CN107546979A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无需在装置的外侧增设噪声滤波器就能降低所期望频带的噪声的功率转换装置。在设定的驱动频率下被控制且串联连接的第一～第四半导体开关元件连接至高压侧电容器的两个端子，第三及第四半导体开关元件经由电抗器连接至低压侧电容器的两个端子，第二及第三半导体开关元件的两个端子上连接有充放电电容器(5)。充放电电容器由多个电容元件(501a、501b)通过第一及第二布线(502a、502b)并联连接而构成，从第一及第二布线的流入流出部(503a、503b)观察到的多个电容元件的电感分量和电容分量中的至少任意一方不一致，从而在驱动频带不具有并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及功率转换装置，特别涉及使用开关元件来进行DC-DC间等功率转换的装置。
背景技术
对于在高压下进行高速开关动作的功率转换装置来说，需要有降噪技术。
现有功率转换装置具有供输入电压输入的输入端子和将输出电压输出的输出端子，在所述输入端子与输出端子之间进行功率转换处理，还包括用于进行所述功率转换处理的开关元件、以及用于抑制所述输入端子或所述输出端子的电压随着所述开关元件的动作而发生变动的变动抑制电路，所述变动抑制电路包括在规定的谐振频率下发生谐振的并联谐振电路(例如参照专利文献1)。
另外，作为用于降低功率转换装置中产生的噪声的噪声滤波器，例如具备：共模变压器，其由串联地插入功率转换装置的输入侧的电源线的一次绕组和与该一次绕组电磁耦合的二次绕组构成；连接在所述共模变压器的二次绕组的两个端子间的电容器；以及在连接所述共模变压器与所述功率转换装置的电源线与接地之间连接的接地电容器，所述共模变压器的二次绕组与所述电容器所构成的LC并联谐振电路的谐振频率设定在共模噪声的频带(例如参照专利文献2)。
此外，在功率转换装置中，为了使重叠的位于正上方的绕组不会朝同一方向重叠卷绕，设有功率因数改善电路的升压用环形线圈，其具有至少在线圈架的一部分处折返卷绕的绕组(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004－23825号公报
专利文献2：日本专利特开2006－136058号公报
专利文献3：日本专利特开2011－210753号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，上述专利文献1所记载的功率转换装置中，除了承担功率转换动作的全波整流电路、高次谐波抑制电路、开关电路和平滑电路之外，还另外设置EMI滤波器，因此装置会大型化。
上述专利文献2所记载的噪声滤波器中，在功率转换装置的外侧增设该噪声滤波器，因此与专利文献1一样，功率转换装置会大型化。
上述专利文献3所记载的AC-DC转换器中，利用升压用线圈和绕组间的寄生电容来发生并联谐振，因此能够抑制噪声的频带被限定在由于半导体开关元件的浪涌电压而产生噪声的较高频率，而无法降低例如半导体开关元件的驱动频率附近的较低频带的噪声。另外，为了降低该频带的噪声，需要确保较大的电感分量或电容分量，需要增设外部滤波器等，会导致装置大型化。
本发明为解决上述技术问题而得以完成，其目的在于提供一种功率转换装置，其无需在装置的外侧增设噪声滤波器，就能降低所期望频带的噪声。
解决技术问题所采用的技术方案
为了达到上述目的，本发明的功率转换装置包括：多个半导体开关元件；电抗器；低压侧电容器；高压侧电容器；充放电电容器；以及在设定的驱动频率下对所述多个半导体开关元件进行驱动控制的控制部，所述多个半导体开关元件包括：第一端子连接至所述低压侧电容器的负极的第一半导体开关元件；第一端子连接至所述第一半导体开关元件的第二端子且第二端子经由所述电抗器连接至所述低压侧电容器的正极的第二半导体开关元件；第一端子连接至所述第二半导体开关元件的第二端子的第三半导体开关元件；以及第一端子连接至所述第三半导体开关元件的第二端子且第二端子连接至所述高压侧电容器的正极的第四半导体开关元件，所述充放电电容器连接在所述第一及第二半导体开关元件的连接点与所述第三及第四半导体开关元件的连接点之间，在该功率转换装置中，所述充放电电容器由多个电容元件通过第一及第二布线并联连接而构成，从所述第一及第二布线的流入流出部观察到的所述多个电容元件的电感分量和电容分量中至少有一方不一致，以使所述充放电电容器在驱动频带不具有并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点。
发明效果
根据本发明的功率转换装置，由多个电容元件通过第一及第二布线并联连接而构成的充放电电容器在从第一及第二布线的流入流出部观察到的多个电容元件的电感分量和电容分量中至少有一方不一致，以使该充放电电容器在驱动频带不具有并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点，因此，无需在装置的外侧增设噪声滤波器，就能降低包含半导体开关元件的驱动频率附近的较低的频带在内的所期望频带的噪声。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的功率转换装置的电路图。
图2是图1所示的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例1的外观图，图2(a)表示充放电电容器的立体图，图2(b)表示仰视该图2(a)时得到的平面图。
图3是表示图2所示的充放电电容器的阻抗绝对值的频率特性的曲线图。
图4是表示图2所示的充放电电容器的阻抗绝对值和各频带的关系的曲线图。
图5是表示图2所示的充放电电容器有无并联谐振点引起的阻抗绝对值的频率特性差异的曲线图。
图6是图1所示的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例2的外观图，图6(a)表示充放电电容器的立体图，图6(b)表示仰视图6(a)时得到的平面图。
图7是图1所示的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例3的外观图，图7(a)表示充放电电容器的立体图，图7(b)表示仰视图7(a)时得到的平面图。
图8是图1所示的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例4的外观图，图8(a)表示充放电电容器的立体图，图8(b)表示仰视图8(a)时得到的平面图。
图9是图1所示的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例5的外观图，图9(a)表示充放电电容器的立体图，图9(b)表示仰视图9(a)时得到的平面图。
图10是图1所示的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例6的外观图，图10(a)表示充放电电容器的立体图，图10(b)表示仰视图10(a)时得到的平面图。
图11是表示图10所示的充放电电容器的阻抗绝对值的频率特性的曲线图。
图12是表示图10所示的充放电电容器的阻抗绝对值和各频带的关系的曲线图。
图13是表示图10所示的充放电电容器有无并联谐振点引起的阻抗绝对值的频率特性差异的曲线图。
图14是图1所示的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例7的外观图，图14(a)表示充放电电容器的立体图，图14(b)表示仰视图14(a)时得到的平面图。
图15是图1所示的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例8的外观图，图15(a)表示充放电电容器的立体图，图15(b)表示仰视图15(a)时得到的平面图。
具体实施方式
下面，参照上述附图说明本发明所涉及的功率转换装置的实施方式。功率转换装置以图1所示的DC/DC转换器50为例来进行说明。
实施方式1
如图1所示，功率转换装置50包括：电抗器1；由第一半导体开关元件2a～第四半导体开关元件2d构成的半导体模块2；连接在DC/DC转换器50的低压侧端子P1-N1之间的低压侧电容器3；连接在DC/DC转换器50的高压侧端子P2-N2之间的高压侧电容器4；充放电电容器5；以及对第一半导体开关元件2a、第二半导体开关元件2b、第三半导体开关元件2c、第四半导体开关元件2d进行控制的控制部6。
第一半导体开关元件2a的一端连接至低压侧电容器3的负极侧端子。第二半导体开关元件2b的一端连接至第一半导体开关元件2a的另一端，第二半导体开关元件2b的另一端经由电抗器1连接至低压侧电容器3的正极侧端子。第三半导体开关元件2c的一端连接至第二半导体开关元件2b的另一端。第四半导体开关元件2d的一端连接至第三半导体开关元件2c的另一端，第四半导体开关元件2d的另一端连接至高压侧电容器4的正极侧端子。
此外，充放电电容器5的一端连接至第一半导体开关元件2a与第二半导体开关元件2b的连接点B(输入侧)，充放电电容器5的另一端连接至第三半导体开关元件2c与第四半导体开关元件2d的连接点A(输出侧)。因此，充放电电容器5形成为串联地插入低压侧(输入侧)的一个端子与高压侧(输出侧)的一个端子之间。另外，DC-DC转换器50的低压侧端子P1-N1之间连接有高压电源51，在高压侧端子P2－N2之间连接有电动机52。
各半导体开关元件2a～2d例如分别由IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅型双极晶体管)和与之反向并联连接的二极管构成。充放电电容器5例如采用卷绕型的薄膜电容器。
图1中，功率转换装置50是在低压侧端子与高压侧端子之间能够进行双向功率转换的双向型装置。此处，将在低压侧的端子P1－N1之间输入的输入电压(低压侧电压)V1升压，并将该升压后的输出电压(高压侧电压)V2输出到高压侧端子P2－N2之间。
低压侧电容器C1对输入电压V1进行滤波。电抗器1用于储能。半导体模块2受到控制部6在开关频率fsw下的驱动控制，通过半导体模块2的开关动作和充放电电容器5的充放电，将输入电压V1升压至输出电压V2。
这里，通过在控制部6的控制下对半导体开关元件2a～2b进行驱动控制，从而充放电电容器5对从高压电源51侧或电动机52侧获得的电能进行充放电。由此，不仅承担从低压侧电压到高压侧电压、或从高压侧电压到低压侧电压的功率转换功能，充放电电容器5还起到使通过至高压电源51侧的噪声降低的噪声滤波器的功能。如上所述，以频率fsw对半导体开关元件2a～2d进行开关控制。
这一动作已在本申请人的日本专利第5457559号公报中进行了详细说明，这里简单提一下。
稳定状态下的DC/DC转换器的动作模式有模式1～模式4四种。模式1下，半导体开关元件2a、2c导通，半导体开关元件2b和半导体开关元件2d截止，例如在动力行驶时处于充放电电容器5中储能的状态，例如在再生时处于释放充放电电容器5的电能的状态。模式2下，半导体开关元件2a、2c截止，半导体开关元件2b、2d导通，例如在动力行驶时处于释放充放电电容器5中的电能的状态，在再生时处于向充放电电容器5储能的状态。
模式3下，半导体开关元件2a、2b截止，半导体开关元件2c、2d导通，在动力行驶时处于释放电抗器1中的电能的状态，在再生时处于向电抗器1储能的状态。模式4下，半导体开关元件2a、2b导通，半导体开关元件2c、2d截止，在动力行驶时处于向电抗器1储能的状态，在再生时处于释放电抗器1中的电能的状态。
通过适当地调整这些动作模式的时间比率，能够使输入到输入端子P1-N1之间的低压侧电压即输入电压V1升压，并作为输出电压V2输出到输出端子P2-N2之间。
以下，对于上述充放电电容器5的实施例1～8进行详细说明。
<充放电电容器的实施例1>
图2(a)是本发明的实施方式1的充放电电容器5的外观立体图，图2(b)是仰视图2(a)时得到的平面图。如图2(a)和图2(b)所示，充放电电容器5包括：第一电容元件501a、第二电容元件501b、第一布线502a、第二布线502b、第一流入流出部503a、第二流入流出部503b、第一电极部504a、第一电极部504b、第二电极部505a、第二电极部505b。
第一电容元件501a与第二电容元件501b各自的中心点之间隔开了间隔D1，且配置在直线21上，并经由第一布线502a和第二布线502b并联连接在端子A-B之间。即，第一流入流出部503a形成在第一布线502a上，并且连接至连接点A，第二流入流出部503b形成在第二布线502b上，并且连接至连接点B。而且，第一电极部504a与第一电极部504b形成在第一布线502a上，第二电极部505a与第二电极部505b形成在第二布线502b上。
第一电容元件501a的一端经由第一电极部504a连接至第一布线502a，另一端经由第二电极部505a连接至第二布线502b。第二电容元件501b的一端经由第一电极部504b连接至第一布线502a，另一端经由第二电极部505b连接至第二布线502b。
此处，第一电容元件501a和第二电容元件501b设为膜材的介电常数、膜厚(内部电极间距离)、膜宽(外侧电极间距离)及薄膜的绕线长度都相同，电容值、ESR(EquivalentSeries Resistance：等效串联电阻)及ESL(Equivalent Series Inductance：等效串联电感)相等。
另外，第一布线502a和第二布线502b的长度及截面积、第一流入流出部503a和第二流入流出部503b的长度及截面积、第一电极部504a和第一电极部504b和第二电极部505a和第二电极部505b的长度及截面积各自相等。
第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在直线(虚线)25上的位置，直线(虚线)25离表示充放电电容器5的中央位置的直线(虚线)22的距离为D2。即，分别对应于第一流入流出部503a和第二流入流出部503b的从连接点A-B间到第一电容元件501a的电流路径11的回路面积与从连接点A-B间到第二电容元件501b的电流路径12的回路面积不一致，后者的回路面积更大。
因此，从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量不一致，后者的电感分量更大。虽然未图示，但第一电容元件501a、第二电容元件501b、第一布线502a、第二布线502b被收纳在由PPS(Polyphenylenesulfide：聚硫化苯)树脂等制造的壳体内，且被填充了环氧树脂等形成。
图3表示本发明的实施方式1的充放电电容器5的阻抗Z的绝对值|Z|的频率特性。这里，分别示出第一电容元件501a侧的阻抗31a、第二电容元件501b侧的阻抗31b、第一电容元件501a和第二电容元件501b的并联电路即充放电电容器5的阻抗31。如图所示，阻抗31a在串联谐振频率fs1具有串联谐振点Y1，阻抗31b在串联谐振频率fs2具有串联谐振点Y2，阻抗31在并联谐振频率fp1具有并联谐振点X1。
这里，关于上述串联谐振频率fs1，利用对于第一电容元件501a的电流路径11的电感分量L1和电容分量C1时，可用下式(1)表示。
fsl＝1/(2π√L1·C1)·····式(1)
关于上述串联谐振频率fs2，利用到第二电容元件501b的电流路径12的电感分量L2和电容分量C2时，可用下式(2)表示。第一电容元件501a和第二电容元件501b的特性相同，因此C1＝C2。
fs2＝1/(2π√L2·C2)·····式(2)
如上所述，由于L1＜L2的关系成立，因此fs1＞fs2。串联谐振频率fs2～fs1之间的频带中，第一电容元件501a作为电容器工作，第二电容元件501b作为电感器工作，因此，第一电容元件501a和第二电容元件501b发生并联谐振，结果是充放电电容器5的阻抗31变大。即，如图所示，充放电电容器5的阻抗31在并联谐振频率fp1(fs2＜fp1＜fs1)的并联谐振点X1取得极大值。
图4示出本实施例1的充放电电容器5的阻抗31的绝对值和各频带的关系。这里，若N为正数，驱动频带为fsw～fsw×N，则第一电容元件501a设计成满足fs1＞fsw×N，第二电容元件501b设计成满足fs2＞fsw×N。
若将需要衰减的噪声频带设为fn1～fn2(fn1＜fn2)，则第一电容元件501a设计成满足fs1＞fn2，第二电容元件501b设计成满足fs2＜fn1。
因此，充放电电容器5在驱动频带无并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点。另外，根据驱动频带和噪声频带，适当调整布线、流入流出部、电极部的尺寸。通过将N设为较小的值，能够覆盖驱动频率附近的较低频带来作为噪声频带。
图5是表示本发明的实施方式1的充放电电容器有无并联谐振点造成的阻抗绝对值的频率特性差异的图。这里，分别示出了通过错开流入流出部的位置来形成并联谐振点的情况下(本发明)的充放电电容器5的阻抗31(实线)，还示出了没有错开流入流出部的位置(距离D2为零)从而没有并联谐振点的情况下的充放电电容器5的阻抗32(虚线)。
如图5所示，阻抗32在串联谐振频率fs3下具有串联谐振点Y3。与该阻抗32相比，阻抗31在并联谐振点X1附近阻抗变大。因此，与阻抗32相比，阻抗31能够在并联谐振点附近使噪声频带内的噪声进一步衰减。
这里，作为示例，将第一流入流出部503a和第二流入流出部503b配置成其双方均偏离直线22距离D2，但也可以配置成使第一流入流出部503a和第二流入流出部503b中的任意一方偏离直线22距离D2。即，只要从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量不一致，就可以在电容器的制造允许范围内任意地配置第一流入流出部503a和第二流入流出部503b。
由此，功率转换装置具备：多个半导体开关元件、电抗器、充放电电容器、以及在规定的驱动频率下对多个半导体开关元件进行驱动控制从而将充放电电容器串联地插入到输入输出之间的控制部，在该功率转换装置中，充放电电容器由第一和第二电容元件并联连接构成，且充放电电容器具备第一布线、第二布线、第一流入流出部、第二流入流出部、多个第一电极部和多个第二电极部。第一流入流出部形成在第一布线上并连接至输出侧，第二流入流出部形成在所述第二布线上并连接至输入侧，第一和第二电容元件各自的一端经由第一电极部连接至第一布线，各自的另一端经由第二电极部连接至第二布线，充放电电容器的流入流出部配置成偏离两个电容元件的中央。
从而，到各电容元件的电流路径的回路面积不一致，从流入流出部观察各电容元件时的各电感分量不一致。因此，充放电电容器在驱动频带无并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点，且在并联谐振点附近阻抗变大。因此，无需在装置的外侧增设噪声滤波器，就能降低包含半导体开关元件的驱动频率附近的较低频带在内的所期望频带的噪声。
<充放电电容器的实施例2>
图6(a)是表示本发明的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例2的立体图，图6(b)是仰视图6(a)时得到的平面图。
图6所示的充放电电容器5与图2的不同点在于，第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在位于充放电电容器5的中央位置的直线22上，且第一电极部504b和第二电极部505b的长度分别比第一电极部504a和第二电极部505a的长度要长距离L。即，电极部的长度不一致。
因此，图6(a)所示的从连接点A-B间到第一电容元件501a的电流路径11的回路面积与从连接点A-B间到第二电容元件501b的电流路径12的回路面积不一致，后者的回路面积更大。即，从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量不一致，后者的上述电感分量更大。除了充放电电容器5的流入流出部的位置和电极部的长度之外，其他都与图2所示的实施例1相同，因此省略对整个装置的结构和动作的说明。
如上所述，第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在位于充放电电容器5的中央位置的直线22上，且第一电极部504b和第二电极部505b的长度分别比第一电极部504a和第二电极部505a的长度要长距离L，因此，到第二电容元件501b的电流路径12的电感分量L2要大于到第一电容元件501a的电流路径11的电感分量L1。
因此，充放电电容器5的阻抗绝对值与实施例1相同，具有与图5所示的阻抗31相同的特性，即、第一电容元件501a侧在串联谐振频率fs1下具有串联谐振点Y1，第二电容元件501b侧在串联谐振频率fs2下具有串联谐振点Y2，fs2～fs1之间在并联谐振频率fp1下具有并联谐振点X1。
另一方面，电极部的长度全都相同的情况下的阻抗的特性可以视作为与图5的阻抗32相同，因此，可知在电极部的长度不一致的情况下，在并联谐振点附近，噪声频带内的噪声能够进一步衰减。
此处，作为一个示例，第一电极部504b和第二电极部505b的长度比第一电极部504a和第二电极部505a的长度要长距离L，但也可以仅使其中一方的第一电极部504b较长。即，只要从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量不一致，就可以在电容器的制造允许范围内任意地设置第一电极部504a、第一电极部504b、第二电极部505a、第二电极部505b的长度。
由此，通过使多个第一电极部和多个第二电极部中的至少一个电极部的长度不一致，使得到各电容元件的电流路径的回路面积不一致，从流入流出部观察各电容元件时的各电感分量不一致。因此，充放电电容器在驱动频带没有并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点，且并联谐振点附近的阻抗变大，因此，无需在装置的外侧增设噪声滤波器，就能降低包含半导体开关元件的驱动频率附近的较低频带在内的所期望频带的噪声。
<充放电电容器的实施例3>
图7(a)是表示本发明的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例3的立体图，图7(b)是仰视图7(a)时得到的平面图。
图7所示的充放电电容器5与图2所示的充放电电容器5的不同点在于，第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在位于充放电电容器5的中央位置的直线22上，第一电极部504a和第二电极部505a形成在位于第一电容元件501a的中央位置的直线23上的位置，而第一电极部504b和第二电极部505b形成在离位于第二电容元件501b的中央位置的直线24距离D3的位置。
因此，图7(a)所示的从连接点A-B间到第一电容元件501a的电流路径11的回路面积与从连接点A-B间到第二电容元件501b的电流路径12的回路面积不一致，后者的回路面积更大。因此，从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量不一致，后者的电感分量更大。
除了充放电电容器5的流入流出部的位置和电极部的位置之外，其他都与图1所示的充放电电容器5的实施例1相同，因此省略对整个装置的结构和动作的说明。
如上所述，第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在位于充放电电容器5的中央位置的直线22上，第一电极部504a和第二电极部505a形成在位于第一电容元件501a的中央位置的直线23上的位置，第一电极部504b和第二电极部505b形成在离位于第二电容元件501b的中央位置的直线24距离D3的位置，因此，到第二电容元件501b的电流路径12的电感分量L2要大于到第一电容元件501a的电流路径11的电感分量L1。
因此，充放电电容器5的阻抗绝对值与充放电电容器5的实施例1相同，具有图5所示的阻抗31相同的特性，即、第一电容元件501a侧在串联谐振频率fs1下具有串联谐振点Y1，第二电容元件501b侧在串联谐振频率fs2下具有串联谐振点Y2，fs2～fs1之间在并联谐振频率fp1下具有并联谐振点X1。
另一方面，电极部全都形成在电容元件的中央的情况下的阻抗的特性可以视作为与图5的阻抗32相同，因此，可知在电极部配置成从电容元件的中央错开的情况下，在并联谐振点附近，噪声频带内的噪声能够进一步衰减。
此处，作为示例，第一电极部504a和第二电极部505a形成在位于第一电容元件501a的中央位置的直线23上的位置，第一电极部504b和第二电极部505b形成在离位于第二电容元件501b的中央位置的直线24距离D3的位置，但是也可以第一电极部504a和第二电极部505a形成在直线23上的位置，第一电极部504b形成在直线24上的位置，第二电极部505b形成在离直线24距离D3的位置。
即，只要从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量不一致，就可以在电容器的制造限制范围内任意地设定第一电极部504a和第二电极部505a到直线23的距离、第一电极部504b和第二电极部505b到直线24的距离。
由此，多个第一电极部和多个第二电极部中至少有一个配置成偏离各电容元件的中央，从而使到各电容元件的电流路径的回路面积不一致。于是，从流入流出部观察各电容元件时的各电感分量不一致，充放电电容器在驱动频带没有并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点，并且在并联谐振点附近阻抗变大。因此，无需在装置的外侧增设噪声滤波器，就能降低包含半导体开关元件的驱动频率附近的较低频带在内的所期望频带的噪声。
<充放电电容器的实施例4>
图8(a)是表示本发明的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例4的立体图，图8(b)是仰视图8(a)时得到的平面图。
图8所示的充放电电容器5与图2的实施例1的不同点在于，第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在位于充放电电容器5的中央位置的直线22上，第一电容元件501a和第二电容元件501b的静电电容不相同。这里，通过使后者的膜材的绕线长度大于前者，从而使两者的静电电容不一致。
因此，从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电容分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电容分量不一致，后者的所述电容分量更大。除了充放电电容器5的流入流出部的位置和电容元件的静电电容之外，其他都与图2所示的实施例1相同，因此省略对整个装置的结构和动作的说明。
如上所述，第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在位于充放电电容器5的中央位置的直线22上，并且第二电容元件501b的静电电容大于第一电容元件501a的静电电容。因此，充放电电容器5的阻抗绝对值与实施例1相同，的图5所示的阻抗31相同的特性，在第一电容元件501a侧的串联谐振频率fs1具有串联谐振点Y1，在第二电容元件501b侧的串联谐振频率fs2具有串联谐振点Y2，在fs2～fs1之间具有并联谐振频率fp1的并联谐振点X1。
另一方面，电容元件的静电电容相同的情况下的阻抗的特性可以视作为与图5的阻抗32相同，因此在电容元件的静电电容不一致的情况下，在并联谐振点附近，噪声频带内的噪声能够进一步衰减。
此处，作为一例，通过使薄膜的绕线长度不一致，使得电容元件的静电电容不一致，但也可以使膜宽(外侧电极间距离)、膜材的介电常数和膜厚(内部电极间距离)等不一致。
由此，通过使2个电容元件中的至少一个的绕线长度不一致，使得从流入流出部观察各电容元件时的各电容分量不一致，因此充放电电容器在驱动频带不具有并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点。因此，在并联谐振点附近，阻抗变大，因此无需在装置的外侧增设噪声滤波器，就能降低包含半导体开关元件的驱动频率附近的较低频带在内的所期望频带的噪声。
<充放电电容器的实施例5>
图9(a)是表示本发明的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例5的立体图，图9(b)是仰视图9(a)时得到的平面图。
图9所示的充放电电容器5与图2的实施例1的不同点在于，在第一电容元件501a的外侧增设具有与其它电容元件相同的特性的第三电容元件501c，并在直线21上与其它电容元件501a、501b等间隔D1地排列，还增设了第一电极部504c和第二电极部505c，第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在位于充放电电容器5的中央位置的直线22上。
这里，直线23示出第一电容元件501a的中央位置，直线24示出第二电容元件501b的中央位置，直线25示出第三电容元件501c的中央位置。第一电极部504a和第二电极部505a配置在直线23上的位置，第一电极部504b和第二电极部505b配置在直线24上的位置，第一电极部504c和第二电极部505c配置在直线25上的位置。各电极部的长度全都相同。
因此，图9(a)所示的从连接点A-B间到第二电容元件501b的电流路径12的回路面积与从连接点A-B间到第三电容元件501c的电流路径13的回路面积相等，从连接点A-B间到第一电容元件501a的电流路径11的回路面积要比其它2个电容元件501b、501c的小，从而产生不一致的回路面积。
即，从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量与从连接点A-B间观察第三电容元件501c时的电感分量相等，从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与其它2个电容元件501b、501c的不一致(电感分量变小)。
除了充放电电容器5的流入流出部的位置和电容元件及电极部的数量之外，其他都与图2所示的实施例1相同，因此省略对整个装置的结构和动作的说明。
此处，与实施例1相同，到第一电容元件501a的电流路径11的串联谐振频率fs1用上式(1)表示，到第二电容元件501b的电流路径12的串联谐振频率fs2用上式(2)表示。由于电流路径12和13的电感分量相等，因此可知到第三电容元件501c的电流路径13的串联谐振频率可用上式(2)表示。
因此，充放电电容器5的阻抗绝对值与实施例1相同，具有与图5所示的阻抗31相同的特性，即、第一电容元件501a侧在串联谐振频率fs1下具有串联谐振点Y1，第二电容元件501b侧及第三电容元件501c侧在串联谐振频率fs2下具有串联谐振点Y2，fs2～fs1之间在并联谐振频率fp1下具有并联谐振点X1。即，在并联谐振点附近，噪声频带内的噪声能够衰减。
由此，通过将3个电容元件并联连接，并将流入流出部配置在充放电电容器的中央，从而使得到第一电容元件的电流路径的回路面积与其它2个电容元件的不一致，从流入流出部观察第一电容元件时的电感分量与观察其它2个电容元件时的电感分量不一致。
因此，充放电电容器5在驱动频带无并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点，且在并联谐振点附近阻抗变大。因此，无需在装置的外侧增设噪声滤波器，就能降低包含半导体开关元件的驱动频率附近的较低频带在内的所期望频带的噪声。
<充放电电容器的实施例6>
图10(a)是表示本发明的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例6的立体图，图10(b)是仰视图10(a)时得到的平面图。
图10所示的充放电电容器5与图9的实施例5的不同点在于：第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在直线26上的位置，该直线26离位于充放电电容器5的中央位置的直线22距离D2。
因此，图10(a)所示的从连接点A-B间到第一电容元件501a的电流路径11的回路面积、从连接点A-B间到第二电容元件501b的电流路径12的回路面积、从连接点A-B间到第三电容元件501c的电流路径13的回路面积都不一致。回路面积的大小按照的顺序增大。
因此，电感分量的大小按照从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量、从连接点A-B间观察第三电容元件501c时的电感分量、从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量依次增大。充放电电容器5的结构以外的情况下与图2所示的实施例1相同，因此省略对整个装置的结构和动作的说明。
图11是表示本实施例6的充放电电容器的阻抗Z的绝对值│Z│的频率特性的图。这里，分别示出第一电容元件501a侧的阻抗31a、第二电容元件501b侧的阻抗31b、第三电容元件501c侧的阻抗31c、充放电电容器5的阻抗31。如图所示，阻抗31a在串联谐振频率fs1具有串联谐振点Y1，阻抗31b在串联谐振频率fs2具有串联谐振点Y2，阻抗31c在串联谐振频率fs3具有串联谐振点Y3。而且，阻抗31具有上述3个串联谐振点、并联谐振频率fp1下的并联谐振点X1和并联谐振频率fp2下的并联谐振点X2。
此处，与实施例1相同，到第一电容元件501a的电流路径11的串联谐振频率fs1用上式(1)表示，到第二电容元件501b的电流路径12的串联谐振频率fs2用上式(2)表示。根据到第三电容元件501c的电流路径13的电感分量L3和电容分量C3，串联谐振频率fs3用下式(3)表示。各电容元件的特性相同，因此C1＝C2＝C3。
fs3＝1/(2π√L3·C3)·····式(3)
如上所述，由于电感分量L1＜L3＜L2的关系成立，因此fs2＜fs3＜fs1。fs2～fs3之间的频带中，第一电容元件501a及第三电容元件501c作为电容器工作，第二电容元件501b作为电感器工作，因此，各电容元件之间发生并联谐振，结果是充放电电容器5的阻抗31变大。如图11所示，充放电电容器5的阻抗31在并联谐振频率fp2(fs2＜fp2＜fs3)下的并联谐振点X2取得极大值。
而且，在fs3～fs1之间的频带中，第二电容元件501b及第三电容元件501c作为电感器工作，第一电容元件501a作为电容器工作，因此，各电容元件之间发生并联谐振，结果是充放电电容器5的阻抗变大。如图11所示，充放电电容器5的阻抗31在并联谐振频率fp1(fs3＜fp1＜fs1)下的并联谐振点X1取得极大值。
图12是表示本实施例6的充放电电容器的阻抗Z的绝对值│Z│与各频带的关系的图。这里，若N为正数，驱动频带为fsw～fsw×N，则第一电容元件501a设计成满足fs1＞fsw×N，第二电容元件501b设计成满足fs2＞fsw×N，第三电容元件501c设计成满足fs3＞fsw×N。
若将需要衰减的噪声频带设为fn1～fn2(fn1＜fn2)，则第一电容元件501a设计成满足fs1＞fn2，第二电容元件501b设计成满足fs2＜fn1。
因此，充放电电容器5在驱动频带无并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点。另外，根据驱动频带和噪声频带，可以适当调整布线、流入流出部、电极部的尺寸。通过将N设为较小的值，能够作为噪声频带覆盖驱动频率附近的较低频带。
图13是对本实施例6的充放电电容器有无并联谐振点引起的阻抗绝对值的频率特性进行比较的图。这里，分别示出有并联谐振点时的充放电电容器5的阻抗31、无并联谐振点时的充放电电容器5的阻抗32。如图所示，与阻抗32相比，本实施例6的阻抗31在并联谐振点X1和X2附近阻抗变大。因此，与阻抗32相比，本实施例6的阻抗31能够在并联谐振点附近使噪声频带内的噪声衰减。
由此，通过将3个电容元件并联连接，并将流入流出部偏离充放电电容器的中央进行配置，从而能使到各电容元件的电流路径的回路面积不一致。由此，从流入流出部观察各电容元件时的电感分量不一致，充放电电容器在驱动频带没有并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点。因此，在并联谐振点附近，阻抗变大，因此无需在装置的外侧增设噪声滤波器，就能降低包含半导体开关元件的驱动频率附近的较低频带在内的所期望频带的噪声。
<充放电电容器的实施例7>
图14(a)是表示本发明的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例7的立体图，图14(b)是仰视图14(a)时得到的平面图。
图14所示的充放电电容器5与图2的实施例1的不同点在于，第一流入流出部503a和第二流入流出部503b形成在充放电电容器5的中央位置，第一电容元件501a和第二电容元件501b之间的间隙中设有静电电容较小的第三电容元件501c。
第三电容元件501c配置在直线25与直线22的交点的位置上，其中，直线25在离位于第一及第二电容元件501a、501b的中央位置的直线21距离L的位置上，直线22位于充放电电容器5的中央位置。这里，通过使第三电容元件501c的薄膜的绕线长度短于其它2个电容元件，从而减小静电电容，使得静电电容不一致。
因此，从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电容分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电容分量相等，从连接点A-B间观察第三电容元件501c时的电容分量比其它2个电容元件501a、501b的小。另外，观察各电容元件时的各电感分量相等。充放电电容器5的结构以外与图2所示的实施例1相同，因此省略对整个装置的结构和动作的说明
此处，若将到第一电容元件501a的电流路径11的串联谐振频率设为fs2，则该fs2可用上式(2)来表示。由于电流路径11和12的电感分量及电容分量相等，因此到第二电容元件501b的电流路径12的串联谐振频率也可用上式(2)表示。若将到第三电容元件501c的电流路径13的串联谐振频率设为fs1，则该fs1可用上式(1)来表示。
因此，充放电电容器5的阻抗绝对值与实施例1相同，具有与图5所示的阻抗31相同的特性，即、第三电容元件501c侧在串联谐振频率fs1下具有串联谐振点Y1，第一电容元件501a侧及第二电容元件501b侧在串联谐振频率fs2下具有串联谐振点Y2，fs2～fs1之间在并联谐振频率fp1下具有并联谐振点X1。
即，在并联谐振点附近，噪声频带内的噪声能够衰减。由于假设第三电容元件501c配置在空闲区域中，因此与其它2个电容元件501a、501b相比，静电电容极小。因此，与上述实施例1～6的充放电电容器5相比，上述串联谐振频率fs1为高频率，因此充放电电容器5能够在更宽的频带起到噪声滤波器的功能。
这里，电流路径11～13的回路面积相同，但也可以通过调整布线、流入流出部、电极部的尺寸来使其不一致。
由此，通过将3个电容元件中电容分量较小的第三电容元件501c配置在第一及第二电容元件501a、501b的间隙中，从而除了能够得到实施例1～6的效果之外，不会增大装置的尺寸，并且能使充放电电容器在更宽的频带中起到噪声滤波器的功能。
<充放电电容器的实施例8>
图15(a)是表示本发明的功率转换装置所使用的充放电电容器的实施例8的立体图，图15(b)是仰视图15(a)时得到的平面图。
图15所示的充放电电容器5与图2的实施例1的不同点在于第一电容元件501a和第二电容元件501b的静电电容不同。这里，通过使后者的膜材的绕线长度大于前者，使两者的静电电容不一致。即，第二电容元件501b要比第一电容元件501a稍大。因此，从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电容分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电容分量不一致，后者的电容分量更大。此处，作为一例，通过使薄膜的绕线长度不一致，从而使电容元件的静电电容不一致，但也可以使膜宽(外侧电极间距离)、膜材的介电常数和膜厚(内部电极间距离)等不一致。
另外，分别对应于第一流入流出部503a和第二流入流出部503b的从连接点A-B间到第一电容元件501a的电流路径11的回路面积与从连接点A-B间到第二电容元件501b的电流路径12的回路面积不一致，后者的回路面积更大。因此，从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量不一致，后者的电感分量更大。这里，作为示例，将第一流入流出部503a和第二流入流出部503b双方偏离直线22距离D2进行配置，但也可以使第一流入流出部503a和第二流入流出部503b中的任意一方偏离直线22距离D2来进行配置。即，只要从连接点A-B间观察第一电容元件501a时的电感分量与从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电感分量不一致，就可以在电容器的制造允许范围内任意地配置第一流入流出部503a和第二流入流出部503b。
即，从连接点A-B间观察第二电容元件501b时的电容分量和电感分量比第一电容元件501a的大。因此，充放电电容器5的阻抗绝对值与实施例1相同，具有与图5所示的阻抗31相同的特性，即、第一电容元件501a侧在串联谐振频率fs1下具有串联谐振点Y1，第二电容元件501b侧在串联谐振频率fs2下具有串联谐振点Y2，fs2～fs1之间在并联谐振频率fp1下具有并联谐振点X1。但是与实施例1～4的充放电电容器5相比，fs1与fs2之差变大。
由此，从流入流出部观察各电容元件时的各电容分量和从流入流出部观察各电容元件时的各电感分量两者都不一致，从而使串联谐振点的频率差异变大，除了能够得到实施例1～4的效果之外，还能使充放电电容器在更宽的频带中起到噪声滤波器的功能。
<充放电电容器的其它变形例>
除了上述各实施例1～8以外，也可以例如使多个第一电极部和多个第二电极部的截面积中至少有一个不一致，从而能够使到各电容元件的电流路径的回路面积不一致。由此，从流入流出部观察各电容元件时的各电感分量不一致，充放电电容器在驱动频带没有并联谐振点，而是在噪声频带具有并联谐振点，从而在并联谐振点附近阻抗变大。因而，能得到与上述同样的效果。
上述各实施例1～8中，示出了使用2个或3个电容元件的例子，但在使用4个以上电容元件的情况下，也可以采用与上述相同的方法来获得相同的效果。
而且，上述各实施例1～8中示出了充放电电容器采用薄膜电容器的例子，但也可以使用电解电容器、陶瓷电容器等其它一般的电容器。还可以使用薄膜电容器和陶瓷电容器的组合等，可以将多种电容器并联连接。另外，在使用层叠型电容器的情况下，通过使层叠数不一致，也能够使静电电容不一致。
上述各实施例1～8中，示出了在第一布线与第二布线之间配置电容元件的例子，但也可以使第一布线和第二布线隔着绝缘纸等绝缘物重叠，并在其上方或下方配置电容器。
上述各实施例1～8中，示出了在第一布线上形成多个第一电极部，在第二布线上形成多个第二电极部的例子，但也可以用不同于布线的其它传导材料来构成电极部，并将其一端连接至布线，另一端连接至电容元件。
上述各实施例1～8中，示出了在电极面上纵向配置各电容元件的例子，但也可以在电极面上横向地配置。
而且，上述各实施例1～8中，以各半导体开关元件2a～2d由IGBT和二极管构成为例进行了说明，但也可以用MOSFET或JFET等来代替IGBT。在使用MOSFET的情况下，也可以使用MOSFET的体二极管来代替二极管。各半导体开关元件2a～2d也可以由带隙比硅要大的宽带隙半导体、例如碳化硅(SiC)、氮化镓类材料或金刚石来形成。
本发明并不限于上述各实施例1～8，这些实施例的可能性组合也全都包括在本发明内。
标号说明
1电抗器；2半导体模块；2a第一半导体开关元件；2b第二半导体开关元件；2c第三半导体开关元件；2d第四半导体开关元件；3低压侧电容器；4高压侧电容器；5充放电电容器；501a第一电容元件；501b第二电容元件；501c第三电容元件；502a第一布线；502b第二布线；503a第一流入流出部；503b第二流入流出部；504a第一电极部1；504b第一电极部2；504c第一电极部3；505a第二电极部1；505b第二电极部2；505c第二电极部3；6控制部；50功率转换装置；51高压电源；52电动机。

Claims (10)

1.一种功率转换装置，其特征在于，
包括多个半导体开关元件、电抗器、低压侧电容器、高压侧电容器、充放电电容器、以及在设定的驱动频率下对所述多个半导体开关元件进行驱动控制的控制部，
所述多个半导体开关元件包括：第一端子连接至所述低压侧电容器的负极的第一半导体开关元件；第一端子连接至所述第一半导体开关元件的第二端子且第二端子经由所述电抗器连接至所述低压侧电容器的正极的第二半导体开关元件；第一端子连接至所述第二半导体开关元件的第二端子的第三半导体开关元件；以及第一端子连接至所述第三半导体开关元件的第二端子且第二端子连接至所述高压侧电容器的正极的第四半导体开关元件，
所述充放电电容器连接在所述第一半导体开关元件及所述第二半导体开关元件的连接点与所述第三半导体开关元件及所述第四半导体开关元件的连接点之间，
所述充放电电容器由多个电容元件通过第一布线及第二布线并联连接而构成，
从所述第一布线及所述第二布线的流入流出部观察到的所述多个电容元件的电感分量和电容分量中的至少一方不一致，以使所述充放电电容器在驱动频带无并联谐振点，而在噪声频带具有并联谐振点。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电感分量不一致是由所述第一布线及所述第二布线的各流入流出部与所述多个电容元件的每一个之间的电流路径的回路面积不一致而引起的。
3.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述回路面积不一致是由所述第一布线及所述第二布线的流入流出部中的至少一方被配置成偏离所述多个电容元件之间的中央而引起的。
4.如权利要求2或3所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述第一布线及所述第二布线分别形成有电极部，且该电极部分别连接至所述多个电容元件的每一个，所述回路面积不一致是由所述第一布线及所述第二布线中的至少一方的所述电极部的长度不一致而引起的。
5.如权利要求2至4的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述第一布线及所述第二布线分别形成有电极部，且该电极部分别连接至所述多个电容元件的每一个，所述回路面积不一致是由所述电极部中的至少一个被配置成偏离所连接的所述电容元件的中央而引起的。
6.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述第一布线及所述第二布线分别形成有电极部，且该电极部分别连接至所述多个电容元件的每一个，所述电感分量不一致是由所述电极部中的至少一个电极部的截面积不一致而引起的。
7.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电容分量不一致是由所述多个电容元件中的至少一个电容元件在材料的介电常数、厚度、宽度、绕线长度、电解液或层叠数上不一致而引起的。
8.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电感分量不一致是由以下原因引起的：配置在一条直线上的所述多个电容元件有3个，所述第一布线及所述第二布线分别设有对应于各电容元件的电极部，且所述流入流出部设置在所述第一布线及所述第二布线的中央。
9.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电感分量不一致是由以下原因引起的：配置在一条直线上的所述多个电容元件有3个，所述第一布线及所述第二布线分别设有对应于各电容元件的电极部，且所述流入流出部被设置成偏离所述第一布线及所述第二布线的中央。
10.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电容分量不一致是由以下原因引起的：所述多个电容元件中的2个电容元件之间配置有电容分量相对于所述2个电容元件较小的1个电容元件，并在所述第一布线及所述第二布线分别设置与各电容元件相对应的电极部。
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