DE102017206078B4 - Energieumwandlungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Energieumwandlungsvorrichtung (50), umfassend:eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen (2a-2d);einen Induktor (1);einen Niederspannungsseitenkondensator (3);einen Hochspannungsseitenkondensator (4);einen Ladeentladekondensator (5); undeine Steuereinheit (6), ausgebildet zum Steuern eines Betriebs der Vielzahl von Halbleiterschaltelementen (2a-2d) bei einer eingestellten Betriebsfrequenz,wobei die Vielzahl von Halbleiterschaltelementen (2a-2d) umfasst:ein erstes Halbleiterschaltelement (2a), umfassend einen mit einer negativen Elektrode des Niederspannungsseitenkondensators (3) verbundenen ersten Anschluss;ein zweites Halbleiterschaltelement (2b), umfassend einen mit einem zweiten Anschluss des ersten Halbleiterschaltelements (2a) verbundenen ersten Anschluss und einen mit einer positiven Elektrode des Niederspannungsseitenkondensators (3) über den Induktor (1) verbundenen zweiten Anschluss;ein drittes Halbleiterschaltelement (2c), umfassend einen mit dem zweiten Anschluss des zweiten Halbleiterschaltelements (2b) verbundenen ersten Anschluss; undein viertes Halbleiterschaltelement (2d), umfassend einen mit einem zweiten Anschluss des dritten Halbleiterschaltelements (2c) verbundenen ersten Anschluss und einen mit einer positiven Elektrode des Hochspannungsseitenkondensators (4) verbundenen zweiten Anschluss,wobei der Ladeentladekondensator (5) zwischen einem ersten Verbindungspunkt (A) des ersten Halbleiterschaltelements (2a) mit dem zweiten Halbleiterschaltelement (2b) und einem zweitem Verbindungspunkt (B) des dritten Halbleiterschaltelements (2c) mit dem vierten Halbleiterschaltelement (2d) verbunden ist,dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeentladekondensator (5) eine Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) umfasst, parallel verbunden, über eine mit dem ersten Verbindungspunkt (A) verbundene erste Verdrahtung (502a) und eine mit dem zweiten Verbindungspunkt (B) verbundene zweite Verdrahtung (502b), undzumindest Induktivitätskomponenten und/oder Kapazitätskomponenten der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) zu dem Zeitpunkt, wenn diese von Abfluss-Einflussabschnitten (503a, 503b) der ersten Verdrahtung (502a) und der zweiten Verdrahtung (502b) betrachtet werden, voneinander unterschiedlich sind, sodass der Ladeentladekondensator (5) keinen Parallelresonanzpunkt in einem Betriebsfrequenzband aufweist, sondern einen Parallelresonanzpunkt in einem Rauschfrequenzband aufweist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieumwandlungsvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung, ausgebildet zum Ausführen einer Energieumwandlung, zum Beispiel eine Gleichstrom-Energieumwandlung unter Verwendung eines Schaltelements.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Eine Rauschreduktionstechnologie für eine Energieumwandlungsvorrichtung, ausgebildet zum Ausführen einer Hochgeschwindigkeitsschaltoperation bei einer hohen Spannung wird notwendig.
  • Als eine aus dem Stand der Technik bekannte Energieumwandlungsvorrichtung gibt es eine Vorrichtung, umfassend: einen Eingangsanschluss zum Eingeben einer Eingangsspannung und einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben einer Ausgangsspannung, bei welcher eine Energieumwandlungsverarbeitung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ausgeführt wird; ein für die Energieumwandlung verwendetes Schaltelement; und einen Schwankungsunterdrückungsschaltkreis, ausgebildet zum Verhindern von Spannungsschwankungen bei dem Eingangsanschluss oder dem Ausgangsanschluss, welche mit einem Betrieb des Schaltelements einhergehen bei welcher der Schwankungsunterdrückungsschaltkreis einen parallelen Resonanzschaltkreis umfasst, ausgebildet um eine Resonanz bei einer vorbestimmten Resonanzfrequenz aufzuweisen (siehe beispielsweise JP 2004 - 023 825 A ).
  • Weiter gibt es als ein Beispiel eines Rauschfilters zum Reduzieren eines in einer Energieumwandlungsvorrichtung erzeugten Rauschens einen Filter, welcher umfasst: einen Gleichtakttransformationseinheit, welche eine in Serie zu einer Energieversorgungsleitung auf einer Eingangsseite einer Energieumwandlungsvorrichtung eingefügte primäre Wicklung und eine mit der Primärwicklung elektromagnetisch gekoppelte Sekundärwicklung; einen zwischen Anschlüssen der Sekundärwicklung der Gleichtakttransformationseinheit verbundenen Kondensator; und einen Glättungskondensator, welche zwischen einer die Gleichtakttransformationseinheit und die Energieumwandlungsvorrichtung verbindenden Energiezufuhrleitung und der Erdung verbunden ist, bei welcher eine durch einen LC Parallelresonanzschaltkreis, welcher die Sekundärwicklung der Gleichtakttransformationseinheit und den Kondensator umfasst, erzeugte Resonanzfrequenz in einem Frequenzband eines Gleichtaktrauschens eingestellt ist (siehe beispielsweise JP 2006 - 136 058 A ).
  • Weiter gibt es eine Energieumwandlungsvorrichtung, welche eine Verstärkungsringspule für einen Leistungsfaktor (Blindleistung) Verbesserungsschaltkreis mit einer Wicklung umfasst, welche zumindest über einen Teil eines Spulenkörpers gefaltet und gewickelt ist, sodass eine unmittelbar darüberliegende überlappende Wicklung nicht in derselben Richtung gewickelt ist (siehe beispielsweise JP 2011 - 210 753 A ).
  • Allerdings ist bei der in der JP 2004 - 023 825 A beschriebenen Energieumwandlungsvorrichtung ein EMI Filter getrennt von einem Vollwellengleichrichterschaltkreis, einem harmonische Unterdrückungsschaltkreis, einem Schaltschaltkreis und einem Glättungsschaltkreis umfasst, welche bei der Energieumwandlungsoperation verwendet werden, und somit wird die Vorrichtung größer.
  • Weiter ist bei dem in der JP 2006 - 136 058 A beschriebenen Rauschfilter der Rauschfilter außerhalb der Energieumwandlungsvorrichtung hinzugefügt und somit wird auf eine ähnliche Weise zu der JP 2004 - 023 825 A die Energieumwandlungsvorrichtung größer.
  • Weiter wird bei einem in der JP 2011 - 210 735 A beschriebenen AC/DC Konverter eine Parallelresonanz durch eine Streukapazität zwischen der Verstärkungsspule und der Wicklung verursacht und somit ist ein Frequenzband, welches ein Rauschen unterdrücken kann, auf ein relativ hohes Frequenzband beschränkt, bei welchem ein Rauschen aufgrund einer Überspannung eines Halbleiterschaltelements erzeugt wird. Im Ergebnis kann beispielsweise ein Rauschen in einem relativ niedrigen Frequenzband in der Umgebung einer Betriebsfrequenz des Halbleiterschaltelements nicht reduziert werden. Weiter benötigt eine Rauschreduktion in diesem Frequenzband ein Sichern einer relativ großen Induktionskomponente oder einer Kapazitätskomponente mit dem Ergebnis, dass die Vorrichtung aufgrund eines Hinzufügens eines externen Filters oder etwas Ähnlichem größer wird.
  • Ferner ist aus der US 2015 / 0 280 608 A1 ein Leistungswandler mit mehreren Spannungsebenen bekannt, der Glättungskondensatoren aufweist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Es ist entsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Energieumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, ausgebildet zum Reduzieren eines Rauschens in einem gewünschten Frequenzband, ohne einen Rauschfilter außerhalb der Vorrichtung hinzuzufügen.
  • Zum Lösen der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Energieumwandlungsvorrichtung bereit, welche umfasst: eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen; ein Induktionselement (Reaktor/Spule); einen Niederspannungsseitenkondensator; einen Hochspannungsseitenkondensator; einen Ladeentladekondensator; und eine Steuereinheit, ausgebildet zum Steuern eines Betriebs der Vielzahl von Halbleiterschaltelementen bei einer eingestellten Betriebsfrequenz, wobei die Vielzahl von Halbleiterschaltelementen umfassen: ein erstes Halbleiterschaltelement, umfassend einen mit einer negativen Elektrode des Niederspannungsseitenkondensators verbundenen ersten Anschluss; einen zweites Halbleiterschaltelement, welches einen mit einem zweiten des ersten Halbleiterschaltelement verbundenen ersten Anschluss und einen mit einer positiven Elektrode des Niederspannungsseitenkondensators über die Induktionseinheit verbundenen zweiten Anschluss umfasst; ein drittes Halbleiterschaltelement, welches einen mit dem zweiten Anschluss des zweiten Halbleiterschaltelements verbundenen ersten Anschluss umfasst; und ein viertes Halbleiterschaltelement, welches einen mit einem zweiten Anschluss des dritten Halbleiterschaltelements verbundenen ersten Anschluss und einen mit einer positiven Elektrode des Hochspannungsseitenkondensators verbundenen zweiten Anschluss umfasst, wobei der Ladeentladekondensator zwischen einem Verbindungspunkt des ersten Halbleiterschaltelements mit dem zweiten Halbleiterschaltelement und einem Verbindungspunkt des dritten Halbleiterschaltelements mit dem vierten Halbleiterschaltelement verbunden ist, wobei der Ladeentladekondensator eine Vielzahl von Kondensatorelementen aufweist, welche über eine erste Verdrahtung und eine zweite Verdrahtung zumindest eine Induktivitätskomponente und/oder eine Kapazitätskomponente der Vielzahl von Kondensatorelementen zu dem Zeitpunkt verbinden, wenn diese von Abfluss-Einfluss-Abschnitten der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung betrachtet werden, welche sich voneinander derart unterscheiden, dass der Ladeentladekondensator keinen Parallelresonanzpunkt in einem Betriebsfrequenzband aufweist allerdings einen Parallelresonanzpunkt in einem Rauschfrequenzband aufweist.
  • Entsprechend der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Ladeentladekondensator, welcher die Vielzahl von parallel über die erste Verdrahtung und die zweite Verdrahtung verbundenen Kondensatorelementen umfasst, derart gebildet, sodass zumindest eine der Induktivitätskomponenten und/oder der Kapazitätskomponenten der Vielzahl von Kondensatorelementen zu dem Zeitpunkt, wenn diese von Abfluss-Einfluss-Abschnitten der ersten Wicklung der zweiten Wicklung betrachtet werden, voneinander unterschiedlich ist, sodass der Ladeentladekondensator keinen Parallelresonanzpunkt in dem Betriebsfrequenzband aufweist, allerdings einen Parallelresonanzpunkt in dem Rauschfrequenzband aufweist. Somit kann ein Rauschen in einem ein relativ niedriges Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz der Halbleiterschaltelemente umfassten gewünschten Frequenzband reduziert werden, ohne einen Rauschfilter außerhalb der Vorrichtung hinzuzufügen.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
    • 1 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 2A und 2B sind Umrissansichten eines Beispiels 1 eines Ladeentladekondensators, welche in der in 1 dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung verwendet wird, wobei 2A eine perspektivische Ansicht des Ladeentladekondensators ist und 2B eine Unteransicht des Ladeentladekondensators ist;
    • 3 ist ein Graph zum Zeigen von Frequenzeigenschaften eines Absolutwerts einer Impedanz des in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensators;
    • 4 ist ein Graph zum Zeigen einer Beziehung zwischen dem Absolutwert der Impedanz des in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensators und jeweiligen Frequenzbändern;
    • 5 ist ein Graph zum Zeigen einer Differenz in Frequenzeigenschaften des Absolutwerts der Impedanz bei dem Vorhandensein eines Parallelresonanzpunkts des in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensators und bei dem Abwesendsein des Parallelresonanzpunkts des in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensators;
    • 6A und 6B sind Umrissansicht eines Beispiels 2 des Ladeentladekondensators, welcher in der in 1 dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung verwendet wird, wobei 6A eine perspektivische Ansicht des Ladeentladekondensators und 6B eine Unteransicht des Ladeentladekondensators ist;
    • 7A und 7B sind Umrissansicht eines Beispiels 3 des Ladeentladekondensators, welcher in der in 1 dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung verwendet wird, wobei 7 aber eine perspektivische Ansicht des Ladeentladekondensators ist und 7B eine Unteransicht des Ladeentladekondensators ist;
    • 8A und 8B sind Umrissansichten eines Beispiels 4 des Ladeentladekondensators, welcher in den 1 dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung verwendet wird, wobei 8A eine perspektivische Ansicht des Ladeentladekondensators ist und 8B eine Unteransicht des Ladeentladekondensators ist;
    • 9A und 9B sind Umrissansichten eines Beispiels 5 des Ladeentladekondensators sind, welcher bei der in 1 dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung verwendet wird, wobei 9A eine perspektivische Ansicht des Ladeentladekondensators ist und 9B eine Unteransicht des Ladeentladekondensators ist;
    • 10A und 10B sind Umrissansichten eines Beispiels 6 des Ladeentladekondensator, welcher bei der in 1 dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung verwendet wird, wobei 10A eine perspektivische Ansicht des Ladeentladekondensators ist und 10B eine Unteransicht des Ladeentladekondensators ist;
    • 11 ist ein Graph zum Zeigen von Frequenzeigenschaften eines Absolutwerts einer Impedanz des in 10A und 10B dargestellten Ladeentladekondensator;
    • 12 ist ein Graph zum Zeigen einer Beziehung zwischen dem Absolutwert der Impedanz des in 10A und 10B dargestellten Ladeentladekondensator und jeweiligen Frequenzbändern;
    • 13 ist ein Graph zum Zeigen eines Unterschieds in Frequenzeigenschaften des Absolutwerts der Impedanz bei dem Vorhandensein eines parallelen Resonanzpunkts des in 10A und 10B dargestellten Ladeentladekondensator und bei dem Abwesendsein des Parallelresonanzpunkts des in 10A und 10B dargestellten Ladeentladekondensator ist;
    • 14A und 14B sind Umrissansichten eines Beispiels 7 des Ladeentladekondensator, welcher bei der in 1 dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung verwendet wird, wobei 14A eine perspektivische Ansicht des Ladeentladekondensators ist, und 14B eine Unteransicht eines Ladeentladekondensator ist; und
    • 15A und 15B sind Umrissansichten eines Beispiels 8 des Ladeentladekondensator, welcher bei der in 1 dargestellten Energieumwandlungsvorrichtung verwendet wird; wobei 15A eine perspektivische Ansicht des Ladeentladekondensators ist und 15B eine Unteransicht des Ladeentladekondensators ist.
  • Detailbeschreibung der Ausführungsformen
  • Eine Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug zu den beigefügten Figuren beschrieben. Als die Energieumwandlungsvorrichtung wird ein in 1 dargestellter Gleichstrom-Converter als Beispiel genannt.
  • Ausführungsform 1
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst die Energieumwandlungsvorrichtung 50 eine Induktionseinheit 1; ein Halbleitermodul 2 mit einem ersten Halbleiterschaltelement 2a, einem zweiten Halbleiterschaltelement 2b, einem dritten Halbleiterschaltelement 2c und einem vierten Halbleiterschaltelement 2b; einen Niederspannungsseitenkondensator 3, verbunden zwischen Niederspannungszeitenanschlüssen P1 und N1 des Gleichstrom-Konverters 50; einen Hochspannungsseitenkondensator 4, verbunden zwischen Hochspannungsseitenanschlüssen P2 und N2 des Gleichstrom-Konverters 50; einen Ladeentladekondensator 5; und eine Steuereinheit 6, ausgebildet zum Steuern des ersten Halbleiterschaltelement 2a, des zweiten Halbleiterschaltelements 2b, des dritten Halbleiterschaltelements 2c und des vierten Halbleiterschaltelements 2b.
  • Ein Ende des ersten Halbleiterschaltelement 2a ist mit einem Anschluss einer negativen Elektrodenseite des Niederspannungsseitenkondensators 3 verbunden. Ein Ende des zweiten Halbleiterschaltelements 2b ist mit einem anderen Ende des ersten Halbleiterschaltelement 2a verbunden und ein anderes Ende des zweiten Halbleiterschaltelements 2b ist mit einem Anschluss einer positiven Elektrodenseite des Niederspannungsseitenkondensators 3 über die Induktionseinheit 1 verbunden. Ein Ende des dritten Halbleiterschaltelements 2c ist mit einem anderen Ende des zweiten Halbleiterschaltelements 2b verbunden. Ein Ende des vierten Halbleiterschaltelements 2b ist mit einem anderen Ende des dritten Halbleiterschaltelements 2c verbunden und ein anderes Ende des vierten Halbleiterschaltelements 2d ist mit einem Anschluss einer positiven Elektrodenseite des Hochspannungsseitenkondensators 4 verbunden.
  • Weiter ist ein Ende des Ladeentladekondensators 5 mit einem Verbindungspunkt B (Eingangsseite) zwischen dem ersten Halbleiterschaltelement 2a und dem zweiten Halbleiterschaltelement 2b verbunden und ein anderes Ende des Ladeentladekondensators 5 ist mit einem Verbindungspunkt A (Ausgangsseite) zwischen dem dritten Halbleiterschaltelement 2c und dem vierten Halbleiterschaltelement 2b verbunden daher ist der Ladeentladekondensator 5 ausgebildet, um seriell zwischen einem Anschluss einer Niederspannungsseite (Eingangsseite) und einem Anschluss einer Hochspannungsseite (Ausgangsseite) eingefügt zu werden. Weiter ist eine Hochspannungsbatterie 51 zwischen den Niederspannungsseitenanschlüssen P1 und N1 verbunden und ein Elektromotor 52 ist zwischen den Hochspannungsseitenanschlüssen P2 und N2 des Gleichstrom-Konverters 50 verbunden.
  • Jeder der Halbleiterschaltelemente 2a bis 2b umfassen beispielsweise einen isolierten Gate-Bipolar-Transistor (IGBT) und eine dazu anti-parallel verbundene Diode. Weiter ist der Ladeentladekondensator 5 beispielsweise ein Folienkondensator (Filmkondensator) eines gewickelten Typs.
  • In 1 ist die Energieumwandlungsvorrichtung 50 eine bidirektionale Energieumwandlungsvorrichtung, bei welcher eine bidirektionale Energieumwandlung zwischen den Niederspannungsseitenanschlüssen und den Hochspannungsseitenanschlüssen möglich ist. In diesem Fall wird eine Eingangsspannung (Niederspannungsseitenspannung) V1, welche über die Niederspannungsseitenanschlüsse P1 und N1 eingegeben wird, verstärkt und eine Ausgangsspannung (Hochspannungsseitenspannung) V2 wird nach dem Verstärken über die Hochspannungsseitenanschlüsse P2 und N2 ausgegeben.
  • Der Niederspannungsseitenkondensator 3 glättet die Eingangsspannung V1. Die Induktionseinheit 1 dient der Anhäufung von Energie. Ein Betrieb des Halbleitermoduls 2 wird von der Steuereinheit 6 mit einer Schaltfrequenz fsw gesteuert und die Eingangsspannung V1 wird auf die Ausgangsspannung V2 über die Schaltoperation des Halbleitermoduls 2 und das Laden und Entladen des Ladeentladekondensators 5 verstärkt.
  • In diesem Fall lädt der Ladeentladekondensator 5 eine von der Seite der Hochspannungsbatterie 51 oder der Seite des Elektromotors 52 über eine Antriebssteuerung der Halbleiterschaltelemente 2a und 2b unter der Steuerung der Steuereinheit 6 oder entlädt diese. Auf diese Weise wird die Funktion eines Umwandelns einer Energie von der Niederspannungsseitenspannung in die Hochspannungsseitenspannung oder von der Hochspannungsseitenspannung in die Niederspannungsseitenspannung ausgeführt. Gleichzeitig agiert der Ladeentladekondensator 5 als ein Rauschfilter, welcher ausgebildet ist, um ein zu der Seite der Hochspannungsbatterie 51 laufendes Rauschen zu reduzieren. Wie oben beschrieben, wird das Schalten der Halbleiterschaltelemente 2a bis 2b mit der Frequenz fsw gesteuert.
  • Dieser Betrieb wird genau in dem JP 5 457 559 B1 geschrieben, und wird kurz nachfolgend beschrieben.
  • Es gibt 4 Betriebsmoden des Gleichstrom-Konverters in einem stabilen Zustand, das heißt Modus 1 bis Modus 4. Bei Modus 1, bei welchem die Halbleiterschaltelemente 2a und 2c eingeschaltet werden und die Halbleiterschaltelemente 2b und 2d ausgeschaltet werden, beispielsweise, bei einem Energiebetrieb, ist der Gleichstrom-Konverter in einem Zustand zum Ansammeln von Energie in dem Ladeentladekondensator 5; und beispielsweise bei einer Regeneration, ist der Gleichstrom-Konverter in einem Zustand eines Entladens von Energie des Ladeentladekondensators 5. Bei Modus 2, bei welchem die Halbleiterschaltelemente 2a und 2c ausgeschaltet werden und die Halbleiterschaltelemente 2b und 2d eingeschaltet werden, ist bei einem Energiebetrieb der Gleichstrom-Konverter in einem Zustand eines Entladens von Energie des Ladeentladekondensators 5; und bei einer Regeneration ist der Gleichstrom-Konverter in einem Zustand eines Ansammeln von Energie in dem Ladeentladekondensator 5.
  • Bei Modus 3, bei welchem die Halbleiterschaltelemente 2a und 2b ausgeschaltet werden und die Halbleiterschaltelemente 2c und 2D eingeschaltet werden, ist bei einem Energiebetrieb der Gleichstrom-Konverter in einem Zustand eines Entladens von Energie der Induktionseinheit 1; und bei einer Regeneration ist der Gleichstrom-Konverter in einem Zustand eines Ansammelns von Energie in der Induktionseinheit 1. Bei Modus 4, bei welchem die Halbleiterschaltelemente 2a und 2b eingeschaltet werden und die Halbleiterschaltelemente 2c und 2d ausgeschaltet werden, ist bei einem Energiebetrieb der Gleichstrom-Konverter in einem Zustand eines Ansammelns von Energie in der Induktionseinheit 1 und bei einer Regeneration ist der Gleichstrom-Konverter in einem Zustand eines Entladens von Energie der Induktionseinheit 1.
  • Über geeignete Einstellungen von Zeitverhältnissen dieser Betriebsmoden kann die Eingangsspannung VI, welches die über die Eingangsanschlüsse P1 und N1 eingegebene Niederspannungsseitenspannung ist, verstärkt werden und kann über die Ausgangsanschlüsse P2 und N2 als die Ausgangsspannung V2 ausgegeben werden.
  • Beispiele 1 bis 8 des Ladeentladekondensators 5 werden nun nachfolgend genau beschrieben.
  • <Beispiel 1 des Ladeentladekondensator>
  • 2A ist eine perspektivische Umrissansicht des Ladeentladekondensators 5 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung und 2B ist eine Unteransicht des Ladeentladekondensators 5. Wie in 2A und 2B dargestellt, umfasst der Ladeentladekondensator 5 ein erstes Kondensatorelement 501a, ein zweites Kondensatorelement 501 b, eine erste Verdrahtung 502a, eine zweite Verdrahtung 502b, einen ersten Abfluss-Einflussabschnitt 503a, einen zweiten Abfluss-Einflussabschnitt 503b, einen ersten Elektrodenabschnitt 504a, einen ersten Elektrodenabschnitten 504b, einen zweiten Elektrodenabschnitte 505a und einen zweiten Elektrodenabschnitte 505b.
  • Weiter sind ein Mittelpunkt des ersten Kondensatorelements 501a und ein Mittelpunkt des zweiten Kondensatorelements 501b auf einer geraden Linie 21 mit einem Abstand D1 dazwischen angeordnet und sind parallel zwischen den Anschlüssen A und B über die erste Verdrahtung 502a und die zweite Verdrahtung 502b verbunden. Insbesondere ist der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a auf der ersten Verdrahtung 502a ausgebildet und mit dem Verbindungspunkt A verbunden und ist der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b auf der zweiten Verdrahtung 502b gebildet und mit dem Verbindungspunkt B verbunden. Weiter sind der erste Elektrodenabschnitt 504a und der erste Elektrodenabschnitt 504b bei der ersten Verdrahtung 502a gebildet und sind der zweite Elektrodenabschnitt 505a und der zweite Elektrodenabschnitt 505b bei der zweiten Verdrahtung 502b gebildet.
  • Weiter ist ein Ende des ersten Kondensatorelements 501a mit der ersten Verdrahtung 502a über den ersten Elektrodenabschnitt 504a verbunden und ist ein anderes Ende davon mit der zweiten Verdrahtung 502b über den zweiten Elektrodenabschnitt 505a verbunden. Ein Ende des zweiten Kondensatorelements 501b ist mit der ersten Verdrahtung 502a über den ersten Elektrodenabschnitt 504b verbunden und ist ein anderes Ende davon mit der zweiten Verdrahtung 502b über den zweiten Elektrodenabschnitt 505b verbunden.
  • Hierbei wird angenommen, dass das erste Kondensatorelement 501a und das zweite Kondensatorelement 501b dieselbe Filmmaterial-Dielektrizitätskonstante, Filmdicke (Abstand zwischen internen Elektroden), Filmbreite (Abstand zwischen externen Elektroden) und Filmwickellängen aufweisen und dieselbe Kapazität, äquivalenten Serienwiderstand (ESR) und äquivalente Serieninduktivität (ESL) aufweisen.
  • Weiter wird angenommen, dass die erste Verdrahtung 502a und die zweite Verdrahtung 502b dieselbe Länge und denselben Querschnitt aufweisen, dass der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einfluss Abschnitt 503b dieselbe Länge und denselben Querschnitt aufweisen, und dass der erste Elektrodenabschnitt 504a, der erste Elektrodenabschnitt 504b, der zweite Elektrodenabschnitt 505a und der zweite Elektrodenabschnitt 505b dieselbe Länge und denselben Querschnitt aufweisen.
  • Der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b sind an Positionen einer geraden Linie (gepunktete Linie) 25 in einem Abstand D2 von einer geraden Linie (Punkt-und-Strich Linie) 22 gebildet, welche einen Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angibt. Insbesondere unterscheidet sich ein Schleifenbereich eines Strompfads 11 von den Verbindungspunkten A und B, welche zu dem ersten Abfluss-Einflussabschnitt 503a und dem zweiten Abfluss-Einflussabschnitt 503b jeweils gehören, zu dem ersten Kondensatorelement 501a von einem Schleifenbereich eines Strompfads 12 von den Verbindungspunkten A und B zu dem zweiten Kondensatorelement 501b voneinander, wobei der letztere Schleifenbereich größer als der vorhergehende ist.
  • Daher unterscheidet sich eine Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet werden, von einer Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, voneinander, wobei die letztere Induktivitätskomponente größer als die vorstehende ist. Das erste Kondensatorelement 501a, das zweite Kondensatorelement 501b, die erste Verdrahtung 502a und die zweite Verdrahtung 502b sind in einem Gehäuse (nicht gezeigt) aufgenommen, welches aus einem Polyphenylsulfid- (PPS) Harz oder etwas Ähnlichem gebildet ist. Das Gehäuse ist mit einem Epoxidharz oder etwas Ähnlichem gefüllt.
  • 3 ist ein Graph zum Zeigen von Frequenzeigenschaften eines Absolutwerts IZI einer Impedanz Z des Ladeentladekondensators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall sind eine Impedanz 31a auf der Seite des ersten Kondensatorelements 501a, eine Impedanz 31b auf der Seite des zweiten Kondensatorelements 501b und eine Impedanz 31 des Ladeentladekondensators 5 gezeigt, welcher ein Parallelschaltkreis des ersten Kondensatorelements 501a und des zweiten Kondensatorelements 501b ist. Wie in 3 gezeigt, weist die Impedanz 31a einen Serienresonanzpunkt Y1 bei einer Serienresonanzfrequenz fs1 auf, weist die Impedanz 31b einen Serienresonanzpunkt Y2 bei einer Serienresonanzfrequenz fs2 auf und weist die Impedanz 31 einen Parallelresonanzpunkt X1 bei einer Parallelresonanzfrequenz fp1 auf.
  • Die Serienresonanzfrequenz fs1 wird durch nachstehende Gleichung (1) unter Verwendung einer Induktivitätskomponente L1 und einer Kapazitätskomponente C1 des Strompfads 11 zu dem ersten Kondensatorelement 501a wiedergegeben. fs1 = 1 / { 2 π ( L1 ⋅ C1 ) 1 / 2 }
    Figure DE102017206078B4_0001
  • Weiter wird eine Serienresonanzfrequenz fs2 durch nachstehende Gleichung (2) unter Verwendung einer Induktivitätskomponente L2 und einer Kapazitätskomponente C2 des Strompfads 12 zu dem zweiten Kondensatorelement 501b wiedergegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass Eigenschaften des ersten Kondensatorelements 501a und des zweiten Kondensatorelements 501b identisch sind, sind das C1 = C2 gefunden wird. fs2 = 1 / { 2 π ( L2 ⋅ C2 ) 1 / 2 }
    Figure DE102017206078B4_0002
  • Wie oben beschrieben, wird die Beziehung L1 < L2 erfüllt und somit fs1 > fs2. In einem Frequenzband zwischen dem Serienresonanzfrequenzen fs2 und fs1 agiert das erste Kondensatorelement 501a als ein Kondensator und agiert das zweite Kondensatorelement 501b als eine Induktivität (Spule). Somit tritt eine Parallelresonanz des ersten Kondensatorelements 501a und des zweiten Kondensatorelements 501b auf. Im Ergebnis wird die Impedanz 31 des Ladeentladekondensators 5 erhöht. Insbesondere, wie in 3 gezeigt, nimmt die Impedanz 31 des Ladeentladekondensators 5 einen maximalen Wert bei dem Parallelresonanzpunkt x1 zu dem Zeitpunkt ein, wenn die Frequenz die Parallelresonanzfrequenz fp1 ist (fs2 < fp1 < fs1).
  • 4 ist ein Graph zum Zeigen einer Beziehung zwischen dem Absolutwert der Impedanz 31 des Ladeentladekondensators 5 gemäß Beispiel 1 und der jeweiligen Frequenzbänder, wobei angenommen wird, dass N eine positive Zahl ist und das Betriebsfrequenzband gleich fsw bis fsw × N ist, das erste Kondensatorelement 501a derart ausgebildet ist, um fs1 > fsw × N zu erfüllen, und das zweite Kondensatorelement 501b ausgebildet ist, um fs2 > fsw × N zu erfüllen
  • Unter der Annahme, dass ein zu dämpfendes Frequenzband gleich fn1 bis fn2 ist (fn1 < fn2), ist das erste Kondensatorelement 501a entworfen, um fs1 > fn2 zu erfüllen, und ist das zweite Kondensatorelement 501b entworfen, um fs2 < fn1 zu erfüllen.
  • Daher weist der Ladeentladekondensator 5 keinen Parallelresonanzpunkt in dem Betriebsfrequenzband auf, weist allerdings einen Parallelresonanzpunkt in dem Rauschfrequenzband auf. Es wird darauf hingewiesen, dass Abmessungen der Verdrahtungen, der Abfluss-Einflussabschnitte und der Elektrodenabschnitte geeignet eingestellt werden, in Abhängigkeit von dem Betriebsfrequenzband und dem Rauschfrequenzband. Wenn N einen kleinen Wert annimmt, kann ein relativ niedriges Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz als ein Rauschfrequenzband abgedeckt werden.
  • 5 ist ein Graph zum Zeigen eines Unterschieds in Frequenzeigenschaften der absoluten Werte der Impedanz bei dem Vorhandensein eines Parallelresonanzpunkt des Ladeentladekondensators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung und bei dem Abwesendsein des Parallelresonanzpunkts des Ladeentladekondensators. Hierbei werden die Impedanz 31 (durchgezogene Linie) des Ladeentladekondensators 5 bei dem Vorhandensein des Parallelresonanzpunkts aufgrund von verschobenen Positionen der Abfluss-Einflussabschnitte (die vorliegende Erfindung) und eine Impedanz 32 (gepunktete Linie) des Ladeentladekondensators 5 bei der Abwesenheit des Parallelresonanzpunkts aufgrund von Nicht-verschobenen Positionen der Abfluss-Einflussabschnitte (Abstand D2 gleich 0) gezeigt.
  • Wie in 5 gezeigt, weist die Impedanz 32 einen Serienresonanzpunkt Y3 bei einer Serienresonanzfrequenz fs3 auf. Im Vergleich zu der Impedanz 32 ist die Impedanz 31 in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts x1 größer. Daher kann im Vergleich zu der Impedanz 32 die Impedanz 31 ein Rauschen in dem Rauschfrequenzband in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts stärker dämpfen.
  • Während als ein Beispiel sowohl der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a als auch der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b derart angeordnet sind, um von der geraden Linie 22 um den Abstand D2 verschoben zu sein, kann nur der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a oder der zweite Ausschuss-Einflussabschnitt 503b derart angeordnet sein, um von der geraden Linie 22 um den Abstand D2 verschoben zu sein. Insbesondere insoweit, wenn die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, voneinander unterschiedlich sind, können der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b beliebig innerhalb den Herstellungsbeschränkungen des Kondensators angeordnet sein.
  • Somit ist bei der Energieumwandlungsvorrichtung, welche die Vielzahl von Halbleiterschaltelementen, die Induktionseinheit, den Ladeentladekondensator und die Steuereinheit umfasst, welche ausgebildet ist den Ladeentladekondensator seriell zwischen der Eingabe und der Ausgabe davon über eine Betriebssteuerung der Vielzahl von Halbleiterschaltelementen bei einer vorbestimmten Betriebsfrequenz einzufügen, der Ladeentladekondensator durch Verbinden des ersten Kondensatorelements parallel mit dem zweiten Kondensatorelement ausgebildet. Weiter umfasst der Ladeentladekondensator die erste Verdrahtung, die zweite Verdrahtung, den ersten Abfluss-Einflussabschnitt, den zweiten Abfluss-Einfluss Abschnitt, die Vielzahl von ersten Elektrodenabschnitten und die Vielzahl von zweiten Elektrodenabschnitten. Der erste Abfluss-Einflussabschnitt ist bei der ersten Verdrahtung ausgebildet und mit der Ausgabeseite verbunden. Der zweite Abfluss-Einflussabschnitt ist bei der zweiten Verdrahtung ausgebildet und ist mit der Eingabeseite verbunden. Das eine Ende des ersten Kondensatorelements und das eine Ende des zweiten Kondensatorelements sind mit der ersten Verdrahtung über die ersten Elektrodenabschnitte jeweils verbunden und das andere Ende des ersten Kondensatorelements und das andere Ende des zweiten Kondensatorelements sind mit der zweiten Verdrahtung jeweils über die zweiten Elektrodenabschnitte verbunden. Die Abfluss-Einflussabschnitte des Ladeentladekondensators sind derart angeordnet, um von dem Mittelpunkt der Kondensatorelemente verschoben zu sein.
  • Dies macht die Schleifenbereiche der Strompfade zu den jeweiligen Kondensatorelementen unterschiedlich voneinander und macht die Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kapazitätselemente von den Abfluss-Einflussabschnitten betrachtet werden, unterschiedlich zueinander. Daher weist der Ladeentladekondensator keinen Parallelresonanzpunkt bei dem Betriebsfrequenzband auf, weist allerdings einen Parallelresonanzpunkt bei dem Rauschfrequenzband auf, und die Impedanz wird in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts größer. Daher kann ein Rauschen in einem gewünschten Frequenzband, welches ein relativ niedriges Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz der Halbleiterschaltelementen umfasst, reduziert werden, ohne dass ein Rauschfilter außerhalb der Vorrichtung hinzugefügt wird.
  • <Beispiel 2 des Ladeentladekondensator>
  • 6A ist eine perspektivische Ansicht von beispielsweise des Ladeentladekondensators, welcher bei der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und 6B ist eine Unteransicht des Ladeentladekondensators.
  • Der in 6A und 6B dargestellte Ladeentladekondensator 5 unterscheidet sich von dem in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensator 5 darin, dass der erste Abfluss-Einfluss-Abschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einfluss-Abschnitt 503b auf der den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angebenden geraden Linie 22 ausgebildet sind, und darin, dass der erste Elektrodenabschnitt 504b und der zweite Elektrodenabstand 505b länger als der erste Elektrodenabschnitt 504a und der zweite Elektrodenabschnitt 505a jeweils um eine Strecke L sind. Mit anderen Worten weisen diese Elektrodenabschnitte wechselweise unterschiedliche Längen auf.
  • Daher unterscheiden sich der Schleifenbereich des Strompfads 11 von den Verbindungspunkten A und B zu dem ersten Kondensatorelement 501a und der Schleifenbereich des Strompfads 12 von den Verbindungspunkten A und B zu dem zweiten Kondensatorelement 501b, dargestellt in 6A, voneinander, wobei der letztere Schleifenbereich größer als der vorhergehende ist. Mit anderen Worten unterscheidet sich die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B aus betrachtet wird und die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B aus betrachtet wird, voneinander, wobei die letztere Induktivitätskomponente größer als die vorhergehende ist. Mit Ausnahme der Positionen der Abfluss-Einfluss-Abschnitte und der Längen der Elektrodenabschnitte des Ladeentladekondensators 5 ist das Beispiel 2 ähnlich zu dem in 2A und 2B dargestellten Beispiel 1 und somit wird die Beschreibung der Struktur und des Betriebs der gesamten Vorrichtung nachfolgend ausgelassen.
  • Wie oben beschrieben sind der erste Abfluss-Einfluss-Abschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einfluss-Abschnitt 503b auf der den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angebenden geraden Linie 22 ausgebildet und sind der erste Elektrodenabschnitt 504b und der zweite Elektrodenabstand 505b länger als der erste Elektrodenabschnitt 504a und der zweite Elektrodenabstand 505a jeweils um die Strecke L. Daher ist die Induktivitätskomponente L2 des Strompfads 12 zu dem zweiten Kondensatorelement 501b größer als die Induktivitätskomponente 1 des Strompfads 11 zu dem ersten Kondensatorelement 501a.
  • Daher weist ähnlich zu Beispiel 1 der Absolutwert der Impedanz des Ladeentladekondensators 5 ähnliche Eigenschaften zu denen der in 5 gezeigten Impedanz 31 auf, das heißt, weist den Serienresonanzpunkt Y1 bei der Serienresonanzfrequenz fs1 auf der Seite des ersten Kondensatorelements 501a auf, weist den Serienresonanzpunkt Y2 bei der Serienresonanzfrequenz fs2 auf der Seite des zweiten Kondensatorelements 501b auf und weist den Parallelresonanzpunkt x1 bei der Parallelresonanzfrequenz fp1 zwischen fs2 und fs1 auf.
  • Indessen kann angenommen werden, dass die Impedanz, falls alle Elektrodenabschnitte dieselbe Länge aufweisen, ähnliche Eigenschaften zu denen der in 5 gezeigten Impedanz 32 aufweisen. Daher kann gefunden werden, dass zu dem Zeitpunkt, wenn die Elektrodenabschnitte unterschiedliche Längen aufweisen, mehr Rauschen in dem Rauschfrequenzband in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts gedämpft werden kann.
  • Während in diesem Fall, als ein Beispiel, der erste Elektrodenabschnitt 504b und der zweite Elektrodenabschnitt 505b länger als der erste Elektrodenabschnitt 504a und der zweite Elektrodenabschnitt 505a jeweils um die Strecke L sind, kann nur der erste Elektrodenabschnitt 504b eine größere Länge aufweisen. Insbesondere, insoweit als die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B aus betrachtet wird, und die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, sich voneinander unterscheiden, können der erste Elektrodenabschnitt 504a, der erste Elektrodenabschnitt 504b, der zweite Elektrodenabschnitt 505a und der zweite Elektrodenabschnitt 505b eine beliebige Länge innerhalb der Herstellungsbeschränkungen des Kondensators aufweisen.
  • Auf diese Weise, durch Einstellen von zumindest einem der Vielzahl von ersten Elektrodenabschnitten und der Vielzahl von zweiten Elektrodenabschnitten auf eine unterschiedliche Länge, unterscheiden sich die Schleifenbereiche der Strompfade zu den jeweiligen Kondensatorelementen voneinander und unterscheiden sich die Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorelemente von den Abfluss-Einfluss-Abschnitten aus betrachtet werden, voneinander. Daher weist der Ladeentladekondensator keinen Parallelresonanzpunkt in dem Betriebsfrequenzband auf, weist allerdings einen Parallelresonanzpunkt in dem Rauschfrequenzband auf, und die Impedanz in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts wird größer. Daher kann ein Rauschen in einem ein relativ niedriges Frequenzband umfassendes gewünschtes Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz der Halbleiterschaltelementen reduziert werden, ohne einen Rauschfilter außerhalb der Vorrichtung hinzuzufügen.
  • <Beispiel 3 eines Ladeentladekondensator>
  • 7A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels 3 des bei der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Ladeentladekondensator und 7B ist eine Unteransicht des Ladeentladekondensators.
  • Der in 7A und 7B dargestellten Ladeentladekondensator 5 unterscheidet sich von dem in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensators 5 darin, dass der erste Abfluss-Einfluss-Abschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einfluss-Abschnitt 503b auf der den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angebenden geraden Linie 22 ausgebildet sind, und darin, dass der erste Elektrodenabschnitt 504a und der zweite Elektrodenabschnitt 505a auf einer einen Mittelpunkt des ersten Kondensatorelements 501a angebenden geraden Linie 23 ausgebildet sind, allerdings der erste Elektrodenabschnitt 504b und der zweite Elektrodenabschnitt 505b an Positionen ausgebildet sind, welche von einer einen Mittelpunkt des zweiten Kondensatorelements 501b angebenden geraden Linie 24 um einen Abstand D3 verschoben sind.
  • Daher unterscheiden sich der Schleifenbereich des Strompfads 11 von den Verbindungspunkten A und B zu dem ersten Kondensatorelement 501a und der Schleifenbereich des Strompfads 12 von den Verbindungspunkten A und B zu dem zweiten Kondensatorelement 501b, dargestellt in 7A, voneinander, wobei der letzte der Schleifenbereiche größer als der erstere ist. Daher unterscheiden sich die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet werden, und die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, voneinander, wobei die letztere Induktivitätskomponente größer als die erstere ist.
  • Mit Ausnahme der Positionen der Abfluss-Einflussabschnitte und der Elektrodenabschnitte des Ladeentladekondensators 5 ist das Beispiel 3 ähnlich zu dem in 1 gezeigten Beispiel 1 des Ladeentladekondensators 5 und somit wird die Beschreibung der Struktur und des Betriebs der Gesamtvorrichtung nachfolgend ausgelassen.
  • Wie oben beschrieben, sind der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b auf der den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angebenden geraden Linie 22 ausgebildet, sind der erste Elektrodenabschnitt 504a und der zweite Elektrodenabschnitt 505a auf der den Mittelpunkt des ersten Kondensatorelements 501a angebenden geraden Linie 23 ausgebildet und sind der erste Elektrodenabschnitt 504b und der zweite Elektrodenabstand 505b an den Positionen ausgebildet, welche von der den Mittelpunkt des zweiten Kondensatorelements 501b angebenden geraden Linie 24 um den Abstand D3 verschoben sind. Somit ist die Induktivitätskomponente L2 des Strompfads 12 zu dem zweiten Kondensatorelement 501b größer als die Induktivitätskomponente L1 des Strompfads 11 zu dem ersten Kondensatorelement 501a.
  • Daher weist ähnlich zu dem Beispiel des Ladeentladekondensators 5 der Absolutwert der Impedanz des Ladeentladekondensators 5 Eigenschaften ähnlich zu der in 5 gezeigten Impedanz 31 auf, das heißt der Serienresonanzpunkt Y1 bei der Serienresonanzfrequenz fs1 auf der Seite des ersten Kondensatorelements 501a, den Serienresonanzpunkt Y2 bei der Serienresonanzfrequenz fs2 auf der Seite des zweiten Kondensatorelements 501b und den Parallelresonanzpunkt x1 bei der Parallelresonanzfrequenz fp1 zwischen fs2 und fs1.
  • Indessen kann die Impedanz zu dem Zeitpunkt, wenn alle Elektrodenabschnitte an den jeweiligen Mittelpunkten der Kondensatorelemente ausgebildet sind, als Eigenschaften ähnlich zu denen der in 5 gezeigten Impedanz 32 aufweisen angenommen werden. Daher kann gefunden werden, dass, wenn die Elektrodenabschnitte angeordnet sind, um von dem Mittelpunkt des Kondensatorelements verschoben zu sein, mehr Rauschen in dem Rauschfrequenzband in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts gedämpft werden kann.
  • In diesem Fall, als ein Beispiel, werden der erste Elektrodenabschnitt 504a und der zweite Elektrodenabschnitt 505a auf der den Mittelpunkt des ersten Kondensatorelements 501a angebenden geraden Linie 23 ausgebildet und werten der erste Elektrodenabschnitt 504b und der zweite Elektrodenabschnitt 505b an den Positionen ausgebildet, welche von der den Mittelpunkt des zweiten Kondensatorelements 501b angebenden geraden Linie 24 um den Abstand D3 verschoben sind. Allerdings können der erste Elektrodenabschnitt 504a und der zweite Elektrodenabschnitt 505a auf der geraden Linie 23 ausgebildet sein, kann der erste Elektrodenabschnitt 504b auf der geraden Linie 24 ausgebildet sein und kann der zweite Elektrodenabschnitt 505b an der Position ausgebildet sein, welche von der geraden Linie 24 und den Abstand D3 verschoben ist.
  • Insbesondere mit Bezug zu der Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und der Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, voneinander unterschiedlich sind, können die Abstände von der geraden Linie 23 zu dem ersten Elektrodenabschnitten 1 (504a) und dem zweiten Elektrodenabschnitten 1 (505a) jeweils und die Abstände von der geraden Linie 24 zu dem zweiten Elektrodenabschnitte 2 (504b) und dem zweiten Elektrodenabschnitte 2 (505b) jeweils beliebige Längen innerhalb der Herstellungsbeschränkungen des Kondensators sein.
  • Auf diese Weise durch Anordnen von zumindest einem der Vielzahl von ersten Elektrodenabschnitten und der Vielzahl von zweiten Elektrodenabschnitten, sodass diese von den Mittelpunkt des Kondensatorelements verschoben sind, werden die Schleifenbereiche der Strompfade zu den jeweiligen Kondensatorelementen unterschiedlich voneinander ausgebildet. Dann sind die Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorelemente von den Abfluss-Einfluss-Abschnitten betrachtet werden, unterschiedlich voneinander. Im Ergebnis muss der Ladeentladekondensator keinen Parallelresonanzpunkt in dem Betriebsfrequenzband aufweisen, sondern muss einen Parallelresonanzpunkt in dem Rauschfrequenzband aufweisen, und die Impedanz wird in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts größer. Daher kann ein Rauschen in einem gewünschten Frequenzband, welches ein relativ niedriges Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz der Halbleiterschaltelementen umfasst, reduziert werden, ohne einen Rauschfilter außerhalb der Vorrichtung hinzuzufügen.
  • <Beispiel 4 des Ladeentladekondensator>
  • 8A eine, tierische Ansicht eines Beispiels 4 des bei der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Ladeentladekondensator Sohn 8B ist eine Unteransicht des Ladeentladekondensators.
  • Der in 8A und 8B dargestellte Ladeentladekondensator 5 unterscheidet sich von dem in 2A und 2B dargestellt Ladeentladekondensators 5 aus Beispiel 1 darin, dass der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b auf der den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angebenden geraden Linie 22 ausgebildet sind, und darin, dass eine Kapazität des ersten Kondensatorelements 501a und eine Kapazität des zweiten Kondensatorelements 501b unterschiedlich voneinander sind. In diesem Fall werden durch Einstellen einer Bindungslänge eines Filmmaterials des letzteren größer als die des ersteren die Kapazitäten der Kondensatorelemente unterschiedlich voneinander ausgebildet.
  • Daher werden die Kapazitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und die Kapazitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, unterschiedlich zueinander, wobei die letztere Kapazitätskomponente größer als die erstere ist. Mit Ausnahme der Positionen der Abfluss-Einflussabschnitte und der Kapazitäten der Kondensatorelemente des Ladeentladekondensators 5 ist dieses Beispiel 4 ähnlich zu dem in 2A und 2B dargestellten Beispiel 1 und somit wird die Beschreibung der Struktur und des Betriebs der Gesamtvorrichtung nachfolgend ausgelassen.
  • Wie oben beschrieben, werden der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b auf der den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angebenden geraden Linie ausgebildet und wird die Kapazität des zweiten Kondensatorelements 501b > die Kapazität des ersten Kondensatorelements 501b. Daher weist ähnlich zu Beispiel 1 der Absolutwert der Impedanz des Ladeentladekondensators 5 ähnliche Eigenschaften zu denen der in 5 gezeigten Impedanz 31, das heißt weist den Serienresonanzpunkt Y1 bei der Serienresonanzfrequenz fs1 auf der Seite des ersten Kondensatorelements 501a auf, weist den Serienresonanzpunkt Y2 bei der Serienresonanzfrequenz fs2 auf der Seite des zweiten Kondensatorelements 501b auf und weist den Parallelresonanzpunkt x1 bei der Parallelresonanzfrequenz fp1 zwischen fs2 und fs1 auf.
  • Indessen kann die Impedanz, falls die Kapazitäten der Kondensatorelemente identisch sind, als ähnliche Eigenschaften zu denen der in 5 gezeigten Impedanz 32 aufweisend angenommen werden. Daher, wenn die Kapazitäten der Kondensatorelemente unterschiedlich voneinander sind, kann mehr Rauschen in dem Rauschfrequenzband in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts gedämpft werden.
  • In diesem Fall werden die Kapazitäten der Kondensatorelemente durch Einstellen der Wicklungslänge der Filme, sodass diese sich voneinander unterscheiden, zueinander unterschiedlich ausgebildet. Allerdings können die Filmbreite (Abstand zwischen externen Elektronen), die Filmmaterialdielektrizitätskonstanten (-permittivitäten), die Filmdicken (Abstand zwischen internen Elektroden) oder etwas Ähnliches voneinander unterschiedlich sein.
  • Auf diese Weise durch Einstellen der Wicklungslänge der 2 Kondensatorelemente, sodass sich diese voneinander unterscheiden, werden die Kapazitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorelemente von den Abfluss-Einflussabschnitten betrachtet werden, unterschiedlich zueinander. Somit weist der Ladeentladekondensator keinen Parallelresonanzpunkt in dem Betriebsfrequenzband auf, sondern weist einen Parallelresonanzpunkt in dem Rauschfrequenzband auf. Daher wird die Impedanz in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts größer. Daher kann ein Rauschen in einem gewünschten Frequenzband, welches ein relativ niedriges Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz der Halbleiterschaltelementen umfasst, reduziert werden, ohne einen Rauschfilter außerhalb der Vorrichtung hinzuzufügen.
  • <Beispiel 5 eines Ladeentladekondensator>
  • 9A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels 5 des in der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Ladeentladekondensator und 9B ist eine Unteransicht des Ladeentladekondensators.
  • Der in 9A an 9B dargestellte Ladeentladekondensator 5 unterscheidet sich von dem in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensator 5 des Beispiels 1 durch das nachfolgende: ein drittes Kondensatorelement 501c mit Eigenschaften ähnlich zu denen der anderen Kondensatorelemente, wie außerhalb des ersten Kondensatorelements 501a hinzugefügt, das dritte Kondensatorelement 501c und die anderen Kondensatorelemente 501a und 501b werden auf der geraden Linie 21 mit demselben Abstand D1 dazwischen angeordnet, ein erster Elektrodenabschnitte 504c und ein zweiter Elektrodenabschnitten 505c werden hinzugefügt und der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b werden auf der den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angebenden geraden Linie 22 ausgebildet.
  • In diesem Fall gibt die gerade Linie 23 den Mittelpunkt des ersten Kondensatorelements 501a an, gibt die gerade Linie 24 den Mittelpunkt des zweiten Kondensatorelements 501b an und gibt eine gerade Linie 25 einen Mittelpunkt des dritten Kondensatorelements 501c an. Der erste Elektrodenabschnitte 504a und der zweite Elektrodenabschnitt 505a sind auf der geraden Linie 23 angeordnet, der erste Elektrodenabschnitt 504b der zweite Elektrodenabschnitt 505b sind auf der geraden Linie 24 angeordnet und der erste Elektrodenabschnitt 5 und 4c und der zweite Elektrodenabschnitt 505c sind auf der geraden Linie 5 und 20 angeordnet. Weiter weisen alle Elektrodenabschnitte dieselbe Länge auf.
  • Daher sind der Schleifenbereich des Strompfads 12 von den Verbindungspunkten A und B zu dem zweiten Kondensatorelement 501b und der Schleifenbereich eines Strompfads 13 von den Verbindungspunkten A und B zu dem dritten Kondensatorelement 501c, dargestellt in 9A, identisch. Indessen ist der Schleifenbereich des Strompfads 11 von dem Verbindungspunkt A und B zu dem ersten Kondensatorelement 501a kleiner als die Schleifenbereiche in den Fällen der anderen 2 Kondensatorelemente 501b und 501c und unterscheidet sich davon.
  • Mit anderen Worten sind die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das dritte Kondensatorelement 501c von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, identisch. Indessen unterscheidet sich die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, von (ist kleiner als) die Induktivitätskomponenten in den Fällen der anderen 2 Kondensatorelemente 501b und 501c.
  • Mit Ausnahme der Positionen der Abfluss-Einflussabschnitte und der Anzahl der Kondensatorelemente und der Elektrodenabschnitte des Ladeentladekondensators 5 ist das Beispiel 5 ähnlich zu dem in 2A und 2B dargestellten Beispiel 1 und somit wird die Beschreibung der Struktur und des Betriebs der Gesamtvorrichtung nachfolgend ausgelassen.
  • Ähnlich zu Beispiel 1 wird die Serienresonanzfrequenz fs1 des Strompfads 11 zu dem ersten Kondensatorelement 501a durch obige Gleichung (1) wiedergegeben und wird die Serienresonanzfrequenz fs2 des Strompfads 12 zu dem zweiten Kondensatorelement 501b durch die obige Gleichung (2) wiedergegeben. Weiter sind die Induktivitätskomponente der Strompfade 12 und die Induktivitätskomponente der Strompfade 13 identisch, sodass gefunden werden kann, dass eine Serienresonanzfrequenz des Strompfads 13 zu dem dritten Kondensatorelement 501c durch obige Gleichung (2) wiedergegeben wird.
  • Daher weist ähnlich zu dem Fall von Beispiel 1 der Absolutwert der Impedanz des Ladeentladekondensators 5 ähnliche Eigenschaften zu denen der in 5 gezeigten Impedanz auf, das heißt weist den Serienresonanzpunkt Y1 bei der Serienresonanzfrequenz fs1 auf der Seite des ersten Kondensatorelements 501a auf, weist den Serienresonanzpunkt Y2 bei der Seelenresonanzfrequenz fs2 auf der Seite des zweiten Kondensatorelements 501b ebenso wie auf der Seite des dritten Kondensatorelements 501c auf und weist den Parallelresonanzpunkt x1 bei der Parallelresonanzfrequenz fp1 zwischen fs2 und fs1 auf. Insbesondere kann mehr Rauschen in dem Rauschfrequenzband in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts gedämpft werden.
  • Durch Verbinden der 3 Kondensatorelemente parallel und Anordnen der Abfluss-Einflussabschnitte an dem Mittelpunkt des Ladeentladekondensators unterscheidet sich der Schleifenbereich des Strompfads zu dem ersten Kondensatorelement von den Schleifenbereichen der Strompfade zu den anderen 2 Kondensatorelementen. Somit unterscheidet sich die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement von den Abfluss-Einflussabschnitten betrachtet wird, von den Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die anderen 2 Kondensatorelement von den Abfluss-Einflussabschnitten betrachtet werden.
  • Daher weist der Ladeentladekondensator 5 keinen Parallelresonanzpunkt bei dem Betriebsfrequenzband auf und weist einen Parallelresonanzpunkt bei dem Rauschfrequenzband auf und die Impedanz wird in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts größer. Daher kann ein Rauschen in einem gewünschten Frequenzband, welches ein relativ niedriges Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz der Halbleiterschaltelemente umfasst, reduziert werden, ohne Hinzufügen eines Rauschfilters außerhalb der Vorrichtung.
  • <Beispiel 6 eines Ladeentladekondensator>
  • 10A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels 6 des bei der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Ladeentladekondensators und 10B ist eine Unteransicht des Ladeentladekondensators.
  • Der in 10A und 10B dargestellte Ladeentladekondensator 5 unterscheidet sich von dem in 9A und 9B dargestellten Ladeentladekondensator 5 aus Beispiel finden darin, dass der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b auf einer geraden Linie 26 ausgebildet sind, welche um den Abstand D2 von der den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angebenden geraden Linie 22 verschoben ist.
  • Daher sind die Schleifenbereiche des Strompfads 11 von den Verbindungspunkten A und B zu dem ersten Kondensatorelement 501a, der Schleifenbereich des Strompfads 12 von den Verbindungspunkten A und B zu dem zweiten Kondensatorelement 501b und der Schleifenbereich des Strompfads 13 von den Verbindungspunkten A und B zu dem dritten Kondensatorelement 501c, dargestellt in 10A, unterschiedlich voneinander. Weiter werden die Schleifenbereiche in der Reihenfolge 11->13->12 größer.
  • Daher werden die Induktivitätskomponenten in der Reihenfolge der Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, der Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das dritte Kondensatorelement 501c von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und der Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, größer. Mit Ausnahme der Struktur des Ladeentladekondensators 5 ist dieses Beispiel 6 ähnlich zu dem in 2A und 2B dargestellten Beispiel 1 und somit wird die Beschreibung der Struktur und der Betrieb der gesamten Vorrichtung nachfolgend ausgelassen.
  • 11 ist ein Graph zum Zeigen von Frequenzeigenschaften des Absolutwerts IZI der Impedanz Z des Ladeentladekondensators 5 entsprechend dieses Beispiels 6. In diesem Fall sind die Impedanz 31a auf der Seite des ersten Kondensatorelements 501a, die Impedanz 31b auf der Seite des zweiten Kondensatorelements 501b, man Impedanz 31c auf der Seite des dritten Kondensatorelements 501c und die Impedanz 31 des Ladeentladekondensators 5 gezeigt. Wie in 11 gezeigt, weist die Impedanz 31a den Serienresonanzpunkt Y1 bei der Serienresonanzfrequenz fs1 auf, weist die Impedanz 31b den Serienresonanzpunkt Y2 bei der Serienresonanzfrequenz fs2 und weist die Impedanz 31c den Serienresonanzpunkt Y3 bei der Serienresonanzfrequenz fs3 auf. Weiter weist die Impedanz 31 der oben beschriebenen 3 Serienresonanzpunkte den Parallelresonanzpunkt x1 bei der Parallelresonanzfrequenz fp1 und einen Parallelresonanzpunkt X2 bei einer Parallelresonanzfrequenz fp2 jeweils auf.
  • Ähnlich zum Beispiel 1 wird die Serienresonanzfrequenz fs1 des Strompfads 11 zu dem ersten Kondensatorelement 501a durch obige Gleichung (1) wiedergegeben und wird die Serienresonanzfrequenz fs2 des Strompfads 12 zu dem zweiten Kondensatorelement 501b durch obige Gleichung (2) wiedergegeben. Weiter wird die Serienresonanzfrequenz fs3 durch obige Gleichung (3) wiedergegeben, unter Verwendung einer Induktivitätskomponente L3 und einer Kapazitätskomponente C3 des Strompfads 13 zu dem dritten Kondensatorelement 501c, wobei die Eigenschaften der Kondensatorelemente in derart sind, sodass C1 = C2 = C3 gefunden wird. fs3 = 1/ { 2 π ( L3 ⋅ C3 ) 1 / 2 }
    Figure DE102017206078B4_0003
  • Wie oben beschrieben erfüllt die Induktivitätskomponente eine Beziehung L1 < L3 < L2 und somit wird fs2 < fs3 < fs1 gefunden. In einem Frequenzband zwischen fs2 und fs3 agiert das erste Kondensatorelement 501a und das dritte Kondensatorelement 501c als ein Kondensator und agiert das zweite Kondensatorelement 501b als eine Induktivität und somit tritt eine Parallelresonanz zwischen den Kondensatorelementen auf. Im Ergebnis wird die Impedanz 31 des Ladeentladekondensators 5 erhöht. In 11 gezeigt, nimmt die Impedanz 31 des Ladeentladekondensators seinen Maximalwert bei dem Parallelresonanzpunkt X2 an, wenn die Frequenz der Parallelresonanzfrequenz fp2 ist (fs2 < fp2 < fs3) .
  • Weiter agiert in einem Frequenzband zwischen fs3 und fs1 das zweite Kondensatorelement 501b und das dritte Kondensatorelement 501b als eine Induktivität und agiert das erste Kondensatorelement 501a als ein Kondensator und somit tritt eine Parallelresonanz zwischen den Kondensatorelementen auf. Im Ergebnis wird die Impedanz des Ladeentladekondensators 5 erhöht. Wie in 11 gezeigt, nimmt die Impedanz 31 des Ladeentladekondensators 5 einen Maximalwert bei dem Parallelresonanzpunkt x1 an, wenn die Frequenz der Parallelresonanzfrequenz fp1 ist (fs3 < fp1 < fs1) .
  • 12 ist ein Graph zum Zeigen einer Beziehung zwischen dem Absolutwert 121 der Impedanz 2 des Ladeentladekondensators gemäß Beispiel 6 und den jeweiligen Frequenzbändern. Unter der Annahme, dass N eine positive Zahl ist und das Betriebsfrequenzband fsw bis fsw × N ist, wird das erste Kondensatorelement 501a derart entworfen, sodass fs1 > fsw × N erfüllt ist, wird das zweite Kondensatorelement 501b derart entworfen, dass fs2 > fsw × N erfüllt ist, und wird das dritte Kondensatorelement 501c derart entworfen, dass fs3 > fsw × N erfüllt ist.
  • Unter der Annahme, dass das zu dämpfende notwendige Rauschfrequenzband fn1 bis fn2 ist (fn1 < fn2), wird das erste Kondensatorelement 501a derart entworfen, dass fs1 > fn2 erfüllt ist, und wird das zweite Kondensatorelement 501b derart entworfen, dass fs2 < fn1 erfüllt ist.
  • Daher weist der Ladeentladekondensator 5 keinen Parallelresonanzpunkt in dem Betriebsfrequenzband auf und weist einen Parallelresonanzpunkt in dem Rauschfrequenzband auf. Abmessungen der Verdrahtungen, der Abfluss-Einflussabschnitte und der Elektrodenabschnitte werden angemessen eingestellt, in Abhängigkeit von dem Betriebsfrequenzband und dem Rauschfrequenzband. Weiter kann mit N als ein kleiner Wert, ein relativ niedriges Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz als ein Rauschfrequenzband abgedeckt werden.
  • 13 ist ein Graph zum Vergleichen von Frequenzeigenschaften der Absolutwerte der Impedanz bei dem Vorhandensein eines Parallelresonanzpunkts des Ladeentladekondensators gemäß Beispiel 6 und bei dem Abwesendsein des Parallelresonanzpunkts des Ladeentladekondensators. Hierbei werden die Impedanz 31 des Ladeentladekondensators 5 bei dem Vorhandensein des Parallelresonanzpunkts und die Impedanz 32 des Ladeentladekondensators 5 bei dem Abwesendsein des Parallelresonanzpunkts gezeigt. Wie in 13 gezeigt, im Vergleich zu der Impedanz 32 ist die Impedanz 31 von Beispiel 6 größer in der Umgebung der Parallelresonanzpunkte x1 und x2. Daher kann im Vergleich zu der Impedanz 32 die Impedanz 31 gemäß Beispiel 6 mehr Rauschen in dem Rauschfrequenzband in der Umgebung der Parallelresonanzpunkt dämpfen.
  • Auf diese Weise, durch Verbinden der 3 Kondensatorelemente parallel und Anordnen der Abfluss-Einflussabschnitte derart, dass diese von dem Mittelpunkt des Ladeentladekondensators verschoben sind, sind die Schleifenbereiche der Strompfade zu den jeweiligen Kondensatorelementen unterschiedlich voneinander. Daher werden die Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorelemente von den Abfluss-Einflussabschnitten betrachtet werden, unterschiedlich zueinander und weist der Ladeentladekondensator keinen Parallelresonanzpunkt in dem Betriebsfrequenzband sondern Parallelresonanzpunkte in dem Rauschfrequenzband auf. Daher wird die Impedanz in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts größer. Daher kann ein Rauschen in einem gewünschten Frequenzband, welches ein relativ niedriges Frequenzband in der Umgebung der Betriebsfrequenz der Halbleiterschaltelemente umfasst, reduziert werden, ohne das Hinzufügen eines Rauschfilters außerhalb der Vorrichtung.
  • <Beispiel 7 eines Ladeentladekondensator>
  • 14A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels 7 des bei der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Ladeentladekondensators und 14B ist eine Unteransicht des Ladeentladekondensators.
  • Der in 14A und 14B dargestellte Ladeentladekondensator 5 unterscheidet sich von dem in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensator 5 von Beispiel 1 darin, dass der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b an dem Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 ausgebildet sind, und darin, dass das dritte Kondensatorelement 501c mit einer kleinen Kapazität in einem Spalt zwischen dem ersten Kondensatorelement 501a und dem zweiten Kondensatorelement 501b angeordnet ist.
  • Weiter ist das dritte Kondensatorelement 501c an dem Schnittpunkt der geraden Linie 25, welches um den Abstand L von der geraden Linie 21 verschoben ist, welche den Mittelpunkt des ersten Kondensatorelements 501a und des zweiten Kondensatorelements 501b angibt, ebenso der geraden Linie 22, welche den Mittelpunkt des Ladeentladekondensators 5 angibt. In diesem Fall, durch Einstellen einer Wickellänge eines Films des dritten Kondensatorelements 501c auf einen Wert kleiner als die bei den anderen 2 Kondensatorelementen, wird die Kapazität des dritten Kondensatorelements 501c derart reduziert, dass die Kapazitäten sich voneinander unterscheiden.
  • Daher wird die Kapazitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und die Kapazitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet werden, identisch und wird die Kapazitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das dritte Kondensatorelement 501c von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, kleiner als die Kapazitätskomponenten in den Fällen der anderen 2 Kondensatorelemente 501a und 501b. Die Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorelemente von den Verbindungspunkten A und B betrachtet werden, werden als identisch angenommen. Mit Ausnahme der Struktur des Ladeentladekondensators 5 ist dieses Beispiel 7 ähnlich zu dem in 2A und 2B dargestellten Beispiel 1 und somit wird die Beschreibung der Struktur und des Betriebs der gesamten Vorrichtung nachfolgend ausgelassen.
  • Wenn die Serienresonanzfrequenz des Strompfads 11 zu dem ersten Kondensatorelement 501a durch fs2 dargestellt wird, wird fs2 durch obige Gleichung (2) wiedergegeben. Die Induktivitätskomponenten der Strompfade 11 und 12 sind identisch und die Kapazitätskomponenten der Strompfade 11 und 12 sind identisch und somit wird die Serienresonanzfrequenz des Strompfads 12 zu dem zweiten Kondensatorelement 501b ebenso durch obige Gleichung (2) wiedergegeben. Weiter zu dem Zeitpunkt, wenn die Serienresonanzfrequenz des Strompfads 13 zu dem dritten Kondensatorelement 501c durch fs1 wiedergegeben wird, wird fs1 durch obige Gleichung (1) wiedergegeben.
  • Daher weist ähnlich zu Beispiel 1 der Absolutwert der Impedanz des Ladeentladekondensators 5 Eigenschaften ähnlich zu denen der in 5 gezeigten Impedanz 31 auf, das heißt weist den Serienresonanzpunkt Y1 bei der Serienresonanzfrequenz fs1 auf der Seite des dritten Kondensatorelements 501c auf, weist den Serienresonanzpunkt Y2 bei der Serienresonanzfrequenz fs2 auf der Seite des ersten Kondensatorelements 501a und auf der Seite des zweiten Kondensatorelements 501b auf, und weist den Parallelresonanzpunkt x1 bei der Parallelresonanzfrequenz fp1 zwischen fs2 und fs1 auf.
  • Insbesondere kann mehr Rauschen in dem Rauschfrequenzband in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts gedämpft werden. Das dritte Kondensatorelement 501c wird angenommen als in einem leeren Raum angeordnet, und somit ist die Kapazität davon verglichen mit denen der anderen 2 Kondensatorelement 501a und 501b extrem klein. Daher, im Vergleich mit den Ladeentladekondensator 5 der oben beschriebenen Beispiele 1 bis 6, wird die Serienresonanzfrequenz fs1 höher. Somit kann der Ladeentladekondensator 5 von Beispiel 7 als ein Rauschfilter mit einem breiteren Band betrieben werden.
  • In diesem Fall sind die Schleifenbereichen der Strompfade 11 bis 13 identisch allerdings können die Schleifenbereiche voneinander unterschiedlich sein, durch Einstellen der Abmessungen der Verdrahtungen, der Abfluss-Einflussabschnitte und der Elektrodenabschnitte.
  • Auf diese Weise, durch Anordnen des dritten Kondensatorelements 501c mit der kleineren Kapazitätskomponente aus den 3 Kapazitätselementen in dem Spalt zwischen dem ersten Kondensatorelement 501a und dem zweiten Kondensatorelement 501b, zusätzlich zu dem Effekt der Beispiele 1 bis 6, ist es vorteilhaft, dass der Ladeentladekondensator als ein Rauschfilter mit einem breiteren Band fungieren kann, ohne die Größe zu erhöhen.
  • <Beispiel 8 eines Ladeentladekondensator>
  • 15A eine perspektivische Ansicht eines Beispiels 8 des bei der Energieumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Ladeentladekondensators und 15B ist eine Unteransicht des Ladeentladekondensators.
  • Der in 15A und 15B dargestellte Ladeentladekondensator 5 unterscheidet sich von dem in 2A und 2B dargestellten Ladeentladekondensator des Beispiels 1 darin, dass die Kapazitäten des ersten Kondensatorelements 501a und die Kapazität des zweiten Kondensatorelements 501b unterschiedlich voneinander sind. In diesem Fall, doch Einstellen der Wickellängen des Filmmaterials des letzteren auf einen größeren Wert als des ersteren, werden die Kapazitäten der Kondensatorelemente unterschiedlich voneinander ausgebildet. Insbesondere ist die Kapazität des zweiten Kondensatorelements 501b zu einem gewissen Maße größer als die des ersten Kondensatorelements 501a. Daher sind die Kapazitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und die Kapazitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, unterschiedlich voneinander, wobei die letztere Kapazitätskomponente größer als die erstere ist. In diesem Fall, als ein Beispiel, werden die Kapazitäten der Kondensatorelemente voneinander unterschiedlich ausgebildet, doch Ausbilden der Wickellängen der Filme unterschiedlich zueinander. Allerdings können die Filmdicken (Abstände zwischen externen Elektroden), die Filmmaterialdielektrizitätskonstanten, die Filmdicken (Abstand zwischen internen Elektroden) oder etwas Ähnliches unterschiedlich voneinander sein.
  • Weiter sind der Schleifenbereich des Strompfads 11 von den Verbindungspunkten A und B, zu gehören zu dem ersten Abfluss-Einflussabschnitt 503a und dem zweiten Abfluss-Einflussabschnitt 503b jeweils, zu dem ersten Kondensatorelement 501a und der Schleifenbereichen der Strompfads 12 von den Verbindungspunkten A und B zu dem zweiten Kondensatorelement 501b unterschiedlich voneinander, wobei der letztere Schleifenbereich größer als der erstere ist. Daher sind die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, unterschiedlich zueinander, wobei die letztere Induktivitätskomponente größer als die erstere ist. Während als ein Beispiel sowohl der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a als auch der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b derart angeordnet sind, dass diese von der geraden Linie 22 um den Abstand D2 verschoben sind, kann nur ein beliebiges des ersten Abfluss-Einflussabschnitt 503a und/oder des zweiten Abfluss-Einflussabschnitt 503b derart angeordnet sein, dass dieses von der geraden Linie 22 um den Abstand D2 verschoben ist.
  • Insbesondere insoweit, dass die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, und die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, unterschiedlich voneinander sind, können der erste Abfluss-Einflussabschnitt 503a und der zweite Abfluss-Einflussabschnitt 503b beliebig innerhalb der Herstellungsbeschränkungen des Kondensators angeordnet sein. Insbesondere sind die Kapazitätskomponente und die Induktivitätskomponente zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Kondensatorelement 501b von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird, größer als diejenigen zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Kondensatorelement 501a von den Verbindungspunkten A und B betrachtet wird. Daher ähnlich zu Beispiel 1, weist der Absolutwert der Impedanz des Ladeentladekondensators 5 Eigenschaften ähnlich zu denen der in 5 gezeigten Impedanz 31 auf, das heißt weist den Serienresonanzpunkt Y1 bei der Serienresonanzfrequenz fs1 auf der Seite des ersten Kondensatorelements 501a auf, weist den Serienresonanzpunkt Y2 bei der Serienresonanzfrequenz fs2 auf der Seite des zweiten Kondensatorelements 501b auf und weist den Parallelresonanzpunkt x1 bei der Parallelresonanzfrequenz fp1 zwischen fs2 und fs1 auf. Allerdings im Vergleich mit den Fällen der Ladeentladekondensator und 5 aus Beispielen 1 bis 4, wird die Differenz zwischen fs1 und fs2 größer.
  • Auf diese Weise, durch Ausbilden der Kapazitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorelemente von den Abfluss-Einflussabschnitten betrachtet werden, unterschiedlich zueinander und Ausbilden der Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorelemente von den Abfluss-Einflussabschnitten betrachtet werden, unterschiedlich zueinander, wird die Frequenzdifferenz zwischen den Serienresonanz punkten erhöht. Somit kann zusätzlich zu dem Effekt der Beispiele 1 bis 4 der Ladeentladekondensator als ein Rauschfilter mit einem breiteren Band betrieben werden.
  • <Andere modifizierte Beispiele eines Ladeentladekondensators>
  • Außer den oben beschriebenen Fällen der Beispiele 1 bis 8 kann beispielsweise durch Einstellen von zumindest Querschnitten der Vielzahl von ersten Elektrodenabschnitten und/oder Querschnitten der Vielzahl von zweiten Elektrodenabschnitten unterschiedlich zueinander die Schleifenbereiche der Strompfade zu den jeweiligen Kondensatorelementen unterschiedlich zueinander ausgebildet werden. Daher unterscheiden sich die Induktivitätskomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorelemente von den Abfluss-Einflussabschnitten betrachtet werden, voneinander und der Ladeentladekondensator weist keinen Parallelresonanzpunkt bei dem Betriebsfrequenzband auf, sondern weist einen Parallelresonanzpunkt bei dem Rauschfrequenzband auf. Somit kann die Impedanz in der Umgebung des Parallelresonanzpunkts größer sein. Daher kann ein Effekt ähnlich zu den oben beschriebenen erhalten werden.
  • Während in den Fällen der oben beschriebenen Beispiele 1 bis 8 zwei oder drei Kondensatorelemente verwendet werden, selbst wenn vier oder mehr Kondensatorelemente verwendet werden, kann ein ähnlicher Effekt aus Gründen, ähnlich zu den oben beschriebenen, erhalten werden.
  • Weiter, während bei den Fällen der oben beschriebenen Beispiele 1 bis 8 ein Filmkondensator als Ladeentladekondensator verwendet wird, können andere gewöhnliche Kondensatoren wie beispielsweise ein Elektrolytkondensator und ein Keramikkondensator ebenso verwendet werden. Weiter können Kondensatoren einer Vielzahl von Arten wie beispielsweise eine Kombination eines Filmkondensators und eines Keramikkondensators parallel verbunden werden. Weiter versteht es sich von selbst, dass, wenn ein gestapelter Kondensator verwendet wird, die Kapazitäten voneinander unterschiedlich ausgebildet werden können, durch Veranlassen, dass die Anzahl von gestapelten Schichten sich voneinander unterscheidet.
  • Weiter, während in den Fällen der oben beschriebenen Beispiele 1 bis 8 die Kondensatorelemente zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung angeordnet sind, können die erste Verdrahtung und die zweite Verdrahtung über einen Isolator wie beispielsweise ein isolierendes Papier dazwischengestapelt werden und können die Kondensatoren auf oder unterhalb des Isolators angeordnet sein.
  • Weiter, während in den Fällen der oben beschriebenen Beispiel 1 bis 8 die Vielzahl von ersten Elektrodenabschnitten auf der ersten Verdrahtung ausgebildet sind und die Vielzahl von zweiten Elektrodenabschnitten auf der zweiten Verdrahtung ausgebildet sind, können die Elektrodenabschnitte auf einem leitenden Material unterschiedlich von dem der Verdrahtung ausgebildet werden und kann ein Ende davon mit der Verdrahtung verbunden werden und kann ein anderes Ende davon mit den Kondensatorelementen jeweils verbunden werden.
  • Noch weiter, während in den Fällen der Beispiele 1 bis 8 die Kondensatorelemente derart angeordnet sind, dass Elektrodenoberflächen davon in einer vertikalen Richtung angeordnet sind, können die Elektrodenoberflächen in einer horizontalen Richtung angeordnet werden.
  • Weiter, während in den Fällen der Beispiele 1 bis 8 jedes der Halbleiterschaltelemente 2a bis 2d ein IGBT und eine Diode umfasst, können ein MOSFET oder ein JFET für das IGBT ersetzt werden. Wenn ein MOSFET verwendet wird, kann die Diode durch eine MOSFET Bodydiode ersetzt werden. Weiter können jedes der Halbleiterschaltelement 2a bis 2d unter Verwendung eines Breitbandlückenhalbleiters mit einer größeren Bandlücke als Silizium verwendet werden, beispielsweise Siliziumcarbid (SiC), ein Galliumnitrid-basiertes Material oder Diamant.

Claims (10)

  1. Energieumwandlungsvorrichtung (50), umfassend: eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen (2a-2d); einen Induktor (1); einen Niederspannungsseitenkondensator (3); einen Hochspannungsseitenkondensator (4); einen Ladeentladekondensator (5); und eine Steuereinheit (6), ausgebildet zum Steuern eines Betriebs der Vielzahl von Halbleiterschaltelementen (2a-2d) bei einer eingestellten Betriebsfrequenz, wobei die Vielzahl von Halbleiterschaltelementen (2a-2d) umfasst: ein erstes Halbleiterschaltelement (2a), umfassend einen mit einer negativen Elektrode des Niederspannungsseitenkondensators (3) verbundenen ersten Anschluss; ein zweites Halbleiterschaltelement (2b), umfassend einen mit einem zweiten Anschluss des ersten Halbleiterschaltelements (2a) verbundenen ersten Anschluss und einen mit einer positiven Elektrode des Niederspannungsseitenkondensators (3) über den Induktor (1) verbundenen zweiten Anschluss; ein drittes Halbleiterschaltelement (2c), umfassend einen mit dem zweiten Anschluss des zweiten Halbleiterschaltelements (2b) verbundenen ersten Anschluss; und ein viertes Halbleiterschaltelement (2d), umfassend einen mit einem zweiten Anschluss des dritten Halbleiterschaltelements (2c) verbundenen ersten Anschluss und einen mit einer positiven Elektrode des Hochspannungsseitenkondensators (4) verbundenen zweiten Anschluss, wobei der Ladeentladekondensator (5) zwischen einem ersten Verbindungspunkt (A) des ersten Halbleiterschaltelements (2a) mit dem zweiten Halbleiterschaltelement (2b) und einem zweitem Verbindungspunkt (B) des dritten Halbleiterschaltelements (2c) mit dem vierten Halbleiterschaltelement (2d) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeentladekondensator (5) eine Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) umfasst, parallel verbunden, über eine mit dem ersten Verbindungspunkt (A) verbundene erste Verdrahtung (502a) und eine mit dem zweiten Verbindungspunkt (B) verbundene zweite Verdrahtung (502b), und zumindest Induktivitätskomponenten und/oder Kapazitätskomponenten der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) zu dem Zeitpunkt, wenn diese von Abfluss-Einflussabschnitten (503a, 503b) der ersten Verdrahtung (502a) und der zweiten Verdrahtung (502b) betrachtet werden, voneinander unterschiedlich sind, sodass der Ladeentladekondensator (5) keinen Parallelresonanzpunkt in einem Betriebsfrequenzband aufweist, sondern einen Parallelresonanzpunkt in einem Rauschfrequenzband aufweist.
  2. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei die Induktivitätskomponente unterschiedlich zueinander ist, aufgrund einer Differenz in Schleifenbereichen von Strompfaden zwischen der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) und der Abfluss-Einflussabschnitte (503a, 503b) der ersten Verdrahtung (502a) und der zweiten Verdrahtung (502b).
  3. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 2, wobei der Unterschied in den Schleifenbereichen darin begründet ist, dass zumindest einer der Abfluss-Einflussabschnitte (503a, 503b) der ersten Verdrahtung (502a) und der zweiten Verdrahtung (502b) von einem Mittelpunkt zwischen der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) verschoben ist.
  4. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Unterschied der Schleifenbereiche in einer Längendifferenz von Elektrodenabschnitten (504a-504c, 505a-505c) begründet ist, welche in der ersten Verdrahtung (502a) und der zweiten Verdrahtung (502b) ausgebildet sind und mit der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) verbunden sind, wobei die Längendifferenz zumindest bei der ersten Verdrahtung (502a) und/oder der zweiten Verdrahtung (502b) vorliegt.
  5. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Differenz in den Schleifenbereichen darin begründet ist, dass zumindest einer der Elektrodenabschnitte (504a-504c, 505a-505c), welche in der ersten Verdrahtung (502a) und der zweiten Verdrahtung (502b) ausgebildet sind und mit der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) verbunden sind, von einem Mittelpunkt der verbundenen Kondensatorelemente (501a, 501b) verschoben ist.
  6. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei die Induktivitätskomponenten aufgrund einer Querschnittsdifferenz von zumindest einem der Elektrodenabschnitte (504a-504c, 505a-505c) unterschiedlich voneinander sind, welche in der ersten Verdrahtung (502a) und der zweiten Verdrahtung (502b) ausgebildet sind und mit der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) verbunden sind.
  7. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei die Kapazitätskomponenten aufgrund einer Differenz in Materialdielektrizitätskonstanten, Dicken, Breiten, Wickellängen, Elektrolytlösungen oder einer Anzahl von gestapelten Schichten von zumindest einem der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) unterschiedlich voneinander sind.
  8. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei die Induktivitätskomponenten unterschiedlich voneinander sind, da drei Kondensatorelemente (501a, 501b, 501c) aus der Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b) auf einer geraden Linie (21) angeordnet sind, die erste Verdrahtung (502a) und die zweite Verdrahtung (502b) mit Elektrodenabschnitten versehen sind, welche darauf zugehörend zu Kondensatorelementen (501a, 501b, 501c) ausgebildet sind, und die Abfluss-Einflussabschnitte (503a, 503b) an einem Mittelpunkt der ersten Verdrahtung (502a) und der zweiten Verdrahtung (502b) ausgebildet sind.
  9. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei die Induktivitätskomponenten voneinander unterschiedlich sind, da drei Kondensatorelemente (501a, 501b, 501c) aus der Vielzahl von Kondensatorelementen auf einer geraden Linie (21) angeordnet sind, die erste Verdrahtung (502a) und die zweite Verdrahtung (502b) mit Elektrodenabschnitten (504a-504c, 505a-505c) versehen sind, welche darauf zugehörend zu den Kondensatorelementen (501a, 501b, 501c) ausgebildet sind, und die Einschlussausflussabschnitte (504a-504c, 505a-505c) von einem Mittelpunkt der ersten Verdrahtung (501b) und der zweiten Verdrahtung (501a) verschoben sind.
  10. Energieumwandlungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei die Kapazitätskomponenten unterschiedlich voneinander sind, da die Vielzahl von Kondensatorelementen (501a, 501b, 510c) zwei Kondensatorelemente (501a, 501b) und ein Kondensatorelement (501c) zwischen den zwei Kondensatorelementen (501a, 501b) umfasst, dass eine Kondensatorelement (501c) eine Kapazitätskomponente kleiner als Kapazitätskomponenten der zwei Kondensatorelemente (501a, 501b) aufweist und die erste Verdrahtung (502a) und die zweite Verdrahtung (502b) mit Elektrodenabschnitten (504a-504c, 505a-505c) versehen sind, welche darauf zugehörend zu den Kondensatorelementen (501a, 501b, 501c) ausgebildet sind.
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