JP6811762B2 - Power conversion device and refrigeration cycle device equipped with this - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置等に関する。 The present invention relates to a power conversion device and the like.
モータを駆動するインバータ等の電力変換装置が知られている。インバータは、半導体スイッチング素子のスイッチング動作を行うことで、負荷であるモータに電力を供給する。また、スイッチング動作によって、半導体スイッチング素子と直流電源とを接続する配線に電流変化が生じ、配線上の寄生インダクタンスによって逆起電力が生ずる。 Power conversion devices such as inverters that drive motors are known. The inverter supplies electric power to the motor, which is a load, by performing the switching operation of the semiconductor switching element. Further, the switching operation causes a current change in the wiring connecting the semiconductor switching element and the DC power supply, and a counter electromotive force is generated by the parasitic inductance on the wiring.
その結果、半導体スイッチング素子の電流遮断時に、前記した逆起電力と電源電圧とを合成した電圧が半導体スイッチング素子に印加される。なお、逆起電力の発生期間は、半導体スイッチング素子のスイッチングパルス幅と比較して極めて短く、その電圧波形はスパイク状になる。したがって、半導体スイッチング素子の電圧は、電源電圧にスパイク状の電圧(以下、「スパイク電圧」という)が重畳した波形になる。このようなスパイク電圧による半導体スイッチング素子の破壊を防ぐために、通常、電源電圧とスパイク電圧の合成電圧値よりも耐圧の高い半導体スイッチング素子が用いられる。 As a result, when the current of the semiconductor switching element is cut off, a voltage obtained by combining the counter electromotive force and the power supply voltage described above is applied to the semiconductor switching element. The period during which the counter electromotive force is generated is extremely short as compared with the switching pulse width of the semiconductor switching element, and the voltage waveform thereof becomes spike-shaped. Therefore, the voltage of the semiconductor switching element has a waveform in which a spike-shaped voltage (hereinafter, referred to as “spike voltage”) is superimposed on the power supply voltage. In order to prevent the semiconductor switching element from being destroyed by such a spike voltage, a semiconductor switching element having a withstand voltage higher than the combined voltage value of the power supply voltage and the spike voltage is usually used.
なお、半導体スイッチング素子の耐圧と、そのオン電圧やオン抵抗との間には、一般的に比例関係がある。したがって、スパイク電圧による破壊を防ぐために耐圧の高いスイッチング素子を用いると、電力損失が増加する。さらにスパイク電圧は、電磁ノイズの発生を助長するため、機器の誤動作を誘発するおそれがある。このようなスパイク電圧を低減する技術として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。
It should be noted that there is generally a proportional relationship between the withstand voltage of the semiconductor switching element and its on-voltage and on-resistance. Therefore, if a switching element having a high withstand voltage is used to prevent destruction due to the spike voltage, the power loss increases. Furthermore, the spike voltage promotes the generation of electromagnetic noise, which may induce malfunction of the device. As a technique for reducing such a spike voltage, for example, the one described in
すなわち、特許文献1には、「第1板状導体と第2板状導体は、絶縁体との積層状態で、樹脂封止の表面から突出して駆動制御回路の側部を横切り、さらに第1板状導体と第2板状導体は、それぞれの先端部がパワーモジュールの電極と接続される」構成の電力変換装置について記載されている。
That is,
ところで、寄生インダクタンスによる逆起電力を低減する素子として、スナバコンデンサが知られている。このスナバコンデンサを用いて逆起電力を効果的に低減するには、半導体スイッチング素子の近傍にスナバコンデンサを実装することが望ましい。 By the way, a snubber capacitor is known as an element that reduces back electromotive force due to parasitic inductance. In order to effectively reduce the back electromotive force by using this snubber capacitor, it is desirable to mount the snubber capacitor in the vicinity of the semiconductor switching element.
しかしながら、半導体スイッチング素子の形状や取付方法等の制約から、半導体スイッチング素子の近傍にスナバコンデンサを配置できないことがある。このような場合でも、逆起電力に伴う電力損失や電磁ノイズを低減することが求められているが、特許文献1には、そのような技術について記載されていない。
However, due to restrictions such as the shape and mounting method of the semiconductor switching element, it may not be possible to arrange the snubber capacitor in the vicinity of the semiconductor switching element. Even in such a case, it is required to reduce the power loss and electromagnetic noise associated with the counter electromotive force, but
そこで、本発明は、電力損失や電磁ノイズの低減を図った電力変換装置等を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power conversion device or the like that reduces power loss and electromagnetic noise.
前記課題を解決するために、本発明は、電力変換回路の正極側・負極側のそれぞれに接続されて直流給電ラインの一部をなす第1導体パターンと、前記電力変換回路とスナバコンデンサとを正極側・負極側のそれぞれで接続する第2導体パターンと、を有し、前記電力変換回路の正極側の入力端子付近において、正極側の前記第1導体パターンに近接するように、正極側の前記第2導体パターンが設けられ、前記電力変換回路の負極側の入力端子付近において、負極側の前記第1導体パターンに近接するように、負極側の前記第2導体パターンが設けられている構成とした。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a first conductor pattern connected to each of the positive electrode side and the negative electrode side of the power conversion circuit to form a part of a DC power supply line, and the power conversion circuit and a snubber capacitor. It has a second conductor pattern connected on each of the positive electrode side and the negative electrode side, and is located on the positive electrode side so as to be close to the first conductor pattern on the positive electrode side in the vicinity of the input terminal on the positive electrode side of the power conversion circuit. The second conductor pattern is provided, and the second conductor pattern on the negative electrode side is provided near the input terminal on the negative electrode side of the power conversion circuit so as to be close to the first conductor pattern on the negative electrode side. And said.
本発明によれば、電力損失や電磁ノイズの低減を図った電力変換装置等を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a power conversion device or the like that reduces power loss and electromagnetic noise.
≪第1実施形態≫
<電力変換装置の構成>
図1は、第1実施形態に係る電力変換装置100を含む構成図である。
図1に示す電力変換装置100は、直流電源Eから入力される直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力をモータMに出力するインバータである。なお、図1に示す直流電源Eとして、交流電源(図示せず)、及び、交直変換を行うコンバータ(図示せず)が用いられてもよい。
<< First Embodiment >>
<Configuration of power converter>
FIG. 1 is a configuration diagram including a
The
図1に示すように、電力変換装置100の入力側は、正極側電源線P(直流給電ライン)を介して直流電源Eの正極に接続されるとともに、負極側電源線N(直流給電ライン)を介して直流電源Eの負極に接続されている。そして、前記した「直流給電ライン」を介して、電力変換回路30の入力側に直流電圧が印加されるようになっている。なお、正極側電源線Pや負極側電源線Nは、プリント配線板60(図3参照)の銅箔パターンや電線等を含む配線である。
As shown in FIG. 1, the input side of the
図1に示すように、正極側電源線Pには寄生インダクタンスLpが含まれ、また、負極側電源線Nには寄生インダクタンスLnが含まれている。寄生インダクタンスLp,Lnは、正極側電源線Pや負極側電源線N(つまり、直流給電ライン)に広く分布するものであって、一箇所に集中して存在するものではないが、図1では便宜上、寄生インダクタンスLp,Lnとして図示している。 As shown in FIG. 1, the positive electrode side power supply line P contains a parasitic inductance Lp, and the negative electrode side power supply line N contains a parasitic inductance Ln. The parasitic inductances Lp and Ln are widely distributed in the positive electrode side power supply line P and the negative electrode side power supply line N (that is, the DC power supply line) and are not concentrated in one place, but in FIG. For convenience, they are shown as parasitic inductances Lp and Ln.
図1に示すように、電力変換装置100は、平滑コンデンサ10と、寄生インダクタンス低減手段20と、電力変換回路30と、電流検出手段41,42と、制御手段50と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
平滑コンデンサ10は、直流電源Eから印加される電圧(脈流状の直流電圧)を平滑化するコンデンサである。平滑コンデンサ10は、その正極が正極側電源線Pに接続され、負極が負極側電源線Nに接続されている。
The
寄生インダクタンス低減手段20は、正極側電源線Pや負極側電源線Nを含む配線の寄生インダクタンスを低減するものである。詳細については後記するが、寄生インダクタンス低減手段20は、スナバコンデンサ21等(図2参照)を備えている。図1に示すように、寄生インダクタンス低減手段20の入力側は、正極側電源線Pに接続されるとともに、負極側電源線Nに接続されている。一方、寄生インダクタンス低減手段20の出力側は、電力変換回路30に接続されている。
The parasitic inductance reducing means 20 reduces the parasitic inductance of the wiring including the positive electrode side power supply line P and the negative electrode side power supply line N. Although details will be described later, the parasitic
電力変換回路30は、3相インバータ回路であり、直流電圧(直流電力)をU相、V相、W相の3相交流電圧(3相交流電力)に変換し、この3相交流電圧をモータMに印加する。図1に示すように、電力変換回路30は、6つの半導体スイッチング素子31〜36を備えている。このような半導体スイッチング素子31〜36として、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられる。半導体スイッチング素子31〜36のオン/オフは、制御手段50によって制御される。
The
半導体スイッチング素子31,32は、レグを構成し、直流電圧をU相交流電圧に変換する。また、半導体スイッチング素子33,34は、別のレグを構成し、直流電圧をV相交流電圧に変換する。また、半導体スイッチング素子35,36は、さらに別のレグを構成し、直流電圧をW相交流電圧に変換する。これら3つのレグは並列接続され、U相・V相・W相の配線を介して、負荷であるモータMに接続されている。そして、電力変換回路30から印加される3相交流電圧によって、モータMが駆動されるようになっている。
The
図1に示すように、半導体スイッチング素子31〜36には、それぞれ、還流ダイオードDが接続されている。なお、半導体スイッチング素子に、IGBTの代わりにMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用してもよい。その場合は、MOSFETのソース・ドレイン間に存在するpn接合に形成される寄生ダイオード(図示せず)を前述の還流ダイオードDの代替えとして使用できる。
As shown in FIG. 1, a freewheeling diode D is connected to each of the
電流検出手段41は、U相・V相・W相の配線のうち、U相の配線における電流を検出するものである。別の電流検出手段42は、W相の配線における電流を検出するものである。電流検出手段41,42の検出値は、それぞれ、次に説明する制御手段50に出力される。
The current detecting means 41 detects the current in the U-phase wiring among the U-phase, V-phase, and W-phase wirings. Another current detecting
制御手段50は、例えば、マイコン(Microcomputer)であり、図示はしないが、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ROMに記憶されたプログラムを読み出してRAMに展開し、CPUが各種処理を実行するようになっている。 The control means 50 is, for example, a microcomputer, and although not shown, the control means 50 includes electronic circuits such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and various interfaces. Has been done. Then, the program stored in the ROM is read out and expanded in the RAM, and the CPU executes various processes.
制御手段50は、平滑コンデンサ10の正極・負極間の電圧や、電流検出手段41,42の検出値等に基づいて、所定の回転速度やトルクでモータMが駆動するように半導体スイッチング素子31〜36を制御する。次に、半導体スイッチング素子31〜36のスイッチングに伴うスパイク電圧について、簡単に説明する。
The control means 50 is a
<スパイク電圧について>
図11は、比較例に係る電力変換装置が備える半導体スイッチング素子の電圧波形の一例を示す説明図である。
なお、比較例に係る電力変換装置(図示せず)は、寄生インダクタンス低減手段20(図1参照)を備えていない点を除いて、本実施形態の電力変換装置100(図1参照)と同様の構成であるものとする。
<About spike voltage>
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a voltage waveform of a semiconductor switching element included in the power conversion device according to the comparative example.
The power conversion device (not shown) according to the comparative example is the same as the power conversion device 100 (see FIG. 1) of the present embodiment except that the parasitic inductance reducing means 20 (see FIG. 1) is not provided. It is assumed that the configuration is.
比較例では、半導体スイッチング素子31〜36のスイッチング動作に伴い、半導体スイッチング素子31〜36と直流電源Eとを接続する配線に逆起電力が生じる。そして、前記した逆起電力と電源電圧とを合成した電圧が、半導体スイッチング素子31〜36に印加される。すなわち、図11に示すように、所定のスパイク電圧VSが電源電圧VEに重畳した波形の電圧が、半導体スイッチング素子31〜36に印加される。
In the comparative example, as the
そこで、本実施形態では、スナバコンデンサ21(図2参照)を備える寄生インダクタンス低減手段20(図2参照)を設けることで、寄生インダクタンスに伴う逆起電力(スパイク電圧VS)を抑制するようにしている。
Therefore, in this embodiment, by providing the
<寄生インダクタンス低減手段>
図2は、電力変換装置100が備える寄生インダクタンス低減手段20の等価回路を含む説明図である。
図2に示すように、寄生インダクタンス低減手段20は、スナバコンデンサ21と、第1導体パターンk1,h1と、第2導体パターンk2,h2と、を備えている。
<Means for reducing parasitic inductance>
FIG. 2 is an explanatory diagram including an equivalent circuit of the parasitic inductance reducing means 20 included in the
As shown in FIG. 2, the parasitic
スナバコンデンサ21は、寄生インダクタンスに伴う逆起電力を抑制するためのコンデンサであり、後記するプリント配線板60(図3参照)に実装されている。スナバコンデンサ21は、電力変換回路30の入力側に接続されている。より詳しく説明すると、スナバコンデンサ21の正極は、第2導体パターンk2を介して、電力変換回路30の正極側の入力端子IPに接続されている。一方、スナバコンデンサ21の負極は、第2導体パターンh2を介して、電力変換回路30の負極側の入力端子INに接続されている。
The
第1導体パターンk1は、正極側電源線P(直流給電ライン)の一部としてプリント配線板60(図3参照)に実装される導体パターンである。図2に示すように、第1導体パターンk1は、電力変換回路30の正極側の入力端子IPに接続されている。
他方の第1導体パターンh1は、負極側電源線N(直流給電ライン)の一部としてプリント配線板60(図3参照)に実装される導体パターンである。図2に示すように、第1導体パターンh1は、電力変換回路30の負極側の入力端子INに接続されている。
このように、プリント配線板60(図3参照)は、電力変換回路30の正極側・負極側のそれぞれに接続されて「直流給電ライン」の一部をなす第1導体パターンk1,h1を有している。
The first conductor pattern k1 is a conductor pattern mounted on the printed wiring board 60 (see FIG. 3) as a part of the positive electrode side power supply line P (DC power supply line). As shown in FIG. 2, the first conductor pattern k1 is connected to the input terminal IP on the positive electrode side of the
The other first conductor pattern h1 is a conductor pattern mounted on the printed wiring board 60 (see FIG. 3) as a part of the negative electrode side power supply line N (DC power supply line). As shown in FIG. 2, the first conductor pattern h1 is connected to the input terminal IN on the negative electrode side of the
As described above, the printed wiring board 60 (see FIG. 3) has first conductor patterns k1 and h1 which are connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the
なお、直流電源E(図1参照)の正極と電力変換回路30とを接続する正極側電源線Pには、第1導体パターンk1が含まれるとともに、直流電源Eの正極とプリント配線板60(図示せず)とを接続する電線が含まれている。また、負極側電源線Nについても同様である。
The positive electrode side power supply line P for connecting the positive electrode of the DC power supply E (see FIG. 1) and the
第2導体パターンk2は、前記したように、電力変換回路30とスナバコンデンサ21とを正極側で接続する導体パターンであり、プリント配線板60(図3参照)に実装されている。他方の第2導体パターンh2は、前記したように、電力変換回路30とスナバコンデンサ21とを負極側で接続する導体パターンであり、プリント配線板60(図3参照)に実装されている。
このように、プリント配線板60(図3参照)は、電力変換回路30とスナバコンデンサ21とを正極側・負極側のそれぞれで接続する第2導体パターンk2,h2を有している。なお、図2に示す寄生インダクタンスLa1,Lb1,La2,Lb2等については、後記する。
As described above, the second conductor pattern k2 is a conductor pattern that connects the
As described above, the printed wiring board 60 (see FIG. 3) has second conductor patterns k2 and h2 for connecting the
図3は、電力変換装置100のプリント配線板60に実装される主な電子部品の配置を示す平面図・側面図である。
なお、図3の上図は、プリント配線板60等の平面図である。一方、図3の下図は、プリント配線板60等の側面図である。
図3に示す例では、プリント配線板60と放熱器70とが組み合わされてなる基板組として、電力変換装置100が構成されている。前記した基板組(つまり、電力変換装置100)は、所定のケース(図示せず)に収納された状態で使用されることが多い。
FIG. 3 is a plan view and a side view showing the arrangement of main electronic components mounted on the printed
The upper view of FIG. 3 is a plan view of the printed
In the example shown in FIG. 3, the
また、半導体スイッチング素子31〜36(図1参照)が一つのパッケージに収容されてなる半導体モジュールとして、電力変換回路30が構成されている。そして、この電力変換回路30が、放熱器70に固定された状態で、プリント配線板60と放熱器70との間に配置されている。
Further, the
図3に示すように、電力変換回路30は、自身とプリント配線板60とを電気的に接続するための端子IP,IN,IU,IV,IWを備えている。これらの端子IP,IN,IU,IV,IWは、それぞれ、プリント配線板60に向かって上側に延びており、プリント配線板60の部品面・半田面に実装された所定の導体パターンと電気的に接続されている。このような構成も、電力変換回路30がプリント配線板60に「実装されている」という事項に含まれるものとする。なお、「部品面」とは、プリント配線板60において、平滑コンデンサ10(図3参照)等の電子部品が実装される面である。本実施形態では、「部品面」と、その裏面の「半田面」と、が「パターン層」(導体パターン等が設けられる層)になっている。
As shown in FIG. 3, the
入力端子IPは、プリント配線板60に実装された正極側の第1導体パターンk1(図3では図示を省略、図2参照)に接続されている。
入力端子INは、プリント配線板60に実装された負極側の第1導体パターンh1(図3では図示を省略、図2参照)に接続されている。
The input terminal IP is connected to the first conductor pattern k1 on the positive electrode side mounted on the printed wiring board 60 (not shown in FIG. 3, see FIG. 2).
The input terminal IN is connected to the first conductor pattern h1 on the negative electrode side mounted on the printed wiring board 60 (not shown in FIG. 3, see FIG. 2).
端子IUは、モータM(図1参照)のU相の配線(図1参照)に接続されている。同様に、端子IV,IWは、それぞれ、モータMのV相,W相の配線に接続されている。 The terminal IU is connected to the U-phase wiring (see FIG. 1) of the motor M (see FIG. 1). Similarly, the terminals IV and IW are connected to the V-phase and W-phase wirings of the motor M, respectively.
その他、平滑コンデンサ10や、寄生インダクタンス低減手段20(図2参照)に含まれるスナバコンデンサ21が、プリント配線板60に実装されている。平滑コンデンサ10やスナバコンデンサ21は、プリント配線板60に設けられた所定の銅箔パターンを介して、電力変換回路30と電気的に接続されている。図3に示す例では、平面視において、平滑コンデンサ10と電力変換回路30との間にスナバコンデンサ21が配置されている。
In addition, the smoothing
放熱器70は、電力変換回路30を放熱させるためのヒートシンクである。放熱器70は、板状部71と、この板状部71から下方に延びる複数のフィン72と、を備えている。放熱器70は、ネジGa,Gbを介して電力変換回路30に固定されている。
なお、工具(図示せず)を用いてネジGa,Gbを締めたり緩めたりする際、この工具が挿入されるネジ孔Ha,Hbが、プリント配線板60に設けられている。すなわち、プリント配線板60においてネジGa,Gbに対応する位置には、ネジ孔Ha,Hbが設けられている。さらに、プリント配線板60の四隅にも、それぞれ、ネジ孔(図示せず)が設けられている。これらのネジ孔を介して挿入された4つのネジGcが、スペーサScを介して、放熱器70に螺合している。
The
When tightening or loosening the screws Ga and Gb using a tool (not shown), screw holes Ha and Hb into which the tool is inserted are provided in the printed
なお、メンテナンスの際に電力変換回路30が放熱器70から取り外されることを考慮すると、図3に示すように、ネジ孔Ha,Hbから外れた位置にスナバコンデンサ21が実装されることが望ましい。このような制約から、電力変換回路30の近傍にスナバコンデンサ21を配置することが困難な場合がある。具体的には、電力変換回路30の直流側の入力端子IP,INの近傍にスナバコンデンサ21を配置できない場合がある。
Considering that the
なお、プリント配線板60の部品面の左右方向において、ネジ孔Ha,Hbの間の領域には、スイッチング素子31〜36を駆動するためのドライバ回路等(図示せず)が実装される。したがって、この領域にスナバコンデンサ21を実装することが困難であることが多い。
A driver circuit or the like (not shown) for driving the
仮に、スナバコンデンサ21と入力端子IP,INとを接続する導体パターンの寄生インダクタンスが低減されなければ、所定のスパイク電圧が生じる(図11参照)。その結果、電力損失が増加したり、電磁ノイズが発生したりする可能性がある。このようなスパイク電圧や電磁ノイズを低減するために、本実施形態では、寄生インダクタンス低減手段20(図4A、図4B参照)が設けられている。
If the parasitic inductance of the conductor pattern connecting the
図4Aは、電力変換装置が備えるプリント配線板60の部品面の導体パターンを示す説明図である(図2、図3も適宜に参照)。
なお、図4Aでは、第1導体パターンk1,h1において、実際にはスナバコンデンサ21で隠れて見えない部分も透視して図示している。
FIG. 4A is an explanatory diagram showing a conductor pattern on the component surface of the printed
In FIG. 4A, in the first conductor patterns k1 and h1, the portion that is actually hidden by the
図4Aに示す第1導体パターンk1,h1は、前記したように、直流電源E(図1参照)と電力変換回路30とを接続する配線である。なお、第1導体パターンk1の孔fkには、スナバコンデンサ21の端子21aが挿通されている。この孔fkの周縁と、端子21aとの間には、所定の間隔が設けられている。また、他方の第1導体パターンh1についても同様である。したがって、第1導体パターンk1,h1と、スナバコンデンサ21と、はプリント配線板60の部品面上では電気的に接続されていない。なお、スルーホールjk,jhについては後記する。
The first conductor patterns k1 and h1 shown in FIG. 4A are wirings for connecting the DC power supply E (see FIG. 1) and the
図4Bは、電力変換装置が備えるプリント配線板60の半田面の導体パターンを、部品面側から透視した場合の説明図である。
なお、「半田面」とは、プリント配線板60において半田付けがなされる面(部品面の裏側の面)であり、放熱器70(図3参照)に臨んでいる。また、図4Bでは、プリント配線板60を部品面側から見た場合において、実際には見えない半田面側の第1導体パターンk1a,h1aや第2導体パターンk2,h2を透視して破線で図示している。
FIG. 4B is an explanatory view when the conductor pattern on the solder surface of the printed
The "solder surface" is a surface (the surface on the back side of the component surface) to be soldered on the printed
図4Bに示す半田面側の第1導体パターンk1aは、スルーホールjkを介して、部品面側の第1導体パターンk1(図4A参照)と電気的に接続されている。同様に、半田面側の第1導体パターンh1aは、スルーホールjhを介して、部品面側の第1導体パターンh1(図4A参照)と電気的に接続されている。 The first conductor pattern k1a on the solder surface side shown in FIG. 4B is electrically connected to the first conductor pattern k1 (see FIG. 4A) on the component surface side via a through hole jk. Similarly, the first conductor pattern h1a on the solder surface side is electrically connected to the first conductor pattern h1 (see FIG. 4A) on the component surface side via a through hole jh.
そして、部品面側の第1導体パターンk1、及び、半田面側の第1導体パターンk1aが、いずれも平滑コンデンサ10(図3参照)の正極と電気的に接続されている。また同様に、他方の第1導体パターンh1,h1aが、平滑コンデンサ10の負極と電気的に接続されている。このように、プリント配線板60の部品面・半田面の両面を使って、直流電源E(図1参照)と電力変換回路30とが電気的に接続されている。これによって、「直流給電ライン」である第1導体パターンk1,h1等の電気抵抗を低減し、ひいては電力損失を低減できる。
The first conductor pattern k1 on the component surface side and the first conductor pattern k1a on the solder surface side are both electrically connected to the positive electrode of the smoothing capacitor 10 (see FIG. 3). Similarly, the other first conductor patterns h1 and h1a are electrically connected to the negative electrode of the smoothing
第2導体パターンk2,h2は、前記したように、スナバコンデンサ21と電力変換回路30とを接続する配線である。そして、電力変換回路30の正極側の入力端子IP付近において、正極側の第1導体パターンk1(図4A参照)に近接するように、正極側の第2導体パターンk2(図4B参照)が設けられている。すなわち、第1導体パターンk1と、第2導体パターンk2と、がプリント配線板60の絶縁層60s(図5参照)を挟んで互いに近接している。
The second conductor patterns k2 and h2 are wirings that connect the
同様に、電力変換回路30の負極側の入力端子IN付近において、負極側の第1導体パターンh1(図4A参照)に近接するように、負極側の第2導体パターンh2(図4B参照)が設けられている。すなわち、第1導体パターンh1と、第2導体パターンh2と、がプリント配線板60の絶縁層60s(図5参照)を挟んで互いに近接している。
Similarly, in the vicinity of the input terminal IN on the negative electrode side of the
ここで、再び図2に戻って、寄生インダクタンス低減手段20について詳細に説明する。なお、図2では、プリント配線板60の第1導体パターンk1a,h1a(図4B参照)が、第1導体パターンk1,h1に含まれるものとして図示している。
図2に示す寄生インダクタンスLpは、第1導体パターンk1(図4A参照)において、直流電源E(図1参照)からスルーホールjk(図4A参照)までの部分の寄生インダクタンスである。
Here, returning to FIG. 2, the parasitic
The parasitic inductance Lp shown in FIG. 2 is the parasitic inductance of the portion from the DC power supply E (see FIG. 1) to the through hole jk (see FIG. 4A) in the first conductor pattern k1 (see FIG. 4A).
また、寄生インダクタンスLa1は、第1導体パターンk1において(図4A参照)、平面視で第2導体パターンk2(図4B参照)と重なっている部分の寄生インダクタンスである。また、寄生インダクタンスLa2は、第2導体パターンk2の寄生インダクタンスである。なお、負極側の第1導体パターンh1の寄生インダクタンスLn,Lb1や、第2導体パターンh2の寄生インダクタンスLb2についても同様である。 Further, the parasitic inductance La1 is a parasitic inductance of a portion of the first conductor pattern k1 (see FIG. 4A) that overlaps with the second conductor pattern k2 (see FIG. 4B) in a plan view. Further, the parasitic inductance La2 is the parasitic inductance of the second conductor pattern k2. The same applies to the parasitic inductances Ln and Lb1 of the first conductor pattern h1 on the negative electrode side and the parasitic inductance Lb2 of the second conductor pattern h2.
図5は、図4A及び図4BにおけるII−II線矢視断面図である。
なお、半導体スイッチング素子31〜36(図1参照)のいずれかがオンからオフに遷移し、直流側の入力端子IPへの電流が減少しているときの電流の向きを、図5では矢印で示している。また、第1導体パターンk1や第2導体パターンk2における磁束の向きを別の矢印で示している。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIGS. 4A and 4B.
The direction of the current when any of the
前記したように、第1導体パターンk1と第2導体パターンk2とは、プリント配線板60の絶縁層60sを挟んで互いに近接し、磁気的に結合した状態になっている。例えば、絶縁層60sの厚みが1.5mmのプリント配線板60を用いて磁界のシミュレーションを行ったところ、第1導体パターンk1と第2導体パターンk2との間の結合係数は約0.8であり、比較的高い値であった。なお、負極側の第1導体パターンh1と第2導体パターンh2についても同様である。次に、前記した磁気結合による寄生インダクタンス低減手段20の作用について説明する。
As described above, the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 are in a state of being close to each other with the insulating
図6は、電力変換装置が備える電力変換回路のいずれかの半導体スイッチング素子がオンからオフに遷移したときの電流波形の説明図である(適宜、図2、図5を参照)。
なお、図6の横軸は時間であり、縦軸は電流値である。
図6(及び図2)に示す電流IDCは、第1導体パターンk1に流れる電流である。また、電流IINV_INは、電力変換回路30の直流側の入力端子IPに流れる電流である。電流ISCは、第2導体パターンk2やスナバコンデンサ21の正極に流れる電流である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a current waveform when any of the semiconductor switching elements of the power conversion circuit included in the power conversion device transitions from on to off (see FIGS. 2 and 5 as appropriate).
The horizontal axis of FIG. 6 is time, and the vertical axis is the current value.
The current I DC shown in FIG. 6 (and FIG. 2) is the current flowing through the first conductor pattern k1. Further, the current I INV_IN is a current flowing through the input terminal IP on the DC side of the
図6に示す時刻t0から時刻t1の直前までは、電力変換回路30の半導体スイッチング素子31〜36(図1参照)がオン又はオフの状態であり、電流IDC及び電流IINV_INは略一定の電流値Iaになっている。一方、時刻t0から時刻t1の直前までは、スナバコンデンサ21には電流ISCが流れないため、電流ISCの値はゼロである。
From time t0 to immediately before time t1 shown in FIG. 6, the
時刻t1において半導体スイッチング素子31〜36のうちいずれかがオンからオフに遷移すると、電流IINV_INが減少する。これに伴って電流IDCも減少に転じるが、第1導体パターンk1の寄生インダクタンスLp,La1(図2参照)によって、電流IINV_INよりも電流IDCの減少速度が小さくなっている。そして、電流IINV_INと電流IDCとの差分に相当する電流ISCが、第2導体パターンk2を介してスナバコンデンサ21の正極に流れる。
When any of the
以上の動作から、図5に示す第1導体パターンk1と第2導体パターンk2において、互いに逆向きの電流が流れる。これによって、第1導体パターンk1に発生する磁束と、第2導体パターンk2に発生する磁束と、が互いに打ち消し合い、第1導体パターンk1及び第2導体パターンk2の全体的なインダクタンス値が低減される。その結果、スナバコンデンサ21が効果的に機能し、寄生インダクタンスに伴う逆起電力(スパイク電圧)が低減される。
なお、負極側の第1導体パターンh1(図2参照)及び第2導体パターンh2(図2参照)に関しても、同様の作用が奏される。
From the above operation, currents in opposite directions flow in the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 shown in FIG. As a result, the magnetic flux generated in the first conductor pattern k1 and the magnetic flux generated in the second conductor pattern k2 cancel each other out, and the overall inductance values of the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 are reduced. To. As a result, the
The same effect is exerted on the first conductor pattern h1 (see FIG. 2) and the second conductor pattern h2 (see FIG. 2) on the negative electrode side.
<効果>
第1実施形態によれば、プリント配線板60の絶縁層60sを挟んで近接している第1導体パターンk1及び第2導体パターンk2において、互いに逆向きの電流が流れる(図5参照)。これによって、第1導体パターンk1に発生する磁束と、第2導体パターンk2に発生する磁束と、が打ち消されるため、寄生インダクタンスに伴う逆起電力(スパイク電圧)が低減される。なお、負極側の第1導体パターンh1や第2導体パターンh2についても同様である。
<Effect>
According to the first embodiment, currents in opposite directions flow in the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 that are close to each other with the insulating
これによって、半導体スイッチング素子31〜36として、耐圧が低いものを使用できる。なお、半導体スイッチング素子31〜36の耐圧と、そのオン抵抗との間には、一般的に比例関係がある。したがって、耐圧の低い半導体スイッチング素子31〜36を用いることで、電力変換回路30における電力損失を低減できる。このように、第1実施形態によれば、電力損失や電磁ノイズの低減を図った電力変換装置100を提供できる。
As a result,
また、電力変換回路30における電力損失が低減されるため、放熱器70として、大きさが比較的小さいものを用いることができる。したがって、第1実施形態によれば、放熱器70を含む電力変換装置100の小型化を図ることができる。
Further, since the power loss in the
≪第2実施形態≫
第2実施形態は、プリント配線板60A(図7A参照)の片面に所定の導体パターンk,h(図7A参照)が実装されている点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他については第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
The second embodiment is different from the first embodiment in that predetermined conductor patterns k and h (see FIG. 7A) are mounted on one side of the printed
図7Aは、電力変換装置が備えるプリント配線板60Aの部品面の導体パターンk,hを示す説明図である。
図7Aに示すように、寄生インダクタンス低減手段20Aは、正極側の導体パターンkと、負極側の導体パターンhと、スナバコンデンサ21と、を備えている。正極側の導体パターンkには、第1導体パターンk1(図7B参照)と、第2導体パターンk2(図7B参照)と、が含まれている。なお、負極側の導体パターンhについても同様である。これらの導体パターンk,hは、平面視において所定に折れ曲がった形状を呈し、プリント配線板60Aの片面(部品面)に設けられている。
FIG. 7A is an explanatory diagram showing conductor patterns k and h on the component surface of the printed
As shown in FIG. 7A, the parasitic
図7Bは、電力変換装置が備えるプリント配線板60Aの部品面の導体パターンk,hにおける電流の流れを示す説明図である。
なお、図7Bには、電流の流れる向きを矢印として図示した他、第1導体パターンk1,h1や第2導体パターンk2,h2を示す符号を記載している。また、図7Bの符号等を見やすくするために、スナバコンデンサ21(図7A参照)や電力変換回路30(図7A参照)の図示を省略している。なお、その他については、図7Bは、図7Aと同一である。
FIG. 7B is an explanatory diagram showing a current flow in conductor patterns k and h on the component surface of the printed
In addition to showing the direction in which the current flows as an arrow in FIG. 7B, reference numerals indicating the first conductor patterns k1 and h1 and the second conductor patterns k2 and h2 are shown. Further, in order to make the reference numerals in FIG. 7B easier to see, the snubber capacitor 21 (see FIG. 7A) and the power conversion circuit 30 (see FIG. 7A) are not shown. Other than that, FIG. 7B is the same as FIG. 7A.
図7Bに示す例では、入力端子IPの付近において、正極側の第1導体パターンk1が一直線状に延びている。一方、正極側の第2導体パターンk2は、第1導体パターンk1と平行に並んで設けられ、この第1導体パターンk1に近接している。なお、第1導体パターンk1と、第2導体パターンk2と、の間には、所定の隙間が設けられている。これよって、第1導体パターンk1と第2導体パターンk2とが磁気的に結合している。 In the example shown in FIG. 7B, the first conductor pattern k1 on the positive electrode side extends in a straight line in the vicinity of the input terminal IP. On the other hand, the second conductor pattern k2 on the positive electrode side is provided side by side in parallel with the first conductor pattern k1 and is close to the first conductor pattern k1. A predetermined gap is provided between the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2. As a result, the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 are magnetically coupled.
このようにプリント配線板60Aは、1層のパターン層(部品面側の導体パターン)を有し、第1導体パターンk1と第2導体パターンk2とは、前記したパターン層に並んで設けられている。なお、負極側の第1導体パターンh1及び第2導体パターンh2についても同様である。
As described above, the printed
また、第1導体パターンk1における入力端子IP側の端部と、第2導体パターンk2における入力端子IP側の端部と、が電気的に接続されている。そして、半導体スイッチング素子31〜36のうちいずれかがオンからオフに遷移すると、第1導体パターンk1及び第2導体パターンk2を順次に介して、折り返すように電流が流れる(図7Bの矢印を参照)。したがって、第1導体パターンk1と第2導体パターンk2には、互いに逆向きの電流が流れる。
Further, the end of the first conductor pattern k1 on the input terminal IP side and the end of the second conductor pattern k2 on the input terminal IP side are electrically connected. Then, when any of the
その結果、第1導体パターンk1における磁束と、第2導体パターンk2における磁束と、が互いに打ち消し合う。すなわち、第1導体パターンk1及び第2導体パターンk2を全体として見た場合の寄生インダクタンスが低減される。なお、負極側の第1導体パターンh1及び第2導体パターンh2についても同様のことがいえる。 As a result, the magnetic flux in the first conductor pattern k1 and the magnetic flux in the second conductor pattern k2 cancel each other out. That is, the parasitic inductance when the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 are viewed as a whole is reduced. The same can be said for the first conductor pattern h1 and the second conductor pattern h2 on the negative electrode side.
<効果>
第2実施形態によれば、プリント配線板60Aの部品面に設けられた第1導体パターンk1と第2導体パターンk2とにおいて、互いに逆向きの電流が流れる。これによって、寄生インダクタンスに伴う逆起電力(スパイク電圧)が低減される。
<Effect>
According to the second embodiment, currents in opposite directions flow in the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 provided on the component surface of the printed
また、第2実施形態では、第1導体パターンk1,h1及び第2導体パターンk2,h2が、プリント配線板60Aの部品面(片面)に設けられている。一般に、片面のみに導体パターンが設けられたプリント配線板60Aは、両面に導体パターンが設けられたものよりも安価である。したがって、第2実施形態によれば、第1実施形態よりも電力変換装置の低コスト化を図ることができる。
Further, in the second embodiment, the first conductor patterns k1 and h1 and the second conductor patterns k2 and h2 are provided on the component side (one side) of the printed
≪第3実施形態≫
第3実施形態は、電力変換装置100B(図8参照)が2つのスナバコンデンサ22,23(図8参照)を備えている点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
<< Third Embodiment >>
The third embodiment is different from the first embodiment in that the
図8は、電力変換装置が備える寄生インダクタンス低減手段20Bの等価回路を含む説明図である。
図8に示すように、寄生インダクタンス低減手段20Bは、並列接続された2つのスナバコンデンサ22,23を備えている。スナバコンデンサ22,23の正極は、第2導体パターンk2を介して、入力端子IPに接続されている。一方、スナバコンデンサ22,23の負極は、第2導体パターンh2を介して、入力端子INに接続されている。すなわち、電力変換回路30と、スナバコンデンサ22,23と、は第2導体パターンk2,h2を介して、正極側・負極側のそれぞれで接続されている。
FIG. 8 is an explanatory diagram including an equivalent circuit of the parasitic inductance reducing means 20B included in the power conversion device.
As shown in FIG. 8, the parasitic inductance reducing means 20B includes two
また、スナバコンデンサ22,23の内部には、図示はしないが、誘電体と外部電極とを結ぶ内部配線があり、その内部配線上には寄生インダクタンスが存在している。この内部配線の寄生インダダクタンスの低減は、導体パターンの寄生インダクタンスの低減と同様に、スパイク電圧の低減に有効である。そこで、第2実施形態では、2つのスナバコンデンサ22,23を並列接続することで、それらの寄生インダクタンスも等価的に並列接続された状態にしている。これによって、スナバコンデンサ22,23の全体的な寄生インダクタンスが低減されるため、スパイク電圧の低減効果がさらに高められる。
Further, although not shown, inside the
前述の並列接続されたスナバコンデンサ22,23を「複合スナバコンデンサ」と定義する。次に、このような「複合スナバコンデンサ」が設けられる場合の問題点について簡単に説明する。
The above-mentioned parallel-connected
図12は、比較例に係る電力変換装置が備える複合スナバコンデンサTの配置を示す平面図である。
図12に示す白抜き矢印は、電力変換装置の回路部品を冷却するための冷却風の向きである。なお、プリント配線板60に冷却風を送り込むファンFが設置されていてもよい。
また、図12に示す破線矢印は、複合スナバコンデンサTに含まれるスナバコンデンサ22,23の配置方向である。この比較例では、冷却風の方向、直流給電ライン(図12では図示を省略)の方向、及び、スナバコンデンサ22,23の配置方向の全てが略平行になっている。
FIG. 12 is a plan view showing the arrangement of the composite snubber capacitor T included in the power conversion device according to the comparative example.
The white arrows shown in FIG. 12 indicate the direction of the cooling air for cooling the circuit components of the power converter. A fan F for sending cooling air may be installed on the printed
The broken line arrow shown in FIG. 12 indicates the arrangement direction of the
また、冷却風の風上側から見ると、一方のスナバコンデンサ23が、他方のスナバコンデンサ22に隠れている。このような配置では、風上側のスナバコンデンサ22の方が冷却されやすくなり、その一方で、風下側のスナバコンデンサ23が発熱しやすくなる。その結果、風上側のスナバコンデンサ22よりも、風下側のスナバコンデンサ23の寿命が短くなる。このような問題点を考慮して、第3実施形態では、2つのスナバコンデンサ22,23が次のように配置されている。
Further, when viewed from the windward side of the cooling air, one
図9Aは、第3実施形態に係る電力変換装置が備えるプリント配線板60の部品面の導体パターンを示す説明図である。
図9Aに示す寄生インダクタンス低減手段20Bは、第1導体パターンk1,h1と、第2導体パターンk2,h2(図9B参照)と、スナバコンデンサ22,23と、を備えている。
FIG. 9A is an explanatory diagram showing a conductor pattern on the component surface of the printed
The parasitic inductance reducing means 20B shown in FIG. 9A includes first conductor patterns k1 and h1, second conductor patterns k2 and h2 (see FIG. 9B), and
スナバコンデンサ22,23は、それぞれ、平面視で細長い矩形状(つまり、扁平状)を呈し、プリント配線板60に実装されている。
第1導体パターンk1,h1は、直流電源E(図1参照)と電力変換回路30とを接続する配線である。第1導体パターンk1,h1において、スナバコンデンサ22,23の各端子に対応する箇所には、それぞれ、切欠きfが設けられている。したがって、第1導体パターンk1,h1と、スナバコンデンサ22,23と、はプリント配線板60の部品面上では電気的に接続されていない。
The
The first conductor patterns k1 and h1 are wirings that connect the DC power supply E (see FIG. 1) and the
図9Aに示すように、スナバコンデンサ22,23の配置方向(破線矢印)と、第1導体パターンk1,h1が延びている方向と、は互いに垂直になっている。また、スナバコンデンサ22,23の配置方向と、冷却風の方向と、は互いに垂直になっている。
別の観点から説明すると、スナバコンデンサ22,23は、それぞれ、扁平状を呈し、その扁平面22z,23zが平行となるようにプリント配線板60に実装されている。そして、第1導体パターンk1,h1及び第2導体パターンk2,h2が延びている方向と、前記した扁平面22z,23zと、が平行になっている。
As shown in FIG. 9A, the arrangement direction (broken line arrow) of the
From another point of view, the
そして、隣り合うスナバコンデンサ22,23の間の隙間を介して、ファンFからの冷却風が通流するように、複数のスナバコンデンサ22,23が配置されている。このような構成によれば、スナバコンデンサ22,23の間にファンFからの冷却風が通流する隙間が設けられる。その結果、スナバコンデンサ22,23の両方が適度に冷却され、これらの寿命が略等しくなる。
A plurality of
なお、スナバコンデンサ22,23のぞれぞれの扁平面22z,23zと、第1導体パターンk1,h1及び第2導体パターンk2,h2が延びている方向と、が「平行」であるという事項は、厳密な意味での「平行」に限定されるものではない。すなわち、ファンFからの冷却風がスナバコンデンサ22,23の間の隙間を通流する構成であればよく、スナバコンデンサの扁平面22z,23zと、第1導体パターンk1,h1及び第2導体パターンk2,h2が延びている方向と、の間の角度が、例えば、15°以下であれば、前記した「平行」という事項に含まれる。
The matter that the
図9Bは、プリント配線板60の半田面の導体パターンを、部品面側から透視した場合の説明図である。
第2導体パターンk2,h2は、スナバコンデンサ21と電力変換回路30とを接続する配線である。第2導体パターンk2には、スナバコンデンサ22,23の正極側の端子22a,23aが電気的に接続されている。他方の第2導体パターンh2には、スナバコンデンサ22,23の負極側の端子22b,23bが電気的に接続されている。
FIG. 9B is an explanatory view when the conductor pattern on the solder surface of the printed
The second conductor patterns k2 and h2 are wirings that connect the
そして、電力変換回路30の正極側の入力端子IP付近における第1導体パターンk1(図9A参照)と、正極側の第2導体パターンk2(図9B参照)と、がプリント配線板60の絶縁層(図示せず)を挟んで互いに近接している。同様に、電力変換回路30の負極側の入力端子IN付近における第1導体パターンh1(図9A参照)と、負極側の第2導体パターンh2(図9B参照)と、がプリント配線板60の絶縁層(図示せず)を挟んで互いに近接している。
Then, the first conductor pattern k1 (see FIG. 9A) near the input terminal IP on the positive electrode side of the
そして、第1導体パターンk1と第2導体パターンk2とにおいて互いに逆向きの電流が流れることで(実線矢印を参照)、第1導体パターンk1の磁束と、第2導体パターンk2の磁束と、が互いに打ち消し合う。その結果、寄生インダクタンスに伴う逆起電力が低減される。なお、逆起電力が低減される原理については第1実施形態と同様であるから、その説明を省略する。 Then, the magnetic flux of the first conductor pattern k1 and the magnetic flux of the second conductor pattern k2 are generated by the currents flowing in opposite directions in the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 (see the solid line arrow). Cancel each other. As a result, the counter electromotive force associated with the parasitic inductance is reduced. Since the principle of reducing the back electromotive force is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
<効果>
第3実施形態によれば、プリント配線板60の絶縁層(図示せず)を挟んで近接している第1導体パターンk1と第2導体パターンk2において、互いに逆向きの電流が流れる。これによって、寄生インダクタンスに伴う逆起電力が抑制され、スパイク電圧が低減される。
<Effect>
According to the third embodiment, currents in opposite directions flow in the first conductor pattern k1 and the second conductor pattern k2 that are close to each other with the insulating layer (not shown) of the printed
また、互いに並列接続されたスナバコンデンサ22,23を設けることで、スナバコンデンサ22,23の全体的な寄生インダクタンスが低減される。したがって、スパイク電圧の低減効果が、第1実施形態よりもさらに高められる。
Further, by providing the
また、スナバコンデンサ22,23の配置方向と、第2導体パターンk2,h2が延びている方向と、が互いに垂直になっている。したがって、第1実施形態に比べると、特に正極側の第2導体パターンk2(図9B参照)の長さが、第1実施形態(図4B参照)よりも長くなっている。このように第2導体パターンk2の長さが比較的長くても、前記したように、全体として寄生インダクタンスが低減されるため、スパイク電圧も低減される。このように第3実施形態によれば、スパイク電圧を低減しつつ、複数のスナバコンデンサ22,23を配置する際の自由度を高めることができる。
Further, the arrangement direction of the
さらに、第3実施形態によれば、スナバコンデンサ22,23に当たる冷却風の風量が略等しくなるため、両者の発熱量が略均等になる。これによって、スナバコンデンサ22,23の寿命が略等しくなるため、これらの部品交換に要する手間やコストを削減できる。
Further, according to the third embodiment, since the air volumes of the cooling air hitting the
≪第4実施形態≫
第4実施形態は、第1実施形態で説明した電力変換装置100(図10参照)を備える空気調和機W(冷凍サイクル装置:図10参照)について説明する。なお、電力変換装置100の構成については第1実施形態と同様であるから、その説明を省略する。
<< Fourth Embodiment >>
A fourth embodiment describes an air conditioner W (refrigeration cycle device: see FIG. 10) including the power conversion device 100 (see FIG. 10) described in the first embodiment. Since the configuration of the
図10は、第4実施形態に係る空気調和機Wの構成図である。
図10に示す空気調和機Wは、例えば、ビル用マルチエアコンであり、所定の空調を行う機能を有している。第4実施形態では、一例として、空気調和機Wが主に冷房運転を行う場合について説明する。
図10に示すように、空気調和機Wは、圧縮機1と、室外熱交換器2と、室外ファン3と、膨張弁4と、室内熱交換器5と、室内ファン6と、電力変換装置100と、を備えている。また、図10に示す冷媒回路Qは、圧縮機1、室外熱交換器2、膨張弁4、及び室内熱交換器5が、配管qを介して環状に順次接続された構成になっている。
FIG. 10 is a configuration diagram of the air conditioner W according to the fourth embodiment.
The air conditioner W shown in FIG. 10 is, for example, a multi air conditioner for buildings and has a function of performing predetermined air conditioning. In the fourth embodiment, as an example, a case where the air conditioner W mainly performs the cooling operation will be described.
As shown in FIG. 10, the air conditioner W includes a
圧縮機1は、ガス状の冷媒を圧縮する機器であり、駆動源であるモータMを備えている。なお、図10では省略しているが、圧縮機1の吸入側には、冷媒を気液分離するためのアキュムレータが設けられている。
The
電力変換装置100は、所定の電力変換を行い、電力変換後の電力を圧縮機1のモータMに出力する装置であり、第1実施形態と同様の構成を備えている。すなわち、電力変換装置100は、直流電源Eから印加される直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を圧縮機1のモータMに印加する。
The
室外熱交換器2は、その伝熱管(図示せず)を通流する冷媒と、室外ファン3から送り込まれる外気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
室外ファン3は、室外熱交換器2に外気を送り込むファンであり、室外熱交換器2の付近に設置されている。
The
The
膨張弁4は、室外熱交換器2(凝縮器)で凝縮した冷媒を減圧する弁である。そして、膨張弁4で減圧された冷媒が、室内熱交換器5(蒸発器)に導かれるようになっている。 The expansion valve 4 is a valve that reduces the pressure of the refrigerant condensed by the outdoor heat exchanger 2 (condenser). Then, the refrigerant decompressed by the expansion valve 4 is guided to the indoor heat exchanger 5 (evaporator).
室内熱交換器5は、その伝熱管(図示せず)を通流する冷媒と、室内ファン6から送り込まれる室内空気(空調対象空間の空気)と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
室内ファン6は、室内熱交換器5に室内空気を送り込むファンであり、室内熱交換器5の付近に設置されている。
The
The
図10に示す例では、圧縮機1、室外熱交換器2、室外ファン3、膨張弁4、及び電力変換装置100が、室外機Woに設けられている。一方、室内熱交換器5や室内ファン6は、室内機Wiに設けられている。
In the example shown in FIG. 10, the
そして、例えば、冷房運転中には、冷媒回路Qにおいて圧縮機1、室外熱交換器2(凝縮器)、膨張弁4、及び室内熱交換器5(蒸発器)を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する。
Then, for example, during the cooling operation, the refrigerating cycle is sequentially performed in the refrigerant circuit Q via the
なお、空気調和機Wの構成は、図10の例に限定されるものではない。例えば、冷媒の流路を切り替える四方弁(図示せず)が、冷媒回路Qに設けられていてもよい。このような構成において、暖房運転時には、圧縮機1、室内熱交換器5(凝縮器)、膨張弁4、及び室外熱交換器2(蒸発器)を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する。
The configuration of the air conditioner W is not limited to the example of FIG. For example, a four-way valve (not shown) for switching the flow path of the refrigerant may be provided in the refrigerant circuit Q. In such a configuration, during the heating operation, the refrigerant circulates in the refrigeration cycle through the
すなわち、圧縮機1、「凝縮器」、膨張弁4、及び「蒸発器」を順次に介して冷媒が通流する冷媒回路Qにおいて、「凝縮器」及び「蒸発器」の一方は室外熱交換器2であり、他方は室内熱交換器5である。
That is, in the refrigerant circuit Q in which the refrigerant flows sequentially through the
<効果>
第4実施形態によれば、空気調和機Wが、第1実施形態と同様の構成の電力変換装置100を備えている。これによって、エネルギ効率(APF:Annual Performance Factor)が高く、また、信頼性の高い空気調和機Wを提供できる。
<Effect>
According to the fourth embodiment, the air conditioner W includes a
≪変形例≫
以上、本発明に係る電力変換装置100や空気調和機W等について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第1実施形態や第3実施形態では、プリント配線板60の部品面・半田面の2層にパターン層が形成される構成について説明したが、パターン層は3層以上であってもよい。すなわち、プリント配線板60が、複数のパターン層を有し、複数のパターン層の間に絶縁層が介在していてもよい。そして、第1導体パターンk1,h1と第2導体パターンk2,h2とが、互いに異なるパターン層に設けられる構成であってもよい。
≪Modification example≫
Although the
For example, in the first embodiment and the third embodiment, the configuration in which the pattern layer is formed on the two layers of the component surface and the solder surface of the printed
また、第3実施形態(図8参照)では、2つのスナバコンデンサ22,23が並列接続される構成について説明したが、これに限らない。すなわち、3つ以上のスナバコンデンサが並列接続される構成であってもよい。
Further, in the third embodiment (see FIG. 8), the configuration in which the two
<半導体スイッチング素子>
第1実施形態に係る電力変換回路30(図1参照)では、半導体スイッチング素子31〜36がIGBTである構成について説明したが、これに限定されない。例えば、半導体スイッチング素子31〜36として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、スーパージャンクションMOSFET、BiCMOS(Bipolar:CMOS)、サイリスタ(Silicon Controlled Rectifier)、GTO(Gate Turn-Off Thyrisor)等が用いられてもよい。
<Semiconductor switching element>
In the power conversion circuit 30 (see FIG. 1) according to the first embodiment, the configuration in which the
<電力変換回路>
各実施形態では、電力変換回路30(図1参照)が、直流電圧を3相交流電圧に変換する3相インバータ回路である構成について説明したが、これに限らない。例えば、直流電圧を単相交流電圧に変換する単相インバータ回路(電力変換回路)が用いられる場合にも、各実施形態を適用できる。また、直流電圧を異なる大きさの直流電圧に変換するDC−DCコンバータ回路(電力変換回路)が用いられる場合にも、各実施形態を適用できる。その他、所定のインバータ回路を備えるアクティブフィルタ(インバータ装置等から交流電源側に漏洩する高調波電流を抑制する装置)にも、各実施形態が適用可能である。
<Power conversion circuit>
In each embodiment, the configuration in which the power conversion circuit 30 (see FIG. 1) is a three-phase inverter circuit that converts a DC voltage into a three-phase AC voltage has been described, but the present invention is not limited to this. For example, each embodiment can be applied even when a single-phase inverter circuit (power conversion circuit) that converts a DC voltage into a single-phase AC voltage is used. Further, each embodiment can also be applied when a DC-DC converter circuit (power conversion circuit) that converts a DC voltage into a DC voltage having a different magnitude is used. In addition, each embodiment can be applied to an active filter (a device that suppresses a harmonic current leaking from an inverter device or the like to an AC power source side) provided with a predetermined inverter circuit.
<直流電源>
第1実施形態では、直流電源E(図1参照)の具体的な構成については説明しなかったが、太陽電池やバッテリの他、交流電圧を整流して平滑して得られる直流電源等が用いられてもよい。
<DC power supply>
In the first embodiment, the specific configuration of the DC power supply E (see FIG. 1) has not been described, but in addition to the solar cell and the battery, a DC power supply obtained by rectifying and smoothing the AC voltage is used. May be done.
第3実施形態(図9A参照)では、その扁平面22z,23zが平行になるようにスナバコンデンサ22,23が配置される構成について説明したが、扁平面22z,23zが平行でなくてもよい。このような構成でも、電力損失や電磁ノイズの低減の効果が奏される。また、スナバコンデンサ22,23が、平面視で扁平な矩形状(図9A参照)とは異なる形状であってもよい。
In the third embodiment (see FIG. 9A), the configuration in which the
<冷凍サイクル装置>
第4実施形態では、室外機Wo及び室内機Wiが1台ずつ設けられる空気調和機W(図10参照)について説明したが、これに限らない。例えば、一系統の空気調和機において、複数台の室内機が設けられるマルチ型の空気調和機にも各実施形態を適用できる。
<Refrigeration cycle equipment>
In the fourth embodiment, the air conditioner W (see FIG. 10) in which one outdoor unit Wo and one indoor unit Wi are provided has been described, but the present invention is not limited to this. For example, in one system of air conditioners, each embodiment can be applied to a multi-type air conditioner provided with a plurality of indoor units.
また、第4実施形態では、電力変換装置100を備える空気調和機W(冷凍サイクル装置:図10参照)について説明したが、これに限らない。例えば、冷蔵庫、給湯機、空調給湯装置といった他の「冷凍サイクル装置」にも、第4実施形態を適用可能である。
Further, in the fourth embodiment, the air conditioner W (refrigeration cycle device: see FIG. 10) including the
また、各実施形態は、適宜に組み合わせることが可能である。例えば、第2実施形態(図7A、図7B参照)と第3実施形態(図8参照)とを組み合わせ、スナバコンデンサ22,23が並列接続された構成(第3実施形態)において、プリント配線板60の片面に導体パターンが実装される構成(第2実施形態)であってもよい。その他、例えば、第2実施形態と第4実施形態とを組み合わせてもよいし、また、第3実施形態と第4実施形態とを組み合わせてもよい。
In addition, each embodiment can be combined as appropriate. For example, in a configuration (third embodiment) in which the second embodiment (see FIGS. 7A and 7B) and the third embodiment (see FIG. 8) are combined and the
また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
Further, each embodiment is described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the configurations described. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
In addition, the above-mentioned mechanism and configuration show what is considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the mechanisms and configurations in the product.
1 圧縮機
2 室外熱交換器(凝縮器/蒸発器)
3 室外ファン
4 膨張弁
5 室内熱交換器(蒸発器/凝縮器)
6 室内ファン
10 平滑コンデンサ
20,20A,20B 寄生インダクタンス低減手段
21,22,23 スナバコンデンサ
22z,23z 扁平面
30 電力変換回路
31,32,33,34,35,36 半導体スイッチング素子
50 制御手段
60,60A プリント配線板
60s 絶縁層
70 放熱器
100,100B 電力変換装置
E 直流電源
F ファン
Ga,Gb ネジ
Ha,Hb ネジ孔
IP 入力端子(正極側の入力端子)
IN 入力端子(負極側の入力端子)
Lp 寄生インダクタンス
M モータ
N 負極側電源線(直流給電ライン)
P 正極側電源線(直流給電ライン)
Q 冷媒回路
W 空気調和機(冷凍サイクル装置)
k1 第1導体パターン(正極側の第1導体パターン)
h1 第1導体パターン(負極側の第1導体パターン)
k2 第2導体パターン(正極側の第2導体パターン)
h2 第2導体パターン(負極側の第2導体パターン)
1
3 Outdoor fan 4
6
IN input terminal (input terminal on the negative electrode side)
Lp parasitic inductance M motor N Negative electrode side power supply line (DC power supply line)
P Positive electrode side power supply line (DC power supply line)
Q Refrigerant circuit W Air conditioner (refrigeration cycle device)
k1 1st conductor pattern (1st conductor pattern on the positive electrode side)
h1 1st conductor pattern (1st conductor pattern on the negative electrode side)
k2 2nd conductor pattern (2nd conductor pattern on the positive electrode side)
h2 2nd conductor pattern (2nd conductor pattern on the negative electrode side)
Claims (8)
前記プリント配線板に実装され、直流給電ラインを介して直流電源から直流電圧が印加される電力変換回路と、
前記プリント配線板に実装され、前記電力変換回路の入力側に接続されるスナバコンデンサと、を備え、
前記プリント配線板は、
前記電力変換回路の正極側・負極側のそれぞれに接続されて前記直流給電ラインの一部をなす第1導体パターンと、
前記電力変換回路と前記スナバコンデンサとを正極側・負極側のそれぞれで接続する第2導体パターンと、を有し、
前記電力変換回路の正極側の入力端子付近において、正極側の前記第1導体パターンに近接するように、正極側の前記第2導体パターンが設けられ、
前記電力変換回路の負極側の入力端子付近において、負極側の前記第1導体パターンに近接するように、負極側の前記第2導体パターンが設けられている電力変換装置。 Printed wiring board and
A power conversion circuit mounted on the printed wiring board and to which a DC voltage is applied from a DC power supply via a DC power supply line.
A snubber capacitor mounted on the printed wiring board and connected to the input side of the power conversion circuit is provided.
The printed wiring board
A first conductor pattern that is connected to each of the positive electrode side and the negative electrode side of the power conversion circuit and forms a part of the DC power supply line.
It has a second conductor pattern that connects the power conversion circuit and the snubber capacitor on the positive electrode side and the negative electrode side, respectively.
The second conductor pattern on the positive electrode side is provided in the vicinity of the input terminal on the positive electrode side of the power conversion circuit so as to be close to the first conductor pattern on the positive electrode side.
A power conversion device in which the second conductor pattern on the negative electrode side is provided near the input terminal on the negative electrode side of the power conversion circuit so as to be close to the first conductor pattern on the negative electrode side.
前記プリント配線板と前記放熱器との間に前記電力変換回路が配置され、
前記プリント配線板において、前記ネジに対応する位置にネジ孔が設けられ、前記ネジ孔から外れた位置に前記スナバコンデンサが実装されていること
を特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 Further equipped with a radiator fixed to the power conversion circuit using screws,
The power conversion circuit is arranged between the printed wiring board and the radiator.
The power conversion device according to claim 1, wherein a screw hole is provided at a position corresponding to the screw in the printed wiring board, and the snubber capacitor is mounted at a position away from the screw hole.
複数の前記パターン層の間には、絶縁層が介在し、
前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとは、互いに異なる前記パターン層に設けられること
を特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The printed wiring board has a plurality of pattern layers and has a plurality of pattern layers.
An insulating layer is interposed between the plurality of pattern layers,
The power conversion device according to claim 1, wherein the first conductor pattern and the second conductor pattern are provided in the pattern layers that are different from each other.
前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとは、1層の前記パターン層に並んで設けられること
を特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The printed wiring board has one pattern layer and has one pattern layer.
The power conversion device according to claim 1, wherein the first conductor pattern and the second conductor pattern are provided side by side in one of the pattern layers.
前記電力変換回路と、複数の前記スナバコンデンサと、が前記第2導体パターンを介して、正極側・負極側のそれぞれで接続されていること
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力変換装置。 A plurality of the snubber capacitors connected in parallel are mounted on the printed wiring board.
Any of claims 1 to 4, wherein the power conversion circuit and the plurality of snubber capacitors are connected to each of the positive electrode side and the negative electrode side via the second conductor pattern. The power conversion device according to one item.
隣り合う前記スナバコンデンサの間の隙間を介して、前記ファンからの冷却風が通流するように、複数の前記スナバコンデンサが配置されていること
を特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 Further equipped with a fan for sending cooling air to the printed wiring board,
The power conversion device according to claim 5, wherein a plurality of the snubber capacitors are arranged so that cooling air from the fan can flow through a gap between adjacent snubber capacitors. ..
前記第1導体パターン及び前記第2導体パターンが延びている方向と、前記扁平面と、が平行であること
を特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。 Each of the plurality of snubber capacitors has a flat shape, and is mounted on the printed wiring board so that the flat surfaces are parallel to each other.
The power conversion device according to claim 6, wherein the direction in which the first conductor pattern and the second conductor pattern extend is parallel to the flat surface.
所定の電力変換を行い、電力変換後の電力を前記圧縮機のモータに出力する電力変換装置と、を含み、
前記電力変換装置は、
プリント配線板と、
前記プリント配線板に実装され、直流給電ラインを介して直流電源から直流電圧が印加される電力変換回路と、
前記プリント配線板に実装され、前記電力変換回路の入力側に接続されるスナバコンデンサと、を備え、
前記プリント配線板は、
前記電力変換回路の正極側・負極側のそれぞれに接続されて前記直流給電ラインの一部をなす第1導体パターンと、
前記電力変換回路と前記スナバコンデンサとを正極側・負極側のそれぞれで接続する第2導体パターンと、を有し、
前記電力変換回路の正極側の入力端子付近において、正極側の前記第1導体パターンに近接するように、正極側の前記第2導体パターンが設けられ、
前記電力変換回路の負極側の入力端子付近において、負極側の前記第1導体パターンに近接するように、負極側の前記第2導体パターンが設けられている冷凍サイクル装置。 A refrigerant circuit in which the refrigerant circulates in sequence through the compressor, condenser, expansion valve, and evaporator.
Includes a power conversion device that performs predetermined power conversion and outputs the power after power conversion to the motor of the compressor.
The power converter
Printed wiring board and
A power conversion circuit mounted on the printed wiring board and to which a DC voltage is applied from a DC power supply via a DC power supply line.
A snubber capacitor mounted on the printed wiring board and connected to the input side of the power conversion circuit is provided.
The printed wiring board
A first conductor pattern that is connected to each of the positive electrode side and the negative electrode side of the power conversion circuit and forms a part of the DC power supply line.
It has a second conductor pattern that connects the power conversion circuit and the snubber capacitor on the positive electrode side and the negative electrode side, respectively.
The second conductor pattern on the positive electrode side is provided in the vicinity of the input terminal on the positive electrode side of the power conversion circuit so as to be close to the first conductor pattern on the positive electrode side.
A refrigeration cycle apparatus in which the second conductor pattern on the negative electrode side is provided in the vicinity of the input terminal on the negative electrode side of the power conversion circuit so as to be close to the first conductor pattern on the negative electrode side.
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