CN116530005A - 功率转换装置 - Google Patents

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高田康平
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松嶋徹
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Kyushu Institute of Technology NUC
Sanden Corp
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Abstract

本发明提供在施加三相交流输出来驱动电动机时能够较容易地取得阻抗平衡，且能够抑制由共模电流引起的噪声的功率转换装置。在设正极侧路径(16)的电感为Zv、负极侧路径(17)的电感为Zg、正极侧的寄生电容产生点(P)和壳体(15)之间的电容为Zt、负极侧的寄生电容产生点(N)和壳体(15)之间的电容为Zb时，基于由电感Zv、电感Zg、电容Zt和电容Zb构成的桥式电路的平衡条件来设定电容Zt及电容Zb。在连接上臂开关元件(3～5)的低电位侧端子和下臂开关元件(6～8)的高电位侧端子的中间路径与电动机(M)之间的输出路径(32U～32W)连接有中间附加阻抗(Zm1)。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及一种将三相交流输出施加到电动机的功率转换装置。
背景技术
在通过开关元件的开关从直流电源生成三相交流输出并施加到电动机的功率转换装置中，由于开关动作引起的急剧电压变动，经由电动机和壳体(基准电位导体)之间的寄生电容(寄生耦合)流出到壳体的共模电流(噪声)增加。因此，采用了如下对策：相比以往在控制基板的电源输入部搭载由共模线圈和Y电容器(共模电容器)构成的大型EMI滤波器，使经由寄生电容流出到壳体的共模电流(噪声)回流到开关元件(噪声源)，以力图降低噪声(例如，参照专利文献1)。
然而，在相关噪声对策中，噪声对策部件的大型化和包含控制基板的产品本身的大型化是不可否认的，因此，还开发了如下对策：通过使用桥式电路，对作为噪声源的开关元件取得周边的阻抗的平衡，降低噪声流出源和噪声测量点的电位差，从而最终降低共模电流(噪声)(例如，参照专利文献2、非专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5091521号公报
专利文献2：日本专利特开2019－221061号公报
[非专利文献]
[非专利文献1]“功率MOSFET附近的寄生耦合与共模电压的关系”一般财团法人电子信息通信学会信学技报IEICE Technical Report EMCJ2017-61(2017-11)
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献2的对策中，存在如下问题：利用开关切换为了取得平衡而附加的电感或电容时，由于浪涌而产生新的噪声，进而为了进行切换而使控制复杂化。此外，专利文献2中未考虑作为噪声流出途径之一的电动机绕组与壳体之间的寄生电容。
另外，在非专利文献1中提出了DC-DC转换器中的阻抗平衡法。这种情况下，以开关元件的臂中点与壳体之间的寄生电容较小、中间阻抗足够大为前提，但在使用桥式电路来取得阻抗的平衡时，在三相电动机的情况下臂中点与壳体之间的寄生电容较大，中间阻抗较小，因此存在取得平衡变困难、且效果有限的问题。
本发明是为了解决相关的现有技术问题而完成的，其目的在于提供一种功率转换装置，即使在施加三相交流输出来驱动电动机的情况下，也能够较容易地取得阻抗的平衡，从而有效地抑制共模电流引起的噪声。
解决技术问题的技术方案
本发明的功率转换装置具有各相的上臂开关元件和下臂开关元件，并将三相交流输出施加到电动机，其特征在于，包括：连接直流电源的正极侧和上臂开关元件的高电位侧端子的正极侧路径；连接直流电源的负极侧和下臂开关元件的低电位侧端子的负极侧路径；以及连接上臂开关元件的低电位侧端子和下臂开关元件的高电位侧端子的中间路径，在设正极侧路径的电感为Zv、负极侧路径的电感为Zg、正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间的电容为Zt、负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间的电容为Zb时，基于由正极侧路径的电感Zv、负极侧路径的电感Zg、正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间的电容Zt、以及负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间的电容Zb构成的桥式电路的平衡条件，设定正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间的电容Zt、以及负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间的电容Zb，并且，在中间路径和电动机之间连接有中间附加阻抗Zm1。
权利要求2的发明的功率转换装置的特征在于，在上述发明中，Zg·Zt＝Zb·Zv的关系成立，或者Zg·Zt＝Zb·Zv的关系大致成立。
权利要求3的发明的功率转换装置的特征在于，在上述各发明中，包括连接在正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间的正极侧附加电容、以及连接在负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间的负极侧附加电容中的任一方或双方。
权利要求4的发明的功率转换装置的特征在于，在上述各发明中，中间附加阻抗Zm1由常模线圈、三相共模线圈、铁氧体芯体中的任一个、或它们中两个的组合、或它们全部所构成。
权利要求5的发明的功率转换装置的特征在于，在上述各发明中，包括：控制上下臂开关元件的开关的控制基板；及为了进行直流电源、控制基板、上下臂开关元件以及电动机之间的布线而设置的布线构件，将中间附加阻抗Zm1配置于布线构件。
权利要求6的发明的功率转换装置的特征在于，在上述发明中，包括连接在正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间的正极侧附加电容、以及连接在负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间的负极侧附加电容中的任一方或双方，将正极侧附加电容和/或负极侧附加电容配置于布线构件。
权利要求7的发明的功率转换装置的特征在于，在权利要求5或权利要求6的发明中，布线构件是将汇流条进行树脂模制而成的汇流条组件。
权利要求8的发明的功率转换装置的特征在于，在上述各发明中，包括连接在直流电源和上下臂开关元件之间的EMI滤波器，该EMI滤波器包括分别连接到正极侧路径和负极侧路径双方的常模线圈。
发明效果
本发明为具有各相的上臂开关元件和下臂开关元件并将三相交流输出施加到电动机的功率转换装置，其具有：连接直流电源的正极侧和上臂开关元件的高电位侧端子的正极侧路径；连接直流电源的负极侧和下臂开关元件的低电位侧端子的负极侧路径；以及连接上臂开关元件的低电位侧端子和下臂开关元件的高电位侧端子的中间路径，还在中间路径和电动机之间连接有中间附加阻抗Zm1，因此，可以增加经由电动机和基准电位导体之间的寄生电容的路径的阻抗，减小从该路径流出的共模电流，从而能力图抑制噪声。
特别是在中间路径与电动机之间连接中间附加阻抗Zm1，使经由电动机和基准电位导体之间的寄生电容的路径的阻抗足够大，因此，在设正极侧路径的电感为Zv、负极侧路径的电感为Zg、正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间的电容为Zt、负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间的电容为Zb时，基于由正极侧路径的电感Zv、负极侧路径的电感Zg、正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间的电容Zt、以及负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间的电容Zb构成的桥式电路的平衡条件，设定正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间的电容Zt、以及负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间的电容Zb，从而在取得阻抗平衡(balance)时，可以将中间阻抗相关的值减小到可以忽略的程度，容易取得平衡，可以有效地降低噪声。
在这种情况下，在具有各相的上臂开关元件和下臂开关元件并将三相交流输出施加到电动机时的情况下，由于臂中点和基准电位导体之间的寄生电容较大，中间阻抗较小，因此难以取得平衡，但如本发明那样，通过连接中间附加阻抗，从而可以有效地解决相关问题。
上文中的平衡条件如权利要求2的发明那样，为Zg·Zt＝Zb·Zv的关系成立、或者Zg·Zt＝Zb·Zv的关系大致成立。
此外，如权利要求3的发明那样，若在正极侧的寄生电容产生点P和基准电位导体之间连接正极侧附加电容、和/或在负极侧的寄生电容产生点N和基准电位导体之间连接负极侧附加电容，则更容易取得阻抗平衡。
此外，如权利要求4的发明那样，中间附加阻抗Zm1可由常模线圈、三相共模线圈、铁氧体芯体中的任一个、或它们中两个的组合、或它们全部所构成。通过设置三相共模线圈和铁氧体芯体作为中间附加阻抗，从而可以增加共模阻抗，减少共模电流的流出。另一方面，通过设置常模线圈作为中间附加阻抗，从而可以有效地抑制开关浪涌，其结果是抑制了三相线间的模式转换(从常模到共模)，因此，通过这些，可以使得不易受电动机和基准电位导体之间的寄生电容的影响。
此外，与共模线圈不同，常模线圈不需要三相线的耦合，因此可以分开配置，配置上的限制较少，比共模线圈的情况更容易小型化。而且，即使不全部加入三相(例如只有两相)，也可以获得降噪效果，因此具有使用方便的优点。
此外，如权利要求5的发明那样，在设有控制上下臂开关元件的开关的控制基板、以及为了进行直流电源、控制基板、上下臂开关元件、以及电动机之间的布线而设置的布线构件的情况下，通过将中间附加阻抗Zm1配置于布线构件，从而可以力图实现装置的小型化。
在这种情况下，若如权利要求6的发明那样将正极侧附加电容和负极侧附加电容也配置于布线构件，则可以更进一步力图实现装置的小型化。
此外，通过如权利要求7的发明那样使布线构件由将汇流条进行树脂模制而成的汇流条组件构成，从而可以在确保绝缘的同时保证抗震性。
此外，通过如权利要求8的发明那样对连接到直流电源和上下臂开关元件之间的EMI滤波器设置分别连接到正极侧路径和负极侧路径双方的常模线圈，从而可以抑制常模电流作为共模电流流出到基准电位导体的问题。特别地，通过将常模线圈连接到正极侧路径和负极侧路径双方，从而可以使正极侧和负极侧的阻抗相等并保持平衡度，能最大限度地引出阻抗平衡的效果。
附图说明
图1是应用本发明的功率转换装置的电路图。
图2是图1的功率转换器的逆变器电路和控制基板的电路图。
图3是说明图1的功率转换装置的控制基板(包括汇流条组件)的寄生分量的图。
图4是表示图1的功率转换装置的模型化后的桥式电路的图。
图5是说明以往的功率转换装置的噪声路径的图。
图6是用于说明图1的功率转换装置的噪声路径的电路图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的一个实施方式。图1是应用本发明的一个实施例的功率转换装置1的电路图，图2是逆变器电路2和控制基板11的电路图。
(1)功率转换装置1
实施例的功率转换装置1包括构成三相的逆变器电路2的各相上下臂的由IGBT(也可以是MOSFET)构成的6个开关元件3～8(图2)、在印刷布线中安装控制电路的控制基板11(图2)、用于进行后述的电池14、控制基板11、各开关元件3～8及电动机M之间的布线的作为布线构件的汇流条组件12、滤波器基板13，将从作为直流电源的车辆的上述电池14供电的直流电转换为三相交流电，以将其供电给电动机M的定子线圈(未图示)。
实施例的电动机M由IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor：内置永磁同步电动机)构成，驱动在搭载于车辆的未图示的电动压缩机的金属制(例如，铝)的壳体15中容纳的未图示的压缩机构，压缩制冷剂并将其排出到未图示的车辆用空调装置的制冷剂回路内。功率转换装置1一体地设置在电动压缩机的壳体15中。
(2)功率转换装置1的电路
首先，利用图1说明实施例的功率转换装置1的电路。16是经由LISN(伪电源电路网)连接到电池14的正极侧(+)的正极侧路径，17是经由LISN连接到电池14的负极侧(-)的负极侧路径，EMI滤波器18和平滑电容器19连接到这些正极侧路径16和负极侧路径17。这些EMI滤波器18和平滑电容器19连接在电池14和逆变器电路2的开关元件3～8之间。
上述EMI滤波器18包括连接在正极侧路径16和负极侧路径17之间的X电容器21、分别连接到该X电容器21的后级的正极侧路径16和负极侧路径17双方的常模线圈22和35、连接到这些常模线圈22、35的后级的共模线圈23、以及在该共模线圈23的后级中分别连接在正极侧路径16及负极侧路径17与壳体15之间的Y电容器26和Y电容器24。
而且，这些EMI滤波器18和平滑电容器19配置在滤波器基板13上。上述X电容器21是用于降低常模噪声的电容器，Y电容器24、26是用于降低共模噪声的电容器。此外，平滑电容器19是用于平滑电压纹波并将高频视为短路以作为阻抗平衡的起点的电容器。
壳体15连接到车体27(GND)。而且，在实施例中，壳体15成为功率转换装置1的基准电位导体。此外，25是与汇流条组件12和平滑电容器19之间的负极侧路径17连接的分流电阻。
(2-1)中间附加阻抗Zm1(常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29)
逆变器电路2连接到平滑电容器19的后级的正极侧路径16和负极侧路径17，并且在逆变器电路2的后述中间路径31U～31W和电动机M之间依次连接有构成本发明中的中间附加阻抗Zm1的常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29。这些常模线圈30、三相共模线圈28主要增加低频的阻抗，铁氧体芯体29增加高频的阻抗。铁氧体芯体29配置在后述的输出路径32U～32W的周围，本发明中相关配置也称为连接。此外，在实施例中，假设常模线圈30分别连接到所有输出路径32U～32W。
(2-2)正极侧附加电容(电容器33)和负极侧附加电容(电容器34)
进而，在逆变器电路2和平滑电容器19之间的正极侧路径16和壳体15(基准电位导体)之间，连接在实施例中作为构成正极侧的寄生电容产生点P和壳体15之间的电容Zt的正极侧附加电容的电容器33(阻抗平衡用)，在逆变器电路2和平滑电容器19之间的负极侧路径17和壳体15(基准电位导体)之间，连接在实施例中作为构成负极侧的寄生电容产生点N和壳体15之间的电容Zb的负极侧附加电容的电容器34(阻抗平衡用)。另外，虽然在图1中远离寄生电容产生点P、N而示出电容器33、34，但实际上如图3所示，电容器33(正极侧附加电容)连接在正极侧的寄生电容产生点P(上臂开关元件3～5的集电极与正极侧路径16的交点)与壳体15之间，电容器34(负极侧附加电容)在实施例中经由分流电阻25，连接在负极侧的寄生电容产生点N(下臂开关元件6～8的发射极与负极侧路径17的交点)与壳体15之间。另外，为了便于理解，在图1中，分流电阻25的位置也远离负极侧的寄生电容产生点N来示出。
而且，在实施例中，这些电容器33和34、上述常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29配置于汇流条组件12。另外，图1中36所示的电容表示逆变器电路2与壳体15之间的寄生电容(寄生耦合)，37所示的电容表示电动机M与壳体15之间的寄生电容(寄生耦合)。
(2)逆变器电路2
接着，图2示出了逆变器电路2的电路和控制基板11。逆变器电路2具有U相逆变器38U、V相逆变器38V和W相逆变器38W，各相逆变器38U～38W分别具有上述上臂侧的开关元件(称为上臂开关元件)3～5和下臂侧的开关元件(称为下臂开关元件)6～8。此外，各开关元件3～8分别反向并联连接有续流二极管39。
逆变器电路2的上臂开关元件3～5的高电位侧端子连接到正极侧路径16，下臂开关元件6～8的低电位侧端子连接到负极侧路径17。U相逆变器38U的上臂开关元件3的低电位侧端子和下臂开关元件6的高电位侧端子通过中间路径31U连接，该中间路径31U通过输出路径32U连接到电动机M的U相定子线圈。
V相逆变器38V的上臂开关元件4的低电位侧端子和下臂开关元件7的高电位侧端子通过中间路径31V连接，该中间路径31V通过输出路径32V连接到电动机M的V相定子线圈。此外，W相逆变器38W的上臂开关元件5的低电位侧端子和下臂开关元件8的高电位侧端子通过中间路径31W连接，该中间路径31W通过输出路径32W连接到电动机M的W相定子线圈。而且，上述常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29设置在位于中间路径31U～31W和电动机M之间的输出路径32U～32W中。铁氧体芯体29在输出路径32U～32W上，可以如图1中的大方形所示，全相一并配置，也可以如图1中的小方形所示，分别单独配置在各相的输出路径32U～32W的周围。
(2－4)控制基板11
另一方面，控制装置11的控制电路由具有处理器的微型计算机构成，在实施例中，从车辆的ECU输入转速指令值，利用分流电阻25检测和计算电动机M的相电流，并基于它们来控制逆变器电路2的各上下臂开关元件3～8的导通/关断状态。具体而言，控制施加到各上下臂开关元件3～8的栅极端子的栅极电压(驱动信号)，将分别连接各相上下臂开关元件3～8的中间路径31U～31W的电压(相电压)作为三相交流输出，经由输出路径32U～32W施加到电动机M的各相定子线圈，从而驱动该电动机M。
(2-5)汇流条组件12
此外，实施例的汇流条组件12构成为用硬质树脂对由导电性金属形成的汇流条进行模制而得到。滤波器基板13、控制基板11、各开关元件3～8和电动机M连接到该汇流条组件12的汇流条，从而形成电池14、控制基板11、各开关元件3～8和电动机M之间的布线。
(2-6)包含汇流条组件12的控制基板11的寄生分量(电感、电容)
接着，使用图3，对功率转换装置1的控制基板11(包含汇流条组件12)的寄生分量进行说明。图中，Zv是包含汇流条组件12的正极侧路径16(布线)的电感，Zg是包含汇流条组件12的负极侧路径17(布线)的电感。在正极侧路径16、负极侧路径17中也存在其他寄生分量，但布线的电感占主导地位。
另外，图中Zt是包含汇流条组件12的正极侧的寄生电容产生点P(图4)与壳体15(基准电位导体)之间的电容，Zb是包含汇流条组件12的负极侧的寄生电容产生点N(图4)与壳体15之间的电容。实施例的电容Zt包含正极侧的寄生电容产生点P和壳体15之间的寄生电容以及上述电容器33(阻抗平衡用的正极侧附加电容)的电容。另外，电容Zb包含负极侧的寄生电容产生点N和壳体15之间的寄生电容以及上述电容器34(阻抗平衡用的负极侧附加电容)的电容。
图中，41所示的虚线表示的部分是由各开关元件3～8(由开关符号表示)构成的噪声源，42是各相中分岔的正极侧路径16的电感(这也意味着电感占主导地位)，43是PCB图案的电感(这也意味着电感占主导地位)。44是上臂开关元件3～5的集电极与壳体15之间的寄生电容，46是下臂开关元件6～8的集电极与壳体15之间的寄生电容(这也意味着寄生电容占主导地位)。48是上臂开关元件3～5的发射极和壳体15之间的寄生电容+汇流条和壳体15之间的寄生电容(这也意味着寄生电容占主导地位)。49是上臂开关元件6～8的发射极和壳体15之间的寄生电容(这也意味着寄生电容占主导地位)。
图中Zm表示中间阻抗。该中间阻抗Zm是上下臂开关元件3～8的集电极和发射极、汇流条组件12的汇流条、电动机M的绕组和包含寄生电容37、43、46、48、寄生电感47的中间路径31U～31W(上臂开关元件3～5和下臂开关元件6～8的中点)与壳体15之间的寄生分量，共模电流经由该中间阻抗Zm流出到壳体15，将产生共模噪声。
虽然在图3中没有示出上述中间附加阻抗Zm1，但是在本发明中，如图1的实施例所示，由常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29组成的中间附加阻抗Zm1被追加连接到中间路径31U～31W与电动机M之间的输出路径32U～32W，并且中间阻抗Zm的值相应地增大。
(3)通过使阻抗平衡条件(平衡条件)成立来降低噪声
接下来，将参照图4说明通过使阻抗平衡条件(平衡条件)成立来降低噪声的对策。图4的桥式电路是例如图2中的U相逆变器38U成为噪声源V1时(上臂开关元件3成为噪声源时)的共模等效电路(模型化后的桥式电路)，图中Zv是上述的正极侧路径16的电感，Zg是负极侧路径17的电感，Zt是包含电容器33的电容在内的正极侧的寄生电容产生点P与壳体15(基准电位导体)之间的电容，Zb是包含电容器34的电容在内的负极侧的寄生电容产生点N与壳体15之间的电容，Zm是包含中间附加阻抗Zm1在内的中间阻抗。当下臂开关元件6成为噪声源时，噪声源位于与中间阻抗Zm的交点的下侧。
另外，在图4的情况下，本发明的正极侧的寄生电容产生点P是上臂开关元件3的集电极与正极侧路径16的交点，而负极侧的寄生电容产生点N是下臂开关元件6的发射极与负极侧路径17的交点。此外，在图4的情况下，本发明的正极侧路径16的电感Zv是到与上臂开关元件3的集电极的交点为止的正极侧路径16的电感，而负极侧路径17的电感Zg是到与下臂开关元件6的发射极的交点为止的负极侧路径17的电感。另外，在V相逆变器38V成为噪声源V1时，同样地，上臂开关元件4的集电极与正极侧路径16的交点成为正极侧的寄生电容产生点P，下臂开关元件7的发射极与负极侧路径17的交点成为负极侧的寄生电容产生点N。该情况下，到与上臂开关元件4的集电极的交点为止的正极侧路径16的电感成为Zv，到与下臂开关元件7的发射极的交点为止的负极侧路径17的电感成为Zg。另外，在W相逆变器38W变为噪声源V1时，上臂开关元件5的集电极和正极侧路径16的交点成为正极侧的寄生电容产生点P，下臂开关元件8的发射极和负极侧路径17的交点成为负极侧的寄生电容产生点N。该情况下，到与上臂开关元件5的集电极的交点为止的正极侧路径16的电感成为Zv，到与下臂开关元件8的发射极的交点为止的负极侧路径17的电感成为Zg。
另外，图4中Z1表示噪声源V1的上臂的内部阻抗+电感42(图3)，Z2表示噪声源V1的下臂的内部阻抗+电感42。由于电感42是微小的，并且电容器33和寄生电容44的连接位置大致相同，因此寄生电容44不是Z1而是电容Zt。另外，Zr表示从电感Zv和电感Zg的交点(朝向图4的桥式电路的左侧起点)到壳体15的共模阻抗。图4的电感Zv和电感Zg的交点是电池14(电源)侧的起点，是高频短路点。
而且，图4中Vc是噪声测量点即LISN侧产生的共模电压。由于电路内部的开关动作所产生的共模电压Vc，共模电流流过所连接的导线，产生噪声。通过使该共模电压Vc为零或使极小的平衡条件(阻抗平衡条件)成立，从而可以消除或显著降低因伴随开关动作流出的共模电流引起的噪声。
若根据该电路方程式计算，则共模电压Vc可以用下式(I)表示。
[数学式1]
另外，处于上臂开关元件3的导通状态，阻抗Z1与其它元件相比其值较低，因此忽略。
此外，在Zm足够大时，式(I)的分子第二项和分母第二项可以忽略，式(I)可用下式(II)表示。
[数学式2]
这里，使式(II)的分子(ZgZt－ZbZv)为零的条件、即阻抗平衡条件成为下式(III)。
Zg·Zt＝Zb·Zv ···(III)
因此，在本实施例中，设计功率转换装置1，使得通过选定图1所示的为了实现阻抗平衡而连接的电容器33、34的电容，来调整正极侧的寄生电容产生点P和壳体15(基准电位导体)之间的电容Zt、及负极侧的寄生电容产生点N和壳体15之间的电容Zb，以使上述式(III)成立或大致成立。此外，大致成立意味着虽不是Zg·Zt＝Zb·Zv，但近似等于(两者之差极小，在一定允许范围A以内)。由此，可以有效地降低噪声。
具体地说，例如在电感Zv与电感Zg的比率为1：1、正极侧的寄生电容产生点P与壳体15之间原本的寄生电容为100pF的情况下，如果作为电容Zt的分量而连接900pF的电容器33(正极侧附加电容)、作为电容Zb的分量而连接1000pF的电容器34(负极侧附加电容)，则电容Zt与电容Zb的比率也变为1：1，满足阻抗平衡条件。
或者，即使连接可以忽略原来的寄生电容100pF的值、例如10nF的电容器33(正极侧附加电容)和电容器34(负极侧附加电容)，由于电容Zt和电容Zb的比率约为1：1，因此也满足阻抗平衡条件。
特别地，在本发明中，中间附加阻抗Zm1(常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29)连接在中间路径31U～31W和电动机M之间，因此，尽管驱动对象是三相电动机M，但经由寄生电容37的路径的阻抗足够大。由此，在取得阻抗平衡(balance)时，由于与中间阻抗Zm相关的值、即式(I)的分子第二项和分母第二项变小到可以忽略的程度，因此，通过正极侧的寄生电容产生点P和壳体15(基准电位导体)之间的电容Zt、及负极侧的寄生电容产生点N和壳体15之间的电容Zb(实施例中电容器33、34的电容的选定)，桥式电路的平衡(balance)变得容易，能够容易且有效地降低噪声。
此外，如实施例那样，通过在中间路径31U～31W与电动机M之间追加连接中间附加阻抗Zm1(常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29)，从而使得经由寄生电容37的路径的阻抗增加，可以减少从该路径流出的共模电流。由此，即使在电动机M和壳体15之间的寄生电容37较大的情况下，也能够提高阻抗平衡的效果，能够进一步抑制噪声，而无需安装大型的EMI滤波器。
此外，在实施例中，中间附加阻抗Zm1由常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29构成。如此，通过设置三相共模线圈28和铁氧体芯体29作为中间附加阻抗Zm1，从而可以增加共模阻抗，减少共模电流的流出。另一方面，通过设置常模线圈30作为中间附加阻抗Zm1，可以有效地抑制开关浪涌，其结果是抑制了三相线间的模式转换(从常模到共模)，因此，通过这些，可以使得不易受电动机M和壳体15之间的寄生电容37的影响。
此外，与共模线圈不同，常模线圈30不需要三相线的耦合，因此可以分开配置，当如实施例那样配置在汇流条组件12中时，配置上的限制也较少，比共模线圈的情况更容易小型化。另外，常模线圈30可以不像实施例那样加入所有输出路径32U～32W(三相)，例如可以只加入两相。由此也可以获得降噪效果，因此具有使用方便的优点。
此外，如实施例那样，通过在EMI滤波器18中设置分别连接到正极侧路径16和负极侧路径17的常模线圈22和35，从而可以抑制常模电流作为共模电流流出到壳体15的问题。特别地，通过将常模线圈22和35连接到正极侧路径16和负极侧路径17双方，从而可以使正极侧和负极侧的阻抗相等并保持平衡度，能最大限度地引出阻抗平衡的效果。
另外，在实施例中，即使在正极侧路径16和负极侧路径17中的任一个都不连接常模线圈的情况下，也可以保持平衡度，但在这种情况下，不能抑制常模电流作为共模电流流出的问题。
(4)降噪效果
接下来，将参照图5、图6说明本发明的降噪效果。图5示出了未设置上述常模线圈30、三相共模线圈28、铁氧体芯体29、电容器33、34的功率转换装置100的电路图。另外，在该图中，设与图1相同的标号所示的部件发挥相同或同样的功能。
该图中，N1所示的箭头表示从电动机M经由寄生电容37流出到壳体15的共模电流(噪声)，N2所示的箭头表示从逆变器电路2经由寄生电容36流出到壳体15的共模电流(噪声)，N3所示的箭头表示从壳体15经由Y电容器24、26回流到逆变器电路2的上下臂开关元件3～8的共模电流(噪声)，N9所示的箭头表示通过安装在壳体15上的HV连接器的屏蔽线流入正极侧(+)和负极侧(-)的LISN16、17的共模电流(噪声)。另外，N4所示的箭头表示从壳体15流出到车体27的共模电流(噪声)，N5～N8所示的箭头表示从车体27经由LISN17、LISN16流入EMI滤波器18的共模电流(噪声)。另外，图中的箭头仅用单一方向表示，但实际上共模电流的流动并不简单，在各场所双向流出/流入。
在图5的功率转换装置100的情况下，经由寄生电容37从电动机M流出的共模电流(N1)变大。此外，该共模电流和从逆变器电路2流出到壳体15的共模电流(N2)经由Y电容器24、26回流到作为噪声源的逆变器电路2的上下臂开关元件3～8(N3)，但由于Y电容器24、26远离电动机M、逆变器电路2，因此回流路径变长，Y电容器24、26的滤波效果(使共模电流回流的效果)无法充分获得。
另一方面，在实施例中，如图1和图6所示，连接电容器33、34以取得阻抗平衡，使共模电压Vc为零或极小，因此能够抑制共模电流(N1)，能消除或显著降低噪声。
特别地，在本发明中，中间附加阻抗Zm1(常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29)连接在中间路径31U～31W和电动机M之间，因此，经由寄生电容37的路径的阻抗足够大。由此，在取得阻抗平衡(balance)时，由于与中间阻抗Zm相关的值(式(I)的分子第二项和分母第二项)变小到可以忽略的程度，因此，通过正极侧的寄生电容产生点P和壳体15(基准电位导体)之间的电容Zt、及负极侧的寄生电容产生点N和壳体15之间的电容Zb的调整、即实施例中电容器33、34的电容的选定，桥式电路的平衡(balance)变得容易，能够容易且有效地降低噪声。
此外，如图1和图6所示，通过将电容器33、34配置在汇流条组件12中，使得从电动机M经由寄生电容37流出的共模电流(N1)和从逆变器电路2流出到壳体15的共模电流(N2)中的大多数如图6中的箭头N10所示，经由电容器33、34回流到作为噪声源的逆变器电路3的上下臂开关元件3～8。
由于汇流条组件12设置在比滤波器基板13更靠近电动机M、逆变器电路2的上下臂开关元件3～8的位置，因此，通过将这些电容器33、34配置在汇流条组件12中，从而回流路径变短，可以在电容器33、34中获得高滤波效果。由此，可以抑制噪声，而无需像以往那样在电源输入部插入大型的共模线圈，能在实现小型化的同时有效地抑制噪声。
此外，在实施例中，将常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29配置在逆变器电路2的上下臂开关元件3～8和电动机M之间的汇流条组件12中，因此，经由寄生电容37的路径的阻抗增加，并且经由寄生电容37流出的共模电流(噪声。箭头N1所示)变小。由此，无需将大型的共模线圈插入电源输入部，可以在实现逆变器一体型电动压缩机1的小型化的同时有效地抑制噪声。
另外，在实施例中，通过将电容器33作为正极侧附加电容连接在正极侧路径16和壳体15之间，将电容器34作为负极侧附加电容也连接在负极侧路径17和壳体15之间，来调整正极侧的寄生电容产生点P和壳体15(基准电位导体)之间的电容Zt、及负极侧的寄生电容产生点N和壳体15之间的电容Zb，以取得阻抗平衡，但是也可以仅连接电容器33和34中的任一方，而对于另一方的电容(Zb或Zt)，通过调整壳体15之间的寄生电容来对应。
具体地说，例如在电感Zv与电感Zg的比率为1：1、正极侧的寄生电容产生点P与壳体15之间原本的寄生电容为100pF的情况下，如果将其视为电容Zt，作为电容Zb的分量而仅新连接100pF的电容器34(负极侧附加电容)，则电容Zt与电容Zb的比率也变为1：1，满足阻抗平衡条件。
此外，在权利要求1、权利要求2的发明中，也可以不连接电容器33(正极侧附加电容)和电容器34(负极侧附加电容)，仅通过寄生电容的调整来对应正极侧的寄生电容产生点P和壳体15之间的电容Zt、及负极侧的寄生电容产生点N和壳体15之间的电容Zb双方，从而取得阻抗平衡。这些情况下的寄生电容的调整例如可以通过变更使开关元件3～8进行散热的散热器与散热片之间的距离来进行，或者通过选定集电极与散热器之间的寄生耦合、发射极与散热器之间的寄生耦合不同的开关元件来进行。
散热器和散热片之间的距离的变更是寄生电容的调整，图3中的寄生电容44的值改变，因此电容Zt改变(调整)。开关元件本身可以根据内部阻抗+寄生电容的值及位置来变更(调整)。如果内部阻抗改变，则图4的Z1、Z2改变，但在阻抗平衡中，Z1、Z2不是主导性因素，因此仅寄生电容44改变。
此外，在实施例中采用了用硬质树脂对汇流条进行模制而得的汇流条组件12来作为布线构件，但是在权利要求1～权利要求6的发明中，可以是不用树脂进行模制的汇流条。另外，在实施例中，作为中间附加阻抗Zm1，连接常模线圈30、三相共模线圈28和铁氧体芯体29，但不限于此，也可以仅连接它们中的任意一个，或者连接它们中的两个的组合(常模线圈30和三相共模线圈28的组合、或者常模线圈30和铁氧体芯体29的组合、或者三相共模线圈28和铁氧体芯体29的组合)，以作为中间附加阻抗Zm1。
另外，在实施例中，在正极侧路径16和负极侧路径17双方都连接了常模线圈22和35，但是在权利要求8以外的发明中，也可以仅在正极侧路径16和负极侧路径17中的任一方连接常模线圈(22或35)。
此外，尽管已经说明了通过实施例中所示的功率转换装置1驱动电动压缩机的电动机M的示例，但本发明并不限于此，不言而喻，本发明对于驱动三相电动机的各种装置是有效的。
标号说明
1 功率转换装置
2 逆变器电路
3～8 上下臂开关元件
11 控制基板
12 汇流条组件(布线构件)
14 电池(直流电源)
15 壳体(基准电位导体)
16 正极侧路径
17 负极侧路径
22、35 常模线圈
28 三相共模线圈(Zm1)
29 铁氧体芯体(Zm1)
30 常模线圈(Zm1)
31U～31W 中间路径
32U～32W 输出路径
33 电容器(正极侧附加电容)
34 电容器(负极侧附加电容)
M 电动机
N 负极侧的寄生电容产生点
P 正极侧的寄生电容产生点
Zb 负极侧的寄生电容产生点N和壳体15之间的电容
Zg 负极侧路径的电感
Zm 中间阻抗
Zm1 中间附加阻抗
Zt 正极侧的寄生电容产生点P和壳体15之间的电容
Zv 正极侧路径的电感。

Claims (8)

1.一种功率转换装置，该功率转换装置具有各相的上臂开关元件和下臂开关元件，并将三相交流输出施加到电动机，其特征在于，包括：
连接直流电源的正极侧和所述上臂开关元件的高电位侧端子的正极侧路径；
连接所述直流电源的负极侧和所述下臂开关元件的低电位侧端子的负极侧路径；以及
连接所述上臂开关元件的低电位侧端子和所述下臂开关元件的高电位侧端子的中间路径，
在设所述正极侧路径的电感为Zv、所述负极侧路径的电感为Zg、正极侧的寄生电容产生点(P)和基准电位导体之间的电容为Zt、负极侧的寄生电容产生点(N)和所述基准电位导体之间的电容为Zb时，基于由所述正极侧路径的电感Zv、所述负极侧路径的电感Zg、所述正极侧的寄生电容产生点(P)和所述基准电位导体之间的电容Zt、以及所述负极侧的寄生电容产生点(N)和所述基准电位导体之间的电容Zb构成的桥式电路的平衡条件，来设定所述正极侧的寄生电容产生点(P)和所述基准电位导体之间的电容Zt、以及所述负极侧的寄生电容产生点(N)和所述基准电位导体之间的电容Zb，
并且在所述中间路径和所述电动机之间连接有中间附加阻抗(Zm1)。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
Zg·Zt＝Zb·Zv的关系成立，或者Zg·Zt＝Zb·Zv的关系大致成立。
3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
包括连接在所述正极侧的寄生电容产生点(P)和所述基准电位导体之间的正极侧附加电容、以及连接在所述负极侧的寄生电容产生点(N)和所述基准电位导体之间的负极侧附加电容中的任一方或双方。
4.如权利要求1至3中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述中间附加阻抗(Zm1)由常模线圈、三相共模线圈、铁氧体芯体中的任一个、或它们中两个的组合、或它们全部所构成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，包括：
控制所述上下臂开关元件的开关的控制基板；以及
为了进行所述直流电源、所述控制基板、所述上下臂开关元件以及所述电动机之间的布线而设置的布线构件，
将所述中间附加阻抗(Zm1)配置于所述布线构件。
6.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，
包括连接在所述正极侧的寄生电容产生点(P)和所述基准电位导体之间的正极侧附加电容、以及连接在所述负极侧的寄生电容产生点(N)和所述基准电位导体之间的负极侧附加电容中的任一方或双方，
将所述正极侧附加电容和/或所述负极侧附加电容配置于所述布线构件。
7.如权利要求5或6所述的功率转换装置，其特征在于，
所述布线构件是将汇流条进行树脂模制而成的汇流条组件。
8.如权利要求1至7中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
包括连接在所述直流电源和所述上下臂开关元件之间的EMI滤波器，
该EMI滤波器包括分别连接到所述正极侧路径和所述负极侧路径双方的常模线圈。
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