直流电源装置、电动机驱动装置、空调机以及冰箱的制作方法_2

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直流电压进行控制。以下,参照图1~图3,对由该控制部8进行 的第一开关元件4a和第二开关元件4b的开关控制进行说明。
[0070] 图2是表示本实施方式的直流电源装置100中的开关控制状态的一个示例的图。另 外,在图2中,为了对图进行简化,省略了各结构要素的符号。
[0071] 图2的状态A表示第一开关元件4a和第二开关元件4b双方都被控制成断开(由控制 部8控制成断开)的状态。在该状态下,对第一电容器6a和第二电容器6b进行充电。
[0072]图2的状态B表示第一开关元件4a被控制成导通(由控制部8控制成导通),且第二 开关元件4b被控制成断开的状态。在该状态下,仅对第二电容器6b进行充电。
[0073]图2的状态C表示第二开关元件4b被控制成导通,第一开关元件4a被控制成断开的 状态。在该状态下,仅对第一电容器6a进行充电。
[0074]图2的状态D表示2个开关元件4a、4b双方都被控制成导通的短路状态。在该状态 下,不对第一电容器6a和第二电容器6b双方进行充电。
[0075] 在本实施方式中,通过对图2所示的各状态进行切换,控制供给到负载11的直流电 压,同时抑制从交流电源1流出的电流急剧增大而成的冲击电流。
[0076] 图3是表示本实施方式的直流电源装置100中的各动作模式的图。如图3所示,本实 施方式的直流电源装置100具有使第一开关元件4a和第二开关元件4b为一直断开的控制状 态的全波整流模式(第一模式)和对第一开关元件4a和第二开关元件4b交替地进行导通控 制的升压模式(第二模式)作为动作模式。
[0077] 作为升压模式,存在升压模式a、升压模式b、升压模式c这3种模式。在升压模式a 下,第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比都为50%。在升压模式b下,第一开关 元件4a及第二开关元件4b的导通占空比都小于50%。在升压模式c下,第一开关元件4a及第 二开关元件4b的导通占空比大于50%。
[0078]在全波整流模式下,使第一开关元件4a和第二开关元件4b为一直断开的控制状态 (图1的状态A)。因此,由整流电路2进行了全波整流而得到的电压为直流电源装置100的输 出电压。
[0079]在升压模式a下,第一开关元件4a的导通定时和第二开关元件4b的断开定时几乎 同时,第一开关元件4a的断开定时和第二开关元件4b的导通定时几乎同时。因此,在升压模 式a下,图2所示的状态B和状态C轮流出现。此时的输出电压为全波整流模式下的输出电压 的大致2倍。这样,升压模式a是输出电压为全波整流模式的大致2倍的倍压模式。
[0080] 在升压模式b下,设置有第一开关元件4a和第二开关元件4b的一方导通的期间以 及第一开关元件4a和第二开关元件4b都断开的同时断开期间。在升压模式b下,周期性反复 进行图2所示的状态状态A-状态C-状态A的状态转换,此时的输出电压为全波整流模 式时的输出电压与升压模式a (倍压模式)时的输出电压的中间电压。
[0081] 在升压模式C下,设置有第一开关元件4a和第二开关元件4b的一方导通的期间和 第一开关元件4a和第二开关元件4b都导通的同时导通期间。在升压模式c下,周期性反复进 行图2所示的状态D-状态C-状态D-状态B的状态转换。在第一开关元件4a和第二开关元 件4b都导通的期间(这里为状态D的期间),能量蓄积在电抗器3中。此时的输出电压为升压 模式a(倍压模式)时的输出电压以上的电压。
[0082]这样,在本实施方式中,通过使第一开关元件4a及第二开关元件4b的导通占空比 变化,能够对供给到负载11的直流电压进行控制。
[0083] 这里,在想要使用通过升压模式a供给的输出电压来作为输出电压的情况下,将以 升压模式a(倍压模式)开始动作定义为开关动作的起动。起动前,设为一直断开的控制状态 的全波整流模式,当为了以升压模式a进行动作而使开关动作起动时,从交流电源1流出冲 击电流(浪涌电流)。
[0084] 对冲击电流(浪涌电流)流动的结构进行说明。由直流电压检测部10检测出的电 压,在起动前为全波整流模式的直流电压(例如,当将交流电源1的线间电压有效值设为Vs 时,在直流电压检测部1〇中为/2 xVs)。在从该状态起动开关动作并开始升压模式a的动作 后,由直流电压检测部10检测出的电压为倍压状态的直流电压(在直流电压检测部10中为 %/! XVsx2),直流电压为起动前的直流电压的2倍。
[0085] 图4是表示以升压模式a开始动作的前后的直流电压的一个示例的图。图4的起动 时刻表示开关元件从断开到导通的时刻、即升压模式a的动作开始的时刻。如图4所示,直流 电压从起动时刻起急剧上升,收敛为倍压状态的电压。由于将第一电容器6a和第二电容器 6b串联连接,所以在起动前,电容器6a和电容器6b分别分担图4所示的V1电压的1 /2。在起动 后,第一电容器6a和第二电容器6b交替地开始充电,向第一电容器6a充入Vl,向第二电容器 6b充入Vl的总计Vl X 2( =V2)的电压。所以,此时的V1/2到Vl的充电造成冲击电流流过。 [0086] 为了抑制上述的冲击电流,考虑有逐渐对第一电容器6a和第二电容器6b进行充 电,或增大充电时的电流路径的阻抗来使冲击电流下降。然而,当增大阻抗时,损耗因所追 加的阻抗而増加。在本实施方式中,为了不增加损耗地抑制冲击电流,将开关元件控制成逐 渐对第一电容器6a和第二电容器6b进行充电。
[0087] 在逐渐对第一电容器6a和第二电容器6b进行充电的情况下,如图5所示,考虑有逐 渐使导通占空比为50%的方法。图5是表示全波整流模式转移到升压模式a时的导通占空比 和直流电压的变化的一个示例的图。如图5所示,使导通占空比(例如,以使导通占空比的时 间变化率为一定值以下的方式)逐渐増加。即,使导通占空比的状态从〇%起变成50%的期 间的时间(以下,称作导通占空比的上升时间(图5的Tl))延长(使其为一定时间以上)。另 外,虽然在图5的示例中,将导通占空比的斜率(导通占空比的时间变化率)控制为固定而呈 线形増加,但是,导通占空比的増加的方法不限于该示例。例如,可以为如将导通占空比的 上升时间分为两部分,在前半和后半改变斜率这样的増加方法,也可以为如仅导通占空比 的上升时间(Tl)的开始时刻、结束时刻使斜率平缓,且增大中央的斜率这样的S形曲线。 [0088]另外,起动时刻表示全波整流模式到升压模式a的转移时刻,但是在使导通占空比 逐渐増加的情况下表示从全波整流模式向升压模式a转移的开始时刻、即导通占空比的上 升时间的开始时刻。
[0089]虽然为了抑制输入电流的峰值,使导通占空比逐渐增加至50%即可,但是在该方 法中,用于峰值抑制的自由度较低。这里所指的峰值抑制的自由度不仅是指抑制瞬时性的 峰值,还指即使峰值在多个周期范围内持续的情况下也不仅是峰值,还减少产生峰值的周 期等、根据峰值的出现形式来进行抑制的结果的动作的自由度。在本实施方式中,在开关控 制的起动时,不仅使导通占空比逐渐增加至50%,还使开关频率也变化。由此,能够提高峰 值抑制的自由度。
[0090] 另外,当在开关元件导通/断开的动作中,将1次的导通期间和与该导通期间连续 的1次的断开期间的组合设为1个周期(动作周期)时,1个周期为图3所示的箭头之间。将该1 个周期设为Tr(秒),将Tr的倒数定义为开关频率。在本实施方式中,也与导通占空比一起对 该开关频率进行控制,由此抑制冲击电流。
[0091] 图6是表示:示出在起动时使导通占空比逐渐增加的动作的模拟结果的动作波形 的一个示例的图。图6为如图5所示以进行使导通占空比逐渐增加至50%的开关控制的条件 实施了模拟的情况下的模拟结果。图6(a)为输入电流(从交流电源1流入整流器2的输入电 流),图6(b)为直流电压,图6(c)为输入电力(从交流电源1供给的输入电力),图6(d)为开关 元件4a和4b的导通/断开信号,图6(e)为表示开关频率的三角波信号,图6(f)为导通占空 比。
[0092]在图6中,开关频率为电源周期的3倍,在起动的前后不改变开关频率。在利用该方 法进行起动的情况下,随着导通占空比増加,输入电流的峰值也増加。直流电压(b)上升到 倍压电平后,输入电流的峰值下降。由此可知,在上升至倍压电平为止的期间内,来自交流 电源1的冲击电流増加,由此输入电流的峰值增加。
[0093]图7是表示作为在起动时使开关频率发生变化的情况下的模拟结果而得到的动作 波形的一个示例的图。图7表示:自起动后与图6的情况同样使导通占空比从0%增加至 50%,另外,在导通占空比成为50%后,使开关频率阶段性下降的情况下的模拟结果的动作 波形图。图7的(a)~(f)表示的项目与图6相同。
[0094]图8是对图7的虚线部进行放大后的波形图。在图8中所示的箭头的定时使开关频 率降低。即,如图8所示,在导通占空比成为50%之后,以5个阶段使开关频率降低。即,阶段 性地延长动作周期。另外,在该模拟中,从图8的左方起第一个箭头处为10kH Z-8kHz,然后 按照8紐245紐2、5诎243诎2、3诎241诎2、1诎24电源周期的3倍这样的变化,无疑不会因 变化的幅度的不同而损害效果,其仅是一个示例而已。
[0095] 在开关频率较高的情况下,虽然每单位时间的充电量(例如,1秒钟的充电量)与开 关频率较低的情况没有区别,但是1次的充电时间缩短。这与交替地进行充电的循环数量増 加的意思相同。因此,与延长时间的导通占空比的变化不同,通过使充电循环数量等效地增 加来逐渐进行充电,所以如图7、8的模拟结果所示,能够抑制冲击电流。
[0096] 图9是对使开关频率下降的情况进行了示意化的图。如图9所示,在从全波整流模 式转移到升
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