JP6238257B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
従来の電力変換装置として、入力電圧が入力される入力端子と、出力電圧を出力する出力端子とを有し、前記入力端子と出力端子との間で電力の変換処理を行い、前記電力の変換処理のために用いられるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作に伴う前記入力端子又は前記出力端子における電圧の変動を抑制する変動抑制回路とを備え、前記変動抑制回路が、所定の共振周波数で共振する並列共振回路を含むものがある(例えば、特許文献1参照)。
図1に示すように、電力変換装置50は、リアクトル1と、第1の半導体スイッチング素子2a〜第4の半導体スイッチング素子2dから成る半導体モジュール2と、DC/DCコンバータ50の低圧側端子P1−N1間に接続された低圧側コンデンサ3と、DC/DCコンバータ50の高圧側端子P2−N2間に接続された高圧側コンデンサ4と、充放電コンデンサ5と、第1の半導体スイッチング素子2aと第2の半導体スイッチング素子2bと第3の半導体スイッチング素子2cと第4の半導体スイッチング素子2dを制御する制御部6から構成されている。
定常状態におけるDC/DCコンバータの動作モードとしては、モード1〜モード4の4つがある。モード1では、半導体スイッチング素子2aと2cがオン、半導体スイッチング素子2bと半導体スイッチング素子2dがオフとなり、例えば力行時は充放電コンデンサ5にエネルギーを蓄積する状態、例えば回生時は充放電コンデンサ5のエネルギーを放出する状態となる。モード2では、半導体スイッチング素子2aと2cがオフ、半導体スイッチング素子2bと2dがオンとなり、力行時は充放電コンデンサ5のエネルギーを放出する状態、回生時は充放電コンデンサ5にエネルギーを蓄積する状態となる。
<充放電コンデンサの実施例1>
図2(a)は、本発明の実施の形態1による充放電コンデンサ5の外観斜視図であり、図2(b)は図2(a)を下面視した平面図である。図2(a)及び(b)に示したように、充放電コンデンサ5は、第1のコンデンサ素子501aと、第2のコンデンサ素子501bと、第1の配線502aと、第2の配線502bと、第1の流出入部503aと、第2の流出入部503bと、第1の電極部1(504a)と、第1の電極部2(504b)と、第2の電部極1(505a)と、第2の電極部2(505b)とで構成されている。
fsl=1/(2π√L1・C1) ・・・・・式(1)
fs2=1/(2π√L2・C2) ・・・・・式(2)
図6(a)は、本発明の電力変換装置に用いる充放電コンデンサの実施例2を斜視図で示しており、同図(b)は同図(a)を下面視した平面図である。
図7(a)は、本発明の電力変換装置に用いる充放電コンデンサの実施例3を斜視図で示しており、同図(b)は同図(a)を下面視した平面図である。
図7に示した充放電コンデンサ5が、図2に示した充放電コンデンサ5と異なる点は、第1の流出入部503a及び第2の流出入部503bが、充放電コンデンサ5の中央の位置である直線22上に形成される点と、第1の電極部1(504a)及び第2の電部極1(505a)が第1のコンデンサ素子501aの中央の位置である直線23上の位置に形成されるが、第1の電極部2(504b)及び第2の電極部2(505b)が第2のコンデンサ素子501bの中央の位置である直線24から距離D3だけ離れた位置に形成される点である。
図8(a)は、本発明の電力変換装置に用いる充放電コンデンサの実施例4を斜視図で示しており、同図(b)は同図(a)を下面視した平面図である。
図9(a)は、本発明の電力変換装置に用いる充放電コンデンサの実施例5を斜視図で示しており、同図(b)は同図(a)を下面視した平面図である。
図10(a)は、本発明の電力変換装置に用いる充放電コンデンサの実施例6を斜視図で示しており、同図(b)は同図(a)を下面視した平面図である。
図14(a)は、本発明の電力変換装置に用いる充放電コンデンサの実施例7を斜視図で示しており、同図(b)は同図(a)を下面視した平面図である。
なお、ここでは、電流経路11〜13のループ面積を同じとしたが、配線、流出入部、電極部の寸法の調整により、不揃いとしても良い。
図15(a)は、本発明の電力変換装置に用いる充放電コンデンサの実施例8を斜視図で示しており、同図(b)は同図(a)を下面視した平面図である。
なお、上記の各実施例1〜8以外にも、例えば、複数の第1の電極部と、複数の第2の電極部の断面積のうち、少なくとも1つを不揃いとすることにより、各コンデンサ素子への電流経路のループ面積を不揃いとすることができる。これにより、流出入部から各コンデンサ素子を見た場合の各インダクタンス成分が不揃いとなり、充放電コンデンサは駆動周波数帯域に並列共振点を持たず、ノイズ周波数帯域に並列共振点を持つこととなり、以て並列共振点付近においてインピーダンスを大きくすることができる。従って、上述と同様の効果を得ることができる。
そして、上記各実施例1〜8では、充放電コンデンサにフィルムコンデンサを適用する例を示したが、電解コンデンサやセラミックコンデンサ等のその他の一般的なコンデンサを使用しても良い。また、フィルムコンデンサとセラミックコンデンサの組み合わせ等、複数の種類のコンデンサを並列接続しても良い。また、積層型のコンデンサを使用する場合は、積層数を不揃いとすることにより、静電容量を不揃いとしても良いことは言うまでもない。
さらに、上記各実施例1〜8では、各半導体スイッチング素子2a〜2dをIGBTとダイオードにより構成した例として説明したが、IGBTの代わりにMOSFETやJFET等としてもよい。MOSFETを用いる場合は、ダイオードの代わりにMOSFETのボディダイオードを利用してもよい。また、各半導体スイッチング素子2a〜2dは、シリコンに比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体、例えば、炭化シリコン(SiC)、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドによって形成してもよい。
Claims (10)
- 複数の半導体スイッチング素子と、リアクトルと、低圧側コンデンサと、高圧側コンデンサと、充放電コンデンサと、前記複数の半導体スイッチング素子を設定された駆動周波数にて駆動制御する制御部とを備え、
さらに、前記複数の半導体スイッチング素子として、第1端子が前記低圧側コンデンサおよび前記高圧側コンデンサの負極に接続される第1の半導体スイッチング素子と、第1端子が前記第1の半導体スイッチング素子の第2端子に接続され、第2端子が前記リアクトルを介して前記低圧側コンデンサの正極に接続される第2の半導体スイッチング素子と、第1端子が前記第2の半導体スイッチング素子の第2端子に接続される第3の半導体スイッチング素子と、第1端子が前記第3の半導体スイッチング素子の第2端子に接続され、第2端子が前記高圧側コンデンサの正極に接続される第4の半導体スイッチング素子とを備え、
前記充放電コンデンサは前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の接続点と前記第3及び第4の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続される、
電力変換装置において、
前記充放電コンデンサは、複数のコンデンサ素子が第1及び第2の配線により並列に接続されて構成されており、
前記第1及び第2の配線の流出入部から前記複数のコンデンサ素子のそれぞれを見た場合のインダクタンス成分、及び前記第1及び第2の配線の流出入部から前記複数のコンデンサ素子のそれぞれを見た場合のキャパシタンス成分の少なくともいずれか一方は、前記充放電コンデンサが、駆動周波数帯域に並列共振点を持たず、ノイズ周波数帯域に並列共振点を持つように不揃いである
電力変換装置。 - 前記インダクタンス成分の不揃いは、前記第1及び第2の配線の各流出入部と前記複数のコンデンサ素子の各々との間の電流経路におけるループ面積が不揃いであることに因る
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記ループ面積の不揃いは、前記第1及び第2の配線の流出入部のうちの少なくとも一方が、前記複数のコンデンサ素子間の中央からずれて配置されていることに因る
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記ループ面積の不揃いは、前記第1及び第2の配線にそれぞれ形成され前記複数のコンデンサ素子の各々に接続された電極部の長さが、前記第1及び第2の配線の少なくとも一方において不揃いであることに因る
請求項2又は3に記載の電力変換装置。 - 前記ループ面積の不揃いは、前記第1及び第2の配線にそれぞれ形成され前記複数のコンデンサ素子の各々に接続された電極部のうちの少なくとも1つが、接続される前記コンデンサ素子の中央からずれて配置されていることに因る
請求項2から4のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記インダクタンス成分の不揃いは、前記第1及び第2の配線にそれぞれ形成され前記複数のコンデンサ素子の各々に接続された電極部のうちの少なくとも1つの断面積が不揃いであることに因る
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記複数のコンデンサ素子のそれぞれが巻回型のフィルムコンデンサである場合には、前記キャパシタンス成分の不揃いは、前記複数のコンデンサ素子のうちの少なくとも1つがその他のコンデンサ素子と比較して、フィルム材の誘電率、フィルムの厚さ、フィルムの幅、フィルムの巻長さにおいて不揃いであることに因り、
前記複数のコンデンサ素子のそれぞれが積層型のコンデンサである場合には、前記キャパシタンス成分の不揃いは、前記複数のコンデンサ素子のうちの少なくとも1つがその他のコンデンサ素子と比較して、積層数において不揃いであることに因る
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記インダクタンス成分の不揃いは、一直線上に配置された前記複数のコンデンサ素子が3個あり、前記第1及び第2の配線には、それぞれ、前記3個のコンデンサ素子の各々に接続された電極部が設けられ、前記流出入部は、前記第1及び第2の配線の中央に設けられることに因る
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記インダクタンス成分の不揃いは、一直線上に配置された前記複数のコンデンサ素子が3個あり、前記第1及び第2の配線には、それぞれ、前記3個のコンデンサ素子の各々に接続された電極部が設けられ、前記流出入部は、前記第1及び第2の配線の中央よりずれて設けられることに因る
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記キャパシタンス成分の不揃いは、前記複数のコンデンサ素子が、2個のコンデンサ素子間に1個の前記2個のコンデンサ素子よりキャパシタンス成分の小さいコンデンサ素子が配置されており、前記第1及び第2の配線には、それぞれ、3個のコンデンサ素子の各々に接続された電極部が設けられていることに因る
請求項1に記載の電力変換装置。
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