WO2017002398A1 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017002398A1
WO2017002398A1 PCT/JP2016/057179 JP2016057179W WO2017002398A1 WO 2017002398 A1 WO2017002398 A1 WO 2017002398A1 JP 2016057179 W JP2016057179 W JP 2016057179W WO 2017002398 A1 WO2017002398 A1 WO 2017002398A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductor
heat sink
conversion device
power conversion
semiconductor switch
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/057179
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真吾 長岡
大西　浩之
西川　武男
Original Assignee
オムロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オムロン株式会社 filed Critical オムロン株式会社
Priority to CN201680022360.9A priority Critical patent/CN107534388A/zh
Priority to EP16817508.1A priority patent/EP3276806A4/en
Publication of WO2017002398A1 publication Critical patent/WO2017002398A1/ja
Priority to US15/784,326 priority patent/US10361628B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4258—Arrangements for improving power factor of AC input using a single converter stage both for correction of AC input power factor and generation of a regulated and galvanically isolated DC output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device including a switching element disposed on a line connecting an input side and an output side, and a radiator connected to a predetermined potential.
  • FIG. 1 is a schematic side view schematically showing the external appearance of a semiconductor switch and a heat sink attached to a power switch.
  • FIG. 1 shows a semiconductor switch SW provided in the power conversion device.
  • the semiconductor switch SW is fixed on the substrate B with a heat sink HS attached thereto.
  • the heat sink HS has a function of cooling by releasing the heat generated in the semiconductor switch SW to the outside.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a heat sink in a circuit diagram relating to a semiconductor switch provided in the power conversion device.
  • FIG. 2 shows a circuit relating to a power conversion device in which a semiconductor switch SW for short-circuiting a pair of lines connecting the input side and the output side is shown, and a heat sink HS is shown on the right side of the semiconductor switch SW.
  • the heat sink HS is connected to the FG.
  • a parasitic capacitance Chp is generated between the semiconductor switch SW and the heat sink HS. Due to the generated parasitic capacitance Chp, the voltage fluctuation at the point P1 connected to the positive electrode of the semiconductor switch SW is transmitted to the FG, and the common mode current Icm flows as noise.
  • FIG. 3 is a graph showing a voltage change at the point P1 in the power conversion device.
  • FIG. 3 shows time-dependent changes in the voltage V1 at the point P1, with time on the horizontal axis and the voltage at the point P1 on the vertical axis. Since the change with time of the voltage V1 at the point P1 shown in FIG. 3 is transmitted to the FG via the parasitic capacitance Chp, it is output as noise to the input side of the power converter.
  • Icm Chp ⁇ dV / dt Formula (A) Where Icm: common mode current Chp: parasitic capacitance between the semiconductor switch SW and the heat sink HS V: voltage at the point P1 (V1) t: time
  • the parasitic capacitance Chp can be expressed by the following formula (B).
  • Chp ⁇ ⁇ S / dhp (B) Where ⁇ : dielectric constant between the semiconductor switch SW and the heat sink HS dhp: distance between the semiconductor switch SW and the heat sink HS S: electrode area
  • Patent Document 2 proposes a method in which a heat sink itself is connected to a stable potential and a current causing noise is confined in the circuit.
  • Patent Document 1 has a problem that the semiconductor switch cannot be sufficiently cooled due to the thermal resistance of the insulating material sandwiched between the semiconductor switch and the heat sink. Moreover, since the ceramic used as an insulating material is expensive, the problem that the cost of a power converter rises arises.
  • an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of reducing noise without causing the problems described in Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • a power conversion device includes a switching element arranged to short-circuit a pair of lines connecting an input side and an output side, and a radiator connected to a predetermined potential.
  • a power conversion device comprising: a conductor disposed between the switching element and the radiator; an insulator disposed between the conductor and the switching element; and between the conductor and the radiator. The conductor is electrically connected to one of the pair of lines.
  • the power conversion device is a power conversion device including a switching element arranged to short-circuit a pair of lines connecting the input side and the output side, and a radiator connected to a predetermined potential, A conductor disposed between the switching element and the radiator; and an insulator covering the conductor; and the conductor is electrically connected to one of the pair of lines. It is characterized by that.
  • the conductor and the insulator are in a thin film shape, the surface of the insulator facing the switching element is attached to the switching element, and the insulator facing the radiator The surface is attached to the radiator.
  • the power conversion device is characterized in that one line to which the conductor is connected is connected to a stable potential.
  • the power converter is characterized in that the predetermined potential connected to the radiator is a ground potential.
  • the power converter according to the present invention can confine noise caused by parasitic capacitance in the circuit.
  • a conductor is disposed between the switching element and the heat sink, an insulator is disposed between the conductor and the switching element, and between the conductor and the radiator, and the conductor is connected to the line.
  • FIG. 4 is a schematic side view schematically showing an example of the appearance of the power conversion device according to the embodiment of the present invention.
  • the power conversion device 10 according to the present invention is a device such as an inverter or a DC-DC conversion device that performs control related to conversion of an output voltage and / or output current using a semiconductor switch SW.
  • the semiconductor switch SW is composed of a semiconductor switching element such as a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the semiconductor switch SW is fixed on the substrate B by a source terminal, a drain terminal, and a gate terminal which are leg portions.
  • a heat sink (heat radiator) HS having a function of cooling by releasing the heat generated by the semiconductor switch SW to the outside is provided, and the heat sink HS is an FG (frame which will be described later). Is electrically connected to the ground.
  • a noise remover 11 for reducing noise current flowing from the parasitic capacitance generated between the semiconductor switch SW and the heat sink HS to the input side of the power converter 10 is provided between the semiconductor switch SW and the heat sink HS. Is intervened.
  • the noise eliminator 11 includes a conductor 11a in the form of a thin film such as a copper foil and an insulator 11b covering the conductor 11a.
  • the conductor 11a is described later via a source terminal of the semiconductor switch SW.
  • the two lines 12b (see FIG. 5) are electrically connected.
  • the noise eliminator 11 has a thin film shape in which a thin film conductor 11a is covered with a thin film insulator (insulating film) 11b, and one surface on the side facing the semiconductor switch SW. Is attached to the semiconductor switch SW, and the other surface facing the heat sink HS is attached to the heat sink HS.
  • the conductor 11a is disposed between the semiconductor switch SW and the heat sink HS
  • the insulator 11b is disposed as an insulating film between the conductor 11a and the semiconductor switch SW and between the conductor 11a and the heat sink HS. It has become.
  • the semiconductor switch SW has a heat radiation surface that is attached to one surface of the noise remover 11.
  • the heat sink HS has a heat absorbing surface that is attached to the other surface of the noise remover 11.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing an example of a control system using the heat sink HS and the noise remover 11 in the circuit diagram related to the power conversion apparatus 10 according to the embodiment of the present invention.
  • a filter 20 connected to an AC power source (not shown), an AC-DC converter 30 such as a diode bridge that converts alternating current supplied from the AC power source into direct current, and voltage smoothing.
  • a power conversion device 10 that performs power conversion such as conversion and boosting, and an insulated DC-DC converter 40 such as a transformer that performs conversion to a standard voltage and current according to a power load (not shown) are used. .
  • the direct current converted from the alternating current by the AC-DC converter 30 is a pulsating flow obtained by inverting the direction of the negative voltage with respect to the alternating current output from the filter 20 side. Will change. And the DC voltage supplied as a pulsating current is smoothed by the power converter 10.
  • the power converter 10 is provided with a first line 12a and a second line 12b that connect an input side connected to the AC-DC converter 30 and an output side connected to the isolated DC-DC converter 40.
  • the first line 12a and the second line 12b are connected to the first potential and the second potential on the input side.
  • the first line 12a is connected to the positive side, for example, as the first potential.
  • the second line 12b is used as a second potential, for example, as a wiring connected to the negative side and connected to a stable potential lower than the first potential.
  • a first capacitor C1 that connects between the first line 12a and the second line 12b and performs smoothing is disposed.
  • a booster circuit (boost chopper) using the reactor L, the semiconductor switch SW, the rectifier element D, and the second capacitor C2 is disposed on the output side that outputs to the isolated DC-DC converter 40.
  • the reactor L and the rectifying element D arranged as a booster circuit are connected in series on the first line 12a.
  • the rectifying element D is arranged with the anode terminal facing the input side and the cathode terminal facing the output side, and the reactor L is connected in series to the anode side.
  • the second capacitor C2 is disposed on the cathode side of the rectifying element D so as to connect between the first line 12a and the second line 12b.
  • the semiconductor switch SW of the booster circuit is disposed so as to short-circuit between the first line 12a and the second line 12b.
  • a MOSFET incorporating an antiparallel diode is used as the semiconductor switch SW.
  • the drain terminal of the semiconductor switch SW is connected to the first point P1 of the first line 12a between the reactor L and the rectifier element D, and the source terminal is connected to the second point P2 of the second line 12b.
  • the second point P2 is located between a connection point where the first capacitor C1 is connected to the second line 12b and a connection point where the second capacitor C2 is connected to the second line 12b.
  • the heat sink HS disposed in the vicinity is shown on the right side of the semiconductor switch SW, and the noise remover 11 is disposed between the semiconductor switch SW and the heat sink HS.
  • the heat sink HS is connected to an FG (frame ground) that is a ground potential.
  • the conductor 11a of the noise remover 11 is connected to the second line 12b via the connection line 11c.
  • a first parasitic capacitance Chp1 is generated between the conductor 11a of the noise remover 11 and the semiconductor switch SW, and between the conductor 11a of the noise remover 11 and the heat sink HS.
  • the second parasitic capacitance Chp2 is generated.
  • the voltage fluctuation at the first point P1 is transferred from the conductor 11a to the second line 12b via the second point P2.
  • the noise current Ins flows.
  • the noise current Ins transmitted to the second line 12b flows and circulates through the second point P2, the first capacitor C1, the reactor L, and the first point P1, and is confined in a circuit constituted by these elements. It is not output as noise to the input side of the power conversion device 10.
  • the voltage fluctuation at the second point P2 is transmitted from the heat sink HS to the FG, and the common mode current Icm flows as noise.
  • the magnitude of the common mode current Icm flowing in this case can be expressed by the following formula (1).
  • Icm Chp2 ⁇ dV / dt (1)
  • Icm common mode current
  • Chp2 parasitic capacitance between the conductor 11a and the heat sink
  • V voltage at the second point P2 (V2) t: time
  • FIG. 6 is a graph illustrating an example of a change with time of the voltage of the power conversion device 10.
  • time is plotted on the horizontal axis and voltage is plotted on the vertical axis, and the change over time of the voltage V2 at the second point P2 is shown by a solid line.
  • the change with time of the voltage V1 at the first point P1 is indicated by a broken line. From FIG. 6, it is clear that the change with time of the voltage V2 at the second point P2 is smaller than the change with time of the voltage V1 at the first point P1.
  • the common mode current Icm becomes small. That is, as illustrated in FIG. 6, when there is almost no change in the second point P ⁇ b> 2 connected to the stable potential, even if the common mode current Icm is output as noise to the input side of the power converter 10. Small enough to be ignored.
  • the noise remover 11 in which the conductor 11a is covered with the insulator 11b is disposed between the semiconductor switch SW and the heat sink HS, and the conductor 11a is connected to the line. Yes.
  • the noise current Ins due to the first parasitic capacitance Chp1 generated between the conductor 11a of the noise remover 11 and the semiconductor switch SW can be confined in the power converter 10.
  • the common mode current Icm due to the second parasitic capacitance Chp2 generated between the conductor 11a of the noise remover 11 and the heat sink HS is suppressed by connecting the conductor 11a to the second line 12b having a stable potential. It is possible.
  • the noise reduction effect can be obtained, so that an increase in temperature can be suppressed and production costs can be suppressed. There is. Furthermore, since there is no problem even if the heat sink HS is connected to the FG and the potential is the same as the potential of the power conversion device 10, the distance can be arbitrarily selected without being restricted by the standard regarding the insulation distance. There are advantages that the degree of freedom of arrangement of each element is high and miniaturization is possible.
  • FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing an apparatus used in the experiment.
  • the apparatus used in the experiment includes a filter, an AC-DC converter (AC / DC), a power converter (DC / DC), and an isolated DC-DC converter (insulated DC / DC). It is configured by connecting to a power source (power source) and connecting the output side of the isolated DC-DC converter to the power load (load) side.
  • a noise measuring device (measuring device) is disposed between the AC 100V power source and the filter, and the noise measuring device is configured to measure noise leaking from the filter side.
  • Each circuit and device from the AC 100V power source to the isolated DC-DC converter are arranged in series on lines connected to live (L), neutral (N), and ground (FG), respectively.
  • L live
  • N neutral
  • FG ground
  • a conventional power converter for comparison and the power converter according to the present invention were used.
  • FIG. 8A and 8B are explanatory views schematically showing a part of the power conversion device used in the experiment.
  • FIG. 8A is a conventional power converter for comparison
  • FIG. 8B is a power converter according to the present invention.
  • an insulator I is interposed between a semiconductor switch SW using a MOSFET and a heat sink HS.
  • the insulator I is a heat conductive resin formed in a thin film shape having a thickness of 0.85 mm.
  • a noise remover 11 is interposed between a semiconductor switch SW using a MOSFET and a heat sink HS.
  • the noise remover 11 uses a copper foil formed as a thin film with a thickness of 18 ⁇ m as the conductor 11a, and an insulating sheet with a thickness of 0.1 mm is disposed as the insulator 11b on the semiconductor switch SW side, and on the heat sink HS side.
  • the insulator 11b is provided with a heat conductive resin having a thickness of 0.3 mm. Further, the copper foil used as the conductor 11a is connected to the source terminal of the semiconductor switch SW.
  • FIG. 9A and 9B are graphs showing the experimental results.
  • FIG. 9A shows the result of an experiment using a conventional power converter for comparison
  • FIG. 9B shows the result of an experiment using the power converter according to the present invention.
  • 9A and 9B show the relationship by taking the frequency [Hz] on the horizontal axis and taking the noise level [dBuV].
  • L1 is CISPR Pub. 11 (Classical Radio Interference Special Committee; Information Technology Equipment) class B average value
  • L2 is CISPR Pub. 11 shows a class B QP (quasi-peak detection) defined in FIG. 9A and 9B
  • VA indicates a noise measurement result between L and FG
  • VB indicates a noise measurement result between N and FG.
  • noise is reduced by using the power conversion device according to the present invention, and the effect is particularly remarkable in the frequency range of 200 k to 1 M [Hz].
  • a reduction effect of ⁇ 10 [dB] can be confirmed at 300 k [Hz].
  • the conductor 11a is disposed between the semiconductor switch SW and the heat sink HS
  • the insulator 11b is disposed as an insulating film between the conductor 11a and the semiconductor switch SW and between the conductor 11a and the heat sink HS.
  • the conductor 11a and the insulator 11b can be designed as appropriate.
  • the shape is not limited to a thin film shape, and may be a bulk shape with a thickness or a hard flat plate shape. In order to increase thermal conductivity, the surface shape is different from a flat surface such as a curved surface or unevenness. It may be formed.
  • the insulator 11b may be adhered as an insulating film on both surfaces of the conductor 11a.
  • the semiconductor switch SW, the insulator 11b, the conductor 11a, the insulator 11b, and the heat sink HS may not be in contact with each other as long as a sufficient heat dissipation effect is provided.
  • materials for the conductor 11a and the insulator 11b can be selected as appropriate. However, a material having high thermal conductivity is preferable.
  • the heat sink HS is connected to the FG.
  • a ground potential such as SG (signal ground), earth, or the like, or another potential having the same effect is connected. It is also possible to design.
  • the conductor 11a of the noise eliminator 11 can also be appropriately designed such that it is not connected to the second line 12b on the source terminal side but connected to the first line 12a on the drain terminal side.
  • the power conversion device 10 is not limited to the above-described embodiment, and in the technical field such as power electronics, various devices such as a DC-AC inverter using a semiconductor switch, a DC chopper, etc. It is possible to apply.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

線路に配設されたスイッチング素子と、グランド電位等の所定の電位に接続される放熱器とを備えた電力変換装置に適用され、スイッチング素子と放熱器との間に発生する寄生容量に起因し、電力変換装置の入力側へ出力させるノイズを低減する電力変換装置を提供する。　スイッチング素子（半導体スイッチＳＷ）及び放熱器（ヒートシンクＨＳ）の間に、導電体１１ａを絶縁体１１ｂで覆ったノイズ除去器１１を介装し、ノイズ除去器１１の導電体１１ａを線路の安定電位に接続する。

Description

電力変換装置
　本発明は、入力側及び出力側を結ぶ線路に配設されたスイッチング素子と、所定の電位に接続される放熱器とを備えた電力変換装置に関する。
　半導体スイッチをスイッチングすることによって、出力電圧及び／又は出力電流を制御する電力変換装置が様々な用途に用いられている。電力変換装置は、半導体スイッチにより発生する熱を放出するため、ヒートシンクが取り付けられる。
　図１は、電力変換装置が備える半導体スイッチ及び取り付けられたヒートシンクの外観を模式的に示す概略側面図である。図１は、電力変換装置が備える半導体スイッチＳＷを示している。半導体スイッチＳＷには、ヒートシンクＨＳが取り付けられた状態で基板Ｂ上に固定されている。ヒートシンクＨＳは、半導体スイッチＳＷにて発生した熱を外部へ放出することで冷却する機能を有している。
　ところが、ヒートシンクＨＳをＦＧ（フレームグランド）に接続した場合、半導体スイッチＳＷとヒートシンクＨＳとの間に寄生容量が発生する。
　図２は、電力変換装置が備える半導体スイッチに関する回路図に、ヒートシンクを模式的に示した説明図である。図２は、入力側及び出力側を結ぶ一対の線路を短絡する半導体スイッチＳＷが配設された電力変換装置に関する回路を示しており、半導体スイッチＳＷの右側にヒートシンクＨＳが示されている。ヒートシンクＨＳは、ＦＧに接続されている。また、半導体スイッチＳＷとヒートシンクＨＳの間には寄生容量Ｃhpが発生する。発生した寄生容量Ｃhpにより、半導体スイッチＳＷの正極に接続されたポイントＰ１の電圧変動がＦＧに伝わり、ノイズとしてコモンモード電流Ｉcmが流れる。
　図３は、電力変換装置におけるポイントＰ１の電圧変化を示すグラフである。図３は、横軸に時間をとり、縦軸にポイントＰ１の電圧をとって、ポイントＰ１の電圧Ｖ１の経時変化を示している。図３に示すポイントＰ１の電圧Ｖ１の経時変化は、寄生容量Ｃhpを介してＦＧに伝わるため電力変換装置の入力側へノイズとして出力される。
　以上のように、ヒートシンクＨＳをＦＧに接続した場合、電力変換装置の入力側へポイントＰ１の電圧変動に応じた大きなノイズが出力されるという問題が生じる。ＦＧに伝わってノイズとなるコモンモード電流Ｉcmの大きさは、以下の式（Ａ）で表すことができる。
　Ｉcm＝Ｃhp　×　ｄＶ／ｄｔ　　…式（Ａ）
　　但し、Ｉcm：コモンモード電流
　　　　　Ｃhp：半導体スイッチＳＷとヒートシンクＨＳとの間の寄生容量
　　　　　Ｖ　：ポイントＰ１の電圧（Ｖ１）
　　　　　ｔ　：時間
　また、寄生容量Ｃhpは、下記の式（Ｂ）で表すことができる。
　Ｃhp＝ε・Ｓ／ｄhp　　…式（Ｂ）
　　但し、ε　：半導体スイッチＳＷとヒートシンクＨＳとの間の誘電率
　　　　　ｄhp：半導体スイッチＳＷとヒートシンクＨＳとの間の距離
　　　　　Ｓ　：電極面積
　そこで、上述のようなノイズを低減するため半導体スイッチとヒートシンクとの間に、セラミックスを用いた低誘電率の絶縁材料を挟み半導体スイッチとヒートシンクとの間に発生する寄生容量を低減する方法が特許文献１に提案されている。寄生容量を低減することにより、上記式（Ａ）の寄生容量Ｃhpが小さくなるため、コモンモード電流Ｉcmを小さくすることができる。
　また、ノイズを低減する他の方法として、ヒートシンク自体を安定電位と繋げ、ノイズの原因となる電流を回路内に閉じ込める方法が特許文献２に提案されている。
特開平９－２９８８８９号公報 特開平１１－３５６０４７号公報
　しかしながら、特許文献１にて提案されている方法では、半導体スイッチとヒートシンクとの間に挟み込む絶縁材料の熱抵抗によって、半導体スイッチを十分に冷却することができないという問題が生じる。また、絶縁材料として用いられるセラミックスは、高価なため、電力変換装置のコストが高騰するという問題が生じる。
　また、特許文献２にて提案されている方法では、ヒートシンクを筐体に固定して使用する場合、筐体はグランド電位となるため、グランド電位と安定電位との絶縁距離を確保しなければならない。このためヒートシンクの設置スペースが大きくなるという問題が発生し、他の素子の配置の制約等の問題にも繋がる。また、ヒートシンクを固定するネジは、絶縁材料にする必要がある。絶縁材料のネジとして樹脂材料を用いた場合、強度に問題があり、セラミックスを用いた場合、電力変換装置のコストが高騰するという問題がある。他方、ヒートシンクを筐体に固定しない場合、ヒートシンクの固定強度を確保するために多数の点で固定する必要が生じるため、他の素子の配置の制約等の問題が生じる。
　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子とヒートシンクとの間に導電体を配置し、導電体及びスイッチング素子の間、並びに導電体及び放熱器の間に絶縁体を配置して、導電体を入力側と出力側とを繋ぐ線路に接続する。これにより、特許文献１及び特許文献２について述べた問題を生じさせることなく、ノイズを低減することが可能な電力変換装置の提供を目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、入力側及び出力側を結ぶ一対の線路を短絡するように配設されたスイッチング素子と、所定の電位に接続される放熱器とを備えた電力変換装置であって、前記スイッチング素子及び放熱器の間に配置された導電体と、前記導電体及びスイッチング素子の間、並びに前記導電体及び放熱器の間に配置された絶縁体とを備え、前記導電体は、前記一対の線路のうちの一方の線路に電気的に接続されていることを特徴とする。
　また、電力変換装置は、入力側及び出力側を結ぶ一対の線路を短絡するように配設されたスイッチング素子と、所定の電位に接続される放熱器とを備えた電力変換装置であって、前記スイッチング素子及び放熱器の間に配置された導電体と、前記導電体を覆う絶縁体とを備え、前記導電体は、前記一対の線路のうちの一方の線路に電気的に接続されていることを特徴とする。
　また、電力変換装置は、前記導電体及び絶縁体は、薄膜状をなし、前記スイッチング素子に対向する前記絶縁体の面は、前記スイッチング素子に貼着し、前記放熱器に対向する前記絶縁体の面は、前記放熱器に貼着していることを特徴とする。
　また、電力変換装置は、前記導電体が接続された一方の線路は、安定電位に接続されていることを特徴とする。
　また、電力変換装置は、前記放熱器が接続する所定の電位は、グランド電位であることを特徴とする。
　本発明に係る電力変換装置は、寄生容量に起因するノイズを回路内に閉じ込めることができる。
　本発明は、スイッチング素子とヒートシンクとの間に導電体を配置し、導電体及びスイッチング素子の間、並びに導電体及び放熱器の間に絶縁体を配置して、導電体を線路に接続する。これにより、導電体及びスイッチング素子の間、並びに導電体及び放熱器の間に生じた寄生容量に基づくノイズ電流を線路側に流すことができるので、ノイズを回路内に閉じ込め、電力変換装置の入力側へ出力されるノイズを低減することが可能である等、優れた効果を奏する。
電力変換装置が備える半導体スイッチ及び取り付けられたヒートシンクの外観を模式的に示す概略側面図である。 電力変換装置が備える半導体スイッチに関する回路図に、ヒートシンクを模式的に示した説明図である。 電力変換装置におけるポイントＰ１の電圧変化を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の外観の一例を模式的に示す概略側面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置に関する回路図に、ヒートシンク及びノイズ除去器を用いた制御系の一例を模式的に示した説明図である。 電力変換装置の電圧の経時変化の一例を示すグラフである。 実験に用いた装置を概略的に示す模式図である。 実験に用いた電力変換装置の一部を模式的に示す説明図である。 実験に用いた電力変換装置の一部を模式的に示す説明図である。 実験結果を示すグラフである。 実験結果を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
　図４は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の外観の一例を模式的に示す概略側面図である。本発明に係る電力変換装置１０は、半導体スイッチＳＷを用いて出力電圧及び／又は出力電流の変換に関する制御を行うインバータ、ＤＣ－ＤＣ変換装置等の装置である。
　半導体スイッチＳＷは、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor ）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）等の半導体スイッチング素子にて構成されている。半導体スイッチＳＷは、脚部となるソース端子、ドレイン端子及びゲート端子により基板Ｂ上に固定されている。また、基板Ｂ上には、半導体スイッチＳＷにて発生した熱を外部へ放出することで冷却する機能を有するヒートシンク（放熱器）ＨＳが立設されており、ヒートシンクＨＳは、後述するＦＧ（フレームグランド）に電気的に接続されている。さらに、基板Ｂ上には、半導体スイッチＳＷとヒートシンクＨＳとの間に発生する寄生容量から電力変換装置１０の入力側へ流れるノイズ電流を低減するノイズ除去器１１が半導体スイッチＳＷ及びヒートシンクＨＳの間に介装されている。
　ノイズ除去器１１は、銅箔等の薄膜状をなす導電体１１ａと、導電体１１ａを覆う絶縁体１１ｂとを備えており、導電体１１ａは、半導体スイッチＳＷのソース端子を介して後述する第２線路１２ｂ（図５参照）に電気的に接続されている。ノイズ除去器１１は、薄膜状をなす導電体１１ａを、薄膜状をなす絶縁体（絶縁膜）１１ｂにて覆った形状の薄膜状をなしており、半導体スイッチＳＷに対向する側の一方の面が半導体スイッチＳＷに貼着され、ヒートシンクＨＳに対向する側の他方の面がヒートシンクＨＳに貼着されている。即ち、半導体スイッチＳＷ及びヒートシンクＨＳの間に導電体１１ａが配置され、導電体１１ａ及び半導体スイッチＳＷの間、並びに導電体１１ａ及びヒートシンクＨＳの間に絶縁膜として絶縁体１１ｂが配置された構成となっている。また、半導体スイッチＳＷで発生した熱をノイズ除去器１１を介してヒートシンクＨＳへ伝導する熱伝導の効率を高めるため、半導体スイッチＳＷはノイズ除去器１１の一方の面に貼着する放熱面を有し、ヒートシンクＨＳはノイズ除去器１１の他方の面に貼着する吸熱面を有している。
　図５は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１０に関する回路図に、ヒートシンクＨＳ及びノイズ除去器１１を用いた制御系の一例を模式的に示した説明図である。図５に例示する制御系では、ＡＣ電源（図示せず）に接続されるフィルタ２０と、ＡＣ電源から供給される交流を直流に変換するダイオードブリッジ等のＡＣ－ＤＣコンバータ３０と、電圧の平滑化、昇圧等の電力変換を行う電力変換装置１０と、電力負荷（図示せず）に応じた規格の電圧及び電流への変換を行うトランス等の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ４０とが用いられている。ＡＣ－ＤＣコンバータ３０により交流から変換される直流とは、フィルタ２０側から出力される交流に対し、マイナス側の電圧の方向を反転させた脈流であり、方向は一定であるが、大きさは変化する。そして、電力変換装置１０により、脈流として供給される直流電圧を平滑化する。
　電力変換装置１０には、ＡＣ－ＤＣコンバータ３０に接続する入力側と、絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ４０に接続する出力側とを結ぶ第１線路１２ａ及び第２線路１２ｂが設けられている。第１線路１２ａ及び第２線路１２ｂは、入力側の第１電位及び第２電位に接続される。第１線路１２ａは、第１電位として、例えば、プラス側に接続される。第２線路１２ｂは、第２電位として、例えば、マイナス側に接続され、第１電位より低い安定電位に接続する配線として用いられる。
　電力変換装置１０内において、ＡＣ－ＤＣコンバータ３０から入力を受ける入力側には、第１線路１２ａ及び第２線路１２ｂの間を接続し、平滑化を行う第１コンデンサＣ１が配設されている。また、絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ４０へ出力する出力側には、リアクトルＬ、半導体スイッチＳＷ、整流素子Ｄ及び第２コンデンサＣ２を用いた昇圧回路（昇圧チョッパ）が配設されている。
　昇圧回路として配設されているリアクトルＬ及び整流素子Ｄは、第１線路１２ａ上に直列に接続されている。整流素子Ｄは、アノード端子が入力側に、カソード端子が出力側になる向きで配設されており、アノード側には、リアクトルＬが直列で接続されている。また、第２コンデンサＣ２は、整流素子Ｄのカソード側に、第１線路１２ａ及び第２線路１２ｂの間を接続するようにして配設されている。
　さらに、昇圧回路の半導体スイッチＳＷは、第１線路１２ａ及び第２線路１２ｂの間を短絡するように配設されている。図５に例示した回路では、半導体スイッチＳＷとして、逆並列ダイオードを内蔵するＭＯＳＦＥＴが用いられている。半導体スイッチＳＷのドレイン端子は、リアクトルＬ及び整流素子Ｄの間となる第１線路１２ａの第１ポイントＰ１に接続されており、ソース端子は、第２線路１２ｂの第２ポイントＰ２に接続されている。なお、第２ポイントＰ２は、第１コンデンサＣ１が第２線路１２ｂに接続する接続点と、第２コンデンサＣ２が第２線路１２ｂに接続する接続点との間に位置する。
　図５中で、半導体スイッチＳＷの右側には、近傍に配設されたヒートシンクＨＳが示されており、半導体スイッチＳＷ及びヒートシンクＨＳの間には、ノイズ除去器１１が配設されている。ヒートシンクＨＳは、グランド電位となるＦＧ（フレームグランド）に接続されている。ノイズ除去器１１の導電体１１ａは、接続線１１ｃを介して第２線路１２ｂに接続されている。
　以上説明した各種素子の他、ノイズ除去器１１の導電体１１ａと半導体スイッチＳＷとの間には、第１寄生容量Ｃhp１が発生し、ノイズ除去器１１の導電体１１ａとヒートシンクＨＳとの間には、第２寄生容量Ｃhp２が発生する。
　ノイズ除去器１１の導電体１１ａと半導体スイッチＳＷとの間に発生した第１寄生容量Ｃhp１により、第１ポイントＰ１の電圧変動が導電体１１ａから第２ポイントＰ２を介して第２線路１２ｂへと伝わり、ノイズ電流Ｉnsが流れる。ただし、第２線路１２ｂへ伝わったノイズ電流Ｉnsは、第２ポイントＰ２、第１コンデンサＣ１、リアクトルＬ及び第１ポイントＰ１と流れて循環し、これら素子にて構成される回路内に閉じ込められるため、電力変換装置１０の入力側へノイズとして出力されることはない。
　また、ノイズ除去器１１の導電体１１ａとヒートシンクＨＳとの間に発生した第２寄生容量Ｃhp２により、第２ポイントＰ２の電圧変動がヒートシンクＨＳからＦＧに伝わり、ノイズとしてコモンモード電流Ｉcmが流れる。この場合に流れるコモンモード電流Ｉcmの大きさは、以下の式（１）で表すことができる。
　Ｉcm＝Ｃhp２　×　ｄＶ／ｄｔ　　…式（１）
　　但し、Ｉcm：コモンモード電流
　　　　　Ｃhp２：導電体１１ａとヒートシンクＨＳとの間の寄生容量
　　　　　Ｖ　：第２ポイントＰ２の電圧（Ｖ２）
　　　　　ｔ　：時間
　式（１）に示した第２ポイントＰ２の電圧について説明する。図６は、電力変換装置１０の電圧の経時変化の一例を示すグラフである。図６は、横軸に時間をとり、縦軸に電圧をとって、第２ポイントＰ２の電圧Ｖ２の経時変化を実線にて示している。また、比較のため、第１ポイントＰ１の電圧Ｖ１の経時変化を破線にて示している。図６から、第２ポイントＰ２の電圧Ｖ２の経時変化は、第１ポイントＰ１の電圧Ｖ１の経時変化より小さいことが明らかである。従って、第２ポイントＰ２の経時変化に起因する式（１）中のｄＶ／ｄｔの値が、第１ポイントＰ１の経時変化に起因する値より小さくなるため、コモンモード電流Ｉcmが小さくなる。即ち、図６に例示したように安定電位に接続される第２ポイントＰ２の変化がほとんどない場合、コモンモード電流Ｉcmは、電力変換装置１０の入力側へノイズとして出力された場合であっても無視できるほど小さいものとなる。
　以上のように、本願記載の電力変換装置１０は、導電体１１ａを絶縁体１１ｂで覆ったノイズ除去器１１を半導体スイッチＳＷ及びヒートシンクＨＳの間に配置し、導電体１１ａを線路に接続している。これにより、ノイズ除去器１１の導電体１１ａと半導体スイッチＳＷとの間に発生した第１寄生容量Ｃhp１によるノイズ電流Ｉnsを電力変換装置１０内に閉じ込めることが可能である。また、導電体１１ａを安定電位である第２線路１２ｂに接続することにより、ノイズ除去器１１の導電体１１ａとヒートシンクＨＳとの間に発生した第２寄生容量Ｃhp２によるコモンモード電流Ｉcmを抑制することが可能である。さらに、ノイズ除去器１１を構成する導電体１１ａ及び絶縁体１１ｂを薄膜状に形成してもノイズ低減効果を奏するため、温度の上昇を抑制し、また生産コストを抑制することができる等の利点がある。さらに、ヒートシンクＨＳをＦＧに接続して電力変換装置１０の電位と同じ電位としても問題が無いため、絶縁距離についての規格上の制約を受けることなく、任意に距離を選定することができ、従って、各素子の配置の自由度が高く、小型化が可能である等の利点がある。
　＜実験例＞
　次に、本発明に係る電力変換装置１０の実験例を示し、その結果について説明する。図７は、実験に用いた装置を概略的に示す模式図である。実験に用いた装置は、フィルタ、ＡＣ－ＤＣコンバータ（ＡＣ／ＤＣ）、電力変換装置（ＤＣ／ＤＣ）及び絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ（絶縁ＤＣ／ＤＣ）を備え、入力側であるフィルタ側をＡＣ電源（電源）に接続し、出力側である絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ側を電力負荷（負荷）側に接続して構成される。そして、ＡＣ１００Ｖ電源とフィルタとの間にはノイズ測定装置（測定装置）が配置されており、ノイズ測定装置は、フィルタ側から漏出するノイズを測定するように構成されている。また、ＡＣ１００Ｖ電源から絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータまでの各回路及び装置は、ライブ（Ｌ）、ニュートラル（Ｎ）及びグランド（ＦＧ）にそれぞれ接続される線路上に直列に配置されている。また、電力変換装置としては、比較用となる従来型の電力変換装置と、本発明に係る電力変換装置とを用いた。
　図８Ａ及び図８Ｂは、実験に用いた電力変換装置の一部を模式的に示す説明図である。図８Ａは、比較用となる従来型の電力変換装置であり、図８Ｂは、本発明に係る電力変換装置である。図８Ａに示す比較用の従来型の電力変換装置は、ＭＯＳＦＥＴを用いた半導体スイッチＳＷと、ヒートシンクＨＳとの間に絶縁体Ｉを介装している。絶縁体Ｉは、厚さ０．８５mmの薄膜状に形成した熱伝導性樹脂である。図８Ｂに示す電力変換装置は、ＭＯＳＦＥＴを用いた半導体スイッチＳＷと、ヒートシンクＨＳとの間にノイズ除去器１１を介装している。ノイズ除去器１１は、厚さ１８umの薄膜状に形成した銅箔を導電体１１ａとして用い、半導体スイッチＳＷ側には絶縁体１１ｂとして厚さ０．１mmの絶縁シートが配置され、ヒートシンクＨＳ側には絶縁体１１ｂとして厚さ０．３mmの熱伝導性樹脂が配置されている。また、導電体１１ａとして用いられる銅箔は、半導体スイッチＳＷのソース端子に接続されている。
　図９Ａ及び図９Ｂは、実験結果を示すグラフである。図９Ａは、比較用となる従来型の電力変換装置を用いて実験した結果を示しており、図９Ｂは、本発明に係る電力変換装置を用いて実験した結果を示している。図９Ａ及び図９Ｂは、周波数［Ｈｚ］を横軸にとり、ノイズのレベル［ｄＢｕＶ］をとって、その関係を示している。なお、図９Ａ及び図９Ｂ中、Ｌ１は、ノイズ測定の規格としてＣＩＳＰＲ　Ｐｕｂ．１１（国際無線障害特別委員会；情報技術装置）にて規定されるクラスＢの平均値を示し、Ｌ２は、ＣＩＳＰＲ　Ｐｕｂ．１１にて規定されるクラスＢのＱＰ（準尖頭値検波）を示している。また、図９Ａ及び図９Ｂ中、ＶＡは、Ｌ－ＦＧ間のノイズ測定結果を示し、ＶＢは、Ｎ－ＦＧ間のノイズ測定結果を示している。
　図９Ａ及び図９Ｂを比較すると明らかなように、本発明に係る電力変換装置を用いることにより、ノイズが低減されており、特に２００ｋ～１Ｍ［Ｈｚ］の周波数域でその効果は顕著であり、３００ｋ［Ｈｚ］では－１０［ｄＢ］の低減効果が確認できる。
　本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　例えば、半導体スイッチＳＷ及びヒートシンクＨＳの間に導電体１１ａが配置され、導電体１１ａ及び半導体スイッチＳＷの間、並びに導電体１１ａ及びヒートシンクＨＳの間に絶縁膜として絶縁体１１ｂが配置されるのであれば、導電体１１ａ及び絶縁体１１ｂは適宜設計することが可能である。例えば、形状は、薄膜状に限らず、厚みをもったバルク状であっても、硬質の平板状であっても良く、熱伝導率を高めるため、曲面、凹凸等の平面と異なる表面形状として形成しても良い。また、導電体１１ａを絶縁体１１ｂで覆うのではなく、導電体１１ａの両面に絶縁膜として絶縁体１１ｂを貼着するようにしても良い。また、十分な放熱効果を備えるのであれば、半導体スイッチＳＷ、絶縁体１１ｂ、導電体１１ａ、絶縁体１１ｂ及びヒートシンクＨＳのそれぞれの間は接していなくても良い。さらに、導電体１１ａ及び絶縁体１１ｂの材料は適宜選択することが可能である。ただし、熱伝導率が高い材料が好ましい。
　また、前記実施形態では、ヒートシンクＨＳをＦＧに接続する形態について説明したが、ＦＧ以外のＳＧ（シグナルグランド）、アース等のグランド電位、更には同様の効果を奏する他の電位に接続するように設計することも可能である。そして、ノイズ除去器１１の導電体１１ａについてもソース端子側の第２線路１２ｂに接続するのではなく、ドレイン端子側の第１線路１２ａに接続する等、適宜設計することが可能である。ただし、第１寄生容量Ｃhp１に印加される電圧の変動を抑制するという観点からは安定電位である第２線路１２ｂに接続することが好ましい。
　さらに、本発明に係る電力変換装置１０は、上述した実施形態に限定されるものではなく、パワーエレクトロニクス等の技術分野において、半導体スイッチを用いたＤＣ－ＡＣインバータ、ＤＣチョッパ等の様々な装置として適用することが可能である。
１０　　　電力変換装置
１１　　　ノイズ除去器
１１ａ　　導電体
１１ｂ　　絶縁体（絶縁膜）
１１ｃ　　接続線
１２ａ　　第１線路
１２ｂ　　第２線路
Ｃhp１　　第１寄生容量
Ｃhp２　　第２寄生容量
ＨＳ　　　ヒートシンク（放熱器）
ＳＷ　　　半導体スイッチ

Claims (5)

  1. 　入力側及び出力側を結ぶ一対の線路を短絡するように配設されたスイッチング素子と、所定の電位に接続される放熱器とを備えた電力変換装置であって、
    　前記スイッチング素子及び放熱器の間に配置された導電体と、
    　前記導電体及びスイッチング素子の間、並びに前記導電体及び放熱器の間に配置された絶縁体と
    　を備え、
    　前記導電体は、前記一対の線路のうちの一方の線路に電気的に接続されている
    　ことを特徴とする電力変換装置。
  2. 　入力側及び出力側を結ぶ一対の線路を短絡するように配設されたスイッチング素子と、所定の電位に接続される放熱器とを備えた電力変換装置であって、
    　前記スイッチング素子及び放熱器の間に配置された導電体と、
    　前記導電体を覆う絶縁体と
    　を備え、
    　前記導電体は、前記一対の線路のうちの一方の線路に電気的に接続されている
    　ことを特徴とする電力変換装置。
  3. 　請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記導電体及び絶縁体は、薄膜状をなし、
    　前記スイッチング素子に対向する前記絶縁体の面は、前記スイッチング素子に貼着し、
    　前記放熱器に対向する前記絶縁体の面は、前記放熱器に貼着している
    　ことを特徴とする電力変換装置。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
    　前記導電体が接続された一方の線路は、安定電位に接続されている
    　ことを特徴とする電力変換装置。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
    　前記放熱器が接続する所定の電位は、グランド電位である
    　ことを特徴とする電力変換装置。
PCT/JP2016/057179 2015-06-30 2016-03-08 電力変換装置 WO2017002398A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680022360.9A CN107534388A (zh) 2015-06-30 2016-03-08 电力转换装置
EP16817508.1A EP3276806A4 (en) 2015-06-30 2016-03-08 Power conversion device
US15/784,326 US10361628B2 (en) 2015-06-30 2017-10-16 Power converter

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-131404 2015-06-30
JP2015131404A JP6511992B2 (ja) 2015-06-30 2015-06-30 電力変換装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/784,326 Continuation US10361628B2 (en) 2015-06-30 2017-10-16 Power converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017002398A1 true WO2017002398A1 (ja) 2017-01-05

Family

ID=57608667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/057179 WO2017002398A1 (ja) 2015-06-30 2016-03-08 電力変換装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10361628B2 (ja)
EP (1) EP3276806A4 (ja)
JP (1) JP6511992B2 (ja)
CN (1) CN107534388A (ja)
WO (1) WO2017002398A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3376658A1 (en) * 2017-03-13 2018-09-19 Omron Corporation Power conversion device and power supply apparatus

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113452250B (zh) * 2021-06-30 2022-05-10 东南大学 一种单电源驱动的多电平双逆变器拓扑结构及其控制方法
CN114244076B (zh) * 2022-02-24 2022-05-27 浙江杭可仪器有限公司 一种平台直流电源

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001069764A (ja) * 1999-08-26 2001-03-16 Matsushita Electric Works Ltd 電源装置
JP2009299928A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Daikin Ind Ltd 冷凍装置
JP2011082535A (ja) * 2010-11-15 2011-04-21 Renesas Electronics Corp 半導体装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3138752A (en) * 1958-11-24 1964-06-23 Blasio Conrad G De Transistor-regulated direct current power supply with remote programming capabilities
FR1564641A (ja) * 1968-02-07 1969-04-25
JPH064592Y2 (ja) * 1988-08-04 1994-02-02 富士電機株式会社 電力変換装置のノイズ防止回路
JP2839632B2 (ja) * 1990-03-30 1998-12-16 株式会社東芝 電子レンジ
US5990776A (en) * 1994-12-08 1999-11-23 Jitaru; Ionel Low noise full integrated multilayers magnetic for power converters
JP3649259B2 (ja) 1996-04-26 2005-05-18 株式会社安川電機 インバータ装置
JPH11356047A (ja) 1998-06-08 1999-12-24 Cosel Co Ltd スイッチングレギュレータ電源装置
JP3858834B2 (ja) * 2003-02-24 2006-12-20 オンキヨー株式会社 半導体素子の放熱器
US7782002B2 (en) * 2004-09-08 2010-08-24 Progressive Dynamics, Inc. Power converter
US7393432B2 (en) * 2004-09-29 2008-07-01 Lam Research Corporation RF ground switch for plasma processing system
KR100652959B1 (ko) * 2005-06-13 2006-12-01 삼성전자주식회사 스위칭모드 전원공급장치
US8138529B2 (en) * 2009-11-02 2012-03-20 Transphorm Inc. Package configurations for low EMI circuits
JP6243136B2 (ja) * 2012-05-02 2017-12-06 株式会社半導体エネルギー研究所 スイッチングコンバータ
US10268165B2 (en) * 2014-11-05 2019-04-23 The Trustees Of Princeton University Electrical detector for liquid metal leaks
JP6447391B2 (ja) * 2015-06-30 2019-01-09 オムロン株式会社 電力変換装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001069764A (ja) * 1999-08-26 2001-03-16 Matsushita Electric Works Ltd 電源装置
JP2009299928A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Daikin Ind Ltd 冷凍装置
JP2011082535A (ja) * 2010-11-15 2011-04-21 Renesas Electronics Corp 半導体装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3276806A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3376658A1 (en) * 2017-03-13 2018-09-19 Omron Corporation Power conversion device and power supply apparatus
CN108573941A (zh) * 2017-03-13 2018-09-25 欧姆龙株式会社 电力转换装置以及电源装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3276806A1 (en) 2018-01-31
US10361628B2 (en) 2019-07-23
CN107534388A (zh) 2018-01-02
EP3276806A4 (en) 2018-06-13
US20180048229A1 (en) 2018-02-15
JP6511992B2 (ja) 2019-05-15
JP2017017840A (ja) 2017-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105934824B (zh) 电力用半导体装置
US9392714B2 (en) Power semiconductor module and method of manufacturing a power semiconductor
JP6158051B2 (ja) 電力変換装置
JP6230946B2 (ja) 電力変換装置、およびそれを搭載した鉄道車両
US10600716B2 (en) Power converter
WO2017002398A1 (ja) 電力変換装置
JP2011216802A (ja) 電子回路装置
KR20180050661A (ko) 유도 가열 전원 장치
US8773832B2 (en) Power supply apparatus
JP2018143010A (ja) 電子回路装置
WO2017002399A1 (ja) 電力変換装置
US20180358279A1 (en) Semiconductor device
WO2016147243A1 (ja) パワーモジュール，電力変換装置，および車両用駆動装置
JP2016149912A (ja) 電力変換装置
JP2019201187A (ja) 電子回路装置
JP6265459B2 (ja) 電子部品の実装構造
EP3376658B1 (en) Power conversion device and power supply apparatus
KR20160139218A (ko) 디씨-디씨 컨버터
JP2013034304A (ja) 電力変換装置
TWI789400B (zh) 充電器
WO2019234467A1 (ja) 電力変換装置
JP2023115513A (ja) 電力変換装置
JP2024003915A (ja) 電力変換器
JP2016149907A (ja) 電力変換装置
JP2014179403A (ja) 電子部品の実装構造

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16817508

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE