JP5381537B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1は、一の発電電動機に対して電力を出力する電力変換装置に適用した例である。まず図1には、電力変換装置の構成例を模式図で示す。図1に示す電力変換装置30は、第1電源E1(例えばバッテリ等)からコンバータ回路20を経て供給される電力を変換して発電電動機(図面には「MG」と記載する)41に出力する機能を有する。なお、図1では図示を簡単にするために一部の素子を省略している。
電力変換装置30は、電力変換部31、安定化回路3A、コントローラ3B,3Cなどを有する。コントローラ3Bおよびコントローラ3Cは協働して電力変換部31の作動を制御する。具体的には、コントローラ3Bは上アーム側の駆動回路M1〜M3の作動を個別に制御し、コントローラ3Cは下アーム側の駆動回路M4〜M6の作動を個別に制御する。
次に、図1〜図3に示す回路図を基板で実現するための構成例について、図4〜図6を参照しながら説明する。図4および図6には、ベース基板の配置例を示す。具体的には、図4には平面図を示し、図6には側面図を示す。図5には、多層基板からなるベース基板を断面図で示す。なお、図4および図6では説明の対象となる要素のみを図示し、全ての要素を図示してはいない。また、図4では見易くするため、図6(A)に示すモジュール144〜147、図6(B)に示すモジュール134〜137およびバスバー150a,150bの図示を省略する。さらに、低圧系領域110をクロスハッチで示し、同電位領域G1を斜線ハッチで示す。
次に、発電電動機41の回転や停止等を制御するには、高周波のPWM信号に従ってコンバータ回路20や電力変換部31を作動させる必要がある。スイッチング素子を高周波で作動させると熱を多量に発生するので、熱暴走や劣化を防止して作動を安定させるには発生した熱を除去する必要がある。そこで、モジュール内に備えるスイッチング素子を冷却する冷却装置の一例を図8に示す。なお図8では、区別し易くするために、モジュール134〜137,144〜147を斜線ハッチで示す。
上述した実施の形態1によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項1に対応し、二のコントローラ3B,3Cおよび電力変換部31を有する電力変換装置30において、コントローラ3B,3D(制御演算装置)は高電圧で作動する高圧系に配置され、高圧系よりも低い低電圧で作動する低圧系に配置される外部ECU10(外部制御装置)から伝達される指令信号に基づいて、スイッチング素子Q1〜Q6を駆動制御する信号を出力し、コントローラ3B,3Cの基底電位が高圧系のみで同電位になるように接続線KAで接続する構成とした(図1を参照)。この構成によれば、電力変換部31とコントローラ3B,3Cとを同じ電圧系(高圧系)に配置することで、下アーム側のスイッチング素子Q4〜Q6,Q22とコントローラ3B,3Cとの間にHVIC等の絶縁素子を備える必要がないので、絶縁素子が少ない分だけコストを低く抑えることができる。また、二のコントローラ3B,3Cの基底電位を接続することで確実に同電位になるので、コントローラ3B,3C相互間の信号伝達を確実に行うことができる。さらに、安定化回路3Aが少なくて済むため、コストを低減することができる。
実施の形態2は、二の発電電動機に対して個別に電力を出力する電力変換装置に適用する例である。なお、図示および説明を簡単にするため、実施の形態2では実施の形態1と異なる点について説明する。よって実施の形態1で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態1,2に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
20 コンバータ回路(昇圧部)
30 電力変換装置
31,32,33,… 電力変換部
3A 安定化回路
3B,3C,3D,… コントローラ(制御演算装置)
41,42,43,… 発電電動機(出力機器)
100 ベース基板(多層基板)
102 接続部位
102a ビアコンタクト
131〜137,141〜147 モジュール
150(150a,150b) バスバー(接続用部材)
200 冷却装置
C1 キャパシタ(第1キャパシタ)
C20 キャパシタ(第2キャパシタ)
C3 キャパシタ(第3キャパシタ)
E1 第1電源
E2 第2電源
E3 第3電源
G30 共通電位
KV 電力供給線
M1〜M6(Mn) 駆動回路
Q1〜Q6(Qn) スイッチング素子
R1〜R6(Rn) 抵抗器
G1,GA2a,GA2b,GA2c,GA3a,GA3b,GA3c,GS1〜GS6 同電位領域
Vma,Vmb 電圧検知器(電圧検知手段)
Claims (14)
- 電源から供給される電力を変換して出力機器に出力する一以上の電力変換部と、前記電力変換部を構成する二以上のスイッチング素子を個別に駆動制御する二以上の制御演算装置とを有する電力変換装置において、
前記制御演算装置は高電圧で作動する高圧系に配置され、前記高圧系よりも低い低電圧で作動する低圧系に配置される外部制御装置から伝達される指令信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動制御する制御信号を出力し、
前記二以上の制御演算装置の基底電位が前記高圧系のみで同電位になるように接続することを特徴とする電力変換装置。 - 電源から供給される電力を変換して出力機器に出力する一以上の電力変換部と、前記電力変換部を構成する二以上のスイッチング素子を個別に駆動制御する二以上の制御演算装置とを有する電力変換装置において、
前記二以上の制御演算装置の基底電位が同電位になるように接続し、
前記電力変換部が複数相で電力を変換する場合は、前記複数相のうち一相を特定した特定相の基底電位と同電位になるように接続し、
前記制御演算装置が配置される多層基板は、二以上の層について電位が同一となるように接続する配線パターンからなる同電位領域を前記電力変換部に備えるスイッチング素子ごとに対応して形成し、かつ、前記スイッチング素子ごとに対応して形成した前記同電位領域について異なる前記同電位領域が積層方向に隣接する層で重ならないように形成することを特徴とする電力変換装置。 - 前記電力変換部が複数相で電力を変換する場合は、前記複数相のうち一相を特定した特定相の基底電位と同電位になるように接続することを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 電源から供給される電力を変換して出力機器に出力する一以上の電力変換部と、前記電力変換部を構成する二以上のスイッチング素子を個別に駆動制御する二以上の制御演算装置とを有する電力変換装置において、
前記二以上の制御演算装置の基底電位が同電位になるように接続し、
前記電力変換部が複数相で電力を変換する場合は、前記複数相のうち一相を特定した特定相の基底電位と同電位になるように接続し、
ベース基板は、前記スイッチング素子に接続するための接続部位を複数かつ一列状に配置し、複数の接続部位のうち端側に配置された前記接続部位の少なくとも一部を含んで電位が同一となるように接続する配線パターンからなる同電位領域を備え、
前記制御演算装置は、前記同電位領域の領域内に配置することを特徴とする電力変換装置。 - 電源から供給される電力を変換して出力機器に出力する一以上の電力変換部と、前記電力変換部を構成する二以上のスイッチング素子を個別に駆動制御する二以上の制御演算装置とを有する電力変換装置において、
前記二以上の制御演算装置の基底電位が同電位になるように接続し、
前記電力変換部が複数相で電力を変換する場合は、前記複数相のうち一相を特定した特定相の基底電位と同電位になるように接続し、
前記電源と前記電力変換部との間に介在され、出力側両端に接続する第2キャパシタを有し、前記電源の電圧を昇圧して前記電力変換部に出力する昇圧部を備え、
前記制御演算装置は、前記第2キャパシタの基底電位の接続箇所から最も近い相の領域内に配置することを特徴とする電力変換装置。 - 二以上の前記制御演算装置は、一列状に基板上に配置されることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換部には、前記二以上のスイッチング素子のうち特定した一のスイッチング素子の状態を検知して検知信号を出力する状態検知手段を備え、
前記制御演算装置には、前記状態検知手段から出力された検知信号に基づいて、前記スイッチング素子の状態を示す数値を取得する数値取得手段を備え、
前記制御演算装置の基底電位と前記数値取得手段の基底電位とが同電位になるように接続することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記状態検知手段は、スイッチング素子の温度と、スイッチング素子に備えたセンス端子から出力されるセンス電流との一方または双方を検知することを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記制御演算装置を作動させる電力を安定して供給する安定化回路の基底電位は、前記制御演算装置に対応する前記電力変換部の基底電位と同電位になるように接続されることを特徴とする請求項1から8いずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換部に印加される電圧および前記電源の電圧を検知する電圧検知手段をさらに備え、
前記制御演算装置の基底電位と前記電圧検知手段の基底電位とが同電位になるように接続することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子の両面側から冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記二以上のスイッチング素子を上アームと下アームとに区分するとき、下アームは上アームに対して前記冷却装置内を流れる冷却用流体の下流側になるように配置することを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換部は前記スイッチング素子ごとにサブ基板を有し、
前記サブ基板は、前記ベース基板に接続するとともに、前記下アームに属するスイッチング素子相互間の基底電位が同電位となるように接続用部材を用いて接続することを特徴とする請求項4から12のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記駆動回路を作動させる電力を供給する電力供給線の両端に接続する第3キャパシタを備え、
前記制御演算装置の基底電位と前記第3キャパシタの基底電位とが同電位になるように接続することを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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