整流电路装置的控制装置和整流电路装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及将来自交流电源的交流整流成直流的整流电路装置的控制装置和整流电路装置，特别涉及将来自家庭等的单相交流电源的交流整流而形成大致直流的整流电路装置的控制装置和整流电路装置。
[0002]本发明的整流电路装置可适用于驱动直流负载的电路装置，以及利用逆变电路将被形成的直流再次转换成任意频率的交流而对作为负载的电动机进行可变速度驱动的装置。本发明的整流电路装置例如可适用于通过利用压缩机压缩制冷剂而构成热泵，从而进行制冷、取暖(制热)或食品等的冷冻的装置，在这种装置中，通过降低电源电流所包含的高次谐波成分以及改善功率因数，能够减轻送电系统的负担，高效率地进行驱动控制。
【背景技术】
[0003]作为这种整流电路装置，通常提案有各种装置(例如，参照专利文献I)。图18是表示专利文献I所公开的表示整流电路装置的结构的电路图，图19是表示图18的整流电路装置的控制部的详细结构的框图。
[0004]图18所示的整流电路装置中，经由整流桥2和电抗器(reactor) 3a，并通过半导体开关3c的导通(ON)状态使交流电源I的两个输出端子形成闭合电路，向电抗器3a充电，在半导体开关3c成为截止(OFF，也称为“断开”)状态时，利用二极管3b向负载4供给电流。通过这样的结构，图18的整流电路装置在交流电源I的瞬时电压低的期间也流过电源电流，电源电流的高次谐波成分变少，改善功率因数。
[0005]但是，在现有的整流电路装置中存在如下问题:当通过以比交流电源I的频率充分高的频率极精细(S卩，间距极小)地对半导体开关3c进行导通/截止(0N/0FF)驱动，对交流电源I的交流电压进行斩波(以下称为“使半导体开关进行斩波动作”或“半导体开关的斩波”)时，由于电流流过半导体开关3c，因此产生电路的损失。
[0006]为了解决该问题，提案有一种方法:并非总使半导体开关3c进行斩波动作，而是仅在交流相位的特定期间使其斩波动作，其余的期间使其停止(例如，参照专利文献I)。
[0007]在图18所示的整流电路装置中，利用整流桥2对来自交流电源I的交流电压进行整流，将其转换成包含脉动的直流电压后，将其电力经电抗器3a和二极管3b向平滑电容器3d及负载4供给。进而，在图18中，通过构成为能够利用半导体开关3c经电抗器3a使来自整流桥2的输出电压短路，构成利用众所周知的升压斩波电路3的带功率因数改善功能的整流电路装置。在图18所示的整流电路装置中，升压斩波电路3以利用输入电流检测器6及输入电流检测部10检测输入电流，以输入电流的波形成为与由输入电压检测部11检测出的输入电压波形(电源电压波形)相同的形状的方式使半导体开关3c进行斩波动作，且调整输入电流的大小，使得输出电压成为希望的电压。
[0008]特别是在专利文献I中提案有一种方法:仅在用于使高次谐波减少的最低限度的区间使半导体开关进行斩波动作，由此来降低电路的损失。图19以框图表示用于该提案的控制方法。图19中，利用电源过零(zero cross)检测单元5检测电源电压的相位，利用脉冲计数器13a仅在一定的期间允许图18的半导体开关3c的斩波动作，在除此之外的期间，保持使半导体开关3c截止。根据该方法，能够实现基本上不增加电源高次谐波，且低损失的整流电路装置。
[0009]另外，在专利文献I的整流电路装置的控制方法中，需要使用电源电压的波形，但也提案有一种不使用电源电压的波形，按照预先确定的波形实现同样的动作的控制方法(例如，参照专利文献2)。而且，还提出有一种以不具有成为目标的电流波形而发挥同样效果为目的的、简便的方法(例如，参照专利文献3)。
[0010]此外，在图18所示的整流电路装置的情况下，为如下结构:输入电流被整流后的电流替代，得到该输入电流的绝对值的信息，对该绝对值的大小进行调整。这样调整输入电流的绝对值的大小与调整输入电流的振幅是等价的是众所周知的。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开2005 - 253284号公报
[0014]专利文献2:日本特开2007 - 129849号公报
[0015]专利文献3:日本特开2000 - 224858号公报
[0016]专利文献4:日本特开2001 - 045763号公报
【发明内容】
[0017]发明所要解決的课题
[0018]在上述现有技术的整流电路装置的结构中，在负载确定的条件下，进行控制使输出电压为一定，另外，使半导体开关进行斩波动作的期间也固定。因此，在检测出的输出电压包含误差的情况下，电流波形会变化。例如，在对有效值200V的交流进行整流而得到大约280V的直流的情况下，直流电压仅变化IV电流波形就会大幅变化。对于280V的直流电压，IV的精度相当于0.3%，在利用电阻对电压进行分压而成低电压的情况下，需要非常高精度的电阻。因此，在现有技术的整流电路装置中，加入输出电压的检测精度，为了使高次谐波在变化的电流波形中也减少，需要更长地设定进行斩波的期间。因此，在这种现有的整流电路装置中存在电路损失增加的问题。
[0019]另外，这种现有的整流电路装置的控制方法一般用数字计算机来实现，但当想要实现高精度的直流电压的电压控制时，需要对直流电压进行高分辨率即比特(bit，也称为“位”)数多的模拟一数字转换(以下称为“AD转换”。)器，电路负担变大。在这种情况下，也加入实际控制电路能够检测的精度，为了使高次谐波即使在变化后的电流波形中也减少，需要将进行斩波的期间设定得更长，存在需要使电路损失稍微增加的问题。
[0020]而且，在这种现有的整流电路装置中，输出电压越低，损失越少，但是在要将输出电压设定为比电源电压的瞬时值低的电压的情况下，即使使半导体开关进行斩波动作的期间的交流电压比输出电压低，在使半导体开关进行斩波动作的期间也由于升压动作而发生输出电压上升的现象。因此，在现有的整流电路装置中，具有难以设定成电路损失更少且更低输出电压的问题。
[0021]另外，在这种现有的整流电路装置中，进行斩波的期间被一样地设定，并且进行斩波的期间相对于想定(设想确定)的最大的输入电力被设定。因此，这种现有的整流电路装置在输入电力小且相对于电源高次谐波电流的限制电平具有余裕(充裕)的状况下，也必须执行规定的斩波动作，其结果是，具有不能使电路损失最小的问题。
[0022]本发明的目的在于，解决上述问题点，提供一种不论输出电压的检测精度如何，都能够按照连接的负载的状况或来自外部的指令，降低电源高次谐波电流且能够减少电路损失的整流电路装置的控制装置及整流电路装置。
[0023]用于解决课题的手段
[0024]本发明提供一种整流电路装置的控制装置，其是通过使半导体开关进行斩波动作，将来自单相交流电源的交流电压或对该交流电压进行整流而得到的脉动电压经由电抗器短路或开路(即，开放)，从所述单相交流电源整流成直流电压而向负载供给电力的整流电路装置的控制装置，其中，
[0025]所述控制装置具备:
[0026]波形形成部，其形成与所述交流电压的波形为相同频率的目标电流波形；
[0027]交流电流检测部，其检测从所述单相交流电源流动的交流电流(即，检测从所述单相交流电源流动的交流电流)；
[0028]直流电压检测部，其检测所述直流电压；
[0029]第一控制部，其以使所述检测出的交流电流的波形实质上成为所述目标电流波形的方式，控制所述半导体开关的斩波动作；
[0030]第二控制部，其以使所述检测出的直流电压实质上成为规定的目标直流电压的方式，控制所述目标电流波形的振幅；和
[0031]第三控制部，其以使所述半导体开关为斩波动作状态的斩波动作相位宽度或所述半导体开关为斩波停止状态的斩波停止相位宽度实质上成为规定的相位宽度的方式，控制所述规定的目标直流电压。
[0032]本发明提供一种整流电路装置，其通过使半导体开关进行斩波动作，将来自单相交流电源的交流电压或对该交流电压进行整流而得到的脉动电压经由电抗器短路或开路(即，开放)，从所述单相交流电源整流成直流电压而向负载供给电力，该整流电路装置具备:
[0033]波形形成部，其形成与所述交流电压的波形为相同频率的目标电流波形；
[0034]交流电流检测部，其检测从所述单相交流电源流动的交流电流(即，从所述单相交流电源检测流动的交流电流)；
[0035]直流电压检测部，其检测所述直流电压；
[0036]第一控制部，其以使所述检测出的交流电流的波形实质上成为所述目标电流波形的方式，控制所述半导体开关的斩波动作；
[0037]第二控制部，其以使所述检测出的直流电压实质上成为规定的目标直流电压的方式，控制所述目标电流波形的振幅；和
[0038]第三控制部，其以使所述半导体开关为斩波动作状态的斩波动作相位宽度或所述半导体开关为斩波停止状态的斩波停止相位宽度实质上成为规定的相位宽度的方式，控制所述规定的目标直流电压。
[0039]发明的效果
[0040]根据本发明，能够提供一种整流电路装置的控制装置和整流电路装置，它们能够根据连接的负载的状况或来自外部的指令，使希望的相位宽度发生变化，不论负载的变动状况如可，都能够精确地测量与希望的相位宽度进行比较的斩波动作相位宽度或斩波停止相位宽度，由此，能够总实现电路损失少且高次谐波电流少的整流动作。
【附图说明】
[0041]图1是表示本发明的实施方式I的整流电路装置的结构的电路图。
[0042]图2A是表示图1的整流电路装置的控制电路的结构的框图。
[0043]图2B是表示图1的整流电路装置的控制的变形例的图，是表示在控制电路的斩波相位检测器的处理中利用波形成形器(也称为“波形形成器”)的输出信号的情况的框图。
[0044]图2C是表示图1的整流电路装置的控制的变形例的图，是表示在控制电路的斩波相位检测器的处理中利用电流检测器的输出的情况的框图。
[0045]图2D是表示图1的整流电路装置的控制的变形例的图，是表示在控制电路的斩波相位检测器的处理中利用DC电压检测器的输出的情况的框图。
[0046]图2E是表示图1的整流电路装置的控制的变形例的图，是表示在控制电路的斩波相位检测器的处理中利用PWM调制器的输出的情况的框图。
[0047]图3A是在本发明的整流电路装置中希望的相位宽度为斩波动作相位宽度时的目标相位宽度设定器的特性图。
[0048]图3B是在本发明的整流电路装置中希望的相位宽度为斩波停止相位宽度时的目标相位宽度设定器的特性图。
[0049]图4A是用于说明图1的整流电路装置的控制装置的第一动作例的控制动作的图，(a)表示交流电压(以下，称为AC电压)和整流后的直流电压(以下，称为DC电压)的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(C)是表示实际上进行控制之后的交流电流(以下，称为AC电流)的信号波形图。
[0050]图4B是用于说明图1的整流电路装置的控制装置的第二动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0051]图5A是用于说明本发明实施方式2的整流电路装置的控制装置的第三动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0052]图5B是用于说明本发明实施方式2的整流电路装置的控制装置的第四动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0053]图6A是用于说明本发明实施方式3的整流电路装置的控制装置的第五动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0054]图6B是用于说明本发明实施方式3的整流电路装置的控制装置的第六动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0055]图7A是用于说明本发明实施方式4的整流电路装置的控制装置的第七动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0056]图7B是用于说明本发明实施方式4的整流电路装置的控制装置的第八动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0057]图8A是用于说明本发明实施方式5的整流电路装置的控制装置的第九动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0058]图SB是用于说明本发明实施方式5的整流电路装置的控制装置的第十动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0059]图9A是用于说明本发明实施方式6的整流电路装置的控制装置的第十一动作例的控制动作的图，(a)是表示AC电压和整流后的DC电压的关系的信号波形图，(b)是表示要控制的目标电流波形的信号波形图，(c)是表示实际上进行控制之后的AC电流的信号波形图。
[0060]图9B是用于说明本发明实施方式6的整流