電力変換装置及び冷凍空気調和装置
【課題】高効率・高信頼性が確保できる電力変換装置等を提供する。
【解決手段】電源１により印加される電圧を所定の電圧に変化させる昇圧手段２と、昇圧手段２を流れる電流を別経路に流す転流動作を行うための転流手段４と、昇圧手段２及び転流手段４の出力に係る電圧を平滑した電力を負荷９側に供給する平滑手段３と、昇圧手段２に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、昇圧手段２の昇圧等の電圧可変に係る制御及び転流手段４の転流動作の制御を行う制御手段６とを具備するものである。
【解決手段】電源１により印加される電圧を所定の電圧に変化させる昇圧手段２と、昇圧手段２を流れる電流を別経路に流す転流動作を行うための転流手段４と、昇圧手段２及び転流手段４の出力に係る電圧を平滑した電力を負荷９側に供給する平滑手段３と、昇圧手段２に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、昇圧手段２の昇圧等の電圧可変に係る制御及び転流手段４の転流動作の制御を行う制御手段６とを具備するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び冷凍空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変電圧・可変周波数のインバータ装置等が実用化されるに従って、各種電力変換装置の応用分野が開拓されている。
【０００３】
例えば、電力変換装置に関しては、近年、昇降圧コンバータの応用技術開発が盛んである。一方で、炭化珪素等を材料とするワイドバンドギャップ半導体素子等の開発も盛んに行われている。このような新しい素子に関して、高耐圧であっても電流容量（電流実効値の許容値）の小さい素子に関しては、整流器を中心に実用化されてきている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０２８４号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、高効率な新しい素子を実用化するにあたり、例えば電流容量が大きい素子に関しては、高コスト、結晶欠陥等のため、実用化に向けて多くの課題があり、普及にはまだ時間がかかると考えられる。このため、例えば、空気調和装置の圧縮機のモータ等に供給するような電力以上の変換を行う電力変換装置に、新しい素子を用いて高効率化をはかろうとすることは現状では難しい。
【０００６】
本発明は、上記課題を考慮し、高効率、高信頼性等を確保することができる電力変換装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、印加される電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変手段と、電圧可変手段を流れる電流を別経路に流す転流動作を行うための転流手段と、電圧可変手段及び転流手段の出力に係る電圧を平滑した電力を負荷側に供給する電流平滑手段と、電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、電圧可変手段の電圧可変に係る制御及び転流手段の転流動作の制御を行う制御手段とを具備するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置によれば、転流動作を行うことができる転流手段を設けることにより、電圧可変手段を流れる電流を別経路に転流させることができる。このため、例えば電圧可変手段の動作において、平滑手段側から電圧可変手段側（電源側）に流れる電流を低減させることができ、例えば電圧可変手段に用いる素子の電流容量等に関係なく、このような電流による損失、通流損を低減することができる。そして、転流手段の転流動作により損失が小さくなるため、システム全体として高効率化をはかることができる。
【０００９】
また、平滑手段側から電圧可変手段側に流れる電流の低減をはかることで、電流発生に起因する雑音端子電圧レベルを低減することができる。このため、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility：電磁両立性）対策に有効である。特に、ノイズフィルタの小型化、低コスト化をはかることができる。
【００１０】
そして、例えば、システムにおいて用いられるスイッチング素子におけるアーム短絡等の恐れがなくなるため、高信頼性設計を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステムを表す図である。
【図２】電力変換装置を中心とするシステムの別例を表す図である。
【図３】実施の形態１に係るシステムの動作モードの例を示した図である。
【図４】転流手段４を動作させない場合の信号及び電流波形を示す図である。
【図５】駆動信号ｓａの基準信号生成のための手段構成例を説明する図である。
【図６】駆動信号ｓａ等の生成のための手段構成例を説明するための図である。
【図７】ＰＷＭ信号作成の一例を説明するための図である。
【図８】リカバリー電流発生経路の一例を示す図である。
【図９】転流手段４を動作させる場合の信号及び電流波形を示す図である。
【図１０】実施の形態２に係る電力変換装置を中心とするシステムを表す図である。
【図１１】実施の形態２に係る電力変換装置を中心とするシステムを表す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る冷凍空気調和装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態に係る電力変換装置等について図面等を参照しながら説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。はじめに、図１における高効率に電力変換を行うことができる電力変換装置を有するシステム構成について説明する。
【００１４】
図１に示すシステムは、電源１と負荷９との間に電力変換装置が接続されている。電源１は、例えば直流電源、単相電源、三相電源等の各種電源を用いることができる。ここでは、直流電源であるものとして説明する。また、負荷９は、モータ等、モータ等に接続するインバータ装置等である。
【００１５】
電力変換装置は、電源１による印加電圧を所定電圧に昇圧する昇圧手段２、必要なタイミングで昇圧手段２を流れる電流を異なる経路（別経路）に転流する転流手段４及び昇圧手段２、転流手段４の動作に係る電圧（出力電圧）を平滑する平滑手段３を有している。また、平滑手段３で得られた電圧を検出する電圧検出手段５、電圧検出手段５の検出に係る電圧に基づいて、昇圧手段２及び転流手段４を制御するための制御手段６を有している。さらに、制御手段６からの駆動信号ｓａを昇圧手段２に合わせた駆動信号ＳＡにして昇圧手段２に伝達する駆動信号伝達手段７及び制御手段６からの駆動信号（転流信号）ｓｂを転流手段４に合わせた駆動信号ＳＢにして転流手段４に伝達する転流信号伝達手段８を有している。
【００１６】
本実施形態の昇圧手段２は、例えば電源１の正側又は負側に接続されたリアクトル２１、その後段に接続される昇圧用スイッチ２２（電力可変用スイッチ２２）及び昇圧用整流器２３（電力可変用整流器２３）で構成される。ここで、図１に示すように、昇圧用整流器２３については、Ｂ点側をアノード側とし、Ｃ点側をカソード側とする。例えばトランジスタ等のスイッチング素子を有する昇圧用スイッチ２２は、駆動信号伝達手段７からの駆動信号ＳＡに基づいて開閉を行い、昇圧用スイッチ２２を介した電源１の正側と負側との間の導通、非導通を制御する。スイッチング素子として用いる半導体素子の種類については特に限定しないが、電源１からの電力供給に耐えることができる高耐圧の素子等を用いる。ここで、図１では示していないが、昇圧用スイッチ２２は、開閉動作を行うための電力供給をスイッチ動作用の電源から受けている。また、例えばｐｎ接合ダイオード等で構成する昇圧用整流器２３は、電源１側から負荷９側へ電流（電力）を整流する。本実施の形態では、電源１から負荷９に供給する電力の大きさに合わせて、電流容量が大きい整流器を用いるものとする。また、昇圧用整流器２３における電力（エネルギー）損失を抑えるため、順方向電圧が低い（Ｖｆ特性がよい）素子を用いて整流を行う。
【００１７】
また、本実施の形態の転流手段４は、変圧器４１と、転流用整流器４２と、変圧器４１を駆動する変圧器駆動回路４３から構成される。図１では変圧器４１の１次側、２次側巻線の極性は同一としている。そして、変圧器４１の２次側巻線と整流器４２とが直列接続される。さらに、転流用整流器４２は、昇圧手段２の昇圧用整流器２３と並列接続される。
【００１８】
変圧器４１は変圧器駆動回路４３と転流動作手段を構成する。１次側巻線に電圧印加し励磁電流を流すことで２次側巻線に電流を発生し、昇圧手段２に流れる電流を転流させる。
【００１９】
転流用整流器４２は、転流に係る電流（別経路を流れる電流）を整流する。ここで、転流用整流器４２は、例えば電気的特性（特にリカバリー特性）に優れ、電流容量が小さく逆回復の時間がはやい半導体素子とする。また、電源１から負荷９に供給する電力の経路上にあるため、高耐圧の素子とする必要がある。ここでは、特にリカバリー特性の良いシリコン製ショットキーバリアダイオード、またはＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド、窒化ガリウム）、ダイヤモンド等を材料とするワイドバンドギャップ半導体の素子を転流用整流器４２として用いる。
【００２０】
変圧器駆動回路４３は、さらに、例えば変圧器４１に電力を供給するための変圧器用電源４５と転流用スイッチ４４とで構成される。例えばトランジスタ等のスイッチング素子を有する転流用スイッチ４４は、転流信号伝達手段８からの転流信号ＳＢに基づいて開閉を行い、変圧器用電源４５から変圧器４１（１次巻線側）への電力供給、供給停止を制御する。変圧器用電源４５は、転流手段４に転流動作を行わせるための電源となる。そして、変圧器用電源４５が変圧器４１に印加する電圧については、昇圧手段２、転流手段４により平滑手段３に印加される電圧（出力電圧）よりも低くする。ここで、図１では特に示していないが、ノイズ対策、故障時の回路保護等を考慮して、変圧器用電源４５、転流用スイッチ４４及び変圧器４１の１次側巻線を接続している配線経路に、制限抵抗、高周波コンデンサ、スナバ回路、保護回路等を必要に応じて挿入するようにしてもよい。また、変圧器用電源４５については、昇圧用スイッチ２２の開閉動作を行わせるための電源と共通にしてもよい。
【００２１】
また、図１の変圧器４１では、励磁電流をリセットするリセット巻線を設けていないが、必要に応じて１次側巻線にリセット巻線を付加し、更に整流器等を設けるようにしてもよい。これにより励磁エネルギーを変圧器用電源４５側に回生させることができ、さらなる高効率化が可能となる。
【００２２】
平滑手段３は、例えば平滑用のコンデンサからなり、昇圧手段２等の動作に係る電圧を平滑して負荷９に印加する。また、電圧検出手段５は平滑手段３によって平滑された電圧（出力電圧Ｖｄｃ）を検出する。ここで、分圧抵抗によるレベルシフト回路等で構成される。また、必要に応じて、制御手段６が演算処理等を行う信号（データ）にすることができるように、アナログ／デジタル変換器等を付加してもよい。
【００２３】
図２は電力変換装置を中心とするシステム構成の別例を表す図である。図２の電力変換装置は、電流検出素子１０及び電流検出手段１１を有している。電流検出素子１０は、電源１と昇圧用スイッチ２２の負側における接続点との間における電流を検出するもので、例えばカレントトランスやシャント抵抗等を用いる。
また、電流検出手段１１は、電流検出素子１０の検出に係る電流を信号として送る際に、制御手段６が処理可能な適正値（Ｉｄｃ）の信号に変換し、制御手段６に入力されるようにする。このため、増幅回路、レベルシフト回路、フィルタ回路等で構成される。ここで、電流検出手段１１が行っている機能を制御手段６が代わりに処理できる場合は、回路等を適宜省略してもよい。
【００２４】
図２に示すように、電圧検出手段５の検出に係る電圧、電流検出素子１０及び電流検出手段１１の検出に係る電流に基づいて、制御手段６は駆動信号の生成、送信処理を行う。図２の電力変換装置では、電圧検出手段５、電流検出素子１０及び電流検出手段１１の両方を有しているが、いずれか一方を設け、電流のみ、電圧のみに基づいて、制御手段６が駆動信号生成等の処理を行うようにしてもよい。
【００２５】
制御手段６は、マイクロコンピュータや、デジタルシグナルプロセッサ等の演算装置、演算装置同様の機能を内部に有する装置等で構成される。本実施の形態では、例えば電圧検出手段５、電流検出素子１０及び電流検出手段１１の検出に係る電圧、電流に基づいて、昇圧用スイッチ２２、転流用スイッチ４４を動作させる指示のための信号を生成し、昇圧手段２、転流手段４を制御する。ここで、図１では示していないが、制御手段６は、処理動作を行うための電力供給を、制御手段動作用の電源から受けている。この電源については、変圧器用電源４５と共通にしてもよい。また、本実施の形態では、制御手段６は昇圧手段２及び転流手段４の動作を制御するものとして説明するが、これに限定するものではない。例えば、２つの制御手段が、昇圧手段２、転流手段４をそれぞれ制御するようにしてもよい。
【００２６】
駆動信号伝達手段７は、例えば、バッファやロジックＩＣ、レベルシフト回路等により構成され、駆動信号ｓａを駆動信号ＳＡに変換して昇圧手段２に伝達する。ただし、例えば、制御装置６内にその機能を内蔵する場合等であれば、適宜省略可能である。その場合、制御装置６が送る駆動信号ｓａを駆動信号ＳＡとして、昇圧用スイッチ２２の開閉操作を直接行うようにすればよい。また、転流信号伝達手段８も、駆動信号伝達手段７と同様に、通常、バッファやロジックＩＣ、レベルシフト回路等により構成され、転流信号ｓｂを転流信号Ｓｂに変換して転流手段２に伝達する。ただし、制御装置６内にその機能を内蔵する場合等であれば、適宜省略可能である。その場合は、制御装置６が送る駆動信号ｓｂを駆動信号ＳＢとして、転流用スイッチ４４の開閉操作を直接行うようにすればよい。以後、駆動信号ＳＡは制御手段６からの駆動信号ｓａと同じであるものとし、転流信号ＳＢは転流信号ｓｂと同じであるものとして説明する（このため、駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂとする）。
【００２７】
次に、図１等のシステムに関する動作について説明する。
【００２８】
図３は、実施の形態１に係るシステムの動作モードの例を示した図である。本システムにおける電力変換装置の電力変換動作（本実施の形態では昇圧動作）は、昇圧チョッパーに整流器の転流動作を加えたものとなる。このため、昇圧用スイッチ２２及び転流用スイッチ４４の開閉状態の組み合わせに基づいて、合計４モードの動作モードが存在する。
【００２９】
まず、昇圧用スイッチ２２がオン（閉止）、且つ転流用スイッチ４４がオフ（開放）の状態の場合を考える。通常、昇圧用整流器２３は、リカバリー特性が良好な転流用整流器４２と比較して、順方向電圧が低い素子を用いる。また、変圧器４１の巻線はインダクタ成分であるため、励磁電流を流さない場合には電流が流れない。よって、転流用スイッチ４４がオフである本ケースについては、転流手段４を設けた経路（別経路）では電流は流れない。そして、昇圧用スイッチ２２はオンであるから、図３（ａ）の経路で電源１の正側と負側とが導通して電流が流れる（このため、昇圧用整流器２３を介した経路には電流が流れない）。これにより、リアクトル２１にエネルギーを蓄積することができる。
【００３０】
次に、昇圧用スイッチ２２がオフ、且つ転流用スイッチ４４がオフの場合を考える。この場合も、転流用スイッチ４４がオフであるため、転流手段４を設けた経路では電流は流れない。また、昇圧用スイッチ２２がオフであるから、図３（ｂ）の経路（昇圧用整流器２３を介した経路）でリアクトル２１のエネルギーを、平滑手段３を介して負荷９側に供給することができる。
【００３１】
さらに昇圧用スイッチ２２がオン、且つ転流用スイッチ４４がオンの場合を考える。この場合、転流用スイッチ４４がオンであるが、昇圧用スイッチ２２も同時にオン状態であり、電源１側のインピーダンスが低いため、転流手段４を設けた経路ではほとんど電流は流れない。このため、図３（ｃ）の経路で電流が流れ、リアクトル２１にエネルギーを蓄積することができる。本動作モードは制御として行わない動作モードである。転流信号ＳＢの伝達遅延等により、瞬間的に本動作モードとなる場合があるが、使用上、特に問題にならない。
【００３２】
そして、昇圧用スイッチ２２がオフ、且つ転流用スイッチ４４がオンの場合を考える。この場合、昇圧用スイッチ２２がオフであるため、昇圧用整流器２３を介して負荷９側に電流が流れ込む（電流経路１）。また、転流用スイッチ４４もオンしているため変圧器４１が励磁され、図３（ｄ）の通り、転流手段４を設けた経路でも電流が流れる（電流経路２）。そして、この状態が一定時間経過すると、完全に転流し、転流手段４を設けた経路のみに電流が流れることとなる。
【００３３】
以上の各動作モードより、昇圧用スイッチ２２がオフ、且つ転流用スイッチ４４がオン時に転流動作が生ずるものの、昇圧用スイッチ２２の開閉によるリアクトル２１へのエネルギー蓄積動作は、昇圧チョッパーを踏襲したものとなる。よって昇圧用スイッチ２２がオン時間Ｔon、オフ時間Ｔoff で、繰り返しスイッチング（開閉）を行うと、Ｃ点には次式（１）の平均電圧ＥC が印加され、昇圧が行われることになる。ここでは簡単化のため、電源１の電圧をＥ1 とする。
【００３４】
ＥC ＝（Ｔon＋Ｔoff ）・Ｅ1 ／Ｔoff …（１）
【００３５】
図４は、転流手段４を動作させない（転流信号ｓｂを送信しないまたはオフ信号を送信する）場合の駆動信号ｓａ及び各部電流波形Ｉ1 〜Ｉ3 を示す図である。ここで、駆動信号ｓａはＰＷＭ信号であり、ＨＩ側をアクティブ方向（オン方向）とする。駆動信号ｓａがオンすると昇圧用スイッチ２２がオンし（閉じ）、オフすると昇圧用スイッチ２２がオフする（開く）。
【００３６】
電流Ｉ1 はリアクトル２１を流れる電流を示す。また、電流Ｉ2 は昇圧用スイッチ２２を流れる電流を示し、Ｉ3 は昇圧用整流器２３を流れる電流を示す。ここで、各電流波形は、電源１投入より負荷９や出力電圧Ｖｄｃが一定出力になるように駆動信号ｓａのオン時間・オフ時間を制御し、十分時間が経過した後の例を示している。そして、駆動信号ｓａのオン時間とオフ時間の比率（デューティ比）はほぼ一定としている。
【００３７】
図５は、制御手段６が行う駆動信号ｓａ生成のための基準信号生成の一例を説明するための図である。図５に示すように、本実施の制御手段６はフィードバック制御器１０１を有しているものとする。
【００３８】
フィードバック制御器１０１は、電圧検出手段５の検出により得られた実際の出力電圧Ｖｄｃと設定された目標電圧Ｖｄｃ＊（指令値）とに基づいて、例えば比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、駆動信号ｓａを生成するための基準信号（デューティ。以下、単に基準信号と称す）を生成する。
【００３９】
このとき、実際の出力電圧Ｖｄｃが目標電圧Ｖｄｃ＊に近づくようにフィードバック制御を実施する。基準信号により駆動信号ｓａのオン時間が逐次修正・設定され、駆動信号ｓａのデューティ比に反映される。その結果、一定時間経過後には、出力電圧Ｖｄｃと目標電圧Ｖｄｃ＊とは定常偏差を除けばほぼ同一となる。
【００４０】
実用する場合には、目標電圧Ｖｄｃ＊の値を、制御手段６内の記憶部等に内部メモリーとしてマップ化しておき、運転状況に応じて値を変化させるようにしてもよい。また、制御手段６の外部の記憶装置にメモリーしておいて、制御手段６内に読み込み、制御を実行するようにしてもよい。
【００４１】
また、図２のように、電流検出素子１０及び電流検出手段１１を有し、電流の検出を行っている場合には、例えば図５（ｂ）に示すように、フィードバック制御器１０２をフィードバック制御器１０１の後段側に接続する。
【００４２】
そして、出力電圧Ｖｄｃと目標電圧Ｖｄｃ＊とに基づいて、フィードバック制御器１０１が電流指令値Ｉｄｃ＊を出力する。
【００４３】
そして、電流指令値Ｉｄｃ＊と電流検出素子１０及び電流検出手段１１の検出に係る電流検出値Ｉｄｃとに基づいて、フィードバック制御器１０２は、例えばＰＩ制御を行って基準信号を生成する。このとき、実際の出力電流Ｉｄｃと目標値Ｉｄｃ＊が近づくように制御を実施し、基準信号により駆動信号ｓａのオン時間を逐次修正・設定する。この場合も一定時間経過後、Ｖｄｃ、Ｉｄｃはほぼ目標値となる（定常偏差除く）。
【００４４】
ここで、使用条件によっては、制御のむだ時間等の考慮が必要となってくる。このため、フィードバック制御器１０１、１０２には、状況に応じ、比例積分制御に微分制御を組み合わせたＰＩＤ制御を行わせるようにしてもよい。
【００４５】
また、電流指令値Ｉｄｃ＊についても、例えば制御手段６の記憶部等にマップ化したデータを記憶させておき、運転状況に応じて値を変化させればよい。また、制御手段６の外部の記憶装置にメモリーしておいて、制御手段６内に読み込み、制御を実行するようにしてもよい。また、電流のかわりに電力等の代替量で制御を実行してもよい。
【００４６】
図６は制御手段６の駆動信号ｓａ等の生成の一例を説明するための図である。ここでは、図６（ａ）について説明する。図６（ａ）は、転流手段４に転流動作をさせない（転流手段４がない、または転流信号ｓｂをオフ出力する）場合の、制御手段６における電圧可変制御を実現する手段の構成を表している。図６（ａ）に示す制御手段６の構成では、基準信号生成手段２０１、第１の三角波信号生成手段２０２、ＰＷＭ信号生成手段２１１及びＰＷＭ信号発生手段２１２を有しているものとする。
【００４７】
図６（ａ）において、基準信号生成手段２０１は、駆動信号ｓａを生成するための基準信号を生成する。基準信号生成手段２０１は、上述した図５におけるフィードバック制御器１０１又はフィードバック制御器１０１と１０２との組み合わせに相当する手段である。
【００４８】
また、第１の三角波信号生成手段２０２は、あらかじめ設定した周期、振幅等を有する第１の三角波信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号生成手段２１１は、第１の三角波信号生成手段２０２が生成した第１の三角波信号と基準信号生成手段２０１が生成した基準信号とを比較し、信号の大小関係に基づいてＰＷＭ信号を生成し、昇圧用スイッチ２２のオンオフ状態を定める。
【００４９】
図７は、ＰＷＭ信号生成の一例を説明するための図である。ここでは、まず、図７（ａ）について説明する。例えば、第１の三角波信号生成手段２０２が生成した第１の三角波信号と基準信号生成手段２０１が生成した基準信号とを比較し、第１の三角波信号よりも基準信号が大きければ駆動信号ｓａをＨＩ（オン）とする。一方、基準信号が第１の三角波信号以下であれば駆動信号ｓａをＬｏｗ（オフ）とする。ここで、アクティブ方向やスレッショルド（しきい値）をＨＩと判断する側に含めるか否か等は必要に応じて変更してよい。
【００５０】
そして、例えば、ＰＷＭ発生器等で構成するＰＷＭ信号発生手段２１２は、昇圧用スイッチ２２を動作させるための駆動信号ｓａを駆動信号伝達手段７に送信する。このようにして、制御手段６は昇圧用スイッチ２２のオンオフ（開閉）を制御する。
【００５１】
以上のようにして、制御手段６は駆動信号ｓａを生成する。さらに図１及び図４を参照しながら駆動信号ｓａと流れる電流との関係について説明する。リアクトル２１を流れる電流Ｉ1 は、電流Ｉ1 は図１のＡ点で分岐した後、昇圧用スイッチ２２を流れる電流Ｉ2 と昇圧用整流器２３を流れる電流Ｉ3 とに分流する。これを次式（２）で示す。
【００５２】
Ｉ1 ＝Ｉ2 ＋Ｉ3 …（２）
【００５３】
昇圧用整流器２３に順方向電流が流れている状態で駆動信号ｓａにより昇圧用スイッチ２２をオンする（閉じる）と、Ａ点−Ｄ点間が導通するため、図１のＢ点における電位は、ほぼ図１のＤ点における電位と等しくなる。たとえば、昇圧用スイッチ２２に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や電界効果トランジスタ（ＭＯＳ）等の素子を用いている場合には、素子のオン電圧がＢ点とＤ点の電位差となる（Ｂ点の電位は電源１の負側電位とほぼ等しくなる）。一方、平滑手段３により図１のＣ点における電位は、充電電位状態にほぼ保持されている。よって昇圧用スイッチ２２を閉じると、昇圧用整流器２３にはＣ点−Ｂ点間の電位差分、逆バイアス電圧が印加され、昇圧用整流器２３はオフ動作に移行する。
【００５４】
図８は、リカバリー電流の流れを説明するための図である。昇圧用整流器２３にｐｎ接合ダイオード等を用いている場合、昇圧用整流器２３が逆回復（逆方向の電流を阻止）するまでの間、図８に示すような経路で短絡電流が流れることとなる（以後、この短絡電流をリカバリー電流と称す）。そして、負荷９（平滑手段３）側から電源１側に流れようとするリカバリー電流により回路損失が増大する。また、本電流がコモンモード電流を変位させる要因となり、雑音端子電圧・放射雑音等のレベルが上昇する。このため、ノイズ対策に費用がかかる。また、ノイズフィルタ（図示せず）が大型になり、設置スペースの自由度が制限される。
【００５５】
また、通常、整流器等においては、電流容量増加に伴い、蓄積キャリア量は増加していく傾向にある。そのため、電流容量が増加すると、逆回復の遅れ等によりリカバリー電流も増加していくこととなる。また、印加する逆バイアス電圧が大きくなることでも、リカバリー電流は増加していくこととなる。
【００５６】
そこで、本実施の形態では、電流容量の大きい昇圧用整流器２３に対して、高い逆バイアス電圧を印加して逆回復を行うのではなく、転流用の別経路を設け、昇圧用スイッチ２２をオンする（閉じる）直前のタイミングで、転流手段４の変圧器４１及び転流用整流器４２を介して低い逆バイアス電圧を昇圧用整流器２３に印加して逆回復させてから、昇圧用スイッチ２２をオンするように制御（以下、転流制御と称す）する。
【００５７】
このため、駆動信号ｓａをオンする直前に、転流手段４の転流信号ｓｂをオンし、変圧器４１を介して昇圧用整流器２３に流れている電流が転流用整流器４２に転流するようにするものである。
【００５８】
ここで、駆動信号ｓａを生成するための基準信号に関しては、転流制御を行うかどうかにかかわらず、上述したようにフィードバック制御器１０１、１０２（基準信号生成手段２０１）によるＰＩ制御等を行い、駆動信号ｓａのオン時間を設定する（図５（ａ）、（ｂ）参照）。
【００５９】
図９は、転流手段４を動作させる（転流信号ｓｂを送信する）場合の駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂ及び電流波形Ｉ1 〜Ｉ5 を示す図である。ここで、転流信号ｓｂはＰＷＭ信号であり、ＨＩ側をアクティブ方向（オン方向）とする。また各電流波形は、電源１投入より負荷９が一定出力になるように駆動信号ｓａのオン時間・オフ時間を制御し、十分時間が経過した後の例を示している。そして、駆動信号ｓａのデューティはほぼ一定値を示している。またＩ1 〜Ｉ3 に関しては図３で説明したことと同様の部分を流れる電流を表す。
【００６０】
次式（３）で示すように、電流Ｉ3 はＢ点で分岐した後、昇圧用整流器２３を流れる電流Ｉ4 と変圧器４１の２次側巻線及び転流用整流器４２を流れる電流Ｉ5 に分流する。
【００６１】
Ｉ3 ＝Ｉ4 ＋Ｉ5 …（２）
【００６２】
ここで、図６（ｂ）について説明する。図６（ｂ）は、転流手段４に転流動作をさせる（転流信号ｓｂを送信する）場合の、制御手段６における電圧可変制御を実現する手段の構成を表している。図６（ｂ）に示す制御手段６の構成では、図６（ａ）と同様の基準信号生成手段２０１、第１の三角波信号生成手段２０２、ＰＷＭ信号生成手段２１１及びＰＷＭ信号発生手段２１２を有している。さらに、図６（ｂ）の制御手段６の構成では、第２の三角波信号生成手段２０３、転流信号生成手段２２１及び転流信号発生手段２２２を有しているものとする。
【００６３】
第２の三角波信号生成手段２０３は、第１の三角波信号生成手段２０２が生成する第１の三角波信号に対して、所定のヒステリシス幅を有する第２の三角波信号を生成する。
【００６４】
そして、転流信号生成手段２２１は、第１の三角波信号生成手段２０２が生成した第１の三角波信号、第２の三角波信号生成手段２０３が生成した第２の三角波信号及び基準信号生成手段２０１が生成した基準信号を比較し、転流信号ｓｂを生成する。
【００６５】
次に図７（ｂ）に基づいて、３つの信号を比較した転流信号ｓｂの生成について説明する。例えば、第１及び第２の三角波信号の立ち下がり区間（後半）において、第２の三角波信号と基準信号とが同じ値になったときに第１の三角波信号が基準信号より大きければ転流信号ｓｂをオンする（これにより転流用スイッチは閉じる）。一方、第１の三角波信号と基準信号とが同じ値になったときに第２の三角波信号が基準信号より小さければ転流信号ｓｂをオフする（これにより転流用スイッチは開く）。
【００６６】
ここでは、第１の三角波信号、第２の三角波信号、基準信号が上記のような関係を満たすことで、転流信号ｓｂのオン又はオフを切り換えているが、このとき、例えば、転流手段４のオンタイミング（転流動作開始タイミング）は、転流信号ｓｂの出力から変圧器４１を駆動し、転流用整流器４２への転流開始するための遅延時間等を考慮して設定するとよい。また、転流手段のオフタイミングについて、変圧器駆動回路４３の遅延時間、昇圧用整流器２３の逆回復時間（通常数百ｎｓ〜数μｓ）、転流用整流器４２の逆回復時間（通常数ｎｓ〜数百ｎｓ）等を考慮して、昇圧用スイッチ２２をオンするタイミングを含む所定の時間内に転流動作を停止させるような設定ができるようにしてもよい。この場合、駆動信号ｓａ・転流信号ｓｂのオンオフタイミングで調整してもよいし、あるいは駆動信号伝達手段７や転流信号伝達手段８内に、所定の遅延時間を得るための遅延回路を含める等で時間調整を行ってもよい。さらに、信号のアクティブ方向等は必要に応じて変更してよい。ここで、三角波信号において立ち下がり区間（後半）であるかどうかの区間判定は、三角波信号生成時のタイマー等を利用して、例えば周期的に前半か後半かを判断する等して行えばよい。また、三角波信号の時間管理（経過時間をカウント）により、信号オンタイミング・オフタイミングの判断に基づいて判定を行ってもよい。
【００６７】
また、ここでは、第１・第２の三角波信号と基準信号とに基づいて転流信号ｓｂを生成したが、このような生成に限定するものではない。例えば、図９（ｃ）に示すように、第１の三角波信号と第２の三角波信号とのヒステリシス量に相当するオフセット量を基準信号に持たせた第２の基準信号を生成し、２つの基準信号と第１の三角波信号とに基づいて転流信号ｓｂを生成することも可能である。
【００６８】
そして、例えば、ＰＷＭ発生器等で構成する転流信号発生手段２２２は、転流用スイッチ４４を動作させるための転流信号ｓｂを転流信号伝達手段８に送信する。このようにして、制御手段６は転流用スイッチ４４の開閉を制御する。
【００６９】
以上のようにして、制御手段６は転流信号ｓｂを生成する。次に図１及び図９を参照しながら駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂと流れる電流との関係について説明する。駆動信号ｓａをオンする（昇圧用スイッチ２２をオンする）直前で転流信号ｓｂがオンすると、励磁電流により変圧器４１の２次側巻線に電流が流れ始める。よって、昇圧用整流器２３側と転流用整流器４２側（別経路）に電流が分流して流れ始める。その後、転流信号ｓｂのオン状態を維持すると、昇圧用整流器２３側に電流が流れなくなり、転流用整流器４２側に、全て電流が流れることとなる（転流完了）。
【００７０】
このとき、変圧器用電源４５に係る印加電圧が昇圧手段２の出力電圧（Ｃ点−Ｄ点間電位等）と比較して十分低い電圧になるように設定しておくことで、低い逆バイアス電圧でも昇圧用整流器２３をオフ（逆回復）させることが可能となる。
【００７１】
そして、この状態で駆動信号ｓａをオンする。このとき、転流用整流器４２において逆回復動作が行われる。この場合にもリカバリー電流は生じる。しかしながら、転流用整流器４２の逆回復における通流時間は昇圧用整流器２３と比較してごく短時間であるため、転流用整流器４２に必要とされる実効電流の値は小さくてすむ。よって蓄積キャリア量の少ない、小電流容量の素子を用いることでき、昇圧用整流器２３と比較してリカバリー電流低減が可能となる（ただし、ピーク電流は考慮して素子を選定する）。
【００７２】
以上の結果、実施の形態１のシステムでは、電力変換装置に転流手段４を設け、昇圧手段２を流れる電流を別経路で平滑手段３側に転流させるようにすることで、例えば昇圧用スイッチ２２がオンする前に昇圧用整流器２３を逆回復させ、昇圧用スイッチ２２がオンすることで流れるリカバリー電流を、順方向電圧は低いが多くのリカバリー電流が流れる昇圧用整流器２３ではなく、逆回復に係る時間が短く、リカバリー特性のよい転流用整流器４２を介して流れるようにすることで、電力変換装置におけるリカバリー電流を低減することができる。また、転流動作が行われていないとき（通常時）には、順方向電圧が低い昇圧用整流器２３を電流が流れることになるため、昇圧手段２の電力変換における動作中の損失も抑えることができる。このため、例えば、昇圧用整流器２３として電流容量が大きい素子を用いる等しても、昇圧手段２における素子の電流容量、素子のリカバリ特性等に関係なく、リカバリー損失・通流損を低減することができる。このため、転流手段４の転流動作等を行うものの、システム全体として、リカバリー電流に起因する損失、及びノイズ量を低減することが可能となる。
【００７３】
また、回路損失が抑制され、また雑音端子電圧・放射雑音等のレベルが低減する。よって、ノイズフィルタを小型化することができ、コスト低減等が可能となる。そして、ＥＭＣ対策に有効である。
【００７４】
また、昇圧用スイッチ２２を動作させるための駆動電源（ゲート駆動用電源）、制御装置６の処理動作を行わせるための電源のいずれか一方と、変圧器用電源４５とを共通の電源にすることができるので、新たに電源を作成する必要がなくなり、コストアップを避けることができる。
【００７５】
また、転流用整流器４２にワイドギャップバンド半導体を用いるようにしたので、低損失の電力変換装置を得ることができる。また、電力損失が小さいため、素子の高効率化をはかることができる。ワイドギャップバンド半導体は許容電流密度が高いため、素子の小型化をはかることができ、素子を組み込んだ手段も小型化することができる。ここで、転流用整流器４２だけでなく、例えば転流用スイッチ４４等、システム全体として損失に影響しない場合には、他の素子にワイドギャップバンド半導体を用いることもできる。
【００７６】
ここで、転流用整流器４２には、ワイドギャップバンド半導体の他にも、例えば順電圧が低く、ロスの少ない高耐圧なショットキーバリアダイオード等を用いてもよい。これらの素子は、電流実効値の許容値が大きい仕様になるにつれ、結晶欠陥の増大や、コストアップが大きくなる。本実施の形態の電力変換装置（システム）では、別経路での電流が流れる時間が短いため、転流手段における整流器は、電流実効値の許容値が小さい（電流容量が小さい）素子を使用することができ、コストパフォーマンス良好な高効率の電力変換装置を実現することができる。
【００７７】
また、変圧器４１を介して昇圧手段２、変圧器４１の２次側巻線及び転流用整流器４２と変圧器駆動回路４３、制御手段６及び転流信号ｓｂとの間を絶縁することができるため、転流信号ｓｂ（転流信号ＳＢ）の送信を比較的簡易に行うことができる。そして、高い電圧が印加される手段と低い電圧で動作する手段とを電気的に分離させることができる。また、安全性、信頼性が高いシステムの構築を行うことができる。ここで、本実施の形態では変圧器４１と変圧器駆動回路４３とにより転流動作手段を構成しているが、上記のような効果は発揮できない可能性はあるものの、電流を別経路に転流する転流動作を行うことができれば手段構成を変更することができる。
【００７８】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。次に、図１と同様に高効率に電力変換を行うことができる装置を有するシステム構成について説明する。
【００７９】
図１０では、電源１を交流電源（単相）としている点及び整流器５１ａ〜５１ｄを具備している点が、実施の形態１（図１等）と比較して異なっている。ダイオード等の整流器５１ａ〜５１ｄは、ダイオードブリッジを構成し、電源１（交流）により供給される電流（電力）を整流する。
【００８０】
図１１は実施の形態２のシステムの代表的な動作に係る電流の流れを示す図である。図１１（ａ）は、整流器５１ａ・５１ｄ及び昇圧用スイッチ２２を電流が流れる場合である。このとき、昇圧用スイッチ２２がオンしており、かつ変圧器駆動回路４３が駆動していない（変圧器６が動作していない）状態である。
また、図１１（ｂ）は、整流器５１ａ・５１ｄ及び昇圧用整流器２３を電流が流れる場合である。このとき、昇圧用スイッチ２２がオフしており、かつ変圧器駆動回路４３が駆動していない状態である。
そして、図１１（ｃ）は、整流器５１ａ・５１ｄ及び昇圧用整流器２３・転流用整流器４２を電流が流れる場合である。このとき昇圧用スイッチ２２がオフしており、かつ変圧器駆動回路４３が駆動している状態である。
【００８１】
ここで、図１１（ｂ）の状態（昇圧用スイッチ２２オフ）から図１１（ａ）の状態に移行する直前（昇圧用スイッチ２２オン直前）に、図１１（ｃ）に示すように、変圧器駆動回路４３を駆動して転流制御を行うことで、リカバリー電流を低減させることができる。
【００８２】
また、整流器５１ｂ・５１ｃに電流が流れる場合も同様に、昇圧用スイッチ２２のオン直前に変圧器駆動回路４３を駆動させて転流制御を行うようにすることで、リカバリー電流低減等が可能となる。
【００８３】
以上のように、電源１が単相交流電源である場合においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００８４】
ここでは電源１が単相交流電源である場合、直流側（整流器５１ａ〜５１ｄより負荷９側）に電圧を可変させるための昇圧用スイッチ２２（電圧可変用スイッチ）を設ける電力変換装置を例として説明したが、他の構成の電力変換装置にも適用することができる。例えば、交流側（整流器５１ａ〜５１ｄより電源１側）に昇圧用スイッチ２２（電圧可変用スイッチ）を設けるように展開することも可能である。また、電源１が三相交流電源の場合に、供給される電力を変換する電力変換装置にも展開可能である。
【００８５】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、転流手段４が転流の対象とする手段を昇圧手段２とし、電源１の電圧を昇圧した電力変換を行う電力変換装置について説明したが、これに限定するものではない。昇圧手段２の代わりに、例えば降圧手段、昇降圧手段等の電圧を変化させることができる電圧可変手段を適用してた電力変換装置においても、上述した効果を奏することができる。
【００８６】
実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４に係る冷凍空気調和装置の構成図である。本実施の形態では、上述の実施の形態における電力変換装置を有する冷凍サイクル装置の一例として冷凍空気調和装置について説明する。図１２の冷凍空気調和装置は、熱源側ユニット（室外機）３００と負荷側ユニット（室内機）４００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、主となる冷媒回路（以下、主冷媒回路と称す）を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管５００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管６００とする。
【００８７】
熱源側ユニット３００は、本実施の形態においては、圧縮機３０１、油分離器３０２、四方弁３０３、熱源側熱交換器３０４、熱源側ファン３０５、アキュムレータ３０６、熱源側絞り装置（膨張弁）３０７、冷媒間熱交換器３０８、バイパス絞り装置３０９及び熱源側制御装置３１０の各装置（手段）で構成する。
【００８８】
圧縮機３０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機３０１は、インバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機３０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。また、例えば、上述した各実施の形態における電力変換装置が、圧縮機３０１（モータ）を駆動させる電力を供給する電源１と負荷９となるインバータ装置、圧縮機３０１等との間に取り付けられている。
【００８９】
油分離器３０２は、冷媒に混じって圧縮機３０１から吐出された潤滑油を分離させるものである。分離された潤滑油は圧縮機３０１に戻される。四方弁３０３は、熱源側制御装置３１０からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。また、熱源側熱交換器３０４は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置３０７を介して流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁３０３側から流入した圧縮機３０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱源側熱交換器３０４には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、熱源側ファン３０５が設けられている。熱源側ファン３０５についても、上述の各実施の形態１に記載した電力変換装置を介して電力供給を行い、例えば負荷９となるインバータ装置においてファンモータの運転周波数を任意に変化させてファンの回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。
【００９０】
冷媒間熱交換器３０８は、冷媒回路の主となる流路を流れる冷媒と、その流路から分岐してバイパス絞り装置３０９（膨張弁）により流量調整された冷媒との間で熱交換を行う。特に冷房運転時において冷媒を過冷却する必要がある場合に、冷媒を過冷却して負荷側ユニット４００に供給するものである。バイパス絞り装置３０９を介して流れる液体は、バイパス配管を介してアキュムレータ３０６に戻される。アキュムレータ３０６は例えば液体の余剰冷媒を溜めておく手段である。熱源側制御装置３１０は、例えばマイクロコンピュータ等からなる。負荷側制御装置４０４と有線又は無線通信することができ、例えば、冷凍空気調和装置内の各種検知手段（センサ）の検知に係るデータに基づいて、インバータ回路制御による圧縮機３０１の運転周波数制御等、冷凍空気調和装置に係る各手段を制御して冷凍空気調和装置全体の動作制御を行う。また、上述の実施の形態において説明した制御手段６が行う処理を熱源側制御装置３１０が行うようにしてもよい。
【００９１】
一方、負荷側ユニット４００は、負荷側熱交換器４０１、負荷側絞り装置（膨張弁）４０２、負荷側ファン４０３及び負荷側制御装置４０４で構成される。負荷側熱交換器４０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管５００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管６００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置４０２により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管５００側に流出させる。また、負荷側ユニット４００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側ファン４０３が設けられている。この負荷側ファン４０３の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。負荷側絞り装置４０２は、開度を変化させることで、負荷側熱交換器４０１内における冷媒の圧力を調整するために設ける。
【００９２】
また、負荷側制御装置４０４もマイクロコンピュータ等からなり、例えば熱源側制御装置３１０と有線又は無線通信することができる。熱源側制御装置３１０からの指示、居住者等からの指示に基づいて、例えば室内が所定の温度となるように、負荷側ユニット４００の各装置（手段）を制御する。また、負荷側ユニット４００に設けられた検知手段の検知に係るデータを含む信号を送信する。
【００９３】
以上のように実施の形態４の冷凍空気調和装置では、上述した実施の形態における電力変換装置を用いて圧縮機３０１、熱源側ファン３０５等への電力供給を行うようにしたので、高効率、高信頼性の冷凍空気調和装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
前述した実施の形態４では、本発明に係る電力変換装置を冷凍空気調和装置に適用する場合について説明したが、これに限定するものではない。ヒートポンプ装置、冷蔵庫等の冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用する装置、エレベータ等の搬送機器等、照明器具（システム）にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１ 電源、２ 昇圧手段、３ 平滑手段、４ 転流手段、５ 電圧検出手段、６ 制御手段、７ 駆動信号伝達手段、８ 転流信号伝達手段、９ 負荷、１０ 電流検出素子、１１ 電流検出手段、２１ リアクトル、２２ 昇圧用スイッチ、２３ 昇圧用整流器、４１ 変圧器、４２ 転流用整流器、４３ 変圧器駆動回路、４４ 転流用スイッチ、４５ 変圧器用電源、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 整流器、１０１，１０２ フィードバック制御器、２０１ 基準信号生成手段、２０２ 第１の三角波信号生成手段、２０３ 第２の三角波信号生成手段、２１１ ＰＷＭ信号生成手段、２１２ ＰＷＭ信号発生手段、２２１ 転流信号生成手段、２２２ 転流信号発生手段、３００ 熱源側ユニット、３０１ 圧縮機、３０２ 油分離器、３０３ 四方弁、３０４ 熱源側熱交換器、３０５ 熱源側ファン、３０６ アキュムレータ、３０７ 熱源側絞り装置、３０８ 冷媒間熱交換器、３０９ バイパス絞り装置、３１０ 熱源側制御装置、４００ 負荷側ユニット、４０１ 負荷側熱交換器、４０２ 負荷側絞り装置、４０３ 負荷側ファン、４０４ 負荷側制御装置、５００ ガス配管、６００ 液配管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び冷凍空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変電圧・可変周波数のインバータ装置等が実用化されるに従って、各種電力変換装置の応用分野が開拓されている。
【０００３】
例えば、電力変換装置に関しては、近年、昇降圧コンバータの応用技術開発が盛んである。一方で、炭化珪素等を材料とするワイドバンドギャップ半導体素子等の開発も盛んに行われている。このような新しい素子に関して、高耐圧であっても電流容量（電流実効値の許容値）の小さい素子に関しては、整流器を中心に実用化されてきている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０２８４号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、高効率な新しい素子を実用化するにあたり、例えば電流容量が大きい素子に関しては、高コスト、結晶欠陥等のため、実用化に向けて多くの課題があり、普及にはまだ時間がかかると考えられる。このため、例えば、空気調和装置の圧縮機のモータ等に供給するような電力以上の変換を行う電力変換装置に、新しい素子を用いて高効率化をはかろうとすることは現状では難しい。
【０００６】
本発明は、上記課題を考慮し、高効率、高信頼性等を確保することができる電力変換装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、印加される電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変手段と、電圧可変手段を流れる電流を別経路に流す転流動作を行うための転流手段と、電圧可変手段及び転流手段の出力に係る電圧を平滑した電力を負荷側に供給する電流平滑手段と、電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、電圧可変手段の電圧可変に係る制御及び転流手段の転流動作の制御を行う制御手段とを具備するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置によれば、転流動作を行うことができる転流手段を設けることにより、電圧可変手段を流れる電流を別経路に転流させることができる。このため、例えば電圧可変手段の動作において、平滑手段側から電圧可変手段側（電源側）に流れる電流を低減させることができ、例えば電圧可変手段に用いる素子の電流容量等に関係なく、このような電流による損失、通流損を低減することができる。そして、転流手段の転流動作により損失が小さくなるため、システム全体として高効率化をはかることができる。
【０００９】
また、平滑手段側から電圧可変手段側に流れる電流の低減をはかることで、電流発生に起因する雑音端子電圧レベルを低減することができる。このため、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility：電磁両立性）対策に有効である。特に、ノイズフィルタの小型化、低コスト化をはかることができる。
【００１０】
そして、例えば、システムにおいて用いられるスイッチング素子におけるアーム短絡等の恐れがなくなるため、高信頼性設計を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステムを表す図である。
【図２】電力変換装置を中心とするシステムの別例を表す図である。
【図３】実施の形態１に係るシステムの動作モードの例を示した図である。
【図４】転流手段４を動作させない場合の信号及び電流波形を示す図である。
【図５】駆動信号ｓａの基準信号生成のための手段構成例を説明する図である。
【図６】駆動信号ｓａ等の生成のための手段構成例を説明するための図である。
【図７】ＰＷＭ信号作成の一例を説明するための図である。
【図８】リカバリー電流発生経路の一例を示す図である。
【図９】転流手段４を動作させる場合の信号及び電流波形を示す図である。
【図１０】実施の形態２に係る電力変換装置を中心とするシステムを表す図である。
【図１１】実施の形態２に係る電力変換装置を中心とするシステムを表す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る冷凍空気調和装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態に係る電力変換装置等について図面等を参照しながら説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。はじめに、図１における高効率に電力変換を行うことができる電力変換装置を有するシステム構成について説明する。
【００１４】
図１に示すシステムは、電源１と負荷９との間に電力変換装置が接続されている。電源１は、例えば直流電源、単相電源、三相電源等の各種電源を用いることができる。ここでは、直流電源であるものとして説明する。また、負荷９は、モータ等、モータ等に接続するインバータ装置等である。
【００１５】
電力変換装置は、電源１による印加電圧を所定電圧に昇圧する昇圧手段２、必要なタイミングで昇圧手段２を流れる電流を異なる経路（別経路）に転流する転流手段４及び昇圧手段２、転流手段４の動作に係る電圧（出力電圧）を平滑する平滑手段３を有している。また、平滑手段３で得られた電圧を検出する電圧検出手段５、電圧検出手段５の検出に係る電圧に基づいて、昇圧手段２及び転流手段４を制御するための制御手段６を有している。さらに、制御手段６からの駆動信号ｓａを昇圧手段２に合わせた駆動信号ＳＡにして昇圧手段２に伝達する駆動信号伝達手段７及び制御手段６からの駆動信号（転流信号）ｓｂを転流手段４に合わせた駆動信号ＳＢにして転流手段４に伝達する転流信号伝達手段８を有している。
【００１６】
本実施形態の昇圧手段２は、例えば電源１の正側又は負側に接続されたリアクトル２１、その後段に接続される昇圧用スイッチ２２（電力可変用スイッチ２２）及び昇圧用整流器２３（電力可変用整流器２３）で構成される。ここで、図１に示すように、昇圧用整流器２３については、Ｂ点側をアノード側とし、Ｃ点側をカソード側とする。例えばトランジスタ等のスイッチング素子を有する昇圧用スイッチ２２は、駆動信号伝達手段７からの駆動信号ＳＡに基づいて開閉を行い、昇圧用スイッチ２２を介した電源１の正側と負側との間の導通、非導通を制御する。スイッチング素子として用いる半導体素子の種類については特に限定しないが、電源１からの電力供給に耐えることができる高耐圧の素子等を用いる。ここで、図１では示していないが、昇圧用スイッチ２２は、開閉動作を行うための電力供給をスイッチ動作用の電源から受けている。また、例えばｐｎ接合ダイオード等で構成する昇圧用整流器２３は、電源１側から負荷９側へ電流（電力）を整流する。本実施の形態では、電源１から負荷９に供給する電力の大きさに合わせて、電流容量が大きい整流器を用いるものとする。また、昇圧用整流器２３における電力（エネルギー）損失を抑えるため、順方向電圧が低い（Ｖｆ特性がよい）素子を用いて整流を行う。
【００１７】
また、本実施の形態の転流手段４は、変圧器４１と、転流用整流器４２と、変圧器４１を駆動する変圧器駆動回路４３から構成される。図１では変圧器４１の１次側、２次側巻線の極性は同一としている。そして、変圧器４１の２次側巻線と整流器４２とが直列接続される。さらに、転流用整流器４２は、昇圧手段２の昇圧用整流器２３と並列接続される。
【００１８】
変圧器４１は変圧器駆動回路４３と転流動作手段を構成する。１次側巻線に電圧印加し励磁電流を流すことで２次側巻線に電流を発生し、昇圧手段２に流れる電流を転流させる。
【００１９】
転流用整流器４２は、転流に係る電流（別経路を流れる電流）を整流する。ここで、転流用整流器４２は、例えば電気的特性（特にリカバリー特性）に優れ、電流容量が小さく逆回復の時間がはやい半導体素子とする。また、電源１から負荷９に供給する電力の経路上にあるため、高耐圧の素子とする必要がある。ここでは、特にリカバリー特性の良いシリコン製ショットキーバリアダイオード、またはＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド、窒化ガリウム）、ダイヤモンド等を材料とするワイドバンドギャップ半導体の素子を転流用整流器４２として用いる。
【００２０】
変圧器駆動回路４３は、さらに、例えば変圧器４１に電力を供給するための変圧器用電源４５と転流用スイッチ４４とで構成される。例えばトランジスタ等のスイッチング素子を有する転流用スイッチ４４は、転流信号伝達手段８からの転流信号ＳＢに基づいて開閉を行い、変圧器用電源４５から変圧器４１（１次巻線側）への電力供給、供給停止を制御する。変圧器用電源４５は、転流手段４に転流動作を行わせるための電源となる。そして、変圧器用電源４５が変圧器４１に印加する電圧については、昇圧手段２、転流手段４により平滑手段３に印加される電圧（出力電圧）よりも低くする。ここで、図１では特に示していないが、ノイズ対策、故障時の回路保護等を考慮して、変圧器用電源４５、転流用スイッチ４４及び変圧器４１の１次側巻線を接続している配線経路に、制限抵抗、高周波コンデンサ、スナバ回路、保護回路等を必要に応じて挿入するようにしてもよい。また、変圧器用電源４５については、昇圧用スイッチ２２の開閉動作を行わせるための電源と共通にしてもよい。
【００２１】
また、図１の変圧器４１では、励磁電流をリセットするリセット巻線を設けていないが、必要に応じて１次側巻線にリセット巻線を付加し、更に整流器等を設けるようにしてもよい。これにより励磁エネルギーを変圧器用電源４５側に回生させることができ、さらなる高効率化が可能となる。
【００２２】
平滑手段３は、例えば平滑用のコンデンサからなり、昇圧手段２等の動作に係る電圧を平滑して負荷９に印加する。また、電圧検出手段５は平滑手段３によって平滑された電圧（出力電圧Ｖｄｃ）を検出する。ここで、分圧抵抗によるレベルシフト回路等で構成される。また、必要に応じて、制御手段６が演算処理等を行う信号（データ）にすることができるように、アナログ／デジタル変換器等を付加してもよい。
【００２３】
図２は電力変換装置を中心とするシステム構成の別例を表す図である。図２の電力変換装置は、電流検出素子１０及び電流検出手段１１を有している。電流検出素子１０は、電源１と昇圧用スイッチ２２の負側における接続点との間における電流を検出するもので、例えばカレントトランスやシャント抵抗等を用いる。
また、電流検出手段１１は、電流検出素子１０の検出に係る電流を信号として送る際に、制御手段６が処理可能な適正値（Ｉｄｃ）の信号に変換し、制御手段６に入力されるようにする。このため、増幅回路、レベルシフト回路、フィルタ回路等で構成される。ここで、電流検出手段１１が行っている機能を制御手段６が代わりに処理できる場合は、回路等を適宜省略してもよい。
【００２４】
図２に示すように、電圧検出手段５の検出に係る電圧、電流検出素子１０及び電流検出手段１１の検出に係る電流に基づいて、制御手段６は駆動信号の生成、送信処理を行う。図２の電力変換装置では、電圧検出手段５、電流検出素子１０及び電流検出手段１１の両方を有しているが、いずれか一方を設け、電流のみ、電圧のみに基づいて、制御手段６が駆動信号生成等の処理を行うようにしてもよい。
【００２５】
制御手段６は、マイクロコンピュータや、デジタルシグナルプロセッサ等の演算装置、演算装置同様の機能を内部に有する装置等で構成される。本実施の形態では、例えば電圧検出手段５、電流検出素子１０及び電流検出手段１１の検出に係る電圧、電流に基づいて、昇圧用スイッチ２２、転流用スイッチ４４を動作させる指示のための信号を生成し、昇圧手段２、転流手段４を制御する。ここで、図１では示していないが、制御手段６は、処理動作を行うための電力供給を、制御手段動作用の電源から受けている。この電源については、変圧器用電源４５と共通にしてもよい。また、本実施の形態では、制御手段６は昇圧手段２及び転流手段４の動作を制御するものとして説明するが、これに限定するものではない。例えば、２つの制御手段が、昇圧手段２、転流手段４をそれぞれ制御するようにしてもよい。
【００２６】
駆動信号伝達手段７は、例えば、バッファやロジックＩＣ、レベルシフト回路等により構成され、駆動信号ｓａを駆動信号ＳＡに変換して昇圧手段２に伝達する。ただし、例えば、制御装置６内にその機能を内蔵する場合等であれば、適宜省略可能である。その場合、制御装置６が送る駆動信号ｓａを駆動信号ＳＡとして、昇圧用スイッチ２２の開閉操作を直接行うようにすればよい。また、転流信号伝達手段８も、駆動信号伝達手段７と同様に、通常、バッファやロジックＩＣ、レベルシフト回路等により構成され、転流信号ｓｂを転流信号Ｓｂに変換して転流手段２に伝達する。ただし、制御装置６内にその機能を内蔵する場合等であれば、適宜省略可能である。その場合は、制御装置６が送る駆動信号ｓｂを駆動信号ＳＢとして、転流用スイッチ４４の開閉操作を直接行うようにすればよい。以後、駆動信号ＳＡは制御手段６からの駆動信号ｓａと同じであるものとし、転流信号ＳＢは転流信号ｓｂと同じであるものとして説明する（このため、駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂとする）。
【００２７】
次に、図１等のシステムに関する動作について説明する。
【００２８】
図３は、実施の形態１に係るシステムの動作モードの例を示した図である。本システムにおける電力変換装置の電力変換動作（本実施の形態では昇圧動作）は、昇圧チョッパーに整流器の転流動作を加えたものとなる。このため、昇圧用スイッチ２２及び転流用スイッチ４４の開閉状態の組み合わせに基づいて、合計４モードの動作モードが存在する。
【００２９】
まず、昇圧用スイッチ２２がオン（閉止）、且つ転流用スイッチ４４がオフ（開放）の状態の場合を考える。通常、昇圧用整流器２３は、リカバリー特性が良好な転流用整流器４２と比較して、順方向電圧が低い素子を用いる。また、変圧器４１の巻線はインダクタ成分であるため、励磁電流を流さない場合には電流が流れない。よって、転流用スイッチ４４がオフである本ケースについては、転流手段４を設けた経路（別経路）では電流は流れない。そして、昇圧用スイッチ２２はオンであるから、図３（ａ）の経路で電源１の正側と負側とが導通して電流が流れる（このため、昇圧用整流器２３を介した経路には電流が流れない）。これにより、リアクトル２１にエネルギーを蓄積することができる。
【００３０】
次に、昇圧用スイッチ２２がオフ、且つ転流用スイッチ４４がオフの場合を考える。この場合も、転流用スイッチ４４がオフであるため、転流手段４を設けた経路では電流は流れない。また、昇圧用スイッチ２２がオフであるから、図３（ｂ）の経路（昇圧用整流器２３を介した経路）でリアクトル２１のエネルギーを、平滑手段３を介して負荷９側に供給することができる。
【００３１】
さらに昇圧用スイッチ２２がオン、且つ転流用スイッチ４４がオンの場合を考える。この場合、転流用スイッチ４４がオンであるが、昇圧用スイッチ２２も同時にオン状態であり、電源１側のインピーダンスが低いため、転流手段４を設けた経路ではほとんど電流は流れない。このため、図３（ｃ）の経路で電流が流れ、リアクトル２１にエネルギーを蓄積することができる。本動作モードは制御として行わない動作モードである。転流信号ＳＢの伝達遅延等により、瞬間的に本動作モードとなる場合があるが、使用上、特に問題にならない。
【００３２】
そして、昇圧用スイッチ２２がオフ、且つ転流用スイッチ４４がオンの場合を考える。この場合、昇圧用スイッチ２２がオフであるため、昇圧用整流器２３を介して負荷９側に電流が流れ込む（電流経路１）。また、転流用スイッチ４４もオンしているため変圧器４１が励磁され、図３（ｄ）の通り、転流手段４を設けた経路でも電流が流れる（電流経路２）。そして、この状態が一定時間経過すると、完全に転流し、転流手段４を設けた経路のみに電流が流れることとなる。
【００３３】
以上の各動作モードより、昇圧用スイッチ２２がオフ、且つ転流用スイッチ４４がオン時に転流動作が生ずるものの、昇圧用スイッチ２２の開閉によるリアクトル２１へのエネルギー蓄積動作は、昇圧チョッパーを踏襲したものとなる。よって昇圧用スイッチ２２がオン時間Ｔon、オフ時間Ｔoff で、繰り返しスイッチング（開閉）を行うと、Ｃ点には次式（１）の平均電圧ＥC が印加され、昇圧が行われることになる。ここでは簡単化のため、電源１の電圧をＥ1 とする。
【００３４】
ＥC ＝（Ｔon＋Ｔoff ）・Ｅ1 ／Ｔoff …（１）
【００３５】
図４は、転流手段４を動作させない（転流信号ｓｂを送信しないまたはオフ信号を送信する）場合の駆動信号ｓａ及び各部電流波形Ｉ1 〜Ｉ3 を示す図である。ここで、駆動信号ｓａはＰＷＭ信号であり、ＨＩ側をアクティブ方向（オン方向）とする。駆動信号ｓａがオンすると昇圧用スイッチ２２がオンし（閉じ）、オフすると昇圧用スイッチ２２がオフする（開く）。
【００３６】
電流Ｉ1 はリアクトル２１を流れる電流を示す。また、電流Ｉ2 は昇圧用スイッチ２２を流れる電流を示し、Ｉ3 は昇圧用整流器２３を流れる電流を示す。ここで、各電流波形は、電源１投入より負荷９や出力電圧Ｖｄｃが一定出力になるように駆動信号ｓａのオン時間・オフ時間を制御し、十分時間が経過した後の例を示している。そして、駆動信号ｓａのオン時間とオフ時間の比率（デューティ比）はほぼ一定としている。
【００３７】
図５は、制御手段６が行う駆動信号ｓａ生成のための基準信号生成の一例を説明するための図である。図５に示すように、本実施の制御手段６はフィードバック制御器１０１を有しているものとする。
【００３８】
フィードバック制御器１０１は、電圧検出手段５の検出により得られた実際の出力電圧Ｖｄｃと設定された目標電圧Ｖｄｃ＊（指令値）とに基づいて、例えば比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、駆動信号ｓａを生成するための基準信号（デューティ。以下、単に基準信号と称す）を生成する。
【００３９】
このとき、実際の出力電圧Ｖｄｃが目標電圧Ｖｄｃ＊に近づくようにフィードバック制御を実施する。基準信号により駆動信号ｓａのオン時間が逐次修正・設定され、駆動信号ｓａのデューティ比に反映される。その結果、一定時間経過後には、出力電圧Ｖｄｃと目標電圧Ｖｄｃ＊とは定常偏差を除けばほぼ同一となる。
【００４０】
実用する場合には、目標電圧Ｖｄｃ＊の値を、制御手段６内の記憶部等に内部メモリーとしてマップ化しておき、運転状況に応じて値を変化させるようにしてもよい。また、制御手段６の外部の記憶装置にメモリーしておいて、制御手段６内に読み込み、制御を実行するようにしてもよい。
【００４１】
また、図２のように、電流検出素子１０及び電流検出手段１１を有し、電流の検出を行っている場合には、例えば図５（ｂ）に示すように、フィードバック制御器１０２をフィードバック制御器１０１の後段側に接続する。
【００４２】
そして、出力電圧Ｖｄｃと目標電圧Ｖｄｃ＊とに基づいて、フィードバック制御器１０１が電流指令値Ｉｄｃ＊を出力する。
【００４３】
そして、電流指令値Ｉｄｃ＊と電流検出素子１０及び電流検出手段１１の検出に係る電流検出値Ｉｄｃとに基づいて、フィードバック制御器１０２は、例えばＰＩ制御を行って基準信号を生成する。このとき、実際の出力電流Ｉｄｃと目標値Ｉｄｃ＊が近づくように制御を実施し、基準信号により駆動信号ｓａのオン時間を逐次修正・設定する。この場合も一定時間経過後、Ｖｄｃ、Ｉｄｃはほぼ目標値となる（定常偏差除く）。
【００４４】
ここで、使用条件によっては、制御のむだ時間等の考慮が必要となってくる。このため、フィードバック制御器１０１、１０２には、状況に応じ、比例積分制御に微分制御を組み合わせたＰＩＤ制御を行わせるようにしてもよい。
【００４５】
また、電流指令値Ｉｄｃ＊についても、例えば制御手段６の記憶部等にマップ化したデータを記憶させておき、運転状況に応じて値を変化させればよい。また、制御手段６の外部の記憶装置にメモリーしておいて、制御手段６内に読み込み、制御を実行するようにしてもよい。また、電流のかわりに電力等の代替量で制御を実行してもよい。
【００４６】
図６は制御手段６の駆動信号ｓａ等の生成の一例を説明するための図である。ここでは、図６（ａ）について説明する。図６（ａ）は、転流手段４に転流動作をさせない（転流手段４がない、または転流信号ｓｂをオフ出力する）場合の、制御手段６における電圧可変制御を実現する手段の構成を表している。図６（ａ）に示す制御手段６の構成では、基準信号生成手段２０１、第１の三角波信号生成手段２０２、ＰＷＭ信号生成手段２１１及びＰＷＭ信号発生手段２１２を有しているものとする。
【００４７】
図６（ａ）において、基準信号生成手段２０１は、駆動信号ｓａを生成するための基準信号を生成する。基準信号生成手段２０１は、上述した図５におけるフィードバック制御器１０１又はフィードバック制御器１０１と１０２との組み合わせに相当する手段である。
【００４８】
また、第１の三角波信号生成手段２０２は、あらかじめ設定した周期、振幅等を有する第１の三角波信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号生成手段２１１は、第１の三角波信号生成手段２０２が生成した第１の三角波信号と基準信号生成手段２０１が生成した基準信号とを比較し、信号の大小関係に基づいてＰＷＭ信号を生成し、昇圧用スイッチ２２のオンオフ状態を定める。
【００４９】
図７は、ＰＷＭ信号生成の一例を説明するための図である。ここでは、まず、図７（ａ）について説明する。例えば、第１の三角波信号生成手段２０２が生成した第１の三角波信号と基準信号生成手段２０１が生成した基準信号とを比較し、第１の三角波信号よりも基準信号が大きければ駆動信号ｓａをＨＩ（オン）とする。一方、基準信号が第１の三角波信号以下であれば駆動信号ｓａをＬｏｗ（オフ）とする。ここで、アクティブ方向やスレッショルド（しきい値）をＨＩと判断する側に含めるか否か等は必要に応じて変更してよい。
【００５０】
そして、例えば、ＰＷＭ発生器等で構成するＰＷＭ信号発生手段２１２は、昇圧用スイッチ２２を動作させるための駆動信号ｓａを駆動信号伝達手段７に送信する。このようにして、制御手段６は昇圧用スイッチ２２のオンオフ（開閉）を制御する。
【００５１】
以上のようにして、制御手段６は駆動信号ｓａを生成する。さらに図１及び図４を参照しながら駆動信号ｓａと流れる電流との関係について説明する。リアクトル２１を流れる電流Ｉ1 は、電流Ｉ1 は図１のＡ点で分岐した後、昇圧用スイッチ２２を流れる電流Ｉ2 と昇圧用整流器２３を流れる電流Ｉ3 とに分流する。これを次式（２）で示す。
【００５２】
Ｉ1 ＝Ｉ2 ＋Ｉ3 …（２）
【００５３】
昇圧用整流器２３に順方向電流が流れている状態で駆動信号ｓａにより昇圧用スイッチ２２をオンする（閉じる）と、Ａ点−Ｄ点間が導通するため、図１のＢ点における電位は、ほぼ図１のＤ点における電位と等しくなる。たとえば、昇圧用スイッチ２２に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や電界効果トランジスタ（ＭＯＳ）等の素子を用いている場合には、素子のオン電圧がＢ点とＤ点の電位差となる（Ｂ点の電位は電源１の負側電位とほぼ等しくなる）。一方、平滑手段３により図１のＣ点における電位は、充電電位状態にほぼ保持されている。よって昇圧用スイッチ２２を閉じると、昇圧用整流器２３にはＣ点−Ｂ点間の電位差分、逆バイアス電圧が印加され、昇圧用整流器２３はオフ動作に移行する。
【００５４】
図８は、リカバリー電流の流れを説明するための図である。昇圧用整流器２３にｐｎ接合ダイオード等を用いている場合、昇圧用整流器２３が逆回復（逆方向の電流を阻止）するまでの間、図８に示すような経路で短絡電流が流れることとなる（以後、この短絡電流をリカバリー電流と称す）。そして、負荷９（平滑手段３）側から電源１側に流れようとするリカバリー電流により回路損失が増大する。また、本電流がコモンモード電流を変位させる要因となり、雑音端子電圧・放射雑音等のレベルが上昇する。このため、ノイズ対策に費用がかかる。また、ノイズフィルタ（図示せず）が大型になり、設置スペースの自由度が制限される。
【００５５】
また、通常、整流器等においては、電流容量増加に伴い、蓄積キャリア量は増加していく傾向にある。そのため、電流容量が増加すると、逆回復の遅れ等によりリカバリー電流も増加していくこととなる。また、印加する逆バイアス電圧が大きくなることでも、リカバリー電流は増加していくこととなる。
【００５６】
そこで、本実施の形態では、電流容量の大きい昇圧用整流器２３に対して、高い逆バイアス電圧を印加して逆回復を行うのではなく、転流用の別経路を設け、昇圧用スイッチ２２をオンする（閉じる）直前のタイミングで、転流手段４の変圧器４１及び転流用整流器４２を介して低い逆バイアス電圧を昇圧用整流器２３に印加して逆回復させてから、昇圧用スイッチ２２をオンするように制御（以下、転流制御と称す）する。
【００５７】
このため、駆動信号ｓａをオンする直前に、転流手段４の転流信号ｓｂをオンし、変圧器４１を介して昇圧用整流器２３に流れている電流が転流用整流器４２に転流するようにするものである。
【００５８】
ここで、駆動信号ｓａを生成するための基準信号に関しては、転流制御を行うかどうかにかかわらず、上述したようにフィードバック制御器１０１、１０２（基準信号生成手段２０１）によるＰＩ制御等を行い、駆動信号ｓａのオン時間を設定する（図５（ａ）、（ｂ）参照）。
【００５９】
図９は、転流手段４を動作させる（転流信号ｓｂを送信する）場合の駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂ及び電流波形Ｉ1 〜Ｉ5 を示す図である。ここで、転流信号ｓｂはＰＷＭ信号であり、ＨＩ側をアクティブ方向（オン方向）とする。また各電流波形は、電源１投入より負荷９が一定出力になるように駆動信号ｓａのオン時間・オフ時間を制御し、十分時間が経過した後の例を示している。そして、駆動信号ｓａのデューティはほぼ一定値を示している。またＩ1 〜Ｉ3 に関しては図３で説明したことと同様の部分を流れる電流を表す。
【００６０】
次式（３）で示すように、電流Ｉ3 はＢ点で分岐した後、昇圧用整流器２３を流れる電流Ｉ4 と変圧器４１の２次側巻線及び転流用整流器４２を流れる電流Ｉ5 に分流する。
【００６１】
Ｉ3 ＝Ｉ4 ＋Ｉ5 …（２）
【００６２】
ここで、図６（ｂ）について説明する。図６（ｂ）は、転流手段４に転流動作をさせる（転流信号ｓｂを送信する）場合の、制御手段６における電圧可変制御を実現する手段の構成を表している。図６（ｂ）に示す制御手段６の構成では、図６（ａ）と同様の基準信号生成手段２０１、第１の三角波信号生成手段２０２、ＰＷＭ信号生成手段２１１及びＰＷＭ信号発生手段２１２を有している。さらに、図６（ｂ）の制御手段６の構成では、第２の三角波信号生成手段２０３、転流信号生成手段２２１及び転流信号発生手段２２２を有しているものとする。
【００６３】
第２の三角波信号生成手段２０３は、第１の三角波信号生成手段２０２が生成する第１の三角波信号に対して、所定のヒステリシス幅を有する第２の三角波信号を生成する。
【００６４】
そして、転流信号生成手段２２１は、第１の三角波信号生成手段２０２が生成した第１の三角波信号、第２の三角波信号生成手段２０３が生成した第２の三角波信号及び基準信号生成手段２０１が生成した基準信号を比較し、転流信号ｓｂを生成する。
【００６５】
次に図７（ｂ）に基づいて、３つの信号を比較した転流信号ｓｂの生成について説明する。例えば、第１及び第２の三角波信号の立ち下がり区間（後半）において、第２の三角波信号と基準信号とが同じ値になったときに第１の三角波信号が基準信号より大きければ転流信号ｓｂをオンする（これにより転流用スイッチは閉じる）。一方、第１の三角波信号と基準信号とが同じ値になったときに第２の三角波信号が基準信号より小さければ転流信号ｓｂをオフする（これにより転流用スイッチは開く）。
【００６６】
ここでは、第１の三角波信号、第２の三角波信号、基準信号が上記のような関係を満たすことで、転流信号ｓｂのオン又はオフを切り換えているが、このとき、例えば、転流手段４のオンタイミング（転流動作開始タイミング）は、転流信号ｓｂの出力から変圧器４１を駆動し、転流用整流器４２への転流開始するための遅延時間等を考慮して設定するとよい。また、転流手段のオフタイミングについて、変圧器駆動回路４３の遅延時間、昇圧用整流器２３の逆回復時間（通常数百ｎｓ〜数μｓ）、転流用整流器４２の逆回復時間（通常数ｎｓ〜数百ｎｓ）等を考慮して、昇圧用スイッチ２２をオンするタイミングを含む所定の時間内に転流動作を停止させるような設定ができるようにしてもよい。この場合、駆動信号ｓａ・転流信号ｓｂのオンオフタイミングで調整してもよいし、あるいは駆動信号伝達手段７や転流信号伝達手段８内に、所定の遅延時間を得るための遅延回路を含める等で時間調整を行ってもよい。さらに、信号のアクティブ方向等は必要に応じて変更してよい。ここで、三角波信号において立ち下がり区間（後半）であるかどうかの区間判定は、三角波信号生成時のタイマー等を利用して、例えば周期的に前半か後半かを判断する等して行えばよい。また、三角波信号の時間管理（経過時間をカウント）により、信号オンタイミング・オフタイミングの判断に基づいて判定を行ってもよい。
【００６７】
また、ここでは、第１・第２の三角波信号と基準信号とに基づいて転流信号ｓｂを生成したが、このような生成に限定するものではない。例えば、図９（ｃ）に示すように、第１の三角波信号と第２の三角波信号とのヒステリシス量に相当するオフセット量を基準信号に持たせた第２の基準信号を生成し、２つの基準信号と第１の三角波信号とに基づいて転流信号ｓｂを生成することも可能である。
【００６８】
そして、例えば、ＰＷＭ発生器等で構成する転流信号発生手段２２２は、転流用スイッチ４４を動作させるための転流信号ｓｂを転流信号伝達手段８に送信する。このようにして、制御手段６は転流用スイッチ４４の開閉を制御する。
【００６９】
以上のようにして、制御手段６は転流信号ｓｂを生成する。次に図１及び図９を参照しながら駆動信号ｓａ、転流信号ｓｂと流れる電流との関係について説明する。駆動信号ｓａをオンする（昇圧用スイッチ２２をオンする）直前で転流信号ｓｂがオンすると、励磁電流により変圧器４１の２次側巻線に電流が流れ始める。よって、昇圧用整流器２３側と転流用整流器４２側（別経路）に電流が分流して流れ始める。その後、転流信号ｓｂのオン状態を維持すると、昇圧用整流器２３側に電流が流れなくなり、転流用整流器４２側に、全て電流が流れることとなる（転流完了）。
【００７０】
このとき、変圧器用電源４５に係る印加電圧が昇圧手段２の出力電圧（Ｃ点−Ｄ点間電位等）と比較して十分低い電圧になるように設定しておくことで、低い逆バイアス電圧でも昇圧用整流器２３をオフ（逆回復）させることが可能となる。
【００７１】
そして、この状態で駆動信号ｓａをオンする。このとき、転流用整流器４２において逆回復動作が行われる。この場合にもリカバリー電流は生じる。しかしながら、転流用整流器４２の逆回復における通流時間は昇圧用整流器２３と比較してごく短時間であるため、転流用整流器４２に必要とされる実効電流の値は小さくてすむ。よって蓄積キャリア量の少ない、小電流容量の素子を用いることでき、昇圧用整流器２３と比較してリカバリー電流低減が可能となる（ただし、ピーク電流は考慮して素子を選定する）。
【００７２】
以上の結果、実施の形態１のシステムでは、電力変換装置に転流手段４を設け、昇圧手段２を流れる電流を別経路で平滑手段３側に転流させるようにすることで、例えば昇圧用スイッチ２２がオンする前に昇圧用整流器２３を逆回復させ、昇圧用スイッチ２２がオンすることで流れるリカバリー電流を、順方向電圧は低いが多くのリカバリー電流が流れる昇圧用整流器２３ではなく、逆回復に係る時間が短く、リカバリー特性のよい転流用整流器４２を介して流れるようにすることで、電力変換装置におけるリカバリー電流を低減することができる。また、転流動作が行われていないとき（通常時）には、順方向電圧が低い昇圧用整流器２３を電流が流れることになるため、昇圧手段２の電力変換における動作中の損失も抑えることができる。このため、例えば、昇圧用整流器２３として電流容量が大きい素子を用いる等しても、昇圧手段２における素子の電流容量、素子のリカバリ特性等に関係なく、リカバリー損失・通流損を低減することができる。このため、転流手段４の転流動作等を行うものの、システム全体として、リカバリー電流に起因する損失、及びノイズ量を低減することが可能となる。
【００７３】
また、回路損失が抑制され、また雑音端子電圧・放射雑音等のレベルが低減する。よって、ノイズフィルタを小型化することができ、コスト低減等が可能となる。そして、ＥＭＣ対策に有効である。
【００７４】
また、昇圧用スイッチ２２を動作させるための駆動電源（ゲート駆動用電源）、制御装置６の処理動作を行わせるための電源のいずれか一方と、変圧器用電源４５とを共通の電源にすることができるので、新たに電源を作成する必要がなくなり、コストアップを避けることができる。
【００７５】
また、転流用整流器４２にワイドギャップバンド半導体を用いるようにしたので、低損失の電力変換装置を得ることができる。また、電力損失が小さいため、素子の高効率化をはかることができる。ワイドギャップバンド半導体は許容電流密度が高いため、素子の小型化をはかることができ、素子を組み込んだ手段も小型化することができる。ここで、転流用整流器４２だけでなく、例えば転流用スイッチ４４等、システム全体として損失に影響しない場合には、他の素子にワイドギャップバンド半導体を用いることもできる。
【００７６】
ここで、転流用整流器４２には、ワイドギャップバンド半導体の他にも、例えば順電圧が低く、ロスの少ない高耐圧なショットキーバリアダイオード等を用いてもよい。これらの素子は、電流実効値の許容値が大きい仕様になるにつれ、結晶欠陥の増大や、コストアップが大きくなる。本実施の形態の電力変換装置（システム）では、別経路での電流が流れる時間が短いため、転流手段における整流器は、電流実効値の許容値が小さい（電流容量が小さい）素子を使用することができ、コストパフォーマンス良好な高効率の電力変換装置を実現することができる。
【００７７】
また、変圧器４１を介して昇圧手段２、変圧器４１の２次側巻線及び転流用整流器４２と変圧器駆動回路４３、制御手段６及び転流信号ｓｂとの間を絶縁することができるため、転流信号ｓｂ（転流信号ＳＢ）の送信を比較的簡易に行うことができる。そして、高い電圧が印加される手段と低い電圧で動作する手段とを電気的に分離させることができる。また、安全性、信頼性が高いシステムの構築を行うことができる。ここで、本実施の形態では変圧器４１と変圧器駆動回路４３とにより転流動作手段を構成しているが、上記のような効果は発揮できない可能性はあるものの、電流を別経路に転流する転流動作を行うことができれば手段構成を変更することができる。
【００７８】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステム構成を表す図である。次に、図１と同様に高効率に電力変換を行うことができる装置を有するシステム構成について説明する。
【００７９】
図１０では、電源１を交流電源（単相）としている点及び整流器５１ａ〜５１ｄを具備している点が、実施の形態１（図１等）と比較して異なっている。ダイオード等の整流器５１ａ〜５１ｄは、ダイオードブリッジを構成し、電源１（交流）により供給される電流（電力）を整流する。
【００８０】
図１１は実施の形態２のシステムの代表的な動作に係る電流の流れを示す図である。図１１（ａ）は、整流器５１ａ・５１ｄ及び昇圧用スイッチ２２を電流が流れる場合である。このとき、昇圧用スイッチ２２がオンしており、かつ変圧器駆動回路４３が駆動していない（変圧器６が動作していない）状態である。
また、図１１（ｂ）は、整流器５１ａ・５１ｄ及び昇圧用整流器２３を電流が流れる場合である。このとき、昇圧用スイッチ２２がオフしており、かつ変圧器駆動回路４３が駆動していない状態である。
そして、図１１（ｃ）は、整流器５１ａ・５１ｄ及び昇圧用整流器２３・転流用整流器４２を電流が流れる場合である。このとき昇圧用スイッチ２２がオフしており、かつ変圧器駆動回路４３が駆動している状態である。
【００８１】
ここで、図１１（ｂ）の状態（昇圧用スイッチ２２オフ）から図１１（ａ）の状態に移行する直前（昇圧用スイッチ２２オン直前）に、図１１（ｃ）に示すように、変圧器駆動回路４３を駆動して転流制御を行うことで、リカバリー電流を低減させることができる。
【００８２】
また、整流器５１ｂ・５１ｃに電流が流れる場合も同様に、昇圧用スイッチ２２のオン直前に変圧器駆動回路４３を駆動させて転流制御を行うようにすることで、リカバリー電流低減等が可能となる。
【００８３】
以上のように、電源１が単相交流電源である場合においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００８４】
ここでは電源１が単相交流電源である場合、直流側（整流器５１ａ〜５１ｄより負荷９側）に電圧を可変させるための昇圧用スイッチ２２（電圧可変用スイッチ）を設ける電力変換装置を例として説明したが、他の構成の電力変換装置にも適用することができる。例えば、交流側（整流器５１ａ〜５１ｄより電源１側）に昇圧用スイッチ２２（電圧可変用スイッチ）を設けるように展開することも可能である。また、電源１が三相交流電源の場合に、供給される電力を変換する電力変換装置にも展開可能である。
【００８５】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、転流手段４が転流の対象とする手段を昇圧手段２とし、電源１の電圧を昇圧した電力変換を行う電力変換装置について説明したが、これに限定するものではない。昇圧手段２の代わりに、例えば降圧手段、昇降圧手段等の電圧を変化させることができる電圧可変手段を適用してた電力変換装置においても、上述した効果を奏することができる。
【００８６】
実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４に係る冷凍空気調和装置の構成図である。本実施の形態では、上述の実施の形態における電力変換装置を有する冷凍サイクル装置の一例として冷凍空気調和装置について説明する。図１２の冷凍空気調和装置は、熱源側ユニット（室外機）３００と負荷側ユニット（室内機）４００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、主となる冷媒回路（以下、主冷媒回路と称す）を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管５００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管６００とする。
【００８７】
熱源側ユニット３００は、本実施の形態においては、圧縮機３０１、油分離器３０２、四方弁３０３、熱源側熱交換器３０４、熱源側ファン３０５、アキュムレータ３０６、熱源側絞り装置（膨張弁）３０７、冷媒間熱交換器３０８、バイパス絞り装置３０９及び熱源側制御装置３１０の各装置（手段）で構成する。
【００８８】
圧縮機３０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機３０１は、インバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機３０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。また、例えば、上述した各実施の形態における電力変換装置が、圧縮機３０１（モータ）を駆動させる電力を供給する電源１と負荷９となるインバータ装置、圧縮機３０１等との間に取り付けられている。
【００８９】
油分離器３０２は、冷媒に混じって圧縮機３０１から吐出された潤滑油を分離させるものである。分離された潤滑油は圧縮機３０１に戻される。四方弁３０３は、熱源側制御装置３１０からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。また、熱源側熱交換器３０４は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置３０７を介して流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁３０３側から流入した圧縮機３０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱源側熱交換器３０４には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、熱源側ファン３０５が設けられている。熱源側ファン３０５についても、上述の各実施の形態１に記載した電力変換装置を介して電力供給を行い、例えば負荷９となるインバータ装置においてファンモータの運転周波数を任意に変化させてファンの回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。
【００９０】
冷媒間熱交換器３０８は、冷媒回路の主となる流路を流れる冷媒と、その流路から分岐してバイパス絞り装置３０９（膨張弁）により流量調整された冷媒との間で熱交換を行う。特に冷房運転時において冷媒を過冷却する必要がある場合に、冷媒を過冷却して負荷側ユニット４００に供給するものである。バイパス絞り装置３０９を介して流れる液体は、バイパス配管を介してアキュムレータ３０６に戻される。アキュムレータ３０６は例えば液体の余剰冷媒を溜めておく手段である。熱源側制御装置３１０は、例えばマイクロコンピュータ等からなる。負荷側制御装置４０４と有線又は無線通信することができ、例えば、冷凍空気調和装置内の各種検知手段（センサ）の検知に係るデータに基づいて、インバータ回路制御による圧縮機３０１の運転周波数制御等、冷凍空気調和装置に係る各手段を制御して冷凍空気調和装置全体の動作制御を行う。また、上述の実施の形態において説明した制御手段６が行う処理を熱源側制御装置３１０が行うようにしてもよい。
【００９１】
一方、負荷側ユニット４００は、負荷側熱交換器４０１、負荷側絞り装置（膨張弁）４０２、負荷側ファン４０３及び負荷側制御装置４０４で構成される。負荷側熱交換器４０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管５００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管６００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置４０２により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管５００側に流出させる。また、負荷側ユニット４００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側ファン４０３が設けられている。この負荷側ファン４０３の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。負荷側絞り装置４０２は、開度を変化させることで、負荷側熱交換器４０１内における冷媒の圧力を調整するために設ける。
【００９２】
また、負荷側制御装置４０４もマイクロコンピュータ等からなり、例えば熱源側制御装置３１０と有線又は無線通信することができる。熱源側制御装置３１０からの指示、居住者等からの指示に基づいて、例えば室内が所定の温度となるように、負荷側ユニット４００の各装置（手段）を制御する。また、負荷側ユニット４００に設けられた検知手段の検知に係るデータを含む信号を送信する。
【００９３】
以上のように実施の形態４の冷凍空気調和装置では、上述した実施の形態における電力変換装置を用いて圧縮機３０１、熱源側ファン３０５等への電力供給を行うようにしたので、高効率、高信頼性の冷凍空気調和装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
前述した実施の形態４では、本発明に係る電力変換装置を冷凍空気調和装置に適用する場合について説明したが、これに限定するものではない。ヒートポンプ装置、冷蔵庫等の冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用する装置、エレベータ等の搬送機器等、照明器具（システム）にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１ 電源、２ 昇圧手段、３ 平滑手段、４ 転流手段、５ 電圧検出手段、６ 制御手段、７ 駆動信号伝達手段、８ 転流信号伝達手段、９ 負荷、１０ 電流検出素子、１１ 電流検出手段、２１ リアクトル、２２ 昇圧用スイッチ、２３ 昇圧用整流器、４１ 変圧器、４２ 転流用整流器、４３ 変圧器駆動回路、４４ 転流用スイッチ、４５ 変圧器用電源、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 整流器、１０１，１０２ フィードバック制御器、２０１ 基準信号生成手段、２０２ 第１の三角波信号生成手段、２０３ 第２の三角波信号生成手段、２１１ ＰＷＭ信号生成手段、２１２ ＰＷＭ信号発生手段、２２１ 転流信号生成手段、２２２ 転流信号発生手段、３００ 熱源側ユニット、３０１ 圧縮機、３０２ 油分離器、３０３ 四方弁、３０４ 熱源側熱交換器、３０５ 熱源側ファン、３０６ アキュムレータ、３０７ 熱源側絞り装置、３０８ 冷媒間熱交換器、３０９ バイパス絞り装置、３１０ 熱源側制御装置、４００ 負荷側ユニット、４０１ 負荷側熱交換器、４０２ 負荷側絞り装置、４０３ 負荷側ファン、４０４ 負荷側制御装置、５００ ガス配管、６００ 液配管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加される電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変手段と、
該電圧可変手段を流れる電流を別経路に流す転流動作を行うための転流手段と、
前記電圧可変手段及び前記転流手段の出力に係る電圧を平滑した電力を負荷側に供給する平滑手段と、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、前記電圧可変手段の電圧可変に係る制御及び前記転流手段の前記転流動作の制御を行う制御手段と
を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
印加される電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変手段と、
該電圧可変手段を流れる電流を別経路に流す転流動作を行うための転流手段と、
前記電圧可変手段及び前記転流手段の出力に係る電圧を平滑した電力を負荷側に供給する平滑手段と、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、前記電圧可変手段の電圧可変に係る制御を行う第１の制御手段と、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、前記転流手段の前記転流動作の制御を行う第２の制御手段と
を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記電圧可変手段は、リアクトルと、該リアクトルに蓄放電をさせるための開閉を行う電圧可変用スイッチと、電圧可変用整流器とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記転流手段は、
前記制御手段の指示に基づいて、前記転流動作を行う転流動作手段と、
前記電圧可変手段からの転流に係る電流を整流する転流用整流器と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記転流動作手段は、
１次巻線側の電圧に基づいて前記別経路上の２次巻線側に電圧を印加させ、前記転流動作を行う変圧器と、
前記制御手段の指示に基づいて、前記変圧器の１次巻線への電圧印加を制御する変圧器駆動装置と
を有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記変圧器に印加する電圧を電圧可変手段の出力電圧よりも低くすることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記転流用整流器は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた素子であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドを材料とすることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記電圧可変用スイッチを閉じる前に前記転流手段に前記転流動作を開始させることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記電圧可変用スイッチを閉じるタイミングを含む所定時間内に、前記転流手段に転流動作を終了させるようにすることを特徴とする請求項３〜９のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、ＰＷＭ信号を生成するための基準とする基準信号を生成する基準信号生成手段と、
第１の三角波信号を生成する第１の三角波信号生成手段と、
前記基準信号と前記第１の三角波信号に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、
前記ＰＷＭ信号を送り出すＰＷＭ信号発生手段と
を有し、前記電圧可変スイッチの開閉制御をすることを特徴とする請求項３〜１０のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記転流手段は、開閉により前記転流動作を制御するための転流用スイッチを有し、
また、前記制御手段は、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、ＰＷＭ信号である転流信号を生成するための基準とする基準信号を生成する基準信号生成手段と、
第１の三角波信号を生成する第１の三角波信号生成手段と、
第２の三角波信号を生成する第２の三角波信号生成手段と、
前記基準信号、前記第１の三角波信号及び前記第２の三角波信号に基づいて転流信号を生成する転流信号生成手段と、
前記転流信号を送り出す転流信号発生手段と
を有し、前記転流用スイッチの開閉制御をすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記転流手段は、開閉により前記転流動作を制御するための転流用スイッチを有し、
また、前記制御手段は、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、ＰＷＭ信号である転流信号を生成するための基準とする第１の基準信号及び前記第１の基準信号と所定の間隔を有する第２の基準信号を生成する基準信号生成手段と、
第１の三角波信号を生成する第１の三角波信号生成手段と、
前記第１の基準信号、前記第２の基準信号、前記第１の三角波信号に基づいて転流信号を生成する転流信号生成手段と、
前記転流信号を送り出す転流信号発生手段と
を有し、前記転流用スイッチの開閉制御をすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記転流手段に転流動作させるための電源と前記電圧可変手段の電圧可変動作をさせるための電源とを共通にすることを特徴とする請求項１〜１３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記転流手段に転流動作させるための電源と前記制御手段の動作電源とを共通にすることを特徴とする請求項１〜１４に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の電力変換装置を、圧縮機または送風機の少なくとも一方を駆動するために備えることを特徴とする冷凍空気調和装置。
【請求項１】
印加される電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変手段と、
該電圧可変手段を流れる電流を別経路に流す転流動作を行うための転流手段と、
前記電圧可変手段及び前記転流手段の出力に係る電圧を平滑した電力を負荷側に供給する平滑手段と、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、前記電圧可変手段の電圧可変に係る制御及び前記転流手段の前記転流動作の制御を行う制御手段と
を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
印加される電圧を所定の電圧に変化させる電圧可変手段と、
該電圧可変手段を流れる電流を別経路に流す転流動作を行うための転流手段と、
前記電圧可変手段及び前記転流手段の出力に係る電圧を平滑した電力を負荷側に供給する平滑手段と、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、前記電圧可変手段の電圧可変に係る制御を行う第１の制御手段と、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、前記転流手段の前記転流動作の制御を行う第２の制御手段と
を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記電圧可変手段は、リアクトルと、該リアクトルに蓄放電をさせるための開閉を行う電圧可変用スイッチと、電圧可変用整流器とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記転流手段は、
前記制御手段の指示に基づいて、前記転流動作を行う転流動作手段と、
前記電圧可変手段からの転流に係る電流を整流する転流用整流器と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記転流動作手段は、
１次巻線側の電圧に基づいて前記別経路上の２次巻線側に電圧を印加させ、前記転流動作を行う変圧器と、
前記制御手段の指示に基づいて、前記変圧器の１次巻線への電圧印加を制御する変圧器駆動装置と
を有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記変圧器に印加する電圧を電圧可変手段の出力電圧よりも低くすることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記転流用整流器は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた素子であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドを材料とすることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記電圧可変用スイッチを閉じる前に前記転流手段に前記転流動作を開始させることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記電圧可変用スイッチを閉じるタイミングを含む所定時間内に、前記転流手段に転流動作を終了させるようにすることを特徴とする請求項３〜９のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、ＰＷＭ信号を生成するための基準とする基準信号を生成する基準信号生成手段と、
第１の三角波信号を生成する第１の三角波信号生成手段と、
前記基準信号と前記第１の三角波信号に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、
前記ＰＷＭ信号を送り出すＰＷＭ信号発生手段と
を有し、前記電圧可変スイッチの開閉制御をすることを特徴とする請求項３〜１０のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記転流手段は、開閉により前記転流動作を制御するための転流用スイッチを有し、
また、前記制御手段は、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、ＰＷＭ信号である転流信号を生成するための基準とする基準信号を生成する基準信号生成手段と、
第１の三角波信号を生成する第１の三角波信号生成手段と、
第２の三角波信号を生成する第２の三角波信号生成手段と、
前記基準信号、前記第１の三角波信号及び前記第２の三角波信号に基づいて転流信号を生成する転流信号生成手段と、
前記転流信号を送り出す転流信号発生手段と
を有し、前記転流用スイッチの開閉制御をすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記転流手段は、開閉により前記転流動作を制御するための転流用スイッチを有し、
また、前記制御手段は、
前記電圧可変手段に係る電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて、ＰＷＭ信号である転流信号を生成するための基準とする第１の基準信号及び前記第１の基準信号と所定の間隔を有する第２の基準信号を生成する基準信号生成手段と、
第１の三角波信号を生成する第１の三角波信号生成手段と、
前記第１の基準信号、前記第２の基準信号、前記第１の三角波信号に基づいて転流信号を生成する転流信号生成手段と、
前記転流信号を送り出す転流信号発生手段と
を有し、前記転流用スイッチの開閉制御をすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記転流手段に転流動作させるための電源と前記電圧可変手段の電圧可変動作をさせるための電源とを共通にすることを特徴とする請求項１〜１３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記転流手段に転流動作させるための電源と前記制御手段の動作電源とを共通にすることを特徴とする請求項１〜１４に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の電力変換装置を、圧縮機または送風機の少なくとも一方を駆動するために備えることを特徴とする冷凍空気調和装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−７０５８０（Ｐ２０１２−７０５８０Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４８６７（Ｐ２０１０−２１４８６７）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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