CN110692186B - 电力变换装置 - Google Patents

电力变换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110692186B
CN110692186B CN201880035628.1A CN201880035628A CN110692186B CN 110692186 B CN110692186 B CN 110692186B CN 201880035628 A CN201880035628 A CN 201880035628A CN 110692186 B CN110692186 B CN 110692186B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode terminal
path
power
inductance
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880035628.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110692186A (zh
Inventor
菅原烈
粟根和俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority claimed from PCT/JP2018/005519 external-priority patent/WO2018225301A1/ja
Publication of CN110692186A publication Critical patent/CN110692186A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110692186B publication Critical patent/CN110692186B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/523—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with LC-resonance circuit in the main circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

电容器(C)具有寄生电感分量(Lp)，在正极线(PL1)与负极线(NL)之间电连接。转换器(10)构成为包括设置于正极线(PL1)的电抗器(Lc)，进行通过电容器(C1)平滑化后的直流电压的电压变换。逆变器(20)构成为通过开关控制进行转换器(10)与交流马达(M)之间的直流交流变换。正极线(PL1)中的连接直流电源(B)和电容器(C)的路径(PATH1)的电感小于负极线(NL)中的连接直流电源(B)和电容器(C)的路径(PATH2)的电感。路径(PATH2)的电感和路径(PATH1)的电感的差小于寄生电感分量(Lp)的2倍。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及在直流电源与交流负载之间进行电力变换的电力变换装置，更特定地涉及具备包括电抗器的转换器并在直流电源与交流负载之间进行电力变换的电力变换装置。
背景技术
已知构成为通过开关控制进行直流电源与交流负载之间的电力变换的电力变换装置。在高频(例如20kHz以上的频率)下的开关控制中，起因于电力变换装置内的逆变器的开关元件的开关动作，可能发生高频的噪声(开关噪声)。该开关噪声的发生机理如以下的说明。即，由于逆变器的开关动作，交流负载(例如交流马达)的中性点电位变动，由此发生共模噪声。
在电力变换装置的电路结构在正极侧和负极侧不平衡的情况下，可能引起共模噪声(common mode noise)与常模噪声(normal mode noise)之间的模式变换。即，存在共模噪声被变换为常模噪声、或者常模噪声被变换为共模噪声的可能性。因此，提出了通过防止模式变换降低开关噪声的技术。
例如日本特开2009-296756号公报(专利文献1)公开的电力变换装置具备第1及第2环路电路。第1环路电路包括2次侧线圈的中点抽头、电容器、高电位侧的Y电容器、高电位侧布线以及高电位侧开关元件。另一方面，第2环路电路包括中点抽头、电容器、低电位侧的Y电容器、低电位侧布线以及低电位侧开关元件。在专利文献1公开的电力变换装置中，对高电位侧的Y电容器和低电位侧的Y电容器的连接点连接中点抽头。由此，第1环路电路的阻抗和第2环路电路的阻抗相等。其结果，电力变换装置的不平衡被消除，所以能够防止模式变换(参照例如专利文献1的段落[0038])。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-296756号公报
专利文献2：日本特开2012-29404号公报
专利文献3：国际公开第2013/99540号
发明内容
专利文献1公开的电力变换装置是使高压蓄电池的电压(例如几百伏特)降压而输出给低压蓄电池(例如12V的蓄电池)的装置，具有具备包括变压器的绝缘型转换器的结构(参照例如专利文献1的段落[0028]～[0032]以及图1)。
另一方面，在电力变换装置中，具备包括电抗器的转换器的结构的例子得到广泛实用化。在专利文献1中，未特别提到具备这样的转换器的结构，关于该结构中的开关噪声的降低未进行任何研究。在具备包括电抗器的转换器的结构的电力变换装置中，也期望适合地降低开关噪声。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，在具备包括电抗器的转换器并在直流电源与交流负载之间进行电力变换的电力变换装置中，适合地降低开关噪声。
(1)本发明的某个方案所涉及的电力变换装置具备正极端子及负极端子、第1及第2电力线、平滑电容器、转换器、以及逆变器。正极端子以及负极端子接受从直流电源供给的电力。第1电力线与正极端子以及负极端子中的一方可电连接地构成。第2电力线与正极端子以及负极端子中的另一方可电连接地构成。平滑电容器具有寄生电感分量，在第1电力线与第2电力线之间电连接。转换器构成为包括设置于第1电力线的电抗器，进行通过平滑电容器平滑化后的直流电压的电压变换。逆变器构成为通过开关控制进行转换器与交流负载之间的直流交流变换。第1电力线中的连接正极端子以及负极端子的上述一方和平滑电容器的第1路径的电感小于第2电力线中的连接正极端子以及负极端子的上述另一方和平滑电容器的第2路径的电感。第2路径的电感和第1路径的电感的差小于平滑电容器的寄生电感分量的2倍。
(2)优选，电力变换装置还具备设置于第2路径的电感器。电感器的电感小于平滑电容器的寄生电感分量的2倍。
(3)优选，第2路径的电感是第2路径的寄生电感分量。第2路径的寄生电感分量小于平滑电容器的寄生电感分量的2倍。
(4)优选，电力变换装置还具备设置于第1路径的第1电感器、和设置于第2路径的第2电感器。第2电感器的电感和第1电感器的电感的差小于平滑电容器的寄生电感分量的2倍。
(5)在本发明的某个方案所涉及的电力变换装置中，电力变换装置具备正极端子及负极端子、第1及第2电力线、平滑电容器、转换器、以及逆变器。正极端子以及负极端子接受从直流电源供给的电力。第1电力线与正极端子以及负极端子中的一方可电连接地构成。第2电力线与正极端子以及负极端子中的另一方可电连接地构成。平滑电容器具有寄生电阻分量，在第1电力线与第2电力线之间电连接。转换器构成为包括设置于第1电力线的电抗器，进行通过平滑电容器平滑化后的直流电压的电压变换。逆变器构成为通过开关控制进行转换器与交流负载之间的直流交流变换。第1电力线中的连接正极端子以及负极端子的上述一方和平滑电容器的第1路径的电阻小于第2电力线中的连接正极端子以及负极端子的上述另一方和平滑电容器的第2路径的电阻。第2路径的电阻和第1路径的电阻的差小于平滑电容器的寄生电阻分量的2倍。
根据本发明，在具备包括电抗器的转换器并在直流电源与交流负载之间进行电力变换的电力变换装置中，能够适合地降低开关噪声。
附图说明
图1是概略地示出比较例所涉及的电力变换装置的结构的电路框图。
图2是用于说明比较例所涉及的电力变换装置中的噪声的发生机理以及变换机理的图。
图3是概略地示出实施方式1所涉及的电力变换装置的结构的电路框图。
图4是用于说明实施方式1所涉及的电力变换装置中的噪声传输路径的图。
图5是示出电感器L的电感和变换率的相关关系的一个例子的图。
图6是示出用于说明实施方式1所涉及的电力变换装置所起到的噪声降低效果的解析结果的一个例子的图。
图7是概略地示出实施方式1的变形例所涉及的电力变换装置的结构的电路框图。
图8是概略地示出实施方式2所涉及的电力变换装置的结构的电路框图。
(附图标记说明)
1、1A、2、9：电力变换装置；10：转换器；20：逆变器；31、32：电压传感器；33：电流传感器；100：控制装置；B：直流电源；C1、C2：电容器；D1～D8：二极管；I、In、Ip：电流；L、La、Lb：电感器；Lc：电抗器；Lp：寄生电感分量；M：交流马达；PL1、PL2：正极线；NL：负极线；Q1～Q8：开关元件；R：电阻；Rp：寄生电阻分量；Tn：负极端子；Tp：正极端子；Tu：U相端子；Tv：V相端子；Tw：W相端子。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明具体实施方式。此外，在图中对同一或者相当部分附加同一符号而不反复其说明。
实施方式1.
以下，为了容易地理解实施方式1所涉及的电力变换装置的特征，首先，说明比较例所涉及的电力变换装置的结构。
<比较例>
图1是概略地示出比较例所涉及的电力变换装置的结构的电路框图。参照图1，电力变换装置9具备正极端子Tp及负极端子Tn、正极线PL1、负极线NL、电容器C1、转换器10、正极线PL2、电容器C2、逆变器20、U相端子Tu、V相端子Tv、以及W相端子Tw。电力变换装置9构成为进行直流电力和交流电力的电力变换(直流交流变换)。
直流电源B是例如蓄电装置，是镍氢电池或者锂离子二次电池等二次电池或者双电层电容器等电容器。此外，直流电源B不限于二次电池，也可以是一次电池。另外，直流电源B既可以是发生直流恒定电压的电源(例如稳定化电源)，也可以是构成为发电出直流电力的发电装置(例如太阳能电池)。
交流马达M是消耗从直流电源B经由电力变换装置9供给的交流电力来发生期望的动力的交流负载。更具体而言，交流马达M是Y接线的三相交流马达。交流马达M既可以是感应马达，也可以是其他方式的马达(例如同步马达)。
正极端子Tp以及负极端子Tn接受从直流电源B供给的电力。对正极端子Tp，电连接正极线PL1(第1电力线)。对负极端子Tn，电连接负极线NL(第2电力线)。
电容器(平滑电容器)C1在正极线PL1与负极线NL之间电连接。电容器C1对来自直流电源B的直流电压进行平滑化，将平滑化后的直流电压提供给转换器10。电容器C1具有寄生电感分量Lp。寄生电感分量Lp在电路框图上被表示为与电容器C1(电容分量)串联地连接的电感器。
转换器10根据来自控制装置100的信号PWC，使正极线PL1与负极线NL之间的电压升压，将升压后的电压输出到正极线PL2与负极线NL之间。转换器10包括电抗器Lc、开关元件Q1、Q2、以及二极管D1、D2。
开关元件Q1、Q2的各个例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)或者电力用MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)晶体管。开关元件Q1、Q2在正极线PL2与负极线NL之间串联地连接。具体而言，开关元件Q1的集电极与正极线PL2连接。开关元件Q1的发射极与开关元件Q2的集电极连接。开关元件Q2的发射极与负极线NL连接。
电抗器Lc设置于正极线PL1。具体而言，电抗器Lc的一端与正极线PL1电连接。电抗器Lc的另一端与开关元件Q1的发射极和开关元件Q2的集电极的连接点电连接。
二极管D1、D2与开关元件Q1、Q2分别逆并联地连接。换言之，二极管D1、D2以使从发射极侧朝向集电极侧的方向成为正向的方式，与开关元件Q1、Q2分别并联地连接。
此外，转换器10的结构只要是包括电抗器且不平衡的结构(正极侧和负极侧为在电气上非对称的结构)，则不限定于图1所示的结构。转换器10也可以是例如其他方式的斩波电路(例如非绝缘型的DC/DC转换器)。
电容器C2在正极线PL2与负极线NL之间电连接。电容器C2使从转换器10供给的直流电压平滑化，将平滑化后的直流电压提供给逆变器20。
逆变器20根据来自控制装置100的信号PWI，将从转换器10供给的直流电力变换为三相交流而输出到交流马达M，驱动交流马达M。逆变器20包括在正极线PL2与负极线NL之间并联地连接的U相支路、V相支路、以及W相支路(都参照图3)。U相支路～W相支路的中间点与U相端子Tu、V相端子Tv以及W相端子Tw分别电连接。
U相端子Tu与交流马达M的U相线可连接地构成。V相端子Tv与交流马达M的V相线可连接地构成。W相端子Tw与交流马达M的W相线可连接地构成。
控制装置100由内置有未图示的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)以及存储器的电子控制部件构成。控制装置100的至少一部分也可以构成为通过电子电路等硬件执行预定的数值/逻辑运算处理。控制装置100构成为根据存储于存储器的映射(map)以及程序，执行用于控制转换器10以及逆变器20的各种处理。更具体而言，控制装置100使用脉冲宽度调制法，生成用于驱动转换器10的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号，将该生成的PWM信号作为信号PWC输出到转换器10。另外，控制装置100生成用于驱动交流马达M的PWM信号，将该生成的PWM信号作为信号PWI输出到逆变器20。
<噪声的发生机理以及变换机理>
在如以上所述构成的电力变换装置9中，由于逆变器20的开关控制而交流马达M的中性点电位变动，从而发生共模噪声。以下，说明共模噪声的传输路径、以及共模噪声被变换为常模噪声的机理。
图2是用于说明比较例所涉及的电力变换装置9中的噪声的发生机理以及变换机理的图。参照图2，在概略性地说明时，共模噪声以通过交流马达M的对地浮置静电电容-逆变器20-转换器10-直流电源B，经由接地反馈给交流马达M的方式环路状地流过(用粗线表示)。
在更详细地说明时，由于开关控制发生的共模噪声的大小在电力变换装置9的正极侧的路径(在正极线PL1、PL2中流过的路径)与负极侧的路径(在负极线NL中流过的路径)之间相等，但一般来说升压转换器内的电抗器的阻抗大于布线(正极线或者负极线)的阻抗。因此，在如电力变换装置9所示电抗器Lc设置于正极侧的路径(正极线PL1)的结构中，共模噪声在未设置电抗器Lc的负极侧的路径(负极线NL)中流过。
在负极线NL中通过了转换器10的共模噪声在电容器C1和负极线NL的连接点处，分支成经由电容器C1到达正极端子Tp的路径PATH1(用虚线表示)、和不经由电容器C1而到达负极端子Tn的路径PATH2(用单点划线表示)。路径PATH1的阻抗比路径PATH2的阻抗多出了路径PATH1包含电容器C1以及其寄生电感分量Lp的量。因此，在路径PATH1与路径PATH2之间产生阻抗的不平衡，由此共模噪声的一部分被变换为常模噪声。此外，路径PATH1与本发明所涉及的“第1路径”相当，路径PATH2与本发明所涉及的“第2路径”相当。
在此，在正极线PL1中流过的电流Ip、和在负极线NL中流过的电流In分别表示为如下述式(1)以及式(2)所示。在式(1)以及式(2)(以及后述各式)中，用Z表示直流电源B的对地阻抗。另外，用Icommon表示在接地中流过的共模噪声。共模噪声Icommon的角频率是ω。
[数学式1]
Figure BDA0002294593710000081
Figure BDA0002294593710000082
Figure BDA0002294593710000083
常模噪声Inormal通过电流In和电流Ip的差分(In-Ip)计算，表示为如上述式(3)所示。根据式(3)可知，从共模噪声Icommon向常模噪声Inormal的变换率T(T＝Inormal/Icommon)依赖于电容器C1的寄生电感分量Lp。此外，以下有时将从共模噪声Icommon向常模噪声Inormal的变换率T简称为“变换率T”。
这样，在比较例中，由于电容器C1的寄生电感分量Lp的存在，在路径PATH1与路径PATH2之间产生阻抗的不平衡。其结果，易于引起从共模噪声Icommon向常模噪声Inormal的变换，存在发生开关噪声的可能性。因此，在实施方式1中，采用在路径PATH2中还设置用于平衡化的电感器的结构。以下，详细说明该结构。
<本实施方式>
图3是概略地示出实施方式1所涉及的电力变换装置的结构的电路框图。参照图3，实施方式1所涉及的电力变换装置1在还具备电感器L这一点上与比较例所涉及的电力变换装置9(参照图1)不同。
电感器L设置于电容器C1与负极端子Tn之间的负极线NL(第2路径)。这样，电感器L电连接到与连接有转换器10的电抗器Lc的布线(正极线PL1)不同的布线(负极线NL)。
电感器L的电感是L。电感器L由例如分立零件(线圈等)构成，但也可以由负极线NL的寄生电感分量形成与L相当的电感。另外，也可以通过分立零件的电感和负极线NL的寄生电感分量的合成，确保电感L。
进一步说明电力变换装置1的具体的结构。逆变器20的U相支路包括串联地连接的开关元件Q3、Q4。V相支路包括串联地连接的开关元件Q5、Q6。W相支路包括串联地连接的开关元件Q7、Q8。另外，对开关元件Q3～Q8，分别逆并联地连接二极管D3～D8。而且，各相支路的中间点与交流马达M的各相线圈分别连接。
电力变换装置1还具备电压传感器31、32、和电流传感器33。电压传感器31将电容器C1的两端的电压V1检测为转换器10的输入电压，将其检测结果输出到控制装置100。电压传感器32将电容器C2的两端的电压V2检测为转换器10的输出电压(逆变器20的输入电压)，将其检测结果输出到控制装置100。电流传感器33检测在电抗器Lc中流过的电流I，将其检测结果输出到控制装置100。控制装置100根据来自各传感器的信号，生成PWM信号作为信号PWC输出到转换器10，并且生成其他PWM信号作为信号PWI输出到逆变器20。
电力变换装置1的其他结构与比较例所涉及的电力变换装置9的对应的结构等同，所以不反复详细的说明。此外，转换器10以及逆变器20的具体的结构不限定于图3所示的例子。另外，电压传感器31、32以及电流传感器33在本发明中并非必须的构成要素。
图4是用于说明实施方式1所涉及的电力变换装置1中的噪声传输路径的图。参照图4，电力变换装置1中的噪声传播路径与比较例中的噪声传播路径(参照图2)定性上是相同的。
然而，在电力变换装置1中，通过设置电感器L，路径PATH1的阻抗和路径PATH2的阻抗的比产生变化。其结果，电力变换装置1中的变换率T是代替电容器C1的寄生电感分量Lp而依赖于电容器C1的寄生电感分量Lp和电感器L的电感L的差(Lp-L)(参照下述式(4)～(6))。
[数学式2]
Figure BDA0002294593710000101
Figure BDA0002294593710000102
Figure BDA0002294593710000103
图5是示出电感器L的电感L和变换率T的相关关系的一个例子的图。在图5中，横轴表示电感器L的电感L相对电容器C1的寄生电感分量Lp的比(＝L/Lp)。纵轴表示从共模噪声Icommon向常模噪声Inormal的变换率T。
比较上述式(3)和式(6)，在式(6)的右边的共模噪声Icommon的系数(绝对值)小于式(3)的右边的共模噪声Icommon的系数(绝对值)的情况下、也就是说进行式变形而整理时成立0<L<2Lp+(ω2Lp3/Z2)这样的关系的情况下，通过设置电感器L，相比于未设置电感器L时，变换率T变得更低。
例如，在电感器L的电感L和电容器C1的寄生电感分量Lp相等的情况(L/Lp＝1的情况)下，如图5所示，变换率T成为0。即，在电感器L的电感L等于电容器C1的寄生电感分量Lp的情况下，常模噪声Inormal最小。
在大部分的情况下，(ω2Lp3/Z2)相比于2Lp小到可忽略的程度，所以能够表示为(ω2Lp3/Z2)＜＜2Lp。在这样的情况下，能够将变换率T降低的上述条件近似为0<L<2Lp。
图6是示出用于说明实施方式1所涉及的电力变换装置1所起到的噪声降低效果(常模噪声的降低效果)的解析结果的一个例子的图。在图6中，在横轴上用对数刻度表示频率。纵轴表示意味着对直流电源B的对地阻抗Z施加的电压的“常模噪声电压”。
在图6所示的解析例中，将电容器C1的寄生电感分量Lp和电感器L的电感L都设定为30nH。另外，将直流电源B的对地阻抗Z设定为50Ω。将电抗器Lc的电感设定为60μH。此外，在该解析中，为了使从噪声源观察的直流电源B的阻抗成为恒定，使用电源阻抗稳定电路网(LISN：Line Impedance Stabilization Network)。
可知如图6所示，通过设置具有适合的电感(在此与电容器C1的寄生电感分量Lp相等的电感)的电感器L，能够在宽的频带中降低常模噪声。
如以上所述，根据实施方式1，通过在电容器C1与负极端子Tn之间的负极线NL中设置电感器L，以使0<L<2Lp这样的关系成立的方式，设定该电感器L的电感L，相比于未设置电感器L的情况，路径PATH1的阻抗和路径PATH2的阻抗的差更小。特别是通过将电感器L的电感L设定得等于电容器C1的寄生电感分量Lp，路径PATH1的阻抗和路径PATH2的阻抗变得相等。由此，在路径PATH1与路径PATH2之间，阻抗的不平衡被降低(消除)，所以从共模噪声Icommon向常模噪声Inormal的变换被抑制。其结果，能够降低开关噪声。
此外，在转换器10的结构与图3以及图4所示的结构不同，电抗器Lc设置于负极线NL侧的情况(未图示)下，在电容器C1与正极端子Tp之间，在正极线PL1中设置电感器L即可。
实施方式1的变形例.
在实施方式1中，说明了电感器L仅设置于路径PATH2的结构，但如以下说明，还能够采用在路径PATH1以及路径PATH2这两方中设置有电感器的结构。
图7是概略地示出实施方式1的变形例所涉及的电力变换装置的结构的电路框图。参照图7，电力变换装置1A在代替电感器L而具备电感器La以及电感器Lb这一点上与实施方式1所涉及的电力变换装置1(参照图3)不同。
电感器La(电感：La)在电容器C1与正极端子Tp之间，设置于正极线PL1。另一方面，电感器Lb(电感：Lb)在电容器C1与负极端子Tn之间，设置于负极线NL。
电感器La、Lb的各个由例如分立零件(线圈等)构成。此外，电感器La、Lb的至少一方也可以通过调整布线(正极线PL1或者负极线NL)的寄生电感分量来形成。或者，电感器La、Lb也可以由正极侧和负极侧具有非对称的形状的常模扼流线圈构成。此外，电力变换装置1A中的噪声传输路径与图4所示的噪声传播路径等同，所以不反复通过图示的详细说明。
在正极线PL1中流过的电流Ip、在负极线NL中流过的电流In以及常模噪声Inormal分别表示为如下述式(7)～(9)所示。根据式(9)可知，变换率T依赖于(Lp+La-Lb)。
[数学式3]
Figure BDA0002294593710000121
Figure BDA0002294593710000122
Figure BDA0002294593710000123
比较上述式(3)和式(9)，在式(9)的右边的共模噪声Icommon的系数(绝对值)小于式(3)的右边的共模噪声Icommon的系数(绝对值)的情况下、也就是说进行式变形而整理时成立0<Lb-La<2Lp+(ω2Lp3/Z2)这样的关系的情况下，通过设置电感器La、Lb，相比于未设置电感器La、Lb时，变换率T变得更低。
另外，在(ω2Lp3/Z2)相比于2Lp小到可忽略的程度而能够表示为(ω2Lp3/Z2)＜＜2Lp的情况下，能够将变换率T降低的上述条件近似为0<Lb-La<2Lp。
此外，与实施方式1同样地，在Lb-La＝Lp这样的关系成立的情况下，变换率T成为0，所以常模噪声Inormal最小。
如以上所述，根据实施方式1的变形例，在电容器C1与正极端子Tp之间的正极线PL1中设置有电感器La、并且在电容器C1与负极端子Tn之间的负极线NL中设置有电感器Lb的结构中，也以使0<Lb-La<2Lp这样的关系成立的方式，设定电感器La、Lb的电感。这样，路径PATH2的电感(Lb)以及路径PATH1的电感(La)被设定成其差(Lb-La)小于电容器C1的寄生电感分量Lp的2倍。由此，相比于未设置电感器La、Lb的情况，路径PATH1的阻抗和路径PATH2的阻抗的差更小。由此，能够抑制从共模噪声Icommon向常模噪声Inormal的变换，降低开关噪声。
此外，根据降低路径PATH1与路径PATH2之间的阻抗的不平衡的观点，也可以在图3所示的实施方式1的结构中，代替电感器L，而设置其他电感器。即，虽然未图示，还能够将具有与设置于正极线PL1的电抗器Lc相同的程度的电感的电感器设置于电容器C1与开关元件Q2之间的负极线NL。然而，在采用这样的结构的情况下，为了得到与实施方式1的结构等同的不平衡的降低效果，需要比实施方式1中的电感器L大型的电感器。另外，相比于变形例中的电感器La、Lb(参照图5)，也需要更大型的电感器。即，根据实施方式1以及变形例，能够通过小型的电感器的设置来降低开关噪声。
实施方式2.
在实施方式1以及其变形例中，说明了在路径PATH1以及路径PATH2的一方或者两方中设置有电感器的结构。但是，只要路径PATH1和路径PATH2的阻抗差变小，不平衡被消除(降低)，则设置于路径(路径PATH1以及路径PATH2的至少一方)的电路零件不限定于电感器。在实施方式2中，说明在路径PATH2中设置有电阻的结构。
图8是概略地示出实施方式2所涉及的电力变换装置的结构的电路框图。参照图8，电容器C1具有寄生电阻分量Rp。寄生电阻分量Rp在电路框图上，被表示为与电容器C1(电容分量)串联地连接的电阻。
电力变换装置2在代替电感器L而具备电阻R这一点上与实施方式1所涉及的电力变换装置1(参照图3)不同。电阻R在电容器C1与负极端子Tn之间，与负极线NL电连接。电阻R由例如分立零件(芯片电阻等)构成，但也可以由负极线NL的布线电阻(寄生电阻)形成。另外，也可以通过例如芯片电阻和负极线NL的布线电阻的合成，确保电阻R。
此外，电力变换装置2的其他结构与实施方式1所涉及的电力变换装置1(参照图3)的对应的结构等同。另外，电力变换装置2中的噪声传输路径也与图4所示的噪声传播路径等同。因此，不反复详细说明。
在实施方式2中，在正极线PL1中流过的电流Ip、在负极线NL中流过的电流In以及常模噪声Inormal分别表示为如下述式(10)～(12)所示。根据式(12)可知，变换率T依赖于(Rp-R)。
[数学式4]
Figure BDA0002294593710000141
Figure BDA0002294593710000142
Figure BDA0002294593710000143
与实施方式1同样地，比较上述式(3)和式(12)并通过式变形进行整理时，在成立0<Rp-R<2Rp+(Rp3/Z2)这样的关系的情况下，通过设置电阻R，相比于未设置电阻R时，变换率T变低。在(Rp3/Z2)相比于2Lp小到可忽略的程度的情况(表示为(Rp3/Z2)＜＜2Lp的情况)下，能够将变换率T降低的条件近似为0<Rp-R<2Rp。另外，在R＝Rp的情况下，变换率T成为0，所以常模噪声Inormal最小。
如以上所述，根据实施方式2，对电容器C1与负极端子Tn之间的负极线NL电连接电阻R。通过以使路径PATH2的电阻和路径PATH1的电阻的差小于电容器C1的寄生电阻分量Rp的2倍的方式，即以使0<Rp-R<2Rp这样的关系成立的方式，设定电阻R，相比于未设置电阻R的情况，路径PATH1的阻抗和路径PATH2的阻抗的差变得更小。由此，能够抑制从共模噪声Icommon向常模噪声Inormal的变换，降低开关噪声。
此外，虽然不反复详细的说明，在实施方式2中也与实施方式1的变形例同样地，能够采用在路径PATH1以及路径PATH2这两方中设置有电阻的结构。
本次公开的实施方式在所有方面仅为例示而不应被认为是限制性的。本公开的范围并非基于上述实施方式的说明而基于权利要求书示出，意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种电力变换装置，具备：
正极端子及负极端子，接受从直流电源供给的电力；
第1电力线，与所述正极端子及所述负极端子中的一方可电连接地构成；
第2电力线，与所述正极端子及所述负极端子中的另一方可电连接地构成；
平滑电容器，具有寄生电感分量，电连接在所述第1电力线与所述第2电力线之间；
转换器，构成为包括设置于所述第1电力线的电抗器，该转换器进行通过所述平滑电容器平滑化后的直流电压的电压变换；以及
逆变器，构成为通过开关控制进行所述转换器与交流负载之间的直流交流变换，
所述第1电力线中的连接所述正极端子及所述负极端子的所述一方和所述平滑电容器的第1路径的电感小于所述第2电力线中的连接所述正极端子及所述负极端子的所述另一方和所述平滑电容器的第2路径的电感，
所述第2路径的电感和所述第1路径的电感的差小于所述平滑电容器的寄生电感分量的2倍。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
还具备设置于所述第2路径的电感器，
所述电感器的电感小于所述平滑电容器的寄生电感分量的2倍。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
所述第2路径的电感是所述第2路径的寄生电感分量，
所述第2路径的寄生电感分量小于所述平滑电容器的寄生电感分量的2倍。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，还具备：
第1电感器，设置于所述第1路径；以及
第2电感器，设置于所述第2路径，
所述第2电感器的电感和所述第1电感器的电感的差小于所述平滑电容器的寄生电感分量的2倍。
5.一种电力变换装置，具备：
正极端子及负极端子，接受从直流电源供给的电力；
第1电力线，与所述正极端子及所述负极端子中的一方可电连接地构成；
第2电力线，与所述正极端子及所述负极端子中的另一方可电连接地构成；
平滑电容器，具有寄生电阻分量，电连接在所述第1电力线与所述第2电力线之间；
转换器，构成为包括与所述第1电力线电连接的电抗器，该转换器进行电压变换；以及
逆变器，构成为通过开关控制进行所述转换器与交流负载之间的直流交流变换，
所述第1电力线中的连接所述正极端子及所述负极端子的所述一方和所述平滑电容器的第1路径的电阻小于所述第2电力线中的连接所述正极端子及所述负极端子的所述另一方和所述平滑电容器的第2路径的电阻，
所述第2路径的电阻和所述第1路径的电阻的差小于所述平滑电容器的寄生电阻分量的2倍。
CN201880035628.1A 2017-06-08 2018-02-16 电力变换装置 Active CN110692186B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-113073 2017-06-08
JP2017113073 2017-06-08
PCT/JP2018/005519 WO2018225301A1 (ja) 2017-06-08 2018-02-16 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110692186A CN110692186A (zh) 2020-01-14
CN110692186B true CN110692186B (zh) 2022-01-11

Family

ID=63444304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880035628.1A Active CN110692186B (zh) 2017-06-08 2018-02-16 电力变换装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6385626B1 (zh)
CN (1) CN110692186B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7135949B2 (ja) * 2019-03-14 2022-09-13 株式会社デンソー 電力変換装置
CN113746331A (zh) * 2021-08-30 2021-12-03 西安交通大学 使用寄生电感的谐振开关电容变换器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102714469A (zh) * 2010-01-13 2012-10-03 株式会社东芝 系统联合逆变器
JP2014081837A (ja) * 2012-10-17 2014-05-08 Sanyo Denki Co Ltd 系統連系電源システム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4565451B2 (ja) * 2006-01-27 2010-10-20 ダイヤモンド電機株式会社 デジタルコンバータ及びその制御方法
US7589605B2 (en) * 2006-02-15 2009-09-15 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus to provide compensation for parasitic inductance of multiple capacitors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102714469A (zh) * 2010-01-13 2012-10-03 株式会社东芝 系统联合逆变器
JP2014081837A (ja) * 2012-10-17 2014-05-08 Sanyo Denki Co Ltd 系統連系電源システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN110692186A (zh) 2020-01-14
JP6385626B1 (ja) 2018-09-05
JPWO2018225301A1 (ja) 2019-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6206502B2 (ja) 電力変換装置及び電力変換方法
US9025345B2 (en) Power supply apparatus
US9293985B2 (en) Method of reducing input current distortion in a rectifier
Gong et al. 6.6 kW three-phase interleaved totem pole PFC design with 98.9% peak efficiency for HEV/EV onboard charger
US10050560B1 (en) Inverter circuit with current detection circuitry
KR102387744B1 (ko) Ac-ac 컨버터 회로
CN107710588B (zh) 转换设备以及对其进行控制的方法
CN110692186B (zh) 电力变换装置
JPWO2021038823A1 (ja) 電力変換装置
CN110546874B (zh) 电力转换系统
JP2013055797A (ja) ノイズ低減装置およびこれを備えた電力変換装置
JP6523592B1 (ja) 電力変換装置
JPH11235040A (ja) ３相高力率コンバータを有する電源装置
JP6191542B2 (ja) 電力変換装置
JPH11122953A (ja) 電圧形インバータ
WO2018225301A1 (ja) 電力変換装置
CN107748301B (zh) 一种高压直流滤波电容器噪声测试加载电路
CN110581581A (zh) 能够减少低频泄漏电流的充电装置
JP5915753B2 (ja) 電力変換装置
Oishi et al. A proposal of a new gradient driver with a gradational voltage inverter for low power loss
JP2018182880A (ja) 電力変換装置
CN112236930B (zh) 电力转换装置
Zhang et al. Si/WBG Hybrid Half-Bridge Converter Using Coupled Inductors for Power Quality Improvement and Control Simplification
JP2017034805A (ja) 電力変換装置
Sabrié et al. Investigation of the modulation index tuning advantages for voltage source inverters with adjustable DC-bus voltage

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant