JP7227503B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

アクティブフィルタ回路を備えた電力変換装置に関する。

電力変換装置で発生する高調波電流を抑制する手段として、例えば、特許文献１（ＷＯ２０１７－１１５４３１）に開示されているようなアクティブフィルタ回路が広く知られている。

従来、アクティブフィルタ回路の実装基板は、電力変換装置のＤＣ－ＡＣ変換部を構成するインバータ回路の実装基板とは別基板となっており、電力変換装置の大型化、およびコスト増大の要因となっている。

それゆえ、電力変換装置の省スペース化、省部品化、コスト低減という課題が存在する。

第１観点の電力変換装置は、アクティブフィルタ回路と、インバータ回路と、１つのプリント配線板とを備えている。アクティブフィルタ回路は、交流電源と整流回路との間に並列接続され、高調波電流を抑制するための補償電流を生成する。整流回路は、交流電源の交流電力を直流電力に整流する。インバータ回路は、整流回路から出力された直流電力を所定の周波数の交流電力へ変換する。１つのプリント配線板には、アクティブフィルタ回路とインバータ回路とが実装されている。

この電力変換装置では、アクティブフィルタ回路とインバータ回路とが１つのプリント配線板上に実装されることによって、電力変換装置の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

第２観点の電力変換装置は、第１観点の電力変換装置であって、プリント配線板が、多層プリント配線板である。多層プリント配線板は、絶縁体層を挟んで積層される複数の導電パターン層を有する。プリント配線板は、第１層と第２層とを含んでいる。第１層は、アクティブフィルタ回路の電流または電圧を検出するための第１低電圧パターンを形成している。第２層は、インバータ回路の高電圧パターンを形成している。第１低電圧パターンは、積層方向視において高電圧パターンと重ならない。

この電力変換装置では、アクティブフィルタ回路の第１低電圧パターンが、積層方向視においてインバータ回路の高電圧パターンと重ならないので、インバータ回路が動作しても、アクティブフィルタ回路の第１低電圧パターンにノイズが重畳し難い。それゆえ、アクティブフィルタ回路の電流または電圧が精度よく検出される。

第３観点の電力変換装置は、第２観点の電力変換装置であって、第１層が、第１低電圧パターンとは別に、アクティブフィルタ回路に属する第２低電圧パターンをさらに形成している。第２低電圧パターンの一部は、積層方向視において高電圧パターンと重なる。

この電力変換装置では、アクティブフィルタ回路の電流または電圧の検出に関係のない第２低電圧パターンにノイズが重畳しても電流または電圧の検出精度に影響がない。それゆえ、第２低電圧パターンの一部が、積層方向視において高電圧パターンと重なることを許容することによって、プリント配線板の設計自由度が高まる。

第４観点の電力変換装置は、第１観点の電力変換装置であって、プリント配線板が、多層プリント配線板である。多層プリント配線板は、絶縁体層を挟んで積層される複数の導電パターン層を有する。プリント配線板は、第１層と第２層とを含んでいる。第１層は、インバータ回路の電流または電圧を検出するための第１低電圧パターンを形成している。第２層は、アクティブフィルタ回路の高電圧パターンを形成している。第１低電圧パターンは、積層方向視において高電圧パターンと重ならない。

この電力変換装置では、インバータ回路の第１低電圧パターンが、積層方向視においてアクティブフィルタ回路の高電圧パターンと重ならないので、アクティブフィルタ回路が動作しても、インバータ回路の第１低電圧パターンにノイズが重畳しない。それゆえ、インバータ回路の電流または電圧が精度よく検出される。

第５観点の電力変換装置は、第４観点の電力変換装置であって、第１層が、第１低電圧パターンとは別に、インバータ回路に属する第２低電圧パターンをさらに形成している。第２低電圧パターンの一部は、積層方向視において高電圧パターンと重なる。

この電力変換装置では、インバータ回路の電流または電圧の検出に関係のない第２低電圧パターンにノイズが重畳しても電流または電圧の検出精度に影響がない。それゆえ、第２低電圧パターンの一部が、積層方向視において高電圧パターンと重なることを許容することによって、プリント配線板の設計自由度が高まる。

第６観点の電力変換装置は、第１観点から第５観点のいずれか１つの電力変換装置であって、プリント配線板に実装される１つのスイッチング電源回路をさらに備えている。アクティブフィルタ回路およびインバータ回路は、スイッチング電源回路から電力供給を受ける。

この電力変換装置では、アクティブフィルタ回路およびインバータ回路それぞれが、個別にスイッチング電源回路を有する必要がないので、電力変換装置の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

第７観点の電力変換装置は、第６観点の電力変換装置であって、プリント配線板におけるスイッチング電源回路、アクティブフィルタ回路およびインバータ回路それぞれの実装エリアは分かれている。プリント配線板におけるスイッチング電源回路、アクティブフィルタ回路およびインバータ回路それぞれの回路エリアも分かれている。

この電力変換装置では、電流または電圧を検出するための第１低電圧パターンが、積層方向視において高電圧パターンと重ならない構成、が実現される。

第８観点の電力変換装置は、第１観点から第７観点のいずれか１つの電力変換装置であって、整流回路の出力電力を平滑するコンデンサと、コンデンサに流れる電流を制限する限流回路とをさらに備えている。アクティブフィルタ回路は、高調波電流を抑制するための補償電流を生成する第１スイッチング回路と、第１スイッチング回路の出力電力を平滑する第１コンデンサとを有している。限流回路は、アクティブフィルタ回路の第１コンデンサに流れる電流を制限する限流回路として兼用される。

この電力変換装置では、アクティブフィルタ回路が個別に限流回路を有する必要がないので、電力変換装置の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

第９観点の電力変換装置は、第８観点の電力変換装置であって、アクティブフィルタ回路が、第１スイッチング回路が１つのパッケージに内蔵されている第１パワーモジュールをさらに有している。インバータ回路は、直流電力を所定の周波数の交流電力へ変換する第２スイッチング回路が１つのパッケージに内蔵されている第２パワーモジュールと、第２パワーモジュールを冷却する冷却器とを有している。冷却器は、第１パワーモジュールを冷却する冷却器として兼用される。

この電力変換装置では、１つの冷却器で第１パワーモジュールおよび第２パワーモジュールを冷却することができるので、電力変換装置の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

本開示の一実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 部品が実装されているプリント配線板の斜視図である。 図２に示すヒートシンクを正面視右端を中心に右方向に１８０°反転させた状態の平面図である。 プリント配線板の第１層の導電パターンの一部を記載した当該プリント配線板の平面図である。 プリント配線板の第２層の導電パターンの一部を記載した当該プリント配線板の平面図である。 プリント配線板の第３層の導電パターンの一部を記載した当該プリント配線板の平面図である。 プリント配線板の第４層の導電パターンの一部を記載した当該プリント配線板の平面図である。 第１層、第２層、第３層および第４層を積層し、第１層側から積層方向に向かって視たときの各パターンの位置関係を示したプリント配線板の平面図である。

（１）電力変換装置１０の概要
図１は、本開示の一実施形態に係る電力変換装置１０の構成を示す回路図である。図１において、電力変換装置１０は、整流回路２０と、インバータ回路４０と、アクティブフィルタ回路６０と、スイッチング電源８０と、1つのプリント配線板７０とを備えている。

整流回路２０は、交流電源１００の交流電力を直流電力に整流する。交流電源１００は、三相交流を出力する。

インバータ回路４０は、整流回路２０から出力された直流電力を所定の周波数の交流電力へ変換して、モータＭに供給する。モータＭは、三相交流モータであり、例えば、空気調和機の冷媒回路に設けられた圧縮機を駆動する。

アクティブフィルタ回路６０は、交流電源１００と整流回路２０との間に並列接続されている。アクティブフィルタ回路６０は、電流検出部３３によって検出されたインバータ回路４０に流れる電流値に基づいて、インバータ回路４０で発生する高調波電流と逆位相の高調波電流を補償することによって、インバータ回路４０から電源ラインへ流出する高調波電流を低減する。

（２）詳細構成
（２－１）整流回路２０
整流部２１は、６つのダイオードＤ０ａ，Ｄ０ｂ，Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードＤ０ａとＤ０ｂ、Ｄ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ２ｂは、それぞれ互いに直列に接続されている。

ダイオードＤ０ａ，Ｄ１ａ，Ｄ２ａの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ２２のプラス側端子に接続されており、整流回路２０の正側出力端子として機能する。

ダイオードＤ０ｂ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ｂの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ２２のマイナス側端子に接続されており、整流回路２０の負側出力端子として機能する。

ダイオードＤ０ａおよびダイオードＤ０ｂの接続点は、三相交流電源１００の一つの極（Ｕ相）に接続されている。ダイオードＤ１ａおよびダイオードＤ１ｂの接続点は、三相交流電源１００の他の一つの極（Ｖ相）に接続されている。ダイオードＤ２ａおよびダイオードＤ２ｂの接続点は、三相交流電源１００の残り１つの極（Ｗ相）に接続されている。

整流回路２０は、三相交流電源１００から出力される交流電力を整流して直流電力を生成し、これを平滑コンデンサ２２へ供給する。

（２－２）インバータ回路４０
インバータ回路４０は、リアクトル２４と、平滑コンデンサ２２と、インバータモジュール３０、電圧検出部３２と、電流検出部３３と、インバータマイコン３５とを有している。

（２－２－１）リアクトル２４
リアクトル２４は、その一端が整流回路２０の正側出力端子に接続され、その他端が平滑コンデンサ２２の正側入力端子に接続されている。

（２－２－２）平滑コンデンサ２２
平滑コンデンサ２２は、一端が整流回路２０の正側出力端子に接続され、他端が整流回路２０の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ２２は、整流回路２０によって整流された電圧を平滑する。

平滑コンデンサ２２による平滑後の電圧は、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されるインバータ回路４０へ供給される。

コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ２２としてフィルムコンデンサが採用される。

リアクトル２４と平滑コンデンサ２２とは、ＬＣフィルタを構成している。リアクトル２４のインダクタンスおよび平滑コンデンサ２３のキャパシタンスは、このＬＣフィルタが、インバータ回路４０の制御信号の生成に用いられるキャリアの周波数と同じ周波数の電流成分を減衰させるように、設定されている。このため、キャリアの周波数と同じ周波数の電流成分が交流電源１００に流出することが抑制される。

（２－２－３）インバータモジュール３０
インバータモジュール３０は、スイッチング回路２５および制御回路２６が内蔵され、１つのパッケージになっている。

スイッチング回路２５は、直流電力を所定の周波数の交流電力へ変換する複数のスイッチング素子から成る。制御回路２６は、スイッチング素子を制御する。

（２－２－３－１）スイッチング回路２５
スイッチング回路２５は、モータＭのＵ相、Ｖ相およびＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに対応する３つの上下アームが互いに並列に、且つ平滑コンデンサ２２の出力側に接続されている。

図１において、スイッチング回路２５は、複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという）Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ，Ｑ５ｂおよび複数の還流用のダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂを含む。

トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂは、それぞれ互いに直列に接続されることによって各上下アームを構成しており、それによって形成された接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷそれぞれから対応する相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに向かって出力線が延びている。

各ダイオードＤ３ａ～Ｄ５ｂは、各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。このそれぞれ並列接続されたトランジスタとダイオードにより、スイッチング素子が構成される。

スイッチング回路２５は、平滑コンデンサ２２からの直流電圧が印加され、かつ制御回路２６により指示されたタイミングで各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂがオンおよびオフを行うことによって、モータＭを駆動する駆動電圧を生成する。この駆動電圧は、各トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷからモータＭの駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力される。

（２－２－３－２）制御回路２６
制御回路２６は、インバータマイコン３５からの指令電圧に基づき、スイッチング回路２５の各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのオンおよびオフの状態を変化させる。

具体的には、制御回路２６は、任意のデューティ比を有するパルス状の駆動電圧がスイッチング回路２５からモータＭに出力されるように、ゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。デューティ比は、インバータマイコン３５によって決定される。

生成されたゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚは、それぞれのトランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのゲート端子に印加される。

（２－２－４）電圧検出部３２
電圧検出部３２は、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されており、平滑コンデンサ２２の両端電圧を検出する。電圧検出部３２は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗が平滑コンデンサ２２に並列接続され、平滑コンデンサ２２の両端電圧が分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、インバータマイコン３５に入力される。

（２－２－５）電流検出部３３
電流検出部３３は、平滑コンデンサ２２およびスイッチング回路２５の間であって、かつ平滑コンデンサ２２の負側出力端子側に接続されている。電流検出部３３は、モータＭの起動後、モータＭに流れるモータ電流を三相分の電流の合計値として検出する。

電流検出部３３は、例えば、シャント抵抗および該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部３３によって検出されたモータ電流は、インバータマイコン３５に入力される。

（２－２－６）インバータマイコン３５
インバータマイコン３５は、電圧検出部３２、電流検出部３３、および制御回路２６と接続されている。本実施形態では、インバータマイコン３５は、モータＭをロータ位置センサレス方式にて駆動させている。なお、ロータ位置センサレス方式に限定されるものではなく、センサ方式で行なってもよい。

また、インバータマイコン３５は、電圧検出部３２の検出値を監視し、電圧検出部３２の検出値が所定の閾値を超えたとき、トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂをオフにする保護制御も行っている。

（２－３）アクティブフィルタ回路６０
アクティブフィルタ回路６０は、アクティブフィルタモジュール５０と、第１コンデンサ５２と、キャリアフィルタ５３と、連繋リアクトル５４と、アクティブフィルタマイコン５５と、電圧検出部５６と、電流検出部５７と、Ｕ相電流検出部５８ｕと、Ｗ相電流検出部５８ｗとを有している。

（２－３－１）アクティブフィルタモジュール５０
アクティブフィルタモジュール５０は、スイッチング回路４５および制御回路４６が内蔵され、１つのパッケージになっている。

（２－３－１－１）スイッチング回路４５
スイッチング回路４５は、高調波電流を抑制するための補償電流を生成する複数のスイッチング素子から成る。

スイッチング回路４５は、制御回路４６によってスイッチング動作が制御され、交流電源１００とスイッチング回路４５との間に流れる電流を制御することによって、インバータ回路４０から電源ラインへ流出する高調波電流を打ち消す。

スイッチング回路４５の構成は、インバータモジュール３０のスイッチング回路２５の構成と同じであるので、構成部品であるトランジスタおよびダイオードには、インバータモジュール３０のスイッチング回路２５のトランジスタおよびダイオードと同じ符号を付して、説明を省略する。

（２－３－１－２）制御回路４６
制御回路４６は、スイッチング素子を制御する。制御回路４６の構成も、インバータモジュール３０の制御回路２６の構成と同じであるので、インバータモジュール３０の制御回路２６と同じ符号を付して、説明を省略する。

（２－３－２）第１コンデンサ５２
第１コンデンサ５２は、スイッチング回路４５の出力電力を平滑するコンデンサである。

（２－３－３）キャリアフィルタ５３
キャリアフィルタ５３は、スイッチング回路４５のスイッチングに伴うノイズを除去する。具体的には、キャリアフィルタ５３は、スイッチング回路４５のスイッチングによって生じる補償電流の高域成分を除去する。

（２－３－４）連繋リアクトル５４
連繋リアクトル５４は、スイッチング回路４５と電源ラインとを連系する。

（２－３－５）アクティブフィルタマイコン５５
アクティブフィルタマイコン５５は、電圧検出部５６、電流検出部５７、Ｕ相電流検出部５８ｕ、Ｗ相電流検出部５８ｗ、および制御回路４６と接続されている。

また、アクティブフィルタマイコン５５は、電圧検出部５６、電流検出部５７、Ｕ相電流検出部５８ｕ、およびＷ相電流検出部５８ｗの各検出値に基づいて、スイッチング回路４５の各スイッチング素子のオン／オフを切り換えるための指令電圧を制御回路４６へ送る。

（２－３－６）電圧検出部５６
電圧検出部５６は、第１コンデンサ５２の出力側に接続されており、第１コンデンサ５２の両端電圧を検出する。電圧検出部５６は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗が第１コンデンサ５２に並列接続され、第１コンデンサ５２の両端電圧が分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、アクティブフィルタマイコン５５に入力される。

（２－３－７）電流検出部５７
電流検出部５７は、第１コンデンサ５２およびスイッチング回路４５の間であって、かつ第１コンデンサ５２の負側出力端子側に接続されている。電流検出部５７は、スイッチング回路４５の母線電流を検出する。

電流検出部５７は、例えば、シャント抵抗および該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部５７によって検出された電流は、アクティブフィルタマイコン５５に入力される。

（２－３－８）Ｕ相電流検出部５８ｕおよびＷ相電流検出部５８ｗ
Ｕ相電流検出部５８ｕは、Ｕ相に流れる補償電流を検出する。Ｗ相電流検出部５８ｗは、Ｗ相に流れる補償電流を検出する。

（２－４）スイッチング電源８０
スイッチング電源８０は、整流回路２０の出力側に接続されており、インバータマイコン３５およびインバータモジュール３０の制御回路２６に電力を供給する。また、スイッチング電源８０は、アクティブフィルタマイコン５５およびアクティブフィルタモジュール５０の制御回路４６にも電力を供給する。

スイッチング電源８０の接続位置は、整流回路２０の出力側に限定されるものではなく、例えば、限流回路９０よりも交流電源１００側であってもよい。

（２－５）限流回路９０
限流回路９０は、限流抵抗９１、限流リレー９２およびメインリレー９３を有している。限流回路９０は、平滑コンデンサ２２に流れる電流を制限するだけでなく、アクティブフィルタ回路６０の第１コンデンサ５２に流れる電流を制限する限流回路として兼用される。それゆえ、アクティブフィルタ回路６０が個別に限流回路を有する必要がないので、電力変換装置１０の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

（２－５－１）限流抵抗９１
限流抵抗９１は、交流電源１００と整流回路２０とを結ぶ三相の電源ラインのうちの１つの電源ライン上に接続されている。

限流抵抗９１は、平滑コンデンサ２２および第１コンデンサ５２を徐々に充電するために設けられている。交流電源１００の電圧は限流抵抗９１を介して整流回路２０に印加され、限流抵抗９１の抵抗値と交流電源１００の交流電圧に応じた電流が平滑コンデンサ２２および第１コンデンサ５２に流れて、平滑コンデンサ２２および第１コンデンサ５２を徐々に充電する。

（２－５－２）限流リレー９２
限流リレー９２は、限流抵抗９１が接続されている電源ライン上に、限流抵抗９１と直列に接続されている。

限流リレー９２の接点間はノーマルオンの状態であり、モータＭを起動させる際に、メインリレー９３をバイパスするように限流抵抗９１と整流回路２０との間を導通状態にしている。限流リレー９２は、平滑コンデンサ２２が適度に充電されてからオフ動作する。

（２－５－３）メインリレー９３
メインリレー９３は、交流電源１００と整流回路２０とを結ぶ三相の電源ラインのうち、限流抵抗９１および限流リレー９２が接続されている電源ライン上であって、限流抵抗９１および限流リレー９２と並列に接続されている。さらに、メインリレー９３は、限流抵抗９１および限流リレー９２が接続されていない電源ライン上にも接続されている。

交流電源１００の電力がいきなり整流回路２０に供給されると、過大な突入電流により平滑コンデンサ２２などの部品が破壊される虞があるので、通常、メインリレー９３が接点間をオフして、交流電源１００と整流回路２０とを結ぶ電源ラインを導通させていない。

メインリレー９３は、平滑コンデンサ２２が適度に充電され、限流リレー９２がオフ動作してから、オン動作する。

（２－６）プリント配線板７０
図２は、部品が実装されているプリント配線板７０の斜視図である。図２において、プリント配線板７０上には、インバータ回路４０、アクティブフィルタ回路６０およびスイッチング電源８０が実装されている。これにより、各回路間を接続するハーネスが不要となり、電力変換装置１０の小型化やコストダウンが図られる。

（２－７）ヒートシンク２００
図２に示すように、インバータモジュール３０には、高温になるスイッチング回路２５からの放熱を促すためにヒートシンク２００が設置されている。

図３は、図２に示すヒートシンク２００を正面視右端を中心に右方向に１８０°反転させた状態の平面図である。図３において、ヒートシンク２００には、インバータモジュール３０だけでなく、アクティブフィルタモジュール５０およびファン用パワーモジュール１２０が装着されている。

ヒートシンク２００は、アクティブフィルタモジュール５０およびファン用パワーモジュール１２０を冷却する冷却器として兼用されている。

１つのヒートシンク２００でインバータモジュール３０、アクティブフィルタモジュール５０およびファン用パワーモジュール１２０を冷却することができるので、電力変換装置１０の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

（３）プリント配線板７０の詳細構成
プリント配線板７０は、絶縁体層を挟んで積層される複数の導電パターン層を有する多層プリント配線板である。

本実施形態では、インバータ回路４０、アクティブフィルタ回路６０およびスイッチング電源８０を構成する各種電気部品が実装される面を上にして、上から下方に向かって第１層、第２層、第３層および第４層の導電パターン層が積層されている。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄは、プリント配線板７０の第１層Ｚ１、第２層Ｚ２、第３層Ｚ３および第４層Ｚ４それぞれの導電パターンの一部を記載した当該プリント配線板７０の平面図である。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄでは、説明の便宜上、各層を平面視で１６個の領域に分け、各領域にはその位置を示す符号を付している。

例えば、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄの平面視において、左下端の領域の位置をＸ１として、Ｘ方向へ一つ領域を移動する毎にＸの後ろの番号が１つ増加する。また、Ｙ１からＹ方向へ一つ領域を移動する毎にＹの後ろの番号が１つ増加する。

さらに、層がＺ１から積層方向へ一つ移動する毎にＺの後ろの番号が１つ増加する。具体的に例示すると、図４Ｄの第４層Ｚ４の平面視右上端にある領域は、領域Ｘ４Ｙ４Ｚ４と表示する。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄの層を積層したとき、Ｘの後ろの番号およびＹの後ろの番号が同一の領域は、積層方向から視て完全に重なるように構成されている。

図５は、第１層Ｚ１、第２層Ｚ２、第３層Ｚ３および第４層Ｚ４を積層し、第１層Ｚ１側から積層方向に向かって視たときの各パターンの位置関係を示したプリント配線板７０の平面図である。

（３－１）第１層Ｚ１
第１層Ｚ１では、電流検出用の低電圧パターンが、他の層に形成されている高電圧パターンと積層方向から視て、重ならないように形成されている。

（３－１－１）第１－Ａ低電圧パターン４１Ｌ
図４Ａにおいて、第１層Ｚ１には、第１－Ａ低電圧パターン４１Ｌが、領域Ｘ４Ｙ３Ｚ１に形成されている。第１－Ａ低電圧パターン４１Ｌは、インバータモジュール３０の電流検出に使用される導電パターンである。インバータモジュール３０の電流検出は、電流検出部３３を介して行われる。

第１－Ａ低電圧パターン４１Ｌが存在する領域Ｘ４Ｙ３Ｚ１と積層方向視で重なる、第２層Ｚ２の領域Ｘ４Ｙ３Ｚ２、第３層Ｚ３の領域Ｘ４Ｙ３Ｚ３および第４層Ｚ４の領域Ｘ４Ｙ３Ｚ４には、高電圧パターンは存在しない。

例えば、アクティブフィルタ回路６０が動作しても、第１－Ａ低電圧パターン４１Ｌにノイズが重畳しない。それゆえ、インバータ回路４０の電流を精度よく検出することができる。

（３－１－２）第１―Ｂ低電圧パターン６１Ｌ
また、第１層Ｚ１には、第１－Ｂ低電圧パターン６１Ｌが、領域Ｘ２Ｙ３Ｚ１に形成されている。第１－Ｂ低電圧パターン６１Ｌは、アクティブフィルタモジュール５０の電流検出に使用される導電パターンである。アクティブフィルタモジュール５０の電流検出は、電流検出部５７を介して行われる。

第１－Ｂ低電圧パターン６１Ｌが存在する領域Ｘ２Ｙ３Ｚ１と積層方向視で重なる、第２層Ｚ２の領域Ｘ２Ｙ３Ｚ２、第３層Ｚ３の領域Ｘ２Ｙ３Ｚ３および第４層Ｚ４の領域Ｘ２Ｙ３Ｚ４には、高電圧パターンは存在しない。

例えば、インバータ回路４０が動作しても、第１－Ｂ低電圧パターン６１Ｌにノイズが重畳しない。それゆえ、アクティブフィルタモジュール５０の電流を精度よく検出することができる。

（３－１－３）第１高電圧パターン６１Ｈ
さらに、第１層Ｚ１には、第１高電圧パターン６１Ｈが、領域Ｘ２Ｙ４Ｚ１、Ｘ３Ｙ４Ｚ１、Ｘ２Ｙ３Ｚ１、Ｘ３Ｙ３Ｚ１およびＸ３Ｙ２Ｚ１に形成されている。第１高電圧パターン６１Ｈは、整流回路２０の出力側とアクティブフィルタ回路６０の入力側とを繋ぐ高電圧ラインである。

（３－２）第２層Ｚ２
第２層では、電流検出用および電圧検出用以外の低電圧パターンが、他の層に形成されている高電圧パターンと積層方向から視て、重なるように形成されている。

（３－２－１）第２低電圧パターン４２Ｌ
図４Ｂにおいて、第２層Ｚ２には、第２低電圧パターン４２Ｌが、領域Ｘ２Ｙ１Ｚ２に形成されている。第２低電圧パターン４２Ｌは、冷媒制御用の各リレーのオン・オフ信号の伝送に使用される低電圧ラインである。

第２低電圧パターン４２Ｌが存在する領域Ｘ２Ｙ１Ｚ２と積層方向視で重なる第３層Ｚ３の領域Ｘ２Ｙ１Ｚ３には、インバータ回路４０およびアクティブフィルタ回路６０ではない第３－Ａ高電圧パターン４３Ｈ（例えば、空調機の場合、スイッチング電源回路、室外ファン回路、冷媒制御回路、室内機への接続回路などの高電圧パターンである。）が存在し、図５のＲ１部分に示すように、第２低電圧パターン４２Ｌと第３－Ａ高電圧パターン４３Ｈとが積層方向視で一部重なっている。

そのため、第２低電圧パターン４２Ｌを通過する信号に対して、マイコン、リレーに入る前にＣＲフィルタによるノイズ除去を行っている。

このように、電流または電圧の検出に関係のない第２低電圧パターン４２Ｌについては、第２低電圧パターン４２Ｌの一部が、積層方向視において第３－Ａ高電圧パターン４３Ｈと重なることを許容することによって、プリント配線板７０の設計自由度が高められる。

（３－２－２）第２高電圧パターン５２Ｈ
また、第２層Ｚ２には、第２高電圧パターン５２Ｈが、領域Ｘ４Ｙ２Ｚ２およびＸ４Ｙ１Ｚ２に形成されている。第２高電圧パターン５２Ｈには、インバータ回路４０およびアクティブフィルタ回路６０に供給する高電圧が供給される。

（３－３）第３層Ｚ３
第３層では、電流検出用および電圧検出用以外の低電圧パターンの一部が、他の層に形成されている高電圧パターンと積層方向から視て、重なるように形成されている。

（３－３－１）第３－Ａ低電圧パターン８３Ｌ１
図４Ｃにおいて、第３層Ｚ３には、第３－Ａ低電圧パターン８３Ｌが、領域Ｘ１Ｙ２Ｚ３、Ｘ２Ｙ２Ｚ３、Ｘ３Ｙ２Ｚ３およびＸ４Ｙ２Ｚ３に形成されている。第３－Ａ低電圧パターン８３Ｌは、スイッチング電源８０で生成された各出力電圧（５Ｖ、１５Ｖなど）の供給ラインである。

第３－Ａ低電圧パターン８３Ｌ１の一部が存在する領域Ｘ４Ｙ２Ｚ３と積層方向視で重なる第２層Ｚ２の領域Ｘ４Ｙ２Ｚ２には、第２高電圧パターン５２Ｈが存在し、図５のＲ２部分に示すように、第３－Ａ低電圧パターン８３Ｌ１と第２高電圧パターン５２Ｈとが積層方向視で一部重なっている。

そのため、第３－Ａ低電圧パターン８３Ｌ１を通過する信号に対して、マイコン、パワーモジュールに入る前にＣＲフィルタによるノイズ除去を行っている。

このように、電流または電圧の検出に関係のない第３－Ａ低電圧パターン８３Ｌ１については、第３－Ａ低電圧パターン８３Ｌ１の一部が、積層方向視において第２高電圧パターン５２Ｈと重なることを許容することによって、プリント配線板７０の設計自由度が高められる。

（３－３－２）第３－Ｂ低電圧パターン８３Ｌ２
図４Ｃにおいて、第３層Ｚ３には、第３－Ｂ低電圧パターン８３Ｌ２が、領域Ｘ４Ｙ１Ｚ３に形成されている。第３－Ｂ低電圧パターン８３Ｌ２は、メインリレー９３のオン・オフ信号の伝送に使用される低電圧ラインである。

第３－Ｂ低電圧パターン８３Ｌ２が存在する領域Ｘ４Ｙ１Ｚ３と積層方向視で重なる第２層Ｚ２の領域Ｘ４Ｙ１Ｚ２には、第２高電圧パターン５２Ｈが存在し、図５のＲ３部分に示すように、第３－Ｂ低電圧パターン８３Ｌ２と第２高電圧パターン５２Ｈとが積層方向視において一部重なっている。

そのため、第３－Ｂ低電圧パターン８３Ｌ２を通過する信号に対して、マイコン、リレーに入る前にＣＲフィルタによるノイズ除去を行っている。

このように、電流または電圧の検出に関係のない第３－Ｂ低電圧パターン８３Ｌ２については、第３－Ｂ低電圧パターン８３Ｌ２の一部が、積層方向視において第２高電圧パターン５２Ｈと重なることを許容することによって、プリント配線板７０の設計自由度が高められる。

（３－３－３）第３－Ａ高電圧パターン４３Ｈ
また、第３層Ｚ３には、第３－Ａ高電圧パターン４３Ｈが、領域Ｘ２Ｙ１Ｚ３に形成されている。第３－Ａ高電圧パターン４３Ｈは、インバータ回路４０およびアクティブフィルタ回路６０ではない高電圧ラインである（例えば、空調機の場合、スイッチング電源回路、室外ファン回路、冷媒制御回路、室内機への接続回路などの高電圧パターンである。）。

（３－４）第４層Ｚ４
第４層Ｚ４では、電圧検出用および電流検出用の低電圧パターンが、他の層に形成されている高電圧パターンと積層方向から視て、重ならないように形成されている。

（３－４－１）第４－Ａ低電圧パターン４４Ｌ
図４Ｄにおいて、第４層Ｚ４には、第４－Ａ低電圧パターン４４Ｌが、領域Ｘ３Ｙ４Ｚ４、Ｘ４Ｙ４Ｚ４、Ｘ４Ｙ３Ｚ４およびＸ４Ｙ２Ｚ４に形成されている。第４－Ａ低電圧パターン４４Ｌは、インバータモジュール３０の電圧検出に使用される導電パターンである。インバータモジュール３０の電圧検出は、電圧検出部３２を介して行われる。

第４－Ａ低電圧パターン４４Ｌの一部が存在する領域Ｘ４Ｙ３Ｚ４と積層方向視で重なる、第１層の領域Ｘ４Ｙ３Ｚ１、第２層Ｚ２の領域Ｘ４Ｙ３Ｚ２、および第３層Ｚ３の領域Ｘ４Ｙ３Ｚ３には、第４－Ａ低電圧パターン４４Ｌの一部と積層方向視で重なるような高電圧パターンは存在しない。それゆえ、例えば、アクティブフィルタ回路６０が動作しても、第４－Ａ低電圧パターン４４Ｌにノイズが重畳しない。それゆえ、インバータ回路４０の電圧を精度よく検出することができる。

（３－４－２）第４－Ｂ低電圧パターン６４Ｌ１
また、第４層Ｚ４には、第４－Ｂ低電圧パターン６４Ｌ１が、領域Ｘ３Ｙ３Ｚ４に形成されている。第４－Ｂ低電圧パターン６４Ｌ１は、アクティブフィルタ回路６０の電圧検出に使用される導電パターンである。アクティブフィルタ回路６０の電圧検出は、電圧検出部５６を介して行われる。

第４－Ｂ低電圧パターン６４Ｌ１が存在する領域Ｘ３Ｙ３Ｚ４と積層方向視で重なる、第１層Ｚ１の領域Ｘ３Ｙ３Ｚ１には、第１高電圧パターン６１Ｈの一部が存在する。それゆえ、第４－Ｂ低電圧パターン６４Ｌ１は第１高電圧パターン６１Ｈの一部と積層方向視で重なる。

しかしながら、第１高電圧パターン６１Ｈは、整流回路２０の出力側とアクティブフィルタ回路６０の入力側とを繋ぐ高電圧ラインであり、第１高電圧パターン６１Ｈと第４－Ｂ低電圧パターン６４Ｌ１とは共にアクティブフィルタ回路６０に属する。

それゆえ、第４－Ｂ低電圧パターン６４Ｌ１が他の高電圧パターンと積層方向視で重なった場合に生じるようなノイズの影響は受けない。

したがって、例えば、インバータ回路４０が動作しても、第４－Ｂ低電圧パターン６４Ｌにノイズが重畳しない。それゆえ、アクティブフィルタ回路６０の電圧を精度よく検出することができる。

このように、同一の回路に属する導電パターンにおいては、電圧または電流検出用の低電圧パターンと、高電圧パターンとが積層方向において重なってもよい。

変形例として、例えば、インバータ回路４０に属する電圧または電流検出用の低電圧パターンが、インバータ回路４０に属する高電圧パターンと積層方向において重なった場合が考えられる。このような場合でも、インバータ回路４０に属さない他の高電圧パターンと積層方向視で重なった場合に生じるようなノイズの影響は受けない。

（３－４－３）第４－Ｃ低電圧パターン６４Ｌ２
さらに、第４層Ｚ４には、第４－Ｃ低電圧パターン６４Ｌ２が、領域Ｘ３Ｙ３Ｚ４、Ｘ２Ｙ２Ｚ４およびＸ３Ｙ２Ｚ４に形成されている。第４－Ｃ低電圧パターン６４Ｌ２は、アクティブフィルタ回路６０の電流検出に使用される導電パターンである。アクティブフィルタ回路６０の電流検出は、Ｕ相電流検出部５８ｕおよびＷ相電流検出部５８ｗを介して行われる。

第４－Ｃ低電圧パターン６４Ｌ２の一部が存在する領域Ｘ３Ｙ２Ｚ４と積層方向視で重なる、第１層Ｚ１の領域Ｘ３Ｙ２Ｚ１には、第１高電圧パターン６１Ｈの一部が存在する。それゆえ、第４－Ｃ低電圧パターン６４Ｌ２は第１高電圧パターン６１Ｈの一部と積層方向視で重なる。

しかしながら、第１高電圧パターン６１Ｈは、整流回路２０の出力側とアクティブフィルタ回路６０の入力側とを繋ぐ高電圧ラインであり、第１高電圧パターン６１Ｈと第４－Ｃ低電圧パターン６４Ｌ２とは共にアクティブフィルタ回路６０に属する。

それゆえ、第４－Ｃ低電圧パターン６４Ｌ２が他の高電圧パターンと積層方向視で重なった場合に生じるようなノイズの影響は受けない。

したがって、例えば、インバータ回路４０が動作しても、第４－Ｃ低電圧パターン６４Ｌ２にノイズが重畳しない。それゆえ、アクティブフィルタ回路６０の電流を精度よく検出することができる。

（４）特徴
（４－１）
電力変換装置１０では、アクティブフィルタ回路６０とインバータ回路４０とが１つのプリント配線板７０上に実装されることによって、電力変換装置１０の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

（４－２）
電力変換装置１０では、プリント配線板７０が、絶縁体層を挟んで積層される複数の導電パターン層を有する多層プリント配線板である。アクティブフィルタ回路６０の電流または電圧を検出するための低電圧パターンと、インバータ回路４０の高電圧パターンが、積層方向視において重ならないので、インバータ回路４０が動作しても、アクティブフィルタ回路６０の当該低電圧パターンにノイズが重畳しない。それゆえ、アクティブフィルタ回路６０の電流または電圧が精度よく検出される。

（４－３）
電力変換装置１０では、アクティブフィルタ回路６０の電流または電圧の検出に関係のない低電圧パターンにノイズが重畳しても電流または電圧の検出精度に影響がないので、当該低電圧パターンの一部が積層方向視において高電圧パターンと重なることが許容される。その結果、プリント配線板７０の設計自由度が高まる。

（４－４）
インバータ回路４０の電流または電圧を検出するための低電圧パターンと、アクティブフィルタ回路６０の高電圧パターンが、積層方向視において重ならないので、アクティブフィルタ回路６０が動作しても、インバータ回路４０の当該低電圧パターンにノイズが重畳しない。それゆえ、インバータ回路４０の電流または電圧が精度よく検出される。

（４－５）
電力変換装置１０では、インバータ回路４０の電流または電圧の検出に関係のない低電圧パターンにノイズが重畳しても電流または電圧の検出精度に影響がないので、当該低電圧パターンの一部が積層方向視において高電圧パターンと重なることが許容される。その結果、プリント配線板７０の設計自由度が高まる。

（４－６）
電力変換装置１０では、アクティブフィルタ回路６０およびインバータ回路４０に電力供給する１つのスイッチング電源回路８０がプリント配線板７０に実装されている。アクティブフィルタ回路６０およびインバータ回路４０それぞれが、個別にスイッチング電源回路を有する必要がないので、電力変換装置１０の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

（４－７）
電力変換装置１０では、プリント配線板７０の実装面におけるスイッチング電源回路８０、アクティブフィルタ回路６０およびインバータ回路４０それぞれの実装エリアが分かれている。さらに、プリント配線板７０におけるスイッチング電源回路８０、アクティブフィルタ回路６０およびインバータ回路４０それぞれの回路エリアもプリント配線板７０の積層方向に分かれている。その結果、電流または電圧を検出するための低電圧パターンが、積層方向視において当該低電圧パターンが属する回路とは異なる回路に属する高電圧パターンと重ならない。

（４－８）
電力変換装置１０では、平滑コンデンサ２２に流れる電流を制限する限流回路９０は、アクティブフィルタ回路６０の第１コンデンサ５２に流れる電流を制限する限流回路として兼用される。それゆえ、アクティブフィルタ回路６０が個別に限流回路を有する必要がなく、電力変換装置１０の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

（４－９）
電力変換装置１０では、インバータ回路４０のインバータモジュール３０を冷却するヒートシンク２００が、アクティブフィルタモジュール５０を冷却するヒートシンクとして兼用される。それゆえ、１つのヒートシンク２００でインバータモジュール３０およびアクティブフィルタモジュール５０を冷却することができるので、電力変換装置１０の小型化、軽量化、低コスト化が図られる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１０ 電力変換装置
２０ 整流回路
２２ 平滑コンデンサ
３０ インバータモジュール（第２パワーモジュール）
４０ インバータ回路
５０ アクティブフィルタモジュール（第１パワーモジュール）
５２ 第１コンデンサ
６０ アクティブフィルタ回路
７０ プリント配線板
８０ スイッチング電源（スイッチング電源回路）
９０ 限流回路

ＷＯ２０１７－１１５４３１

Claims (8)

1. 交流電源（１００）と前記交流電源（１００）の交流電力を直流電力に整流する整流回路（２０）との間に並列接続され、高調波電流を抑制するための補償電流を生成するアクティブフィルタ回路（６０）と、
   前記整流回路（２０）から出力された直流電力を所定の周波数の交流電力へ変換するインバータ回路（４０）と、
   前記アクティブフィルタ回路（６０）と前記インバータ回路（４０）とが実装された１つのプリント配線板（７０）と、
   を備え、
   前記プリント配線板（７０）は、絶縁体層を挟んで積層される複数の導電パターン層を有する多層プリント配線板であって、
   前記アクティブフィルタ回路（６０）の電流または電圧を検出するための第１低電圧パターンを形成する第１層と、
   前記インバータ回路（４０）の高電圧パターンを形成する第２層と、
   を含み、
   前記第１低電圧パターンが、積層方向視において前記高電圧パターンと重ならない、
   電力変換装置（１０）。
2. 前記第１層は、前記第１低電圧パターンとは別に、前記アクティブフィルタ回路（６０）に属する第２低電圧パターンをさらに形成しており、
   前記第２低電圧パターンの一部が、積層方向視において前記高電圧パターンと重なる、
   請求項１に記載の電力変換装置（１０）。
3. 交流電源（１００）と前記交流電源（１００）の交流電力を直流電力に整流する整流回路（２０）との間に並列接続され、高調波電流を抑制するための補償電流を生成するアクティブフィルタ回路（６０）と、
   前記整流回路（２０）から出力された直流電力を所定の周波数の交流電力へ変換するインバータ回路（４０）と、
   前記アクティブフィルタ回路（６０）と前記インバータ回路（４０）とが実装された１つのプリント配線板（７０）と、
   を備え、
   前記プリント配線板（７０）は、絶縁体層を挟んで積層される複数の導電パターン層を有する多層プリント配線板であって、
   前記インバータ回路（４０）の電流または電圧を検出するための第１低電圧パターンを形成する第１層と、
   前記アクティブフィルタ回路（６０）の高電圧パターンを形成する第２層と、
   を含み、
   前記第１低電圧パターンが、積層方向視において前記高電圧パターンと重ならない、
   電力変換装置（１０）。
4. 前記第１層は、前記第１低電圧パターンとは別に、前記インバータ回路（４０）に属する第２低電圧パターンをさらに形成しており、
   前記第２低電圧パターンの一部が、積層方向視において前記高電圧パターンと重なる、
   請求項３に記載の電力変換装置（１０）。
5. 前記プリント配線板（７０）に実装される１つのスイッチング電源回路（８０）をさらに備え、
   前記アクティブフィルタ回路（６０）および前記インバータ回路（４０）は、前記スイッチング電源回路（８０）から電力供給を受ける、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置（１０）。
6. 前記プリント配線板（７０）における前記スイッチング電源回路（８０）、前記アクティブフィルタ回路（６０）および前記インバータ回路（４０）それぞれの実装エリアは分かれており、
   前記プリント配線板（７０）における前記スイッチング電源回路（８０）、前記アクティブフィルタ回路（６０）および前記インバータ回路（４０）それぞれの回路エリアも分かれている、
   請求項５に記載の電力変換装置（１０）。
7. 前記整流回路（２０）の出力電力を平滑するコンデンサ（２２）と、
   前記コンデンサ（２２）に流れる電流を制限する限流回路（９０）と、
   をさらに備え、
   前記アクティブフィルタ回路（６０）は、
   高調波電流を抑制するための補償電流を生成する第１スイッチング回路と、
   前記第１スイッチング回路の出力電力を平滑する第１コンデンサ（５２）と、
   を有し、
   前記限流回路（９０）は、前記アクティブフィルタ回路（６０）の前記第１コンデンサ（５２）に流れる電流を制限する限流回路として兼用される、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置（１０）。
8. 前記アクティブフィルタ回路（６０）は、前記第１スイッチング回路が１つのパッケージに内蔵されている第１パワーモジュール（５０）をさらに有し、
   前記インバータ回路（４０）は、
   直流電力を所定の周波数の交流電力へ変換する第２スイッチング回路が１つのパッケージに内蔵されている第２パワーモジュール（３０）と、
   前記第２パワーモジュール（３０）を冷却する冷却器と、
   を有し、
   前記冷却器は、前記第１パワーモジュール（５０）を冷却する冷却器として兼用される、
   請求項７に記載の電力変換装置（１０）。

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