JP2017112681A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線インダクタンスとコンデンサとの間で共振電流が流れ大きな損失が発生する問題がある。
【解決手段】図１に示す第１回路部１１０、第２回路部２１０をそれぞれ図２（Ｂ）に示す第１空間１０１、第２空間２０１内に配置する。第１回路部１１０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ５と第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６のブリッジ回路およびコンデンサＣ２を含み、ａ点を基準電位と考えることができる。このように、ＡＣ−ＤＣコンバータ５と第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６のトランスＴｒ１の一次側回路部とを第１空間１０１内に近接して配置する。更に、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６のトランスＴｒ１の二次側回路部と第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９のトランスＴｒ２の一次側回路部とを第２空間２０１内に近接して配置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は電力変換装置に関する。

近年、電気自動車やプラグインハイブリッド車などの電動車両が普及している。これらの車両には、車両の走行時にモータへ電力を供給するための高電圧蓄電池が搭載されている。この蓄電池を駐車時に商用の交流電源から充電するには、交流電源と蓄電池とを絶縁する機能を有し、変換効率の高い充電器が必要となる。特許文献１には、高効率を容易に実現できる共振形充電装置が開示されている。また、電動車両には走行中に高電圧蓄電池から低電圧の補機系の負荷へ電力を供給するために絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが搭載されている。通常は高電圧側から低電圧側への降圧動作を行うが、絶縁型ＤＣ-ＤＣコンバータに昇圧機能を持たせることで、低電圧側から高電圧蓄電池を充電できる絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが特許文献２に開示されている。

特開２０１２−８５３７８号公報 特開２００６−１８７１４７号公報

電動車両に搭載される充電器や絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに対しては、高効率化や高機能化と言った要求に加えて小型化の要求が非常に強く、これらのコンポーネントを一体化する手法が有効である。しかしながら、充電器や絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは高周波でスイッチングするため、入出力間には平滑用又は高周波電流成分を吸収するためのコンデンサが接続されている。このコンデンサの接続状態によっては配線インダクタンスとコンデンサとの間で共振電流が流れ大きな損失が発生する問題がある。また、コンポーネントの一体化によって異なる電位間の絶縁性を確保する必要がある。

本発明による電力変換装置は、交流電源電圧を第１の直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータと、第１のトランスと、前記第１のトランスの一次側に接続された一次側回路部と、前記第１のトランスの二次側に接続された二次側回路部とを有し、前記第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換し、第１の蓄電池を充電する第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータと、第２のトランスと、前記第２のトランスの一次側に接続された一次側回路部と、前記第２のトランスの二次側に接続された二次側回路部とを有し、前記第１の蓄電池と第２の蓄電池との間で電圧変換を行う第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＡＣ−ＤＣコンバータと前記第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記一次側回路部とが配置される第１空間を形成する第１空間用筐体と、前記第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記二次側回路部と前記第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記一次側回路部とが配置される第２空間を形成する第２空間用筐体と、を備えた。

本発明によれば、コンバータ間の共振現象を抑えるとともに絶縁性を確保し、高密度に実装した電力変換装置を提供することができる。

電力変換装置の回路構成図である。 （Ａ）（Ｂ）第１の実施形態の概要を示す斜視図及び断面図である。 第１の実施形態の具体例を示す斜視図である。 第１の実施形態の具体例を示す分解斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）第２の実施形態の概要を示す斜視図及び断面図である。 第２の実施形態の具体例を示す斜視図である。 第２の実施形態の具体例を示す分解斜視図である。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図４を参照して、電力変換装置の第１の実施形態を説明する。
図１は、電力変換装置の回路構成図である。電力変換装置は、交流電源１から端子４２１に交流電力を入力して、端子４２２、および端子４２３に直流電力を出力し、蓄電池２、および蓄電池３を充電する。さらに、電力変換装置は交流電源１が接続されない場合には、蓄電池２と蓄電池３との間で電力変換を行い、走行時においては蓄電池２から蓄電池３を充電する。ここで、蓄電池２はリチウムイオン電池等を複数接続して構成される高電圧バッテリ、蓄電池３は鉛電池等の低電圧バッテリであるが、蓄電池の種類、電圧レベル等は異なってもよい。また、交流電源１は商用電源であるが、発電装置であってもよい。

電力変換装置は、交流電源１の電圧を第１の直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ５と、第１の直流電圧を入力して絶縁された第２の直流電圧を出力する第１の絶縁型ＤＣ-ＤＣコンバータ６と、第２の直流電圧と蓄電池２との間で電圧変換を行う非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７から構成される充電器を備え、第１のＤＣフィルタ８を介して蓄電池２を充電する。また、交流電源１とＡＣ−ＤＣコンバータ５との間には入力フィルタ４を備える。さらに、電力変換装置は、蓄電池２と蓄電池３との間に設けられ、蓄電池２と蓄電池３との間で電力を変換する第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９を備える。第２の絶縁型ＤＣ-ＤＣコンバータ９と蓄電池３との間には第２のＤＣフィルタ１０を備える。

入力フィルタ４は、コモンモードコイルＬＦ１、インダクタＬ１１、Ｌ１２、ラインバイパスコンデンサＣ１１、１２を備えている。インダクタＬ１１、Ｌ１２は、端子４２１を介して交流電源１に接続される。ラインバイパスコンデンサＣ１１、１２は、ノイズ成分をＧＮＤへバイパスする。

ＡＣ−ＤＣコンバータ５は、ダイオードＤ１５〜Ｄ１８により構成された整流回路と、リアクトルＬ１とスイッチング素子Ｑ１１および昇圧ダイオードＤ３０により構成された昇圧チョッパ回路およびコンデンサＣ１を備える。交流電源１の電圧は整流回路によって全波整流され、昇圧チョッパ回路のスイッチング素子Ｑ１１をＯＮ/ＯＦＦスイッチング動作させることにより整流電圧を昇圧し、コンデンサＣ１によって平滑され第１の直流電圧として生成される。ＡＣ−ＤＣコンバータ５は、交流電源１から入力される電流波形を正弦波状に近づける力率改善制御を行いながら直流電圧を生成する。

第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する。変換された第２の直流電圧は第１の直流電圧とは絶縁されている。絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、および逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ４により構成されるフルブリッジ回路を備えている。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を直列接続した第１レグと、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を直列接続した第２レグを備え、各レグを並列に接続してブリッジ接続されている。更に、絶縁型ＤＣ-ＤＣコンバータ６は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の接続点に、共振インダクタＬｒ１と共振コンデンサＣｒ１とが直列接続された１次側巻線Ｎ１を有し、この１次側巻線Ｎ１と磁気結合する２次側巻線Ｎ２よりなるトランスＴｒ１を備えている。トランスＴｒ１の２次側巻線Ｎ２にはブリッジ接続されたダイオードＤ１１〜Ｄ１４により構成される整流回路が設けられている。ダイオードＤ１１、Ｄ１２の直列接続点とダイオードＤ１３、Ｄ１４の直列接続点との間を交流端子間として２次側巻線Ｎ２に接続している。

このような構成の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、いわゆるフルブリッジ型のＬＬＣ電流共振型コンバータと言われる。フルブリッジ回路ではスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ３の組を交互にＯＮ/ＯＦＦすることで、コンデンサＣ２の直流電圧から矩形波交流電圧を生成する。ここで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン・デューティは５０％を基本とし、Ｑ１とＱ４が同時に、Ｑ２とＱ３が同時にＯＮ/ＯＦＦする。生成した矩形波交流電圧はスイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３とＱ４の接続点の間に接続される共振コンデンサＣｒ１と共振インダクタＬｒ１と巻線Ｎ１との直列接続体の両端に印加される。共振コンデンサＣｒ１と共振インダクタＬｒ１の共振現象を利用し、巻線Ｎ１に共振電圧を印加する。巻線Ｎ１に印加された電圧によって、巻線Ｎ２に交流の誘導電圧が発生する。誘導電圧は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４をフルブリッジ接続した整流回路によって全波整流され、コンデンサＣ３によって平滑され第２の直流電圧を生成する。

絶縁型ＤＣ-ＤＣコンバータ６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周波数を変化させることで、出力電流または出力電圧を制御する。具体的には、スイッチング周波数を下げると、共振コンデンサＣｒ１と共振インダクタＬｒ１と巻線Ｎ１との直列接続体のインピーダンスが低下するため、共振電流、および出力電流が増加する。一方、スイッチング周波数を上げると、共振コンデンサＣｒ１と共振インダクタＬｒ１と巻線Ｎ１との直列接続体のインピーダンスが増加するため、共振電流、および出力電流が低下する。

なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６において、フルブリッジ回路は、フルブリッジ構成に限らず、共振コンデンサＣｒ１と共振インダクタＬｒ１と巻線Ｎ１の直列接続体に電圧を印加できる構成であればよい。また、整流回路は、整流ダイオードのフルブリッジ接続に限らず、巻線Ｎ２に誘導される交流電圧を整流して直流に変換し得る構成であればよい。さらに、巻線Ｎ１と直列に共振コンデンサＣｒ１、および共振インダクタＬｒ１を接続しているが、巻線Ｎ２と直列に共振コンデンサＣｒ１、および共振インダクタＬｒ１を接続してもよい。さらに、巻線Ｎ１と巻線Ｎ２それぞれに共振コンデンサＣｒ１、および共振インダクタＬｒ１を直列に接続してもよく、共振インダクタＬｒ１はトランスＴｒ１の漏れインダクタンス等を利用して省略してもよい。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されているが、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用するようにしてもよい。

非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、スイッチング素子Ｑ９、Ｑ１０、およびスイッチング素子Ｑ９、Ｑ１０のそれぞれに逆並列接続されるダイオードＤ９、Ｄ１０、チョークコイルＬ２、コンデンサＣ４、Ｃ５を備えた双方向チョッパ回路である。非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、スイッチング素子Ｑ９、ダイオードＤ１０、およびチョークコイルＬ２によって降圧チョッパ回路を構成し、スイッチング素子Ｑ９をＯＮ/ＯＦＦすることで、第２の直流電圧を降圧して蓄電池２を充電する。また、スイッチング素子Ｑ１０、ダイオードＤ９、およびチョークコイルＬ２によって構成される昇圧チョッパ回路は、スイッチング素子Ｑ１０をＯＮＮ/ＯＦＦすることで、蓄電池２の電圧を昇圧して第２の直流電圧を生成することができる。このように、蓄電池２と第１および第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータとの間に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を設けることにより、蓄電池２の使用電圧範囲を広げることが可能である。蓄電池２の電圧範囲が狭い場合には、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を省略しても構わない。

なお、スイッチング素子Ｑ９、およびＱ１０にＭＯＳＦＥＴを用いると、逆並列ダイオードとして、Ｑ９、およびＱ１０のボディダイオードを用いることができるがリカバリ特性が悪いため、ターンオフ時にリカバリ電流が流れて損失が増加する懸念がある。したがって、スイッチング素子Ｑ９、Ｑ１０、およびＤ９、Ｄ１０として、リカバリ特性の良い逆並列ダイオードを付したＩＧＢＴやＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ等を使用することが望ましい。

第１のＤＣフィルタ８は、コモンモードコイルＬＦ２、インダクタＬ４１、ラインバイパスコンデンサＣ４１、Ｃ４２を備えている。コモンモードコイルＬＦ２は、端子４２２を介して蓄電池２に接続される。ラインバイパスコンデンサＣ４１、４２は、ノイズ成分をＧＮＤへバイパスする。

絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８、および逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ８により構成されるフルブリッジ回路、共振コンデンサＣｒ２、共振インダクタＬｒ２、巻線Ｎ３と巻線Ｎ４を磁気的に結合するトランスＴｒ２、整流ダイオードＤ２３、Ｄ２４、スイッチング素子Ｑ２３、Ｑ２４およびチョークコイルＬ３、Ｌ４で構成されるカレントダブラ整流回路、およびコンデンサＣ６、Ｃ７を備える。フルブリッジ回路では、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を直列接続した第１レグと、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を直列接続した第２レグを備える。スイッチング素子Ｑ５とＱ６はオン・デューティを５０％とし交互にＯＮ/ＯＦＦし、スイッチング素子Ｑ７とＱ８も同様にオン・デューティを５０％とし交互にＯＮ/ＯＦＦした状態で第１レグと第２レグとの間に位相差を持たせ、パルス電圧波形を生成する。生成したパルス電圧波形を第１レグの出力点と第２レグの出力点間に接続される共振コンデンサＣｒ２と共振インダクタＬｒ２と巻線Ｎ３との直列接続体の両端に印加し、巻線Ｎ３に印加された電圧によって、巻線Ｎ４に交流の誘導電圧が発生する。巻線Ｎ４の誘導電圧は、カレントダブラ整流回路、およびコンデンサＣ７によって直流電圧に整流されて平滑され、ＤＣフィルタ１０を介して蓄電池３を充電する。スイッチング素子Ｑ２３、Ｑ２４にＭＯＳＦＥＴを利用しブリッジ回路と同期した所定のタイミングでＯＮ/ＯＦＦすることにより同期整流が可能となる。

第２のＤＣフィルタ１０は、インダクタＬ５１とコンデンサＣ５１によって構成され、第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９のスイッチング動作によって発生するノイズを除去する。

絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９において、蓄電池３から蓄電池２を充電する場合には、スイッチング素子Ｑ２３、Ｑ２４の両者をオンすることで、蓄電池３のエネルギーをチョークコイルＬ３、Ｌ４に磁気エネルギーとして蓄積する。一方、スイッチング素子Ｑ２３、Ｑ２４のどちらかをオフすることで、チョークコイルＬ３、Ｌ４に蓄積されたエネルギーを放出し、トランスＴｒ２の巻線Ｎ４に電圧を印加する。スイッチング素子Ｑ２３をオフした際に巻線Ｎ４に印加される電圧と、スイッチング素子Ｑ２４をオフした際に巻線Ｎ４に印加される電圧の向きは逆向きとなるため、トランスＴｒ２の巻線Ｎ３にも交流電圧が誘導される。巻線Ｎ３に誘導された交流電圧は、ブリッジ接続された逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ８によって整流され、コンデンサＣ６によって平滑される。スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８にＭＯＳＦＥＴを利用しスイッチング素子Ｑ２３、Ｑ２４と同期した所定のタイミングでＯＮ/ＯＦＦすることにより同期整流が可能となる。

なお、共振インダクタＬｒ２はトランスＴｒ２の漏れインダクタンス等を利用して、省略することもできる。また、カレントダブラ整流回路は、これに限らず、巻線Ｎ４に誘導される交流電流を整流して直流に変換し得る構成であればよい。スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８には逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ８が接続されているが、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用してもよい。

前述の通り、図１に示す電力変換装置は、ＡＣ-ＤＣコンバータ５、第１の絶縁型ＤＣ-ＤＣコンバータ６、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７、第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９と複数のコンバータから構成されており、これらのコンバータを実装する際にコンバータ間の配線長によっては、配線インダクタンスと各々の入出力側のコンデンサとの間で共振現象が発生する問題がある。以下に、共振現象を防止することができる電力変換装置の第１の実施形態について説明する。

（第１の実施形態の概要）
図２（Ａ）は、第１の実施形態の概要を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線の断面図である。
電力変換装置は、第１空間用筐体４１１と、第２空間用筐体４０６とを有している。第１空間用筐体４１１と第２空間用筐体４０６は、アルミニム合金等の導電性部材により形成されており、図示の通り、二段に積層されている。下段の第１空間用筐体４１１は、内部に第１空間１０１を有し、上段の第２空間用筐体４０６は、内部に第２空間２０１を有する。

下段の第１空間用筐体４１１と上段の第２空間用筐体４０６との境界には、第１壁１５０、１５０’が設けられている。第１壁１５０、１５０’は、導電性部材により形成された板状部材である。第１壁１５０と第１壁１５０’で挟まれた空間には、冷媒を流通させ、これにより電子部品を冷却する。なお、第１壁１５０と第１壁１５０’は、第１空間１０１と第２空間２０１を隔てるが、回路接続に必要な接続部材を挿通する不図示の接続部材挿通部を備えている。

本実施形態では、同一の基準電位で動作する回路部を同一空間に配置することにより、複数のコンバータとの間で発生する共振現象を防止する。具体的には、図１に示す第１回路部１１０、第２回路部２１０をそれぞれ図２（Ｂ）に示す第１空間１０１、第２空間２０１内に配置する。第１回路部１１０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ５と、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の一次側回路部、すなわちトランスＴｒ１の一次側に接続されたブリッジ回路（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４）およびコンデンサＣ２とを含み、図１に示すａ点の電位を基準電位と考えることができる。このように、ＡＣ−ＤＣコンバータ５と第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の一次側回路部とを第１空間１０１内に近接して配置する。更に、第２回路部２１０は、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の二次側回路部、すなわちトランスＴｒ１の二次側に接続された整流回路（ダイオードＤ１１〜Ｄ１４）と、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７と、第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９の一次側回路部、すなわちトランスＴｒ２の一次側に接続されたブリッジ回路（スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８およびダイオードＤ５〜Ｄ８）とを含み、図１に示すｂ点の電位を基準電位と考えることができる。このように、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の二次側回路部と第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９の一次側回路部とを第２空間２０１内に近接して配置する。

第１回路部１１０は、例えば、第１壁１５０の下面に固定される。図示省略するが、第１回路部１１０は、第１壁１５０に設けられた接続部材挿通部に挿通される接続部材により、第２回路部２１０に接続される。第２回路部２１０は、例えば、第２空間用筐体４０６の第１壁１５０’に固定される。

ここで、本実施形態を適用せずに、例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータ５を第１空間１０１に、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６を第２空間２０１に分けて配置した場合、コンデンサＣ１とＣ２間を接続するラインに配線インダクタンスが生じるため、各コンバータのスイッチング周波数によってはコンデンサＣ１、配線インダクタンス、コンデンサＣ２の経路で共振電流が流れる虞がある。また、本実施形態を適用せずに、例えば、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６を第１空間１０１に、第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９を第２空間２０１に分けて配置した場合、コンデンサＣ３、配線インダクタンス、コンデンサＣ６の経路で共振電流が流れる虞がある。同様に、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を第１空間１０１に、第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９を第２空間２０１に分けて配置した場合、コンデンサＣ４、配線インダクタンス、コンデンサＣ６の経路で共振電流が流れる虞がある。

このように、本実施形態は同一の基準電位で動作する回路部を同一空間に収容し、コンバータ間の配線インダクタンスを低減できるように近接配置することで共振現象を防止することができる。また、第１回路部１１０に関しては、ＡＣ−ＤＣコンバータ５のコンデンサＣ１と、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６のコンデンサＣ２は同じライン間に接続されているため、例えばコンデンサＣ１を各コンバータが兼用することにより部品数を削減できる。同様に第２回路部２１０に関しては、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６のコンデンサＣ３と、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７のコンデンサＣ４および第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９のコンデンサＣ６は同じライン間に接続されているため、例えばコンデンサＣ３を各コンバータが兼用することにより部品数を削減できる。

（第１の実施形態の具体例）
図３は、第１の実施形態の具体例を示す斜視図であり、図４は、図３に図示された電力変換装置の分解斜視図である。電力変換装置は、第１空間用筐体４１１と、第２空間用筐体４０６とを有している。第１空間用筐体４１１、第２空間用筐体４０６は、アルミニム合金等の導電性部材により形成されており、図３に示すように、二段に積層されている。図４に示すうに、下段の第１空間用筐体４１１は、内部に第１空間１０１を有し、上段の第２空間用筐体４０６は、内部に第２空間２０１を有する。

図３に図示すように、第２空間用筐体４０６の一側面には、端子４２１と端子４２２および端子４２３が設けられている。端子４２１は入力フィルタ４に、端子４２２は第１のＤＣフィルタ８に、端子４２３は第２のＤＣフィルタ１０に接続されている。これらのフィルタは、端子の近傍に配置することによりフィルタと端子までの配線を短くでき筐体内におけるノイズの重畳を防止することができる。そのため第２空間用筐体４０６内に収容されることが望ましいが、第２空間２０１内の実装空間に余裕がない場合は、第１空間用筐体４１１内に収容してもよい。本実施形態では、端子４２１〜端子４２３を第２空間用筐体４０６の一側面に設けたが、第１空間用筐体４１１の側面に設けても構わない。なお、第１空間用筐体４１１の側面には冷媒流入口４２４、冷媒流出口４２５が設けられている。

第２空間用筐体４０６の上面は、上部カバー４０１により密封されている。上部カバー４０１は、鉄またはアルミニウム合金などの金属により形成されている。上部カバー４０１は、ボルト等の締結部材により第２空間用筐体４０６に固定される。

第２空間用筐体４０６の第２空間２０１内には、第２回路部２１０が収容される。なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６のトランスＴｒ１や、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９のトランスＴｒ２は第２空間２０１内に配置してもよく、第１空間１０１等に配置してもよい。また、第２空間２０１内には、入力フィルタ４、ＤＣフィルタ８、ＤＣフィルタ１０、第３回路部３１０が収容されるが、これらの回路は、適宜、第１空間用筐体４１１の第１空間１０１内に配置してもよい。

第１空間用筐体４１１の第１空間１０１内には、第１回路部１１０が配置される。また、制御回路部４１０と、これを支えるシャーシ４０９とが第１空間１０１内に収容されている。制御回路部４１０は、各コンバータのスイッチング素子を制御する制御回路が実装されている。本実施形態においては、制御回路部４１０を第１空間用筐体４１１内に収容したが、第１回路部１１０の回路規模が大きい場合は第２空間用筐体４０６内に収容しても構わない。第２空間用筐体４０６の底部と第１空間用筐体４１１との間には、カバー４０７が配置されている。なお、カバー４０７は、図２（Ｂ）に示す第１壁１５０を、第２空間用筐体４０６の底部は、図２（Ｂ）に示す第１壁１５０’を形成している。

このように、本実施形態は同一の基準電位で動作する回路部を同一空間に近接配置することでコンバータ間の共振現象を防止することができる。

（第２の実施形態の概要）
図５（Ａ）は、第２の実施形態の概要を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線の断面図である。なお、電力変換装置の回路構成図は、第１の実施形態で示した図１と同様であるのでその説明を省略する。
電力変換装置は、第１空間用筐体４１１と、第２空間用筐体４０６と、新たに第３空間用筐体４０２とを有しており、図示の通り、三段に積層されている。最下段の第１空間用筐体４１１は、内部に第１空間１０１を有し、中段の第２空間用筐体４０６は、内部に第２空間２０１を有し、最上段の第３空間用筐体４０２は、内部に第３空間３０１を有する。

中段の第２空間用筐体４０６と最上段の第３空間用筐体４０２との境界には、第２壁２５０、２５０’が設けられている。第２壁２５０、２５０’は、導電性部材により形成された板状部材である。第２壁２５０と第２壁２５０’で挟まれた空間には、冷媒を流通させ、これにより電子部品を冷却する。なお、第２壁２５０と第２壁２５０’は、第２空間２０１と第３空間３０１を隔てるが、回路接続に必要な接続部材を挿通する接続部材挿通部を備えている。また、第１壁１５０と第１壁１５０’は、第１空間１０１と第２空間２０１を隔てるが、回路接続に必要な接続部材を挿通する不図示の接続部材挿通部を備えている。

本実施形態では、同一の基準電位で動作する回路部を同一空間に配置することにより、複数のコンバータとの間で発生する共振現象を防止するとともに異なる電位間の絶縁性を向上する。具体的には、図１に示す第１回路部１１０、第２回路部２１０、第３回路部３１０をそれぞれ図５（Ｂ）に示す第１空間１０１、第２空間２０１、第３空間３０１内に配置する。このように、第１の実施形態と同様に、ＡＣ−ＤＣコンバータ５と第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の一次側回路部とを第１空間１０１内に近接して配置し、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の二次側回路部と第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９の一次側回路部とを第２空間２０１内に近接して配置する。更に、第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９の二次側回路部、すなわちトランスＴｒ２の二次側に接続された整流回路（スイッチング素子Ｑ２３〜Ｑ２４、ダイオードＤ２３〜Ｄ２４およびチョークコイルＬ３〜Ｌ４）を第３空間３０１に配置する。

第３回路部３１０は第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９のカレントダブラ整流回路であり、他のコンバータと接続されていないが、大電流を扱う回路部のため、整流回路を複数用意し並列接続することが考えられ、整流回路同士間での共振現象が懸念される。更に、第１回路部１１０、第２回路部２１０と異なる電位で動作するため、絶縁性を確保する上で第３空間３０１に収容する。第３回路部３１０は、例えば、第３空間用筐体４０２の下面の第２壁２５０’に固定される。図示省略するが、第３回路部３１０は、第２壁２５０、２５０’に設けられた接続部材挿通部に挿通される接続部材により、第２回路部２１０に接続される。

（第２の実施形態の具体例）
図６は、電力変換装置の第２の実施形態の具体例を示す斜視図であり、図７は、図６に図示された電力変換装置の分解斜視図である。電力変換装置は、第１空間用筐体４１１と、第２空間用筐体４０６と、第３空間用筐体４０２とを有している。第１から第３用筐体４１１、４０６、４０２は、アルミニム合金等の導電性部材により形成されており、図示の通り、三段に積層されている。図７に示されるように、最下段の第１空間用筐体４１１は、内部に第１空間１０１を有し、中段の第２空間用筐体４０６は、内部に第２空間２０１を有し、最上段の第３空間用筐体４０２は、内部に第３空間３０１を有する。

図６に図示されるように、第３空間用筐体４０２の一側面には、端子４２１と端子４２２および端子４２３が設けられている。端子４２１は入力フィルタ４に、端子４２２は第１のＤＣフィルタ８に、端子４２３は第２のＤＣフィルタ１０に接続されている。これらのフィルタは、端子の近傍に配置することによりフィルタと端子までの配線を短くでき筐体内におけるノイズの重畳を防止することができる。そのため第３空間用筐体４０２内に収容されることが望ましいが、第３回路部３１０は前述の通り大電流を扱うため回路規模が大きくなり易い。第１空間用筐体４１１内または第２空間用筐体４０６内に収容される。本実施形態では、端子４２１から端子４２３を第３空間用筐体４０２の一側面に設けたが、第１空間用筐体４１１または第２空間用筐体４０６の側面に設けても構わない。なお、第１空間用筐体４１１の側面には冷媒流入口４２４、冷媒流出口４２５が設けられている。

第３空間用筐体４０２の上面は、上部カバー４０１により密封されている。上部カバー４０１は、鉄またはアルミニウム合金などの金属により形成されている。上部カバー４０１は、ボルト等の締結部材により第３空間用筐体４０２に固定される。

第３空間用筐体４０２の第３空間３０１内には、第３回路部３１０が配置される。なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９のトランスＴｒ２は第３空間３０１内に配置するのが適切であるが、第２空間２０１等に配置してもよい。第２空間用筐体４０６の第２空間２０１内には、第２回路部２１０が収容される。なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６のトランスＴｒ１は第２空間２０１内に配置してもよく、第１空間１０１等に配置してもよい。第３空間用筐体４０２の底部と第２空間用筐体４０６との間には、カバー４０３が配置されている。なお、カバー４０７は、図５（Ｂ）に示す第２壁２５０を、第３空間用筐体４０２の底部は、図５（Ｂ）に示す第２壁２５０’を形成している。

第１空間用筐体４１１の第１空間１０１内には、第１回路部１１０を配置する。また、制御回路部４１０と、これを支えるシャーシ４０９とが第１空間１０１内に収容される。制御回路部４１０は、第１回路部１１０から第３回路部３１０のスイッチング素子を制御する制御回路が実装される。本実施形態においては、制御回路部４１０を第１空間用筐体４１１内に収容したが、第１回路部１１０の回路規模が大きい場合は第２空間用筐体４０６内または第３空間用筐体４０２内に収容しても良い。第２空間用筐体４０６の底部と第１空間用筐体４１１との間には、カバー４０７が配置される。

このように、本実施形態では同一の基準電位で動作する回路部を同一空間に収容し、コンバータ間の配線インダクタンスを低減できるように近接配置することで共振現象を防止することができる。また、異なる電位毎に空間を分けて回路部を収容することにより各回路部間の絶縁性を確保した上で高密度に実装した電力変換装置を実現できる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電力変換装置は、交流電源１の電圧を第１の直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ５と、第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換し、蓄電池２を充電する第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６と、蓄電池２と蓄電池３との間で電圧変換を行う第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９と、第１空間用筐体４１１と、第２空間用筐体４０６と、を備える。第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、トランスＴｒ１と、トランスＴｒ１の一次側に接続された一次側回路部と、トランスＴｒ１の二次側に接続された二次側回路部とを有する。第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、トランスＴｒ２と、トランスＴｒ２の一次側に接続された一次側回路部と、トランスＴｒ２の二次側に接続された二次側回路部とを有する。第１空間用筐体４１１は、ＡＣ−ＤＣコンバータ５と第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の一次側回路部とが配置される第１空間１０１を形成する。第２空間用筐体４０６は、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の二次側回路部と第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９の一次側回路部が配置される第２空間２０１を形成する。これによれば、コンバータ間の共振現象を抑えるとともに絶縁性を確保し、高密度に実装した電力変換装置を提供することができる。

（２）電力変換装置において、第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９の二次側回路部が配置される第３空間３０１を形成する第３空間用筐体４０２を更に備えた。これにより、大電流を扱う回路部の共振現象を抑えて、且つ、各回路部の絶縁性を確保することができる。

（３）電力変換装置において、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の二次側回路部と第１の蓄電池２との間に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を備え、第２空間用筐体４０６に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を配置した。これにより、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を適切に配置することができる。

（４）電力変換装置において、第１の蓄電池２と第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９の一次側回路部との間に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を備え、第２空間用筐体４０６に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を配置した。これにより、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を適切に配置することができる。

（５）電力変換装置において、第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の二次側回路部と第１の蓄電池２との間であって、第１の蓄電池２と第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ９の一次側回路部との間に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を備え、第２空間用筐体４０６に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を配置した。これにより、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７を適切に配置することができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１ 交流電源
２、３ 蓄電池
４ 入力フィルタ
８、１０ ＤＣフィルタ
５ ＡＣ−ＤＣコンバータ
６、９ 絶縁型ＤＣ-ＤＣコンバータ
７ 非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０１ 第１空間
２０１ 第２空間
３０１ 第３空間
１１０ 第１回路部
２１０ 第２回路部
３１０ 第３回路部
１５０、１５０’ 第１壁
２５０、２５０’ 第２壁
４０１、４０３、４０７ カバー
４０２、４０６、４１１ 筐体
４０９ シャーシ
４２１〜４２３ 端子
Ｃ１〜Ｃ４、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ５１ コンデンサ
Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ４１、Ｃ４２ ラインバイパスコンデンサ
Ｃｒ１、Ｃｒ２ 共振コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ１０、Ｄ２３〜Ｄ２５ 逆並列ダイオード
Ｌ１〜Ｌ４ チョークコイル
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ４１、Ｌ５１ インダクタ
ＬＦ１、ＬＦ２ コモンモードコイル
Ｌｒ１、Ｌｒ２ 共振インダクタ
Ｎ１〜Ｎ４ トランス巻線
Ｑ１〜Ｑ１１、Ｑ２３〜Ｑ２５ スイッチング素子
Ｔｒ１、Ｔｒ２ トランス

Claims (5)

1. 交流電源電圧を第１の直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータと、
   第１のトランスと、前記第１のトランスの一次側に接続された一次側回路部と、前記第１のトランスの二次側に接続された二次側回路部とを有し、前記第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換し、第１の蓄電池を充電する第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   第２のトランスと、前記第２のトランスの一次側に接続された一次側回路部と、前記第２のトランスの二次側に接続された二次側回路部とを有し、前記第１の蓄電池と第２の蓄電池との間で電圧変換を行う第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記ＡＣ−ＤＣコンバータと前記第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記一次側回路部とが配置される第１空間を形成する第１空間用筐体と、
   前記第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記二次側回路部と前記第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記一次側回路部とが配置される第２空間を形成する第２空間用筐体と、を備えた電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記二次側回路部が配置される第３空間を形成する第３空間用筐体を更に備えた電力変換装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置において、
   前記第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記二次側回路部と前記第１の蓄電池との間に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを備え、
   前記第２空間用筐体に前記非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを配置した電力変換装置。
4. 請求項１または２に記載の電力変換装置において、
   前記第１の蓄電池と前記第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記一次側回路部との間に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを備え、
   前記第２空間用筐体に前記非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを配置した電力変換装置。
5. 請求項１または２に記載の電力変換装置において、
   前記第１の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記二次側回路部と前記第１の蓄電池との間であって、前記第１の蓄電池と前記第２の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの前記一次側回路部との間に非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを備え、
   前記第２空間用筐体に前記非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを配置した電力変換装置。

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