JP2012151953A - Power supply and air conditioner equipped with same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply capable of reducing a loss at a current detecting means under a heavy load, for miniaturizing a current detecting means and stabilizing control under low load.SOLUTION: Between a diode 13 and a boosting coil 12 provided to a power supply, two switching elements are connected in parallel to an output side of a rectifier circuit 11. A shunt resistor 18 is connected in series to a first switching element 16 which performs on-off operation at always during switching operation. Since the number of switching elements that are driven is determined according to the magnitude of a load on the power supply, the shunt resistor 18 can be reduced in size by reducing the loss at the shunt resistor 18 under a heavy load. Further, since the loss at the shunt resistor 18 can be reduced under a heavy load, the resistance value of the shunt resistor 18 can be raised to raise the detection level at the shunt resistor 18 under a low load, resulting in stable control under the low load.

Description

本発明は、電源装置およびこれを備えた空気調和機に関わり、より詳細には、高負荷時の電流検出手段での損失を低減することにより電流検出手段の小型化が行なえ、かつ、低負荷時の制御を安定させる電源装置およびこれを備えた空気調和機に関する。   The present invention relates to a power supply device and an air conditioner equipped with the same, and more specifically, the current detection means can be reduced in size by reducing the loss in the current detection means at high load, and the low load The present invention relates to a power supply device that stabilizes time control and an air conditioner including the same.

従来、力率改善を目的としたスイッチングコンバータを備え、各種の電気機器に搭載される電源装置では、スイッチング素子の駆動を電源装置の入力側に流れる電流が擬似的に入力電圧の相似形となるよう制御し、入力電圧と電源装置の入力側に流れる電流との位相差を少なくすることによって力率改善を行っているものがある（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, in a power supply device equipped with a switching converter for power factor improvement and mounted on various electric devices, the current flowing to the input side of the power supply device is driven to simulate the input voltage. In some cases, the power factor is improved by reducing the phase difference between the input voltage and the current flowing on the input side of the power supply device (for example, see Patent Document 1).

特許文献１に記載の電源装置は、交流電源電圧を脈流電圧に整流する整流素子と、昇圧用チョークコイルと、スイッチング素子と、整流素子の出力側に並列接続され入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、整流素子と負荷（スイッチング電源回路の出力端子に接続されるモータ等）との間に直列接続され昇圧用チョークコイルに流れる電流を検出する入力電流検出回路と、入力電圧検出回路や入力電流検出回路で検出した信号を入力しスイッチング素子をオンオフ制御する制御手段とを備えている。   The power supply device described in Patent Document 1 includes a rectifier that rectifies an AC power supply voltage into a pulsating voltage, a boosting choke coil, a switching element, and an input voltage that is connected in parallel to the output side of the rectifier and detects an input voltage. A detection circuit, an input current detection circuit for detecting a current flowing in a boost choke coil connected in series between a rectifying element and a load (such as a motor connected to the output terminal of the switching power supply circuit), an input voltage detection circuit, And a control means for inputting a signal detected by the input current detection circuit and controlling on / off of the switching element.

制御手段は、昇圧用チョークコイルを流れる電流を検出し、これが擬似的に入力電圧の相似形となるようスイッチング素子の駆動を行う。そして、制御手段は、入力電流検出回路で検出した現在の電流値と目標電流値とを比較し、現在の電流値が目標電流値より低い場合は、スイッチング素子をオンとして現在の電流値が目標電流値となるよう制御する。これにより、負荷に応じた大きさの入力電流を供給するとともに、入力電圧と入力電流との位相差を低減して力率改善を行っている。   The control means detects the current flowing through the boosting choke coil, and drives the switching element so that it becomes a pseudo-like shape of the input voltage. Then, the control means compares the current value detected by the input current detection circuit with the target current value, and if the current current value is lower than the target current value, the switching element is turned on and the current current value is set to the target current value. Control the current value. As a result, an input current having a magnitude corresponding to the load is supplied, and the power factor is improved by reducing the phase difference between the input voltage and the input current.

特開平９−８４３５５号公報（第４〜６頁、第１図）JP-A-9-84355 (pages 4-6, FIG. 1)

上記説明したスイッチング電源回路において、例えば、入力電流検出手段にシャント抵抗を使用する際、負荷が小さい場合はスイッチング素子をオンする時間が短く制御される。この時に流れるスイッチング電流値が小さくなるため、入力電流検出手段での検出レベルが小さくなって電流を正確に検出できず、制御が不安定となる虞がある。従って、低負荷時において安定した制御をおこなうためには、シャント抵抗の抵抗値を大きくして入力電流検出手段での検出レベルを上げる必要がある。しかしながら、シャント抵抗の抵抗値を大きくすると、大電流時のシャント抵抗での消費電力が大きくなって損失が増大するという問題があった。   In the switching power supply circuit described above, for example, when a shunt resistor is used for the input current detection means, when the load is small, the time during which the switching element is turned on is controlled to be short. Since the value of the switching current flowing at this time becomes small, the detection level at the input current detection means becomes small, the current cannot be detected accurately, and the control may become unstable. Therefore, in order to perform stable control at low load, it is necessary to increase the detection level of the input current detection means by increasing the resistance value of the shunt resistor. However, when the resistance value of the shunt resistor is increased, there is a problem that power consumption at the shunt resistor at a large current increases and loss increases.

本発明は以上述べた問題点を解決し、高負荷時の電流検出手段での損失を低減することにより電流検出手段の小型化が行なえ、かつ、低負荷時の制御を安定させる電源装置およびこれを備えた空気調和機を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, reduces the loss in the current detection means at the time of high load, thereby reducing the size of the current detection means, and stabilizes the control at the time of low load, and the power supply apparatus It aims at providing the air conditioner provided with.

上記した課題を解決するために、本発明の電源装置は、整流回路と出力端との間にインダクタとダイオードとが直列接続され、インダクタとダイオードとの間には少なくとも２個のスイッチング素子が整流回路の出力側に対して並列接続されている。また、スイッチング動作時に常にオンオフ動作を行う１個のスイッチング素子に電流検出手段が直列接続されている。そして、電源装置の負荷の大きさに応じて駆動するスイッチング素子数を決定し、高負荷時のスイッチング電流を分散させる。   In order to solve the above problems, in the power supply device of the present invention, an inductor and a diode are connected in series between the rectifier circuit and the output terminal, and at least two switching elements are rectified between the inductor and the diode. Connected in parallel to the output side of the circuit. Further, the current detection means is connected in series to one switching element that always performs an on / off operation during the switching operation. Then, the number of switching elements to be driven is determined according to the load size of the power supply device, and the switching current at the time of high load is dispersed.

上記のように構成した電源装置では、電源装置の負荷の大きさに応じて駆動するスイッチング素子数を決定するので、高負荷時でスイッチング電流が大きい場合は、複数のスイッチング素子を同時にオンすることでスイッチング電流を分散させることができる。従って、低負荷時の電流検出手段での検出レベルを上げて低負荷時の制御を安定させるために電流検出手段の抵抗値を大きくしても、スイッチング電流の分散により高負荷時には電流検出手段での損失を低減することができる。さらには、電流検出手段での損失を低減することにより電流検出手段の小型化が行なえる。   In the power supply device configured as described above, the number of switching elements to be driven is determined according to the size of the load of the power supply device. Therefore, when the switching current is large at a high load, a plurality of switching elements must be turned on simultaneously. Can disperse the switching current. Therefore, even if the resistance value of the current detection means is increased in order to increase the detection level of the current detection means at low load and stabilize the control at low load, the current detection means at high load due to dispersion of switching current. Loss can be reduced. Furthermore, the current detection means can be reduced in size by reducing the loss in the current detection means.

本発明の実施例である空気調和機の要部ブロック図である。It is a principal part block diagram of the air conditioner which is an Example of this invention. 本発明の実施例における、スイッチング素子の駆動原理説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a driving principle of a switching element in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例における、室外機制御手段での処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process in the outdoor unit control means in the Example of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、室外機と室内機とを有する空気調和機において、室外機に備えられた電源装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. As an embodiment, an air conditioner having an outdoor unit and an indoor unit will be described by taking a power supply device provided in the outdoor unit as an example. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

図１に示すように、本発明の空気調和機１００は、室外機１と室内機３とで構成されている。室外機１は、整流回路１１と、インダクタである昇圧コイル１２と、ダイオード１３と、インバータ１４と、圧縮機１５と、主スイッチング素子である第１スイッチング素子１６と、副スイッチング素子である第２スイッチング素子１７と、シャント抵抗１８と、平滑コンデンサ１９と、室外機制御手段２０と、コンバータ制御手段２５と、ＡＮＤ回路２６と、乗算器２７とを備えている。尚、コンバータ制御手段２５は、乗算器２７から後述する入力電流算出信号と空気調和機１００の負荷の大きさとを入力し、昇圧および力率改善を行う従来の回路で構成される。   As shown in FIG. 1, an air conditioner 100 according to the present invention includes an outdoor unit 1 and an indoor unit 3. The outdoor unit 1 includes a rectifier circuit 11, a step-up coil 12 that is an inductor, a diode 13, an inverter 14, a compressor 15, a first switching element 16 that is a main switching element, and a second that is a sub-switching element. A switching element 17, a shunt resistor 18, a smoothing capacitor 19, an outdoor unit control means 20, a converter control means 25, an AND circuit 26, and a multiplier 27 are provided. The converter control means 25 is configured by a conventional circuit that inputs an input current calculation signal (to be described later) and a load size of the air conditioner 100 from the multiplier 27 and performs boosting and power factor improvement.

尚、室外機１には、上記以外に熱交換器、アキュムレータ、四方弁や膨張弁等の弁類、排気ファン、冷媒配管、各種センサ等、室外機１の動作に必要な各種装置や部品が備えられているが、本発明に直接関係がないため詳細な説明は省略する。また、上述した構成のうち、インバータ１４および圧縮機１５（以下、個別に言及する必要がある場合を除き、これらを負荷と記載する）と室外機制御手段２０とを除いたもので室外機１の電源装置が構成される。また、インバータ１４には、インバータ１４の動作を制御する図示しないインバータ制御手段が備えられており、圧縮機１５（能力可変型圧縮機）に備えられた図示しない３相ブラシレスモータをＰＷＭ駆動している。インバータ制御手段は、例えば、ＰＷＭの駆動パルス幅で負荷の大きさ（高負荷／低負荷）を把握し、これを室外機制御手段２０に出力している。   In addition to the above, the outdoor unit 1 includes various devices and parts necessary for the operation of the outdoor unit 1, such as heat exchangers, accumulators, valves such as four-way valves and expansion valves, exhaust fans, refrigerant piping, and various sensors. Although provided, it is not directly related to the present invention, and therefore detailed description thereof is omitted. Further, in the configuration described above, the outdoor unit 1 is obtained by removing the inverter 14 and the compressor 15 (hereinafter referred to as a load unless otherwise required) and the outdoor unit control means 20. Is configured. Further, the inverter 14 is provided with inverter control means (not shown) for controlling the operation of the inverter 14, and PWM driving is performed on a three-phase brushless motor (not shown) provided in the compressor 15 (capacity variable type compressor). Yes. The inverter control means, for example, grasps the magnitude of the load (high load / low load) by the PWM drive pulse width and outputs it to the outdoor unit control means 20.

整流回路１１は、交流電源２から供給される交流電源電圧を整流し脈流電圧を得る回路であり、ブリッジダイオード等で構成されている。図１に示すように、整流回路１２の入力側には第１ライン４および第２ライン５のそれぞれ一端が接続されている。また、第１ライン４および第２ライン５のそれぞれ他端は、室内機３内で交流電源２に接続されており、室内機３に備えられたスイッチ３０をオンすると、上述したように整流回路１１に交流電力が供給される。   The rectifier circuit 11 is a circuit that rectifies an AC power supply voltage supplied from the AC power supply 2 to obtain a pulsating voltage, and is configured by a bridge diode or the like. As shown in FIG. 1, one end of each of the first line 4 and the second line 5 is connected to the input side of the rectifier circuit 12. The other ends of the first line 4 and the second line 5 are connected to the AC power supply 2 in the indoor unit 3, and when the switch 30 provided in the indoor unit 3 is turned on, as described above, the rectifier circuit 11 is supplied with AC power.

整流回路１１の出力側の一端とインバータ１４の入力側の一端との間には、昇圧コイル１２とダイオード１３とが直列接続されている。また、第１スイッチング素子１６と第２スイッチング素子１７のコレクタ端子は昇圧コイル１２とダイオード１３との間に接続されている。第１スイッチング素子１６のエミッタ端子と整流回路１１の出力側の他端とインバータ１４の入力側の他端との間には、シャント抵抗１８が直列接続されている。第２スイッチング素子１７のエミッタ端子は整流回路１１の出力側の他端とインバータ１４の入力側の他端との間に接続されている。尚、インバータ１４の入力側の一端および他端とは、電源装置の出力端に対応する。   A booster coil 12 and a diode 13 are connected in series between one end on the output side of the rectifier circuit 11 and one end on the input side of the inverter 14. The collector terminals of the first switching element 16 and the second switching element 17 are connected between the booster coil 12 and the diode 13. A shunt resistor 18 is connected in series between the emitter terminal of the first switching element 16, the other end on the output side of the rectifier circuit 11, and the other end on the input side of the inverter 14. The emitter terminal of the second switching element 17 is connected between the other end on the output side of the rectifier circuit 11 and the other end on the input side of the inverter 14. The one end and the other end on the input side of the inverter 14 correspond to the output end of the power supply device.

平滑コンデンサ１９は、一端がダイオード１３のカソード側とインバータ１４の入力側の一端との間に、他端が整流回路１１の出力側の他端とインバータ１４の入力側の他端との間に、それぞれ接続されている。   The smoothing capacitor 19 has one end between the cathode side of the diode 13 and one end on the input side of the inverter 14, and the other end between the other end on the output side of the rectifier circuit 11 and the other end on the input side of the inverter 14. , Each connected.

整流回路１１から出力された脈流電圧は、ダイオード１３を通過し平滑コンデンサ１９で平滑化される。一方、第１スイッチング素子１６がオンとなって昇圧コイル１２が短絡されることにより昇圧コイル１２に蓄えられたエネルギーは、第１スイッチング素子１６がオフとなって開放となった際にダイオード１３を通過して平滑コンデンサ１９の電圧に上乗せされることによって昇圧が行われる。インバータ１４は、入力した直流電圧を交流電圧に変換して圧縮機１５の図示しない３相ブラシレスモータを駆動する。   The pulsating voltage output from the rectifier circuit 11 passes through the diode 13 and is smoothed by the smoothing capacitor 19. On the other hand, when the first switching element 16 is turned on and the booster coil 12 is short-circuited, the energy stored in the booster coil 12 causes the diode 13 to be released when the first switching element 16 is turned off and opened. The voltage is boosted by passing and adding to the voltage of the smoothing capacitor 19. The inverter 14 converts the input DC voltage into an AC voltage and drives a three-phase brushless motor (not shown) of the compressor 15.

第１スイッチング素子１６および第２スイッチング素子１７は、同じ特性を有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＩＧＢＴ。と記載する）である。尚、本実施例では、第１スイッチング素子１６および第２スイッチング素子１７は同じ特性を有するＩＧＢＴを使用しているが、同じ特性を有するＭＯＳ−ＦＥＴ等、別のスイッチング素子であってもよく、また、特性が異なる２種類のスイッチング素子であってもよい。
図１に示すように、第１スイッチング素子１６のゲートはコンバータ制御手段２５に接続されている。また、第２スイッチング素子１７のゲートはＡＮＤ回路２６の出力端子に接続されている。 The first switching element 16 and the second switching element 17 are insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as IGBT) having the same characteristics. In the present embodiment, the first switching element 16 and the second switching element 17 use IGBTs having the same characteristics, but may be other switching elements such as MOS-FETs having the same characteristics. Further, two types of switching elements having different characteristics may be used.
As shown in FIG. 1, the gate of the first switching element 16 is connected to the converter control means 25. The gate of the second switching element 17 is connected to the output terminal of the AND circuit 26.

室外機制御手段２０は、室外機１の図示しない制御基板に設けられている。図１に示すように、室外機制御手段２０は、マイコン２１と、記憶部２２と、通信部２３と、センサ入力部２４とを備えている。マイコン２１には、室外機１の各センサからの検出信号がセンサ入力部２４を介して入力されるとともに、室内機３から送信される室外機１の制御内容を含んだ通信データが通信部２３を介して入力される。マイコン２１は、これら入力された各種情報に基づいてインバータ１４を制御する。   The outdoor unit control means 20 is provided on a control board (not shown) of the outdoor unit 1. As shown in FIG. 1, the outdoor unit control means 20 includes a microcomputer 21, a storage unit 22, a communication unit 23, and a sensor input unit 24. A detection signal from each sensor of the outdoor unit 1 is input to the microcomputer 21 via the sensor input unit 24, and communication data including control details of the outdoor unit 1 transmitted from the indoor unit 3 is transmitted to the communication unit 23. Is input through. The microcomputer 21 controls the inverter 14 based on these inputted various information.

記憶部２２は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機１の制御プログラムや各センサからの検出信号に対応した検出値、現在の室外機１の設定情報等を記憶する。通信部２３は、室内機３との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４は、各センサでの検出信号が入力される。   The storage unit 22 includes a ROM and a RAM, and stores a control program for the outdoor unit 1, detection values corresponding to detection signals from the sensors, current setting information for the outdoor unit 1, and the like. The communication unit 23 is an interface that performs communication with the indoor unit 3. The sensor input unit 24 receives detection signals from the sensors.

コンバータ制御手段２５には、図示しない入力電圧検出手段で検出した入力電圧が入力されるとともに、シャント抵抗１８で検出した電圧値Ｖｆが乗算器２７を介して入力される。また、コンバータ制御手段２５は室外機制御手段２０から、室外機制御手段２０が取り込んだ負荷の大きさに対応する電圧を入力する。コンバータ制御手段２５は、これら入力した信号により、電源装置の入力側を流れる電流が擬似的に入力電圧の相似形となるよう、スイッチング信号を出力する。   The converter control means 25 receives the input voltage detected by an input voltage detection means (not shown) and the voltage value Vf detected by the shunt resistor 18 via the multiplier 27. Further, the converter control unit 25 inputs a voltage corresponding to the magnitude of the load taken in by the outdoor unit control unit 20 from the outdoor unit control unit 20. Based on these input signals, converter control means 25 outputs a switching signal so that the current flowing through the input side of the power supply apparatus becomes a pseudo shape of the input voltage.

ＡＮＤ回路２６は、入力端子の一端が室外機制御手段２０に、他端が第１スイッチング素子１６のゲートとコンバータ制御手段２５とに、それぞれ接続されている。また、ＡＮＤ回路２６の出力端子は上述したように第２スイッチング素子１７のゲートに接続されている。ＡＮＤ回路２６は、コンバータ制御手段２５から出力されるスイッチング信号が入力され、室外機制御手段２０が出力するスイッチング素子の個数信号がＨｉ信号の場合、第２スイッチング素子１７のゲートにスイッチング信号を出力する。これにより第２スイッチング素子１７も第１スイッチング素子１６と同時にスイッチング駆動される。   The AND circuit 26 has one input terminal connected to the outdoor unit control means 20 and the other end connected to the gate of the first switching element 16 and the converter control means 25. The output terminal of the AND circuit 26 is connected to the gate of the second switching element 17 as described above. The AND circuit 26 outputs a switching signal to the gate of the second switching element 17 when the switching signal output from the converter control means 25 is input and the number signal of the switching elements output from the outdoor unit control means 20 is a Hi signal. To do. As a result, the second switching element 17 is also switched and driven simultaneously with the first switching element 16.

乗算器２７は、入力端子の一端が第１スイッチング素子１６とシャント抵抗１８との間に接続され、他端がＡＮＤ回路２６と室外機制御手段２０との間に接続されている。また、乗算器２７の出力端子はコンバータ制御手段２５に接続されている。乗算器２７には、シャント抵抗１８で検出した検出電圧が入力される。また、乗算器２７には、室外機制御手段２０が出力した個数信号、つまり駆動するスイッチング素子数に対応した電圧（例えば、駆動するスイッチング素子数が１個であれば０Ｖ（Ｌｏ信号）と、２個であれば５Ｖ（Ｈｉ信号））が入力される。乗算器２７は、入力された駆動するスイッチング素子数に対応した電圧が０Ｖの場合は入力された検出電圧をそのまま、５Ｖの場合は入力された検出電圧を２倍とした電圧を、入力電流算出信号としてコンバータ制御手段２５に出力する。   The multiplier 27 has one input terminal connected between the first switching element 16 and the shunt resistor 18, and the other end connected between the AND circuit 26 and the outdoor unit control means 20. The output terminal of the multiplier 27 is connected to the converter control means 25. A detection voltage detected by the shunt resistor 18 is input to the multiplier 27. Further, the multiplier 27 has a number signal output from the outdoor unit control means 20, that is, a voltage corresponding to the number of driving switching elements (for example, 0V (Lo signal) if the number of driving switching elements is one), If there are two, 5V (Hi signal)) is input. The multiplier 27 calculates the input current by using the input detection voltage as it is when the voltage corresponding to the number of switching elements to be driven is 0 V, and when the voltage is 5 V, the input detection voltage is doubled. The signal is output to the converter control means 25 as a signal.

室内機３は、上述したスイッチ３０以外に、熱交換器、送風ファン、冷媒配管、各種センサ、室内機制御手段等、室内機３の動作に必要な各種装置や部品を備えているが、本発明に直接関係がないため詳細な説明は省略する。   The indoor unit 3 includes various devices and components necessary for the operation of the indoor unit 3 such as a heat exchanger, a blower fan, a refrigerant pipe, various sensors, and an indoor unit control unit in addition to the switch 30 described above. The detailed description is omitted because it is not directly related to the invention.

次に、図１および図２を用いて、本実施例による電源装置を備えた空気調和機１００において、空気調和機１００の負荷に対応しかつ電源装置の入力側を流れる電流が入力電圧の相似形となるよう、各スイッチング素子を駆動する際の原理、動作およびその効果について説明する。尚、シャント抵抗１８が本発明の電流検出手段である。   Next, in FIG. 1 and FIG. 2, in the air conditioner 100 including the power supply device according to the present embodiment, the current corresponding to the load of the air conditioner 100 and flowing on the input side of the power supply device is similar to the input voltage. The principle, operation, and effect of driving each switching element will be described so as to be shaped. The shunt resistor 18 is the current detection means of the present invention.

図２は、スイッチング素子の駆動原理を説明する図である。図２では、縦軸をシャント抵抗１８で検出した検出電圧値Ｖｆ、横軸をスイッチング素子がオンした際にスイッチング素子を流れるスイッチング電流値Ｉｓとしている。縦軸のＶｙは、シャント抵抗１８に加えることができる設計上の上限値を示している。横軸のＩｘは、昇圧コイル１２に流すことができる電流の設計上の上限値であり、この時、電源装置の負荷が最大となる。尚、横軸には、上述したスイッチング電流値Ｉｓと対応づけて電源装置の負荷の大きさＬを記載しており、負荷の最大値Ｌｘはスイッチング電流値Ｉｓの上限値Ｉｘに対応している。   FIG. 2 is a diagram for explaining the driving principle of the switching element. In FIG. 2, the vertical axis represents the detected voltage value Vf detected by the shunt resistor 18, and the horizontal axis represents the switching current value Is flowing through the switching element when the switching element is turned on. Vy on the vertical axis represents a design upper limit value that can be applied to the shunt resistor 18. Ix on the horizontal axis is a design upper limit value of the current that can be passed through the booster coil 12, and at this time, the load of the power supply device is maximized. The horizontal axis indicates the load size L of the power supply device in association with the switching current value Is described above, and the maximum load value Lx corresponds to the upper limit value Ix of the switching current value Is. .

図２に示すように、スイッチング電流値ＩｓがＩｘ／２より小さい時、つまり、負荷の大きさＬがＬｘ／２より小さい時は、駆動するスイッチング素子は第１スイッチング素子１６のみとしている。この時、スイッチング電流値Ｉｓは、第１スイッチング素子１６をオンした際に第１スイッチング素子１６に流れる電流値Ｉａと等しくなる。   As shown in FIG. 2, when the switching current value Is is smaller than Ix / 2, that is, when the load size L is smaller than Lx / 2, only the first switching element 16 is driven. At this time, the switching current value Is is equal to the current value Ia flowing through the first switching element 16 when the first switching element 16 is turned on.

また、スイッチング電流値ＩｓがＩｘ／２以上、つまり、つまり、負荷の大きさＬがＬｘ／２以上である時は、第１スイッチング素子１６と第２スイッチング素子１７とを同時に駆動する。この時、スイッチング電流値Ｉｓは、第１スイッチング素子１６をオンした際に第１スイッチング素子１６に流れる電流値Ｉａと第２スイッチング素子１７をオンした際に第２スイッチング素子１７に流れる電流値Ｉｂとを加えたものに等しくなる。   When the switching current value Is is equal to or greater than Ix / 2, that is, when the load size L is equal to or greater than Lx / 2, the first switching element 16 and the second switching element 17 are driven simultaneously. At this time, the switching current value Is includes a current value Ia flowing through the first switching element 16 when the first switching element 16 is turned on and a current value Ib flowing through the second switching element 17 when the second switching element 17 is turned on. Is equal to the sum of

シャント抵抗１８の抵抗値は、昇圧コイル１２に流せる電流の設計上の上限値に基づいて決定される。背景技術で説明したように、一般的にシャント抵抗１８が第１スイッチング素子１６のエミッタ端子あるいはコレクタ端子と整流回路１１の出力側との間に接続されている場合は、シャント抵抗１８に加えることができる電圧が設計上の上限値となった時に、昇圧コイル１２に流すことができる電流が設計上の上限値となるよう、シャント抵抗１８の抵抗値が設定される。   The resistance value of the shunt resistor 18 is determined based on a design upper limit value of the current that can flow through the booster coil 12. As described in the background art, generally, when the shunt resistor 18 is connected between the emitter terminal or collector terminal of the first switching element 16 and the output side of the rectifier circuit 11, it is added to the shunt resistor 18. The resistance value of the shunt resistor 18 is set so that the current that can flow through the booster coil 12 becomes the design upper limit value when the voltage that can be applied becomes the design upper limit value.

昇圧コイル１２に流すことができる電流の設計上の上限値は、電源装置の仕様から決定される昇圧コイル１２により決まる。また、シャント抵抗１８での電圧検出レベルは、シャント抵抗１８の抵抗値の大きさで決まる。シャント抵抗１８の抵抗値が大きい場合は、昇圧コイル１２に流れる電流が大きくなるほどシャント抵抗１８での消費電力が大きくなる、つまりはシャント抵抗１８での損失が大きくなるので、損失を抑えるためにはシャント抵抗１８の抵抗値をできるだけ小さくする必要がある。しかし、シャント抵抗１８の抵抗値を小さくすると、電源装置の負荷が低くなる、つまり、昇圧コイル１２に流れる電流が小さくなるほどシャント抵抗１８での検出レベル（検出電圧値Ｖｆのレベル）が小さくなって、シャント抵抗１８で電圧を正確に検出できなくなる。   The design upper limit value of the current that can be passed through the booster coil 12 is determined by the booster coil 12 determined from the specifications of the power supply device. The voltage detection level at the shunt resistor 18 is determined by the magnitude of the resistance value of the shunt resistor 18. When the resistance value of the shunt resistor 18 is large, the power consumption at the shunt resistor 18 increases as the current flowing through the booster coil 12 increases. In other words, the loss at the shunt resistor 18 increases. It is necessary to make the resistance value of the shunt resistor 18 as small as possible. However, when the resistance value of the shunt resistor 18 is decreased, the load of the power supply device is decreased, that is, the detection level (the level of the detection voltage value Vf) at the shunt resistor 18 is decreased as the current flowing through the booster coil 12 is decreased. The voltage cannot be accurately detected by the shunt resistor 18.

電源装置では、入力電圧検出手段で検出した入力電圧と昇圧コイルを流れる電流を検出して取り込み、電源装置の入力側を流れる電流が擬似的に入力電圧の相似形となるようスイッチング素子をスイッチングする。従って、昇圧コイル１２を流れる電流が正確に検出できないと、制御が不安定となる虞がある。
以上のことから、電源装置では、低負荷時つまり昇圧コイル１２に流れる電流が小さい時はシャント抵抗１８の抵抗値を高くして電圧検出レベルを上げるとともに、高負荷時つまり昇圧コイル１２に流れる電流が大きい時はシャント抵抗に流れる電流を小さくして消費電力を小さく（損失を小さく）することが望まれる。 In the power supply device, the input voltage detected by the input voltage detection means and the current flowing through the booster coil are detected and captured, and the switching element is switched so that the current flowing through the input side of the power supply device has a pseudo similarity to the input voltage. . Therefore, if the current flowing through the booster coil 12 cannot be accurately detected, the control may become unstable.
From the above, in the power supply device, when the load is low, that is, when the current flowing through the booster coil 12 is small, the resistance value of the shunt resistor 18 is increased to increase the voltage detection level. When is large, it is desired to reduce the current flowing through the shunt resistor to reduce the power consumption (loss is reduced).

そこで本実施例では、常にスイッチング動作を行う第１スイッチング素子１６にシャント抵抗１８を直列接続し、シャント抵抗１８に加わる検出電圧値Ｖｆを検出する。また、シャント抵抗１８の抵抗値は、スイッチング電流値Ｉｓが上限値Ｉｘの半値であるＩｘ／２の時に検出電圧値ＶｆがＶｙとなる抵抗値とする。   Therefore, in this embodiment, the shunt resistor 18 is connected in series to the first switching element 16 that always performs the switching operation, and the detection voltage value Vf applied to the shunt resistor 18 is detected. The resistance value of the shunt resistor 18 is a resistance value at which the detected voltage value Vf becomes Vy when the switching current value Is is Ix / 2, which is a half value of the upper limit value Ix.

上記のように構成し、シャント抵抗１８を流れる電流ではなく負荷の大きさＬに応じて駆動するスイッチング素子数を決定する。具体的には、図２に示すように、スイッチング電流値ＩｓがＩｘ／２（負荷の大きさＬがＬｘ／２）となるまでは第１スイッチング素子１６のみ駆動し、スイッチング電流値ＩｓがＩｘ／２（負荷の大きさＬがＬｘ／２）以上となれば第１スイッチング素子１６と第２スイッチング素子１７とを同時に駆動し、スイッチング電流値Ｉｓを第１スイッチング素子１６に流れる電流Ｉａと第２スイッチング素子１７に流れる電流Ｉｂとに分散する。尚、第１スイッチング素子１６および第２スイッチング素子１７が、本実施例のＩＧＢＴである場合は、それぞれに流れる電流がバランスするよう各スイッチング素子が動作するので、一方のスイッチング素子に電流が集中して流れることはない。   The number of switching elements to be driven is determined according to the load L, not the current flowing through the shunt resistor 18, as configured above. Specifically, as shown in FIG. 2, only the first switching element 16 is driven until the switching current value Is reaches Ix / 2 (the load size L is Lx / 2), and the switching current value Is is Ix / 2 (the load size L is Lx / 2) or more, the first switching element 16 and the second switching element 17 are driven simultaneously, and the switching current value Is and the current Ia flowing through the first switching element 16 and the first switching element 16 are driven. 2 is distributed to the current Ib flowing through the switching element 17. In the case where the first switching element 16 and the second switching element 17 are the IGBTs of this embodiment, each switching element operates so that the currents flowing through them are balanced, so that the current concentrates on one switching element. Will not flow.

負荷の大きさが所定の値以上（本実施例ではＬｘ／２以上）となれば、第２スイッチング素子１７も駆動するので、図２に示すように、負荷が高くなりスイッチング電流値Ｉｓが大きくなってもシャント抵抗１８に加わる検出電圧値Ｖｆは最大でＶｙまでしか上昇しない。シャント抵抗１８が第１スイッチング素子１６のエミッタ端子あるいはコレクタ端子と整流回路１１の出力側との間に接続されている場合、本発明と同じ低負荷時の検出レベルを得ようとすれば電流検出手段での消費電力が大きくなって損失が増大するが、本発明ではシャント抵抗１８の抵抗値を大きくしても高負荷時の損失を低減できるのでシャント抵抗１８を小型化することができ、かつ、低負荷時の検出レベルを上げて安定した電源装置の制御を行うことができる。   If the magnitude of the load is equal to or greater than a predetermined value (Lx / 2 or more in the present embodiment), the second switching element 17 is also driven. Therefore, as shown in FIG. 2, the load increases and the switching current value Is increases. Even then, the detected voltage value Vf applied to the shunt resistor 18 rises only up to Vy. When the shunt resistor 18 is connected between the emitter terminal or collector terminal of the first switching element 16 and the output side of the rectifier circuit 11, the current detection can be achieved by trying to obtain the same low load detection level as in the present invention. In the present invention, even when the resistance value of the shunt resistor 18 is increased, the loss at high load can be reduced, so that the shunt resistor 18 can be reduced in size, and The detection level at the time of low load can be raised and stable control of the power supply device can be performed.

次に、図３に示すフローチャートを用い、本発明における電源装置を備えた空気調和機１００の具体的な動作について、室外機制御手段２０での処理を交えて説明する。図３に示すフローチャートは、室外機制御手段２０のマイコン２１での処理の流れを説明するものであり、ＳＴはステップを表しこれに続く数字はステップの番号を表している。尚、図３では本発明に関わる処理を中心に説明しており、室外機１における四方弁の切り替えや、使用者の指示した設定温度に対応した圧縮機１５の回転数や各膨張弁の開度調整等、その他の処理の説明は省略している。   Next, a specific operation of the air conditioner 100 including the power supply device according to the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 3 explains the flow of processing in the microcomputer 21 of the outdoor unit control means 20, where ST represents a step and the subsequent numbers represent step numbers. Note that FIG. 3 mainly describes the processing related to the present invention. Switching of the four-way valve in the outdoor unit 1, the rotation speed of the compressor 15 corresponding to the set temperature designated by the user, and the opening of each expansion valve are explained. Description of other processing such as degree adjustment is omitted.

使用者がリモコンを操作して室内機３に運転開始指示を行って、あるいは、予約運転開始時間となって空気調和機１００の運転を開始すると、室内機３のスイッチ３０がオンして室外機１に電源が投入される。電源が投入されて起動したマイコン２１は、室外機１のコンバータ制御手段２５を起動する（ＳＴ１）。起動したコンバータ制御手段２５は、図示しない入力電圧検出手段で入力電圧を検出してこれを記憶する。また、コンバータ制御手段２５は、検出電圧値Ｖｆを検出して記憶する。尚、室外機制御手段２０が出力する個数信号は、初期値がＬｏ信号（０Ｖ）であるため、乗算器２７の乗数は「１」となっている。   When the user operates the remote controller to instruct the indoor unit 3 to start operation, or when the air conditioner 100 starts operating at the reserved operation start time, the switch 30 of the indoor unit 3 is turned on and the outdoor unit 1 is turned on. The microcomputer 21 activated when the power is turned on activates the converter control means 25 of the outdoor unit 1 (ST1). The activated converter control means 25 detects an input voltage by an input voltage detection means (not shown) and stores it. Converter control means 25 detects and stores detected voltage value Vf. Since the initial value of the number signal output from the outdoor unit control means 20 is the Lo signal (0 V), the multiplier of the multiplier 27 is “1”.

次に、マイコン２１は、インバータ１４から現在の空気調和機１００の負荷の大きさを取り込む（ＳＴ２）。尚、マイコン２１は、取り込んだ負荷の大きさを記憶部２２に記憶する。次に、マイコン２１は、記憶した負荷の大きさに応じたスイッチング素子の駆動個数を決定する（ＳＴ３）。具体的には、マイコン２１は、取り込んだ負荷の大きさと、記憶部２２に記憶している負荷の閾値（負荷の大きさＬ：Ｌｘ／２）とを比べ、取り込んだ負荷が閾値より小さければ第１スイッチング素子１６のみ、閾値以上であれば第１スイッチング素子１６と第２スイッチング素子１７とを、スイッチングするように個数信号を出力する。   Next, the microcomputer 21 takes in the magnitude of the current load of the air conditioner 100 from the inverter 14 (ST2). Note that the microcomputer 21 stores the magnitude of the loaded load in the storage unit 22. Next, the microcomputer 21 determines the number of driving switching elements according to the stored load size (ST3). Specifically, the microcomputer 21 compares the magnitude of the acquired load with the threshold value of the load stored in the storage unit 22 (load magnitude L: Lx / 2), and if the acquired load is smaller than the threshold value. If only the first switching element 16 is equal to or greater than the threshold value, a number signal is output so that the first switching element 16 and the second switching element 17 are switched.

次に、マイコン２１は、決定した駆動スイッチング素子数に応じた個数信号をＡＮＤ回路２６および乗算器２７に出力する（ＳＴ４）。個数信号は、例えば、第１スイッチング素子１６のみ駆動する場合はＬｏ信号、第１スイッチング素子１６と第２スイッチング素子１７とを同時に駆動する場合はＨｉ信号とする。
ＳＴ４の処理を行ったマイコン２１は、ＳＴ２に処理を戻す。 Next, the microcomputer 21 outputs a number signal corresponding to the determined number of drive switching elements to the AND circuit 26 and the multiplier 27 (ST4). The number signal is, for example, a Lo signal when only the first switching element 16 is driven, and a Hi signal when the first switching element 16 and the second switching element 17 are simultaneously driven.
The microcomputer 21 that performed the process of ST4 returns the process to ST2.

個数信号が入力された乗算器２７は、シャント抵抗１８で検出した検出電圧Ｖｆに個数信号を乗じた入力電流算出信号をコンバータ制御手段２５に出力する。コンバータ制御手段２５は、入力電流算出信号を用いて昇圧コイル１２を流れる入力電流を算出する。コンバータ制御手段２５は、入力電流が擬似的に入力電圧と相似形となるよう、スイッチング信号を第１スイッチング素子１６とＡＮＤ回路２６とに出力する。   The multiplier 27 to which the number signal is input outputs to the converter control means 25 an input current calculation signal obtained by multiplying the detection voltage Vf detected by the shunt resistor 18 by the number signal. Converter control means 25 calculates the input current flowing through booster coil 12 using the input current calculation signal. The converter control means 25 outputs a switching signal to the first switching element 16 and the AND circuit 26 so that the input current is pseudo-similar to the input voltage.

具体的には、コンバータ制御手段２５は、第１スイッチング素子１６およびＡＮＤ回路２６にＨｉのスイッチング信号を所定時間出力する。Ｈｉの信号が入力された第１スイッチング素子１６は所定時間オンする。また、ＡＮＤ回路２６は、室外機制御手段２０からＨｉ信号とコンバータ制御手段２５からのＨｉ信号とが入力されていれば、第２スイッチング素子１７にＨｉ信号を出力し、第１スイッチング素子１６は第１スイッチング素子１６と同じ時間オンする。   Specifically, converter control means 25 outputs a Hi switching signal to first switching element 16 and AND circuit 26 for a predetermined time. The first switching element 16 to which the Hi signal is input is turned on for a predetermined time. The AND circuit 26 outputs the Hi signal to the second switching element 17 when the Hi signal from the outdoor unit control means 20 and the Hi signal from the converter control means 25 are input, and the first switching element 16 It turns on for the same time as the first switching element 16.

以上説明したように、本発明の電源装置では、電源装置の負荷の大きさに応じて駆動するスイッチング素子数を決定するので、スイッチング素子をオンした際に昇圧コイル１２を流れる電流が大きい場合は、第１スイッチング素子１６と第２スイッチング素子１７とを同時にオンすることでシャント抵抗１８に流れる電流Ｉｆを低減することができる。従って、低負荷時の電流検出手段での検出レベルを上げて低負荷時の制御を安定させるために電流検出手段の抵抗値を大きくしても、スイッチング電流の分散により高負荷時には電流検出手段での損失を低減することができる。さらには、電流検出手段での損失を低減することにより電流検出手段の小型化が行なえる。   As described above, in the power supply device of the present invention, the number of switching elements to be driven is determined according to the magnitude of the load of the power supply device. Therefore, when the current flowing through the booster coil 12 is large when the switching element is turned on. The current If flowing through the shunt resistor 18 can be reduced by simultaneously turning on the first switching element 16 and the second switching element 17. Therefore, even if the resistance value of the current detection means is increased in order to increase the detection level of the current detection means at low load and stabilize the control at low load, the current detection means at high load due to dispersion of switching current. Loss can be reduced. Furthermore, the current detection means can be reduced in size by reducing the loss in the current detection means.

また、本発明の電源装置を、本実施例で説明したような空気調和機に搭載すれば、空気調和機の負荷の大きさに応じて電源装置に備えられたスイッチング素子の駆動数を決定するので、高負荷時の電流検出手段での損失を低減することにより電流検出手段の小型化が行なえ、空気調和機の小型化が行える。また、高負荷時の電流検出手段での損失を低減することができるので、低負荷時の電流検出手段での検出レベルを上げることができ低負荷時の空調制御を安定させることができる。   Moreover, if the power supply device of the present invention is mounted on an air conditioner as described in the present embodiment, the number of driving switching elements provided in the power supply device is determined according to the load of the air conditioner. Therefore, by reducing the loss in the current detection means at the time of high load, the current detection means can be downsized, and the air conditioner can be downsized. Moreover, since the loss in the current detection means at the time of high load can be reduced, the detection level at the current detection means at the time of low load can be raised, and the air conditioning control at the time of low load can be stabilized.

尚、以上説明した実施例では、主スイッチング素子１個と副スイッチング素子１個とを備えた電源装置を例に挙げて説明したが、要求される負荷に対応したスイッチング電流値の最大値や電流検出手段に加わる電圧の上限値に応じて副スイッチング素子を２個以上としてもよい。また、電流検出手段としてシャント抵抗を備えた場合について説明したが、シャント抵抗に代えてカレントトランス等別の検出手段を使用してもよい。   In the above-described embodiments, the power supply device including one main switching element and one sub-switching element has been described as an example. However, the maximum switching current value and current corresponding to the required load are described. Two or more sub-switching elements may be provided according to the upper limit value of the voltage applied to the detection means. Although the case where a shunt resistor is provided as the current detection means has been described, another detection means such as a current transformer may be used instead of the shunt resistance.

また、駆動するスイッチング素子数の決定は室外機制御手段で行いこれに対応する個数信号をＡＮＤ回路２６および乗算器２７に出力する場合について説明したが、室外機１の電源装置にコンパレータを設け、一方の入力端子に電源装置の負荷に対応した信号が、他方の入力端子に駆動するスイッチング素子の個数を決定する閾値に対応した信号が、それぞれ入力されるようにし、比較結果をＡＮＤ回路２６および乗算器２７に出力することで、駆動するスイッチング素子の個数決定を室外機制御手段でソフトウェアを用いて実現するのではなくハードウェアを用いて実現してもよい。これにより、より高速な駆動スイッチング素子数切替えが可能になる。   The number of switching elements to be driven is determined by the outdoor unit control means and the corresponding number signal is output to the AND circuit 26 and the multiplier 27. However, a comparator is provided in the power supply device of the outdoor unit 1, The signal corresponding to the load of the power supply apparatus is input to one input terminal, and the signal corresponding to the threshold value for determining the number of switching elements driven to the other input terminal is input, and the comparison result is input to the AND circuit 26 and By outputting to the multiplier 27, the number of switching elements to be driven may be determined using hardware instead of using the outdoor unit control means using software. As a result, the number of drive switching elements can be switched at higher speed.

１ 室外機
２ 交流電源
３ 室内機
４ 第１ライン
５ 第２ライン
１１ 整流回路
１２ 昇圧コイル
１３ ダイオード
１４ インバータ
１５ 圧縮機
１６ 第１スイッチング素子
１７ 第２スイッチング素子
１８ シャント抵抗
１９ 平滑コンデンサ
２０ 室外機制御手段
２１ マイコン
２２ 記憶部
２３ 通信部
２４ センサ入力部
２５ コンバータ制御手段
２６ ＡＮＤ回路
２７ 乗算器
３０ スイッチ
１００ 空気調和機
Ｉａ 第１スイッチング素子オン時に流れる電流値
Ｉｂ 第２スイッチング素子オン時に流れる電流値
１ｓ スイッチング電流値
Ｖｆ 検出電圧値
Ｉｘ 電源装置に流せる電流の設計上の上限値
Ｖｙ シャント抵抗に加わる電圧の設計上の上限値 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outdoor unit 2 AC power supply 3 Indoor unit 4 1st line 5 2nd line 11 Rectifier circuit 12 Boost coil 13 Diode 14 Inverter 15 Compressor 16 1st switching element 17 2nd switching element
18 shunt resistor 19 smoothing capacitor 20 outdoor unit control means 21 microcomputer 22 storage unit 23 communication unit 24 sensor input unit 25 converter control unit 26 AND circuit 27 multiplier 30 switch 100 air conditioner Ia current value flowing when the first switching element is turned on Ib Current value that flows when second switching element is turned on 1s Switching current value Vf Detection voltage value Ix Upper limit value in design of current that can be supplied to power supply device Vy Upper limit value in design of voltage applied to shunt resistor

Claims (2)

整流回路と、インダクタと、ダイオードと、平滑コンデンサと、前記インダクタをスイッチングする複数のスイッチング素子と、電流検出手段とを備えた電源装置であって、
複数の前記スイッチング素子は、スイッチング動作時に常にスイッチングする主スイッチング素子と、複数の副スイッチング素子とで構成され、
前記インダクタおよび前記ダイオードは、前記整流回路の出力側の一端と前記電源装置の一方の出力端との間に直列接続され、
前記主スイッチング素子と前記電流検出手段とは各々の一端が接続されるとともに、前記主スイッチング素子の他端は前記インダクタと前記ダイオードとの間に、前記電流検出手段の他端は前記整流回路の出力側の他端に、それぞれ接続され、
複数の前記副スイッチング素子は、一端が前記インダクタと前記ダイオードとの間に、他端が前記整流回路の出力側の他端に、それぞれ接続され、
前記平滑コンデンサは、一端が前記ダイオードのカソード側に、他端が他端が前記整流回路の出力側の他端に、それぞれ接続され、
前記電源装置に接続される負荷の大きさに対応してスイッチングする前記副スイッチング素子の個数を決定することを特徴とする電源装置。 A power supply device comprising a rectifier circuit, an inductor, a diode, a smoothing capacitor, a plurality of switching elements for switching the inductor, and current detection means,
The plurality of switching elements are composed of a main switching element that always switches during a switching operation, and a plurality of sub-switching elements,
The inductor and the diode are connected in series between one end on the output side of the rectifier circuit and one output end of the power supply device,
One end of each of the main switching element and the current detection means is connected, the other end of the main switching element is between the inductor and the diode, and the other end of the current detection means is the rectifier circuit. Connected to the other end of the output side,
The plurality of sub-switching elements have one end connected between the inductor and the diode, and the other end connected to the other end on the output side of the rectifier circuit,
The smoothing capacitor has one end connected to the cathode side of the diode and the other end connected to the other end on the output side of the rectifier circuit,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the number of the sub-switching elements to be switched is determined in accordance with a magnitude of a load connected to the power supply apparatus. 請求項１に記載の電源装置を備えたことを特徴とする空気調和機。   An air conditioner comprising the power supply device according to claim 1.
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