JP6161127B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部から供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を異なる大きさの直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた電力変換装置に関する。

電気自動車やハイブリッドカーには、走行用モータの駆動源である高圧バッテリと、ＡＣ／ＤＣコンバータ（充電器）と、ＤＣ／ＤＣコンバータとが設けられている。ＡＣ／ＤＣコンバータは、外部の商用交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して、該直流電圧で高圧バッテリを充電する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータまたは高圧バッテリからの直流の高電圧を低電圧に変換して、該低電圧を補機に供給する。補機には、低電圧で駆動するカーナビゲーションシステムや灯火類などが含まれる。

たとえば特許文献１のように、ＡＣ／ＤＣコンバータは、フィルタ回路、力率改善回路、フルブリッジ回路、トランス、および整流回路から主に構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、フィルタ回路、フルブリッジ回路、トランス、および整流回路から主に構成されている。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータとこれらを制御する制御手段により、１つの電力変換装置が構成されている。

一方、たとえば特許文献２〜４には、走行モータを駆動するためのパワーモジュール（インバータなど）と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、これらを冷却する冷却体とが一体化された電力変換装置が開示されている。冷却体の内部には、冷媒を流す流路が形成されている。冷却体の上面には、ＤＣ／ＤＣコンバータが搭載され、冷却体の下面には、パワーモジュールが搭載されている。

特開２０１４−３７５０号公報 特開２００９−２７９０１号公報 特開２０１３−２１１９４３号公報 特開２０１３−９９０５３号公報

ＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータやパワーモジュールでは、それらを構成する電気回路や電子部品の数が異なり、当該回路・部品の占有面積も異なる。このため、特許文献２〜４のように、冷却体の上面と下面のうち、一方にＤＣ／ＤＣコンバータを搭載し、他方にパワーモジュールを搭載する場合、電気回路や電子部品の数が多い方に合わせて、冷却体や装置の幅方向の大きさを設計しなければならず、装置の小型化の妨げとなる。

本発明の課題は、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた電力変換装置において、両コンバータを効率良く冷却しつつ小型化を実現することである。

本発明による電力変換装置は、外部から供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を異なる大きさの直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、これら両コンバータを冷却する冷却体とを備える。ＡＣ／ＤＣコンバータは、外部から供給される交流電圧が入力される第１フィルタ回路、第１フィルタ回路の出力側に接続される力率改善回路、力率改善回路の出力側に接続される第１スイッチング回路、第１スイッチング回路の出力側に１次側が接続される第１トランス、および第１トランスの２次側に接続される第１整流回路を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧が入力される第２フィルタ回路、第２フィルタ回路の出力側に接続される第２スイッチング回路、第２スイッチング回路の出力側が１次側に接続される第２トランス、および第２トランスの２次側に接続される第２整流回路を含む。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータの構成回路のうち第１トランスの１次側にある回路を、冷却体の上面に搭載し、ＡＣ／ＤＣコンバータの構成回路のうち第１トランスの２次側にある回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成回路である第２トランスの１次側の回路および２次側の回路とを、冷却体の下面に搭載している。

本発明によると、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータと冷却体を一体化して、電力変換装置を構成している。しかも、ＤＣ／ＤＣコンバータより構成回路数が多いＡＣ／ＤＣコンバータの第１トランスの１次側にある構成回路を、冷却体の上面に搭載している。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータの第１トランスの２次側にある構成回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成回路とを、冷却体の下面に搭載している。このため、冷却体の上面に搭載する電気回路や電子部品の占有面積と、下面に搭載する電気回路や電子部品の占有面積の差を減少させて、上下両面の無駄なスペースを縮小し、冷却体や電力変換装置の幅方向の大きさを小さくすることができる。また、冷却体の上面側の発熱量と下面側の発熱量の差も減少させて、両コンバータを冷却体により効率よく冷却することができる。さらに、第１トランスの１次側と２次側は電気的に絶縁されているので、ＡＣ／ＤＣコンバータの第１トランスの１次側にある構成回路と２次側にある構成回路とを、冷却体の上面と下面に容易に分けて搭載することができ、電気回路的に支障が生じることはない。

本発明では、上記電力変換装置において、第１トランスは冷却体の上面または下面に搭載すればよい。また、冷却体は、たとえば、冷媒を使用して回路を冷却するように構成してもよい。さらに、熱伝導率の高い材料を用いた放熱性を有する冷却体で、構成回路からの発熱を拡散させるように構成してもよい。

また、本発明では、上記電力変換装置において、冷却体の上面に取り付けられた上側基板と、冷却体の下面に取り付けられた下側基板とをさらに備え、ＡＣ／ＤＣコンバータの第１トランスの１次側にある電子部品の一部を、上側基板を介して冷却体の上面に搭載し、ＡＣ／ＤＣコンバータの第１トランスの２次側にある電子部品とＤＣ／ＤＣコンバータの電子部品の一部を、下側基板を介して冷却体の下面に搭載してもよい。

また、本発明では、上記電力変換装置において、ＡＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する第１制御部と、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する第２制御部とをさらに備え、第１制御部を上側基板に実装し、第２制御部を下側基板に実装してもよい。

さらに、本発明では、上記電力変換装置において、ＡＣ／ＤＣコンバータは、外部から供給される交流電圧を、車両用の高圧バッテリを充電するための直流電圧に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を、車両用の補機を駆動するための直流電圧に変換してもよい。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧で高圧バッテリを充電し、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を補機に供給するようにしてもよい。

本発明によれば、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた電力変換装置において、両コンバータを効率良く冷却しつつ小型化を実現することが可能となる。

本発明の電力変換装置を搭載した電気自動車のシステム構成図である。 本発明の電力変換装置の回路構成を示したブロック図である。 本発明の電力変換装置を斜め上方から見た図である。 本発明の電力変換装置を上方から見た図である。 本発明の電力変換装置を下方から見た図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。

本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。以下では、本発明を電気自動車に適用した場合を例に挙げる。

まず、本発明の電力変換装置１００を搭載した電気自動車のシステム構成を、図１を参照しながら説明する。

電力変換装置１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、およびメイン制御部４０から構成されている。これらは一体化されて、ケース内に収納されている（図示省略）。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１０は、外部の交流電源１から供給される交流電圧（例えばＡＣ８５〜２６４〔Ｖ〕）を、車両用の高圧バッテリ２を充電するための直流電圧（例えばＤＣ１８０〜４５０〔Ｖ〕）に変換する。高圧バッテリ２は、リチウムイオン電池などの二次電池から成る。高圧バッテリ２の電圧は、モータ駆動部３を介して、車両走行用のモータ４に供給される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０から出力される直流電圧を、車両用の補機７を駆動するための直流電圧（例えばＤＣ１０〜１５〔Ｖ〕）に変換する。補機用の低圧バッテリ６は、鉛蓄電池などの二次電池から成り、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０から出力される直流電圧によって充電される。この低圧バッテリ６を電源として、補機７が駆動される。補機７は、モータ４の駆動電圧より低い電圧で駆動する低電圧負荷である。補機７には、室内灯、パワーウィンドウ装置、ワイパー駆動装置、オーディオ装置、ナビゲーションシステムなどの各種の装置が含まれる。

メイン制御部４０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのマイクロコンピュータから成る。メイン制御部４０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０により交流電源１からの交流電圧を所定の直流電圧に変換して、該直流電圧で高圧バッテリ２を充電する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０は、高圧バッテリ２用の充電器である。また、メイン制御部４０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０から出力される直流電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０により所定の直流電圧に変換して、該直流電圧を低圧バッテリ６を介して補機７に供給する。

さらに、メイン制御部４０は、ＣＡＮ（Control Area Network）通信バスを介して、車両コントローラ５と接続されており、車両コントローラ５からの信号に基づいて、所定の制御動作を実行する。

次に、電力変換装置１００の回路構成を、図２を参照しながら説明する。

まず、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の詳細について述べる。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０は、入力部１１、保護回路１２、入力フィルタ１３、突入防止回路１４、ＰＦＣ（Power Factor Correction；力率改善）回路１５、第１フルブリッジ回路１６、第１トランス１７、第１整流回路１８、平滑フィルタ１９、出力フィルタ２１、出力部２２、およびサブ制御部２０を主に備えている。

入力部１１は、図１に示した交流電源１が接続されるコネクタなどから構成されている。保護回路１２と入力フィルタ１３と突入防止回路１４は、入力部１１とＰＦＣ回路１５の間に所定の順序で直列に設けられている。

保護回路１２と入力フィルタ１３は、リアクトルとコンデンサなどから構成されている。保護回路１２は、入力部１１から入力される異常な電圧または電流から他の回路を保護する。入力フィルタ１３は、入力部１１に入力された交流電圧からノイズ成分を除去する。突入防止回路１４は、リレーなどから構成されている。突入防止回路１４は、入力部１１からＰＦＣ回路１５に異常な突入電流が流れるのを防止する。入力フィルタ１３は、本発明の「第１フィルタ回路」の一例である。

これらの他に、入力部１１とＰＦＣ回路１５の間に、たとえば４つのダイオードをブリッジ接続して成る整流回路を設ける場合もある。また、コンデンサから成る平滑回路を設ける場合もある。

ＰＦＣ回路１５は、リアクトル、ダイオード、コンデンサ、およびＭＯＳ−ＦＥＴから構成される公知の回路であり、入力フィルタ１３の出力側に接続されている。ＰＦＣ回路１５は、ＭＯＳ−ＦＥＴのオン・オフ動作により、入力電圧をたとえばＤＣ３９０〔Ｖ〕に昇圧・整流するとともに、入力電流の波形を正弦波に近づけて力率改善を行う。ＭＯＳ−ＦＥＴ以外の半導体スイッチング素子をＰＦＣ回路１５で用いる場合もある。

第１フルブリッジ回路１６は、４つのＭＯＳ−ＦＥＴがＨブリッジ接続された公知の回路であり、ＰＦＣ回路１５の出力側に接続されている。第１フルブリッジ回路１６の出力側には、第１トランス１７の１次側が接続されている。ＰＦＣ回路１５から出力される直流電圧が、第１フルブリッジ回路１６のＭＯＳ−ＦＥＴのオン・オフ動作によりＤＣ／ＤＣ変換された後、第１トランス１７から所定の直流電圧が出力される。第１トランス１７から出力される直流電圧は、たとえばＤＣ１８０〔Ｖ〕〜ＤＣ４５０〔Ｖ〕である。ＭＯＳ−ＦＥＴ以外の半導体スイッチング素子を第１フルブリッジ回路１６で用いる場合もある。第１フルブリッジ回路１６は、本発明の「第１スイッチング回路」の一例である。他の例として、ハーフブリッジ回路を第１スイッチング回路として用いてもよい。

第１整流回路１８は、４つのダイオードがブリッジ接続された公知の全波整流回路であり、第１トランス１７の２次側に接続されている。平滑フィルタ１９は、リアクトルとコンデンサなどから構成されている。第１トランス１７から出力された直流電圧は、第１整流回路１８で整流され、平滑フィルタ１９で平滑化される。

出力フィルタ２１は、リアクトルとコンデンサなどから構成されている。出力フィルタ２１は、平滑フィルタ１９で平滑化された直流電圧からノイズ成分を除去する。出力部２２は、図１に示した高圧バッテリ２が接続されるコネクタなどから構成される。出力フィルタ２１から出力された直流電圧は、出力部２２を介して高圧バッテリ２に供給される。

サブ制御部２０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのマイクロコンピュータから成る。サブ制御部２０は、ＰＦＣ回路１５と第１フルブリッジ回路１６の動作を制御する。詳しくは、サブ制御部２０は、ＰＦＣ回路１５と第１フルブリッジ回路１６に備わる各ＭＯＳ−ＦＥＴを、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation；パルス幅変調）信号により駆動して、それらのオン・オフを制御する。サブ制御部２０は、本発明の「第１制御部」の一例である。

上記の他にも、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０には、ＰＦＣ回路１５と第１フルブリッジ回路１６のＭＯＳ−ＦＥＴを駆動するための回路、ＰＦＣ回路１５の入出力（電流および電圧）を検出する回路、および平滑フィルタ１９の出力（電圧）を検出する回路などが備わっている。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の詳細について述べる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、入力フィルタ３１、第２フルブリッジ回路３２、第２トランス３３、第２整流回路３４、平滑フィルタ３５、および出力部３６を備えている。

入力フィルタ３１には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の平滑フィルタ１９から出力される直流電圧が入力される。入力フィルタ３１は、この直流電圧に含まれるノイズ成分を除去する。入力フィルタ３１は、本発明の「第２フィルタ回路」の一例である。

第２フルブリッジ回路３２は、４つのＭＯＳ−ＦＥＴがＨブリッジ接続された公知の回路であり、入力フィルタ３１の出力側に接続されている。第２フルブリッジ回路３２の出力側には、第２トランス３３の１次側が接続されている。入力フィルタ３１から出力される直流電圧が、第２フルブリッジ回路３２のＭＯＳ−ＦＥＴのオン・オフ動作により降圧されるようにＤＣ／ＤＣ変換された後、第２トランス３３から所定の直流電圧が出力される。第２トランス３３から出力される直流電圧は、たとえばＤＣ１０〔Ｖ〕〜ＤＣ１５〔Ｖ〕である。ＭＯＳ−ＦＥＴ以外の半導体スイッチング素子を第２フルブリッジ回路３２で用いる場合もある。第２フルブリッジ回路３２は、本発明の「第２スイッチング回路」の一例である。他の例として、ハーフブリッジ回路を第２スイッチング回路として用いてもよい。

第２整流回路３４は、ダイオードから成る公知の整流回路であり、第２トランス３３の２次側に接続されている。他の例として、第２整流回路３４を、１対のＭＯＳ−ＦＥＴと１対のダイオードを有する同期整流回路で構成してもよい。この場合、第２整流回路３４は、第２フルブリッジ回路３２のＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチング動作と同期して、スイッチング動作を行う。

平滑フィルタ３５は、リアクトルとコンデンサなどから構成されている。第２整流回路３４で整流された直流電圧は、平滑フィルタ３５で平滑化される。出力部３６は、図１に示した低圧バッテリ６が接続されるコネクタなどから構成される。平滑フィルタ３５から出力された直流電圧は、出力部３６を介して低圧バッテリ６に供給される。出力部３６から出力される直流電圧は、出力部２２から出力される直流電圧より低くなっている。

上記の他にも、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０には、第２フルブリッジ回路３２のＭＯＳ−ＦＥＴを駆動するための回路、第２フルブリッジ回路３２への入力（電流または電圧）を検出する回路、および平滑フィルタ３５からの出力（電圧）を検出する回路などが備わっている。

図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成回路３１〜３５の数（５個）より、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の構成回路１２〜２１の数（１０個）の方が多くなっている。上述した図示しないＭＯＳ−ＦＥＴ用の駆動回路や入出力検出回路を考慮しても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成回路数より、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の構成回路数の方が多くなっている。

メイン制御部４０は、車両コントローラ５（図１）と通信するための通信回路と、外部装置と通信するためのインタフェイスを備えている。メイン制御部４０は、車両コントローラ５（図１）から受信した車両情報に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作を制御する。詳しくは、メイン制御部４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０における第２フルブリッジ回路３２と第２整流回路３４の各ＭＯＳ−ＦＥＴをＰＷＭ信号により駆動して、それらのオン・オフを制御する。

また、メイン制御部４０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の入力部１１に、交流電源１（図１）が接続されているか否かを判断する。そして、メイン制御部４０は、交流電源１の接続の有無と、車両情報とに基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の動作指令をサブ制御部２０に送信する。サブ制御部２０は、メイン制御部４０から受信した上記動作指令に基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の動作を制御する。メイン制御部４０は、本発明の「第２制御部」の一例である。

内部電源５０は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の平滑フィルタ３５から出力される直流電圧に基づいて、電力変換装置１００の各部を駆動するのに必要な内部電源を生成する。

次に、電力変換装置１００の構造を、図３〜図６を参照しながら説明する。なお、適宜、図１および図２も参照する。

図３〜図６は、電力変換装置１００の構造を示す図である。詳しくは、電力変換装置１００を斜め上方から見た状態を図３に示し、上方から見た状態を図４に示し、下方から見た状態を図５に示している。また、図４のＡ−Ａ断面を図６に示している。

電力変換装置１００には、アルミニウム製の冷却シャーシ６０が備わっている。冷却シャーシ６０は、平面視が矩形状であり（図４および図５）かつ所定の厚みを有するように（図３）形成されている。

冷却シャーシ６０の上面側と下面側には、図６に示すように回路配置領域Ｒｕ、Ｒｂが設けられている。回路配置領域Ｒｕ、Ｒｂには、後述するように、図２に示した各部が搭載されている。

冷却シャーシ６０の内側、すなわち回路配置領域Ｒｕ、Ｒｂの間には、図６に示すように、水冷領域Ｒｗが設けられている。水冷領域Ｒｗには、冷却シャーシ６０全体に行き渡るように、図示しない冷却水の流路が配設されている。図３〜図５に示すように、冷却シャーシ６０の側面６０ｂには、上記の流路に対して冷却水を流入させる流入口６１と、その流路から冷却水を流出させる流出口６２とが設けられている。

外部にある図示しないタンクと、冷却シャーシ６０の水冷領域Ｒｗ内にある流路との間で、冷却水が循環する。これにより、冷却シャーシ６０の回路配置領域Ｒｕ、Ｒｂに搭載されたＡＣ／ＤＣコンバータ１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、内部電源５０、およびメイン制御部４０などで発生した熱が、冷却シャーシ６０を介して冷却される。冷却シャーシ６０は、本発明の「冷却体」の一例である。

冷却シャーシ６０の上面側の回路配置領域Ｒｕには、図２に示したＡＣ／ＤＣコンバータ１０の構成回路のうち、第１トランス１７と、第１トランス１７の１次側にある回路１２〜１６と、サブ制御部２０とが搭載されている（図２の１点鎖線枠内）。

図３および図４に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の入力部１１を構成するコネクタの嵌合部１１ｋが、冷却シャーシ６０の側面６０ａに設けられている。そして、そのコネクタと接続されたリード線１１ｒと端子１１ｔが、冷却シャーシ６０の上面側の回路配置領域Ｒｕに配設されている。端子１１ｔは、リード線１１ｒの先端に接続されている。端子１１ｔとリード線１１ｒも入力部１１に含まれる。嵌合部１１ｋには、交流電源１（図１）と接続するためのハーネス８１が嵌合されている。

冷却シャーシ６０の上面側の回路配置領域Ｒｕには、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の保護回路１２、入力フィルタ１３、突入防止回路１４、ＰＦＣ回路１５、第１フルブリッジ回路１６、第１トランス１７、およびサブ制御部２０が搭載されている。

ＰＦＣ回路１５に備わるリアクトル１５ａ、１５ｂやＭＯＳ−ＦＥＴ１５ｃ、１５ｅやダイオード１５ｄ、第１フルブリッジ回路１６に備わるＭＯＳ−ＦＥＴ１６ａ〜１６ｄ、および第１トランス１７などのような、比較的発熱量の多い電子部品は、冷却シャーシ６０の上面に搭載されている。その比較的発熱量の多い電子部品と冷却シャーシ６０との間には、絶縁性と伝熱性を有するシート（図示省略）が介在していてもよい。

保護回路１２、入力フィルタ１３、突入防止回路１４、ＰＦＣ回路１５に備わるコンデンサやダイオード、およびサブ制御部２０などのような、比較的発熱量の少ない電子部品および基板実装型の電子部品は、第１基板７１を介して冷却シャーシ６０の上面に搭載されている。詳しくは、上記の比較的発熱量の少ない電子部品および基板実装型の電子部品は、第１基板７１の上面に実装されていて、第１基板７１は、冷却シャーシ６０の上面に固定されている。第１基板７１は、たとえば厚銅箔基板から成る。第１基板７１と冷却シャーシ６０との間には、絶縁性と伝熱性を有するシート（図示省略）が介在していてもよい。第１基板７１は、本発明の「上側基板」の一例である。

上記の他にも、冷却シャーシ６０の上面側の回路配置領域Ｒｕには、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の１次側にあるその他の回路や電子部品が搭載されている。そのうち、ＭＯＳ−ＦＥＴ１５ｃ、１５ｅ、ダイオード１５ｄ、１６ａ〜１６ｄ用の駆動回路や、ＰＦＣ回路１５用の入出力検出回路などは、第１基板７１に設けられていてもよい。

一方、シャーシ４０の下面側の回路配置領域Ｒｂには、図２に示したＡＣ／ＤＣコンバータ１０の構成回路のうち、第１トランス１７の２次側の一部の回路１８、１９、２１と、出力部２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成回路３１〜３５とが搭載されている（図２の２点鎖線枠内）。

図６に示すように、冷却シャーシ６０には、上下に貫通するように、貫通孔６０ｈが形成されている。貫通孔６０ｈ内には、第１トランス１７と第１整流回路１８とを接続する端子などの部品２８が設けられている。その部品２８には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１整流回路１８の入力端子１８ｔが接続されている。

図５に示すように、冷却シャーシ６０の下面側の回路配置領域Ｒｂには、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１整流回路１８と平滑フィルタ１９と出力フィルタ２１が搭載されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の入力フィルタ３１、第２フルブリッジ回路３２、第２トランス３３、第２整流回路３４、および平滑フィルタ３５も、回路配置領域Ｒｂに搭載されている。さらに、メイン制御部４０と内部電源５０も、回路配置領域Ｒｂに搭載されている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の出力部２２を構成するコネクタの嵌合部２２ｋは、冷却シャーシ６０の側面６０ｂに設けられている。そして、そのコネクタと接続されたリード線２２ｒと端子２２ｔが、冷却シャーシ６０の下面側の回路配置領域Ｒｂに配設されている。端子２２ｔは、リード線２２ｒの先端に接続されている。端子２２ｔとリード線２２ｒも出力部２２に含まれる。嵌合部２２ｋには、高圧バッテリ２（図１）を接続するためのハーネス８２が嵌合されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力部３６を構成するコネクタの嵌合部３６ｋは、冷却シャーシ６０の側面６０ｃに設けられている。嵌合部３６ｋには、低圧バッテリ６（図１）を接続するためのハーネス（図示省略）が嵌合される。

第１整流回路１８に備わるダイオード１８ａ〜１８ｄ、平滑フィルタ１９に備わるリアクトル１９ａ、第２フルブリッジ回路３２に備わるＭＯＳ−ＦＥＴ３２ａ〜３２ｄ、第２トランス３３、および平滑フィルタ３５に備わるリアクトル３５ａなどのような、比較的発熱量の多い電子部品は、冷却シャーシ６０の下面に搭載されている。その比較的発熱量の多い電子部品と冷却シャーシ６０との間には、絶縁性と伝熱性を有するシート（図示省略）が介在していてもよい。

入力フィルタ３１や平滑フィルタ３５に備わるコンデンサ、内部電源５０、およびメイン制御部４０などのような、比較的発熱量の少ない電子部品および基板実装型の電子部品は、第２基板７２を介して冷却シャーシ６０の下面に搭載されている。第２整流回路３４に備わる基板実装型のＭＯＳ−ＦＥＴやダイオードは、第３基板７３を介して冷却シャーシ６０の下面に搭載されている。詳しくは、上記の比較的発熱量の少ない電子部品および基板実装型の電子部品は、基板７２、７３の上面に実装されていて、基板７２、７３は、冷却シャーシ６０の下面に固定されている。基板７２、７３は、たとえば厚銅箔基板から成る。基板７２、７３と冷却シャーシ６０との間には、絶縁性と伝熱性を有するシート（図示省略）が介在していてもよい。第２基板７２および第３基板７３は、本発明の「下側基板」の一例である。

上記の他にも、冷却シャーシ６０の下面側の回路配置領域Ｒｂには、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の２次側にあるその他の回路や電子部品、およびＤＣ／ＤＣコンバータ３０に備わるその他の回路や基板が搭載されている。そのうち、ＭＯＳ−ＦＥＴ３２ａ〜３２ｄ用の駆動回路、第２フルブリッジ回路３２用の入力検出回路、および平滑フィルタ３５用の出力検出回路などは、第２基板７２に設けられていてもよい。

冷却シャーシ６０の上側と下側には、それぞれカバー（図示省略）が取り付けられる。これにより、冷却シャーシ６０に搭載された電力変換装置１００の各回路や電子部品が、カバーで覆われる。カバーと冷却シャーシ６０は、電力変換装置１００のケースを構成する。

上記実施形態によると、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０と冷却シャーシ６０を一体化して、電力変換装置１００を構成している。しかも、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０より構成回路数が多いＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の１次側にある構成回路を、冷却シャーシ６０の上面に搭載している。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の２次側にある構成回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成回路とを、冷却シャーシ６０の下面に搭載している。

このため、冷却シャーシ６０の上面に搭載する電気回路や電子部品の占有面積と、下面に搭載する電気回路や電子部品の占有面積の差を減少させて、冷却シャーシ６０の上下両面の無駄なスペースを縮小し、冷却シャーシ６０や電力変換装置１００の幅方向の大きさを小さくすることができる。また、冷却シャーシ６０の上面側の発熱量と下面側の発熱量の差も減少させて、両コンバータ１０、３０を冷却シャーシ６０により効率よく冷却することができる。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の１次側と２次側は電気的に絶縁されているので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の１次側にある構成回路と２次側にある構成回路とを、冷却シャーシ６０の上面側と下面側に容易に分けて搭載することができ、電気回路的に支障が生じることはない。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の２次側にある構成回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第２トランス３３の１次側にある構成回路には、同程度の低い直流電圧が印加される。このため、それらの構成回路は電気回路的に相性が良く、それらの構成回路を冷却シャーシ６０の下面で容易に近接させることができる。また、交流または直流の高電圧が印加されるＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の１次側にある構成回路だけを、冷却シャーシ６０の上面に容易に搭載することができる。

また、上記実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７を冷却シャーシ６０の上面に搭載している。このため、冷却シャーシ６０の上面側の電気回路や電子部品の占有面積と、下面側の電気回路や電子部品の占有面積の差をより小さくして、冷却シャーシ６０や電力変換装置１００の幅方向の大きさを一層小さくすることができる。

よって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０を備えた電力変換装置１００において、両コンバータ１０、３０を冷却シャーシ６０により効率良く冷却しつつ、電力変換装置１００の小型化を実現することが可能となる。

また、上記実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の１次側にある電子部品のうち、一部を第１基板７１を介して冷却シャーシ６０の上面に搭載し、その他を冷却シャーシ６０の上面に搭載している。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の２次側にある電子部品とＤＣ／ＤＣコンバータ３０の電子部品のうち、一部を第２基板７２や第３基板７３を介して冷却シャーシ６０の下面に搭載し、その他を冷却シャーシ６０の下面に搭載している。

このため、各基板７１〜７３に各コンバータ１０、３０の一部の電子部品や回路を高い密度で実装して、電力変換装置１００の一層の小型化を実現することが可能となる。また、各コンバータ１０、３０の発熱量の多い電子部品を、基板を介さずに、冷却シャーシ６０の上面または下面に搭載することで、該電子部品で発生した熱を冷却シャーシ６０に伝え易くして、各コンバータ１０、３０をより効率良く冷却することができる。

また、上記実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の動作を制御するサブ制御部２０を第１基板７１に実装し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作を制御するメイン制御部４０を第２基板７２に実装している。このため、冷却シャーシ６０の上面側において、サブ制御部２０によりＡＣ／ＤＣコンバータ１０のＰＦＣ回路１５と第１フルブリッジ回路１６の動作を制御することができる。また、冷却シャーシ６０の下面側において、メイン制御部４０によりＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第２フルブリッジ回路３２と第２整流回路３４の動作を制御することができる。

また、冷却シャーシ６０の上面側において、サブ制御部２０とＰＦＣ回路１５とを接続する配線の長さ、および、サブ制御部２０と第１フルブリッジ回路１６とを接続する配線の長さを、それぞれ短くすることができる。また、冷却シャーシ６０の下面側において、メイン制御部４０と第２フルブリッジ回路３２とを接続する配線の長さ、および、メイン制御部４０と第２整流回路３４とを接続する配線の長さを、それぞれ短くすることができる。

さらに、サブ制御部２０でＡＣ／ＤＣコンバータ１０の動作を制御し、メイン制御部４０でＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作を制御するので、１つの制御部で両コンバータ１０、３０を制御するよりも、各制御部２０、４０にかかる処理負担を軽減することができる。

本発明では、以上述べた以外にも、種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７を、冷却体である冷却シャーシ６０の上面に搭載した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０やＤＣ／ＤＣコンバータ３０の回路数や電子部品数やこれらの占有面積などを考慮して、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７を冷却シャーシ６０の下面に搭載してもよい。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の２次側にある電子部品のうち、一部を冷却シャーシ６０の上面に搭載し、その他を冷却シャーシ６０の下面に搭載してもよい。

また、以上の実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０をサブ制御部２０で制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０をメイン制御部４０で制御する例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０を１つの制御部で制御する構成にしてもよい。

また、以上の実施形態では、冷却シャーシ６０の上面に１枚の基板７１を取り付け、冷却シャーシ６０の下面に２枚の基板７２、７３を取り付けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、冷却シャーシ６０の上面に複数の基板を取り付けて、該基板にＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の１次側にある電子部品を実装してもよい。また、冷却シャーシ６０の下面に１枚または複数の基板を取り付けて、該基板にＡＣ／ＤＣコンバータ１０の第１トランス１７の２次側にある電子部品とＤＣ／ＤＣコンバータ３０の電子部品とを実装してもよい。

また、以上の実施形態では、冷却体として、内部に冷却水の流路が設けられた冷却シャーシ６０を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。たとえば、水以外の液体を冷媒とする冷却体を用いてもよい。また、空冷式の冷却体を用いてもよい。さらに、シャーシとは別体の冷却体を用いてもよい。

さらに、以上の実施形態では、電気自動車に搭載される電力変換装置１００に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、たとえばハイブリッドカーなどの他の車両や、各種機器に搭載される電力変換装置にも適用することができる。

２ 高圧バッテリ
７ 補機
１０ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１３ 入力フィルタ（第１フィルタ回路）
１５ ＰＦＣ（力率改善）回路
１６ 第１フルブリッジ回路（第１スイッチング回路）
１７ 第１トランス
１８ 第１整流回路
１９ 平滑フィルタ（第１フィルタ回路）
２０ サブ制御部（第１制御部）
２１ 出力フィルタ（第１フィルタ回路）
３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１ 入力フィルタ（第２フィルタ回路）
３２ 第２フルブリッジ回路（第２スイッチング回路）
３３ 第２トランス
３４ 第２整流回路
３５ 平滑フィルタ（第２フィルタ回路）
４０ メイン制御部（第２制御部）
６０ 冷却シャーシ（冷却体）
７１ 第１基板（上側基板）
７２ 第２基板（下側基板）
７３ 第３基板（下側基板）
１００ 電力変換装置

Claims (5)

1. 外部から供給される交流電圧が入力される第１フィルタ回路、前記第１フィルタ回路の出力側に接続される力率改善回路、前記力率改善回路の出力側に接続される第１スイッチング回路、前記第１スイッチング回路の出力側に１次側が接続される第１トランス、および前記第１トランスの２次側に接続される第１整流回路を含み、外部から供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧が入力される第２フィルタ回路、前記第２フィルタ回路の出力側に接続される第２スイッチング回路、前記第２スイッチング回路の出力側が１次側に接続される第２トランス、および前記第２トランスの２次側に接続される第２整流回路を含み、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を異なる大きさの直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えた電力変換装置において、
   前記両コンバータを冷却する冷却体をさらに備え、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータの構成回路のうち前記第１トランスの１次側にある回路を、前記冷却体の上面に搭載し、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータの構成回路のうち前記第１トランスの２次側にある回路と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの構成回路である前記第２トランスの１次側の回路および２次側の回路とを、前記冷却体の下面に搭載した、ことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記第１トランスを前記冷却体の上面または下面に搭載した、ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記冷却体の上面に取り付けられた上側基板と、
   前記冷却体の下面に取り付けられた下側基板と、をさらに備え、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記第１トランスの１次側にある電子部品の一部を、前記上側基板を介して前記冷却体の上面に搭載し、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータの前記第１トランスの２次側にある電子部品と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電子部品の一部を、前記下側基板を介して前記冷却体の下面に搭載した、ことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３に記載の電力変換装置において、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する第１制御部と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する第２制御部と、をさらに備え、
   前記第１制御部を前記上側基板に実装し、
   前記第２制御部を前記下側基板に実装した、ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電力変換装置において、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、外部から供給される交流電圧を、車両用の高圧バッテリを充電するための直流電圧に変換し、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を、車両用の補機を駆動するための直流電圧に変換し、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧で前記高圧バッテリを充電し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を前記補機に供給する、ことを特徴とする電力変換装置。

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