JP6541564B2

JP6541564B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6541564B2
Application number: JP2015247315A
Authority: JP
Inventors: 佳孝西口; 喜啓木田; 和敏塩見
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: JP2017112789A; DE102016124598A1

Description

本発明は、ダイオードが並列接続された高電位側スイッチング素子と、ダイオードが並列接続され、高電位側スイッチング素子に直列接続される低電位側スイッチング素子とを有するスイッチング回路を複数並列接続して構成される電力変換装置に関する。

従来、ダイオードが並列接続された高電位側スイッチング素子と、ダイオードが並列接続され、高電位側スイッチング素子に直列接続される低電位側スイッチング素子とを有するスイッチング回路を複数並列接続して構成される電力変換装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されているモータ駆動装置がある。

このモータ駆動装置は、ダイオードが並列接続された高電位側スイッチング素子と、ダイオードが並列接続され、高電位側スイッチング素子に直列接続される低電位側スイッチング素子とを有するスイッチング回路を３つ並列接続して構成されている。

高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子は、ダイオードが並列接続されたＩＧＢＴである。高電位側スイッチング素子のエミッタは、低電位側スイッチング素子のコレクタに接続されている。高電位側スイッチング素子のコレクタは直流電源の正極端に、低電位側スイッチング素子にエミッタは直流電源の負極端にそれぞれ接続されている。高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子の直列接続点は、３相モータに接続されている。

モータ駆動装置は、スイッチング回路を構成する高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子を所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、直流電源から供給される直流を３相交流に変換してモータに供給する。

高電位側スイッチング素子がオン状態になると、低電位側スイッチング素子がオフ状態になる。一方、高電位側スイッチング素子がオフ状態になると、低電位側スイッチング素子がオン状態になる。

高電位側スイッチング素子がオン状態、低電位側スイッチング素子がオフ状態になると、オン状態になった高電位側スイッチング素子のオン抵抗、オフ状態になった低電位側スイッチング素子の寄生容量とこの低電位側スイッチング素子に並列接続されたダイオードの接合容量の合成容量、スイッチング回路の配線のインダクタンスによって共振回路が構成される。高電位側スイッチング素子がターンオンした際、この共振回路で共振が起こり、オフ状態である低電位側スイッチング素子のエミッタ−コレクタ間に共振周波数成分をピークとするリンギングを有するサージ電圧が加わる。それに伴って、共振周波数成分をピークとするノイズが発生する。

モータ駆動装置は、３つのスイッチング回路を並列接続して構成されている。そのため、それぞれ独立した複数の共振回路が構成されることになる。共振回路の共振周波数が全て同一であった場合、その共振周波数成分をピークとするノイズレベルが大きくなってしまう。

しかし、モータ駆動装置は、コンデンサがダイオードに並列接続されている。コンデンサは、共振回路の共振周波数がそれぞれ異なるように、静電容量が調整されている。そのため、リンギングがピークとなる周波数成分が分散される。その結果、リンギングに伴って発生するノイズの周波数成分が分散され、ノイズレベルを抑えることができる。

特開２０１２−０１９５６８号公報

前述したモータ駆動装置では、リンギングに伴うノイズレベルを抑えるため、スイッチング回路によって構成される共振回路の共振周波数がそれぞれ異なるように、コンデンサの静電容量を調整しなければならない。つまり、スイッチング回路毎に、静電容量の異なるコンデンサを高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のダイオードにそれぞれ並列接続しなければならない。そのため、モータ駆動装置を構成する部品点数が増加してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、部品点数を抑えながら、リンギングに伴って発生するノズルレベルを抑えることができ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なされた請求項１に記載の発明は、ダイオードが並列接続された高電位側スイッチング素子と、ダイオードが並列接続され、高電位側スイッチング素子に直列接続される低電位側スイッチング素子と、直列接続された高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子に並列接続されるコンデンサとを有し、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子が相補的にスイッチングするスイッチング回路を複数並列接続して構成され、少なくともいずれかのスイッチング回路の共振周波数が他のスイッチング回路の共振周波数と異なるように、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及びコンデンサを接続する配線のインダクタンス、コンデンサの静電容量及びコンデンサの寄生インダクタンスの少なくともいずれかが調整されている。

この構成によれば、複数のスイッチング回路は、直列接続された高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子に並列接続されるコンデンサをそれぞれ有している。そして、少なくともいずれかのスイッチング回路の共振周波数が他のスイッチング回路の共振周波数と異なるように、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及びコンデンサを接続する配線のインダクタンス、コンデンサの静電容量及びコンデンサの寄生インダクタンスの少なくともいずれかが調整されている。そのため、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。しかも、従来のように、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子に並列接続されたダイオードにさらにコンデンサを並列接続し、共振周波数が異なるようにコンデンサの静電容量を調整する場合に比べ、部品点数を抑えることができる。従って、部品点数を抑えながら、リンギングに伴って発生するノイズレベルを抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及びコンデンサを接続する配線のインダクタンスの調整は、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及びコンデンサを接続する配線の長さを調整することによって行われている。この構成によれば、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及びコンデンサを接続する配線のインダクタンスを確実に調整することができる。

請求項３に記載の発明は、コンデンサの寄生インダクタンスの調整は、コンデンサのリード線の長さを調整することによって行われている。この構成によれば、コンデンサの寄生インダクタンスを確実に調整することができる。

請求項４に記載の発明は、コンデンサは、複数の副コンデンサを接続して構成され、コンデンサの静電容量の調整は、副コンデンサの静電容量を調整することによって行われている。この構成によれば、コンデンサの寄生インダクタンスを確実に調整することができる。

請求項５に記載の発明は、コンデンサは、複数の副コンデンサを接続して構成され、コンデンサの寄生インダクタンスの調整は、副コンデンサのリード線の長さを調整することによって行われている。この構成によれば、コンデンサの寄生インダクタンスを確実に調整することができる。

第１実施形態における電力変換装置の回路図である。パワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの正面図である。パワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの側面図である。パワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの下面図である。スイッチング回路の等価回路の回路図である。図５に示すスイッチング回路に加わるサージ電圧の波形図である。図５に示すスイッチング回路におけるノイズの周波数分析図である。共振回路の共振周波数が全て同一であった場合における電力変換装置のノイズの周波数分析図である。第１実施形態における電力変換装置のノイズの周波数分析図である。第２実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの正面図である。第２実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの側面図である。第２実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの下面図である。第３実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの正面図である。第３実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの側面図である。第３実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの下面図である。第４実施形態における電力変換装置の回路図である。第４実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの正面図である。第４実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの側面図である。第４実施形態における電力変換装置のパワーモジュール及びコンデンサが接続されたバスバーアセンブリの下面図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（第１実施形態）
図１に示す電力変換装置１は、バッテリＢ１から供給される直流を３相交流に変換してモータＭ１に供給する装置である。ここで、モータＭ１は、３相巻線ｍ１０、ｍ１１を有し、３相交流を供給されることでトルクを発生する機器である。電力変換装置１は、スイッチング回路１０〜１５を備えている。

スイッチング回路１０〜１２は、後述する高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａと低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂを所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、バッテリＢ１から供給される直流を３相交流に変換して３相巻線ｍ１０に供給する回路である。スイッチング回路１０〜１２は、パワーモジュール１００、１１０、１２０と、コンデンサ１０１、１１１、１２１とを備えている。

パワーモジュール１００、１１０、１２０は、高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａと、低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂと、ダイオード１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃとを備えた半導体素子である。

高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａは、バッテリＢ１の正極端に接続される高電位側スイッチング素子である。高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａには、ダイオード１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃがそれぞれ並列接続されている。高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａのドレインにダイオード１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃのカソードが、ソースにダイオード１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃのアノードがそれぞれ接続されている。

低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂは、バッテリＢ１の負極端に接続される低電位側スイッチング素子である。低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂには、ダイオード１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃがそれぞれ並列接続されている。低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂのドレインにダイオード１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃのカソードが、ソースにダイオード１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃのアノードがそれぞれ接続されている。

高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａと低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂは、それぞれ直列接続されている。高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａのソースが、低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂのドレインにそれぞれ接続されている。高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａと低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂの直列接続点は、３相巻線ｍ１０にそれぞれ接続されている。

コンデンサ１０１、１１１、１２１は、直列接続された高電位側ＦＥＴ１００ａ及び低電位側ＦＥＴ１００ｂ、高電位側ＦＥＴ１１０ａ及び低電位側ＦＥＴ１１０ｂ、及び、高電位側ＦＥＴ１２０ａ及び低電位側ＦＥＴ１２０ｂに供給される直流を平滑化する素子である。電解コンデンサである。コンデンサ１０１、１１１、１２１は、直列接続された高電位側ＦＥＴ１００ａ及び低電位側ＦＥＴ１００ｂ、高電位側ＦＥＴ１１０ａ及び低電位側ＦＥＴ１１０ｂ、及び、高電位側ＦＥＴ１２０ａ及び低電位側ＦＥＴ１２０ｂにそれぞれ並列接続されている。コンデンサ１０１、１１１、１２１の一端が高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａのドレインに、他端が低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂのソースにそれぞれ接続されている。

スイッチング回路１３〜１５は、後述する高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａと低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂを所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、バッテリＢ１から供給される直流を３相交流に変換して３相巻線ｍ１１に供給する回路である。スイッチング回路１３〜１５は、パワーモジュール１３０、１４０、１５０と、コンデンサ１３１、１４１、１５１とを備えている。

パワーモジュール１３０、１３０、１５０は、高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａと、低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂと、ダイオード１３０ｃ、１４０ｃ、１５０ｃとを備えた半導体素子である。

高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａは、バッテリＢ１の正極端に接続される高電位側スイッチング素子である。高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａには、ダイオード１３０ｃ、１４０ｃ、１５０ｃがそれぞれ並列接続されている。高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａのドレインにダイオード１３０ｃ、１４０ｃ、１５０ｃのカソードが、ソースにダイオード１３０ｃ、１４０ｃ、１５０ｃのアノードがそれぞれ接続されている。

低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂは、バッテリＢ１の負極端に接続される低電位側スイッチング素子である。低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂには、ダイオード１３０ｃ、１４０ｃ、１５０ｃがそれぞれ並列接続されている。低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂのドレインにダイオード１３０ｃ、１４０ｃ、１５０ｃのカソードが、ソースにダイオード１３０ｃ、１４０ｃ、１５０ｃのアノードがそれぞれ接続されている。

高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａと低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂは、それぞれ直列接続されている。高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａのソースが、低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂのドレインにそれぞれ接続されている。高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａと低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂの直列接続点は、３相巻線ｍ１１にそれぞれ接続されている。

コンデンサ１３１、１４１、１５１は、直列接続された高電位側ＦＥＴ１３０ａ及び低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、高電位側ＦＥＴ１４０ａ及び低電位側ＦＥＴ１４０ｂ、及び、高電位側ＦＥＴ１５０ａ及び低電位側ＦＥＴ１５０ｂに供給される直流を平滑化する素子である。電解コンデンサである。コンデンサ１３１、１４１、１５１は、直列接続された高電位側ＦＥＴ１３０ａ及び低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、高電位側ＦＥＴ１４０ａ及び低電位側ＦＥＴ１４０ｂ、及び、高電位側ＦＥＴ１５０ａ及び低電位側ＦＥＴ１５０ｂにそれぞれ並列接続されている。コンデンサ１３１、１４１、１５１の一端が高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａのドレインに、他端が低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂのソースにそれぞれ接続されている。

スイッチング回路１０〜１５は、並列接続され、バッテリＢ１に接続されている。高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａのドレインが共通接続されバッテリＢ１の正極端に、低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂのソースが共通接続されバッテリＢ１の負極端にそれぞれ接続されている。

図２〜図４に示すように、電力変換装置１は、バスバーアセンブリ１６を備えている。バスバーアセンブリ１６は、スイッチング回路１０〜１５を配線するための部品の集合体である。バスバーアセンブリ１６は、バスバー１６０、１６１を備えている。

バスバー１６０は、パワーモジュール１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０をバッテリＢ１の正極端に接続するとともに、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の一端をパワーモジュール１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０にそれぞれ接続する金属からなる部材である。図１に示す高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１５０ａのドレインをバッテリＢ１の正極端に接続するとともに、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の一端を高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１５０ａのドレインにそれぞれ接続する部材である。図２〜図４に示すように、バスバー１６０は、本体部１６０ａと、端子部１６０ｂ〜１６０ｍとを備えている。

本体部１６０ａは、配線を介してバッテリＢ１の正極端に接続される板状の部位である。

端子部１６０ｂ〜１６０ｇは、本体部１６０ａの側面から板厚方向の同一方向に突出し、パワーモジュール１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０がそれぞれ接続される棒状の部位である。図１に示す高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１５０ａのドレインが接続される部位である。図２に示すように、端子部１６０ｂ〜１６０ｇは、同一の長さに設定されている。

端子部１６０ｈ〜１６０ｍは、本体部１６０ａの側面から端子部１６０ｂ〜１６０ｇの突出方向と同一方向に突出し、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の一端が接続される棒状の部位である。端子部１６０ｈ〜１６０ｍは、同一の長さに設定されている。

図２〜図４に示すバスバー１６１は、パワーモジュール１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０をバッテリＢ１の負極端に接続するとともに、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の他端をパワーモジュール１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０にそれぞれ接続する金属からなる部材である。図１に示す低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂのソースをバッテリＢ１の正極端に接続するとともに、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の他端を低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂのソースにそれぞれ接続する部材である。図２〜図４に示すように、バスバー１６１は、本体部１６１ａと、端子部１６１ｂ〜１６１ｍとを備えている。

本体部１６１ａは、配線を介してバッテリＢ１の負極端に接続される板状の部位である。

端子部１６１ｂ〜１６１ｇは、本体部１６１ａの側面から端子部１６０ｂ〜１６０ｇの突出方向と同一方向に突出し、パワーモジュール１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０がそれぞれ接続される棒状の部位である。図１に示す低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂのソースが接続される部位である。図２に示すように、端子部１６１ｂ〜１６１ｇは、同一の長さに設定されている。

端子部１６１ｈ〜１６１ｍは、本体部１６１ａの側面から端子部１６０ｂ〜１６０ｇの突出方向と同一方向に突出し、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の他端が接続される棒状の部位である。端子部１６１ｈ〜１６１ｍは、同一の長さに設定されている。

図２〜図４に示すように、バスバー１６０、１６１は、本体部１６０ａ、１６１ａを所定の間隔を設けて板厚方向に対向させた状態で、端子部１６０ｂ〜１６０ｍ、１６１ｂ〜１６１ｍが露出するように、樹脂によって一体的に固定されている。

高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１５０ａのドレインに接続されたパワーモジュール１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の端子１００ｄ、１１０ｄ、１２０ｄ、１３０ｄ、１４０ｄ、１５０ｄ、及び、低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂのソースに接続されたパワーモジュール１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の端子１００ｅ、１１０ｅ、１２０ｅ、１３０ｅ、１４０ｅ、１５０ｅは、同一の長さに設定されている。端子１００ｄ、１１０ｄ、１２０ｄ、１３０ｄ、１４０ｄ、１５０ｄ及び端子１００ｅ、１１０ｅ、１２０ｅ、１３０ｅ、１４０ｅ、１５０ｅの先端部は、端子部１６０ｂ〜１６０ｇ及び端子部１６１ｂ〜１６１ｇの先端部にそれぞれ接続されている。

コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１のリード線１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ、１４１ａ、１５１ａ及びリード線１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂ、１５１ｂは、同一の長さに設定されている。リード線１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ、１４１ａ、１５１ａ及びリード線１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂ、１５１ｂの先端部は、端子部１６０ｈ〜１６０ｍ及び端子部１６１ｈ〜１６１ｍの先端部にそれぞれ接続されている。

図１に示す電力変換装置１は、スイッチング回路１０〜１５を構成する高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１５０ａと低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂを所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、バッテリＢ１から供給される直流を３相交流に変換して３相巻線ｍ１１、ｍ１１に供給する。

例えば、スイッチング回路１０において、高電位側ＦＥＴ１００ａがオン状態になると、低電位側ＦＥＴ１００ｂがオフ状態になる。一方、高電位側ＦＥＴ１００ａがオフ状態になると、低電位側ＦＥＴ１００ｂがオン状態になる。

高電位側ＦＥＴ１００ａがオン状態、低電位側ＦＥＴ１００ｂがオフ状態になると、図５に示すように、オン状態になった高電位側ＦＥＴ１００ａのオン抵抗Ｒ１、オフ状態になった低電位側ＦＥＴ１００ｂの寄生容量と低電位側ＦＥＴ１００ｂに並列接続されたダイオード１００ｃの接合容量の合成容量Ｃ１、スイッチング回路１０の配線のインダクタンスＬ１、コンデンサ１０１の静電容量Ｃ２、寄生インダクタンスＬ２及び抵抗Ｒ２によって共振回路が構成される。高電位側ＦＥＴ１００ａがターンオンした際、この共振回路で共振が起こり、オフ状態である低電位側ＦＥＴ１００ｂのソース−ドレイン間に、図６に示すように、共振周波数成分をピークとするリンギングを有するサージ電圧が加わる。それに伴って、図７に示すように、共振周波数成分をピークとするノイズが発生する。高電位側ＦＥＴ１００ａがオフ状態、低電位側ＦＥＴ１００ｂがオン状態になっても、同様に共振回路が構成され、共振周波数成分をピークとするノイズが発生する。

図１に示すように、電力変換装置１は、スイッチング回路１０〜１５を並列接続して構成されている。そのため、それぞれ独立した複数の共振回路が構成されることになる。共振回路の共振周波数が全て同一であった場合、図８に示すように、その共振周波数成分をピークとするノイズレベルが大きくなってしまう。

しかし、図１〜図４に示すコンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、静電容量が調整されている。それぞれ異なる静電容量に設定されている。そのため、図９に示すように、ノイズレベルがピークとなる周波数成分ｆ１〜ｆ６が分散される。その結果、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。

次に、図１を参照して第１実施形態における電力変換装置の動作について説明する。

図１に示すスイッチング回路１０〜１２は、高電位側ＦＥＴ１００ａ、１１０ａ、１２０ａと低電位側ＦＥＴ１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂを所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、バッテリＢ１から供給される直流を３相交流に変換して３相巻線ｍ１０に供給する。スイッチング回路１３〜１５は、高電位側ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａ、１５０ａと低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂを所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、バッテリＢ１から供給される直流を３相交流に変換して３相巻線ｍ１１に供給する。モータＭ１は、３相巻線ｍ１０、ｍ１１に３相交流を供給されることでトルクを発生する。

スイッチング回路１０〜１５を構成するＦＥＴがスイッチングすることで、共振周波数成分をピークとするリンギングを有するサージ電圧が発生する。それに伴って、共振周波数成分をピークとするノイズが発生する。しかし、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように静電容量が調整されている。そのため、ノイズレベルがピークとなる周波数成分が分散される。その結果、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。

次に、第１実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第１実施形態によれば、スイッチング回路１０〜１５は、直列接続された高電位側ＦＥＴ１００ａ及び低電位側ＦＥＴ１００ｂ、高電位側ＦＥＴ１１０ａ及び低電位側ＦＥＴ１１０ｂ、高電位側ＦＥＴ１２０ａ及び低電位側ＦＥＴ１２０ｂ、高電位側ＦＥＴ１３０ａ及び低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、高電位側ＦＥＴ１４０ａ及び低電位側ＦＥＴ１４０ｂ及び高電位側ＦＥＴ１５０ａ及び低電位側ＦＥＴ１５０ｂに並列接続されるコンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１を有している。そして、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の静電容量が調整されている。そのため、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。しかも、従来のように、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子に並列接続されたダイオードにさらにコンデンサを並列接続し、共振周波数が異なるようにコンデンサの静電容量を調整する場合に比べ、部品点数を抑えることができる。従って、部品点数を抑えながら、リンギングに伴って発生するノイズレベルを抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電力変換装置について説明する。第２実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置がコンデンサの静電容量を調整することで共振周波数を変えていたのに対して、配線のインダクタンスを調整することで共振周波数を変えるようにしたものである。

コンデンサ及びコンデンサを配線するための端子部以外は、第１実施形態と同一である。そのため、コンデンサ及びコンデンサを配線するための端子部以外は、第１実施形態と同一の符号を付し説明を省略する。コンデンサは、第１実施形態と静電容量が異なるだけである。コンデンサを配線する端子部は、第１実施形態と長さが異なるだけである。そのため、コンデンサ及びコンデンサを配線する端子部には、第１実施形態と同一の符号を付すものとする。まず、図１０〜図１２を参照して第２実施形態の電力変換装置におけるコンデンサの静電容量及びコンデンサを配線するための端子部の構成について説明する。

図１０〜図１２に示すコンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、同一の静電容量に設定されている。

バスバー１６０、１６１の端子部１６０ｈ〜１６０ｍ、１６１ｈ〜１６１ｍは、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるようにインダクタンスが調整されている。端子部１６０ｈ〜１６０ｍは、端子部１６０ｈより端子部１６０ｉの方が、端子部１６０ｉより端子部１６０ｊの方が、端子部１６０ｊより端子部１６０ｋの方が、端子部１６０ｋより端子部１６０ｌの方が、端子部１６０ｌより端子部１６０ｍの方が長くなるように設定されている。端子部１６１ｈ〜１６１ｍは、端子部１６１ｈより端子部１６１ｉの方が、端子部１６１ｉより端子部１６１ｊの方が、端子部１６１ｊより端子部１６１ｋの方が、端子部１６１ｋより端子部１６１ｌの方が、端子部１６１ｌより端子部１６１ｍの方が長くなるように設定されている。つまり、バスバー１６０、１６１の端子部１６０ｈ〜１６０ｍ、１６１ｈ〜１６１ｍの長さを調整することによってインダクタンスが調整されている。そのため、第１実施形態の場合と同様に、ノイズレベルがピークとなる周波数成分が分散される。その結果、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。

モータに対する電力供給動作は第１実施形態と同一であるため説明を省略する。次に、第２実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第２実施形態によれば、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、バスバー１６０、１６１のインダクタンスが調整されている。つまり、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及びコンデンサを接続する配線のインダクタンスが調整されている。そのため、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。しかも、従来のように、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子に並列接続されたダイオードにさらにコンデンサを並列接続し、共振周波数が異なるようにコンデンサの静電容量を調整する場合に比べ、部品点数を抑えることができる。従って、部品点数を抑えながら、リンギングに伴って発生するノイズレベルを抑えることができる。

第２実施形態によれば、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及びコンデンサを接続する配線のインダクタンスの調整は、端子部１６０ｈ〜１６０ｍ、１６１ｈ〜１６１ｍの長さを調整することによって行われている。そのため、高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及びコンデンサを接続する配線のインダクタンスを確実に調整することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の電力変換装置について説明する。第３実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置がコンデンサの静電容量を調整することで共振周波数を変えていたのに対して、コンデンサの寄生インダクタンスを調整することで共振周波数を変えるようにしたものである。

コンデンサ以外は、第１実施形態と同一である。そのため、コンデンサ以外は、第１実施形態と同一の符号を付し説明を省略する。コンデンサは、第１実施形態と静電容量及びリード線の長さが異なるだけである。そのため、コンデンサ及びリード線には、第１実施形態と同一の符号を付すものとする。まず、図１３〜図１５を参照して第３実施形態の電力変換装置におけるコンデンサの静電容量及びリード線の構成について説明する。

図１３〜図１５に示すコンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、同一の静電容量に設定されている。

コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１のリード線１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ、１４１ａ、１５１ａ、１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂ、１５１ｂは、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるようにインダクタンスが調整されている。

リード線１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ、１４１ａ、１５１ａは、リード線１０１ａよりリード線１１１ａの方が、リード線１１１ａよりリード線１２１ａの方が、リード線１２１ａよりリード線１３１ａの方が、リード線１３１ａよりリード線１４１ａの方が、リード線１４１ａよりリード線１５１ａの方が長くなるように設定されている。リード線１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂ、１５１ｂは、リード線１０１ｂよりリード線１１１ｂの方が、リード線１１１ｂよりリード線１２１ｂの方が、リード線１２１ｂよりリード線１３１ｂの方が、リード線１３１ｂよりリード線１４１ｂの方が、リード線１４１ｂよりリード線１５１ｂの方が長くなるように設定されている。つまり、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１のリード線１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ、１４１ａ、１５１ａ、１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂ、１５１ｂの長さを調整することによってインダクタンスが調整されている。そのため、第１実施形態の場合と同様に、ノイズレベルがピークとなる周波数成分が分散される。その結果、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。

モータに対する電力供給動作は第１実施形態と同一であるため説明を省略する。次に、第３実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第３実施形態によれば、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、リード線１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ、１４１ａ、１５１ａ、１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂ、１５１ｂのインダクタンスが調整されている。つまり、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の寄生インダクタンスが調整されている。そのため、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。しかも、従来のように、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子に並列接続されたダイオードにさらにコンデンサを並列接続し、共振周波数が異なるようにコンデンサの静電容量を調整する場合に比べ、部品点数を抑えることができる。従って、部品点数を抑えながら、リンギングに伴って発生するノイズレベルを抑えることができる。

第３実施形態によれば、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の寄生インダクタンスの調整は、リード線１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ、１４１ａ、１５１ａ、１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂ、１５１ｂの長さを調整することによって行われている。そのため、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の寄生インダクタンスを確実に調整することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の電力変換装置について説明する。第４実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置が直列接続された高電位側ＦＥＴ及び低電位側ＦＥＴに並列接続されるコンデンサが１つのコンデンサで構成されているのに対して、このコンデンサを２つの副コンデンサで構成するようにしたものである。

コンデンサが２つの副コンデンサで構成されること、及び、副コンデンサを配線するための端子部以外は、第１実施形態と同一である。そのため、副コンデンサ及び副コンデンサを配線するための端子部以外は、第１実施形態と同一の符号を付し説明を省略する。まず、図１６〜図１９を参照して第４実施形態の電力変換装置におけるコンデンサの構成について説明する。

図１６に示すように、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、副コンデンサ１０２、１０３、副コンデンサ１１２、１１３、副コンデンサ１２２、１２３、副コンデンサ１３２、１３３、副コンデンサ１４２、１４３及び副コンデンサ１５２、１５３を並列接続して構成されている。

副コンデンサ１０２、１１２、１３２、１４２、１５２は、高電位側ＦＥＴ１００ａ及び低電位側ＦＥＴ１００ｂ、高電位側ＦＥＴ１１０ａ及び低電位側ＦＥＴ１１０ｂ、高電位側ＦＥＴ１２０ａ及び低電位側ＦＥＴ１２０ｂ、高電位側ＦＥＴ１３０ａ及び低電位側ＦＥＴ１３０ｂ、高電位側ＦＥＴ１４０ａ及び低電位側ＦＥＴ１４０ｂ及び高電位側ＦＥＴ１５０ａ及び低電位側ＦＥＴ１５０ｂに供給される直流を平滑化する素子である。電解コンデンサである。副コンデンサ１０３、１１３、１３３、１４３、１５３は、ノイズを除去する素子である。セラミックコンデンサである。

図１７〜図１９に示すように、端子部１６０ｎ〜１６０ｓは、本体部１６０ａの側面から端子部１６０ｂ〜１６０ｇの突出方向と同一方向に突出し、副コンデンサ１０２、１１２、１２２、１３２、１４２、１５２の一端が接続される棒状の部位である。端子部１６０ｎ〜１６０ｓは、同一の長さに設定されている。

端子部１６０ｔ〜１６０ｙは、本体部１６０ａの側面から端子部１６０ｂ〜１６０ｇの突出方向と同一方向に突出し、副コンデンサ１０３、１１３、１２３、１３３、１４３、１５３の一端が接続される棒状の部位である。端子部１６０ｔ〜１６０ｙは、同一の長さに設定されている。

端子部１６１ｎ〜１６１ｓは、本体部１６１ａの側面から端子部１６０ｂ〜１６０ｇの突出方向と同一方向に突出し、副コンデンサ１０２、１１２、１２２、１３２、１４２、１５２の他端が接続される棒状の部位である。端子部１６１ｎ〜１６１ｓは、同一の長さに設定されている。

端子部１６１ｔ〜１６１ｙは、本体部１６１ａの側面から端子部１６０ｂ〜１６０ｇの突出方向と同一方向に突出し、副コンデンサ１０３、１１３、１２３、１３３、１４３、１５３の他端が接続される棒状の部位である。端子部１６１ｔ〜１６１ｙは、同一の長さに設定されている。

副コンデンサ１０２、１１２、１２２、１３２、１４２、１５２のリード線１０２ａ、１１２ａ、１２２ａ、１３２ａ、１４２ａ、１５２ａ及びリード線１０２ｂ、１１２ｂ、１２２ｂ、１３２ｂ、１４２ｂ、１５２ｂは、同一の長さに設定されている。リード線１０２ａ、１１２ａ、１２２ａ、１３２ａ、１４２ａ、１５２ａ及びリード線１０２ｂ、１１２ｂ、１２２ｂ、１３２ｂ、１４２ｂ、１５２ｂの先端部は、端子部１６０ｎ〜１６０ｓ及び端子部１６１ｎ〜１６１ｓの先端部にそれぞれ接続されている。

副コンデンサ１０３、１１３、１２３、１３３、１４３、１５３のリード線１０３ａ、１１３ａ、１２３ａ、１３３ａ、１４３ａ、１５３ａ及びリード線１０３ｂ、１１３ｂ、１２３ｂ、１３３ｂ、１４３ｂ、１５３ｂは、同一の長さに設定されている。リード線１０３ａ、１１３ａ、１２３ａ、１３３ａ、１４３ａ、１５３ａ及びリード線１０３ｂ、１１３ｂ、１２３ｂ、１３３ｂ、１４３ｂ、１５３ｂの先端部は、端子部１６０ｔ〜１６０ｙ及び端子部１６１ｔ〜１６１ｙの先端部にそれぞれ接続されている。

コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、静電容量が調整されている。スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、並列接続された副コンデンサ１０２、１０３、副コンデンサ１１２、１１３、副コンデンサ１２２、１２３、副コンデンサ１３２、１３３、副コンデンサ１４２、１４３及び副コンデンサ１５２、１５３の合成静電容量が調整されている。それぞれ異なる合成静電容量に設定されている。そのため、第１実施形態の場合と同様に、ノイズレベルがピークとなる周波数成分が分散される。その結果、特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中し、その周波数成分のノイズレベルが大きくなってしまうような事態を抑えることができる。

モータに対する電力供給動作は第１実施形態と同一であるため説明を省略する。次に、第４実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第４実施形態によれば、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１は、副コンデンサ１０２、１０３、副コンデンサ１１２、１１３、副コンデンサ１２２、１２３、副コンデンサ１３２、１３３、副コンデンサ１４２、１４３及び副コンデンサ１５２、１５３を並列接続して構成されている。そして、スイッチング回路１０〜１５の共振周波数がそれぞれ異なるように、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の静電容量が調整されている。そのため、部品点数を抑えながら、リンギングに伴って発生するノイズレベルを抑えることができる。

第４実施形態によれば、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の静電容量の調整は、並列接続された副コンデンサ１０２、１０３、副コンデンサ１１２、１１３、副コンデンサ１２２、１２３、副コンデンサ１３２、１３３、副コンデンサ１４２、１４３及び副コンデンサ１５２、１５３の合成静電容量を調整することによって行われている。そのため、コンデンサ１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１の静電容量を確実に調整することができる。コンデンサの静電容量は、副コンデンサの合成静電容量によって決まる。そのため、副コンデンサの静電容量の組合せを変えることで、コンデンサの静電容量を細かく調整することができる。

なお、第４実施形態では、コンデンサが２つの副コンデンサを並列接続して構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。コンデンサを構成する副コンデンサの数は３つ以上でもよい。また、副コンデンサの接続の仕方は、直列接続でもよいし、直列接続と並列接続を組合せてもよい。

第４実施形態では、スイッチング回路の共振周波数が異なるように、副コンデンサの合成静電容量を調整することによってコンデンサの静電容量を調整する例を挙げているが、これに限られるものではない。第３実施形態のようにして、スイッチング回路の共振周波数が異なるように、副コンデンサのリード線の長さを調整することによってコンデンサの寄生インダクタンスを調整するようにしてもよい。副コンデンサのリード線の長さを調整することによってコンデンサの寄生インダクタンスを確実に調整することができる。そのため、スイッチング回路の共振周波数を異なるようにすることができる。

なお、第１〜第４実施形態では、電力変換装置が６つのスイッチング回路を並列接続して構成される例を挙げているが、これに限られるものではない。電力変換装置は、複数のスイッチング回路を並列接続して構成されていればよい。

第１〜第４実施形態では、スイッチング回路の共振周波数が全て異なるように調整されている例を挙げているが、これに限られるものではない。少なくともいずれかのスイッチング回路の共振周波数が他のスイッチング回路の共振周波数と異なる調整されていればよい。特定の周波数成分にノイズレベルのピークが集中してしまうような事態を抑えることができる。そのため、ノイズレベルを抑えることができる。

第１及び第４実施形態では、スイッチング回路の共振周波数が異なるように、コンデンサの静電容量が調整され、第２実施形態では、スイッチング回路の共振周波数が異なるように、配線のインダクタンスが調整され、第３実施形態では、スイッチング回路の共振周波数が異なるように、コンデンサの寄生インダクタンスが調整されている例を挙げているが、これに限られるものではない。スイッチング回路の共振周波数が異なるように、配線のインダクタンス、コンデンサの静電容量及びコンデンサの寄生インダクタンスの少なくともいずれかが調整されていればよい。

１・・・電力変換装置、１０〜１５・・・スイッチング回路、１００ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１５０ａ・・・高電位側ＦＥＴ、１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂ・・・低電位側ＦＥＴ、１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃ、１３０ｃ、１４０ｃ、１５０ｃ・・・ダイオード、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１・・・コンデンサ

Claims

ダイオードが並列接続された高電位側スイッチング素子（１００ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１５０ａ）と、ダイオードが並列接続され、前記高電位側スイッチング素子に直列接続される低電位側スイッチング素子（１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂ、１５０ｂ）と、直列接続された前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子に並列接続されるコンデンサ（１０１、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１）とを有し、前記高電位側スイッチング素子と前記低電位側スイッチング素子が相補的にスイッチングするスイッチング回路（１０〜１５）を複数並列接続して構成され、
少なくともいずれかの前記スイッチング回路の共振周波数が他の前記スイッチング回路の共振周波数と異なるように、前記高電位側スイッチング素子、前記低電位側スイッチング素子及び前記コンデンサを接続する配線のインダクタンス、前記コンデンサの静電容量及び前記コンデンサの寄生インダクタンスの少なくともいずれかが調整されている電力変換装置。
前記高電位側スイッチング素子、前記低電位側スイッチング素子及び前記コンデンサを接続する配線のインダクタンスの調整は、前記高電位側スイッチング素子、前記低電位側スイッチング素子及び前記コンデンサを接続する配線の長さを調整することによって行われている請求項１に記載の電力変換装置。
前記コンデンサの寄生インダクタンスの調整は、前記コンデンサのリード線の長さを調整することによって行われている請求項１に記載の電力変換装置。
前記コンデンサは、複数の副コンデンサ（１０２、１０３、１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３、１４２、１４３、１５２、１５３）を接続して構成され、
前記コンデンサの静電容量の調整は、前記副コンデンサの合成静電容量を調整することによって行われている請求項１に記載の電力変換装置。
前記コンデンサは、複数の副コンデンサを接続して構成され、
前記コンデンサの寄生インダクタンスの調整は、前記副コンデンサのリード線の長さを調整することによって行われている請求項１に記載の電力変換装置。