JP5804019B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置、特に、力率改善部のオン及びオフのハンチング現象の発生防止策に関するものである。
空気調和装置における圧縮機は、モータを駆動源として駆動する。モータは、電力変換を行う装置から交流電力を供給されて駆動する。
電力変換を行う装置としては、特許文献１に示されるように、主として、整流部、昇圧型の力率改善部及びインバータ式の電力変換部によって構成されているものが一般的に知られている。先ず、商用電源から出力された交流の商用電圧は、整流部によって整流される。整流後の電圧は、力率改善部によって所望の電圧に昇圧され平滑されることで、力率改善される。力率改善後の電圧は、電力変換部に供給される。電力変換部は、力率改善後の電圧を用いてモータ駆動用の交流電力を生成する。
力率改善部のオンオフの制御は、ＣＰＵ等で構成されるコントローラによって行われる。コントローラは、例えば、力率改善部の入力電流に基づいて得られたパラメータ値の大小に応じて、力率改善部をオンまたはオフさせる。しかしながら、条件によっては、力率改善部のオンオフの切換直後、コントローラによる現時点での力率に関する状態の認識が過渡的に間に合わなくなり、短時間で連続して力率改善部のオンオフが切り換えられるハンチング現象が発生する場合がある。このようなハンチング現象は、力率改善部に流れる電流の波形の乱れを生じさせ、力率改善部内のリアクタから異音を生じさせる原因ともなり得る。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記ハンチング現象の発生を防ぐことである。
第１の発明は、交流電源（91）からの入力交流を整流する整流部（22）と、上記整流部（22）から出力される入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う力率改善部（25）と、上記力率改善部（25）の出力に接続されて、出力交流電力（SU,SV,SW）を生成する電力変換部（28）と、上記力率改善部（25）の上記力率改善動作を制御する制御部（31g）と、上記力率改善部（25）の入力または出力を所定周期（Ts）で検出する検出部（29）とを備える。上記制御部（31g）は、上記力率改善部（25）の入力または出力に関するパラメータ値が第１閾値以上の場合は上記力率改善部（25）をオンさせて上記力率改善動作を行わせ、上記パラメータ値が上記第１閾値よりも低い第２閾値以下の場合は上記力率改善部（25）をオフさせて上記力率改善動作を停止させ、上記力率改善部（25）がオンからオフまたはオフからオンへと切り換えられた時から所定時間（Tg）の間、上記パラメータ値に関係なく切換後の上記力率改善部（25）の状態を維持し、上記所定時間の経過後、切換後の上記力率改善部（25）の状態の維持を解除する。そして、上記所定時間（Tg）は、上記所定周期（Ts）よりも長いことを特徴とする。
第１の発明によると、力率改善部（25）がオンからオフへと切り換えられた場合、当該切換時から所定時間（Tg）の間、力率改善部（25）のオフ状態が維持される。逆に、力率改善部（25）がオフからオンへと切り換えられた場合、当該切換時から所定時間（Tg）の間、力率改善部（25）のオン状態が維持される。従って、力率改善部（25）の状態切換時から所定時間（Tg）の間に、力率改善部（25）のオン及びオフが連続して切り換えられるハンチング現象の発生を防止できる。
更に、第１の発明によると、所定時間（Tg）の経過後は、パラメータ値と２つの閾値（具体的には、第１閾値及び第２閾値）との大小関係により、力率改善部（25）がオフからオンまたはオンからオフへと切り換えられるようになる。
特に、第１の発明によると、所定時間（Tg）の経過後には、所定期間（Tg）中に検出された最新の力率改善部（25）の入力または出力に関するパラメータ値に基づいて、力率改善部（25）のオン及びオフが切り換えられる。従って、所定時間（Tg）の経過後、力率改善部（25）のオン及びオフが最新のパラメータ値に基づいて正確に切換えられると共に、所定時間（Tg）の経過後におけるハンチング現象の発生も、確実に防止される。
第２の発明は、第１の発明において、上記検出部（29）は、上記力率改善部（25）の入力電流（Im）を検出する電流検出部であることを特徴とする。
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、上記パラメータ値は、上記力率改善部（25）の入力電力または出力電力に関する値であることを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明から第３の発明のいずれか１つの電力変換装置（20）を備えることを特徴とする空気調和装置である。
第１の発明から第４の発明によれば、力率改善部（25）の状態切換時から所定時間（Tg）の間に、力率改善部（25）のオン及びオフが連続して切り換えられるハンチング現象の発生を防止できる。
更に、上記第１の発明によれば、所定時間（Tg）の経過後は、パラメータ値と２つの閾値（具体的には、第１閾値及び第２閾値）との大小関係により、力率改善部（25）がオフからオンまたはオンからオフへと切り換えられるようになる。
特に、上記第１の発明によれば、所定時間（Tg）の経過後、力率改善部（25）のオン及びオフが最新のパラメータ値に基づいて正確に切換えられると共に、所定時間（Tg）の経過後におけるハンチング現象の発生も、確実に防止される。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
≪実施形態１≫
＜概要＞
図１は、本実施形態１に係る電力変換装置（20）を備えたモータ駆動システム（100）の構成図である。図１のモータ駆動システム（100）は、モータ（11）と、電力変換装置（20）とで構成されている。
≪実施形態１≫
＜概要＞
図１は、本実施形態１に係る電力変換装置（20）を備えたモータ駆動システム（100）の構成図である。図１のモータ駆動システム（100）は、モータ（11）と、電力変換装置（20）とで構成されている。
モータ（11）は、３相のブラシレスＤＣモータであって、図示はしていないが、ステータ、ロータ及びホール素子等を有している。ステータは、複数の駆動コイルで構成されている。ロータは、永久磁石で構成されている。ホール素子は、ステータに対するロータの位置を検出するための素子である。
なお、本実施形態１に係るモータ（11）は、図７の空気調和装置（70）に含まれる圧縮機（72）の駆動源である。図７は、室外ユニット（71）及び室内ユニット（80）によって構成される冷媒回路図である。室外ユニット（71）には、モータ（11）及び冷媒を圧縮する圧縮機（72）、冷媒の流れを切り換える四方切換弁（73）、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器（74）、冷媒を減圧する膨張弁（75）、室外熱交換器（74）へ外気を供給する室外ファン（76）、及びファンモータ（77）が含まれている。室内ユニット（80）には、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器（81）、熱交換後の空気を室内に吹き出す室内ファン（82）及びファンモータ（83）が含まれている。
電力変換装置（20）は、商用電源（91）及びモータ（11）と、複数本のハーネスを介して接続されている。電力変換装置（20）は、交流電源である商用電源（91）からの入力交流を出力交流電力（SU,SV,SW）に変換してモータ（11）に供給する。これにより、モータ（11）は駆動することができる。
なお、本実施形態１では、商用電源（91）が単相電源である場合を例に採る。
＜電力変換装置の構成＞
電力変換装置（20）は、主として、フィルタ（21）、整流部（22）、主電源リレー（23）、入力電圧検出部（24）、力率改善部（25）、出力電圧検出部（27）、電力変換部（28）、検出部である電流検出部（29）、力率改善駆動部（30）及びコントローラ（31）を備える。
電力変換装置（20）は、主として、フィルタ（21）、整流部（22）、主電源リレー（23）、入力電圧検出部（24）、力率改善部（25）、出力電圧検出部（27）、電力変換部（28）、検出部である電流検出部（29）、力率改善駆動部（30）及びコントローラ（31）を備える。
−フィルタ−
フィルタ（21）は、商用電源（91）と整流部（22）との間に位置している。フィルタ（21）は、コイル（21a）とコンデンサ（21b）とで構成されたローパスフィルタであって、力率改善部（25）及び電力変換部（28）にて発生した高周波ノイズの、商用電源（91）側への回り込みを防止する。
フィルタ（21）は、商用電源（91）と整流部（22）との間に位置している。フィルタ（21）は、コイル（21a）とコンデンサ（21b）とで構成されたローパスフィルタであって、力率改善部（25）及び電力変換部（28）にて発生した高周波ノイズの、商用電源（91）側への回り込みを防止する。
−整流部−
整流部（22）は、フィルタ（21）の後段に接続されている。整流部（22）は、４つのダイオード（22a,22b,22c,22d）で構成されている。
整流部（22）は、フィルタ（21）の後段に接続されている。整流部（22）は、４つのダイオード（22a,22b,22c,22d）で構成されている。
具体的には、ダイオード（22a,22c）の各カソード端子は、互いに電源配線（41）に接続されている。ダイオード（22b,22d）の各アノード端子は、互いにＧＮＤ配線（42）に接続されている。ダイオード（22a）のアノード端子とダイオード（22b）のカソード端子との接続点、及び、ダイオード（22c）のアノード端子とダイオード（22d）のカソード端子との接続点は、それぞれ商用電源（91）の出力に接続されている。
整流部（22）は、商用電源（91）からの入力交流を、図２に示すように全波整流して出力する。図２は、整流された電圧（以下、入力電圧）（V1）、入力電圧（V1）の波高値（V11）、後述する入力側検出周期、及び入力電圧検出部（24）の検出結果（Vac_peak）の経時的変化を表している。
以下では、説明の便宜上、入力交流の電圧を「商用電圧（V0）」と呼称する。
−主電源リレー−
主電源リレー（23）は、整流部（22）と力率改善部（25）との間にて、電源配線（41）上に直列に接続されている。主電源リレー（23）は常閉接点である。主電源リレー（23）は、例えばモータ（11）の駆動を緊急停止しなければならない場合に開放されることで、商用電源（91）からモータ（11）側への電力供給を遮断する。
主電源リレー（23）は、整流部（22）と力率改善部（25）との間にて、電源配線（41）上に直列に接続されている。主電源リレー（23）は常閉接点である。主電源リレー（23）は、例えばモータ（11）の駆動を緊急停止しなければならない場合に開放されることで、商用電源（91）からモータ（11）側への電力供給を遮断する。
モータ（11）の駆動を緊急停止しなければならない場合としては、圧縮機（72）にて高圧異常が生じた場合、及び、モータ（11）に過大な電流が流れた場合等が挙げられる。
なお、主電源リレー（23）の位置は、整流部（22）の後段に代えて前段であってもよい。
−入力電圧検出部−
入力電圧検出部（24）は、整流部（22）から出力された電圧（V1）を、力率改善部（25）の入力電圧として検出する。
入力電圧検出部（24）は、整流部（22）から出力された電圧（V1）を、力率改善部（25）の入力電圧として検出する。
具体的に、入力電圧検出部（24）は、図１及び図３に示すように、主として、互いに直列に接続された２つの抵抗（24a,24b）、ピークホールド回路（24c）、入力電圧サンプリング部（31a）として機能するコントローラ（31）等によって構成されている。互いに直列に接続された２つの抵抗（24a,24b）は、主電源リレー（23）と力率改善部（25）との間において、整流部（22）の出力の両端に接続されている。抵抗（24a,24b）同士の接続点における電圧値は、ピークホールド回路（24c）に入力される。ピークホールド回路（24c）では、図２に示すように、整流された電圧（即ち入力電圧）（V1）の最大値である波高値（V11）が、一定時間の間維持される。この波高値（V11）は、コントローラ（31）に入力され、入力電圧サンプリング部（31a）により、図２に示すように入力側検出周期でサンプリング且つＡＤ変換され、検出結果（Vac_peak）として認識される。
ここで、図３は、実施形態１に係るコントローラ（31）の機能部を模式的に表している。
また、図２では、入力電圧検出部（24）の検出周期である入力側検出周期が、入力電圧（V1）が最大値を採る周期（電源周波数）よりも長い場合を表している。
−力率改善部−
図１に示すように、力率改善部（25）は、主電源リレー（23）の後段にて、整流部（22）の出力の両端に接続されている。力率改善部（25）は、昇圧型の力率改善回路であって、入力電圧（V1）を昇圧及び平滑することで、入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う。
図１に示すように、力率改善部（25）は、主電源リレー（23）の後段にて、整流部（22）の出力の両端に接続されている。力率改善部（25）は、昇圧型の力率改善回路であって、入力電圧（V1）を昇圧及び平滑することで、入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う。
具体的に、本実施形態１に係る力率改善部（25）は、３相のインターリーブ方式で構成された３相の昇圧チョッパ回路と１つの平滑コンデンサ（26）とを有する。具体的に、力率改善部（25）は、３つのリアクタ（L25a,L25b,L25c）、３つのスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）、３つの抵抗（R25a,R25b,R25c）、３つのダイオード（D25a,D25b,D25c）、及び１つの平滑コンデンサ（26）を有する。
リアクタ（L25a）は、電源配線（41）上に直列に接続され、入力電圧（V1）を電気エネルギーとし、これを磁束エネルギーに変化させて蓄える役割を担う。リアクタ（L25a）のインダクタンス値は、電源配線（41）上を流れる電流値やスイッチング素子（Q25a）のスイッチング周波数等に応じて、適宜決定される。
スイッチング素子（Q25a）は、Ｎｃｈの絶縁ゲートバイポーラトランジスタで構成されており、リアクタ（L25a）に対し並列に接続されている。スイッチング素子（Q25a）は、入力電圧（V1）に基づくエネルギーの、リアクタ（L25a）への蓄積と放電とを切り換える役割を担う。スイッチング素子（Q25a）は、力率改善駆動部（30）によってスイッチング素子（Q25a）のオン及びオフが制御される。
抵抗（R25a）は、スイッチング素子（Q25a）に流れるＰＦＣ電流（Ipfc）の検出用のシャント抵抗であって、スイッチング素子（Q25a）とＧＮＤ配線（42）との間に接続されている。抵抗（R25a）の両端電圧（Vd1）は、ＡＤ変換後、ＰＦＣ電流算出部（31b）として機能するコントローラ（31）に入力され（図３参照）、ＰＦＣ電流（Ipfc）の算出に用いられる。ＰＦＣ電流（Ipfc）は、力率改善部（25）の駆動制御に利用される。出力電圧（V2）がある程度上下したとしても、安定したエネルギーが力率改善部（25）の後段へと供給されるようにするためである。抵抗（R25a）の抵抗値は、力率改善部（25）による電圧の昇圧動作を妨げることのない適切な値に、決定されている。
なお、図１では、抵抗（R25c）の両端電圧（Vd1）のみがコントローラ（31）に入力されているが、抵抗（R25a,R25b）の両端電圧（Vd1）もコントローラ（31）に入力される。
ダイオード（D25a）は、リアクタ（L25a）の出力側において、電源配線（41）上に直列に接続されている。特に、ダイオード（D25a）のアノード端子は、リアクタ（L25a）とスイッチング素子（Q25a）との接続点よりも電流の流れ方向下流側に接続されている。ダイオード（D25a）は、リアクタ（L25a）側から電力変換部（28）側への電流の流れのみを許容する。
平滑コンデンサ（26）は、例えば電解コンデンサによって構成されており、各相の昇圧チョッパ回路に共通して１つ設けられている。平滑コンデンサ（26）は、各リアクタ（L25a,L25b,L25c）の出力側において、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に並列に接続されている。平滑コンデンサ（26）は、各リアクタ（L25a,L25b,L25c）から放出されたエネルギーを充放電することで、比較的リプル成分の低い直流電圧を生成する。
このような力率改善部（25）の昇圧動作（即ち、力率改善動作）について、１相分の昇圧チョッパ回路を例に説明する。先ず、スイッチング素子（Q25a）がオンすると、電源配線（41）からリアクタ（L25a）、スイッチング素子（Q25a）、抵抗（R25a）を経てＧＮＤ配線（42）への電流経路が形成され、ＰＦＣ電流（Ipfc）がこの順に流れる。すると、リアクタ（L25a）にＰＦＣ電流（Ipfc）が流れることにより、リアクタ（L25a）にはエネルギーが蓄積される。次いで、スイッチング素子（Q25a）がオフすると、上記電流経路がスイッチング素子（Q25a）によって絶たれる。リアクタ（L25a）に蓄積されたエネルギー分の電流が、ダイオード（D25a）を経て平滑コンデンサ（26）へと流れ込む。この動作が繰り返されることで、平滑コンデンサ（26）の両端電圧は高くなる。
なお、他の２相分の昇圧チョッパ回路は、上述した１相分の昇圧チョッパ回路と並列に接続されており、その動作は上記と同様である。
なお、上記力率改善部（25）の各構成要素（リアクタ（L25a,L25b,L25c）等）の数は、一例であって、上記に限定されることはない。また、抵抗（R25a,R25b,R25c）に代えてカレントセンサが、ＰＦＣ電流（Ipfc）の検出を行っても良い。
−出力電圧検出部−
出力電圧検出部（27）は、出力電圧（V2）を検出する。
出力電圧検出部（27）は、出力電圧（V2）を検出する。
出力電圧検出部（27）は、図１及び図３に示すように、主として、互いに直列に接続された２つの抵抗（27a,27b）、出力電圧サンプリング部（31c）として機能するコントローラ（31）によって構成されている。互いに直列に接続された２つの抵抗（27a,27b）は、力率改善部（25）と電力変換部（28）との間において、平滑コンデンサ（26）の両端に接続されている。抵抗（27a,27b）同士の接続点における電圧（V21）は、コントローラ（31）に入力され、出力電圧サンプリング部（31c）によって出力側検出周期でサンプリング且つＡＤ変換され、出力電圧（V2）の検出結果（Vdc）として認識される。
なお、上記出力側検出周期は、入力電圧検出部（24）の検出周期である入力側検出周期よりも短くてもよいし、同じであってもよい。
−電力変換部−
電力変換部（28）は、力率改善部（25）の出力側にて、リアクタ（L25a,L25b,L25c）に対し並列に接続されている。電力変換部（28）は、力率改善部（25）から出力電圧（V2）を供給されると、出力交流電力（SU,SV,SW）を生成する。
電力変換部（28）は、力率改善部（25）の出力側にて、リアクタ（L25a,L25b,L25c）に対し並列に接続されている。電力変換部（28）は、力率改善部（25）から出力電圧（V2）を供給されると、出力交流電力（SU,SV,SW）を生成する。
電力変換部（28）は、図示はしていないが、インバータ回路及びインバータ駆動部とで構成されている。インバータ回路は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタで構成されたパワー素子と、パワー素子に逆並列に接続された還流用ダイオードとを、それぞれ複数有する構成となっている。インバータ駆動部は、例えば集積回路によって構成されており、各パワー素子のゲート端子に接続されている。インバータ駆動部は、コントローラ（31）から出力されるモータ制御信号（Pwm）に基づいて、各パワー素子へのゲート電圧の印加制御を行うことで各パワー素子をオン及びオフさせて、インバータ回路に出力交流電力（SU,SV,SW）を生成させる。
−電流検出部−
電流検出部（29）は、力率改善部（25）への入力電流（Im）の値を検出する。入力電流（Im）とは、商用電源（91）から電源配線（41）、電力変換部（28）、モータ（11）へと流れ、再び電力変換部（28）、ＧＮＤ配線（42）を経て、力率改善部（25）に流れ込む電流である。
電流検出部（29）は、力率改善部（25）への入力電流（Im）の値を検出する。入力電流（Im）とは、商用電源（91）から電源配線（41）、電力変換部（28）、モータ（11）へと流れ、再び電力変換部（28）、ＧＮＤ配線（42）を経て、力率改善部（25）に流れ込む電流である。
電流検出部（29）は、図１及び図３に示すように、主として、ＧＮＤ配線（42）上に直列に接続されたシャント抵抗（29a）、入力電流算出部（31d）として機能するコントローラ（31）等によって構成されている。シャント抵抗（29a）の両端電圧（Vd2）は、コントローラ（31）に入力され、入力電流算出部（31d）によって所定のサンプリング周期（Ts）（所定周期に相当）にてサンプリング且つＡＤ変換され、入力電流（Im）の算出に利用される。
−力率改善駆動部−
力率改善駆動部（30）は、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）のゲート端子及びコントローラ（31）と接続されている。力率改善駆動部（30）は、例えば集積回路によって構成されている。力率改善駆動部（30）は、コントローラ（31）からのＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）に基づいて、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）へのゲート電圧の印加制御を行うことで、力率改善部（25）をオン及びオフさせる。
力率改善駆動部（30）は、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）のゲート端子及びコントローラ（31）と接続されている。力率改善駆動部（30）は、例えば集積回路によって構成されている。力率改善駆動部（30）は、コントローラ（31）からのＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）に基づいて、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）へのゲート電圧の印加制御を行うことで、力率改善部（25）をオン及びオフさせる。
具体的に、力率改善駆動部（30）は、力率改善部（25）をオンにして力率改善動作を行わせる際、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）のオン及びオフを短い周期で繰り返させるためのゲート制御信号（G1,G2,G3）を、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に出力する。逆に、力率改善駆動部（30）は、力率改善部（25）をオフにして力率改善動作を停止させる際、全てのスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）をオフの状態に保つためのゲート制御信号（G1,G2,G3）を、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に出力する。
−コントローラ−
コントローラ（31）は、メモリ及びＣＰＵによって構成されている。コントローラ（31）は、メモリに格納された各種プログラムに応じて、図３に示すように、上述した入力電圧サンプリング部（31a）、ＰＦＣ電流算出部（31b）、出力電圧サンプリング部（31c）、入力電流算出部（31d）の他、モータ駆動制御部（31e）として機能する。
コントローラ（31）は、メモリ及びＣＰＵによって構成されている。コントローラ（31）は、メモリに格納された各種プログラムに応じて、図３に示すように、上述した入力電圧サンプリング部（31a）、ＰＦＣ電流算出部（31b）、出力電圧サンプリング部（31c）、入力電流算出部（31d）の他、モータ駆動制御部（31e）として機能する。
モータ駆動制御部（31e）は、モータ（11）におけるロータ位置情報に基づいてモータ制御信号（Pwm）を決定し、これを電力変換部（28）のインバータ駆動部に出力する。ロータ位置情報としては、モータ（11）におけるホール素子の検出結果、電流検出部（29）の検出結果である入力電流（Im）等が挙げられる。また、モータ駆動制御部（31e）は、モータ（11）が駆動している間、ロータ位置情報及びその時々の各検出部（24,27）の検出結果（Vac_peak,Vdc）等を用いて、モータ（11）の駆動に対してフィードバック制御を行う。
更に、本実施形態１に係るコントローラ（31）は、力率改善部（25）に関する制御を行う。当該制御としては、力率改善部（25）が出力するべき出力電圧（Vdc）の目標値である出力目標値（Vdc_ref）の可変制御、及び、力率改善部（25）のオン及びオフ制御が挙げられる。
出力目標値（Vdc_ref）の可変制御は、目標値決定部（31f）として機能するコントローラ（31）によって行われる。例えば図４に示すように、目標値決定部（31f）は、その時
々の入力電圧検出部（24）の検出結果（Vac_peak）に一定量である昇圧量（Va）を加算した結果を、出力目標値（Vdc_ref）として決定する。図４は、可変式の出力目標値（Vdc_ref）の概念の説明図である。即ち、図４では、力率改善部（25）の出力電圧（Vdc）が入力電圧（V1）に応じて変化することを表している。これにより、例えば商用電圧（V0）が変動する電源電圧変動が生じたとしても、力率改善部（25）が昇圧する昇圧量（Va）自体は変化しない。そのため、スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）を流れる電流は概ね一定となり、リアクタ（L25a,L25b,L25c）及びスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）の電力損失も、概ね一定となる。
々の入力電圧検出部（24）の検出結果（Vac_peak）に一定量である昇圧量（Va）を加算した結果を、出力目標値（Vdc_ref）として決定する。図４は、可変式の出力目標値（Vdc_ref）の概念の説明図である。即ち、図４では、力率改善部（25）の出力電圧（Vdc）が入力電圧（V1）に応じて変化することを表している。これにより、例えば商用電圧（V0）が変動する電源電圧変動が生じたとしても、力率改善部（25）が昇圧する昇圧量（Va）自体は変化しない。そのため、スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）を流れる電流は概ね一定となり、リアクタ（L25a,L25b,L25c）及びスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）の電力損失も、概ね一定となる。
＜力率改善部のオン及びオフ制御＞
この制御は、力率改善制御部（31g）（制御部に相当）として機能するコントローラ（31）によって行われる。力率改善制御部（31g）は、入力電流（Im）に基づいて力率改善部（25）のオン及びオフを制御する。
この制御は、力率改善制御部（31g）（制御部に相当）として機能するコントローラ（31）によって行われる。力率改善制御部（31g）は、入力電流（Im）に基づいて力率改善部（25）のオン及びオフを制御する。
なお、以下の説明で用いる図５は、ハンチング現象が生じるメカニズムの説明図である。図６は、入力電流（Im）、電流検出部（29）による入力電流（Im）の検出タイミング及びＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）の経時的変化を示すタイミングチャートである。
図５に示すように、力率改善制御部（31g）は、力率改善部（25）がオンの場合の力率に関する係数を含むオン時電流換算式（PF_on）と、力率改善部（25）がオフの場合の力率に関する係数を含むオフ時電流換算式（PF_off）とを有する。力率改善制御部（31g）は、力率改善部（25）のオンオフの状態に応じてオン時電流換算式（PF_on）またはオフ時電流換算式（PF_off）を選択し、選択した電流換算式（PF_on,PF_off）を用いて、電流検出部（29）の検出結果である入力電流（Im）を、力率を考慮した値に換算する。この換算結果をパラメータ値という。
そして、力率改善制御部（31g）は、オフ時電流換算式（PF_off）によるパラメータ値が第１閾値以上の場合、力率改善部（25）をオンさせて力率改善動作を行わせる。力率改善制御部（31g）は、オン時電流換算式（PF_on）によるパラメータ値が第１閾値よりも低い第２閾値以下の場合、力率改善部（25）をオフさせて力率改善動作を停止させる。力率改善部（25）のオンオフを切り換えた後、力率改善制御部（31g）は、切換え後の力率改
善部（25）のオンオフの状態に応じてオン時電流換算式（PF_on）またはオフ時電流換算式（PF_off）を選択し、選択した電流換算式（PF_on,PF_off）を用いて、パラメータ値を換算し直す。
善部（25）のオンオフの状態に応じてオン時電流換算式（PF_on）またはオフ時電流換算式（PF_off）を選択し、選択した電流換算式（PF_on,PF_off）を用いて、パラメータ値を換算し直す。
なお、電流換算式（PF_on,PF_off）は、力率改善部（25）を実際にオンまたはオフさせた場合の、負荷側（即ち、モータ（11）側）における消費電力、入力電流（Im）及び入力電圧（V1）等によって、予め決定される。
以下、図５を用いて一例を示す。各電流換算式（PF_on,PF_off）を、次式（１）（２）にて定義する。
PF_on＝Im／1 ・・・（１）
PF_off＝Im／0.5 ・・・（２）
上式（１）の“1”は、力率改善部（25）がオンの場合の力率を表し、上記（２）の“0.5”は、力率改善部（25）がオフの場合の力率を表す。パラメータ値は、電流検出部（29）の検出結果を各力率で除算することで得られる。
PF_on＝Im／1 ・・・（１）
PF_off＝Im／0.5 ・・・（２）
上式（１）の“1”は、力率改善部（25）がオンの場合の力率を表し、上記（２）の“0.5”は、力率改善部（25）がオフの場合の力率を表す。パラメータ値は、電流検出部（29）の検出結果を各力率で除算することで得られる。
仮に、第１閾値を“10A”、第２閾値を“4A”とする。
力率改善部（25）がオフの状態時、例えば図５の“負荷上昇”の矢印に示すように、GND配線（42）を流れる実際の入力電流（Im）は上昇していく。この状態にて電流検出部（29）の検出結果が“6A”であったとすると、上式（２）からパラメータ値は第１閾値以上である“12A”となるため（図５のＡ点）、力率改善制御部（31g）は力率改善部（25）をオンさせる。次いで、上式（１）のオン時電流換算式（PF_on）が選択され、換算し直されたパラメータ値は“6A”となる（図５のＢ点）。
また、力率改善部（25）がオンの状態時、例えば図５の“負荷下降”の矢印に示すように、実際の入力電流（Im）は減少していく。この状態にて電流検出部（29）の検出結果が“4A”であったとすると、上式（１）からパラメータ値は第２閾値と等しい“４A”となるため（図５のＤ点）、力率改善制御部（31g）は力率改善部（25）をオフさせる。次いで、上式（２）のオフ時電流換算式（PF_off）が選択され、換算し直されたパラメータ値は“8A”となる（図５のＥ点）。
第１閾値及び第２閾値は、例えば、切換直後に換算し直されたパラメータ値が採り得る範囲によって決定される。
ところが、上述のようにして切換直後に換算し直されたパラメータ値は、切換直前の入力電流（Im）に基づくものである。つまり、力率改善部（25）のオンオフの切換直後の時点においては、電流検出部（29）が新たに入力電流（Im）の検出を行っていないため、力率改善制御部（31g）は、切換直前の入力電流（Im）を保持している。すると、力率改善制御部（31g）は、換算し直したパラメータ値からでは、最新の力率改善部（25）の状態を含む力率に関する真の状態を誤認識するケースが生じる。
例えば、図５のグラフにおいて、力率改善部（25）の状態がＡ点からＢ点へと遷移した場合、Ｂ点におけるパラメータ値“6A”は、そもそも力率改善部（25）がオフしていた時の入力電流（Im）によって得られた値のため、力率改善制御部（31g）は、本来の状態であるＢ点を、力率改善部（25）がオフしていてパラメータ値が同じ“6A”となるＣ点と誤って認識してしまう虞がある。すると、力率改善制御部（31g）は、オンに切り換えたばかりの力率改善部（25）を、再度オフに切り換えてしまう。仮にＣ点の状態であれば、力率改善制御部（31g）は、パラメータ値が第１閾値以上となるまでは力率改善部（25）をオフさせる制御を行うからである。
同様に、力率改善部（25）の状態がＤ点からＥ点へと遷移した場合、Ｅ点におけるパラメータ値“8A”は、そもそも力率改善部（25）がオンしていた時の入力電流（Im）によって得られた値のため、力率改善制御部（31g）は、本来の状態であるＥ点を、力率改善部（25）がオンしていてパラメータ値が同じ“8A”となるＦ点と誤って認識してしまう虞がある。すると、力率改善制御部（31g）は、オフに切り換えたばかりの力率改善部（25）を、再度オンに切り換えてしまう。仮にＦ点の状態であれば、力率改善制御部（31g）は、パラメータ値が第２閾値以下となるまでは力率改善部（25）をオンさせる制御を行うからである。
このような動作により、力率改善部（25）のオン及びオフが短時間で繰り返される、いわゆるハンチング現象が生じる。ハンチング現象は、入力電流（Im）の波形の乱れを生じさせ、リアクタ（L25a,L25b,L25c）から異音を生じさせる。
そこで、本実施形態に係る力率改善制御部（31g）は、図６に示すように、力率改善部（25）がオンからオフまたはオフからオンへと切り換えられた時から所定時間（Tg）の間、パラメータ値に関係なく、切換後の力率改善部（25）の状態を維持する。力率改善制御部（31g）は、所定時間（Tg）の経過後、切換後の力率改善部（25）の状態の維持を解除する。これにより、力率改善部（25）が例えば一旦オンに切り換えられれば、所定時間（Tg）の間、力率改善部（25）はオンのままとなる。従って、所定時間（Tg）の間にハンチング現象が生じることを防止できる。
特に、上記所定時間（Tg）は、電流検出部（29）が入力電流（Im）を検出する所定のサンプリング周期（Ts）よりも長く設定される（Tg>Ts）。即ち、本実施形態では、一旦力率改善部（25）のオンオフが切り換えられると、次のオンオフの切り換えまでには、電流検出部（29）が少なくともの１回は新たに入力電流（Im）を検出することとなる。ハンチング現象の発生の要因の１つとして、力率改善部（25）のオンオフが再度切換えられる際に、当該切換えの前後で更新されていない電流検出部（29）の検出結果が用いられることが挙げられるが、本実施形態であれば、このような要因は生じなくなる。また、オンオフの切換後に検出された入力電流（Im）には、当該切換による力率変動の影響が反映されている。そのため、力率改善制御部（31g）は、最新の入力電流（Im）に応じて、必要な場合に力率改善部（25）のオンオフの状態を確実に切り換えることができる。
＜実施形態の効果＞
本実施形態に係る電力変換装置（20）によれば、力率改善部（25）のオンオフが切り換えられた場合、当該切換時から所定時間（Tg）の間、パラメータ値に関係なく切換後の力率改善部（25）のオンオフの状態が維持される。従って、力率改善部（25）のオンオフの切換時から所定時間（Tg）の間に、力率改善部（25）のオン及びオフが連続して切り換えられるハンチング現象の発生を防止できる。
本実施形態に係る電力変換装置（20）によれば、力率改善部（25）のオンオフが切り換えられた場合、当該切換時から所定時間（Tg）の間、パラメータ値に関係なく切換後の力率改善部（25）のオンオフの状態が維持される。従って、力率改善部（25）のオンオフの切換時から所定時間（Tg）の間に、力率改善部（25）のオン及びオフが連続して切り換えられるハンチング現象の発生を防止できる。
そして、所定時間（Tg）の経過後は、パラメータ値と２つの閾値（具体的には、第１閾値及び第２閾値）との大小関係により、力率改善部（25）のオフオフが切り換えられるようになる。
更に、上記所定時間（Tg）は、電流検出部（29）が入力電流（Im）を検出する所定のサンプリング周期（Ts）よりも長い。これにより、所定時間（Tg）の経過後には、所定期間（Tg）中に検出された最新の入力電流（Im）によって換算されたパラメータ値に基づいて、力率改善部（25）のオン及びオフが切り換えられる。従って、所定時間（Tg）の経過後、力率改善部（25）のオン及びオフが最新のパラメータ値に基づいて正確に切換えられると共に、所定時間（Tg）の経過後におけるハンチング現象の発生も、確実に防止される。≪その他の実施形態≫
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
力率改善制御部（31g）は、力率改善部（25）のオン及びオフ制御を、入力電流（Im）に代えて、入力電力または出力電力に基づいて行っても良い。入力電力は、入力電流（Im）と入力電圧（V1）との積で求められる。この場合、入力電圧（V1）の検出部は入力電圧検出部（24）とは別途設けられ、所定時間（Tg）よりも短い検出周期で入力電圧（V1）を検出することが好ましい。出力電力は、力率改善部（25）の出力電流と、出力電圧検出部（27）により検出された出力電圧（V2）との積で求められる。出力電圧検出部（27）の出力側検出周期も、所定時間（Tg）よりも短いことが好ましい。そして、入力電力または出力電力は、力率を考慮した値に換算され（パラメータ値）、力率改善部（25）のオン及びオフ制御に用いられることが好ましい。即ちこの場合、パラメータ値は、入力電力または出力電力に関する値と言うことができる。
また、所定時間（Tg）は、一定時間ではなく、可変時間であって良い。
また、出力目標値（Vdc_ref）は、可変値ではなく、固定値であってもよい。
また、力率改善部（25）は、昇圧型に代えて、降圧型、または昇圧型と降圧型との混合型であっても良い。
また、モータ（11）の駆動対象は、圧縮機（72）以外（例えば室外ファン（76）及び室内ファン（82）等）であってもよい。
また、入力電圧検出部（24）は、入力電圧（V1）の波高値（V11）に代えて、商用電圧（V0）または入力電圧（V1）の実効値及び平均値等を入力側検出周期でサンプリングする仕様であってもよい。
また、整流部（22）とは別途商用電源（91）に接続された整流回路があり、入力電圧検出部（24）は、当該回路から出力される電圧を検出する構成であっても良い。
以上説明したように、本発明は、力率改善部を含む電力変換装置について有用である。
20 電力変換装置
22 整流部
25 力率改善部
28 電力変換部
29 電流検出部（検出部）
31g 力率改善制御部（制御部）
91 交流電源
70 空気調和装置
V1 入力電圧
Im 入力電流
Ts 所定のサンプリング周期（所定周期）
Tg 所定時間
22 整流部
25 力率改善部
28 電力変換部
29 電流検出部（検出部）
31g 力率改善制御部（制御部）
91 交流電源
70 空気調和装置
V1 入力電圧
Im 入力電流
Ts 所定のサンプリング周期（所定周期）
Tg 所定時間
Claims (4)
- 交流電源（91）からの入力交流を整流する整流部（22）と、
上記整流部（22）から出力される入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う力率改善部（25）と、
上記力率改善部（25）の出力に接続されて、出力交流電力（SU,SV,SW）を生成する電力変換部（28）と、
上記力率改善部（25）の上記力率改善動作を制御する制御部（31g）と、
上記力率改善部（25）の入力または出力を所定周期（Ts）で検出する検出部（29）と
を備え、
上記制御部（31g）は、
上記力率改善部（25）の入力または出力に関するパラメータ値が第１閾値以上の場合は上記力率改善部（25）をオンさせて上記力率改善動作を行わせ、上記パラメータ値が上記第１閾値よりも低い第２閾値以下の場合は上記力率改善部（25）をオフさせて上記力率改善動作を停止させ、
上記力率改善部（25）がオンからオフまたはオフからオンへと切り換えられた時から所定時間の間、上記パラメータ値に関係なく切換後の上記力率改善部（25）の状態を維持し、
上記所定時間の経過後、切換後の上記力率改善部（25）の状態の維持を解除し、
上記所定時間（Tg）は、上記所定周期（Ts）よりも長い
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１において、
上記検出部（29）は、上記力率改善部（25）の入力電流（Im）を検出する電流検出部であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１または２において、
上記パラメータ値は、上記力率改善部（25）の入力電力または出力電力に関する値である
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１から請求項３のいずれか１つの電力変換装置（20）を備えることを特徴とする空気調和装置。
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