JP2023084721A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】部品点数及び実装工程数を少なくすると共に、平滑コンデンサの端子及び整流素子から平滑コンデンサまでの配線経路を短くして、ノイズを抑えることができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、一次巻線４１に対してインバータ回路３０による給電が行われるトランス４０と、トランス４０の二次巻線４２に発生する交流電圧を整流素子５１によって整流する整流回路５０と、整流された電圧を平滑化する平滑リアクトル６０と、平滑リアクトル６０と出力端８０との間を接続する第１主回路配線９１と、整流回路５０と出力端８０との間を接続する第２主回路配線９２と、第１主回路配線９１と第２主回路配線９２との間に接続される平滑コンデンサ７０とを備える。第１主回路配線９１における平滑コンデンサ７０が実装される上面と、第２主回路配線９２における平滑コンデンサ７０が実装される上面とは、同一平面上に配置される。整流素子５１は、第２主回路配線９２の上面に接続する。【選択図】図１

Description

本開示は、電力変換装置に関する。
特許文献１には、直流電源の高電圧を低電圧に変換するための電力変換装置が開示されている。
国際公開第２０２０／１３６８８６号
特許文献１に開示された電力変換装置においては、トランスからの交流電圧が、整流素子によって脈流電圧に整流された後、その整流された脈流電圧が、平滑コンデンサ等によって平滑化される。トランスは、インバータ回路によって給電される。
ここで、インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有している。これらのスイッチング素子のスイッチング時においては、寄生インダクタンスによって、電圧が発生する。この発生した電圧は、急峻な電圧であるため、電力変換装置のノイズ源となるおそれがある。
これに対して、特許文献１に開示された電力変換装置においては、ノイズを抑制するため、平滑コンデンサ以外に、個別の基板、複数の端子とこれらを固定するための端子固定具が必要となる。このため、特許文献１に開示された電力変換装置においては、部品点数が多くなる。また、特許文献１に開示された電力変換装置においては、平滑コンデンサの基板への実装、及び、この平滑コンデンサが実装された基板の導体への固定等の複数の実装工程が必要となる。また、ノイズを抑制しようとする場合、寄生インダクタンスの値が配線経路長に大きく依存することから、配線経路は限りなく短くすることが望ましい。
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、部品点数及び実装工程数を少なくすると共に、平滑コンデンサの端子及び整流素子から平滑コンデンサまでの配線経路を短くして、ノイズを抑えることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
本開示に係る電力変換装置は、一次巻線及び二次巻線を有し、一次巻線に対してインバータ回路による給電が行われるトランスと、二次巻線に発生する交流電圧を、複数の整流素子によって整流する整流回路と、一端が整流回路の第１出力端子と接続し、整流回路によって整流された電圧を平滑化する平滑リアクトルと、平滑リアクトルの他端と出力端の正極出力端子との間を接続する第１主回路配線と、整流回路の第２出力端子と出力端の負極出力端子との間を接続する第２主回路配線と、第１主回路配線と第２主回路配線との間に接続される平滑コンデンサとを備え、第１主回路配線における平滑コンデンサが実装される第１実装面と、第２主回路配線における平滑コンデンサが実装される第２実装面とは、同一平面上に配置され、複数の整流素子のうち、少なくとも１つの整流素子は、第２出力端子を介して第２実装面に接続するものである。
本開示によれば、部品点数及び実装工程数を少なくすると共に、平滑コンデンサの端子及び整流素子から平滑コンデンサまでの配線経路を短くして、ノイズを抑えることができる。この結果、本開示に係る電力変換装置は、部品コスト及び実装コストを抑えることができる。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 実施の形態１に係る電力変換装置における二次巻線側の平面図である。図２Ａは、樹脂部材が電力変換装置に取り付けられた状態を示す図である。図２Ｂは、樹脂部材が電力変換装置から取り外された状態を示す図である。 実施の形態１に係る電力変換装置における二次巻線側を平滑リアクトル側から見たときの上方斜視図である。図３Ａは、樹脂部材が電力変換装置に取り付けられた状態を示す図である。図３Ｂは、樹脂部材が電力変換装置に取り付けられた状態を示す図である。 実施の形態１に係る電力変換装置における二次巻線側をトランス側から見たときの上方斜視図である。図４Ａは、樹脂部材が電力変換装置に取り付けられた状態を示す図である。図４Ｂは、樹脂部材が電力変換装置に取り付けられた状態を示す図である。 平滑コンデンサの外観斜視図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
実施の形態１に係る電力変換装置について、図１から図５を用いて説明する。
先ず、図１は、実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。この図１に示す電力変換装置は、例えば、電気自動車及びハイブリッドカー等の電動車両に搭載された電力変換装置であって、ＤＣ－ＤＣコンバータを想定している。
図１に示すように、電力変換装置は、第１入力端子１１、第２入力端子１２、入力コンデンサ２０、インバータ回路３０、トランス４０、整流回路５０、平滑リアクトル６０、平滑コンデンサ７０、出力端８０、第１主回路配線９１、及び、第２主回路配線９２を備えている。
第１入力端子１１及び第２入力端子１２には、電動車両に搭載された高電圧バッテリ等の直流電源が、電気的に接続されている。また、出力端８０は、２つの出力端子８１，８２を有している。出力端子８１の極は、正極であり、出力端子８２の極は、負極である。これらの出力端子８１，８２には、電動車両に搭載された車載機器が、電気的に接続されている。なお、出力端子８１は、正極出力端子を構成し、出力端子８２は、負極出力端子を構成している。
インバータ回路３０は、後述するトランス４０の一次巻線４１に対する給電を行うものである。このインバータ回路３０は、一次側半導体素子としての複数のスイッチング素子３１を有している。図１は、インバータ回路３０が４つのスイッチング素子３１を有する例である。
なお、スイッチング素子３１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の自己消弧型半導体スイッチング素子である。また、スイッチング素子３１は、ワイドバンドギャップ半導体であっても良い。
入力コンデンサ２０は、第１入力端子１１及び第２入力端子１２からインバータ回路３０への入力電圧を平滑にするものである。この入力コンデンサ２０は、インバータ回路３０と並列に接続されている。
トランス４０は、一次巻線４１及び二次巻線４２を有している。二次巻線４２は、２つの巻線部４２ａを互いに直列に接続させた構造となっている。２つの巻線部４２ａの一端同士は、センタタップ部４２ｂで結線されている。なお、一次巻線４１は、１つの巻線部を有する構造となっている。
整流回路５０は、トランス４０の二次巻線４２に発生する交流電圧を整流するものである。この整流回路５０は、二次側半導体素子としての複数の整流素子５１、第１出力端子５２、及び、第２出力端子５３を有している。
整流素子５１のカソード端子は、二次巻線４２の他端にそれぞれ接続されている。図１は、整流回路５０が２つの整流素子５１を有する例である。第１出力端子５２は、トランス４０のセンタタップ部４２ｂに接続されている。第２出力端子５３は、整流素子５１のアノード端子に接続されている。なお、複数の整流素子５１のうち、少なくとも１つの整流素子５１が、第２出力端子５３を介して、出力端８０の出力端子８２に接続されていれば良い。
なお、整流素子５１は、例えば、表面実装部品である。各整流素子５１は、例えば、１つのダイオードから構成されている。また、１つの整流素子５１は、２つ以上並列に接続したダイオードで構成されても良い。更に、整流素子５１は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の自己消弧型半導体スイッチング素子であっても良い。また更に、整流素子５１は、ワイドバンドギャップ半導体であっても良い。
平滑リアクトル６０は、整流回路５０によって整流された交流電圧を平滑にするものである。平滑リアクトル６０の一端は、整流回路５０の第１出力端子５２に接続されている。また、平滑リアクトル６０の他端は、出力端８０の出力端子８１に接続されている。
平滑コンデンサ７０は、整流回路５０によって整流された交流電圧を平滑にするものである。平滑コンデンサ７０の一端は、第１主回路配線９１に接続されている。また、平滑コンデンサ７０の他端は、第２主回路配線９２に接続されている。このような、平滑コンデンサ７０は、例えば、チップ形状の積層セラミックコンデンサ等の表面実装部品である。
ここで、平滑リアクトル６０の他端と、出力端８０の出力端子８１とは、第１主回路配線９１によって接続されている。また、整流回路５０の第２出力端子５３と、出力端８０の出力端子８２とは、第２主回路配線９２によって接続されている。
従って、電力変換装置は、上述した構成をなすことにより、第１入力端子１１及び第２入力端子１２に対して、電動車両に搭載された高電圧バッテリ等の直流電源から、高電圧の直流電力が供給される。この高電圧の直流電力は、一旦、入力コンデンサ２０に蓄積される。次いで、入力コンデンサ２０から出力された直流電圧は、インバータ回路３０のスイッチング素子３１のスイッチング動作によって、交流電圧に変換される。そして、インバータ回路３０によって変換された交流電圧は、トランス４０の一次巻線４１に供給される。
次いで、一次巻線４１に供給された交流電圧は、トランス４０によって、一次巻線４１と二次巻線４２との巻数比に応じた交流電圧に変換される。そして、二次巻線４２に発生したその交流電圧は、整流回路５０の整流素子５１によって、脈流電圧に整流される。次いで、整流回路５０によって整流された脈流電圧は、平滑リアクトル６０及び平滑コンデンサ７０によって平滑化される。そして、平滑リアクトル６０及び平滑コンデンサ７０によって平滑化された直流電力は、出力端８０の出力端子８１，８２を介して、電動車両に搭載された車載機器に出力される。
次に、実施の形態１に係る電力変換装置における二次巻線４２側の具体的な構成について、図２から図５を用いて説明する。
図２は、実施の形態１に係る電力変換装置における二次巻線４２側の平面図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置における二次巻線４２側を平滑リアクトル６０側から見たときの上方斜視図である。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置における二次巻線４２側をトランス４０側から見たときの上方斜視図である。図５は、平滑コンデンサ７０の一例の外観斜視図である。
なお、電力変換装置においては、トランス４０を境にして、一次巻線４１側の構成と二次巻線４２側の構成とに分けることができる。即ち、図１に示すように、第１入力端子１１、第２入力端子１２、入力コンデンサ２０、インバータ回路３０、及び、トランス４０の一次巻線４１は、電力変換装置における一次巻線４１側を構成するものである。また、トランス４０の二次巻線４２、整流回路５０、平滑リアクトル６０、平滑コンデンサ７０、出力端８０、第１主回路配線９１、及び、第２主回路配線９２は、電力変換装置における二次巻線４２側を構成するものである。
図２から図４に示す電力変換装置は、冷却器１００を備えている。この冷却器１００は、電力変換装置の下部に設けられており、当該電力変換装置の基台を構成している。冷却器１００は、入力コンデンサ２０、インバータ回路３０、トランス４０、整流回路５０，平滑リアクトル６０、及び、平滑コンデンサ７０を冷却するものである。冷却器１００は、例えば、冷却水が流れる水路を有している。なお、冷却器１００は、インバータ回路３０、トランス４０、整流回路５０、及び、平滑リアクトル６０のうち、少なくとも１つを冷却するものであれば良い。
図２から図４に示すように、冷却器１００の上面には、トランス４０及び平滑リアクトル６０が、その上面の両側において、対向するように実装されている。
平滑リアクトル６０は、コア６１ａ，６１ｂ及び巻線６２ａ，６２ｂを有している。コア６１ａ，６１ｂは、例えば、フェライト材で形成されたＥＥ形状コアである。また、巻線６２ａ，６２ｂは、例えば、平板状をなしており、平板状の板金から打ち抜き加工によって打ち抜かれたものである。
下側に位置するコア６１ｂは、冷却器１００の上面に設けられており、上側に位置するコア６１ａは、そのコア６１ｂの上面に設けられている。コア６１ａとコア６１ｂとは、上下方向において、突き合わされている。
巻線６２ａは、巻線６２ｂよりも上方に配置されている。上側に位置する巻線６２ａと、下側に位置する巻線６２ｂとは、コア６１ａ，６１ｂ間に上下方向両側から挟まれるように設けられている。巻線６２ａ，６２ｂは、突き合わされたコア６１ａ，６１ｂの内部を周回している。巻線６２ｂは、そのコア６１ａ，６１ｂの内部において、巻線６２ａの直下で周回している。
巻線６２ａの一端は、コア６１ａ，６１ｂからトランス４０側に引き出されている。また、巻線６２ａの他端は、コア６１ａ，６１ｂから当該コア６１ａ，６１ｂの手前まで引き出されている。一方、巻線６２ｂの一端は、コア６１ａ，６１ｂから当該コア６１ａ，６１ｂの手前まで引き出されており、巻線６２ａの他端の下方に配置されている。また、巻線６２ｂの他端は、コア６１ａ，６１ｂから後述する平滑コンデンサ７０まで引き出されている。そして、巻線６２ａの他端と、巻線６２ｂの一端とは、ねじ１１４及びナット１１５を用いて、互いに接続されている。
ここで、巻線６２ａは、トランス４０のセンタタップ部４２ｂと平滑リアクトル６０の一端とを接続する配線、及び、平滑リアクトル６０における巻線の１ターン目として機能するものである（図１参照）。また、巻線６２ｂは、平滑リアクトル６０における巻線の２ターン目、及び、第１主回路配線９１として機能するものである（図１参照）。
そして、巻線６２ｂの上面は、平滑コンデンサ７０が半田付けによって実装される面であって、第１実装面を構成するものである。巻線６２ｂの下面は、その上面の反対側に位置する面であって、第１裏面を構成するものである。
トランス４０と平滑リアクトル６０との間には、バスバー９２Ａが設けられている。このバスバー９２Ａは、第２主回路配線９２として機能するものである。また、バスバー９２Ａの上面は、整流素子５１及び平滑コンデンサ７０が半田付けによって実装される面であって、第２実装面を構成するものである。バスバー９２Ａの下面は、その上面の反対側に位置する面であって、第２裏面を構成するものである。
バスバー９２Ａの下面は、冷却器１００の上面に設けられている。このため、バスバー９２Ａの下面は、冷却器１００の上面に対して、電気的及び熱的に接続されている。このとき、巻線６２ｂの上面とバスバー９２Ａの上面とは、同じ高さに配置されている。即ち、巻線６２ｂの上面と、バスバー９２Ａの上面とは、同一平面上に配置されている。
また、トランス４０は、二次巻線４２（図１参照）の端子となるトランス端子４３ａ～４３ｃを有している。トランス端子４３ａ～４３ｂは、トランス４０から平滑リアクトル６０側に向けて突出するように形成されている。
トランス端子４３ａ～４３ｃの中でも、それらの真ん中に位置するトランス端子４３ｂは、センタタップ部４２ｂ（図１参照）を構成するものである。このトランス端子４３ｂには、巻線６２ａの一端が、ねじ１１１及びナット１１２を用いて接続されている。巻線６２ａの一端は、ねじ１１１によって上方からナット１１２に押さえ付けられている。ナット１１２は、絶縁シート１１３を介して、冷却器１００の上面に設けられている。このため、巻線６２ａは、冷却器１００に対して、電気的には絶縁されつつ、熱的に接続されている。
トランス端子４３ａ～４３ｃの中でも、それらの両端に位置するトランス端子４３ａ，４３ｃの各上面と、バスバー９２Ａの上面とは、同じ高さに配置されている。即ち、トランス端子４３ａ，４３ｃの上面と、バスバー９２Ａの上面とは、同一平面上に配置されている。トランス端子４３ａ，４３ｃの下面は、絶縁シート１１３を介して、冷却器１００の上面に設けられている。このため、トランス端子４３ａ，４３ｃの下面は、冷却器１００の上面に対して、電気的及び熱的に接続されている。
トランス端子４３ａ，４３ｃの上面は、整流素子５１が半田付けによって実装される面であって、第３実装面を構成するものである。トランス端子４３ａ，４３ｃの下面は、その上面の反対側に位置する第３裏面を構成するものである。
そして、整流素子５１は、トランス端子４３ａ，４３ｃの各上面と、バスバー９２Ａの上面とを跨るように、それらの上面に対して、半田付けによって実装されている。
巻線６２ｂの上面と、バスバー９２Ａの上面とは、同じ高さに配置されている。即ち、巻線６２ｂの上面と、バスバー９２Ａの上面とは、同一平面上に配置されている。また、巻線６２ｂの下面は、絶縁シート１１６を介して、冷却器１００の上面に設けられている。このため、巻線６２ｂは、冷却器１００に対して、電気的には絶縁されつつ、熱的に接続されている。
そして、平滑コンデンサ７０は、巻線６２ｂの上面と、バスバー９２Ａの上面とを跨るように、それらの上面に対して、半田付けによって実装されている。
図２Ａ、図３Ａ、及び、図４Ａに示すように、電力変換装置は、樹脂部材１２１～１２３を備えている。この樹脂部材１２１～１２３は、巻線６２ｂとバスバー９２Ａとを、互いに絶縁し、且つ、一体化するものである。
樹脂部材１２１は、巻線６２ａの他端、巻線６２ｂの一端、及び、ナット１１５を含むように形成されている。このため、巻線６２ａの他端、巻線６２ｂの一端、及び、ナット１１５は、互いに固定されている。
樹脂部材１２２は、巻線６２ｂの他端、バスバー９２Ａの一端、及び、トランス端子４３ａを含むように形成されている。このため、巻線６２ｂの他端、バスバー９２Ａの一端、及び、トランス端子４３ａは、互いに固定されている。また、樹脂部材１２２は、ねじ１２４を用いて、冷却器１００の上面に固定されている。
樹脂部材１２３は、巻線６２ｂの他端、バスバー９２Ａの他端、及び、トランス端子４３ｃを含むように形成されている。このため、巻線６２ｂの他端、バスバー９２Ａの他端、及び、トランス端子４３ｃは、互いに固定されている。また、樹脂部材１２３は、ねじ１２４を用いて、冷却器１００の上面に固定されている。
従って、電力変換装置においては、巻線６２ｂの上面と、バスバー９２Ａの上面と、トランス端子４３ａ，４３ｂの上面が、同一平面上に配置されるため、整流素子５１と平滑コンデンサ７０とが同一平面上に実装可能となる。このため、整流素子５１から平滑コンデンサ７０までの配線経路は、短縮される。
その配線経路に流れる電流は、インバータ回路３０のスイッチング素子３１又は整流回路５０の整流素子５１のスイッチング動作の度に、遮断される。この電流の遮断時においては、寄生インダクタンスによって、急峻な電圧が発生し、この発生した電圧に伴って、ノイズも発生する。
これに対して、電力変換装置は、上記配線経路を短縮することで、配線経路長に大きく依存する寄生インダクタンスを削減して、出力端８０におけるノイズを抑制することができる。また、電力変換装置は、寄生インダクタンスを削減するために、基板及び端子等の追加部材を必要としていない。更に、電力変換装置は、実装工程数についても、平滑コンデンサ７０を実装する際の１回で済むため、製造コストを抑制することができる。
整流回路５０の整流素子５１は、表面実装部品であるため、整流回路５０における二次側電流が流れるループ経路を短縮する。このため、整流回路５０における寄生インダクタンスは、削減される。また、トランス端子４３ａ，４３ｃの上面とバスバー９２Ａの上面とが、同じ高さに配置されているため、整流素子５１の実装は、容易に行われる。このとき、電力変換装置においては、整流素子５１と平滑コンデンサ７０とが、共に表面実装部品である場合、各実装工程の共通化を図ることができる。
第１主回路配線９１の機能を有する平滑リアクトル６０巻線６２ｂと、第２主回路配線９２の機能を有するバスバー９２Ａとが、冷却器１００に対して熱的に接続されている。電力変換装置は、トランス４０及び平滑リアクトル６０を十分に冷却することができる分、トランス４０の大きさを小さくできると共に、平滑リアクトル６０の巻線幅を狭く、且つ、その巻線厚みを薄くすることができる。
平滑リアクトル６０を冷却器１００の平坦な上面に実装する場合、平滑リアクトル６０は、プレーナ型とする方が、冷却の面で有利である。また、平滑リアクトル６０においては、巻線６２ｂの上面の高さ位置は、コア６１ｂの厚さによって決まる。このため、通常、巻線６２ｂの上面の高さ位置は、バスバー９２Ａの上面の高さ位置とは、一致しない場合が多い。
これに対して、平滑リアクトル６０においては、巻線６２ｂの上面、トランス端子４３ａ，４３ｃの上面、及び、バスバー９２Ａの上面が、同一平面上に配置されるように、当該巻線６２ｂが曲げられて、その高さ位置が調整可能となっている。このため、平滑リアクトル６０がプレーナ型であっても、平滑コンデンサ７０は、巻線６２ｂの上面とバスバー９２Ａの上面とに跨って、当該各上面に直接実装可能となっている。
なお、電力変換装置においては、インバータ回路３０のスイッチング素子３１及び整流回路５０の整流素子５１のうち、少なくとも一方の素子は、ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）及びＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）等のワイドバンドギャップ半導体であっても良い。このように、スイッチング素子３１及び整流素子５１をワイドバンドギャップ半導体とした場合、当該スイッチング素子３１及び整流素子５１の［ｄｉ／ｄｔ］は、大きくなるため、高周波帯域でのノイズが増大する。
これに対して、電力変換装置は、寄生インダクタンスを削減することにより、高周波帯域におけるノイズの減衰特性を改善することができる。このため、電力変換装置は、スイッチング素子３１及び整流素子５１をワイドバンドギャップ半導体とした場合でも、出力端８０におけるノイズを抑制することができる。
また、自動車用ＤＣ－ＤＣコンバータは、高温と低温との温度変化が繰り返される環境下で使用されるため、銅板と樹脂との熱膨張係数差によって、コンデンサの半田接合部に熱応力がかかり、半田クラックが発生することがある。この対策として、平滑コンデンサ７０には、図５に示すような、金属端子付きの積層セラミックコンデンサを用いても良い。金属端子付きの積層セラミックコンデンサは、コンデンサ本体となる誘電体７１、金属製の外部端子７２ａ，７２ｂ、及び、金属端子７３ａ，７３ｂを有している。
誘電体７１は、セラミック材を積層したものである。外部端子７２ａ，７２ｂは、誘電体７１の両端にそれぞれ設けられている。金属端子７３ａは、外部端子７２ａの外面に設けられており、例えば、第１主回路配線９１に接続可能となる。また、金属端子７３ｂは、外部端子７２ｂの外面に設けられており、例えば、第２主回路配線９２に接続可能となる。このような、金属端子７３ａ，７３ｂは、例えば、板金加工を用いて形成されている。また、金属端子７３ａ，７３ｂは、半田付けによって、外部端子７２ａ，７２ｂに電気的に接続されている。
このような金属端子付きの積層セラミックコンデンサを用いることで、熱応力を金属端子７３ａ，７３ｂに吸収させ、半田クラックを回避することが可能となる。また、図５に示す金属端子付きの積層セラミックコンデンサは、表面実装を想定するものである。このため、金属端子７３ａ，７３ｂの長さは、誘電体７１の底面から１～２ｍｍ程度と短く、その寄生インダクタンスは、極めて少ない。
以上、実施の形態１に係る電力変換装置は、一次巻線４１及び二次巻線４２を有し、一次巻線４１に対してインバータ回路３０による給電が行われるトランス４０と、二次巻線４２に発生する交流電圧を、複数の整流素子５１によって整流する整流回路５０と、一端が整流回路５０の第１出力端子５２と接続し、整流回路５０によって整流された電圧を平滑化する平滑リアクトル６０と、平滑リアクトル６０の他端と出力端８０の出力端子８１との間を接続する第１主回路配線９１と、整流回路５０の第２出力端子５３と出力端８０の出力端子８２との間を接続する第２主回路配線９２と、第１主回路配線９１と第２主回路配線９２との間に接続される平滑コンデンサ７０とを備える。第１主回路配線９１における平滑コンデンサ７０が実装される上面と、第２主回路配線９２における平滑コンデンサ７０が実装される上面とは、同一平面上に配置される。複数の整流素子５１のうち、少なくとも１つの整流素子５１は、第２出力端子５３を介して第２主回路配線９２の上面に接続する。このため、電力変換装置は、部品点数及び実装工程数を少なくすると共に、平滑コンデンサ７０の端子及び整流素子５１から平滑コンデンサ７０までの配線経路を短くして、ノイズを抑えることができる。この結果、本開示に係る電力変換装置は、部品コスト及び実装コストを抑えることができる。
電力変換装置は、第１主回路配線９１の機能を有する巻線６２ｂと、第２主回路配線９２の機能を有するバスバー９２Ａとを、互いに絶縁し、且つ、一体化する樹脂部材１２１～１２２を備える。このため、電力変換装置は、巻線６２ｂ及びバスバー９２Ａを容易に固定することができる。また、巻線６２ｂとバスバー９２Ａとの間の設置間隔は、一定に保持されるため、電力変換装置は、平滑コンデンサ７０の実装を容易に行うことができる。
電力変換装置においては、整流素子５１が実装されるトランス端子４３ａ，４３ｂの上面と、バスバー９２Ａの上面とは、同一平面上に配置される。このため、電力変換装置は、整流素子５１を各上面に容易に実装することができる。
電力変換装置は、インバータ回路３０、トランス４０、整流回路５０、及び、平滑リアクトル６０、のうち、少なくとも１つを冷却する冷却器１００を備える。巻線６２ｂの上面の反対側に位置する下面、及び、バスバー９２Ａの上面の反対側に位置する下面のうち、少なくとも１つの面は、冷却器１００に対して熱的に接続される。このため、電力変換装置は、巻線６２ｂ又はバスバー９２Ａを冷却することができる。
電力変換装置においては、平滑リアクトル６０の巻線６２ａは、第１主回路配線９１を構成する。このため、電力変換装置においては、第１主回路配線９１を容易に設けることができる。
電力変換装置においては、第１主回路配線９１の機能を有する巻線６２ｂは、当該巻線６２ｂの上面又はバスバー９２Ａの上面に対して垂直方向から見て、複数の整流素子５１とコア６１ａ，６１ｂとの間に配置されている。このため、電力変換装置においては、平滑コンデンサ７０を整流素子５１の直近に配置することができるため、整流素子５１から平滑コンデンサ７０までの配線経路を短くすることができる。
複数の整流素子５１及び平滑コンデンサ７０は、巻線６２ｂの上面又はバスバー９２Ａの上面に対して垂直方向から見て、トランス４０と平滑リアクトル６０との間に配置される。このため、電力変換装置は、整流素子５１から平滑コンデンサ７０までの配線経路を短くしつつ、装置の小型化を図ることができる。
電力変換装置においては、平滑コンデンサ７０は、寄生インダクタンスが小さい、表面実装型素子である。このため、電力変換装置は、表面実装型素子の平滑コンデンサ７０を用いることにより、平滑コンデンサ７０の端子を限りなく短くし、寄生インダクタンスを削減することができる。この結果、電力変換装置は、ノイズを抑えることができる。
電力変換装置においては、平滑コンデンサ７０は、セラミック材を積層した誘電体７１と、誘電体７１の両端にそれぞれ設けられる外部端子７２ａ，７２ｂと、外部端子７２ａ，７２ｂの外面にそれぞれ設けられる金属端子７３ａ，７３ｂとを有する。このため、平滑コンデンサ７０は、端子の寄生インダクタンスの上昇を抑えつつ、耐熱衝撃性を有することができる。
電力変換装置においては、複数の整流素子５１は、寄生インダクタンスが小さい、表面実装型素子である。このため、電力変換装置は、整流回路５０における寄生インダクタンスを削減することにより、ノイズを抑制することができる。
電力変換装置においては、複数の整流素子５１は、ワイドバンドギャップ半導体である。このため、整流素子５１をワイドバンドギャップ半導体とした場合、高周波帯域でのノイズが増大するものの、電力変換装置は、寄生インダクタンスを削減することにより、高周波帯域におけるノイズの減衰特性を改善することができる。
電力変換装置においては、平滑リアクトル６０は、プレーナ型である。このため、平滑リアクトル６０を冷却器１００の平坦な上面に実装する場合、電力変換装置は、平滑リアクトル６０を効果的に冷却することができる。
実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置について、図６を用いて説明する。なお、上述した実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図６に示すように、実施の形態２に係る電力変換装置は、実施の形態１に係る電力変換装置のトランス４０及び整流回路５０に替えて、トランス４０Ａ及び整流回路５０Ａを備えている。
トランス４０Ａは、一次巻線４１及び二次巻線４２を有している。一次巻線４１及び二次巻線４２は、１つの巻線部からそれぞれ構成されている。このため、二次巻線４２は、センタタップ部４２ｂを有していない。
整流回路５０Ａは、４つの整流素子５１を有するブリッジ回路となっている。整流素子５１のカソード端子は、第１出力端子５２を介して、平滑リアクトル６０の一端に接続されている。また、整流素子５１のアノード端子は、第２出力端子５３に接続されている。
以上、実施の形態２に係る電力変換装置は、一次巻線４１及び二次巻線４２を有し、一次巻線４１に対してインバータ回路３０による給電が行われるトランス４０Ａと、二次巻線４２に発生する交流電圧を、複数の整流素子５１によって整流する整流回路５０Ａと、一端が整流回路５０Ａの第１出力端子５２と接続し、整流回路５０Ａによって整流された電圧を平滑化する平滑リアクトル６０と、平滑リアクトル６０の他端と出力端８０の出力端子８１との間を接続する第１主回路配線９１と、整流回路５０の第２出力端子５３と出力端８０の出力端子８２との間を接続する第２主回路配線９２と、第１主回路配線９１と第２主回路配線９２との間に接続される平滑コンデンサ７０とを備える。第１主回路配線９１における平滑コンデンサ７０が実装される上面と、第２主回路配線９２における平滑コンデンサ７０が実装される上面とは、同一平面上に配置される。複数の整流素子５１のうち、少なくとも１つの整流素子５１は、第２出力端子５３を介して第２主回路配線９２の上面に接続する。このため、電力変換装置は、部品点数及び実装工程数を少なくすると共に、平滑コンデンサ７０の端子及び整流素子５１から平滑コンデンサ７０までの配線経路を短くして、ノイズを抑えることができる。この結果、本開示に係る電力変換装置は、部品コスト及び実装コストを抑えることができる。
なお、本開示は、その開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、或いは、各実施の形態における任意の構成要素の変形、若しくは、各実施の形態における任意の構成要素の省略が可能である。
１１ 第１入力端子、１２ 第２入力端子、２０ 入力コンデンサ、３０ インバータ回路、３１ スイッチング素子、４０，４０Ａ トランス、４１ 一次巻線、４２ 二次巻線、４２ａ 巻線部、４２ｂ センタタップ部、４３ａ～４３ｃ トランス端子、５０，５０Ａ 整流回路、５１ 整流素子、５２ 第１出力端子、５３ 第２出力端子、６０ 平滑リアクトル、６１ａ，６１ｂ コア、６２ａ，６２ｂ 巻線、７０ 平滑コンデンサ、７１ 誘電体、７２ａ，７２ｂ 外部端子、７３ａ，７３ｂ 金属端子、８０ 出力端、８１ 出力端子、８２ 出力端子、９１ 第１主回路配線、９２ 第２主回路配線、９２Ａ バスバー、１００ 冷却器、１１１ ねじ、１１２ ナット、１１３ 絶縁シート、１１４ ねじ、１１５ ナット、１１６ 絶縁シート、１２１～１２３ 樹脂部材、１２４ ねじ。

Claims (12)

  1. 一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線に対してインバータ回路による給電が行われるトランスと、
    前記二次巻線に発生する交流電圧を、複数の整流素子によって整流する整流回路と、
    一端が前記整流回路の第１出力端子と接続し、前記整流回路によって整流された電圧を平滑化する平滑リアクトルと、
    前記平滑リアクトルの他端と出力端の正極出力端子との間を接続する第１主回路配線と、
    前記整流回路の第２出力端子と前記出力端の負極出力端子との間を接続する第２主回路配線と、
    前記第１主回路配線と前記第２主回路配線との間に接続される平滑コンデンサとを備え、
    前記第１主回路配線における前記平滑コンデンサが実装される第１実装面と、前記第２主回路配線における前記平滑コンデンサが実装される第２実装面とは、同一平面上に配置され、
    前記複数の整流素子のうち、少なくとも１つの整流素子は、前記第２出力端子を介して前記第２実装面に接続する
    ことを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記第１主回路配線と前記第２主回路配線とを、互いに絶縁し、且つ、一体化する樹脂部材を備える
    ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  3. 前記トランスにおける前記整流素子が実装される第３実装面と、前記第２実装面とは、同一平面上に配置される
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
  4. 前記インバータ回路、前記トランス、前記整流回路、及び、前記平滑リアクトルのうち、少なくとも１つを冷却する冷却器を備え、
    前記第１主回路配線における前記第１実装面の反対側に位置する第１裏面、及び、前記第２主回路配線における前記第２実装面の反対側に位置する第２裏面のうち、少なくとも１つの面は、前記冷却器に対して熱的に接続される
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
  5. 前記平滑リアクトルの巻線は、前記第１主回路配線を構成する
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
  6. 前記第１主回路配線は、
    前記第１実装面又は前記第２実装面に対して垂直方向から見て、前記平滑リアクトルと前記複数の整流素子との間に配置される
    ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
  7. 前記複数の整流素子及び前記平滑コンデンサは、
    前記第１実装面又は前記第２実装面に対して垂直方向から見て、前記トランスと前記平滑リアクトルとの間に配置される
    ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
  8. 前記平滑コンデンサは、表面実装型素子である
    ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
  9. 前記平滑コンデンサは、
    セラミック材を積層した誘電体と、
    前記誘電体の両端にそれぞれ設けられる外部端子と、
    各外部端子の外面にそれぞれ設けられる金属端子とを有する
    ことを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
  10. 前記複数の整流素子は、表面実装型素子である
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
  11. 前記複数の整流素子は、ワイドバンドギャップ半導体である
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
  12. 前記平滑リアクトルは、プレーナ型である
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載の電力変換装置。
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