CN1956312A - 电力转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供使电力转换装置的缓冲电路的简化和小型化、降低逆转换部的元件的切换损失，由此实现装置的小型化等的技术和产品。具体解决方式是加大电容器的中间层的布线汇流条的形状，加大相互重合的面积，并使流动的电流彼此逆向，降低电感，其中，该电容器与连接逆转换部的P相、N相和平滑电容器的正极或负极的汇流条串联连接。
Description
技术领域
本发明涉及提供电力转换装置的技术。
背景技术
对于电力转换装置的内部的布线，特别是连接平滑电容器和逆转换部的布线，已知为了抑制逆转换部的过电压，保护半导体元件，就必须减小电感。
专利文献1公开了降低该电感的方法。
在专利文献1中记载有“其特征在于将第一、第二、第三直流电压的布线部(20)做成为使得第一、第二、第三板状导体(201～203)与第一、第二绝缘片(204、205)交互地叠层的结构。由于要做成为像这样地由绝缘片夹住板状导体的叠层结构，故即便是在对3个以上的直流电压和交流电压进行转换的装置中，也可以降低布线电感”。
[专利文献1]日本专利特开平11-89247号公报
如在专利文献1中存在着问题等的记载所示，在电力转换装置中，当逆转换部的元件断路时，如果做成为使得半导体元件遮断到此为止特别是蓄积在连接平滑电容器与逆转换部的布线的电感中的能量，则如图1所示，在该器件两端产生陡峭的过电压(跳变电压：jumpvoltage)。
将采用使该遮断能量绕道的办法，抑制过电压(跳变电压)保护元件的电路，称为缓冲电路，为了抑制在该逆转换部的元件断路时的过电压(跳变电压)而保护半导体元件，一般地说都要设置这样的缓冲电路。
但是，为了抑制陡峭而且大的过电压(跳变电压)，如果是电路构成简单的RC缓冲电路，则需要大的电容器，此外，为了减小电容器，必须设置充放电RCD缓冲电路和放电阻止型RCD缓冲电路。不论是在哪一种情况下，都需要设置该电路那么大的用于设置该电路的空间，此外，还必须考虑缓冲电路的布线的引绕等。
此外，为了防止该过电压(跳变电压)，除了可通过缓冲电路抑制之外，如在专利文献1中所记载的那样，也可以采用降低连接平滑电容器和逆转换部的布线导体板的电感的办法，变成为使得不能蓄积能量，因而不会产生过电压(跳变电压)。
在降低上述布线导体板的电感时，预想取决于各个布线导体板的设置方法，其降低程度会有所变化。
因此，本发明的课题在于采用在设置方法上下功夫而改善电感的降低程度。
发明内容
本发明采用以下的方式解决上述课题。
为了使连接两个串联电容器端子与逆转换部的布线导体板的电感比现有技术更小，可通过加大布线导体板的形状，加大在该各个布线导体板中彼此重合的面积，使得在该各个布线导体板(以下称为汇流条)中流动的电流变成为彼此逆向而达成。
此外，在上述两个串联电容器的配置中，各自的正极、负极配置为相互不同的极。具体地说，使一方的电容器的正极端子位于另一方的电容器的负极端子旁边。此外，使一方的电容器的负极端子位于一方的电容器的正极端子旁边。
这样一来，不同的极彼此之间配置为相互邻近，使得对连接到正极端子上的P相汇流条、连接到负极端子上的N相汇流条设置重叠部分，使两者间隔小的距离而相互面对。
此外，用于串联连接两个电容器的、连接一个电容器部的正极端子和另一个电容器部的负极端子的M相汇流条，除以最短的方式连接正极端子和所述负极端子的形状之外，还设置有以与P相汇流条和N相汇流条重叠的方式在平面上鼓起并扩展的扩展面。
此外，在P相汇流条和N相汇流条上设置有以与另外两个汇流条相互重叠的方式鼓起并扩展的扩展面。
通过在设置在该三个汇流条上的扩展面中迂回地扩展并流动的电流的流动，实现相互之间的电感的降低。
另外，对于M相汇流条，以P相汇流条和N相汇流条夹持其的方式在上下设置，此外还包括扩展面在内，使电流的方向相互逆向，降低电感。
根据本发明，可以提供与现有技术相比进一步提高了可靠性的电力转换装置。由于可以抑制在逆转换部的元件的断路时产生的过电压，所以通过电力转换装置的缓冲电路的简化和小型化、降低逆转换部的发热，可以实现比现有技术更小型化的装置，可以供给良好的产品。
附图说明
图1是断路时跳变电压的例子。
图2是本发明的实施例。
图3是本发明的实施例的仿真结果例。
图4的电力转换装置的电路图的例子。
图5是本发明另一个实施例。
图6是本发明另一个实施例、仿真结果。
图7是本发明的另外一个实施例。
图8是本发明的实施例、仿真结果。
具体实施方式
以下，参照附图说明使用本发明构成的电力转换装置的实施例。
图4是电力转换装置的电路图的一个实施例。在该图中，在利用正转换(转换器)部1将来自电源的交流电力转换成直流电力后，输入到进行平滑的平滑电容器2，平滑电容器2的输出通过来自控制部(未图示)的控制信号进行的控制，利用逆转换(反相器)部3转换成交流电力。
在电力转换装置的平滑电路中使用的电容器2，作为例子，使用的是氧化铝电解电容器。例如，在400V输入电压用的电力转换装置中，一般的氧化铝电解电容器的工作电压是400V。为此，在输入电源的电压是400V的情况下，由于平滑电容器2的工作电压的缘故，一般使用两个平滑电容器2，将平滑电容器C1的+(正极)端子与平滑电容器C2的-(负极)端子连接起来，进行串联连接，由两个平滑电容器使耐压变成为800V(400V+400V)来使用。将此时的平滑电容器C1的正极端子与平滑电容器C2的负极端子连接的相设定为M相。
对在上述图4中的平滑电容器C1与平滑电容器C2之间的串联连接的实施例进行说明。参照图2、图3，对布线导体板(以下称为汇流条)的设置方法和在该情况下的电流的流动方法进行说明。
在图2中，在平滑电容器4a、4b上设置有正极端子5a、5b和负极端子6a、6b。此时，已将两个平滑电容器的正极、负极配置为相互不同的极。具体地说，将平滑电容器4b的负极端子6b配置在平滑电容器4a的正极端子5a旁边。此外，将平滑电容器4b的正极端子5b配置在平滑电容器4a的负极端子6a旁边。另外，如上所述，必须将平滑电容器4a、4b的正极、负极配置为相互不同的极，避免配置错误。在图2中，还示出将平滑电容器4a、4b连接起来的安装部件，通过该安装部件的形状、设置在该部件上的安装孔等的位置，可以实现避免上述的配置作业的错误。
此外，具有连接到正极端子5b与逆转换部的正极侧的P相上的P相汇流条7，以及连接到负极端子6a与逆转换部的负极侧的N相上的N相汇流条8。
此外，为了将平滑电容器4a与平滑电容器4b串联连接，将M相汇流条9设置为使得平滑电容器4a的正极端子5a与平滑电容器4b的负极端子6b连接。另外，为使P相汇流条7与N相汇流条8之间绝缘，也设置有绝缘物10。
此外，图3是在该配置时进行在汇流条的表面上流动的电流的流动的仿真结果的电流流线图。在图3中，表示在汇流条的表面上一样的电流流动的情景。
如上所述，在图2、图3中，在使得两个平滑电容器的正极、负极相互配置成为不同的极上下功夫。由于已如上所述将不同的极相互间配置为彼此邻近，故可以在连接到正极端子5b上的P相的汇流条7和连接到负极端子6a上的N相汇流条8上，设置重叠的部分，可以使两者间隔小的距离而彼此面对。另外，使各个汇流条之间的绝缘距离小的同时，将绝缘物10夹在中间。
其次，在图7中说明本发明的另一个实施例。
在图2所示的实施例中，在P相汇流条7和N相汇流条8上设置有重叠部分，但是，在图7中，还在M相汇流条9上也设置有与P相的汇流条7和N相的汇流条8重叠的部分。这样，使电感比图2减小得更多。
如图7所示，在平滑电容器4a、4b上设置有正极端子5a、5b和负极端子6a、6b。将P相汇流条7连接到正极端子5a、5b上，将N相的汇流条8连接到负极端子6a、6b上。此外，将M相汇流条9连接到平滑电容器4a的正极端子5a和平滑电容器4b的负极端子6b上。另外，在P相汇流条7或N相汇流条8与M相汇流条9之间设置有绝缘物10。
为了将平滑电容器4a、4b串联连接，使用M相汇流条9，将一端连接到平滑电容器4a的正极端子5a上，将另一端连接到另外的平滑电容器4b的负极端子6b上。此外，分别加大连接正转换部1和逆转换部3的汇流条、N相汇流条8的布线导体板的形状。
此外，使M相汇流条9的布线导体板的形状与P相汇流条7、N相汇流条8相同地加大，使M相汇流条9在P相汇流条7、N相汇流条8上重叠。此外，使各自配置为彼此重合的面积增大，进一步使得各自以近距离的间隔面对。为此，为了减小绝缘距离，使各个汇流条之间夹入进绝缘物10。
图5、图6表示各个布线导体板的配置、形状、电流流线的仿真结果。
如图5所示，M相汇流条9h除以最短的方式连接正极端子5a和负极端子6b的形状之外，还设置有与P相汇流条7h和N相汇流条8h重叠的方式在平面上鼓起并扩展的扩展面。
此外，在P相汇流条7h和N相汇流条8h上各自设置有以与另外两个汇流条相互重叠的方式鼓起并扩展的扩展面。
在图6的仿真中，N相汇流条8h的电流流线，除了以最短的方式将正极端子6a与连接到逆转换部的负极端子连接的电流的流动之外，还使与M相汇流条9面对地流动的电流在扩展面中流动。
在本次仿真中，已经确认设置在P相汇流条7h、N相汇流条8h和M相汇流条9h这三个汇流条上的扩展面上，迂回地扩展并流动的电流的流动。这是对于电流流动时的始端、终端的两个端子之间，与电流在最短的电流路中流动的设想相悖的结果。但是，利用该结果设置上述扩展面，得到可以减小相互间的电感的证据。
此外，在图5中，对于M相汇流条9h，以夹住其的方式在上下分别设置P相汇流条7h和N相汇流条8h，另外还包括扩展面在内，使电流的方向相互逆向，使得可以降低电感。具体地说，如图5所示，对于M相汇流条9h，P相汇流条7h成为相互逆向的电流的流动。同样，对于M相汇流条9h，N相汇流条8h成为相互逆向的电流的流动。
但是，上述的各个汇流条的顺序不限于上述的限定，也可以根据装配的状态适当地改变顺序。另外，如图5所示，虽然也可以设想所有的电流的方向都不变成为相互逆向的情况，但是，若至少1组的汇流条的电流相互逆向地流动，则可以说对谋求电感的降低是优选。
该分别重叠的汇流条的距离在特别小的近距离时有效，但是，在根据UL508C、EN61800-5、EN51870等的规格，使用以下的绝缘材料的情况下，材料的厚度不能小于0.71mm(0.028inch)。在该情况下的绝缘材料是：Diallyl Phthalate(己二烯酞酸脂)、Epoxy(环氧树脂)、Melamine(三聚氰胺)、、Melamine-Phenolic(三聚氰胺-酚醛树脂)、Phenolic(酚醛树脂)、Unfilled Nylon(无填充尼龙)、UnfilledPolycarbonate(无填充聚碳酸酯)、Urea Formaldehyde(尿素甲醛)、Cambric(麻纱)、Electric Grade Paper(电级纸)、RTV、Silicone(硅酮)、Treated Cloth(漆布)、Vulcanized Fiber(硬化纸板)。
此外，在使用以下的绝缘材料的情况下，材料的厚度不能小于0.25mm(0.010inch)。该情况下的绝缘材料是Aramid Paper(芳族聚酰胺纸)。
此外，在使用以下的绝缘材料的情况下，材料的厚度不能小于0.15mm(0.006inch)。该情况下的绝缘材料是Mica(云母)。
此外，在使用以下的绝缘材料的情况下，材料的厚度不能小于0.18mm(0.007inch)。该情况下的绝缘材料是Mylar(聚酯薄膜：PETP)。
此外，在使用这些之外的材料的情况下，材料的厚度在0.71mm(0.028inch)以上，此外，而且进行5000VAC的耐压试验，在判断为有耐压，而且有规定以上的Relative Thermal Index(相对热指数：RTI)、Hot Wire Ignition(热线点火：HWI)、Hight-Current Arc Resistance toIgnition(高电流电弧电阻点火：HAI)、Comparative Tracking Index(比较性漏电指数：CTI)的情况下可以使用。
为此，在例如通过对汇流条进行***模式使之组件(module)化，而与绝缘体一体成型的情况下，为了满足这些规定，通过喷射成型法打造形状，绝缘体的厚度需要为2～3mm左右。
此外，在使用片状的绝缘体的情况下，如果考虑汇流条制作上的公差，则即便使绝缘体的片厚变薄，一般也要使汇流条彼此之间的距离为1～3mm左右。
但是，若是这种程度的距离，在经验上没有问题，有效。
此外，图8表示又一个实施例的仿真结果。可以确认各个汇流条上的电流流线都与其它相的电流的流动相符。
另外，图6和图8的仿真结果的不同在于，图6表示将M相汇流条设置在P相与N相之间的情况，图8表示将M相汇流条设置在P相与N相之上的情况。从该结果可知，M相的汇流条即便在被配置在P相或N相的中间或上侧的情况下，由于分别具有彼此重合的面积，故在被配置为各自以近距离的间隔面对的情况下，对于电感的降低，也可以得到大体上相同的效果。
此外，在图6、图7中，连接到逆转换部的正极侧的P相的部分，以及连接到逆转换部的负极侧的N相上的部分，虽然被设置在朝向图面的纵深方向的位置上，但不限定于此，可以适当地变更。例如，也可以将连接到逆转换部的正极侧的P相上的部分或连接到逆转换部的负极侧的N相上的部分，设置在靠近与图6、图7的纵深相对侧的跟前的位置上。虽然在图中未说明，但是，即便是该构成，也通过仿真确认了可以降低电感。
根据基于本发明的上述的实施例，由于可以抑制在逆转换部的元件的断路时产生的过电压，故通过使电力转换装置的汇流条电路简化和小型化、降低逆转换部的发热，可以实现装置比现有技术更小型化，可以供给良好的产品。
Claims (14)
1.一种电力转换装置，具有：
将来自电源的电力转换成直流电力的正转换部；
串联连接使来自所述正转换部的输出平滑的第一电容器部和第二电容器部的平滑部；和
将所述平滑部的输出转换成交流电力并输出的逆转换部；
其特征在于：
在连接所述逆转换部的正极侧的P相和第一电容器部的正极的第一布线导体板的布线导体板面，与
连接第二电容器部的负极和所述逆转换部的负极侧的N相的第三布线导体板的布线导体板面之间，
层状地夹持设置有连接所述第一电容器部的负极和所述第二电容器部的正极的第二布线导体板。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
使在所述第二布线导体板上流动的电流的方向，与
在所述第一布线导体板或所述第三布线导体板上流动的电流的方向逆向。
3.一种电力转换装置，具有：
将来自电源的电力转换成直流电力的正转换部；
串联连接使来自所述正转换部的输出平滑的第一电容器部和第二电容器部的平滑部；和
将所述平滑部的输出转换成交流电力并输出的逆转换部；
其特征在于，设置有：
连接第一电容器部的正极端子和逆转换部的正极侧的P相的第一布线导体板；
连接第二电容器部的负极端子和逆转换部的负极侧的N相的第二布线导体板；和
连接第一电容器部的负极端子和第二电容器部的正极端子的第三布线导体板，
其中，第一电容器部和第二电容器部的4个电极的端子在平面上配置成四角形，
在第一电容器部的正极端子旁边配置第二电容器部的负极端子，
在第一电容器部的负极端子旁边配置第二电容器部的正极端子。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
使所述第三布线导体板的形状为：具有从连接第一电容器部的负极端子和第二电容器部的正极端子的连接线位置扩展到连接第一电容器部的正极端子和第二电容器部的负极端子的连接线附近为止的扩展面的形状。
5.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
使所述第一布线导体板的形状为：具有从连接第一电容器部的正极端子和第二电容器部的负极端子的连接线位置扩展到连接第一电容器部的负极端子和第二电容器部的正极端子的连接线附近为止的扩展面的形状。
6.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
使所述第二布线导体板的形状为：具有从连接第一电容器部的正极端子和第二电容器部的负极端子的连接线位置扩展到连接第一电容器部的负极端子和第二电容器部的正极端子的连接线附近为止的扩展面的形状。
7.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
使在所述第二布线导体板上流动的电流的方向，与
在所述第一布线导体板或所述第三布线导体板上流动的电流的方向逆向。
8.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述第一布线导体板的布线导体板面，与
所述第三布线导体板的布线导体板面之间，
层状地夹持设置有所述第二布线导体板。
9.一种电力转换装置，具有：
将来自电源的电力转换成直流电力的正转换部；
串联连接使来自所述正转换部的输出平滑的两个电容器部的平滑部；和
将所述平滑部的输出转换成交流电力并输出的逆转换部；
其特征在于：
将所述2个串联电容器部的各自的正极、负极配置为互相不同的极，使一个电容器部的正极端子位于另一个电容器部的负极端子旁边，
此外，使一个电容器部的负极端子位于另一个电容器部的正极端子旁边，
在与正极端子连接的P相汇流条和与负极端子连接的N相汇流条上设置有重叠的部分，使得二者的汇流条相互面对。
10.根据权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：
连接一个所述电容器部的正极端子和另一个所述电容器部的负极端子的M相汇流条，除连接所述正极端子和所述负极端子的形状之外，还设置有以与所述P相汇流条和所述N相汇流条重叠的方式在平面上鼓起并扩展的扩展面。
11.根据权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述P相汇流条和所述N相汇流条上设置有以与另外两个汇流条相互重叠的方式鼓起并扩展的扩展面。
12.根据权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述P相汇流条上设置有以与所述N相汇流条和所述M相汇流条互相重叠的方式鼓起并扩展的扩展面，
此外，在所述N相汇流条上设置有以与所述P相汇流条和所述M相汇流条互相重叠的方式鼓起并扩展的扩展面，
13.根据权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：
使电流在设置在所述3个汇流条上的扩展面中迂回地流动。
14.根据权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：
以夹持所述M相汇流条的方式在上下设置所述P相汇流条和所述N相汇流条，同时包括扩展面在内，使电流的方向相互逆向。
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