整流電路裝置的控制裝置和整流電路裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及將來自交流電源的交流整流成直流的整流電路裝置的控制裝置和整流電路裝置，特別涉及將來自家庭等的單相交流電源的交流整流而形成大致直流的整流電路裝置的控制裝置和整流電路裝置。
[0002]本發(fā)明的整流電路裝置可適用于驅動直流負載的電路裝置，以及利用逆變電路將被形成的直流再次轉換成任意頻率的交流而對作為負載的電動機進行可變速度驅動的裝置。本發(fā)明的整流電路裝置例如可適用于通過利用壓縮機壓縮制冷劑而構成熱泵，從而進行制冷、取暖(制熱)或食品等的冷凍的裝置，在這種裝置中，通過降低電源電流所包含的高次諧波成分以及改善功率因數(shù)，能夠減輕送電系統(tǒng)的負擔，高效率地進行驅動控制。
【背景技術】
[0003]作為這種整流電路裝置，通常提案有各種裝置(例如，參照專利文獻I)。圖18是表示專利文獻I所公開的表示整流電路裝置的結構的電路圖，圖19是表示圖18的整流電路裝置的控制部的詳細結構的框圖。
[0004]圖18所示的整流電路裝置中，經(jīng)由整流橋2和電抗器(reactor) 3a，并通過半導體開關3c的導通(ON)狀態(tài)使交流電源I的兩個輸出端子形成閉合電路，向電抗器3a充電，在半導體開關3c成為截止(OFF，也稱為“斷開”)狀態(tài)時，利用二極管3b向負載4供給電流。通過這樣的結構，圖18的整流電路裝置在交流電源I的瞬時電壓低的期間也流過電源電流，電源電流的高次諧波成分變少，改善功率因數(shù)。
[0005]但是，在現(xiàn)有的整流電路裝置中存在如下問題:當通過以比交流電源I的頻率充分高的頻率極精細(S卩，間距極小)地對半導體開關3c進行導通/截止(0N/0FF)驅動，對交流電源I的交流電壓進行斬波(以下稱為“使半導體開關進行斬波動作”或“半導體開關的斬波”)時，由于電流流過半導體開關3c，因此產(chǎn)生電路的損失。
[0006]為了解決該問題，提案有一種方法:并非總使半導體開關3c進行斬波動作，而是僅在交流相位的特定期間使其斬波動作，其余的期間使其停止(例如，參照專利文獻I)。
[0007]在圖18所示的整流電路裝置中，利用整流橋2對來自交流電源I的交流電壓進行整流，將其轉換成包含脈動的直流電壓后，將其電力經(jīng)電抗器3a和二極管3b向平滑電容器3d及負載4供給。進而，在圖18中，通過構成為能夠利用半導體開關3c經(jīng)電抗器3a使來自整流橋2的輸出電壓短路，構成利用眾所周知的升壓斬波電路3的帶功率因數(shù)改善功能的整流電路裝置。在圖18所示的整流電路裝置中，升壓斬波電路3以利用輸入電流檢測器6及輸入電流檢測部10檢測輸入電流，以輸入電流的波形成為與由輸入電壓檢測部11檢測出的輸入電壓波形(電源電壓波形)相同的形狀的方式使半導體開關3c進行斬波動作，且調(diào)整輸入電流的大小，使得輸出電壓成為希望的電壓。
[0008]特別是在專利文獻I中提案有一種方法:僅在用于使高次諧波減少的最低限度的區(qū)間使半導體開關進行斬波動作，由此來降低電路的損失。圖19以框圖表示用于該提案的控制方法。圖19中，利用電源過零(zero cross)檢測單元5檢測電源電壓的相位，利用脈沖計數(shù)器13a僅在一定的期間允許圖18的半導體開關3c的斬波動作，在除此之外的期間，保持使半導體開關3c截止。根據(jù)該方法，能夠實現(xiàn)基本上不增加電源高次諧波，且低損失的整流電路裝置。
[0009]另外，在專利文獻I的整流電路裝置的控制方法中，需要使用電源電壓的波形，但也提案有一種不使用電源電壓的波形，按照預先確定的波形實現(xiàn)同樣的動作的控制方法(例如，參照專利文獻2)。而且，還提出有一種以不具有成為目標的電流波形而發(fā)揮同樣效果為目的的、簡便的方法(例如，參照專利文獻3)。
[0010]此外，在圖18所示的整流電路裝置的情況下，為如下結構:輸入電流被整流后的電流替代，得到該輸入電流的絕對值的信息，對該絕對值的大小進行調(diào)整。這樣調(diào)整輸入電流的絕對值的大小與調(diào)整輸入電流的振幅是等價的是眾所周知的。
[0011]現(xiàn)有技術文獻
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻1:日本特開2005 - 253284號公報
[0014]專利文獻2:日本特開2007 - 129849號公報
[0015]專利文獻3:日本特開2000 - 224858號公報
[0016]專利文獻4:日本特開2001 - 045763號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]發(fā)明所要解決的課題
[0018]在上述現(xiàn)有技術的整流電路裝置的結構中，在負載確定的條件下，進行控制使輸出電壓為一定，另外，使半導體開關進行斬波動作的期間也固定。因此，在檢測出的輸出電壓包含誤差的情況下，電流波形會變化。例如，在對有效值200V的交流進行整流而得到大約280V的直流的情況下，直流電壓僅變化IV電流波形就會大幅變化。對于280V的直流電壓，IV的精度相當于0.3%，在利用電阻對電壓進行分壓而成低電壓的情況下，需要非常高精度的電阻。因此，在現(xiàn)有技術的整流電路裝置中，加入輸出電壓的檢測精度，為了使高次諧波在變化的電流波形中也減少，需要更長地設定進行斬波的期間。因此，在這種現(xiàn)有的整流電路裝置中存在電路損失增加的問題。
[0019]另外，這種現(xiàn)有的整流電路裝置的控制方法一般用數(shù)字計算機來實現(xiàn)，但當想要實現(xiàn)高精度的直流電壓的電壓控制時，需要對直流電壓進行高分辨率即比特(bit，也稱為“位”)數(shù)多的模擬一數(shù)字轉換(以下稱為“AD轉換”。)器，電路負擔變大。在這種情況下，也加入實際控制電路能夠檢測的精度，為了使高次諧波即使在變化后的電流波形中也減少，需要將進行斬波的期間設定得更長，存在需要使電路損失稍微增加的問題。
[0020]而且，在這種現(xiàn)有的整流電路裝置中，輸出電壓越低，損失越少，但是在要將輸出電壓設定為比電源電壓的瞬時值低的電壓的情況下，即使使半導體開關進行斬波動作的期間的交流電壓比輸出電壓低，在使半導體開關進行斬波動作的期間也由于升壓動作而發(fā)生輸出電壓上升的現(xiàn)象。因此，在現(xiàn)有的整流電路裝置中，具有難以設定成電路損失更少且更低輸出電壓的問題。
[0021]另外，在這種現(xiàn)有的整流電路裝置中，進行斬波的期間被一樣地設定，并且進行斬波的期間相對于想定(設想確定)的最大的輸入電力被設定。因此，這種現(xiàn)有的整流電路裝置在輸入電力小且相對于電源高次諧波電流的限制電平具有余裕(充裕)的狀況下，也必須執(zhí)行規(guī)定的斬波動作，其結果是，具有不能使電路損失最小的問題。
[0022]本發(fā)明的目的在于，解決上述問題點，提供一種不論輸出電壓的檢測精度如何，都能夠按照連接的負載的狀況或來自外部的指令，降低電源高次諧波電流且能夠減少電路損失的整流電路裝置的控制裝置及整流電路裝置。
[0023]用于解決課題的手段
[0024]本發(fā)明提供一種整流電路裝置的控制裝置，其是通過使半導體開關進行斬波動作，將來自單相交流電源的交流電壓或對該交流電壓進行整流而得到的脈動電壓經(jīng)由電抗器短路或開路(即，開放)，從所述單相交流電源整流成直流電壓而向負載供給電力的整流電路裝置的控制裝置，其中，
[0025]所述控制裝置具備:
[0026]波形形成部，其形成與所述交流電壓的波形為相同頻率的目標電流波形；
[0027]交流電流檢測部，其檢測從所述單相交流電源流動的交流電流(即，檢測從所述單相交流電源流動的交流電流)；
[0028]直流電壓檢測部，其檢測所述直流電壓；
[0029]第一控制部，其以使所述檢測出的交流電流的波形實質上成為所述目標電流波形的方式，控制所述半導體開關的斬波動作；
[0030]第二控制部，其以使所述檢測出的直流電壓實質上成為規(guī)定的目標直流電壓的方式，控制所述目標電流波形的振幅；和
[0031]第三控制部，其以使所述半導體開關為斬波動作狀態(tài)的斬波動作相位寬度或所述半導體開關為斬波停止狀態(tài)的斬波停止相位寬度實質上成為規(guī)定的相位寬度的方式，控制所述規(guī)定的目標直流電壓。
[0032]本發(fā)明提供一種整流電路裝置，其通過使半導體開關進行斬波動作，將來自單相交流電源的交流電壓或對該交流電壓進行整流而得到的脈動電壓經(jīng)由電抗器短路或開路(即，開放)，從所述單相交流電源整流成直流電壓而向負載供給電力，該整流電路裝置具備:
[0033]波形形成部，其形成與所述交流電壓的波形為相同頻率的目標電流波形；
[0034]交流電流檢測部，其檢測從所述單相交流電源流動的交流電流(即，從所述單相交流電源檢測流動的交流電流)；
[0035]直流電壓檢測部，其檢測所述直流電壓；
[0036]第一控制部，其以使所述檢測出的交流電流的波形實質上成為所述目標電流波形的方式，控制所述半導體開關的斬波動作；
[0037]第二控制部，其以使所述檢測出的直流電壓實質上成為規(guī)定的目標直流電壓的方式，控制所述目標電流波形的振幅；和
[0038]第三控制部，其以使所述半導體開關為斬波動作狀態(tài)的斬波動作相位寬度或所述半導體開關為斬波停止狀態(tài)的斬波停止相位寬度實質上成為規(guī)定的相位寬度的方式，控制所述規(guī)定的目標直流電壓。
[0039]發(fā)明的效果
[0040]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種整流電路裝置的控制裝置和整流電路裝置，它們能夠根據(jù)連接的負載的狀況或來自外部的指令，使希望的相位寬度發(fā)生變化，不論負載的變動狀況如可，都能夠精確地測量與希望的相位寬度進行比較的斬波動作相位寬度或斬波停止相位寬度，由此，能夠總實現(xiàn)電路損失少且高次諧波電流少的整流動作。
【附圖說明】
[0041]圖1是表示本發(fā)明的實施方式I的整流電路裝置的結構的電路圖。
[0042]圖2A是表示圖1的整流電路裝置的控制電路的結構的框圖。
[0043]圖2B是表示圖1的整流電路裝置的控制的變形例的圖，是表示在控制電路的斬波相位檢測器的處理中利用波形成形器(也稱為“波形形成器”)的輸出信號的情況的框圖。
[0044]圖2C是表示圖1的整流電路裝置的控制的變形例的圖，是表示在控制電路的斬波相位檢測器的處理中利用電流檢測器的輸出的情況的框圖。
[0045]圖2D是表示圖1的整流電路裝置的控制的變形例的圖，是表示在控制電路的斬波相位檢測器的處理中利用DC電壓檢測器的輸出的情況的框圖。
[0046]圖2E是表示圖1的整流電路裝置的控制的變形例的圖，是表示在控制電路的斬波相位檢測器的處理中利用PWM調(diào)制器的輸出的情況的框圖。
[0047]圖3A是在本發(fā)明的整流電路裝置中希望的相位寬度為斬波動作相位寬度時的目標相位寬度設定器的特性圖。
[0048]圖3B是在本發(fā)明的整流電路裝置中希望的相位寬度為斬波停止相位寬度時的目標相位寬度設定器的特性圖。
[0049]圖4A是用于說明圖1的整流電路裝置的控制裝置的第一動作例的控制動作的圖，(a)表示交流電壓(以下，稱為AC電壓)和整流后的直流電壓(以下，稱為DC電壓)的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(C)是表示實際上進行控制之后的交流電流(以下，稱為AC電流)的信號波形圖。
[0050]圖4B是用于說明圖1的整流電路裝置的控制裝置的第二動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0051]圖5A是用于說明本發(fā)明實施方式2的整流電路裝置的控制裝置的第三動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0052]圖5B是用于說明本發(fā)明實施方式2的整流電路裝置的控制裝置的第四動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0053]圖6A是用于說明本發(fā)明實施方式3的整流電路裝置的控制裝置的第五動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0054]圖6B是用于說明本發(fā)明實施方式3的整流電路裝置的控制裝置的第六動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0055]圖7A是用于說明本發(fā)明實施方式4的整流電路裝置的控制裝置的第七動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0056]圖7B是用于說明本發(fā)明實施方式4的整流電路裝置的控制裝置的第八動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0057]圖8A是用于說明本發(fā)明實施方式5的整流電路裝置的控制裝置的第九動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0058]圖SB是用于說明本發(fā)明實施方式5的整流電路裝置的控制裝置的第十動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0059]圖9A是用于說明本發(fā)明實施方式6的整流電路裝置的控制裝置的第十一動作例的控制動作的圖，(a)是表示AC電壓和整流后的DC電壓的關系的信號波形圖，(b)是表示要控制的目標電流波形的信號波形圖，(c)是表示實際上進行控制之后的AC電流的信號波形圖。
[0060]圖9B是用于說明本發(fā)明實施方式6的整流