特許 7611910 高調波抑制装置および空気調和システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-26

(45)【発行日】2025-01-10

(54)【発明の名称】高調波抑制装置および空気調和システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20241227BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20241227BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 Z

H02M1/08 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022527315

(86)(22)【出願日】2020-05-26

(86)【国際出願番号】 JP2020020731

(87)【国際公開番号】W WO2021240642

(87)【国際公開日】2021-12-02

【審査請求日】2022-03-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】石倉 啓佑

(72)【発明者】

【氏名】橋本 暁範

(72)【発明者】

【氏名】石川 秀太

【審査官】白井 孝治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０５０１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００９０５４２（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平１１－０７５３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５８４３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／００～ ７／９８

Ｈ０２Ｍ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の相を有する交流電源に接続された高調波発生負荷と並列に接続され、前記高調波発生負荷が発生する高調波を抑制する高調波抑制装置であって、
前記複数の相に対応する複数の上下アームが並列に接続された整流器であって、前記複数の上下アームは上側スイッチング素子と前記上側スイッチング素子に直接に接続されている下側スイッチング素子とを有しており、前記複数の上下アームにおいて、前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との接続点である中点に、前記交流電源の前記複数の相のうち対応する相が接続されている整流器と、
前記交流電源の前記複数の相のそれぞれの相から前記高調波発生負荷に入力される負荷電流の瞬時値を検出するように構成されている負荷電流検出部と、
前記複数の上下アームに対応して設けられ、前記複数の上下アームのうち対応する前記上下アームの前記上側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させる複数の第１駆動回路と、
前記複数の上下アームに対応して設けられ、前記複数の上下アームのうち対応する前記上下アームの前記下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させる複数の第２駆動回路と、
前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子の前記ＯＮ／ＯＦＦ動作を前記複数の第１駆動回路および前記複数の第２駆動回路に実施させる制御信号を生成する制御装置と
を備え、
前記複数の第１駆動回路は、
前記複数の上下アームのうち対応する前記上下アームの前記上側スイッチング素子を駆動させる電源として作用するブートストラップコンデンサーと、
前記ブートストラップコンデンサーを充電させる制御電源と
を有し、
前記制御装置は、前記高調波発生負荷が動作状態で、且つ、前記交流電源の前記複数の相のうち前記高調波発生負荷に入力される負荷電流が発生しない相がない場合、前記第１駆動回路の前記ブートストラップコンデンサーを充電する第１充電方式を実施するものであり、
前記第１充電方式において、
前記複数の相の中で、前記複数の相の負荷電流の瞬時値を比較したときに最も負荷電流の瞬時値が小さい相を充電相として選択して、前記充電相の前記負荷電流の瞬時値が前記充電相以外の前記複数の相と比較したときに最小である状態が続いている期間に、
前記複数の第２駆動回路のうち前記充電相に対応する前記第２駆動回路に、前記複数の上下アームのうち前記充電相に対応する前記上下アームの前記下側スイッチング素子をＯＮ動作させることで、前記充電相に対応する前記第１駆動回路の前記ブートストラップコンデンサーを充電する
高調波抑制装置。

【請求項2】

前記負荷電流検出部が前記複数の相の全ての相で、前記交流電源から前記高調波発生負荷に入力される前記負荷電流の前記瞬時値を検出した場合に、
前記制御装置は、
前記第１充電方式において、
前記交流電源の前記複数の相の前記負荷電流の中で、前記交流電源の任意の位相における前記複数の相の負荷電流の瞬時値を比較したときに最も前記負荷電流の瞬時値が小さい相を前記充電相として選択して、前記充電相の前記負荷電流の瞬時値が前記充電相以外の前記複数の相と比較したときに最小である状態が続いている期間に、前記複数の第２駆動回路のうち前記充電相に対応する前記第２駆動回路に前記充電相に対応する前記下側スイッチング素子を０％＜デューティー比≦１００％でＯＮ動作させて、前記充電相に対応する前記第１駆動回路の前記ブートストラップコンデンサーを充電する、
請求項１に記載の高調波抑制装置。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記複数の相の全ての相の前記負荷電流の実効値の平均に対する、前記複数の相のうち前記負荷電流の前記実効値が最大をとる相の前記負荷電流の前記実効値と前記複数の相のうち前記負荷電流の前記実効値が最小をとる相の前記負荷電流の前記実効値の差分の比率を求め、
前記充電相に対応する前記第１駆動回路の前記ブートストラップコンデンサーを充電する期間を、前記比率に基づいて制限し、
前記ブートストラップコンデンサーの充電量が第１閾値以上になるまで、前記充電相が充電対象となる複数の周期の期間にわたって繰り返し前記ブートストラップコンデンサーを充電させる、
請求項１または２に記載の高調波抑制装置。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記高調波発生負荷が動作状態で、且つ、前記交流電源の前記複数の相のうち前記高調波発生負荷に入力される負荷電流が発生しない相がある場合、
各相の前記負荷電流の前記実効値が第２閾値以下となる期間がある場合、当該期間を第１期間として判別し、
前記第１期間の直前の期間において充電相であった相に基づいて、前記第１期間の充電相を決定する第２充電方式を実施する
請求項３に記載の高調波抑制装置。

【請求項5】

前記第１駆動回路は、前記ブートストラップコンデンサーの充電方式として、前記第１充電方式含む複数の充電方式を記憶するメモリを有し、
前記制御装置は、
前記負荷電流検出部における前記複数の相の前記負荷電流の前記瞬時値の検出の有無、または、前記交流電源の平衡および不平衡の別に基づいて、前記複数の充電方式の中から１つを選択する切替信号を前記第１駆動回路に対して出力し、
前記第１駆動回路は、前記切替信号によって指定された充電方式を前記メモリから読み出して、当該充電方式で、前記ブートストラップコンデンサーの充電を行う、
請求項１～４のいずれか一項に記載の高調波抑制装置。

【請求項6】

前記制御装置は、
前記ブートストラップコンデンサーの充電中は、前記切替信号の出力を変化させない、
請求項５に記載の高調波抑制装置。

【請求項7】

前記第１駆動回路は、
前記制御電源の前記ブートストラップコンデンサーを充電する制御電圧を調整する制御電圧調整回路を有し、
前記制御電圧調整回路は、
前記負荷電流検出部が検出した前記複数の相の前記負荷電流について、前記実効値が第３閾値以上である前記相がある場合は、当該相に対応する前記第１駆動回路への前記制御電源の前記制御電圧を上昇させ、
前記負荷電流検出部が検出した前記複数の相の前記負荷電流について、前記実効値が前記第３閾値未満である前記相がある場合は、当該相に対応する前記第１駆動回路への前記制御電源の前記制御電圧を下降させる、
請求項３、請求項４、請求項３又は４を引用する請求項５、及び請求項３又は４を引用する請求項５を引用する請求項６のいずれか一項に記載の高調波抑制装置。

【請求項8】

前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されている、
請求項１～７のいずれか一項に記載の高調波抑制装置。

【請求項9】

前記ワイドバンドギャップ半導体は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）、又は、ダイヤモンドである、
請求項８に記載の高調波抑制装置。

【請求項10】

前記交流電源は、三相交流電源であり、
前記整流器は、前記三相交流電源の各相に対応させて設置された３つの前記上下アームの並列接続によって構成されている、
請求項１～９のいずれか一項に記載の高調波抑制装置。

【請求項11】

圧縮機、熱交換器、および、膨張弁が冷媒配管を介して接続された冷媒回路と、
前記冷媒回路を駆動する前記高調波発生負荷と、
前記高調波発生負荷が発生する高調波電流を抑制する請求項１～１０のいずれか一項に記載の高調波抑制装置と
を備えた、空気調和システム。

【請求項12】

前記高調波抑制装置は、前記空気調和システムの本体に内蔵されている、
請求項１１に記載の空気調和システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、系統電源へ流れる電流の高調波成分を抑制する高調波抑制装置、および、それを備えた空気調和システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の高調波抑制装置として、整流器を構成する上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とをＯＮ／ＯＦＦ動作させる駆動回路が、ブートストラップコンデンサーを有しているものがある（例えば、特許文献１参照）。上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とは直列接続されてレグを構成している。整流器は、複数のレグが並列接続されて構成されている。

【0003】

特許文献１では、ブートストラップコンデンサーが、各レグの上側スイッチング素子を駆動させるための電源として作用する。ブートストラップコンデンサーは、制御電源から充電される。

【0004】

特許文献１では、高調波抑制動作を起動のためのブートストラップコンデンサーの充電のために、交流電源電圧の位相に基づいて、充電したい相の下側スイッチング素子を、交流電源の相電圧が最小の位相をとるときに常時ＯＮ動作させる。また、交流電源の相電圧が最小の位相ではなく、かつ、負極性であるときに、ＰＷＭ制御を実施する。

【0005】

特許文献１で示される高調波抑制装置では、当該ＰＷＭ制御を行うことにより、交流電源電圧の位相が最小相のときのみ常時ＯＮ動作させる場合と比較して、以下の効果を得ている。すなわち、交流電源電圧の位相が最小相ではなく、かつ、負極性であるときにおいても、急峻な大電流とならないレベルの電源短絡電流を流して、強制的にブートストラップコンデンサーを充電するため、充電時間を短縮できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１２－５０１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の特許文献１の場合、交流電源電圧の状態に基づいて、ブートストラップコンデンサーの充電を実施している。そのため、交流電源電圧の不平衡が著しい場合、あるいは、電源側のインピーダンスが大きい等の理由により交流電源の電源電圧に歪みが重畳している場合には、交流電源電圧の位相を正しく認識することができない。これにより、本来とは異なる充電期間で充電を開始してしまい、想定よりも急峻な大電流が流れてしまうという問題点があった。

【0008】

また、上記の特許文献１には、高調波発生負荷の整流後に、リアクターの電流に基づいて、ブートストラップコンデンサーを充電する手段が記載されている。この場合、高調波抑制するための整流前の負荷電流の電流検出手段の他に、整流後のリアクターの電流検出手段が新たに必要になる。さらに、リアクターの電流だけでは、検出した電流がどの相からの電流によるものか判別できないため、電源電圧および位相を検出する手段が必要となる。

【0009】

本開示は、かかる課題を解決するためになされたもので、交流電源の影響を受けることなく、ブートストラップコンデンサーを充電することが可能な、高調波抑制装置およびそれを備えた空気調和システムを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る高調波抑制装置は、複数の相を有する交流電源に接続された高調波発生負荷と並列に接続され、前記高調波発生負荷が発生する高調波を抑制する高調波抑制装置であって、前記複数の相に対応する複数の上下アームが並列に接続された整流器であって、前記複数の上下アームは上側スイッチング素子と前記上側スイッチング素子に直接に接続されている下側スイッチング素子とを有しており、前記複数の上下アームにおいて、前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との接続点である中点に、前記交流電源の前記複数の相のうち対応する相が接続されている整流器と、前記交流電源の前記複数の相のそれぞれの相から前記高調波発生負荷に入力される負荷電流の瞬時値を検出するように構成されている負荷電流検出部と、前記複数の上下アームに対応して設けられ、前記複数の上下アームのうち対応する前記上下アームの前記上側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させる複数の第１駆動回路と、前記複数の上下アームに対応して設けられ、前記複数の上下アームのうち対応する前記上下アームの前記下側スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させる複数の第２駆動回路と、前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子の前記ＯＮ／ＯＦＦ動作を前記複数の第１駆動回路および前記複数の第２駆動回路に実施させる制御信号を生成する制御装置とを備え、前記複数の第１駆動回路は、前記複数の上下アームのうち対応する前記上下アームの前記上側スイッチング素子を駆動させる電源として作用するブートストラップコンデンサーと、前記ブートストラップコンデンサーを充電させる制御電源とを有し、前記制御装置は、前記高調波発生負荷が動作状態で、且つ、前記交流電源の前記複数の相のうち前記高調波発生負荷に入力される負荷電流が発生しない相がない場合、前記第１駆動回路の前記ブートストラップコンデンサーを充電する第１充電方式を実施するものであり、前記第１充電方式において、前記複数の相の中で、前記複数の相の負荷電流の瞬時値を比較したときに最も負荷電流の瞬時値が小さい相を充電相として選択して、前記充電相の前記負荷電流の瞬時値が前記充電相以外の前記複数の相と比較したときに最小である状態が続いている期間に、前記複数の第２駆動回路のうち前記充電相に対応する前記第２駆動回路に、前記複数の上下アームのうち前記充電相に対応する前記上下アームの前記下側スイッチング素子をＯＮ動作させることで、前記充電相に対応する前記第１駆動回路の前記ブートストラップコンデンサーを充電するものである。

【発明の効果】

【0011】

本開示に係る高調波抑制装置によれば、電源電圧に歪みが重畳している場合においても、交流電源の影響を受けることなく、上側スイッチング素子を駆動させるためのブートストラップコンデンサーを充電することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係る高調波抑制装置４を備えた空気調和システム１の概略構成を示す回路ブロック図である。

【図2】実施の形態１に係る高調波抑制装置４における第１駆動回路１３ｒ～１３ｔの構成を示す回路構成図である。

【図3】実施の形態１に係る高調波抑制装置４の制御装置１０の構成を示したブロック図である。

【図4】実施の形態１に係る下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚのＯＮ／ＯＦＦ動作の一例を示す図である。

【図5】実施の形態１に係る高調波抑制装置４の発熱を抑制するための制御電圧調整回路２０を有する第１駆動回路１３の一例を示す図である。

【図6】実施の形態１に係る高調波抑制装置４のブートストラップコンデンサー１８の充電制御例を説明するフローチャートである。

【図7】実施の形態１における負荷電流が発生しない相がある場合の高調波抑制装置４におけるブートストラップコンデンサー１８の充電制御例を説明するフローチャートである。

【図8】Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の負荷電流を示す図である。

【図9】実施の形態１に係る高調波抑制装置４の設置方法を模式的に示す図である。

【図10】実施の形態１に係る高調波抑制装置４の設置方法を模式的に示す図である。

【図11】実施の形態１に係る高調波抑制装置４の設置方法を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示に係る高調波抑制装置および空気調和システムの実施の形態について図面を参照して説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本開示は、以下の実施の形態およびその変形例に示す構成のうち、組み合わせ可能な構成のあらゆる組み合わせを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。なお、各図面では、各構成部材の相対的な寸法関係または形状等が実際のものとは異なる場合がある。

【0014】

また、本開示の実施の形態に係る各プログラムは、記載された順序に沿って時系列に行われる処理であるが、必ずしも時系列に処理されなくても、並列的または個別に実効される処理を含んでもよい。

【0015】

また、本開示の実施の形態に係る高調波抑制装置および空気調和システムの各機能をハードウェアとソフトウェアのどちらで実現してもよい。各ブロック図における各機能は、回路デバイス等のハードウェアで実現してもよく、あるいは、演算装置上で実効されるソフトウェアで実現してもよい。

【0016】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高調波抑制装置４を備えた空気調和システム１の概略構成を示す回路ブロック図である。空気調和システム１において、高調波抑制装置４は、高調波発生負荷３から交流電源２に流れる電流の高調波成分を抑制する。高調波とは、歪みが重畳された波形の中に含まれている、基本波の整数倍の周波数をもつ波のことである。

【0017】

図１に示すように、空気調和システム１は、系統電源として機能する交流電源２に接続されている。空気調和システム１は、高調波発生負荷３と、高調波抑制装置４と、冷媒回路５とを備えている。交流電源２は、例えば三相交流電源であり、高調波発生負荷３に電力を供給する。以下では、交流電源２から延びている３本の出力線を、それぞれ、第１の出力線（Ｒ相）、第２の出力線（Ｓ相）、第３の出力線（Ｔ相）と呼ぶ。

【0018】

（高調波発生負荷３の構成）
高調波発生負荷３の構成について説明する。高調波発生負荷３は、例えば、整流器３０、直流リアクトル３１、平滑コンデンサー３２、逆変換器（図示せず）等を備える電力変換装置であり、冷媒回路５に電力を供給する。整流器３０は、交流電源２の交流電圧を直流電圧に整流する。整流器３０の出力側には、直流リアクトル３１を介して、平滑コンデンサー３２が並列接続されている。平滑コンデンサー３２は、整流器３０から直流リアクトル３１を介して入力される直流電圧を平滑する。なお、高調波発生負荷３と冷媒回路５との間には、必要に応じて、インバータ回路を設けるようにしてもよい。

【0019】

（冷媒回路５の構成）
次に、冷媒回路５の構成について説明する。冷媒回路５は、例えば、圧縮機５０、２つの熱交換器５１および５２、および、膨張弁５３が、冷媒配管５４を介して接続されて構成されている。冷媒回路５は、さらに、四方弁、および、アキュムレータなどを有していてもよい。

【0020】

圧縮機５０は、低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高圧のガス冷媒として吐出する。圧縮機５０は、例えば、インバータ圧縮機である。インバータ圧縮機は、インバータ回路などの制御により、単位時間あたりに送り出す冷媒の量を変化させることができる。

【0021】

２つの熱交換器５１および５２のそれぞれは、伝熱管とフィンとを有している。熱交換器５１および５２は、例えば、フィンアンドチューブ式熱交換器である。熱交換器５１および５２のそれぞれは、伝熱管の内部を流れる冷媒と、伝熱管の外部を流れる空気との間の熱交換を行う。冷媒回路５が空気調和装置の場合、熱交換器５１および５２は、一方が蒸発器として機能し、他方が凝縮器として機能する。

【0022】

膨張弁５３は、凝縮器で液化した冷媒を蒸発器で蒸発しやすいように、流入された液冷媒を絞り作用により減圧させて流出する。また、膨張弁５３は、蒸発器の負荷に応じた適切な冷媒量を維持するように、冷媒量を調整する。膨張弁５３は、例えば、電子膨張弁から構成される。膨張弁５３は、図１に示すように、２つの熱交換器５１および５２との間に、冷媒配管５４によって接続されている。

【0023】

（高調波抑制装置４の構成）
高調波抑制装置４は、高調波発生負荷３が交流電源２に対して高調波電流を流すため、当該高調波電流を抑制するために設けられている。高調波抑制装置４は、交流電源２に接続された高調波発生負荷３と並列に接続され、高調波発生負荷３から発生する高調波を抑制する。高調波抑制装置４は、図９に示すように、空気調和システム１の本体に内蔵されるか、または、図１０に示すように、空気調和システム１の本体に外付けされる。あるいは、高調波抑制装置４は、図１１に示すように、空気調和システム１に対して、別体で構成されて、別置きされていてもよい。なお、図９～図１１は、実施の形態１に係る高調波抑制装置４の設置方法を模式的に示す図である。

【0024】

高調波抑制装置４は、図１に示すように、リプルフィルタ６と、スイッチング回路７と、リアクトル８と、コンデンサー９と、制御装置１０と、負荷電流検出部１１と、補償電流検出部１２とを有している。

【0025】

リプルフィルタ６は、高調波抑制装置４から出力される補償電流のリプル成分を抑制する。リプルフィルタ６は、リアクトル６４ａ、６４ｂおよび６４ｃと、コンデンサー６５ａ、６５ｂおよび６５ｃとを有している。リアクトル６４ａ、６４ｂおよび６４ｃは、それぞれ、交流電源２の第１の出力線（Ｒ相）、第２の出力線（Ｓ相）、第３の出力線（Ｔ相）に直列に接続されている。また、コンデンサー６５ａの一端は、交流電源２の第１の出力線（Ｒ相）に接続され、他端は、接続点６３に接続されている。コンデンサー６５ｂの一端は、交流電源２の第２の出力線（Ｓ相）に接続され、他端は、接続点６３に接続されている。コンデンサー６５ｃの一端は、交流電源２の第３の出力線（Ｔ相）に接続され、他端は、接続点６３に接続されている。

【0026】

リアクトル８は、スイッチング回路７とリプルフィルタ６とを接続している。リアクトル８は、リアクトル８ａ、８ｂおよび８ｃを有している。リアクトル８ａ、８ｂおよび８ｃは、それぞれ、交流電源２の第１の出力線（Ｒ相）、第２の出力線（Ｓ相）、第３の出力線（Ｔ相）に直列に接続されている。

【0027】

コンデンサー９は、スイッチング回路７に並列に接続されている。

【0028】

スイッチング回路７の構成について説明する。スイッチング回路７では、上側に配置されたスイッチング素子７０ｒ、７０ｓおよび７０ｔと下側に配置されたスイッチング素子７０ｘ、７０ｙおよび７０ｚとが、それぞれそれと逆並列に接続されたダイオード７１を持つ。以下ではこの構成をアームと呼ぶ。また、アームは２つのアームが直列接続されて構成されており、以下では、これを、上下アームと呼ぶ。３つの上下アームは、並列に接続されている。さらに、これらの上下アームには、コンデンサー９が並列接続されている。スイッチング素子７０ｒとスイッチング素子７０ｘとの接続点、スイッチング素子７０ｓとスイッチング素子７０ｙとの接続点、及び、スイッチング素子７０ｔとスイッチング素子７０ｚとの接続点を、それぞれ、中点７２ａ、７２ｂおよび７２ｃと呼ぶ。

【0029】

スイッチング回路７においては、交流電源２の第１の出力線（Ｒ相）が、リプルフィルタ６のリアクトル６４ａとリアクトル８ａとを介して、中点７２ａに接続されている。また、交流電源２の第２の出力線（Ｓ相）は、リプルフィルタ６のリアクトル６４ｂとリアクトル８ｂとを介して、中点７２ｂに接続されている。同様に、交流電源２の第３の出力線（Ｔ相）は、リプルフィルタ６のリアクトル６４ｃとリアクトル８ｃとを介して、中点７２ｃに接続されている。

【0030】

また、スイッチング回路７においては、スイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚのそれぞれに対し、ダイオード７１が逆並列に接続されている。さらに、スイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚのそれぞれには、これらのＯＮ／ＯＦＦ動作をするための駆動信号を出力する駆動回路１３ｒ～１３ｔ及び１３ｘ～１３ｚが設置されている。駆動回路１３ｒ～１３ｔ及び１３ｘ～１３ｚは、制御装置１０に接続されており、制御装置１０から制御信号６１を受信し、制御信号６１に基づいて、対応するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を実施する。

【0031】

また、以下では、６つのスイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚのうち、スイッチング素子７０ｒ～７０ｔを上側スイッチング素子と呼び、スイッチング素子７０ｘ～７０ｚを下側スイッチング素子と呼ぶ。なお、以下では、上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔを駆動する駆動回路１３ｒ～１３ｔを第１駆動回路１３ｒ～１３ｔと呼び、下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚを駆動する駆動回路１３ｘ～１３ｚを第２駆動回路１３ｘ～１３ｚと呼ぶ。

【0032】

なお、並列接続された３つの上下アームそれぞれのスイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚに逆並列接続されたダイオード７１は、実施の形態１に係る高調波抑制装置４の「整流器」を構成している。すなわち、図１のスイッチング回路７から、第１駆動回路１３ｒ～１３ｔおよび第２駆動回路１３ｘ～１３ｚを抜いたものが、実施の形態１に係る高調波抑制装置４の「整流器」になる。

【0033】

図２は、実施の形態１に係る高調波抑制装置４における第１駆動回路１３ｒ～１３ｔの構成を示す回路構成図である。ここでは、説明を簡略化させるために、第１駆動回路１３ｒ～１３ｔを、まとめて、第１駆動回路１３と呼ぶ。第１駆動回路１３は、上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔをそれぞれ駆動させるものである。第１駆動回路１３は、図２で示されるように、電流制限抵抗１４と、ダイオード１５と、ブートストラップコンデンサー１８と、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）１７とを有している。ブートストラップコンデンサー１８は、上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔを駆動させる電源として作用する。ブートストラップコンデンサー１８は、制御電源１６からダイオード１５を介して充電される。駆動ＩＣ１７は、ブートストラップコンデンサー１８の両端電圧によって電源供給される。駆動ＩＣ１７は、制御装置１０から制御信号６１を受信する。駆動ＩＣ１７は、制御信号６１に基づいて、上側スイッチング素子７０ｒ、７０ｓおよび７０ｔのそれぞれに対して駆動信号６２を出力して、上側スイッチング素子７０ｒ、７０ｓおよび７０ｔのそれぞれをＯＮ／ＯＦＦ動作させる。電流制限抵抗１４は、制御電源１６からの電流を制限する。なお、図２で示されるように、電流制限抵抗１４は、ダイオード１５のアノード側に接続されているが、これに限らず、カソード側に接続されていてもよい。

【0034】

なお、下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚをそれぞれ駆動させる第２駆動回路１３ｘ～１３ｚは、基本的に、図２に示した第１駆動回路１３ｒ～１３ｔと同様の構成を有している。但し、第２駆動回路１３ｘ～１３ｚにおいては、ダイオード１５を設けなくてもよい。その理由について説明する。第２駆動回路１３ｘ～１３ｚは、図１に示すように、コンデンサー９の負極を共通化できるため、ダイオード１５を不要とする構成になっており、ブートストラップコンデンサー１８は、常時充電されている。

【0035】

図１の説明に戻る。制御装置１０は、第１駆動回路１３ｒ～１３ｔおよび第２駆動回路１３ｘ～１３ｚに、スイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚをＯＮ／ＯＦＦ動作させる制御信号６１を出力する。制御装置１０は、図３に示すように、充電相決定部１０ａと、制御信号生成部１０ｂとを備えている。図３は、実施の形態１に係る高調波抑制装置４の制御装置１０の構成を示したブロック図である。充電相決定部１０ａは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔの中から、ブートストラップコンデンサー１８を充電する相を決定する。制御信号生成部１０ｂは、高調波電流を抑制するための制御信号６１を生成する。

【0036】

ここで、制御装置１０のハードウェア構成について説明する。制御装置１０は処理回路から構成される。処理回路は、専用のハードウェア、または、プロセッサから構成される。専用のハードウェアは、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などである。プロセッサは、メモリに記憶されるプログラムを実行する。制御装置１０はメモリを有している。当該メモリは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、もしくは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスクなどのディスクである。

【0037】

また、図１に示す負荷電流検出部１１は、交流電源２から高調波発生負荷３に入力される負荷電流を検出する。負荷電流検出部１１は、負荷電流検出部１１ｒおよび１１ｔを有している。負荷電流検出部１１ｒは、交流電源２の第１の出力線（Ｒ相）を流れる負荷電流を検出し、負荷電流検出部１１ｔは、交流電源２の第３の出力線（Ｔ相）を流れる負荷電流を検出する。負荷電流検出部１１ｒおよび１１ｔは、制御装置１０に接続されており、検出した負荷電流の電流情報を制御装置１０に送信する。なお、図１の例では、交流電源２の第２の出力線（Ｓ相）には、負荷電流を検出する負荷電流検出部が設けられていない。第２の出力線（Ｓ相）を流れる負荷電流は、制御装置１０が、第１の出力線（Ｒ相）を流れる負荷電流および第３の出力線（Ｔ相）を流れる負荷電流に基づいて、演算により求める。なお、交流電源２の第２の出力線（Ｓ相）に、第２の出力線（Ｓ相）を流れる負荷電流を検出する負荷電流検出部を設けるようにしてもよい。なお、負荷電流検出部１１は、例えば、電流センサから構成されている。

【0038】

図１に示す補償電流検出部１２は、高調波発生負荷３から発生する高調波電流を抑制するために、高調波抑制装置４から出力される補償電流を検出する。補償電流検出部１２は、補償電流検出部１２ａおよび１２ｃを有している。補償電流検出部１２ａは、リアクトル８ａと中点７２ａとの間（Ｒ相）に設けられ、そこを流れる補償電流を検出する。また、補償電流検出部１２ｃは、リアクトル８ｃと中点７２ｃとの間（Ｔ相）に設けられ、そこを流れる補償電流を検出する。補償電流検出部１２ａおよび１２ｃは、制御装置１０に接続されており、検出した補償電流の電流情報を制御装置１０に送信する。なお、図１の例では、リアクトル８ｂと中点７２ｂとの間（Ｓ相）には、そこを流れる補償電流を検出する補償電流検出部が設けられていない。そのため、制御装置１０が、補償電流検出部１２ａが検出したＲ相の補償電流と補償電流検出部１２ｃが検出したＴ相の補償電流とに基づいて、リアクトル８ｂと中点７２ｂとの間に流れるＳ相の補償電流を演算により求める。なお、これに限らず、リアクトル８ｂと中点７２ｂとの間（Ｓ相）にも、補償電流検出部を設けるようにしてもよい。なお、補償電流検出部１２は、例えば、電流センサから構成されている。

【0039】

（ブートストラップコンデンサー１８の充電動作）
以下、実施の形態１に係る高調波抑制装置４が、ブートストラップコンデンサー１８を充電させる動作について説明する。高調波抑制装置４は、スイッチング回路７の下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚをＯＮ駆動させて、上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔを駆動する第１駆動回路１３ｒ～１３ｔのブートストラップコンデンサー１８を充電させる。

【0040】

まず、高調波発生負荷３より負荷電流が発生している場合において、高調波抑制装置４がブートストラップコンデンサー１８を充電させる動作について説明する。以下では、説明を簡略化するために、充電する相の上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔを、単に、上側スイッチング素子７０と呼び、当該相の下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚを、単に、下側スイッチング素子７０と呼ぶこととする。また、充電する相を充電相と呼ぶこととする。さらに、上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔの第１駆動回路１３ｒ～１３ｔを、単に、駆動回路１３と呼ぶこととする。

【0041】

充電相の上側スイッチング素子７０を駆動する駆動回路１３のブートストラップコンデンサー１８を充電するには、充電相の上下アームの中点７２の電位をコンデンサー９の負極電位付近まで低くする必要がある。そうすることで、制御電源１６の制御電圧が、中点７２の電位よりも高くなる。このためには、充電相の下側スイッチング素子７０と逆並列接続されているダイオード７１に電流が流れるようにするか、あるいは、下側スイッチング素子７０をＯＮ駆動すればよい。これにより、制御電源１６から電流制限抵抗１４とダイオード１５を介してブートストラップコンデンサー１８に電力が供給される。

【0042】

下側スイッチング素子７０をＯＮ駆動する場合には、制御装置１０の充電相決定部１０ａは、負荷電流検出部１１が検出した高調波発生負荷３の負荷電流に基づいて、負荷電流が最小となる相を選択する。選択された相が、充電相となる。制御装置１０の制御信号生成部１０ｂは、充電相のブートストラップコンデンサー１８を充電するために、充電相に対応する下側スイッチング素子を駆動するための制御信号６１を生成する。当該制御信号６１は、充電相の下側スイッチング素子７０のデューティー比を、０％＜デューティー比≦１００％となる範囲に指定する。これにより、交流電源２の出力に、歪み等の電源電圧位相の判別に影響を与える要素が重畳されている場合でも、負荷電流１周期の間に、各相のブートストラップコンデンサー１８の充電期間が存在するようになり、上側スイッチング素子７０の起動性が改善する。

【0043】

ここで、ブートストラップコンデンサー１８の充電量が低下すると、上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔの動作に影響を与える。そのため、下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚのデューティー比は０％を超える範囲に設定する必要がある。当該範囲は、ブートストラップコンデンサー１８の充電量の低下が少ない範囲である。

【0044】

次に、交流電源２が不平衡の場合において、高調波抑制装置４がブートストラップコンデンサー１８を充電させる動作について説明する。

【0045】

制御装置１０は、交流電源２に不平衡が発生しているか否かについては、以下のように判定する。すなわち、制御装置１０は、各相の負荷電流の実効値を比較して、負荷電流の最大値をとる相と最小値をとる相との比が、閾値Ｕ以上か否かを判定する。当該比が閾値Ｕ未満の場合は、交流電源２に不平衡が発生していないと判定する。一方、当該比が閾値Ｕ以上の場合は、交流電源２に不平衡が発生していると判定する。このとき、閾値Ｕは負荷電流の大きさにより変更してもよい。またはあらかじめ決められた固定値であってもよい。

【0046】

また、交流電源２が不平衡の場合には、不平衡の条件によっては、高調波発生負荷３において電流がほとんど流れない相が発生することがある。このときには、電流がほとんど流れない相については、負荷電流検出部１１によって負荷電流を検出することができない。この場合には、制御装置１０の充電相決定部１０ａは、すべての相の電流がほとんど流れていない期間を検出して、当該期間の直前の期間において充電を行った相に基づいて、充電相を決定する。その後、制御信号生成部１０ｂは、充電相の下側スイッチング素子７０を駆動する制御信号６１を生成して、充電相の上側スイッチング素子７０のブートストラップコンデンサー１８を充電する必要がある。

【0047】

このためには、充電相決定部１０ａは、各相の負荷電流の実効値あるいは絶対値の平均値などの大きさを用いて、当該大きさが最大となる相と最小となる相との大きさの比が、予め設定された閾値Ｐ以上であるか否かを判定する。すなわち、最大となる相の大きさを、最小となる相の大きさで除算した除算結果が、閾値Ｐ以上であるか否かを判定する。最大となる相と最小となる相との大きさの比が、閾値Ｐ以上であった場合には、充電相決定部１０ａは、電流がほとんど流れていない期間を判別する。当該期間を、第１期間と呼ぶ。充電相決定部１０ａは、第１期間の直前の期間において充電を行った相に基づいて、充電相を決定する。ここで、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の負荷電流は、図８に示すように、周期的に変化する。図８は、直流リアクトルおよび平滑コンデンサーを持つ三相交流電源が入力される整流器のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の負荷電流を例として示す図である。図８において、横軸は位相、縦軸は負荷電流を示す。また、実線８０はＲ相の負荷電流を示し、破線８１はＳ相の負荷電流を示し、点線８２はＴ相の負荷電流を示す。図８において、期間（１）は、Ｔ相の負荷電流が最小の期間で、期間（２）は、Ｒ相の負荷電流が最小の期間で、期間（３）は、Ｓ相の負荷電流が最小の期間である。このように、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の負荷電流は周期的に変化し、負荷電流が最小になる相は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相、Ｒ相、Ｓ相、・・・の順になる。従って、第１期間の直前の第０期間において充電を行った相がＲ相の場合には、次に負荷電流が最小となる相はＳ相であるため、充電相決定部１０ａは、第１期間の充電相をＳ相に決定する。また、第１期間の直前の第０期間において充電を行った相がＳ相の場合には、次に負荷電流が最小になる相はＴ相であるため、充電相決定部１０ａは、第１期間の充電相をＴ相に決定する。同様に、第１期間の直前の第０期間において充電を行った相がＴ相の場合には、次に負荷電流が最小となる相はＲ相であるため、充電相決定部１０ａは、第１期間の充電相をＲ相に決定する。ここで、図４は、交流電源２が平衡の場合のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の負荷電流と下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚのＯＮ／ＯＦＦ動作例を示す図である。図４（ａ）において、横軸は位相、縦軸は負荷電流を示す。また、図４（ｂ）において、横軸は位相、縦軸はＯＮ／ＯＦＦ動作を示す。点線は負荷電流が最小となる相が切り替わるタイミングを示す。図４において、期間（１）は、Ｔ相の負荷電流が最小の期間で、期間（２）は、Ｒ相の負荷電流が最小の期間で、期間（３）は、Ｓ相の負荷電流が最小の期間である。従って、第１駆動回路１３のブートストラップコンデンサー１８を充電するためには、この期間の間において、デューティー比を、０％＜デューティー比≦１００％となる範囲の制御信号を生成すればよい。

【0048】

制御信号生成部１０ｂは、第１期間において、充電相の下側スイッチング素子７０を駆動して、上側スイッチング素子７０のブートストラップコンデンサー１８を充電するための制御信号６１を生成する。これにより、負荷電流が流れない相においても、ブートストラップコンデンサー１８が充電され、各相にブートストラップコンデンサー１８の充電期間が存在するようになる。図４は、実施の形態１に係る下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚのＯＮ／ＯＦＦ動作の一例を示す図である。このうち、図４（ａ）は、交流電源２に流れる高調波発生負荷３により発生した負荷電流の波形を示す波形図である。また、図４（ｂ）は、下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚをＯＮ／ＯＦＦ動作させる駆動信号６２ｘ、６２ｙおよび６２ｚの動作波形を示す波形図である。

【0049】

また、高調波発生負荷３より負荷電流が発生している場合の上記の充電方法においては、負荷電流に基づいて充電相を決定しているため、交流電源２の不平衡時においては、１周期のうち電流が流れる期間が、平衡時よりも短くなる。そのため、制御装置１０は、それぞれの相の負荷電流から全ての相の負荷電流の平均に対する、負荷電流が最大をとる相と最小をとる相の差分の比率を、不平衡率として求める。そして、制御装置１０は、負荷電流の実効値に基づいて、負荷電流が最も小さい相については、不平衡率により充電期間を制限する。これにより、急峻な大電流とならずに、ブートストラップコンデンサー１８を充電することができる。１周期における充電量が十分でない場合には、ブートストラップコンデンサー１８の充電量が閾値Ｈ（第１閾値）以上になるまで、複数周期の期間にわたって繰り返し充電を実施する。これにより、充電量を確保することが出来る。空気調和システム１以外の高調波発生負荷３等の運転による影響により発生した電源の不平衡が解消されれば、負荷電流の不平衡率は小さくなり、充電期間の制限が解除されることにより、充電時間を短くすることができる。また、制限できる充電期間を大きくすると、ブートストラップコンデンサー１８の容量が大きくなってしまうため、ブートストラップコンデンサー１８の容量に応じて、充電量の低下が少ない範囲で制限することが望ましい。

【0050】

また、負荷電流が大きく、高調波抑制装置４が抑制する高調波電流が多い場合には、高調波電流を抑制するための補償電流が大きくなり、高調波抑制装置４のスイッチング素子が高調波電流の少ない場合と比べて発熱する。図５は、実施の形態１に係る高調波抑制装置４の発熱を抑制するための制御電圧調整回路２０を有する第１駆動回路１３の一例を示す図である。

【0051】

図５に示す第１駆動回路１３は、図２の構成に対して、制御電圧調整回路２０と、メモリ２１と、ブートストラップ制御回路２４と、切替回路２５とが追加されている。

【0052】

制御電圧調整回路２０には、制御装置１０から、高調波抑制装置４の運転状態に基づいて決定された切替信号が入力される。制御電圧調整回路２０は、切替信号に基づいて、ブートストラップコンデンサー１８を充電する最大電圧を決定する。このとき、負荷電流検出部１１が検出した負荷電流が閾値Ｇ（第３閾値）以上場合には、スイッチング素子の発熱量が多いため、制御装置１０は、負荷電流の値に基づいて、第１切替信号を出力する。制御電圧調整回路２０は、第１切替信号に基づいて、制御電源１６の制御電圧を、例えば一定量だけ高くする。これにより、スイッチング素子の損失を抑制する。一方、負荷電流が閾値Ｇ未満の場合には、スイッチン素子の発熱量が相対的に小さくなるため、運転における温度余裕ができる。この場合には、制御装置１０が、負荷電流の値に基づいて、第２切替信号を出力する。制御電圧調整回路２０は、第２切替信号に基づいて、制御電源１６の制御電圧を、例えば一定量だけ低くする。これにより、スイッチング損失が増加するものの、スイッチング時のノイズを低減することが出来る。ここでは、制御電圧調整回路２０での調整を、閾値以上と閾値未満の２段階としているが、負荷電流の値または高調波抑制装置４の運転状態に応じてさらに細分化してもよい。

【0053】

メモリ２１は、高調波抑制装置４のブートストラップコンデンサー１８の充電方式として、複数の充電方式を記憶している。図５の例では、メモリ２１は、第１充電方式を記憶した第１記憶部２２と、第２充電方式を記憶した第２記憶部２３とを有している。第１記憶部２２が記憶する第１充電方式は、負荷電流に基づくブートストラップコンデンサー１８の充電方式である。第１充電方式は、高調波発生負荷３が動作状態で、且つ、交流電源２が不平衡あるいは電源インピーダンスが閾値Ｉより大きい場合に適用される。第２記憶部２３が記憶する第２充電方式は、交流電源２の電源電圧に基づくブートストラップコンデンサー１８の充電方式である（例えば特許文献１参照）。第２充電方式は、交流電源２の正常時または負荷電流検出部１１が負荷電流を検出していない場合に適用される。第２充電方式では、交流電源２の位相を基に、対応する下側スイッチング素子のデューティー比を０％を超える１００％以下に制限して、当該下側スイッチング素子をスイッチングさせる。これにより、上側スイッチング素子の駆動回路１３のブートストラップコンデンサー１８が充電される。第１充電方式の詳細については、図６のフローチャートおよび図７のフローチャートを用いて後述する。

【0054】

第１充電方式で充電を行うか、あるいは、第２充電方式で充電を行うかについては、制御装置１０から切替回路２５に入力される切替信号によって選択される。制御装置１０は、負荷電流のみに基づいて、切替信号を出力してもよいが、交流電源２の状態および電源インピーダンスの値などの他のパラメータも判定に用いる場合には、判定テーブルを予めメモリに記憶しておいてもよい。その場合には、制御装置１０は、どのような条件を満たした場合に第１切替信号を出力し、どのような条件を満たした場合に第２切替信号を出力するのかを予め定めた判定テーブルをメモリに記憶する。そして、当該判定テーブルに基づいて切替信号を出力するようにすればよい。切替回路２５は、切替信号に従って、第１記憶部２２から第１充電方式を読み出すか、あるいは、第２記憶部２３から第２充電方式を読み出す。これにより、ブートストラップ制御回路２４は、選択された充電方式で、且つ、負荷電流の検出値または電源電圧の検出値のうち、当該充電方式に対応する検出値を用いて、ブートストラップコンデンサー１８を充電するための制御信号を、駆動ＩＣ１７へ出力する。

【0055】

このように、第１記憶部２２が記憶する第１充電方式は、高調波発生負荷３が動作状態で負荷電流が検出され、且つ、交流電源２が不平衡あるいは電源インピーダンスが大きい場合に適用する。第２記憶部２３が記憶する第２充電方式は、交流電源２の電源正常時または負荷電流を検出していない場合に適用する。このように、交流電源２または負荷電流の状態に応じて、第１充電方式と第２充電方式とを切り替えて用いることで、交流電源２の状態、および、高調波発生負荷３の負荷電流の状態に関わらず、ブートストラップコンデンサー１８に充電が可能である。なお、ここでは、負荷電流が発生している場合においては、第１記憶部２２が記憶する第１充電方式を適用するとしたが、その場合に限らず、第２記憶部２３が記憶する第２充電方式を適用するようにしてもよい。ただし、制御の安定化の観点から、ブートストラップコンデンサー１８を充電している間は、充電方式の切替の動作を行わないようにする。そのため、制御装置１０は、ブートストラップコンデンサー１８の充電中は、切替信号の出力を変化させない。

【0056】

実施の形態１では、以上の構成および動作のように、負荷電流が流れない場合には、電源電圧に基づいて、充電相のブートストラップコンデンサー１８を充電する。また、負荷電流が流れる場合には、負荷電流に基づいて、充電相のブートストラップコンデンサー１８を充電する。これにより、交流電源２の電圧に歪みが重畳している影響または交流電源２が不平衡となることによる影響を、最小限に抑制することができるので、高調波抑制装置４の起動を円滑にすることができる。また、実施の形態１では、高調波抑制装置４が交流電源２の位相を正しく認識できないことに起因して、急峻な大電流が流れたことにより、高調波抑制装置４が起動できないという問題が解消される。そのため、空気調和システム１と高調波抑制装置４とが連携運転している場合においても、高調波抑制装置４が起動できないことに空気調和システム１の運転が妨げられるといった問題も生じることがなくなる。

【0057】

なお、ここでは、充電方式として、第１充電方式と第２充電方式との２種類としているが、充電方式の個数は３以上であってもよい。具体的には、後述する図６または図７のフローから一部分のステップを削除した充電方式、あるいは、後述する図６または図７のフローに何らかのステップを追加した充電方式なども用意しておいてもよい。その場合、それらの充電方式を第３の充電方式および第４の充電方式などとして、予めメモリ２１に記憶しておき、制御装置１０からの切替信号により、それらの中から１つを選択して用いる。

【0058】

なお、実施の形態１に係る高調波抑制装置４のスイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚは、ワイドバンドギャップ半導体で構成されていてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）、または、ダイヤモンドである。

【0059】

上側スイッチング素子７０ｒ～７０ｔ及び下側スイッチング素子７０ｘ～７０ｚが、ワイドバンドギャップ半導体によって構成されている場合の効果について説明する。ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧が高く、許容電流密度も高い。そのため、スイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚの小型化が可能となる。その結果、そのようなスイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚを組み込んだ半導体モジュールの小型化も可能となる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性もよいので、スイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚに対するヒートシンクを小型化することもできる。さらに、ワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子７０ｒ～７０ｔおよび７０ｘ～７０ｚに適用した場合、そのオン抵抗が低く、導通損失が小さくなり、また、スイッチング損失も小さい。その他、必要となるゲート電荷量も小さくなるため、ブートストラップコンデンサー１８の充電時間が短くなる。

【0060】

（実施の形態１の動作）
図６は、実施の形態１に係る高調波抑制装置４のブートストラップコンデンサー１８の充電制御例を説明するフローチャートである。図６は、Ｒ相、Ｓ相、および、Ｔ相のすべての相で、負荷電流が発生している場合のフローを示している。すなわち、図６のフローは、図５に示す第１記憶部２２に記憶された第１充電方式に該当する。図６のフローは、負荷電流がすべての相に流れている場合に適用される。

【0061】

（ステップＳ１）
制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の負荷電流の実効値が閾値Ａよりも大きいか判定する。閾値Ａは、予め設定された値であり、充電開始か否かを判定するための充電開始閾値である。高調波抑制装置４は、負荷電流の実効値が閾値Ａを超えている場合は、ステップＳ２に進む。一方、負荷電流の実効値が閾値Ａを超えていない場合は、図６の処理をそのまま終了する。

【0062】

（ステップＳ２）
制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の中から、負荷電流が最も小さい相を検出する。

【0063】

（ステップＳ３）
制御装置１０は、前回の充電相の負荷電流の最小値に基づいて、各相の充電を開始する負荷電流の閾値Ｂを設定する。なお、これに限らず、閾値Ｂは、予め設定された固定値であってもよい。

【0064】

（ステップＳ４）
制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の中で、Ｒ相の負荷電流が最も小さいか判定する。制御装置１０は、Ｒ相の負荷電流が最も小さい場合はステップＳ５に進む。一方、Ｒ相の負荷電流が最も小さくない場合は、ステップＳ７に進む。

【0065】

（ステップＳ５）
制御装置１０は、Ｒ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っているか判定する。制御装置１０は、Ｒ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っている場合は、ステップＳ６に進む。一方、Ｒ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っていない場合は、処理をそのまま終了する。

【0066】

（ステップＳ６）
制御装置１０は、Ｒ相の駆動回路１３ｒのブートストラップコンデンサー１８を充電するための制御信号６１を出力する。これにより、駆動ＩＣ１７が、下側スイッチング素子７０ｘを駆動させるための駆動信号６２を出力する。これにより、下側スイッチング素子７０ｘがＯＮ駆動され、Ｒ相の駆動回路１３ｒのブートストラップコンデンサー１８が充電される。

【0067】

（ステップＳ７）
制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の中で、Ｓ相の負荷電流が最も小さいか判定する。制御装置１０は、Ｓ相の負荷電流が最も小さい場合はステップＳ８に進む。一方、Ｓ相の負荷電流が最も小さくない場合は、ステップＳ１０に進む。

【0068】

（ステップＳ８）
制御装置１０は、Ｓ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っているか判定する。制御装置１０は、Ｓ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っている場合はステップＳ９に進む。一方、Ｓ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っていない場合は、処理をそのまま終了する。

【0069】

（ステップＳ９）
制御装置１０は、Ｓ相の駆動回路１３ｓのブートストラップコンデンサー１８を充電するための制御信号６１を出力する。これにより、駆動ＩＣ１７が、下側スイッチング素子７０ｙを駆動させるための駆動信号６２を出力する。これにより、下側スイッチング素子７０ｙがＯＮ駆動され、Ｓ相の駆動回路１３ｓのブートストラップコンデンサー１８が充電される。

【0070】

（ステップＳ１０）
制御装置１０は、Ｔ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っているか判定する。制御装置１０は、Ｔ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っている場合はステップＳ１１に進む。一方、Ｔ相の負荷電流が閾値Ｂを下回っていない場合は、処理をそのまま終了する。

【0071】

（ステップＳ１１）
制御装置１０は、Ｔ相の駆動回路１３ｔのブートストラップコンデンサー１８を充電するための制御信号６１を出力する。これにより、駆動ＩＣ１７が、下側スイッチング素子７０ｚを駆動させるための駆動信号６２を出力する。これにより、下側スイッチング素子７０ｚがＯＮ駆動され、Ｔ相の駆動回路１３ｔのブートストラップコンデンサー１８が充電される。

【0072】

図７は、実施の形態１における負荷電流が発生しない相がある場合の高調波抑制装置４におけるブートストラップコンデンサー１８の充電制御例を説明するフローチャートである。すなわち、図７のフローは、図５に示す第２記憶部２２が記憶する第１充電方式に該当する。図７のフローは、負荷電流が流れていない相がある場合に適用する。

【0073】

（ステップＳ２１）
制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の負荷電流の実効値から、実効値が最大の相と、最小の相とを選択する。以下では、最大の相の実効値を、最大実効値と呼び、最小の相の実効値を、最小実効値と呼ぶ。制御装置１０は、最大実効値と最小実効値との比が閾値Ｐ以上か否かを判定する。制御装置１０は、当該比が閾値Ｐ以上の場合は、ステップＳ２２に進む。一方、制御装置１０は、当該比が閾値Ｐ未満の場合は、処理をそのまま終了する。

【0074】

（ステップＳ２２）
制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相のすべての相の負荷電流が、予め設定された閾値Ｑ（第２閾値）以下か否かを判定する。制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相のすべての相の負荷電流が、閾値Ｑ以下の場合は、ステップＳ２３に進む。一方、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の少なくとも１つの相の負荷電流が閾値Ｑを超えていれば、制御装置１０は、処理をそのまま終了する。

【0075】

（ステップＳ２３）
制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相のすべての相の負荷電流が閾値Ｑ以下の第１期間を検出する。制御装置１０は、第１期間の直前の期間の負荷電流が流れているときに、充電した相がＲ相か判定する。制御装置１０は、充電した相がＲ相である場合は、ステップＳ２４に進む。一方、Ｒ相でない場合は、ステップＳ２５に進む。

【0076】

（ステップＳ２４）
制御装置１０は、Ｓ相をブートストラップコンデンサー１８の充電相として設定する。

【0077】

（ステップＳ２５）
制御装置１０は、第１期間の直前の期間の負荷電流が流れているときに、充電した相がＳ相か判定する。制御装置１０は、充電した相がＳ相である場合は、ステップＳ２６に進む。一方、Ｓ相でない場合は、ステップＳ２７に進む。

【0078】

（ステップＳ２６）
制御装置１０は、Ｔ相をブートストラップコンデンサー１８の充電相として設定する。

【0079】

（ステップＳ２７）
制御装置１０は、第１期間の直前の期間の負荷電流が流れているときに、充電した相がＴ相か判定する。制御装置１０は、充電した相がＴ相である場合は、ステップＳ２８に進む。一方、Ｔ相でない場合は、そのまま処理を終了する。

【0080】

（ステップＳ２８）
高調波抑制装置４は、Ｒ相をブートストラップコンデンサー１８の充電相として設定する。

【0081】

（ステップＳ２９）
制御装置１０は、すべての相の負荷電流が閾値Ｑ以下でほとんど流れていない期間に、充電相のブートストラップコンデンサー１８を充電したいタイミングで充電するために、充電開始遅れ時間が経過しているか判定する。制御装置１０は、充電開始遅れ時間が経過している場合はステップＳ３０へ進む。一方、充電開始遅れ時間が経過していない場合は、処理をそのまま終了する。

【0082】

（ステップＳ３０）
制御装置１０は、充電相のブートストラップコンデンサー１８を充電する。

【0083】

実施の形態１では、図６に示すように、制御装置１０が、負荷電流が最も小さい相を、充電相として検出する。制御装置１０は、充電相の負荷電流が、前回の充電相の負荷電流の最小値に基づいて決定された閾値Ｂを下回った場合に、ブートストラップコンデンサーの充電を行う。

【0084】

また、実施の形態１では、図７に示すように、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の中で、負荷電流が流れない相が発生している場合には、制御装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の負荷電流の実効値の中から、最大実効値と最小実効値とを選択する。制御装置１０は、最大実効値と最小実効値との比が閾値Ｐ以上の場合には、すべての相に電流がほとんど流れていない第１期間を判別する。制御装置１０は、第１期間の直前の期間に検出した相を判定し、当該相に基づいて充電相を決定する。

【0085】

以上のように、実施の形態１の高調波抑制装置４は、負荷電流が流れる場合は、負荷電流に基づいて充電を行い、負荷電流が流れない場合は、電源電圧に基づいて充電を行う。交流電源２の電圧不平衡が著しい、または、電源インピーダンスが大きいなどの理由で、交流電源２の電源電圧には、歪みが重畳している場合がある。実施の形態１では、そのような場合においても、交流電源２の影響を受けることなく、上側スイッチング素子を駆動させるためのブートストラップコンデンサー１８を充電することができる。これにより、高調波抑制装置４を安定して起動させることができる。

【0086】

なお、従来の充電方法として、電源電圧と位相とを検出して充電相を決定する方法が考えられるが、電源電圧に歪みが重畳している場合には、交流電源２の位相を正しく認識することができない。その場合、最悪の場合には、高調波抑制装置４が起動できない場合がある。実施の形態１では、当該課題が解決でき、上記のように、高調波抑制装置４を安定して起動させることができる。

【0087】

また、交流電源２の相間電圧不平衡、または、電源電圧歪みが大きい場合には、従来の充電方式では、交流電源２の位相情報が安定しない。その場合に、電源の位相情報を用いて、ブートストラップコンデンサー１８を充電すると、電源位相情報が安定しないため、充電タイミングがずれてしまい、過電流により高調波抑制装置４が起動できない場合がある。実施の形態１では、負荷電流からブートストラップコンデンサー１８の充電タイミングを決定するため、このような過電流の問題も回避することができる。

【0088】

実施の形態１では、高調波抑制装置４のブートストラップコンデンサー１８の充電は、負荷電流が最小をとる相の負荷電流が、前回の負荷電流の最小値より決定した閾値Ｂを下回った場合に、実施する。このとき、ブートストラップコンデンサー１８の充電を開始する負荷電流は、あらかじめ決められた固定値であってもよい。また、負荷電流が流れない相が発生している場合には、負荷電流が流れる相の中で最大実効値をとる相と負荷電流が流れない相の実効値電流との比を求める。当該比が閾値Ｐ以上の場合に、負荷電流がほとんど流れていない期間の直前に充電した相に基づいて充電相を決定し、充電を実施する。これらによって、高調波抑制装置４は、交流電源２に歪み等の電源電圧位相の判別に影響を与える要素が重畳されている場合でも、当該影響を受けることがない。したがって、高調波抑制装置４は、電源短絡させることなく、ブートストラップコンデンサー１８を充電することができる。

【符号の説明】

【0089】

１ 空気調和システム、２ 交流電源、３ 高調波発生負荷、４ 高調波抑制装置、５ 冷媒回路、６ リプルフィルタ、７ スイッチング回路、８ リアクトル、８ａ リアクトル、８ｂ リアクトル、８ｃ リアクトル、９ コンデンサー、１０ 制御装置、１０ａ 充電相決定部、１０ｂ 制御信号生成部、１１ 負荷電流検出部、１１ｒ 負荷電流検出部、１１ｔ 負荷電流検出部、１２ 補償電流検出部、１２ａ 補償電流検出部、１２ｃ 補償電流検出部、１３ 駆動回路、１３ｒ 第１駆動回路、１３ｓ 第１駆動回路、１３ｔ 第１駆動回路、１３ｘ 第２駆動回路、１３ｙ 第２駆動回路、１３ｚ 第２駆動回路、１４ 電流制限抵抗、１５ ダイオード、１６ 制御電源、１８ ブートストラップコンデンサー、２０ 制御電圧調整回路、２１ メモリ、２２ 第１記憶部、２３ 第２記憶部、２４ ブートストラップ制御回路、２５ 切替回路、３０ 整流器、３１ 直流リアクトル、３２ 平滑コンデンサー、５０ 圧縮機、５１ 熱交換器、５２ 熱交換器、５３ 膨張弁、５４ 冷媒配管、６１ 制御信号、６２ 駆動信号、６２ｘ 駆動信号、６２ｙ 駆動信号、６２ｚ 駆動信号、６３ 接続点、６４ リアクトル、６４ａ リアクトル、６４ｂ リアクトル、６４ｃ リアクトル、６５ コンデンサー、６５ａ コンデンサー、６５ｂ コンデンサー、６５ｃ コンデンサー、７０ スイッチング素子、７０ｒ 上側スイッチング素子、７０ｓ 上側スイッチング素子、７０ｔ 上側スイッチング素子、７０ｘ 下側スイッチング素子、７０ｙ 下側スイッチング素子、７０ｚ 下側スイッチング素子、７１ ダイオード、７２ 中点、７２ａ 中点、７２ｂ 中点、７２ｃ 中点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】