JP2022032170A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電力変換装置の放射ノイズをより適切に抑制することが可能な技術を提供する。【解決手段】本開示の一実施形態に係る電力変換装置1は、商用交流電源PSから入力される交流電力を直流電力に変換する整流回路10と、整流回路10から出力される直流電力の正ラインPL及び負ラインNLの間を接続する経路に設けられる平滑コンデンサCdcと、平滑コンデンサCdcと並列に正ラインPL及び負ラインNLと接続され、平滑コンデンサCdcにより平滑化された直流電力を半導体素子S1~S6のスイッチング動作により所定の交流電力に変換して出力するインバータ回路30と、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に設けられるノイズ抑制コンデンサC1と、を備える。【選択図】図1

Description

本開示は、電力変換装置に関する。
従来、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体素子のスイッチング動作に基づく電力変換装置の放射ノイズを抑制する技術が知られている(例えば、特許文献1)。
特許第6041862号広報
ところで、IGBT等の半導体素子を発生源とする高周波(例えば、10MHz以上)のノイズ成分は、ノーマルモード(ディファレンシャルモード)からコモンモードに変換されて、電力変換装置の回路上を入力側に伝搬される。そして、電力変換装置から入力側に流出し、最終的に、放射ノイズ源としての高周波コモンモード電流になる。
しかしながら、この伝搬の過程で、従来の抑制方法により高周波のノイズ成分を抑制する(減衰させる)ことができても、電力変換装置の回路構成や構造等によっては、放射ノイズが相対的に高くなってしまう可能性がある。例えば、伝搬の過程で高周波のノイズ成分が減衰され、高周波のノイズ成分が相対的に少なくなっている入力側の経路に対して、高周波のノイズ成分が相対的に多い経路が隣接している場合がありうる。この場合、入力側の高周波のノイズ成分が相対的に少ない経路に、高周波ノイズが相対的に多い経路のノイズ成分が誘導され、結果として、放射ノイズが相対的に大きくなる可能性がある。そのため、従来の抑制方法では適切に放射ノイズを抑制することができない可能性がある。
そこで、上記課題に鑑み、電力変換装置の放射ノイズをより適切に抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
外部から入力される交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記整流回路から出力される直流電力の正ライン及び負ラインの間を接続する経路に設けられる平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと並列に前記正ライン及び前記負ラインと接続され、前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電力を半導体素子のスイッチング動作により所定の交流電力に変換して出力する電力変換回路と、
前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間の前記正ライン及び前記負ラインを繋ぐ経路に設けられる第1の線間コンデンサと、を備える、
電力変換装置が提供される。
上述の実施形態によれば、電力変換装置の放射ノイズをより適切に抑制することできる。
電力変換装置の第1例を示す回路図である。 電力変換装置の第2例を示す回路図である。 電力変換装置の第3例を示す回路図である。 電力変換装置の第4例を示す回路図である。 電力変換装置の第5例を示す回路図である。 電力変換装置の第6例を示す回路図である。 電力変換装置の第7例を示す回路図である。 電力変換装置の第8例を示す回路図である。 電力変換装置の第9例を示す回路図である。 比較例に係る電力変換装置及び実施形態に係る電力変換装置の放射ノイズのスペクトルを示す図である。
以下、図面を参照して実施形態について説明する。
[電力変換装置の第1例]
まず、図1を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第1例について説明する。
図1は、本実施形態に係る電力変換装置1の第1例を示す回路図である。
電力変換装置1は、商用交流電源PSから入力されるR相、S相、及びT相の三相交流電力を用いて、所定の三相交流電力を生成し電動機Mに供給する。
尚、電力変換装置1は、内部で導通する端子Ein,Eoutを含み、端子Einが商用交流電源PSの接地線に接続され、端子Eoutが電動機Mの基準電位に接続されることにより、電動機Mが商用交流電源PSと共に接地される。
図1に示すように、電力変換装置1は、整流回路10と、平滑回路20と、インバータ回路30と、ノイズ抑制コンデンサC1とを含む。
整流回路10は、商用交流電源PSから入力されるR相、S相、及びT相の三相交流電力を整流し、正ラインPL及び負ラインNLを通じて、所定の直流電力を平滑回路20に出力する。
整流回路10は、例えば、6つのダイオードD1~D6がブリッジ接続される。具体的には、ダイオードD1,D4、ダイオードD2,D5、及びダイオードD3,D6の上下アームの組み合わせが並列接続され、それぞれの上下アームの中間点からR相、S相、及びT相の三相交流電力が入力されるブリッジ型全波整流回路である。
平滑回路20は、整流回路10から出力される直流電力やインバータ回路30から回生される直流電力の脈動を抑制し、平滑化する。
平滑回路20は、平滑コンデンサCdcを含む。
平滑コンデンサCdcは、整流回路10やインバータ回路30と並列に、正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。平滑コンデンサCdcは、適宜、充放電を繰り返しながら、整流回路10やインバータ回路30から出力される直流電力を平滑化する。
平滑コンデンサCdcは、一つであってよい。また、平滑コンデンサCdcは、複数配置されてもよく、複数の平滑コンデンサCdcが正ラインPL及び負ラインNLの間に並列接続されてもよいし、直列接続されてもよい。以下、後述の第2例~第9例の場合についても同様であってよい。
尚、平滑回路20は、直流リアクトルを含んでもよい。この場合、直流リアクトルは、例えば、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の正ラインPLに直列に配置されてよい。以下、後述の第2例~第9例の場合についても同様であってよい。直流リアクトルは、入力力率改善、高調波低減、平滑回路電圧の安定等のために接続される。
インバータ回路30(電力変換回路の一例)は、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)と並列に正ラインPL及び負ラインNLに接続される。インバータ回路30は、正ラインPL及び負ラインNLを通じて平滑回路20から供給される直流電力を半導体素子S1~S6のスイッチング動作により、所定の周波数や所定の電圧を有する、U相、V相、及びW相の三相交流電力に変換して電動機Mに出力する。半導体素子S1~S6は、例えば、IGBTやMOSFETである。
インバータ回路30は、半導体素子S1,S4、半導体素子S2,S5、及び半導体素子S3,S6のそれぞれの上下アームの組み合わせ(スイッチレグ)が正ラインPL及び負ラインNLの間に並列接続されるブリッジ回路を含む形で構成される。そして、インバータ回路30において、半導体素子S1,S4、半導体素子S2,S5、及び半導体素子S3,S6のそれぞれの上下アームの接続点(中間点)からU相、V相、及びW相の出力線が引き出される。また、半導体素子S1~S6には、それぞれ、環流ダイオードが並列接続される。
ノイズ抑制コンデンサC1(第1の線間コンデンサの一例)は、整流回路10と平滑回路20(平滑コンデンサCdc)との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。ノイズ抑制コンデンサC1は、例えば、相対的に容量が小さい積層セラミックコンデンサであってよい。また、ノイズ抑制コンデンサC1は、一つであってよい。また、ノイズ抑制コンデンサC1は、複数配置されてもよく、複数のノイズ抑制コンデンサC1が正ラインPL及び負ラインNLの間に並列接続されてもよいし、直列接続されてもよい。以下、後述の第2例~第9例の場合についても同様であってよい。
また、電力変換装置1は、ダイオードD1~D6を保護するスナバコンデンサ(以下、「ダイオードスナバコンデンサ」)や半導体素子S1~S6を保護するスナバコンデンサ(以下、「スイッチスナバコンデンサ」)を含んでもよい。以下、後述の第2例~第9例の場合についても同様であってよい。
ダイオードスナバコンデンサは、整流回路10と平滑回路20(平滑コンデンサCdc)との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。例えば、ダイオードスナバコンデンサは、ノイズ抑制コンデンサC1と平滑コンデンサCdcとの間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置されてよい。即ち、ダイオードスナバコンデンサは、整流回路10に隣接する正ラインPL及び負ラインNLの間に整流回路10と並列接続される。ダイオードスナバコンデンサは、例えば、相対的に容量の大きいフィルムコンデンサであってよい。
スイッチスナバコンデンサは、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)とインバータ回路30との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。即ち、スイッチスナバコンデンサは、インバータ回路30に隣接する正ラインPL及び負ラインNLの間にインバータ回路30と並列接続される。スイッチスナバコンデンサは、例えば、相対的に容量の大きいフィルムコンデンサであってよい。
整流回路10及びインバータ回路30は、必要な他の部品と共に、PIM(Power Integrated Module)400を構成する。
PIM400は、交流入力端子R,S,Tと、交流出力端子U,V,Wと、正極出力端子P0と、正極入力端子P1と、負極端子Nとを含む。
交流入力端子R、交流入力端子S、及び交流入力端子Tは、それぞれ、商用交流電源PSのR相、S相、及びT相の入力線と外部で接続される。これにより、商用交流電源PSから入力される三相交流電力が整流回路10に供給される。
交流出力端子U、交流出力端子V、及び交流出力端子Wは、それぞれ、内部でインバータ回路のU相、V相、及びW相の出力線と接続され、外部で電動機MのU相、V相、及びW相の入力端子とケーブル等で接続される。これにより、電力変換装置1(PIM400)から電動機Mに三相交流電力が供給され、電動機Mが駆動される。
正極出力端子P0は、整流回路10の正極側の出力端から正ラインPLをPIM400の外部に引き出す。
正極入力端子P1は、インバータ回路30の正極側の入力端から正ラインPLをPIM400の外部に引き出す。
負極端子Nは、整流回路10の負極側の出力端、及びインバータ回路30の負極側の入力端から負ラインNLをPIM400の外部に引き出す。つまり、正ラインPLの場合と異なり、負ラインNLでは、整流回路10の負極出力端子と、インバータ回路30の負極入力端子とが負極端子Nに共通化されている。これにより、整流回路10及びインバータ回路30のそれぞれに対して負極出力端子及び負極入力端子を設ける場合に比して、PIM400を小型化したり、PIM400に接続される基板配線の共通化による実装スペースの削減を図ったりすることができる。
平滑コンデンサCdcは、コンデンサ基板200に含まれる(実装される)。
コンデンサ基板200は、正極入力端子Pc0と、正極出力端子Pc1と、負極端子Ncとを含む。
正極入力端子Pc0は、配線パターンによりコンデンサ基板200上で平滑コンデンサCdcの正極端子と接続されると共に、コンデンサ基板200の外部(例えば、主基板上)に配置される、整流回路10の出力側の正ラインPLと接続される。これにより、平滑コンデンサCdcの正極端子と、整流回路10の出力側の正ラインPLとが接続される。
正極出力端子Pc1は、配線パターンによりコンデンサ基板200上で平滑コンデンサCdcの正極端子と接続されると共に、コンデンサ基板200の外部(例えば、主基板上)に配置される、インバータ回路30の入力側の正ラインPLと接続される。これにより、平滑コンデンサCdcの正極端子と、インバータ回路30の入力側の正ラインPLとが接続される。
負極端子Ncは、配線パターンによりコンデンサ基板200上で平滑コンデンサCdcの負極端子と接続されると共に、コンデンサ基板200の外部(例えば、主基板上)に配置される、PIM400の負極端子Nと繋がる負ラインNLと接続される。これにより、平滑コンデンサCdcの負極端子と、整流回路10の出力側及びインバータ回路30の入力側の負ラインNLとが接続される。つまり、正ラインPLの場合と異なり、負ラインNLでは、整流回路10の出力側の負ラインNLと接続される負極入力端子とインバータ回路30の入力側の負ラインNLと接続される負極出力端子とが負極端子Ncに共通化されている。これにより、負極入力端子及び負極出力端子を別々に設ける場合に比して、コンデンサ基板200上での端子の実装面積を小さくすることができる。
正ラインPLは、正ラインPL11~PL14を含む。
正ラインPL11は、PIM400の内部において、整流回路10の正極側の出力端と正極出力端子P0との間を接続する。
正ラインPL12は、PIM400の外部(例えば、主基板上)において、PIM400の正極出力端子P0とコンデンサ基板200の正極入力端子Pc0との間を接続する。また、正ラインPL12には、突入電流防止用のリレーが配置されてよい。
正ラインPL13は、PIM400の外部(例えば、主基板上)において、コンデンサ基板200の正極出力端子Pc1とPIM400の正極入力端子P1との間を接続する。
正ラインPL14は、PIM400の内部において、インバータ回路30の正極側の入力端と正極入力端子P1との間を接続する。
負ラインNLは、負ラインNL11~NL13を含む。
負ラインNL11は、PIM400の内部において、整流回路10の出力端とインバータ回路30の入力端との間を接続する。つまり、正ラインPLの場合と異なり、負ラインNLでは、PIM400の内部で整流回路10の出力端とインバータ回路30の入力端とが接続され、整流回路10の出力側とインバータ回路30の入力側との間で負ラインNLが共通化されている。
負ラインNL12は、PIM400の内部において、負極端子Nと負ラインNL11との間を、整流回路10及びインバータ回路30と並列に接続する。これにより、負極端子Nは、負ラインNL12及び負ラインNL11を介して、整流回路10の負極側の出力端及びインバータ回路30の負極側の入力端と接続される。
負ラインNL13は、PIM400の外部(例えば、主基板上)において、PIM400の負極端子Nとコンデンサ基板200の負極端子Ncとの間を接続する。
上述の如く、整流回路10の負極出力端子とインバータ回路30の負極入力端子とが負極端子Nに共通化されている。そのため、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLと、インバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとは、負極端子N及び負極端子Ncを含む、負ラインNL12,NL13で共通化されている。
ノイズ抑制コンデンサC1は、PIM400の外部(例えば、主基板上)において、正ラインPL12及び負ラインNL13を繋ぐ経路に配置される。
ノイズ抑制コンデンサC1の静電容量は、例えば、ダイオードD1~D6の接合容量よりも大きい値であってよい。また、ノイズ抑制コンデンサC1の静電容量は、例えば、サージ電圧を抑制するために相対的に大きな静電容量を要するダイオードスナバコンデンサの静電容量以下の値であってよい。以下、後述の第2例~第9例の場合についても同様であってよい。
ダイオードスナバコンデンサは、例えば、PIM400の外部(例えば、主基板上)において、ノイズ抑制コンデンサC1と平滑コンデンサCdcとの間の正ラインPL12及び負ラインNL13を繋ぐ経路に配置されてよい。
スイッチスナバコンデンサは、例えば、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)とインバータ回路30との間の正ラインPL13及び負ラインNL13を繋ぐ経路に設けられてよい。
このように、本例では、ノイズ抑制コンデンサC1が設けられる。
例えば、インバータ回路30の半導体素子S1~S6のスイッチング動作に伴い高周波のノイズ成分が発生する。半導体素子S1~S6を発生源とする高周波のノイズ成分は、ノーマルモードからコモンモードに変換されて、インバータ回路30、平滑コンデンサCdc、及び整流回路10の順に回路上を伝搬し、最終的に、放射ノイズ源としての高周波コモンモード電流になる。この伝搬の過程において、通常、高周波のノイズ成分は、減衰する。そのため、高周波のノイズ成分は、インバータ回路30から平滑コンデンサCdcを介して整流回路10に至る経路のうちのインバータ回路30に相対的に近い経路部分よりも整流回路10に相対的に近い経路部分の方が小さくなることが想定される。
一方、本例では、上述の如く、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとインバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとが、負極端子N及び負極端子Ncを含む、負ラインNL12,NL13で共通化されている。そのため、相対的に高周波のノイズ成分が大きいインバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の経路と、相対的に高周波のノイズ成分が小さいと想定される整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路とが物理的に近接して配置される場合がある。この場合、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路に、インバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の経路から高周波のノイズ成分が静電誘導や電磁誘導により誘起される可能性がある。その結果、本来は、高周波のノイズ成分が減衰されて相対的に小さくなっていることが想定される、整流回路10の出力端の高周波のノイズ成分が相対的に大きくなり、整流回路10から商用交流電源PS(系統側)に流出する高周波のノイズ成分が増加しうる。そして、系統側に流出する高周波のノイズ成分のうちの30MHz以上の成分により発生する放射ノイズが相対的に大きくなる可能性がある。特に、整流回路10の出力端の正ラインPL及び負ラインNLの間の高周波成分の電圧が、インバータ回路30の入力端の正ラインPL及び負ラインNLの間の高周波成分の電圧と同等のレベル、或いは、その電圧以上の場合、放射ノイズが非常に大きくなる。
尚、整流回路10の出力端の正ラインPL及び負ラインNLの間の高周波成分の電圧は、正極出力端子P0及び負極端子Nの間の高周波成分の電圧に相当する。また、インバータ回路30の入力端の正ラインPL及び負ラインNLの間の高周波成分の電圧は、正極入力端子P1及び負極端子Nの間の高周波成分の電圧に相当する。
これに対して、本例では、上述の如く、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路にノイズ抑制コンデンサC1が配置される。特に、ダイオードD1~D6を中心に構成される整流回路10は、駆動回路を必要としないことから、ノイズ抑制コンデンサC1の実装スペースに余裕がある。これにより、その大きさ(容量)に依らず、整流回路10の出力端に対応する正極出力端子P0及び負極端子Nのより近い位置にノイズ抑制コンデンサC1を配置することができる。そのため、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路の高周波のノイズ成分を、高周波に対して低インピーダンスの特性を有するノイズ抑制コンデンサC1を含む経路をバイパスさせる形で、インバータ回路30に返送することができる。よって、他の経路からの誘導等によって、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路の高周波のノイズ成分が相対的に増加してしまうような回路の構成や構造が存在する場合でも、系統側に流出する高周波のノイズ成分を抑制し、放射ノイズを抑制できる。
[電力変換装置の第2例]
次に、図2を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第2例について説明する。以下、上述の第1例と異なる部分を中心に説明を行い、上述の第1例と同じ或いは対応する内容に関する説明を簡略化或いは省略する場合がある。
図2は、本実施形態に係る電力変換装置1の第2例を示す回路図である。
図2に示すように、電力変換装置1は、上述の第1例の場合と同様、整流回路10と、平滑回路20と、インバータ回路30と、ノイズ抑制コンデンサC1とを含む。
上述の第1例の場合と異なり、整流回路10、及びインバータ回路30は、必要な他の部品と共に、別々のモジュール(ダイオードモジュール100、及びインバータモジュール300)を構成する。
ダイオードモジュール100は、交流入力端子R,S,Tと、正極出力端子P0と、負極出力端子N0とを含む。
交流入力端子R,S,T、及び正極出力端子P0は、PIM400に代えて、ダイオードモジュール100に設けられること以外、上述の第1例の場合と同様の機能を有する。
負極出力端子N0は、整流回路10の負極側の出力端から負ラインNLをダイオードモジュール100の外部に引き出す。
インバータモジュール300は、交流出力端子U,V,Wと、正極入力端子P1と、負極入力端子N1とを含む。
交流出力端子U,V,W、及び正極入力端子P1は、PIM400に代えて、インバータモジュール300に設けられること以外、上述の第1例の場合と同様の機能を有する。
負極入力端子N1は、インバータ回路30の負極側の入力端から負ラインNLをインバータモジュール300の外部に引き出す。
平滑コンデンサCdcは、上述の第1例の場合と同様、コンデンサ基板200に含まれる(実装される)。
正ラインPLは、上述の第1例の場合と同様、正ラインPL11~PL14を含む。
負ラインNLは、負ラインNL21~NL24を含む。
負ラインNL21は、ダイオードモジュール100の内部において、整流回路10の負極側の出力端とダイオードモジュール100の負極出力端子N0との間を接続する。
負ラインNL22は、ダイオードモジュール100の外部(例えば、主基板上)において、ダイオードモジュール100の負極出力端子N0とコンデンサ基板200の負極端子Ncとの間を接続する。
負ラインNL23は、インバータモジュール300の外部(例えば、主基板上)において、コンデンサ基板200の負極端子Ncとインバータモジュール300の負極入力端子N1との間を接続する。
負ラインNL24は、インバータモジュール300の内部において、インバータ回路30の負極側の入力端とインバータモジュール300の負極入力端子N1との間を接続する。
ノイズ抑制コンデンサC1は、ダイオードモジュール100及びインバータモジュール300の外部(例えば、主基板上)において、正ラインPL12及び負ラインNL22を繋ぐ経路に配置される。
ダイオードスナバコンデンサは、例えば、ノイズ抑制コンデンサC1と平滑回路20(平滑コンデンサCdc)との間の正ラインPL12及び負ラインNL22を繋ぐ経路に配置されてよい。
スイッチスナバコンデンサは、例えば、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)とインバータ回路30との間の正ラインPL13及び負ラインNL23を繋ぐ経路に設けられてよい。
このように、本例では、上述の第1例の場合と同様、ノイズ抑制コンデンサC1が設けられる。
本例では、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとインバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとが、負極端子Ncで共通化されている。そのため、上述の第1例の場合と同様、インバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の経路と、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路とが物理的に近接して配置される場合がある。その結果、整流回路10の出力端の高周波のノイズ成分が相対的に大きくなり、系統側に流出する高周波のノイズ成分のうちの30MHz以上の成分により発生する放射ノイズが相対的に増加する可能性がある。特に、整流回路10の出力端の正ラインPL及び負ラインNLの間の高周波成分の電圧が、インバータ回路30の入力端の正ラインPL及び負ラインNLの間の高周波成分の電圧と同等のレベル、或いは、その電圧以上の場合、放射ノイズが非常に大きくなる。
尚、整流回路10の出力端の正ラインPL及び負ラインNLの間の高周波成分の電圧は、正極出力端子P0及び負極出力端子N0の間の高周波成分の電圧に相当する。また、インバータ回路30の入力端の正ラインPL及び負ラインNLの間の高周波成分の電圧は、正極入力端子P1及び負極入力端子N1の間の高周波成分の電圧に相当する。
これに対して、本例では、上述の第1例の場合と同様、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路にノイズ抑制コンデンサC1が配置される。特に、ダイオードD1~D6を中心に構成される整流回路10は、駆動回路を必要としないことから、ノイズ抑制コンデンサC1の実装スペースに余裕がある。これにより、その大きさ(容量)に依らず、整流回路10の出力端に対応する正極出力端子P0及び負極出力端子N0のより近い位置にノイズ抑制コンデンサC1を配置することができる。そのため、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路の高周波のノイズ成分を、高周波で低インピーダンスの特性を有するノイズ抑制コンデンサC1を含む経路をバイパスさせる形で、インバータ回路30に返送することができる。よって、他の経路からの誘導等によって、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路の高周波のノイズ成分が相対的に増加してしまうような回路の構成や構造が存在する場合でも、系統側に流出する高周波のノイズ成分を抑制し、放射ノイズを抑制できる。
[電力変換装置の第3例]
次に、図3を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第3例について説明する。以下、上述の第1例等と異なる部分を中心に説明を行い、上述の第1例等と同じ或いは対応する内容に関する説明を簡略化或いは省略する場合がある。
図3は、本実施形態に係る電力変換装置1の第3例を示す回路図である。
図3に示すように、電力変換装置1は、ノイズ抑制コンデンサC2が追加される点で、上述の第1例の場合と異なる。
ノイズ抑制コンデンサC2(第2の線間コンデンサの一例)は、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)とインバータ回路30との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。具体的には、ノイズ抑制コンデンサC2は、平滑コンデンサCdcとインバータ回路30との間の正ラインPL13及び負ラインNL13を繋ぐ経路に配置される。
ノイズ抑制コンデンサC2は、例えば、ノイズ抑制コンデンサC1と同様、相対的に容量が小さい積層セラミックコンデンサであってよい。また、ノイズ抑制コンデンサC2は、複数配置されてもよく、複数のノイズ抑制コンデンサC2が正ラインPL及び負ラインNLの間に並列接続されてもよいし、直列接続されてもよい。また、ノイズ抑制コンデンサC2の静電容量は、例えば、半導体素子S1~S6の出力容量、即ち、直流電圧印加時における主電極間(例えば、IGBTのコレクタ-エミッタ間)の静電容量よりも大きい値であってよい。また、ノイズ抑制コンデンサC2の静電容量は、例えば、サージ電圧を抑制するために相対的に大きな静電容量を要するスイッチスナバコンデンサの静電容量より小さい値であってよい。以下、後述の第4例、第6例、第8例の場合についても同様であってよい。
スイッチスナバコンデンサは、例えば、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)とノイズ抑制コンデンサC2との間の正ラインPL13及び負ラインNL13を繋ぐ経路に配置されてよい。
このように、本例では、ノイズ抑制コンデンサC1に加えて、ノイズ抑制コンデンサC2が設けられる。
これにより、インバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の経路の高周波のノイズ成分を、高周波に対して低インピーダンスの特性を有するノイズ抑制コンデンサC2を含む経路をバイパスさせる形で、インバータ回路30に返送することができる。そのため、インバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の経路の高周波のノイズ成分を抑制し、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路に誘導される高周波のノイズ成分を抑制することができる。よって、上述の第1例の場合に対して、ノイズ抑制コンデンサC1の作用と併せて、更に、放射ノイズを抑制することができる。
[電力変換装置の第4例]
次に、図4を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第4例について説明する。以下、上述の第1例等と異なる部分を中心に説明を行い、上述の第1例等と同じ或いは対応する内容に関する説明を簡略化或いは省略する場合がある。
図4は、本実施形態に係る電力変換装置1の第4例を示す回路図である。
図4に示すように、電力変換装置1は、ノイズ抑制コンデンサC2が追加される点で、上述の第2例の場合と異なる。
ノイズ抑制コンデンサC2は、上述の第3例の場合と同様、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)とインバータ回路30との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。具体的には、ノイズ抑制コンデンサC2は、平滑コンデンサCdcとインバータ回路30との間の正ラインPL13及び負ラインNL23を繋ぐ経路に配置される。
スイッチスナバコンデンサは、例えば、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)とノイズ抑制コンデンサC2との間の正ラインPL13及び負ラインNL23を繋ぐ経路に配置されてよい。
このように、本例では、上述の第3例の場合と同様、ノイズ抑制コンデンサC1に加えて、ノイズ抑制コンデンサC2が設けられる。
これにより、上述の第2例の場合に対して、ノイズ抑制コンデンサC1の作用と併せて、更に、放射ノイズを抑制することができる。
[電力変換装置の第5例]
次に、図5を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第5例について説明する。以下、上述の第1例等と異なる部分を中心に説明を行い、上述の第1例等と同じ或いは対応する内容に関する説明を簡略化或いは省略する場合がある。
図5は、本実施形態に係る電力変換装置1の第5例を示す回路図である。
本例では、整流回路10、インバータ回路30、及びノイズ抑制コンデンサC1以外の回路構成は、上述の第1例や第3例の場合と同様である。そのため、図5では、整流回路10、インバータ回路30、及びノイズ抑制コンデンサC1以外の構成が省略されている。
図5に示すように、ノイズ抑制コンデンサC1は、上述の第1例や第3例の場合と異なり、PIM400の内部において、整流回路10と平滑回路20(平滑コンデンサCdc)との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。
具体的には、ノイズ抑制コンデンサC1は、正ラインPL11、及び整流回路10と負ラインNL12との分岐点との間の負ラインNL11を繋ぐ経路に配置される。これにより、上述の第1例、第3例の場合と同様、電力変換装置1の放射ノイズを抑制することができる。
このように、本例では、ノイズ抑制コンデンサC1がPIM400の内部に配置される。
これにより、ノイズ抑制コンデンサC1をPIM400の外部で主基板上の配線パターンやブスバー等で接続する必要がなくなる。そのため、電力変換装置1の製造効率を向上させることができると共に、電力変換装置1の小型化を図ることができる。
[電力変換装置の第6例]
次に、図6を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第6例について説明する。以下、上述の第1例等と異なる部分を中心に説明を行い、上述の第1例等と同じ或いは対応する内容に関する説明を簡略化或いは省略する場合がある。
図6は、本実施形態に係る電力変換装置1の第6例を示す回路図である。
本例では、整流回路10、インバータ回路30、及びノイズ抑制コンデンサC1,C2以外の回路構成は、上述の第3例の場合と同様である。そのため、図6では、整流回路10、インバータ回路30、及びノイズ抑制コンデンサC1,C2以外の構成が省略されている。
図6に示すように、ノイズ抑制コンデンサC1は、上述の第3例の場合と異なり、PIM400の内部において、整流回路10と平滑回路20(平滑コンデンサCdc)との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。同様に、ノイズ抑制コンデンサC2は、上述の第3例の場合と異なり、PIM400の内部において、平滑回路20(平滑コンデンサCdc)とインバータ回路30との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に配置される。
具体的には、ノイズ抑制コンデンサC1は、上述の第5例の場合と同様、正ラインPL11、及び整流回路10と負ラインNL12との分岐点との間の負ラインNL11を繋ぐ経路に配置される。これにより、上述の第1例、第3例の場合と同様、電力変換装置1の放射ノイズを抑制することができる。
また、ノイズ抑制コンデンサC2は、正ラインPL14、及びインバータ回路30と負ラインNL12との分岐点との間の負ラインNL11を繋ぐ経路に配置される。これにより、上述の第3例の場合と同様、ノイズ抑制コンデンサC1の作用と併せて、電力変換装置1の放射ノイズを更に抑制することができる。
このように、本例では、ノイズ抑制コンデンサC1,C2がPIM400の内部に配置される。
これにより、ノイズ抑制コンデンサC1,C2をPIM400の外部で主基板上の配線パターンやブスバー等で接続する必要がなくなる。そのため、電力変換装置1の製造効率を向上させることができると共に、電力変換装置1の小型化を図ることができる。
[電力変換装置の第7例]
次に、図7を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第7例について説明する。以下、上述の第1例等と異なる部分を中心に説明を行い、上述の第1例等と同じ或いは対応する内容に関する説明を簡略化或いは省略する場合がある。
図7は、本実施形態に係る電力変換装置1の第7例を示す回路図である。
本例では、上述の第5例や第6例の場合と同様、整流回路10、インバータ回路30、及びノイズ抑制コンデンサC1がPIM400に内蔵され、PIM400の外部の回路構成は、ノイズ抑制コンデンサC1を除き、上述の第2例や第4例の場合と同様であってよい。そのため、図7では、整流回路10、インバータ回路30、及びノイズ抑制コンデンサC1以外の構成が省略されている。
図7に示すように、PIM400は、上述の第1例や第3例の場合と異なり、負極端子Nに代えて、負極出力端子N0及び負極入力端子N1を含む。
負極出力端子N0は、ダイオードモジュール100に代えて、PIM400に設けられること以外、上述の第2例、第4例の場合と同様の機能を有する。負極出力端子N0は、上述の第2例、第4例の場合と同様、PIM400の外部(例えば、主基板上)で、負ラインNL22を通じて、コンデンサ基板200の負極端子Ncと接続される。
負極入力端子N1は、インバータモジュール300に代えて、PIM400に設けられること以外、上述の第2例、第4例の場合と同様の機能を有する。負極入力端子N1は、PIM400の外部(例えば、主基板上)で、負ラインNL23を通じて、コンデンサ基板200の負極端子Ncと接続される。
ノイズ抑制コンデンサC1は、上述の第5例、第6例の場合と同様、PIM400の内部に配置される。具体的には、ノイズ抑制コンデンサC1は、正ラインPL11及び負ラインNL21を繋ぐ経路に設けられる。
上述の第1例や第3例の負極端子Nが負極出力端子N0及び負極入力端子N1に分離される一方、上述の第2例、第4例の場合と同様、コンデンサ基板200の負極入力端子及び負極出力端子が負極端子Ncで共通化されている。つまり、本例では、上述の第2例や第4例の場合と同様、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとインバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとが、負極端子Ncで共通化されている。そのため、整流回路10の出力端の高周波のノイズ成分が相対的に大きくなり、系統側に流出する高周波のノイズ成分のうちの30MHz以上の成分により発生する放射ノイズが相対的に増加する可能性がある。
これに対して、本例では、PIM400の内部にノイズ抑制コンデンサC1が配置される。そのため、上述の第2例や第4例の場合と同様、放射ノイズを抑制することができる。また、上述の第5例や第6例の場合と同様、電力変換装置1の製造効率を向上させることができると共に、電力変換装置1の小型化を図ることができる。
このように、ノイズ抑制コンデンサC1は、負極出力端子N0及び負極入力端子N1が別々に設置されるPIM400の内部に搭載されてもよい。
[電力変換装置の第8例]
次に、図8を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第8例について説明する。以下、上述の第1例等と異なる部分を中心に説明を行い、上述の第1例等と同じ或いは対応する内容に関する説明を簡略化或いは省略する場合がある。
図8は、本実施形態に係る電力変換装置1の第8例を示す回路図である。
本例では、整流回路10、インバータ回路30、及びノイズ抑制コンデンサC1,C2がPIM400に内蔵され、PIM400の外部の回路構成は、ノイズ抑制コンデンサC1,C2を除き、上述の第4例の場合と同様であってよい。そのため、図8では、整流回路10、インバータ回路30、及びノイズ抑制コンデンサC1,C2以外の構成が省略されている。
図8に示すように、PIM400は、上述の第7例の場合と同様、負極出力端子N0及び負極入力端子N1を含む。
ノイズ抑制コンデンサC1,C2は、上述の第6例の場合と同様、PIM400の内部に配置される。
具体的には、ノイズ抑制コンデンサC1は、正ラインPL11及び負ラインNL21を繋ぐ経路に設けられる。
また、ノイズ抑制コンデンサC2は、正ラインPL14及び負ラインNL24を繋ぐ経路に設けられる。
本例では、上述の第7例の場合と同様、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとインバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとが、負極端子Ncで共通化されている。そのため、整流回路10の出力端の高周波のノイズ成分が相対的に大きくなり、系統側に流出する高周波のノイズ成分のうちの30MHz以上の成分により発生する放射ノイズが相対的に増加する可能性がある。
これに対して、本例では、PIM400の内部にノイズ抑制コンデンサC1,C2が配置される。そのため、上述の第4例の場合と同様、放射ノイズを更に抑制することができる。また、上述の第6例の場合と同様、電力変換装置1の製造効率を向上させることができると共に、電力変換装置1の小型化を図ることができる。
このように,ノイズ抑制コンデンサC1,C2は、負極出力端子N0及び負極入力端子N1が別々に設置されるPIM400の内部に搭載されてもよい。
[電力変換装置の第9例]
次に、図9を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の第9例について説明する。以下、上述の第1例等と異なる部分を中心に説明を行い、上述の第1例等と同じ或いは対応する内容に関する説明を簡略化或いは省略する場合がある。
図9は、本実施形態に係る電力変換装置1の第9例を示す回路図である。
本例では、整流回路10及びノイズ抑制コンデンサC1がダイオードモジュール100に内蔵され、ダイオードモジュール100の外部の回路構成は、ノイズ抑制コンデンサC1を除き、上述の第2例や第4例の場合と同様であってよい。そのため、図9では、整流回路10及びノイズ抑制コンデンサC1以外の構成が省略されている。
図9に示すように、ノイズ抑制コンデンサC1は、ダイオードモジュール100の内部において、正ラインPL11及び負ラインNL21を繋ぐ経路に配置される。これにより、上述の第2例、第4例の場合と同様、電力変換装置1の放射ノイズを抑制することができる。
このように、本例では、ノイズ抑制コンデンサC1がダイオードモジュール100の内部に配置される。
これにより、ノイズ抑制コンデンサC1をダイオードモジュール100の外部で主基板上の配線パターンやブスバー等で接続する必要がなくなる。そのため、電力変換装置1の製造効率を向上させることができると共に、電力変換装置1の小型化を図ることができる。
[電力変換装置の他の例]
次に、本実施形態に係る電力変換装置1の他の例について説明する。
上述の第1例~第9例の電力変換装置1には、適宜変形や変更が加えられてもよい。
例えば、上述の第4例や第9例において、ノイズ抑制コンデンサC2は、インバータモジュール300の内部に配置されてもよい。この場合、ノイズ抑制コンデンサC2は、正ラインPL14及び負ラインNL24を繋ぐ経路に設けられてよい。
これにより、ノイズ抑制コンデンサC2をインバータモジュール300の外部で主基板上の配線パターンやブスバー等で接続する必要がなくなる。そのため、電力変換装置1の製造効率を向上させることができると共に、電力変換装置1の小型化を図ることができる。
また、例えば、上述の第1例~第9例では、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路に対して、インバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の経路に代えて、或いは、加えて、高周波のノイズ成分が相対的に大きい他の経路が近接していてもよい。例えば、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路に対して、インバータ回路30の交流出力経路、即ち、U相、V相、及びW相の出力線が近接していてもよい。
これにより、他の経路から整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路に高周波のノイズ成分が誘導されても、電力変換装置1は、ノイズ抑制コンデンサC1の作用により、放射ノイズを抑制することができる。
また、例えば、上述の第1例~第9例では、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLと、インバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の負ラインNLとが、その一部で共通化されるが、その全部が共通であってもよい。
また、例えば、上述の第1例~第9例では、負ラインNLに代えて、正ラインPLの少なくとも一部が、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の経路と、インバータ回路30と平滑コンデンサCdcとの間の経路との間で共通化されてもよい。この場合、突入電流を防止するリレーや平滑回路20の直流リアクトルは、負ラインNLに配置されてよい。
[作用]
次に、図10を参照して、本実施形態に係る電力変換装置1の作用について説明する。
図10は、比較例に係る電力変換装置及び本実施形態に係る電力変換装置1の放射ノイズのスペクトルを示す図である。具体的には、第1の比較例の電力変換装置、第2の比較例の電力変換装置、上述の第3例の電力変換装置1、及び上述の第4例の電力変換装置1の放射電界強度のスペクトルを示す図である。
第1の比較例の電力変換装置は、ノイズ抑制コンデンサC1,C2が設けられないこと以外、上述の第3例の電力変換装置1と同様の構成を有する。また、第2の比較例の電力変換装置は、ノイズ抑制コンデンサC1,C2が設けられないこと以外、上述の第4例の電力変換装置1と同様の構成を有する。
図10に示すように、ノイズ抑制コンデンサC1,C2の作用により、第1の比較例の電力変換装置に対して、上述の第3例の電力変換装置1の30MHz以上の高周波領域の放射電界強度が相対的に小さく抑制されている。
同様に、ノイズ抑制コンデンサC1,C2の作用により、第2の比較例の電力変換装置に対して、上述の第4例の電力変換装置1の30MHz以上の高周波領域の放射電界強度が相対的に小さく抑制されている。
このように、本実施形態では、ノイズ抑制コンデンサC1は、整流回路10と平滑コンデンサCdcとの間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に設けられる。
これにより、電力変換装置1の放射ノイズを抑制することができる。
また、本実施形態では、ノイズ抑制コンデンサC2は、平滑コンデンサCdcとインバータ回路30との間の正ラインPL及び負ラインNLを繋ぐ経路に設けられてよい。
これにより、ノイズ抑制コンデンサC1の作用と併せて、電力変換装置1の放射ノイズを更に抑制することができる。
以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
1 電力変換装置
10 整流回路
20 平滑回路
30 インバータ回路(電力変換回路)
100 ダイオードモジュール
200 コンデンサ基板
300 インバータモジュール
400 PIM
C1 ノイズ抑制コンデンサ(第1の線間コンデンサ)
C2 ノイズ抑制コンデンサ(第2の線間コンデンサ)
Cdc 平滑コンデンサ
D1~D6 ダイオード
N 負極端子
N0 負極出力端子
N1 負極入力端子
Nc 負極端子
NL,NL11~NL13,NL21~NL24 負ライン
P0 正極出力端子
P1 正極入力端子
Pc0 正極入力端子
Pc1 正極出力端子
PL,PL11~PL14 正ライン
R,S,T 交流入力端子
S1~S6 半導体素子
U,V,W 交流出力端子

Claims (10)

  1. 外部から入力される交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
    前記整流回路から出力される直流電力の正ライン及び負ラインの間を接続する経路に設けられる平滑コンデンサと、
    前記平滑コンデンサと並列に前記正ライン及び前記負ラインと接続され、前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電力を半導体素子のスイッチング動作により所定の交流電力に変換して出力する電力変換回路と、
    前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間の前記正ライン及び前記負ラインを繋ぐ経路に設けられる第1の線間コンデンサと、を備える、
    電力変換装置。
  2. 前記整流回路の出力端における前記正ライン及び前記負ラインの間の電圧は、前記電力変換回路の入力端における前記正ライン及び前記負ラインの間の電圧と同等のレベルにある、又は、前記電力変換回路の入力端における前記正ライン及び前記負ラインの間の電圧以上である、
    請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間の前記負ライン、及び前記電力変換回路と前記平滑コンデンサとの間の前記負ラインの少なくとも一部、又は、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間の前記正ライン、及び前記電力変換回路と前記平滑コンデンサとの間の前記正ラインの少なくとも一部が共通となっている、
    請求項1又は2に記載の電力変換装置。
  4. 前記第1の線間コンデンサは、前記整流回路に含まれるダイオードの接合容量よりも大きな静電容量を有する、
    請求項1乃至3の何れか一項に記載の電力変換装置。
  5. 前記第1の線間コンデンサは、積層セラミックコンデンサである、
    請求項1乃至4の何れか一項に記載の電力変換装置。
  6. 前記第1の線間コンデンサは、複数あり、
    複数の前記第1の線間コンデンサは、前記正ライン及び前記負ラインの間で、直列接続又は並列接続される、
    請求項1乃至5の何れか一項に記載の電力変換装置。
  7. 前記平滑コンデンサと前記電力変換回路との間の前記正ライン及び前記負ラインを繋ぐ経路に設けられる第2の線間コンデンサを備える、
    請求項1乃至6の何れか一項に記載の電力変換装置。
  8. 前記第2の線間コンデンサは、前記半導体素子の直流電圧印加時における主電極間の静電容量よりも大きな静電容量を有する、
    請求項7に記載の電力変換装置。
  9. 前記第2の線間コンデンサは、積層セラミックコンデンサである、
    請求項7又は8に記載の電力変換装置。
  10. 前記第2の線間コンデンサは、複数あり、
    複数の前記第2の線間コンデンサは、前記正ライン及び前記負ラインの間で、直列接続又は並列接続される、
    請求項7乃至9の何れか一項に記載の電力変換装置。
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