CN104380587A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

一种功率转换装置，包括多个功率转换电路(1)，该功率转换电路由开关元件(4)构成，还包括：直流导体(2P、2N)，该直流导体(2P、2N)设置于各功率转换电路(1)，向功率转换电路(1)提供直流电；以及直流连接总线(3P、3N)，该直流连接总线(3P、3N)设置于各功率转换电路(1)，并且其长度使其具有用于对从其它功率转换电路(1)流入的伴随着开关元件(4)进行开关而产生的纹波电流进行抑制的电感，该直流连接总线(3P、3N)以该长度将其它的功率转换电路(1)和直流导体(2P、2N)连接。

Description

功率转换装置
【技术领域】
本发明涉及功率转换装置。
【背景技术】
一般公知中，为构成大容量的功率转换装置将多个功率转换电路的直流侧并联连接。另外，功率转换装置大多为降低损失而减少阻抗分量。例如已知有：构成功率转换电路的电容和半导体元件与薄板状且层叠的导体相连接，来降低电感分量。另外，还公开了通过利用泄放电阻连接多台逆变器，从而抑制多台逆变器之间的纹波电流(例如参照专利文献1)。此外，还揭示为改善电路径的不均而构成且能大电流化的功率转换装置(例如参照专利文献2)。
然而，将数个功率转换电路并联连接而成的功率转换装置的情况下，因一个功率转换电路中进行PWM(pulse width modulation：脉宽调制)控制而进行开关，随之产生的的纹波电流流入其他功率转换电路。在为降低阻抗分量而构成的功率转换装置中，由于降低该纹波电流较困难，因此影响较大。
另外，为降低纹波电流而设置电抗器和电阻器等元器件的情况下，功率转换装置变得大型化。另外，在将功率转换装置单元化的情况下，难以在单元内确保设置电抗器和电阻器等元器件的空间。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利特开7-123724号公报
【专利文献2】日本专利特开2012-95472号公报
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种功率转换装置，包括多个功率转换电路，能抑制功率转换电路间流动的伴随进行开关而产生的纹波电流，并能小型化。
基于本发明观点的功率转换装置，包括：第1功率转换电路，该第1功率转换电路由第1开关元件构成；第2功率转换电路，该第2功率转换电路由第2开关元件构成；直流导体，该直流导体设置在所述第1功率转换电路，向所述第1功率转换电路提供直流电；以及连接导体，该连接导体设置在所述第1功率转换电路，其长度使其具有用于对伴随着所述第2功率转换电路的所述第2开关元件进行开关而产生的纹波电流的流入进行抑制的电感，并且该连接导体以该长度连接所述直流导体和所述第2功率转换电路。
【附图说明】
图1是示出了本发明的第1实施方式所涉及的功率转换单元的结构的结构图。
图2是示出了第1实施方式所涉及的功率转换单元的元件安装状态的结构图。
图3是示出了由本发明的第1实施方式所涉及的四个功率转换单元构成的功率转换装置的结构的结构图。
图4是示出了本发明的第2实施方式所涉及的功率转换单元的结构的结构图。
【具体实施方式】
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
图1是示出了本发明的第1实施方式所涉及的功率转换单元1的结构的结构图。图2是示出了本实施方式所涉及的功率转换单元1的元件4、5的安装状态的结构图。图3是示出了由本实施方式所涉及的4个功率转换单元构成的功率转换装置10的结构的结构图。另外，图中对同一部分标注同一标号，并省略详细说明，主要针对不同的部分进行说明。以下的实施方式中也同样省略重复说明。
功率转换装置10包括四个功率转换单元1。所有功率转换单元1的直流侧通过两个直流母线导体6P、6N并联连接。正极侧直流母线导体6P与所有功率转换单元1的正极端子电连接。负极侧直流母线导体6N与所有功率转换单元1的负极端子电连接。
功率转换单元1是将直流电转换为三相交流电的三相逆变器。另外，功率转换单元1将三相交流电转换为直流电。功率转换单元1是功率转换电路(逆变器)单元化后而得到的。四个功率转换单元1各自的交流侧上连接有电力系统7。功率转换装置10将两个电力系统7之间的电连通。另外，电力系统7可以仅设有交流电源或交流负载中的某个，也可以两方都设置。另外，电力系统7也可为商用系统。
功率转换单元1包括正极直流导体2P、负极直流导体2N、正极侧直流连接总线3P以及负极侧直流连接总线3N、多个IGBT(insulated gatebipolar transistor：绝缘栅双极晶体管)4、以及多个电容5。
IGBT4和电容5设置在正极直流导体2P的平面上的位置。IGBT4和电容5的正极端子连接至正极直流导体2P。IGBT4和电容5的负极端子连接至负极直流导体2N。
IGBT4和电容5为构成三相功率转换电路的元件。功率转换单元1中，设置有构成功率转换电路的三相的IGBT4和电感5。另外，通过将多个IGBT4和电感5分别串联或并联连接，从而分别增加其电容量。通过采用上述结构的功率转换电路来进行直流电和交流电的相互转换。
IGBT4为包含开关元件的半导体，该开关元件由PWM控制来重复进行导通和截断，从而进行开关。IGBT4通过驱动(开关)来进行功率转换动作。通过该PWM控制来进行IGBT4的开关，随之有纹波电流发生。IGBT4中连接有与开关元件反向并联连接的反向并联二极管。
电容5与IGBT4并联连接。电容5为将直流电压平滑化的平滑电容。两个直流导体2P、2N为经过层叠的薄板状导体。直流导体2P、2N的面积较大的面为长方形。通过将直流导体2P、2N形成为经过层叠后的薄板状，来实现低阻抗化。两个直流导体2P、2N分别相对，并在电绝缘状态下尽量靠近，从而实现低电感化。两个直流导体2P、2N上也可以设置IGBT4和电容5以外的功率转换电路所需的元件等元器件。正极直流导体2P上施加有直流电压的正极。负极直流导体2N上施加有直流电压的负极。
参照图2，对IGBT4和电感5的安装方法进行说明。图2为从安装有IGBT4及电容5的正极直流导体2P侧观察到的图。IGBT4和电感5的安装位置由虚线示出。
正极直流导体2P上设置有多个安装孔22P、24P。安装孔22P为供用于固定电容5的正极端子的安装螺钉通过的孔。安装孔24P为供用于固定IGBT4的正极端子的安装螺钉通过的孔。
电容5的正极端子由从负极直流导体2N侧(电容5的安装面的相反侧)通过安装孔22P的安装螺钉固定。IGBT4的正极端子由从负极直流导体2N侧(IGBT4的安装面的相反侧)通过安装孔24P的安装螺钉固定。通过利用安装螺钉来固定，从而IGBT4和电容5各自的正极端子与正极直流导体2P电连接。
负极直流导体2N上设置有多个安装孔21N、23N。正极直流导体2P上设置有多个贯通孔21P、23P。负极直流导体2N的安装孔21N和正极直流导体2P的贯通孔21P为供用于固定电容5的负极端子的安装螺钉通过的孔。负极直流导体2N的安装孔23N和正极直流导体2P的贯通孔23P为供用于固定IGBT4的负极端子的安装螺钉通过的孔。贯通孔21P、23P为确保安装螺钉和正极直流导体2P之间的绝缘，而成为孔径大于安装孔21N、23N的孔。
电容5的负极端子由从负极直流导体2N侧按顺序通过安装孔21N和贯通孔21P的安装螺钉固定。IGBT4的负极端子由从负极直流导体2N侧按顺序通过安装孔23N和贯通孔23P的安装螺钉固定。通过利用安装螺钉来进行固定，从而IGBT4和电容5各自的负极端子与负极直流导体2N电连接。
三相的交流导体11上设置有多个安装孔25。IGBT4的交流端子由通过设置于交流导体11上的安装孔25的安装螺钉固定。通过利用安装螺钉来进行固定，从而IGBT4的交流端子与交流导体11电连接。交流导体11为图3示出的用于与电力系统7连接的导体。正极侧直流连接总线3P与正极直流导体2P电连接。正极侧直流连接总线3P可与正极直流导体2P一体化。正极侧直流连接总线3P将IGBT4和电容5的正极端子与正极侧直流母线导体6P电连接。
负极侧直流连接总线3N与负极直流导体2N电连接。负极侧直流连接总线3N可与负极直流导体2N一体化。负极侧直流连接总线3N将IGBT4和电容5的负极端子与负极侧直流母线导体6N电连接。
直流连接总线3P、3N为薄带状导体。直流连接总线3P、3N的连接侧(图1的上方)成为用于与其它电回路连接的连接端子。其它电气电路在图3中为直流母线导体6P、6N或其它功率转换单元1。直流连接总线3P、3N以从与直流母线导体2P、2N相连接一侧的相反侧露出的方式、与直流母线导体6P、6N连接。直流连接总线3P、3N均通过同样的负极直流导体2N侧，朝与直流母线导体6P、6N连接的方向延伸。
在这里，对直流连接总线3P、3N与直流导体2P、2N连接的部位进行说明。
直流连接总线3P、3N为确保具有用于对伴随着开关而产生的纹波电流进行抑制的阻抗，而在直流母线导体6P、6N的连接侧的反对侧与直流导体2P、2N连接。由此，直流母线导体6P、6N和直流导体2P、2N的距离构成得较长，从而直流连接总线3P、3N成为能在由括IGBT4和电感5构成的功率转换电路、与直流连接总线3P、3N之间保持电感分量的长度。该电感分量可抑制从其它功率转换单元1流入的纹波电流。两个直流连接总线3P、3N与电感相同，长度大致相同。
根据本实施方式，设定为具有对伴随在直流连接总线3P、3N中进行开关而产生的纹波电流进行抑制的电感分量的长度，从而抑制从其它功率转换单元1流入的纹波电流。由此，无需另外设置电抗器等具有电感分量的元件。因此，单元化的功率转换单元1的单元内没有充分的空间的情况下，通过设置直流连接总线3P、3N，能降低从其它的功率转换单元1流入的纹波电流。
此处，若只关注防止功率转换单元1之间流动的纹波电流流入，则考虑使直流母线导体6P、6N具有电感分量。然而，若直流母线导体6P、6N上具有电感分量，则可能会引起电位变动。例如，在任意两个功率转换单元1之间的电感不均等情况下，电感较低的功率转换单元1之间电流的流动变多。由此，装置中不希望流动的电流偏向特定的功率转换单元1。另外，功率转换单元1之间的距离基本上因两个功率转换单元1的组合不同而不同。因此，在使直流母线导体6P、6N在长度上具有电感分量的情况，通过两个功率转换单元1的组合来使电感相异。
相对于此，电流连接总线3P、3N连接在直流母线导体6P、6N与功率转换单元1的功率转换电路之间。直流母线导体6P、6N和各自的功率转换电路之间的距离能构成为几乎均等。
因此，通过使将直流母线导体6P、6N和功率转换电路连接的直流连接总线3P、3N具有电感分量，从而能具有用于均等地抑制每个功率转换单元1上的纹波电路的电感分量。
(第2实施方式)
图4是示出了本发明的第2实施方式所涉及的功率转换单元1A的结构的结构图。
功率转换单元1A是在图1所示的第1实施方式所涉及的功率转换单元1中，将正极侧直流连接总线3P和负极侧直流连接总线3N分别替换为正极侧直流连接总线3PA和负极侧直流连接总线3NA而得到的。
此处，针对两个直流连接总线3PA、3NA，主要对与第1实施方式所涉及的两个直流连接总线3P、3N的不同点进行说明，其他部分由于结构相同，因而省略说明。
两个直流连接总线3PA、3NA分别连接于位于与直流母线导体6P、6N的连接方向的垂直方向上的边的中央部。此处，中央部为在与直流母线导体6P、6N的连接方向相垂直的剖面上进行三等分而得到的三个区域的中央位置的区域。直流连接总线3PA、3NA构成为分别从与直流导体2P、2N相连接的连接位置，沿着与连接方向垂直的方向，延伸至直流导体2P、2N的中央部为止，并从此处向与直流母线导体6P、6N的连接侧、沿着连接方向呈直角弯曲。即，直流连接总线3PA、3NA从负极直流导体2N侧看，呈L字形或倒L字形。
根据本实施方式，在第1实施方式的技术效果的基础上，还能得到以下的技术效果。
通过将直流连接总线3PA、3NA的长度设定为分别从直流导体2P、2N的中央部开始连接至直流母线导体6P、6N(即与其它功率转换单元1的连接点)，从而能使直流连接总线3PA、3NA具有电感分量。
由于直流连接总线3PA、3NA分别连接至直流导体2P、2N的中央部，因此能使直流导体2P、2N上设置的所有电器件和直流母线导体6P、6N之间的电气距离均一。即，直流连接总线3PA、3NA和直流导体2P、2N的连接部分构成为在离开连接于直流导体2P、2N上任意位置的元件4、5的距离为平均距离的位置上，最靠近直流导体2P、2N的外周侧。由此，直流导体2P、2N上设置的所有电器件和直流母线导体6P、6N之间的电感可均一。
此外，将构成功率转换电路的电器件的配置为：以直流连接总线3PA、3NA和直流导体2P、2N的连接部分为中心左右对称，或者将元件4、5配置在直流导体2P、2N整面上，由此，构成功率转换电路的电器件和直流母线导体6P、6N的电气性距离能更加均一化。另外，以直流连接总线3PA、3NA和直流导体2P、2N的连接部分作为中心，配置成使构成三相中的中间相的电器件处在中心，构成其它两相的电器件相对于中心左右对称配置，由此，能形成三相交流的相之间不产生不平衡的结构。另外，像这样的配置以外，为了使相间不产生差异地，也可以以离开直流连接总线3PA、3NA和直流导体2P、2N的连接部分的距离均等的方式对电器件进行配置。
另外，各实施方式中直流连接总线3P、3N为较薄的带状的形状，但并不限于该形状。例如，通过采用螺旋形状能以较短的距离使电感增加。除此之外，通过增长距离，或改变形状，也能对电感进行任意调整。
另外，直流导体2P、2N的面积较大的面为长方形，但不限于此。例如，形状可为正方形、圆形、椭圆形、也可为其它形状。任意形状中，在与直流母线导体6P、6N的连接方向垂直的剖面、将直流导体2P、2N三等分切割，将直流连接总线3P、3N连接至由此得到的三个区域中、与直流母线导体6P、6N最靠近的区域以外的两个区域，从而能形成使直流连接总线3P、3N具有电感分量的长度。另外，通过将直流连接总线3P、3N连接至将直流导体2P、2N三等分切割后得到的区域中位于中央的区域，从而能得到与第2实施方式相同的作用效果。此外，在构成为将直流连接总线3P、3N连接至最接近直流母线导体6P、6N的区域的情况下，由于直流连接总线3P、3N与直流母线导体6P、6N连接的长度留有余量地被延长，因此能使直流连接总线3P、3N具有电感分量。
此外，IGBT4和电容5也可以在负极直流导体2N上设置有供用于固定正极端子的安装螺钉通过的贯通孔，从而位于负极直流导体2N一侧。
另外，针对由四个功率转换单元1(即功率转换电路)构成的功率转换装置10进行了说明，也可由若干个功率转换单元构成功率转换装置。
另外，本发明不限于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其要点的范围内对结构要素进行变形并具体化。此外，通过将上述实施方式中所揭示的多个结构要素进行适当组合，能够形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的所有结构要素中去掉几个结构要素。另外，也可以将不同的实施方式中的结构要素进行适当组合。
【工业上的实用性】
根据本发明，能提供一种功率转换装置，其包括多个功率转换电路，能够抑制功率转换电路间流动的伴随着开关而产生的纹波电流，并实现小型化。

Claims (6)

1.一种功率转换装置，其特征在于包括：
第1功率转换电路，该第1功率转换电路由第1开关元件构成；
第2功率转换电路，该第2功率转换电路由第2开关元件构成；
直流导体，该直流导体设置在所述第1功率转换电路，向所述第1功率转换电路提供直流电；以及
连接导体，该连接导体设置在所述第1功率转换电路，其长度使其具有用于对伴随着所述第2功率转换电路的所述第2开关元件进行开关而产生的纹波电流的流入进行抑制的电感，并且该连接导体以该长度将所述直流导体和所述第2功率转换电路相连接。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于：
在与所述第2功率转换电路的连接方向垂直的剖面进行三等分切割，将所述连接导体连接至由此得到的3个区域中、最接近所述第2功率转换电路的连接侧的区域以外的2个区域。
3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于：
所述连接导体连接至在与所述第2功率转换电路的连接方向垂直的剖面进行三等分切割后得到的3个区域中、位于中央的区域。
4.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于：
所述直流导体的设置有所述元件的面为四边形，
所述连接导体从最接近与所述第2功率转换电路的连接侧的边以外的边与所述直流导体相连接。
5.一种功率转换装置的制造方法，将第1功率转换电路和第2功率转换电路相连接，其中，该第1转换电路由第1开关元件构成，该第2转换电路由第2开关元件构成，该功率转换装置的制造方法的特征在于，
包含利用连接导体将直流导体与所述第2功率转换电路相连接的工序，其中，该直流导体设置在所述第1功率转换电路，向所述第1电路转换电路供给直流电，该连接导体设置在所述第1功率转换电路，其长度使其具有用于对伴随着所述第2功率转换电路的所述第2开关元件进行开关而产生的纹波电流的流入进行抑制的电感。
6.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
多个功率转换电路，多个该功率转换电路由开关元件构成，
直流母线导体，该直流母线导体与多个所述功率转换电路的直流侧并联连接，
直流导体，该直流导体设置在各所述功率转换电路，用于提供直流电，
连接导体，该连接导体设置在各所述功率转换装置，其长度使其具有用于对伴随着所述开关元件进行开关而产生的纹波电流的流入进行抑制的电感，并且该连接导体以该长度将所述直流母线导体和所述直流导体相连接。
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