CN105308846A - 电力变换装置 - Google Patents
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Abstract
将连接电容器串联电路(CA)的正极和电力变换部(QA)的正极的2根正极侧母线(11、12)、连接电容器串联电路(CA)的负极和电力变换部(QA)的负极的负极侧母线(13)、串联连接电容器串联电路(CA)内的两个平滑电容器(CF1、CF2)的中间连接用母线(14)这4根母线(11～14)隔着绝缘层(15)紧密地层叠而构成4层母线(10)。并且，2根正极侧母线(11、12)不邻接地并联连接，其中的1根正极侧母线(11)和负极侧母线(13)被邻接配置，降低连接电容器串联电路(CA)和电力变换部(QA)的布线结构的直流布线电感。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力变换装置的布线结构。
背景技术
在以往的电力变换装置中，具有如下结构：具备将直流电源电路的直流电压进行平滑的电容器串联电路以及通过半导体开关元件将被平滑了的直流电压变换为交流电压的电力变换部，并且具备连接电容器串联电路的正极和所述电力变换部的正极的正极侧母线、连接所述电容器串联电路和所述电力变换部的负极的负极侧母线以及串联连接第1平滑电容器和第2平滑电容器的中间连接用母线。并且，将所有所述母线的外形形成为大致相同形状，并且夹着所述中间连接用母线地层叠所述正极侧母线、中间连接用母线以及负极侧母线，由此做成3层结构，能够使相邻接的母线彼此的电流流向相反来减少直流布线电感，降低半导体开关元件的尖峰电压(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-153951号公报
发明内容
在这种电力变换装置的情况下，在3层结构中，在正极侧母线与负极侧母线之间夹着中间连接用母线，因此将电容器串联电路的正极和电力变换部的正极彼此连接的正极侧母线与将负极彼此连接的负极侧母线的对置距离相远离。因此，存在不能充分获得电感的降低效果这样的问题点。
本发明是为了消除如上所述的问题点而做出的，其目的在于获得能够促进直流布线电感的降低的电力变换装置。
本发明的电力变换装置具备：将第1平滑电容器和第2平滑电容器串联连接而成的电容器串联电路以及具备多个半导体开关元件并且在上述电容器串联电路的直流电力与交流电力之间进行电力变换的电力变换部。另外，该电力变换装置具备：第1连线，连接上述电容器串联电路的正极和上述电力变换部的正极；第2连线，连接上述电容器串联电路的负极和上述电力变换部的负极；以及第3连线，串联连接上述第1平滑电容器和上述第2平滑电容器。并且，上述第1连线、第2连线中的一方由2根母线不邻接地并联连接而成，上述第1连线、第2连线中的另一方由以与并联连接了的上述2根母线中的1根相邻接的方式配置的1根母线构成，上述第3连线由1根母线构成，共计4根上述母线隔着绝缘层紧密地层叠而构成层叠母线。
本发明的电力变换装置如以上那样构成，因此能够大幅地降低电力变换装置的直流布线电感。由此能够抑制半导体开关元件切断电流时所产生的尖峰电压，能够防止半导体开关元件的劣化。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的结构的侧视图。
图2是图1所示的电力变换装置的俯视图。
图3是本发明的实施方式1的电力变换装置的等效电路图。
图4是示出本发明的实施方式2的电力变换装置的结构的侧视图。
图5是本发明的实施方式2的电力变换装置的等效电路图。
图6是示出本发明的实施方式3的电力变换装置的结构的侧视图。
图7是本发明的实施方式3的电力变换装置的等效电路图。
图8是示出本发明的实施方式4的电力变换装置的结构的侧视图。
图9是本发明的实施方式4的电力变换装置的等效电路图。
图10是示出本发明的实施方式5的电力变换装置的结构的侧视图。
图11是本发明的实施方式5的电力变换装置的等效电路图。
图12是示出本发明的实施方式6的电力变换装置的结构的侧视图。
图13是本发明的实施方式6的电力变换装置的等效电路图。
图14是示出本发明的实施方式7的电力变换装置的结构的侧视图。
具体实施方式
实施方式1.
以下，根据图1～图3，说明本发明的实施方式1的电力变换装置。图1是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的结构的侧视图，图2是该电力变换装置的俯视图。另外，将电力变换装置的等效电路图示出在图3中。
如图所示，电力变换装置具备电容器串联电路CA、电力变换部QA以及作为层叠母线的4层母线10。
电容器串联电路CA是串联连接作为第1平滑电容器的平滑电容器CF1和作为第2平滑电容器的平滑电容器CF2而构成的，具备正极CP和负极CN。电力变换部QA是连接例如由IGBT模块组成的2个半导体开关元件Q1、Q2而构成的，具备正极QP、负极QN以及输出端子QAC，输出2个电平的交流电压。此外，电力变换部QA在这种情况下，设为将电容器串联电路CA的直流电力变换为交流电力来进行说明，但是也可以将交流电力变换为直流电力。
针对2根正极侧母线11、12、1根负极侧母线13以及1根中间连接用母线14这4根母线11～14，在各母线间分别配置绝缘层15而紧密地层叠来构成4层母线10。另外，这4根母线11～14的外形形成为大致相同形状。
2根正极侧母线11、12配置于第1层和第4层并且并联连接，构成连接电容器串联电路CA的正极CP和电力变换部QA的正极QP的第1连线16。负极侧母线13配置于第3层，成为连接电容器串联电路CA的负极CN和电力变换部QA的负极QN的第2连线。中间连接用母线14配置于第2层，成为串联连接平滑电容器CF1(的负极)和平滑电容器CF2(的正极)的第3连线。
这样，2根正极侧母线11、12被配置成将负极侧母线13和中间连接用母线14夹在中间。
另外，在4层母线10的长度方向的第1侧(图中左侧)连接电容器串联电路CA，在上述层叠母线的长度方向的第2侧连接电力变换部QA。并且，电容器串联电路CA的正极CP侧的平滑电容器CF1与负极CN侧的平滑电容器CF2相比配置得离电力变换部QA更远。因此，电容器串联电路CA的正极CP与正极侧母线11、12的连接点A、平滑电容器CF1与中间连接用母线14的连接点B、平滑电容器CF2与中间连接用母线14的连接点C从4层母线10的长度方向的第1侧端朝向第2侧，按连接点A、连接点B、连接点C的顺序来配置。
在图3中示出了正极侧母线11的电感L11、正极侧母线12的电感L12、负极侧母线13的电感L13、中间连接用母线14的电感L14以及表示在各母线11～14中流动的电流朝向的箭头。
如图所示，正极侧母线12与负极侧母线13相邻接，并且电流流动的方向相反。另外，正极侧母线11与中间连接用母线14相邻接，并且电流流动的方向相反。
能够在这样相邻接的母线中使电流方向相反，能够使直流布线电感相互抵消而降低。因此，能够抑制电力变换部QA的半导体开关元件Q1、Q2切断电流时所产生的尖峰电压，能够防止半导体开关元件Q1、Q2的劣化。
另外，将母线11～14的外形形成为大致相同形状，因此容易进行用于形成4层母线10的对位且容易制造，因此能够容易地实现如上所述的直流布线电感的降低效果。
此外，在该实施方式中，将负极侧母线13配置于第3层，将中间连接用母线14配置于第2层，但是也可以将负极侧母线13配置于第2层，将中间连接用母线14配置于第3层，具有相同的效果。
实施方式2.
接着，下面根据图4、图5来说明本发明的实施方式2的电力变换装置。图4是示出本发明的实施方式2的电力变换装置的结构的侧视图，将该电力变换装置的等效电路图示出在图5中。此外，该电力变换装置的俯视图与上述实施方式1的图2相同。
在该实施方式2中，将构成第1连线16的2根正极侧母线11、12配置于第2层和第4层，将作为第2连线的负极侧母线13配置于第3层，将作为第3连线的中间连接用母线14配置于第1层，构成作为层叠母线的4层母线10a。即，2根正极侧母线11、12被配置成将负极侧母线13夹在中间，在其外侧配置有中间连接用母线14。其它结构与上述实施方式1相同。
在图5中示出了正极侧母线11的电感L11、正极侧母线12的电感L12、负极侧母线13的电感L13、中间连接用母线14的电感L14以及表示在各母线11～14中流动的电流朝向的箭头。
如图所示，正极侧母线12和负极侧母线13相邻接，并且电流流动的方向相反。另外，正极侧母线11和中间连接用母线14相邻接，并且电流流动的方向相反。
在该实施方式2中，也能够在相邻接的母线中使电流方向相反，能够使直流布线电感相互抵消而降低。因此，与上述实施方式1相同，能够抑制电力变换部QA的半导体开关元件Q1、Q2切断电流时所产生的尖峰电压，能够防止半导体开关元件Q1、Q2的劣化。另外，将母线11～14的外形形成为大致相同的形状，因此容易进行用于形成4层母线10a的对位且容易制造，因此能够容易地实现如上所述的直流布线电感的降低效果。
此外，也可以将正极侧母线11、12配置于第1层和第3层，在其间的第2层配置负极侧母线13，将中间连接用母线14配置于第4层，具有相同的效果。
实施方式3.
接着，下面根据图6、图7，说明本发明的实施方式3的电力变换装置。图6是示出本发明的实施方式3的电力变换装置的结构的侧视图，将该电力变换装置的等效电路图示出在图7中。此外，该电力变换装置的俯视图与上述实施方式1的图2相同。
在该实施方式3中，将构成第1连线16的2根正极侧母线11、12配置于第1层和第3层，将作为第2连线的负极侧母线13配置于第4层，将作为第3连线的中间连接用母线14配置于第2层，由此构成作为层叠母线的4层母线10b。即，2根正极侧母线11、12被配置成将中间连接用母线14夹在中间，在其外侧配置有负极侧母线13。其它结构与上述实施方式1相同。
图7中示出了正极侧母线11的电感L11、正极侧母线12的电感L12、负极侧母线13的电感L13、中间连接用母线14的电感L14以及表示在各母线11～14中流动的电流朝向的箭头。
如图所示，正极侧母线12和负极侧母线13相邻接，并且电流流动的方向相反。另外，正极侧母线11和中间连接用母线14相邻接，并且电流流动的方向相反。
在该实施方式3中，也能够在相邻接的母线中使电流方向相反，能够使直流布线电感相互抵消而降低。因此，与上述实施方式1相同，能够抑制电力变换部QA的半导体开关元件Q1、Q2切断电流时所产生的尖峰电压，能够防止半导体开关元件Q1、Q2的劣化。另外，将母线11～14的外形形成为大致相同的形状，因此容易进行用于形成4层母线10b的对位且容易制造，因此能够容易地实现如上所述的直流布线电感的降低效果。
此外，也可以将正极侧母线11、12配置于第2层和第4层，在其间的第3层配置中间连接用母线14，将负极侧母线13配置于第1层，具有相同的效果。
实施方式4.
接着，下面根据图8、图9，说明本发明的实施方式4的电力变换装置。图8是示出本发明的实施方式4的电力变换装置的结构的侧视图，将该电力变换装置的等效电路图示出在图9中。
电力变换装置具备电容器串联电路CA、电力变换部QA以及作为层叠母线的4层母线20。电容器串联电路CA以及电力变换部QA与上述实施方式1相同。
针对1根正极侧母线21、2根负极侧母线22、23以及1根中间连接用母线24这4根母线21～24，在各母线间分别配置绝缘层15而紧密地层叠来构成4层母线20。另外，将该4根母线21～24的外形形成为大致相同形状。
2根负极侧母线22、23配置于第1层和第4层并且并联连接，构成连接电容器串联电路CA的负极CN和电力变换部部QA的负极QN的第2连线26。正极侧母线21配置于第2层，成为连接电容器串联电路CA的正极CP和电力变换部QA的正极QP的第1连线。中间连接用母线24配置于第3层，成为串联连接平滑电容器CF1(的负极)和平滑电容器CF2(的正极)的第3连线。
这样，2根负极侧母线22、23被配置成将正极侧母线21和中间连接用母线24夹在中间。
另外，在4层母线10的长度方向的第1侧(图中左侧)连接电容器串联电路CA、在上述层叠母线的长度方向的第2侧连接电力变换部QA。并且，电容器串联电路CA的负极CN侧的平滑电容器CF2与正极CP侧的平滑电容器CF1相比配置得离电力变换部QA更远。因此，电容器串联电路CA的负极CN与负极侧母线22、23的连接点D、平滑电容器CF2与中间连接用母线24的连接点C、平滑电容器CF1与中间连接用母线24的连接点B从4层母线20的长度方向的第1侧端向第2侧，按连接点D、连接点C、连接点B的顺序来配置。
图9中示出了正极侧母线21的电感L21、负极侧母线22的电感L22、负极侧母线23的电感L23、中间连接用母线24的电感L24以及表示在各母线21～24中流动的电流朝向的箭头。
如图所示，正极侧母线21和负极侧母线22相邻接，并且电流流动的方向相反。另外，负极侧母线23和中间连接用母线24相邻接，并且电流流动的方向相反。
在该实施方式4中，也能够在相邻接的母线中使电流方向相反，能够使直流布线电感相互抵消而降低。因此，与上述实施方式1相同，能够抑制电力变换部QA的半导体开关元件Q1、Q2切断电流时所产生的尖峰电压，能够防止半导体开关元件Q1、Q2的劣化。另外，将母线21～24的外形形成为大致相同形状，因此容易进行用于形成4层母线20的对位且容易制造，因此能够容易地实现如上所述的直流布线电感的降低效果。
此外，在该实施方式中，将正极侧母线21配置于第2层，将中间连接用母线24配置于第3层，但是也可以将正极侧母线21配置于第3层，将中间连接用母线24配置于第2层，具有相同的效果。
实施方式5.
接着，下面根据图10、图11，说明本发明的实施方式5的电力变换装置。图10是示出本发明的实施方式5的电力变换装置的结构的侧视图，将该电力变换装置的等效电路图示出在图11中。
在该实施方式5中，将构成第2连线26的2根负极侧母线22、23配置于第1层和第3层，将作为第1连线的正极侧母线21配置于第2层，将作为第3连线的中间连接用母线24配置于第4层，由此构成作为层叠母线的4层母线20a。即，2根负极侧母线22、23被配置成将正极侧母线21夹在中间，在其外侧配置有中间连接用母线24。其它结构与上述实施方式4相同。
图11中示出了正极侧母线21的电感L21、负极侧母线22的电感L22、负极侧母线23的电感L23、中间连接用母线24的电感L24以及表示在各母线21～24中流动的电流朝向的箭头。
如图所示，正极侧母线21和负极侧母线22相邻接，并且电流流动的方向相反。另外，负极侧母线23和中间连接用母线24相邻接，并且电流流动的方向相反。
在该实施方式5中，也能够在相邻接的母线中使电流方向相反、能够使直流布线电感相互抵消而降低。因此，与上述实施方式1相同，能够抑制电力变换部QA的半导体开关元件Q1、Q2切断电流时所产生的尖峰电压，能够防止半导体开关元件Q1、Q2的劣化。另外，将母线21～24的外形形成为大致相同形状，因此容易进行用于形成4层母线20a的对位且容易制造，因此能够容易地实现如上所述的直流布线电感的降低效果。
此外，也可以将负极侧母线22、23配置于第2层和第4层，在其间的第3层配置正极侧母线21，将中间连接用母线24配置于第1层，具有相同的效果。
实施方式6.
接着，下面根据图12、图13，说明本发明的实施方式6的电力变换装置。图12是示出本发明的实施方式6的电力变换装置的结构的侧视图，将该电力变换装置的等效电路图示出在图13中。
在该实施方式6中，将构成第2连线26的2根负极侧母线22、23配置于第2层和第4层，将作为第1连线的正极侧母线21配置于第1层，将作为第3连线的中间连接用母线24配置于第3层，由此构成作为层叠母线的4层母线20b。即，2根负极侧母线22、23被配置成将中间连接用母线24夹在中间，在其外侧配置有正极侧母线21。其它结构与上述实施方式4相同。
图13中示出了正极侧母线21的电感L21、负极侧母线22的电感L22、负极侧母线23的电感L23、中间连接用母线24的电感L24以及表示在各母线21～24中流动的电流朝向的箭头。
如图所示，正极侧母线21和负极侧母线22相邻接，并且电流流动的方向相反。另外，负极侧母线23和中间连接用母线24相邻接，并且电流流动的方向相反。
在该实施方式6中，也能够在相邻接的母线中使电流方向相反，能够使直流布线电感相互抵消而降低。因此，与上述实施方式1相同，能够抑制电力变换部QA的半导体开关元件Q1、Q2切断电流时所产生的尖峰电压，能够防止半导体开关元件Q1、Q2的劣化。另外，将母线21～24的外形形成为大致相同形状，因此容易进行用于形成4层母线20b的对位且容易制造，因此能够容易地实现如上所述的直流布线电感的降低效果。
此外，也可以将负极侧母线22、23配置于第1层和第3层，在其间的第2层配置中间连接用母线24，将正极侧母线21配置于第4层，具有相同的效果。
实施方式7.
在上述实施方式1～6中，将4根母线11～14(21～24)的外形形成为大致相同形状，但是也可以形成为不同的形状。
图14是示出本发明的实施方式7的电力变换装置的结构的侧视图。如图所示，针对2根正极侧母线11a、12、1根负极侧母线13以及1根中间连接用母线14a这4根母线11a、12、13、14a，在各母线间分别配置绝缘层15而紧密地层叠来构成4层母线10c。2根正极侧母线11a、12配置于第1层和第4层并且并联连接，构成连接电容器串联电路CA的正极CP与电力变换部QA的正极QP的第1连线16a。负极侧母线13配置于第3层，成为连接电容器串联电路CA的负极CN和电力变换部QA的负极QN的第2连线。中间连接用母线14a配置于第2层，成为串联连接平滑电容器CF1(的负极)和平滑电容器CF2(的正极)的第3连线。在这种情况下，配置于第1层的正极侧母线11a和配置于第2层的中间连接用母线14a相比其它母线12、13形成得更短。其它结构与上述实施方式1相同。
正极侧母线11a和中间连接用母线14a与上述实施方式1相比更短，但是被省略的区域既不是对与电容器串联电路CA、电力变换部QA的连接有贡献的区域、也不是对直流布线电感的降低有贡献的电流流动的区域。因此，能够在相邻接的母线中使电流方向相反，能够使直流布线电感相互抵消而降低，获得与上述实施方式1相同的效果、并且能够实现成本以及重量的削减。
此外，在正极侧母线11a、中间连接用母线14a中省略的区域的大小被决定为由于各母线11a、14a的面积降低引起的布线电感上升不会带来不良影响的程度。
在该实施方式中，示出了对上述实施方式1的4层母线10进行变形而得到的方案，但是也可以对其它实施方式2～6的4层母线同样地进行变形。
此外，本发明能够在发明的范围内自由地组合各实施方式、或对各实施方式进行适当变形、省略。
Claims (8)
1.一种电力变换装置，具备：将第1平滑电容器和第2平滑电容器串联连接而成的电容器串联电路以及具备多个半导体开关元件并且在所述电容器串联电路的直流电力与交流电力之间进行电力变换的电力变换部，
所述电力变换装置的特征在于，具备：
第1连线，连接所述电容器串联电路的正极和所述电力变换部的正极；
第2连线，连接所述电容器串联电路的负极和所述电力变换部的负极；以及
第3连线，串联连接所述第1平滑电容器和所述第2平滑电容器，
所述第1连线、第2连线中的一方由2根母线不相邻接地并联连接而成，所述第1连线、第2连线中的另一方由以与并联连接了的所述2根母线中的1根相邻接的方式配置的1根母线构成，所述第3连线由1根母线构成，共计4根所述母线隔着绝缘层紧密地层叠而构成层叠母线。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述4根母线被配置成在相邻接的母线中流动的电流方向相反。
3.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1连线由所述2根母线并联连接而成，在该2根母线之间配置作为所述第2连线的母线和作为所述第3连线的母线。
4.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1连线由所述2根母线并联连接而成，作为所述第2连线、第3连线中的一方的母线配置于所述2根母线之间，作为所述第2连线、第3连线中的另一方的母线配置于所述2根母线的外侧。
5.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1连线由所述2根母线并联连接而成，
在所述层叠母线的长度方向的第1侧连接所述电容器串联电路，在所述层叠母线的长度方向的第2侧连接所述电力变换部，所述电容器串联电路的正极与作为所述第1连线的母线的连接点A、所述第1平滑电容器与作为所述第3连线的母线的连接点B以及所述第2平滑电容器与作为所述第3连线的母线的连接点C从所述层叠母线的所述第1侧端朝向所述第2侧，按所述连接点A、所述连接点B、所述连接点C的顺序来配置。
6.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第2连线由所述2根母线并联连接而成，在该2根母线之间配置作为所述第1连线的母线和作为所述第3连线的母线。
7.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第2连线由所述2根母线并联连接而成，作为所述第1连线、第3连线中的一方的母线配置于所述2根母线之间，作为所述第1连线、第3连线中的另一方的母线配置于所述2根母线的外侧。
8.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第2连线由所述2根母线并联连接而成，
在所述层叠母线的长度方向的第1侧连接所述电容器串联电路，在所述层叠母线的长度方向的第2侧连接所述电力变换部，所述电容器串联电路的负极与作为所述第2连线的母线的连接点D、所述第1平滑电容器与作为所述第3连线的母线的连接点B以及所述第2平滑电容器与作为所述第3连线的母线的连接点C从所述层叠母线的所述第1侧端朝向所述第2侧，按所述连接点D、所述连接点C、所述连接点B的顺序来配置。
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