CN107534391B - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的功率转换装置中，将交流电转换为直流电的转换器(10)、和将转换器(10)转换后的直流电转换为交流电的逆变器(12)串联连接，构成转换器逆变器单元(14)，该功率转换装置在转换器(10)和逆变器(12)之间设有电容器单元(11)，该电容器单元(11)具备储存转换器(10)转换后的直流电的电容电池(11a)，与电容电池(11a)的一方电极电连接的第一导体和与电容电池(11a)的另一方电极电连接的第二导体从电容器单元(11)中引出，第一导体与转换器(10)的正极侧电容器连接端子(PCT1、PCT2)以及逆变器(12)的正极侧电容器连接端子(PIT1、PIT2、PIT3)直接连接，第二导体与转换器(10)的负极侧电容器连接端子(NCT1、NCT2)以及逆变器(12)的负极侧电容器连接端子(NIT1、NIT2、NIT3)直接连接。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及具备转换器和逆变器，在转换器和逆变器之间具备电容器的功率转换装置。
背景技术
作为将电容器端子与功率晶体管模块端子连接的端子连接结构，已知有从电容器引出导体，与功率晶体管模块端子直接连接的方法(例如下述专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第5335868号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，上述现有技术是适用于将直流电转换为交流电的逆变器的例子，不是适用于将交流电暂时转换为直流电之后，再次转换为交流电的功率转换装置、即进行两次功率转换的功率转换装置的例子。
进行两次功率转换的功率装换装置构成为将交流电转换为直流电的转换器、和将转换器转换过的直流电转换为交流电的逆变器串联连接。该结构有时取转换器的英文首字母“C”和逆变器的英文首字母“I”，从而被称为CI结构，下面均称为“CI结构”。
在CI结构的功率转换装置的情况下，若分别针对转换器和逆变器应用上述专利文献1的端子连接结构，则必须要将与构成转换器的开关元件的端子直接连接的第一电容器、和与构成逆变器的开关元件的端子直接连接的第二电容器利用布线电连接而构成。在该结构的情况下，由于该布线的布线电感和第一电容器以及第二电容器的各电容产生谐振现象，可能会在第一电容器和第二电容器之间、即直流电流流通的直流区间产生电流来回流动的现象，产生直流区间中的损耗增加的问题。此外，在直流区间中另外设置布线的情况下，由于布线电感分量L、和直流电流I的时间变化分量dI/dt，而在开关元件中会产生L(dI/dt)造成的过电压，在布线电感分量L较大的情况下存在有时会导致元件破坏的问题。
本发明是鉴于上述情况完成的，其目的在于在CI结构的功率转换装置中提供一种具备电容器单元的功率转换装置，该电容器单元降低直流区间中的损耗，且具备不需要另外设置布线的端子连接结构。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述问题，达成目的，本发明的功率转换装置中，将具备转换器模块而将交流电转换为直流电的转换器、和具备逆变器模块而将所述转换器转换后的直流电转换为交流电的逆变器串联连接，构成转换器逆变器单元，该功率转换装置的特征在于，在所述转换器和所述逆变器之间设有电容器单元，该电容器单元具备储存所述转换器转换后的直流电的电容电池，与所述电容电池的一方电极电连接的第一导体和与所述电容电池的另一方电极电连接的第二导体从所述电容器单元中引出，所述第一导体与所述转换器模块的正极侧电容器连接端子以及所述逆变器模块的正极侧电容器连接端子直接连接，所述第二导体与所述转换器模块的负极侧电容器连接端子以及所述逆变器模块的负极侧电容器连接端子直接连接。
发明效果
根据本发明，能起到如下效果，即，在CI结构的功率转换装置中提供一种具备电容器单元的功率转换装置，该电容器单元降低直流区间中的损耗，且具备不需要另外设置布线的端子连接结构。
附图说明
图1是用于说明实施方式1所涉及的功率转换装置的电路图。
图2是在图1的电路图上示出了实施方式1所涉及的功率转换装置的结构划分的图。
图3是表示实施方式1所涉及的转换器模块以及逆变器模块的配置例的俯视图。
图4是表示实施方式1所涉及的电容器单元的结构例的剖视图。
图5是表示实施方式1所涉及的电容器单元的与图4不同的第二结构例的剖视图。
图6是表示实施方式2所涉及的转换器模块以及逆变器模块的配置例的俯视图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的实施方式所涉及的功率转换装置进行说明。此外，本发明并不限定于以下所示的实施方式。
实施方式1.
图1是用于说明实施方式1所涉及的功率转换装置的电路图。实施方式1所涉及的功率转换装置如图1所示，构成为具有：将从交流电源1提供的交流电转换为直流电的转换器10；具备电容电池11a来储存从转换器10提供的直流电的电容器单元11；以及将电容器单元11储存的直流电转换为交流电并提供至交流负载2的逆变器12。
转换器10具有分别将由开关元件10a、10b构成的上臂(U相：10a、V相：10b)、由开关元件10c、10d构成的下臂(U相：10c、V相：10d)串联连接的电路部(以下称为“电路臂”)。即，转换器10构成具有由U相和V相组成的两组电路臂的单相桥接电路。
转换器10在对开关元件10a、10b、10c、10d进行开关控制时通过进行使脉冲宽度可变的调制控制(Pulse Width Moduration：以下称为“PWM控制”)从而将所输入的交流电压转换为所期望的直流电压并输出。
在转换器10的输出端并联连接有作为直流电源的电容器单元，并且连接了将电容器单元11的直流电压作为输入、并转换为任意电压以及任意频率的交流电压并输出的逆变器12。
逆变器12具有由开关元件12a、12b、12c构成的上臂(U相：12a、V相：12b、W相：12c)、由开关元件12d、12e、12f构成的下臂(U相：12d、V相：12e、W相：12f)各自串联连接的电路臂。即，逆变器12构成具有由U相、V相和W相组成的三组电路臂的三相桥接电路。
逆变器12通过对开关元件12a、12b、12c、12d、12e、12f进行PWM控制从而将所输入的直流电压转换为所期望的交流电压并输出。
接着，参照图2至图4的各附图对实施方式1所涉及的功率转换装置的主要部分的结构进行说明。
图2是在图1的电路图上示出了实施方式1所涉及的功率转换装置的结构划分的图。实施方式1所涉及的功率转换装置如图2所示，构成将交流电转换为直流电的转换器10、和将转换器10转换后的直流电转换为交流电的逆变器12串联连接的转换器逆变器单元(以下简称为“CI单元”)14。CI单元14具备：作为转换器10的交流端，构成与交流电源1的电连接端，与交流电源1之间提供和接收交流电的第一输入输出端子U1、V1；在转换器10中构成与电容器单元11的正极侧的电连接端的正极侧电容器连接端子PCT1、PCT2；以及在转换器10中构成与电容器单元11的负极侧的电连接端的负极侧电容器连接端子NCT1、NCT2；以及作为逆变器12的交流端，构成与交流负载2的电连接端，与交流负载2之间提供和接收交流电的第二输入输出端子U2、V2、W2；在逆变器12中构成与电容器单元11的正极侧的电连接端的正极侧电容器连接端子PIT1、PIT2、PIT3；以及在逆变器12中构成与电容器单元11的负极侧的电连接端的负极侧电容器连接端子NIT1、NIT2、NIT3。
正极侧电容器连接端子PCT1、PCT2是高电位侧的端子，正极侧电容器连接端子PCT1从位于上臂侧的开关元件10a引出，正极侧电容器连接端子PCT2从位于上臂侧的开关元件10b引出。此外，负极侧电容器连接端子NCT1、NCT2是低电位侧的端子，负极侧电容器连接端子NCT1从位于下臂侧的开关10c引出，负极侧电容器连接端子NCT2从位于下臂侧的开关元件10d引出。
逆变器12侧也为与转换器10侧相同的结构。即，正极侧电容器连接端子PIT1、PIT2、PIT3是高电位侧的端子，正极侧电容器连接端子PIT1从位于上臂侧的开关元件12a引出，正极侧电容器连接端子PIT2从位于上臂侧的开关元件12b引出，正极侧电容器连接端子PIT3从位于上臂侧的开关元件12c引出。此外，负极侧电容器连接端子NIT1、NIT2、NIT3是低电位侧的端子，负极侧电容器连接端子NIT1从位于下臂侧的开关元件12d引出，负极侧电容器连接端子NIT2从位于下臂侧的开关元件12e引出，负极侧电容器连接端子NIT3从位于下臂侧的开关元件12f引出。
在电容器单元11中，引出用于将电容电池11a的正极端和转换器10的正极侧电容器连接端子PCT1、PCT2电连接的连接导体PC1、PC2。连接导体PC1是用于与正极侧电容器连接端子PCT1连接的导体，连接导体PC2是用于与正极侧电容器连接端子PCT2连接的导体。电容电池11a的负极侧也是同样，引出用于将电容电池11a的负极端和转换器10的负极侧电容器连接端子NCT1、NCT2电连接的连接导体NC1、NC2。连接导体NC1是用于与负极侧电容器连接端子NCT1连接的导体，连接导体NC2是用于与负极侧电容器连接端子NCT2连接的导体。
在电容器单元11中，引出用于将电容电池11a的正极端和逆变器12的正极侧电容器连接端子PIT1、PIT2、PIT3电连接的连接导体PI1、PI2、PI3。连接导体PI1是用于与正极侧电容器连接端子PIT1连接的导体，连接导体PI2是用于与正极侧电容器连接端子PIT2连接的导体，连接导体PI3是用于与正极侧电容器连接端子PIT3连接的导体。电容电池11a的负极侧也是同样，引出用于将电容电池11a的负极端和逆变器12的负极侧电容器连接端子NIT1、NIT2、NIT3电连接的连接导体NI1、NI2、NI3。连接导体NI1是用于与负极侧电容器连接端子NIT1连接的导体，连接导体NI2是用于与负极侧电容器连接端子NIT2连接的导体，连接导体NI3是用于与负极侧电容器连接端子NIT3连接的导体。
图3是表示实施方式1所涉及的转换器模块以及逆变器模块的配置例的俯视图。实施方式1中如图3所示，在下文所述的冷却器基座部15b的半导体元件安装面15c上将逆变器模块12U、12V、12W按照12U、12V、12W的顺序排列配置，将转换器模块10A、10B、10C、10D按照10A，10C，10D，10B的顺序排列配置。
这里，逆变器模块12U、12V、12W是在一个模块内搭载了两个开关元件和两个二极管的内含两个元件的模块(以下称为“二合一模块”)。若对照图2的结构进行具体说明，则在逆变器模块12U中，U相上臂的开关元件12a和U相下臂的开关元件12d被密封于一个模块内。下文也同样地，在逆变器模块12V中，V相上臂的开关元件12b和V相下臂的开关元件12e被密封于一个模块内，在逆变器模块12W中，W相上臂的开关元件12c和W相下臂的开关元件12f被密封于模块内。
另一方面，转换器模块10A、10B、10C、10D是在一个模块内搭载了一个开关元件和一个二极管的内含一个元件的模块(以下称为“一合一模块”)。若对照图2的结构进行说明，则在转换器模块10A中，U相上臂的开关元件10a被密封，在转换器模块10B中，V相上臂的开关元件10b被密封，在转换器模块10C中，U相下臂的开关元件10c被密封，在转换器模块10D中，V相下臂的开关元件10d被密封。
在转换器模块10A中，设有图2的电路图中也示出的正极侧电容器连接端子PCT1以及连接端子U1a。下文中也同样地，在转换器模块10B中设有正极侧电容器连接端子PCT2以及连接端子V1b，在转换器模块10C中设有负极侧电容器连接端子NCT1以及连接端子U1c，在转换器模块10D中设有负极侧电容器连接端子NCT2以及连接端子V1d。
此外，在逆变器模块12U中，设有图2的电路图中也示出的正极侧电容器连接端子PIT1、负极侧电容器连接端子NIT1以及连接端子U2a。下文中也同样地，在逆变器模块12V中设有正极侧电容器连接端子PIT2、负极侧电容器连接端子NIT2以及连接端子V2a，在逆变器模块12W中设有正极侧电容器连接端子PIT3、负极侧电容器连接端子NIT3以及连接端子W2a。
转换器模块10A、10B、10C、10D以及逆变器模块12U、12V、12W中，在正极侧电容器连接端子PIT1、PIT2、PIT3直接连接有从电容器单元11引出的连接导体PC1、PC2，在负极侧电容器连接端子NIT1、NIT2、NIT3直接连接有从电容器单元11引出的连接导体NC1、NC2。
另一方面，转换器模块10A、10B、10C、10D的连接端子U1a、V1b、U1c、V1d被电布线于设置在半导体元件安装面15c上的、图2的电路图上也示出的第一输入输出端子U1、V1。即，连接端子U1a、V1b、U1c、V1d不与交流电源1直接连接，而是经由第一输入输出端子U1、V1进行与交流电源1的连接。
逆变器模块12U、12V、12W中也同样，逆变器模块12U、12V、12W的连接端子U2a、V2a、W2a被电布线于设置在半导体元件安装面15c上的、图2的电路图中也示出的第二输入输出端子U2、V2、W2，经由第二输入输出端子U2、V2、W2进行与交流负载2的连接。
此外，图3的结构中，将逆变器模块12U、12V、12W构成为二合一模块，将转换器模块10A、10B、10C、10D构成为一合一模块，但不限于这些结构。例如，可以在转换器10中将开关元件10a、10c彼此以及开关元件10b、10d彼此分别密封于一个模块内构成为二合一模块，反之也可以使开关元件12a、12b、12c、12d、12e、12f各自构成为一合一模块。此外，若为小容量的功率转换装置，则可以将开关元件10a、10b、10c、10d全部密封于一个模块内构成为四合一模块，也可以将开关元件12a、12b、12c、12d、12e、12f全部密封于一个模块内构成六合一模块。
此外，图3中将转换器模块10A、10B、10C、10D、与逆变器模块12U、12V、12W搭载于同一基板的冷却器基座部15b的半导体元件安装面15c，但只要是从电容器单元11引出的图4所示的第一导体16a与转换器模块以及逆变器模块的正极侧电容器连接端子连接，且从电容器单元引出的图4所示的第二导体16b与转换器模块以及逆变器模块的负极侧电容器连接端子连接的结构，则也可以搭载于不同的基板。
图4是表示实施方式1所涉及的电容器单元的第一结构例的剖视图。另外，图4中在图3所示的转换器模块以及逆变器模块的配置例中，示出了包含转换器模块10A以及逆变器模块12U的截面形状。此外，图4中一并示出了用于冷却转换器模块10A以及逆变器模块12U的冷却器15的结构，该冷却器15搭载有连接了电容器单元11的转换器模块10A以及逆变器模块12U。
第一结构例所涉及的电容器单元11中，如图所示排列配置有五个电容电池11a，构成电容电池11a的一个电极的正极端子11b彼此在电容器单元11的内部，通过作为板状导体的第一导体16a被电连接，并且构成电容电池11a的另一个电极的负极端子11c彼此同样在电容器单元11的内部通过作为板状导体的第二导体16b被电连接。
冷却器15包括冷却器基座部15b和设于冷却器基座部15b的冷却器散热部15a。CI单元14所具备的开关元件10a、12a被安装于冷却器基座部15b的半导体元件安装面15c。安装于半导体元件安装面15c的开关元件10a、12a被通过冷却器散热部15a的冷却风冷却。
第一导体16a在转换器模块10A侧被引出至电容器单元11的外部来构成上文所述的连接导体PC1，且在逆变器模块12U侧被引出至电容器单元11的外部来构成上述的连接导体PI1。
同样地，第二导体16b在转换器模块10A侧被引出至电容器单元11的外部来构成上文所述的连接导体NC1，且在逆变器模块12U侧被引出至电容器单元11的外部来构成上述的连接导体NI1。另外，图4中，第一导体16a和第二导体16b被配置成为层叠结构，在像这样的结构的情况下，在第一导体16a和第二导体16b之间***绝缘片材来实施电绝缘也不言自明。
如上文所述，连接导体PC1与转换器模块10A的正极侧电容器连接端子PCT1直接连接，连接导体PI1与逆变器模块12U的正极侧电容器连接端子PIT1直接连接。此外，连接导体NI1利用公知的端子连接结构与逆变器模块12U的负极侧电容器连接端子NIT1电连接。另外，连接导体NC1如上文所述没有与转换器模块10A的端子电连接，而与转换器模块10C的负极侧电容器连接端子NCT1电连接。
图5是表示实施方式1所涉及的电容器单元的与图4不同的第二结构例的剖视图。图4所示的第一结构例所涉及的电容器单元11中，在电容电池11a的上部配置了负极端子11c，在下部配置了正极端子11b，图5所示的第二结构例所涉及的电容器单元11中，通过贯通电容电池11a的内部的导体11d使负极端子11c与第二导体16b电连接。通过该结构，将第一导体16a和第二导体16b设置为在电容器单元11的内部以及外部双方并行。这里，由于在开关元件进行开关动作时流过第一导体16a的电流、与流过第二导体16b的电流的大小相同流动方向相反，因此并行设置的部分越长、电感降低的效果越大。因此，第二结构例所涉及的电容器单元11比第一结构例所涉及的电容器单元11的布线电感要小。
另外，图4以及图5的结构中是通过第一导体16a和第二导体16b支撑电容器单元11的结构，但在电容器单元11有一定重量的情况下，或使第一导体16a以及第二导体16b的厚度变薄等力图实现轻量化的情况中，仅由第一导体16a以及第二导体16b无法支撑电容器单元11的情况下，可以采用通过收纳电容器单元11的结构物进行固定，或通过设置于电容器单元11的侧部的支撑框架进行固定的结构。
接着，对实施方式1所涉及的功率转换装置固有所具有的效果进行说明。
首先，实施方式1所涉及的功率转换装置的端子连接结构中，由于C1结构的功率转换装置中构成为使从电容器单元11引出的第一导体16a与转换器模块直接连接，且使从电容器单元11引出的第二导体16b与逆变器模块直接连接，因此能使布线距离比以往更短，能进行低电感的布线。
此外，实施方式1所涉及的端子连接结构中，能使CI结构的功率转换装置以单一的电容器单元构成，不需要在各个转换器和逆变器中设置电容器单元或电容器，因此能抑制设置于转换器侧的第一电容器、和设置于逆变器侧的第二电容器之间的谐振现象的产生。此外，由于能减小在第一电容器和第二电容器之间、即功率转换装置的直流区间中可能来回流动的电流，因此能降低直流区间中的损耗。此外，与以往相比能减少电容器的数量，也不需要第一电容器和第二电容器之间的布线，因此能降低制造成本。
此外，最近的功率转换装置中，根据用途讨论使用以碳化硅(SiC)作为材料的半导体元件(SiC元件)。SiC元件与将硅(Si)作为材料的半导体元件进行比较，具有导热率大、可在高温中工作、能高速开关这样优良的特性。另一方面，SiC元件由于能高速开关从而在功率转换装置的内部的布线中流通的开关电流的时间变化率较大，因此在布线中产生的浪涌电压增大，施加于功率转换装置的内部的元器件的浪涌电压增大。由此，在利用SiC元件的情况下要求低电感，而实施方式1所涉及的端子连接结构能实现低电感，能减小对功率转换装置的内部的元器件施加的浪涌电压，因此在应用了SiC元件的功率转换装置中尤其有用。
此外，SiC元件能在高温中进行动作，因此能缩小冷却器15。这里，若能缩小冷却器15的尺寸，则搭载于冷却器15的半导体元件安装面15c的转换器模块和逆变器模块之间的距离变小，因此对于连接布线的低电感化向优选的方向产生作用。
另外，关注到SiC比Si的带隙要大这一特性，SiC是被称为宽带隙半导体的半导体的一例(与此相对，Si被称为窄带隙半导体)。除了该SiC之外，例如利用氮化镓类材料或金刚石形成的半导体也属于宽带隙半导体，它们的特性中也有较多与碳化硅类似的部分。由此，利用SiC以外的其它宽带隙半导体元件的结构也成为本发明的主旨。
实施方式2.
实施方式2中，对转换器模块以及逆变器模块所涉及的配置的变化进行说明。图6是表示实施方式2所涉及的转换器模块以及逆变器模块的配置例的俯视图。图3中，配置转换器模块10A、10B、10C、10D以及逆变器模块12U、12V、12W，以使得转换器模块的连接端子U1a、U1c、V1b、V1d与逆变器模块的连接端子U2a、V2a、W2a在搭载面中相对，而图6中，配置转换器模块10A、10B、10C、10D以及逆变器模块12U、12V、12W，以使得转换器模块的连接端子U1a、U1c、V1b、V1d与逆变器模块的连接端子U2a、V2a、W2a朝向基板的外侧，换言之，以使得转换器模块的正极侧电容器连接端子PCT1、PCT2以及负极侧电容器连接端子NCT1、NCT2、与逆变器模块的正极侧电容器连接端子PIT1、PIT2、PIT3以及负极侧电容器连接端子NIT1、NIT2、NIT3在搭载面中相对。
在图6的结构的情况下，第一输入输出端子U1、V1、和转换器模块10A、10B、10C、10D的连接端子U1a、V1b、U1c、V1d之间的距离比图3的结构要短，因此能缩短布线构件的长度。
此外，在逆变器模块12U、12V、12W中也同样，第二输入输出端子U2、V2、W2和逆变器模块12U、12V、12W的连接端子U2a、V2a、W2a之间的距离比图3的结构要短，因此能缩短布线构件的长度。
此外，在图6的结构的情况下，转换器10A、10B、10C、10D的正极侧电容器连接端子PCT1、PCT2以及负极侧电容器连接端子NCT1、NCT2、与逆变器模块12U、12V、12W的正极侧电容器连接端子PIT1、PIT2、PIT3以及负极侧电容器连接端子NIT1、NIT2、NIT3之间的距离变短，因此在电容电池11a的容量较小，并且电容器单元11的尺寸较小的情况下，由于能使从电容器单元11引出的第一导体16a和第二导体16b的长度变短，因此对布线的低电感化有效地进行作用。反之，在电容电池11a的容量较大，并且电容器单元11的尺寸较大的情况下，有时图3的结构更有利。
另外，图3中，配置转换器模块10A、10B、10C、10D以及逆变器模块12U、12V、12W，以使得转换器模块的连接端子U1a、U1c、V1b、V1d与逆变器模块的连接端子U2a、V2a、W2a在搭载面中相对，图6中，配置转换器模块10A、10B、10C、10D以及逆变器模块12U、12V、12W，以使得转换器模块的正极侧电容器连接端子PCT1、PCT2以及负极侧电容器连接端子NCT1、NCT2、与逆变器模块的正极侧电容器连接端子PIT1、PIT2、PIT3以及负极侧电容器连接端子NIT1、NIT2、NIT3在搭载面中相对，但也可以使图3和图6中的任一配置的任一方模块反转。
即，也可以配置转换器模块10A、10B、10C、10D以及逆变器模块12U、12V、12W，以使得转换器模块的正极侧电容器连接端子PCT1、PCT2以及负极侧电容器连接端子NCT1、NCT2、与逆变器模块的连接端子U2a、V2a、W2a在搭载面中相对，另外也可以与该配置相反地，配置转换器模块10A、10B、10C、10D以及逆变器模块12U、12V、12W，以使得转换器模块的连接端子U1a、U1c、V1b、V1d、与逆变器模块的正极侧电容器连接端子PIT1、PIT2、PIT3以及负极侧电容器连接端子NIT1、NIT2、NIT3在搭载面中相对。
以上，对实施方式1、2所涉及的功率转换装置以及其端子连接结构进行了说明，但上述内容是示出了一个例子，在不脱离本发明主旨的范围内，可以省略一部分等来进行变更而构成也不言自明。
标号说明
1 交流电源，
2 交流负载，
10 转换器，
10A、10B、10C、10D 转换器模块，
10a、10b、10c、10d、12a、12b、12c、12d、12e、12f 开关元件
11 电容器单元
11a 电容电池
11b 正极端子,
11c 负极端子,
11d 导体，
12 逆变器，
12U、12V、12W 逆变器模块，
14 CI单元，
15 冷却器，
15a 冷却器散热部，
15b 冷却器基座部，
15c 半导体元件安装面，
16a 第一导体，
16b 第二导体，
PC1、PC2、NC1、NC2、PI1、PI2、PI3、NI1、NI2、NI3 连接导体，
PCT1、PCT2、PIT1、PIT2、PIT3 正极侧电容器连接端子，
NCT1、NCT2、NIT1、NIT2、NIT3 负极侧电容器连接端子，
U1、V1 第一输入输出端子，
U2、V2、W2 第二输入输出端子，
U1a、V1b、U1c、V1d、U2a、V2a、W2a 连接端子。

Claims (11)

1.一种功率转换装置，
转换器和逆变器串联连接从而构成转换器逆变器单元，其中，所述转换器具备转换器模块，其将交流电转换为直流电，所述逆变器具备逆变器模块，其将所述转换器转换后的直流电转换为交流电，包括：
电容器单元，该电容器单元具备储存所述转换器转换后的直流电的电容电池，并设置在所述转换器和所述逆变器之间；
第一导体，该第一导体在所述电容器单元的内部与所述电容电池的一方电极电连接，端部分别位于所述电容器单元的外部，
且所述第一导体与所述转换器模块的正极侧电容器连接端子以及所述逆变器模块的正极侧电容器连接端子连接；以及
第二导体，该第二导体在所述电容器单元的内部与所述电容电池的另一方电极电连接，端部分别位于所述电容器单元的外部，且所述第二导体与所述转换器模块的负极侧电容器连接端子以及所述逆变器模块的负极侧电容器连接端子连接，
在设于所述转换器模块或所述逆变器模块内的开关元件进行开关动作时，直流电流经由所述第一导体的所述端部或所述第二导体的所述端部流过。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一导体和所述第二导体引出到所述电容器单元的外部，
引出到所述电容器单元的外部的所述第一导体与所述转换器模块的正极侧电容器连接端子以及所述逆变器模块的正极侧电容器连接端子直接连接，
引出到所述电容器单元的外部的所述第二导体与所述转换器模块的负极侧电容器连接端子以及所述逆变器模块的负极侧电容器连接端子直接连接，
所述第一导体或所述第二导体中，在设于所述转换器模块或所述逆变器模块内的所述开关元件进行开关动作时，有直流电流流过。
3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电容器单元设置于与所述转换器模块的所述正极侧电容器连接端子以及所述负极侧电容器连接端子相对、并且与所述逆变器模块的所述正极侧电容器连接端子以及所述负极侧电容器连接端子相对的位置。
4.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电容器单元被配置为隔着所述第一导体以及所述第二导体横跨所述转换器模块以及所述逆变器模块。
5.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电容器单元通过所述第一导体和所述第二导体来进行支撑。
6.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电容器单元通过收纳该电容器单元的结构物、或设置于该电容器单元的侧部的支撑框架来进行支撑。
7.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电容器单元被设置为成为所述电容电池的所述一方电极的端子与所述转换器模块以及所述逆变器模块相对。
8.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一导体和所述第二导体被设置为在所述电容器单元的外部并行。
9.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述电容电池通过贯通该电容电池的内部的导体将所述另一方电极和所述第二导体电连接。
10.如权利要求9所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一导体和所述第二导体被设置为在所述电容器单元的内部和外部双方并行。
11.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一导体在所述转换器模块侧从所述电容器单元的内部引出到外部来构成第一连接导体，所述第一导体在所述逆变器模块侧从所述电容器单元的内部引出到外部来构成第二连接导体，
所述第一连接导体与所述转换器模块的所述正极侧电容器连接端子直接连接，所述第二连接导体与所述逆变器模块的所述正极侧电容器连接端子直接连接，
所述第二导体在所述转换器模块侧从所述电容器单元的内部引出到外部来构成第三连接导体，所述第二导体在所述逆变器模块侧从所述电容器单元的内部引出到外部来构成第四连接导体，
所述第三连接导体与所述转换器模块的所述负极侧电容器连接端子直接连接，所述第四连接导体与所述逆变器模块的所述负极侧电容器连接端子直接连接。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3664271B1 (en) 2017-08-04 2024-02-14 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device, motor drive device, and air conditioner
CN114342209A (zh) 2019-09-13 2022-04-12 米沃奇电动工具公司 具有宽带隙半导体的功率转换器

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04289773A (ja) * 1991-02-18 1992-10-14 Mitsubishi Electric Corp 平滑用コンデンサユニット
JP2007006565A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Hitachi Ltd 電力変換装置
CN101291114A (zh) * 2007-04-19 2008-10-22 东芝电梯株式会社 电力转换装置
CN101527523A (zh) * 2008-03-07 2009-09-09 株式会社日立制作所 功率变换装置
JP2010074994A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 半導体電力変換装置
JP2012249501A (ja) * 2011-05-31 2012-12-13 Denso Corp 電力変換装置
CN103368409A (zh) * 2012-04-09 2013-10-23 三菱电机株式会社 功率转换装置
CN104054249A (zh) * 2012-02-14 2014-09-17 三菱电机株式会社 Dc/dc转换器
JP2015006031A (ja) * 2013-06-19 2015-01-08 株式会社デンソー 電力変換装置
CN104518681A (zh) * 2013-10-03 2015-04-15 三菱电机株式会社 电力变换装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58133175A (ja) * 1982-02-02 1983-08-08 Mitsubishi Electric Corp インバ−タ装置
JP2767188B2 (ja) 1993-07-29 1998-06-18 富士電気化学株式会社 セラミックス積層体のビア形成方法
JPH09219970A (ja) * 1996-02-13 1997-08-19 Fuji Electric Co Ltd 半導体電力変換装置
JPH11103577A (ja) 1997-09-29 1999-04-13 Meidensha Corp インバータ
JP3447543B2 (ja) * 1998-02-02 2003-09-16 東芝トランスポートエンジニアリング株式会社 電力変換装置
JP2001086732A (ja) 1999-09-13 2001-03-30 Toshiba Transport Eng Inc 電力変換装置
JP2001352767A (ja) * 2000-06-07 2001-12-21 Toshiba Corp 電力変換器用パワーユニット
JP3906440B2 (ja) 2000-09-06 2007-04-18 株式会社日立製作所 半導体電力変換装置
JP2003250278A (ja) 2002-02-21 2003-09-05 Hitachi Unisia Automotive Ltd 半導体装置
JP2003319665A (ja) 2002-04-19 2003-11-07 Toyota Motor Corp 電力変換装置
JP2004135444A (ja) 2002-10-11 2004-04-30 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 電力変換装置のスタック構造
JP2006262665A (ja) 2005-03-18 2006-09-28 Toyota Motor Corp 車両用インバータユニット
JP2007053839A (ja) 2005-08-17 2007-03-01 Toshiba Corp スナバ回路及びこれを用いた電力変換装置
JP2007068294A (ja) 2005-08-30 2007-03-15 Nissan Motor Co Ltd 電力変換装置
JP4929299B2 (ja) 2009-02-17 2012-05-09 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP5440335B2 (ja) * 2010-04-06 2014-03-12 富士電機株式会社 パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置
JP5335868B2 (ja) 2011-08-30 2013-11-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
WO2015145679A1 (ja) * 2014-03-27 2015-10-01 株式会社日立製作所 電力変換ユニット、電力変換装置、及び電力変換装置の製造方法
WO2015170377A1 (ja) * 2014-05-07 2015-11-12 株式会社日立製作所 電力変換装置および電力変換装置の電力変換方法
JP5778840B1 (ja) * 2014-09-25 2015-09-16 株式会社日立製作所 電力変換ユニットおよび電力変換装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04289773A (ja) * 1991-02-18 1992-10-14 Mitsubishi Electric Corp 平滑用コンデンサユニット
JP2007006565A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Hitachi Ltd 電力変換装置
CN101291114A (zh) * 2007-04-19 2008-10-22 东芝电梯株式会社 电力转换装置
CN101527523A (zh) * 2008-03-07 2009-09-09 株式会社日立制作所 功率变换装置
JP2010074994A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 半導体電力変換装置
JP2012249501A (ja) * 2011-05-31 2012-12-13 Denso Corp 電力変換装置
CN104054249A (zh) * 2012-02-14 2014-09-17 三菱电机株式会社 Dc/dc转换器
CN103368409A (zh) * 2012-04-09 2013-10-23 三菱电机株式会社 功率转换装置
JP2015006031A (ja) * 2013-06-19 2015-01-08 株式会社デンソー 電力変換装置
CN104518681A (zh) * 2013-10-03 2015-04-15 三菱电机株式会社 电力变换装置

Also Published As

Publication number Publication date
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US10148190B2 (en) 2018-12-04
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