CN106416041A - 车辆用电力变换装置 - Google Patents

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田多伸光
月成勇起
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Abstract

实施方式的车辆用电力变换装置是将单相交流电力变换成直流电力的电力变换装置，其具备两电平转换器、三电平转换器以及一个冷却装置。冷却装置设置有内置构成两电平转换器的开关器件的功率模块，和内置构成三电平转换器的开关器件的功率模块。内置构成三电平转换器的开关器件的功率模块具有大于等于可施加于构成三电平转换器的两个串联连接的电容器中的任意一个的电压的绝缘耐压。内置构成两电平转换器的开关器件的功率模块具有大于等于可施加于构成三电平转换器的两个串联连接的电容器中的任意一个以及构成两电平转换器的电容器的电压的总和的绝缘耐压。

Description

车辆用电力变换装置
技术领域
本发明的实施方式涉及车辆用电力变换装置。
背景技术
以往，转换器大多由二极管钳位型三电平电路构成。近年来，期待通过对该转换器应用正在进行开发的碳化硅元件等低损耗器件，从而使转换器装置小型化。
然而，在当前所提供的碳化硅元件等中，尽管开始出现了能承受高电压的元件，但价格高，可靠性也有待验证。因此，虽然目前低耐压的碳化硅元件具有实用性，但是需要进行元件的串行化和/或与现有的硅元件组合的多电平化。这二者中，元件的串行化存在损耗增加、元件数增加、平衡控制等问题，因此，目前多电平化是有利的。
于是，提出了将单相三电平转换器和单相两电平转换器串联连接的多电平电路。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-7941号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在现有技术中，为了使组成多电平电路的、构成单相两电平转换器的功率模块以及构成单相三电平转换器的功率模块冷却，必须具备冷却装置。在该冷却装置为了利用车辆的行驶风来进行冷却而露出到外部环境的情况下，需要将该冷却装置接地。在该情况下，可认为冷却装置与功率模块之间产生电位差，因此，需要在冷却装置与功率模块之间设置绝缘介质等，不仅构造变得复杂，而且冷却性能因插入绝缘介质而降低。
用于解决技术问题的方案
实施方式的车辆用电力变换装置是将单相交流电力变换成直流电力的电力变换装置，具备两电平转换器、三电平转换器以及一个冷却装置。冷却装置设置有内置构成两电平转换器的开关器件的功率模块，和内置构成三电平转换器的开关器件的功率模块。内置构成三电平转换器的开关器件的功率模块具有大于等于可施加于构成三电平转换器的两个串联连接的电容器中的任意一个的电压的绝缘耐压。内置构成两电平转换器的开关器件的功率模块具有大于等于可施加于构成三电平转换器的两个串联连接的电容器中的任意一个以及构成两电平转换器的电容器的电压的总和的绝缘耐压。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的车辆用电力变换装置的结构的图。
图2是示出与对于第一实施方式所涉及的车辆用电力变换装置的输出电压指示对应的各转换器的指令值电压的图。
图3是示出第一实施方式所涉及的由各转换器所包含的开关器件进行的开关控制的图。
图4是示出构成车辆用电力变换装置的功率模块的配置例的图。
图5是示例出第一实施方式所涉及的车辆用电力变换装置的功率模块的侧面的图。
图6是示出在从上方观察第一实施方式所涉及的电容器的情况下的配置例的图。
图7是示出在从侧面观察第一实施方式所涉及的车辆用电力变换装置的情况下的配置例的图。
图8是示出第二实施方式的构成车辆用电力变换装置的功率模块的配置例的图。
图9是示出在从上方观察第二实施方式所涉及的电容器的情况下的配置例的图。
图10是示出在从侧面观察第二实施方式所涉及的车辆用电力变换装置的情况下的配置例的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是示出第一实施方式所涉及的包括车辆用的多电平转换器1的车辆用电力变换装置11的结构的图。如图1所示，本实施方式所涉及的车辆用电力变换装置11串联连接有单相三电平转换器50以及单相两电平转换器40。
而且，车辆用电力变换装置11经由具有电抗器成分的无源元件2而与电力系统等的交流电源100连接，在将单相交流电力变换成直流电力后，向负载3供给电力。此外，本实施方式并非限制搭载车辆用电力变换装置11的车辆，也可以搭载在各种车辆上。负载3在本实施方式中由逆变器和电机构成，但也可以是任意的结构。
控制部150对单相三电平转换器50以及单相两电平转换器40进行控制。
单相两电平转换器40是单相转换器，由开关器件4a～4d以及(直流)电容器14构成。另外，在单相两电平转换器40中，两个开关器件4a、4b经由与供给单相交流电力的交流电源100连接的第一连接点41串联连接并且与该电容器14并联连接，两个开关器件4c、4d经由第二连接点42串联连接并且与电容器14并联连接。
此外，在各开关器件4a～4d中，包含具有自灭弧能力并且进行开关的晶体管(开关元件)4aa、4ba、4ca、4da、以及相对于晶体管4aa、4ba、4ca、4da反并联连接的(续流)二极管4ab、4bb、4cb、4db。本实施方式所涉及的单相两电平转换器40由SiC(碳化硅器件)构成。单相两电平转换器40通过使用SiC(碳化硅器件)，能够降低开关损耗。
单相两电平转换器40在比电容器14更靠近交流电源100一侧串联连接有开关器件4a以及开关器件4b。开关器件4a设置于电容器14的正电位侧，开关器件4b设置于电容器14的负电位侧。而且，单相两电平转换器40将开关器件4a与开关器件4b之间的第一连接点41作为交流输入输出点，通过第一连接点41经由具有电抗器成分的无源元件2而与电力系统等的交流电源100连接。
另外，单相两电平转换器40在比电容器14更靠近负载3一侧串联连接有开关器件4c以及开关器件4d。开关器件4c设置于电容器14的正电位侧，开关器件4d设置于电容器14的负电位侧。而且，通过开关器件4c与开关器件4d之间的第二连接点42(交流输入输出点)而与单相三电平转换器50连接。
接下来，对连接于单相两电平转换器40与负载3之间的单相三电平转换器50进行说明。单相三电平转换器50具备两条线路、双向开关器件7以及(由电容器15a、电容器15b构成的)电容器部15。
单相三电平转换器50设置有两个串联连接的电容器15a、15b，两个开关器件5a、5b经由(与第二连接点42连接的)第三连接点42a串联连接并且与两个串联连接的电容器15a、15b并联连接，两个开关器件5c、5d经由第四连接点42b串联连接并且与两个串联连接的电容器15a、15b并联连接，在从第四连接点42b到中性点9的路径上，设置有将多个开关器件5e、5f反极性地串联连接的双向开关器件7。
此外，在各开关器件5a～5f中，包含具有自灭弧能力并且进行开关的晶体管(开关元件)5aa、5ba、5ca、5da、5ea、5fa、以及相对于晶体管5aa、5ba、5ca、5da、5ea、5fa反并联连接的(续流)二极管5ab、5bb、5cb、5db、5eb、5fb。
单相三电平转换器50所具备的两条线路中的一个由开关器件5a、开关器件5b构成。开关器件5a、5b串联地相连接。开关器件5a连接于电容器部15的正电位与第三连接点42a之间。开关器件5b连接于电容器部15的负电位与第三连接点42a之间。第三连接点42a是与第二连接点42连接的点。
单相三电平转换器50所具备的两条线路中的另一个由开关器件5c、开关器件5d构成。开关器件5c、5d串联地相连接。开关器件5c连接于电容器部15的正电位与(与双向开关器件7以及中性点9侧连接的)第四连接点42b之间。开关器件5d连接于电容器部15的负电位与第四连接点42b之间。
在单相三电平转换器50中，将连接开关器件5c、5d、5e的第四连接点42b作为交流输入输出点，经由具有电抗器成分的无源元件2而与电力系统等的交流电源100连接。
在两条线路的第四连接点42b(另一个的交流输入输出点)的靠负载3侧连接有双向开关器件7。双向开关器件7具有反极性地串联连接的开关器件5e、5f。双向开关器件7的负载3侧与电容器部15连接。
电容器部15具有电容器15a、电容器15b。电容器15a与电容器15b串联地相连接。电容器15a将正侧连接于负载3的正电位导线10a，负侧连接于中性点9。电容器15b将正侧连接于中性点9，负侧连接于负载3的负电位导线10b。中性点9连接于在电容器部15内串联连接的电容器15a、15b之间。
本实施方式所涉及的单相两电平转换器40如上所述那样由开关损耗少的碳化硅器件(SiC)等构成，单相三电平转换器50由高耐压的硅器件等构成。由此，单相两电平转换器40与单相三电平转换器50相比，能够减少开关损耗。由此，即使在单相两电平转换器40的开关次数增多的情况下，也能够抑制开关损耗。另一方面，单相三电平转换器50与单相两电平转换器40相比，耐电压性增高。
如图1所示，在对中性点9进行了接地的情况下，相对于接地点，开关器件5a～5f以中性点9为基点而具有与电容器15a或电容器15b的电压相当的电位。与此相对地，开关器件4a～4d以中性点9为基点而呈与对电容器15a或电容器15b的电压再加上电容器14的电压而得到的电压相当的电位。因此，在车辆用电力变换装置11中，需要考虑单相三电平转换器50与单相两电平转换器40之间的电位差，进行绝缘设计。
在单相三电平转换器50的基本输出周期内，单相三电平转换器50的输出电压能够以5级来进行调整。该单相三电平转换器50对所具有的(可控的)开关器件5a～5f的切换相位进行控制。接下来，对包括单相三电平转换器50的5级的输出电压在内的、车辆用电力变换装置11的指令值电压进行说明。
图2是示出与对于第一实施方式所涉及的车辆用电力变换装置11的输出电压指示对应的各转换器的指令值电压的图。图2中示出了车辆用电力变换装置11的输出电压指令值Vref201、单相三电平转换器50的指令值电压202、单相两电平转换器40的指令值电压203以及单相两电平转换器40的输出电压204。
也就是说，本实施方式所涉及的车辆用电力变换装置11通过组合单相三电平转换器50的指令值电压202和单相两电平转换器40的指令值电压203，实现了车辆用电力变换装置11的输出电压指令值Vref201。
而且，本实施方式所涉及的车辆用电力变换装置11在使开关损耗低的单相两电平转换器40的开关频率高于单相三电平转换器50的基础上，控制单相两电平转换器40，以使其跟随输出电压指令值Vref201的详细变化。由此实现了详细的电压的控制以及开关损耗的降低。
一般而言，碳化硅器件等开关损耗少的元件大多耐电压性低。于是，在本实施方式中，为了使电压的大的变化成为可能，对耐电压性高的单相三电平转换器50进行了用于实现阶梯波形的控制。
在本实施方式中，对车辆用电力变换装置11的输出电压指令值Vref201设置有阈值，该阈值用于输出单相三电平转换器50的电容器15a、15b的直流电压。例如，将用于由单相三电平转换器50的电容器15a、15b的任意一个输出直流电压的电压阈值设为±Vthr1。再者，将用于输出单相三电平转换器50的电容器15a、15b双方的直流电压的电压阈值设为±Vthr2。而且，控制部150根据输出电压指令值Vref是否超过了电压阈值±Vthr1以及电压阈值±Vthr2，来控制单相三电平转换器50所包含的开关器件5a～5f。
如图2的指令值电压202所示，单相三电平转换器50的输出电压值以如下5级来控制输出电压值：负的(由电容器15a、15b输出的)全电压；负的(由电容器15a、15b的任意一个输出的)半电压；0；正的(由电容器15a、15b的任意一个输出的)半电压；以及正的(由电容器15a、15b输出的)全电压。而且，控制部150进行与在5级上切换输出电压值的正时、即时刻t1～t8对应的相位的控制。
再者，控制部150根据单相两电平转换器40的指令值电压203进行控制，以使得成为单相两电平转换器40的输出电压204。接下来对具体的开关器件的控制进行说明。
图3是示出由各转换器所包含的开关器件进行的开关控制的图。在图3所示的例子中，示出了单相三电平转换器50侧的开关器件5a～5f的开关控制以及单相两电平转换器40侧的开关器件4a～4d的开关控制。
而且，在满足条件Vthr1≥Vref≥-Vthr1的情况下(时间0～t1、t4～t5、t8以后)，控制部150使单相三电平转换器50所包含的“开关器件5a和开关器件5c”的组合以及“开关器件5b和开关器件5d”的组合中的任意一个组合成为导通(ON)状态。由此，单相三电平转换器50的输出电压中没有重叠电容器15a、15b的电压，控制部150在对于单相两电平转换器40的脉宽调制控制中，输出转换器整体的输出电压指令值Vref。
在满足条件Vthr2≥Vref>Vthr1的情况下(时刻t1～t2、t3～t4)，控制部150将单相三电平转换器50所包含的开关器件5a、5e、5f控制为导通状态。由此，转换器输出电压中加上了电容器15a的电压，因此，单相两电平转换器40按照由控制部150进行的脉宽调制控制，输出转换器整体的输出电压指令值Vref减去电容器15a的电压而得到的差分电压。
在满足条件Vref>Vthr2的情况下(时刻t2～t3)，控制部150使单相三电平转换器50所包含的开关器件5a、5d成为导通状态。由此，转换器输出电压中加上了电容器15a、15b的电压，因此，单相两电平转换器40通过由控制部150进行的脉宽调制控制，输出转换器整体的输出电压指令值Vref减去电容器15a、15b的电压而得到的差分电压。
在满足条件-Vthr1>Vref≥-Vthr2的情况下(时刻t5～t6、t7～t8)，控制部150使单相三电平转换器50所包含的开关器件5b、5e以及5f成为导通状态。由此，从转换器输出电压中减去了电容器15b的电压，因此，单相两电平转换器40通过由控制部150进行的脉宽调制控制，输出对转换器整体的输出电压指令值Vref加上电容器15a的电压而得到的差分电压。
在满足条件-Vthr2>Vref的情况下(时刻t6～t7)，控制部150使单相三电平转换器50所包含的开关器件5b以及5c成为导通状态。由此，从转换器输出电压中减去了电容器15a、15b的电压，因此，单相两电平转换器40通过由控制部150进行的脉宽调制控制，输出对转换器整体的输出电压指令值Vref加上电容器15a、15b而得到的差分电压。
这样，本实施方式所涉及的控制部150用规定电压单位(閾值±Vthr2、閾值±Vthr1)来控制单相三电平转换器50所包含的开关器件5a～5f。而且，控制部150以对应于比规定电压小的输出电压的变化的方式，控制单相两电平转换器40所包含的开关器件4a～4d。
图4是示出构成车辆用电力变换装置11的功率模块的配置例的图。如图4所示，在车辆用电力变换装置11中设置有冷却装置720。而且在冷却装置720上设置有设为单相两电平转换器40用的两电平用区域701、以及设为单相三电平转换器50用的三电平用区域702。另外，图4所示的每个功率模块(例如，功率模块704a～704d、705a～705f)中内置有一个开关器件(例如，开关器件4a～4d、5a～5f)。此外，在图4中，设为一个功率模块对应一个开关器件来进行说明，但也可以对一个功率模块内置大于等于两个开关器件。
在设为单相两电平转换器40用的两电平用区域701中，构成了单相两电平转换器40用的开关电路，配置有功率模块704a～704d。在这些功率模块704a～704d中内置有开关器件4a～4d。此外，关于单相两电平转换器40用的电容器14的配置，将在下面进行说明。
在设为单相三电平转换器50用的三电平用区域702中，构成了单相三电平转换器50用的开关电路，配置有功率模块705a～705f。在这些功率模块705a～705f中内置有开关器件5a～5f。此外，关于单相三电平转换器50用的电容器15a、15b的配置，将在下面进行说明。
如图4所示，单相两电平转换器40的功率模块704a～704d以及单相三电平转换器50的功率模块705a～705f设置于同一冷却装置720上。
本实施方式的冷却装置720构成为冷却翅片，通过车辆的行驶风等，使功率模块704a～704d以及功率模块705a～705f冷却。为了使冷却效率提高，大多将这种冷却装置720设置于可从外部接触到的地方。这样，在将冷却装置720设置于可接触到的地方的情况下，为了确保安全性，需要将该冷却装置720接地。
如上所述，在内置有开关器件4a～4d的功率模块704a～704d以及内置有开关器件5a～5f的功率模块705a～705f中，电位不同。考虑到这些，则需要在冷却装置720与功率模块704a～704d及功率模块705a～705f之间设置绝缘介质，但是，不仅构造变得复杂，而且冷却性能可能会降低。
于是，在本实施方式中，不在冷却装置720与功率模块704a～704d及功率模块705a～705f之间设置绝缘介质。除此之外，在本实施方式中，作为功率模块705a～705f，使用具备大于等于可施加于电容器15a或电容器15b的电压的电位的绝缘耐压的功率模块，并且，作为功率模块704a～704d，使用具备大于等于对可施加于电容器15a或电容器15b的电压加上可施加于电容器14的电压而导出的电位的绝缘耐压的功率模块。
这样，功率模块704a～704d与功率模块705a～705f相比，具备高的绝缘耐压。也就是说，在耐电压性方面，单相三电平转换器50的功率模块705a～705f比单相两电平转换器40的功率模块704a～704d高，另一方面，在绝缘耐压方面，单相两电平转换器40的功率模块704a～704d比单相三电平转换器50的功率模块705a～705f高。
作为提高绝缘耐压的方法之一，可考虑增加功率模块的沿面距离的方法。图5是示例出功率模块704a的侧面的图。如图5所示，功率模块704a的侧面部由凹凸形状构成，通过增加沿面距离，能够提高绝缘耐压。此外，在图5中，说明了功率模块704a的情况，但设其他功率模块704a～704d也(根据需要，功率模块705a～705f也)具备同样的形状。此外，图5所示的例子示例了用于增加沿面距离的功率模块的形状，只要是增加沿面距离，则也可以是其他形状。再者，也可以通过除增加沿面距离以外的方法，来使绝缘耐压提高。
接下来，对电容器的配置进行说明。图6是示出在从上方观察本实施方式所涉及的电容器的情况下的配置例的图。在图6所示的例子中，在两电平用区域701的功率模块704a～704d的上部配置有电容器14。再者，在三电平用区域702的功率模块705a、705c、705e的上部配置有电容器15a，在三电平用区域702的功率模块705b、705d、705f的上部配置有电容器15b。
图7是示出在从侧面观察本实施方式所涉及的车辆用电力变换装置11的情况下的配置例的图。如图10所示，冷却装置720的散热部1001露出到车辆用电力变换装置11的外部，构成该散热部1001的翅片(散热板)沿行进方向而配置，以使得在车辆行驶时利用行驶风来冷却。
而且，在冷却装置720上，配置有功率模块704b、704d、705b、705d、705f。另外，无法从图7中视觉识别的功率模块704a、704c、705a、705c、705e也同样地配置在冷却装置720上。
而且，如图7所示，设置于单相两电平转换器40的电容器14设置在功率模块(704a～704d)的上方且设置在其近旁。同样地，设置于单相三电平转换器50的电容器15a、15b设置在功率模块(705a～705f)的上方且设置在其近旁。
而且，单相两电平转换器40的电路设置于电容器14与功率模块704a～704d之间即1002处。这样，电容器14以及功率模块704a～704d相接近，因此，单相两电平转换器40的电路内的电流路径变短。
同样地，单相三电平转换器50的电路设置于电容器15a、15b与功率模块705a～705f之间即1003处。这样，由于电容器15a、15b以及功率模块705a～705f相接近，因此，单相三电平转换器50的电路内的电流路径变短。
也就是说，转换器电路内的电流路径越长，电路电感越大，而在本实施方式中，通过将电容器(电容器14以及电容器15a、15b)设置在构成各转换器(单相两电平转换器40以及单相三电平转换器50)的功率模块(功率模块704a～704d以及功率模块705a～705f)的上方且设置在其近旁，能够使电路电感降低。
另外，单相两电平转换器40的构成开关器件4a～4d的(低耐压的)功率模块704a～704d与构成开关器件5a～5f的(高耐压的)功率模块705a～705f相比，能够降低开关损耗。然而，单相两电平转换器40与单相三电平转换器50相比，由于进行高速的开关动作，因此开关次数更多。再者，功率模块704a～704d与功率模块705a～705f相比，散热面积更小。因此，单相两电平转换40的功率模块704a～704d与单相三电平转换器50的功率模块705a～705f相比，温度有可能上升得更高。
于是，在本实施方式中，使用如下功率模块：即、内置构成单相两电平转换器40的开关器件4a～4d的功率模块704a～704d的工作温度上限值比内置构成单相三电平转换器50的开关器件5a～5f的功率模块705a～705f高。由此，即使在进行高速的开关动作的情况下，也能够使稳定性提高。
在本实施方式中，通过具备上述的结构，能够将功率模块704a～704d以及功率模块705a～705f直接配置于接地的同一冷却装置720。由此，不需要设置绝缘介质等，因此，能够在简化构造的基础上，使冷却性能提高。
(第二实施方式)
在第一实施方式中，说明了将内置构成单相两电平转换器40的开关器件4a～4d的功率模块704a～704d与内置构成单相三电平转换器50的开关器件5a～5f的功率模块705a～705f配置在同一冷却装置720上的例子。然而，上述的实施方式并非限制于将功率模块704a～704d以及功率模块705a～705f配置于同一冷却装置720的情况。于是，在第二实施方式中，说明将功率模块704a～704d以及功率模块705a～705f配置在不同的冷却装置上的例子。
第二实施方式的车辆用电力变换装置11具备与第一实施方式的车辆用电力变换装置11(图1中示出的结构)同样的电路结构，省略说明。
图8是示出第二实施方式的构成车辆用电力变换装置11的功率模块的配置例的图。如图8所示，设置有单相两电平转换器40用的两电平用冷却装置1120以及单相三电平转换器50用的三电平用冷却装置1121。
而且，在两电平用冷却装置1120上设置有设为单相两电平转换器40用的两电平用区域1130。另外，在三电平用冷却装置1121上设置有设为单相三电平转换器50用的三电平用区域1131。另外，图8所示的每个功率模块(例如，功率模块704a～704d、705a～705f)中内置有一个开关器件(例如，开关器件4a～4d、5a～5f)。此外，在图8中，设为一个功率模块对应一个开关器件来进行说明，但也可以对一个功率模块内置大于等于两个开关器件。
在两电平用冷却装置1120上，在设为单相两电平转换器40用的两电平用区域1130中，构成了单相两电平转换器40用的开关电路，配置有功率模块704a～704d。在这些功率模块704a～704d中内置有开关器件4a～4d。此外，关于单相两电平转换器40用的电容器14的配置，将在下面进行说明。
在三电平用冷却装置1121上，在设为单相三电平转换器50用的三电平用区域1131中，构成了单相三电平转换器50用的开关电路，配置有功率模块705a～705f。在这些功率模块705a～705f中内置有开关器件5a～5f。此外，关于单相三电平转换器50用的电容器15a、15b的配置，将在下面进行说明。
接下来，对电容器的配置进行说明。图9是示出在从上方观察本实施方式所涉及的电容器的情况下的配置例的图。在图9所示的例子中，在两电平用区域1130的功率模块704a～704d的上部配置有电容器14。再者，在三电平用区域1131的功率模块705b、705d、705f的上部配置有电容器15a，在三电平用区域1131的功率模块705a、705c、705e的上部配置有电容器15b。
而且，即使单相两电平转换器40与单相三电平转换器50之间的配线电感高，也没有问题，因此，只要将两电平用冷却装置1120设置在无法从外部接触的地方，且无需将两电平用冷却装置1120接地，那么也可以不考虑如第一实施方式那样的功率模块704a～704d的绝缘耐压。
图10是示出在从侧面观察本实施方式所涉及的车辆用电力变换装置11的情况下的配置例的图。在图10中，配置有单相两电平转换器40的两电平用冷却装置1120配置在装置内部，配置有单相三电平转换器50的三电平用冷却装置1121配置为其一部分露出到装置外部，单相两电平转换器40与单相三电平转换器50通过连接导体1301连接。
如图10所示，三电平用冷却装置1121的散热部1302露出到车辆用电力变换装置11的外部环境，构成该散热部1302的翅片(散热板)沿行进方向而配置，以使得在车辆行驶时利用行驶风(空气)来冷却。因此，三电平用冷却装置1121需要接地，并且，功率模块705a～705f需要具备与第一实施方式同样的绝缘耐压。
另一方面，两电平用冷却装置1120容纳于车辆用电力变换装置11的内部(换言之，构成为不露出到外部环境)，并且，使用(未图示的)风扇(冷却部)等对两电平用冷却装置1120进行强制冷却。也就是说，可认为由行驶风带来的冷却效果会因将两电平用冷却装置1120配置在了无法从外部接触的地方而减弱。因此，设为使用风扇等进行强制冷却。再者，通过将两电平用冷却装置1120构成为不接地，从而在功率模块704a～704d与两电平用冷却装置1120之间并不产生如第一实施方式那样的电位差，因此，功率模块704a～704d也可以不构成为具备如第一实施方式那样的绝缘耐压。
而且，设置于单相两电平转换器40的电容器14设置在功率模块(704a～704d)的上方且设置在其近旁。同样地，设置于单相三电平转换器50的电容器15a、15b设置在功率模块(705a～705f)的上方且设置在其近旁。
由此，与第一实施方式同样地，能够缩短单相两电平转换器40以及单相三电平转换器50的电路内的电流路径。也就是说，在本实施方式的单相两电平转换器40以及单相三电平转换器50中，与第一实施方式同样地，能够降低电路电感。
再者，单相两电平转换器40的功率模块704a～704d与单相三电平转换器50的(高耐压的)功率模块705a～705f相比，能够降低开关损耗。然而，单相两电平转换器40与单相三电平转换器50相比，开关次数多，散热面积小，因此，温度有可能上升得更高。
于是，在本实施方式中，使用如下功率模块：即、单相两电平转换器40的功率模块704a～704d的工作温度上限值比单相三电平转换器50的功率模块705a～705f高。由此，即使在进行高速的开关动作的情况下，也能够使稳定性提高。
在本实施方式中，通过具备上述的结构，不需要在功率模块704a～704d与两电平用冷却装置1120之间、以及功率模块705a～705f与功率模块705a～705f之间设置绝缘介质等，因此，能够简化构造，并且使冷却性提高。
虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为例子提出的，并非旨在限定发明的保护范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的保护范围或宗旨中，并且，包含在权利要求书所记载的发明和其等同的保护范围内。

Claims (7)

1.一种车辆用电力变换装置，是将单相交流电力变换成直流电力的电力变换装置，其特征在于，具备：
两电平转换器，其设置有电容器，具有开关元件和与该开关元件反并联连接二极管的、一侧的两个开关器件经由与供给所述单相交流电力的电源连接的第一连接点串联连接并且与所述电容器并联连接，另一侧的两个开关器件经由第二连接点串联连接并且与所述电容器并联连接，所述开关元件具有自灭弧能力；
三电平转换器，其设置有两个串联连接的电容器，一侧的两个开关器件经由与所述第二连接点连接的第三连接点串联连接并且与所述两个串联连接的电容器并联连接，另一侧的两个开关器件经由第四连接点串联连接并且与所述两个串联连接的电容器并联连接，在从所述第四连接点到中性点的路径上，设置有将多个开关器件反极性地串联连接的双向开关；以及
一个冷却装置，其设置有内置构成所述两电平转换器的开关器件的功率模块，和内置构成所述三电平转换器的开关器件的功率模块，
内置构成所述三电平转换器的开关器件的功率模块具有大于等于可施加于构成所述三电平转换器的两个串联连接的电容器中的任意一个的电压的绝缘耐压，
内置构成所述两电平转换器的开关器件的功率模块具有大于等于可施加于构成所述三电平转换器的两个串联连接的电容器中的任意一个、以及构成所述两电平转换器的电容器的电压的总和的绝缘耐压。
2.根据权利要求1所述的车辆用电力变换装置，其特征在于，
设置于所述两电平转换器的所述电容器设置在内置构成所述两电平转换器的所述开关器件的所述功率模块的上方且设置在其近旁，
设置于所述三电平转换器的所述电容器设置在内置构成所述三电平转换器的所述开关器件的所述功率模块的上方且设置在其近旁。
3.根据权利要求1所述的车辆用电力变换装置，其特征在于，
内置构成所述两电平转换器的所述开关器件的所述功率模块的工作温度上限值比内置构成所述三电平转换器的所述开关器件的所述功率模块高。
4.一种车辆用电力变换装置，是将单相交流电力变换成直流电力的电力变换装置，其特征在于，具备：
两电平转换器，其设置有电容器，具有开关元件和与该开关元件反并联连接的二极管的、一侧的两个开关器件经由与供给所述单相交流电力的电源连接的第一连接点串联连接并且与所述电容器并联连接，另一侧的两个开关器件经由第二连接点串联连接并且与所述电容器并联连接，所述开关元件具有自灭弧能力；
三电平转换器，其设置有两个串联连接的电容器，一侧的两个开关器件经由与所述第二连接点连接的第三连接点串联连接并且与所述两个串联连接的电容器并联连接，另一侧的两个开关器件经由第四连接点串联连接并且与所述两个串联连接的电容器并联连接，在从所述第四连接点到中性点的路径上，设置有将多个开关器件反极性地串联连接的双向开关；以及
第一冷却装置和第二冷却装置，将内置构成所述两电平转换器的开关器件的功率模块设置于所述第一冷却装置，将内置构成所述三电平转换器的开关器件的功率模块设置于所述第二冷却装置。
5.根据权利要求4所述的车辆用电力变换装置，其特征在于，
所述第一冷却装置不接地并且设置为不露出到外部环境，使用冷却部进行强制冷却，
所述第二冷却装置接地并且露出到外部环境。
6.根据权利要求4所述的车辆用电力变换装置，其特征在于，
设置于所述两电平转换器的所述电容器设置在内置构成所述两电平转换器的所述开关器件的所述功率模块的上方且设置在其近旁，
设置于所述三电平转换器的所述电容器设置在内置构成所述三电平转换器的所述开关器件的所述功率模块的上方且设置在其近旁。
7.根据权利要求4所述的车辆用电力变换装置，其特征在于，
内置构成所述两电平转换器的所述开关器件的所述功率模块的工作温度上限值比内置构成所述三电平转换器的所述开关器件的所述功率模块高。
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