JP2013066316A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置1は、複数の半導体モジュール2と、冷却器3と、制御回路基板4と、平滑コンデンサ5と、放電抵抗6とを備える。制御回路基板4は、半導体モジュール2の制御端子21に接続されている。放電抵抗5は、平滑コンデンサ5に並列接続され、制御回路基板4に取り付けられている。制御回路基板4は、タイミング制御部41と、ドライブ回路部42と、電源回路部40とを備える。タイミング制御部41および電源回路部40の少なくとも一方と、放電抵抗6との間にドライブ回路部42が配置されている。
【選択図】図1
Description
放電抵抗96は、制御回路基板93に配置されている。このように、放電抵抗96を制御回路基板93に配置することにより、収納ケース97に放電抵抗96を固定するスペースを無くし、電力変換装置9の小型化を図っている。
上記半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュールに加わる直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
上記半導体モジュールのオンオフ動作を制御する制御回路基板と、
上記制御回路基板に配置され、上記平滑コンデンサに並列接続される放電抵抗とを備え、
上記制御回路基板は、上記半導体モジュールのオンオフ動作のタイミングを制御するタイミング制御部と、上記制御端子が接続され、該制御端子に印加する電圧を制御するドライブ回路部と、上記制御回路基板に入力された入力電圧を変圧し上記タイミング制御部用の動作電圧および上記ドライブ回路部用の動作電圧を発生する電源回路部とを備え、
上記タイミング制御部および上記電源回路部の少なくとも一方と、上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
この場合には、タイミング制御部とドライブ回路部を両方とも、放電抵抗の熱から保護することができる。そのため、制御回路基板がより誤動作しにくくなり、故障しにくくなる。
この場合には、タイミング制御部に含まれるマイコンを放電抵抗の熱から保護することができる。マイコンは熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板の誤動作等をより防止しやすくなる。
この場合には、電源回路部に含まれる電解コンデンサを放電抵抗の熱から保護することができる。電解コンデンサは熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板の誤動作等をより防止しやすくなる。
この場合には、放電抵抗を冷却器に近づけることができる。そのため、放電抵抗を冷却しやすくなり、放電抵抗から発生した抵抗熱が制御回路基板に与える影響をより小さくすることができる。
この場合には、上記板厚方向における、放電抵抗と冷却器との間の距離を短くすることができる。そのため、放電抵抗を冷却しやすくなり、放電抵抗から発生した抵抗熱が制御回路基板に与える影響をより小さくすることができる。
この場合には、放電抵抗を効果的に冷却することが可能になる。すなわち、上記冷媒は、導入パイプを通って冷却器内に導入され、半導体モジュールと熱交換を行って温度が上昇した後、導出パイプを通って冷却器外へ導出される。そのため、冷媒の温度は導入パイプにおいて最も低くなり、導出パイプにおいて最も高くなる。したがって、上記板厚方向から見た場合に、放電抵抗の少なくとも一部が導入パイプと重なるように構成すれば、冷媒の温度が最も低い部分(導入パイプ)に放電抵抗を接近配置することができ、放電抵抗を効果的に冷却することが可能になる。
この場合には、制御回路基板を、半導体モジュールと冷却器(冷媒流路)との両方に接近させることができる。これによって、制御回路基板を半導体モジュールの制御端子に容易に接続することを可能としつつ、制御回路基板に取り付けた放電抵抗を冷却器に近づけて、放電抵抗をより効果的に冷却することを可能にすることができる。
上記端部冷媒流路は、積層方向における一方の面のみが半導体モジュールに接しているため、両面が半導体モジュールに接している冷媒流路と比べて、半導体モジュールによる熱の影響を受けにくく、冷媒の温度が上昇しにくい。そのため、この端部冷媒流路に近い位置に放電抵抗を配置することにより、放電抵抗をより効果的に冷却することが可能になる。
上記電力変換装置に係る実施例について、図1〜図10を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1〜図4に示すごとく、複数の半導体モジュール2と、冷却器3と、平滑コンデンサ5と、制御回路基板4と、放電抵抗6とを備える。半導体モジュール2は、半導体素子を内蔵した本体部20を有する。本体部20から制御端子21およびパワー端子22がそれぞれ突出している。
冷却器3は、半導体モジュール2を冷却する。
平滑コンデンサ5は、半導体モジュール2に加わる直流電圧を平滑化する。
制御回路基板4は、半導体モジュール2のオンオフ動作を制御する。
放電抵抗6は、制御回路基板4に配置され、平滑コンデンサ5に並列接続されている。
そして、タイミング制御部41および電源回路部40の少なくとも一方と、放電抵抗6との間にドライブ回路部42が配置されている。
また、複数の冷却管31のうち、X方向の一端に位置する冷却管31aには、積層体10に冷媒13を導入するための導入パイプ11と、冷媒13を導出するための導出パイプ12とが接続されている。導入パイプ11は、冷却管31aの、Y方向における一端に接続している。また、導出パイプ12は、冷却管31aの、Y方向における他端に接続している。全ての上記第1連結管18aと導入パイプ11とは、X方向に重なっている。また、全ての上記第2連結管18bと導出パイプ12とは、X方向に重なっている。導入パイプ11から冷媒13を導入すると、冷媒13は連結管18を通って全ての冷却管31内を流れ、導出パイプ12から導出される。これにより、半導体モジュール2を冷却するようになっている。
正極端子22aには正極バスバー16aが接続し、負極端子22bには負極バスバー16bが接続している。また、交流負荷22cには交流バスバー16cが接続している。
また、平滑コンデンサ5は、ワイヤ55によって、放電抵抗6に電気的に接続されている。
このようにすると、制御回路基板4に形成されているタイミング制御部41または電源回路部40を、放電抵抗6の熱から保護することができる。すなわち、ドライブ回路部42は、冷却器3によって冷却された半導体モジュール2の制御端子21に接続しているため、比較的温度が下がりやすいのに対し、タイミング制御部41および電源回路部40は制御端子21に接続していないため、ドライブ回路部42よりも温度が上昇しやすい。そのため、タイミング制御部41および電源回路部40の少なくとも一方と、放電抵抗6との間にドライブ回路部42を配置することにより、タイミング制御部41または電源回路部40を、ドライブ回路部42によって放電抵抗6の熱から保護することが可能になる。これにより、タイミング制御部41や電源回路部40が熱によって誤動作したり、故障したりする不具合を防止できる。
このようにすると、タイミング制御部41とドライブ回路部42を両方とも、放電抵抗6の熱から保護することができる。そのため、制御回路基板4がより誤動作しにくくなり、故障しにくくなる。
このようにすると、タイミング制御部41に含まれるマイコン43を放電抵抗6の熱から保護することができる。マイコン43は熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板4の誤動作等をより防止しやすくなる。
このようにすると、電源回路部40に含まれる電解コンデンサ44を放電抵抗6の熱から保護することができる。電解コンデンサ44は熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板4の誤動作等をより防止しやすくなる。
このようにすると、放電抵抗6を冷却器3(冷媒流路30)に近づけることができる。そのため、放電抵抗6を冷却しやすくなり、放電抵抗6から発生した抵抗熱が制御回路基板4に与える影響を小さくすることができる。
このようにすると、Z方向における、放電抵抗6と冷却器3との間の距離を最も短くすることができる。そのため、放電抵抗6を冷却しやすくなり、放電抵抗6から発生した抵抗熱が制御回路基板4に与える影響をより小さくすることができる。
このようにすると、放電抵抗6を効果的に冷却することが可能になる。すなわち、冷媒13は、導入パイプ11を通って冷却器3内に導入され、半導体モジュール2と熱交換を行って温度が上昇した後、導出パイプ12を通って冷却器3外へ導出される。そのため、冷媒13の温度は導入パイプ11において最も低くなり、導出パイプ12において最も高くなる。したがって、Z方向から見た場合に、放電抵抗6の少なくとも一部が導入パイプ11と重なるように構成すれば、冷媒13の温度が最も低い部分(導入パイプ11)に放電抵抗6を接近配置することができ、放電抵抗6を効果的に冷却することが可能になる。
例えば図11に示すごとく、積層体10を構成せず、冷却器3と半導体モジュール2と制御回路基板4とを、Z方向に重ねる構造にしてもよいが、この場合は、冷却器3と制御回路基板4との間に半導体モジュール2が介在するため、制御回路基板4を冷却器3に接近させにくくなる。そのため、制御回路基板4に取り付けた放電抵抗6を冷却器3に接近させにくくなり、放電抵抗6の冷却効果を充分に高めることができない場合がある。
しかしながら、本例のようにすれば、制御回路基板4と冷却器3との間に半導体モジュール2が介在しないため、制御回路基板4を冷却器3に接近させることができる。そのため、制御回路基板4に取り付けた放電抵抗6を冷却器3に接近でき、放電抵抗6の冷却効率を高めることが可能になる。
端部冷媒流路30aは、X方向における一方の面のみが半導体モジュール2に接しているため、両面が半導体モジュール2に接している冷媒流路30と比べて、半導体モジュール2による熱の影響を受けにくく、冷媒13の温度が上昇しにくい。そのため、この端部冷媒流路30aに近い位置に放電抵抗6を配置することにより、放電抵抗6をより効果的に冷却することが可能になる。
本例は、冷却器3の構成を変更した例である。図11、図12に示すごとく、本例の冷却器3は直方体を呈しており、その主面305に複数の半導体モジュール2を配置してある。半導体モジュール2の制御端子21の先端は、主面305の法線方向(Z方向)に折り曲げられている。そして、この制御端子21に制御回路基板4が接続している。Z方向における、制御回路基板4と冷却器3の間に、半導体モジュール2が位置している。制御回路基板4の両主面408,409のうち、冷却器3側の主面408には、放電抵抗6が取り付けられている。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
2 半導体モジュール
21 制御端子
22 パワー端子
3 冷却器
30 冷媒流路
4 制御回路基板
5 平滑コンデンサ
6 放電抵抗
Claims (9)
- 半導体素子を内蔵した本体部を有し、該本体部から制御端子およびパワー端子がそれぞれ突出した複数の半導体モジュールと、
上記半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュールに加わる直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
上記半導体モジュールのオンオフ動作を制御する制御回路基板と、
上記制御回路基板に配置され、上記平滑コンデンサに並列接続される放電抵抗とを備え、
上記制御回路基板は、上記半導体モジュールのオンオフ動作のタイミングを制御するタイミング制御部と、上記制御端子が接続され、該制御端子に印加する電圧を制御するドライブ回路部と、上記制御回路基板に入力された入力電圧を変圧し上記タイミング制御部用の動作電圧および上記ドライブ回路部用の動作電圧を発生する電源回路部とを備え、
上記タイミング制御部および上記電源回路部の少なくとも一方と、上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、タイミング制御部と上記放電抵抗との間および、上記電源回路部と上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1または請求項2に記載の電力変換装置において、上記タイミング制御部はマイコンを有し、該マイコンと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置において、上記電源回路部は電解コンデンサを有し、該電解コンデンサと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置において、上記放電抵抗は、上記制御回路基板の両主面のうち、上記冷却器に近い側の主面に取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項5に記載の電力変換装置において、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記冷却器と重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項5または請求項6に記載の電力変換装置において、上記冷却器は、上記半導体モジュールを冷却する冷媒を導入するための導入パイプと、上記冷媒を導出するための導出パイプとを備え、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記導入パイプと重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置において、上記複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体を有し、上記複数の冷媒流路によって上記冷却器が構成されており、上記制御回路基板は、上記積層体の積層方向と、上記冷媒流路の長手方向との双方に平行になるように配置されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項8に記載の電力変換装置において、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗は、上記複数の冷媒流路のうち、上記積層方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路と重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
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