JPS6369467A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は空気調和機に関し、特にインバータ制ｔＸｌ
　ｋ二よる能力可変型の空気調和機の９１ｍ回路に関す
る。

［従来の技術］ 第４図は能力可変型の空気調和機の１ｒｉｌＪ御回路系
の構成を示す図である。第４図において、能力可変型の
空気調和機の制御回路系は、交流電源１からの入力を受
けて整流、平滑して出力するコンバータ２と、コンバー
タ２からの直流電圧を受けて３相交流に変換し・て電動
圧縮機４へ出力づ゛るインバータ３と、インバー９３の
出力周波数および出力電圧を１ｉｌＪｌＩｊｌする１Ｉ
Ｉｉ御装跋５とから構成される。

コンバータ２は、交流電源１出力を受けて整流して直流
に変換する！Ｉ！Ｉｔ２１ど、整流器２１に含まれる交
流成分を除去する平滑用コンデンサ２２とから構成され
る。

インバータ３は、コンバータ２かうの直列出力を３相交
流に変換するために、６個のトランジスタ（図ではｎｐ
ｎバイボー５１−ランジスタ）を通学含む。第１相出力
は、ベースドライブ信＠　３　ｕに応答してオンオフ動
作をプる１−ランジスタＱ１と、トランジスタＱ１に直
列に接続され、ベースドライブ信号３ｘに応答してオン
オフ動作づ゛る１〜ランジスタＱ４とにより与えられる
。第２相出力は、ベースドライブ信号［３ｖに応答して
オンオフ動作するトランジスタＱ２と、トランジスタ０
２に直列に接続されベースドライブ信号Ｂｙに応答して
オンオフ動作するトランジスタＱ５とにより与えられる
。第３相川力は、ベースドライブ信号３ｗに応答してオ
ンオフ動作するトランジスタＱ３と、トランジスタ０３
に直列に接続され、ベースドライブ信号３ｚに応答して
オンオフ動作するトランジスタＱ６とにより与えられる
。

制御装Ｖ！１５は、たとえば空気講和機が設置されてい
る室内温度などに応答して予め定められたルーチンに従
ってＩｔ、ＩＩ御他信号ベースドライブ信号）をインバ
ータ３へ与え、これによりインバータ３の出力周波数お
よび出力電圧を調整している。

インバータ３において、同相のトランジスタ（たとえば
トランジスタＱ１およびＱ４）の一方のみをオン状態と
することによりコンバータ２からの直流出力を３相交流
出力に変換するようにされている。

第５図はトランジスタのベース電流とコレクタ電流との
関係を示す図であり、トランジスタの一般的なスイッチ
ング特性を示す図である。通常第５図に示されるように
バイポーラトランジスタにおいては、第５図に示される
ように、ベース電流１Ｂとコレクタ電流Ｉ、との間には
、時間的な遅れが生じる。すなわら、ベース７Ｍ流１６
が立し下がってもコレクタ電流■、はプぐに立ち下がら
ず、トランジスタにおけるＮ積電筒による蓄積時間Ｔｓ
ｔｇと、下降時間Ｔｆとにょるスイッチング動作の遅れ
が生じる。したがって、トランジスタをオフ状態にづ−
るためにベース電流１ａを立ち下げても、コレクタ電流
１ｃはしばらく流れるため、この間トランジスタはオン
状態を保つ。したがって、通常第４図に示されるインバ
ータ３においては、同相上下のトランジスタＱＩＩ３よ
びＱ４、Ｑ２およびＱ５、Ｑ３．ｔｊよびＱ６が同時に
導通状態となってトランジスタが破壊しないように各相
において同相の１−ランジスタが同時にオフ状態どなる
休止時間と呼ばれる遅延時間が設けられている。

第６図は同相のトランジスタにおける動作を示ずタイミ
ング図である。′！ｉなわち、第６図の動作波形図から
見られるように、ベースドライブ信号３ｘが立ち下がっ
た後、ベースドライブ信号３ｕは休止時間経過後に立ち
上がり、同様にしてベースドライブ信＠３ｕが立ち下が
った後休止時間が経過した後にベースドライブ信号３ｘ
が立ち上がるようにされている。ずなわら同相上下のト
ランジスタにおいて、一方のトランジスタが確実にオフ
状態に移行してかう他方のトランジスタが導通状態とな
るようにベースドライブ信号が与えられるようにされて
いる。この休止時間の設定は一般に第７図に示されるよ
うなハードウェアにより設定づ゛る方法と、第８図に示
されるようなソフトウェアで設定する方法との２通りの
方法が行なわれている。

第７図はベースドライブ信号の発生タイミングをハード
ウェアで設定する構成を示す図である。

第７図において、マイクロコンピュータからなる１ｉ’
ｊ　ｆｉｔ部５０は、電動圧縮！ａ４の動作周波数等に
応じたυｊ御偽信号発生する。この制御信号は抵抗ＩＲ
（およびコンデンサＣかうなる遅延回路によっての立ち
上がりが緩かにされバッファ回路５１へ与えられる。バ
ッフ７回路５１は与えられた信号を波形整形して方形波
に変換１）でベースドライブ信号を出力する。この構成
にＪ３いては、同相のトランジスタに対して設けられる
休止時間は抵抗Ｒ６よびコンデンサＣによる遅延時間に
より設定される。

第８図はトランジスタ動作に対する休止時間をソフトウ
ェアで制御する場合の動作ステップを承す図である。第
８図において、まず電動圧縮機４の動作周波数等に応じ
たルーチンが選択され（Ｓｌ）、この選択された出カル
−・チンに応じたべ・−ストライブ信号がｉｌｌ　ｌ１
ｔｌ装置５より出力される（Ｓ２）、次に次回のべ・−
ストライブ信号の出カバターンとそのときのベースドラ
イブ信号用カバターンとのＡＮＤ　（またはＯＲ）がと
られ、その論理結果が出力される（３３）、これは、次
回の出カバターンに応じて動作が変化するトランジスタ
を一旦中間状態（状態が変化ｊる同相の１−ランジスタ
において両方ともオフ状態に４“る）にするために行な
われる。次に、予め定められた待ち時間の閤信目出力が
停止され＜８４）、この予め定められた持ち時間が経過
後に次回のベースドライブ信す出カバターンが出力され
る（８５）、次回の出カバターンを出力したのち、ステ
ップＳ１へ戻るリターン動作が行なわれる（８６）。

ｊス上のようにして３相交流出力時において同相のトラ
ンジスタが同時にオン状態となってトランジスタが破壊
することを防止するために、ソフトウェア制御により予
め定められた休止時間が設けられる構成となっている。

ここで、ソフトウェアｖＪＩＩＩにおける休止時間は第
８図においてステップＳ３とステップＳ４からなる時間
が休止時間に対応する。

［発明が解決しようとする問題点］ 休止時間の期間においては、同相のトランジスタが共に
オフ状態にあるため、′ｆ！１動圧縮機４に流れる電流
に脈流成分が含まれ、？ｔｉ動圧縮ｆｉ４にトルク変動
が生じる。したがって、休止時間をできる限り小さくす
ることが、電動圧縮機の電気的特性に対して良好な結果
をもたらすことになる。しかし、従来のインバータ８メ
Ｊ御回路においては、動作条件等によりトランジスタの
スイッチング特性が変化し、休止時間を小さくすること
が可能な場合が存在するにもかかわらず、一義的に休止
時間の３１１間が決定されていたため、電動圧縮機への
配慮があまりなされていないという問題点があつ１．：
。

それゆえ、この発明の目的は上述の問題点を除去し、休
止時間の期間を必要最小限に抑制し、それにより休止時
間による電動圧縮ｂ１の悪影響をできる限り小さくする
ことのできる空気調和機を提供することである。

Ｅ問題点を解決するための手段１ この発明における空気調和ａは、電動圧縮機の動作周波
数またはインバータに含まれるｉ−ランジスタの動作温
度に応じて休止時間を調整づるようにしたものである。

１作用］ 通常、トランジスタの遅延時間（蓄積時間と下降時間と
の和）は温度により変化し、温度が上昇すると遅延時間
が長くなり、温度が下降するとその遅延時間も短くなる
。

また、トランジスタの動作湿度は、１−ランジス夕のス
イッチング損失に関係しており、そのスイッチング損失
が大きいと素子ｌ＆１度は上昇づる。このスイッチング
損失はスイッチング時の過Ｉｆ　ｆｆ＝’ｉに発生づる
損失とオン状態時における飽和電圧ＶｃＨ（ｓａｔ）に
よる損失とが存在する。前者はトランジスタのスイッチ
ング回数に比例し、後者はコレクタ１！流に比例する。

一方、スイッチング回数は電動圧縮機の動作周波数に応
じて一義的に決定され、かつコレクタ１！流は周波数が
轟くなると大きくなることにより、電動圧縮機の動作周
波数とトランジスタのスイッチング損失の関係には比例
関係があり、かつトランジスタのスイッチング損失と素
子温度（トランジスタの動作ｉ度）とは比例関係にある
。これによりトランジスタのスイッチング損失と素子温
度との間に比例関係が存在することになり、各動作周波
数から素子温度の上昇を推定することが可能となる。

したがって、インバータのｉｑａにおいて設けられる休
止時間を、動作周波数または素子温度に応じて調整する
ことにより、休止時間を必１！！！最小限の時１ｍに設
定することが可能となる。

［発明の実施例］ まずこの発明の実施例について説明づ“る前に、この発
明を支える理論的背気について説明する。

通常、バイポーラトランジスタのスイッチング特性にお
ける蓄積時間７　ｓｉｇと下降時間Ｔ「は湿度により変
化し、温度が上昇すると蓄積時間７ｓｔｇ。

下降時間Ｔ「ともに長くなり、一方温度が低下すると共
に短くなる。したがって素子の湿度に応じて休止時間の
長さを変える必要がある。一方において、トランジスタ
の動作温度は、そのスイッチング損失に関係しており、
スイッチング損失が大きいとトランジスタの動作温度は
上昇する。一般に、トランジスタのスイッチング損失は
大きく分けて、■スイッチオン動作の過渡時に発生する
損失、■オン状態の飽和電圧Ｖｃ　Ｅ（ｓａｔ　）によ
る損失、■スイッチオフ動作の過渡時に発生する損失の
３種類がある。このうち、■および■のスイッチング動
作の過渡時に発生する損失はトランジスタのスイッチン
グ回数に比例し、一方■の飽和電圧による１失はコレク
タ１！流）Ｃに比例する。

第２Ａ図は、電動圧Ｎ機の動作周波数とインバータに含
まれるトランジスタのスイッチング回数との関係を示づ
図である。第２Ａ図に示されるように、トランジスタの
スイッチング回数は電動圧縮機の動作周波数に対して一
義的に決定されるものであり、一方トランジスタを流れ
るコレクタ電流１０はその周波数が高くなると大きくな
ることにより、電動圧縮機の動作周波数とトランジスタ
のスイッチング損失の関係が求められる。ここで、第２
Ａ図において動作周波数が増大するにつれてスイッチン
グ回数が低減しているが、動作周波数が増大するにつれ
て、トランジスタに与えられるベースドライブ信号のパ
ルス間隔が短くなり、複数個のベースドライブ信号に対
して１回トランジスタがスイッチング動作するようにな
ることに対応りる。

第２Ｂ図はトランジスタのスイッチング損失と電動圧縮
機の動作周波数との関係を示す図である。

第２Ａ図から求められるスイッチング回数と動作周波数
との関係を介して動作周波数とトランジスタにおけるス
イッチング損失との関係を求めることができ、その関係
は第２Ｂ図に示されるようになる。一方に４３いて、ト
ランジスタのスイッチング損失とトランジスタの動作温
度とは比例関係にあることにより、この第２Ｂ図におけ
るスイッチング損失（縦軸）はトランジスタの動作温度
と考えても差支えがない。したがって、各動作周波数デ
ータ（電動圧縮機に対づる）からトランジスタの温度上
昇を推定することが可能となる。本発明は上述′の理論
に基づいて行なわれるものであり、以下に本発明の一実
施例について説明する。

まず、第２Ｂ図に示される関係から、電動圧縮機の各周
波数データに対して対応するトランジスタの動作ｍ度を
推定する。このトランジスタの推定温度から、それに対
する蓄積時間Ｔｓｔｇおよび下降時間Ｔｌの温度による
変化を求め、これに基づいてインバータ３に含まれるト
ランジスタの休止時間の期間を予め決定しておき、これ
を記憶させておく。

第１図はこの発明の一実施例である空気調和機のｉ／１
１回路の動作を示１゛フＤ−図である。以下、ｔＲ１図
を参照してこの発明の一実施例である空気講和機の制御
動作について説明する。

まず、空気調和機が設置されている室内温度などに応答
して電動圧縮！１１４へ与えられる動作周波数に対応す
るベースドライブ信号を発生するためのルーチンが選択
される（＄１０）。このとき、既にベースドライブ出力
ルーチン内には、？！！動圧縮磯４の動作周波数に対応
した持ち時間が設定されている。次に選択されたベース
ドライブ出力ルーチンに従って、制御装置５からベース
ドライブ信号がインバータ３のトランジスタ０１〜Ｑ６
のそれぞれのベースへ与えられる。トランジスタ０１〜
Ｑ６は与えられたベースドライブ信号に応答してオンま
たはオフ状態となり、インバータ３からそれに応じた３
相交流出力が電動圧縮機４へ与えられる。ベースドライ
ブ信号が出力された後予め定められた期間（このパルス
期間も出力ルーチン内に設定されている）経過後、次回
に出力されるべきベースドライブ信号のパターンと現在
出力されているベースドライブ信号パターンとのＡＮＤ
（またはＯＲ）がとられ、その論理結果が出力され、こ
れによりインバータ３に含まれる１−ランジスタＱ１〜
Ｑ６は、現在の状態から次回の状態に移行する前の中間
状態に移行する。これにより、同相のトランジスタが同
時にオン状態となることが防止され、トランジスタの破
壊が防止される（８１２）、ＡＮＤ　（またはＯＲ）出
力が出力された後、そのとぎのベースドライブ化＠を含
む出力ルーチン内で既に設定されている持ち時間が出力
され、ベースドライブ信号の発生が停止される（＄１３
）。この持も時間が経過した後、次のベースドライブ信
号用カバターンがインバータ３へ与えられる（８１４）
、この後ステップ１５を介してステップ１０へ戻り上述
の動作を繰返ブ。ここで、ステップ８１２において、次
回のベースドライブ化り出カバターンとのＡＮＤ　＜ま
たはＯＲ）がとられるのは、インバータ３に含まれるト
ランジスタの極性に応じて変化するものであり、そのい
ずれか一方の論理結果のみが出力される。以上のように
、ソフトウェアでインバータ３に含まれるトランジスタ
の休止時間を設ける方法において、休止時間に含まれる
持ち時間を各電動圧縮機の各動作周波数に対応して決定
して、電動圧縮機の各動作周波数ごとに選択されるベー
スドライブ出力ルーチンのそれぞれに対応して設定して
４３　＜ことにより、電動圧縮機の動作周波数が変化し
てもそれに応じた休止時間を設定することが可能となる
。

なお、上記実施例においては、休止時間の設定を、電動
圧縮機の動作周波数データに対応して予め持ち時間を決
定して記憶させ、この記憶された持ち時間を用いて休止
時間がソフトウェアを用いて決定されるようにしている
。しかし、この休止時間に含まれる持ち時間は、インバ
ータに含まれるトランジスタの動作温度と密接に関係が
あるものであり、直接にトランジスタの温度を測定し、
この測定温度に応じて持ち時間を変化させるようにして
もよい。

すなわち、上述のように、トランジスタのスイッチング
動作の遅れ、すなわち遅延時間Ｔ　ｓｔｇおよび下降時
間１’ｌは温度とともに変化し、この関係は容易に求め
ることが可能である。したがって、このトランジスタの
蓄積時開および下降時間の変化に応じて持ら時間を設定
プ゛ることにより、素子温度に対応した持ち時＠を設定
することが可能となる。すなわち、この実施例において
は、休止時間がソフトウェアを用いて設けられる方法の
利点、すなわち休止時間の長さをプログラムにより設定
できるという点を利用して、トランジスタの動作温度に
応じた休止時間の艮ざを設定しようとするものである。

第３図はこの発明の他の実施例である制御回路の動作を
示すフロー図である。以下、第３図を参照してこの発明
の他の実施例である１、ｌＪ御動作について説明する。

まず、素子温度（トランジスタの動作温度）とそれに対
応する休止時間に含まれる持ち時間とを予め求めてＩｌ
ｌ　ＩＩＩ装置５に記憶しておく。ここで、トランジス
タの動作温度を正確に測定する必要があるが、通常イン
バータ３を構成する６個のトランジスタは１個のパッケ
ージにモジュール化されているため、このパッケージ内
にｌＳｉ度センサを組込むか、またはパッケージ近傍に
温度センサを装着することにより素子温度を正確に検知
することが可能である。空気講和機が設置されている室
内温度等の条件に応じて、電動圧縮１４の必要とされる
動作周波数に応じＩζベースドライブ出カル−チンが選
択される（８２０１゜次に、たとえば温度センサである
温度検出器により素子温度を測定し、前回にベースドラ
イブ信号を出力したときよりトランジスタの温度が上昇
したか否かが判別される＜３２１３゜このときのトラン
ジスタの温度が上昇すれば、それに対応する持ち時間が
選択され、待ち時間が長くされる（８２２）。もしトラ
ンジスタの温度が上昇していない場合には、前回のベー
スドライブ信号出力時よりトランジスタ温度が低下した
か否かが判別される（８２３）。もし前回よりも素子一
度が低下している場合には、その低下温度に対応する持
ち時間が選択され、侍ち時間が短縮される（＄２４）、
ここでトランジスタの温度が前回のベースドライブ信号
出力時と同一であれば、持ち時間は何ら変化されず前回
と同様の持ち時間が選択される。持ち時間の設定が終了
すると、選択されたベースドライブ出力ルーチンに応じ
てベースドライブ信号がインバータ３へ出力される＜８
２５）、ベースドライブ信号が出力されて所定の時間（
ベースドライブ信号のパルスＩ１期閤）が経過すると、
次に次回に出力されるべきベースドライブ信号パターン
と現在のベースドライブ信号パターンとのＡＮＤ　（ま
たはＯＲ＞がとられ、その論理結果が所定の時間期間出
力される（８２６）、この論理結果の出力が終了すると
、選択された持ち時間が出力され、ドライブ信号の出力
が停止される（８２７）。この持ち時間が経過すると次
回のベースドライブ信号の出カバターンがインバータ３
へ与えられる（８２８）。

次回のベースドライブ信号出力終了後ステップ＄２９へ
移ってリターン動作が行なわれステップ２０へ移行し同
様の動作が行なわれる。上述のように、トランジスタの
動作温度を検出し、それに応じて持ち時間も調整するこ
とにより、トランジスタの遅延時間（蓄積時間と下降時
間との和）の変化に対応して必要最小限の休止ｖｆ間を
設定することが可能となる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、インバータに含まれ
るトランジスタの休止時間をトランジスタの動作温度や
電動圧縮機に与えられる動作周波数　に応答してソフト
ウェアを用いて調整するようにｉｌｌ成しているので、
インバータに含まれるトランジスタの遅延時間（Ｍ積時
間と下降時間との和）に応じて必要最小限の休止時間を
設定することが可能となり、同相のトランジスタが同時
にオフ状態になる期間をできるだけ小さくすることが可
能となり、′Ｉｌｉ動圧縮機のトルク変動や線電流に脈
流が発生するという電動圧縮機への悪影響を小さくする
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である空気調和機のｉｌｌ
　Ｉ！Ｉ動作を示すフロー図である。第２図は電動圧縮
機の動作周波数とトランジスタの動作温度およびスイッ
チング回数との関係を示す図であり、第２Ａ図は電動圧
縮機の周波数とインバータに含まれるトランジスタのス
イッチング回数との関係を示し、第２Ｂ図はＮ動圧縮機
の動作周波数とトランジスタにおけるスイッチング損失
を介しての素子温度との関係を示す図である。第３図は
この発明の他の実施例である空気調和機における制御動
作を示すフロー図である。第４図は従来およびこの発明
が適用される空気講和機の制御回路の概略構成を示す図
である。第５図はインバータに用いられるトランジスタ
のベース電流とコレクタ電流との関係を示す図であり、
トランジスタのオン・オフ動作特性を示す図である。第
６図はインバータに含まれるトランジスタの動作を示す
タイミングチャート図である。第７図はインバータに含
まれるトランジスタに対して与えられる休止時間をハー
ドウェアを用いて設定する場合の構成を示す図である。 第８図はインバータに含まれるトランジスタに対して休
止時間をソフトウェアを用いて設定する際のｖ制御回路
の動作を示すフロー図である。 図において、１は交流電源、２はコンバータ、３はイン
バータ、４は電動圧縮機、５は制御装置、Ｑ１〜Ｑ６は
トランジスタである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 衿５図 弔６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源からの交流出力を受けて直流電力に変換
   して出力するコンバータと、前記コンバータからの直流
   電力を受けて３相交流電圧に変換して電動圧縮機に出力
   するインバータと、前記インバータの３相出力の各相に
   対して設けられる直列接続されたトランジスタの動作を
   制御して前記インバータの出力周波数および出力電圧を
   制御する制御装置とを有する空気調和機であつて、前記
   ３相出力の各相において、同相に設けられているトラン
   ジスタが同時に導通状態とならないようにトランジスタ
   の動作に対して休止時間が設けられているものにおいて
   、 前記休止時間を前記電動圧縮機の動作周波数に応じて変
   化させるようにしたことを特徴とする空気調和機。
2. （２）前記休止時間の調整手段は、 前記電動圧縮機の動作周波数に応じた休止時間を予め記
   憶する手段と、 前記電動圧縮機のそのときの動作周波数に応じて前記記
   憶手段から対応する休止時間を読出す手段とを備える、
   特許請求の範囲第１項記載の空気調和機。
3. （３）交流電源からの交流出力を受けて直流電力に変換
   して出力するコンバータと、前記コンバータからの直流
   出力を受けて３相交流に変換して電動圧縮機に出力する
   インバータと、前記インバータの３相出力の各相に対し
   て設けられる直列接続されたトランジスタの動作を制御
   して前記インバータの出力周波数および出力電圧を制御
   する制御装置とを有する空気調和機であつて、前記３相
   出力の各相において、同相に設けられたトランジスタが
   同時に導通状態とならないようにトランジスタの動作に
   対して休止時間が設けられているものにおいて、 前記休止時間を前記インバータに含まれるトランジスタ
   の動作温度に応じて変化させるようにしたことを特徴と
   する、空気調和機。
4. （４）前記休止時間の調整手段は、 前記インバータに含まれるトランジスタの動作温度に応
   じて決定された休止時間を予め記憶する手段と、 前記インバータに含まれるトランジスタの動作温度を測
   定する手段と、 前記動作温度測定手段からの測定温度に応答して前記記
   憶手段から対応する休止時間を読出す手段とを備える、
   特許請求の範囲第３項記載の空気調和機。