CN103856068A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供使结合电容器的导电体的电感进一步减小的电力变换装置。该电力变换装置拥有包含串联连接的第一电解电容器和第二电解电容器、串联连接的第三电解电容器和第四电解电容器的平滑电路，第一电解电容器的正极端子与第三电解电容器的负极端子之间的距离比第一电解电容器的正极端子与第四电解电容器的正极端子之间的距离还短，第四电解电容器的正极端子与第二电解电容器的负极端子之间的距离比第四电解电容器的正极端子与第一电解电容器的正极端子之间的距离还短。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及一种拥有具有电容器的平滑电路的电力变换装置。
背景技术
作为输入而接受交流，并为了向负荷提供电力而输出交流的电力变换装置已被众所周知。这种电力变换装置通过整流器和平滑电路将所输入的交流先变换为直流。然后，电力变换装置通过逆变器（Inverter）将直流变换成交流，并输出所得到的交流。
根据这种现有技术的电力变换装置，例如记载在专利文献1中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-193593号公报
平滑电路将来自整流器的脉动电流变换为直流。该平滑电路包括多个电解电容器。这些多个电解电容器通过导电体结合。优选地，该导电体的电感越小越好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使结合电容器的导电体的电感进一步减小的电力变换装置。
根据本发明的各种实施方式，一种电力变换装置，拥有包含串联连接的第一电解电容器和第二电解电容器、串联连接的第三电解电容器和第四电解电容器的平滑电路，所述第一电解电容器的正极端子与所述第四电解电容器的正极端子连接于正电位导电体，所述第二电解电容器的负极端子与所述第三电解电容器的负极端子连接于负电位导电体，所述第一电解电容器的负极端子与所述第二电解电容器的正极端子连接于共通电位导电体，所述第三电解电容器的正极端子与所述第四电解电容器的负极端子连接于所述共通电位导电体，所述第一电解电容器的正极端子与所述第三电解电容器的负极端子之间的距离比所述第一电解电容器的正极端子与所述第四电解电容器的正极端子之间的距离还短，所述第四电解电容器的正极端子与所述第二电解电容器的负极端子之间的距离比所述第四电解电容器的正极端子与所述第一电解电容器的正极端子之间的距离还短。
根据本发明，可以提供能够使结合电容器的导电体的电感进一步减小的电力变换装置。
附图说明
图1为表示根据本发明的某一个实施方式的电力变换装置的图。
图2为电力变换装置的立体图。
图3为表示设置在印刷电路基板的作为正电位导电体P的正电位图案的图。
图4为表示设置在印刷电路基板的作为负电位导电体N的负电位图案的图。
图5为根据替代实施方式的电力变换装置的立体图。
图6为表示电解电容器的正极端子以及负极端子的配置的图。
图7为表示设置在印刷电路基板等上的导电体的图。
图8为表示设置在印刷电路基板等上的导电体的图。
图9为表示现有技术的平滑电路的图。
图10为表示根据本发明的某一个实施方式的平滑电路的图。
图11为平滑电路的正电位导电体以及负电位导电体的概略图。
符号说明：
C1～C4      电解电容器
d1～d4      距离
C1P～C4P    正极端子
C1N～C4N    负极端子
具体实施方式
以下，利用附图来详细说明本发明的电力变换装置的示例性实施方式。在附图中同一个或者相同的构成要素通过相同的参照符号得以示出。
（系统的概述）
图1为表示根据本发明的某一个实施方式的电力变换装置100的图。电力变换装置100包含整流器110、平滑电路120以及逆变器130。整流器110在其输入端接受例如三相交流。逆变器130在其输出端输出例如三相交流。
整流器110包含例如三个脚3R、3S以及3T。各个脚3R、3S以及3T包括两个开关元件。开关元件例如为MOSFET（金属-氧化层-半导体场效晶体管）。整流器110例如由PWM（脉冲宽度调制）控制。整流器110还可以是二极管电桥。整流器110只要是任意的适宜类型的整流器即可。整流器110可以包含任意的适宜个数的任意的适当的开关元件或整流元件。
平滑电路120包含例如8个电容器C1～C8。平滑电路120所包含的电容器的数量并不局限于8个，只要是适当的数量即可。电容器C1～C8为典型的大容量的电解电容器。平滑电路120可以包含任意的适宜个数的任意的适当的电容器。
电容器C1、C4、C5、C8的正极端子通过正电位导电体P彼此连接。正电位导电体P既可以是包含在印刷电路基板上的导电图案，也可以是金属制的总线条（也称为汇流条）。电容器C2、C3、C6、C7的负极端子通过负电位导电体N彼此连接。负电位导电体N可以是包含在印刷电路基板上的导电图案，也可以是金属制的总线条。电容器C1、C4、C5、C8的负极端子和电容器C2、C3、C6、C7的正极端子通过共通电位导电体C彼此连接。共通电位导电体C可以是包含在印刷电路基板上的导电图案，也可以是金属制的总线条。
逆变器130包含三个脚3U、3V以及3W。各个脚3U、3V以及3W包括两个开关元件。开关元件例如为MOSFET。逆变器130只要是任意的适宜类型的逆变器即可。逆变器130可以包含任意的适宜个数的任意的适当的开关元件。例如，包含在各个脚的开关元件的数量并不局限于上述具体的个数，只要是适宜的个数即可。
图2为电力变换装置100的立体图。电解电容器C1～C8设置在印刷电路基板210上。电解电容器C1～C8的附近设有逆变器130的脚3U、3V以及3W。电解电容器C1～C8与脚3U、3V以及3W中的对应的脚结合。
印刷电路基板220上设有典型的电力变换装置100中附带的电子电路部件。印刷电路基板210和印刷电路基板220的配置关系并不局限于图示的配置，可以采用任意的适当的配置关系。前述的正电位导电体P、负电位导电体N以及共通电位导电体C例如体现为印刷电路基板210的导电图案。如果通过金属制的总线条来实现正电位导电体P、负电位导电体N以及共通电位导电体C，则与印刷电路基板相比可以流通更大的电流。
（导电体图案）
图3为表示设在印刷电路基板210的作为正电位导电体P的正电位图案310的图。图3的纸面里侧有电解电容器C1～C8。电解电容器C1～C8分别具有正极端子（用参照符号P表示）以及负极端子（用参照符号N表示）。例如，电解电容器C1具有正极端子C1P以及负极端子C1N。这种参照符号的标记方法，对于电解电容器C2～C8也相同。
正电位图案310将电解电容器C1的正极端子C1P、电解电容器C4的正极端子C4P、电解电容器C5的正极端子C5P、以及电解电容器C8的正极端子C8P彼此连接。端子391～393连接于逆变器130的脚3U、3V以及3W的正极。正电位图案310向逆变器130供给正电压。图3的箭头表示从正极端子C1P和C4P向端子391流动的电流的路径。
共通电位图案352将电解电容器C1的负极端子C1N、电解电容器C2的正极端子C2P、电解电容器C3的正极端子C3P以及电解电容器C4的负极端子C4N彼此连接。共通电位图案354将电解电容器C5的负极端子C5N、电解电容器C6的正极端子C6P、电解电容器C7的正极端子C7P以及电解电容器C8的负极端子C8N彼此连接。
共通电位图案352、354具有电力变换装置100的共通电位。即，共通电位图案352、354起到电力变换装置100的接地作用。图3中示出的参照符号中没有在上面的说明中予以参照的符号，将在下面的关于图4的说明中得到参照。
图4为表示设置在印刷电路基板210的作为负电位导电体N的负电位图案410的图。负电位图案410将电解电容器C2的负极端子C2N、电解电容器C3的负极端子C3N、电解电容器C6的负极端子C6N以及电解电容器C7的负极端子C7N彼此连接。端子491～493连接于逆变器130的脚3U、3V以及3W的负极。负电位图案410向逆变器130供给负电压。图4的箭头表示从端子491向负极端子C2N以及C3N流动的电流的路径。
正电位图案310以及负电位图案410从整流器110接收脉动电力而进行平滑化，然后向逆变器130供给直流电力。正电位图案310以及负电位图案410除了端子391～393以及491～493之外，还可以包含用来接收来自整流器110的电力的端子。这种端子例如在正电位图案310以及负电位图案410上，位于与端子391～393以及491～493所在的位置一侧相对的一侧的附近。这些端子可以取任意的适当的形状和位置。
印刷电路基板210例如具有两个以上的层。典型地，正电位图案310以及负电位图案410分别设置在印刷电路基板210的多个层中的两个层上。
在替代的实施方式中，正电位图案310以及负电位图案410还可以设置在不同的印刷电路基板上。例如，正电位图案310以及负电位图案410还可以单独设置在图2的印刷电路基板210、220上。
作为使用印刷电路基板210的替换例，正电位图案310以及负电位图案410还可以通过总线条来实现。
图5为根据替代的实施方式的电力变换装置500的立体图。在电力变换装置500中，正电位导电体P、负电位导电体N以及共通电位导电体C中的至少两个为金属制的总线条510、520。总线条510、520连接于半导体开关元件591～592。
（电容器端子的配置关系）
图6为表示电解电容器C1～C4的正极端子以及负极端子的图。电解电容器C1以及C2被串联连接，电解电容器C3以及C4也被串联连接。这些串联连接的电解电容器C1、C2的一对和串联连接的电解电容器C3、C4的一对被并联连接。图6的电解电容器C1～C4为图1的平滑电路120的一部分。具体来讲，平滑电路120包含两组图6的电解电容器C1～C4。此时，8个电解电容器通过图3的正电位图案310以及图4的负电位图案410连接。
根据本发明的各种实施方式，d1<d2以及d3<d4的关系（下面称为“配置关系”）成立。这里，d1表示电解电容器C1的正极端子C1P和电解电容器C3的负极端子C3N之间的距离。d2表示电解电容器C1的正极端子C1P和电解电容器C2的负极端子C2N之间的距离。d3表示电解电容器C4的正极端子C4P和电解电容器C2的负极端子C2N之间的距离。d4表示电解电容器C4的正极端子C4P和电解电容器C3的负极端子C3N之间的距离。换句话说，根据本发明的各种实施方式的配置关系中，连接电解电容器C1的正极端子C1P和电解电容器C4的正极端子C4P的线段与连接电解电容器C2的负极端子C2N和电解电容器C3的负极端子C3N的线段交叉。
图3的正电位图案310和图4的负电位图案410包含两组图6的电解电容器C1～C4组。各种实施方式中，并不局限于两组，可以包含任意的适宜个数的电解电容器。在替代的实施方式中，还可以用单一的电解电容器来代替串联连接的电解电容器C1、C2，用单一的电解电容器来代替串联连接的电解电容器C3、C4。
本发明的各种实施方式满足上述配置关系。此时，如图3和图4所示，在电解电容器C1～C4中流动的电流朝着相互面对的方向流动。其结果，根据后述的互感，得到平滑电路120的电感减小的特别的效果。此外，如果将正电位导电体P、负电位导电体N以及共通电位导电体C由同一个印刷电路基板210实现，则电流的流路进一步接近，因此可以进一步减小电感。
图7为表示设置在印刷电路基板等上的导电体710的图。导电体710具有长度l、宽度w以及厚度t。此时，导电体710的电感L为L＝μ0l/2π[ln（2l/w+t）+1/2+0.2235(w+t)/l］。μ0为真空透磁率，π为圆周率，ln为自然对数。
图8为表示设置在印刷电路基板上的导电体810、812的图。导电体810、812分别具有长度l、宽度w以及厚度t，而且隔开间隔d而配置。此时，假设导电体810具有电感Lg，导电体812具有电感Ls，导电体810与导电体812的互感为M，则导电体810以及导电体812的合成电感L为L=Lg+Ls-2M。导电体810与导电体812的互感M为M=μ0l/2π[ln（2l/d）-1+d/l]。
（减小电感）
图9为现有技术的平滑电路900的图。平滑电路900中串联连接的电解电容器C1、C2和串联连接的电解电容器C3、C4被并联连接。图案910将电解电容器C1的正极端子P1和电解电容器C4的正极端子P2相互连接。图案912将电解电容器C2的负极端子N1和电解电容器C3的负极端子N2相互连接。
具体来讲，在平滑电路900中，电解电容器C1的正极端子P1与电解电容器C3的负极端子N2之间的距离比电解电容器C1的正极端子P1与电解电容器C4的正极端子P2之间的距离还长。此外，在平滑电路900中，电解电容器C2的负极端子N1与电解电容器C4的正极端子P2之间的距离比电解电容器C2的负极端子N1与电解电容器C3的负极端子N2之间的距离还长。
图案910、912的厚度为0.018mm，图案宽度为5mm。此时，线圈LP1的电感为14nH+14nH=28nH。
图10为本发明的实施方式的平滑电路1000的图。平滑电路1000中串联连接的电解电容器C1、C2和串联连接的电解电容器C3、C4被并联连接。图案1010将电解电容器C1的正极端子P1和电解电容器C3的负极端子N2相互连接。图案1012将电解电容器C2的负极端子N1和电解电容器C4的正极端子P2相互连接。
具体来讲，在平滑电路1000中，电解电容器C1的正极端子P1与电解电容器C3的负极端子N2之间的距离比电解电容器C1的正极端子P1与电解电容器C4的正极端子P2之间的距离还短。此外，在平滑电路1000中，电解电容器C2的负极端子N1与电解电容器C4的正极端子P2之间的距离比电解电容器C2的负极端子N1与电解电容器C3的负极端子N2之间的距离还短。
图案1010、1012的厚度为0.018mm，图案宽度为5mm。此时，线圈LP2的电感为14nH+14nH-12nH=16nH。因此，平滑电路1000的线圈LP2的电感比以往的线圈LP1的电感还小。
图11为平滑电路120的正电位导电体1110和负电位导电体1120的概略图。区域1112、1122中分别设有逆变器130的正极以及负极。导电体1110、1120分别具有两组图3的正电位图案以及图4的负电位图案。
逆变器正电位导电体1110以及负电位导电体1120例如分别对应于正电位图案310以及负电位图案410。因此，正电位导电体1110以及负电位导电体1120设置在印刷电路基板210的层中的两个层中。作为使用印刷电路基板210的替换例，如图5所示，正电位导电体1110以及负电位导电体1120还可以通过金属制的总线条来实现。
在正电位导电体1110中，电解电容器中流动电流Pf1以及Pf2。在负电位导电体1120中，电解电容器中流动电流Nf1以及Nf2。根据本发明的各种实施方式，电流Pf1和电流Nf1相互抵消，电流Pf2和电流Nf2相互抵消。换句话说，在接近的图案（或者总线条）中流动的电流Pf1和电流Nf1朝着相互面对的方向流动，在接近的图案（或者总线条）中流动的电流Pf2和电流Nf2朝着相互面对的方向流动。如图10所示，可以减小互感。
电力变换装置100可以包含除了整流器110、平滑电路120以及逆变器130之外的增设的构成要素。相反，电力变换装置100还可以省略整流器110、平滑电路120以及逆变器130的一部分构成要素。电力变换装置100所具有的各种功能无需像整流器110、平滑电路120以及逆变器130那样被模块化，可以以任意的适宜的方式被模块化。
在各种实施方式中使用的正电位、负电位以及共通电位导电体可以由任意的适当的材料制作。这种材料中例如有铜、黄铜、铁、不锈钢。正电位、负电位以及共通电位导电体只要满足上述的配置关系，可以利用任意的适当的图案形状以及图案厚度。
正如本领域技术人员的理解，上述的各种构成要素（例如硬件的要素）可以省略其中一部分。相反，也可以使用附加的要素。
根据本发明，由于能够提供使结合电容器的导电体的电感进一步减小的电力变换装置，因此有用。

Claims (4)

1.一种电力变换装置，拥有包含串联连接的第一电解电容器和第二电解电容器、串联连接的第三电解电容器和第四电解电容器的平滑电路，其特征在于，
所述第一电解电容器的正极端子与所述第四电解电容器的正极端子连接于正电位导电体，
所述第二电解电容器的负极端子与所述第三电解电容器的负极端子连接于负电位导电体，
所述第一电解电容器的负极端子与所述第二电解电容器的正极端子连接于共通电位导电体，
所述第三电解电容器的正极端子与所述第四电解电容器的负极端子连接于所述共通电位导电体，
所述第一电解电容器的正极端子与所述第三电解电容器的负极端子之间的距离比所述第一电解电容器的正极端子与所述第四电解电容器的正极端子之间的距离还短，
所述第四电解电容器的正极端子与所述第二电解电容器的负极端子之间的距离比所述第四电解电容器的正极端子与所述第一电解电容器的正极端子之间的距离还短。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，印刷电路基板设有所述正电位导电体、所述负电位导电体以及所述共通电位导电体。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，进一步包含整流器以及逆变器。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，所述电力变换装置具有三组所述平滑电路，以对三相电力进行变换。
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