JP2005341643A - Bus bar apparatus of power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波でスイッチングを行うスイッチング素子が組込まれた電力変換器に対する電力の送受信を行うための電力変換器のブスバー装置に関する。 The present invention relates to a bus bar device of a power converter for transmitting and receiving power to and from a power converter in which a switching element that performs switching at high frequency is incorporated.
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のような電圧駆動型半導体素子による半導体電力変換器は広く用いられている。この半導体電力変換器は、内部に組込まれたスイッチング素子を所定のスイッチング周波数でオン・オフさせることにより、直流電力を交流電力に変換する機能を有している。 Semiconductor power converters using voltage-driven semiconductor elements such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are widely used. This semiconductor power converter has a function of converting DC power into AC power by turning on and off a switching element incorporated therein at a predetermined switching frequency.
この半導体電力変換器の出力電圧は、直流電圧をスイッチングした電圧波形を有するので、スイッチング周波数に対応した周波数成分を含んでいる。この周波数成分はこの電力変換器の負荷としてのモータなどにストレスを与えるため、電力変換器ではフィルタ回路を用いてこの周波数成分を取り除いている。 Since the output voltage of the semiconductor power converter has a voltage waveform obtained by switching a DC voltage, it includes a frequency component corresponding to the switching frequency. Since this frequency component gives stress to a motor or the like as a load of the power converter, the power converter uses a filter circuit to remove the frequency component.
また、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を抑制するために、周辺回路であるスナバ回路をスイッチング素子に接続している。これにより、雑音やEMI(電磁干渉)の低減は可能である。 Further, in order to suppress noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching, a snubber circuit as a peripheral circuit is connected to the switching element. Thereby, noise and EMI (electromagnetic interference) can be reduced.
しかし、前述したフィルタは体積が大きく電力変換器も大型になってしまう。そこで、小型化のためにスイッチング周波数を高くすることによるフィルタの小型化や周辺回路であるスナバ回路を省くことが行われている。 However, the above-described filter has a large volume and a large power converter. Therefore, in order to reduce the size, the filter is downsized by increasing the switching frequency and the snubber circuit as a peripheral circuit is omitted.
しかし、周辺回路が付加されていない電力変換器では、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を抑制することが困難である。さらに、従来のスナバ回路では、配線によるインダクタンスや抵抗も生じてしまう。 However, in a power converter to which no peripheral circuit is added, it is difficult to suppress switching noise and EMI (electromagnetic interference). Further, in the conventional snubber circuit, inductance and resistance due to wiring are also generated.
そこで、例えば、特許文献1ではブスバーでコンデンサを押圧挟持することにより、高周波ノイズを効率的に吸収する方法が提唱されている。図10に、この提唱されたコンデンサのブスバーに対する取付状態を示す。コンデンサ3の両側の電極4、5の外側に一対のブスバー1、2が配設され、この一対のブスバー1、2の外側から、一対のボルト6とナット7でコンデンサ3を押圧挟持する。
Thus, for example, Patent Document 1 proposes a method of efficiently absorbing high-frequency noise by pressing and holding a capacitor with a bus bar. FIG. 10 shows how the proposed capacitor is attached to the bus bar. A pair of
これにより、サイズは小型のままでスイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を抑制することができる。
しかしながら、上述した、コンデンサやコイルの機能をブスバーに持たせる図10に示す手法においても、まだ改良すべき次のような課題があった。 However, the above-described method shown in FIG. 10 in which the function of the capacitor and coil is given to the bus bar also has the following problems to be improved.
すなわち、コンデンサやコイルの機能をブスバーに持たせるため、容量やインダクタンス等の回路定数は固定されてしまい、このブスバーを電力変換器に取付けた後から回路定数を変更することが困難である。 That is, since the bus bar has functions of a capacitor and a coil, circuit constants such as capacitance and inductance are fixed, and it is difficult to change the circuit constant after the bus bar is attached to the power converter.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、コンデンサやコイルの機能をブスバーに持たせた状態で、サイズは小型のままで、回路や回路定数の変更を容易に実施でき、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を十分に抑制できる電力変換器のブスバー装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. With the bus bar having the functions of a capacitor and a coil, the size and size can be kept small, and the circuit and circuit constants can be easily changed. It is an object of the present invention to provide a bus bar device for a power converter that can sufficiently suppress noise and EMI (electromagnetic interference) due to noise.
本発明は、少なくとも一対のブスバーが組込まれ、この一対のブスバー相互間にスイッチング素子が接続され、各ブスバーを介してスイッチング素子へ電力の送受信が行われる電力変換器のブスバー装置に適応される。 The present invention is applied to a bus bar device of a power converter in which at least a pair of bus bars are incorporated, a switching element is connected between the pair of bus bars, and power is transmitted to and received from the switching elements via each bus bar.
そして、上記課題を解消するために、本発明においては、一対のブスバー相互間に、下部導体と上部導体との間に誘電体膜を挿入した単位コンデンサを複数積層したコンデンサ回路を配設し、各下部導体を一方のブスバーに接続し、各上部導体を他方のブスバーに接続している。 In order to solve the above problems, in the present invention, a capacitor circuit in which a plurality of unit capacitors each having a dielectric film inserted between a lower conductor and an upper conductor are laminated is disposed between a pair of bus bars. Each lower conductor is connected to one bus bar, and each upper conductor is connected to the other bus bar.
このように構成された電力変換器のブスバー装置においては、一対のブスバー相互間に組込まれたコンデンサ回路を構成する単位コンデンサの積層数を変更することによって、各ブスバーを電力変換器に取付けた後においても、コンデンサ回路の容量(静電容量)を簡単にかつ任意に調整できる。 In the bus bar device of the power converter configured as described above, after each bus bar is attached to the power converter by changing the number of unit capacitors stacked to constitute the capacitor circuit incorporated between the pair of bus bars. The capacitance (capacitance) of the capacitor circuit can be easily and arbitrarily adjusted.
また別の発明は、上述した電力変換器のブスバー装置において、一対のブスバー相互間に、下部導体と上部導体との間に誘電体膜を挿入した単位コンデンサを複数積層したコンデンサ回路を配設し、各下部導体を一方のブスバーと一体形成し、各上部導体を他方のブスバーと一体形成している。 According to another invention, in the above-described bus bar device for a power converter, a capacitor circuit in which a plurality of unit capacitors each having a dielectric film inserted between a lower conductor and an upper conductor are stacked is disposed between a pair of bus bars. Each lower conductor is integrally formed with one bus bar, and each upper conductor is integrally formed with the other bus bar.
このように、各単位コンデンサを構成する上部導体と下部導体とを各ブスバーと一体形成することにより、コンデンサ回路と各ブスバー相互間のインピーダンス整合を取る必要がない。 Thus, by forming the upper conductor and the lower conductor constituting each unit capacitor integrally with each bus bar, it is not necessary to match impedance between the capacitor circuit and each bus bar.
また別の発明は、上述した発明の電力変換器のブスバー装置において、各単位コンデンサの上部導体の面積を下部導体の面積より小さく設定することによって、ブスバー相互間の絶縁性向上を図るようにしている。 According to another invention, in the bus bar device for the power converter of the above-described invention, the area of the upper conductor of each unit capacitor is set smaller than the area of the lower conductor, thereby improving the insulation between the bus bars. Yes.
また別の発明は、上述した発明の電力変換器のブスバー装置において、コンデンサ回路を各ブスバーにおけるスイッチング素子の接続位置近傍に配設することによって、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を発生位置近傍で確実に低減できる。 According to another invention, in the bus bar device of the power converter of the above-described invention, the capacitor circuit is disposed in the vicinity of the connection position of the switching element in each bus bar, so that noise or EMI (electromagnetic interference) due to switching is generated in the vicinity of the generation position. Can be surely reduced.
また別の発明は、上述した発明の電力変換器のブスバー装置において、複数のコンデンサ回路をブスバー相互間に配設することによって、ブスバー相互間、すなわち、スイッチング素子端子間の容量をより精密に調整が可能となる。 According to another invention, in the bus bar device for the power converter of the above-described invention, the capacitance between bus bars, that is, between switching element terminals is adjusted more precisely by arranging a plurality of capacitor circuits between the bus bars. Is possible.
また別の発明は、上述した発明の電力変換器のブスバー装置において、各単位コンデンサの誘電体膜の両面に導電性材料を蒸着することによって、誘電体膜と上部導体、下部導体との接触面が平坦になり、気泡等が生じることが未然に防止できる。 Another invention is a bus bar device for a power converter according to the invention described above, wherein a conductive material is deposited on both surfaces of the dielectric film of each unit capacitor to thereby contact the dielectric film with the upper conductor and the lower conductor. It becomes possible to prevent the occurrence of bubbles and the like.
また別の発明は、上述した発明の電力変換器のブスバー装置において、少なくとも一方のブスバーの表面の一部に磁性膜を形成している。
このように構成された電力変換器のブスバー装置においては、コンデンサ回路の他に、ブスバーの表面に磁性膜が形成されているので、等価的にこのブスバーにインダクタンス成分が組込まれることになる。すなわち、この発明のブスバー装置は、スイッチング素子に並列に静電容量を設ける機能と、スイッチング素子に直列にインダクタンスを設ける機能を有する。
According to another invention, in the bus bar device for a power converter according to the invention described above, a magnetic film is formed on a part of the surface of at least one bus bar.
In the bus bar device of the power converter configured as described above, since the magnetic film is formed on the surface of the bus bar in addition to the capacitor circuit, an inductance component is equivalently incorporated into the bus bar. That is, the bus bar device of the present invention has a function of providing a capacitance in parallel with the switching element and a function of providing an inductance in series with the switching element.
このように、本発明の電力変換器のブスバー装置においては、一対のブスバー相互間に、下部導体と上部導体との間に誘電体膜を挿入した単位コンデンサを複数積層したコンデンサ回路を配設している。したがって、コンデンサやコイルの機能をブスバーに持たせた状態で、サイズは小型のままで、回路や回路定数の変更を容易に実施でき、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を十分に抑制できる。 Thus, in the bus bar device of the power converter of the present invention, a capacitor circuit in which a plurality of unit capacitors each having a dielectric film inserted between a lower conductor and an upper conductor are stacked is disposed between a pair of bus bars. ing. Therefore, with the bus bar having the functions of the capacitor and the coil, the size and the circuit constant can be easily changed with the size kept small, and noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching can be sufficiently suppressed.
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置の全体構成を示す斜視図であり、図2はブスバー装置における要部のコンデンサ回路の構成を示す拡大図であり、図3は等価回路図である。
(First embodiment)
1 is a perspective view showing the overall configuration of the bus bar device of the power converter according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing the configuration of the capacitor circuit of the main part of the bus bar device. Is an equivalent circuit diagram.
図1において、スイッチング素子10のエミッタ端子11(11a)に一方のブスバー12の一端12aが固定具20aにて固定されている。スイッチング素子10のコレクタ端子13に他方のブスバー14の一端14aが固定具20bにて固定されている。各ブスバー12、14の一端12a、12b相互間にコンデンサ回路18が介挿されている。
In FIG. 1, one
図2は、ブスバー12、14相互間に介挿されたコンデンサ回路18の詳細構成を示す側面図である。このコンデンサ回路18においては、直方形板状の下部導体21と同じく直方形板状の上部導体22との間に誘電体膜23を挿入した単位コンデンサ24が複数個積層され、その上面及び下面に支持板25a、25bを取付け、この支持板25a、25bを一対の留め具26で固定している。なお、下部導体21と上部導体22との間の絶縁耐圧を確保するために、誘電体膜23の面積は、下部導体21と上部導体22との面積より大きく設定されている。
FIG. 2 is a side view showing a detailed configuration of the
各単位コンデンサ24の下部導体21は接続具27aで一方のブスバー12の一端12aに電気的及び機械的に接続され、各単位コンデンサ24の上部導体22は接続具27bで他方のブスバー14の一端14aに電気的及び機械的に接続されている。したがって、ブスバー12、14相互間に介挿されたコンデンサ回路18の全体の静電容量は、各単位コンデンサ24の静電容量を加算した静電容量である。
The
さらに、コレクタ端子13に取付けられたブスバー14の中途位置には、図4に示すように、磁性膜19が貼付けられている。このように、ブスバー14に磁性膜19を貼付けることにより、ブスバー14自体に等価的にコイルを組込んだインダクタンス機能を付加することが可能となる。インダクタンスの大きさは、図5に示すように、磁性膜19の面積を増減することによって簡単に調整可能である。
Further, as shown in FIG. 4, a
したがって、この第1実施形態のブスバー装置は、一対のブスバー12、14と、コンデンサ回路18と、磁性膜19とで構成されている。
Therefore, the bus bar device according to the first embodiment includes a pair of
図3に示す電力変換器のブスバー装置の等価回路において、スイッチング素子10のコレクタ端子13とエミッタ端子11間に、前述したコンデンサ回路18、及びフライホイールダイオード17が接続されている。さらに、コレクタ端子13には、ブスバー14に貼付けられた磁性膜19で等価的に形成されたコイル19aが接続されている。エミッタ端子11にはブスバー12が接続されている。ゲート端子15にはゲート抵抗16が接続されている。
In the equivalent circuit of the bus bar device of the power converter shown in FIG. 3, the
このような回路構成を有する電力変換器において、ブスバー12からスイッチング素子10を介してブスバー14へ電力を供給する状態において、ゲート抵抗16を介してゲート端子15へ駆動信号を印加すると(図1におけるゲート端子15、エミッタ端子11a間)、スイッチング素子10はターンオン・ターンオフを行う。しかし、ターンオン時には流れる電流が急激に増大し、ターンオフ時にはスイッチング素子10の端子間にサージ電圧が発生してしまう。これにより、雑音やEMI(電磁干渉)が発生する。そこで、コイル19aにてターンオン時における電流の増大が抑制できる。さらに、コンデンサ回路18にてターンオフ時におけるサージ電圧が抑制される。
In the power converter having such a circuit configuration, when power is applied from the
このように構成された第1実施形態の電力変換器のブスバー装置においては、一対のブスバー12、14にて、結果的にスイッチング素子10に並列に設けられたコンデンサ回路18の静電容量は、図2に示すように、このコンデンサ回路18を構成する単位コンデンサ24の設置数を変更することによって、このブスバー装置を電力変換器に取付けた後においても、簡単に雑音やEMI(電磁干渉)が最小となる最適値に変更及び調整が可能である。
In the bus bar device of the power converter according to the first embodiment configured as described above, the capacitance of the
同様に、ブスバー14に貼付けられた磁性膜19にて、結果的にスイッチング素子10に直列に設けられたコイル19aのインダクタンスは、図5に示すように、磁性膜19の面積を増減することによって、このブスバー装置を電力変換器に取付けた後においても、簡単に雑音やEMI(電磁干渉)が最小となる最適値に変更及び調整が可能である。
Similarly, in the
このように、コンデンサ回路18やコイル19aの機能をブスバー12、14に持たせた状態で、ブスバー装置を小型のままで、静電容量やインダクタンス等の回路定数の変更を容易に実施でき、スイッチングに起因して発生する雑音やEMI(電磁干渉)を十分に抑制できる。
In this way, with the
なお、本発明は、上述した第1実施形態に限定されるものではない。第1実施形態の電力変換器のブスバー装置においては、コンデンサ回路18の各単位コンデンサ24の下部導体21は接続具27aで一方のブスバー12の一端12aに電気的及び機械的に接続され、各単位コンデンサ24の上部導体22は接続具27bで他方のブスバー14の一端14aに電気的及び機械的に接続されている。
The present invention is not limited to the first embodiment described above. In the bus bar device of the power converter of the first embodiment, the
しかし、各単位コンデンサ24の下部導体21を一方のブスバー12と一体形成し、各単位コンデンサ24の上部導体22を他方のブスバー14と一体形成することも可能である。このように、各単位コンデンサ24を構成する上部導体21と下部導体22とを各ブスバー12、14と一体形成することにより、コンデンサ回路18と各ブスバー12,14相互間のインピーダンス整合を取る必要がない。なお、この場合のコンデンサ回路18全体の静電容量の調整は、各単位コンデンサ24の誘電体膜23を挿入、又は抜くことで行う。
However, the
(第2実施形態)
図6は本発明の第2実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置の全体構成を示す斜視図である。図1に示す第1実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a perspective view showing the overall configuration of the bus bar device of the power converter according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the bus bar device of the power converter according to the first embodiment shown in FIG.
この第2実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置においては、スイッチング素子10のエミッタ端子11に固定されたブスバー12の一端12aと、スイッチング素子10のコレクタ端子13に固定されたブスバー14の一端14aとの間に、2つのコンデンサ回路18、18aが並列に介挿されている。この2つのコンデンサ回路18、18aは、図2を用いて説明した第1実施形態のブスバー装置におけるコンデンサ回路18とほぼ同一構成を有している。
In the bus bar device of the power converter according to the second embodiment, one
このように、複数のコンデンサ回路18、18aをブスバー12、14相互間に配設することによって、各コンデンサ回路18、18a単独で静電容量の変更及び調整が可能である。その結果、ブスバー12、14相互間、すなわち、スイッチング素子10のエミッタ端子11とコレクタ端子13間の容量をより精密に調整が可能となる。
As described above, by disposing the plurality of
また、各コンデンサ回路18、18aに対してスイッチング素子10の端子間に必要な静電容量を分担させることが可能となり、各コンデンサ回路18、18aの単位コンデンサ24の数を減少でき、各コンデンサ回路18、18aを小型化できる。ひいては、ブスバー装置全体の厚みを均一化でき、ブスバー装置の小型化をより一層図ることができる。
Further, it becomes possible to share the necessary capacitance between the terminals of the switching
(第3実施形態)
図7は本発明の第3実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置における各ブスバー12、14とコンデンサ回路18の要部を抽出して示す図である。このコンデンサ回路18以外の構成は、図1に示す第1実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置とほぼ同じであるので詳細説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing extracted main portions of the bus bars 12 and 14 and the
この第3実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置のコンデンサ回路18においては、基本的に図2を用いて説明したように、下部導体21と上部導体22との間に誘電体膜23を挿入した単位コンデンサ24が複数個積層されている。そして、図8の模式図に示すように、各単位コンデンサ24の上部導体22の面積(幅)を下部導体21の面積(幅)より小さく設定されている。なお、誘電体膜22の面積(幅)は下部導体21の面積(幅)にほぼ等しく設定されている。
In the
このように構成された第3実施形態のブスバー装置においては、各単位コンデンサ24における誘電体膜22の面積(幅)を大きくすることなくブスバー12、14相互間の絶縁性向上を図ることができる。したがって、結果的に、コンデンサ容量を確保した状態でブスバー装置を小型に形成できる。
In the bus bar device of the third embodiment configured as described above, the insulation between the bus bars 12 and 14 can be improved without increasing the area (width) of the
(第4実施形態)
図9(a)は本発明の第4実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置における各ブスバー12、14間に介挿されたコンデンサ回路18の詳細構成を示す側面図である。このコンデンサ回路18以外の構成は、図1に示す第1実施形態に係わる電力変換器のブスバー装置とほぼ同じであるので詳細説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 9A is a side view showing a detailed configuration of the
この第4実施形態のブスバー装置におけるコンデンサ回路18においては、基本的に図2を用いて説明したように、下部導体21と上部導体22との間に誘電体膜23を挿入した単位コンデンサ24が複数個積層されている。そして、図9(b)に示すように、各誘電体膜23の下部導体21が接する上面と上部導体22が接する下面とに、導電性材料28が蒸着されている。
In the
このように、各単位コンデンサ24の誘電体膜23の両面に導電性材料28を蒸着することによって、誘電体膜23と上部導体22、下部導体21との接触面が平坦になり、接触面に気泡等が生じることが未然に防止でき、単位コンデンサ24の早期劣化の防止、及びコンデンサ回路18における静電容量等の回路定数の安定化を図ることができる。
Thus, by depositing the
10…スイッチング素子、11…エミッタ端子、12,14…ブスバー、13…コレクタ端子、15…ゲート端子、16…ゲート抵抗、17…フライホイールダイオード、18,18a…コンデンサ回路、19…磁性膜、19a…コイル、21…下部導体、22…上部導体、24…単位コンデンサ、27a,27b…接続具、28…導電性材料、
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記一対のブスバー相互間に、下部導体と上部導体との間に誘電体膜を挿入した単位コンデンサを複数積層したコンデンサ回路を配設し、前記各下部導体を一方のブスバーに接続し、前記各上部導体を他方のブスバーに接続したことを特徴とする電力変換器のブスバー装置。 In a bus bar device of a power converter in which at least a pair of bus bars is incorporated, a switching element is connected between the pair of bus bars, and power is transmitted to and received from the switching element via each bus bar.
A capacitor circuit in which a plurality of unit capacitors each having a dielectric film inserted between a lower conductor and an upper conductor are stacked is disposed between the pair of bus bars, and each lower conductor is connected to one bus bar, A bus bar device for a power converter, wherein the upper conductor is connected to the other bus bar.
前記一対のブスバー相互間に、下部導体と上部導体との間に誘電体膜を挿入した単位コンデンサを複数積層したコンデンサ回路を配設し、前記各下部導体を一方のブスバーと一体形成し、前記各上部導体を他方のブスバーと一体形成したことを特徴とする電力変換器のブスバー装置。 In a bus bar device of a power converter in which at least a pair of bus bars is incorporated, a switching element is connected between the pair of bus bars, and power is transmitted to and received from the switching element via each bus bar.
A capacitor circuit in which a plurality of unit capacitors each having a dielectric film inserted between a lower conductor and an upper conductor is laminated between the pair of bus bars is disposed, and each lower conductor is integrally formed with one bus bar, A bus bar device for a power converter, wherein each upper conductor is integrally formed with the other bus bar.
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