JP7317074B2

JP7317074B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP7317074B2
Application number: JP2021103719A
Authority: JP
Inventors: 拓弥倉持
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-07-28
Anticipated expiration: 2041-06-23
Also published as: JP2023002889A; CN115514188A; US11750102B2; US20220416670A1

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

従来の電力変換装置では、スイッチングパワーモジュールの正極と負極との間に、接続用配線板を介して、スナバ回路としての平滑用コンデンサが接続されている。スイッチングパワーモジュールには、直流電源からの電力が供給される（例えば、特許文献１参照）。

特許第３４８４１２２号公報

上記のような従来の電力変換装置において、直流電源からスイッチングパワーモジュールへ流れる電流を検出するための電流センサは、一般的に、直流電源の正極と平滑用コンデンサの正極側の端子との間に設けられる。従って、電流センサには、スイッチングパワーモジュールに流れる電流と、平滑用コンデンサに流れる電流とが流れる。そのため、電流センサにより測定された電流値と、実際にスイッチングパワーモジュールに流れる電流値との間に乖離が生じる。つまり、従来の電力変換装置では、スイッチングパワーモジュールに流れる電流が精度良く測定されないという問題が生じる。

本開示は、上記のような課題を解決するために為されたものであり、電力変換部に流れる電流の測定精度の低下を抑制することができる電力変換装置を得ることを目的とする。

本開示に係る電力変換装置は、第１入力端子と、第２入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子とを有した電力変換装置であって、第１出力端子及び第２出力端子に接続されている電力変換部、第１入力端子から第１出力端子に流れる電流を検出する電流センサ、第１入力端子と第１出力端子との間に設けられている第１接続点と、第２入力端子と第２出力端子との間に設けられている第２接続点との間に接続されている第１コンデンサ、及び第１接続点と第１出力端子との間に設けられている第３接続点と、第２接続点と第２出力端子との間に設けられている第４接続点との間に接続されている第２コンデンサを備え、電流センサは、第１接続点と第３接続点との間に設けられており、第１入力端子から第１接続点までの配線の長さを第１配線長、第２入力端子から第２接続点までの配線の長さを第２配線長、第１接続点から第３接続点までの配線の長さを第３配線長、第２接続点から第４接続点までの配線の長さを第４配線長としたとき、第３配線長と第４配線長との和は、第１配線長と第２配線長との和よりも小さい。

本開示に係る電力変換装置によれば、電力変換部に流れる電流の測定精度の低下を抑制することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置を示す回路図である。図１の回路基板を示す上面図である。図１の回路基板を示す下面図である。実施の形態２に係る電力変換装置の回路基板を示す上面図である。実施の形態２に係る電力変換装置の回路基板を示す下面図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置を示す回路図である。図１の電力変換装置は、所謂絶縁型のフルブリッジＤＣ／ＤＣコンバータである。電力変換装置は、例えば、電気自動車に内蔵されている。

電力変換装置は、回路基板１０１と、第１コンデンサ１０２と、第２コンデンサ１０３と、電流センサ１０４と、電力変換部１０７と、トランス１０８と、４つの整流ダイオード１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、及び１０９ｄと、平滑リアクトル１１０と、制御回路１１２とを備えている。電力変換装置は、直流電源１００からの電力を降圧し、降圧された電力を負荷１１１に供給する。

回路基板１０１は、直流電源１００と電力変換部１０７との間に設けられている。回路基板１０１は、入力部１０５と出力部１０６とを有している。入力部１０５には直流電源１００からの電力が入力される。

入力部１０５は、第１入力端子１０５ａと、第２入力端子１０５ｂとを有している。第１入力端子１０５ａは、直流電源１００の正極に接続されている。第２入力端子１０５ｂは、直流電源１００の負極に接続されている。

出力部１０６は、第１出力端子１０６ａと、第２出力端子１０６ｂとを有している。第１出力端子１０６ａには、第１入力端子１０５ａからの電流が流れる。第２出力端子１０６ｂは、第２入力端子１０５ｂと接続されている。

電力変換部１０７は、出力部１０６に接続されている。従って、電力変換部１０７は、回路基板１０１を介して、直流電源１００に接続されている。電力変換部１０７は、４つのパワー半導体素子１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、及び１０７ｄを有している。電力変換部１０７は、４つのパワー半導体素子１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、及び１０７ｄを用いて、出力部１０６から入力される電力を変換して、トランス１０８に出力する。

各パワー半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。また、各パワー半導体素子のドレイン－ソース間には、フリーホイールダイオードが逆並列接続されている。

第１コンデンサ１０２は、第１接続点１０２ａと、第２接続点１０２ｂとの間に接続されている。第１接続点１０２ａは、第１入力端子１０５ａと第１出力端子１０６ａとの間に設けられている。第２接続点１０２ｂは、第２入力端子１０５ｂと第２出力端子１０６ｂとの間に設けられている。

第１コンデンサ１０２は、電圧振動抑制用のコンデンサである。第１コンデンサ１０２としては、セラミックコンデンサが用いられている。ここで、電圧振動とは、パワー半導体素子１０７ａ～１０７ｄのスイッチング時において、電力変換部１０７周辺の配線における寄生インダクタンスと、コンデンサとを含む容量成分に起因する振動である。

なお、第１コンデンサ１０２は、複数のコンデンサ又は複数の直列コンデンサが互いに並列接続されたコンデンサである。直列コンデンサは、複数のコンデンサ部品が直列に接続されたコンデンサである。

第２コンデンサ１０３は、第３接続点１０３ａと、第４接続点１０３ｂとの間に接続されている。第３接続点１０３ａは、第１接続点１０２ａと第１出力端子１０６ａとの間に設けられている。第４接続点１０３ｂは、第２接続点１０２ｂと第２出力端子１０６ｂとの間に設けられている。

第２コンデンサ１０３は、サージ電圧抑制用及び電圧振動抑制用のコンデンサである。第２コンデンサとしては、セラミックコンデンサが用いられる。第２コンデンサ１０３も、第１コンデンサ１０２と同様に、複数のコンデンサ又は複数の直列コンデンサが互いに並列接続されたコンデンサである。

電流センサ１０４は、第１接続点１０２ａと第３接続点１０３ａとの間に設けられている。具体的には、電流センサ１０４は、第１コンデンサ１０２の直近に設けられている。電流センサ１０４は、第１入力端子１０５ａから第１出力端子１０６ａに流れる電流を検出する。電流センサ１０４としては、ＣＴ（Current Transformer）方式の電流センサが用いられる。電流センサ１０４は、１次巻線及び２次巻線を有している。１次巻線の一端は、第１接続点１０２ａに接続されており、１次巻線の他端は、第３接続点１０３ａに接続されている。

トランス１０８は、一次側コイル及び二次側コイルを有している。トランス１０８は、電力変換部１０７において発生した電圧を降圧させる。

４つの整流ダイオード１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、及び１０９ｄは、トランス１０８の二次側コイルから出力される電圧を整流する。

平滑リアクトル１１０は、トランス１０８の二次側コイルから出力される電圧及びトランス１０８の二次側コイルから出力される電流を平滑化し、電圧及び電流が平滑化された電力を負荷１１１に供給する。

制御回路１１２は、電力変換部１０７の各パワー半導体をオンオフ制御するための制御信号を生成し、生成された各制御信号を電力変換部１０７に出力する。また、制御回路１１２は、電流センサ１０４により検出された電流を電流センサ１０４から取得する。

また、回路基板１０１上の各配線は、配線パターンに起因する寄生インダクタンスとして、第１寄生インダクタンス１０１ｃ及び第２寄生インダクタンス１０１ｄを有している。第１寄生インダクタンス１０１ｃは、第１接続点１０２ａから第１入力端子１０５ａまでの経路と、第２接続点１０２ｂから第２入力端子１０５ｂまでの経路とが有している寄生インダクタンスである。第２寄生インダクタンス１０１ｄは、第１接続点１０２ａから第３接続点１０３ａまでの経路と、第２接続点１０２ｂから第４接続点１０３ｂまでの経路とが有している寄生インダクタンスである。

ここで、第１入力端子１０５ａから第１接続点１０２ａまでの配線の長さを第１配線長とする。第２入力端子１０５ｂから第２接続点１０２ｂまでの配線の長さを第２配線長とする。第１接続点１０２ａから第３接続点１０３ａまでの配線の長さを第３配線長とする。第２接続点１０２ｂから第４接続点１０３ｂまでの配線の長さを第４配線長とする。

このとき、実施の形態１に係る回路基板１０１において、第３配線長と第４配線長との和は、第１配線長と第２配線長との和よりも小さい。

また、一般的には、寄生インダクタンスの大きさは、配線の長さに比例するので、第２寄生インダクタンス１０１ｄの値は、第１寄生インダクタンス１０１ｃの値よりも小さくなる。

第１コンデンサ１０２は、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因する電圧振動を抑制する。そのため、第１コンデンサ１０２の容量値は、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因する電圧振動を十分に抑制可能な値に設定される。

第２コンデンサ１０３は、第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因する電圧振動を抑制する。また、第２コンデンサ１０３は、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因するサージ電圧及び第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因するサージ電圧を抑制する。そのため、第２コンデンサ１０３の容量値は、第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因する電圧振動と、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因するサージ電圧と、第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因するサージ電圧とを十分に抑制可能な値に設定される。

上述したように、第２寄生インダクタンス１０１ｄは、第１寄生インダクタンス１０１ｃよりも小さいため、第２コンデンサ１０３の容量値は、第１コンデンサ１０２の容量値よりも小さい値に設定することができる。

第２寄生インダクタンス１０１ｄによる電圧振動を抑制するために必要なコンデンサの容量値は、第１寄生インダクタンス１０１ｃによるサージ電圧及び第２寄生インダクタンス１０１ｄによるサージ電圧を抑制するために必要なコンデンサの容量値よりも大きい。従って、第２コンデンサ１０３の容量値は、第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因する電圧振動を抑制可能な値に設定されれば十分である。

次に、実施の形態１に係る電力変換装置との比較例として、第１コンデンサ１０２を備えていない電力変換装置を考える。そして、実施の形態１に係る電力変換装置における第２コンデンサ１０３の容量値と、比較例の電力変換装置における第２コンデンサの容量値との違いを説明する。

比較例の電力変換装置の回路構成は、図１に示した回路から第１コンデンサ１０２を除去した構成と等価である。従って、比較例の電力変換装置では、回路構成上、第１接続点１０２ａ及び第２接続点１０２ｂも存在しない。また、比較例の電力変換装置において、図１の第２コンデンサに対応するコンデンサは、便宜上、平滑用コンデンサと呼ばれる。

比較例の電力変換装置の回路基板における配線の寄生インダクタンスは、図１の第１寄生インダクタンス１０１ｃ及び第２寄生インダクタンス１０１ｄとは異なっている。比較例の電力変換装置においては、第３寄生インダクタンスとして、第１入力端子１０５ａから電流センサ１０４までの経路が有している寄生インダクタンスが存在する。また、第４寄生インダクタンスとして、電流センサ１０４から第３接続点１０３ａまでの経路と、第４接続点１０３ｂから第２入力端子１０５ｂまでの経路とに起因する寄生インダクタンスが存在する。

平滑用コンデンサは、出力部１０６の直近に配置されている。これにより、平滑用コンデンサは、スナバ回路として機能し、寄生インダクタンスに起因するサージ電圧を抑制することができる。

比較例の電力変換装置では、平滑用コンデンサにより、第３寄生インダクタンスに起因する電圧振動及び第４寄生インダクタンスに起因する電圧振動の双方を抑制する必要がある。従って、平滑用コンデンサの容量値は、第３寄生インダクタンスに起因する電圧振動及び第４寄生インダクタンスに起因する電圧振動の双方を抑制するため、第２コンデンサ１０３の容量値よりも大きい値に設定されている。

よって、第２コンデンサ１０３に流れる電流は、平滑用コンデンサに流れる電流よりも小さくなる。従って、図１の電力変換装置では、比較例の電力変換装置にくらべて、電流センサ１０４の測定値と、実際に電力変換部１０７に流れる電流値との乖離を低減することができる。

次に、回路基板１０１における第１コンデンサ１０２、第２コンデンサ１０３、及び電流センサ１０４の配置と、配線パターンとについて説明する。上述したように、電流センサ１０４は、ＣＴ方式のセンサであるため、電流センサ１０４の１次巻線と２次巻線との間は、電気的に絶縁される必要がある。

回路基板１０１において、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３は、配線パターンを介して、電流センサ１０４の１次巻線と接続されている。従って、２次巻線と第１コンデンサ１０２との間及び２次巻線と第２コンデンサ１０３との間には、絶縁距離を設ける必要がある。

そのため、第１コンデンサ１０２、第２コンデンサ１０３、及び電流センサ１０４をすべて回路基板１０１の同一面に配置しようとすると、配線のレイアウトの自由度が低下してしまう。これにより、第３配線長及び第４配線長を小さく設定することが困難になるという問題が生じる。

図２は、図１の回路基板１０１を示す上面図である。図３は、図１の回路基板１０１を示す下面図である。回路基板１０１は、第１導電層、第２導電層、及び絶縁基板を有している。絶縁基板は、第１導電層と第２導電層との間に介在している。第１導電層の表面は、回路基板１０１の第１面であり、第２導電層の表面は、回路基板１０１の第２面である。

図２には、回路基板１０１の第１面が示されており、図３には、第１面とは反対側の面である第２面が示されている。電流センサ１０４は、回路基板１０１の第１面に配置されている。第１面には、電流センサ１０４の４隅において、４つの配線パターン１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、及び１０４Ｄが形成されている。

２つの配線パターン１０４Ａ及び１０４Ｂは、電流センサ１０４内の１次巻線と接続されている。２つの配線パターン１０４Ｃ及び１０４Ｄは、電流センサ１０４内の２次巻線と接続されている。

第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３は、第２面コンデンサとして、回路基板１０１の第２面に配置されている。領域１０２Ｄは、第２面において、第１コンデンサ１０２が配置されている領域である。領域１０３Ｄは、第２面において、第２コンデンサ１０３が配置されている領域である。

第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３は、２つの配線パターン１０４Ａ及び１０４Ｂを介して、電流センサ１０４の１次巻線と電気的に接続されている。従って、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３は、２つの配線パターン１０４Ｃ及び１０４Ｄと電気的に絶縁される必要がある。

電流センサ１０４及び配線パターン１０４Ｃと、第１コンデンサ１０２とは、回路基板１０１の第１面の法線方向に互いに重なっている。電流センサ１０４及び配線パターン１０４Ｃと第１コンデンサ１０２との間は、回路基板１０１の絶縁層により電気的に絶縁されている。

また、電流センサ１０４及び配線パターン１０４Ｄと、第２コンデンサ１０３とは、回路基板１０１の第１面の法線方向に互いに重なっている。電流センサ１０４及び配線パターン１０４Ｄと第２コンデンサ１０３との間は、回路基板１０１の絶縁層により電気的に絶縁されている。

このように、第２面コンデンサは、回路基板１０１の電流センサ１０４が配置されている面とは反対側の面に配置されている。また、回路基板１０１の法線方向において、電流センサ１０４の一部と、電流センサ１０４が配置されている面とは反対側の面に配置されているコンデンサの一部とが互いに重なっている。そして、回路基板１０１の絶縁層によって、第１面に配置された電流センサ１０４の２次巻線と、第２面に配置されたコンデンサ部品との間の絶縁が確保される。

第２面コンデンサは、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３の少なくともいずれか一方のコンデンサである。

このように、実施の形態１に係る電力変換装置は、第１入力端子１０５ａと、第２入力端子１０５ｂと、第１出力端子１０６ａと、第２出力端子１０６ｂとを有している。また、実施の形態１に係る電力変換装置は、電力変換部１０７、電流センサ１０４、第１コンデンサ１０２、及び第２コンデンサ１０３を備えている。

電力変換部１０７は、第１出力端子１０６ａ及び第２出力端子１０６ｂに接続されている。電流センサ１０４は、第１入力端子１０５ａから第１出力端子１０６ａに流れる電流を検出する。

第１コンデンサ１０２は、第１接続点１０２ａと第２接続点１０２ｂとの間に接続されている。第１接続点１０２ａは、第１入力端子１０５ａと第１出力端子１０６ａとの間に設けられている。第２接続点１０２ｂは、第２入力端子１０５ｂと第２出力端子１０６ｂとの間に設けられている。

第２コンデンサ１０３は、第３接続点１０３ａと第４接続点１０３ｂとの間に接続されている。第３接続点１０３ａは、第１接続点１０２ａと電力変換部１０７との間に設けられている。第４接続点１０３ｂは、第２接続点１０２ｂと電力変換部１０７との間に設けられている。

電流センサ１０４は、第１接続点１０２ａと第３接続点１０３ａとの間に設けられている。

ここで、第１入力端子１０５ａから第１接続点１０２ａまでの配線の長さを第１配線長とする。第２入力端子１０５ｂから第２接続点１０２ｂまでの配線の長さを第２配線長とする。第１接続点１０２ａから第３接続点１０３ａまでの配線の長さを第３配線長とする。第２接続点１０２ｂから第４接続点１０３ｂまでの配線の長さを第４配線長とする。このとき、第３配線長と第４配線長との和は、第１配線長と第２配線長との和よりも小さい。

このような構成により、第１コンデンサ１０２の容量値は、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因する電圧振動を抑制可能な値に設定される。第２コンデンサ１０３の容量値は、第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因する電圧振動と、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因するサージ電圧と、第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因するサージ電圧とを抑制可能な値に設定される。

上述したように、第３配線長と第４配線長との和は、第１配線長と第２配線長との和よりも小さい。そのため、第２寄生インダクタンス１０１ｄは、第１寄生インダクタンス１０１ｃよりも小さくなる。このように、電流センサ１０４の前段及び後段にそれぞれ第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３を設けることにより、第２コンデンサ１０３の容量値は、比較例の平滑用コンデンサの容量値よりも低い値に設定することができる。

従って、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、電力変換部１０７に流れる電流の測定精度の低下を抑制することができる。また、サージ電圧の抑制効果及び電圧振動の抑制効果も維持することができる。

なお、実施の形態１に係る電力変換装置において、第１配線長及び第２配線長の和に対する第３配線長及び第４配線長の和の比は、小さいほどよい。

例えば、第１入力端子１０５ａから第１出力端子１０６ａまでの配線上において、電流センサ１０４が第１出力端子１０６ａに近付く方向に、電流センサ１０４を移動させる場合を考える。また、この場合、第１接続点１０２ａ及び第２接続点１０２ｂが、それぞれ第１出力端子１０６ａ及び第２出力端子１０６ｂに近付く方向に、第１接続点１０２ａ及び第２接続点１０２ｂを移動させる。

この場合、第１配線長及び第２配線長は、より長くなり、第３配線長及び第４配線長は、より短くなる。従って、第１寄生インダクタンス１０１ｃの値は増加するが、第１コンデンサ１０２の容量値を第１寄生インダクタンス１０１ｃの値の増加に応じて増加させることにより、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因する電圧振動は抑制することができる。

一方で、第２コンデンサ１０３の容量値は、第１コンデンサ１０２の容量値の増加分だけ低くすることができる。従って、電力変換部１０７に流れる電流の測定精度の低下をより抑制することができる。

また、第２コンデンサ１０３の容量値は、第１コンデンサ１０２の容量値よりも小さい。従って、電力変換部１０７に流れる電流の測定精度の低下をより抑制することができる。

また、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３として、いずれもセラミックコンデンサが用いられる。セラミックコンデンサは、アルミ電解コンデンサ及びフィルムコンデンサよりも小型である。従って、セラミックコンデンサが回路基板１０１を占有する面積は、アルミ電解コンデンサ及びフィルムコンデンサが回路基板１０１を占有する面積よりも小さい。

従って、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３として、セラミックコンデンサが用いられることにより、回路基板１０１内の部品レイアウトの自由度が高くなる。従って、第３配線長及び第４配線長をより小さくすることができる。つまり、電力変換部１０７に流れる電流の測定精度の低下をより抑制することができる。

また、実施の形態１において、第１コンデンサ１０２として、セラミックコンデンサが用いられていたが、第１コンデンサ１０２として、アルミ電解コンデンサが用いられてもよい。少なくとも、第２コンデンサ１０３として、セラミックコンデンサが用いられることにより、第３配線長及び第４配線長を小さくすることができる。

配線レイアウトの制約により、第１寄生インダクタンス１０１ｃが比較的高い値となった場合、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因する電圧振動が大きくなる。また、第１寄生インダクタンス１０１ｃが比較的高い値となった場合、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因するサージ電圧のピークと、第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因するサージ電圧のピークとが高くなる。

そのため、これらの電圧振動及びサージ電圧を抑制するために、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３として、大容量のコンデンサを用いる必要があるため、コンデンサの体積が大きくなり、電力変換装置が大型化するといった問題が生じる。

アルミ電解コンデンサの容量密度は、セラミックコンデンサの容量密度よりも高いため、第１コンデンサ１０２として、アルミ電解コンデンサを用いることにより、大容量化に伴う体積増加を抑制することができる。一方で、第２コンデンサ１０３として、周波数特性に優れたセラミックコンデンサを用いることにより、高いサージ電圧抑制効果を得ることができる。

これにより、電圧振動の抑制及びサージ電圧の抑制を行いながら、コンデンサ体積を低減することができるため、電力変換装置を小型化することができる。

また、実施の形態１において、第１コンデンサ１０２として、セラミックコンデンサが用いられていたが、第１コンデンサ１０２として、フィルムコンデンサが用いられてもよい。少なくとも、第２コンデンサ１０３として、セラミックコンデンサが用いられることにより、第３配線長及び第４配線長を小さくすることができる。

アルミ電解コンデンサと同様に、フィルムコンデンサの容量密度は、セラミックコンデンサの容量密度よりも高い。従って、第１コンデンサ１０２として、フィルムコンデンサを用いることにより、大容量化に伴う体積増加を抑制することができる。一方で、第２コンデンサとして、周波数特性に優れたセラミックコンデンサを用いることにより、高いサージ電圧抑制効果を得ることができる。

また、回路基板１０１は、第１面と、第１面とは反対側の面である第２面とを有している。電流センサ１０４は、回路基板１０１の第１面に配置されており、第２面コンデンサは、第２面に配置されている。第２面コンデンサは、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３の少なくともいずれか一方である。そして、第２面コンデンサの少なくとも一部は、第１面の法線方向に電流センサ１０４と重なっている。

これによれば、電流センサ１０４が配置されている面とは反対側の面に配置されたコンデンサを電流センサ１０４の２次巻線の近傍に配置することができる。従って、回路基板１０１における配線レイアウトの自由度が高まり、第３配線長及び第４配線長を小さく設定することができる。

また、第１コンデンサ１０２の定格リプル電流は、第２コンデンサ１０３の定格リプル電流よりも大きくされてもよい。つまり、第１コンデンサ１０２として、高許容リプルセラミックコンデンサが用いられてもよい。

第１コンデンサ１０２は、第１寄生インダクタンスに起因する電圧振動を抑制するために大容量化される。そのため、第１コンデンサ１０２には、比較的大きな電流が流れる。第１コンデンサ１０２として、定格リプル電流が低いコンデンサを用いる場合、第１コンデンサ１０２を構成している複数のコンデンサ部品の個数を増やすことにより、１つのコンデンサ部品に流れる電流を小さくする必要がある。つまり、定格リプル電流が低いコンデンサを用いる場合、複数のコンデンサ部品の個数が増加し、その結果、電力変換装置のコストが増加する。

また、第１寄生インダクタンス１０１ｃの値が高いため、第１寄生インダクタンス１０１ｃに起因するサージ電圧及び第２寄生インダクタンス１０１ｄに起因するサージ電圧も高くなる。そして、第２コンデンサ１０３が大容量となり、電流センサ１０４の測定値と、実際に電力変換部１０７に流れる電流値とに乖離が生じる恐れがある。

従って、第１コンデンサ１０２として、定格リプル電流の大きいコンデンサを用いることにより、第１コンデンサ１０２は、比較的少ない直列数で定格リプル電流を満たすことができる。つまり、コンデンサ部品の部品数の増加を抑えることができる。

また、第２コンデンサ１０３の等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）は、第１コンデンサ１０２の等価直列抵抗よりも低くされてもよい。つまり、第２コンデンサ１０３として、等価直列抵抗が低いセラミックコンデンサが用いられてもよい。

このように、第２コンデンサ１０３として、周波数特性により優れた低ＥＳＲ品を用いることにより、第２コンデンサ１０３を大容量化することなく、高いサージ電圧抑制効果が得られる。従って、第１コンデンサ１０２のコスト増加を抑制しつつ、第２コンデンサ１０３の容量を小さくすることができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る電力変換装置について説明する。実施の形態２に係る電力変換装置では、電流センサ１０４として、ホール素子による電流センサが用いられる。電流センサ１０４として、ホール素子による電流センサが用いられることを除く他の構成は、実施の形態１に係る電力変換装置と同様である。

図４は、実施の形態２に係る電力変換装置の回路基板１０１を示す上面図である。図５は、実施の形態２に係る電力変換装置の回路基板１０１を示す下面図である。回路基板１０１は、第１導電層、第２導電層、及び絶縁基板を有している。絶縁基板は、第１導電層と第２導電層との間に介在している。第１導電層の表面は、回路基板１０１の第１面であり、第２導電層の表面は、回路基板１０１の第２面である。

図４には、回路基板１０１の第１面が示されており、図５には、第１面とは反対側の面である第２面が示されている。電流センサ１０４Ｅは、回路基板１０１の第１面に配置されている。第１面には、電流センサ１０４Ｅの４隅において、４つの配線パターン１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、及び１０４ｄが形成されている。

２つの配線パターン１０４ａ及び１０４ｂは、電流センサ１０４Ｅ内の１次側導体と接続されている。２つの配線パターン１０４ｃ及び１０４ｄは、電流センサ１０４Ｅ内の１次側導体に流れる電流に応じた電圧を出力する。

第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３は、２つの配線パターン１０４ａ及び１０４ｂを介して、電流センサ１０４Ｅの１次側導体と電気的に接続されている。従って、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３は、２つの配線パターン１０４ｃ及び１０４ｄと電気的に絶縁される必要がある。

電流センサ１０４及び配線パターン１０４ｃと、第１コンデンサ１０２とは、回路基板１０１の第１面の法線方向に互いに重なっている。電流センサ１０４及び配線パターン１０４ｃと第１コンデンサ１０２との間は、回路基板１０１の絶縁層により電気的に接続されている。

このように、実施の形態２に係る電力変換装置によれば、回路基板１０１は、第１面と、第１面とは反対側の面である第２面とを有している。電流センサ１０４は、回路基板１０１の第１面に配置されており、第２面コンデンサは、第２面に配置されている。第２面コンデンサは、第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３の少なくともいずれか一方である。そして、第２面コンデンサの少なくとも一部は、第１面の法線方向に電流センサ１０４と重なっている。

これにより、第２面に配置されたコンデンサを電流センサ１０４の２次巻線の近傍に配置することができる。従って、回路基板１０１における配線レイアウトの自由度が高まり、第３配線長及び第４配線長を小さく設定することができる。

なお、実施の形態１及び２において、各パワー半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴが用いられていたが、ＭＯＳＦＥＴに代えて、他のパワー半導体素子、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられてもよい。

また、実施の形態１及び２において、第１入力端子１０５ａ及び第２入力端子１０５ｂは、直流電源１００に接続されていたが、第１入力端子１０５ａ及び第２入力端子１０５ｂは、整流回路を介して、交流電源に接続されてもよい。

１００直流電源、１０１回路基板、１０１ｃ第１寄生インダクタンス、１０１ｄ第２寄生インダクタンス、１０２第１コンデンサ、１０２ａ第１接続点、１０２ｂ第２接続点、１０３第２コンデンサ、１０３ａ第３接続点、１０３ｂ第４接続点、１０４電流センサ、１０５ａ第１入力端子、１０５ｂ第２入力端子、１０６ａ第１出力端子、１０６ｂ第２出力端子、１０７電力変換部。

Claims

第１入力端子と、第２入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子とを有した電力変換装置であって、
前記第１出力端子及び前記第２出力端子に接続されている電力変換部、
前記第１入力端子と前記第１出力端子との間に設けられている第１接続点と、前記第２入力端子と前記第２出力端子との間に設けられている第２接続点との間に接続されている第１コンデンサ、
前記第１接続点と前記第１出力端子との間に設けられている第３接続点と、前記第２接続点と前記第２出力端子との間に設けられている第４接続点との間に接続されている第２コンデンサ、
前記第１接続点と前記第３接続点との間に設けられており、前記第１接続点と前記第３接続点との間の配線を流れる電流を検出する電流センサ、及び
回路基板
を備え、
前記第１入力端子から前記第１接続点までの配線の長さを第１配線長、前記第２入力端子から前記第２接続点までの配線の長さを第２配線長、前記第１接続点から前記第３接続点までの配線の長さを第３配線長、前記第２接続点から前記第４接続点までの配線の長さを第４配線長としたとき、
前記第３配線長と前記第４配線長との和は、前記第１配線長と前記第２配線長との和よりも小さく、
前記第１接続点から前記第３接続点までの経路と前記第２接続点から前記第４接続点までの経路とが有している第２寄生インダクタンスの値は、前記第１入力端子から前記第１接続点までの経路と前記第２入力端子から前記第２接続点までの経路とが有している第１寄生インダクタンスの値よりも小さく、
前記第１コンデンサは、前記第１寄生インダクタンスに起因する電圧振動を抑制し、
前記第２コンデンサは、前記第２寄生インダクタンスに起因する電圧振動を抑制し、
前記回路基板は、第１面と、前記第１面とは反対側の面である第２面とを有しており、前記電流センサは、前記第１面に配置されており、
前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサの少なくともいずれか一方である第２面コンデンサは、前記第２面に配置されており、
前記第２面コンデンサの少なくとも一部は、前記第１面の法線方向に前記電流センサと重なっている
電力変換装置。
前記第２コンデンサの容量値は、前記第１コンデンサの容量値よりも小さい
請求項１に記載の電力変換装置。
前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサとして、セラミックコンデンサが用いられている
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
前記第１コンデンサとして、アルミ電解コンデンサが用いられており、前記第２コンデンサとして、セラミックコンデンサが用いられている
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
前記第１コンデンサとして、フィルムコンデンサが用いられており、前記第２コンデンサとして、セラミックコンデンサが用いられている
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
前記第１コンデンサの定格リプル電流は、前記第２コンデンサの定格リプル電流よりも大きい
請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記第２コンデンサの等価直列抵抗は、前記第１コンデンサの等価直列抵抗よりも低い
請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の電力変換装置。