂ、１６Ｖｂを母線４ｂに接続する。これにより、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖが並列に接続することになる。

また、W相アームの上アームスイッチ部１４Wａにおいて、ダイオードＤ３を実装して、スイッチング素子Ｑ３を未実装にするとともに、下アームスイッチ部１４Ｗｂにおいて、スイッチング素子Ｑ６を実装してダイオードＤ６を未実装にする。
また、基板上において、Ｗ相出力端子１５Ｗを、リアクトル１８を介してＵ相アーム１３Ｕ、およびＶ相アーム１３Ｖの上アーム側の接続部分に接続する。これにより、ダイオードＤ３は母線４ａに位置することになる。
また、Ｖ相アームの下アーム側端部とＷ相アームの下アーム側端部との間に抵抗を配置している。これにより、並列に接続したＵ相アームおよびＶ相アームの出力側に、母線４ａ側ではリアクトル１８およびダイオードＤ３、母線４ｂ側では抵抗１７を介してスイッチング素子Ｑ６と接続する構成となる。また、このスイッチング素子Ｑ６を制御部１１から制御する。
これにより、並列に接続したＵ相アーム１３ＵおよびＶ相アーム１３Ｖの出力側に、リアクトル１８、ダイオードＤ３が接続され、母線４ａと４ｂとの間にスイッチング素子Ｑ６が位置することになる。

以上のように、基準回路モジュール１２を用い、基準回路モジュール１２からスイッチング素子Ｑ１〜５、およびダイオードＤ６を未実装にすることで、一石型ＰＡＭ回路を容易に構成することができる。
また、実施の形態１や４、５と同様、ダイオードＤ１〜５、スイッチング素子Ｑ６にワイドギャップ半導体を用いるため、発熱が少なく、モジュールの放熱も少ないため、一石型ＰＡＭ回路も小型化することができる。

実施の形態７．
実施の形態５，６では、基準回路モジュール１２を利用して、スイッチング素子およびダイオードの実装／未実装と基板上の配線を変更することで、容易に構成した簡易ＰＡＭコンバータと一石型ＰＡＭ回路について説明した。この実施の形態７では、図１に記載した基準回路モジュール１２を利用して、ハーフブリッジ／インターリーブ回路を構成する場合について説明する。
図８は、本発明の実施の形態７に係るハーフブリッジ／インターリーブ回路である。この実施の形態７に係るハーフブリッジ／インターリーブ回路は、実施の形態１に係る基準回路モジュール１２を利用するものであり、実施の形態１と同じ構成については実施の形態１と同じ符号を用いるとともに、それらの構成、作用、効果等の説明を省略する。

この実施の形態７に係るハーフブリッジ／インターリーブ回路は、実施の形態５、６に係る簡易ＰＡＭコンバータ、一石型ＰＡＭ回路を構成する場合と同様、図１に記載の基準回路モジュール１２の一部の部品を実装／未実装にするものである。
具体的には、図１に記載の基準回路モジュール１２を構成するＵ相アーム１３Ｕ、およびＶ相アーム１３Ｖの上アームスイッチ部１４Ｕａ、１４Ｖａのそれぞれにおいて、ダイオードＤ１、２を実装するとともに、スイッチング素子Ｑ１、２を未実装にする。
また、下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂのそれぞれにおいては、スイッチング素子Ｑ４、５とダイオードＤ４、５を実装する。

また、基板上において、Ｕ相アーム１３Ｕ、およびＶ相アーム１３Ｖから延びるＵ相出力端子１５Ｕ、およびＶ相出力端子１５Ｖは、交流電源２に接続する。
また、基板上において、Ｕ相アーム１３ＵとＶ相アーム１３Ｖの上アーム側を母線４ａに接続し、下アーム側ではスイッチング素子Ｑ４、５、ダイオードＤ４、５が並列接続して母線４ｂに接続する。
なお、Ｗ相アームは使用せず、スイッチング素子もダイオードも実装せず、基板上では母線４ａ、４ｂに接続しない。

以上のように、基準回路モジュール１２を用い、基準回路モジュール１２からスイッチング素子Ｑ１〜３、６、およびダイオードＤ３、６を未実装にし、基板上で上記の配線をすることで、ハーフブリッジ／インターリーブ回路を容易に構成することができる。
また、実施の形態１や４〜６と同様、ダイオードＤ１、２、４、５、スイッチング素子Ｑ４、５にワイドギャップ半導体を用いるため、発熱が少なく、モジュールの放熱も少ないため、ハーフブリッジ／インターリーブ回路部分も小型化することができる。

以上のように、実施の形態１〜７では、図１等に記載の基準回路モジュール１２を使用し、スイッチング素子Ｑ１〜６、およびダイオードＤ１〜６の実装／未実装を選択すれば、所望の回路の一部を実現でき、基板上の配線で残る回路を構成するだけで、所望の回路を得ることができる。このスイッチング素子およびダイオードにはワイドギャップ半導体を用いるため、発熱を抑えて集積化と共通モジュール化が可能であり、複数の基準回路モジュールを使用して大容量の電力にも対応できる。

なお、基準回路モジュール１２について、図２〜８、特に図２においては、上アームスイッチ部１４Ｕａ、１４Ｖａ、１４Ｗａにおいては、スイッチング素子Ｑ１〜３とダイオードＤ１〜３とが並列接続し、下アームスイッチ部１４Ｕｂ、１４Ｖｂ、１４Ｗｂにおいては、スイッチング素子Ｑ４〜６とダイオード４〜６の一端だけが接続しており、スイッチング素子Ｑ４〜６とダイオード４〜６の他端は接続せずに開放していた。そして、基板上で、スイッチング素子Ｑ４〜６とダイオードＤ４〜６とが並列接続するように配線されていた。
このようにすれば、実施の形態２〜７に係るインバータ回路、整流回路、簡易ＰＡＭ回路、一石型ＰＡＭ回路、ハーフブリッジ／インターリーブ回路のいずれも実現することができる。

しかし、基準回路モジュール１２内でさらに配線を行っても良い。図９は、基準回路モジュール１２の他の形態であり、図２に記載の基準回路モジュール１２と同じ構成については実施の形態１と同じ符号を用いるとともに、それらの構成等の説明を省略する。
図９に記載の基準回路モジュールにおいては、Ｕ相アーム１３ＵとＶ相アーム１３Ｖの上アームスイッチ部側端部１６Ｕａおよび１６Ｖａが接続している。また、Ｗ相アーム１３Ｗの下アームスイッチ側の端部１６Ｗｂが基準モジュール１２内で接続して、スイッチング素子Ｑ６とダイオードＤ６が並列接続している。
このような接続を基準回路モジュール１２内で行っておくことで、基板上での配線数を減らすとともに簡素化することができる。

さらに、図１０に記載の基準回路モジュール１２の他の形態では、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、Ｗ相アーム１３Ｗの下アーム側端部１６Ｕｂ、１６Ｖｂ、１６Ｗｂのそれぞれが基準モジュール内で接続して、スイッチング素子Ｑ４とダイオードＤ４、スイッチング素子Ｑ５とダイオードＤ５、スイッチング素子Ｑ６とダイオードＤ６、がそれぞれ基準モジュール１２内で並列接続している。この場合には、さらに基板上での配線を簡素化することができる。

また、上記実施の形態１〜７においては、モータ制御部を構成するインバータ回路５、整流回路３、整流回路３および高力率コンバータ回路９、の一つ一つについて基準回路モジュール１２で実現する場合について説明したが、図１に記載のモータ制御部を構成するインバータ回路、整流回路３、高力率コンバータ回路９の全てを基準回路モジュール１２を用いて実現しても良い。

また、上記実施の形態１〜７においては、空気調和装置を構成する圧縮機のモータ１を制御するためのモータ制御部を例として説明したが、本願発明は、モータだけでなく、三相交流で制御されるものに適用することができる。

また、交流電源２を単相交流としたが、三相交流であっても良い。

１ モータ
２ 交流電源
３ 整流回路
４ａ、４ｂ 母線
５ インバータ回路
６ リアクトル
７ ダイオード
８ スイッチング素子
9 高力率コンバータ回路
１０ 平滑コンデンサ
１２、１２−１、１２−２、１２−３ 基準回路モジュール
１３Ｕ Ｕ相アーム、１３Ｖ Ｖ相アーム、１３Ｗ Ｗ相アーム
１４Ｕａ、１４Ｖａ、１４Ｗａ 上アームスイッチ部
１４Ｕｂ、１４Ｖｂ、１４Ｗｂ 下アームスイッチ部
Ｑ１〜６ スイッチング素子
Ｄ１〜６ ダイオード
１５Ｕ、１５Ｕ−２、１５Ｕ−３ Ｕ相出力端子
１５Ｖ、１５Ｖ−２、１５Ｖ−３ Ｖ相出力端子
１５Ｗ、１５Ｗ−２、１５Ｗ−３ Ｗ相出力端子
１６Ｕａ、１６Ｕｂ Ｕ相アームの端部
１６Ｖａ、１６Ｖｂ Ｖ相アームの端部
１６Ｗａ、１６Ｗｂ Ｗ相アームの端部

Claims (10)

1. 直列に接続された上アームスイッチ部および下アームスイッチ部と、前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間に設けられた入力または出力のための端子と、を備えたアームを３つ備え、
   前記上アームスイッチ部および前記下アームスイッチ部のそれぞれは、スイッチング素子またはダイオードを備え、
   前記スイッチング素子または前記ダイオードはワイドギャップ半導体からなることを特徴とする
   基準回路モジュール。
2. 請求項１に記載の基準回路モジュールを有し、
   ３つの前記アームは並列に接続され、
   前記上アームスイッチ部および前記下アームスイッチ部のそれぞれは、ダイオードとスイッチング素子とからなり、
   ３つの前記アームのそれぞれは、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間から出力するＵ相出力端子を備えたＵ相アーム、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間から出力するＶ相出力端子を備えたＶ相アーム、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間から出力するＷ相出力端子を備えたＷ相アームとした
   ことを特徴とする三相インバータ回路。
3. 請求項２に記載の２つの三相インバータ回路を、第１の三相インバータ回路、第２の三相インバータ回路とし、
   前記第１の三相インバータ回路の前記Ｕ相アームと前記Ｖ相アームとを並列に接続して新たなＵ相アームとするとともに、前記Ｕ相出力端子と前記Ｖ相出力端子とを接続して新たなＵ相出力端子とし、
   前記第１の三相インバータ回路の前記Ｗ相アームと前記第２の三相インバータ回路の前記Ｕ相アームとを並列に接続して新たなＶ相アームとするとともに、前記第１の三相インバータ回路の前記Ｗ相出力端子と前記第２の三相インバータ回路の前記Ｕ相出力端子と接続して新たなＶ相出力端子とし、
   前記第２の三相インバータ回路の前記Ｖ相アームと前記Ｗ相アームとを並列に接続して新たなＷ相アームとするとともに、前記Ｖ相出力端子と前記Ｗ相出力端子とを接続して新たなＷ相出力端子とした
   ことを特徴とする三相インバータ回路。
4. 請求項２に記載の３つの三相インバータ回路を、第１の三相インバータ回路、第２の三相インバータ回路、第３の三相インバータ回路とし、
   前記第１の三相インバータ回路において、前記Ｕ相アームと前記Ｖ相アームと前記Ｗ相アームとを並列に接続して新たなＵ相アームとするとともに、前記Ｕ相出力端子と前記Ｖ相出力端子と前記Ｗ相出力端子とを接続して新たなＵ相出力端子とし、
   前記第２の三相インバータ回路において、前記Ｕ相アームと前記Ｖ相アームと前記Ｗ相アームとを並列に接続して新たなＶ相アームとするとともに、前記Ｕ相出力端子と前記Ｖ相出力端子と前記Ｗ相出力端子とを接続して新たなＶ相出力端子とし、
   前記第３の三相インバータ回路において、前記Ｕ相アームと前記Ｖ相アームと前記Ｗ相アームとを並列に接続して新たなＷ相アームとするとともに、前記Ｕ相出力端子と前記Ｖ相出力端子と前記Ｗ相出力端子とを接続して新たなＷ相出力端子とした
   ことを特徴とする三相インバータ回路。
5. 交流電源を直流電源に変換する整流回路、
   前記整流回路で生成された前記直流電源を三相交流電源に変換するインバータ回路、
   前記三相交流電源により駆動される圧縮機のモータ
   を備え、
   前記インバータ回路は、請求項２から４のいずれか１項に記載の三相インバータ回路であり、
   前記三相インバータ回路のＵ相出力端子が前記モータのＵ相入力端子に接続し、
   前記三相インバータ回路のＶ相出力端子が前記モータのＶ相入力端子に接続し、
   前記三相インバータ回路のＷ相出力端子が前記モータのＷ相入力端子に接続する
   ことを特徴とする空気調和装置。
6. 請求項１に記載の基準回路モジュールを有し、
   ３つの前記アームは並列に接続され、
   前記上アームスイッチ部および前記下アームスイッチ部のそれぞれは、ダイオードからなり、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間の端子は、交流電源に接続する入力端子である
   ことを特徴とする整流回路。
7. 請求項１に記載の基準回路モジュールを有し、
   ３つの前記アームのうち２つのアームにおいて、
   ２つの前記アームが並列に接続され、
   前記上アームスイッチ部および前記下アームスイッチ部のそれぞれは、ダイオードからなり、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間の端子は、交流電源に接続する入力端子であり、
   ３つの前記アームのうちの残り１つのアームにおいて、
   下アームスイッチ部のみが並列に接続されたスイッチング素子とダイオードとを備え、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間の端子は、２つの前記アームの下アームスイッチ部側端部と接続して前記下アームスイッチ部が２つの前記アームと並列に接続する
   ことを特徴とするＰＡＭ回路。
8. 請求項１に記載の基準回路モジュールを有し、
   ３つの前記アームのうち２つのアームにおいて、
   ２つの前記アームが並列に接続され、
   前記上アームスイッチ部および前記下アームスイッチ部のそれぞれは、ダイオードからなり、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間の端子は、交流電源に接続する入力端子であり、
   ３つの前記アームのうちの残り１つのアームにおいて、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間の端子は、２つの前記アームの上アームスイッチ部側端部とリアクトルを介して接続し、
   上アームスイッチ部はダイオードからなるとともにインバータ回路に接続する母線に接続し、
   下アームスイッチ部はスイッチング素子からなるとともに、２つの前記アームの下アームスイッチ部側端部と接続する
   ことを特徴とする一石型ＰＡＭ回路。
9. 請求項１に記載の基準回路モジュールを有し、
   ３つの前記アームのうち２つのアームにおいて、
   前記上アームスイッチ部はダイオードからなり、
   前記上アームスイッチ部と前記下アームスイッチ部との間の端子は、交流電源に接続する入力端子であって、上アームスイッチ部のダイオードが並列接続し、上アームスイッチ部側の端部はインバータ回路に母線を介して接続し、
   前記下アームスイッチ部はスイッチング素子とダイオードを備えるとともに並列接続して、インバータ回路に母線を介して接続する
   ことを特徴とするハーフブリッジ／インターリーブ回路。
10. 請求項６に記載の整流回路、請求項７に記載のＰＡＭ回路、請求項８に記載の一石型ＰＡＭ回路、または請求項９に記載のハーフブリッジ／インターリーブ回路のいずれか１つの回路が交流電源に接続し、
    前記回路には直流電源を三相交流電源に変換するインバータ回路が接続し、
    前記インバータ回路には前記三相交流電源により駆動される圧縮機のモータが接続する
    ことを特徴とする空気調和装置。

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