JP4861737B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体スイッチング素子が破損した際に被害拡大を抑制する目的で回路内にヒューズを設けた電力変換装置に関し、特には、ヒューズが溶断したことを検出する溶断検出機能を備えた電力変換装置に関するものである。

図３は、例えば特開平５−３０６３４号公報に記載された、従来の溶断検出器を併設した半導体保護用ヒューズを備えた電力変換装置の概略回路構成図、図２は、図３の各部品の配置例を示す図である。
図２、図３において、１は直流回路の端子間に接続された直流電圧源としての電解コンデンサ、２、５は平行ブスバー、３、４はヒューズであって、それぞれ主ヒューズエレメント３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、溶断検出用エレメント３ｃ、４ｃ、および溶断検出用接点３ｄ、４ｄを備えている。
７は、自己消孤可能な電力半導体スイッチング素子ＩＧＢＴと並列に接続されたフリーホイーリングダイオードを内蔵する半導体モジュールであり、両端は溶断検出器付きのヒューズ３、４を介して電解コンデンサ１の両端に接続されている。また、ヒューズ３、４が溶断した場合は溶断表示用接点３ｄ、４ｄが動作し、補助電源（図示せず）を用いて溶断検出信号を発生する。６は回路の寄生インダクタンスにより発生する過電圧を抑制するためのスナバコンデンサである。
なお、図４は、例えば、米国特許第５，２６０，６７９号公報に記載された溶断検出器付きヒューズの構造の一例を示す概略断面図であり、３０は主電極、４０は消弧材、５０は主ヒューズエレメント、６０は溶断検出用エレメント、７０はばね、９０は溶断検出接点である。主ヒューズエレメント５０に比べ溶断検出用エレメント６０の抵抗値は高く設定されており、ヒューズが正常な場合は、溶断検出用エレメント６０にはほとんど電流は流れない。主ヒューズエレメント５０が事故の発生等で溶断した場合に、溶断検出用エレメント６０に電流が流れ、溶断検出用エレメント６０が溶断して、機構的に溶断検出接点９０を動作させる。

このような過電流保護用のヒューズを備えた電力変換装置において、半導体モジュール７への過大な電圧印加を抑制するためには、例えば、特開２０００−１５２６０４号公報、特開２００１−５７７８２号公報に記載されているように、主回路配線の、特にヒューズによるインダクタンスを打ち消し合うように、ヒューズを近接配置し、配線インダクタンスを減少させることが必要とされている。

特開平５−３０６３４号公報 特開２０００−１５２６０４号公報号公報 特開２００１−５７７８２号公報 米国特許第５，２６０，６７９号公報（図１）

溶断検出器付のヒューズにおいては、通常は、主ヒューズエレメントに対し溶断検出用エレメントの抵抗は十分大きくなるように設計されており、低周波の電流に対しては主ヒューズエレメントより先に溶断することはない。
しかしながら、上述のように、主回路配線のインダクタンスを低減させるために、電力変換装置の主回路にヒューズを近接して配置した場合、従来装置においては、スナバコンデンサと電解コンデンサとの共振等により高周波成分の電流が流れた場合に、溶断検出用エレメントにも近接効果が発生し、この近接効果により直流抵抗で決まる分流比以上の電流が溶断検出用エレメントに流れ、溶断検出用エレメントに電流が集中して、主ヒューズエレメントより先に溶断検出用エレメントが溶断し、溶断検出器が不要な動作をするという問題があった。

この発明は、上記のような従来装置の問題点を解消するためになされたもので、主回路配線の寄生インダクタンスを減少させ電力変換装置に過大電圧が印加されることを防止すると共に、主ヒューズエレメントが溶断する前に溶断検出用エレメントが溶断し、溶断検出器が誤動作することを防止するようにした溶断検出機能付きの電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明に係わる電力変換装置は、主ヒューズエレメントと、この主ヒューズエレメントと並列接続され且つ略平行配置された溶断検出用エレメントとからなる第１の過電流保護素子および第２の過電流保護素子を有し、電力変換装置のアームと直列に接続された互いに逆極性の電流が流れる第１の電流路と第２の電流路の、一方の電流路に前記第１の過電流保護素子を、他方の電流路に前記第２の過電流保護素子を配設した電力変換装置であって、前記第１の過電流保護素子と第２の過電流保護素子は、前記第１の電流路と第２の電流路に流れる電流によって、互いのインダクタンスを打ち消し合うように主ヒューズエレメント同士を近接配置すると共に、前記溶断検出用エレメント同士は、近接効果が出にくいように、互いの間隔が主ヒューズエレメント同士の間隔よりも大きくなるように配置したものである。

この発明の電力変換装置によれば、主回路配線の寄生インダクタンスを減少させ電力変換装置に過大電圧が印加されることを防止すると共に、溶断検出用エレメントの不要な動作をなくして、溶断検出器が誤動作することを防止する溶断検出機能を備えた電力変換装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力変換装置の各部品の配置状態を示す概略図である。なお、図中、図２、図３との同一符号は、同一もしくは相当部分を示す。
図１において、１は直流回路の端子間に接続された直流電圧源としての電解コンデンサ、２、５は平行ブスバー、３は、第１の過電流保護素子であるヒューズであって、主ヒューズエレメント３ａと、この主ヒューズエレメント３ａに並列接続され且つ略平行に配置された溶断検出用エレメント３ｃがヒューズに内蔵された形で備えられている。４はヒューズ３と同様に構成された第２の過電流保護素子であるヒューズであって、主ヒューズエレメント４ａと、この主ヒューズエレメント４ａに並列接続され且つ略平行に配置された溶断検出用エレメント４ｃを備えている。６は電力変換装置主回路の寄生インダクタンスにより発生する過電圧を抑制するためのスナバコンデンサ、７は、例えば自己消孤可能な電力半導体スイッチング素子ＩＧＢＴと並列に接続されたフリーホイーリングダイオードを内蔵する半導体モジュールであって電力変換装置の出力アームを構成し、両端はヒューズ３、４を介して直流電圧源としての電解コンデンサ１の両端に接続されている。

次にこの発明の特徴となるヒューズ３とヒューズ４の配置構成について説明する。
第１の過電流保護素子であるヒューズ３は、半導体モジュール７に直列接続された一方の電路である第１の電流路に配設され、第２の過電流保護素子であるヒューズ４は、半導体モジュール７に直列接続された他方の電路で、第１の電流路とは逆極性の電流が流れる第２の電流路に配設される。そしてヒューズ３とヒューズ４は、主回路の寄生インダクタンスを減少させるように、第１の電流路と第２の電流路に流れる電流によって互いのインダクタンスが相殺されるように主ヒューズエレメント３ａと４ａとを近接して対向配置する。
一方、溶断検出用エレメント３ｃ、４ｃは、近接効果がでないように、主ヒューズエレメント３ａと４ａの外側で対向する主ヒューズエレメントから最も遠くなる位置、すなわち、
溶断検出用エレメント同士の間隔が最も大きくなるように配置するものである。

なお、上記の説明においては、溶断検出用エレメントがヒューズに内蔵されたタイプのものを例に説明したが、溶断検出用エレメントをヒューズの外に取り付ける構造のものであってもよいことは言うまでもない。

以上のように、この発明の実施の形態１の電力変換装置によれば、主ヒューズエレメントと、この主ヒューズエレメントと並列接続され且つ略平行配置された溶断検出用エレメントとからなる第１の過電流保護素子および第２の過電流保護素子を、電力変換装置のアームと直列に接続された互いに逆極性の電流が流れる第１の電流路と第２の電流路にそれぞれ配設し、前記第１の過電流保護素子と第２の過電流保護素子の配置構成を、前記第１の電流路と第２の電流路に流れる電流によって、互いのインダクタンスを打ち消し合うように主ヒューズエレメント同士を近接配置すると共に、前記溶断検出用エレメント同士は、近接効果が出にくいように、互いの間隔が主ヒューズエレメント同士の間隔よりも大きくなるように配置するようにしたので、主回路配線の寄生インダクタンスを減少させ、電力変換装置に過大電圧が印加されることを防止すると共に、主ヒューズエレメントが溶断する前に溶断検出用エレメントが溶断し、溶断検出器が誤動作することを防止ることが可能となる。

この発明は回路保護用の溶断検出装置付のヒューズを備えたインバータ等の電力変換装置に適用できる。

この発明の実施の形態１における電力変換装置の各部品の配置状態を示す概略図である。 従来の半導体保護用ヒューズを備えた電力変換装置の各部品の配置状態を示す概略図である。 従来の半導体保護用ヒューズを備えた電力変換装置の概略回路構成図である。 従来の溶断検出器付きヒューズの一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 電解コンデンサ ２、５ 平行ブスバー ３、４ ヒューズ ３ａ、３ｂ、４ａ
４ｂ 主ヒューズエレメント ３ｃ、４ｃ 溶断検出用エレメント ３ｄ、４ｄ 溶
断検出用接点 ６ スナバコンデンサ ７ 半導体モジュール。

Claims (3)

1. 主ヒューズエレメントと、この主ヒューズエレメントと並列接続され且つ略平行配置された溶断検出用エレメントとからなる第１の過電流保護素子および第２の過電流保護素子を有し、電力変換装置のアームと直列に接続された互いに逆極性の電流が流れる第１の電流路と第２の電流路の、一方の電流路に前記第１の過電流保護素子を、他方の電流路に前記第２の過電流保護素子を配設した電力変換装置であって、前記第１の過電流保護素子と第２の過電流保護素子は、前記第１の電流路と第２の電流路に流れる電流によって、互いのインダクタンスを打ち消し合うように主ヒューズエレメント同士を近接配置すると共に、前記溶断検出用エレメント同士は、近接効果が出にくいように、互いの間隔が主ヒューズエレメント同士の間隔よりも大きくなるように配置したことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１の過電流保護素子と第２の過電流保護素子の配置は、主ヒューズエレメント同士を対向させて近接配置すると共に、前記溶断検出用エレメント同士の位置が、主ヒューズエレメントの外側となるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１の過電流保護素子と第２の過電流保護素子は、ヒューズエレメントと溶断検出用エレメントとが一体に内蔵されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
   

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