JP2019088045A - 直流平滑回路、インバータ、及び電源装置 - Google Patents

直流平滑回路、インバータ、及び電源装置 Download PDF

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Abstract

【課題】インバータに生じるサージ電圧を抑制可能な直流平滑回路を提供し、電圧型インバータでパワー半導体素子の近傍に配置するコンデンサの電流バランスを改善する配置方法を提供する。【解決手段】電源装置１のインバータ４は、直流平滑回路７を備え、直流平滑回路７は、正側出力端子Ｐ及び負側出力端子Ｎを有する回路体１０と、正側出力端子Ｐと負側出力端子Ｎとの間に並列に接続され、回路体１０に実装されているコンデンサＣ１〜Ｃ３と、を含み、各コンデンサの正負電路長ｌｎＰＮｉ＝ｌｎＰｉ＋ｌｎＮｉ（ｉ＝１，２，３）の最大値と最小値との差が、最小値の３０％以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、直流平滑回路、インバータ、及び電源装置に関する。
誘導加熱に用いられる加熱コイルに供給される交流電力は、一般に、商用電源の交流電力をコンバータによって直流電力に変換し、変換された直流電力をインバータによって所望の周波数の交流電力に逆変換して生成される。インバータは複数のパワー半導体素子を含み、直流電力から交流電力への逆変換は、複数のパワー半導体素子のスイッチング動作によってなされる。
そして、電圧型のインバータでは、コンデンサを用いて平滑化された直流電力がパワー半導体素子に供給される。特許文献１に記載された電力変換装置は、第１平滑コンデンサと、第１平滑コンデンサよりも小さい静電容量及び高周波インピーダンスを有し、第１平滑コンデンサよりも半導体スイッチング素子の近傍に配置された第２平滑コンデンサとを備える。また、特許文献２に記載された電源装置は、パワー半導体素子の近傍に配置される複数のコンデンサを備え、これら複数のコンデンサが並列に接続されている。
特開２００４−２５４３５５号公報 特開２０１７−４５９３号公報
パワー半導体素子の高速なスイッチング動作はパワー半導体素子に流れる電流を急激に変化させ、この電流変化ｄｉ／ｄｔは、パワー半導体素子と電圧源であるコンデンサとの間の電路のインダクタンス、コンデンサの内部のインダクタンス等のインダクタンスＬにより、パワー半導体素子の両端にサージ電圧Ｌ×ｄｉ／ｄｔを発生させる。過大なサージ電圧はパワー半導体素子を破壊する虞があり、サージ電圧の抑制が求められる。ｄｉ／ｄｔは主としてパワー半導体素子の特性によって決まるため、インダクタンスＬを低減することによってサージ電圧を抑制することが可能である。
インダクタンスＬを低減する方策として、例えば特許文献１に記載された電力変換装置のように、パワー半導体素子の近傍にコンデンサを配置することが考えられる。これにより、パワー半導体素子とコンデンサとの間の電路のインダクタンスを低減することが可能である。
さらに、インダクタンスＬを低減する方策として、特許文献２に記載された電源装置のように、パワー半導体素子の近傍に複数のコンデンサを配置し、これら複数のコンデンサを並列に接続することが考えられる。これにより、複数のコンデンサの内部のインダクタンスの合成である等価インダクタンスを低減することができ、より小型のコンデンサをパワー半導体素子の直近に配置することができる。
並列に接続された複数のコンデンサを効果的に使用するには、複数のコンデンサそれぞれに流れる電流にばらつきが生じないようにすることが肝要である。なぜなら、相対的に多くの電流が流れるコンデンサは発熱が多く破損に至る虞があるからである。また、並列に接続された複数のコンデンサそれぞれに流れる電流にばらつきが生じると、複数のコンデンサの内部のインダクタンスの合成において、相対的に大電流が流れるコンデンサの内部のインダクタンスが支配的となる。その結果、複数のコンデンサの内部のインダクタンスの合成である等価インダクタンスは十分に低減されず、サージ電圧の抑制効果が減弱されてしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、インバータに生じるサージ電圧を抑制可能な直流平滑回路を提供し、電圧型電源の平滑回路に使用される複数のコンデンサに電流を均等に流し各コンデンサの発熱に起因する破損を抑制することを目的とする。
本発明の一態様の直流平滑回路は、正側出力端子及び負側出力端子を有する平板状の回路体と、上記正側出力端子と上記負側出力端子との間に並列に接続され、上記回路体に実装されている複数のコンデンサと、を備え、上記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と上記正側出力端子との間の正電路長と、上記複数のコンデンサそれぞれの負極端子と上記負側出力端子との間の負電路長との合計を上記複数のコンデンサそれぞれの正負電路長として、上記複数のコンデンサそれぞれの正負電路長の最大値と最小値との差が、上記最小値の３０％以下である。
また、本発明の一態様の直流平滑回路は、正側出力端子及び負側出力端子を有する平板状の回路体と、上記正側出力端子と上記負側出力端子との間に並列に接続され、上記回路体に実装されている複数のコンデンサと、を備え、上記回路体は、上記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と上記正側出力端子との間の正電路を形成している正側ベタパターンと、絶縁層を介して上記正側ベタパターンに積層されており、上記複数のコンデンサそれぞれの負極端子と上記負側出力端子との間の負電路を形成している負側ベタパターンと、を有しており、上記正側出力端子と上記負側出力端子との間の中点を基点として、上記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と負極端子との間の中点までの距離の最大値と最小値との差が、上記最小値の３０％以下である。
また、本発明の一態様のインバータは、上記直流平滑回路と、上記直流平滑回路の上記正側出力端子及び上記負側出力端子に接続され、上記直流平滑回路から供給される直流電力を交流電力に変換する逆変換回路と、を備える。
また、本発明の一態様の電源装置は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を上記インバータの上記直流平滑回路に供給するコンバータと、を備える。
本発明によれば、インバータに生じるサージ電圧を抑制可能な直流平滑回路を提供することができ、パワー半導体素子の保護を強化したインバータ及び電源装置を提供することができる。
本発明の実施形態を説明するための、電源装置の一例のブロック図である。 図１の直流平滑回路の構成例の模式図である。 図２の直流平滑回路のIII-III線断面図である。 図１の直流平滑回路の他の構成例の模式図である。 図１の直流平滑回路の他の構成例の模式図である。
図１は、本発明の実施形態を説明するための、電源装置の一例を示す。
電源装置１は、交流電源２から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ３と、コンバータ３から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ４とを備える。
コンバータ３は、例えばダイオードブリッジを用いて整流するものであってもよいし、外部信号に基づいて導通の制御が可能なサイリスタ等の半導体素子を用いて出力電圧を可変に整流するものであってもよい。
インバータ４は、図１の例では、スイッチング動作可能な４つのパワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４を有する。パワー半導体素子Ｑ１とパワー半導体素子Ｑ２とが直列に接続され、パワー半導体素子Ｑ１を上アームとし、パワー半導体素子Ｑ２を下アームとする第１レグＱＬ１が構成されている。また、パワー半導体素子Ｑ３とパワー半導体素子Ｑ４とが直列に接続され、パワー半導体素子Ｑ３を上アームとし、パワー半導体素子Ｑ４を下アームとする第２レグＱＬ２が構成されている。そして、第１レグＱＬ１と第２レグＱＬ２とによって一つの逆変換回路Ｉｎｖが構成されている。
第１レグＱＬ１の上アーム（パワー半導体素子Ｑ１）と、第２レグＱＬ２の下アーム（パワー半導体素子Ｑ４）とが同期してオンされ、また、第１レグＱＬ１の下アーム（パワー半導体素子Ｑ２）と、第２レグＱＬ２の上アーム（パワー半導体素子Ｑ３）とが同期してオンされる。そして、第１レグＱＬ１の上アーム及び第２レグＱＬ２の下アームと、第１レグＱＬ１の下アーム及び第２レグＱＬ２の上アームとが周期的に交互にオンされる。これにより、直流電力から交流電力が生成され、生成される交流電力は、第１レグＱＬ１及び第２レグＱＬ２それぞれの上アームと下アームとの直列接続点から出力される。
インバータ４の交流出力には、加熱コイルを含む負荷５が接続され、インバータ４によって生成された交流電力が加熱コイルに供給される。そして、加熱コイルによって加熱対象物が誘導加熱される。加熱対象物及び加熱目的は、特に限定されないが、鋼材の熱処理（焼入れ等）等を例示することができる。
パワー半導体素子としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）といったスイッチング動作可能な各種のパワー半導体素子が使用可能であり、半導体材料として、例えばＳｉ（シリコン）を用いたものや、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）を用いたものがある。
なお、逆変換回路Ｉｎｖは、６つのパワー半導体素子を用いて第１レグ〜第３レグを構成し、三相出力の交流電力を生成するものであってもよい。そして、インバータ４は、複数の逆変換回路Ｉｎｖを含んでもよい。複数の逆変換回路Ｉｎｖを含む場合に、各逆変換回路Ｉｎｖにて生成される交流電力は合成され、合成された交流電力がインバータ４から負荷５に供給される。
インバータ４は、直流平滑回路７をさらに含む。直流平滑回路７は、コンバータ３から出力されるリップルを含んだ直流電力を平滑化し、平滑化した直流電流を逆変換回路Ｉｎｖに供給する。
なお、図１の例では、一つの逆変換回路Ｉｎｖに対して一つの直流平滑回路７が設けられているが、複数の逆変換回路Ｉｎｖが設けられる場合に、これら複数の逆変換回路Ｉｎｖに対して一つの直流平滑回路７が設けられてもよいし、複数の直流平滑回路７が用いられ、一つの逆変換回路Ｉｎｖに対して一つの直流平滑回路７が設けられてもよい。
また、図１の例では、第１レグＱＬ１及び第２レグＱＬ２からなる逆変換回路Ｉｎｖに対して一つの直流平滑回路７が設けられているが、２つの直流平滑回路７が用いられ、第１レグＱＬ１及び第２レグＱＬ２のレグ毎に直流平滑回路７が設けられてもよく、逆変換回路Ｉｎｖが第１レグ〜第３レグからなる場合には、３つの直流平滑回路７が用いられ、第１レグ〜第３レグのレグ毎に直流平滑回路７が設けられてもよい。
直流平滑回路７は、コンバータ３の直流出力及び逆変換回路Ｉｎｖの直流入力に並列に接続される複数のコンデンサを備え、図１の例では３つのコンデンサＣ１〜Ｃ３を備える。コンデンサＣ１〜Ｃ３は平板状の回路体に実装されており、回路体には、逆変換回路Ｉｎｖの直流入力の正側に接続される正側出力端子Ｐと、逆変換回路Ｉｎｖの直流入力の負側に接続される負側出力端子Ｎとが設けられている。なお、図示の例では正側出力端子Ｐ及び負側出力端子Ｎは、コンバータ３の直流出力に接続される入力端子を兼ねるが、入力端子が別に設けられていてもよい。
コンデンサＣ１は、その内部に容量成分ＣＣ１、抵抗成分ＲＣ１及びインダクタンス成分ＬＣ１を有する。また、コンデンサＣ１の正極端子ＰＣ１と回路体の正側出力端子Ｐとの間の正電路には、抵抗成分ＲＰ１及びインダクタンス成分ＬＰ１が存在し、コンデンサＣ１の負極端子ＮＣ１と回路体の負側出力端子Ｎとの間の負電路にも、抵抗成分ＲＮ１及びインダクタンス成分ＬＮ１が存在する。
同様に、コンデンサＣ２は、その内部に容量成分ＣＣ２、抵抗成分ＲＣ２及びインダクタンス成分ＬＣ２を有し、コンデンサＣ２の正極端子ＰＣ２と回路体の正側出力端子Ｐとの間の正電路には、抵抗成分ＲＰ２及びインダクタンス成分ＬＰ２が存在し、コンデンサＣ２の負極端子ＮＣ２と回路体の負側出力端子Ｎとの間の負電路には、抵抗成分ＲＮ２及びインダクタンス成分ＬＮ２が存在する。
コンデンサＣ３もまた、その内部に容量成分ＣＣ３、抵抗成分ＲＣ３及びインダクタンス成分ＬＣ３を有し、コンデンサＣ３の正極端子ＰＣ３と回路体の正側出力端子Ｐとの間の正電路には、抵抗成分ＲＰ３及びインダクタンス成分ＬＰ３が存在し、コンデンサＣ３の負極端子ＮＣ３と回路体の負側出力端子Ｎとの間の負電路には、抵抗成分ＲＮ３及びインダクタンス成分ＬＮ３が存在する。
ここで、コンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流は、正側出力端子Ｐと負側出力端子Ｎとの間のインピーダンスに関連しており、各コンデンサに対応する高周波インピーダンスＺｉ（ｉ＝１，２，３）は次式によって表される。
Ｚｉ＝√（Ｒｉ ２＋（ωＬｉ）２）
Ｒｉ＝ＲＣｉ＋ＲＰｉ＋ＲＮｉ
Ｌｉ＝ＬＣｉ＋ＬＰｉ＋ＬＮｉ
上式で表される高周波インピーダンスＺｉ（ｉ＝１，２，３）のばらつきに起因してコンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流にばらつきが生じる。抵抗成分Ｒｉは典型的にはミリΩのオーダーであって極めて小さく、高周波インピーダンスＺｉを決める支配的な要素はインダクタンス成分Ｌｉと言える。そこで、インダクタンス成分Ｌｉを均一化することによって、高周波インピーダンスＺｉのばらつきを低減でき、コンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流のばらつきを抑制できる。
そして、コンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流が均一化されることにより、各コンデンサの内部インダクタンスＬＣｉ含むインダクタンスＬｉを合成した、直流平滑回路７全体の等価インダクタンスＬを低減でき、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４の両端に発生するサージ電圧Ｌ×ｄｉ／ｄｔを抑制できる。
コンデンサＣ１〜Ｃ３には同一のコンデンサが用いられ、コンデンサＣ１〜Ｃ３の内部のインダクタンス成分ＬＣｉ（ｉ＝１，２，３）は等しいから、高周波インピーダンスＺｉのインダクタンス成分Ｌｉを均一化するには、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正電路のインダクタンス成分ＬＰｉと負電路のインダクタンス成分ＬＮｉとの合計のインダクタンスＬＰＮｉ（ＬＰＮｉ＝ＬＰｉ＋ＬＮｉ）を均一化すればよい。以下、各コンデンサの正負電路のインダクタンスＬＰＮｉを均一化する直流平滑回路７の構成について説明する。
図２及び図３は、直流平滑回路７の構成例を示す。
図２及び図３に示す例の回路体１０は、平板状の絶縁シート１１の表面及び裏面に銅等の金属板１２，１３が積層ラミネートされてなる、いわゆるラミネートブスバーである。なお、回路体１０は、ラミネートブスバーに限定されず、ブスバー、パワーボード基板等であってもよい。
絶縁シート１１の表面側に積層されている金属板１２は、正側出力端子Ｐと、この正側出力端子Ｐから分岐して延びる３つの帯状の導体Ｐ−Ｐ１，Ｐ−Ｐ２、Ｐ−Ｐ３とを有する。３つの導体Ｐ−Ｐ１，Ｐ−Ｐ２，Ｐ−Ｐ３の末端（正側出力端子Ｐとは反対側の端部）には、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正極端子ＰＣ１〜ＰＣ３が接続される端子Ｐ１〜Ｐ３が設けられており、導体Ｐ−Ｐ１，Ｐ−Ｐ２，Ｐ−Ｐ３は、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正電路を形成している。
絶縁シート１１の裏面に積層されている金属板１３は、負側出力端子Ｎと、この負側出力端子Ｎから分岐して延びる３つの帯状の導体Ｎ−Ｎ１，Ｎ−Ｎ２，Ｎ−Ｎ３とを有する。３つの導体Ｎ−Ｎ１，Ｎ−Ｎ２，Ｎ−Ｎ３それぞれの末端（負側出力端子Ｎとは反対側の端部）には、コンデンサＣ１〜Ｃ３の負極端子ＮＣ１〜ＮＣ３が接続される端子Ｎ１〜Ｎ３が設けられており、導体Ｎ−Ｎ１，Ｎ−Ｎ２，Ｎ−Ｎ３は、コンデンサＣ１〜Ｃ３の負電路を形成している。
そして、帯状の導体Ｐ−Ｐ１，Ｐ−Ｐ２，Ｐ−Ｐ３，Ｎ−Ｎ１，Ｎ−Ｎ２，Ｎ−Ｎ３の導体幅は略同一である。
なお、図示の例では、正側出力端子Ｐは、回路体１０を貫通する孔を有し、逆変換回路Ｉｎｖ（図１参照）の直流入力の正側端子又はこの正側端子に接続するブスバーがねじ止めされ、導体Ｐ−Ｐ１，Ｐ−Ｐ２，Ｐ−Ｐ３の末端の端子Ｐ１〜Ｐ３もまた、回路体１０を貫通する孔を有し、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正極端子ＰＣ１〜ＰＣ３がねじ止めされるが、正側出力端子Ｐ及び端子Ｐ１〜Ｐ３は、ねじ端子に限定されない。同様に、負側出力端子Ｎ及び導体Ｎ−Ｎ１，Ｎ−Ｎ２、Ｎ−Ｎ３の末端の端子Ｎ１〜Ｎ３も、ねじ端子に限定されない。なお、図示は省略するが、金属板１２，１３は、端子Ｐ，Ｐ１〜Ｐ３，Ｎ，Ｎ１〜Ｎ３を露出させた状態で、絶縁層によって覆われている。
帯状の導体Ｐ−Ｐ１の長さｌｎＰ１をコンデンサＣ１の正電路長とし、帯状の導体Ｎ−Ｎ１の長さｌｎＮ１をコンデンサＣ１の負電路長とし、ｌｎＰ１とｌｎＮ１との合計をコンデンサＣ１の正負電路長ｌｎＰＮ１（ｌｎＰＮ１＝ｌｎＰ１＋ｌｎＮ１）とする。同様に、帯状の導体Ｐ−Ｐ２の長さｌｎＰ２をコンデンサＣ２の正電路長とし、帯状の導体Ｎ−Ｎ２の長さｌｎＮ２をコンデンサＣ２の負電路長とし、ｌｎＰ２とｌｎＮ２との合計をコンデンサＣ２の正負電路長ｌｎＰＮ２（ｌｎＰＮ２＝ｌｎＰ２＋ｌｎＮ２）とする。また、帯状の導体Ｐ−Ｐ３の長さｌｎＰ３をコンデンサＣ３の正電路長とし、帯状の導体Ｎ−Ｎ３の長さｌｎＮ３をコンデンサＣ３の負電路長とし、ｌｎＰ３とｌｎＮ３との合計をコンデンサＣ３の正負電路長ｌｎＰＮ３（ｌｎＰＮ３＝ｌｎＰ３＋ｌｎＮ３）とする。
帯状の導体Ｐ−Ｐ１，Ｐ−Ｐ２，Ｐ−Ｐ３，Ｎ−Ｎ１，Ｎ−Ｎ２，Ｎ−Ｎ３の導体幅は略同一であることから、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路長ｌｎＰＮ１〜ｌｎＰＮ３は、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路のインダクタンスＬＰＮ１〜ＬＰＮ３に対応する。よって、正負電路長ｌｎＰＮ１〜ｌｎＰＮ３が均一化されることによって、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路のインダクタンスＬＰＮ１〜ＬＰＮ３が均一化される。そして、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路のインダクタンスＬＰＮ１〜ＬＰＮ３が均一化されることにより、上記のとおり、コンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流のばらつきが抑制され、その結果、さらにはコンデンサＣ１〜Ｃ３からパワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４までのインダクタンスが極めて小さいので、サージ電圧が抑制される。
コンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流のばらつきを抑制するには、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路長ｌｎＰＮ１〜ｌｎＰＮ３のうち最大値をｌｎｍａｘとし、最小値をｌｎｍｉｎとし、ｌｎｍａｘとｌｎｍｉｎとの差をΔｌｎ（Δｌｎ＝ｌｎｍａｘ−ｌｎｍｉｎ）として、Δｌｎを小さくすればよく、複数のコンデンサを備える従来の直流平滑回路においてΔｌｎがｌｎｍｉｎの５０％以上あることを考慮して、例えばΔｌｎはｌｎｍｉｎの３０％以下（Δｌｎ≦０．３×ｌｎｍｉｎ）とすることができ、小さい程好ましい。
図４は、直流平滑回路７の他の構成例を示す。
図４に示す例の回路体２０は、上述した回路体１０と同様のラミネートブスバーであるが、絶縁シートの表面側に積層され、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正電路を形成する金属板が、絶縁シートの表面全体を覆うベタパターンを構成しており、絶縁シートの裏面側に積層され、コンデンサＣ１〜Ｃ３の負電路を形成する金属板が、絶縁シートの裏面全体を覆うベタパターンを構成している。
絶縁シートの表面側に積層されている金属板には、正側出力端子Ｐと、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正極端子ＰＣ１〜ＰＣ３が接続される端子Ｐ１〜Ｐ３とが設けられており、正側出力端子Ｐは、回路体２０の略中央に配置され、端子Ｐ１〜Ｐ３は正側出力端子Ｐの周囲に配置されている。電流は均質な導体中を最短経路で流れるから、正側出力端子Ｐと端子Ｐ１とを結ぶ直線Ｐ−Ｐ１がコンデンサＣ１の正電路となる。同様に、正側出力端子Ｐと端子Ｐ２とを結ぶ直線Ｐ−Ｐ２がコンデンサＣ２の正電路となり、正側出力端子Ｐと端子Ｐ３とを結ぶ直線Ｐ−Ｐ３がコンデンサＣ３の正電路となる。
絶縁シートの裏面側に積層されている金属板には、負側出力端子Ｎと、コンデンサＣ１〜Ｃ３の負極端子ＮＣ１〜ＮＣ３が接続される端子Ｎ１〜Ｎ３とが設けられており、負側出力端子Ｎは、回路体２０の略中央に配置され、正側出力端子に隣設されており、端子Ｎ１〜Ｎ３は負側出力端子Ｎの周囲に配置され、端子Ｎ１は端子Ｐ１に、端子Ｎ２は端子Ｐ２に、端子Ｎ３は端子Ｐ３にそれぞれ隣設されている。正電路と同様に、負側出力端子Ｎと端子Ｎ１とを結ぶ直線Ｎ−Ｎ１がコンデンサＣ１の負電路となり、負側出力端子Ｎと端子Ｎ２とを結ぶ直線Ｎ−Ｎ２がコンデンサＣ２の負電路となり、負側出力端子Ｎと端子Ｎ３とを結ぶ直線Ｎ−Ｎ３がコンデンサＣ３の負電路となる。
直線Ｐ−Ｐ１の長さｌｎＰ１をコンデンサＣ１の正電路長とし、直線Ｎ−Ｎ１の長さｌｎＮ１をコンデンサＣ１の負電路長とし、ｌｎＰ１とｌｎＮ１との合計をコンデンサＣ１の正負電路長ｌｎＰＮ１（ｌｎＰＮ１＝ｌｎＰ１＋ｌｎＮ１）とする。同様に、直線Ｐ−Ｐ２の長さｌｎＰ２をコンデンサＣ２の正電路長とし、直線Ｎ−Ｎ２の長さｌｎＮ２をコンデンサＣ２の負電路長とし、ｌｎＰ２とｌｎＮ２との合計をコンデンサＣ２の正負電路長ｌｎＰＮ２（ｌｎＰＮ２＝ｌｎＰ２＋ｌｎＮ２）とする。また、直線Ｐ−Ｐ３の長さｌｎＰ３をコンデンサＣ３の正電路長とし、直線Ｎ−Ｎ３の長さｌｎＮ３をコンデンサＣ３の負電路長とし、ｌｎＣ３とｌｎＮ３との合計をコンデンサＣ３の正負電路長ｌｎＰＮ３（ｌｎＰＮ３＝ｌｎＰ３＋ｌｎＮ３）とする。
コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路長ｌｎＰＮ１〜ｌｎＰＮ３は、上述した回路体１０と同様に、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路のインダクタンスＬＰＮ１〜ＬＰＮ３に対応する。よって、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路長ｌｎＰＮ１〜ｌｎＰＮ３のうち最大値をｌｎｍａｘとし、最小値をｌｎｍｉｎとし、ｌｎｍａｘとｌｎｍｉｎとの差をΔｌｎ（Δｌｎ＝ｌｎｍａｘ−ｌｎｍｉｎ）として、Δｌｎをｌｎｍｉｎの３０％以下（Δｌｎ≦０．３×ｌｎｍｉｎ）とすることにより、コンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流のばらつきを抑制できる。
また、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正負電路長ｌｎＰＮ１〜ｌｎＰＮ３は、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正側出力端子Ｐ及び負側出力端子Ｎからの距離に置き換えることもできる。
端子Ｐ１（正極端子ＰＣ１）と端子Ｎ１（負極端子ＮＣ１）との間の中点ＭＰ1−Ｎ1をコンデンサＣ１の位置とする。同様に、端子Ｐ２（正極端子ＰＣ２）と端子Ｎ２（負極端子ＮＣ２）との間の中点ＭＰ２−Ｎ２をコンデンサＣ２の位置とし、端子Ｐ３（正極端子ＰＣ３）と端子Ｎ３（負極端子ＮＣ３）との間の中点ＭＰ３−Ｎ３をコンデンサＣ３の位置とする。そして、正側出力端子Ｐと負側出力端子Ｎとの間の中点ＭＰ−Ｎを基点に、中点ＭＰ1−Ｎ1までの距離をコンデンサＣ１の距離ｄ１とし、中点ＭＰ２−Ｎ２までの距離をコンデンサＣ２の距離ｄ２とし、中点ＭＰ３−Ｎ３までの距離をコンデンサＣ３の距離ｄ３とする。コンデンサＣ１〜Ｃ３の距離ｄ１〜ｄ３のうち最大値をｄｍａｘとし、最小値をｄｍｉｎとし、ｄｍａｘとｄｍｉｎとの差をΔｄ（Δｄ＝ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）として、Δｄをｄｍｉｎの３０％以下（Δｄ≦０．３×ｄｍｉｎ）とすることにより、コンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流のばらつきを抑制できる。
コンデンサＣ１〜Ｃ３に流れる電流のばらつきを抑制する観点では、Δｄは小さい程好ましい。そこで、図４に示す例では、端子Ｐ１〜Ｐ３及び端子Ｎ１〜Ｎ３が、正側出力端子Ｐと負側出力端子Ｎとの間の中点ＭＰ−Ｎを中心とする一つの円Ｏ１上に配置されている。端子Ｐ１〜Ｐ３及び端子Ｎ１〜Ｎ３の以上の配置によれば、距離ｄ１〜ｄ３を与えるコンデンサＣ１〜Ｃ３の中点ＭＰ１−Ｎ１，ＭＰ２−Ｎ２，ＭＰ３−Ｎ３もまた、中点ＭＰ−Ｎを中心とする一つの円Ｏ上に配置される。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ３の距離ｄ１〜ｄ３が等しくなり、Δｄは略ゼロとなる。換言すれば、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正電路のインダクタンス成分ＬＰ１〜ＬＰ３及び負電路のインダクタンス成分ＬＮ１〜ＬＮ３は略等しくなり（ＬＰ１≒ＬＰ２≒ＬＰ３≒ＬＮ１≒ＬＮ２≒ＬＮ３）、正電路のインダクタンス成分と負電路のインダクタンス成分の合計のインダクタンスＬＰＮ１〜ＬＰＮ３も略等しくなる（ＬＰＮ１≒ＬＰＮ２≒ＬＰＮ３）。
図５に示す例では、端子Ｐ１〜Ｐ３が、正側出力端子Ｐと負側出力端子Ｎとの間の中点ＭＰ−Ｎを中心とする第１の円Ｏ２上に配置されており、端子Ｎ１〜Ｎ３が、中点ＭＰ−Ｎを中心とし且つ第１の円Ｏ２とは異なる第２の円Ｏ３上に配置されている。端子Ｐ１〜Ｐ３及び端子Ｎ１〜Ｎ３の以上の配置によれば、距離ｄ１〜ｄ３を与えるコンデンサＣ１〜Ｃ３の中点ＭＰ１−Ｎ１，ＭＰ２−Ｎ２，ＭＰ３−Ｎ３が、中点ＭＰ−Ｎを中心とする一つの円Ｏ上に配置される。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ３の距離ｄ１〜ｄ３は等しくなり、Δｄは略ゼロとなる。この場合に、コンデンサＣ１〜Ｃ３の正電路のインダクタンス成分ＬＰ１〜ＬＰ３は略等しくなり（ＬＰ１≒ＬＰ２≒ＬＰ３）、またコンデンサＣ１〜Ｃ３の負電路のインダクタンス成分ＬＮ１〜ＬＮ３も略等しくなり（ＬＮ１≒ＬＮ２≒ＬＮ３）、正電路のインダクタンス成分と負電路のインダクタンス成分の合計のインダクタンスＬＰＮ１〜ＬＰＮ３も略等しくなる（ＬＰＮ１≒ＬＰＮ２≒ＬＰＮ３）。
ここまで、直流平滑回路７の回路体に３つのコンデンサＣ１〜Ｃ３が実装されているものとして説明したが、複数である限りにおいてコンデンサの数は限定されず、２つでもよいし、４以上の複数であってもよい。
以上、説明したとおり、本明細書に開示された直流平滑回路は、正側出力端子及び負側出力端子を有する平板状の回路体と、前記正側出力端子と前記負側出力端子との間に並列に接続され、前記回路体に実装されている複数のコンデンサと、を備え、前記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と前記正側出力端子との間の正電路長と、前記複数のコンデンサそれぞれの負極端子と前記負側出力端子との間の負電路長との合計を前記複数のコンデンサそれぞれの正負電路長として、前記複数のコンデンサそれぞれの正負電路長の最大値と最小値との差が、前記最小値の３０％以下である。
また、本明細書に開示された直流平滑回路は、正側出力端子及び負側出力端子を有する平板状の回路体と、前記正側出力端子と前記負側出力端子との間に並列に接続され、前記回路体に実装されている複数のコンデンサと、を備え、前記回路体は、前記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と前記正側出力端子との間の正電路を形成している正側ベタパターンと、絶縁層を介して前記正側ベタパターンに積層されており、前記複数のコンデンサそれぞれの負極端子と前記負側出力端子との間の負電路を形成している負側ベタパターンと、を有しており、前記正側出力端子と前記負側出力端子との間の中点を基点として、前記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と負極端子との間の中点までの距離の最大値と最小値との差が、前記最小値の３０％以下である。
また、本明細書に開示された直流平滑回路は、前記複数のコンデンサの前記中点が、前記基点を中心とする一つの円上に配置されている。
また、本明細書に開示された直流平滑回路は、前記複数のコンデンサの前記正極端子及び前記負極端子が、前記基点を中心とする一つの円上に配置されている。
また、本明細書に開示された直流平滑回路は、前記複数のコンデンサの前記正極端子が、前記基点を中心とする第１の円上に配置されており、前記複数のコンデンサの前記負極端子が、前記基点を中心とし且つ前記第１の円とは異なる第２の円上に配置されている。
また、本明細書に開示されたインバータは、前記直流平滑回路と、前記直流平滑回路の前記正側出力端子及び前記負側出力端子に接続され、前記直流平滑回路から供給される直流電力を交流電力に変換する逆変換回路と、を備える。
また、本明細書に開示された電源装置は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を前記インバータの前記直流平滑回路に供給するコンバータと、を備える。
１ 電源装置
２ 交流電源
３ コンバータ
４ インバータ
５ 負荷
７ 直流平滑回路
１０ 回路体
１１ 絶縁シート
１２ 金属板
１３ 金属板
２０ 回路体
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｐ 正側出力端子
ＰＣ１〜ＰＣ３ コンデンサの正極端子
Ｐ１〜Ｐ３ コンデンサの正極端子が接続される回路体の端子
Ｎ 負側出力端子
ＮＣ１〜ＮＣ３ コンデンサの負極端子
Ｎ１〜Ｎ３ コンデンサの負極端子が接続される回路体の端子
ｌｎＰ１〜ｌｎＰ３ 正電路長
ｌｎＮ１〜ｌｎＮ３ 負電路長
ｌｎＰＮ１〜ｌｎＰＮ３ 正負電路長
ＭＰ−Ｎ 正側出力端子と負側出力端子との間の中点
ＭＰ１−Ｎ１〜ＭＰ３−Ｎ３ コンデンサの正極端子と負極端子との間の中点
ｄ１〜ｄ３ コンデンサの距離
Ｑ１〜Ｑ４ パワー半導体素子
ＱＬ１ 第１レグ
ＱＬ２ 第２レグ
Ｉｎｖ 逆変換回路
また、本発明の一態様の直流平滑回路は、正側出力端子及び負側出力端子を有する平板状の回路体と、上記正側出力端子と上記負側出力端子との間に並列に接続され、上記回路体に実装されている複数のコンデンサと、を備え、上記回路体は、上記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と上記正側出力端子との間に直線状の正電路を形成している正側ベタパターンと、絶縁層を介して上記正側ベタパターンに積層されており、上記複数のコンデンサそれぞれの負極端子と上記負側出力端子との間に直線状の負電路を形成している負側ベタパターンと、を有しており、上記正側出力端子と上記負側出力端子との間の中点を基点として、上記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と負極端子との間の中点までの距離の最大値と最小値との差が、上記最小値の３０％以下である。

Claims (7)

  1. 正側出力端子及び負側出力端子を有する平板状の回路体と、
    前記正側出力端子と前記負側出力端子との間に並列に接続され、前記回路体に実装されている複数のコンデンサと、
    を備え、
    前記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と前記正側出力端子との間の正電路長と、前記複数のコンデンサそれぞれの負極端子と前記負側出力端子との間の負電路長との合計を前記複数のコンデンサそれぞれの正負電路長として、前記複数のコンデンサそれぞれの正負電路長の最大値と最小値との差が、前記最小値の３０％以下である直流平滑回路。
  2. 正側出力端子及び負側出力端子を有する平板状の回路体と、
    前記正側出力端子と前記負側出力端子との間に並列に接続され、前記回路体に実装されている複数のコンデンサと、
    を備え、
    前記回路体は、
    前記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と前記正側出力端子との間の正電路を形成している正側ベタパターンと、
    絶縁層を介して前記正側ベタパターンに積層されており、前記複数のコンデンサそれぞれの負極端子と前記負側出力端子との間の負電路を形成している負側ベタパターンと、
    を有しており、
    前記正側出力端子と前記負側出力端子との間の中点を基点として、前記複数のコンデンサそれぞれの正極端子と負極端子との間の中点までの距離の最大値と最小値との差が、前記最小値の３０％以下である直流平滑回路。
  3. 請求項２記載の直流平滑回路であって、
    前記複数のコンデンサの前記中点は、前記基点を中心とする一つの円上に配置されている直流平滑回路。
  4. 請求項３記載の直流平滑回路であって、
    前記複数のコンデンサの前記正極端子及び前記負極端子は、前記基点を中心とする一つの円上に配置されている直流平滑回路。
  5. 請求項３記載の直流平滑回路であって、
    前記複数のコンデンサの前記正極端子は、前記基点を中心とする第１の円上に配置されており、
    前記複数のコンデンサの前記負極端子は、前記基点を中心とし且つ前記第１の円とは異なる第２の円上に配置されている直流平滑回路。
  6. 請求項１から５のいずれか一項記載の直流平滑回路と、
    前記直流平滑回路の前記正側出力端子及び前記負側出力端子に接続され、前記直流平滑回路から供給される直流電力を交流電力に変換する逆変換回路と、
    を備えるインバータ。
  7. 請求項６記載のインバータと、
    交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を前記インバータの前記直流平滑回路に供給するコンバータと、
    を備える電源装置。
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