JP2009089543A - Smoothing capacitor arranging structure for inverter apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流入力をスイッチングパワーデバイスにより交流出力に変換するインバータ装置に係り、特に、インバータ入力を平滑化するための平滑コンデンサの配置構造に関する。 The present invention relates to an inverter device that converts a DC input into an AC output by a switching power device, and more particularly to an arrangement structure of a smoothing capacitor for smoothing the inverter input.
直流入力をスイッチングパワーデバイスにより交流出力に変換するインバータ装置においては、スイッチングパワーデバイスのスイッチングに伴う電圧変動によって、インバータ入力側に大きな電流リップルが生じる。このため、バッテリ等の直流電源の負担軽減やそれによる長寿命化等を図るために、従来から、体積の大きい大容量の平滑コンデンサをインバータ装置の筐体に外付けしてインバータ入力を平滑化している(例えば、特許文献1)。
上述した筐体に外付けの平滑コンデンサと、筐体内のスイッチングパワーデバイスとを配線で接続するとなると、筐体の内外を結んで配線を引き回すことになるので、配線距離が長くなって配線抵抗が高くなり、配線インピーダンスの上昇を招く。また、特にスイッチングパワーデバイスが高速でスイッチングする場合には、スイッチング周波数に比例して配線インダクタンスが高くなるので、配線インピーダンスがかなり高いものとなり、配線インピーダンスのさらなる上昇を招く要因となる。 When the external smoothing capacitor and the switching power device in the housing are connected to the housing by wiring, the wiring is routed by connecting the inside and outside of the housing. This increases the wiring impedance. In particular, when the switching power device switches at a high speed, the wiring inductance increases in proportion to the switching frequency, so that the wiring impedance becomes considerably high, which causes a further increase in the wiring impedance.
このように、平滑コンデンサの配線インピーダンスが高いと、平滑コンデンサに対する電荷の出し入れがしづらくなって平滑化の効率が落ち、インバータ入力を十分に平滑化できなくなる。すると、先に説明したように直流電源の負担が大きくなりその寿命に悪影響を及ぼすだけでなく、インバータ出力においても大きい電流リップルが生じて、負荷における損失が増大するという悪影響が生じる。 As described above, when the wiring impedance of the smoothing capacitor is high, it is difficult to take in and out charges to the smoothing capacitor, the smoothing efficiency is lowered, and the inverter input cannot be sufficiently smoothed. Then, as described above, the burden on the DC power supply is increased, which not only adversely affects the life of the DC power supply, but also has an adverse effect that a large current ripple occurs in the inverter output and the loss in the load increases.
また、インバータ出力における電流リップルの増大に応じて、スイッチングパワーデバイスのスイッチングに伴うサージ電圧のレベルも高くなるので、スイッチングパワーデバイスの損傷を招くきっかけとなりかねない。 Further, as the current ripple at the inverter output increases, the level of surge voltage accompanying switching of the switching power device also increases, which may cause damage to the switching power device.
なお、サージ電圧の抑制用に、コンデンサを有するスナバ回路をインバータ装置の筐体内に配設する場合がある。しかし、スナバ回路のコンデンサはインバータ入力の平滑用には容量不足であり、外付けの平滑コンデンサを無用化するには至らない。 In some cases, a snubber circuit having a capacitor is provided in the casing of the inverter device for suppressing the surge voltage. However, the capacitor of the snubber circuit is insufficient in capacity for smoothing the inverter input, and an external smoothing capacitor cannot be made useless.
また、スナバ回路との併用により外付けの平滑コンデンサの容量(体積)を小さくすることも考えられる。しかし、実際には、回路上平滑コンデンサよりもスイッチングパワーデバイスに近いスナバ回路のコンデンサが、容量不足であるにも拘わらず平滑コンデンサよりも主導的にインバータ入力の平滑化に関与しようとする結果、平滑コンデンサによるインバータ入力の平滑化の効率が下がってしまう。そのため、スナバ回路と併用しても、思惑どおりに平滑コンデンサの容量(体積)を小さくできることにはつながらない。 It is also conceivable to reduce the capacity (volume) of the external smoothing capacitor by using it together with the snubber circuit. However, in reality, the capacitor of the snubber circuit that is closer to the switching power device than the smoothing capacitor on the circuit is the result of trying to participate in the smoothing of the inverter input more dominantly than the smoothing capacitor, despite the lack of capacity. The smoothing efficiency of the inverter input by the smoothing capacitor is lowered. For this reason, even if it is used in combination with a snubber circuit, the capacity (volume) of the smoothing capacitor cannot be reduced as expected.
したがって、抵抗、リアクタンス(コイル、コンデンサ)、ダイオード等で構成されるスナバ回路を用いたところで、インバータ入力の平滑化を省スペースで効率的に行えるようになるわけではなく、単に、部品点数の増加をもたらすだけに終わりかねない。むしろ、スナバ回路のコンデンサを容量不足にも拘わらずインバータ入力の平滑化に関与させることで、スナバ回路の異常発熱を招くきっかけを作ることにもなりかねないので、スナバ回路のコンデンサにインバータ入力の平滑化機能を求めることは、理想的な考え方とは言い難い。 Therefore, when a snubber circuit composed of resistors, reactances (coils, capacitors), diodes, etc. is used, smoothing of the inverter input does not become space-saving and efficient, it simply increases the number of parts. It may end just to bring Rather, the snubber circuit capacitor may cause an abnormal heat generation of the snubber circuit by participating in the smoothing of the inverter input despite the insufficient capacity. Finding a smoothing function is not an ideal idea.
本発明は、前記実情に鑑み、インバータ装置が、従来から使用されているような電気的環境(条件)とは異なる環境で使用されることが見込まれることに着目してなされたものであり、本発明の目的は、インバータ入力の高効率での平滑化と装置の小型化とを両立させることのできるインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造を提供することにある。 In view of the above circumstances, the present invention has been made paying attention to the fact that the inverter device is expected to be used in an environment different from the electrical environment (conditions) that has been conventionally used, An object of the present invention is to provide a smoothing capacitor arrangement structure of an inverter device that can achieve both smoothing of inverter input with high efficiency and miniaturization of the device.
上記目的を達成するために、請求項1に記載した本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造は、直流入力をスイッチングパワーデバイスにより交流出力に変換するインバータ装置における、インバータ入力を平滑化するための平滑コンデンサの配置構造であって、前記スイッチングパワーデバイスが収納された防湿又は放熱用の筐体の内部に前記平滑コンデンサが収納されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device according to the present invention described in claim 1 is for smoothing an inverter input in an inverter device that converts a DC input into an AC output by a switching power device. A smoothing capacitor arrangement structure is characterized in that the smoothing capacitor is housed in a moisture-proof or heat radiating housing in which the switching power device is housed.
請求項1に記載した本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造によれば、平滑コンデンサがその配線の接続先であるスイッチングパワーデバイスと同じ筐体の内部に配設される。このため、平滑コンデンサとスイッチングパワーデバイスとの配線距離が、従来のように平滑コンデンサをインバータ装置の筐体に外付けした場合よりも短くなることになる。 According to the smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device of the present invention described in claim 1, the smoothing capacitor is disposed in the same casing as the switching power device to which the wiring is connected. For this reason, the wiring distance between the smoothing capacitor and the switching power device is shorter than when the smoothing capacitor is externally attached to the casing of the inverter device as in the conventional case.
よって、平滑コンデンサに関する配線インピーダンスが小さくなり、スイッチングパワーデバイスが高速でスイッチングを行っても平滑コンデンサに対する電荷の出し入れが阻害されなくなり、平滑コンデンサを効率良く利用できるようになる。よって、従来の筐体に外付けした平滑コンデンサに比べて容量(体積)を小さくしても、インバータ入力の平滑化を十分に行えるようになる。 Therefore, the wiring impedance relating to the smoothing capacitor is reduced, and even if the switching power device performs switching at a high speed, the charging / discharging of the smoothing capacitor is not hindered, and the smoothing capacitor can be used efficiently. Therefore, the inverter input can be sufficiently smoothed even if the capacitance (volume) is made smaller than that of the smoothing capacitor externally attached to the conventional casing.
これにより、インバータ入力を高い効率で平滑化しつつ、平滑コンデンサの容量(体積)減による筐体内蔵化の実現によりインバータ装置の小型化を実現することができる。 As a result, it is possible to reduce the size of the inverter device by smoothing the inverter input with high efficiency and realizing the built-in housing by reducing the capacity (volume) of the smoothing capacitor.
請求項2に記載した本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造は、直流入力をスイッチングパワーデバイスにより交流出力に変換するインバータ装置における、インバータ入力を平滑化するための平滑コンデンサの配置構造であって、前記スイッチングパワーデバイスが実装された基板に前記平滑コンデンサが実装されていることを特徴とする。 The smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device of the present invention described in claim 2 is a smoothing capacitor arrangement structure for smoothing the inverter input in the inverter device that converts the DC input into the AC output by the switching power device. The smoothing capacitor is mounted on a substrate on which the switching power device is mounted.
請求項2に記載した本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造によれば、平滑コンデンサがその配線の接続先であるスイッチングパワーデバイスと同じ基板に実装される。このため、平滑コンデンサとスイッチングパワーデバイスとの配線距離が、従来のように平滑コンデンサをインバータ装置の筐体に外付けした場合よりも短くなることになる。 According to the smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device of the present invention described in claim 2, the smoothing capacitor is mounted on the same substrate as the switching power device to which the wiring is connected. For this reason, the wiring distance between the smoothing capacitor and the switching power device is shorter than when the smoothing capacitor is externally attached to the casing of the inverter device as in the conventional case.
よって、平滑コンデンサに関する配線インピーダンスが小さくなり、スイッチングパワーデバイスが高速でスイッチングを行っても平滑コンデンサに対する電荷の出し入れが阻害されなくなり、平滑コンデンサを効率良く利用できるようになる。よって、従来の筐体に外付けした平滑コンデンサに比べて容量(体積)を小さくしても、インバータ入力の平滑化を十分に行えるようになる。 Therefore, the wiring impedance relating to the smoothing capacitor is reduced, and even if the switching power device performs switching at a high speed, the charging / discharging of the smoothing capacitor is not hindered, and the smoothing capacitor can be used efficiently. Therefore, the inverter input can be sufficiently smoothed even if the capacitance (volume) is made smaller than that of the smoothing capacitor externally attached to the conventional casing.
これにより、インバータ入力を高い効率で平滑化しつつ、平滑コンデンサの容量(体積)減による筐体内蔵化の実現によりインバータ装置の小型化を実現することができる。 As a result, it is possible to reduce the size of the inverter device by smoothing the inverter input with high efficiency and realizing the built-in housing by reducing the capacity (volume) of the smoothing capacitor.
請求項3に記載した本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造は、直流入力をスイッチングパワーデバイスにより交流出力に変換するインバータ装置における、インバータ入力を平滑化するための平滑コンデンサの配置構造であって、前記スイッチングパワーデバイスと前記平滑コンデンサとを電気的に接続する配線の長さLが、
L<50cm
である、
ことを特徴とする。
The smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device of the present invention described in
L <50cm
Is,
It is characterized by that.
請求項3に記載した本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造によれば、スイッチングパワーデバイスと平滑コンデンサとを電気的に接続する配線の長さLが50cm以内であるということは、平滑コンデンサを、スイッチングパワーデバイスと同じ筐体に内蔵するか、あるいは、スイッチングパワーデバイスと同じ基板や極めて近接して配置された別の基板に実装する必要性が高くなる。このため、平滑コンデンサとスイッチングパワーデバイスとの配線距離が、従来のように平滑コンデンサをインバータ装置の筐体に外付けした場合よりも短くなることになる。
According to the smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device of the present invention described in
よって、平滑コンデンサに関する配線インピーダンスが小さくなり、スイッチングパワーデバイスが高速でスイッチングを行っても平滑コンデンサに対する電荷の出し入れが阻害されなくなり、平滑コンデンサを効率良く利用できるようになる。よって、従来の筐体に外付けした平滑コンデンサに比べて容量(体積)を小さくしても、インバータ入力の平滑化を十分に行えるようになる。 Therefore, the wiring impedance relating to the smoothing capacitor is reduced, and even if the switching power device performs switching at a high speed, the charging / discharging of the smoothing capacitor is not hindered, and the smoothing capacitor can be used efficiently. Therefore, the inverter input can be sufficiently smoothed even if the capacitance (volume) is made smaller than that of the smoothing capacitor externally attached to the conventional casing.
これにより、インバータ入力を高い効率で平滑化しつつ、平滑コンデンサの容量(体積)減による筐体内蔵化の実現によりインバータ装置の小型化を実現することができる。 As a result, it is possible to reduce the size of the inverter device by smoothing the inverter input with high efficiency and realizing the built-in housing by reducing the capacity (volume) of the smoothing capacitor.
請求項4に記載した本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造は、前記インバータ装置は、前記直流入力を100ボルト以下とし、かつ、前記交流出力をピーク値30アンペア以上とする低電圧大電流仕様のものであることを特徴とする。 The smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device of the present invention described in claim 4 is a low-voltage, high-current specification in which the inverter device has the DC input of 100 volts or less and the AC output has a peak value of 30 amperes or more. It is characterized by that.
請求項4に記載した本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造によれば、インバータ装置の直流入力が100ボルト以下の低電圧であることから、インバータ入力の電圧変動は高電圧の場合よりも小さいボリュームとなる。したがって、本発明のインバータ装置の平滑コンデンサには、インバータ装置の筐体に外付けした従来の平滑コンデンサほどの容量(体積)は要求されない。 According to the smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device of the present invention described in claim 4, since the DC input of the inverter device is a low voltage of 100 volts or less, the voltage fluctuation of the inverter input is smaller than that in the case of the high voltage. Volume. Therefore, the smoothing capacitor of the inverter device of the present invention is not required to have the capacity (volume) as that of the conventional smoothing capacitor externally attached to the casing of the inverter device.
このため、スイッチングパワーデバイスと同じ筐体への平滑コンデンサの内蔵や、スイッチングパワーデバイスと同じ基板への平滑コンデンサの実装、スイッチングパワーデバイスに対する電気的接続用の配線の長さLを50cmの範囲に収めることは、支障なく実現可能である。 For this reason, the smoothing capacitor is built in the same housing as the switching power device, the smoothing capacitor is mounted on the same substrate as the switching power device, and the length L of the wiring for electrical connection to the switching power device is in the range of 50 cm. It can be realized without hindrance.
それでいて、インバータ装置の交流出力がピーク値で30アンペア以上の大電流となると、インバータ入力の電圧変動によるインバータ出力の電流リップルは低電流の場合よりも大きいボリュームとなる。したがって、インバータ入力の平滑化は、負荷における損失や発熱の低減に大きく寄与することになり、また、スイッチングパワーデバイスのスイッチングに伴うサージ電圧のレベルを抑えることにも大きく寄与することになる。 Nevertheless, when the AC output of the inverter device becomes a large current of 30 amperes or more at the peak value, the current ripple of the inverter output due to the voltage fluctuation of the inverter input becomes larger than that in the case of the low current. Therefore, the smoothing of the inverter input greatly contributes to the reduction of the loss and heat generation in the load, and also greatly contributes to the suppression of the surge voltage level accompanying the switching of the switching power device.
これにより、インバータ入力の高効率での平滑化と、平滑コンデンサの容量(体積)減による筐体内蔵化の実現によるインバータ装置の小型化とを、より顕著な形で実現することができる。 As a result, smoothing of the inverter input with high efficiency and downsizing of the inverter device by realizing a built-in housing by reducing the capacity (volume) of the smoothing capacitor can be realized in a more remarkable form.
本発明に係るインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造によれば、インバータ入力を高い効率で平滑化しつつ、平滑コンデンサの容量(体積)減による筐体内蔵化の実現によりインバータ装置の小型化を実現することができる。 According to the smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device according to the present invention, the inverter device can be miniaturized by realizing the built-in housing by reducing the capacity (volume) of the smoothing capacitor while smoothing the inverter input with high efficiency. Can do.
以下、本発明に係る平滑コンデンサ配置構造を適用した本発明の一実施形態に係るインバータ装置について説明する。 Hereinafter, an inverter device according to an embodiment of the present invention to which the smoothing capacitor arrangement structure according to the present invention is applied will be described.
まず、本実施形態に係るインバータ装置を、図1に示すその等価回路図によって説明する。本実施形態のインバータ装置は、直流電源8からの直流入力を三相交流に変換した交流出力を、モータ等の負荷9に供給するもので、U,V,Wの各相用のインバータ1,3,5を有している。
First, an inverter device according to the present embodiment will be described with reference to an equivalent circuit diagram shown in FIG. The inverter device of the present embodiment supplies an AC output obtained by converting a DC input from a
そして、各相用のインバータ1,3,5は、スイッチングパワーデバイスとして、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor、以下、「IGBT」と略記する。)を用いている。なお、IGBTに代えて、MOSFET(金属酸化膜形電界効果トランジスタ=ユニポーラトランジスタ)や、バイポーラトランジスタ等をスイッチングパワーデバイスとして用いることもできる。
The
具体的には、インバータ1は、直列に接続したハイサイドとローサイドとの2つのIGBT1a,1bを有しており、他のインバータ3,5も、それぞれ、直列に接続したハイサイドとローサイドとの2つのIGBT3a,3b、5a,5bを有している。これら3つのインバータ1,3,5は並列に接続されており、さらに、平滑コンデンサ7を並列に接続することで、本実施形態のインバータ装置を構成している。平滑コンデンサ7には、フィルムコンデンサ、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ等を用いることができる。
Specifically, the inverter 1 has two
なお、各IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bのコレクタ−エミッタ間には、フライホイールダイオード1c,1d,3c,3d,5c,5dがそれぞれ設けられている。
Note that
また、図1中の直流電源8と各インバータ1,3,5のハイサイド側とを接続する経路上のインダクタンスL及び抵抗Rは、この経路上におけるリアクタンス成分を等価的に表したものである。
Further, the inductance L and the resistance R on the path connecting the
更に、本実施形態のインバータ装置は、直流電源8からの直流入力が100ボルト以下、負荷9への交流出力が30アンペア(ピーク値)以上という、低電圧大電流の環境下で使用される。
Furthermore, the inverter device of the present embodiment is used in a low voltage and large current environment where the DC input from the
次に、上述のような回路構成による本実施形態のインバータ装置の構造について、図2の説明図を参照して説明する。 Next, the structure of the inverter device of the present embodiment having the above-described circuit configuration will be described with reference to the explanatory diagram of FIG.
図2中の引用符号13は、図1を参照して説明したインバータ1,3,5の各IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bをモジュール化したスイッチングパワーモジュールであり、主回路基板11上に実装されている。この主回路基板11が、請求項中の「スイッチングパワーデバイスが実装された基板」に相当する。そして、主回路基板11には、スイッチングパワーモジュール13と隣接して平滑コンデンサ7が実装されている。
上述したようにスイッチングパワーモジュール13と平滑コンデンサ7とが隣接して実装された主回路基板11は、筐体15の内部に収容される。筐体15は、スイッチングパワーモジュール13や平滑コンデンサ7で発生する熱を外部に放出しやすいように、熱伝導性に優れたアルミニウムや銅、ステンレス等の材料によって構成される。また、主回路基板11やスイッチングパワーモジュール13、平滑コンデンサ7の防湿のため、筐体15の表面がゴムゲル等によってコーティングされるか、あるいは、筐体15の内部にゴムゲル等が充填される場合もある。
As described above, the
このような構成により筐体15に収容された本実施形態のインバータ装置では、平滑コンデンサ7とスイッチングパワーモジュール13とが主回路基板11上の配線パターン(図示せず)によって電気的に接続される。したがって、筐体の外部に平滑コンデンサを外付けして筐体の内部のスイッチングパワーモジュールと電気的に接続していた従来のインバータ装置に比べて、平滑コンデンサ7とスイッチングパワーモジュール13との配線距離が格段に短くなる。
In the inverter device of the present embodiment housed in the
即ち、例えば図6や図7の説明図に示すように、スイッチングパワーモジュール(図示せず)のみを実装した主回路基板(図示せず)を内部に収容した筐体15の上部や側部に、外付けで平滑コンデンサ7Aを配置すると、不図示のスイッチングパワーモジュールと平滑コンデンサ7Aとを、筐体15の内外に跨って配線17で電気的に接続する必要がある。
That is, for example, as shown in FIG. 6 and FIG. When the smoothing
また、図8の説明図に示すように、主回路基板11上にスイッチングパワーモジュール13と共に、抵抗、リアクタンス(コイル、コンデンサ)、ダイオード等(いずれも図示せず)で構成されるスナバ回路19を実装する場合は、スナバ回路19中の不図示のコンデンサの分だけ、外付けの平滑コンデンサ7Aの容量(体積)は若干小さくなる。しかし、スイッチングパワーモジュールと平滑コンデンサ7Aとを、筐体15の内外に跨って配線17で電気的に接続する必要があることに変わりはない。
Further, as shown in the explanatory diagram of FIG. 8, a
このように平滑コンデンサ7Aを筐体15に外付けする図6〜図8のインバータ装置と、図2に示す本実施形態のインバータ装置とを比べると、平滑コンデンサとスイッチングパワーモジュールとの配線距離の違いは歴然である。
When the inverter device of FIGS. 6 to 8 that externally attaches the smoothing
そして、図6〜図8のインバータ装置のように、平滑コンデンサ7Aを筐体15に外付けするために、図2に示す本実施形態のインバータ装置と比べて平滑コンデンサ7Aとスイッチングパワーモジュールとの配線距離が格段に長くなるインバータ装置の等価回路は、図9の回路図に示すようになる。
6 to 8, in order to externally attach the smoothing
なお、図6〜図9中、図1及び図2に示す要素や部分と同じ要素や部分には、図1及び図2で付したものと同一の引用符号を付して、重複する説明を省略する。 6 to 9, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 and 2 are attached to the same elements and parts as those shown in FIGS. Omitted.
即ち、図6〜図8のインバータ装置では、平滑コンデンサ7Aとスイッチングパワーモジュールとの配線距離が長いことに起因して、配線17の接続点の経路上に、直流電源8と各インバータ1,3,5のハイサイド側とを接続する経路上のリアクタンス成分(インダクタンスL及び抵抗R)とは別のリアクタンス成分(インダクタンスL1及び抵抗R1)が、無視できない大きさで発生する。
That is, in the inverter devices of FIGS. 6 to 8, the
これにより、図6〜図8のような、平滑コンデンサ7Aを筐体15に外付けしたインバータ装置では、平滑コンデンサ7Aとスイッチングパワーモジュールとの配線部分における配線インピーダンスが、本実施形態のインバータ装置に比べて格段に大きくなる。そのため、平滑コンデンサ7Aに対する電荷の出し入れが大きく阻害されるようになる。
Thereby, in the inverter device with the smoothing
特に、図9に示す各インバータ1,3,5のIGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bが高速でスイッチングを行うと、そのスイッチング周波数に応じて、配線17のリアクタンス成分中のインダクタンス成分が非常に高くなる。このため、配線17のインピーダンスが非常に高くなって平滑コンデンサ7Aに対する電荷の出し入れが阻害される度合いは、より顕著となる。
In particular, when the
したがって、図6〜図8のような、平滑コンデンサ7Aを筐体15に外付けしたインバータ装置では、平滑コンデンサ7Aの容量をフル活用できなくなり、その分、平滑コンデンサ7Aの容量(体積)を大きくしなければならないという悪循環が生じ、インバータ装置の大型化を免れなくなってしまう。
Therefore, in the inverter device in which the smoothing
また、平滑コンデンサ7Aが平滑化に十分役割を果たせなくなると、IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bのスイッチングに伴う電圧変動により現れる、図10のグラフに示すような、電流リップルの大きいインバータ入力を、直流電源8が殆ど供給しなければならなくなる。これにより、直流電源8を流れる電流のリップル幅が大きくなり、直流電源8の負担が大きくなって寿命を短くしてしまう。
Further, when the smoothing
しかも、インバータ入力の電流リップルが大きくなると、図11のグラフに示すように、インバータ出力にも大きい電流リップルが生じて、インバータ装置の交流出力が供給される負荷9における損失が増大するという悪影響が生じる。
Moreover, when the current ripple at the inverter input increases, as shown in the graph of FIG. 11, a large current ripple is also generated at the inverter output, and the loss at the
また、インバータ出力における電流リップルの増大に応じて、図12のグラフに示すように、IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bのスイッチングに伴うサージ電圧のレベルも高くなるので、IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bの損傷を招くきっかけとなりかねない。図9に示す各インバータ1,3,5のIGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bに代えてMOSFET(ユニポーラトランジスタ)をスイッチングパワーデバイスとして用いる場合は、そのスイッチングに伴いドレイン−ソース間に現れるサージ電圧のレベルが、図12のグラフに示すように、インバータ出力における電流リップルの増大に応じて高くなる。
As the current ripple at the inverter output increases, as shown in the graph of FIG. 12, the level of surge voltage associated with switching of the
これに対して、図2に示す本実施形態のインバータ装置のように、主回路基板11上にスイッチングパワーモジュール13と共に平滑コンデンサ7を実装して筐体15に内蔵させる構成とすれば、平滑コンデンサ7とスイッチングパワーモジュール13との配線距離は、図6〜図8のインバータ装置の配線17と比べて格段に短くなる。
On the other hand, if the smoothing
このため、図1の等価回路図に示すように、平滑コンデンサ7とスイッチングパワーモジュール13とを接続する配線の経路上に、直流電源8と各インバータ1,3,5のハイサイド側とを接続する経路上のリアクタンス成分(インダクタンスL及び抵抗R)のようなリアクタンス成分は、全く、又は、殆ど無視できる大きさでしか発生しない。そのため、平滑コンデンサ7に対する電荷の出し入れが大きく阻害されることはない。
Therefore, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 1, the
特に、各インバータ1,3,5のIGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bが高速でスイッチングを行っても、それらと平滑コンデンサ7とを電気的に接続する配線のインピーダンスが極めて小さいことから、その配線のインダクタンス成分の上昇は僅かなものとなる。したがって、平滑コンデンサ7に対する電荷の出し入れが阻害されることはない。
In particular, even if the
よって、平滑コンデンサ7の容量を効率良くフル活用できるようになり、図6〜図8のような、筐体15に外付けした平滑コンデンサ7Aに比べて平滑コンデンサ7の容量(体積)を小さくしても、インバータ入力の平滑化を十分に行えるようになる。
Therefore, the capacity of the smoothing
これにより、平滑コンデンサ7をスイッチングパワーモジュール13と共に主回路基板11上に実装して筐体15に内蔵できるようにして、インバータ入力を高い効率で平滑化しつつ、平滑コンデンサ7の筐体1への内蔵化の実現によりインバータ装置の小型化を実現することができる。
As a result, the smoothing
また、平滑コンデンサ7が平滑化に十分役割を果たせるようになると、IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bのスイッチングに伴う電圧変動により現れるインバータ入力の電流リップルが、図3のグラフに示すように小さくなるので、直流電源8は、電流リップルの殆ど無い安定した直流入力を供給すれば済むようになる。これにより、直流電源8を流れる電流のリップル幅を抑制して直流電源8の負担を減らし、直流電源8の長寿命化を図ることができる。
Further, when the smoothing
しかも、インバータ入力の電流リップルが小さくなると、図4のグラフに示すように、インバータ出力にも生じる電流リップルも小さくなる(あるいは無くなる)ので、インバータの交流出力が供給される負荷9における損失を抑制する(あるいは無くす)ことができる。
In addition, when the current ripple at the inverter input decreases, the current ripple generated at the inverter output also decreases (or disappears) as shown in the graph of FIG. 4, thereby suppressing loss in the
また、インバータ出力における電流リップルの抑制に応じて、図5のグラフに示すように、IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bのスイッチングに伴うサージ電圧のレベルも低くなるので、IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bがサージ電圧による損傷を受けにくくし、IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bの信頼性を向上させることができる。図1のIGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bに代えてMOSFET(ユニポーラトランジスタ)をスイッチングパワーデバイスとして用いる場合は、そのスイッチングに伴いドレイン−ソース間に現れるサージ電圧のレベルが、図5のグラフに示すように低くなる。
Further, as shown in the graph of FIG. 5, the surge voltage level associated with the switching of the
なお、本実施形態では、スイッチングパワーモジュール13と平滑コンデンサ7とが主回路基板11ごと筐体15に収容される場合の構成について説明したが、筐体15の無いインバータ装置にも本発明は適用可能である。
In the present embodiment, the configuration in which the
また、筐体15に平滑コンデンサ7を内蔵する構成の場合、本実施形態のように平滑コンデンサ7がスイッチングパワーモジュール13と同じ主回路基板11に実装されておらず、筐体15に収容した他の基板に平滑コンデンサ7が実装される場合でも、本発明は適用可能である。
Further, in the case where the smoothing
そして、本実施形態及び上述したその各変形例を通じて、平滑コンデンサ7とスイッチングパワーモジュール13との配線長さLは、L<50cmであるものとする。
The wiring length L between the smoothing
平滑コンデンサ7とスイッチングパワーモジュール13との配線長さLを上記のような寸法とすることで、筐体15を有するインバータ装置の場合は、事実上、その筐体15に平滑コンデンサ7を内蔵する構成となる。また、筐体15を有しないインバータ装置の場合は、事実上、スイッチングパワーモジュール13と同じ主回路基板11か、スイッチングパワーモジュール13と近接して配置した他の基板に平滑コンデンサ7を実装する構成となる。
By setting the wiring length L between the smoothing
これにより、平滑コンデンサ7とスイッチングパワーモジュール13との配線距離が、その配線に関する配線インピーダンスが無視できる程度となる長さに収まるようになる。よって、平滑コンデンサ7に対する電荷の出し入れが大きく阻害されることがないようにして、平滑コンデンサ7の容量を効率良くフル活用できるようにすることができる。
As a result, the wiring distance between the smoothing
よって、平滑コンデンサ7の容量(体積)を、筐体15への内蔵を可能とする大きさまで小さくしても、その容量の小さい平滑コンデンサ7でインバータ入力の平滑化を十分に行えるようにして、インバータ入力を高い効率で平滑化しつつ、平滑コンデンサ7の容量(体積)減による筐体15への内蔵化の実現によりインバータ装置の小型化を実現することができる。
Therefore, even if the capacity (volume) of the smoothing
しかも、本実施形態及び上述したその各変形例のインバータ装置によれば、直流電源8からの直流入力が100ボルト以下の低電圧であることから、インバータ入力の電圧変動は高電圧の場合よりも小さいボリュームとなる。したがって、平滑コンデンサ7には、筐体15に外付けした図6〜図8の平滑コンデンサ7ほどの容量(体積)は要求されない。
Moreover, according to the inverter device of this embodiment and each of the modifications described above, since the DC input from the
このため、平滑コンデンサ7を筐体15に内蔵できる大きさとすることや、平滑コンデンサ7をスイッチングパワーモジュール13と同じ主回路基板11に実装できる大きさとすること、あるいは、平滑コンデンサ7とスイッチングパワーモジュール13との配線長さLを50cmの範囲に収めることは、支障なく実現可能である。
For this reason, the size of the smoothing
それでいて、インバータ装置の負荷9に対する交流出力がピーク値で30アンペア以上の大電流となると、インバータ入力の電圧変動によるインバータ出力の電流リップルは、低電流の場合よりも大きいボリュームとなる。したがって、インバータ入力の平滑化は、負荷9における損失や発熱の低減に大きく寄与することになり、また、IGBT1a,1b,3a,3b,5a,5bのスイッチングに伴うサージ電圧のレベルを抑えることにも大きく寄与することになる。
Nevertheless, when the AC output to the
これにより、インバータ入力の高効率での平滑化と、容量(体積)減による平滑コンデンサ7の筐体15に対する内蔵化の実現によるインバータ装置の小型化とを、より顕著な形で実現することができる。
As a result, smoothing of the inverter input with high efficiency and downsizing of the inverter device by realizing incorporation of the smoothing
1,3,5 インバータ
1a,1b,3a,3b,5a,5b IGBT(スイッチングパワーデバイス)
7,7A 平滑コンデンサ
8 直流電源
9 負荷
11 主回路基板
13 スイッチングパワーモジュール
15 筐体
17 配線
1, 3, 5
7,
Claims (4)
前記スイッチングパワーデバイスが収納された防湿又は放熱用の筐体の内部に前記平滑コンデンサが収納されている、
ことを特徴とするインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造。 A smoothing capacitor arrangement structure for smoothing an inverter input in an inverter device that converts a DC input into an AC output by a switching power device,
The smoothing capacitor is housed in a moisture-proof or heat radiating housing in which the switching power device is housed.
A smoothing capacitor arrangement structure for an inverter device.
前記スイッチングパワーデバイスが実装された基板に前記平滑コンデンサが実装されている、
ことを特徴とするインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造。 A smoothing capacitor arrangement structure for smoothing an inverter input in an inverter device that converts a DC input into an AC output by a switching power device,
The smoothing capacitor is mounted on a substrate on which the switching power device is mounted.
A smoothing capacitor arrangement structure for an inverter device.
前記スイッチングパワーデバイスと前記平滑コンデンサとを電気的に接続する配線の長さLが、
L<50cm
である、
ことを特徴とするインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造。 A smoothing capacitor arrangement structure for smoothing an inverter input in an inverter device that converts a DC input into an AC output by a switching power device,
The length L of the wiring that electrically connects the switching power device and the smoothing capacitor is:
L <50cm
Is,
A smoothing capacitor arrangement structure for an inverter device.
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