WO2016047164A1 - 電力変換ユニットおよび電力変換装置 - Google Patents

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WO2016047164A1
WO2016047164A1 PCT/JP2015/056027 JP2015056027W WO2016047164A1 WO 2016047164 A1 WO2016047164 A1 WO 2016047164A1 JP 2015056027 W JP2015056027 W JP 2015056027W WO 2016047164 A1 WO2016047164 A1 WO 2016047164A1
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negative electrode
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幸男 服部
央 上妻
徹也 川島
彬 三間
大輔 松元
馬淵　雄一
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株式会社日立製作所
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    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads

Definitions

  • the present invention relates to a circuit for power conversion.
  • the switching operation is speeded up and the loss in the power semiconductor is reduced by the technological innovation of the power semiconductor used for the power semiconductor module which is the main component.
  • the cooler for cooling the power semiconductor module can be miniaturized, and as a result, miniaturization of the power conversion device is realized.
  • a UPS Uninterruptible Power Supply
  • a UPS Uninterruptible Power Supply
  • power semiconductor modules constituting a power conversion circuit in a power conversion device are connected in parallel and used in order to output a rated current, it is desirable that currents flowing in the respective power semiconductor modules be balanced.
  • a power converter which balances the current flowing to power semiconductor modules connected in parallel.
  • Patent Document 1 a plurality of power semiconductor modules are arranged in parallel to one another in the side direction with respect to the arrangement direction of the terminal portions provided in the power semiconductor modules.
  • the plurality of power semiconductor modules are connected by an AC conductor and a multilayer laminate formed of a positive electrode conductor and a negative electrode conductor. Further, by providing the notch formation portion in the AC conductor, the current flowing to each power semiconductor module is balanced.
  • the terminal arrangement direction is the vertical direction of the power conversion device, for example, because heavy components such as a reactor connected to the power conversion device are disposed below the power conversion device.
  • the plurality of power semiconductor modules are horizontally arranged, and the width direction of the power conversion device becomes large. As a result, the installation area of the power converter is increased.
  • a power conversion unit includes a circuit connection portion including a positive electrode conductor having an external positive electrode terminal, a negative electrode conductor having an external negative electrode terminal, and an AC conductor having an external AC terminal.
  • a first power semiconductor module connected to the positive electrode conductor, the negative electrode conductor, and the alternating current conductor, a second power semiconductor module connected to the positive electrode conductor, the negative electrode conductor, and the alternating current conductor, and the positive electrode conductor And a capacitor connected to the negative electrode conductor.
  • the first power semiconductor module includes a first positive terminal connected to the positive conductor and a first direct current terminal having a first negative terminal connected to the negative conductor, and a first connected to the alternating current conductor
  • the second power semiconductor module includes a second direct current terminal having a second positive electrode terminal connected to the positive electrode conductor and a second negative electrode terminal connected to the negative electrode conductor;
  • An external direct current including a second alternating current terminal to be connected, the external alternating current terminal, the first power semiconductor module, the second power semiconductor module, the capacitor, the external positive electrode terminal, and the external negative electrode terminal
  • the terminals are arranged on a straight line extending in the longitudinal direction of the circuit connection portion, the external AC terminal is provided at one end of the circuit connection portion in the longitudinal direction, and the external DC terminal is It provided in the longitudinal direction of the other end of the road connection.
  • the installation area of a power conversion device including a plurality of power semiconductor modules connected in parallel can be reduced.
  • FIG. 7 shows a circuit configuration of converter 11.
  • 7 shows a circuit configuration of an inverter 12.
  • 5 shows a circuit configuration of a step-up chopper 13;
  • the structure of the power conversion unit 101 is shown.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a power conversion unit 101.
  • FIG. 6 is a right side view showing the configuration of power conversion unit 101.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the configuration of the front surface of power conversion unit 101.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing the configuration of the back of power conversion unit 101.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a configuration of a front surface of main circuit bus bar assembly 151.
  • FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of the back surface of the main circuit bus bar assembly 151.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view showing a configuration of a front surface of main circuit bus bar assembly 151.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view showing the configuration of the back surface of the main circuit bus bar assembly 151.
  • FIG. 17 is a diagram showing a current path from external AC terminal 154T to fuse connection 159 of a negative electrode in main circuit bus bar assembly 151.
  • FIG. 17 is a diagram showing a current path from fuse connection 158 at the positive electrode of main circuit bus bar assembly 151 to external AC terminal 154T. It is a perspective view which shows the structure of the power conversion part 2a. It is a front view which shows the structure of the power conversion part 2a.
  • a UPS Uninterruptible Power Supply
  • UPS Uninterruptible Power Supply
  • FIG. 1 shows the configuration of the UPS of the embodiment.
  • the UPS 2 uses a continuous inverter power supply method capable of continuing the power supply without interruption upon a power failure.
  • the present invention is not limited to the constant inverter power supply method, but can also be applied to other methods such as a constant commercial power supply method.
  • the three-phase alternating current commercial power supply 3 supplies power to the load 4 via the converter 11 and the inverter 12 during normal operation.
  • converter 11 converts commercial power supply 3 of three-phase alternating current into direct current voltage 5 and supplies it to inverter 12.
  • Inverter 12 converts DC voltage 5 into three-phase AC power 6.
  • the UPS 2 can supply power to the load 4 without interruption.
  • the total voltage of the storage battery 14 is made sufficiently smaller than the DC voltage applied to the inverter 12 in order to miniaturize the volume of the UPS 2. Therefore, the UPS 2 of the present embodiment is equipped with a step-up chopper 13 that boosts the low-voltage DC voltage output by the discharge of the storage battery 14 to a desired DC voltage 5 and outputs it to the inverter 12.
  • the UPS 2 can also be applied to the UPS 2 having the high voltage storage battery 14 capable of supplying a desired DC voltage without the boost chopper 13 when there is no restriction on the volume.
  • a filter 18 for shaping a sine wave is connected between the commercial power supply 3 and the AC terminal of the converter 11.
  • the filter 18 includes, for each phase, a reactor whose one end is connected in series to the AC terminal of the converter 11 and a capacitor which is connected in parallel to the other end of the reactor.
  • the filter 18 is disposed immediately below the converter 11 because it is a heavy part.
  • a filter 19 is connected between the AC terminal of the inverter 12 and the load 4.
  • the filter 19 includes, for each phase, a reactor whose one end is connected in series to the AC terminal of the converter 11 and a capacitor which is connected in parallel to the other end of the reactor.
  • the filter 19 is disposed immediately below the inverter 12 because it is a heavy part.
  • a reactor 15 is connected between the storage battery 14 and the AC terminal of the step-up chopper 13. The reactor 15 is a heavy part, and therefore, is disposed immediately below the step-up chopper 13.
  • the converter 11, the inverter 12, and the boost chopper 13 are collectively referred to as a power conversion unit 2a.
  • the UPS 2 may further have a cooling mechanism for air cooling the power conversion unit 2a.
  • the bypass circuit 17 bypasses the power conversion unit 2 a according to the instruction, and directly connects the commercial power supply 3 and the load 4.
  • the maintenance bypass circuit 16 bypasses the power conversion unit 2a and the bypass circuit 17 according to the instruction, and directly connects the commercial power supply 3 and the load 4 for maintenance of the power conversion unit 2a and the bypass circuit 17.
  • FIG. 2 shows a circuit configuration of the converter 11.
  • Three-phase AC power from the commercial power source 3 is supplied to the AC terminals R, S and T of the converter 11, and in each phase of R, S and T, the switching element 21 and the rectifying element 23 of the upper arm and the lower arm It is rectified by the switching element 22 and the rectifying element 24 and the capacitor group 120, and is outputted to the DC terminals P and N.
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • diodes are used as the rectifying elements 23 and 24.
  • the present invention is not limited thereto, and other types of elements can be applied. is there.
  • FIG. 3 shows a circuit configuration of the inverter 12.
  • DC voltage 5 converted by converter 11 or step-up chopper 13 is supplied to DC terminals P and N of inverter 12, and in each phase of U, V and W, switching element 21 and rectifying element 23 of the upper arm AC power 6 is converted by the switching element 22 and the rectifying element 24 of the arm, and the capacitor group 120, and is output to the AC terminals U, V, W.
  • the three-phase alternating current output from the alternating current terminals U, V, W is supplied to the load 4.
  • FIG. 4 shows a circuit configuration of the boost chopper 13.
  • the output of the storage battery 14 is supplied to the input terminal Bat of the reactor 15. While the switching element 22 of the lower arm is ON, energy is stored in the reactor 15 connected between the input terminal Bat and the AC terminal C. Next, when the switching element 22 of the lower arm is turned off, the rectifying element 23 of the upper arm is turned on by the counter electromotive voltage generated by the reactor 15. Thereby, the addition voltage of the DC voltage output from the storage battery 14 and the back electromotive voltage of the reactor 15 appears at the output terminals P and N of the step-up chopper 13, and the boosted DC voltage is output.
  • each of the converter 11, the inverter 12, and the step-up chopper 13 mounted on the UPS 2 of this embodiment includes the switching element 21 and the rectifying element 23 of the upper arm, the switching element 22 of the lower arm, and the rectification.
  • At least one basic circuit including a power semiconductor module group 110 which is a two-level half bridge circuit in which elements 24 are connected in series, a capacitor group 120, a positive side fuse 131, and a negative side fuse 132 Have.
  • a conversion circuit of three or more levels may be used instead of the two-level half bridge circuit.
  • the basic circuit is realized by the power conversion unit 101, and the converter 11, the inverter 12, and the boost chopper 13 are realized by the combination of the power conversion units 101.
  • the types of parts used for the power conversion unit 2a can be made common, and the assembly and maintenance of the power conversion unit 2a can be facilitated.
  • FIG. 5 shows the configuration of the power conversion unit 101.
  • power semiconductor module group 110 is realized by connecting in parallel a 2 in 1 type first power semiconductor module 111 and a second power semiconductor module 112, which respectively constitute upper and lower arms. Furthermore, the capacitor group 120 is realized by connecting the first capacitor 121 and the second capacitor 122 in parallel. Thereby, power semiconductor module group 110 and capacitor group 120 according to the electric power required for power conversion unit 101 can be realized using a plurality of power semiconductor modules and a plurality of capacitors.
  • the fuse 131 is connected in series to the positive electrode side of the power semiconductor module group 110 and the capacitor group 120, and the fuse 132 is connected in series to the negative electrode side.
  • the second terminal 131 b of the positive side fuse 131 corresponds to the P terminal of the converter 11, the inverter 12, and the step-up chopper 13.
  • the second terminal 132 b of the negative side fuse 132 corresponds to the N terminal in the converter 11, the inverter 12, and the step-up chopper 13.
  • the power conversion unit 101 having the fuses 131 and 132 can improve the reliability of the power conversion unit 101 at the time of a short circuit failure. Note that one or both of the fuses 131 and 132 may be omitted, for example, when the power conversion unit 101 is disconnected by a circuit breaker.
  • Each of the power semiconductor modules 111 and 112 has the switching element 21 and the rectifying element 23 of the upper arm, and the switching element 22 and the rectifying element 24 of the lower arm.
  • the upper and lower arms of each of the power semiconductor modules 111 and 112 are connected to the external AC terminal 154T.
  • the gate terminal of the switching element 21 of the upper arm of each of the power semiconductor modules 111 and 112 is connected to the gate terminal 111g.
  • the gate terminal of the switching element 22 of the lower arm of each of the power semiconductor modules 111 and 112 is connected to the gate terminal 112g.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the power conversion unit 101. As shown in FIG.
  • the coordinates of the UPS 2 are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis.
  • the Y-axis direction indicates the front of the UPS 2
  • the Z-axis direction indicates the upper side of the UPS 2
  • the X-axis direction indicates the left of the UPS 2.
  • one terminal is provided in the rear (-Y) direction
  • the other terminal is provided in the front (+ Y) direction.
  • fuses 131 and 132 are arranged in the front (+ Y) direction with respect to main circuit bus bar assembly 151.
  • the first terminal 131a of the positive side fuse 131 and the first terminal 132a of the negative side fuse 132 face rearward (-Y) and are connected to the main circuit bus bar assembly 151 by the mounting screw 139.
  • the second terminal 131 b of the positive side fuse 131 and the second terminal 132 b of the negative side fuse 132 face in the forward (+ Y) direction.
  • the second terminal 131 b of the positive electrode side fuse 131 and the second terminal of the negative electrode side fuse 132 serve as terminals for connecting the power conversion unit 101 with the other power conversion unit 101. Since the front side of the UPS 2 is located on the front side of the UPS 2, the frontal accessibility at the time of assembly and maintenance is good, and the workability is improved.
  • second terminal 131b of positive-side fuse 131 connected to unit connected bus bar assembly 161 for connection to another power conversion unit 101;
  • the second terminal 132 b of the negative side fuse 132 and the external AC terminal 154 T provided on the main circuit bus bar assembly 151.
  • FIG. 7 is a right side view showing the configuration of power conversion unit 101. As shown in FIG.
  • Power conversion unit 101 includes a power semiconductor module group 110, a capacitor group 120, fuses 131 and 132, and a main circuit bus bar assembly 151 electrically connecting them.
  • the air-cooling fins 113 are provided on the back surface (-Y direction) of the power semiconductor module group 110 to cool the power semiconductor module group 110. Then, they are arranged in the order of the power semiconductor module group 110, the capacitor group 120, and the fuses 131 and 132 in the downward (-Z) direction.
  • the housing is designed such that the air for air cooling the air cooling fins 113 flows in the upward (+ Z) direction, and a cooling mechanism is provided.
  • the air cooling fins 113 are located on the downwind side of the air path with respect to the capacitor group 120, that is, on the upper (+ Z) side. It is to prevent it. Further, the fuses 131 and 132 are efficiently cooled by arranging the fuses 131 and 132 having a large amount of heat generation on the windward side.
  • the air cooling fins 113 are disposed in the -Y direction of the power semiconductor module group 110. For example, when the air passage is in the -Y direction, the air cooling fins 113 are in the + Z direction The installation direction of the air cooling fins 113 is determined according to the air path, such as installation.
  • the parasitic inductance formed in the main circuit bus bar assembly 151 connecting the power semiconductor module group 110 and the capacitor group 120 can be reduced, and the surge voltage generated at the time of switching Because the impedance from the power semiconductor module group 110 in its own power conversion unit 101 to the capacitor group 120 in the adjacent power conversion unit 101 can be minimized, the capacitor group of its own power conversion unit 101 can be reduced. Since not only 120 but also the capacitor group 120 of other power conversion units 101 can be effectively used, as a result, the capacity of the capacitor group used per one power conversion unit 101 can be reduced. 1 of the volume can be reduced.
  • the power semiconductor module group 110 and the capacitor group 120 having terminals protruding in the forward (+ Y) direction are arranged in the rear ( ⁇ Y) direction with respect to the main circuit bus bar assembly 151.
  • all the terminals of the power semiconductor module group 110 and the capacitor group 120 are located on the front face, and the work such as inspection of the terminal part at the time of maintenance or attachment and removal becomes easy.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing the configuration of the front surface of power conversion unit 101
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing the configuration of the back surface of power conversion unit 101. As shown in FIG.
  • power semiconductor modules 111 and 112 are mounted on power semiconductor module group 110 in parallel.
  • the number of parallel power semiconductor modules in power conversion unit 101 is based on the type of minimum power consumption in the lineup of UPS and other power conversion devices using power conversion unit 101, and the minimum necessary number of powers that can be tolerated. It is good to make it a parallel number. This is because it is possible to satisfy a desired amount of power by parallelizing the power conversion unit 101 for models that require higher power. In the present embodiment, the number of parallel power semiconductor modules is two in consideration of the above points.
  • the power semiconductor modules 111 and 112 are respectively provided with positive terminals 111p and 112p, negative terminals 111n and 112n, AC terminals 111ac and 112ac, and control terminal groups 111d and 112d.
  • Each of control terminal groups 111d and 112d includes gate terminals 111g and 112g.
  • Each of positive electrode terminals 111 p and 112 p in power semiconductor module group 110 is connected to a connection terminal 152 p of the positive electrode in main circuit bus bar assembly 151.
  • Each of the negative electrode terminals 111 n and 112 n in the power semiconductor module group 110 is connected to the connection terminal 153 n of the negative electrode in the main circuit bus bar assembly 151.
  • Each of the AC terminals 111ac and 112ac in the power semiconductor module group 110 is connected to a connection terminal 154ac connected to the external AC terminal 154T.
  • the positive electrode terminals 111 p and 112 p, the negative electrode terminals 111 n and 112 n, and the AC terminals 111 ac and 112 ac are connected to the main circuit bus bar assembly 151 using a bonding method such as welding. In addition, these may be connected by a screw or a clip.
  • the arrangement of the positive electrode terminal 112p and the negative electrode terminal 112n of the other power semiconductor module 112 is reversed with respect to the arrangement of the positive electrode terminal 111p and the negative electrode terminal 111n aligned in the X-axis direction of one power semiconductor module 111.
  • the positive electrode terminal 111 p and the negative electrode terminal 111 n in the power semiconductor module 111 are brought close to face each other, and the positive electrode terminal 112 p and the negative electrode terminal 112 n in the power semiconductor module 112 are brought close to each other. That is, the power semiconductor module 112 is inverted with respect to the power semiconductor module 111 in the XZ plane. With such an arrangement, the difference in impedance between the power semiconductor modules 111 and 112 and the capacitors 121 and 122 is reduced to balance the current flowing between the power semiconductor module 111 and the power semiconductor module 112. I am improving.
  • the positive electrode terminal 121 p and the negative electrode terminal 121 n of the capacitor 121 are attached to the capacitor connection portion 156 provided in the main circuit bus bar assembly 151 using the capacitor attachment screw 129.
  • the positive electrode terminal 122 p and the negative electrode terminal 122 n of the capacitor 122 are attached to the capacitor connection portion 157 provided in the main circuit bus bar assembly 151 using the capacitor mounting screw 129.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the front surface of the main circuit bus bar assembly 151
  • FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the back surface of the main circuit bus bar assembly 151. As shown in FIG.
  • Capacitor connection portions 156p and 156n are provided on the back surface of the capacitor connection portion 156, and capacitor connection portions 157p and 157n are provided on the back surface of the capacitor connection portion 157.
  • Capacitor mounting screw connections 156pf and 156nf are provided on the main circuit bus bar assembly 151 opposite to the capacitor connections 156p and 156n, and capacitors are connected on the opposite side of the capacitor connection 157p and 157n to the main circuit bus bar assembly 151.
  • Mounting screw connection portions 157 pf and 157 nf are provided.
  • Each of the positive electrode terminal 121p and the negative electrode terminal 121n of the capacitor 121 is fixed to the back surface of the capacitor connection portion 156 using the capacitor mounting screw 129 on the front surface of the capacitor connection portion 156.
  • each of the positive electrode terminal 121p and the negative electrode terminal 121n of the capacitor 121 is in contact with the capacitor connection portions 156p and 156n
  • each of the capacitor attachment screws 129 is in contact with the capacitor attachment screw connection portions 156pf and 156nf.
  • each of the positive electrode terminal 122 p and the negative electrode terminal 122 n of the capacitor 122 is fixed to the back surface of the capacitor connection portion 157 using the capacitor mounting screw 129 on the front surface of the capacitor connection portion 157.
  • each of the positive electrode terminal 122p and the negative electrode terminal 122n of the capacitor 122 is in contact with the capacitor connection portions 157p and 157n, and each of the capacitor attachment screws 129 is in contact with the capacitor attachment screw connection portions 157pf and 157nf.
  • Fuse connection parts 158 and 159 are provided on the front surface of main circuit bus bar assembly 151, and fuse attachment screw connection parts 158b and 159b are provided on the opposite side of fuse connection parts 158 and 159 to main circuit bus bar assembly 151, respectively.
  • the first terminal 131a of the positive electrode side fuse 131 is fixed to the front surface of the fuse connection portion 158 using the fuse mounting screw 139 on the back surface of the fuse mounting screw connection portion 158b.
  • the first terminal 131a of the positive electrode side fuse 131 contacts the fuse connection portion 158
  • the fuse attachment screw 139 contacts the fuse attachment screw connection portion 158b.
  • the first terminal 132a of the negative side fuse 132 is fixed to the front surface of the fuse connection portion 159 using the fuse mounting screw 139 on the back surface of the fuse mounting screw connection portion 159b.
  • the first terminal 132a of the negative side fuse 132 contacts the fuse connection portion 159
  • the fuse attachment screw 139 contacts the fuse attachment screw connection portion 159b.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view showing the configuration of the front surface of the main circuit bus bar assembly 151
  • FIG. 13 is an exploded perspective view showing the configuration of the back surface of the main circuit bus bar assembly 151.
  • the main circuit bus bar assembly 151 includes a positive electrode conductor 152, a negative electrode conductor 153, an AC conductor 154, and an insulator 155.
  • the positive electrode conductor 152, the negative electrode conductor 153, and the alternating current conductor 154 are flat.
  • positive electrode conductor 152 and negative electrode conductor 153 are stacked via insulator 155 so that the facing surfaces are parallel and close to each other. ing. Thereby, current ripple and impedance in main circuit bus bar assembly 151 can be reduced, and a surge voltage generated at the time of switching can be reduced.
  • the insulator 155 covers most of the stacked positive conductor 152, the negative conductor 153, and the alternating current conductor 154 so as to maintain a predetermined insulation distance.
  • the conductor surfaces of the front and back surfaces of the main circuit bus bar assembly 151 may be exposed as long as a predetermined insulation distance is maintained.
  • an insulating resin or the like having high fluidity is used as the insulator 155.
  • the alternating current conductor 154, the positive electrode conductor 152, and the negative electrode conductor 153 are arranged in the order of the rear (-Y) direction, among these conductors, the positive electrode conductor 152 and the negative electrode conductor 153 are the most If they are arranged close to each other, changing the arrangement order of these conductors does not affect the parasitic inductance.
  • These conductors are formed by processing such as cutting out and bending from a single conductor plate using a material with high conductivity such as copper or aluminum.
  • the positive electrode conductor 152 will be described as an example.
  • the formation method is based on a single conductor plate, leaving all the portions serving as connection terminals 152p for connection to the positive electrode terminals 111p and 112p in the plane of the conductor plate, and all terminals 111p of the power semiconductor modules 111 and 112. , 111 n, 111 ac, 111 d, 112 p, 112 n, 112 ac, and 112 d are cut out to form an opening 152 h. Then, the portion to be the connection terminal 152p left in the plane of the conductor plate is bent 90 degrees in the forward (+ Y) direction to form the connection terminal 152p.
  • the above formation method is the same for the negative electrode conductor 153 and the alternating current conductor 154.
  • Positive electrode conductor 152 includes two connection terminals 152 p connected to positive electrode terminals 111 p and 112 p of power semiconductor module group 110, respectively.
  • Negative electrode conductor 153 includes two connection terminals 153 n respectively connected to negative terminals 111 n and 112 n of power semiconductor module group 110.
  • AC conductor 154 includes two connection terminals 154 ac connected to AC terminals 111 ac and 112 ac of power semiconductor module group 110, and an external AC terminal 154 T connected to the outside.
  • capacitor connection portions 156 and 157 At capacitor connection points 156 and 157, negative terminals 121 n and 122 n of capacitors 121 and 122 abut on capacitor connection portions 156 n and 157 n provided on the back surface of negative electrode conductor 153. Furthermore, a capacitor connection portion 156p projecting in the rear (-Y) direction from the positive electrode conductor 152 such that the positive electrode terminals 121p and 122p of the capacitors 121 and 122 abut the conductor on the same imaginary plane as the back surface of the negative electrode conductor 153 And 157p are provided.
  • the capacitor connection portions 156p and 157p are separate from the positive electrode conductor 152, and are connected to the positive electrode conductor 152 by means such as brazing or soldering.
  • the capacitor connection portions 156p and 157p can also be manufactured by means of cutting so that the capacitor connection portions 156p and 157p are left protruding from a single conductor plate, or by means of casting such as die casting.
  • the capacitor connection portions 156 p and 157 p are provided with holes for passing the capacitor mounting screws 129. Then, in order to prevent the protruding positive electrode capacitor connection portions 156p and 157p from coming into contact with the negative electrode conductor 153, the negative electrode conductor 153 is provided with openings 156h and 157h.
  • capacitor connection screw 129 for fixing each of positive electrode terminal 121p of capacitor 121 and positive electrode terminal 122p of capacitor 122 is provided on the front surface of positive electrode conductor 152pf. Abut on 157 pf. Furthermore, the capacitor mounting screw 129 for fixing each of the negative electrode terminal 121 n of the capacitor 121 and the negative electrode terminal 122 n of the capacitor 122 abuts on the conductor in the same virtual plane as the front surface of the positive electrode conductor 152. Capacitor connection portions 156 nf and 157 nf that project in the (+ Y) direction are provided.
  • the capacitor connection portions 156nf and 157nf are separate from the negative electrode conductor 153, and are connected to the negative electrode conductor 153 by the same means as the capacitor connection portions 156p and 157p.
  • the capacitor connection portions 156 nf and 157 nf are provided with holes for passing the capacitor mounting screws 129. Then, in order to prevent the protruding negative electrode capacitor connection portions 156nf and 157nf from contacting the positive electrode conductor 152, the positive electrode conductor 152 is provided with openings 156h and 157h.
  • the first terminal 131 a of the positive side fuse 131 abuts on the fuse connection portion 158 provided on the front surface of the positive electrode conductor 152. Furthermore, the first terminal 132a of the negative electrode side fuse 132 projects from the negative electrode conductor 153 in the forward (+ Y) direction so that the first terminal 132a of the negative electrode side fuse 132 abuts the conductor on the same virtual plane (second virtual plane) as the front surface of the positive electrode conductor 152 A fuse connection 159 is provided.
  • the fuse connection portion 159 is separate from the negative electrode conductor 153, and is connected to the negative electrode conductor 153 by the same means as the capacitor connection portions 156p and 157p.
  • the fuse connection portion 159 is provided with a hole for passing the fuse attachment screw 139. Then, in order to prevent the protruding negative electrode fuse connection portion 159 from contacting the positive electrode conductor 152, the positive electrode conductor 152 is provided with an opening 159h.
  • a fuse connection is provided on the rear surface of the negative electrode conductor 153 with a fuse mounting screw 139 for fixing the first terminal 132a of the negative side fuse 132. It abuts on the portion 158. Furthermore, the rear (-Y) direction from the negative electrode conductor 153 is such that the fuse mounting screw 139 for fixing the first terminal 131a of the positive electrode side fuse 131 abuts the conductor on the same imaginary plane as the rear surface of the negative electrode conductor 153 A fuse connection portion 158 b protruding to the bottom is provided.
  • the fuse connection portion 158 b is separate from the positive electrode conductor 152, and is connected to the positive electrode conductor 152 by the same means as the capacitor connection portions 156 p and 157 p.
  • the fuse connection portion 158 b is provided with a hole for passing the fuse attachment screw 139. Then, in order to prevent the protruding positive electrode fuse connection portion 158 b from coming into contact with the negative electrode conductor 153, an opening portion 158 h is provided in the negative electrode conductor 153.
  • the external AC terminal 154T, the power semiconductor module 111, the power semiconductor module 112, the capacitor 121, the capacitor 122, and the fuse connection portions 158 and 159 are arranged in order
  • the size in the horizontal direction (X direction and Y direction) of the power conversion unit 101 can be reduced.
  • the power semiconductor modules 111 and 112 in the present embodiment have the same structure, and the length in the Z direction is longer than the length in the X direction.
  • the power semiconductor module 112 is disposed adjacent to the power semiconductor module 111 in the lower direction ( ⁇ Z direction). Thereby, the size in the X direction of power conversion unit 101 can be reduced as compared to the case where two power semiconductor modules are arranged horizontally.
  • the longitudinal direction of the power semiconductor modules 111 and 112 is oriented in the longitudinal direction of the main circuit bus bar assembly 151.
  • the distance between the terminals is longer than the width (length in the X direction) of each of the power semiconductor modules 111 and 112. Further, in the present embodiment, the distance between the terminals is larger than the width (the length in the short direction, the length in the X direction) of the main circuit bus bar assembly 151. Thereby, the size in the X direction of power conversion unit 101 can be reduced.
  • the installation area of the power conversion device such as the UPS 2 can be reduced.
  • FIG. 14 is a diagram showing a path of current from external AC terminal 154T in main circuit bus bar assembly 151 to fuse connection portion 159 at the negative electrode.
  • an external AC terminal 154T existing in the longitudinal direction of the main circuit bus bar assembly 151, an AC terminal 111ac of the first power semiconductor module 111, positive and negative terminals 111p and 111n of the first power semiconductor module 111, and a second power. Sections are provided as segments h 1 to h 5 at the positions of the positive and negative terminals 112 p and 112 n of the semiconductor module 112, the AC terminal 112 ac of the second power semiconductor module 112, and the fuse connection portion 158 or 159.
  • impedance of the power semiconductor module 111 is equal to the impedance Z M.
  • the impedance Z 1 of the path 1 and the impedance Z 2 of the path 2 are expressed by the following equations using h 1 to h 5 .
  • the impedance unbalance Z 2 -Z 1 is expressed by the following equation.
  • the unbalance of the impedance of the path 1 and the path 2 at the time of steady state is determined by the unbalance h 2 + h 4 of the path length.
  • the imbalance in the path length is caused by the fact that the power semiconductor modules 112 are arranged in an inverted manner with respect to the power semiconductor modules 111.
  • path length unbalance h 2 + h 4 is sufficient compared to total path length It will be good if it is small. That is, the following relational expression is obtained.
  • h 2 + h 4 is sufficiently smaller than a value obtained by subtracting h 2 + h 4 from the distance from external AC terminal 154T to fuse connection portions 158 and 159.
  • equation (4) means that h 1 and h 5 should be sufficiently long compared to h 2 and h 4 .
  • the thickness of the positive electrode conductor 152 is equal to the thickness of the negative electrode conductor 153
  • the thickness of the alternating current conductor 154 is n times the thickness of the positive electrode conductor 152 and the negative electrode conductor 153.
  • the impedance Z 1 of the path 1 and the impedance Z 2 of the path 2 are expressed by the following equations.
  • n for making Z 1 and Z 2 equal is represented by the following equation.
  • the impedance imbalance can be suppressed by setting the ratio of the thickness of the AC conductor 154 to the thickness of the positive electrode conductor 152 and the negative electrode conductor 153 to n represented by the equation (7). Current imbalance between path 1 and path 2 can be prevented.
  • FIG. 15 is a diagram showing a current path from fuse connection 158 at the positive electrode of main circuit bus bar assembly 151 to external AC terminal 154T.
  • the condition of the length of each section in the case where the thicknesses of the positive electrode conductor 152, the negative electrode conductor 153, and the alternating current conductor 154 are equal to each other is the above-mentioned equation (4). Moreover, the conditions in the case of making thickness of alternating current conductor 154 differ with respect to the thickness of the positive electrode conductor 152 and the negative electrode conductor 153 become said Formula (7).
  • FIG. 16 is a perspective view showing a configuration of power conversion unit 2a.
  • the power conversion unit 2a is provided in a housing (not shown) of the UPS 2, and the Y-axis direction of the power conversion unit 2a, that is, a front door of the UPS 2 ) Are provided. By opening the open / close door, the front surface of the power conversion unit 2a can be easily accessed.
  • Power converter 2a includes a plurality of power conversion units 101 arranged in the X-axis direction.
  • Converter 11 includes three power conversion units 101 respectively corresponding to three phases of the commercial power supply.
  • inverter 12 includes three power conversion units 101 respectively corresponding to three phases.
  • the boost chopper 13 includes two power conversion units 101 connected in parallel.
  • the boost chopper 13 may be one power conversion unit 101.
  • N power conversion units 101 are connected in parallel to increase the allowable power N times. ing.
  • each of the converter 11 and the inverter 12 may have one or more power conversion units 101 connected in parallel as necessary.
  • a plurality of power conversion units 101 in power conversion unit 2 a are connected in parallel via unit connection bus bar assembly 161.
  • the longitudinal direction of each of the plurality of power conversion units 101 is the Z direction, and the plurality of power conversion units 101 are arranged in the X direction.
  • the longitudinal direction of unit connection bus bar assembly 161 is the X direction, and unit connection bus bar assembly 161 is arranged in the + Y direction of the plurality of power conversion units 101. That is, the longitudinal direction of each of the plurality of power conversion units 101 intersects with the longitudinal direction of unit connection bus bar assembly 161. Thereby, the plurality of power conversion units 101 can be efficiently arranged in a limited volume.
  • a mounting screw 169 is used for the second terminal 131b of the positive side fuse 131 and the second terminal 132b of the negative side fuse 132 provided on the front of the lower part of each power conversion unit 101 using the unit connection bus bar assembly 161 is assembled.
  • FIG. 17 is a front view showing a configuration of power conversion unit 2a.
  • the external AC terminals 154 T provided at the upper ends of the plurality of power conversion units 101 are R, S and T terminals of the converter 11, U, V and W terminals of the inverter 12, C and C terminals of the boost chopper 13 ( Common) corresponding.
  • the upper terminal is P terminal of converter 11, inverter 12 and boost chopper 13
  • the lower terminal is N of converter 11, inverter 12 and boost chopper 13. Corresponds to the terminal.
  • the unit connection bus bar assembly 161 connecting the power conversion unit 101 and the terminal group of the power semiconductor module included in the power conversion unit 101 and the capacitor terminals and the fuse terminals are present on the front of the power conversion device.
  • the front accessibility at the time of maintenance is good, and the workability is improved.
  • a method of manufacturing power converter 2a will be described.
  • the manufacturer arranges the plurality of power conversion units 101 in the + X direction, and arranges the unit connection bus bar assembly 161 with respect to the plurality of power conversion units 101 in the + Y direction.
  • the manufacturer connects the plurality of positive electrode conductors 152 respectively included in the plurality of power conversion units 101 via the positive electrode conductors 162 included in the unit connection bus bar assembly 161, and is respectively included in the plurality of power conversion units 101.
  • the plurality of negative electrode conductors 153 are connected via the negative electrode conductor 163 included in the unit connection bus bar assembly 161. Thereby, power converter 2a can be manufactured.
  • converter 11, inverter 12, step-up chopper 13 and the like can be manufactured using a plurality of power conversion units 101. Furthermore, the manufacturer can manufacture the UPS 2 by connecting the storage battery 14, the maintenance bypass circuit 16, the bypass circuit 17 and the like to the plurality of AC terminals 154T respectively included in the plurality of power conversion units 101.
  • Power conversion unit 101 includes, in order from top to bottom (in the -Z direction), an external DC terminal group including an external positive electrode terminal and an external negative electrode terminal, a power semiconductor module 111, and a power semiconductor module 112.
  • the capacitor 121, the capacitor 122, and the external AC terminal 154T may be disposed.
  • an external DC terminal group is provided at the upper end of the main circuit bus bar assembly 151
  • an external AC terminal 154T is provided at the lower end of the main circuit bus bar assembly 151.
  • the weight parts such as a reactor connected to the external AC terminal 154T are disposed below the power conversion unit 101, thereby shortening the distance between the external AC terminal and the weight parts to keep the impedance low. it can.
  • the power conversion unit corresponds to the power conversion unit 101 or the like.
  • the positive electrode conductor corresponds to the positive electrode conductor 152 or the like.
  • the negative electrode conductor corresponds to the negative electrode conductor 153 or the like.
  • the alternating current conductor corresponds to the alternating current conductor 154 and the like.
  • the circuit connection portion corresponds to the main circuit bus bar assembly 151 or the like.
  • the capacitor corresponds to the capacitor group 120 and the like.
  • the positive electrode connecting conductor corresponds to the positive electrode conductor 162 or the like.
  • the negative electrode connection conductor corresponds to the negative electrode conductor 163 or the like.
  • Two two-level half bridge circuits correspond to the power semiconductor modules 111, 112 and so on.
  • the two capacitors correspond to the capacitors 121, 122 and so on.
  • the positive electrode fuse corresponds to the fuse 131 and the like.
  • the negative electrode fuse corresponds to the fuse 132 and the like.
  • the power conversion device corresponds to the converter 11, the inverter 12, the boost chopper 13, the power conversion unit 2a, the UPS 2, and the like.
  • the first power semiconductor module corresponds to the power semiconductor module 111 or the like.
  • the second power semiconductor module corresponds to the power semiconductor module 112 or the like.
  • the external positive terminal corresponds to the fuse connection portion 158 or the like.
  • the external negative terminal corresponds to the fuse connection portion 159 or the like.
  • the external AC terminal corresponds to the external AC terminal 154T or the like.
  • the first DC terminal corresponds to the positive electrode terminal 111p, the negative electrode terminal 111n, and the like.
  • the first positive electrode terminal corresponds to the positive electrode terminal 111p and the like.
  • the first negative electrode terminal corresponds to the negative electrode terminal 111 n or the like.
  • the first AC terminal corresponds to the AC terminal 111ac or the like.
  • the second DC terminal corresponds to the positive electrode terminal 112p, the negative electrode terminal 112n, and the like.
  • the second positive electrode terminal corresponds to the positive electrode terminal 112p and the like.
  • the second negative electrode terminal corresponds to the negative electrode terminal 112 n or the like.
  • the second AC terminal corresponds to the AC terminal 112ac or the like.
  • the specific direction corresponds to the -Z direction or the like.
  • the arrangement direction corresponds to the X direction or the like.
  • a corresponds to h 2 and so on.
  • b corresponds to h 4 and so on.
  • c corresponds to h 3 and so on.
  • Power converter 2 UPS (Uninterruptible Power Supply)
  • Converter 12 Inverter 13: Boost chopper 101: Power conversion unit 110: Power semiconductor module group 111, 112: Power semiconductor module 113: Air cooling fin 120: capacitor group 121, 122: capacitor 131, 132: fuse 151: main circuit bus bar assembly 152: positive electrode conductor 153: negative electrode conductor 154: alternating current conductor 154T: external alternating current terminal 155: insulator 161: unit connection bus bar assembly 162: positive electrode Conductor 162T: external positive electrode terminal 163: negative electrode conductor 163T: external negative electrode terminal 164: insulator

Abstract

　電力変換装置の設置面積を低減する。　第一パワー半導体モジュール（１１１）及び第二パワー半導体モジュール（１１２）が、それぞれ正極導体（１５２）、負極導体（１５３）及び交流導体（１５４）に接続され、外部交流端子（１５４Ｔ）と、第一パワー半導体モジュールと、第二パワー半導体モジュールと、コンデンサと（１２１，１２２）、外部正極端子及び外部負極端子を含む外部直流端子（１３１ｂ，１３２ｂ）とは、回路接続部の長手方向に延びる直線上に配列され、外部交流端子は、回路接続部の長手方向の一端に設けられ、外部直流端子は、回路接続部の長手方向の他端に設けられる。

Description

電力変換ユニットおよび電力変換装置
　本発明は、電力変換のための回路に関する。
　電力変換装置において、その主要部品であるパワー半導体モジュールに用いられるパワー半導体の技術革新により、スイッチング動作が高速化されており、パワー半導体における損失が低減されている。これにより、パワー半導体モジュールを冷却するための冷却器を小型化することができ、その結果、電力変換装置の小型化が実現されている。特に、電力変換装置を有するＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ、無停電電源装置）は、データセンタ向けに、地価の高い都市近郊に敷設されるため、設置面積が小さいことが望まれている。また、定格電流を出力するために、電力変換装置内の電力変換回路を構成するパワー半導体モジュールを並列接続して使用する場合は、各パワー半導体モジュールに流れる電流が平衡であることが望ましい。
　並列接続されたパワー半導体モジュールに流れる電流を平衡化させる電力変換装置が知られている。特許文献１では、パワー半導体モジュールに備わる端子部の配列方向に対し、複数のパワー半導体モジュールが互いに側面にて平行になるように配列されている。これら複数のパワー半導体モジュールは、正極導体と負極導体から成る多層積層板と、交流導体とにより接続されている。また、交流導体に切り欠き形成部を設けることで、各パワー半導体モジュールに流れる電流を平衡化させている。
特開２０１２－９５４７２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の電力変換装置において、電力変換装置に接続されるリアクトル等の重量部品を電力変換装置の下方に配置する等の理由で、端子配列方向を電力変換装置の上下方向とした場合、複数のパワー半導体モジュールが水平に配列され、電力変換装置の幅方向が大きくなってしまう。これにより、電力変換装置の設置面積を増大させてしまう。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様である電力変換ユニットは、外部正極端子を有する正極導体、外部負極端子を有する負極導体、及び外部交流端子を有する交流導体を含む回路接続部と、前記正極導体、前記負極導体、及び前記交流導体に接続される第一パワー半導体モジュールと、前記正極導体、前記負極導体、及び前記交流導体に接続される第二パワー半導体モジュールと、前記正極導体及び前記負極導体に接続されるコンデンサと、を備える。前記第一パワー半導体モジュールは、前記正極導体に接続される第一正極端子、及び前記負極導体に接続される第一負極端子を有する第一直流端子と、前記交流導体に接続される第一交流端子とを含み、前記第二パワー半導体モジュールは、前記正極導体に接続される第二正極端子、及び前記負極導体に接続される第二負極端子を有する第二直流端子と、前記交流導体に接続される第二交流端子とを含み、前記外部交流端子と、前記第一パワー半導体モジュールと、前記第二パワー半導体モジュールと、前記コンデンサと、前記外部正極端子及び前記外部負極端子を含む外部直流端子とは、前記回路接続部の長手方向に延びる直線上に配列され、前記外部交流端子は、前記回路接続部の長手方向の一端に設けられ、前記外部直流端子は、前記回路接続部の長手方向の他端に設けられる。
　本発明の一態様によれば、並列接続された複数のパワー半導体モジュールを含む電力変換装置の設置面積を低減することができる。
実施例のＵＰＳの構成を示す。 コンバータ１１の回路構成を示す。 インバータ１２の回路構成を示す。 昇圧チョッパ１３の回路構成を示す。 電力変換ユニット１０１の構成を示す。 電力変換ユニット１０１の構成を示す斜視図である。 電力変換ユニット１０１の構成を示す右側面図である。 電力変換ユニット１０１の前面の構成を示す分解斜視図である。 電力変換ユニット１０１の背面の構成を示す分解斜視図である。 主回路バスバーアッセンブリ１５１の前面の構成を示す斜視図である。 主回路バスバーアッセンブリ１５１の背面の構成を示す斜視図である。 主回路バスバーアッセンブリ１５１の前面の構成を示す分解斜視図である。 主回路バスバーアッセンブリ１５１の背面の構成を示す分解斜視図である。 主回路バスバーアッセンブリ１５１における外部交流端子１５４Ｔから負極のヒューズ接続部１５９への電流の経路を示す図である。 主回路バスバーアッセンブリ１５１における正極のヒューズ接続部１５８から外部交流端子１５４Ｔへの電流の経路を示す図である。 電力変換部２ａの構成を示す斜視図である。 電力変換部２ａの構成を示す正面図である。
　以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
　本発明の実施例として、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ、無停電電源装置）について説明する。
　図１は、実施例のＵＰＳの構成を示す。
　このＵＰＳ２は、停電時に無瞬断で電力供給を継続できる常時インバータ給電方式を用いる。なお、本発明は、常時インバータ給電方式に限らず、常時商用給電方式等の他の方式にも適用できる。
　３相交流の商用電源３は、通常運用時において、コンバータ１１とインバータ１２を経由して負荷４へ電力を給電する。ここで、コンバータ１１は、３相交流の商用電源３を直流電圧５に変換してインバータ１２へ供給する。インバータ１２は、直流電圧５を３相交流電力６に変換する。これにより、商用電源３に瞬時電圧低下等の電圧変動が生じた場合でも、コンバータ１１とインバータ１２が制御することで、通常の商用電源と同等の電力を安定して負荷４へ供給できる。
　一方、停電時には、インバータ１２が起動している状態で、蓄電池１４からインバータ１２を介して負荷４へ電力を供給する。これにより、ＵＰＳ２は無瞬断で電力を負荷４へ供給できる。本実施例においては、ＵＰＳ２の体積を小型化するために、蓄電池１４の総電圧は、インバータ１２に印加する直流電圧より十分小さくしている。そのため、本実施例のＵＰＳ２は、蓄電池１４の放電により出力される低圧の直流電圧を所望の直流電圧５まで昇圧させてインバータ１２へ出力する昇圧チョッパ１３を搭載している。なお、ＵＰＳ２は、体積の制約が無い場合、昇圧チョッパ１３を省き、所望の直流電圧を供給できる高圧の蓄電池１４を有するＵＰＳ２にも適用できる。
　商用電源３とコンバータ１１の交流端子の間には、正弦波を整形するためのフィルタ１８が接続されている。フィルタ１８は例えば、各相に対して、一端がコンバータ１１の交流端子に直列に接続されるリアクトルと、リアクトルの他端に並列に接続されるコンデンサとを含む。フィルタ１８は、重量部品であるため、コンバータ１１の直下に配置される。インバータ１２の交流端子と負荷４の間には、フィルタ１９が接続されている。フィルタ１９は例えば、各相に対して、一端がコンバータ１１の交流端子に直列に接続されるリアクトルと、リアクトルの他端に並列に接続されるコンデンサとを含む。フィルタ１９は
、重量部品であるため、インバータ１２の直下に配置される。蓄電池１４と昇圧チョッパ１３の交流端子の間には、リアクトル１５が接続されている。リアクトル１５は、重量部品であるため、昇圧チョッパ１３の直下に配置される。
　以下の説明において、コンバータ１１、インバータ１２、及び昇圧チョッパ１３を合わせて電力変換部２ａと呼ぶ。
　ＵＰＳ２は更に、電力変換部２ａを空冷する冷却機構を有していても良い。
　バイパス回路１７は、指示に応じて電力変換部２ａをバイパスし、商用電源３と負荷４を直接接続する。保守バイパス回路１６は、電力変換部２ａ及びバイパス回路１７の保守のために、指示に応じて、電力変換部２ａ及びバイパス回路１７をバイパスし、商用電源３と負荷４を直接接続する。
　図２は、コンバータ１１の回路構成を示す。
　商用電源３からの３相交流電力は、コンバータ１１の交流端子Ｒ，Ｓ，Ｔに供給され、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相において、上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４と、コンデンサ群１２０とにより整流され、直流端子Ｐ，Ｎへ出力される。本実施例においては、スイッチング素子２１、２２としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、整流素子２３、２４としてダイオードを用いているが、これらに限らず、他の種類の素子を適用することも可能である。
　図３は、インバータ１２の回路構成を示す。
　コンバータ１１または昇圧チョッパ１３により変換された直流電圧５は、インバータ１２の直流端子Ｐ，Ｎに供給され、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相において、上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４と、コンデンサ群１２０とにより交流電力６に変換され、交流端子Ｕ，Ｖ，Ｗへ出力される。交流端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力される３相交流は、負荷４へ供給される。
　図４は、昇圧チョッパ１３の回路構成を示す。
　蓄電池１４の出力は、リアクトル１５の入力端子Ｂａｔへ供給される。下アームのスイッチング素子２２がＯＮしている間に、入力端子Ｂａｔと交流端子Ｃとの間に接続されたリアクトル１５にエネルギーが蓄積される。次に、下アームのスイッチング素子２２がＯＦＦした際に、リアクトル１５が発する逆起電圧により上アームの整流素子２３がＯＮする。これにより、蓄電池１４から出力される直流電圧とリアクトル１５の逆起電圧の加算電圧が、昇圧チョッパ１３の出力端子Ｐ，Ｎに現れ、昇圧された直流電圧が出力される。
　以上に述べたように、本実施例のＵＰＳ２に搭載されるコンバータ１１とインバータ１２と昇圧チョッパ１３とはいずれも、上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４とが直列に接続された２レベルハーフブリッジ回路であるパワー半導体モジュール群１１０と、コンデンサ群１２０と、正極側のヒューズ１３１と、負極側のヒューズ１３２とを含む基本回路を、少なくとも一つ有している。なお、２レベルハーフブリッジ回路の代わりに３レベル以上の変換回路が用いられても良い。
　本実施例では、電力変換ユニット１０１により基本回路を実現し、電力変換ユニット１０１の組み合わせにより、コンバータ１１、インバータ１２、昇圧チョッパ１３を実現する。これにより、電力変換部２ａに使用する部品の種類を共通化すると共に、電力変換部２ａの組立及びメンテナンスを容易にする。
　図５は、電力変換ユニット１０１の構成を示す。
　電力変換ユニット１０１においては、それぞれが上下アームを構成する２ｉｎ１型の第１のパワー半導体モジュール１１１と第２のパワー半導体モジュール１１２とを並列接続することにより、パワー半導体モジュール群１１０を実現する。更に、第１のコンデンサ１２１と第２のコンデンサ１２２とを並列接続することにより、コンデンサ群１２０を実現する。これにより、複数のパワー半導体モジュール及び複数のコンデンサを用いて、電力変換ユニット１０１に要求される電力に応じたパワー半導体モジュール群１１０及びコンデンサ群１２０を実現することができる。
　更に、電力変換ユニット１０１において、パワー半導体モジュール群１１０とコンデンサ群１２０とに対し、正極側にヒューズ１３１が直列に接続されており、負極側にヒューズ１３２が直列に接続されている。正極側のヒューズ１３１の第２端子１３１ｂは、コンバータ１１、インバータ１２、昇圧チョッパ１３におけるＰ端子に対応する。負極側のヒューズ１３２の第２端子１３２ｂは、コンバータ１１、インバータ１２、昇圧チョッパ１３におけるＮ端子に対応する。電力変換ユニット１０１がヒューズ１３１，１３２を有することにより、短絡故障時における電力変換ユニット１０１の信頼性を向上させることができる。なお、電力変換ユニット１０１が遮断器により切り離される場合などにおいて、ヒューズ１３１，１３２のいずれかまたは両方が省かれても良い。
　パワー半導体モジュール１１１，１１２のそれぞれは、上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４とを有する。パワー半導体モジュール１１１，１１２のそれぞれにおける上アームと下アームの間は、外部交流端子１５４Ｔに接続されている。パワー半導体モジュール１１１，１１２のそれぞれの上アームのスイッチング素子２１のゲート端子は、ゲート端子１１１ｇに接続されている。パワー半導体モジュール１１１，１１２のそれぞれの下アームのスイッチング素子２２のゲート端子は、ゲート端子１１２ｇに接続されている。
　図６は、電力変換ユニット１０１の構成を示す斜視図である。
　以降、ＵＰＳ２の座標を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と定める。なお、Ｙ軸方向がＵＰＳ２の前方を示し、Ｚ軸方向はＵＰＳ２の上方を示し、Ｘ軸方向はＵＰＳ２の左方を示す。ヒューズ１３１及び１３２のそれぞれには、後（－Ｙ）方向に一方の端子が設けられ、前（＋Ｙ）方向に他方の端子が設けられている。また、ヒューズ１３１及び１３２は、主回路バスバーアッセンブリ１５１に対して、前（＋Ｙ）方向に配置する。すなわち、正極側のヒューズ１３１の第１端子１３１ａと、負極側のヒューズ１３２の第１端子１３２ａとは、後（－Ｙ）方向を向き、取付ねじ１３９により主回路バスバーアッセンブリ１５１に接続さ
れている。一方、正極側のヒューズ１３１の第２端子１３１ｂと、負極側のヒューズ１３２の第２端子１３２ｂとは、前（＋Ｙ）方向を向く。この配置にすることで、自身の電力変換ユニット１０１を他の電力変換ユニット１０１と連結するための端子となる、正極側のヒューズ１３１の第２端子１３１ｂと、負極側のヒューズ１３２の第２端子１３２ｂとがＵＰＳ２の前面に位置することにより、組立時及びメンテナンス時における前面アクセス性が良く、作業性が向上する。ここで、電力変換ユニット１０１が有する外部端子として、前述したように、他の電力変換ユニット１０１と接続するためのユニット連結バスバーアッセンブリ１６１に接続される正極側のヒューズ１３１の第２端子１３１ｂと、負極側のヒューズ１３２の第２端子１３２ｂと、主回路バスバーアッセンブリ１５１に設けられた外部交流端子１５４Ｔとの計３つが存在する。
　図７は、電力変換ユニット１０１の構成を示す右側面図である。
　電力変換ユニット１０１は、パワー半導体モジュール群１１０と、コンデンサ群１２０と、ヒューズ１３１及び１３２と、これらを電気的に接続する主回路バスバーアッセンブリ１５１とを有する。なお、空冷フィン１１３は、パワー半導体モジュール群１１０の背面（－Ｙ方向）に設けられ、パワー半導体モジュール群１１０を冷却する。そして、それらは、下（－Ｚ）方向へ、パワー半導体モジュール群１１０、コンデンサ群１２０、ヒューズ１３１及び１３２、の順で配置されている。なお、主回路バスバーアッセンブリ１５１の背面側において、空冷フィン１１３を空冷するための風が上（＋Ｚ）方向へ流動する
ように、筺体が設計され、冷却機構が設けられている。このように配置する理由は、空冷フィン１１３が、コンデンサ群１２０に対し風路の風下側、すなわち上（＋Ｚ）側に位置することで、コンデンサ群１２０等が空冷フィン１１３からのあおり熱を受けないようにするためである。また、発熱量が大きいヒューズ１３１，１３２が風上側に配置されることにより、ヒューズ１３１，１３２が効率良く冷却される。本実施例では、空冷フィン１１３がパワー半導体モジュール群１１０の－Ｙ方向に設置されているが、例えば風路が－Ｙ方向である場合は、空冷フィン１１３をパワー半導体モジュール群１１０の＋Ｚ方向に設置するなど、空冷フィン１１３の設置方向は風路に応じて決まる。また、パワー半導体モジュール群１１０とコンデンサ群１２０とを隣接させることで、パワー半導体モジュール群１１０とコンデンサ群１２０を接続する主回路バスバーアッセンブリ１５１に形成する寄生インダクタンスを低減でき、スイッチング時に発生するサージ電圧を低減でき、かつ、自身の電力変換ユニット１０１内のパワー半導体モジュール群１１０から、隣接する電力変換ユニット１０１内のコンデンサ群１２０までのインピーダンスを最も小さくできるため、自身の電力変換ユニット１０１のコンデンサ群１２０のみならず、他の電力変換ユニット１０１のコンデンサ群１２０までも有効活用できるため、結果的に１つの電力変換ユニット１０１当りに使用するコンデンサ群の容量を低減することができ、電力変換ユニット１０１の体積も低減できる。
　前（＋Ｙ）方向に突き出た端子を有するパワー半導体モジュール群１１０とコンデンサ群１２０は、主回路バスバーアッセンブリ１５１に対し後（－Ｙ）方向に配置されている。この配置にすることで、パワー半導体モジュール群１１０とコンデンサ群１２０の端子がすべて前面に位置し、メンテナンス時における端子部の点検、または、取り付け及び取り外し等の作業が容易となる。
　図８は、電力変換ユニット１０１の前面の構成を示す分解斜視図であり、図９は、電力変換ユニット１０１の背面の構成を示す分解斜視図である。
　本実施例において、パワー半導体モジュール群１１０には、それぞれが２レベルハーフブリッジ回路（２ｉｎ１）であるパワー半導体モジュール１１１及び１１２が並列に接続された状態で搭載されている。なお、電力変換ユニット１０１内におけるパワー半導体モジュールの並列数は、電力変換ユニット１０１を用いるＵＰＳやその他の電力変換装置のラインナップにおいて最小電力となる機種を基準とし、その電力を許容できる必要最小限の並列数とすると良い。なぜならば、より大きな電力を要求する機種に対しては、電力変換ユニット１０１を並列化させることで、所望の電力量を満たすことが可能であるためである。本実施例では、上記の点を考慮して、パワー半導体モジュールの並列数を２としている。
　パワー半導体モジュール１１１及び１１２のそれぞれには、正極端子１１１ｐ及び１１２ｐと、負極端子１１１ｎ及び１１２ｎと、交流端子１１１ａｃ及び１１２ａｃと、制御端子群１１１ｄ及び１１２ｄとが備えられている。制御端子群１１１ｄ及び１１２ｄのそれぞれには、ゲート端子１１１ｇ及び１１２ｇを含む。
　パワー半導体モジュール群１１０における正極端子１１１ｐ及び１１２ｐのそれぞれは、主回路バスバーアッセンブリ１５１における正極の接続端子１５２ｐに接続されている。パワー半導体モジュール群１１０における負極端子１１１ｎ及び１１２ｎのそれぞれは、主回路バスバーアッセンブリ１５１における負極の接続端子１５３ｎに接続されている。パワー半導体モジュール群１１０における交流端子１１１ａｃ及び１１２ａｃのそれぞれは、外部交流端子１５４Ｔに接続されている接続端子１５４ａｃに接続されている。これらの正極端子１１１ｐ及び１１２ｐ、負極端子１１１ｎ及び１１２ｎ、交流端子１１１ａｃ及び１１２ａｃのそれぞれは、主回路バスバーアッセンブリ１５１に対して溶接等の接合方式を用いて接続されている。なお、これらは、ねじやクリップなどにより接続されても良い。
　なお、コンデンサ群１２０からパワー半導体モジュール１１１の正極端子１１１ｐ及び負極端子１１１ｎまでの距離と、コンデンサ群１２０からパワー半導体モジュール１１２の正極端子１１２ｐ及び負極端子１１２ｎまでの距離との差を抑えるために、一方のパワー半導体モジュール１１１のＸ軸方向に並んでいる正極端子１１１ｐ及び負極端子１１１ｎの配置に対し、他方のパワー半導体モジュール１１２の正極端子１１２ｐ及び負極端子１１２ｎの配置を反転させる。更に、パワー半導体モジュール１１１における正極端子１１１ｐ及び負極端子１１１ｎを近接させて対面させ、パワー半導体モジュール１１２における正極端子１１２ｐ及び負極端子１１２ｎを近接させて対面させている。即ち、パワー半導体モジュール１１２は、パワー半導体モジュール１１１に対してＸＺ平面内で反転している。このような配置にすることで、パワー半導体モジュール１１１及び１１２とコンデンサ１２１及び１２２との間に生じるインピーダンスの差を低減させることで、パワー半導体モジュール１１１とパワー半導体モジュール１１２とに流れる電流の均衡を向上させている。
　コンデンサ１２１が有する正極端子１２１ｐ及び負極端子１２１ｎは、主回路バスバーアッセンブリ１５１に設けられたコンデンサ接続箇所１５６にコンデンサ取付ねじ１２９を用いて取り付けられる。同様に、コンデンサ１２２が有する正極端子１２２ｐ及び負極端子１２２ｎは、主回路バスバーアッセンブリ１５１に設けられたコンデンサ接続箇所１５７に、コンデンサ取付ねじ１２９を用いて取り付けられる。
　図１０は、主回路バスバーアッセンブリ１５１の前面の構成を示す斜視図であり、図１１は、主回路バスバーアッセンブリ１５１の背面の構成を示す斜視図である。
　コンデンサ接続箇所１５６の背面にはコンデンサ接続部１５６ｐ，１５６ｎが設けられ、コンデンサ接続箇所１５７の背面にはコンデンサ接続部１５７ｐ，１５７ｎが設けられている。主回路バスバーアッセンブリ１５１に対しコンデンサ接続部１５６ｐ，１５６ｎの反対側にはそれぞれコンデンサ取付ねじ接続部１５６ｐｆ，１５６ｎｆが設けられ、主回路バスバーアッセンブリ１５１に対しコンデンサ接続部１５７ｐ，１５７ｎの反対側にはコンデンサ取付ねじ接続部１５７ｐｆ，１５７ｎｆが設けられている。コンデンサ１２１の正極端子１２１ｐ及び負極端子１２１ｎのそれぞれは、コンデンサ接続箇所１５６の
前面のコンデンサ取付ねじ１２９を用いてコンデンサ接続箇所１５６の背面に固定される。これにより、コンデンサ１２１の正極端子１２１ｐ及び負極端子１２１ｎのそれぞれは、コンデンサ接続部１５６ｐ，１５６ｎに接触し、各コンデンサ取付ねじ１２９のそれぞれは、コンデンサ取付ねじ接続部１５６ｐｆ，１５６ｎｆに接触する。更に、コンデンサ１２２の正極端子１２２ｐ及び負極端子１２２ｎのそれぞれは、コンデンサ接続箇所１５７の前面のコンデンサ取付ねじ１２９を用いてコンデンサ接続箇所１５７の背面に固定される。これにより、コンデンサ１２２の正極端子１２２ｐ及び負極端子１２２ｎのそれぞれは、コンデンサ接続部１５７ｐ，１５７ｎに接触し、各コンデンサ取付ねじ１２９のそれぞれは、コンデンサ取付ねじ接続部１５７ｐｆ，１５７ｎｆに接触する。
　主回路バスバーアッセンブリ１５１の前面にはヒューズ接続部１５８、１５９が設けられ、主回路バスバーアッセンブリ１５１に対しヒューズ接続部１５８、１５９の反対側にはそれぞれヒューズ取付ねじ接続部１５８ｂ及び１５９ｂが設けられている。正極側のヒューズ１３１の第１端子１３１ａは、ヒューズ取付ねじ接続部１５８ｂの背面のヒューズ取付ねじ１３９を用いて、ヒューズ接続部１５８の前面に固定される。これにより、正極側のヒューズ１３１の第１端子１３１ａは、ヒューズ接続部１５８に接触し、ヒューズ取付ねじ１３９は、ヒューズ取付ねじ接続部１５８ｂに接触する。更に、負極側のヒューズ１３２の第１端子１３２ａは、ヒューズ取付ねじ接続部１５９ｂの背面のヒューズ取付ねじ１３９を用いて、ヒューズ接続部１５９の前面に固定される。これにより、負極側のヒューズ１３２の第１端子１３２ａはヒューズ接続部１５９に接触し、ヒューズ取付ねじ１３９は、ヒューズ取付ねじ接続部１５９ｂに接触する。
　図１２は、主回路バスバーアッセンブリ１５１の前面の構成を示す分解斜視図であり、図１３は、主回路バスバーアッセンブリ１５１の背面の構成を示す分解斜視図である。
　主回路バスバーアッセンブリ１５１は、正極導体１５２と、負極導体１５３と、交流導体１５４と、絶縁体１５５とを有する。正極導体１５２と、負極導体１５３と、交流導体１５４とは、平板状である。パワー半導体モジュール群１１０とコンデンサ群１２０との間に現れる寄生インダクタンスを低減するために、正極導体１５２及び負極導体１５３は、互いに対向する面が平行で近接するように絶縁体１５５を介して積層されている。これにより、主回路バスバーアッセンブリ１５１における電流リプル及びインピーダンスを低減し、スイッチング時に発生するサージ電圧を低減することができる。更に、絶縁体１５５は、積層配置された正極導体１５２と、負極導体１５３と、交流導体１５４と、が所定の絶縁距離を保つように、それら導体の大部分を覆っている。ここで、放熱性を改善するために、所定の絶縁距離を保つ範囲で、主回路バスバーアッセンブリ１５１の前面及び背面の導体面を露出させても良い。絶縁体１５５は、流動性の良い絶縁性の樹脂などが用いられる。
　なお、本実施例においては、後（－Ｙ）方向へ、交流導体１５４、正極導体１５２、負極導体１５３の順で配置しているが、これらの導体のうち正極導体１５２と負極導体１５３が最も近接するように配置していれば、これら導体の配置順番を変更しても、寄生インダクタンスには影響しない。これらの導体は、銅やアルミなどの導電率の高い材質を用いて、一枚の導体板から切り出しや折り曲げ等の加工により形成されている。正極導体１５２を例に挙げて説明する。その形成法は、一枚の導体板を基に、正極端子１１１ｐ及び１１２ｐと接続するための接続端子１５２ｐとなる部分を導体板の面内に残しつつ、パワー半導体モジュール１１１及び１１２の全端子１１１ｐ，１１１ｎ，１１１ａｃ，１１１ｄ，１１２ｐ，１１２ｎ，１１２ａｃ，１１２ｄを貫通させるための開口部１５２ｈを切り抜く。そして、導体板の面内に残された接続端子１５２ｐとなる部分を前（＋Ｙ）方向へ９０度折り曲げることで接続端子１５２ｐを形成する。以上の形成法は、負極導体１５３と交流導体１５４に対しても同様である。
　正極導体１５２は、パワー半導体モジュール群１１０の正極端子１１１ｐ及び１１２ｐにそれぞれ接続される二つの接続端子１５２ｐを含む。負極導体１５３は、パワー半導体モジュール群１１０の負極端子１１１ｎ及び１１２ｎにそれぞれ接続される二つの接続端子１５３ｎを含む。交流導体１５４は、パワー半導体モジュール群１１０の交流端子１１１ａｃ及び１１２ａｃにそれぞれ接続される二つの接続端子１５４ａｃと、外部に接続される外部交流端子１５４Ｔとを含む。
　コンデンサ接続箇所１５６及び１５７においては、コンデンサ１２１及び１２２の負極端子１２１ｎ及び１２２ｎが、負極導体１５３の背面に設けられているコンデンサ接続部１５６ｎ及び１５７ｎに当接する。更に、コンデンサ１２１及び１２２の正極端子１２１ｐ及び１２２ｐが、負極導体１５３の背面と同一の仮想平面にて導体に当接するように、正極導体１５２から後（－Ｙ）方向へ突出したコンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐが設けられている。コンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐは、正極導体１５２とは別体であり、ろう付けやはんだやかしめ等の手段により正極導体１５２に接続される。また、一枚の導体板からコンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐが突出した状態で残るように切削する手段や、ダイカスト等の鋳造の手段によっても、コンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐを製造可能である。コンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐには、コンデンサ取付ねじ１２９を通すための穴が設けられている。そして、突出した正極のコンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐが負極導体１５３に接触することを避けるために、負極導体１５３には開口部１５６ｈ及び１５７ｈが設けられている。
　更に、コンデンサ接続箇所１５６及び１５７においては、コンデンサ１２１の正極端子１２１ｐ及びコンデンサ１２２の正極端子１２２ｐのそれぞれを固定するコンデンサ取付ねじ１２９が、正極導体１５２の前面に設けられているコンデンサ接続部１５６ｐｆ及び１５７ｐｆに当接する。更に、コンデンサ１２１の負極端子１２１ｎ及びコンデンサ１２２の負極端子１２２ｎのそれぞれを固定するコンデンサ取付ねじ１２９が、正極導体１５２の前面と同一の仮想平面にて導体に当接するように、負極導体１５３から前（＋Ｙ）方向へ突出したコンデンサ接続部１５６ｎｆ及び１５７ｎｆが設けられている。コンデンサ接続部１５６ｎｆ及び１５７ｎｆは、負極導体１５３とは別体であり、コンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐと同様の手段により負極導体１５３に接続される。コンデンサ接続部１５６ｎｆ及び１５７ｎｆには、コンデンサ取付ねじ１２９を通すための穴が設けられている。そして、突出した負極のコンデンサ接続部１５６ｎｆ及び１５７ｎｆが正極導体１５２に接触することを避けるために、正極導体１５２には開口部１５６ｈ及び１５７ｈが設けられている。
　主回路バスバーアッセンブリ１５１とヒューズ１３１，１３２との接続箇所においては、正極側のヒューズ１３１の第１端子１３１ａが、正極導体１５２の前面に設けられているヒューズ接続部１５８に当接する。更に、負極側のヒューズ１３２の第１端子１３２ａが、正極導体１５２の前面と同一の仮想平面（第２仮想平面）にて導体に当接するように、負極導体１５３から前（＋Ｙ）方向へ突出したヒューズ接続部１５９が設けられている。ヒューズ接続部１５９は、負極導体１５３とは別体であり、コンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐと同様の手段によって負極導体１５３に接続される。ヒューズ接続部１５９には、ヒューズ取付ねじ１３９を通すための穴が設けられている。そして、突出した負極のヒューズ接続部１５９が正極導体１５２に接触することを避けるために、正極導体１５２には開口部１５９ｈが設けられている。
　正極側のヒューズ１３１の第１端子１３１ａと、負極側のヒューズ１３２の第１端子１３２ａとが、同一の仮想平面内で主回路バスバーアッセンブリ１５１に当接することにより、ヒューズ１３１，１３２の取付けが容易になると共に、主回路バスバーアッセンブリ１５１の取り扱いが容易になる。
　更に、主回路バスバーアッセンブリ１５１とヒューズ１３１，１３２との接続箇所においては、負極側のヒューズ１３２の第１端子１３２ａを固定するヒューズ取付ねじ１３９が、負極導体１５３の後面に設けられているヒューズ接続部１５８に当接する。更に、正極側のヒューズ１３１の第１端子１３１ａを固定するヒューズ取付ねじ１３９が、負極導体１５３の後面と同一の仮想平面にて導体に当接するように、負極導体１５３から後（－Ｙ）方向へ突出したヒューズ接続部１５８ｂが設けられている。ヒューズ接続部１５８ｂは、正極導体１５２とは別体であり、コンデンサ接続部１５６ｐ及び１５７ｐと同様の手段によって正極導体１５２に接続される。ヒューズ接続部１５８ｂには、ヒューズ取付ねじ１３９を通すための穴が設けられている。そして、突出した正極のヒューズ接続部１５８ｂが負極導体１５３に接触することを避けるために、負極導体１５３には開口部１５８ｈが設けられている。
　上から下へ（－Ｚ方向に）向かって、外部交流端子１５４Ｔと、パワー半導体モジュール１１１と、パワー半導体モジュール１１２と、コンデンサ１２１と、コンデンサ１２２と、ヒューズ接続部１５８，１５９とが順に配置されることにより、電力変換ユニット１０１の水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）の大きさを削減することができる。また、本実施例におけるパワー半導体モジュール１１１，１１２は、同一の構造を有し、それぞれのＺ方向の長さは、Ｘ方向の長さより長い。パワー半導体モジュール１１２は、パワー半導体モジュール１１１に対して下方（－Ｚ方向）に隣接して配置されている。これにより、二つのパワー半導体モジュールを水平に並べる場合に比べて、電力変換ユニット１０１のＸ方向の大きさを削減することができる。主回路バスバーアッセンブリ１５１の表面（ＸＺ平面）上で、パワー半導体モジュール１１１，１１２の長手方向が主回路バスバーアッセンブリ１５１の長手方向に向けられている。例えば、パワー半導体モジュール１１１における交流端子１１１ａｃから正極端子１１１ｐ及び負極端子１１１ｎまでの距離と、パワー半導体モジュール１１２における交流端子１１２ａｃから正極端子１１２ｐ及び負極端子１１２ｎまでの距離とを端子間距離とすると、端子間距離は、パワー半導体モジュール１１１，１１２のそれぞれの幅（Ｘ方向の長さ）より長い。また、本実施例において、端子間距離は、主回路バスバーアッセンブリ１５１の幅（短手方向の長さ、Ｘ方向の長さ）より大きい。これにより、電力変換ユニット１０１のＸ方向の大きさを削減することができる。
　以上の電力変換ユニット１０１のような構成とすることにより、ＵＰＳ２等の電力変換装置の設置面積の低減することができる。
　パワー半導体モジュール１１１，１１２がＺ方向に配列され、且つ互いに反転して配置されることにより、パワー半導体モジュール１１１を流れる電流の経路と、パワー半導体モジュール１１２を流れる電流の経路とが異なるため、それらの電流の不平衡が生ずる恐れがある。以下、この不平衡を防ぐための構成について説明する。
　まず、電流が主回路バスバーアッセンブリ１５１の交流側から直流側へ流れる場合について説明する。
　図１４は、主回路バスバーアッセンブリ１５１における外部交流端子１５４Ｔから負極のヒューズ接続部１５９への電流の経路を示す図である。
　ここで、主回路バスバーアッセンブリ１５１の長手方向に存在する外部交流端子１５４Ｔ、第１のパワー半導体モジュール１１１の交流端子１１１ａｃ、第１のパワー半導体モジュール１１１の正負極端子１１１ｐ及び１１１ｎ、第２のパワー半導体モジュール１１２の正負極端子１１２ｐ及び１１２ｎ、第２のパワー半導体モジュール１１２の交流端子１１２ａｃ、ヒューズ接続部１５８または１５９の位置にて、それぞれ線分ｈ１～ｈ５として区分を設けた。
　ここでは、定常時として、外部交流端子１５４Ｔに電流が流れ込む状況下で、各パワー半導体モジュール１１１及び１１２の下アームのＩＧＢＴがＯＮしている状況を想定して考える。このとき、電流は外部交流端子１５４Ｔから交流導体１５４を通じてパワー半導体モジュール１１１，１１２内の下アームのＩＧＢＴ、負極導体１５３、負極側のヒューズ接続部１５９の順に流れる。この電流経路を、第１のパワー半導体モジュール１１１を通る経路１と、第２のパワー半導体モジュール１１２を通る経路２に分けて考える。
　ここでは、正極導体１５２と負極導体１５３と交流導体１５４とにおいて単位長さ当たりのインピーダンスが等しく、そのインピーダンスをＺＣとする。また、パワー半導体モジュール１１１，１１２のインピーダンスが等しく、そのインピーダンスをＺＭとする。このとき、経路１のインピーダンスＺ１、経路２のインピーダンスＺ２は、ｈ１～ｈ５を用いて次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（１）及び（２）により、インピーダンスの不平衡Ｚ２－Ｚ１は次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）に示すように、定常時における経路１と経路２のインピーダンスの不平衡は、経路長の不平衡ｈ２＋ｈ４により決定される。この経路長の不平衡は、パワー半導体モジュール１１１に対してパワー半導体モジュール１１２が反転して配置されていることに起因する。
　全経路のインピーダンスに対するインピーダンスの不平衡の比に応じて、電流の不平衡が生じるため、電流不平衡を低減するためには、経路長の不平衡ｈ２＋ｈ４が全経路長に比べて十分小さければ良いことになる。すなわち、以下の関係式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　言い換えれば、ｈ２＋ｈ４は、外部交流端子１５４Ｔからヒューズ接続部１５８，１５９までの距離からｈ２＋ｈ４を減じた値より十分小さい。ここで、先述したように第１のパワー半導体モジュール１１１と第２のパワー半導体モジュール１１２は近接させる必要があるため、ｈ３は短い必要がある。よって、式（４）は、ｈ１及びｈ５がｈ２及びｈ４に比べて十分長ければ良いということを意味する。以上のことより、外部交流端子１５４Ｔとヒューズ接続部１５８または１５９を、主回路バスバーアッセンブリ１５１の両端にそれぞれ設けることで、定常時において、第１のパワー半導体モジュール１１１と第２のパワー半導体モジュール１１２に流れる電流を平衡化できる。なお、ｈ２とｈ４は等しくてもよい。
　一方、電力変換装置の全体構造上の寸法制約等により、式（４）を十分に満足できない
場合は、電流不平衡が大きくなる。その場合は、不平衡が生じている交流導体１５４の導体厚さを調整することで、経路長の不平衡を小さくすることも可能である。
　ここでは、正極導体１５２の厚さと負極導体１５３の厚さが等しいとし、交流導体１５４の厚さが、正極導体１５２及び負極導体１５３の厚さのｎ倍であるとする。経路１のインピーダンスＺ１、経路２のインピーダンスＺ２は、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（５）及び（６）により、Ｚ１とＺ２が等しくなるためのｎは次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　以上に説明したように、正極導体１５２及び負極導体１５３の厚さに対する交流導体１５４の厚さの比を、式（７）で表されるｎにすることにより、インピーダンスの不平衡を抑えることができ、経路１及び経路２の間の電流の不平衡を防ぐことができる。
　次に、電流が主回路バスバーアッセンブリ１５１の直流側から交流側へ流れる場合について説明する。
　図１５は、主回路バスバーアッセンブリ１５１における正極のヒューズ接続部１５８から外部交流端子１５４Ｔへの電流の経路を示す図である。
　ここでは、定常時として、外部交流端子１５４Ｔから電流が流れ出る状況下で、各パワー半導体モジュール１１１及び１１２の上アームのＩＧＢＴがＯＮしている状況を想定して考える。このとき、電流はヒューズ接続部１５８から正極導体１５２を通じてパワー半導体モジュール１１１，１１２内の上アームのＩＧＢＴ、交流導体１５４、外部交流端子１５４Ｔの順に流れる。この電流経路を、第１のパワー半導体モジュール１１１を通る経路３と、第２のパワー半導体モジュール１１２を通る経路４に分けて考える。このとき、経路３の長さは経路１の長さに等しく、経路４の長さは経路２の長さに等しい。したがって、正極導体１５２、負極導体１５３、及び交流導体１５４の厚さが等しい場合の各区分の長さの条件は、前述の式（４）になる。また、正極導体１５２及び負極導体１５３の厚さに対して交流導体１５４の厚さを異ならせる場合の条件は、前述の式（７）になる。
　図１６は、電力変換部２ａの構成を示す斜視図である。
　ここで、電力変換部２ａは、ＵＰＳ２の筺体（不図示）内に設けられており、電力変換部２ａのＹ軸方向すなわちＵＰＳ２の筺体の前面には、ＵＰＳ２のメンテナンス時に開かれる開閉扉（不図示）が備えられている。この開閉扉を開くことにより、電力変換部２ａの前面に容易にアクセスできる。
　電力変換部２ａは、Ｘ軸方向に配列された複数の電力変換ユニット１０１を含む。コンバータ１１には、商用電源の３相にそれぞれ対応する３つの電力変換ユニット１０１を含む。インバータ１２も同様に、３相にそれぞれ対応する３つの電力変換ユニット１０１を含む。
　昇圧チョッパ１３は、並列接続された２つの電力変換ユニット１０１を含む。なお、昇圧チョッパ１３は、１つの電力変換ユニット１０１であっても良い。昇圧チョッパ１３に要求される電力が、電力変換ユニット１０１に備えられるパワー半導体モジュール群１１０の定格電力を超える場合、電力変換ユニット１０１をＮ個並列接続することで、許容できる電力をＮ倍化させている。なお、同様の目的で、コンバータ１１及びインバータ１２のそれぞれは、必要に応じて、１相当り複数並列接続された電力変換ユニット１０１を有していても良い。
　電力変換部２ａにおける複数の電力変換ユニット１０１は、ユニット連結バスバーアッセンブリ１６１を介して並列接続されている。複数の電力変換ユニット１０１のそれぞれの長手方向はＺ方向であり、複数の電力変換ユニット１０１は、Ｘ方向に配列されている。ユニット連結バスバーアッセンブリ１６１の長手方向はＸ方向であり、ユニット連結バスバーアッセンブリ１６１は、複数の電力変換ユニット１０１の＋Ｙ方向に配置されている。即ち、複数の電力変換ユニット１０１のそれぞれの長手方向は、ユニット連結バスバーアッセンブリ１６１の長手方向と交差する。これにより、複数の電力変換ユニット１０１は、限られた体積内に効率よく配置することができる。
　各々の電力変換ユニット１０１の下部の前面に備えられた正極側のヒューズ１３１の第２端子１３１ｂと、負極側のヒューズ１３２の第２端子１３２ｂとには、取付ねじ１６９を用いてユニット連結バスバーアッセンブリ１６１が組み付けられている。
　図１７は、電力変換部２ａの構成を示す正面図である。
　複数の電力変換ユニット１０１の上端に設けられている外部交流端子１５４Ｔのそれぞれは、コンバータ１１のＲ，Ｓ，Ｔ端子、インバータ１２のＵ，Ｖ，Ｗ端子、昇圧チョッパ１３のＣ，Ｃ端子（共通）に対応する。ユニット連結バスバーアッセンブリ１６１の左端に設けられている二つの端子のうち、上の端子はコンバータ１１、インバータ１２、昇圧チョッパ１３におけるＰ端子、下の端子はコンバータ１１、インバータ１２、昇圧チョッパ１３におけるＮ端子に対応する。
　以上の実施例のような構成とすることにより、所望の電力量及び相数に応じて適切な数の電力変換ユニット１０１を並列接続することで、コンバータ１１やインバータ１２や昇圧チョッパ１３などの様々な電力変換装置を任意に構成できる。そして、最小構成単位として電力変換ユニット１０１を製造することで、多品種の電力変換装置に対し部品の共通化が図られ、コスト削減が可能となる。また、共通化された電力変換ユニット１０１を用いることで、並列配置させた際に整然としたレイアウトとなり、ユニット間接続配線の容易性及び全体組立性が向上する。また、電力変換ユニット１０１に含まれるパワー半導体モジュールの端子群やコンデンサ端子やヒューズ端子、電力変換ユニット１０１同士を接続するユニット連結バスバーアッセンブリ１６１が、電力変換装置の前面に存在するため、組立時及びメンテナンス時における前面アクセス性が良く、作業性が向上する。
　電力変換部２ａの製造方法について説明する。まず、製造者は、複数の電力変換ユニット１０１を＋Ｘ方向に配列し、複数の電力変換ユニット１０１に対して＋Ｙ方向にユニット連結バスバーアッセンブリ１６１を配置する。その後、製造者は、複数の電力変換ユニット１０１にそれぞれ含まれる複数の正極導体１５２を、ユニット連結バスバーアッセンブリ１６１に含まれる正極導体１６２を介して接続し、複数の電力変換ユニット１０１にそれぞれ含まれる複数の負極導体１５３を、ユニット連結バスバーアッセンブリ１６１に含まれる負極導体１６３を介して接続する。これにより、電力変換部２ａを製造することができる。また、複数の電力変換ユニット１０１を用いて、コンバータ１１やインバータ１２や昇圧チョッパ１３等を製造することができる。更に製造者は、複数の電力変換ユニット１０１にそれぞれ含まれる複数の交流端子１５４Ｔに、蓄電池１４や保守バイパス回路１６やバイパス回路１７等を接続することにより、ＵＰＳ２を製造することができる。
　なお、電力変換ユニット１０１には、上から下に（－Ｚ方向に）向かって順に、外部正極端子及び外部負極端子を含む外部直流端子群と、パワー半導体モジュール１１１と、パワー半導体モジュール１１２と、コンデンサ１２１と、コンデンサ１２２と、外部交流端子１５４Ｔとが配置されていてもよい。この場合、外部直流端子群が主回路バスバーアッセンブリ１５１の上端に設けられ、外部交流端子１５４Ｔが主回路バスバーアッセンブリ１５１の下端に設けられている。この場合、外部交流端子１５４Ｔに接続されるリアクトル等の重量部品が電力変換ユニット１０１の下方に配置されることにより、外部交流端子と重量部品との距離を短くして、インピーダンスを低く抑えることができる。
　用語について説明する。電力変換ユニットは、電力変換ユニット１０１等に対応する。正極導体は、正極導体１５２等に対応する。負極導体は、負極導体１５３等に対応する。交流導体は、交流導体１５４等に対応する。回路接続部は、主回路バスバーアッセンブリ１５１等に対応する。コンデンサは、コンデンサ群１２０等に対応する。正極接続導体は、正極導体１６２等に対応する。負極接続導体は、負極導体１６３等に対応する。二つの２レベルハーフブリッジ回路は、パワー半導体モジュール１１１、１１２等に対応する。二つのコンデンサは、コンデンサ１２１、１２２等に対応する。正極ヒューズは、ヒューズ１３１等に対応する。負極ヒューズは、ヒューズ１３２等に対応する。電力変換装置は、コンバータ１１、インバータ１２、昇圧チョッパ１３、電力変換部２ａ、ＵＰＳ２等に対応する。第一パワー半導体モジュールは、パワー半導体モジュール１１１等に対応する。第二パワー半導体モジュールは、パワー半導体モジュール１１２等に対応する。外部正極端子は、ヒューズ接続部１５８等に対応する。外部負極端子は、ヒューズ接続部１５９等に対応する。外部交流端子は、外部交流端子１５４Ｔ等に対応する。第一直流端子は、正極端子１１１ｐ及び負極端子１１１ｎ等に対応する。第一正極端子は、正極端子１１１ｐ等に対応する。第一負極端子は、負極端子１１１ｎ等に対応する。第一交流端子は、交流端子１１１ａｃ等に対応する。第二直流端子は、正極端子１１２ｐ及び負極端子１１２ｎ等に対応する。第二正極端子は、正極端子１１２ｐ等に対応する。第二負極端子は、負極端子１１２ｎ等に対応する。第二交流端子は、交流端子１１２ａｃ等に対応する。特定方向は、－Ｚ方向等に対応する。配列方向は、Ｘ方向等に対応する。ａは、ｈ２等に対応する。ｂは、ｈ４等に対応する。ｃは、ｈ３等に対応する。
　本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、その趣旨から逸脱しない範囲で、他の様々な形に変更することができる。
　１：電力変換装置　２：ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ、無停電電源装置）　１１：コンバータ　１２：インバータ　１３：昇圧チョッパ　１０１：電力変換ユニット　１１０：パワー半導体モジュール群　１１１、１１２：パワー半導体モジュール　１１３：空冷フィン　１２０：コンデンサ群　１２１、１２２：コンデンサ　１３１、１３２：ヒューズ　１５１：主回路バスバーアッセンブリ　１５２：正極導体　１５３：負極導体　１５４：交流導体　１５４Ｔ：外部交流端子　１５５：絶縁体　１６１：ユニット連結バスバーアッセンブリ　１６２：正極導体　１６２Ｔ：外部正極端子　１６３：負極導体　１６３Ｔ：外部負極端子　１６４：絶縁体
 

Claims (14)

  1. 　外部正極端子を有する正極導体、外部負極端子を有する負極導体、及び外部交流端子を有する交流導体を含む回路接続部と、
    　前記正極導体、前記負極導体、及び前記交流導体に接続される第一パワー半導体モジュールと、
    　前記正極導体、前記負極導体、及び前記交流導体に接続される第二パワー半導体モジュールと、
    　前記正極導体及び前記負極導体に接続されるコンデンサと、
    を備え、
    　前記第一パワー半導体モジュールは、前記正極導体に接続される第一正極端子、及び前記負極導体に接続される第一負極端子を有する第一直流端子と、前記交流導体に接続される第一交流端子とを含み、
    　前記第二パワー半導体モジュールは、前記正極導体に接続される第二正極端子、及び前記負極導体に接続される第二負極端子を有する第二直流端子と、前記交流導体に接続される第二交流端子とを含み、
    　前記外部交流端子と、前記第一パワー半導体モジュールと、前記第二パワー半導体モジュールと、前記コンデンサと、前記外部正極端子及び前記外部負極端子を含む外部直流端子とは、前記回路接続部の長手方向に延びる直線上に配列され、
    　前記外部交流端子は、前記回路接続部の長手方向の一端に設けられ、
    　前記外部直流端子は、前記回路接続部の長手方向の他端に設けられる、
    電力変換ユニット。
  2. 　前記第一直流端子と、前記第一交流端子と、前記第二直流端子と、前記第二交流端子とは、前記直線上に配列され、
    　前記第一直流端子は、前記第一交流端子に対して特定方向に配置され、
    　前記第二直流端子は、前記第二交流端子に対して前記特定方向の逆方向に配置される、
    請求項１に記載の電力変換ユニット。
  3. 　前記正極導体と前記負極導体と前記交流導体のそれぞれは、平板状であり、
    　前記正極導体と前記負極導体と前記交流導体とは、絶縁体を介して互いに積層される、
    請求項１又は２に記載の電力変換ユニット。
  4. 　前記第一交流端子から前記第一直流端子までの距離と、前記第二交流端子から前記第二直流端子までの距離とのそれぞれは、前記回路接続部の平板の短手方向の長さより大きい、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  5. 　前記正極導体と前記負極導体のそれぞれの厚さは、所定厚さであり、
    　前記交流導体の厚さは、前記所定厚さより大きく、
    　前記所定厚さに対する前記交流導体の厚さの比ｎは、前記第一交流端子及び前記第一直流端子の間の距離ａと、前記第二直流端子及び前記第二交流端子の間の距離ｂと、前記第一直流端子及び前記第二直流端子の距離ｃとを用いて表される、
    請求項２乃至４の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  6. 　ｎ、ａ、ｂ、及びｃの関係は、ｎ＝１＋（ａ＋ｂ）／ｃで表される、
    請求項５に記載の電力変換ユニット。
  7. 　前記正極導体の厚さと前記負極導体の厚さと前記交流導体の厚さとは、等しく、
    　前記第一交流端子及び前記第一直流端子の間の距離と、前記第二直流端子及び前記第二交流端子の間の距離との和は、前記外部交流端子及び前記外部直流端子の間の距離から前記和を減じた値より小さい、
    請求項１乃至４の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  8. 　前記直線上には、前記外部交流端子と、前記第一パワー半導体モジュールと、前記第二パワー半導体モジュールと、前記コンデンサと、前記外部直流端子とが順に配置される、
    請求項１乃至７の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  9. 　前記直線上には、前記外部直流端子と、前記第一パワー半導体モジュールと、前記第二パワー半導体モジュールと、前記コンデンサと、前記外部交流端子とが順に配置される、
    請求項１乃至７の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  10. 　前記第一負極端子は、前記第一正極端子に対して前記回路接続部の短手方向である配列方向に配列され、
    　前記第二負極端子は、前記第二正極端子に対して前記配列方向の逆方向に配列される、
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  11. 　前記コンデンサは、二つのコンデンサを含み、
    　前記二つのコンデンサは、前記直線上に配置される、
    請求項１乃至１０の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  12. 　前記第一パワー半導体モジュール及び前記第二パワー半導体モジュールのそれぞれは、２レベルハーフブリッジ回路を含む、
    請求項１乃至１１の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  13. 　前記外部正極端子に接続されるヒューズである正極ヒューズと、前記外部負極端子に接続されるヒューズである負極ヒューズとの、少なくとも一つを更に備える、
    請求項１乃至１２の何れか一項に記載の電力変換ユニット。
  14. 　複数の電力変換ユニットを備え、
    　前記複数の電力変換ユニットのそれぞれは、
    　外部正極端子を有する正極導体、外部負極端子を有する負極導体、及び外部交流端子を有する交流導体を含む回路接続部と、
    　前記正極導体に接続される第一正極端子、及び前記負極導体に接続される第一負極端子を有する第一直流端子と、前記交流導体に接続される第一交流端子とを含む第一パワー半導体モジュールと、
    　前記正極導体に接続される第二正極端子、及び前記負極導体に接続される第二負極端子を有する第二直流端子と、前記交流導体に接続される第二交流端子とを含む第二パワー半導体モジュールと、
    　前記正極導体及び前記負極導体に接続されるコンデンサと、
    を含み、
    　前記外部交流端子と、前記第一パワー半導体モジュールと、前記第二パワー半導体モジュールと、前記コンデンサと、前記外部正極端子及び前記外部負極端子を含む外部直流端子とは、前記回路接続部の長手方向に延びる直線上に配列され、
    　前記外部交流端子は、前記回路接続部の長手方向の一端に設けられ、
    　前記外部直流端子は、前記回路接続部の長手方向の他端に設けられる、
    電力変換装置。
     
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