专利名称：用于电源装置的控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及单相交流电源的功率因数改善电路或者高次谐波电流抑制电路的控制方法、以及使用它的电动机驱动装置、空调机。
背景技术：
进行单相交流电源的功率因数改善或者高次谐波电流抑制的电源电路正被广泛地使用。其中，使用由电抗器、开关元件和二极管构成的升压斩波器电路的电源电路，因为电路结构以及控制结构简单，所以作为不需要向电源的再生的逆变器控制装置等(逆变器 空调机)的电源电路来使用。使用升压斩波器电路的功率因数改善方法或者高次谐波电流抑制方法有很多报告。其中，专利文献I记载不检测作为基准的正弦波电流指令波形或者电源相位，仅使用电源电流瞬时值和比例增益，将输入电流波形控制成与电源电压同步的正弦波波形的方式(将其称为基本方式)。另外，专利文献2中记载了应用上述技术的内容。专利文献2以提高升压斩波器电路的效率为目的，提出了使输入电流的峰值附近的开关动作停止的升压比恒定控制方式(部分开关方式)。上述专利文献1，以在电源周期的全部区域内进行开关动作(全部区域开关方式)为前提来记载，但是在该全部区域开关方式中，开关损失增加，电路效率降低。因此，专利文献2中记载的升压比恒定控制方式沿袭上述基本方式的思路(不检测作为基准的正弦波电流指令波形或者电源相位)，同时采用停止电源电流的峰值附近的开关动作的部分开关方式，谋求开关损失的降低。另外，专利文献2中公开的发明，是不检测作为基准的正弦波电流指令波形或者电源相位而进行部分开关的方式，是优良的控制方法，但是因为把升压比设定为恒定，因此直流电压根据在电源电路上连接的电源电压或负荷而变化。这里，在专利文献3 7中提出了在使用升压斩波器电路的电源电路中控制直流电压的例子，但是这些是使用全部区域开关方式的方式，未考虑同时实现开关损失的降低和直流电压的稳定控制。专利文献I特开平I一114372号公报专利文献2特许第2796340号公报专利文献3特开2003—289696号公报专利文献4特开2000—350442号公报专利文献5特开平09—149690号公报专利文献6特开2003—189689号公报专利文献7特开2001—231262号公报
上述直流电压的变化，为了进行部分开关是不可或缺的现象，也是本发明的特征(优点)，但是在电源电压或者负荷变化大的情况下，直流电压变化也大，有可能变得不能维持应用本方式(电源电路)的系统的动作。例如，在逆变器空调机的压缩机驱动用电动机的驱动装置中应用的情况下，当电动机驱动一旦停止时，为使压缩机的负荷平衡，系统停止一定时间，有可能使空调机的能力降低。如上所述，本发明要解决的课题，是同时实现通过部分开关动作引起的开关损失的减小(提高效率)和直流电压的稳定控制(应用系统的稳定控制)。
发明内容
为解决上述课题，本发明特征在于，在使用升压比恒定控 制方式的电源电路中，在电源电压或者负荷变化大的情况下修正或者变更升压比。具体说，其特征在于，在使用升压比恒定控制方式的电源电路中，检测电源电路的直流电压，在检测出的直流电压值超过预先设定的设定值时，使用其偏差来修正升压比。进而，特征在于，根据电源电路的负荷状态，变更设定的升压比自身。根据本发明，即使电源电压或者负荷状态变动，也能抑制直流电压的变动(过电压，电压降低)，同时实现应用系统的高效率化和稳定控制。另外，通过制作使用本发明的控制基板(混合IC或者模块)，能够促进电源电路的控制变得简单、能够提高功率因数或者抑制高次谐波电流的电源电路的产品应用。本发明是由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成的电源电路，该电源电路具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路；生成从交流电源流入的输入电流信息的输入电流信息生成单元；和根据输入电流信息和设定的第一系数生成第二系数、求第二系数和所述输入电流信息的积、至少根据该积生成规定开关元件的动作的导通率信号的控制单元，其特征在于，具有生成表示在滤波电路上连接的负荷的状态的负荷状态信息的负荷状态生成单元；和使用负荷状态信息修正所述第一系数的系数修正单元。另外，特征在于，负荷状态生成单元把所述滤波电路的直流电压信息作为负荷状态信息使用，电源电压状态生成单元把所述滤波电路的直流电压信息作为电源电压状态信息使用。进而，一种模块，在同一基板上具有作为电源电路的负荷而驱动电动机的逆变器电路、电源电路、和控制逆变器电路的控制电路，其特征在于，根据所述电动机的转速、负荷状态或者外部信号的至少一种信息变更第一系数。其次，一种电源电路，其由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成，具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路；生成从交流电源流入的输入电流信息的输入电流信息生成单元；和根据输入电流信息和设定的第一系数生成第二系数、求第二系数和所述输入电流信息的积、至少根据该积生成规定开关元件的动作的导通率信号的控制单元，该电源电路的特征在于，具有生成表示在整流电路上连接的电源的状态的电源电压状态信息的电源电压状态生成单元；和使用电源电压状态信息修正第一系数的系数修正单元。另外，一种电源电路，其由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成，具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路；生成从交流电源流入的输入电流信息的输入电流信息生成单元；和根据输入电流信息和设定的第一系数生成第二系数、求第二系数和输入电流信息的积、至少根据该积生成规定所述开关元件的动作的导通率信号的控制单元，该电源电路的特征在于，具有生成表示滤波电路的直流电压的状态的直流电压信息的直流电压生成单元；和使用直流电压信息修正第一系数的系数修正单元。另外，特征在于，具有根据直流电压信息和设定的基准值的偏差修正所述第一系数的系数修正单元，使用比例·积分补偿器进行该修正。进而，特征在于，具有系数修正单元，其根据直流电压信息和设定的第一基准值的偏差，使用比例 积分补偿器计算修正第一系数的第一修正值，根据直流电压信息和设定的第二基准值的偏差，使用比例 积分补偿器计算修正第一系数的第二修正值，使用第一修正值和所述第二修正值修正第一系数。
另外，特征在于，在上述电源电路中，对修正第一系数的修正值设置限制值(limiter)。进而，特征在于，具有系数修正单元，其根据直流电压信息和设定的第一基准值的偏差，使用比例 积分补偿器计算修正第一系数的第一修正值，根据直流电压信息和设定的第二基准值的偏差，使用比例 积分补偿器计算修正第一系数的第二修正值，使用第一修正值和所述第二修正值修正第一系数。特征在于，把第一基准值设定为电源电路或者电动机驱动装置的系统的过电压值以下，把第二基准值设定为所述电源电路或者电动机驱动装置的系统的最低电压值以上。特征在于，在空调机的压缩机驱动用电动机的驱动中应用电动机驱动装置，根据电动机的转速或者负荷状态变更第一系数，同时使用所述直流电压和基准值修正第一系数。一种电源电路，其作为由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成的电源电路，具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路，给在滤波电路上连接的负荷供给直流电力，其特征在于，具有控制单元，其把从交流电源流入的输入电流信息、和滤波电路的直流电压信息作为输入，输出导通率信号，把输入电流波形控制为与电源电压同步的正弦波形，导通率信号是在电源电压的半周期的中心附近停止开关动作、或者成为最小脉冲宽度的信号，其期间根据电源电压的大小或者负荷的大小的至少一方变化，并且在其变化同时，直流电压不成为某值以上、或者别的某值以下。另外，特征在于，输入电流波形成为在电流波形的峰值附近不进行开关动作的波形，该开关动作不进行的期间根据电源电压的大小或者负荷的大小的至少一方变化，并且在其变化同时，直流电压不成为某值以上、或者别的某值以下。进而，特征在于，在电源电压的大小或者负荷的大小的至少一方变化时，存在直流电压变化的区域、和直流电压被控制在规定值的区域，导通率信号，是在电源电压的半周期的中心附近停止开关动作，或者成为最小脉冲宽度的信号，在直流电压被控制在规定值时，停止导通率信号的开关动作或者成为最小脉冲宽度的期间变化。另外，特征在于，在电源电压的大小或者负荷的大小的至少一方变化时，存在直流电压变化的区域、和直流电压被控制在规定值的区域，电流波形成为在电流波形的峰值附近不进行开关动作的波形，在直流电压被控制在规定值时，电流波形在电流波形的峰值附近不进行开关动作的期间变化。进而，特征在于，在电源装置或其控制电路中，输入电流是16A时导通率信号的开关动作停止，或者成为最小脉冲宽度的期间成为输入电流是2A时的90%以下。进而，特征在于，在电源装置或其控制电路中，输入电流是16A时的电流波形的峰值附近不进行开关动作的期间成为输入电流是2A时的90%以下。
图I是表示电源电路的实施方法的整体结构图(实施例I)。图2是表示电源电路的实施方法的控制框图(实施例I)。
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图3是电源电路的实施方法的动作说明图(实施例I)。图4是电源电路的实施方法的动作说明图(实施例I)。图5是表示电源电路的控制电路的利用形态的一例的说明图(实施例I)。图6是表示电源电路的实施方法的控制框图(实施例2)。图7是电源电路的实施方法的动作说明图(实施例2)。图8是电源电路的实施方法的动作说明图(实施例2)。图9是表示电动机驱动装置的实施方法的整体结构图(实施例3)。图10是表示电动机驱动装置的实施方法的控制框图(实施例3)。图11是表示电动机驱动装置的实施方法的动作说明图(实施例3)。图12是表示电动机驱动装置的实施方法的动作说明图(实施例3)。图13是表示电动机驱动装置的实施方法的动作波形图(实施例3)。图14是表示电动机驱动装置的实施方法的动作波形图(实施例3)。图15是表示电动机驱动装置的控制电路的利用形态的一例的说明图(实施例3)。图16是表示逆变器空调机的实施方法的外观图(实施例4)。图17是逆变器空调机的实施方法的动作说明图(实施例4)。符号说明I交流电源2整流电路3升压斩波器电路4滤波电容器5、7控制电路6 负荷8逆变器电路9电动机50、7O运算单元50A升压比恒定控制部50B、50C、50D升压比修正部
具体实施例方式实施例I使用图I到图5说明本发明的第一实施例。图I是本实施例的电源电路的整体结构图，图2是表示控制内容的控制框图，图3、图4是本实施例的动作说明图，图5是表示使图I表示的电源电路动作的控制电路的利用形态的一例的概观图。使用图I说明电源电路的结构和动作。本电源电路具有与交流电源I连接的整流电路2、升压斩波器电路3、滤波电容器4以及控制电路5，向在所述滤波电容器4的输出端子上连接的负荷6供给直流电力。所述升压斩波器电路3由电抗器32、通过所述电抗器32短路所述交流电源I的开关元件31、以及向所述滤波电容器4供给所述开关元件31的端子电压的二极管33构成，是 电路。这里，所述开关元件31使用IGBT或者晶体管等自消弧型元件，遵从来自所述控制电路5的驱动信号51a被驱动。所述控制电路5由以下各部构成使用分流电阻53和放大电路52检测从所述交流电源I流入的电流，输出输入电流值5b的电源电流检测电路；检测作为所述滤波电容器4的端子电压的直流电压，输出直流电压值5c的直流电压检测电路；遵照所述输入电流值5b和所述直流电压值5c，计算控制所述开关元件31的导通率信号5a的运算单元50 ;以及放大所述导通率信号5a，输出驱动所述开关元件31的驱动信号51a的驱动电路51。这里，未图示直流电压检测电路的细节，不过如果使用使用了电阻的分压电路，则能够用简单的电路结构实现。运算单元50使用以单片微计算机(single chip micro computer)为代表的半导体运算元件(以下称为微计算机)，所述输入电流值5b和所述直流电压值5c使用微计算机内置的A/D变换器变换为数字值来进行运算。所述导通率信号5a使用微计算机内置的PWM定时器以PWM脉冲信号的形式输出。这里，在本实施例中通过使用微计算机的数字运算进行说明，但是即使使用晶体管或运算放大器或比较器等模拟运算电路等的运算单元，也能得到同样的效果。下面使用图2说明在所述运算单元50内进行的运算的内容。在本说明中，叙述使用所述输入电流值5b和所述直流电压值5c计算所述导通率信号5a的部分。根据算出的导通率信号5a使用PWM定时器生成PWM脉冲信号的部分是微计算机的功能，所以省略。图2的控制框图由作为现有技术的升压比恒定控制部50A和作为本发明的升压比修正部50B构成。升压比恒定控制部50A由基本方式和升压比恒定控制方式构成，所述基本方式是不检测作为基准的正弦波电流指令或者电源相位，使用输入电流瞬时值(绝对值)I is I和比例增益Kp的积来将输入电流波形控制成与电源电压同步的正弦波波形的方式，所述升压比恒定控制方式是为减小开关损失而使输入电流的峰值附近的开关动作停止的方式。这里，简单说明基本方式和升压比恒定控制方式。当如式(I)给出图I表示的升压斩波器电路3的开关元件31的导通率信号(导通时间的比率)d时，输入电流is变成式(2)那样。从式(2)可知(导出的细节省略)，即使没有电源电压波形等基准波形，输入电流is也成为与电源电压Vs同步的正弦波。这是基本方式的原理。数学式Id=l-Kp · I is I......(I)式中，I 100%导通率，Kp :电流控制增益，is :输入电流(瞬时值)。数学式2…..(2)
Kp ■ Ed
式中，Vs :电源电压有效值，Ed:直流电压，ω :电角频率。在基本方式中，通过根据直流电压偏差决定上述比例增益Κρ，能够进行直流电压Ed的控制。这里，当把式(2)变形时，成为数学式3Kn-is=^'VSSmCOt ……(3)，
'Ed式(3)表示瞬时的升压比。这里，当基于有效值来考虑升压比a时，成为数学式4Kp Is = -......4)
a式中，Is :输入电流(有奴1且y,如果把Kp ·Is控制为恒定,则直流电压Ed能够控制为电源电压Vs的a倍。根据以上的方法，如果通过下式给出导通率信号d，数学式5
Id=l-Kp · I is I Kp =........(5)
a ■ Is则当输入电流I is I超过a *Is时，导通率信号d成为0%，开关动作停止。由此，输入电流在电源电压的峰值附近(输入电流超过a · Is的区域)成为不进行斩波的波形，谋求开关损失的减小。这是升压比恒定控制的原理。通过如上控制，能够不检测作为基准的正弦波电流指令波形或者电源相位，仅使用输入电流瞬时值和比例增益将输入电流波形控制成与电源电压同步的正弦波波形，能够停止输入电流的峰值附近的开关动作(部分开关动作)。若把上述数学式作成框图，则成为图2的50A。这里，使用滤波单元500对所述输入电流值5b进行计算而得出输入电流有效值Is，但是也可以计算平均值或有效值，用该值来进行控制。另外，升压比a使用预先设定的值。另外，在本框图中，在导通率信号d的运算中，如式(I)以及式(5)那样，从作为最大导通率I (100%)中减去输入电流瞬时值(绝对值)Iisl和比例增益Kp的积来计算导通率信号d，但是在实际的PWM定时器设定中，如果考虑关断时间的比率来设定输入电流瞬时值(绝对值)|is|和比例增益Kp的积的值，则不需要从作为最大导通率的I中减去。升压比修正部50B，根据预先设定的限制值Eduml与检测到的所述直流电压值5c的偏差，使用比例·积分补偿器501计算升压比a的修正值，进行升压比a的修正。
这里，本实施例的目的在于，防止由于电源电压或者负荷的变动，直流电压超过过电压保护值而使动作停止，所以限制值Eduml设定为比电源电路的过电压保护值低的值。另夕卜，设定限幅器503，使升压比a的修正动作仅在直流电压值超过限制值Eduml时动作(仅在降低升压比的方向上动作)。如上所述，通过组合现有技术的上述升压比恒定控制部50A和本发明的升压比修正部50B而实现了本实施例。使用图3、图4的动作说明图叙述本实施例的动作以及效果。此外，在本说明书中，为简化说明以及附图，各值的变化用理想的响应表示。实际上有控制延迟等的影响，不是本图那样的特性。另外，其特性根据比例·积分补偿器的控制增益的设定而不同。图3是横轴取时间、纵轴取升压比a、直流电压Ed以及电源电压Vs，表示在时间tl以及t2电源电压Vs变动大的情况下的动作的图。 这里，升压比a和直流电压Ed，合并表示现有技术(仅有升压比恒定控制部50A)的情况(用虚线表示)和本发明(用实线表示)中的动作。在tl，当电源电压Ns急剧上升时，在现有技术中，因为升压比a固定，所以直流电压Ed会超过过电压设定值EdMX，过电压保护动作，停止开关动作(直流电压急剧降低)。与此相对，在本发明中，当直流电压超过限制值Eduml时进行升压比a的修正，把直流电压维持在限制值EdUml。由此，能够防止过电压保护动作，能够维持系统的动作。另外，在t2，如果电源电压Vs恢复为正常值，则升压比a的修正也恢复为通常值(设定值)，维持通常的直流电压。图4是横轴取时间、纵轴取升压比a、直流电压Ed以及负荷L，表示在时间tl以及t2负荷L变动大的情况下的动作的图。这里，升压比a和直流电压Ed和图3同样地，合并表示现有技术的情况(用虚线表示)和本发明(用实线表示)中的动作。在tl，当负荷L急剧降低时，在现有技术中，因为升压比a固定，所以直流电压Ed会超过过电压设定值EdMX，过电压保护动作，停止开关动作(直流电压急剧降低)。与此相对，在本发明中和图3同样地，当直流电压超过限制值EcU时进行升压比a的修正，把直流电压维持在限制值EdUml。由此，能够防止过电压保护动作，能够维持系统的动作。另外，在t2，如果负荷L恢复为原来的值，则升压比a的修正也恢复为设定值，维持通常的直流电压。如上所述，即使电源电压或者负荷变动过大，也能够把直流电压的上升抑制在限制值以下，防止进行系统的过电压保护停止。另外，在通常状态下，因为以预先设定的升压比a动作，所以能够进行最佳效率、功率因数以及高次谐波电流下的动作。这里，上述特性(响应)当然通过在比例·积分补偿器中设定的增益而变化。在实际的系统中，需要配合系统要求的特性来设定限制值Eduml和设定增益。下面使用图5说明使本实施例的电源电路动作的控制电路的利用形态的一例。本利用形态是把图I表示的控制电路5做成了混合IC的概观图。但是，上述分流电阻53，在部件的变更或者噪声应对方面，希望不设置在混合IC内，而设定在和开关31等功率电路部件同样的空间内。图I表示的控制电路5的输入输出端子，是输入电流检测端子、直流电压检测端子以及驱动信号输出端子3个，但是除此之外，通过设置升压比设定端子、直流电压限制值设定端子、检测所连接的负荷的状态的负荷状态信息检测端子以及功能等，能够实现通用性进一步增强的混合1C。实施例2使用图6到图8说明本发明的第二实施例。和第一实施例相同的符号表示进行相同的动作，省略说明。图6是本实施例的控制框图，图7、图8是本实施例的动作说明图。整体电路结构和图I相同。图6和第一实施例同样，由作为现有技术的升压比恒定控制部50A和作为本发明 的升压比修正部50C构成。升压比修正部50C是和第一实施例中说明的升压比修正部50B同样的结构，不同的部分仅是限制值Edum2和限幅器504。此外，比例·积分补偿器502执行与图2表示的比例·积分补偿器501同样的动作。在第一实施例中，是抑制直流电压的过电压的动作，但是本实施例是防止直流电压降低的结构。因此，限幅器504设定为仅在直流电压值低于限制值Edum2时修正升压比a(仅在提高升压比的方向上动作)。图7的动作说明图和第一实施例同样，是横轴取时间、纵轴取升压比a、直流电压Ed以及电源电压Vs、表示在时间tl以及t2电源电压Vs变动大的情况的动作的图。这里，升压比a和直流电压Ed，合并表示现有技术的情况(用虚线表示)和本发明(用实线表示)中的动作。在tl，当电源电压急剧下降时，在现有技术中，因为升压比a固定，所以直流电压Ed也和电源电压同样急剧下降。这里，当作为电源电路系统，设定了低电压保护设定值EdMIN时，低电压保护动作，电源电路系统停止，不能维持系统的动作。与此相对，在本发明中，当直流电压达到限制值Edum2以下时进行升压比a的修正，把直流电压维持在限制值Edum2。由此，能够防止低电压保护动作，能够维持系统的动作。另夕卜，在t2，如果电源电压Vs恢复为正常值，则升压比a的修正也恢复为通常值(设定值)，维持通常的直流电压。图8是横轴取时间、纵轴取升压比a、直流电压Ed以及负荷L，表示在时间tl以及t2负荷L变动大的情况下的动作的图。在tl，当负荷L急剧上升时，在现有技术中，因为升压比a固定，所以直流电压Ed达到低电压保护设定值EdMIN以下，低电压保护动作，停止开关动作(直流电压进一步急剧降低)。与此相对，在本发明中，和图7同样，当直流电压达到限制值Edum2以下时进行升压比a的修正，把直流电压维持在限制值EdUm2。由此，能够防止低电压保护动作，能够维持系统的动作。另外，在t2，如果负荷L恢复为原来的值，则升压比a的修正也恢复为设定值，维持通常的直流电压。如上所述，即使电源电压或者负荷变动过大，也能把直流电压的降低抑制为限制值，防止进行系统的低电压保护停止。另外，在通常状态下，因为以预先设定的升压比a动作，所以能够进行最佳效率、功率因数以及高次谐波电流下的动作。这里，在第一以及第二实施例中，以瞬态的变动为例进行了动作说明，但是不一定仅在电源以及负荷瞬态的变动时，对于缓慢地变动也能用同样的结构应对。
实施例3使用图9到图15说明本发明的第三实施例。和第一实施例、第二实施例相同的符号表示进行相同的动作，省略说明。图9是本实施例的电动机驱动装置的整体结构图，图10是表示控制内容的控制框图，图11、图12是本实施例的动作说明图，图13、图14是流入电源电路的输入电流波形，图15是表示本实施例的利用形态的一例的模块外观图。
图9表示，作为本发明的电源电路的负荷而连接由电动机9以及逆变器电路8组成的电动机驱动电路，成为使本发明的电源电路的控制电路和所述逆变器电路8的控制电路一体化的结构。换言之，图9表示的控制电路7使用微计算机、构成用一个微计算机控制电源电路和逆变器电路的结构。仅说明与第一以及第二实施例不同的部分。逆变器电路8是由IGBT和二极管构成的逆变器电路，电动机9是永磁同步电动机。另外，升压斩波器电路的结构与第一以及第二实施例不同，但是即使本电路结构也可以进行和第一以及第二实施例同样的动作。这里，整流电路2内的二极管21、22在电源的整流动作外，还执行与第一以及第二实施例的升压斩波器电路3的二极管33同样的动作。换言之，上述二极管21、22执行上述两种动作，通过做成这样的电路结构，有能够减小一个二极管份的损失量的效果。控制电路7如上所述，使用微计算机控制本发明的电源电路和逆变器电路，在微计算机(运算单元70)中，进行在第一以及第二实施例中说明的电源电路的控制运算和逆变器电路的控制运算。关于图10表示的电源电路部的控制电路的结构，因为是将第一以及第二实施例中说明的内容合并而得的结构(合并50B和50C成为50D)，所以省略说明。这里，简单说明逆变器电路部的控制电路的结构。在本实施例的电动机控制中，因为进行无电动机电流传感器、无位置传感器的矢量控制，所以从逆变器检测出的仅是流过在直流侧设置的分流电阻73的直流电流。具体说，如图9所示，用放大电路72放大在上述分流电阻73上产生的电压，作为直流电流检测值7b，使用微计算机的A/D变换器取入。另外，提供给逆变器电路的开关元件的PWM信号7a，通过驱动电路71作为驱动信号71a而提供给逆变器电路。这里，在未图示的运算单元70内内置有在第一以及第二实施例中已说明的电源电路的控制单元和无电动机电流传感器、无位置传感器的矢量控制单元，能够互相进行内部值的信息交换。在上述结构中，电源电路执行与第一以及第二实施例同样的动作。下面使用图11、图12说明本实施例的动作。在第一以及第二实施例中以动态(瞬态)的动作进行了说明，而在本实施例中以静态的动作进行说明。图11表示与负荷对应的升压比a和直流电压Ed。本实施例如图10所示，是在第一以及第二实施例中说明的控制结构成为一体的结构，成为直流电压在限制值Eduml和限制值Edum2之间变化的动作。例如，当负荷成为负荷LI以下的轻负荷时，升压比控制部50B动作，修正(减小)升压比a，直流电压被控制为限制值EdUml。相反，当负荷成为负荷L2以上的重负荷时，升压比控制部50C动作，修正(增加)升压比a，直流电压被控制为限制值EdUm2。
图12表示与电源电压对应的升压比a和直流电压Ed。升压比a和直流电压Ed的动作和图11相同，所以省略说明。这里，图13、图14表示使电源电压恒定、使负荷变化时流入电源电路的输入电流(电抗器电流)和电源电压的波形的实验结果。图13是使用现有技术(仅升压比恒定控制部50A)的情况下的实验结果，图14是使用本发明的情况下的实验结果。图13、图14中(a)都是输入电流2A的结果，(b)都是输入电流16A的结果。另外，也合并表示部分开关动作下的开关OFF期间。根据该图，在现有技术中，即使负荷变化也不调整(变更)升压比a，所以开关OFF期间也大体是相同的时间间隔，随负荷增加，输入电流波形也成为失真系数大的波形。这里，虽然未图示，不过在图13 (b)的电流波形中，高次谐波电流也增加。 与此相对，使用本发明的输入电流波形如图14所示，成为开关OFF期间变化(约减小15%)、失真系数小的波形。高次谐波电流值未图示，不过图14 (b)的波形中高次谐波电流值也减小。图15是作为本实施例的利用形态的一例而使电源电路和逆变器电路以及控制电路一体化的模块的概观图。本模块是在下部裸芯片(bare chip)安装IGBT或者二极管等的功率半导体、在上部的基板上配置了控制电路的一体模块。通过模块化，本发明的应用变得容易，在成本方面也能够构筑廉价的系统。这里，本实施例通过使用矢量控制的逆变器电路进行了说明，但是即使使用历来广泛使用的120度控制型逆变器电路也能得到同样的效果。另外，在本实施例中，通过检测直流电压检测出电源电压以及负荷的状态(变化)，但是作为负荷状态信息，只要是例如电动机转速、输入电流、直流电流、直流电压、直流功率、直流电压脉动幅度、输入功率、转矩、逆变器电路的波高值比率以及逆变器导通率等由于负荷的状态而变化的值即可。另外，也可以并用上述两个以上的值。如上所述，当应用本发明时，能够构建即使电源电压或者负荷变动也能够继续运行、在通常时能够以最佳效率动作的系统。另外，如果使升压比以及限制值的设定最优化，则在高效率动作的同时也能够自动抑制高次谐波电流。实施例4使用图16、图17说明本发明的第四实施例。和上述的实施例(I 3)相同的符号表示进行相同的动作，省略说明。图16是在逆变器空调机的压缩机驱动用电动机驱动装置中应用在第三实施例中说明的电动机驱动装置的情况下的逆变器空调机的外观图，图17是根据逆变器空调机的负荷(转速)变更了升压比a的情况下的动作说明图。在上述的实施例中，说明了在直流电压成为限制值以上或者以下时修正升压比a的内容，但是为了同时谋求效率进一步提高和高输出化，升压比a的设定值自身也需要根据系统(逆变器空调机)的负荷来变更。图16作为一例,表不了分体式逆变器空调机的外观图，由室外机600和室内机400构成。在室外机600内设置与电动机一体形成的压缩机300、室外风扇100以及驱动压缩机300或者室外风扇100的电动机驱动装置200。
在本实施例中，使用图17说明根据逆变器空调机的压缩机驱动用电动机的转速的状态变更升压比a的方法。基本上，与上述实施例同样，S卩使固定升压比a也可以，但是考虑进一步提高效率或者电动机控制的稳定化以及高输出化，根据负荷的状态变更升压比a。图17表示横轴取电动机转速、纵轴取升压比a以及直流电压Ed。如图17所示，在电动机的转速低的区域，换言之，在负荷轻的状态下，降低升压比a来运行。在这种情况下，因为能够压低直流电压，所以电源电路的开关损失等降低，进而也能减小逆变器电路以及电动机的损失，能够高效率动作。 但是，在这种情况下，输入电流波形的高次谐波成分增加，电源功率因数也降低。因此，升压比a的设定需要考虑上述来进行设定。当进一步增加电动机的转速(负荷)时，有输入电流波形的高次谐波成分达不到标准值、或者功率因数大大降低的可能性。另外，直流电压Ed也降低。因此，如果随着电动机的转速(负荷)增加而使升压比a增加，则能够与电动机的转速(负荷)对应地，始终进行高效率运行。在本实施例中，随着电动机的转速阶梯状地变更升压比a，但是在实际操作中需要设置滞后(省略图示)。另外，升压比a的变更，可以以直线方式变更，或者也可以使用某函数来变更。而且，也可以使用升压比a进行转速控制。换言之，也可以变更升压比a使直流电压可变来进行电动机的转速控制。这里，作为负荷状态信息，例如只要是电动机转速、输入电流、直流电流、直流电压、直流功率、直流电压脉动幅度、输入功率、转矩、逆变器电路的波高值比率以及逆变器导通率等由于负荷的状态而变化的值即可。另外，也可以并用上述两个以上的值。如上所述，通过根据逆变器空调机的负荷变更设定的升压比a，能够同时实现进一步提高效率和高输出化两者，即使有(预想外的)电源变动或者负荷变动，也能够防止系统停止。
权利要求
1.一种用于电源装置的控制电路，其作为由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成的电源电路，具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路，向在所述滤波电路上连接的负荷供给直流电力，其特征在于， 具有控制单元，其把从所述交流电源流入的输入电流信息和所述滤波电路的直流电压信息作为输入，输出所述导通率信号，把所述输入电流波形控制为与电源电压同步的正弦波形， 所述导通率信号是在电源电压的半周期的中心附近停止开关动作、或者成为最小脉冲宽度的信号，其期间根据所述电源电压的大小或者所述负荷的大小的至少一方变化，同时所述直流电压不成为某值以上或者别的某值以下。
2.一种用于电源装置的控制电路，其作为由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成的电源电路，具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路，向在所述滤波电路上连接的负荷供给直流电力，其特征在于， 具有控制单元，其把从所述交流电源流入的输入电流信息和所述滤波电路的直流电压信息作为输入，输出所述导通率信号，把所述输入电流波形控制为与电源电压同步的正弦波形状， 所述输入电流波形成为在电流波形的峰值附近不进行开关动作的波形，该开关动作不进行的期间根据所述电源电压的大小或者所述负荷的大小的至少一方变化，同时所述直流电压不成为某值以上或者别的某值以下。
3.一种用于电源装置的控制电路，其作为由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成的电源电路，具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路，向在所述滤波电路上连接的负荷供给直流电力，其特征在于， 具有控制单元，其把从所述交流电源流入的输入电流信息和所述滤波电路的直流电压信息作为输入，输出所述导通率信号，把所述输入电流波形控制为与电源电压同步的正弦波形， 在所述电源电压的大小或者所述负荷的大小的至少一方变化时，存在所述直流电压变化的区域和所述直流电压被控制为规定值的区域，所述导通率信号是在电源电压的半周期的中心附近停止开关动作或者成为最小脉冲宽度的信号，在所述直流电压被控制为规定值时，停止所述导通率信号的开关动作或者成为最小脉冲宽度的期间变化，同时所述直流电压不成为某值以上或者别的某值以下。
4.一种用于电源装置的控制电路，其作为由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成的电源电路，具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路，向在所述滤波电路上连接的负荷供给直流电力，其特征在于， 在所述电源电压的大小或者所述负荷的大小的至少一方变化时，存在所述直流电压变化的区域和所述直流电压被控制为规定值的区域，所述电流波形成为在电流波形的峰值附近不进行开关动作的波形，在所述直流电压被控制为规定值时，所述电流波形在电流波形 的峰值附近不进行开关动作的期间变化，同时所述直流电压不成为某值以上或者别的某值以下。
全文摘要
本发明提供用于电源装置的控制电路，其作为由把交流电源变换为直流的整流电路和滤波电路组成的电源电路，具有由根据导通率信号进行开关动作的开关元件和电感以及二极管组成的升压斩波器电路，向在滤波电路上连接的负荷供给直流电力，具有控制单元，其把从交流电源流入的输入电流信息、和滤波电路的直流电压信息作为输入，输出导通率信号，把输入电流波形控制为与电源电压同步的正弦波形，导通率信号，是在电源电压的半周期的中心附近停止开关动作、或者成为最小脉冲宽度的信号，其期间根据电源电压的大小或者负荷的大小的至少一方变化，同时直流电压不成为某值以上、或者别的某值以下。
文档编号H02M1/32GK102801316SQ20121027744
公开日2012年11月28日 申请日期2009年2月19日 优先权日2008年2月28日
发明者能登原保夫, 远藤常博, 铃木尚礼, 奥山敦, 田村建司 申请人:株式会社日立制作所, 日立空调·家用电器株式会社