CN104716850B - 具有减小噪声电流的电容器的电力变换器 - Google Patents

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Abstract

在电力变换器中，外部端子、壳体和电容器布置成提供导电回路。该导电回路在内部限定第一区域和第二区域，交流磁场的磁通穿过第一区域，该磁通穿过第二区域。磁通屏蔽构件部分地屏蔽第一区域和第二区域中的至少一个区域以防止交流磁场的磁通穿过，从而调节下述量中的至少一者：穿过第一区域和第二区域中的一个区域的磁通的量；以及穿过第一区域和第二区域中的另一区域的磁通的量。

Description

具有减小噪声电流的电容器的电力变换器
技术领域
本公开涉及具有电力变换电路以及用于减小噪声电流的多个电容器的电力变换器。
背景技术
存在已知的如下电力变换器，该电力变换器用于将直流(DC)电压转换为交流(AC)电压、将AC电压的幅度变换为另一幅度以及对经变换的AC电压进行整流以产生DC电压从而使输入DC电压逐步升压或逐步降压。这些电力变换器包括日本专利申请公布No.2012-135175中公开的配备有用于去除噪声的滤波电路的一种类型的电力变换器。在电力变换器、即在该专利公布中公开的DC至DC变换器中，电力变换器安装在壳体中，并且滤波电路安装在电力变换器的壳体中。滤波电路电连接到DC至DC变换器的外部端子、比如输入端子和输出端子。
滤波电路能够操作为去除试图从外部装置进入DC至DC变换器中的噪声电流，并且去除在DC至DC变换器中产生的可能干扰外部装置的噪声电流。
滤波电路包括电容器、线圈以及将电容器和线圈连接的导线。
发明内容
然而，噪声电流可能由构成滤波电路的电容器和/或导线产生。也就是说，如上所述，由于DC至DC变换器将输入DC电压转换为AC电压，因而在DC至DC变换器中存在AC电流流入其中的部件，这导致围绕AC电流的AC磁场。AC磁场与导线等的互相关联可以感生噪声电流，并且所感生的噪声电流可以经由外部端子在外部传送给外部装置，这导致对外部装置的不良影响。因此，期望提供即使在电力变换器装置中产生AC磁场情况下也能够限制基于该AC磁场而感生的大幅度噪声电流被传送到电力变换器的外部端子的电力变换器装置。
鉴于上述情形，本公开的一个方面旨在提供能够实现上述期望的电力变换器。
具体地，本公开的替代方面旨在提供如下电力变换器，该电力变换器中的每个电力变换器即使在电力变换器中产生AC磁场的情况下也能够限制基于AC磁场的大幅度噪声电流进入电力变换器的外部端子中。
根据本公开的示例性方面，提供了一种电力变换器。该电力变换器包括电力变换电路，电力变换电路具有产生AC磁场的部分，该AC磁场具有磁通。电路变换器构造成执行输入电力到输出电力的电力变换。电力变换器包括接地的壳体。电力变换电路的至少一部分安装在壳体中。电力变换器包括外部端子，外部端子电连接到电力变换电路以将外部装置连接到电力变换电路。电力变换器包括多个电容器，该多个电容器定位成电连接到外部端子和壳体。外部端子、壳体和多个电容器布置成提供导电回路。导电回路在内部限定第一区域和第二区域，交流磁场的磁通从导电回路的第一侧和第二侧中的一者朝向导电回路的第一侧和第二侧中的另一者穿过第一区域，交流磁场的磁通从导电回路的第一侧和第二侧中的另一者朝向导电回路的第一侧和第二侧中的一者穿过第二区域。第一侧为导电回路的、更为靠近电力变换电路的所述部分的近侧，并且第二侧为导电回路的、远离电力变换电路的所述部分的远侧。电力变换器包括磁通屏蔽构件，磁通屏蔽构件构造成部分地屏蔽第一区域和第二区域中的至少一个区域以防止AC磁场的磁通穿过，从而调节下述量中的至少一者：穿过第一区域和第二区域中的一个区域的磁通的量；以及穿过第一区域和第二区域中的另一区域的磁通的量。
在本公开的示例性方面，磁通从导电回路的第一侧和第二侧中的一者朝向导电回路的第一侧和第二侧中的另一者穿过第一区域和第二区域中的一个区域，并且从导电回路的第一侧和第二侧中的另一者朝向导电回路的第一侧和第二侧中的一者穿过第一区域和第二区域中的另一区域。磁通穿过第一区域将感生流过导电回路的第一感应噪声电流，并且磁通穿过第二区域将感生流过导电回路的第二感应噪声电流。由于磁通穿过第一区域的方向与磁通穿过第二区域的方向相反，因而流过导电回路的第一噪声电流的方向与流过导电回路的第二噪声电流的方向相反。
由于第一噪声电流与第二噪声电流沿彼此相反的方向流过导电回路，因而它们彼此抵消从而被削弱。这防止大幅度噪声电流进入外部端子。
特别地，在本公开的示例性方面，即使在穿过第一区域的磁通量与穿过第二区域的磁通量之间存在差异，也设置磁通屏蔽构件。磁通屏蔽构件部分地屏蔽第一区域和第二区域中的至少一个区域以防止AC磁场的磁通穿过，从而以调节下述量中的至少一者：穿过第一区域和第二区域中的一个区域的磁通量；以及穿过第一区域和第二区域中的另一区域的磁通量。这使得可以减小穿过第一区域和第二区域中的一个区域的磁通量与穿过第一区域和第二区域中的另一区域的磁通量之间的差。这导致穿过第一区域的磁通大致等于穿过第二区域的磁通。这导致第一感应噪声电流的幅度大致等于第二感应噪声电流的幅度，由此有效地减少了噪声电流进入到外部端子。
在适用的情况下，本公开的各个方面可以包括和/或排除不同特征和/或优点。此外，在适用的情况下，本公开的各个方面可以结合其他实施方式的一个或更多个的特征。对特定实施方式的特征和/或优点的描述不应当被解释为对其他实施方式或权利要求的限制。
附图说明
根据参照附图对实施方式的以下描述，本公开的其他方面将变得明显，在附图中：
图1是根据本公开的第一实施方式的电力变换器的平面视图；
图2是示意性示出图1中示出的电力变换器的重要部分的放大视图；
图3是沿图2中的III-III线截取的截面图；
图4是示意性示出根据第一实施方式的AC磁场与感生噪声电流之间的相互关系的视图；
图5是沿图2中的V-V线截取的截面图；
图6是示意性示出图1中示出的壳体和二极管模块的平面视图；
图7是沿图5中的VII-VII线截取的截面图；
图8是沿图5中的VIII-VIII线截取的截面图；
图9是示意性示出图1中示出的电力变换电路的结构的示例的电路图；
图10是根据第一实施方式的改型的电力变换器的、与图3对应的截面图；
图11是根据本公开的第二实施方式的电力变换器的、与图3对应的截面图；
图12是沿图11的线XII-XII截取的截面图；以及
图13是根据第一实施方式的比较例的电力变换器的、与图3对应的截面图。
具体实施方式
在下文中将参照附图来描述本公开的实施方式。根据实施方式的电力变换器可以用作能够安装在车辆、比如电动车辆和混合动力车辆中的电力变换器。
第一实施方式
在下文中将参照图1至图10来描述根据第一实施方式的电力变换器1。
参照图1至图3，电力变换器1包括电力变换电路10、壳体(即，外壳)4、外部端子2(2a、2b和2c)以及滤波电路11，滤波电路11包括多个电容器3、例如两个电容器3，即第一电容器3a和第二电容器3b。
壳体4具有大致矩形的平行六面体，在该平行六面体中安装有电力变换电路10以及第一电容器3a和第二电容器3b。壳体4例如由金属制成并且接地。壳体4具有底壁40和垂直安装在底壁40上的侧壁组件49。
外部端子2使得电力变换器10能够电连接到外部装置。外部端子2a位于壳体4中，使得外部端子2的第一端22例如垂直地穿过侧壁组件49的第一侧壁49a同时被密封。
在附图中，Y方向被限定为与第一侧壁49a平行并且与外部端子2a的延伸方向正交的方向。X方向被限定为与外部端子2a的延伸方向平行并且与Y方向正交的方向。Z方向被限定为与X方向和Y方向二者正交的方向，换言之，与底壁49正交的方向。
电容器3、即第一电容器3a和第二电容器3b设置在壳体4与一个外部端子即外部端子2a之间的电流路径上。
参照图2和图3，第一电容器3a和第二电容器3b中的每个电容器均具有矩形板状的形状并且在其第一短边侧(minor side)处具有电连接到外部端子2a的第一电极31。第一电容器3a和第二电容器3b中的每个电容器还在其与第一短边侧相反的第二短边侧处具有与第一电极31相反的第二电极32；第二电极32电连接到壳体4。
第一电容器3a和第二电容器3b以将输出端子2a夹置在第一电容器3a与第二电容器3b之间的方式定位在壳体4中。在AC磁场产生部7与第一侧壁49a之间布置有导电回路L。
另外，电力变换器1包括安装在壳体4中的印刷电路板14。如图1所示，当从壳体4的与其底侧相对的顶侧观察时，印刷电路板14具有大致L形。印刷电路板14在其短边部分处被支撑在从壳体4的底壁40的内表面48垂直伸出的两个金属柱(第一柱和第二柱)41和42上，使得印刷电路板14的第一表面面向内表面48(参见图3)。
彼此分开的第一柱41和第二柱42定位成靠近第一侧壁49a，使得L形印刷电路板14的短边部分定位成靠近第一侧壁49a。如图3所示，输出端子2a的一部分安装在印刷电路板14的短边部分的与其第一表面相反的第二表面上。
特别地，参照图2，各第一电容器3a和第二电容器3b的第一电极31安装在印刷电路板14的短边部分的第二表面上，并且还经由被形成为印刷电路板14的第二表面上的图案的导线6电连接到输出端子2a。第一电容器3a和第二电容器3b的第二电极32分别经由导线6和螺栓8(即第一螺栓8a和第二螺栓8b)电连接到第一接地柱41和第二接地柱42。导线6平行于Y方向线性地延伸。
具体地，第一电容器3a、输出端子2a以及第二电容器3b经由导线6串联连接在第一柱41与第二柱42之间以提供电容器串联电路SC。由此，电容器串联电路SC、第一柱41和第二柱42以及壳体4提供电流在其中流动的导电回路L。
如图3和图4所示，导电回路L在内部形成有区域SA。区域SA具有第一区域S1和第二区域S2。由电力变换电路10的用作AC磁场产生部7的一部分来产生交变磁场H的磁通Φ。
电力变换器1设置有磁通屏蔽构件5，磁通屏蔽构件5定位成部分地屏蔽第一区域S1和第二区域S2中的至少一个区域以防止磁通Φ穿过。这调节了穿过第一区域S1的磁通Φ的量和穿过第二区域的磁通Φ的量。
具体地，在第一实施方式中，磁通屏蔽构件5构造成屏蔽第二区域S2的一部分以防止磁通Φ穿过。换言之，当形成在导电回路L内部的区域SA的面积被限定为回路面积时，磁通屏蔽构件5可操作为减小与对应于一部分第二区域S2的回路面积的一部分相联系的磁通Φ的量。
例如，磁通屏蔽构件5在区域SA的第二区域S2中定位成邻近第二柱42(参见图3)。
在第一实施方式中，磁通屏蔽构件5由金属构件制成。磁通屏蔽构件5具有大致板状的形状，并且定位成与第一柱41和第二柱42平行，使得磁通构件5的主表面遮盖区域SA的第二区域S2的一部分。
例如，壳体43的底壁40的、位于导电回路L的第二区域S2内部的一部分朝向印刷电路板14垂直隆起以具有形成磁通屏蔽构件5的大致板状的形状。
具体地，第一区域S1在面积上小于第二区域S2。鉴于第一区域S1与第二区域S2之间的面积的差异，磁通屏蔽构件5可操作为屏蔽第二区域S2的一部分以防止磁通Φ穿过。这使得第一区域S1的面积大致等于第二区域S2的除磁通屏蔽构件5的一个主表面的面积之外的其余区域的面积。
这导致穿过第一区域S1的磁通Φ的量与穿过第二区域S2的磁通Φ的量之间的差减小。
如图9所示，电力变换器10用作例如用于逐步降低高压DC电源85的电压并且用于将经逐步降低的DC电压提供给低压DC电源80从而对低压DC电源80进行充电的步降变换器。
参照图1，如上所述，电力变换器1的外部端子2包括被称作输出端子2a的外部端子2a、输入端子2b以及信号端子2c。如上所述，外部端子2中的输出端子2a电连接到第一电容器3a和第二电容器3b以提供导电回路L。
如图1和图2所示，输出端子2a具有与第一端22相反的第二端21。输出端子2a的第二端21电连接到扼流线圈12；为电力变换电路20的一部分的扼流线圈12以面向第一侧壁49a的方式定位在底壁40的内表面48上。
电力变换器1还包括围绕部分输出端子2a的滤波线圈18；该部分输出端子2a位于第二端21与第一侧壁49a之间。例如，滤波线圈18包括由软磁材料制成的滤波芯180并且定位成环绕该部分输出端子2a。滤波线圈18面向第一电容器3a和第二电容器3b；这些滤波线圈18以及第一电容器3a和第二电容器3b提供滤波电路11。滤波电路11可操作为消除、即去除在电力变换电路10中产生的传递噪声电流从而防止传递噪声电流进入输出端子2a。
参照图2，产生AC磁场H的磁场产生部7定位成靠近滤波电路11。此外，磁场产生部7定位成相比第二螺栓8b更为靠近第一螺栓8a。
在第一实施方式中，电力变换电路10包括二极管模块15，二极管模块15具有连接到扼流线圈12的输出端子151，并且二极管模块15的输出端子151用作磁场产生部7以产生AC磁场H。
如图3所示，二极管模块15安装在壳体4的底壁49的内表面48上。如图6和图7所示，扼流线圈12安装在二极管模块15上。输出端子151沿X方向从二极管模块15的面向第一侧壁49a的一端伸出并且被弯曲而沿Z方向向上延伸至靠近印刷电路板14的高度(参见图6和图7)。由于输出端子151在底壁49的内表面48的法线方向(即与内表面48正交的Z方向)上延伸，因而经由输出端子151从二极管模块15输出的交变电流i在底壁49的内表面的法线方向上流动。这引起由交变电流i感生的AC磁场H具有呈圆筒形的形式的磁通Φ，换言之，具有呈围绕作为其中心轴线的交变电流i的同心模式的磁通Φ(参见图2和图3)。
在第一实施方式中，假想平面(phantom plane)DP被限定为经过AC磁场H的中心轴线AX并且垂直于导电回路L，即垂直于连接在第一螺栓8a的头部与第二螺栓8b的头部之间的线。
此时，如图3所示，形成在导电回路L内部的区域SA被平面DP分成第一区域S1和第二区域S2。第一区域S1由平面DP、第一柱41、第一螺栓8a、连接平面DP与第一柱41的导线6、以及壳体4的连接平面DP与第一柱41的一部分构成。第二区域S2由平面DP、第二柱42、第二螺栓8b、连接平面DP与第二柱42的导线6、以及壳体4的连接平面DP与第二柱42的一部分构成。
如上所述，磁场产生部7定位成相比第二螺栓8b更为靠近第一螺栓8a，并且因此，第二区域S2的面积大于第一区域S1的面积。
如图3和图4所示，AC磁场H的同心模式的磁通Φ从导电回路L的靠近磁场产生部7的近侧IN朝向导电回路L的远离磁场产生部7的远侧OUT穿过导电回路L的第二区域S2(参见图3中画有圆圈的点的参考标记)。
另外，如图3和图4所示，AC磁场H的同心模式的磁通Φ从导电回路L的远侧OUT朝向导电回路L的近侧IN穿过导电回路L的第一区域S1(参见画有圆圈的叉的参考标记，即图3中的)。
例如，在图4中示出的时刻，同心模式的磁通Φ的第一部分Φ1——穿过第一区域S1——的X方向分量Φx1从远侧OUT指向近侧IN。这感生沿从地(壳体4)向第一螺栓8a的头部的Z方向流过第一区域S1的第一柱41的第一感应噪声电流I1。第一感应噪声电流I1沿从第一柱41朝向第二柱42(参照图3)的方向流过电容器串联电路SC以防止从远侧OUT向近侧IN的第一部分磁通Φ1的X方向分量Φx1的变化。
类似地，在图4中示出的时刻，同心模式的磁通Φ的第二部分Φ2——穿过第二区域S2——的X方向分量Φx2从近侧IN指向远侧OUT。这感生沿从地(壳体4)向第二螺栓8b的头部的Z方向流过第二柱42的第二感应噪声电流I2。第二感应噪声电流I2从第二柱42朝向第一柱41流过电容器串联电路SC以防止从近侧IN向远侧OUT的第二部分磁通Φ2的X方向分量Φx2的变化。
这导致第一感应噪声电流I1与第二感应噪声电流I2在导电回路L中沿彼此相反的方向流动。尽管AC磁场H在方向上交替变化，但是第一部分磁通Φ1的X方向分量Φx1与第二部分磁通Φ2的X方向分量Φx2被保持为沿彼此相反的方向定向。这使得第一感应噪声电流I1与第二感应噪声电流I2沿彼此相反的方向流过导电回路L，从而导致第一感应噪声电流I1与第二感应噪声电流I2彼此抵消。
在第一实施方式中，参照图2，导线6在与X方向和Z方向正交的Y方向上线性地延伸。磁场产生部7(即二极管模块15的输出端子151)、第一螺栓8a的头部以及第二螺栓8b的头部布置成限定(i)最小距离r1、(ii)最小距离r2：
最小距离r1位于磁场产生部7与第一螺栓8a之间且与内表面48平行，
最小距离r2位于磁场产生部7与第二螺栓8b之间且与内表面48平行(参见双点划线的r1和r2)。
此时，如上所述，由于磁场产生部7定位成相比第二螺栓8b更为靠近第一螺栓8a，因而最小距离r1小于最小距离r2。
如果电力变换器1没有设置磁通屏蔽构件5，则穿过第二区域S2的磁通Φ的量将大于穿过第一区域S1的磁通Φ的量，这是因为第二区域S2在面积上大于第一区域S1(参见图13)。应注意的是，在图13中，参考标记92(92a)、93(93a和93b)、94、97、941和942分别分配给图1所示的外部端子2(2a)、电容器3(3a和3b)、壳体4、磁场产生部7、第一柱41和第二柱42。
这将导致流过导电回路L的第二感应噪声电流I2的量大于流过导电回路L的第一感应噪声电流I1的量。由于这个原因，第一感应噪声电流I1将不能完全抵消掉第二感应噪声电流I2，从而导致感应噪声电流很有可能进入外部端子2。
为了解决这样的问题，电力变换器1设置有如下磁通屏蔽构件5，该磁通屏蔽构件5定位在被限定于导电回路L内部的区域SA的第二区域S2中。
例如，磁通屏蔽构件5定位在第二区域S2中，使得第二区域S2的除磁通屏蔽构件5的一个主表面之外的其余部分的面积大致等于第一区域S1的面积。另外，第二区域S2的除磁通屏蔽构件5之外的其余部分与第一区域S1布置成相对于假想平面DP大致对称(参见图4)。
磁通屏蔽构件5屏蔽磁通Φ的一部分以防止穿过第二区域S2的一部分。这导致穿过第一区域S1的磁通Φ的量与穿过第二区域S2的磁通Φ的量之间的差减小。
换言之，磁通屏蔽构件5导致穿过第一区域S1的磁通Φ的量(即磁通Φ穿过第一区域S1的磁场线的数量)大致等于穿过第二区域S2的磁通Φ的量(即磁通Φ穿过第二区域S2的磁场线的数量)。
这导致第一感应噪声电流I1的幅度大致等于第二感应噪声电流I2的幅度，使得感应噪声电流难以进入外部端子2。
在第一实施方式中，如上所述，磁通屏蔽构件5形成为与壳体4结合为一体。例如，在第一实施方式中，壳体4和磁通屏蔽构件5由铝形成，并且通过压模铸造(die casting)来制造。具体地，壳体4和磁通屏蔽构件5通过压模铸造而一体地形成。也就是说，熔融金属、比如铝被迫压到在两个模具中产生的模制腔中；该模制腔被设计成具有在高压下与壳体4和磁通屏蔽构件5相匹配的形状，使得壳体4和磁通屏蔽构件5被一体地形成。磁通屏蔽构件5的将限定在导电回路L内部的区域SA的回路面积遮盖的面积具有预定值，该预定值被确定为足以屏蔽第二区域S2的一部分以防止磁通Φ穿过。类似地，磁通屏蔽构件5在X方向上具有预定厚度；该厚度被确定成足以屏蔽第二区域S2的一部分以防止磁通Φ穿过。
参照图1和图9，根据第一实施方式的电力变换电路10包括MOS模块16、变压器13、二极管模块15、扼流线圈12、平滑电容器17以及印刷电路板14。印刷电路板14用作用于控制MOS模块16的控制电路。MOS模块16经由电容器C连接到输入端子2b，并且输入端子2b连接到高压DC电源85。
具体地，如图9所示，MOS模块16包括第一对串联连接的MOSFET 160a和160b以及第二对串联连接的MOSFET 160c和160d，这些MOSFET构造为H桥电路。串联连接的MOSFET 160a和160b的一端连接到高压DC电源85的正极端子，而串联连接的MOSFET 160a和160b的另一端连接到高压DC电源85的负极端子。类似地，串联连接的MOSFET 160c和160d的一端连接到高压DC电源85的正极端子，而串联连接的MOSFET 160c和160d的另一端连接到高压DC电源85的负极端子。
MOSFET 160a至160d中的每个MOSFET均具有连接到印刷电路板14、即连接到控制电路的控制端子。
在第一实施方式中，控制电路14被设计成以高频率互补地接通高侧MOSFET 160a和低侧MOSFET 160b。类似地，控制电路14被设计成以高频率互补地接通高侧MOSFET 160c和低侧MOSFET 160d。另外，控制电路14被设计成交替地接通第一组高侧MOSFET 160a和低侧MOSFET 160d与第二组高侧MOSFET 160c和低侧MOSFET 160b。控制电路14的这些操作使得MOS模块16能够用作将从高压DC电源85输入到MOS模块16的DC电压转换为AC电压并且将该AC电压施加到变压器13的逆变器。
变压器13包括初级绕组130a和次级绕组130b，次级绕组130b具有中心抽头139并且磁耦合到初级绕组130a。MOSFET 160a与MOSFET 160b之间的连接点连接到初级绕组130a的一端。MOSFET 160c与MOSFET 160d之间的连接点连接到初级绕组130a的另一端。
次级绕组130b具有第一端和与第一端相反的第二端。次级绕组130b的第一输出端子(即第一端)138和第二输出端子(即第二端)138连接到二极管模块15。次级绕组130b的中心抽头139连接到壳体4从而接地。
二极管模块15包括第一二极管150a、第二二极管150b以及电容器C15。次级绕组130b的第一输出端子138连接到第一二极管150a的阳极，并且次级绕组130b的第二输出端子138连接到第二二极管150b的阳极。
中心抽头139将次级绕组130b分成第一绕组部和第二绕组部。表示次级绕组130b的第一绕组部和第二绕组部中的每个绕组部的匝数与初级绕组130a的匝数的匝数比被设定为预定值。
变压器13可操作为在初级绕组130a与次级绕组130b电隔离时将施加到初级绕组130a(换言之，通过初级绕组130a感生的)AC电压转换为在次级绕组130b中感生的不同的AC电压。基于上述匝数比来确定次级绕组130b两端感生的AC电压的幅度。
第一二极管150a的阴极和第二二极管150b的阴极共同连接到扼流线圈12的输入端子125。电容器C15连接在第一二极管150a的阴极与中心抽头139之间。扼流线圈12的输出端子126连接到平滑电容器17的一端和滤波线圈18的一端。平滑电容器17的另一端接地(连接至壳体4)。
具体地，第一二极管150a和第二二极管150b构成全波整流器，该全波整流器对次级绕组130b两端感生的AC电压进行全波整流从而产生DC电压。扼流线圈12和平滑电容器17构成LC滤波器，该LC滤波器构造成对由全波整流器整流的DC电压进行平滑，从而产生要被输入到滤波电路11的经平滑的DC电压。应注意的是，电容器C15可操作为将噪声旁通到地(壳体4)。
如上所述，根据第一实施方式的滤波电路11包括滤波线圈18以及第一电容器3a和第二电容器3b。具体地，滤波线圈18的另一端连接到第一电容器3a的一端和第二电容器3b的一端，第一电容器3a和第二电容器3b的每个电容器的另一端均接地(连接至壳体4)。由此，从平滑电容器17输出的经平滑的DC电压通过滤波电路11同时被滤波。如上所述，输出端子2a连接到第一电容器3a和第二电容器3b，使得经滤波的DC电压从输出端子2a输出从而被充电至低压DC电源80。
具体地，如上所述，由于控制电路14被设计成以高频相继接通或断开MOSFET 160a至160d，因而在电力变换电路10中产生开关噪声电流。因此，滤波电路11可操作为从由平滑电容器17输出的经平滑的DC电压中去除开关噪声电流，从而防止开关噪声电流从输出端子2a输出。
参照图5和图7，二极管模块15安装在壳体4的底壁49的内表面48上，并且扼流线圈12安装在二极管模块15上。如图7所示，扼流线圈12的、定位成与二极管模块15的输出端子151相面对的输入端子125沿X方向伸出至输出端子151。扼流线圈12的输入端子125还被弯曲为沿Z方向向上延伸至靠近输出端子151的末端151a的高度。也就是说，输入端子125的末端125a与输出端子151的末端151a沿X方向彼此叠置，并且它们例如使用焊接而固定地接合至彼此。这使得由二极管模块15整流的DC电压能够经由二级管模块15的输出端子151与扼流线圈12的输入端子125的接合部输入到扼流线圈12。
另外，如图5和图8所示，扼流线圈12的输出端子126沿X方向朝向输出端子2a延伸，使得输出端子126的末端叠置在输出端子2a的第二端21上。扼流线圈12的输出端子126的末端例如通过焊接而固定地接合到输出端子2a的第二端21。如图1所示，平滑电容器17的一端连接到输出端子2a的、位于扼流线圈12与滤波线圈18之间的第二端，并且平滑电容器17的另一端接地(连接至壳体4)。这使得由扼流线圈12和平滑电容器17进行平滑的DC电压能够经由扼流线圈12的输出端子126和输出端子2a的第二端21的接合部输入到滤波电路11。
另外，连接到MOS模块16的输入端子2b位于壳体4内，使得输入端子2b垂直穿过侧壁组件49的第二侧壁49b；第二侧壁49b与第一侧壁49a相对。类似地，印刷电路板14具有从其面向第二侧壁49b的一个端部伸出的连接器140。包括信号端子2c的连接器140以与输入端子2b平行的方式穿过第二侧壁49b。任意外部装置、比如主控制器可以以可通信的方式连接到连接器140以向印刷电路板14输入各种指令，用于进行控制、例如控制MOSFET160a至160d的通断操作(参见图9)。
接着，在下文中将描述根据第一实施方式的电力变换器1针对解决感应噪声电流如何工作。
如图2和图3所示，根据第一实施方式的电力变换器1构造为使得电容器串联电路SC和用于支撑电容器串联电路SC的壳体4提供电流在其中流动的导电回路L。
电力变换器1还构造为使得磁场产生部7定位成面向导电回路L并且构造成产生AC磁场H，AC磁场H的同心模式的磁通Φ穿过导电回路L内的第一区域S1和第二区域S2。
电力变换器1还构造为使得：
(i)同心模式的磁通Φ的穿过第一区域S1的第一部分Φ1感生流过电容器串联电路SC的第一感应噪声电流I1，
(ii)同心模式的磁通Φ的穿过第二区域S2的第二部分Φ2感生沿与第一感应噪声电流11的方向相反的方向流过电容器串联电路SC的第二感应噪声电流I2。
电力变换器1的这种构造引起第一感应噪声电流I1与第二感应噪声电流I2彼此抵消，从而导致第一感应噪声电流I1与第二感应噪声电流I2被削弱。这使得可以防止具有高水平的感应噪声电流进入输出端子2a。
电力变换器1设置有磁通屏蔽构件5，磁通屏蔽构件5位于被限定在导电回路L内部的区域SA的第二区域S2中。由于第一区域S1在面积上小于第二区域S2，因而磁通屏蔽构件5可操作为屏蔽第二区域S2的一部分以防止磁通Φ穿过。这导致了穿过第一区域S1的磁通Φ的量与穿过第二区域的磁通Φ的量之间的差减小。
这使得第一感应噪声电流I1的幅度大致等于第二感应噪声电流I2的幅度，使得可以有效地减少感应噪声电流进入外部端子2。
如果电力变换器1没有设置磁通屏蔽构件5，则穿过第二区域S2的磁通Φ的量将大于穿过第一区域S1的磁通Φ的量。这是因为第二区域S2在面积上大于第一区域S1(参见图3)。这将导致流过导电回路L的第二感应噪声电流I2的量大于流过导电回路L的第一感应噪声电流I1的量。由于这个原因，第一感应噪声电流I1将不能完全抵消掉第二感应噪声电流I2，从而导致感应噪声电流很有可能进入外部端子2。
为了在不设置磁通屏蔽构件5的情况下解决这样的问题，需要改变例如第一柱41和第二柱42的位置。这将降低对电力变换器1的布局的设计灵活性。
相比之下，如上所述，根据第一实施方式的电力变换器1能够在无需改变第一柱41和第二柱42的位置的情况下通过磁通屏蔽构件5来解决这样的问题。这提供了对其布局具有更高的设计灵活性的电力变换器1。
在第一实施方式中，磁通屏蔽构件5与壳体4结合为一体。这种构造无需将磁通屏蔽构件5提供为分立部件。与设置有被设计为分立部件的磁通屏蔽构件5的电力变换器相比，这减少了电力变换器1的部件的数量，由此降低了电力变换器1的制造成本。
在根据第一实施方式的电力变换器1中，导电回路L包括输出端子2a自身。输出端子2a用作电力变换电路10的、用于将DC电压输出至外部装置的输出端子。因此，存在防止噪声电流进入外部端子2a的强烈需求。此外，第一电容器3a和第二电容器3b用作如下滤波电路11，该滤波电路11用于从作为电力变换电路10的输出的DC电压中去除在电力变换电路10中产生的开关噪声电流。
鉴于该情况，在电力变换器1中，由第一电容器3a、输出端子2a和第二电容器3b经由导线6串联连接组成的电容器串联电路SC、第一柱41和第二柱42以及壳体4提供导电回路L。
通过这种构造，第一感应噪声电流I1和第二感应噪声电流I2沿彼此相反的方向流过导电回路L的输出端子2a，使得第一感应噪声电流I1和第二感应噪声电流I2彼此抵消掉。因此，电力变换器1的这种构造满足了这种防止噪声电流进入输出端子2a的强烈需求。
参照图3，根据第一实施方式的电力变换器1构造为使得输出端子151在壳体4的底壁40的内表面48的法线方向上延伸。电力变换器1还构造为使得从壳体4的底壁40的内表面48垂直伸出的第一柱41和第二柱42在电容器串联电路SC与底壁40之间具有间隔的情况下支撑电容器串联电路SC，从而提供导电回路L。
这种构造使得同心模式的磁通Φ能够容易地产生沿彼此相反的相应方向流过第一柱41的第一噪声电流I1和流过第二柱42的第二噪声电流I2。具体地，如图4所示，通过这种构造，将导电回路L包括在其中的平面P面向并且平行于磁场产生部7、即输出端子151。因此，AC磁场H的围绕磁场产生部7的同心模式的磁通Φ容易穿过导电回路L中形成的第一区域S1和第二区域S2。这使得可以容易地感生沿相反的相应方向流过导电回路L的第一感应噪声电流I1和第二感应噪声电流I2，由此使第一感应电流I1与第二感应电流I2彼此抵消从而使第一感应噪声电流I1和第二感应噪声电流I2被削弱。
另外，垂直安装在壳体4的底壁40的内表面48上的第一柱41和第二柱42提供一部分所述导电回路L。这减小了在壳体4的沿Z方向的顶侧观察时导电回路L的尺寸(参见图2)，从而缩小了电力变换器1的尺寸。
参照图2和图3，电容器串联电路SC是由第一电容器3a、输出端子2a以及第二电容器3b经由导线6串联连接组成的。使用导线6增加了导电回路L的内部空间的面积。这使得AC磁场H的同心模式的磁通Φ能够容易地通过形成在导电回路L中的第一区域S1和第二区域S2。这使得第一感应电流I1与第二感应电流I2彼此抵消从而使第一感应电流I1和第二感应电流I2被削弱。
此外，根据第一实施方式的电力变换器1构造为使得第一电容器3a和第二电容器3b固定到印刷电路板14的第二表面上。这种构造导致电容器串联电路SC牢固地安装到印刷电路板14上，并且导致第一电容器3a和第二电容器3b容易地电连接到输出端子2a和壳体4。
在根据第一实施方式的电力变换器1中，印刷电路板14被支撑在从壳体4的底壁40的内表面48垂直伸出的第一柱41和第二柱42上。另外，第一柱41和第二柱42用作一部分所述导电回路L。具体地，第一柱41和第二柱42被共享为用于支撑印刷电路板14的支撑构件以及用于构成导电回路L的接地电极。这种构造简化了电力变换器1的结构。使用柱41和第二柱42将印刷电路板14固定地支撑在距壳体4的底壁40的内表面48的一定距离处。这增加了导电回路L的内部空间的面积，由此使得AC磁场H的同心模式的磁通Φ能够容易地通过形成在导电回路L中第一区域S1和第二区域S2。
如上所详述的，本公开提供了如下电力变换器1，该电力变换器1中的每个电力变换器均防止了大幅度噪声电流进入其外部端子。
在第一实施方式中，磁通屏蔽构件5与壳体4结合为一体，但第一实施方式不限于此。
具体地，如图10所示，根据第一实施方式的改型的电力变换器1A设置有磁通屏蔽构件5a，该磁通屏蔽构件5a定位在被限定于导电回路L内部的区域SA的第二区域S2中，并且可操作为屏蔽第二区域S2的一部分以防止磁通Φ穿过。磁通屏蔽构件5a具有大致板状的形状并且定位成与第一柱41和第二柱42平行，使得磁通屏蔽构件5的主表面遮盖区域SA的第二区域S2的一部分。磁通屏蔽构件5a相对于壳体4设计成分立的部件并且可以使用例如螺栓50紧固到壳体4。
在第一实施方式中，外部端子2中的输出端子2a电连接到第一电容器3a和第二电容器3b以提供导电回路L，但第一实施方式不限于此。具体地，可以以与用于输出端子2a的导电回路L相同的构造为输出端子2b提供另外的或另一导电回路。类似地，可以以与用于输出端子2a的导电回路L相同的构造为信号端子2c提供另外的或另一导电回路。
在第一实施方式中，壳体4接地。这意味着壳体4连接到具有参考电势的地，或者连接到具有参考电势的另一材料、例如车体。
第二实施方式
在下文中将参照图11和图12描述根据本公开的第二实施方式的电力变换器1B。
根据第二实施方式的电力变换器1B的结构和/或功能在以下方面不同于电力变换器1的结构和/或功能。因此，在下文中将主要描述这些不同方面，并且因此，省略或简化了对实施方式间的分配有相同参考标记的相同部件的重复描述。
参照图11和图12，根据第二实施方式的电力变换器1B设置有磁通屏蔽构件5b，磁通屏蔽构件5b定位在被限定于导电回路L内部的区域SA的第二区域S2中并且可操作为屏蔽第二区域S2的一部分以防止磁通Φ穿过。磁通屏蔽构件5b与第二柱42接合。磁通屏蔽构件5b具有大致板状的形状并且定位成与第一柱41和第二柱42平行，使得磁通屏蔽构件5的主表面遮盖区域SA的第二区域S2的一部分。
与第一实施方式类似，通过压模铸造来一体地形成壳体4、第一柱41和第二柱42以及磁通屏蔽构件5b。也就是说，熔融金属、比如铝被迫压到在两个模具中产生的模制腔中；该模制腔被设计成具有在高压下与壳体4、第一柱41和第二柱42以及磁通屏蔽构件5b相匹配的形状。这一体地形成了壳体4、第一柱41和第二柱42以及磁通屏蔽构件5b。
在第二实施方式中，在壳体4、第一柱41和第二柱42与磁通屏蔽构件5b的组件的制造过程期间，熔融金属容易地流过模制腔的、与第二柱42和磁通屏蔽构件5b相对应的一部分。这导致其壳体4、第一柱41和第二柱42与磁通屏蔽构件5b的组件的电力变换器1B可以被容易地制造。电力变换器1B的其他部件与电力变换器1的那些部件相同，使得电力变换器1B实现了与上面提出的由电力变换器1实现的优点相同的优点。
在第一实施方式和第二实施方式中的每个实施方式中，磁通屏蔽构件5可操作为屏蔽第二区域S2的一部分以防止磁通Φ穿过。这是因为在被限定于导电回路L内部的区域SA中，第二区域S2在面积上大于第一区域S1。也就是说，在被限定在导电回路L内部的区域SA中，如果第一区域S1在面积上大于第二区域S2，则磁通屏蔽构件5可操作为屏蔽第一区域S1的一部分以防止磁通Φ穿过。这导致穿过第一区域S1的磁通Φ的量与穿过第二区域S2的磁通Φ的量之间的差减小。
具体地，磁通屏蔽构件5能够部分地屏蔽第一区域S1和第二区域S2中的至少一个区域以防止AC磁场的磁通Φ穿过。这调节了穿过第一区域S1和第二区域S2中的一个区域的磁通Φ的量以及穿过第一区域S1和第二区域S2中的另一区域的磁通的量。
这种调节使得即使在穿过第一区域S1和第二区域S2中的一个区域的磁通Φ的量与穿过第一区域S1和第二区域S2中的另一区域的磁通的量之间存在差异时，也可以减小穿过第一区域S1和第二区域S2中的一个区域的磁通Φ的量与穿过第一区域S1和第二区域S2中的另一区域的磁通的量之间的差。
虽然在本文中描述了本公开的示意性实施方式，但是本公开不限于在本文中描述的实施方式，而是包括本领域的技术人员在本公开的基础上理解的具有修改、省略、组合(例如，各实施方式中的多个方面的组合)、适配和/或替代的任意和所有的实施方式。权利要求书中的限制要基于权利要求书中使用的语言广义地解释而不限于本说明书中所描述或本申请的实施过程中的示例，这些示例要理解为非穷举的。

Claims (9)

1.一种电力变换器，包括:
电力变换电路，所述电力变换电路具有产生交流磁场的部分并且构造成执行输入电力到输出电力的电力转换，所述交流磁场具有磁通；
壳体，所述壳体接地，所述电力变换电路的至少一部分安装在所述壳体中；
外部端子，所述外部端子电连接到所述电力变换电路以将外部装置连接到所述电力变换电路；
多个电容器，所述多个电容器定位成电连接到所述外部端子和所述壳体，所述外部端子、所述壳体和所述多个电容器布置成提供导电回路，所述导电回路在内部限定第一区域和第二区域，
所述交流磁场的磁通从所述导电回路的第一侧和第二侧中的一者朝向所述导电回路的所述第一侧和所述第二侧中的另一者穿过所述第一区域；
所述交流磁场的磁通从所述导电回路的所述第一侧和所述第二侧中的所述另一者朝向所述导电回路的所述第一侧和所述第二侧中的所述一者穿过所述第二区域，
所述第一侧为所述导电回路的、更为靠近所述电力变换电路的所述部分的近侧，
所述第二侧为所述导电回路的、远离所述电力变换电路的所述部分的远侧；以及
磁通屏蔽构件，所述磁通屏蔽构件构造成部分地屏蔽所述第一区域和所述第二区域中的至少一个区域以防止所述交流磁场的磁通穿过，从而调节下述量中的至少一者：穿过所述第一区域和所述第二区域中的一个区域的磁通的量；以及穿过所述第一区域和所述第二区域中的另一区域的磁通的量，其中，
所述第一区域和所述第二区域中的一个区域在面积上大于所述第一区域和所述第二区域中的另一区域；并且
所述磁通屏蔽构件构造成屏蔽所述第一区域和所述第二区域中的所述一个区域的一部分以防止所述交流磁场的磁通穿过，从而减小穿过所述第一区域和所述第二区域中的所述一个区域的磁通的量与穿过所述第一区域和所述第二区域中的所述另一区域的磁通的量之间的差。
2.根据权利要求1所述的电力变换器，其中，所述磁通屏蔽构件位于所述导电回路中。
3.根据权利要求1所述的电力变换器，其中，所述磁通屏蔽构件与所述壳体结合为一体。
4.根据权利要求1所述的电力变换器，其中，所述磁通屏蔽构件具有大致板状的形状并且定位成使得所述磁通屏蔽构件的主表面遮盖所述第一区域和所述第二区域中的所述一个区域的所述一部分。
5.根据权利要求4所述的电力变换器，其中，所述磁通屏蔽构件定位成使得所述第一区域和所述第二区域中的所述一个区域的除所述磁通屏蔽构件之外的其余部分的面积大致等于所述第一区域和所述第二区域中的所述另一区域的面积。
6.根据权利要求5所述的电力变换器，其中，所述第一区域和所述第二区域中的所述一个区域的除所述磁通屏蔽部分之外的所述其余部分与所述第一区域和所述第二区域中的所述另一区域布置成相对于假想平面大致对称，所述假想平面经过所述交流磁场的中心轴线并且垂直于所述导电回路。
7.根据权利要求1所述的电力变换器，其中，所述电力变换电路安装在所述壳体的底表面上从而被安装在所述壳体中，所述电力变换电路的产生所述交流磁场的所述部分具有布置在所述壳体的所述底表面的法线方向上的交变电流路径，使得交变电流流过所述交变电流路径，所述交变电流用作产生所述交流磁场的源，所述电力变换器还包括：
一对第一导电柱和第二导电柱，所述一对第一导电柱和第二导电柱沿所述法线方向从所述壳体的所述底表面伸出并且构造成对连接到第一电容器和第二电容器的所述外部端子进行支撑，所述一对第一导电柱和第二导电柱构成所述导电回路的一部分，
其中，所述磁通屏蔽构件定位成邻近所述第一导电柱和所述第二导电柱中的一个导电柱，所述第一导电柱和所述第二导电柱中的所述一个导电柱邻近所述第一区域和所述第二区域中的对应的一个区域。
8.根据权利要求7所述的电力变换器，其中，所述磁通屏蔽构件定位成接合到所述第一导电柱和所述第二导电柱中的一个导电柱，所述第一导电柱和所述第二导电柱中的所述一个导电柱邻近所述第一区域和所述第二区域中的对应的一个区域。
9.根据权利要求1所述的电力变换器，其中，所述电力变换电路的所述部分产生具有同心模式的磁通的所述交流磁场，所述同心模式的磁通作为围绕所述电力变换电路的所述部分的磁通，并且所述导电回路的所述第一区域和所述第二区域布置成面向所述电力变换电路的所述部分，而所述同心模式的磁通的第一通量部分穿过所述导电回路的所述第一区域，并且所述同心模式的磁通的第二通量部分穿过所述导电回路的所述第二区域，以感生沿彼此相反的方向流过所述导电回路的第一噪声电流和第二噪声电流。
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