JP2009261106A - Electrical circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気回路に係り、特に、電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to an electric circuit, and more particularly to a power converter.
従来、空気調整装置等が備える圧縮機のモータ駆動に用いられる電源装置として、特許文献1に開示される電力変換装置が提案されている。特許文献1には、単相交流電源から出力される単相交流電力を単相コンバータにより直流電力に変換し、この直流電力をインバータ装置によって3相交流電力に変換して圧縮機のモータに供給する回路が開示されている。
近年、上述したような電力変換装置の高耐圧化、電流の大容量化が進められており、大容量のパワー半導体モジュール等を採用することが検討されている。
しかしながら、このような大容量のパワー半導体モジュールは高額であり、また、要求される容量を満足するモジュールが存在せず、購入不可能な場合も考えられる。容量を満足するモジュールが存在しない場合、モジュールを新たに設計することも考えられるが、時間、コスト、労力の面から有効な策とはいえない。
In recent years, the power converters as described above have been increased in withstand voltage and increased in current capacity, and the adoption of large-capacity power semiconductor modules and the like has been studied.
However, such a large-capacity power semiconductor module is expensive, and there may be a case where a module that satisfies the required capacity does not exist and cannot be purchased. If there is no module that satisfies the capacity, it may be possible to design a new module, but this is not an effective measure in terms of time, cost, and labor.
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、コスト及びノイズの発生を抑えるとともに、大電流容量化を図ることのできる電気回路及び電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electric circuit and a power conversion device capable of suppressing the generation of cost and noise and increasing the current capacity.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、並列に接続された複数のモジュールを備え、前記モジュールの各々が、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備え、前記モジュールの各々において、前記回路要素が並列に接続され、前記モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動される電気回路を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention comprises a plurality of modules connected in parallel, each of the modules comprising a plurality of similar circuit elements having switching elements, and in each of the modules, the circuit elements are connected in parallel, Provided is an electric circuit in which input terminals or output terminals of modules are connected and the switching elements are driven by a common drive signal.
このような構成によれば、複数のモジュールを並列に接続するとともに、各モジュールが並列に接続された複数の同種の回路要素を備えるので、採用するモジュールが備える回路要素の並列数やモジュールの数を調整することで、所望の電流容量を実現することが可能となる。更に、モジュールとして廉価な既存のモジュールを採用することで、コストを抑えることができる。
また、上記構成によれば、各モジュールのスイッチング素子を同時に駆動することができるとともに、スイッチング素子に関する結線をモジュール毎に完結させる、換言すると、モジュール間に渡って結線がなされることを回避することができる。これにより、配線を短くできるとともに、配線の長さのバラツキによるノイズの影響を解消することが可能となる。
上記同種の回路要素とは、例えば、同じ機能を実現する回路であり、その回路要素の機能を実現するために必要とされる素子が共通していることをいう。また、回路要素は、同一であってもよい。
上記スイッチング素子としては、例えば、IGBT、FET、トランジスタ等が挙げられる。
According to such a configuration, a plurality of modules are connected in parallel, and each module includes a plurality of the same type of circuit elements connected in parallel. It is possible to realize a desired current capacity by adjusting. Furthermore, the cost can be suppressed by adopting an inexpensive existing module as the module.
In addition, according to the above configuration, the switching elements of the modules can be driven at the same time, and the connection relating to the switching elements is completed for each module, in other words, the connection between the modules is avoided. Can do. As a result, the wiring can be shortened and the influence of noise due to variations in the length of the wiring can be eliminated.
The same kind of circuit element is, for example, a circuit that realizes the same function, and means that elements required to realize the function of the circuit element are common. The circuit elements may be the same.
As said switching element, IGBT, FET, a transistor etc. are mentioned, for example.
上記電気回路において、複数の前記モジュールのうち、少なくとも1つの前記モジュールに入力される前記駆動信号が、他の前記モジュールに入力される前記駆動信号と異なることとしてもよい。 In the electric circuit, the drive signal input to at least one of the plurality of modules may be different from the drive signal input to another module.
各モジュールに入力される駆動信号を異ならせることができるので、様々な機能を実現させることができ、適用の幅を拡大することができる。 Since the drive signal input to each module can be made different, various functions can be realized and the range of application can be expanded.
上記電気回路において、前記モジュールは同一であってもよい。 In the electric circuit, the modules may be the same.
同一のモジュールを採用することで、更なるコスト低減を図ることができる。 By adopting the same module, further cost reduction can be achieved.
本発明は、R相及びS相に対応して設けられた複数のモジュールを備え、前記モジュールは並列に接続され、前記モジュールの各々が、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備え、前記モジュールの各々において、前記回路要素が並列に接続され、前記モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動されるコンバータを提供する。 The present invention includes a plurality of modules provided corresponding to the R phase and the S phase, the modules are connected in parallel, and each of the modules includes a plurality of similar circuit elements having switching elements, In each of the modules, a converter is provided in which the circuit elements are connected in parallel, the input terminals or output terminals of the modules are connected, and the switching elements are driven by a common drive signal.
本発明は、U相、V相、W相に対応して設けられた複数のインバータモジュールを備え、前記インバータモジュールは並列に接続され、前記インバータモジュールの各々が、2つのスイッチング素子が直列に接続された複数の回路要素を備え、前記インバータモジュールの各々において、複数の前記回路要素は並列に接続され、前記インバータモジュールの出力端子または入力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動されるインバータを提供する。 The present invention includes a plurality of inverter modules provided corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase, the inverter modules are connected in parallel, and each of the inverter modules has two switching elements connected in series. In each of the inverter modules, the plurality of circuit elements are connected in parallel, the output terminal or the input terminal of the inverter module is connected, and the switching element is a common drive signal. An inverter driven by is provided.
本発明は、上記コンバータ及び上記インバータの少なくともいずれか一方を備える電力変換装置を提供する。 The present invention provides a power conversion device including at least one of the converter and the inverter.
例えば、本発明の電力変換装置は、空気調和機が備える圧縮機のモータに電力を供給する電力供給系に用いられる。 For example, the power converter of the present invention is used in a power supply system that supplies power to a motor of a compressor included in an air conditioner.
本発明によれば、コスト及びノイズの発生を抑えるとともに、高耐圧化及び大電流容量化を図ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to suppress the generation of cost and noise, and to achieve an effect that a high breakdown voltage and a large current capacity can be achieved.
以下に、本発明に係る電気回路及び電力変換装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of an electric circuit and a power converter according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示したブロック図である。図1に示されるように、電力変換装置1は、単相交流電源11から出力される単相の交流電力を直流電力に変換するコンバータ(電気回路)12と、コンバータ12から出力される直流電力を3相の交流電力に変換し、モータMに出力するインバータ13とを備えている。単相交流電源11とコンバータ12との間にはノイズフィルタ14が設けられている。また、コンバータ12とインバータ13との間には、平滑化を行う電解コンデンサ15が設けられている。また、コンバータ12に対して駆動信号を供給する駆動信号生成器16が設けられている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power converter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power conversion apparatus 1 includes a converter (electric circuit) 12 that converts single-phase AC power output from a single-phase
コンバータ12には、PFC(Power Factor Correction)モジュールを採用している。具体的には、コンバータ12は、図2に示すように、並列に接続された2つのPFCモジュール21,22を備えている。
PFCモジュール21は、スイッチング素子を有する複数の同一の回路要素21a,21bを備えている。回路要素21aは、直列に接続された2つのダイオードD1a,D2aと、下アームのダイオードD2aに並列に接続されたスイッチング素子Saとを備えている。回路要素21bは、直列に接続された2つのダイオードD1b,D2bと、下アームのダイオードD2bに並列に接続されたスイッチング素子Sbとを備えている。
The
The
同様に、PFCモジュール22は、スイッチング素子を有する複数の同一の回路要素21c,21dを備えている。回路要素21cは、直列に接続された2つのダイオードD1c,D2cと、下アームのダイオードD2cに並列に接続されたスイッチング素子Scとを備えている。回路要素21dは、直列に接続された2つのダイオードD1d,D2dと、下アームのダイオードD2dに並列に接続されたスイッチング素子Sdとを備えている。
Similarly, the
PFCモジュール21において、各スイッチング素子Sa,Sbの入力端子は結線されている。結線は、PFCモジュール21の外部においてなされるものであり、例えば、各スイッチング素子Sa、Sbにつながっているモジュール交流側の入力端子(入力ピン)を共通のパターンで接続することとしてもよいし、互いの入力端子をワイヤーボンディング等により接続することとしてもよい。
In the
PFCモジュール21のスイッチング素子につながっているモジュール交流側の入力端子は、ノイズフィルタ14のR相(第1相)の出力端子に接続している。これにより、スイッチング素子Sa,Sbには、同一の交流電圧、つまり、単相交流電源11のR相(第1相)がノイズフィルタ14を介して入力されることとなる。更に、スイッチング素子Sa,Sbは、マイコンまたは駆動用IC等にて構成される駆動信号生成器16から供給される共通の駆動信号により駆動される。
The input terminal on the module AC side connected to the switching element of the
同様に、PFCモジュール22において、各スイッチング素子Sc,Sdにつながっているモジュール交流側の入力端子は結線されている。この入力端子は、ノイズフィルタ14のS相(第2相)の出力端子に接続している。これにより、スイッチング素子Sc,Sdには、単相交流電源11のS相(第2相)がノイズフィルタ14を介して入力されることとなる。更に、スイッチング素子Sc,Sdは、マイコンまたは駆動用IC等にて構成される駆動信号生成器16から供給される共通の駆動信号により駆動される。
Similarly, in the
図3に、駆動信号生成器16からスイッチング素子Sa〜Sdに供給される駆動信号の一例を示す。ここでは、PWM制御を採用している。PFCモジュール21のスイッチング素子Sa及びSbにはR相のPWM制御信号が、PFCモジュール22のスイッチング素子Sc及びSdには、S相のPWM制御信号が供給される。
FIG. 3 shows an example of drive signals supplied from the
このような構成を備える電力変換装置1においては、単相の交流電力はノイズフィルタ14を経由することでノイズ成分が低減され、R相がPFCモジュール21にS相がPFCモジュール22に入力される。PFCモジュール21において、各回路要素21a、22bのスイッチング素子Sa,Sbが図3に示したR相の駆動信号により駆動され、また、PFCモジュール22において、各回路要素21c、21dのスイッチング素子Sc,Sdが図3に示したS相の駆動信号により駆動されることにより、R相、S相からなる単相交流電力は直流電力に変換される。コンバータ12により変換された直流電力は、平滑コンデンサ15により平滑化され、インバータ13に供給される。インバータ13に供給された直流電力は3相交流電力に変換されて、モータMに供給される。これによりモータMが駆動される。
In the power conversion device 1 having such a configuration, the noise component of the single-phase AC power is reduced by passing through the
以上、説明してきたように、本実施形態に係る電力変換装置1のコンバータ12によれば、2つのPFCモジュール21,22を並列接続し、これらを並列駆動するので、図4に示すように、コンバータ12を1つのPFCモジュール21によって構成する場合に比べて、大電流容量化を図ることが可能となる。
As described above, according to the
また、本実施形態によれば、R相に対応するPFCモジュール21とS相に対応するPFCモジュール22とを設け、それぞれのモジュール21,22が備えるスイッチング素子を同時に駆動させることとしたので、結線をモジュール内で完結させることが可能となる。従って、例えば、図5に示すように、大電流容量化等を図るために、単に複数のPFCモジュール21,22を並列に接続し、これらのPFCモジュール21,22を並列駆動する場合に比べて、配線を短くすることが可能となる。例えば、図5に示すように、各モジュール21,22内のスイッチング素子を異なる駆動信号で駆動させる場合、モジュール間で配線を行う必要がある。このため、配線が長くなるとともに配線の長さがばらつき、配線によるインダクタンスの違いが生ずる。この結果、スイッチング特性のばらつきや電流の不均衡が発生し、ノイズの増加を招くことが懸念される。
Further, according to the present embodiment, the
これに対し、本実施形態に係る電力変換装置1(図1,2参照)によれば、モジュール21,22毎に配線を完結させることができることから、配線を短くすることができ、また、配線の長さによるノイズの影響を解消することができる。
On the other hand, according to the power conversion device 1 (see FIGS. 1 and 2) according to the present embodiment, since the wiring can be completed for each of the
なお、本実施形態においては、PFCモジュール21,22における回路要素を同一構成としたが、この例に限定されない。例えば、回路要素は同じ機能を実現する同種の回路要素であってもよい。また、PFCモジュール21とPFCモジュール22とは、必ずしも同じ構成である必要はなく、それぞれの機能を実現できる、つまり、上記例であれば、コンバータとしての機能を発揮できる構成とされていればよい。
In the present embodiment, the circuit elements in the
また、上述した本実施形態においては、電力変換装置1に用いられるコンバータ12を一例に挙げて説明したが、この例に限定されることなく、本発明の電気回路は、大電流容量化が必要となるあらゆる種類の装置に適用することが可能である。
Moreover, in this embodiment mentioned above, although the
例えば、図1に示したインバータ13にも適用することができる。
例えば、インバータ13として、図1に示されるように、フルブリッジ型のインバータモジュール(パワーモジュール)を採用する場合、図6に示すように、U相、V相、W相のそれぞれに対して、それぞれ同一の構成を備えるインバータモジュール30a,30b,30cを設ける。
For example, the present invention can be applied to the
For example, when a full bridge type inverter module (power module) is employed as the
各インバータモジュール30a,30b,30cは、直列に接続された2つのスイッチング素子を備える回路要素(アーム)をそれぞれ3つずつ備えている。各インバータモジュール30a,30b,30cにおいて、交流側の出力端子(各回路要素の中点)または直流側の入力端子は結線されており、かつ、同じインバータモジュール内に配置されている各スイッチング素子は、共通の駆動信号によって駆動される構成とされている。これにより、インバータモジュール30aからはU相が、インバータモジュール30bからはV相が、インバータモジュール30cからはW相がそれぞれ出力される。
Each
このように、U相,V相,W相のそれぞれに対して少なくとも1つのインバータモジュール30a,30b,30cを割り当て、各インバータモジュール30a,30b,30c内に配置されているスイッチング素子を共通の駆動信号によって駆動するので、例えば、図7に示すように、単に複数のインバータモジュール30a,30b,30cを並列に接続し、これらのインバータモジュール30a,30b,30cを並列駆動する場合に比べて、配線を短くすることができるとともに、配線の長さによるばらつきが出力に及ぼす影響を解消することができる。この結果、廉価でありながらノイズの増加を抑制し、かつ、高耐圧化、大電流容量化を図ることのできるインバータを実現することができる。
In this way, at least one
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
1 電力変換装置
11 単相交流電源
12 コンバータ
13 インバータ
14 ノイズフィルタ
15 平滑コンデンサ
16 駆動信号生成器
21,22 PFCモジュール
21a〜21d 回路要素
D1a〜D1d,D2a〜D2d ダイオード
Sa〜Sd スイッチング素子
30a,30b,30c インバータモジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記モジュールの各々が、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備え、
前記モジュールの各々において、前記回路要素が並列に接続され、前記モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動される電気回路。 With multiple modules connected in parallel,
Each of the modules comprises a plurality of similar circuit elements having switching elements;
In each of the modules, an electric circuit in which the circuit elements are connected in parallel, an input terminal or an output terminal of the module is connected, and the switching element is driven by a common drive signal.
前記モジュールは並列に接続され、
前記モジュールの各々が、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備え、
前記モジュールの各々において、前記回路要素が並列に接続され、前記モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動されるコンバータ。 A plurality of modules provided corresponding to the R phase and the S phase are provided,
The modules are connected in parallel;
Each of the modules comprises a plurality of similar circuit elements having switching elements;
In each of the modules, the circuit element is connected in parallel, the input terminal or output terminal of the module is connected, and the switching element is driven by a common drive signal.
前記インバータモジュールは並列に接続され、
前記インバータモジュールの各々が、2つのスイッチング素子が直列に接続された複数の回路要素を備え、
前記インバータモジュールの各々において、複数の前記回路要素は並列に接続され、前記インバータモジュールの出力端子または入力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動されるインバータ。 A plurality of inverter modules provided corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase,
The inverter modules are connected in parallel,
Each of the inverter modules includes a plurality of circuit elements in which two switching elements are connected in series,
In each of the inverter modules, an inverter in which a plurality of the circuit elements are connected in parallel, an output terminal or an input terminal of the inverter module is connected, and the switching element is driven by a common drive signal.
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