CN110832766A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率转换装置，包括：具有第一绕组和第二绕组的绝缘变压器(107)；与绝缘变压器(107)的第一绕组相连接的开关元件(101～104)；将绝缘变压器(107)的第一绕组的一端与开关元件(101、102)相连接的第一导体(105)、以及将绝缘变压器(107)的第一绕组的另一端与开关元件(103、104)相连接的第二导体(106)，第一导体(105)和第二导体(106)以相互不重合的方式在绝缘基板301上相互平行地设置。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及功率转换装置，尤其涉及具备半导体开关元件和绝缘变压器的功率转换装置。
背景技术
电动车及混合动力车与利用发动机驱动的机动车辆一样，具备使电气设备进行动作的控制电路用的辅助用电池。但由于电动车并不具备成为驱动源的发动机，因此自然无法使用由发动机驱动的交流发电机。此外，混合动力车采用怠速停止系统(诸如在交叉路口等待信号灯之类的车辆停下时使发动机自动停止的系统)以降低油耗和减少废气，因此在这种情况下也无法使用交流发电机。因而，在电动车和混合动力车中需要有降压转换器等功率转换装置，以将用于使行驶马达进行动作的驱动用电池的能量提供给辅助用电池。
这样的降压转换器一般使用全桥式的转换器电路，通过使用开关元件和绝缘变压器，并控制开关元件的导通/截止动作，从而将驱动用电池的能量经由绝缘变压器提供给辅助用电池。
这里，当开关元件截止时，若布线的电感分量较大，则浪涌电压将增大，从而有可能因浪涌电压而导致开关元件损坏。
因此，例如专利文献1提出的功率转换装置中，为了抑制浪涌电压，采用了如下结构：用较宽的导体板来构成电流方向不同的2个导体，并使导体板相互靠近来减小布线导体的电感，从而抑制浪涌电压。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7－203686号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1的功率转换装置中，为了减小电感，其电路结构中需要使用宽导体板。其结果必然导致安装区域的扩大，从而存在难以小型化的问题。另外，当宽导体板靠近时，无法确保绝缘性能，因此存在为了确保绝缘性能就无法充分减小电感的问题。
本发明是为了解决这些问题而完成的，其目的在于提供一种既能确保小型化和绝缘性能，又能抑制开关元件的截止动作时产生的浪涌电压的功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的功率转换装置的特征在于，包括：具有第一绕组和第二绕组的绝缘变压器；与所述绝缘变压器的所述第一绕组相连接的开关元件；将所述绝缘变压器的所述第一绕组的一端与所述开关元件相连接的第一导体；以及将所述绝缘变压器的所述第一绕组的另一端与所述开关元件相连接的第二导体，所述第一导体和所述第二导体以在所述第一导体和所述第二导体的长边方向与短边方向上相互不重合的方式，沿着所述第一导体和所述第二导体的长边方向相互平行地设置。
发明效果
根据本发明的功率转换装置，将绝缘变压器的第一绕组的一端与开关元件相连接的第一导体、将绝缘变压器的第一绕组的另一端与开关元件相连接的第二导体设置成相互不重合，因此，能够减小在第一导体与第二导体之间产生的寄生电容，从而既能确保小型化和绝缘性能，又能抑制在开关元件的截止动作时产生的浪涌电压。
附图说明
图1A是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的结构的简要结构图。
图1B是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图1C是表示本发明的实施方式1所涉及的图1B所示的功率转换装置的结构的A-A剖视图。
图2是表示本发明实施方式1所涉及的功率转换装置的动作的电压波形图。
图3是本发明的实施方式1所涉及的在规定时刻产生浪涌电压的等效电路图。
图4A是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图4B是表示本发明的实施方式2所涉及的图4A所示的功率转换装置的结构的A-A剖视图。
图4C是表示本发明的实施方式2所涉及的图4A所示的功率转换装置的结构的B-B剖视图。
图4D是表示本发明的实施方式2所涉及的图4A所示的功率转换装置的结构的C-C剖视图。
图5A是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图5B是表示本发明的实施方式3所涉及的图5A所示的功率转换装置的结构的A-A剖视图。
图5C是表示本发明的实施方式3所涉及的图5A所示的功率转换装置的结构的B-B剖视图。
图5D是表示本发明的实施方式3所涉及的图5A所示的功率转换装置的结构的C-C剖视图。
图6A是表示本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图6B是表示本发明的实施方式4所涉及的图6A所示的功率转换装置的结构的A-A剖视图。
图7A是表示本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图7B是表示本发明的实施方式5所涉及的图7A所示的功率转换装置的结构的A-A剖视图。
图7C是表示本发明的实施方式5所涉及的图7A所示的功率转换装置的结构的B-B剖视图。
图7D是表示本发明的实施方式5所涉及的图7A所示的功率转换装置的结构的C-C剖视图。
图8A是表示本发明的实施方式6所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图8B是表示本发明的实施方式6所涉及的图8A所示的功率转换装置的结构的A-A侧视图。
图8C是表示本发明的实施方式6所涉及的图8A所示的功率转换装置的结构的B-B侧视图。
图9A是表示本发明的实施方式7所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图9B是表示本发明的实施方式7所涉及的图9A所示的功率转换装置的结构的A-A侧视图。
图9C是表示本发明的实施方式7所涉及的图9A所示的功率转换装置的结构的B-B侧视图。
图10A是表示本发明的实施方式8所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图10B是表示本发明的实施方式8所涉及的图10A所示的功率转换装置的结构的A-A侧视图。
图10C是表示本发明的实施方式8所涉及的图10A所示的功率转换装置的结构的B-B侧视图。
图11A是表示本发明的实施方式9所涉及的功率转换装置的结构的俯视图。
图11B是表示本发明的实施方式9所涉及的图11A所示的功率转换装置的结构的A-A侧视图。
图11C是表示本发明的实施方式9所涉及的图11A所示的功率转换装置的结构的B-B侧视图。
图12A是表示本发明的实施方式10所涉及的功率转换装置中的第一导体和第二导体的形状的一例的立体图。
图12B是表示本发明的实施方式10所涉及的功率转换装置中的第一导体和第二导体的形状的另一例的立体图。
图12C是用图表来表示图12A及图12B所示的各导体的导体间电容值的图。
图13是表示本发明的实施方式1～10所涉及的功率转换装置的等效电路图。
图14是表示本发明的实施方式1～10所涉及的功率转换装置的等效电路图。
图15是表示本发明的实施方式1～10所涉及的功率转换装置中的将宽带隙半导体设为开关元件时的电流变化的特性图。
图16A是表示现有的半导体装置的结构的俯视图。
图16B是表示图16A所示的现有的功率转换装置的结构的A-A剖视图。
图17是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置与现有的功率转换装置各自的浪涌电压的波形图。
具体实施方式
下面，使用附图，对本发明所涉及的功率转换装置的优选实施方式进行说明。各图中，对于相同或相当的部分，用相同的标号表示，并省略重复的说明。在下述的各实施方式中，作为功率转换装置，以通常的全桥式转换器电路为例来进行说明。
实施方式1
图1A是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的电路结构的结构图。图1B是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中设置的第一导体和第二导体的结构的俯视图，图1C是图1B的A-A剖视图。
如图1A所示，功率转换装置由初级侧电路1、次级侧电路2、以及设置在初级侧电路1与次级侧电路2之间的绝缘变压器107构成。
初级侧电路1中，设有输入电容器100、第一开关元件101、第二开关元件102、第三开关元件103和第四开关元件104。输入电容器100并联地连接在输入电压Vin的后级。第一开关元件101中设有第一开关元件的寄生电容101a，第二开关元件102中设有第二开关元件的寄生电容102a，第三开关元件103中设有第三开关元件的寄生电容103a，第四开关元件104中设有第四开关元件的寄生电容104a。
绝缘变压器107由第一绕组和第二绕组构成。第一绕组设置于初级侧电路1侧，第二绕组设置于次级侧电路2侧。
在第一开关元件101和第二开关元件102的连接点105a与绝缘变压器107的第一绕组之间设有第一导体105。第一导体105将绝缘变压器107的第一绕组的一端与上述连接点105a相连接。下文中，将第一导体105与绝缘变压器107的第一绕组的连接点记为连接点105b。
另外，在第三开关元件103和第四开关元件104的连接点106a与绝缘变压器107的第一绕组之间设有第二导体106。第二导体106将绝缘变压器107的第一绕组的另一端与上述连接点106a相连接。下文中，将第二导体106与绝缘变压器107的第一绕组的连接点记为连接点106b。
第一导体105与第二导体106之间产生寄生电容109。
次级侧电路2中，设有输出电容器200、第五开关元件201、第六开关元件202、第七开关元件203和第八开关元件204。输出电容器200的后级并联地连接着输出电压Vout。第五开关元件201中设有第五开关元件的寄生电容201a，第六开关元件202中设有第六开关元件的寄生电容202a，第七开关元件203中设有第七开关元件的寄生电容203a，第八开关元件204中设有第八开关元件的寄生电容204a。
另外，在第五开关元件201和第六开关元件202的连接点205a与绝缘变压器107的第二绕组之间设有第三导体205。第三导体205将绝缘变压器107的第二绕组的一端与上述连接点205a相连接。下文中，将第三导体205与绝缘变压器107的第二绕组的连接点记为连接点205b。
另外，在第七开关元件203和第八开关元件204的连接点206a与绝缘变压器107的第二绕组之间设有第四导体206。第四导体206将绝缘变压器107的第二绕组的另一端与上述连接点206a相连接。下文中，将第四导体206与绝缘变压器107的第二绕组的连接点记为连接点206b。
第三导体205与第四导体206之间产生寄生电容209。
如图1B和图1C所示，第一导体105和第二导体106设置在绝缘基板301上。绝缘基板301例如由环氧玻璃等构成。
下面，进一步详细地对结构进行说明。
如上所述，在输入电压Vin的后级并联地连接着输入电容器100，用以去除波纹电流。在输入电容器100的后级并联地连接着由第一～第四开关元件101～104构成的全桥电路。
第一开关元件101、第二开关元件102、第三开关元件103和第四开关元件104分别由MOSFET构成。输入电容器100的正极侧分别连接第一开关元件101的漏极侧和第三开关元件103的漏极侧。而且，第二开关元件102的漏极侧与第一开关元件101的源极侧串联连接，第四开关元件104的漏极侧与第三开关元件103的源极侧串联连接。另外，第二开关元件102的源极侧及第四开关元件104的源极侧分别连接至输入电容器100的负极侧。
第一导体105具有连接点105a和连接点105b。连接点105a和连接点105b如图1B所示地分别设置于第一导体105的长边方向两端。连接点105a和连接点105b如图1B所示地分别设置于第一导体105的短边方向中央位置。长边方向是指第一导体105和第二导体106的长度方向，短边方向是指第一导体105和第二导体106的宽度方向。本例中，连接点105a和连接点106b分别设置于第一导体105的短边方向中央位置，但位置也可以各自分开地适当设定。在连接点105a处，第一导体105的一端与第一开关元件101的源极侧及第二开关元件102的漏极侧相连接。在连接点105b处，第一导体105的另一端与绝缘变压器107的第一绕组的一端相连接。
第二导体106具有连接点106a和连接点106b。连接点106a和连接点106b如图1B所示地分别设置于第二导体106的长边方向两端。连接点106a和连接点106b如图1B所示地分别设置于第二导体106的短边方向中央位置。本例中，连接点106a和连接点106b分别设置于第二导体106的短边方向中央位置，但位置也可以各自分开地适当设定。在连接点106a处，第二导体106的一端与第三开关元件103的源极侧及第四开关元件104的漏极侧相连接。在连接点106b处，第二导体106的另一端与绝缘变压器107的第一绕组的另一端相连接。
如图1C所示，第一导体105和第二导体106均设置在绝缘基板301的上表面，因此在同一层中进行布线。即，第一导体105和第二导体106设置在同一平面内。在图1B和图1C的例子中，第一导体105和第二导体106以相同的导体厚度、导体宽度和导体长度构成，但并不限于这种情况，第一导体105和第二导体106的导体厚度、导体宽度和导体长度也可以各自分开地适当设定。另外，如图1B所示，第一导体105和第二导体106在绝缘基板301的基板平面上以沿着导体短边方向和导体长边方向布线相互不重合的方式设置。具体而言，第一导体105和第二导体106在绝缘基板301的上表面以沿着长边方向相互平行的方式相互隔开预先设定的距离来设置。该距离适当地设定成能够确保第一导体105与第二导体106之间的绝缘性能的长度。
绝缘变压器107的二次绕组并联地连接了由第五～第八开关元件201～204构成的全桥电路。第五开关元件201、第六开关元件202、第七开关元件203和第八开关元件204分别由二极管构成。绝缘变压器107的第二绕组与第五～第八开关元件201～204通过第三导体205和第四导体206相连接。第三导体205的一端在连接点205b处与绝缘变压器107的第二绕组相连接。第三导体205的另一端在连接点205a处与第五开关元件201的阳极侧和第六开关元件202的阴极侧相连接。第四导体206的另一端在连接点206b处与绝缘变压器107的第二绕组相连接。第四导体206的另一端在连接点206a处与第七开关元件203的阳极侧和第八开关元件204的阴极侧相连接。
第五开关元件201的阴极侧和第七开关元件203的阴极侧分别连接至输出电容器200的正极。第六开关元件202的阳极侧和第八开关元件204的阳极侧分别连接至输出电容器200的负极。输出电容器200的后级并联地连接了输出电压Vout。利用控制部(未图示)对第一～第四开关元件101～104进行导通/截止控制，从而能够输出任意的输出电压Vout。本例中，第五～第八开关元件201～204中使用二极管，但也可以使用MOSFET等开关元件来进行导通/截止控制。
图2中示出第一～第四开关元件101～104的动作说明图。横轴表示时间，纵轴的Q1～Q4分别表示第一～第四开关元件101～104的导通/截止状态。如图2所示，在到时间t0为止的期间内，第一开关元件101和第三开关元件103处于截止状态，第二开关元件102和第四开关元件104处于导通状态。然后，在时间t0的时刻，第一开关元件101和第三开关元件103导通，第二开关元件102和第四开关元件104截止。然后，在时间t1的时刻，第一开关元件101和第三开关元件103截止，第二开关元件102和第四开关元件104导通。由此，在时间t0、t1、t2、……的时刻，各开关元件101～104反复地进行导通/截止动作。
图3中，例如示出了产生浪涌电压的上述t1的时刻的等效电路图。100a是以下(1)～(3)这三个电感分量的合成电感，其中，(1)是从输入电容器100的正极到第一开关元件101及第三开关元件103的各漏极端子为止的电感分量；(2)是第一开关元件101及第三开关元件103的各源极端子到第二开关元件102及第四开关元件104的各漏极端子为止的电感分量；(3)是从第一开关元件102及第四开关元件104的各源极端子到输入电容器100的负极为止的电感分量。合成电感100a中也包括了导通的开关元件自身的电感分量。
105c是将第一开关元件101及第二开关元件102与绝缘变压器107相连接的第一导体105的电感分量。106c是将第三开关元件103及第四开关元件104与绝缘变压器107相连接的第二导体106的电感分量。101a是第一开关元件101的漏源间的寄生电容分量(Coss)。104a是第四开关元件104的漏源间的寄生电容分量(Coss)。109是第一导体105与第二导体106的导体间产生的寄生电容分量。可以发现，第一开关元件101的Coss101a和第四开关元件的Coss104a同第一导体105与第二导体106的导体间寄生电容109并联连接。
在上述t1的时刻，第一开关元件101和第三开关元件103截止时，由上述电感分量100a、105c、106c的合成电感L来产生V＝L×di/dt的浪涌电压V，但在实施方式1中，由于第一导体105和第二导体106不重合，因此第一导体105与第二导体106之间产生的导体间寄生电容109很小。当寄生电容109很小时，由于Z＝1/(jωC)的关系，寄生电容109的阻抗变高，寄生电容109中流过的电流变小。因此，与寄生电容109串联连接的第一导体105及第二导体106的电感105c、106c中也不容易流过电流，因此能够抑制因电感105c和106c的影响而导致的浪涌电压V上升。在第二开关元件102和第四开关元件104截止的上述t0的时刻也能得到相同的效果。
图16A和图16B中示出现有的功率转换装置的结构，以对实施方式1所涉及的功率转换装置和专利文献1记载的现有的功率转换装置进行比较。图16A是俯视图，图16B是A-A剖视图。现有的功率转换装置中，如图16A和图16B所示，通过使第一导体1105和第二导体1106在长边方向和短边方向上重合，使彼此的电流所产生磁通相互抵消，从而减小电感，抑制浪涌电压。即，现有的功率转换装置中，如图16A和图16B所示，第一导体1105和第二导体1106将基板1301夹在中间并设置在完全相同的位置上。因此，在导体厚度方向上，第一导体1105和第二导体1106没有重合，但在导体短边方向和导体长边方向上，第一导体1105和第二导体1106完全重合，如图16A那样从上方俯视时，第一导体1105的位置和第二导体1106的位置完全重叠。
然而，这样的结构使得现有的功率转换装置中第一导体1105和第二导体1106之间产生的寄生电容1109增大，寄生电容中流过的电流变大，因此受到第一导体1105的电感和第二导体1106的电感的影响，将产生浪涌电压。
而在本发明的实施方式1中，第一导体105和第二导体106之间产生的寄生电容109中流过的电流变小，因此，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c的影响能够变小，从而能够抑制浪涌电压上升。
图17中示出现有的功率转换装置和实施方式1所涉及的功率转换装置的浪涌电压的波形的一例。图17中，横轴表示时间，纵轴表示浪涌电压。图17中，实线所示的波形700表示本发明的实施方式1所涉及的浪涌电压的波形，虚线所示的波形701表示现有的功率转换装置的浪涌电压的波形。如图17所示，实施方式1所涉及的功率转换装置与现有的功率转换装置相比，截止时的浪涌电压变小。
如上所述，根据本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置，其包括：具有第一绕组和第二绕组的绝缘变压器107；与绝缘变压器107的第一绕组相连接的开关元件101～104；以及将绝缘变压器107的第一绕组的两端与开关元件101～104相连接的2个导体105、106，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向和短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而减小2个导体105、106之间的寄生电容109。从而，能够抑制在开关元件进行截止动作时由2个导体105、106的电感分量所产生的浪涌电压。即，2个导体105、106相互不重合地设置，因此，在第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109中流过的电流变小，因此，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c的影响能够变小，从而能够抑制浪涌电压上升。因而，无需像现有的功率转换装置那样使用宽导体板，因此既能在2个导体105、106之间设置恰当的距离用以确保绝缘性能，又能缩小安装区域，从而能够实现小型化。
本发明的适用范围并不限于实施方式1用图1A、图1B和图1C所示的结构，也可以如后文所述的图4A～图17所示的结构变形例那样作为不同的实施方式进行各种变形。
图1A中，在初级侧电路1设置4个开关元件101～104，在次级侧电路2设置4个开关元件201～204，这些开关元件的数量并不限于4个，可以进行适当的变更。
实施方式2
本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的整体结构与上述图1A所示的实施方式1的结构相同。
图4A～图4D是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置中设置的第一导体105和第二导体106的结构的简要结构图。上述实施方式1中，如图1B和图1C所示，在绝缘基板301的单个面上布线有第一导体105和第二导体106，但在实施方式2中，如图4A～图4D所示，在绝缘基板301的两个面布线有第一导体105和第二导体106。
另外，在绝缘基板301的两个面布线的第一导体105彼此经由通孔105t1、105t2电连接。通孔105t1、105t2从绝缘基板301的上表面向下表面沿着绝缘基板301的厚度方向贯穿绝缘基板301而设置。通孔105t1、105t2分别设置在第一导体105的长边方向两端。图4A～图4D的例子中，通孔105t1、105t2分别配置在第一导体105的两端所设的连接点105a、105b的位置上。因此，通孔105t1在连接点105a处将设置于绝缘基板301两个面的第一导体105彼此连接。通孔105t2在连接点105b处将设置于绝缘基板301两端的第一导体105彼此连接。
另外，在绝缘基板301的两个面布线的第二导体106彼此经由通孔106t1、106t2连接。通孔106t1、106t2从绝缘基板301的上表面向下表面沿着绝缘基板301的厚度方向贯穿绝缘基板301来设置。通孔106t1、106t2分别设置在第二导体106的长边方向两端。图4A～图4D的例子中，通孔106t1、106t2分别配置在第二导体106的两端所设的连接点106a、106b的位置上。因此，通孔106t1在连接点106a处将设置于绝缘基板301两端的第二导体106彼此连接。通孔106t2在连接点106b处将设置于绝缘基板301两端的第二导体106彼此连接。
以上这几点不同于实施方式1。
即，实施方式1中，第一导体105和第二导体106设置于同一层，即为单层，而在实施方式2中，第一导体105和第二导体106设置于绝缘基板301的两个面，因此分别有2层。
实施方式2中，2个第一导体105在垂直方向上层叠，且将绝缘基板301夹在中间，并通过通孔相互电连接。同样地，2个第二导体106在垂直方向上层叠，且将绝缘基板301夹在中间，并通过通孔相互电连接。
从而，在实施方式2中，2个第一导体105彼此经由通孔105t1、105t2电连接，因此2个第一导体105的合成电感要比单层结构时要小。
同样地，2个第二导体106彼此经由通孔106t1、106t2电连接，因此2个第一导体106的合成电感要比单层结构时要小。
而且，在绝缘基板301的上表面，第一导体105和第二导体106以不重合的方式相互平行地设置，因此，能够减小第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109。其结果是，寄生电容100的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中不容易流过电流。
由此，在实施方式2中，既能减小第一导体105的电感105c与第二导体106的电感106c，又能减小第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109。
实施方式2中，连接点105a和通孔105t1、连接点105b和通孔105t2、连接点106a和通孔106t1、连接点106b和通孔106t2分别位于同一位置，但通孔105t1、105t2、106t1、106t2的位置也可以都不同于连接点105a、105b、106a、106b。而且，本实施方式中，各连接点采用单点连接，但也可以是多点连接。
如上所述，实施方式2也与实施方式1同样，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向及短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109变小，因此，寄生电容109的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中较难有电流流过，因此，能够抑制由于电感105c和电感106c的影响而导致的浪涌电压上升。
实施方式2中，第一导体105由层叠的2个导体构成，第二导体106由层叠的2个导体构成，但构成第一导体105的2个导体彼此经由通孔并联连接，构成第二导体106的2个导体彼此经由通孔并联连接，因此，能够减小构成第一导体105的2个导体的合成电感及构成第二导体106的2个导体的合成电感，从而能够进一步抑制浪涌电压上升。
实施方式3
本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的整体结构与上述图1A所示的实施方式1的结构相同。
图5A～图5D是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置中设置的第一导体105和第二导体106的结构的简要结构图。上述实施方式2中，绝缘基板301为单层，且第一导体105和第二导体106布线有2层，而在实施方式3中，绝缘基板301为2层以上的结构，第一导体105和第二导体106也布线有2层以上。即，实施方式3中，如图5A～图5D所示，多块绝缘基板301进行层叠。另外，各绝缘基板301的上表面设有第一导体105和第二导体106。对于设置于最下侧的绝缘基板301，可以不仅上表面而且下表面也设有第一导体105和第二导体106。各绝缘基板301的基板表面上的第一导体105和第二导体106的设置位置相同，因此，如图5B所示，从侧面看时，各绝缘基板301的第一导体105彼此在垂直方向上并排设置。同样地，各绝缘基板301的第二导体106彼此也在垂直方向上并排设置。另外，在各绝缘基板301上布线的第一导体105彼此经由通孔105t1、105t2电连接。而且，在各绝缘基板301上布线的第二导体106彼此经由通孔106t1、106t2电连接。以上这几点不同于实施方式2。由此，实施方式3中，多个第一导体105并联连接，多个第二导体106也并联连接，因此，既能减小第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c，又能减小第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109。
实施方式3中，连接点105a和通孔105t1、连接点105b和通孔105t2、连接点106a和通孔106t1、连接点106b和通孔106t2分别在同一位置处连接，但通孔105t1、105t2、106t1、106t2的位置也可以都不同于连接点105a、105b、106a、106b。而且，实施方式3中，各连接点采用单点连接，但也可以是多点连接。
实施方式3也与实施方式1、2同样，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向及短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而，第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109变小，寄生电容109的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中较难有电流流过，因此，能够抑制由于电感105c和电感106c的影响而导致的浪涌电压上升。
实施方式3中，第一导体105由层叠的多个导体构成，第二导体106由层叠的多个导体构成，但构成第一导体105的各层导体彼此经由通孔并联连接，构成第二导体106的各层导体彼此经由通孔并联连接，因此，能够减小构成第一导体105的各层导体的合成电感及构成第二导体106的各层导体的合成电感，从而能够进一步抑制浪涌电压上升。
实施方式4
本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置的整体结构与上述图1A所示的实施方式1的结构相同。
图6A和图6B是表示本发明的实施方式4所涉及的功率转换装置中设置的第一导体105和第二导体106的结构的简要结构图。上述实施方式1中，第一导体105和第二导体106是布线在绝缘基板301的同一面上的结构，但在实施方式4中，如图6A和图6B所示，与实施方式1的不同点在于第一导体105和第二导体106布线在绝缘基板301的不同面上。具体而言，实施方式4中，如图6A和图6B所示，将上述图1B和图1C的实施方式1中的第一导体105设置在绝缘基板301的上表面，将第二导体106设置在绝缘基板301的下表面。实施方式4中，第一导体105和第二导体106分别设置在相互平行的不同平面内。
其结果是，实施方式4中，如图6A所示，第一导体105和第二导体106的布线在长边方向和短边方向上相互不重合，且如图6B所示，布线在导体厚度方向上也不相互重合。因此，第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109进一步减小。
如上所述，实施方式4也与实施方式1～3同样，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向及短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而，第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109变小，因此，寄生电容109的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中较难有电流流过，因此，能够抑制由于电感105c和电感106c的影响而导致的浪涌电压上升。而且，在实施方式4中，第一导体105和第二导体106设置在相互平行的不同平面内，因此，在导体厚度方向上布线也相互不重合，从而，能够进一步减小第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109。
实施方式5
本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置的整体结构与上述图1A所示的实施方式1的结构相同。
图7A～图7D是表示本发明的实施方式5所涉及的功率转换装置中设置的第一导体105和第二导体106的结构的简要结构图。图6A和图6B所示的上述实施方式4中，绝缘基板301为单层结构，而在实施方式5中，如图7A～图7D所示，绝缘基板301为多层结构，在各绝缘基板301上布线的第一导体105彼此通过通孔105t1、105t2连接。而且，在各绝缘基板301上布线的第二导体106彼此经由通孔106t1、106t2连接。以上这几点不同于实施方式4。
实施方式5中，多个第一导体105并联连接，多个第二导体106也并联连接，因此，既能减小第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c，又能减小第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109。
另外，实施方式5中，与实施方式4同样，如图7A所示，在基板平面上第一导体105和第二导体106的布线相互不重合，且如图7B所示，导体厚度方面，布线也相互不重合。因此，第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109减小。
实施方式5中，连接点105a和通孔105t1、连接点105b和通孔105t2、连接点106a和通孔106t1、连接点106b和通孔106t2分别在同一位置处连接，但通孔105t1、105t2、106t1、106t2的位置也可以不同于连接点105a、105b、106a、106b。而且，实施方式5中，连接点采用单点连接，但也可以是多点连接。
如上所述，实施方式5也与实施方式1～4同样，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向及短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109变小，因此，寄生电容109的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中较难有电流流过，因此，能够抑制由于电感105c和电感106c的影响而导致的浪涌电压上升。
实施方式5中，第一导体105由层叠的多个导体构成，第二导体106由层叠的多个导体构成，但构成第一导体105的各层导体彼此经由通孔并联连接，构成第二导体106的各层导体彼此经由通孔并联连接，因此，能够减小构成第一导体105的各层导体的合成电感及构成第二导体106的各层导体的合成电感，从而能够进一步抑制浪涌电压上升。
实施方式6
本发明的实施方式6所涉及的功率转换装置的整体结构与上述图1A所示的实施方式1的结构相同。
图8A～图8C是表示本发明的实施方式6所涉及的功率转换装置中设置的第一导体105和第二导体106的结构的简要结构图。上述实施方式1中，绝缘基板301上布线有第一导体105和第二导体106，但在实施方式6中，与实施方式1的不同点在于第一导体105和第二导体106由金属汇流条构成。这里，金属汇流条是图8A～图8C所示的由铜或铝等金属构成的板状导体。或者，也可以用图12A所示的由棱柱型的导体构成的金属汇流条，来构成第一导体105和第二导体106。
实施方式6中，如图8B和图8C所示，第一导体105和第二导体106配置在空间内的同一平面内。另外，如图8A所示，第一导体105和第二导体106以布线相互不重合的方式相互平行地隔开预先设定的距离来设置。
由此，实施方式6中，第一导体105和第二导体106由金属汇流条构成，从而不使用绝缘基板301，因此，与上述实施方式1相比，不会受到绝缘基板301的相对介电常数的影响，因此，例如在将实施方式6的第一导体105和第二导体106形成为与实施方式1的第一导体105和第二导体106相同的导体厚度、导体宽度和导体长度的情况下，只要将实施方式6的由金属汇流条构成的第一导体105和第二导体106配置在空气中，就能进一步减小第一导体105和第二导体106的寄生电容109。
如上所述，实施方式6也与实施方式1～5同样，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向及短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109变小，因此，寄生电容109的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中较难有电流流过，因此，能够抑制由于电感105c和电感106c的影响而导致的浪涌电压上升。而且，实施方式6中，采用不设置绝缘基板301的结构，因此能够进一步减小寄生电容109。
实施方式7
本发明的实施方式7所涉及的功率转换装置的整体结构与上述图1A所示的实施方式1的结构相同。
图9A～图9C是表示本发明的实施方式7所涉及的功率转换装置中设置的第一导体105和第二导体106的结构的简要结构图。上述实施方式6中，第一导体105和第二导体106的金属汇流条各有一个，而实施方式7中，与实施方式6的不同之处在于，第一导体105和第二导体106的金属汇流条各有多个进行层叠。第一导体105和第二导体106的数量相同。
如图9B和图9C所示，实施方式7中，相同导体厚度、导体宽度和导体长度的多个第一导体105在垂直方向上进行层叠。同样，相同导体厚度、导体宽度和导体长度的多个第二导体106在垂直方向上进行层叠。第一导体105之间、第二导体106之间设有预先设定的空隙。
由此，实施方式7中，多个第一导体105隔着间隙在垂直方向上并排配置，同样地，多个第二导体106隔着间隙在垂直方向上并排配置。另外，如图9A～图9C所示，一个第一导体105和一个第二导体106组成一对，组成各对的一个第一导体105和一个第二导体106设置在同一层。各层中，第一导体105和第二导体106以在长边方向和短边方向上布线相互不重合的方式，相互平行地隔开预先设定的距离来设置。由此，实施方式7中，各层中，第一导体105和第二导体106设置在空间内的同一平面内。
另外，各层的第一导体105在连接点105a和连接点105b处相互连接，各层的第一导体105并联地电连接。而且，各层的第二导体106也在连接点106a和连接点106b处相互连接，各层的第二导体106并联地电连接。从而，既能减小第一导体的电感105c和第二导体的电感106c，又能减小第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109。各层的导体相互直接连接(钎焊、焊接等)，或者经由其它连接构件(螺钉、导体等)相互连接。
实施方式7也与实施方式1～6同样，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向及短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109变小，因此，寄生电容109的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中较难有电流流过，因此，能够抑制由于电感105c和电感106c的影响而导致的浪涌电压上升。而且，实施方式7中，采用不设置绝缘基板301的结构，因此能够进一步减小寄生电容109。
另外，实施方式7中，第一导体105由层叠的多个导体构成，第二导体106由层叠的多个导体构成，但构成第一导体105的各层导体彼此并联连接，构成第二导体106的各层导体彼此并联连接，因此，能够减小构成第一导体105的各层导体的合成电感及构成第二导体106的各层导体的合成电感，从而能够进一步抑制浪涌电压上升。
实施方式8
本发明的实施方式8所涉及的功率转换装置的整体结构与上述图1A所示的实施方式1的结构相同。
图10A～图10C是表示本发明的实施方式8所涉及的功率转换装置中设置的第一导体105和第二导体106的结构的简要结构图。图6A和图6B所示的上述实施方式4中，绝缘基板301的上表面和下表面分别布线有第一导体105和第二导体106，而在实施方式8中，与实施方式4的不同点在于并未设置绝缘基板301，且第一导体105和第二导体106分别由金属汇流条构成。
实施方式8中，如图10B和图10C所示，第一导体105和第二导体106分别配置于空间内相互平行的不同平面内，在导体厚度方向上布线相互不重合。另外，如图10A所示，在俯视时，第一导体105和第二导体106以在导体短边方向和导体长边方向上布线相互不重合的方式相互平行地隔开预先设定的距离来设置。
实施方式8中，采用不设置绝缘基板301的结构，因此，与实施方式4相比，不会受到绝缘基板301的相对介电常数的影响，因此例如在相同导体厚度、导体宽度和导体长度的情况下，只要金属汇流条是在空气中构成，就能减小第一导体105与第二导体106的寄生电容109。
实施方式8也与实施方式1～7同样，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向及短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109变小，因此，寄生电容109的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中较难有电流流过，因此，能够抑制由于电感105c和电感106c的影响而导致的浪涌电压上升。而且，实施方式8中，采用不设置绝缘基板301的结构，因此能够进一步减小寄生电容109。
实施方式9
本发明的实施方式9所涉及的功率转换装置的整体结构与上述图1A所示的实施方式1的结构相同。
图11A～图11C是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置中设置的第一导体105和第二导体106的结构的简要结构图。图10A～图10C所示的上述实施方式8中，第一导体105和第二导体106的金属汇流条各有一个，而实施方式9中，与实施方式8的不同之处在于，第一导体105和第二导体106的金属汇流条各有多个。实施方式9中，多个第一导体105在连接点105a和连接点105b处连接，多个第一导体105并联地连接。而且，多个第二导体106也在连接点106a和连接点106b处连接，多个第二导体106并联地连接。从而，既能减小第一导体的电感105c和第二导体的电感106c，又能减小第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109。
实施方式9中，如图11B和图11C所示，多个第一导体105和多个第二导体106分别配置于空间内相互平行的不同平面内，在导体厚度方向上布线相互不重合。另外，如图11A所示，在俯视时，第一导体105和第二导体106以在导体短边方向和导体长边方向上布线相互不重合的方式相互平行地隔开预先设定的距离来设置。
实施方式9也与实施方式1～8同样，第一导体105和第二导体106以在第一导体105和第二导体106的长边方向及短边方向上相互不重合的方式，沿着第一导体105和第二导体106的长边方向相互平行地设置，从而第一导体105与第二导体106之间产生的寄生电容109变小，因此，寄生电容109的阻抗Z变高，与寄生电容109串联连接的第一导体105的电感105c和第二导体106的电感106c中较难有电流流过，因此，能够抑制由于电感105c和电感106c的影响而导致的浪涌电压上升。而且，实施方式9中，采用不设置绝缘基板301的结构，因此能够进一步减小寄生电容109。
另外，实施方式9中，第一导体105由层叠的多个导体构成，第二导体106由层叠的多个导体构成，但构成第一导体105的各层导体彼此并联连接，构成第二导体106的各层导体彼此并联连接，因此，能够减小构成第一导体105的各层导体的合成电感及构成第二导体106的各层导体的合成电感，从而能够进一步抑制浪涌电压上升。
实施方式10
上述实施方式6～9中，第一导体105和第二导体106由板状或棱柱型的金属汇流条构成，但如图12B所示地由圆柱型的金属汇流条构成第一导体105和第二导体106，能够进一步减小导体间的寄生电容。例如，图12C中示出棱柱型和圆柱型的2个导体间电容的比较结果。棱柱型采用宽d、高d、长L的2个金属导体隔开距离g来配置。圆柱型也与棱柱型同样地采用宽d、高d、长L的2个金属导体隔开距离g来配置。如图12C所示，可知第一导体105与第二导体106为圆柱型时，第一导体105和第二导体106之间的寄生电容109变得更小。
另外，上述实施方式1～10中，如图13所示，第一导体105和第二导体106之间的寄生电容109小于第一～第四开关元件101～104的寄生电容101a～104a。即，图13中，C1＞C3且C2＞C3。从而，在第一开关元件101和第四开关元件104截止时，寄生电容109的阻抗大于第一开关元件101和第四开关元件104的寄生电容101a及104a的阻抗。因此，如箭头A所示，寄生电容109中较难流过电流，能够抑制与寄生电容109串联连接的第一导体105和第二导体106的电感105c和106c所造成的浪涌电压上升。第二开关元件102和第三开关元件103截止时也能得到相同的效果。
接下来，图14中示出包含绝缘变压器107的第一绕组侧的漏电感和绝缘变压器的第一绕组的线间电容的等效电路图。图14中，107a是绝缘变压器107的第一绕组上产生的线间电容，107b是绝缘变压器107的初级侧漏电感。这里，第一导体105和第二导体106之间的寄生电容109与绝缘变压器107的第一绕组的线间电容107a的合成电容、漏电感107b将引发fr＝1/(2π√(LC))频率下的谐振。此时，浪涌电压中包含的频率分量在谐振频率fr下被放大而成为噪声，尤其是机动车辆中，噪声会传递至线束等，从而影响AM频段或FM频段。
上述AM频段或FM频段由国际标准CISPR(International Special Committee OnRadio Interference：国际无线电干扰特别委员会)的CISPR25下，相当于AM频段的MW0.53MHz～1.8MHZ规定了限度值，并由相当于FM频段的FM76MHz～108MHz规定了限度值。
因此，上述实施方式1～10中，通过将第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109记为Cp1，将绝缘变压器的第一绕组间电容107a记为Ctr1，将绝缘变压器107的第一绕组侧产生的漏电感107b记为Lr1，第一导体105与第二导体106之间的寄生电容109即Cp1设为Cp1>1/((2π×0.53×106)2×Lr1)-Ctr1、或者1/((2π×1.8×106)2×Lr1)-Ctr1>Cp1>1/((2π×76×106)2×Lr1)-Ctr1、或者1/((2π×108×106)2×Lr1)-Ctr1>Cp1，能够使所述谐振频率fr频移至AM频段及FM频段的范围之外，能够满足上述CISPR标准的限度值。
上述实施方式1～10中，第一～第四开关元件101～104使用MOSFET，但也可以使用IGBT等其它开关元件。
另外，与绝缘变压器107的第二绕组相连接的第五～第八开关元件201～204、将绝缘变压器107的第二绕组的两端与第五～第八开关元件201～204相连接的2个导体即第三导体205和第四导体206采用与上述各实施方式1～9所示的第一导体105和第二导体106相同的结构，从而能够得到降低浪涌电压的效果。这种情况下，使第三导体205与上述各实施方式1～9所示的第一导体105相同的结构，使第四导体206与上述各实施方式1～9所示的第二导体106相同的结构即可，因此这里省略其说明。
而且，通过使第三导体205和第四导体206之间的寄生电容209小于第五～第八开关元件201～204的寄生电容(接合电容)201a～204a，能够更加有效地抑制浪涌电压上升。
另外，将第三导体205与第四导体206之间的寄生电容209记为Cp2，将绝缘变压器107的第二绕组侧产生的漏电感记为Lr2，将绝缘变压器107的第二绕组间电容记为Ctr2，并将Cp2设为Cp2>1/((2π×0.53×106)2×Lr2)-Ctr2、或者1/((2π×1.8×106)2×Lr2)-Ctr2>Cp2>1/((2π×76×106)2×Lr2)-Ctr2、或者1/((2π×108×106)2×Lr2)-Ctr2>Cp2，能够满足CISPR标准的限度值。
上述实施方式1～10中，连接在绝缘变压器107的第二绕组两端的第五～第八开关元件201～204使用二极管，但也可以使用MOSFET等其它开关元件。
而且，上述实施方式1～10中，第一～第四开关元件101～104和第五～第八开关元件201～204使用宽带隙半导体能够实现高速高频驱动，但如图15的标号30所示，伴随着高速化，脉冲的上升沿时间tr相比于标号30所示的现有的tr非常小，di/dt非常大。图15中，标号30表示使用宽带隙半导体的情况，标号32表示现有技术的情况。因此，即使布线电感很小，根据L×di/dt，浪涌电压也会变大，因此，对于使用宽带隙半导体作为开关元件的功率转换装置应用本发明时，能够得到浪涌电压降低的效果，因而，实施方式1～10适合使用宽带隙半导体作为开关元件。
上述实施方式1～10中，描述了车载用的功率转换装置作为功率转换装置，但并不限于此，本发明也可以适用于具备绝缘变压器的一切功率转换装置。
另外，本发明可以在其发明范围内对实施方式进行自由组合，或者对实施方式的任意构成要素适当地进行变形或省略。

Claims (10)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
绝缘变压器，该绝缘变压器具有第一绕组和第二绕组；
开关元件，该开关元件与所述绝缘变压器的所述第一绕组相连接；
第一导体，该第一导体将所述绝缘变压器的所述第一绕组的一端与所述开关元件相连接；以及
第二导体，该第二导体将所述绝缘变压器的所述第一绕组的另一端与所述开关元件相连接，
所述第一导体和所述第二导体以在所述第一导体和所述第二导体的长边方向和短边方向上相互不重合的方式，沿着所述第一导体和所述第二导体的长边方向相互平行地配置。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一导体和所述第二导体配置在同一平面内。
3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一导体和所述第二导体配置在相互平行的不同平面内。
4.如权利要求1至3的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一导体由层叠的多个导体构成，
构成所述第一导体的各层的导体彼此经由通孔并联连接。
5.如权利要求1至4的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第二导体由层叠的多个导体构成，
构成所述第二导体的各层的导体彼此经由通孔并联连接。
6.如权利要求1至5的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一导体与所述第二导体之间的电容小于所述开关元件的寄生电容。
7.如权利要求1至6的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
将所述第一导体与所述第二导体之间的电容记为Cp1，将所述绝缘变压器的所述第一绕组侧产生的漏电感记为Lr1，将所述绝缘变压器的所述第一绕组间的电容记为Ctr1时，
所述电容Cp1满足以下关系：
Cp1>1/((2π×0.53×106)2×Lr1)-Ctr1。
8.如权利要求1至6的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
将所述第一导体与所述第二导体之间的电容记为Cp1，将所述绝缘变压器的所述第一绕组侧产生的漏电感记为Lr1，将所述绝缘变压器的所述第一绕组间的电容记为Ctr1时，
所述电容Cp1满足以下关系：
1/((2π×1.8×106)2×Lr1)-Ctr1>Cp1>1/((2π×76×106)2×Lr1)-Ctr1。
9.如权利要求1至6的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
将所述第一导体与所述第二导体之间的电容记为Cp1，将所述绝缘变压器的所述第一绕组侧产生的漏电感记为Lr1，将所述绝缘变压器的所述第一绕组间的电容记为Ctr1时，
所述电容Cp1满足以下关系：
1/((2π×108×106)2×Lr1)-Ctr1>Cp1。
10.如权利要求1至9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述开关元件由宽带隙半导体形成。
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