JP7421259B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図1は、本実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する模式的な等価回路図である。
図1に示すように、電力変換装置は、電力変換部300を備える。電力変換部300は、端子30a,30bを含む。電力変換部300は、端子30a,30bを介して、たとえば、交流回路に接続される。交流回路には、交流で動作する負荷、たとえば電動機等を含むことができる。交流回路は、端子30a,30bに現れる交流電圧を、直流や含有される高調波の割り合いがより小さい交流電圧に変換するフィルタ等であってもよい。電力変換部300では、端子30a,30bから交流電圧を出力する場合に限らず、端子30a,30bに交流電圧を入力してもよい。
図2(a)は、図1のハーフブリッジ形式の電力変換部300のうち、スイッチング素子およびダイオードのそれぞれを圧接型半導体モジュールとし、これらをスタックとした場合に、構成したスタックをフレーム160に組み付けた場合の例を示している。フレーム160は、電力変換部300を収納する変換器モジュールの筐体内に設けられている。
図2(b)は、図2(a)を実体的な等価回路図に表したもので、図1の等価回路と実質的に同じものである。
比較例の電力変換装置に用いられる回路構造体130Xは、ダイオード132b、スイッチング素子131b、スイッチング素子131aおよびダイオード132aを含んでいる。ダイオード132b、スイッチング素子131b、スイッチング素子131aおよびダイオード132aは、この図の下から上へ、この順に重ねられている。
本実施形態の電力変換装置に用いられるスタックでは、スイッチング素子131a,131bおよびダイオード132a,132bを上述のように配置することによって、電力変換部300(図1)のスイッチング動作時のサージ電圧発生を抑制することが可能になる。
本実施形態では、回路構造体130を、コンデンサ33の負側端子Nの電位が印加されるヒートシンク141,145で挟むようにスタックを構成することによって、スタックの両端のヒートシンク141,145の電位をほぼ一定の低い電位に維持することできる。
図5(a)は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な構成図である。図5(b)は、図5(a)の構成を実体的に表した模式的な等価回路図である。
本実施形態では、第1の実施形態のスタックを構成する回路構造体130がカスケードに接続されてスタックを構成する場合の構成となる。本実施形態の電力変換装置は、回路構造体130-1,130-2を備える。回路構造体130-1,130-2は、第1の実施形態の場合の回路構造体130と同じ構成をそれぞれ有する。本実施形態では、第1の実施形態の各構成要素に“-1”を付加することによって、回路構造体130-1の構成要素であるものとし、第1の実施形態の各構成要素に“-2”を付加することによって回路構造体130-2の構成要素であるものとする。
この比較例においては、図3(a)および図3(b)において説明した比較例の回路構造体130Xと同じ構成の回路構造体130X-1,130X-2がカスケード接続されている。回路構造体130X-1のヒートシンク142-1に接続部材155-1が接続されており、接続部材155-1は、回路構造体130X-2の接続部材151-2に接続されている。
本実施形態では、カスケードに接続された回路構造体130-1,130-2の少なくとも一方について、第1の実施形態の場合と同じ効果を有する。たとえば、回路構造体130-1では、コンデンサ33の負側端子の電位が印加されるヒートシンク141-1,145-1で挟むように回路構造体130-1を構成することによって、回路構造体130-1の両端のヒートシンク141-1,145-1の電位をほぼ一定の低い電位に維持することできる。したがって、フレーム160との絶縁構造を省略することができるので、装置の小型化、省スペース化が可能になる。
図7(a)は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な構成図である。図7(b)は、図7(a)の構成を実体的に表した模式的な等価回路図である。
本実施形態では、第1の実施形態のスタックを構成する回路構造体と比較例のスタックを構成する回路構造体とを組み合わせることによって、いずれの回路構造体ともフレーム160との絶縁構造を省略することができる。なお、回路構造体130-1は、図5(a)の回路構造体130-1と同じ構成を有し、回路構造体130X-2は、図6(a)の回路構造体130X-2と同じ構成を有している。
本実施形態では、複数の回路構造体をカスケード接続してスタックに組み込む場合に、第1の実施形態のスタックを構成する回路構造体130-1と、その比較例のスタックを構成する回路構造体130X-2を交互に接続することによって、両端のヒートシンクの電位をコンデンサ33の負側端子Nの電位とすることができる。そのため、フレーム160をコンデンサ33の負側端子Nの電位とした場合に、ヒートシンクとの間の絶縁構造を省略することができ、スタックのより一層の小型化、省スペース化が可能になる。
Claims (3)
- 導電性を有する第1ヒートシンクおよび第2ヒートシンクと、前記第1ヒートシンクと前記第2ヒートシンクとの間に設けられた第1回路構造体と、を含むスタックと、
前記第1回路構造体に電気的に接続された第1コンデンサと、
を含む電力変換部を備え、
前記第1回路構造体は、
第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子に直列に接続された第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子に逆並列に接続された第1ダイオードと、
前記第2スイッチング素子に逆並列に接続された第2ダイオードと、
を含み、
前記第1回路構造体では、前記第2スイッチング素子のコレクタ端子上に前記第1ダイオードのアノード端子が設けられ、前記第1ダイオードのカソード端子上に前記第1スイッチング素子のコレクタ端子が設けられ、前記第1スイッチング素子のエミッタ端子上に前記第2ダイオードのカソード端子が設けられた直列接続体が設けられ、
前記第1コンデンサは、前記第2スイッチング素子のエミッタ端子と前記第1ダイオードのカソード端子との間に接続され、
前記第1ヒートシンクおよび前記第2ヒートシンクは、前記スタックおよび前記第1コンデンサを収納する筐体内に設けられた導電性を有するフレームの電位に等しい電位とされた電力変換装置。 - 前記スタックは、2つの前記第1回路構造体と、前記第1ヒートシンクおよび前記第2ヒートシンクから電気的に分離された導電性を有する第3ヒートシンクおよび第4ヒートシンクと、を含み、
前記2つの第1回路構造体のうちの1つは、前記第1ヒートシンクと前記第2ヒートシンクとの間に設けられ、
前記2つの第1回路構造体のうちの他の1つは、前記第3ヒートシンクと前記第4ヒートシンクとの間に設けられ、
前記2つの第1回路構造体は、カスケードに接続された請求項1記載の電力変換装置。
- 前記スタックは、
導電性を有する第3ヒートシンクおよび第4ヒートシンクと、
前記第3ヒートシンクと前記第4ヒートシンクとの間に設けられた第2回路構造体と、
を含み、
前記電力変換部は、前記第2回路構造体に電気的に接続された第2コンデンサを含み、
前記第2回路構造体は、
第3スイッチング素子と、
前記第3スイッチング素子に直列に接続された第4スイッチング素子と、
前記第3スイッチング素子に逆並列に接続された第3ダイオードと、
前記第4スイッチング素子に逆並列に接続された第4ダイオードと、
を含み、
前記第2回路構造体では、前記第4ダイオードのアノード端子上には前記第4スイッチング素子のエミッタ端子が設けられ、前記第4スイッチング素子のコレクタ端子上には前記第3スイッチング素子のエミッタ端子が設けられ、前記第3スイッチング素子のコレクタ端子上には前記第3ダイオードのカソード端子が設けられ、
前記第2コンデンサは、前記第4スイッチング素子のエミッタ端子と前記第3スイッチング素子のコレクタ端子との間に接続され、
前記第2回路構造体は、前記第1回路構造体にカスケード接続された請求項1記載の電力変換装置。
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JP2013099087A (ja) | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 電源装置 |
JP2017046550A (ja) | 2015-08-28 | 2017-03-02 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置 |
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