JP6152587B2

JP6152587B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6152587B2
Application number: JP2013136999A
Authority: JP
Inventors: 隆史白川; 剛神村
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: JP2015012715A

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

直流電源の出力する直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を商用電力系統へ
重畳する電力変換装置が提供されている。電力変換装置には、複数のスイッチ素子により
直流電源の出力する直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、この電力変換部の制御
を行う制御基板とを備えている。

電力変換装置には内部で発生するノイズ、或いは外部からのノイズが電力変換部や制御
基板等に影響を与えないように様々な工夫がなされている。具体的には、電力変換部の上
方（前方）に制御基板を配置する際に、接地した金属性の取付板に制御回路を取り付けて
配置している（特許文献１）。この様にすることで、この取付板が電力変換部からのノイ
ズ（例えば、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより発生するノイズ）を吸収して、制御
基板に与えるノイズを少なくすることができる。

また、太陽電池の出力する直流電力が供給される電力線に、ノイズを抑制するためのフ
ィルタ基板を設けている（特許文献２）。これにより、外部からのノイズが電力変換部や
制御基板に影響することを抑制することができる。

一方、制御基板は、太陽電池の地絡が発生した場合にそれを検出して電力変換部を停止
する機能を有している。地絡の検出には、零相変流器（ＺＣＴ）等が用いられ、制御基板
では、直流電源からの直流電力が供給される電力線に流れる地絡電流を監視している（特
許文献３）。

特開２００３−１９９３６０号公報特開平１０−２１０７６１号公報特開２００４−２１５４３９号公報

しかしながら、フィルタ基板を用いる様な場合、電力線までの零相電流器の信号線の配
線が長くなり、結果、信号線と筺体や金属性の取付板との間の浮遊容量が大きくなって、
信号線にノイズが入り易くなってしまうという問題があった。特に地絡検出は、零相変流
器の二次側電流が数ｍＡ程度の小さい電流でも地絡と検出するものであり、小さなノイズ
が重畳しても誤検出を誘発してしまうものである。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、地絡検出に用いる配線を短くし
て誤検出を抑制する電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、太陽電池の出力電力を直流電力
から交流電力に変換する電力変換部を備える電力変換装置において、コンデンサ及びチョ
ークコイルが実装され前記出力電力のノイズを減衰するノイズフィルタを構成する第１基
板と、第１基板と前記電力変換部との間を接続し、前記直流電力が供給される電力線と、
前記電力線に配置され、前記太陽電池の地絡を検出するための地絡センサと、前記第１基
板の投影面上に多くが重ならないように隣接して配置され、前記電力変換部の制御を行う
第２基板と、前記地絡センサと第２基板とを接続する信号線と、備え、ポリオレフィンを
含有する難燃性及び絶縁性のチューブに前記信号線を通すと共に、当該信号線を第１基板
のコンデンサ及びチョークコイルが実装されている面の上を跨いで第２基板から前記地絡
センサまでつなげることを特徴とする。

本発明によれば、地絡検知に用いる配線を短くした際の不具合を低減し誤検出を抑制す
ることができる。

電力変換装置の正面図を示す。電力変換装置のＡ−Ａ断面図を示す。

電力変換装置１は、太陽電池の出力電力を直流電力から交流電力に変換する電力変換部
２と、この電力変換部２の制御を行う制御回路基板３と、電力変換装置内外へのノイズを
減衰するノイズフィルタ基板４と、電力変換部２、制御回路基板３（第２基板）、ノイズ
フィルタ基板４（第１基板）、及び地絡センサ５を含むセンサ類を収容する単一の筺体１
０とを備えている。

電力変換部２は、昇圧回路やインバータ回路により構成されている。これらの昇圧回路
やインバータ回路は、複数のスイッチ素子２１、リアクトル２２、大容量コンデンサ２３
、パワー基板２４等により構成される。回路構成については、例えば、ＤＣ／ＤＣのスイ
ッチング型の昇圧回路、やＤＣ／ＡＣのＰＷＭに基づく変換回路や５０Ｈｚ／６０Ｈｚを
境界とするローパスフィルタの構成を用いることができるため詳細については省略する。
電力変換部２は、この昇圧回路やインバータ回路を利用して、例えば、１０ｋＷ程度の直
流電力（太陽電池の出力）を三相の商用電力系統と同期した電力に変換する。

制御回路基板３は、演算処理装置（ＣＰＵ）などの電子部品が実装されて構成される。
また、制御回路基板３には、電力変換装置１への入出力電圧・電流等を検出するためのセ
ンサが、基板に実装されているコネクタを介して接続される。これにより、制御回路基板
３は電力変換装置１の状態を監視しながら電力変換部２の動作を制御することができる。
また、制御回路基板３には、地絡センサ５が信号線ＬＳを介して接続されており、太陽電
池の地絡を検出すると電力変換部の動作を停止する保護機能が備わっている。地絡センサ
５の制御回路基板３への接続の詳細については後述する。

ノイズフィルタ基板４は、太陽電池の出力する直流電力のノイズを除去する第１ノイズ
フィルタＮＦ１と、変換された交流電力のノイズを除去する第２ノイズフィルタＮＦ２と
が共通の基板に実装されている。第１、第２ノイズフィルタＮＦ１、ＮＦ２はコモンモー
ドノイズやノーマルモードノイズを減衰するためのＸコンデンサ４１ａ〜４１ｄ、Ｙコン
デンサ４２ａ〜４２ｄ、チョークコイル４３ａ、４３ｂ等からなる。そして、第１、第２
のノイズフィルタＮＦ１、ＮＦ２には、夫々、太陽電池の出力する直流電力が供給される
電力線Ｌ１〜Ｌ４と、電力変換部２により電力変換された交流電力が供給される電力線Ｌ
Ａ〜ＬＦが接続されている。従って、このノイズフィルタ基板４には太陽電池の出力が１
０ｋＷであり、定格出力電圧が４５０Ｖであれば２０〜２５Ａ程度の電流が流れる。（尚
、この値は条件によって異なるが少なくとも２０Ａ程度以上の電流が流れることになる。
）

これにより、入力側ブレーカＢ１を介して入力された太陽電池の出力する直流電力は、
一対の電力線Ｌ１、Ｌ２を通してノイズフィルタ基板４の第１ノイズフィルタＮＦ１に供
給されノイズが減衰される。ノイズが減衰された直流電力は、一対の電力線Ｌ３、Ｌ４を
通して電力変換部２に供給される。また、電力変換部２が変換した交流電力は、電力線Ｌ
Ａ〜ＬＣを通してノイズフィルタ基板４の第２ノイズフィルタＮＦ２に供給されノイズが
減衰される。ノイズが減衰された交流電力は電力線ＬＤ〜ＬＦ、及び出力側ブレーカＢ２
を通して筺体外部の商用電力系統に重畳される。このように、ノイズフィルタ基板４は、
共通の基板を用いて入力側及び出力側のフィルタを構成している。

次に、電力変換部２、制御回路基板３、及びノイズフィルタ基板４の具体的な配置につ
いて述べる。筺体１０には、上面板１１、側面板１２、１３、下面板１４、背面板１５を
有し、前面部に開口を設けた略直方体形状をしている。筺体１０にはこの開口を通して、
電力変換部２、制御回路基板３、及びノイズフィルタ基板４が収容される。

筺体１０には、複数のスイッチ素子２１やパワー基板２４を取り付けるための第１取付
部材７１、制御回路基板を取り付けるための第２取付部材７２、及びノイズフィルタ基板
４を取り付けるための第３取付部材７３が配置される。

第１取付部材７１は、中空の直方体形状の筒を２つ並列に並べた形状を有する金属性の
部材が用いられ、この筒の孔の向きが上下方向（上面板１１から下面板１４方向）となる
ように筺体１０の背面板１５に配置されている。第１取付部材７１の一方の筒には、リア
クトル２２が配置され、他方の筒には第１取付部材７１の壁から複数のフィンＦが延在し
ている。この壁のフィンＦと反対側には複数のスイッチ素子２１とパワー基板２４が配置
され、複数のスイッチ素子２１が発する熱がこのフィンＦを介して放熱される。また、第
１取付部材７１の隣には大容量コンデンサ２３が配置されている。フィンＦは複数のスイ
ッチ素子２１が発する熱を全て放熱するものではなく、この複数のスイッチ素子２１の反
フィンＦ側からの熱はそのまま筐体１０内に放熱され筐体１０内の温度を上げるものであ
る。

第２取付部材７２は、金属板の両端部７２ｂ、７２ｃを折り曲げてなり、その両端部が
筺体１０の背面板１５に取り付けられる。この取り付けにより、第２取付部材７２の内側
（背面側）に、第１取付部材７１及び大容量コンデンサ２３（即ち、電力変換部２）が覆
われるように配置されることとなる。第２取付部材７２の中央部でありその外側（前面側
）には、制御回路基板３が取り付けられる。

第３取付部材７３は、金属板の両端部７３ｂ、７３ｃを折り曲げてなり、端部７３ｂは
第２取付部材７２に取り付けられ、端部７３は筺体１０の背面板に取り付けられる。この
取り付けにより、第２取付部材７２の中央部７２ａに対して第３取付部材７３の中央部７
３ａが背面側に凹むように段を形成する。第３取付部材７３の中央部７３の前面側にノイ
ズフィルタ基板４を取り付けることにより、ノイズフィルタ基板４の投影面上に重ならな
いように制御回路基板３の隣にノイズフィルタ基板４が配置されると共に、制御回路基板
３に対してノイズフィルタ基板４が低い位置（背面側）に配置される。尚、ノイズフィル
タ基板４と制御回路基板３とは一部が重なっても問題なく、ノイズを放射するような部品
の多くが重ならければ良い。

上述のように配置することにより、電力変換部２と、制御回路基板３及びノイズフィル
タ基板４との間を金属板（第２取付部材７２、及び第３取付部材７３）により仕切ってい
る。また、第１〜第３の取付部材７３、及び筺体１０は接地されており同電位に保たれて
いるため、電力変換部２と制御回路基板３及びノイズフィルタ基板４との間のノイズの伝
播が抑制される。

次に、地絡センサ５について詳細に述べる。地絡センサ５にはリング状のコアにコイル
を巻いた零相変流器が用いられる。地絡センサ５は、このリング状のコアに一対の電力線
Ｌ３、Ｌ４を通して利用する。これにより、電力線Ｌ３、Ｌ４（一次側）に地絡電流が流
れると、零相変流器のコイル（二次側）に電流が流れ、二次側に流れた電流を検出するこ
とにより地絡電流を検出することができる。

地絡センサ５は上述したように、信号線ＬＳにより制御回路基板３と接続されている。
この際、信号線ＬＳはチューブ６（筒）を通して地絡センサ５から制御回路基板３に引き
回される。また、信号線ＳＬは、制御回路基板３からノイズフィルタ基板４を跨いで（ノ
イズフィルタ基板４のコンデンサ及びチョークコイルが実装されている面の上を通って）
地絡センサ５につなげられる。具体的には、ノイズフィルタ基板４には第１ノイズフィル
タＮＦ１と第２ノイズフィルタＮＦ２とが並列に並んで実装されており、第２ノイズフィ
ルタＮＦ２が制御回路基板３側に実装されている。信号線３は、第２ノイズフィルタＮＦ
２のコンデンサ４１ｄ、４２ｄ、及びチョークコイル４３ｂの上を跨いでいる。

従来、この信号線ＳＬはノイズフィルタ基板４を迂回するように周辺を引き回した後、
制御回路基板３と地絡センサ５と繋いでおり、その結果、配線が長くなり信号線と筺体や
金属性の取付板（例えば、第２取付部材７２や第３取付部材７３）との間の浮遊容量が大
きくなって、信号線にノイズが入り易くなってしまうという問題があった。本実施例はノ
イズフィルタ基板４を跨いで信号線を配することにより信号線ＳＬを通常より短くできこ
の浮遊容量によるノイズの抑制作用が得られている。

一方、信号線ＳＬがノイズフィルタ基板４を跨ぐことにより、ノイズフィルタ基板から
の高周波の振動や放熱と筐体１０内の温度上昇との影響を受けることがあり、信号線ＳＬ
にはチューブ６を被せている。チューブ６は、少なくともポリオレフィンを含有して難
燃性及び絶縁性を備えるものであり、例えば、イラックスチューブ（商標登録）を用いる
ことができる。

また、ノイズフィルタ基板４は、太陽電池の出力する直流電力や電力変換装置の変換し
た交流電力が供給される基板であり大きな電流が流れるものである。大きな電流が流れる
ことによりノイズフィルタ基板４の温度が上がるが、このチューブ６により信号線ＬＳが
ノイズフィルタ基板４に直接触れることを防止でき温度による影響（例えば、信号線ＬＳ
の抵抗の増加による地絡の誤検出や信号線ＬＳの高温による劣化等）を受け難くしている
。さらに、耐収縮性のチューブ６を利用しているので信号線ＬＳとチューブ６との間で空
気の層が形成され信号線ＬＳがさらに温度の影響を受け難くなると共に高周波の振動の伝
達が抑制されている。特に振動の大きい交流電力用の第２ノイズフィルタＮＦ２を跨ぐこ
とも可能になる。また、難燃性のチューブ６を利用しているので、チューブ６が熱により
破損することを防止することができる。さらに絶縁性を有することにより、信号線ＬＳの
破損時にも誤動作を抑制できるものである。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、第２取付部材７２と第３取付部材７３とを別の部材に分けて用いたが、一体物
を用いても良い。

１電力変換装置
２電力変換部
３制御回路基板（第２基板）
４ノイズフィルタ基板（第１基板）
５地絡センサ
６チューブ
１０筐体
１１上面板
１２左側面板
１３右側面板
１４下面板
１５背面板
２１スイッチ素子
２２リアクトル
２３大容量コンデンサ
２４パワー基板
４１Ｘコンデンサ
４２Ｙコンデンサ
４３チョークコイル
Ｂ１入力側ブレーカ
Ｂ２出力側ブレーカ
Ｌ１〜Ｌ４、ＬＡ〜ＬＦ電力線
ＮＦ１第１ノイズフィルタ
ＮＦ２第２ノイズフィルタ
ＬＳ信号線
７１第１取付部材
７２第２取付部材
７３第３取付部材

Claims

太陽電池の出力電力を直流電力から交流電力に変換する電力変換部を備える電力変換装
置において、
コンデンサ及びチョークコイルが実装され前記出力電力のノイズを減衰するノイズフィ
ルタを構成する第１基板と、
第１基板と前記電力変換部との間を接続し、前記直流電力が供給される電力線と、
前記電力線に配置され、前記太陽電池の地絡を検出するための地絡センサと、
前記第１基板の投影面上に多くが重ならないように隣接して配置され、前記電力変換部
の制御を行う第２基板と、
前記地絡センサと第２基板とを接続する信号線と、
を備え、
ポリオレフィンを含有する難燃性及び絶縁性のチューブに前記信号線を通すと共に、当
該信号線を第１基板のコンデンサ及びチョークコイルが実装されている面の上を跨いで第
２基板から前記地絡センサまでつなげることを特徴とする電力変換装置。
前記信号線は前記コンデンサ、或いは前記チョークコイル上を跨いで引き回されると共
に、第１基板及び第２基板と前記電力変換部との間に金属板を設けることを特徴とする請
求項１に記載の電力変換装置。
第２基板に対して第１基板が低い位置に配置されることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の電力変換装置。