JP6272537B1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化および絶縁性能を確保しながら、スイッチ素子のターンオフ動作時に発生するサージ電圧を抑制する。【解決手段】第１の巻線と第２の巻線とを有した絶縁トランス１０７と、絶縁トランス１０７の第１の巻線に接続されるスイッチ素子１０１〜１０４と、絶縁トランス１０７の第１の巻線の一端とスイッチ素子１０１，１０２とを接続する第１の導体１０５と、絶縁トランス１０７の第１の巻線の他端とスイッチ素子１０３，１０４とを接続する第２の導体と１０６とを備え、第１の導体１０５および第２の導体１０６は、互いに重なり合わないように、絶縁基板３０１上に互いに平行になるように配置されている。【選択図】図１Ｂ

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、半導体スイッチ素子と絶縁トランスとを有した電力変換装置に関するものである。
電気自動車およびハイブリッド自動車は、エンジンによって動く自動車と同様に、電装品を動作させる制御回路のための補機用電池を備えている。しかしながら、電気自動車では、駆動源となるエンジンがないため、エンジンで駆動されるオルタネータは当然使用できない。また、ハイブリッド自動車においては、燃費向上および排気ガス低減のために、アイドルストップシステム（交差点での信号待ちなどの車両の停車時にエンジンを自動的に停止させるシステム）を採用しているので、この場合も、オルタネータを使用することができない。このため、電気自動車およびハイブリッド自動車では、走行モータを動作させる駆動用電池のエネルギーを補機用電池に供給するための降圧コンバータ等の電力変換装置が必要である。
このような降圧コンバータには、一般的に、フルブリッジのコンバータ回路が使用され、スイッチ素子と絶縁トランスとを用いて、スイッチ素子をオン／オフ動作で制御することで、駆動用電池のエネルギーを絶縁トランスを介して補機用電池に供給する。
ここで、スイッチ素子がターンオフする際、配線のインダクタンス成分が大きいと、サージ電圧が増大し、サージ電圧によるスイッチ素子の破壊を招く恐れがある。
そこで、例えば特許文献１に提案されている電力変換装置では、サージ電圧を抑制するため、逆向きの電流が流れる２つの導体を、幅の広い導体板で構成し、導体板を互いに近接させて配線導体のインダクタンスを低減し、サージ電圧を抑制する構成を採用している。
特開平７−２０３６８６号公報
しかしながら、特許文献１の電力変換装置においては、回路構成において、インダクタンスの低減のために、幅広い導体板を使用する必要がある。その結果、必然的に、実装エリアが拡大し、小型化が困難となるという問題点があった。また、幅広い導体板を近接させると絶縁性能が確保できなくなるため、絶縁性能を確保しようとすると、インダクタンスを十分に小さくすることができないという問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、小型化および絶縁性能を確保しながら、スイッチ素子のターンオフ動作時に発生するサージ電圧を抑制することが可能な、電力変換装置を提供することを目的とするものである。
この発明は、第１の巻線と第２の巻線とを有した絶縁トランスと、前記絶縁トランスの前記第１の巻線に接続されるスイッチ素子と、前記絶縁トランスの前記第１の巻線の一端と前記スイッチ素子とを接続する第１の導体と、前記絶縁トランスの前記第１の巻線の他端と前記スイッチ素子とを接続する第２の導体とを備え、前記第１の導体および前記第２の導体は、前記第１の導体および前記第２の導体の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、前記第１の導体および前記第２の導体の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置されている、ことを特徴とする電力変換装置である。
この発明に係る電力変換装置によれば、絶縁トランスの第１の巻線の一端とスイッチ素子とを接続する第１の導体と、絶縁トランスの第１の巻線の他端とスイッチ素子とを接続する第２の導体とを、互いに重なり合わないように配置するようにしたので、第１の導体と第２の導体との間で発生する寄生容量を小さくできるので、小型化および絶縁性能を確保しながら、スイッチ素子のターンオフ動作時に発生するサージ電圧を抑制することができる。
この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の動作を示す電圧波形図である。 この発明の実施の形態１に係る所定のタイミングにおける、サージ電圧発生の等価回路図である。 この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ側面図、（ｄ）Ｃ−Ｃ側面図である。 この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ断面図、（ｄ）Ｃ−Ｃ断面図である。 この発明の実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態５に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ断面図、（ｄ）Ｃ−Ｃ断面図である。 この発明の実施の形態６に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ側面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ側面図である。 この発明の実施の形態７に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ側面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ側面図である。 この発明の実施の形態８に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ側面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ側面図である。 この発明の実施の形態９に係る電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ側面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ側面図である。 この発明の実施の形態１０に係る電力変換装置における第１の導体および第２の導体の形状の例を示す斜視図である。 図１２Ａに示した各導体の導体間の容量値をグラフで示した図である。 この発明の実施の形態１〜１０に係る電力変換装置の等価回路図である。 この発明の実施の形態１〜１０に係る電力変換装置の等価回路図である。 この発明の実施の形態１〜１０に係る電力変換装置において、ワイドバンドギャップ半導体をスイッチ素子とした場合の電流変化を示す特性図である。 従来の電力変換装置の構成を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置と従来の電力変換装置のそれぞれのサージ電圧を示す波形図である。
以下、この発明に係る電力変換装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。各図において、同一または相当する部分については、同一符号を付して示し、重複する説明は省略する。下記の各実施の形態においては、電力変換装置として、一般的なフルブリッジのコンバータ回路を例に挙げて説明する。
実施の形態１．
図１Ａは、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成を示した構成図である。また、図１Ｂの（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置に設けられた第１の導体および第２の導体の構成を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図１Ａに示すように、電力変換装置は、１次側回路１と、２次側回路２と、１次側回路１と２次側回路２との間に設けられた絶縁トランス１０７から構成されている。
１次側回路１には、入力コンデンサ１００と、第１のスイッチ素子１０１と、第２のスイッチ素子１０２と、第３のスイッチ素子１０３と、第４のスイッチ素子１０４とが設けられている。入力コンデンサ１００は、入力電圧Ｖｉｎの後段に並列に接続されている。また、第１のスイッチ素子１０１には、第１のスイッチ素子の寄生容量１０１ａが設けられ、第２のスイッチ素子１０２には、第２のスイッチ素子の寄生容量１０２ａが設けられ、第３のスイッチ素子１０３には、第３のスイッチ素子の寄生容量１０３ａが設けられ、第４のスイッチ素子１０４には、第４のスイッチ素子の寄生容量１０４ａが設けられている。
絶縁トランス１０７は、第１の巻線と第２の巻線とから構成されている。第１の巻線は１次側回路１側に設けられ、第２の巻線は、２次側回路２側に設けられている。
第１のスイッチ素子１０１と第２のスイッチ素子１０２との接続点１０５ａと、絶縁トランス１０７の第１の巻線との間には、第１の導体１０５が設けられている。第１の導体１０５は、絶縁トランス１０７の第１の巻線の一端と上記の接続点１０５ａとを接続している。以下では、第１の導体１０５と絶縁トランス１０７の第１の巻線との接続点を、接続点１０５ｂと呼ぶこととする。
また、第３のスイッチ素子１０３と第４のスイッチ素子１０４との接続点１０６ａと、絶縁トランス１０７の第１の巻線との間には、第２の導体１０６が設けられている。第２の導体１０６は、絶縁トランス１０７の第１の巻線の他端と上記の接続点１０６ａとを接続している。以下では、第２の導体１０６と絶縁トランス１０７の第１の巻線との接続点を、接続点１０６ｂと呼ぶこととする。
第１の導体１０５と第２の導体１０６との間では、寄生容量１０９が生じる。
２次側回路２には、出力コンデンサ２００と、第５のスイッチ素子２０１と、第６のスイッチ素子２０２と、第７のスイッチ素子２０３と、第８のスイッチ素子２０４とが設けられている。出力コンデンサ２００の後段には、出力電圧Ｖｏｕｔが並列に接続されている。また、第５のスイッチ素子２０１には、第５のスイッチ素子の寄生容量２０１ａが設けられ、第６のスイッチ素子２０２には、第６のスイッチ素子の寄生容量２０２ａが設けられ、第７のスイッチ素子２０３には、第７のスイッチ素子の寄生容量２０３ａが設けられ、第８のスイッチ素子２０４には、第８のスイッチ素子の寄生容量２０４ａが設けられている。
また、第５のスイッチ素子２０１と第６のスイッチ素子２０２との接続点２０５ａと、絶縁トランス１０７の第２の巻線との間には、第３の導体２０５が設けられている。第３の導体２０５は、絶縁トランス１０７の第２の巻線の一端と上記の接続点２０５ａとを接続している。以下では、第３の導体２０５と絶縁トランス１０７の第２の巻線との接続点を、接続点２０５ｂと呼ぶこととする。
また、第７のスイッチ素子２０３と第８のスイッチ素子２０４との接続点２０６ａと、絶縁トランス１０７の第２の巻線との間には、第４の導体２０６が設けられている。第４の導体２０６は、絶縁トランス１０７の第２の巻線の他端と上記の接続点２０６ａとを接続している。以下では、第４の導体２０６と絶縁トランス１０７の第２の巻線との接続点を、接続点２０６ｂと呼ぶこととする。
第３の導体２０５と第４の導体２０６との間では、寄生容量２０９が生じる。
図１Ｂに示すように、第１の導体１０５と第２の導体１０６とは、絶縁基板３０１上に配置されている。絶縁基板３０１は、例えばガラスエポキシ等で構成されている。
以下、さらに詳細に、構成について説明する。
上述したように、入力電圧Ｖｉｎの後段には、リプル電流を除去するために、入力コンデンサ１００が並列に接続されている。入力コンデンサ１００の後段には、第１〜第４のスイッチ素子１０１〜１０４からなるフルブリッジ回路が並列に接続されている。
第１のスイッチ素子１０１、第２のスイッチ素子１０２、第３のスイッチ素子１０３及び第４のスイッチ素子１０４は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴから構成されている。入力コンデンサ１００の正側には、第１のスイッチ素子１０１のドレイン側と第３のスイッチ素子１０３のドレイン側がそれぞれ接続されている。さらに、第２のスイッチ素子１０２のドレイン側は、第１のスイッチ素子１０１のソース側に直列接続され、第４のスイッチ素子１０４のドレイン側は、第３のスイッチ素子１０３のソース側に直列接続されている。また、第２のスイッチ素子１０２のソース側及び第４のスイッチ素子１０４のソース側は、入力コンデンサ１００の負側にそれぞれ接続されている。
第１の導体１０５は、接続点１０５ａ及び接続点１０５ｂを有している。接続点１０５ａ及び接続点１０５ｂは、図１Ｂの（ａ）に示されるように、第１の導体１０５の長手方向における両端にそれぞれ設けられている。また、接続点１０５ａ及び接続点１０５ｂは、図１Ｂの（ａ）に示されるように、第１の導体１０５の短手方向における中央位置にそれぞれ設けられている。なお、長手方向とは、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長さ方向を指し、短手方向とは、第１の導体１０５および第２の導体１０６の幅方向を指す。例では、接続点１０５ａ及び接続点１０５ｂは第１の導体１０５の短手方向における中央位置にそれぞれ設けているが、位置はそれぞれ、個別に、適宜設定してよい。接続点１０５ａにおいて、第１の導体１０５の一端が、第１のスイッチ素子１０１のソース側と第２のスイッチ素子１０２のドレイン側とに接続されている。また、接続点１０５ｂにおいて、第１の導体１０５の他端が、絶縁トランス１０７の第１の巻線の一端に接続されている。
第２の導体１０６は、接続点１０６ａ及び接続点１０６ｂを有している。接続点１０６ａ及び接続点１０６ｂは、図１Ｂの（ａ）に示されるように、第２の導体１０６の長手方向における両端にそれぞれ設けられている。また、接続点１０６ａ及び接続点１０６ｂは、図１Ｂの（ａ）に示されるように、第２の導体１０６の短手方向における中央位置にそれぞれ設けられている。例では、接続点１０６ａ及び接続点１０６ｂは第２の導体１０６の短手方向における中央位置にそれぞれ設けているが、位置はそれぞれ、個別に、適宜設定してよい。接続点１０６ａにおいて、第２の導体１０６の一端が、第３のスイッチ素子１０３のソース側と第４のスイッチ素子１０４のドレイン側とに接続されている。また、接続点１０６ｂにおいて、第２の導体１０６の他端が、絶縁トランス１０７の第１の巻線の他端に接続されている。
また、図１Ｂの（ｂ）に示されるように、第１の導体１０５及び第２の導体１０６は、共に、絶縁基板３０１の上面に設けられているため、同一層で配線されている。すなわち、第１の導体１０５および第２の導体１０６は、同一平面内に設けられている。図１Ｂの例では、第１の導体１０５及び第２の導体１０６は、同じ導体厚、導体幅、導体長さで構成されているが、この場合に限らず、第１の導体１０５及び第２の導体１０６の導体厚、導体幅、導体長さは、それぞれ、別個に、適宜設定してよい。また、図１Ｂの（ａ）に示されるように、第１の導体１０５及び第２の導体１０６は、絶縁基板３０１の基板平面上において、導体短手方向および導体長手方向において、配線同士が重なり合わないように配置されている。具体的には、第１の導体１０５及び第２の導体１０６は、絶縁基板３０１の上面において、長手方向に互いに平行になるように、予め設定された距離だけ互いに離間して設けられている。なお、この距離は、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間の絶縁性能が確保できる長さに適宜設定する。
絶縁トランス１０７の２次巻線には、第５〜第８のスイッチ素子２０１〜２０４からなるフルブリッジ回路が並列に接続されている。第５のスイッチ素子２０１、第６のスイッチ素子２０２、第７のスイッチ素子２０３及び第８のスイッチ素子２０４は、それぞれ、ダイオードから構成されている。絶縁トランス１０７の第２の巻線と第５〜第８のスイッチ素子２０１〜２０４とは、第３の導体２０５と第４の導体２０６とで接続されている。第３の導体２０５の一端は、接続点２０５ｂにおいて、絶縁トランス１０７の第２の巻線に接続されている。第３の導体２０５の他端は、接続点２０５ａにおいて、第５のスイッチ素子２０１のアノード側と第６のスイッチ素子２０２のカソード側とに接続されている。また、第４の導体２０６の他端は、接続点２０６ｂにおいて、絶縁トランス１０７の第２の巻線と接続されている。第４の導体２０６の他端は、接続点２０６ａにおいて、第７のスイッチ素子２０３のアノード側と第８のスイッチ素子２０４のカソード側とに接続されている。
第５のスイッチ素子２０１のカソード側と第７のスイッチ素子２０３のカソード側とが、それぞれ、出力コンデンサ２００の正極に接続されている。また、第６のスイッチ素子２０２のアノード側と第８のスイッチ素子２０４のアノード側とが、それぞれ、出力コンデンサ２００の負極に接続されている。さらに、出力コンデンサ２００の後段には、出力電圧Ｖｏｕｔが並列に接続されている。制御部（図示せず）によって、第１〜第４のスイッチ素子１０１〜１０４をオン／オフ制御することで、任意の出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。なお、例では第５〜第８のスイッチ素子２０１〜２０４にダイオードを用いているが、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子を用いてオン／オフ制御してもよい。
図２に、第１〜第４のスイッチ素子１０１〜１０４の動作説明図を示す。横軸が時間、縦軸のＱ１〜Ｑ４が、それぞれ、第１〜第４のスイッチ素子１０１〜１０４のオン／オフの状態を示す。図２に示すように、Ｔｉｍｅがｔ０までの期間は、第１のスイッチ素子１０１及び第３のスイッチ素子１０３はスイッチオフの状態、第２のスイッチ素子１０２及び第４のスイッチ素子１０４はスイッチオンの状態である。次に、Ｔｉｍｅがｔ０のタイミングで、第１のスイッチ素子１０１及び第３のスイッチ素子１０３はターンオンし、第２のスイッチ素子１０２及び第４のスイッチ素子１０４はターンオフする。さらに、Ｔｉｍｅがｔ１のタイミングで、第１のスイッチ素子１０１及び第３のスイッチ素子１０３はターンオフし、第２のスイッチ素子１０２及び第４のスイッチ素子１０４はターンオンする。このように、Ｔｉｍｅがｔ０，ｔ１，ｔ２，・・・のタイミングで、各スイッチ素子１０１〜１０４はオン／オフ動作を繰り返す。
図３に、例として、サージ電圧が発生する前記ｔ１のタイミングにおける等価回路図を示す。１００ａは、（１）入力コンデンサ１００の正極から、第１のスイッチ素子１０１および第３のスイッチ素子１０３の各ドレイン端子までのインダクタンス成分と、（２）第１のスイッチ素子１０１および第３のスイッチ素子１０３の各ソース端子から、第２のスイッチ素子１０２および第４のスイッチ素子１０４の各ドレイン端子までのインダクタンス成分と、（３）第１のスイッチ素子１０２および第４のスイッチ素子１０４の各ソース端子から、入力コンデンサ１００の負極までのインダクタンス成分との、（１）〜（３）の３つのインダクタンス成分の合成インダクタンスである。なお、合成インダクタンス１００ａには、ターンオンしているスイッチ素子自体のインダクタンス成分も含まれる。
１０５ｃは、第１のスイッチ素子１０１及び第２のスイッチ素子１０２と絶縁トランス１０７とを接続する第１の導体１０５のインダクタンス成分である。１０６ｃは、第３のスイッチ素子１０３及び第４のスイッチ素子１０４と絶縁トランス１０７とを接続する第２の導体１０６のインダクタンス成分である。また、１０１ａは、第１のスイッチ素子１０１のドレイン−ソース間の寄生の容量成分（Ｃｏｓｓ）である。１０４ａは、第４のスイッチ素子１０４のドレイン−ソース間の寄生の容量成分（Ｃｏｓｓ）である。１０９は、第１の導体１０５と第２の導体１０６との導体間で発生する寄生の容量成分である。第１のスイッチ素子１０１のＣｏｓｓ１０１ａと第４のスイッチ素子のＣｏｓｓ１０４ａとは、第１の導体１０５と第２の導体１０６との導体間の寄生容量１０９に対して、並列に接続されているように見える。
前記ｔ１のタイミングで、第１のスイッチ素子１０１と第３のスイッチ素子１０３とがターンオフする際、前記インダクタンス成分１００ａ，１０５ｃ，１０６ｃの合成インダクタンスＬによって、Ｖ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔによるサージ電圧Ｖが発生するが、実施の形態１では、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが重なり合わないため、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する導体間の寄生容量１０９は小さくなる。寄生容量１０９が小さくなると、Ｚ＝１／（ｊωＣ）の関係により、寄生容量１０９のインピーダンスが高くなり、寄生容量１０９に流れる電流は小さくなる。そのため、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５及び第２の導体１０６のインダクタンス１０５ｃ及び１０６ｃにも電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及び１０６ｃの影響によるサージ電圧Ｖの上昇を抑制することができる。なお、第２のスイッチ素子１０２と第４のスイッチ素子１０４とがターンオフする前記ｔ０のタイミングにおいても同様の効果が得られる。
実施の形態１に係る電力変換装置と、特許文献１に記載の従来の電力変換装置とを比較するために、図１６に、従来の電力変換装置の構成を示す。図１６において、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。従来の電力変換装置においては、図１６に示すように、第１の導体１１０５と第２の導体１１０６とを長手方向及び短手方向に重ね合わせることにより、お互いの電流から生じる磁束を相殺することで、インダクタンスを低減させて、サージ電圧を抑制する構成をとっている。すなわち、従来の電力変換装置においては、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、第１の導体１１０５と第２の導体１１０６とを、基板１３０１を挟んで、全く同じ位置に配置している。従って、導体厚さ方向においては、第１の導体１１０５と第２の導体１１０６とが重なり合うことはないが、導体短手方向および導体長手方向においては、第１の導体１１０５と第２の導体１１０６とが完全に重なり合っており、図１６（ａ）のように、上から見た場合、第１の導体１１０５の位置と第２の導体１１０６の位置とは完全にオーバーラップしている。
しかしながら、このような構成のため、従来の電力変換装置は、第１の導体１１０５と第２の導体１１０６との間に発生する寄生容量１１０９が増大し、寄生容量に流れる電流は大きくなるため、第１の導体１１０５のインダクタンスと第２の導体１１０６のインダクタンスの影響を受けて、サージ電圧が発生する。
これに対して、この発明の実施の形態１では、第１の導体１０５と第２の導体１０６間に発生する寄生容量１０９に流れる電流は小さくなるため、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃと第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃの影響を小さくでき、サージ電圧の上昇を抑制することができる。
図１７に、従来の電力変換装置と実施の形態１に係る電力変換装置のサージ電圧の波形の一例を示す。図１７において、横軸は時間、縦軸はサージ電圧を示す。また、図１７において、実線で示される波形７００は、この発明の実施の形態１に係るサージ電圧の波形を表し、点線で示される波形７０１は、従来の電力変換装置のサージ電圧の波形を表している。図１７に示すように、実施の形態１に係る電力変換装置は、従来の電力変換装置に比べて、ターンオフ時のサージ電圧が小さくなっている。
以上のように、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置によれば、第１の巻線と第２の巻線とを有した絶縁トランス１０７と、絶縁トランス１０７の第１の巻線に接続されるスイッチ素子１０１〜１０４と、絶縁トランス１０７の第１の巻線の両端とスイッチ素子１０１〜１０４とを接続する２本の導体１０５，１０６とを有し、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、２本の導体１０５，１０６間の寄生容量１０９を小さくする構成としている。これにより、スイッチ素子のターンオフ動作時に、２本の導体１０５，１０６のインダクタンス成分によって生じるサージ電圧を抑制することができる。すなわち、２本の導体１０５，１０６を互いに重なり合わないように配置したので、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間に発生する寄生容量１０９に流れる電流は小さくなるため、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃと第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃの影響を小さくでき、サージ電圧の上昇を抑制することができる。そのため、従来の電力変換装置のような幅広い導体板を使用する必要が無いため、２本の導体１０５，１０６間に絶縁性能を確保するための適切な距離を設けながら、実装エリアを小さくすることができ、小型化が可能になる。
なお、この発明の適用範囲は、実施の形態１として図１Ａ及び図１Ｂに示した構造に限定されるものではなく、後述する図４から図２７までに、異なる実施の形態として、構造の変形例を示すように、各種の変形が可能である。
また、図１Ａにおいては、１次側回路１に４つのスイッチ素子１０１〜１０４を設け、２次側回路２に４つのスイッチ素子２０１〜２０４を設けているが、これらのスイッチ素子の個数は４つに限定されるものではなく、適宜、変更してよいものとする。
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の全体の構成は、上記の図１Ａに示した実施の形態１の構成と同一である。
図４は、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置に設けられた第１の導体１０５および第２の導体１０６の構成を示した概略構成図である。上記の実施の形態１では、図１Ｂに示すように、絶縁基板３０１の片面に、第１の導体１０５及び第２の導体１０６を配線しているが、実施の形態２においては、図４に示すように、絶縁基板３０１の両面に、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが配線されている。
また、絶縁基板３０１の両面に配線されている第１の導体１０５同士は、スルーホール１０５ｔ１及び１０５ｔ２によって、電気的に接続されている。スルーホール１０５ｔ１及び１０５ｔ２は、絶縁基板３０１の上面から下面に向かって、絶縁基板３０１の厚さ方向に、絶縁基板３０１を貫通するように設けられている。また、スルーホール１０５ｔ１及び１０５ｔ２は、それぞれ、第１の導体１０５の長手方向の両端に設けられている。図４の例では、スルーホール１０５ｔ１及び１０５ｔ２は、それぞれ、第１の導体１０５の両端に設けられた接続点１０５ａ，１０５ｂの位置に配置されている。従って、スルーホール１０５ｔ１は、接続点１０５ａにおいて、絶縁基板３０１の両面に設けられた第１の導体１０５同士を接続している。スルーホール１０５ｔ２は、接続点１０５ｂにおいて、絶縁基板３０１の両端に設けられた第１の導体１０５同士を接続している。
また、絶縁基板３０１の両面に配線されている第２の導体１０６同士は、スルーホール１０６ｔ１及び１０６ｔ２によって、接続されている。スルーホール１０６ｔ１及び１０６ｔ２は、絶縁基板３０１の上面から下面に向かって、絶縁基板３０１の厚さ方向に、絶縁基板３０１を貫通するように設けられている。また、スルーホール１０６ｔ１及び１０６ｔ２は、それぞれ、第２の導体１０６の長手方向の両端に設けられている。図４の例では、スルーホール１０６ｔ１及び１０６ｔ２は、それぞれ、第２の導体１０６の両端に設けられた接続点１０６ａ，１０６ｂの位置に配置されている。従って、スルーホール１０６ｔ１は、接続点１０６ａにおいて、絶縁基板３０１の両端に設けられた第２の導体１０６同士を接続している。スルーホール１０６ｔ２は、接続点１０６ｂにおいて、絶縁基板３０１の両端に設けられた第２の導体１０６同士を接続している。
これらの点が、実施の形態１と相違する。
すなわち、実施の形態１では、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが同一層に設けられ、単層であったが、実施の形態２では、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが絶縁基板３０１の両面に設けられているので、それぞれ、２層になっている。
実施の形態２においては、絶縁基板３０１を介在させて、２本の第１の導体１０５が垂直方向に積層され、それらが互いにスルーホールによって電気的に接続されている。同様に、絶縁基板３０１を介在させて、２本の第２の導体１０６が垂直方向に積層され、それらが互いにスルーホールによって電気的に接続されている。
このように、実施の形態２においては、２本の第１の導体１０５同士が、スルーホール１０５ｔ１，１０５ｔ２を介して電気的に接続するようにしたので、２本の第１の導体１０５の合成インダクタンスは単層で構成した時より小さくなる。
また、同様に、２本の第２の導体１０６同士が、スルーホール１０６ｔ１，１０６ｔ２を介して電気的に接続するようにしたので、２本の第１の導体１０６の合成インダクタンスは単層で構成した時より小さくなる。
さらに、絶縁基板３０１の上面において、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが、重なり合わないように、互いに平行になるように配置されているので、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間に発生する寄生容量１０９を小さくすることができる。その結果、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃと第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなる。
こうして、実施の形態２においては、第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃと第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃとを低減しつつ、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９を小さくすることができる。
なお、実施の形態２では、接続点１０５ａとスルーホール１０５ｔ１、接続点１０５ｂとスルーホール１０５ｔ２、接続点１０６ａとスルーホール１０６ｔ１、及び、接続点１０６ｂとスルーホール１０６ｔ２を、それぞれ同じ位置にしているが、スルーホール１０５ｔ１，１０５ｔ２，１０６ｔ１，１０６ｔ２の位置は、それぞれ、接続点１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂと異なっていても良い。さらに本実施の形態では、各接続点において１点接続としているが、多点接続でも良い。
以上のように、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する寄生容量１０９が小さくなるため、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及びインダクタンス１０６ｃの影響によるサージ電圧の上昇を抑制することができる。
また、実施の形態２においては、第１の導体１０５が積層された２本の導体から構成され、第２の導体１０６が積層された２本の導体から構成されているが、第１の導体１０５を構成する２本の導体同士をスルーホールを介して並列に接続し、第２の導体１０６を構成する２本の導体同士をスルーホールを介して並列に接続するようにしたので、第１の導体１０５を構成している２本の導体の合成インダクタンス、および、第２の導体１０６を構成している２本の導体の合成インダクタンスを小さくすることができるため、サージ電圧の上昇をより抑制できる。
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の全体の構成は、上記の図１Ａに示した実施の形態１の構成と同一である。
図５は、この発明の実施の形態３に係る電力変換装置に設けられた第１の導体１０５および第２の導体１０６の構成を示した概略構成図である。上記の実施の形態２では、絶縁基板３０１が単層で、かつ、第１の導体１０５及び第２の導体１０６が２層で配線されているのに対して、実施の形態３は、絶縁基板３０１が２層以上で構成され、第１の導体１０５及び第２の導体１０６も２層以上で配線されている。すなわち、実施の形態３では、図５に示すように、複数の絶縁基板３０１が積層されている。また、各絶縁基板３０１の上面には、第１の導体１０５および第２の導体１０６が設けられている。なお、最も下側に設けられている絶縁基板３０１については、上面だけでなく、下面にも、第１の導体１０５および第２の導体１０６を設けるようにしてもよい。各絶縁基板３０１の基板平面上における第１の導体１０５と第２の導体１０６との設置位置は同じであるため、図５（ｂ）に示すように、側面から見ると、各絶縁基板３０１の第１の導体１０５同士は、垂直方向に並んで配置されている。同様に、各絶縁基板３０１の第２の導体１０６同士も、垂直方向に並んで配置されている。また、各絶縁基板３０１に配線されている第１の導体１０５同士は、スルーホール１０５ｔ１及び１０５ｔ２によって電気的に接続されている。さらに、各絶縁基板３０１に配線されている第２の導体１０６同士は、スルーホール１０６ｔ１及び１０６ｔ２によって電気的に接続されている。これらの点が、実施の形態２と相違する。このように、実施の形態３では、複数の第１の導体１０５が並列に接続され、複数の第２の導体１０６も並列に接続されるため、第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃと第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃとを低減しつつ、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９を小さくすることができる。
なお、実施の形態３では、接続点１０５ａとスルーホール１０５ｔ１、接続点１０５ｂとスルーホール１０５ｔ２、接続点１０６ａとスルーホール１０６ｔ１、接続点１０６ｂとスルーホール１０６ｔ２とを、それぞれ同じ位置で接続しているが、スルーホール１０５ｔ１，１０５ｔ２，１０６ｔ１，１０６ｔ２の位置は、接続点１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂとそれぞれ異なっていても良い。さらに、実施の形態３では、各接続点において１点接続としているが、多点接続でも良い。
実施の形態３においても、実施の形態１，２と同様に、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する寄生容量１０９が小さくなるため、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及びインダクタンス１０６ｃの影響によるサージ電圧の上昇を抑制することができる。
また、実施の形態３においては、第１の導体１０５が積層された複数の導体から構成され、第２の導体１０６が積層された複数の導体から構成されているが、第１の導体１０５を構成する各層の導体同士をスルーホールを介して並列に接続し、第２の導体１０６を構成する各層の導体同士をスルーホールを介して並列に接続するようにしたので、第１の導体１０５を構成している各層の導体の合成インダクタンス、および、第２の導体１０６を構成している各層の導体の合成インダクタンスを小さくすることができるため、サージ電圧の上昇をより抑制できる。
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る電力変換装置の全体の構成は、上記の図１Ａに示した実施の形態１の構成と同一である。
図６は、この発明の実施の形態４に係る電力変換装置に設けられた第１の導体１０５および第２の導体１０６の構成を示した概略構成図である。上記の実施の形態１では、第１の導体１０５と第２の導体１０６が絶縁基板３０１の同一面に配線されている構成であったが、実施の形態４においては、図６に示すように、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが絶縁基板３０１の異なる面で配線されている点が、実施の形態１と相違する。具体的には、実施の形態４においては、図６に示すように、上記の図１Ｂの実施の形態１における第１の導体１０５を絶縁基板３０１の上面に設け、第２の導体１０６を絶縁基板３０１の下面に設けている。実施の形態４においては、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが、互いに平行な異なる平面内にそれぞれ設けられている。
その結果、実施の形態４においては、図６（ａ）に示す通り、第１の導体１０５と第２の導体１０６との配線同士が、長手方向および短手方向に互いに重なり合わず、さらに、図６（ｂ）に示す通り、導体厚み方向においても、配線同士が重なり合わない構成である。そのため、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９はさらに小さくなる。
このように、実施の形態４においても、実施の形態１〜３と同様に、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する寄生容量１０９が小さくなるため、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及びインダクタンス１０６ｃの影響によるサージ電圧の上昇を抑制することができる。さらに、実施の形態４においては、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが、互いに平行な異なる平面内に設けられているので、導体厚み方向においても配線同士が重なり合わないため、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９をさらに小さくすることができる。
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る電力変換装置の全体の構成は、上記の図１Ａに示した実施の形態１の構成と同一である。
図７は、この発明の実施の形態５に係る電力変換装置に設けられた第１の導体１０５および第２の導体１０６の構成を示した概略構成図である。図６に示した上記の実施の形態４では、絶縁基板３０１が単層で構成されているのに対して、実施の形態５では、図７に示すように、絶縁基板３０１が多層で構成され、各絶縁基板３０１に配線されている第１の導体１０５同士は、スルーホール１０５ｔ１及び１０５ｔ２によって接続されている。さらに、各絶縁基板３０１に配線されている第２の導体１０６同士は、スルーホール１０６ｔ１、１０６ｔ２によって接続されている。これらの点が、実施の形態４と相違する。
実施の形態５では、複数の第１の導体１０５が並列に接続され、複数の第２の導体１０６も並列に接続されるため、第１の導体のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体のインダクタンス１０６ｃを低減しつつ、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９を小さくすることができる。
また、実施の形態５では、実施の形態４と同様に、図７（ａ）に示す通り、基板平面において、第１の導体１０５と第２の導体１０６との配線同士が重なり合わず、さらに、図７（ｂ）に示す通り、導体厚み分も配線同士が重なり合わない構成である。そのため、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９は小さくなる。
なお、実施の形態５では、接続点１０５ａとスルーホール１０５ｔ１、接続点１０５ｂとスルーホール１０５ｔ２、接続点１０６ａとスルーホール１０６ｔ１、接続点１０６ｂとスルーホール１０６ｔ２とを、それぞれ、同じ位置で接続しているが、スルーホール１０５ｔ１，１０５ｔ２，１０６ｔ１，１０６ｔ２の位置は、接続点１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂと異なっていても良い。さらに、実施の形態５では、接続点を１点接続としているが、多点接続でも良い。
以上のように、実施の形態５においても、実施の形態１〜４と同様に、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する寄生容量１０９が小さくなるため、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及びインダクタンス１０６ｃの影響によるサージ電圧の上昇を抑制することができる。
また、実施の形態５においては、第１の導体１０５が積層された複数の導体から構成され、第２の導体１０６が積層された複数の導体から構成されているが、第１の導体１０５を構成する各層の導体同士をスルーホールを介して並列に接続し、第２の導体１０６を構成する各層の導体同士をスルーホールを介して並列に接続するようにしたので、第１の導体１０５を構成している各層の導体の合成インダクタンス、および、第２の導体１０６を構成している各層の導体の合成インダクタンスを小さくすることができるため、サージ電圧の上昇をより抑制できる。
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る電力変換装置の全体の構成は、上記の図１Ａに示した実施の形態１の構成と同一である。
図８は、この発明の実施の形態６に係る電力変換装置に設けられた第１の導体１０５および第２の導体１０６の構成を示した概略構成図である。上記の実施の形態１では、絶縁基板３０１上に第１の導体１０５及び第２の導体１０６が配線されているのに対して、実施の形態６では、第１の導体１０５および第２の導体１０６を金属バスバーで構成している点が、実施の形態１と相違する。なお、ここで、金属バスバーは、図８に示すような、銅またはアルミニウムなどの金属からなる板状の導体である。あるいは、図１２Ａの（ａ）に示すような角柱型の導体からなる金属バスバーから、第１の導体１０５および第２の導体１０６を構成するようにしてもよい。
実施の形態６では、図８（ｂ），（ｃ）に示されるように、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが、空間内の同一平面内に配置されている。また、図８（ａ）に示されるように、第１の導体１０５と第２の導体１０６とは、配線同士が重なり合わないように、互いに平行になるように予め設定された距離だけ互いに離間して設けられている。
このように、実施の形態６では、第１の導体１０５および第２の導体１０６を金属バスバーで構成することで、絶縁基板３０１を用いない構成としたため、上記の実施の形態１と比較して、絶縁基板３０１の比誘電率の影響を受けなくなるため、例えば、実施の形態６の第１の導体１０５および第２の導体１０６を、実施の形態１の第１の導体１０５および第２の導体１０６に対して、同じ導体厚、導体幅、導体長さになるように形成した場合、実施の形態６の金属バスバーからなる第１の導体１０５および第２の導体１０６を空気中に配置すれば、第１の導体１０５と第２の導体１０６の寄生容量１０９をより小さくすることができる。
以上のように、実施の形態６においても、実施の形態１〜５と同様に、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する寄生容量１０９が小さくなるため、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及びインダクタンス１０６ｃの影響によるサージ電圧の上昇を抑制することができる。さらに、実施の形態６においては、絶縁基板３０１を設けない構成としたので、さらに、寄生容量１０９を小さくすることができる。
実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係る電力変換装置の全体の構成は、上記の図１Ａに示した実施の形態１の構成と同一である。
図９は、この発明の実施の形態７に係る電力変換装置に設けられた第１の導体１０５および第２の導体１０６の構成を示した概略構成図である。上記の実施の形態６では、第１の導体１０５及び第２の導体１０６の金属バスバーが一つずつで構成されているのに対して、実施の形態７では、第１の導体１０５及び第２の導体１０６の金属バスバーが、複数個ずつ積層されている点が、実施の形態６と相違する。第１の導体１０５と第２の導体１０６の個数は同一である。
図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、実施の形態７では、同じ導体厚、導体幅、導体長さの複数の第１の導体１０５が垂直方向に積層されている。同様に、同じ導体厚、導体幅、導体長さの複数の第２の導体１０６が垂直方向に積層されている。第１の導体１０５間、および、第２の導体１０６間には、予め設定された空隙が設けられている。
このように、実施の形態７では、複数の第１の導体１０５が空隙を介在させて垂直方向に並んで配置され、同様に、複数の第２の導体１０６が空隙を介在させて垂直方向に並んで配置されている。また、図９（ａ）〜（ｃ）に示されるように、１つの第１の導体１０５と１つの第２の導体１０６とが対になっており、各対を構成する１つの第１の導体１０５と１つの第２の導体１０６とは同一層に配置されている。各層において、第１の導体１０５と第２の導体１０６とは、長手方向および短手方向に配線同士が重なり合わないように、互いに平行になるように予め設定された距離だけ互いに離間して配置されている。このように、実施の形態７では、各層において、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが空間内の同一平面内に配置されている。
また、各層の第１の導体１０５同士が接続点１０５ａと接続点１０５ｂで接続され、各層の第１の導体１０５は並列に電気的に接続される。さらに、各層の第２の導体１０６も接続点１０６ａと接続点１０６ｂで接続され、各層の第２の導体１０６は並列に電気的に接続される。よって、第１の導体のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体のインダクタンス１０６ｃを低減しつつ、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９を小さくすることができる。各層の導体は、導体同士を直接接続（はんだ、溶接等）、または別の接続部材（ネジ、導体等）を介してそれぞれ接続される。
実施の形態７においても、実施の形態１〜６と同様に、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する寄生容量１０９が小さくなるため、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及びインダクタンス１０６ｃの影響によるサージ電圧の上昇を抑制することができる。さらに、実施の形態７においては、絶縁基板３０１を設けない構成としたので、さらに、寄生容量１０９を小さくすることができる。
また、実施の形態７においては、第１の導体１０５が積層された複数の導体から構成され、第２の導体１０６が積層された複数の導体から構成されているが、第１の導体１０５を構成する各層の導体同士を並列に電気的に接続し、第２の導体１０６を構成する各層の導体同士を並列に電気的に接続するようにしたので、第１の導体１０５を構成している各層の導体の合成インダクタンス、および、第２の導体１０６を構成している各層の導体の合成インダクタンスを小さくすることができるため、サージ電圧の上昇をより抑制できる。
実施の形態８．
この発明の実施の形態８に係る電力変換装置の全体の構成は、上記の図１Ａに示した実施の形態１の構成と同一である。
図１０は、この発明の実施の形態８に係る電力変換装置に設けられた第１の導体１０５および第２の導体１０６の構成を示した概略構成図である。図６に示した上記の実施の形態４では、絶縁基板３０１の上面と下面とに第１の導体１０５及び第２の導体１０６がそれぞれ配線されているのに対して、実施の形態８では、絶縁基板３０１を設けずに、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが、それぞれ、金属バスバーにて構成されている点が、実施の形態４と相違する。
実施の形態８では、図１０（ｂ），（ｃ）に示されるように、第１の導体１０５と第２の導体１０６とが、空間内において、互いに平行な異なる平面内にそれぞれ配置され、導体厚さ方向において、配線同士が重なり合わないようになっている。また、図１０（ａ）に示されるように、上から見た場合には、第１の導体１０５と第２の導体１０６とは、導体短手方向および導体長手方向に、配線同士が重なり合わないように、互いに平行になるように、予め設定された距離だけ互いに離間して設けられている。
実施の形態８では、絶縁基板３０１を設けない構成としたため、実施の形態４と比較して、絶縁基板３０１の比誘電率の影響を受けなくなるため、例えば、同じ導体厚、導体幅、導体長さの場合、金属バスバーを空気中に構成すれば、第１の導体１０５と第２の導体１０６の寄生容量１０９を小さくすることができる。
実施の形態８においても、実施の形態１〜７と同様に、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する寄生容量１０９が小さくなるため、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及びインダクタンス１０６ｃの影響によるサージ電圧の上昇を抑制することができる。さらに、実施の形態８においては、絶縁基板３０１を設けない構成としたので、さらに、寄生容量１０９を小さくすることができる。
実施の形態９．
この発明の実施の形態９に係る電力変換装置の全体の構成は、上記の図１Ａに示した実施の形態１の構成と同一である。
図１１は、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置に設けられた第１の導体１０５および第２の導体１０６の構成を示した概略構成図である。図１０に示した上記の実施の形態８では、第１の導体１０５及び第２の導体１０６の金属バスバーが一つずつで構成されているのに対して、実施の形態９では、第１の導体１０５及び第２の導体１０６の金属バスバーが複数で構成されている点が、実施の形態８と相違する。実施の形態９では、複数の第１の導体１０５が接続点１０５ａと接続点１０５ｂで接続され、複数の第１の導体１０５は並列に接続される。さらに、複数の第２の導体１０６も接続点１０６ａと接続点１０６ｂで接続され、複数の第２の導体１０６は並列に接続される。よって、第１の導体のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体のインダクタンス１０６ｃを低減しつつ、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９を小さくすることができる。
実施の形態９では、図１１（ｂ），（ｃ）に示されるように、複数の第１の導体１０５と複数の第２の導体１０６とが、空間内において、互いに平行な異なる平面内に、それぞれ配置され、導体厚さ方向に配線同士が重なり合わないようになっている。また、図１１（ａ）に示されるように、上から見た場合には、第１の導体１０５と第２の導体１０６とは、導体短手方向および導体長手方向に、配線同士が重なり合わないように、互いに平行になるように、予め設定された距離だけ互いに離間して配置されている。
実施の形態９においても、実施の形態１〜８と同様に、第１の導体１０５および第２の導体１０６が、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、第１の導体１０５および第２の導体１０６の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置することで、第１の導体１０５と第２の導体１０６との間で発生する寄生容量１０９が小さくなるため、寄生容量１０９のインピーダンスＺは高くなり、寄生容量１０９に直列に接続される第１の導体１０５のインダクタンス１０５ｃ及び第２の導体１０６のインダクタンス１０６ｃには電流が流れにくくなるため、インダクタンス１０５ｃ及びインダクタンス１０６ｃの影響によるサージ電圧の上昇を抑制することができる。さらに、実施の形態９においては、絶縁基板３０１を設けない構成としたので、さらに、寄生容量１０９を小さくすることができる。
また、実施の形態９においては、第１の導体１０５が積層された複数の導体から構成され、第２の導体１０６が積層された複数の導体から構成されているが、第１の導体１０５を構成する各層の導体同士を並列に電気的に接続し、第２の導体１０６を構成する各層の導体同士を並列に電気的に接続するようにしたので、第１の導体１０５を構成している各層の導体の合成インダクタンス、および、第２の導体１０６を構成している各層の導体の合成インダクタンスを小さくすることができるため、サージ電圧の上昇をより抑制できる。
実施の形態１０．
なお、上記の実施の形態６〜９においては、第１の導体１０５と第２の導体１０６を板状または角柱型の金属バスバーから構成したが、図１２Ａの（ｂ）に示すように、円柱型の金属バスバーから第１の導体１０５および第２の導体１０６を構成することで、導体間の寄生容量をさらに小さくすることができる。例として、図１２Ｂに、角柱型と円柱型による２本の導体間容量の比較結果を示す。角柱型は幅ｄ、高さｄ、長さＬの２本の金属導体を、距離ｇだけ離間させて配置する。円柱型も角柱型と同様に、幅ｄ、高さｄ、長さＬの２本の金属導体を、距離ｇだけ離間させて配置する。図１２Ｂに示されるように、第１の導体１０５と第２の導体１０６を円柱型にすることで、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９が小さくなることが分かる。
また、上記の実施の形態１〜１０において、図１３に示す通り、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９を、第１〜第４のスイッチ素子１０１〜１０４の寄生容量１０１ａ〜１０４ａよりも小さくすることで、第１のスイッチ素子１０１と第４のスイッチ素子１０４がターンオフの際、寄生容量１０９のインピーダンスは、第１のスイッチ素子１０１および第４のスイッチ素子１０４の寄生容量１０１ａ及び１０４ａのインピーダンスより大きくなるため、寄生容量１０９には電流が流れにくくなり、寄生容量１０９に直列接続される第１の導体１０５と第２の導体１０６のインダクタンス１０５ｃ及び１０６ｃによるサージ電圧の上昇を抑制することができる。なお、第２のスイッチ素子１０２と第３のスイッチ素子１０３がターンオフの際も同様の効果が得られる。
次に、図１４に、絶縁トランス１０７の第１の巻線側の漏れインダクタンスと絶縁トランスの第１の巻線の線間容量を含めた等価回路図を示す。図１４において、１０７ａは、絶縁トランス１０７の第１の巻線で発生する線間容量であり、１０７ｂは、絶縁トランス１０７の１次側漏れインダクタンスである。ここで、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９と絶縁トランス１０７の第１の巻線の線間容量１０７ａとの合成容量と、漏れインダクタンス１０７ｂとによって、ｆｒ＝１／（２π√（ＬＣ））の周波数で共振が起こる。このとき、サージ電圧に含まれる周波数成分が共振周波数ｆｒで増幅されてノイズとなり、特に自動車では、ハーネス等にノイズが伝わり、ＡＭラジオ帯やＦＭラジオ帯において影響を及ぼす。
前記ＡＭラジオ帯やＦＭラジオ帯は国際規格であるＣＩＳＰＲ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ Ｏｎ Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）のＣＩＳＰＲ２５では、ＡＭラジオ帯に相当する、ＭＷ ０．５３ＭＨｚ〜１．８ＭＨｚにて限度値が規定され、ＦＭラジオ帯に相当する、ＦＭ ７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚにて限度値が規定されている。
そこで、上記の実施の形態１〜１０において、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９をＣｐ１、絶縁トランスの第１の巻線間容量１０７ａをＣｔｒ１、絶縁トランス１０７の第１の巻線側で生じる漏れインダクタンス１０７ｂをＬｒ１とおき、第１の導体１０５と第２の導体１０６間の寄生容量１０９であるＣｐ１を、Ｃｐ１＞１／（（２π×０．５３×１０６）２×Ｌｒ１）−Ｃｔｒ１、もしくは、１／（（２π×１．８×１０６）２×Ｌｒ１）−Ｃｔｒ１＞Ｃｐ１＞１／（（２π×７６×１０６）２×Ｌｒ１）−Ｃｔｒ１、もしくは、１／（（２π×１０８×１０６）２×Ｌｒ１）−Ｃｔｒ１＞Ｃｐ１、とすることで、前記共振周波数ｆｒはＡＭ帯及びＦＭ帯の帯域外へ周波数をシフトさせることができ、前記ＣＩＳＰＲ規格の限度値を満足することができる。
なお、上記の実施の形態１〜１０において、第１〜第４のスイッチ素子１０１〜１０４としてＭＯＳＦＥＴを用いたが、ＩＧＢＴ等の他のスイッチ素子でも良い。
また、絶縁トランス１０７の第２の巻線に接続される第５〜第８のスイッチ素子２０１〜２０４と、絶縁トランス１０７の第２の巻線の両端と第５〜第８のスイッチ素子２０１〜２０４を接続する２本の導体である、第３の導体２０５及び第４の導体２０６を、前記各実施の形態１〜９で示した第１の導体１０５及び第２の導体１０６と同様の構成とすることで、サージ電圧の低減効果が得られる。なお、その場合、第３の導体２０５を、前記各実施の形態１〜９で示した第１の導体１０５と同じ構成にし、第４の導体２０６を、前記各実施の形態１〜９で示した第２の導体１０６と同じ構成とすればよいので、ここでは、その説明を省略する。
さらに、第３の導体２０５及び第４の導体２０６間の寄生容量２０９を第５〜第８のスイッチ素子２０１〜２０４の寄生容量（接合容量）２０１ａ〜２０４ａより小さくすることで、より効果的にサージ電圧の上昇を抑制することができる。
また、第３の導体２０５及び第４の導体２０６間の寄生容量２０９をＣｐ２とし、絶縁トランス１０７の第２の巻線側で生じる漏れインダクタンスをＬｒ２とし、絶縁トランス１０７の第２の巻線間容量をＣｔｒ２とすると、Ｃｐ２は、Ｃｐ２＞１／（（２π×０．５３×１０６）２×Ｌｒ２）−Ｃｔｒ２、もしくは、１／（（２π×１．８×１０６）２×Ｌｒ２）−Ｃｔｒ２＞Ｃｐ２＞１／（（２π×７６×１０６）２×Ｌｒ２）−Ｃｔｒ２、もしくは、１／（（２π×１０８×１０６）２×Ｌｒ２）−Ｃｔｒ２＞Ｃｐ２、とすることで、ＣＩＳＰＲ規格の限度値を満足することができる。
なお、上記の実施の形態１〜１０においては、絶縁トランス１０７の第２の巻線両端に接続される第５〜第８のスイッチ素子２０１〜２０４はダイオードを用いたが、ＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチ素子でも良い。
さらに、上記の実施の形態１〜１０において、第１〜第４のスイッチ素子１０１〜１０４及び第５〜第８のスイッチ素子２０１〜２０４として、ワイドバンドギャップ半導体を用いて高速・高周波駆動化することができる反面、図１５に示すよう、高速化に伴いパルスの立ち上がり時間ｔｒが非常に小さくなり、ｄｉ／ｄｔが非常に大きくなる。そのため、わずかな配線のインダクタンスでもＬ×ｄｉ／ｄｔによってサージ電圧が大きくなるため、ワイドバンドギャップ半導体をスイッチ素子に使用する電力変換装置に対して、この発明を適用することによって、サージ電圧の低減効果が得られるため、実施の形態１〜１０は、ワイドバンドギャップ半導体をスイッチ素子に適用することに好都合である。
なお、上記の実施の形態１〜１０においては電力変換装置として車載用の電力変換装置について述べたが、これに限らず、この発明は、絶縁トランスを備えた電力変換装置全般に適用可能である。
また、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略したりすることが可能である。
１００ 入力コンデンサ、１０１ 第１のスイッチ素子、１０１ａ 第１のスイッチ素子の寄生容量、１０２ 第２のスイッチ素子、１０２ａ 第２のスイッチ素子の寄生容量、１０３ 第３のスイッチ素子、１０３ａ 第３のスイッチ素子の寄生容量、１０４ 第４のスイッチ素子、１０４ａ 第４のスイッチ素子の寄生容量、１０７ 絶縁トランス、１０５ 第１の導体、１０５ａ，１０５ｂ 接続点、１０６ 第２の導体、１０６ａ，１０６ｂ 接続点、１０９ 寄生容量、２００ 出力コンデンサ、２０１ 第５のスイッチ素子、２０１ａ 第５のスイッチ素子の寄生容量、２０２ 第６のスイッチ素子、２０２ａ 第６のスイッチ素子の寄生容量、２０３ 第７のスイッチ素子、２０３ａ 第７のスイッチ素子の寄生容量、２０４ 第８のスイッチ素子、２０４ａ 第８のスイッチ素子の寄生容量、２０５ 第３の導体、２０５ａ，２０５ｂ 接続点、２０６ 第４の導体、２０６ａ，２０６ｂ 接続点、２０９ 寄生容量、３０１ 絶縁基板。

Claims (10)

  1. 第１の巻線と第２の巻線とを有した絶縁トランスと、
    前記絶縁トランスの前記第１の巻線に接続されるスイッチ素子と、
    前記絶縁トランスの前記第１の巻線の一端と前記スイッチ素子とを接続する第１の導体と、
    前記絶縁トランスの前記第１の巻線の他端と前記スイッチ素子とを接続する第２の導体と
    を備え、
    前記第１の導体および前記第２の導体は、前記第１の導体および前記第２の導体の長手方向および短手方向において互いに重なり合わないように、前記第１の導体および前記第２の導体の長手方向に沿って、互いに平行になるように配置されている、
    ことを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記第１の導体および前記第２の導体は、同一平面内に配置されている、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記第１の導体および前記第２の導体は、互いに平行な異なる平面内に配置されている、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 前記第１の導体は、複数個の積層された導体から構成され、
    前記第１の導体を構成する各層の導体同士は、スルーホールを介して、並列に接続されている、
    請求項１から３までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 前記第２の導体は、複数個の積層された導体から構成され、
    前記第２の導体を構成する各層の導体同士は、スルーホールを介して、並列に接続されている、
    請求項１から４までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記第１の導体と前記第２の導体との間の容量は、前記スイッチ素子の寄生容量よりも小さい、
    請求項１から５までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 前記第１の導体と前記第２の導体との間の容量をＣｐ１とし、前記絶縁トランスの前記第１の巻線側で生じる漏れインダクタンスをＬｒ１とし、前記絶縁トランスの前記第１の巻線間の容量をＣｔｒ１としたとき、
    前記容量Ｃｐ１は、
    Ｃｐ１＞１／（（２π×０．５３×１０６）２×Ｌｒ１）−Ｃｔｒ１
    の関係を満たす、
    請求項１から６までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記第１の導体と前記第２の導体との間の容量をＣｐ１とし、前記絶縁トランスの前記第１の巻線側で生じる漏れインダクタンスをＬｒ１とし、前記絶縁トランスの前記第１の巻線間の容量をＣｔｒ１としたとき、
    前記容量Ｃｐ１は、
    １／（（２π×１．８×１０６）２×Ｌｒ１）−Ｃｔｒ１＞Ｃｐ１＞１／（（２π×７６×１０６）２×Ｌｒ１）−Ｃｔｒ１
    の関係を満たす、
    請求項１から６までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 前記第１の導体と前記第２の導体との間の容量をＣｐ１とし、前記絶縁トランスの前記第１の巻線側で生じる漏れインダクタンスをＬｒ１とし、前記絶縁トランスの前記第１の巻線間の容量をＣｔｒ１としたとき、
    前記容量Ｃｐ１は、
    １／（（２π×１０８×１０６）２×Ｌｒ１）−Ｃｔｒ１＞Ｃｐ１
    の関係を満たす、
    請求項１から６までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 前記スイッチ素子は、ワイドバンドギャップ半導体から構成されている、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
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