JP2004056984A

JP2004056984A - Power converting device

Info

Publication number: JP2004056984A
Application number: JP2002215303A
Authority: JP
Inventors: Hideo Okayama; 岡山　秀夫; Takeshi Tanaka; 田中　毅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converting device capable of decreasing the wiring inductance and a surge-generating factor itself. <P>SOLUTION: This power converting device is provided with a filter capacitor 2, a p-side arm 4a, an n-side arm 4b, and an output terminal 5 connected to the series connection point of the p-side arm 4a and the n-side arm 4b. In this device, the filter capacitor 2 has first DC terminals 12a, 12b and second DC ones 13a, 13b, and p-side and n-side conductors 16a, 16b arranged roughly parallel are built in the capacitor 2. A connecting conductor 17 that connects the series connection point of the p-side arm 4a and the n-side arm 4b to the output terminal 5 is configured to pass through a space inside the capacitor 2 and drawn out of the side of the first DC terminals 12a, 12b. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己消弧型半導体素子とそれに逆並列接続されるダイオードを内蔵したパワーモジュールを適用したインバータ部を含む電力変換装置に関するものである。特に電力変換装置内における浮遊インダクタンスを極力抑制してパワーモジュールのスイッチング動作により発生するサージを軽減すると同時に、パワーモジュールに設けられている複数端子間の電流不平衡を抑制する電力変換装置の実装技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は特開２００２−０４４９４９号公報に開示されている従来の電力変換装置の基本回路構成を示す図である。図１４において、１は直流電源、２はフィルタコンデンサ、３はインバータ部である。インバータ部３はパワーモジュール４と出力端子５を備えており、パワーモジュール４はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）６ａ、６ｂとＩＧＢＴ６ａ、６ｂの各々に逆並列接続されるダイオード７ａ、７ｂから構成される。
【０００３】
一方、図１５は図１４におけるインバータ部３のパワーモジュール４とフィルタコンデンサ２との接続構成を説明した図である。フィルタコンデンサ２はコンデンサ群８ａ、８ｂに分割されており、コンデンサ群８ａ、８ｂは複数のコンデンサエレメント９ａ〜９ｆから成る。また、各コンデンサエレメント９ａ〜９ｆの電極端子は向き合わせて面対称的に配置されている。フィルタコンデンサ２とパワーモジュール４は平行配置された導体１０ａ、１０ｂによって接続されている。図１６（ａ）（ｂ）は各々、図１５のコンデンサ群８ａ及びコンデンサ群８ｂの実態を示す図であり、例えばコンデンサ群８ａは３つのコンデンサエレメント９ａ、９ｂ、９ｃを一組として複数組配列し、板状導体１１ａ〜１１ｄによって並列接続されている。コンデンサ群８ｂも同様に、３つのコンデンサエレメント９ｄ、９ｅ、９ｆを一組として複数組配列し、板状導体１１ｅ〜１１ｈによって並列接続されている。この板状導体１１ａ〜１１ｈは積層板状導体、所謂ラミネートブスバーによって構成される。導体１０ａは導体１１ａ、１１ｈと電気的に接続された状態で、コンデンサ群８ａ、８ｂとパワーモジュール４とを接続する。導体１０ｂは導体１１ｄ、１１ｅと電気的に接続された状態で、コンデンサ群８ａ、８ｂとパワーモジュール４とを接続する。
【０００４】
フィルタコンデンサ２を前記のようにコンデンサ群８ａ、８ｂに分割配置し、パワーモジュール４と前記フィルタコンデンサ２とを近接平行に配置された板状導体１０ａ、１０ｂによって接続することにより、板状導体１０ａ、１０ｂは向き合った導体に流れる電流の向きが相反する関係となる。これにより、電流によって発生する磁力線が互いに打ち消し合うことになり、サージの発生を抑制することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来の電力変換装置においては、フィルタコンデンサ２からインバータ部３までの配線が原因で発生するサージを軽減するためのコンデンサ配列方法及び各コンデンサとパワーモジュール４との接続方法が示されているのみであり、フィルタコンデンサ内部の配線とインバータ部内部の配線との関係、直流電源１からフィルタコンデンサ２への配線と他の配線との関係、パワーモジュール４から出力端子５への配線や出力端子５と負荷との間の配線と他の配線との関係等に関しては何ら考慮されておらず、これらの配線間でサージの発生を十分に抑制することができなかった。従って、結局はサージ吸収のための部品が増加することとなり、装置コストが高くなるとともに信頼性が低下するという問題があった。
【０００６】
また、図１５に示すようにコンデンサ群８ａ、８ｂを構成すると、陽極と陰極とを適宜低インダクタンス化を図りながら接続するためには、接続導体自体が絶縁されて複数重ねられた形状をもつ積層板状導体（所謂ラミネートブスバー）を用いる必要がある。これは部品コストが高くなり、ひいては装置コストが高くなるという問題があった。
更に、コンデンサエレメントの電極面で低インダクタンス化を図る必要があるが、特に板状導体１０ａと板状導体１０ｂとの間において、電極とラミネートブスバーとを接続するボルトなどの締め付け部品のための空間を確保せねばならず、板状導体１０ａと板状導体１０ｂとを十分近接配置できないという問題があった。
【０００７】
また、車両推進システムに適用するような比較的大容量な電力変換装置の場合には、負荷となる電動機の容量が大きく大電流を出力する必要があるため、パワーモジュールは同一電位かつ少なくとも２つ以上に分割されたエミッタ端子、コレクタ端子を備える。このようなパワーモジュールを用いる場合には分割された複数の端子に流れる電流の不平衡状態を回避しなければならない。もしパワーモジュール以外の外的要因によって前記不平衡状態が発生する場合には不平衡電流に応じて出力電流を減じなければならず、インバータ部の出力容量が低下する。従って、パワーモジュールを複数並列接続することによって低下するであろう出力電流を補償して、必要な出力容量を確保しなければならない。これは部品コストが高くなり、ひいては装置コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたものであり、電力変換装置における配線インダクタンスを減少させ、サージ発生要因自体を大幅に低減させることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。また、これにより、サージ抑制部品の寸法や容量を小さくし、あるいは不要にして、装置自体の信頼性向上と小形化、低コスト化を図ることが可能な電力変換装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力変換装置は、少なくとも１つ以上のコンデンサエレメントにより構成され、直流電圧を受電または送電するフィルタコンデンサ、前記フィルタコンデンサのＰ側に接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＰ側アーム、前記フィルタコンデンサのＮ側に接続されると共に、前記Ｐ側アームと直列接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＮ側アーム、及び前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとの直列接続点と接続される出力端子を備えた電力変換装置において、前記フィルタコンデンサは、直流電圧を受電または送電するＰ側端子とＮ側端子とで構成された一対の第１直流端子と、前記Ｐ側アームに接続されるＰ側端子と前記Ｎ側アームに接続されるＮ側端子とで構成された一対の第２直流端子と、前記第１直流端子のＰ側端子と前記第２直流端子のＰ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＰ側に接続されるＰ側導体と、前記第１直流端子のＮ側端子と前記第２直流端子のＮ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＮ側に接続されるＮ側導体とを備え、前記Ｐ側導体と前記Ｎ側導体とは少なくとも一部分が略平行に配置された構成のものである。
【００１０】
また、本発明の電力変換装置は、少なくとも１つ以上のコンデンサエレメントにより構成され、直流電圧を受電または送電するフィルタコンデンサ、前記フィルタコンデンサのＰ側に接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＰ側アーム、前記フィルタコンデンサのＮ側に接続されると共に、前記Ｐ側アームと直列接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＮ側アーム、及び前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとの直列接続点と接続される出力端子を備えた電力変換装置において、前記フィルタコンデンサは、直流電圧を受電または送電するＰ側端子とＮ側端子とで構成された一対の第１直流端子と、前記Ｐ側アームに接続されるＰ側端子と前記Ｎ側アームに接続されるＮ側端子とで構成された一対の第２直流端子と、前記第１直流端子のＰ側端子と前記第２直流端子のＰ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＰ側に接続されるＰ側導体と、前記第１直流端子のＮ側端子と前記第２直流端子のＮ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＮ側に接続されるＮ側導体とを備え、前記Ｐ側導体と前記Ｎ側導体の少なくとも第２直流端子側部分は、前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとを直列接続するアーム接続導体と略平行に配置され、かつ電流の流れる方向が逆方向となるように構成されたものである。
【００１１】
また、本発明の電力変換装置は、少なくとも１つ以上のコンデンサエレメントにより構成され、直流電圧を受電または送電するフィルタコンデンサ、前記フィルタコンデンサのＰ側に接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＰ側アーム、前記フィルタコンデンサのＮ側に接続されると共に、前記Ｐ側アームと直列接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＮ側アーム、及び前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとの直列接続点と接続される出力端子を備えた電力変換装置において、前記フィルタコンデンサは、直流電圧を受電または送電するＰ側端子とＮ側端子とで構成された一対の第１直流端子と、前記Ｐ側アームに接続されるＰ側端子と前記Ｎ側アームに接続されるＮ側端子とで構成された一対の第２直流端子と、前記第１直流端子のＰ側端子と前記第２直流端子のＰ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＰ側に接続されるＰ側導体と、前記第１直流端子のＮ側端子と前記第２直流端子のＮ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＮ側に接続されるＮ側導体とを備え、前記Ｐ側導体と前記Ｎ側導体とは少なくとも一部分が略平行に配置され、前記Ｐ側導体と前記Ｎ側導体の少なくとも第２直流端子側部分は、前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとを直列接続するアーム接続導体と略平行に配置され、かつ電流の流れる方向が逆方向となるように構成されたものである。
【００１２】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、Ｐ側アームとＮ側アームとの直列接続点と出力端子とを接続する出力端子接続導体は、少なくともＰ側導体またはＮ側導体の一部と略平行に配置されているものである。
【００１３】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、フィルタコンデンサは、Ｐ側導体とＮ側導体との間に出力端子接続導体を貫通させることができる空間を有し、前記出力端子接続導体は、前記空間を貫通して取り出せるように配置されているものである。
【００１４】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、空間を貫通する出力端子接続導体とＰ側導体との間、及び空間を貫通する前記出力端子接続導体とＮ側導体との間に絶縁物が挿入されているものである。
【００１５】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、フィルタコンデンサは、少なくとも２つ以上の複数のコンデンサエレメントと、これら複数のコンデンサエレメントを並列接続するＰ側導体及びＮ側導体とをモールド成形した構成のものである。
【００１６】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、一対の第２直流端子は、フィルタコンデンサの本体より外側に突出して設けられ、突出した前記一対の第２直流端子に、Ｐ側アームの自己消弧型半導体素子のコレクタ端子とＮ側アームの自己消弧型半導体素子のエミッタ端子とをそれぞれ接続するものである。
【００１７】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、フィルタコンデンサはＰ側アームとＮ側アームとの直列接続点と常に同電位にある出力端子を備えた構成のものである。
【００１８】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、Ｐ側アームおよびＮ側アームは、それぞれ複数個の直列接続された自己消弧型半導体素子とこれら自己消弧型半導体素子の各々に逆並列に接続されるダイオードとで構成されたものである。
【００１９】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、Ｐ側導体とＮ側導体の少なくとも第２直流端子側部分は、Ｐ側アームおよびＮ側アームを構成する複数個の自己消弧型半導体素子を直列接続する接続導体と略平行に配置され、かつ電流の流れる方向が逆方向となるように構成されているものである。
【００２０】
また、本発明の電力変換装置は、前記装置において、フィルタコンデンサとＰ側アームとＮ側アームと出力端子とで構成される電力変換ユニットを複数組有し、各フィルタコンデンサの第１直流端子におけるＮ側端子同士、及び各フィルタコンデンサの第１直流端子におけるＰ側端子同士を並列に接続したものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
なお、すべての図面において同一符号は同一若しくは相当部材とする。図１は本発明の実施の形態１による電力変換装置の回路構成を示す図である。図２、図３は本実施の形態１による電力変換装置の構造を具体的に示す斜視図であり、特にフィルタコンデンサ２の構造を異なる方向からみた図である。また、図４はＰ側導体の具体的な構成を、図５はアーム接続導体および出力端子接続導体の構成を具体的に示す。
図１において、１は陽極（Ｐと記す）と陰極（Ｎと記す）の電位を持つ直流電源、２は直流電源１からの直流電圧を受電するフィルタコンデンサ（負荷から電流が流れ込む場合は直流電圧を送電する）、３はインバータ部である。フィルタコンデンサ２は複数のコンデンサエレメント９から構成され、直流電源１に接続されるＰ側端子１２ａとＮ側端子１２ｂとで構成された一対の第１直流端子と、インバータ部３に接続されるＰ側端子１３ａとＮ側端子１３ｂとで構成された一対の第２直流端子と、第１直流端子のＰ側端子１２ａと第２直流端子のＰ側端子１３ａとを接続すると共に、コンデンサエレメント９のＰ側に接続されるＰ側導体１６ａと、第１直流端子のＮ側端子１２ｂと第２直流端子のＮ側端子１３ｂとを接続すると共に、コンデンサエレメント９のＮ側に接続されるＮ側導体１６ｂとを備える。また、インバータ部３はＩＧＢＴ６ａおよびフリーホイールダイオード７ａを内蔵したパワーモジュール４ａで構成されるＰ側アームと、ＩＧＢＴ６ｂおよびフリーホイールダイオード７ｂを内蔵したパワーモジュール４ｂで構成されるＮ側アームとを備える。１４ａ、１５ａはそれぞれパワーモジュール４ａのコレクタ端子、エミッタ端子であり、１４ｂ、１５ｂはパワーモジュール４ｂのコレクタ端子、エミッタ端子である。Ｐ側アームとＮ側アームとは直列接続され、ＩＧＢＴ６ａのエミッタ端子１５ａとＩＧＢＴ６ｂのコレクタ端子１４ｂとがアーム接続導体１８により直列接続される。またＰ側アームとＮ側アームとの直列接続点から負荷に接続される出力端子５が引き出されており、前記直列接続点と出力端子５とを接続する出力端子接続導体１７は、フィルタコンデンサ２のＰ側導体１６ａとＮ側導体１６ｂとの間に設けられた空間を貫通して、一対の第１直流端子１２ａ、１２ｂの間から外部に引き出されている。
【００２２】
フィルタコンデンサ２は、図２、３に示すように、複数のコンデンサエレメント９で構成され、各コンデンサエレメント９はそれぞれのＰ側端子が幅広の板状のＰ側導体１６ａ_１、１６ａ_２に、それぞれのＮ側端子が幅広の板状のＮ側導体１６ｂ_１、１６ｂ_２に接続されており、複数のコンデンサエレメント９は並列接続されている。また、Ｐ側導体１６ａ_１、１６ａ_２は、第１直流端子のＰ側端子１２ａと第２直流端子のＰ側端子１３ａとを接続する幅広の板状のＰ側導体１６ａ_３、１６ａ_４に接続されている。Ｎ側導体１６ｂ_１、１６ｂ_２も同様に、第１直流端子のＮ側端子１２ｂと第２直流端子のＮ側端子１３ｂとを接続する幅広の板状のＮ側導体１６ｂ_３、１６ｂ_４に接続されている。前記Ｐ側導体１６ａ_１、１６ａ_２、１６ａ_３、１６ａ_４は、図４に示すような構成であり、電気的に接続されてＰ側導体１６ａを構成する。また、Ｐ側導体１６ａ_４は第２直流端子のＰ側端子１３ａを有し、Ｐ側導体１６ａ_３は第１直流端子のＰ側端子１２ａを有する。Ｎ側導体１６ｂ_１、１６ｂ_２、１６ｂ_３、１６ｂ_４も同様の構成であり、Ｎ側導体１６ｂを構成する。配置は板状導体１６ａを１８０度回転した状態に置かれ、Ｐ側導体１６ａ_３とＮ側導体１６ｂ_３とは略平行に配置される。
Ｐ側導体１６ａ_４及びＮ側導体１６ｂ_４はアーム接続導体１８と略平行に配置され、第２直流端子のＰ側端子１３ａにはパワーモジュール４ａのコレクタ端子１４ａが直接接続され、第２直流端子のＮ側端子１３ｂにはパワーモジュール４ｂのエミッタ端子１５ｂが直接接続される。
【００２３】
出力端子接続導体１７は、幅広の板状の導体で構成されており、出力端子５を有する。アーム接続導体１８も幅広の板状の導体で構成されており、端子１８ａ、１８ｂを有する。これら幅広の板状の接続導体１７、１８は、図５に示すように、一体化されている。端子１８ａはパワーモジュール４ａのエミッタ端子１５ａと直接接続され、端子１８ｂはパワーモジュール４ｂのコレクタ端子１５ｂと直接接続される。図５において、接続導体１７の出力端子５に至る部分については、出力端子５に近づく程、幅が小さくなっているが、全く同じ幅のものを適用しても良い。
【００２４】
また、、出力端子接続導体１７とＰ側導体１６ａとの間、及びアーム接続導体１８とＰ側導体１６ａとの間には、図２、図３に示すように、幅広の板状の絶縁物１９ａが挿入されており、出力端子接続導体１７とＮ側導体１６ｂとの間、及びアーム接続導体１８とＮ側導体１６ｂとの間には幅広の板状の絶縁物１９ｂが挿入されている。
【００２５】
図６はパワーモジュール４ａ（もしくは４ｂ）に適したパワーモジュール構造を示す図であり、ＩＧＢＴ６ａ（もしくは６ｂ）とフリーホイールダイオード７ａ（もしくは７ｂ）とが同一モジュール内に収納されている。１４ａは例えば３つに分割されたコレクタ端子、１５ａは３つに分割されたエミッタ端子である。これら３端子構成のコレクタ端子１４ａ、１４ｂ、及びエミッタ端子１５ａ、１５ｂにそれぞれＰ側導体１６ａの第２直流端子１３ａ、接続導体１８の端子１８ａ、１８ｂ、Ｎ側導体１６ｂの第２直流端子１３ｂが取り付けられるが、本実施の形態においては、第２直流端子１３ａから第１直流端子１２ａへの電流経路、端子１８ａから端子１８ｂへの電流経路、および第２直流端子１３ｂから第１直流端子１２ｂへの電流経路については、全て幅の等しい幅広の板状導体を用いて構成されており、ねじれの位置に無いため、各々の３端子に対してインピーダンスが均等に配分される構成となっている。つまり、パワーモジュールの外部要因によって各３端子間に流れる電流を不均衡にする要因が未然に排除されるような構造になっている。
【００２６】
以上の構造物を用いた電力変換装置の組立方法を説明する。
まず、パワーモジュール４ａのエミッタ端子１５ａと接続導体１８の端子１８ａとを接続し、パワーモジュール４ｂのコレクタ端子１４ｂと接続導体１８の端子１８ｂとを接続する。次に、Ｐ側導体１６ａに複数個のコンデンサエレメント９のうちの半分のコンデンサエレメント９のＰ側端子を、またＮ側導体１６ｂに残りの複数個のコンデンサエレメント９のＮ側端子を接続する。次に、コンデンサエレメント９が接続されたＰ側導体１６ａとＮ側導体１６ｂとを組合せ、コンデンサエレメント９をすべて導体１６ａと導体１６ｂに接続して、フィルタコンデンサ２を形成する。Ｐ側導体１６ａとＮ側導体１６ｂとを組合せる際には、Ｐ側導体１６ａ_３とＮ側導体１６ｂ_３との間に空間を有するように組み合わせる。次に、フィルタコンデンサ２の前記空間に絶縁物１９ａ、１９ｂを適宜挿入したのち、前記空間に接続導体１７を貫通させる。なお、絶縁物１９ａ、１９ｂは接続導体１８とＰ側導体１６ａ_４及びＮ側導体１６ｂ_４との間にも挿入される。この後、パワーデバイス４ａのコレクタ端子１４ａと第２直流端子のＰ側端子１３ａ、パワーデバイス４ｂのエミッタ端子１５ｂと第２直流端子のＮ側端子１３ｂとを接続して組立を完了する。
なお、この組立過程のうち、少なくとも導体１６ａ、１６ｂと複数のコンデンサエレメント９、望ましくは絶縁物１９ａ、１９ｂも含めて、予め樹脂などでモールド一体形成することによって、フィルタコンデンサ２を１つの導体内蔵型のフィルタコンデンサとして構成することにより、更に組立を容易にし、組立て時間を短縮することが可能である。
【００２７】
次に、本実施の形態による電力変換装置において用いられる各導体は、常に同じ値の逆方向の電流が流れる導体と平行近接の位置関係を持つことを示す。特に定常時に流れる負荷電流と負荷電流の転流時に流れるダイオードの逆回復電流との２つの場合について説明する。
【００２８】
まず、負荷電流が流れる経路について図７、図８を用いて説明する。図７はこの説明のためにＰ側導体１６ａと接続導体１７、１８とを作為的に抽出した図であり、図８は電流経路を説明するための回路図である。なおコンデンサエレメント９は省略する。
パワーデバイス４ａが導通している場合には、負荷電流は図８に矢印で示す経路で流れる。負荷に流れ出る電流について記載したが、負荷から流れ込む電流については矢印の向きが変わるだけで、本質的な違いは無い。図８に示した電流は、図７において、矢印に示すように、第１直流端子のＰ側端子１２ａから接続導体１６ａの中心部を通って第２直流端子のＰ側端子１３ａ、パワーデバイス４ａのコレクタ端子１４ａ、エミッタ端子１５ａ、端子１８ａを経、接続導体１８、１７を介して出力端子５に至る経路を流れる。図７より、前記経路において、各導体のどの部分を見ても必ず同じ大きさの電流が流れるような対となる平行導体部分が存在する。この条件は負荷電流の大きさが変化しても成立する。従って、この経路を流れる電流によって生じる磁力線を相殺する効果は最大限に発揮されるような構造になっている。
【００２９】
次に、負荷電流の転流時に流れる経路について図９、図１０を用いて説明する。図９はこの説明のためにＰ側導体１６ａの一部分（１６ａ_４）と、Ｎ側導体１６ｂの一部分（１６ｂ_４）と、接続導体、１７、１８を作為的に抽出した図であり、図１０は電流経路を説明するための回路図である。
負荷電流がパワーモジュール４ｂのダイオード７ｂに流れている状態で、ＩＧＢＴ６ｂにオフ信号が与えられた後にＩＧＢＴ６ａがターンオンするとダイオード７ｂの逆回復動作を伴うことから、図１０に示す直流電源１を短絡するような経路で電流が過渡的に流れる。即ち、図１０において矢印に示すように、第１直流端子のＰ側端子１２ａから、第２直流端子のＰ側端子１３ａ、パワーモジュール４ａのコレクタ端子１４ａ、エミッタ端子１５ａ、端子１８ａ、接続導体１８、端子１８ｂ、パワーモジュール４ｂのコレクタ端子１４ｂ、エミッタ端子１５ｂ、第２直流端子のＮ側端子１３ｂ、第１直流端子のＮ側端子１２ｂに至る経路を流れる。このような経路においては、図９に示すように、特にＰ側導体の第２直流端子側部分１６ａ_４、及びＮ側導体の第２直流端子側部分１６ｂ_４において、必ず電流の変化率が等しくなるような対となる平行導体部分が存在する。即ち、アーム接続導体１８がＰ側導体１６ａ_４、１６ｂ_４に略平行に配置され、かつ電流の流れる方向が逆方向となるように構成されている。図９には図示されていないが、Ｐ側導体の第１直流端子側部分１６ａ_３、及びＮ側導体の第１直流端子側部分１６ｂ_３においても、これらは互いに略平行に配置されており、かつ電流の流れる方向が逆方向となるように構成されている。従って、この経路を流れる電流の変化率によって生じる磁力線を相殺する効果は最大限に発揮されると同時に、相互結合によって浮遊インダクタンスの最小化効果は最大限に発揮されるような構造になっている。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、図２、図３に示すように、一対の第２直流端子１３ａ、１３ｂは、フィルタコンデンサ２の本体より外側に突出して設けられており、突出した前記一対の第２直流端子１３ａ、１３ｂに、パワーモジュール４ａのコレクタ端子とパワーモジュール４ｂのエミッタ端子とをそれぞれ接続するので、組立てが容易であり、装置のコストを低減することができる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態では、Ｐ側端子とＮ側端子とで構成される１対の直流端子を２組備え、それぞれのＰ側端子間、及びＮ側端子間を接続する導体をフィルタコンデンサ内に内蔵し、かつこれら導体の配置を工夫したので、配線インダクタンスを減少させ、サージ発生要因自体を大幅に低減させることが可能となる。また、これにより、サージ抑制部品の寸法や容量を小さくし、あるいは不要にして、装置自体の信頼性向上と小形化、低コスト化を図ることが可能となる。また、パワーモジュールとの接続を簡素化でき、装置の組立コストを低減することができる。
また、Ｐ側導体、Ｎ側導体、アーム接続導体、出力端子接続導体等の各導体を幅広の板状導体で構成したので、さらに配線インダクタンスを減少させることが可能となる。
また、パワーモジュールの電極が分割されている場合にはインピーダンスが均等に配分される構成となり、分割された各電極に流れる電流が不平衡になることがない。
【００３２】
また、出力端子５は、フィルタコンデンサ内に空間を設けて接続導体によりフィルタコンデンサ内を貫通させて取り出すようにしたので、使用する導体として積層導体を使用する必要がないので、装置コストを低減することができる。
【００３３】
また、フィルタコンデンサ２としてモールドタイプコンデンサを適用することにより、必要な導体をフィルタコンデンサ内に内蔵でき、装置の組立を簡素化できる。また、積層導体、所謂ラミネートブスバーを用いる必要がなくなるため、装置コストを低減することができる。
【００３４】
また、第１直流端子と第２直流端子との間で複数のコンデンサエレメントを板状の導体により並列に接続しているので、フィルタコンデンサの必要容量が大きくなり、フィルタコンデンサの筐体寸法が大きくなった場合にも、内部インダクタンスを下げることができるため、パワーモジュールのスイッチング時に発生するサージ電圧が抑制でき、装置の信頼性を向上できる。
【００３５】
また、接続導体１７、１８とＰ側導体１６ａとの間、及び接続導体１７、１８とＮ側導体１６ｂとの間に、それぞれ絶縁物を挿入しているので、絶縁距離を空間によって確保するのではなく、絶縁物の沿面で確保でき、各導体を近接配置できるため、相互インダクタンスによる浮遊インダクタンスの低減が図れ、パワーモジュールのスイッチング時に発生するサージ電圧が抑制でき、装置の信頼性が向上できる。
【００３６】
また、ＩＧＢＴとダイオードとが同一モジュールに収納されたＩＧＢＴモジュールを用いているので、パワーモジュールとして標準品を使用することができ、装置コストを低減することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、フィルタコンデンサ２は第１の直流端子１２ａ、１２ｂと、第２の直流端子１３ａ、１３ｂとを有し、かつフィルタコンデンサ２に形成された空間内を、出力端子５に接続される接続導体１７が貫通するように構成して、出力端子５を第１の直流端子側から取り出せるように構成したが、上記接続導体１７をフィルタコンデンサ内に内蔵して、例えばフィルタコンデンサ２の第１直流端子側に、出力端子５と常に同電位にある出力端子を備えた構成としてもよく、パワーモジュールとの接続等が簡素化でき、装置の組立コストを低減することができる。
【００３８】
また、コンデンサエレメント９の形状については、一例として円柱形状のものを適用した図を示したが、特に円柱状の形状である必要はなく、例えば直方体状の形状であっても同様の効果が得られる。
【００３９】
なお、図４、図５において、例えば導体１６ａ、１６ｂ、１７、１８などを一体成形された導体として図示したが、特に一体成形される必要はなく、幾つかの導体を繋ぎあわせて形成しても良いことは言うまでもない。
また、パワーモジュールの具体例としてＩＧＢＴとダイオードが内蔵されたものについて説明したが、特にＩＧＢＴに限定される必要はなく、ＭＯＳＦＥＴや他の自己消弧型半導体素子であっても構わない。また、自己消弧型半導体素子やダイオードの材質についてはシリコンであっても良いし、新しい半導体材料として例えばシリコンカーバイドであっても構わない。
【００４０】
本実施の形態において、パワーモジュール４ａ、４ｂの冷却フィンについては触れなかったが、冷却フィンはパワーモジュール４ａ、４ｂに個別に装着しても良いし、共通な冷却フィンに２つのパワーモジュール４ａ、４ｂを装着しても良い。
【００４１】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２による電力変換装置の回路構成を示す図であり、各アームは、直列接続された複数（ここでは２個）のパワーモジュールで構成されている。図において、４ａ、４ｂはＰ側アームを構成するパワーモジュール、４ｃ、４ｄはＮ側アームを構成するパワーモジュールである。各アームにおいて、直列接続されるパワーモジュールの数は任意に設定できる。第２直流端子のＰ側端子１３ａは最も高電位にあるパワーモジュール４ａのコレクタ端子１４ａに接続され、第２直流端子のＰ側端子１３ｂは最も低電位にあるパワーモジュール４ｄのエミッタ端子１５ｄに接続される。出力端子５はパワーモジュール４ｂのエミッタ端子１５ｂとパワーモジュール４ｃのコレクタ端子１４ｃとの接続点の延長として設けられている。また、Ｐ側アームのパワーモジュール４ｂのエミッタ端子１５ｂとＮ側アームのパワーモジュール４ｄのコレクタ端子１４ｃとを接続するアーム接続導体１８の他に、各アームのパワーモジュール間を接続する接続導体、即ち接続導体パワーモジュール４ａとパワーモジュール４ｂ、パワーモジュール４ｃとパワーモジュール４ｄの各々エミッタ端子とコレクタ端子を接続するための接続導体２０ａ、２０ｂが必要となり、これら接続導体２０ａ、２０ｂは接続導体１８と同様、Ｐ側導体１６ａ及びＮ側導体１６ｂの第２直流端子側部分、即ちＰ側導体１６ａ_４及びＮ側導体１６ｂ_４と略平行に配置される。
【００４２】
電力変換装置としての構造の考え方は図２、図３に記載したものと変更なく適用することができ、各導体は、常に同じ値の逆方向の電流が流れる導体と平行近接の位置関係を持つ。
【００４３】
本実施の形態の構成では、各アームにおいて、複数のパワーモジュールを直列接続しているので、実施の形態１の効果に加え、装置の高圧出力化を図ることができるため、装置の適用範囲が拡大する。
【００４４】
なお、パワーモジュールの冷却フィンについては、本実施の形態のような直列接続の場合には各パワーモジュールの電位が異なることから、各々のパワーモジュールに個別に冷却フィンを装着することが、パワーモジュールに過度な絶縁を持たせないようにする意味でも適当である。
【００４５】
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３による電力変換装置の回路構成を示す図であり、多相構成の電力変換装置の回路構成を示す。本実施の形態３では、図１に示す回路構成の電力変換ユニットを複数組有し、各フィルタコンデンサ２の第１直流端子におけるＮ側端子１２ａ同士、及び各フィルタコンデンサ２の第１直流端子におけるＰ側端子１２ｂ同士を並列に接続する。なお、図１２において、相数は２としたが、相数は任意に選ぶことが可能である。
例えば車両用推進装置においては、一般に３相インバータとブレーキ回路が必要となるが、このブレーキ回路が同じユニットとして構成可能な場合には、４相構成が適用されることになる。このような構成を実現するためには、各ユニットにおける第１直流端子１２ａ、１２ｂを並列に接続することが有利である。なぜならフィルタコンデンサ２の等価合成容量を増加できるため、直流電圧のリップル低減、即ち安定化に貢献することになるからである。特に互いの第１直流端子１２ａ、１２ｂを平行導体によって並列接続することは、並列接続部の低インダクタンス化が図れることから好ましい方策である。
【００４６】
このような構成とすることにより、容易に多相出力構成が実現できる。また、直流電圧を制御するチョッパ機能をこのモジュールに持たせることによって、同じ電力変換ユニットを汎用的に用いることが可能となり、装置コストを低減することができる。
【００４７】
実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４による電力変換装置の回路構成を示す図であり、出力端子５をフィルタコンデンサ２の第１直流端子１２ａ、１２ｂの間から取り出さない構成の電力変換装置である。この場合には、出力端子５は図１に図示された出力端子と反対の方向に取り出すため、負荷電流による磁力線をＰ側導体１６ａとＮ側導体１６ｂとによって打ち消すことはできないが、逆回復電流による磁力線を打ち消すことはできる。
フィルタコンデンサ２としては、前述したものをそのまま適用することができるし、その際、絶縁物１９ａ、１９ｂを取り除いた構造のものを接続してもよい。また、フィルタコンデンサ２は出力端子５とは無関係となるので、第１直流端子１２ａ、１２ｂと第２直流端子１３ａ、１３ｂとを備えたものとなる。
【００４８】
なお、図１１に示す構成と同様の電力変換装置に対しても、上記実施の形態と同様に、出力端子を反対方向に取り出すようにしても良い。
【００４９】
また、出力端子５を取り出す位置は、上記各実施の形態の位置でなくともよい。例えば、フィルタコンデンサ２の第１直流端子１２ａ、１２ｂの間ではなく、第１直流端子１２ａ、１２ｂ側の他の位置であっても良く、出力端子接続導体１７がＰ側導体１６ａまたはＮ側導体１６ｂの一部と略平行に配置されるような位置であっても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、少なくとも１つ以上のコンデンサエレメントにより構成され、直流電圧を受電または送電するフィルタコンデンサ、前記フィルタコンデンサのＰ側に接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＰ側アーム、前記フィルタコンデンサのＮ側に接続されると共に、前記Ｐ側アームと直列接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＮ側アーム、及び前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとの直列接続点と接続される出力端子を備えた電力変換装置において、前記フィルタコンデンサは、直流電圧を受電または送電するＰ側端子とＮ側端子とで構成された一対の第１直流端子と、前記Ｐ側アームに接続されるＰ側端子と前記Ｎ側アームに接続されるＮ側端子とで構成された一対の第２直流端子と、前記第１直流端子のＰ側端子と前記第２直流端子のＰ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＰ側に接続されるＰ側導体と、前記第１直流端子のＮ側端子と前記第２直流端子のＮ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＮ側に接続されるＮ側導体とを備え、前記Ｐ側導体と前記Ｎ側導体とは少なくとも一部分が略平行に配置された構成としたので、電力変換装置の導体配線の不均衡によるノイズの発生が抑制できる効果がある。また、配線インダクタンスを減少させ、サージ発生要因自体を大幅に低減させることが可能となる。また、ノイズやサージの抑制部品の寸法や容量を小さくし、あるいは不要にして、装置自体の信頼性向上と小形化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００５１】
また、本発明によれば、少なくとも１つ以上のコンデンサエレメントにより構成され、直流電圧を受電または送電するフィルタコンデンサ、前記フィルタコンデンサのＰ側に接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＰ側アーム、前記フィルタコンデンサのＮ側に接続されると共に、前記Ｐ側アームと直列接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＮ側アーム、及び前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとの直列接続点と接続される出力端子を備えた電力変換装置において、前記フィルタコンデンサは、直流電圧を受電または送電するＰ側端子とＮ側端子とで構成された一対の第１直流端子と、前記Ｐ側アームに接続されるＰ側端子と前記Ｎ側アームに接続されるＮ側端子とで構成された一対の第２直流端子と、前記第１直流端子のＰ側端子と前記第２直流端子のＰ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＰ側に接続されるＰ側導体と、前記第１直流端子のＮ側端子と前記第２直流端子のＮ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＮ側に接続されるＮ側導体とを備え、前記Ｐ側導体と前記Ｎ側導体の少なくとも第２直流端子側部分は、前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとを直列接続するアーム接続導体と略平行に配置され、かつ電流の流れる方向が逆方向となるように構成したので、前記効果と同様の効果がある。
【００５２】
また、本発明によれば、少なくとも１つ以上のコンデンサエレメントにより構成され、直流電圧を受電または送電するフィルタコンデンサ、前記フィルタコンデンサのＰ側に接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＰ側アーム、前記フィルタコンデンサのＮ側に接続されると共に、前記Ｐ側アームと直列接続され、自己消弧型半導体素子とこの自己消弧型半導体素子に逆並列に接続されるダイオードとで構成されるＮ側アーム、及び前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとの直列接続点と接続される出力端子を備えた電力変換装置において、前記フィルタコンデンサは、直流電圧を受電または送電するＰ側端子とＮ側端子とで構成された一対の第１直流端子と、前記Ｐ側アームに接続されるＰ側端子と前記Ｎ側アームに接続されるＮ側端子とで構成された一対の第２直流端子と、前記第１直流端子のＰ側端子と前記第２直流端子のＰ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＰ側に接続されるＰ側導体と、前記第１直流端子のＮ側端子と前記第２直流端子のＮ側端子とを接続すると共に、前記コンデンサエレメントのＮ側に接続されるＮ側導体とを備え、前記Ｐ側導体と前記Ｎ側導体とは少なくとも一部分が略平行に配置され、前記Ｐ側導体と前記Ｎ側導体の少なくとも第２直流端子側部分は、前記Ｐ側アームと前記Ｎ側アームとを直列接続するアーム接続導体と略平行に配置され、かつ電流の流れる方向が逆方向となるように構成したので、前記効果と同様の効果がある。
【００５３】
また、本発明によれば、前記装置において、Ｐ側アームとＮ側アームとの直列接続点と出力端子とを接続する出力端子接続導体は、少なくともＰ側導体またはＮ側導体の一部と略平行に配置されているので、浮遊インダクタンスが低減できるため、スイッチング時のサージ電圧が抑制でき、装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、本発明によれば、前記装置において、フィルタコンデンサは、Ｐ側導体とＮ側導体との間に出力端子接続導体を貫通させることができる空間を有し、前記出力端子接続導体は、前記空間を貫通して取り出せるように配置されているので、上記効果に加え、積層導体を使用する必要が無いため、装置コストを低減できる効果がある。
【００５５】
また、本発明によれば、前記装置において、空間を貫通する出力端子接続導体とＰ側導体との間、及び空間を貫通する前記出力端子接続導体とＮ側導体との間に絶縁物が挿入されているので、各導体を近接配置できるため、相互インダクタンスによる浮遊インダクタンスの低減が図れ、パワーモジュールのスイッチング時に発生するサージ電圧が抑制でき、装置の信頼性が向上できる。
【００５６】
また、本発明によれば、前記装置において、フィルタコンデンサは、少なくとも２つ以上の複数のコンデンサエレメントと、これら複数のコンデンサエレメントを並列接続するＰ側導体及びＮ側導体とをモールド成形した構成であるので、必要な導体をフィルタコンデンサ内に内蔵でき、装置の組立を簡素化できる。また、積層導体を用いる必要がなくなるため、装置コストを低減することができる。
【００５７】
また、本発明によれば、前記装置において、一対の第２直流端子は、フィルタコンデンサの本体より外側に突出して設けられ、突出した前記一対の第２直流端子に、Ｐ側アームの自己消弧型半導体素子のコレクタ端子とＮ側アームの自己消弧型半導体素子のエミッタ端子とをそれぞれ接続するので、組立てが容易であり、装置のコストを低減することができる。
【００５８】
また、本発明によれば、前記装置において、フィルタコンデンサはＰ側アームとＮ側アームとの直列接続点と常に同電位にある出力端子を備えたので、パワーモジュールとの接続等が簡素化でき、装置の組立コストを低減することができる。
【００５９】
また、本発明によれば、前記装置において、Ｐ側アームおよびＮ側アームを、それぞれ複数個の直列接続された自己消弧型半導体素子とこれら自己消弧型半導体素子の各々に逆並列に接続されるダイオードとで構成したので、装置の高圧出力化を図ることができるため、装置の適用範囲が拡大する。
【００６０】
また、本発明によれば、前記装置において、Ｐ側導体とＮ側導体の少なくとも第２直流端子側部分は、Ｐ側アームおよびＮ側アームを構成する複数個の自己消弧型半導体素子を直列接続する接続導体と略平行に配置され、かつ電流の流れる方向が逆方向となるように構成されているので、配線インダクタンスを減少させ、サージ発生要因自体を大幅に低減させることが可能となる。
【００６１】
また、本発明によれば、前記装置において、フィルタコンデンサとＰ側アームとＮ側アームと出力端子とで構成される電力変換ユニットを複数組有し、各フィルタコンデンサの第１直流端子におけるＮ側端子同士、及び各フィルタコンデンサの第１直流端子におけるＰ側端子同士を並列に接続したので、容易に多相出力構成が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による電力変換装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電力変換装置の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１による電力変換装置の構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係わるＰ側導体の構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係わる接続導体の構造を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係わるパワーモジュールの具体的構造を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係わる負荷電流の経路を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係わる負荷電流の経路を示す回路図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係わる逆回復現象によって流れる電流の経路を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係わる逆回復現象によって流れる電流の経路を示す回路図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による電力変換装置の回路構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による電力変換装置の回路構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による電力変換装置の回路構成を示す図である。
【図１４】従来の電力変換装置の回路構成を示す図である。
【図１５】従来の電力変換装置におけるパワーモジュールとフィルタコンデンサとの接続構造を示す図である。
【図１６】従来の電力変換装置におけるコンデンサ群８の構造を示す図である。
【符号の説明】
１　直流電源、２　フィルタコンデンサ、３　インバータ部、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ　パワーモジュール、５　出力端子、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ　ＩＧＢＴ、７ａ、７ｂ，７ｃ，７ｄ　ダイオード、８ａ，８ｂ　コンデンサ群、９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ　コンデンサエレメント、１０ａ，１０ｂ導体、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ　板状導体、１２ａ　第１直流端子のＰ側端子、１２ｂ　第１直流端子のＮ側端子、１３ａ　第２直流端子のＰ側端子、１３ｂ　第２直流端子のＮ側端子、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ　コレクタ端子、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ　エミッタ端子、１６ａ，１６ａ_１，１６ａ_２，１６ａ_３，１６ａ_４　Ｐ側導体、１６ｂ，１６ｂ_１，１６ｂ_２，１６ｂ_３，１６ｂ_４　Ｎ側導体、１７　出力端子接続導体、１８　アーム接続導体、１８ａ，１８ｂ　端子、１９ａ，１９ｂ　絶縁物、２０ａ，２０ｂ　接続導体。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device including an inverter unit using a power module including a self-extinguishing semiconductor device and a diode connected in anti-parallel to the semiconductor device. In particular, a power conversion device mounting technology that suppresses stray inductance in the power conversion device as much as possible to reduce surges generated by switching operations of the power module and also suppresses current imbalance between multiple terminals provided in the power module. It is about.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 is a diagram showing a basic circuit configuration of a conventional power converter disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-0444949. In FIG. 14, 1 is a DC power supply, 2 is a filter capacitor, and 3 is an inverter unit. The inverter unit 3 includes a power module 4 and an output terminal 5. The power module 4 includes IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) 6a and 6b and diodes 7a and 7b connected in anti-parallel to the IGBTs 6a and 6b, respectively. .
[0003]
On the other hand, FIG. 15 is a diagram illustrating a connection configuration between the power module 4 of the inverter unit 3 and the filter capacitor 2 in FIG. The filter capacitor 2 is divided into capacitor groups 8a and 8b, and the capacitor groups 8a and 8b include a plurality of capacitor elements 9a to 9f. The electrode terminals of each of the capacitor elements 9a to 9f are arranged symmetrically with respect to each other. The filter capacitor 2 and the power module 4 are connected by conductors 10a and 10b arranged in parallel. FIGS. 16 (a) and 16 (b) are views each showing the actual state of the capacitor group 8a and the capacitor group 8b in FIG. 15. For example, the capacitor group 8a has a plurality of sets of three capacitor elements 9a, 9b and 9c. And are connected in parallel by the plate-shaped conductors 11a to 11d. Similarly, the capacitor group 8b includes a plurality of sets of three capacitor elements 9d, 9e, and 9f arranged as a set, and is connected in parallel by the plate-shaped conductors 11e to 11h. The plate-like conductors 11a to 11h are constituted by laminated plate-like conductors, so-called laminate bus bars. The conductor 10a connects the capacitor groups 8a and 8b to the power module 4 while being electrically connected to the conductors 11a and 11h. The conductor 10b connects the capacitor groups 8a and 8b to the power module 4 while being electrically connected to the conductors 11d and 11e.
[0004]
The filter capacitor 2 is divided into the capacitor groups 8a and 8b as described above, and the power module 4 and the filter capacitor 2 are connected by the plate conductors 10a and 10b arranged in close proximity to each other, thereby forming the plate conductor 10a. And 10b, the directions of the currents flowing in the facing conductors are opposite to each other. As a result, the lines of magnetic force generated by the current cancel each other, and it is possible to suppress the occurrence of surge.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional power converter as described above, a capacitor arrangement method for reducing a surge generated due to a wiring from the filter capacitor 2 to the inverter unit 3 and a connection method between each capacitor and the power module 4 are required. It is only shown, the relationship between the wiring inside the filter capacitor and the wiring inside the inverter unit, the relationship between the wiring from the DC power supply 1 to the filter capacitor 2 and other wiring, the connection from the power module 4 to the output terminal 5 No consideration was given to the wiring and the relationship between the wiring between the output terminal 5 and the load and other wiring, and the occurrence of surge between these wirings could not be sufficiently suppressed. As a result, the number of components for absorbing the surge increases, which causes a problem that the device cost increases and the reliability decreases.
[0006]
Further, when the capacitor groups 8a and 8b are configured as shown in FIG. 15, in order to connect the anode and the cathode while appropriately reducing the inductance, the connection conductor itself is insulated and has a laminated shape having a plurality of stacked shapes. It is necessary to use a plate-like conductor (so-called laminate bus bar). This has a problem that the component cost is high and the device cost is high.
Further, it is necessary to reduce the inductance on the electrode surface of the capacitor element. Particularly, between the plate-shaped conductors 10a and 10b, a space for fastening parts such as bolts for connecting the electrode and the laminated bus bar is provided. Therefore, there is a problem that the plate-shaped conductors 10a and 10b cannot be arranged sufficiently close to each other.
[0007]
Also, in the case of a relatively large-capacity power conversion device applied to a vehicle propulsion system, since the capacity of a motor serving as a load is large and a large current needs to be output, the power module has the same potential and at least two power modules. An emitter terminal and a collector terminal divided as described above are provided. When such a power module is used, it is necessary to avoid an unbalanced state of the current flowing through the plurality of divided terminals. If the unbalanced state occurs due to an external factor other than the power module, the output current must be reduced according to the unbalanced current, and the output capacity of the inverter unit decreases. Therefore, it is necessary to compensate for an output current that would be reduced by connecting a plurality of power modules in parallel, and to secure a necessary output capacity. This has a problem that the component cost is high and the device cost is high.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and to provide a power conversion device capable of reducing a wiring inductance in a power conversion device and greatly reducing a cause of a surge itself. With the goal. Further, with this, it is an object of the present invention to provide a power conversion device capable of reducing the size and capacity of a surge suppression component or making it unnecessary, thereby improving the reliability of the device itself and achieving downsizing and cost reduction. I have.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A power conversion device according to the present invention includes at least one or more capacitor elements, a filter capacitor that receives or transmits a DC voltage, is connected to the P side of the filter capacitor, and has a self-extinguishing type semiconductor element and a self-extinguishing type. A P-side arm composed of a diode connected in anti-parallel to the type semiconductor element, connected to the N side of the filter capacitor, and connected in series with the P-side arm to form a self-extinguishing type semiconductor element and In a power converter including an N-side arm composed of a diode connected in antiparallel to an arc-extinguishing semiconductor element and an output terminal connected to a series connection point of the P-side arm and the N-side arm The filter capacitor includes a pair of first DC terminals each including a P-side terminal for receiving or transmitting a DC voltage and an N-side terminal; A pair of second DC terminals including a P-side terminal connected to the N-side arm and an N-side terminal connected to the N-side arm; a P-side terminal of the first DC terminal; and a P-side terminal of the second DC terminal. And a P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, an N-side terminal of the first DC terminal and an N-side terminal of the second DC terminal, and An N-side conductor connected to the N-side of the element is provided, and the P-side conductor and the N-side conductor are configured to be at least partially arranged substantially in parallel.
[0010]
Further, the power converter of the present invention comprises at least one or more capacitor elements, a filter capacitor for receiving or transmitting a DC voltage, connected to the P side of the filter capacitor, and a self-extinguishing type semiconductor element and a self-extinguishing semiconductor element. A P-side arm composed of a diode connected in antiparallel to the arc-extinguishing type semiconductor element, connected to the N-side of the filter capacitor, connected in series with the P-side arm, A power converter having an N-side arm composed of a diode connected in anti-parallel to the self-extinguishing type semiconductor element, and an output terminal connected to a series connection point between the P-side arm and the N-side arm. In the device, the filter capacitor includes a pair of first DC terminals each including a P-side terminal and an N-side terminal for receiving or transmitting a DC voltage; A pair of second DC terminals each including a P-side terminal connected to the side arm and an N-side terminal connected to the N-side arm; and a P-side terminal of the first DC terminal and a pair of second DC terminals. While connecting a P-side terminal, connecting a P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, an N-side terminal of the first DC terminal and an N-side terminal of the second DC terminal, An N-side conductor connected to the N-side of the capacitor element, wherein at least the second DC terminal side portion of the P-side conductor and the N-side conductor is an arm for connecting the P-side arm and the N-side arm in series It is arranged so as to be substantially parallel to the connection conductor, and is configured such that the direction of current flow is opposite.
[0011]
Further, the power converter of the present invention comprises at least one or more capacitor elements, a filter capacitor for receiving or transmitting a DC voltage, connected to the P side of the filter capacitor, and a self-extinguishing type semiconductor element and a self-extinguishing semiconductor element. A P-side arm composed of a diode connected in antiparallel to the arc-extinguishing type semiconductor element, connected to the N-side of the filter capacitor, connected in series with the P-side arm, A power converter having an N-side arm composed of a diode connected in anti-parallel to the self-extinguishing type semiconductor element, and an output terminal connected to a series connection point between the P-side arm and the N-side arm. In the device, the filter capacitor includes a pair of first DC terminals each including a P-side terminal and an N-side terminal for receiving or transmitting a DC voltage; A pair of second DC terminals each including a P-side terminal connected to the side arm and an N-side terminal connected to the N-side arm; and a P-side terminal of the first DC terminal and a pair of second DC terminals. While connecting a P-side terminal, connecting a P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, an N-side terminal of the first DC terminal and an N-side terminal of the second DC terminal, An N-side conductor connected to the N-side of the capacitor element, wherein the P-side conductor and the N-side conductor are at least partially arranged substantially in parallel, and at least a second direct current of the P-side conductor and the N-side conductor is provided. The terminal-side portion is arranged substantially parallel to an arm connection conductor for connecting the P-side arm and the N-side arm in series, and is configured such that a current flows in the opposite direction.
[0012]
Further, in the power conversion device of the present invention, in the device, the output terminal connection conductor connecting the series connection point of the P-side arm and the N-side arm and the output terminal is at least a part of the P-side conductor or the N-side conductor. Are arranged substantially in parallel.
[0013]
Further, in the power conversion device according to the present invention, in the device, the filter capacitor has a space between the P-side conductor and the N-side conductor so that the output terminal connection conductor can pass therethrough. , Are arranged so as to be able to be taken out through the space.
[0014]
Further, in the power conversion device of the present invention, in the device, an insulator may be provided between the output terminal connection conductor penetrating the space and the P-side conductor and between the output terminal connection conductor penetrating the space and the N-side conductor. Is inserted.
[0015]
Further, in the power conversion device of the present invention, in the device, the filter capacitor is formed by molding at least two or more capacitor elements and a P-side conductor and an N-side conductor that connect the plurality of capacitor elements in parallel. It is of a configuration.
[0016]
Further, in the power conversion device according to the present invention, in the device described above, the pair of second DC terminals are provided to protrude outside the main body of the filter capacitor. The collector terminal of the arc-extinguishing type semiconductor element is connected to the emitter terminal of the self-extinguishing type semiconductor element of the N-side arm.
[0017]
Further, the power conversion device of the present invention is configured such that in the device, the filter capacitor has an output terminal which is always at the same potential as a series connection point of the P-side arm and the N-side arm.
[0018]
In the power converter according to the present invention, the P-side arm and the N-side arm each include a plurality of self-extinguishing semiconductor elements connected in series and anti-parallel to each of the self-extinguishing semiconductor elements. And a diode connected to the switch.
[0019]
Further, in the power conversion device according to the present invention, in the device, at least the second DC terminal side portion of the P-side conductor and the N-side conductor includes a plurality of self-extinguishing semiconductor elements forming the P-side arm and the N-side arm. Are arranged substantially in parallel with the connection conductors that connect in series, and the current flows in the opposite direction.
[0020]
Further, the power conversion device of the present invention, in the above device, includes a plurality of sets of power conversion units each including a filter capacitor, a P-side arm, an N-side arm, and an output terminal. The N-side terminals and the P-side terminals of the first DC terminals of each filter capacitor are connected in parallel.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In all the drawings, the same reference numerals are the same or equivalent members. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. 2 and 3 are perspective views specifically showing the structure of the power conversion device according to the first embodiment, and particularly, the views of the structure of the filter capacitor 2 seen from different directions. FIG. 4 shows a specific configuration of the P-side conductor, and FIG. 5 shows a specific configuration of the arm connection conductor and the output terminal connection conductor.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a DC power supply having a potential of an anode (denoted by P) and a potential of a cathode (denoted by N), and 2 denotes a filter capacitor for receiving a DC voltage from the DC power supply 1 (DC voltage when a current flows from a load). 3) an inverter unit. The filter capacitor 2 includes a plurality of capacitor elements 9, a pair of first DC terminals including a P-side terminal 12 a and an N-side terminal 12 b connected to the DC power supply 1, and a P-terminal connected to the inverter unit 3. A pair of a second DC terminal constituted by a side terminal 13a and an N-side terminal 13b is connected to a P-side terminal 12a of a first DC terminal and a P-side terminal 13a of a second DC terminal. A P-side conductor 16a connected to the P-side, an N-side terminal 12b of the first DC terminal and an N-side terminal 13b of the second DC terminal, and an N-side conductor connected to the N-side of the capacitor element 9 16b. The inverter unit 3 includes a P-side arm including a power module 4a including the IGBT 6a and the freewheel diode 7a, and an N-side arm including a power module 4b including the IGBT 6b and the freewheel diode 7b. 14a and 15a are a collector terminal and an emitter terminal of the power module 4a, respectively, and 14b and 15b are a collector terminal and an emitter terminal of the power module 4b. The P-side arm and the N-side arm are connected in series, and the emitter terminal 15a of the IGBT 6a and the collector terminal 14b of the IGBT 6b are connected in series by the arm connection conductor 18. An output terminal 5 connected to a load is drawn out from a series connection point between the P-side arm and the N-side arm. An output terminal connection conductor 17 connecting the series connection point and the output terminal 5 is provided with a filter capacitor 2. Is penetrated through a space provided between the P-side conductor 16a and the N-side conductor 16b and is drawn out from between the pair of first DC terminals 12a and 12b.
[0022]
As shown in FIGS. 2 and 3, the filter capacitor 2 includes a plurality of capacitor elements 9, and each of the capacitor elements 9 has a plate-shaped P-side conductor 16a having a wide P-side terminal. ₁ , 16a ₂ Each of the N-side terminals has a wide plate-like N-side conductor 16b. ₁ , 16b ₂ , And the plurality of capacitor elements 9 are connected in parallel. Also, the P-side conductor 16a ₁ , 16a ₂ Is a wide plate-shaped P-side conductor 16a connecting the P-side terminal 12a of the first DC terminal and the P-side terminal 13a of the second DC terminal. ₃ , 16a ₄ It is connected to the. N-side conductor 16b ₁ , 16b ₂ Similarly, a wide plate-shaped N-side conductor 16b connecting the N-side terminal 12b of the first DC terminal and the N-side terminal 13b of the second DC terminal ₃ , 16b ₄ It is connected to the. The P-side conductor 16a ₁ , 16a ₂ , 16a ₃ , 16a ₄ Has a configuration as shown in FIG. 4, and is electrically connected to form a P-side conductor 16a. Also, the P-side conductor 16a ₄ Has a second DC terminal P-side terminal 13a and a P-side conductor 16a ₃ Has a first DC terminal P-side terminal 12a. N-side conductor 16b ₁ , 16b ₂ , 16b ₃ , 16b ₄ Has the same configuration, and constitutes the N-side conductor 16b. The arrangement is such that the plate-like conductor 16a is rotated by 180 degrees and the P-side conductor 16a is rotated. ₃ And N-side conductor 16b ₃ Are arranged substantially in parallel.
P side conductor 16a ₄ And N-side conductor 16b ₄ Is arranged substantially parallel to the arm connection conductor 18, the collector terminal 14a of the power module 4a is directly connected to the P-side terminal 13a of the second DC terminal, and the power module 4b is connected to the N-side terminal 13b of the second DC terminal. The emitter terminal 15b is directly connected.
[0023]
The output terminal connection conductor 17 is formed of a wide plate-shaped conductor, and has the output terminal 5. The arm connection conductor 18 is also made of a wide plate-shaped conductor, and has terminals 18a and 18b. These wide plate-shaped connection conductors 17 and 18 are integrated as shown in FIG. Terminal 18a is directly connected to emitter terminal 15a of power module 4a, and terminal 18b is directly connected to collector terminal 15b of power module 4b. In FIG. 5, the width of the portion of the connection conductor 17 reaching the output terminal 5 decreases as the distance from the output terminal 5 decreases, but the same width may be applied.
[0024]
Further, between the output terminal connection conductor 17 and the P-side conductor 16a and between the arm connection conductor 18 and the P-side conductor 16a, as shown in FIGS. 19a is inserted, and a wide plate-shaped insulator 19b is inserted between the output terminal connection conductor 17 and the N-side conductor 16b and between the arm connection conductor 18 and the N-side conductor 16b.
[0025]
FIG. 6 is a diagram showing a power module structure suitable for the power module 4a (or 4b), in which the IGBT 6a (or 6b) and the freewheel diode 7a (or 7b) are housed in the same module. 14a is a collector terminal divided into three, for example, and 15a is an emitter terminal divided into three. The collector terminals 14a and 14b and the emitter terminals 15a and 15b of the three-terminal configuration are respectively provided with a second DC terminal 13a of the P-side conductor 16a, terminals 18a and 18b of the connection conductor 18, and a second DC terminal 13b of the N-side conductor 16b. Although attached, in the present embodiment, a current path from the second DC terminal 13a to the first DC terminal 12a, a current path from the terminal 18a to the terminal 18b, and a current path from the second DC terminal 13b to the first DC terminal 12b. The current paths are all formed using wide plate-like conductors having the same width, and are not located at the twisted position, so that the impedance is equally distributed to each of the three terminals. In other words, the structure is such that a factor that imbalances the current flowing between the three terminals due to an external factor of the power module is eliminated.
[0026]
A method of assembling the power conversion device using the above structure will be described.
First, the emitter terminal 15a of the power module 4a is connected to the terminal 18a of the connection conductor 18, and the collector terminal 14b of the power module 4b is connected to the terminal 18b of the connection conductor 18. Next, the P-side conductor 16a is connected to the P-side terminal of half of the plurality of capacitor elements 9, and the N-side conductor 16b is connected to the N-side terminals of the remaining plurality of capacitor elements 9. Next, the P-side conductor 16a and the N-side conductor 16b to which the capacitor element 9 is connected are combined, and all the capacitor elements 9 are connected to the conductors 16a and 16b to form the filter capacitor 2. When combining the P-side conductor 16a and the N-side conductor 16b, the P-side conductor 16a ₃ And N-side conductor 16b ₃ And have a space between them. Next, after appropriately inserting insulators 19a and 19b into the space of the filter capacitor 2, the connection conductor 17 is made to penetrate the space. The insulators 19a and 19b are connected to the connection conductor 18 and the P-side conductor 16a. ₄ And N-side conductor 16b ₄ Is also inserted between Thereafter, the collector terminal 14a of the power device 4a and the P-side terminal 13a of the second DC terminal, and the emitter terminal 15b of the power device 4b and the N-side terminal 13b of the second DC terminal are connected to complete the assembly.
In this assembling process, at least the conductors 16a and 16b and the plurality of capacitor elements 9, preferably the insulators 19a and 19b are integrally formed in advance by molding with resin or the like, so that the filter capacitor 2 has one conductor built-in. By configuring as a filter capacitor of the type, it is possible to further facilitate the assembly and shorten the assembly time.
[0027]
Next, it is shown that each conductor used in the power converter according to the present embodiment has a parallel and close positional relationship with a conductor through which a current of the same value flows in the opposite direction at all times. In particular, two cases of a load current flowing in a steady state and a reverse recovery current of a diode flowing in a commutation of the load current will be described.
[0028]
First, the path through which the load current flows will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram in which the P-side conductor 16a and the connection conductors 17 and 18 are artificially extracted for this explanation, and FIG. 8 is a circuit diagram for explaining a current path. Note that the capacitor element 9 is omitted.
When the power device 4a is conducting, the load current flows through a path indicated by an arrow in FIG. Although the current flowing into the load has been described, the current flowing from the load does not have any essential difference only by changing the direction of the arrow. The current shown in FIG. 8 is transmitted from the P-side terminal 12a of the first DC terminal to the P-side terminal 13a of the second DC terminal and the power device 4a as shown by the arrow in FIG. Flows through the collector terminal 14a, the emitter terminal 15a, and the terminal 18a through the connection conductors 18 and 17 to the output terminal 5. According to FIG. 7, there is a pair of parallel conductor portions in the above-mentioned path where a current of the same magnitude always flows regardless of the portion of each conductor. This condition is satisfied even if the magnitude of the load current changes. Therefore, the structure is such that the effect of canceling the magnetic lines of force generated by the current flowing through this path is maximized.
[0029]
Next, a path that flows when the load current is commutated will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows a portion (16a) of the P-side conductor 16a for the purpose of this description. ₄ ) And a portion of the N-side conductor 16b (16b ₄ ) And connection conductors 17 and 18 are artificially extracted. FIG. 10 is a circuit diagram for explaining a current path.
When the load current is flowing through the diode 7b of the power module 4b and the IGBT 6b is turned on after the IGBT 6b is supplied with the OFF signal, the DC power supply 1 shown in FIG. The current flows transiently through such a path. That is, as shown by an arrow in FIG. 10, from the P-side terminal 12a of the first DC terminal to the P-side terminal 13a of the second DC terminal, the collector terminal 14a of the power module 4a, the emitter terminal 15a, the terminal 18a, the connection conductor 18 , Terminal 18b, collector terminal 14b of power module 4b, emitter terminal 15b, N-side terminal 13b of the second DC terminal, and N-side terminal 12b of the first DC terminal. In such a path, as shown in FIG. 9, in particular, the second DC terminal side portion 16a of the P-side conductor ₄ And the second DC terminal side portion 16b of the N-side conductor ₄ In, there is a pair of parallel conductor portions that always make the current change rate equal. That is, the arm connection conductor 18 is connected to the P-side conductor 16a. ₄ , 16b ₄ Are arranged substantially in parallel with each other, and the direction in which current flows is opposite. Although not shown in FIG. 9, the first DC terminal side portion 16a of the P-side conductor ₃ And the first DC terminal side portion 16b of the N-side conductor ₃ Also, these are arranged substantially parallel to each other, and are configured such that the direction of current flow is opposite. Therefore, the structure is such that the effect of canceling out the magnetic flux generated by the rate of change of the current flowing through this path is maximized, and the effect of minimizing the stray inductance is maximized by mutual coupling. .
[0030]
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the pair of second DC terminals 13a and 13b are provided to protrude outside the main body of the filter capacitor 2, and the pair of protruding Since the collector terminal of the power module 4a and the emitter terminal of the power module 4b are connected to the second DC terminals 13a and 13b, respectively, the assembly is easy and the cost of the device can be reduced.
[0031]
As described above, in the present embodiment, two pairs of DC terminals each including a P-side terminal and an N-side terminal are provided, and a conductor connecting between each P-side terminal and between the N-side terminals is provided. Since the conductors are built in the filter capacitor and the arrangement of these conductors is devised, the wiring inductance can be reduced, and the cause of surge generation itself can be greatly reduced. This also makes it possible to reduce or eliminate the size and capacity of the surge suppression component, thereby improving the reliability of the device itself, miniaturizing the device, and reducing the cost. Further, the connection with the power module can be simplified, and the assembly cost of the device can be reduced.
Further, since each conductor such as the P-side conductor, the N-side conductor, the arm connection conductor, and the output terminal connection conductor is formed of a wide plate-shaped conductor, it is possible to further reduce the wiring inductance.
Further, when the electrodes of the power module are divided, the configuration is such that the impedance is evenly distributed, and the current flowing through each divided electrode does not become unbalanced.
[0032]
In addition, since the output terminal 5 is provided with a space in the filter capacitor and penetrates through the filter capacitor with the connecting conductor and is taken out, there is no need to use a laminated conductor as a conductor to be used, so that the apparatus cost is reduced. be able to.
[0033]
In addition, by applying a mold type capacitor as the filter capacitor 2, necessary conductors can be incorporated in the filter capacitor, and assembly of the device can be simplified. Further, since it is not necessary to use a laminated conductor, a so-called laminate bus bar, the cost of the apparatus can be reduced.
[0034]
In addition, since a plurality of capacitor elements are connected in parallel by the plate-shaped conductor between the first DC terminal and the second DC terminal, the required capacity of the filter capacitor increases, and the housing size of the filter capacitor increases. Even in such a case, since the internal inductance can be reduced, a surge voltage generated at the time of switching of the power module can be suppressed, and the reliability of the device can be improved.
[0035]
Further, since insulators are inserted between the connection conductors 17 and 18 and the P-side conductor 16a and between the connection conductors 17 and 18 and the N-side conductor 16b, the insulation distance is secured by the space. Instead, the conductors can be secured on the surface of the insulator and the conductors can be arranged close to each other, so that stray inductance due to mutual inductance can be reduced, surge voltage generated at the time of switching of the power module can be suppressed, and the reliability of the device can be improved.
[0036]
Further, since the IGBT module in which the IGBT and the diode are housed in the same module is used, a standard product can be used as the power module, and the device cost can be reduced.
[0037]
In the present embodiment, the filter capacitor 2 has first DC terminals 12a and 12b and second DC terminals 13a and 13b, and a space formed in the filter capacitor 2 is connected to an output terminal. Although the output terminal 5 is configured to be able to be taken out from the first DC terminal side by penetrating the connection conductor 17 connected to the filter 5, the connection conductor 17 is built in a filter capacitor, and for example, a filter is provided. The first DC terminal side of the capacitor 2 may be provided with an output terminal that is always at the same potential as the output terminal 5, so that connection with a power module and the like can be simplified, and the assembly cost of the device can be reduced. .
[0038]
Further, as an example of the shape of the capacitor element 9, a diagram in which a columnar shape is applied is shown. However, the shape is not particularly required to be a columnar shape. For example, the same effect can be obtained even if the shape is a rectangular parallelepiped shape. Can be
[0039]
In FIGS. 4 and 5, for example, the conductors 16a, 16b, 17, 18 and the like are shown as integrally molded conductors. However, it is not particularly necessary to integrally mold the conductors. Needless to say, it is good.
Also, a power module incorporating an IGBT and a diode has been described as a specific example of the power module. However, the power module is not particularly limited to the IGBT, and may be a MOSFET or another self-extinguishing semiconductor element. Further, the material of the self-extinguishing type semiconductor element and the diode may be silicon, or a new semiconductor material such as silicon carbide may be used.
[0040]
In the present embodiment, the cooling fins of the power modules 4a and 4b are not described, but the cooling fins may be individually mounted on the power modules 4a and 4b, or the two power modules 4a, 4b may be attached.
[0041]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of a power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention. Each arm is composed of a plurality of (here, two) power modules connected in series. In the figure, 4a and 4b are power modules constituting a P-side arm, and 4c and 4d are power modules constituting an N-side arm. In each arm, the number of power modules connected in series can be set arbitrarily. The P-side terminal 13a of the second DC terminal is connected to the collector terminal 14a of the power module 4a at the highest potential, and the P-side terminal 13b of the second DC terminal is connected to the emitter terminal 15d of the power module 4d at the lowest potential. Is done. The output terminal 5 is provided as an extension of a connection point between the emitter terminal 15b of the power module 4b and the collector terminal 14c of the power module 4c. Further, in addition to the arm connection conductor 18 that connects the emitter terminal 15b of the power module 4b of the P-side arm and the collector terminal 14c of the power module 4d of the N-side arm, a connection conductor that connects between the power modules of each arm, that is, The connection conductors 20a and 20b for connecting the emitter terminal and the collector terminal of the power module 4a and the power module 4b and the power module 4c and the power module 4d are required. The connection conductors 20a and 20b are the same as the connection conductor 18. , The P-side conductor 16a and the N-side conductor 16b on the second DC terminal side, that is, the P-side conductor 16a ₄ And N-side conductor 16b ₄ And are arranged substantially in parallel.
[0042]
The concept of the structure as the power conversion device can be applied without change to those described in FIGS. 2 and 3, and each conductor has a parallel and close positional relationship with a conductor through which a current of the same value flows in the opposite direction at all times. .
[0043]
In the configuration of the present embodiment, in each arm, a plurality of power modules are connected in series. In addition to the effect of the first embodiment, the output of the device can be increased to a high voltage. Expanding.
[0044]
As for the cooling fins of the power module, since the potential of each power module is different in the case of the series connection as in the present embodiment, it is necessary to attach the cooling fin to each power module individually. It is also appropriate in the sense that it does not have excessive insulation.
[0045]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration of a power converter according to Embodiment 3 of the present invention, and shows a circuit configuration of a power converter having a multi-phase configuration. In the third embodiment, a plurality of sets of power conversion units having the circuit configuration shown in FIG. 1 are provided, and the N-side terminals 12 a of the first DC terminals of each filter capacitor 2 are connected to each other, and the first DC terminals of each filter capacitor 2 are connected. The P-side terminals 12b are connected in parallel. Although the number of phases is set to 2 in FIG. 12, the number of phases can be arbitrarily selected.
For example, a vehicle propulsion device generally requires a three-phase inverter and a brake circuit. If the brake circuit can be configured as the same unit, a four-phase configuration is applied. In order to realize such a configuration, it is advantageous to connect the first DC terminals 12a and 12b in each unit in parallel. This is because the equivalent combined capacitance of the filter capacitor 2 can be increased, which contributes to reducing the ripple of the DC voltage, that is, stabilizing the DC voltage. In particular, connecting the first DC terminals 12a and 12b in parallel by a parallel conductor is a preferable measure because the inductance of the parallel connection portion can be reduced.
[0046]
With such a configuration, a multi-phase output configuration can be easily realized. In addition, by providing the module with a chopper function for controlling a DC voltage, the same power conversion unit can be used for general purposes, and the cost of the apparatus can be reduced.
[0047]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a circuit configuration of a power conversion device according to Embodiment 4 of the present invention, which is a power conversion device having a configuration in which output terminal 5 is not taken out between first DC terminals 12a and 12b of filter capacitor 2. . In this case, since the output terminal 5 is taken out in the direction opposite to that of the output terminal shown in FIG. 1, the magnetic lines of force due to the load current cannot be canceled by the P-side conductor 16a and the N-side conductor 16b. Can cancel the lines of magnetic force.
As the filter capacitor 2, the above-described one can be applied as it is, and in that case, a capacitor having a structure from which the insulators 19 a and 19 b are removed may be connected. Further, since the filter capacitor 2 is independent of the output terminal 5, the filter capacitor 2 includes the first DC terminals 12a and 12b and the second DC terminals 13a and 13b.
[0048]
Note that the output terminal may be taken out in the opposite direction, similarly to the above-described embodiment, for a power converter having the same configuration as that shown in FIG.
[0049]
Further, the position from which the output terminal 5 is taken out may not be the position in each of the above embodiments. For example, instead of being between the first DC terminals 12a and 12b of the filter capacitor 2, it may be at another position on the first DC terminals 12a and 12b side, and the output terminal connection conductor 17 may be the P-side conductor 16a or the N-side conductor. The position may be such that it is arranged substantially in parallel with a part of 16b.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a self-extinguishing type semiconductor device, which is constituted by at least one or more capacitor elements, receives or transmits a DC voltage, is connected to the P side of the filter capacitor, A P-side arm composed of a diode connected in anti-parallel to the self-extinguishing semiconductor element, connected to the N side of the filter capacitor, and connected in series with the P-side arm, And an N-side arm composed of a diode connected in anti-parallel to the self-extinguishing semiconductor element, and an output terminal connected to a series connection point of the P-side arm and the N-side arm. In the converter, the filter capacitor includes a pair of first DC terminals each including a P-side terminal and an N-side terminal for receiving or transmitting a DC voltage; A pair of second DC terminals each including a P-side terminal connected to the side arm and an N-side terminal connected to the N-side arm; and a P-side terminal of the first DC terminal and a pair of second DC terminals. While connecting a P-side terminal, connecting a P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, an N-side terminal of the first DC terminal and an N-side terminal of the second DC terminal, An N-side conductor connected to the N-side of the capacitor element is provided, and the P-side conductor and the N-side conductor are arranged at least in part substantially in parallel. This has the effect of suppressing the generation of noise due to noise. In addition, it is possible to reduce the wiring inductance and greatly reduce the cause of the surge itself. Further, it is possible to reduce the size and capacity of the noise and surge suppression components or to eliminate them, thereby improving the reliability of the device itself, reducing the size, and reducing the cost.
[0051]
Further, according to the present invention, a filter capacitor configured of at least one or more capacitor elements for receiving or transmitting a DC voltage, connected to the P side of the filter capacitor, and having a self-extinguishing type semiconductor element and this self-extinguishing type A P-side arm composed of a diode connected in anti-parallel to the type semiconductor element, connected to the N side of the filter capacitor, and connected in series with the P-side arm to form a self-extinguishing type semiconductor element and In a power converter including an N-side arm composed of a diode connected in antiparallel to an arc-extinguishing semiconductor element and an output terminal connected to a series connection point of the P-side arm and the N-side arm The filter capacitor includes a pair of first DC terminals each including a P-side terminal for receiving or transmitting a DC voltage and an N-side terminal; A pair of second DC terminals each including a P-side terminal connected to the N-side arm and an N-side terminal connected to the N-side arm; a P-side terminal of the first DC terminal; and a P-side of the second DC terminal. And a P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, an N-side terminal of the first DC terminal and an N-side terminal of the second DC terminal, and An N-side conductor connected to the N-side of the first arm, and at least a second DC terminal side portion of the P-side conductor and the N-side conductor is an arm connection conductor for connecting the P-side arm and the N-side arm in series Are arranged substantially in parallel with each other, and the direction in which the current flows is the opposite direction.
[0052]
Further, according to the present invention, a filter capacitor configured of at least one or more capacitor elements for receiving or transmitting a DC voltage, connected to the P side of the filter capacitor, and having a self-extinguishing type semiconductor element and this self-extinguishing type A P-side arm composed of a diode connected in anti-parallel to the type semiconductor element, connected to the N side of the filter capacitor, and connected in series with the P-side arm to form a self-extinguishing type semiconductor element and In a power converter including an N-side arm composed of a diode connected in antiparallel to an arc-extinguishing semiconductor element and an output terminal connected to a series connection point of the P-side arm and the N-side arm The filter capacitor includes a pair of first DC terminals each including a P-side terminal for receiving or transmitting a DC voltage and an N-side terminal; A pair of second DC terminals each including a P-side terminal connected to the N-side arm and an N-side terminal connected to the N-side arm; a P-side terminal of the first DC terminal; and a P-side of the second DC terminal. And a P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, an N-side terminal of the first DC terminal and an N-side terminal of the second DC terminal, and An N-side conductor connected to the N-side of the P-side conductor, the P-side conductor and the N-side conductor are at least partially arranged substantially in parallel, and at least a second DC terminal side of the P-side conductor and the N-side conductor The portion is arranged substantially parallel to the arm connection conductor that connects the P-side arm and the N-side arm in series, and is configured so that the direction of current flow is opposite. is there.
[0053]
Further, according to the present invention, in the device, the output terminal connection conductor connecting the series connection point of the P-side arm and the N-side arm and the output terminal is substantially at least a part of the P-side conductor or the N-side conductor. Since they are arranged in parallel, stray inductance can be reduced, so that surge voltage during switching can be suppressed, and reliability of the device can be improved.
[0054]
Further, according to the present invention, in the device, the filter capacitor has a space between the P-side conductor and the N-side conductor so that the output terminal connection conductor can penetrate, and the output terminal connection conductor is Since it is arranged so that it can be taken out through the space, in addition to the above effects, there is no need to use a laminated conductor, so that there is an effect that the cost of the apparatus can be reduced.
[0055]
According to the invention, in the device, an insulator is inserted between the output terminal connection conductor penetrating the space and the P-side conductor, and between the output terminal connection conductor penetrating the space and the N-side conductor. Since the conductors can be arranged close to each other, stray inductance due to mutual inductance can be reduced, surge voltage generated at the time of switching of the power module can be suppressed, and reliability of the device can be improved.
[0056]
Further, according to the present invention, in the above device, the filter capacitor has a configuration in which at least two or more capacitor elements and a P-side conductor and an N-side conductor that connect the plurality of capacitor elements in parallel are molded. As a result, necessary conductors can be incorporated in the filter capacitor, and assembly of the device can be simplified. In addition, since it is not necessary to use a laminated conductor, the apparatus cost can be reduced.
[0057]
Further, according to the present invention, in the device, the pair of second DC terminals are provided to protrude outside the main body of the filter capacitor, and the pair of protruding second DC terminals are connected to the self-extinguishing of the P-side arm. Since the collector terminal of the semiconductor element is connected to the emitter terminal of the self-extinguishing semiconductor element of the N-side arm, assembly is easy and the cost of the device can be reduced.
[0058]
Further, according to the present invention, in the above device, since the filter capacitor has an output terminal which is always at the same potential as the series connection point of the P-side arm and the N-side arm, connection with the power module can be simplified. Therefore, the assembly cost of the apparatus can be reduced.
[0059]
Further, according to the present invention, in the above-mentioned device, the P-side arm and the N-side arm are respectively connected to a plurality of self-extinguishing semiconductor elements connected in series and each of these self-extinguishing semiconductor elements in anti-parallel. Since the high-voltage output of the device can be achieved, the application range of the device is expanded.
[0060]
Further, according to the present invention, in the device, at least the second DC terminal side portion of the P-side conductor and the N-side conductor includes a plurality of self-extinguishing semiconductor elements forming the P-side arm and the N-side arm in series. Since it is arranged so as to be substantially parallel to the connection conductor to be connected and the direction in which the current flows in the opposite direction, it is possible to reduce the wiring inductance and greatly reduce the cause of surge generation itself.
[0061]
Further, according to the present invention, in the device, the power conversion unit includes a plurality of sets each including a filter capacitor, a P-side arm, an N-side arm, and an output terminal. Since the terminals and the P-side terminal of the first DC terminal of each filter capacitor are connected in parallel, a multi-phase output configuration can be easily realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a structure of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a P-side conductor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a connection conductor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a specific structure of the power module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a path of a load current according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a path of a load current according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a path of a current flowing by a reverse recovery phenomenon according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a path of a current flowing by a reverse recovery phenomenon according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of a power conversion device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration of a power conversion device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a circuit configuration of a power conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional power converter.
FIG. 15 is a diagram showing a connection structure between a power module and a filter capacitor in a conventional power converter.
FIG. 16 is a diagram showing a structure of a capacitor group 8 in a conventional power converter.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 DC power supply, 2 filter capacitor, 3 inverter section, 4, 4a, 4b, 4c, 4d power module, 5 output terminal, 6a, 6b, 6c, 6d IGBT, 7a, 7b, 7c, 7d diode, 8a, 8b capacitor Group, 9, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f Capacitor element, 10a, 10b conductor, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h Plate conductor, 12a P side of first DC terminal Terminal, 12b N-side terminal of first DC terminal, 13a P-side terminal of second DC terminal, 13b N-side terminal of second DC terminal, 14a, 14b, 14c, 14d Collector terminal, 15a, 15b, 15c, 15d Emitter Terminals, 16a, 16a ₁ , 16a ₂ , 16a ₃ , 16a ₄ P side conductor, 16b, 16b ₁ , 16b ₂ , 16b ₃ , 16b ₄ N-side conductor, 17 output terminal connection conductor, 18 arm connection conductor, 18a, 18b terminal, 19a, 19b insulator, 20a, 20b connection conductor.

Claims

A filter capacitor configured by at least one or more capacitor elements for receiving or transmitting a DC voltage, connected to the P side of the filter capacitor, and connected to the self-extinguishing semiconductor device and the self-extinguishing semiconductor device in anti-parallel; A P-side arm composed of a self-extinguishing diode and a diode connected to the N-side of the filter capacitor and connected in series with the P-side arm. And a diode connected to the N-side arm and an output terminal connected to a series connection point of the P-side arm and the N-side arm. A pair of first DC terminals each including a P-side terminal and an N-side terminal for receiving or transmitting power, and a P-side terminal connected to the P-side arm A pair of a second DC terminal composed of an N-side terminal connected to the N-side arm, a P-side terminal of the first DC terminal and a P-side terminal of the second DC terminal, and The P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, the N-side terminal of the first DC terminal and the N-side terminal of the second DC terminal are connected, and the N-side connected to the N-side of the capacitor element is connected. A power converter, comprising: a side conductor, wherein the P-side conductor and the N-side conductor are configured to be at least partially arranged substantially in parallel.

A filter capacitor configured by at least one or more capacitor elements for receiving or transmitting a DC voltage, connected to the P side of the filter capacitor, and connected to the self-extinguishing semiconductor device and the self-extinguishing semiconductor device in anti-parallel; A P-side arm composed of a self-extinguishing diode and a diode connected to the N-side of the filter capacitor and connected in series with the P-side arm. And a diode connected to the N-side arm and an output terminal connected to a series connection point of the P-side arm and the N-side arm. A pair of first DC terminals each including a P-side terminal and an N-side terminal for receiving or transmitting power, and a P-side terminal connected to the P-side arm A pair of a second DC terminal composed of an N-side terminal connected to the N-side arm, a P-side terminal of the first DC terminal and a P-side terminal of the second DC terminal, and The P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, the N-side terminal of the first DC terminal and the N-side terminal of the second DC terminal are connected, and the N-side connected to the N-side of the capacitor element is connected. A side conductor, and at least a second DC terminal side portion of the P-side conductor and the N-side conductor is disposed substantially parallel to an arm connection conductor that connects the P-side arm and the N-side arm in series, and A power conversion device characterized in that current flows in opposite directions.

A filter capacitor configured by at least one or more capacitor elements for receiving or transmitting a DC voltage, connected to the P side of the filter capacitor, and connected to the self-extinguishing semiconductor device and the self-extinguishing semiconductor device in anti-parallel; A P-side arm composed of a self-extinguishing diode and a diode connected to the N-side of the filter capacitor and connected in series with the P-side arm. And a diode connected to the N-side arm and an output terminal connected to a series connection point of the P-side arm and the N-side arm. A pair of first DC terminals each including a P-side terminal and an N-side terminal for receiving or transmitting power, and a P-side terminal connected to the P-side arm A pair of a second DC terminal composed of an N-side terminal connected to the N-side arm, a P-side terminal of the first DC terminal and a P-side terminal of the second DC terminal, and The P-side conductor connected to the P-side of the capacitor element, the N-side terminal of the first DC terminal and the N-side terminal of the second DC terminal are connected, and the N-side connected to the N-side of the capacitor element is connected. At least a portion of the P-side conductor and the N-side conductor are arranged substantially in parallel, and at least a second DC terminal side portion of the P-side conductor and the N-side conductor is connected to the P-side arm. A power converter, wherein the power converter is arranged so as to be substantially parallel to an arm connection conductor that connects the N-side arm in series, and the current flows in the opposite direction.

4. The power converter according to claim 1, wherein the output terminal connection conductor connecting the series connection point of the P-side arm and the N-side arm to the output terminal is at least a P-side conductor or an N-side conductor. 5. A power converter characterized by being arranged substantially in parallel with a part.

5. The power converter according to claim 1, wherein the filter capacitor has a space between the P-side conductor and the N-side conductor through which an output terminal connection conductor can pass, and the output terminal connection. 6. The power converter, wherein the conductor is disposed so as to be able to be taken out through the space.

6. The power converter according to claim 5, wherein an insulator is inserted between the output terminal connection conductor penetrating the space and the P-side conductor, and between the output terminal connection conductor penetrating the space and the N-side conductor. A power converter.

The power converter according to any one of claims 1 to 6, wherein the filter capacitor is formed by molding at least two or more capacitor elements and a P-side conductor and an N-side conductor that connect the plurality of capacitor elements in parallel. A power conversion device having a molded configuration.

8. The power converter according to claim 1, wherein the pair of second DC terminals are provided to protrude outside the main body of the filter capacitor, and the pair of protruding second DC terminals are connected to a P-side arm. 9. And a collector terminal of the self-extinguishing type semiconductor device and an emitter terminal of the self-extinguishing type semiconductor device of the N-side arm.

The power converter according to any one of claims 1 to 8, wherein the filter capacitor has an output terminal which is always at the same potential as a series connection point of the P-side arm and the N-side arm. Power converter.

10. The power converter according to claim 1, wherein the P-side arm and the N-side arm are respectively connected to a plurality of self-extinguishing semiconductor elements connected in series and each of these self-extinguishing semiconductor elements. A power converter, comprising: a diode connected in anti-parallel.

11. The power converter according to claim 10, wherein at least the second DC terminal side portion of the P-side conductor and the N-side conductor connects a plurality of self-extinguishing semiconductor elements forming the P-side arm and the N-side arm in series. A power converter, wherein the power converter is arranged substantially parallel to a connection conductor and configured so that a current flows in a reverse direction.

The power converter according to any one of claims 1 to 11, further comprising a plurality of sets of power conversion units each including a filter capacitor, a P-side arm, an N-side arm, and an output terminal, wherein the first DC of each filter capacitor is provided. A power converter, wherein N-side terminals of terminals and P-side terminals of first DC terminals of each filter capacitor are connected in parallel.