JP6057734B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
電力変換装置の構成要素であるパワーモジュールは、発熱量が大きいためヒートシンクに実装される形態が一般的である。またパワーモジュールには、スイッチング素子で構成されたインバータ回路が内蔵される。このインバータ回路では、スイッチング素子が高周波スイッチングを行うため、高周波ノイズの発生源となっている。このようにパワーモジュールは、発熱源であると同時に高周波ノイズの発生源となっている。 A power module, which is a component of a power conversion device, generally has a form of being mounted on a heat sink because it generates a large amount of heat. The power module includes an inverter circuit composed of switching elements. In this inverter circuit, since the switching element performs high frequency switching, it is a source of high frequency noise. As described above, the power module is a heat generating source and a source of high frequency noise.
パワーモジュールを有する電力変換装置は、系統電源および負荷機器に接続される。パワーモジュールで発生した高周波ノイズは、系統電源や負荷機器に流出し、他の機器を誤動作させる要因となる。 A power converter having a power module is connected to a system power supply and a load device. The high-frequency noise generated in the power module flows out to the system power supply and load equipment and causes other equipment to malfunction.
それに対して、高周波ノイズ抑制のためのノイズフィルタを電力変換装置の入出力に接続する方策が取られている。欧州地域では電力変換装置から流出する高周波ノイズの許容値を定めている。国内においても機器誤動作回避を目的とした高周波ノイズ抑制が必要となる場合がある。このような高周波ノイズ抑制に必要なノイズフィルタは、コイルとコンデンサとで構成される。コイル、コンデンサの定数増加は、ノイズ低減の効果を改善できるが、ノイズフィルタの大型化・コスト増加を招く可能性がある。 On the other hand, measures are taken to connect a noise filter for suppressing high-frequency noise to the input / output of the power converter. In Europe, the permissible value of high-frequency noise flowing out from the power converter is set. Even in Japan, it may be necessary to suppress high-frequency noise for the purpose of avoiding malfunction of equipment. Such a noise filter necessary for high-frequency noise suppression includes a coil and a capacitor. Increasing the constants of the coil and capacitor can improve the noise reduction effect, but may increase the size and cost of the noise filter.
特許文献1には、インバータ及びヒートシンクを含むモータ駆動回路において、電源側のグランドラインをヒートシンクに接続し両者の間にインダクタを挿入するとともに、モータ側のグランドラインをヒートシンクに接続し両者の間にインダクタを挿入することが記載されている。これにより、特許文献1によれば、電源と整流器との間のコモンモードフィルタが不要になるとされている。
In
特許文献2には、入力ケーブルと出力ケーブルとが絶縁体上の互いに隣接した位置に設けられた端子台に接続される電力変換装置において、出力ケーブルの下方に絶縁体を挟むように出力側導体を設けることが記載されている。これにより、特許文献2によれば、入力ケーブルと出力ケーブルとの間の容量結合に対して、出力ケーブルと出力側導体との間の容量結合がより一層強くなるので、出力ケーブルを伝播する高周波ノイズは入力ケーブルに誘導されないとされている。
In
特許文献1に記載の技術では、グランドラインに高周波ノイズを低減させるためにインダクタを挿入しているので、高インピーダンスのインダクタとする必要があり、コンデンサ素子に比べて高価な磁気材料を用いる必要がある。これにより、2つのインダクタの追加コストはコモンモードフィルタの低減コストよりも高くなり、高周波ノイズを低減させるためのコストを増大させる可能性がある。
In the technique described in
また、特許文献1に記載の技術では、グランドラインに高インピーダンスのインダクタが挿入されるので、グランドラインのインピーダンスが高くなっており、大地とヒートシンクとの間の電位差が大きくなり感電事故を起こす可能性がある。
Moreover, in the technique described in
さらに、特許文献1には、グランドラインをヒートシンクのどこに接続するのかについて具体的な記載が一切ない。
Further,
仮に、電源側のグランドラインとモータ側のグランドラインとをヒートシンクにおける隣接した位置に接続すると、モータ側のグランドラインを介してヒートシンクに流れ出した高周波ノイズが電源側のグランドラインに流れ込む可能性がある。高周波ノイズが電源側のグランドラインに流れ込むと、同一電源系統に接続されている周辺機器に許容レベルを超えたノイズ影響が発生する可能性がある。 If the ground line on the power supply side and the ground line on the motor side are connected to adjacent positions on the heat sink, high-frequency noise that has flowed to the heat sink via the ground line on the motor side may flow into the ground line on the power supply side. . If high-frequency noise flows into the ground line on the power supply side, there is a possibility that noise effects exceeding the allowable level may occur in peripheral devices connected to the same power supply system.
特許文献2に記載の技術では、出力ケーブルのアース線がL字型導体部材によって構成された出力アース端子を介して冷却フィンに接続され、入力ケーブルのアース線がL字型導体部材によって構成された入力アース端子を介して冷却フィンに接続されている。これらのL字型導電部材は入力側と出力側とで長さを変えて形成するか、または、両側のL字型導電部材を一体化した構造としている。これは、ケーブルとL字型導電部材との間の浮遊容量を入出力ケーブル間の浮遊容量よりも低減することを目的とした構造であり、入力アース線と出力アース線とを長さの異なる導電部材に接続する構造ではない。
In the technique described in
すなわち、特許文献2に記載の技術では、出力ケーブルのアース線と入力ケーブルのアース線とが比較的近い位置に接続されているので、モータ側のアース線を介して冷却フィンに流れ出した高周波ノイズが電源側のアース線に流れ込む可能性がある。高周波ノイズが電源側のアース線に流れ込むと、同一電源系統に接続されている周辺機器に許容レベルを超えたノイズ影響が発生する可能性がある。
That is, in the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に低コストで抑制できる電力変換装置を得ることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the power converter device which can suppress the noise influence on a peripheral device below an allowable level at low cost.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかる電力変換装置は、直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路を有するパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却するヒートシンクと、を有する電力変換装置であって、前記インバータ回路における正負の直流入力端子を前記パワーモジュールに備え、前記パワーモジュールは前記ヒートシンクのベース部に取り付け、前記ヒートシンクのベース部に、前記パワーモジュールから電力供給を行う負荷機器のアースと接続するための出力アース端子と、系統電源のアースと接続するための入力アース端子とを個別に設け、前記インバータ回路の正負の直流入力端子のうち出力アース端子の位置から遠方にある直流入力端子から前記出力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをD1とし、前記直流入力端子から前記入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをD2とし、前記出力アース端子から前記入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをD3とするとき、D1<D2、且つ、D1<D3が成り立つことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a power converter according to one aspect of the present invention includes a power module having an inverter circuit that converts DC power into AC power having an arbitrary frequency, and the power module. A power converter having a heat sink to be cooled, the power module having positive and negative DC input terminals in the inverter circuit, the power module being attached to a base portion of the heat sink, An output ground terminal for connecting to the ground of the load device that supplies power from the power module and an input ground terminal for connecting to the ground of the system power supply are individually provided, and the positive and negative DC input terminals of the inverter circuit The output ground from the DC input terminal far from the position of the output ground terminal The shortest length in the current propagation path to the child is D1, the shortest length in the current propagation path from the DC input terminal to the input ground terminal is D2, and the current propagation path from the output ground terminal to the input ground terminal When the shortest length in is D3, D1 <D2 and D1 <D3 are satisfied.
本発明によれば、出力アース端子に流れ込んだ高周波ノイズの電流が容易に直流入力端子に流れ込むようにすることができ、直流入力端子に流れ込んだ高周波ノイズの電流が入力アース端子へ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール内へ還流させることができるので、出力アース端子に流れ込んだ高周波ノイズの電流が入力アース端子へ流れ出すことを抑制でき、電力変換装置の外部へ流れ出す高周波ノイズの電流を許容上限レベル以下に抑制できる。この結果、同一電源系統に接続されている周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に低コストで抑制できる。 According to the present invention, the high frequency noise current flowing into the output ground terminal can easily flow into the DC input terminal, and the high frequency noise current flowing into the DC input terminal is less likely to flow into the input ground terminal. can do. That is, since the high-frequency noise current flowing into the output ground terminal can be easily recirculated into the power module, the high-frequency noise current flowing into the output ground terminal can be suppressed from flowing out to the input ground terminal. The high-frequency noise current that flows to the outside can be suppressed below the allowable upper limit level. As a result, the influence of noise on peripheral devices connected to the same power supply system can be suppressed at a low cost below an allowable level.
以下に、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a power conversion device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
実施の形態1にかかる電力変換装置1について図1を用いて説明する。図1は、電力変換装置1の構成を示す図である。
A
電力変換装置1は、図1に示すように、コンバータ11a、平滑コンデンサC1、インバータ11b、ヒートシンク20を備える。このコンバータ11aとインバータ11bとは、電力変換装置1の主要部分であり、例えば、同一ケースに収納されたものをパワーモジュール10とする。また、ヒートシンク20には、入力アース端子40と出力アース端子30とが設けられている。
As shown in FIG. 1, the
電力変換装置1は、系統電源PSから電源配線PSL(電源線R、S、T)経由で電源電力(例えば、3相交流電力)を受け、電源電力を用いて電力変換を行って駆動用の電力(例えば、3相交流電力)を生成し、駆動用の電力を電力配線PL(電力線U、V、W)経由で負荷機器LDに供給する。負荷機器LDは、例えば、モータである。また、負荷機器LDのアース端子と電力変換装置1の出力アース端子30をアース線OELで接続し、系統電源PSのアースと電力変換装置の入力アース端子40をアース線IELで接続する。
The
コンバータ11aは、電源電力(例えば、交流電力)を直流電力に変換する。例えば、コンバータ11aは、複数のダイオード(図示せず)を有し、複数のダイオードを用いて電源電力(例えば、交流電力)を整流化する。
The
平滑コンデンサC1は、整流化された直流電力をコンバータ11aから受け、直流電力を平滑化する。
Smoothing capacitor C1 receives rectified DC power from
インバータ11bは、平滑化された直流電力を駆動用の電力(例えば、交流電力)に変換する。例えば、インバータ11bは、複数のスイッチング素子(図示せず)及び複数の還流ダイオード(図示せず)を有し、各スイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング動作させることにより、直流電力を駆動用の電力(例えば、交流電力)に変換する。
The
例えば図1において、電力変換装置1では、コンバータ11a及びインバータ11bの間における正側の直流母線PL上又は直流母線PLに分岐接続された分岐線上に、正側の直流入力端子12−1が設けられており、コンバータ11a及びインバータ11bの間における負側の直流母線NL上又は直流母線NLに分岐接続された分岐線上に、負側の直流入力端子12−2が設けられている。図1では、正側の直流入力端子12−1が直流母線PL上に設けられ、負側の直流入力端子12−2が直流母線NLの分岐線上に設けられている場合が例示されている。平滑コンデンサC1は、例えば、直流入力端子12−1,12−2を介してパワーモジュール10に対して外部的に接続されている。
For example, in FIG. 1, in the
コンバータ11aとインバータ11bでは導通損失およびスイッチング損失による発熱が生じるため、ヒートシンク20を設けることでコンバータ11aとインバータ11bを冷却している。例えば、ヒートシンク20は、そのベース部21(図2参照)がパワーモジュール10の裏面に熱的に接触されるとともに、パワーモジュール10から受けた熱を例えばパワーモジュール10から離れた場所で周辺雰囲気中へ放熱する。ヒートシンク20は、受けた熱を効率的に放熱できるように導体(例えば、アルミニウム)で形成されている。
Since heat is generated by conduction loss and switching loss in the
また、インバータ11bは各スイッチング素子を高速でオンオフ動作させて電力変換を行っているが、このような高速スイッチングは高周波ノイズが発生する要因となる。すなわち、パワーモジュール10は発熱源であると同時に高周波ノイズの発生源となる。
Further, the
このとき、図1に破線の矢印で示すように、高周波ノイズ(コモンモードノイズ)がインバータ11bから電力配線PL経由で負荷機器LD側に流れる。負荷機器LDでは、電力が供給される負荷機器本体(各相の巻線等)LD1と、負荷機器本体LD1を収容する負荷機器筐体LD2との間が、寄生的な浮遊容量C2で等価的に接続されている。電力変換装置1から負荷機器LDに高周波ノイズ電流が流れ込むと、流れ込んだ高周波ノイズの電流は、負荷機器本体LD1から浮遊容量C2、負荷機器筐体LD2、及び、アース線OELを介して電力変換装置1に還流する。
At this time, high-frequency noise (common mode noise) flows from the
出力アース端子30は、アース線OELをヒートシンク20のベース部21(図2参照)に電気的に接続するように設けられている。すなわち、ヒートシンク20が導体で形成されているので、アース線OELの還流先をヒートシンク20にし、高周波ノイズの電流が出力アース端子30を介してヒートシンク20のベース部21に流れ込むように構成する。
The
ここでアース線OELは電力配線PLと近距離で敷設することが望ましい。これは電力配線PLとアース線OELが近接して配置されると磁気結合が生じるため、アース線OELが1本だけ個別に敷設される形態と比べて、高周波でのインダクタンスが低減するためである。高周波でのインダクタンスが低減すると高周波ノイズがアース線OELに流れやすくなるため、例えば、負荷機器筐体LD2がアースに接続されている場合でも高周波ノイズをアース線OELに流せるように出来る。例えば、電力配線PLとアース線OELは4芯のキャブタイヤケーブルか、または、4芯の最外側に磁気遮蔽層を備えたシールドケーブルを適用することが望ましい。 Here, it is desirable that the ground wire OEL is laid at a short distance from the power wiring PL. This is because when the power line PL and the ground wire OEL are arranged close to each other, magnetic coupling occurs, so that the inductance at a high frequency is reduced as compared with the case where only one ground wire OEL is individually laid. . When the inductance at high frequency is reduced, the high frequency noise tends to flow through the ground wire OEL. For example, even when the load device housing LD2 is connected to the ground, the high frequency noise can be flowed through the ground wire OEL. For example, the power wiring PL and the ground wire OEL are desirably a four-core cabtire cable or a shielded cable having a magnetic shielding layer on the outermost side of the four cores.
ヒートシンク20は導体で形成されているので、ヒートシンク20が直流的に浮遊状態のままであると、静電気等を帯電した場合に、大地とヒートシンク20との間の電位差が大きくなり感電事故を起こす可能性がある。すなわち、ヒートシンク20の電圧が許容上限値を超えて上昇すると、ヒートシンク20に触れた作業者が感電する可能性もあり、安全面の問題が発生する可能性がある。
Since the
そこで、入力アース端子40は、アース線IELをヒートシンク20のベース部21(図2参照)に電気的に接続するように設けられている。アース線IELは、電源アース線PEL経由で大地の電位(接地電位GND)に接続されている。すなわち、ヒートシンク20の電位を接地電位GNDに近づけるように、入力アース端子40は、ヒートシンク20を、アース線IEL及び電源アース線PEL経由で接地電位GNDに接続している。
Therefore, the
このとき、仮に、出力アース端子30と入力アース端子40とがヒートシンク20における隣接した位置に設けられていると、上記のように、高周波ノイズの電流が出力アース端子30を介してヒートシンク20のベース部21に流れ込むので、ヒートシンク20のベース部21に流れ込んだ高周波ノイズの電流が、図1に一点鎖線の矢印で示すように、入力アース端子40、アース線IEL、及び電源アース線PEL経由で電源PS側に流れ出す可能性がある。高周波ノイズの電流が電源PS側に流れ出すと、電源PSと同一の電源系統に接続されている他の周辺機器に許容レベルを超えたノイズ影響(ノイズ)を及ぼす可能性がある。
At this time, if the
そこで、実施の形態1では、電力変換装置1の実装形態を工夫することで、図1に破線の矢印で示すように、高周波ノイズの電流がパワーモジュール10内へ還流させることを目指す。
Therefore, in the first embodiment, the mounting form of the
電力変換装置1の実装形態について図2〜4を用いて具体的に説明する。図2は、電力変換装置1の外観構成及び電流伝播経路を示す斜視図である。図3は、パワーモジュール10、ヒートシンク20、出力アース端子30、及び入力アース端子40の間における等価的な電流伝播経路を示す図である。図4は、パワーモジュール10、ヒートシンク20、出力アース端子30、及び入力アース端子40の間における電流伝播経路を断面方向から見た図である。
A mounting form of the
パワーモジュール10は、例えば電力変換装置1の主要部としてコンバータ11a及びインバータ11bを内蔵する場合、例えば図4に示すように、コンバータ11aに対応した半導体チップ(図示せず)とインバータ11bに対応した半導体チップ11b1とが基板SB上に実装されているとともに絶縁封止材13で封止されている。
For example, when the
例えば、半導体チップ11b1は、基板SB上で、直流母線PL,NLにそれぞれ対応した導体パターンCP1,CP2にそれぞれ接続されている。また、導体パターンCP1,CP2は、それぞれ、導体パターンまたはボンディングワイヤ(TH1,TH2)を介して直流入力端子12−1,12−2に接続されている。基板SBは、例えば、熱伝導性を有する絶縁物で形成されている。 For example, the semiconductor chip 11b1 is connected to the conductor patterns CP1 and CP2 corresponding to the DC buses PL and NL, respectively, on the substrate SB. The conductor patterns CP1 and CP2 are connected to the DC input terminals 12-1 and 12-2 via conductor patterns or bonding wires (TH1 and TH2), respectively. The substrate SB is formed of, for example, an insulator having thermal conductivity.
なお、図4のパワーモジュール10には、電源配線PSL(電源線R、S、T)が接続される交流入力端子と、電力配線PL(電力線U、V、W)が接続される交流出力端子とがさらに設けられているが、図示及び説明を省略している。 4 includes an AC input terminal to which the power supply wiring PSL (power supply lines R, S, T) is connected and an AC output terminal to which the power wiring PL (power lines U, V, W) is connected. Are further provided, but illustration and description are omitted.
パワーモジュール10では、例えば、基板SBの裏面には放熱性とパワーモジュール10の構造強度とを確保するために金属製プレートSHが配置される。基板SBと金属製プレートSHとの固定は、例えば、基板SBの裏面に銅はくを設けて、この銅はくと金属製プレートSHとを半田付けすることで成される。この金属製プレートSHの裏面は熱伝導材料を介してヒートシンク20のベース部に熱的に接触している。このようなパワーモジュール10の構成において、基板SBの導体パターンCP1,CP2は基板SBを介して金属製プレートSHとの間に容量成分Cを形成することとなる。
In the
前記の容量成分Cを増加させる目的で基板SBを誘電率の高い材料で形成するようにしてもよい。また、この誘電率の高い材料で形成する部分は基板SBの全体または一部分としてもよい。 For the purpose of increasing the capacitance component C, the substrate SB may be formed of a material having a high dielectric constant. Further, the portion formed of the material having a high dielectric constant may be the whole or a part of the substrate SB.
ヒートシンク20は、例えば、パワーモジュール10が熱的に接触されるベース部21を有する。例えば、ヒートシンク20は、図2に示すように、ベース部21及び複数の放熱フィン22−1〜22−kを有する。この放熱フィンは図2に示すような構造の他に、格子状に組み合わされた構造などもあり、必要な放熱性能に応じて放熱フィンの形状が設計される。ベース部21は、パワーモジュール10の裏面に対応した平坦面を有し、パワーモジュール10の裏面が接触しやすいように構成されており、例えば、パワーモジュール10の裏面より大きな面積を主面に有する平板状の部材である。これにより、ベース部21には、パワーモジュール10の裏面が熱的に接触されるようにパワーモジュール10が取り付けられている。
The
また、ベース部21は、パワーモジュール10から熱を受けた場合にその熱を効率的に複数の放熱フィン22−1〜22−kへ伝達できるように導体で形成されており、例えば、アルミニウムで形成されている。
Further, the
複数の放熱フィン22−1〜22−kは、ベース部21におけるパワーモジュール10が取り付けられた主面と反対側の主面(裏面)に取り付けられている。複数の放熱フィン22−1〜22−kは、例えば、互いに離間するとともに、互いに(例えば互いに平行に)並んでいる。複数の放熱フィン22−1〜22−kは、ベース部21の裏面に取り付けられているので、ベース部21から熱が伝達された場合に、その熱を例えばパワーモジュール10から離れた場所で周辺雰囲気中へ放熱できる。
The plurality of radiating fins 22-1 to 22-k are attached to the main surface (back surface) opposite to the main surface to which the
また、各放熱フィン22−1〜22−kは、ベース部21から熱が伝達された場合にその熱を効率的に放熱できるように導体で形成されており、例えば、アルミニウムで形成されている。
Further, each of the radiating fins 22-1 to 22-k is formed of a conductor so that heat can be efficiently radiated when heat is transmitted from the
なお、ベース部21及び複数の放熱フィン22−1〜22−kは、アルミダイカストにより一体成型されてもよい。
Note that the
また、ベース部21および複数の放熱フィン22−1〜22−kは系統電源PSのアースおよび負荷機器LDのアースの接続に必要な導体部分を除き、熱伝導性を有する絶縁材料で形成するようにしてもよい。このように絶縁材料を適用することにより導体部分の面積を低減できるため、この導体がアンテナとなって空中に放射される放射ノイズを抑制することができる。
Further, the
出力アース端子30は、アース線OELをベース部21に電気的に接続するように設けられている。例えば、図2に示すように、出力アース端子30は、ベース部21におけるアース線OELの導線が接続される部分である。例えば、図4に示すように、出力アース端子30は、ベース部21及び複数の放熱フィン22−1〜22−kがアルミダイカストにより一体成型された際にベース部21に同時に形成された凹部21a内に、アース線OELの導線が接続されるように導電体(例えば、半田など)が埋め込まれて形成された部分であってもよい。
The
なお、図2〜4では、出力アース端子30がベース部21におけるパワーモジュール10の取り付けられる側の主面(表面)上に設けられる場合が例示的に示されているが、出力アース端子30は、ベース部21の側面又は裏面に設けられていてもよい。
2 to 4 exemplify the case where the
入力アース端子40は、アース線IELをベース部21に電気的に接続するように設けられている。例えば、図2に示すように、入力アース端子40は、ベース部21におけるアース線IELの導線が接続される部分である。例えば、図4に示すように、入力アース端子40は、ベース部21及び複数の放熱フィン22−1〜22−kがアルミダイカストにより一体成型された際にベース部21に同時に形成された凹部21b内に、アース線IELの導線が接続されるように導電体(例えば、半田など)が埋め込まれて形成された部分であってもよい。
The
なお、図2〜4では、入力アース端子40がベース部21におけるパワーモジュール10の取り付けられる側の主面(表面)上に設けられる場合が例示的に示されているが、入力アース端子40は、ベース部21の側面又は裏面に設けられていてもよい。
2 to 4 exemplarily illustrate the case where the
このとき、パワーモジュール10の直流入力端子12−1,12−2と、出力アース端子30と、入力アース端子40との間における電流伝播経路は、等価的に図3に示すようになる。例えば、直流入力端子12−1,12−2は、導体パターンCP1,CP2と、絶縁基板SB及び金属製プレートSHによる容量成分Cを介して、ベース部21におけるパワーモジュール10が熱的に接触された領域のノードN1に接続されている。ノードN1は、ベース部21内の寄生インピーダンスZ1を介して出力アース端子30に接続されているとともに、ベース部21内の寄生インピーダンスZ2を介して入力アース端子40に接続されている。出力アース端子30と入力アース端子40とは、ベース部21内の寄生インピーダンスZ3を介して互いに接続されている。
At this time, the current propagation paths among the DC input terminals 12-1 and 12-2, the
例えば、出力アース端子30及び直流入力端子12−1,12−2の間の電流伝播経路PP1は、例えば、図2〜4に破線で示すように、出力アース端子30からベース部21内の寄生インピーダンスZ1’(≒Z1)の部分を通った後、例えば容量Cpp1(>>C)に対応する封止材13の表面(図2参照)を通って直流入力端子12−1,12−2に至るような経路である。
For example, the current propagation path PP1 between the
また、例えば、入力アース端子30及び直流入力端子12−1,12−2の間の電流伝播経路PP2は、例えば、図2〜4に2点鎖線示すように、直流入力端子12−1,12−2から例えば容量Cpp2(>>C)に対応する封止材13の表面を通った後、ベース部21内の寄生インピーダンスZ2’(≒Z2)の部分を通って入力アース端子30に至るような経路である。
Further, for example, the current propagation path PP2 between the
また、例えば、出力アース端子30及び入力アース端子40の間の電流伝播経路PP3は、出力アース端子30からベース部21内の寄生インピーダンスZ3の部分を通って入力アース端子40に至るような経路である。
For example, the current propagation path PP3 between the
ここで、仮に、図20に示すように、出力アース端子130及び直流入力端子112−1の間の電流伝播経路PP11の最短長さをD11とし、入力アース端子140及び直流入力端子112−1の間の電流伝播経路PP12の最短長さをD12とし、出力アース端子130及び入力アース端子140の間の電流伝播経路PP13の最短長さをD13とする。この場合、図20に示すように、D12≒D11、D13<D11、D13<D12となるので、出力アース端子130に流れ込んだ高周波ノイズの電流が、容易に入力アース端子140へ流出してしまう。すなわち、ヒートシンク20のベース部21に流れ込んだ高周波ノイズの電流が、入力アース端子140、電源配線PL(電源線G)、及び電源アース線PEL経由で電源PS側に流れ出す可能性がある(図1参照)。高周波ノイズの電流が電源PS側に流れ出すと、電源PSと同一の電源系統に接続されている他の周辺機器に許容レベルを超えたノイズ影響(ノイズ)を及ぼす可能性がある。
Here, as shown in FIG. 20, the shortest length of the current propagation path PP11 between the
それに対して、実施の形態1では、図2〜4に示すように、直流入力端子12−1及び出力アース端子30の間の電流伝播経路PP1における最短長さをD1とし、直流入力端子12−1及び入力アース端子40の間の電流伝播経路PP2における最短長さをD2とし、出力アース端子30及び入力アース端子40の間の電流伝播経路PP3における最短長さをD3とするとき、次の数式1が成り立つ。
D1<D2、且つ、D1<D3 ・・・数式1
On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, the shortest length in the current propagation path PP1 between the DC input terminal 12-1 and the
D1 <D2 and D1 <
これにより、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP2経由で入力アース端子40へ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10内(例えば、導電パターンCP1等)へ還流させることができる。
Thereby, the current of the high frequency noise flowing into the
また、数式1と同様の関係は、直流入力端子12−2についても成り立つ。すなわち、パワーモジュール10において、電力変換装置1の直流母線PL,NLにそれぞれ電気的に接続された複数の直流入力端子12−1,12−2が引き出されている場合に、複数の直流入力端子12−1,12−2のうち出力アース端子30から最も遠い直流入力端子12−1について数式1が成り立てば、他の直流入力端子12−2は、D1がD2,D3に比べてさらに小さい関係にあると考えられるので、数式1と同様の関係が成り立つ。
In addition, the same relationship as in
以上のように、実施の形態1では、電力変換装置1において、直流入力端子12−1,12−2及び出力アース端子30の間の電流伝播経路PP1における最短長さをD1とし、直流入力端子12−1,12−2及び入力アース端子40の間の電流伝播経路PP2における最短長さをD2とし、出力アース端子30及び入力アース端子40の間の電流伝播経路PP3における最短長さをD3とするとき、
D1<D2、且つ、D1<D3
が成り立つ。これにより、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP2経由で入力アース端子40へ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10内(例えば、導電パターンCP1等)へ還流させることができるので、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が入力アース端子40へ流れ出すことを抑制でき、電力変換装置1の外部へ流れ出す高周波ノイズの電流を許容上限レベル以下に抑制できる。この結果、同一電源系統に接続されている周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に抑制できる。
As described above, in the first embodiment, in the
D1 <D2 and D1 <D3
Holds. Thereby, the current of the high frequency noise flowing into the
また、実施の形態1では、電力変換装置1において、パワーモジュール10の複数の直流入力端子12−1,12−2のうち出力アース端子30から最も遠い直流入力端子12−1と出力アース端子30との間の電流伝播経路PP1における最短長さをD1’とし、その最も遠い直流入力端子12−1と入力アース端子40との間の電流伝播経路PP2における最短長さをD2’とし、出力アース端子30及び入力アース端子40の間の電流伝播経路PP3における最短長さをD3’とするとき、
D1’<D2’、且つ、D1’<D3’
が成り立つ。これにより、パワーモジュール10において複数の直流入力端子12−1,12−2が引き出されている場合に、各直流入力端子12−1,12−2について、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1経路で容易に直流入力端子12−1,12−2に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1,12−2に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP2経由で入力アース端子40へ流れにくいようにすることができる。
In the first embodiment, in the
D1 ′ <D2 ′ and D1 ′ <D3 ′
Holds. Thereby, when a plurality of DC input terminals 12-1 and 12-2 are drawn out in the
また、実施の形態1では、電力変換装置1において、例えば、出力アース端子30及び入力アース端子40がベース部21の対角方向における互いに反対側に設けられている。これにより、直流入力端子12−1,12−2及び出力アース端子30の間の電流伝播経路PP1における最短長さをD1とし、直流入力端子12−1,12−2及び入力アース端子40の間の電流伝播経路PP2における最短長さをD2とし、出力アース端子30及び入力アース端子40の間の電流伝播経路PP3における最短長さをD3とするとき、
D1<D2、且つ、D1<D3
が成り立つように容易に構成できる。
In the first embodiment, in the
D1 <D2 and D1 <D3
It can be easily configured so that
なお、図2〜4の構成では、出力アース端子30及び入力アース端子40がベース部21の対角方向における互いに反対側に設けられている場合が例示的に示されているが、数式1が成り立つように構成されていればよく、例えば、出力アース端子30及び入力アース端子40がベース部21の反対側の輪郭辺の近傍に設けられていてもよい。
2 to 4 exemplarily illustrate the case where the
あるいは、パワーモジュール10’は、例えば、図5に示すように、コンバータ11a及び平滑コンデンサC1を外部に有するとともに、電力変換装置1の主要部としてインバータ11bを内蔵していてもよい。この場合でも、図5に破線の矢印で示すように、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10内へ還流させることで、電力変換装置1の外部へ流れ出す高周波ノイズの電流を許容上限レベル以下に抑制できる。
Alternatively, for example, as illustrated in FIG. 5, the
実施の形態2.
次に、実施の形態2にかかる電力変換装置1iについて図6及び図7を用いて説明する。図6は、電力変換装置1iの外観構成を示す斜視図である。図7は、パワーモジュール10、ヒートシンク20、出力アース端子30、及び入力アース端子40iの間における電流伝播経路を示す平面図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
Next, a power conversion device 1 i according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a perspective view showing an external configuration of the power conversion device 1i. FIG. 7 is a plan view showing a current propagation path among the
実施の形態1では、出力アース端子30及び入力アース端子40がともにベース部21に設けられているが、実施の形態2では、入力アース端子40iをベース部21から離間させた位置に設ける。
In the first embodiment, both the
具体的には、図6に示すように、電力変換装置1iは、突出部50iをさらに備える。突出部50iは、一端50i1がベース部21に接合され、他端50i2がベース部21から離間している。突出部50iは、例えばベース部21と同じ導体(例えば、アルミニウム)で形成され、一端50i1が公知の接合技術を用いてベース部21に接合されている。例えば、図7に示す接合面50i1aでは、突出部50iを許容下限レベル以上の機械的強度でベース部21に固定でき、且つ突出部50iをベース部21に電気的に許容上限レベル以下の抵抗値で(例えば、オーミック接触するように)、一端50i1がベース部21に接合されている。
Specifically, as shown in FIG. 6, the power conversion device 1 i further includes a
突出部50iでは、一端50i1及び他端50i2の間の本体部50i3,50i4がベース部21から離間するように延びており、それに応じて、他端50i2もベース部21から離間している。離間の間隔の最小値CL1は、例えば、本体部50i3,50i4とベース部21との間に直接的な電流伝播経路が形成される値より大きくなっている。
In the protruding
なお、図6,7では、突出部50iがベース部21の表面に沿って略L字形状に延びている場合が例示されているが、本体部50i3,50i4とベース部21との間に直接的な電流伝播経路が形成されないように構成されていればよく、突出部50iの形状はこの形状に限定されない。
6 and 7 exemplify a case where the protruding
入力アース端子40iは、突出部50i上に設けられており、例えば突出部50i上における他端50i2側に設けられている。例えば、入力アース端子40iは、突出部50i上における他端50i2の近傍に設けられている。
The
このとき、図7に示すように、直流入力端子12−1及び出力アース端子30の間の電流伝播経路PP1iにおける最短長さをD1iとし、直流入力端子12−1及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP2iにおける最短長さをD2iとし、出力アース端子30及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP3iにおける最短長さをD3iとするとき、次の数式2が成り立つ。
D1i<D2i、且つ、D1i<D3i ・・・数式2
At this time, as shown in FIG. 7, the shortest length in the current propagation path PP1i between the DC input terminal 12-1 and the
D1i <D2i and D1i <
これにより、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1i経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP2i経由で入力アース端子40iへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10内(例えば、導電パターンCP1等)へ還流させることができる。
As a result, the high-frequency noise current flowing into the
このように、実施の形態2では、電力変換装置1iにおいて、突出部50iの一端50i1がベース部21に接合され、他端50i2がベース部21から離間している。そして、出力アース端子30がベース部21上に設けられ、入力アース端子40iが突出部50i上に設けられる。例えば、入力アース端子40iは、突出部50i上における他端50i2側に設けられている。また、例えば、出力アース端子30は、ベース部21上における突出部50iの他端50i2が接合された部分と反対側に設けられる。これにより、直流入力端子12−1及び出力アース端子30の間の電流伝播経路PP1iにおける最短長さをD1iとし、直流入力端子12−及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP2iにおける最短長さをD2iとし、出力アース端子30及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP3iにおける最短長さをD3iとするとき、
D1i<D2i、且つ、D1i<D3i
が成り立つように容易に構成できる。
Thus, in the second embodiment, in the power conversion device 1i, the one end 50i1 of the protruding
D1i <D2i and D1i <D3i
It can be easily configured so that
なお、図8に示すように、電力変換装置1jは、突出部50iに代えて線状部材50jを備えてもよい。すなわち、線状部材50jは、一端50j1がベース部21に接合され、他端50j2がベース部21から離間している。線状部材50jは、例えばベース部21と同じ導体(例えば、アルミニウム)で形成され、一端が公知の接合技術を用いてベース部21に接合されている。例えば、接合面では、線状部材50jを許容下限レベル以上の機械的強度でベース部21に固定でき、且つ線状部材50jをベース部21に電気的に許容上限レベル以下の抵抗値で(例えば、オーミック接触するように)、一端がベース部21に接合されている。
In addition, as shown in FIG. 8, the power converter device 1j may be provided with the
線状部材50jでは、一端50j1及び他端50j2の間の本体部50j3がベース部21から離間するように延びている。具体的には、線状部材50jが可撓性を有する点を考慮し、接合面における接合の向きを、離間の間隔の最小値が、例えば、本体部50j3とベース部21との間に直接的な電流伝播経路が形成される値より大きくなるような向きにすることが好ましい。
In the
入力アース端子40jは、線状部材50j上に設けられており、例えば線状部材50j上における他端50j2側に設けられている。例えば、入力アース端子40jは、線状部材50j上における他端50j2の近傍に設けられている。
The
このとき、図8に示すように、直流入力端子12−1及び出力アース端子30の間の電流伝播経路PP1jにおける最短長さをD1jとし、直流入力端子12−1及び入力アース端子40jの間の電流伝播経路PP2jにおける最短長さをD2jとし、出力アース端子30及び入力アース端子40jの間の電流伝播経路PP3jにおける最短長さをD3jとするとき、次の数式3が成り立つ。
D1j<D2j、且つ、D1j<D3j ・・・数式3
At this time, as shown in FIG. 8, the shortest length in the current propagation path PP1j between the DC input terminal 12-1 and the
D1j <D2j and D1j <
これにより、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1j経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP2j経由で入力アース端子40jへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10内(例えば、導電パターンCP1等)へ還流させることができる。
As a result, the high frequency noise current flowing into the
実施の形態3.
次に、実施の形態3にかかる電力変換装置1kについて図9を用いて説明する。図9は、電力変換装置1kの外観構成を示す斜視図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
Next, a
実施の形態2では、ベース部21上に1つのパワーモジュール10が実装される場合が例示されているが、実施の形態3では、ベース部21上に複数のパワーモジュール10−1〜10−k(kは2以上の整数)が実装される。
In the second embodiment, the case where one
具体的には、図9に示すように、電力変換装置1kは、複数のパワーモジュール10−1〜10−k(kは2以上の整数)を備える。例えば、出力容量を増加させたい場合などに、電力変換装置1kは、複数のパワーモジュール10−1〜10−kを備える。
Specifically, as illustrated in FIG. 9, the
例えば、k=3である場合、複数のパワーモジュール10−1〜10−3は、出力アース端子30に近い方から順にベース部21上に配置されている。すなわち、複数のパワーモジュール10−1〜10−3のうちパワーモジュール10−3が、出力アース端子30から最も遠いパワーモジュールである。
For example, when k = 3, the plurality of power modules 10-1 to 10-3 are arranged on the
このとき、図9に示すように、出力アース端子30から最も遠いパワーモジュール10−3の直流入力端子12−1と出力アース端子30との間の電流伝播経路PP1kにおける最短長さをD1kとし、最も遠いパワーモジュール10−3の直流入力端子12−1と入力アース端子40iとの間の電流伝播経路PP2kにおける最短長さをD2kとし、出力アース端子30及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP3kにおける最短長さをD3kとするとき、次の数式4が成り立つ。
D1k<D2k、且つ、D1k<D3k ・・・数式4
At this time, as shown in FIG. 9, the shortest length in the current propagation path PP1k between the DC input terminal 12-1 and the
D1k <D2k and D1k <D3k Equation 4
これにより、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1k経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP2k経由で入力アース端子40iへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10−3内(例えば、導電パターンCP1等)へ還流させることができる。
As a result, the high-frequency noise current flowing into the
また、数式4と同様の関係は、他のパワーモジュール10−1,10−2の直流入力端子12−2についても成り立つ。すなわち、ベース部21上に複数のパワーモジュール10−1〜10−3が実装されている場合に、複数の直流入力端子10−1〜10−3のうち出力アース端子30から最も遠いパワーモジュール10−3の直流入力端子12−1について数式4が成り立てば、他のパワーモジュール10−1,10−2の直流入力端子12−2は、D1kがD2k,D3kに比べてさらに小さい関係にあると考えられるので、数式4と同様の関係が成り立つ。
In addition, the same relationship as in Equation 4 holds for the DC input terminals 12-2 of the other power modules 10-1 and 10-2. That is, when a plurality of power modules 10-1 to 10-3 are mounted on the
このように、実施の形態3では、複数のパワーモジュール10−1〜10−kのうち出力アース端子から最も遠いパワーモジュール10−kの直流入力端子12−1と出力アース端子30の間の電流伝播経路における最短長さをD1”とし、最も遠いパワーモジュール10−kの直流入力端子12−1と入力アース端子40iとの間の電流伝播経路における最短長さをD2”とし、出力アース端子30及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路における最短長さをD3”とするとき、
D1”<D2”、且つ、D1”<D3”
が成り立つ。これにより、ベース部21上に複数のパワーモジュール10−1〜10−kが実装され場合に、各パワーモジュール10−1〜10−kの直流入力端子12−1について、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1k経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP2k経由で入力アース端子40iへ流れにくいようにすることができる。
Thus, in
D1 "<D2" and D1 "<D3"
Holds. Thereby, when a plurality of power modules 10-1 to 10-k are mounted on the
実施の形態4.
次に、実施の形態4にかかる電力変換装置1nについて図10〜12を用いて説明する。図10は、電力変換装置1nの外観構成を示す斜視図である。図11は、電力変換装置1nの構成を示す平面図である。図12は、シールドケーブルの構成を示す図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 4 FIG.
Next, the
実施の形態2では、言及していないが、パワーモジュール10及び負荷機器LDの間の電力配線PL(電力線U、V、W)と、パワーモジュール10の出力側のアース線OELとが、例えば図12(a)に示すようなシールドケーブルSCとして構成される。例えば、パワーモジュール10から負荷機器LDへ3相交流電力としてU相、V相、W相の交流電力が図12(a)中にU,V,Wで示す電力線で伝達され、負荷機器筐体LD3からヒートシンク20へ高周波ノイズの電流が図12(a)中にGで示すアース線で還流されるとする。この場合、シールドケーブルSCにおいて、電力線U,V,W及びアース線Gの周囲に電磁波ノイズが放射されることを抑制するため、電力線U,V,W及びアース線Gと外皮SC1との間に電力線U,V,W及びアース線Gを収容するようにシールド層SC2が設けられている。このシールド層SC2には、電力線U,V,W及び/又はアース線Gから高周波ノイズの電流が漏れ出すことがある。
Although not mentioned in the second embodiment, the power wiring PL (power lines U, V, W) between the
そこで、実施の形態4では、シールド層SC2に漏れ出した高周波ノイズの電流もパワーモジュール10内へ還流させるための工夫を行う。
Therefore, in the fourth embodiment, a device for returning the high-frequency noise current leaking to the shield layer SC2 into the
具体的には、シールドケーブルSCが、図12(b)に示すように、シールド層SC2が露出された状態で、取付構造60における端子台63上に固定金具64が出力シールド端子61,62にネジ等で取り付けられることに着目し、図10に示すように、取付構造60nにおける出力シールド端子61n,62nを、出力アース端子30と同様の考え方でヒートシンク20に設けることにする。
Specifically, as shown in FIG. 12B, the shield metal SC is fixed to the
例えば、端子台63nを導体で形成するとともに、端子台63nをベース部21における出力アース端子30の近傍に設ける。例えば、端子台63nをベース部21における出力アース端子30の近傍の側面に取り付ける。これにより、出力シールド端子61n,62nが出力アース端子30の近傍に位置することになる。
For example, the
このとき、図11に示すように、直流入力端子12−1及び出力シールド端子61nの間の電流伝播経路PP4nにおける最短長さをD4nとし、直流入力端子12−1及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP5nにおける最短長さをD5nとし、出力シールド端子61n及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP3nにおける最短長さをD6nとするとき、次の数式5が成り立つ。
D4n<D5n、且つ、D4n<D6n ・・・数式5
At this time, as shown in FIG. 11, the shortest length in the current propagation path PP4n between the DC input terminal 12-1 and the
D4n <D5n and D4n <D6n Equation 5
これにより、出力シールド端子61nに流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP4n経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP5n経由で入力アース端子40iへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力シールド端子61nに流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10内(例えば、導電パターンCP1等)へ還流させることができる。
Thereby, the current of the high frequency noise flowing into the
このように、実施の形態4では、電力変換装置1nにおいて、出力シールド端子61n,62nが出力アース端子30の近傍に設けられる。これにより、出力シールド端子61nに流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP4n経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP5n経由で入力アース端子40iへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力シールド端子61nに流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10内(例えば、導電パターンCP1等)へ還流させることができる。この結果、電力変換装置1nの外部へ流れ出す高周波ノイズの電流をさらに抑制できる。
Thus, in the fourth embodiment, in the
なお、出力シールド端子61n,62nは、ベース部21において、出力アース端子30もしくはパワーモジュール10の直近で、突出部50iから離れた位置であれば製品形状の制約範囲内でその取り付け位置を変更できる。例えば、出力シールド端子61n,62nを出力アース端子30もしくはパワーモジュール10の直近で、冷却フィン22−1〜22−kに設ける構成でもよい。
It should be noted that the
実施の形態5.
次に、実施の形態5にかかる電力変換装置1pについて図13及び図14を用いて説明する。図13は、電力変換装置1nの外観構成を示す斜視図である。図14は、電力変換装置1nの構成を示す平面図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 5. FIG.
Next, a
実施の形態2では、ベース部21に出力アース端子30を設けているが、実施の形態5では、ヒートシンク20が取り付けられる金属盤70p上に出力アース端子30pを設ける。
In the second embodiment, the
具体的には、図13,14に示すように、電力変換装置1pは、金属盤70p及び複数の脚部80p−1〜80p−3をさらに備えるとともに、出力アース端子30に代えて出力アース端子30pを備える。例えば、電力変換装置1pと負荷機器LDとを近接して配置させたい場合、又は、電力変換装置1pと負荷機器LDとを一体化させたい場合に、ヒートシンク20が金属盤70p上に取り付けられる。
Specifically, as shown in FIGS. 13 and 14, the
例えば、複数の脚部80p−1〜80p−3は、複数の冷却フィン22−1〜22−kを金属盤70p上へ固定する。例えば、各脚部80p−1〜80p−3は、ネジ等により金属盤70p上へ固定されることで、複数の冷却フィン22−1〜22−kを金属盤70p上へ固定する。このとき、複数の脚部80p−1〜80p−3は、例えば、図14に示すように、平面視において、突出部50iに近接した位置Aを避けて設けるようにする。
For example, the plurality of
出力アース端子30pは、金属盤70p上における複数の脚部80p−1〜80p−3のうちの脚部80p−1に対応した位置に設けられる。出力アース端子30pは、例えば、金属盤70p上における脚部80p−1に隣接した位置に設けられる。
The
このとき、図13に示すように、直流入力端子12−1と出力アース端子30pとの間の電流伝播経路PP1pにおける最短長さをD1pとし、直流入力端子12−1と入力アース端子40iとの間の電流伝播経路PP2pにおける最短長さをD2pとし、出力アース端子30p及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP3pにおける最短長さをD3pとするとき、次の数式6が成り立つ。
D1p<D2p、且つ、D1p<D3p ・・・数式6
At this time, as shown in FIG. 13, the shortest length in the current propagation path PP1p between the DC input terminal 12-1 and the
D1p <D2p and D1p <D3p Equation 6
これにより、出力アース端子30pに流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1p経路で容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができ、直流入力端子12−1に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP2p経由で入力アース端子40iへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子30pに流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール10−3内(例えば、導電パターンCP1等)へ還流させることができる。
Thereby, the current of the high frequency noise flowing into the
このように、実施の形態5では、電力変換装置1pにおいて、出力アース端子30pが、金属盤70p上における複数の脚部80p−1〜80p−3のうちの脚部80p−1に対応した位置に設けられる。出力アース端子30pは、例えば、金属盤70p上における脚部80p−1に隣接した位置に設けられる。これにより、直流入力端子12−1及び出力アース端子30pの間の電流伝播経路PP1pにおける最短長さをD1pとし、直流入力端子12−1及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP2pにおける最短長さをD2pとし、出力アース端子30p及び入力アース端子40iの間の電流伝播経路PP3pにおける最短長さをD3pとするとき、
D1p<D2p、且つ、D1p<D3p
が成り立つように容易に構成できる。
Thus, in the fifth embodiment, in
D1p <D2p and D1p <D3p
It can be easily configured so that
なお、出力アース端子30pは、脚部80p−1に重なる位置に設けられてもよい。すなわち、脚部80p−1は、出力アース端子30pと重なるようにしてネジ固定してもよい。この場合でも、上記の数式6が成り立つように容易に構成できる。
Note that the
実施の形態6.
次に、実施の形態6にかかる電力変換装置1qについて図15を用いて説明する。図15は、電力変換装置1qの外観構成を示す斜視図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 6 FIG.
Next, a power conversion device 1q according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a perspective view showing an external configuration of the power conversion device 1q. Hereinafter, the illustration and description of the DC input terminal 12-2 will be omitted, and the description will focus on parts that are different from the second embodiment.
実施の形態2では、入力アース端子40iが突出部50i上に設けられているが、実施の形態6では、突出部50iを筐体シャーシ80qで代用し、入力アース端子40qを筐体シャーシ80q上に設ける。
In the second embodiment, the
具体的には、電力変換装置1qは、突出部50iを備えず、筐体シャーシ80q及び突出部90qを備える。筐体シャーシ80qは、パワーモジュール10及びヒートシンク20を収容するとともにヒートシンク20に接続されている。例えば、筐体シャーシ80qは、底板部80q1上にヒートシンク20における複数の放熱フィン22−1〜22−kが公知の接合方法により接合されている。筐体シャーシ80qは、導体(例えば、アルミニウム)で形成されている。
Specifically, the power conversion device 1q does not include the protruding
入力アース端子40qは、筐体シャーシ80q上に設けられ、例えば、筐体シャーシ80qにおける突出部80q2の先端近傍に設けられている。
The
また、突出部90qは、一端90q1がベース部21に接合され、他端90q2がベース部21から離間しているとともに入力アース端子40qに隣接して位置している。すなわち、突出部90qの他端90q2は、筐体シャーシ80qの突出部80q2から離間しながら筐体シャーシ80qの突出部80q2に隣接するように位置している。
The protruding
出力アース端子30qは、突出部90q上に設けられ、例えば、突出部90q上における他端90q2側に設けられている。例えば、出力アース端子30qは、突出部90q上における他端90q2の近傍に設けられている。
The
このように、実施の形態6では、突出部50iが筐体シャーシ80qで代用されており、突出部50iに比べて簡易な形状の突出部90qが追加されているので、実施の形態2に比べて、材料低減とコスト低減を実現できる。
As described above, in the sixth embodiment, the protruding
また、実施の形態6では、突出部90qの他端90q2が入力アース端子40qに隣接して位置しており、出力アース端子30qは、突出部90q上に設けられ、例えば、突出部90q上における他端90q2側に設けられている。これにより、入力アース端子40q及び出力アース端子30qを隣接して配置させることができ、入力側のアース線IEL及び出力側のアース線OELを接続する作業を容易化できる。
In the sixth embodiment, the other end 90q2 of the projecting
なお、実施の形態5の金属盤70p(図13参照)を筐体シャーシ80qの底板部80q1として代用してもよい。
Note that the
実施の形態7.
次に、実施の形態7にかかる電力変換装置1rについて図16を用いて説明する。図16(a)は、電力変換装置1rの構成を示す平面図である。図16(b)は、図16(a)に示すB−B断面図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 7 FIG.
Next, a power conversion device 1r according to a seventh embodiment will be described with reference to FIG. Fig.16 (a) is a top view which shows the structure of the power converter device 1r. FIG.16 (b) is BB sectional drawing shown to Fig.16 (a). Hereinafter, the illustration and description of the DC input terminal 12-2 will be omitted, and the description will focus on parts that are different from the second embodiment.
実施の形態2では、突出部50iの内部構成について特に言及していないが、実施の形態7では、突出部50rの内部に空洞部52rを設ける。
In the second embodiment, no particular reference is made to the internal configuration of the
具体的には、電力変換装置1rは、突出部50i(図6参照)に代えて突出部50rを備える。突出部50rは、例えば角筒状の外殻部51rの内側に例えば角柱状の空洞部52rを有する。これにより、突出部50rを軽量化でき、突出部50rに使用する材料量を低減できる。また、ヒートシンク20のベース部21との接合面において要求される機械的強度の許容下限レベルを下げることができ、接合作業を容易化できる。
Specifically, the power conversion device 1r includes a
このように、実施の形態7では、電力変換装置1rにおいて、突出部50rが内側に空洞部52rを有する。これにより、突出部50rを軽量化できるので、突出部50rに使用する材料量を低減でき、電力変換装置1rの製造コストを低減できる。また、突出部50rを軽量化できるので、ヒートシンク20のベース部21との接合面において要求される機械的強度の許容下限レベルを下げることができ、接合作業を容易化できる。
Thus, in the seventh embodiment, in the power conversion device 1r, the protruding
実施の形態8.
次に、実施の形態8にかかる電力変換装置1sについて図17を用いて説明する。図17は、電力変換装置1rの構成を示す平面図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 8 FIG.
Next, a
実施の形態2では、突出部50iの内部構成について特に言及していないが、実施の形態7では、突出部50sの内部に空洞部52sを設けるとともに、空洞部52sを冷却水の経路として使用する。
In the second embodiment, no particular mention is made of the internal configuration of the
具体的には、電力変換装置1sは、突出部50i(図6参照)に代えて突出部50sを備える。突出部50sは、例えば角筒状の外殻部51sの内側に例えば角柱状の空洞部52sを有する。これにより、突出部50sを軽量化でき、突出部50sに使用する材料量を低減できる。また、ヒートシンク20のベース部21との接合面において要求される機械的強度の許容下限レベルを下げることができ、接合作業を容易化できる。
Specifically, the
さらに、突出部50sは、他端50s2側に冷却水の注入口53sを有するとともに、一端50s1側に冷却水の注出口54sを有する。これにより、突出部50sの空洞部52sを冷却水の経路として使用することができ、突出部50sを水冷することができる。これにより、突出部50sに接合されたヒートシンク20を間接的に水冷できる。
Furthermore, the
このように、実施の形態8では、電力変換装置1sにおいて、突出部50sが内側に空洞部52sを有する。これにより、突出部50sを軽量化できるので、突出部50sに使用する材料量を低減でき、電力変換装置1sの製造コストを低減できる。また、突出部50sを軽量化できるので、ヒートシンク20のベース部21との接合面において要求される機械的強度の許容下限レベルを下げることができ、接合作業を容易化できる。
Thus, in the eighth embodiment, in the
また、実施の形態8では、突出部50sが、空洞部52s内に冷却水を流すための注入口53sをさらに有する。これにより、突出部50sを水冷することができ、突出部50sに接合されたヒートシンク20を間接的に水冷できる。
In the eighth embodiment, the
実施の形態9.
次に、実施の形態9にかかる電力変換装置1sについて図18を用いて説明する。図18は、電力変換装置1tの構成を示す平面図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 9 FIG.
Next, a
実施の形態1では、パワーモジュール10における半導体素子(ダイオード、トランジスタ等)が通常の半導体(例えば、シリコン等)で形成されているが、実施の形態8では、パワーモジュール10tにおける半導体素子(ダイオード、トランジスタ等)がワイドバンドギャップ半導体で形成されている。
In the first embodiment, the semiconductor element (diode, transistor, etc.) in the
具体的には、パワーモジュール10tが電力変換装置1の主要部としてコンバータ11a及びインバータ11bを内蔵する場合、コンバータ11aは、例えば複数のダイオード(図示せず)を有し、各ダイオードの材料として、SiC、GaNまたはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いる。また、インバータ11bは、例えば複数のスイッチング素子(図示せず)及び複数の還流ダイオード(図示せず)を有し、各スイッチング素子及び各還流ダイオードの材料として、それぞれ、SiC、GaNまたはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いる。
Specifically, when the
これにより、図18に示すように、パワーモジュール10tの発熱量を低減できるので、ヒートシンク20tにおける複数の冷却フィン22−1〜22−kを無くすことができる、あるいは、小型化できる。これに応じて、ヒートシンク20tを金属盤70p(図13参照)に固定するための複数の脚部80t−1〜80t−3をベース部21に直接取り付けることができ、脚部80t−1を出力シールド端子61tと重なるようにしてネジ固定できる。すなわち、出力シールド端子61tと直流入力端子12−1との距離をより近づけることが可能となる。
As a result, as shown in FIG. 18, the amount of heat generated by the
このように、実施の形態9では、パワーモジュール10tにおける半導体素子(ダイオード、トランジスタ等)がワイドバンドギャップ半導体で形成されているので、パワーモジュール10tにおける高キャリア運転により損失低減が可能となる一方で、ノイズ発生量は増大する可能性がある。この場合でも、出力側のアース線だけでなくシールド層に流れる高周波ノイズの電流もパワーモジュール10tの直流入力端子12−1に還流させることが容易であるため、ノイズ低減の効果が高まる。
Thus, in the ninth embodiment, since the semiconductor elements (diodes, transistors, etc.) in the
また、実施の形態9では、ヒートシンク20tにおける複数の冷却フィン22−1〜22−kを無くすことができる、あるいは、小型化できるため、金属盤70p(図13参照)に流入した高周波ノイズ電流をパワーモジュール10tの直流入力端子12−1に還流させやすくなる。
In the ninth embodiment, since the plurality of cooling fins 22-1 to 22-k in the
実施の形態10.
次に、実施の形態10にかかる電力変換装置1vについて図19を用いて説明する。図19は、電力変換装置1vの外観構成を示す斜視図である。以下では、直流入力端子12−2の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
Next, the
実施の形態1では、出力アース端子30及び直流入力端子12−1の間の電流伝播経路PP1は、出力アース端子30からベース部21内の寄生インピーダンスZ1’の部分を通った後、封止材13の表面(図2参照)を通って直流入力端子12−1に至るような経路となっている。
In the first embodiment, the current propagation path PP1 between the
それに対して、実施の形態10では、出力アース端子30及び直流入力端子12−1の間にコンデンサ75vを接続し、意図的に電流伝播経路PP1vを作り出す。
On the other hand, in the tenth embodiment, the
具体的には、電力変換装置1vは、コンデンサ75v及び導線76v,77vをさらに備える。コンデンサ75vは、一端が導線77vを介して直流入力端子12−1に接続され、他端が導線76vを介して出力アース端子30に接続されている。これにより、コンデンサ75vの容量値を大きくすることで、出力アース端子30及び直流入力端子12−1の間の電流伝播経路PP1vのインピーダンスを実施の形態1に比べて小さくすることが容易である。
Specifically, the
このように、実施の形態10では、コンデンサ75vの一端が導線77vを介して直流入力端子12−1に接続され、コンデンサ75vの他端が導線76vを介して出力アース端子30に接続されている。これにより、出力アース端子30及び直流入力端子12−1の間の電流伝播経路PP1vのインピーダンスを容易に小さくすることができる。この結果、出力アース端子30に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路PP1v経路でさらに容易に直流入力端子12−1に流れ込むようにすることができる。
As described above, in the tenth embodiment, one end of the
以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に低コストで抑制することができる。 As described above, the power conversion device according to the present invention can suppress the influence of noise on peripheral devices below an allowable level at a low cost.
1,1i,1j,1k,1n,1p,1q,1r,1s,1t,1v 電力変換装置、10,10t パワーモジュール、20 ヒートシンク、30,130,230 出力アース端子、40,140,240 入力アース端子。 1, 1i, 1j, 1k, 1n, 1p, 1q, 1r, 1s, 1t, 1v Power converter, 10, 10t Power module, 20 Heat sink, 30, 130, 230 Output ground terminal, 40, 140, 240 Input ground Terminal.
Claims (18)
前記インバータ回路における正負の直流入力端子を前記パワーモジュールに備え、
前記パワーモジュールは前記ヒートシンクのベース部に取り付け、
前記ヒートシンクのベース部に、前記パワーモジュールから電力供給を行う負荷機器のアースと接続するための出力アース端子と、系統電源のアースと接続するための入力アース端子とを個別に設け、
前記インバータ回路の正負の直流入力端子のうち出力アース端子の位置から遠方にある直流入力端子から前記出力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをD1とし、前記直流入力端子から前記入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをD2とし、前記出力アース端子から前記入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをD3とするとき、
D1<D2、且つ、D1<D3
が成り立つ
ことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device having a power module having an inverter circuit for converting DC power into AC power of an arbitrary frequency, and a heat sink for cooling the power module,
The power module is provided with positive and negative DC input terminals in the inverter circuit,
The power module is attached to the base portion of the heat sink,
In the base portion of the heat sink, an output ground terminal for connecting to the ground of the load device that supplies power from the power module, and an input ground terminal for connecting to the ground of the system power supply are separately provided,
Of the positive and negative DC input terminals of the inverter circuit, the shortest length in the current propagation path from the DC input terminal far from the position of the output ground terminal to the output ground terminal is D1, and the DC input terminal to the input ground terminal When the shortest length in the current propagation path to D2 is D2, and the shortest length in the current propagation path from the output ground terminal to the input ground terminal is D3,
D1 <D2 and D1 <D3
The power converter characterized by these.
前記出力アース端子は、前記ベース部上に設けられ、
前記入力アース端子は、前記突出部上に設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 A protrusion that has one end joined to the base and the other end spaced from the base;
The output ground terminal is provided on the base portion,
The power converter according to claim 1, wherein the input ground terminal is provided on the protruding portion.
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 2, wherein the input ground terminal is provided on the other end side on the protruding portion.
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2, wherein the output ground terminal is provided on a side opposite to a portion where the other end of the projecting portion is joined on the base portion.
前記出力アース端子は、前記ベース部上に設けられ、
前記入力アース端子は、前記線状部材上に設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 A linear member having one end joined to the base portion and the other end spaced from the base portion;
The output ground terminal is provided on the base portion,
The power converter according to claim 1, wherein the input ground terminal is provided on the linear member.
ことを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 5, wherein the input ground terminal is provided on the other end side on the linear member.
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の電力変換装置。 The power output device according to claim 5 or 6, wherein the output ground terminal is provided on a side opposite to a portion on the base portion where the other end of the linear member is joined.
前記電力変換装置では、
前記複数のパワーモジュールのうち前記出力アース端子から最も遠いパワーモジュールの直流入力端子と前記出力アース端子の間の電流伝播経路における最短長さをD1”とし、前記最も遠いパワーモジュールの直流入力端子と前記入力アース端子との間の電流伝播経路における最短長さをD2”とし、前記出力アース端子及び前記入力アース端子の間の電流伝播経路における最短長さをD3”とするとき、
D1”<D2”、且つ、D1”<D3”
が成り立つ
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion device includes a plurality of the power modules,
In the power conversion device,
Among the plurality of power modules, the shortest length in the current propagation path between the DC input terminal of the power module farthest from the output ground terminal and the output ground terminal is D1 ″, and the DC input terminal of the farthest power module is When the shortest length in the current propagation path between the input ground terminal is D2 ″ and the shortest length in the current propagation path between the output ground terminal and the input ground terminal is D3 ″,
D1 "<D2" and D1 "<D3"
The power converter according to claim 1, wherein:
前記出力アース端子に隣接した位置で前記シールドケーブルのシールド層を前記ベース部に電気的に接続するように前記出力アース端子の近傍に設けられた出力シールド端子と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 A shielded cable connecting the inverter circuit and the load device;
An output shield terminal provided near the output ground terminal so as to electrically connect a shield layer of the shielded cable to the base portion at a position adjacent to the output ground terminal;
The power converter according to claim 1, further comprising:
前記電力変換装置は、
金属盤と、
前記複数の冷却フィンを前記金属盤上へ固定する複数の脚部と、
をさらに備え、
前記出力アース端子は、前記金属盤上に設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The heat sink further includes a plurality of cooling fins for cooling the power module via the base portion,
The power converter is
Metal board,
A plurality of legs for fixing the plurality of cooling fins onto the metal plate;
Further comprising
The output ground terminal, the power converter according to claim 1, characterized in that provided on the metal plate.
前記出力アース端子は、前記ベース部側に設けられ、
前記入力アース端子は、前記筐体シャーシ上に設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 A conductor chassis that houses the power module and the heat sink and is connected to the heat sink;
The output ground terminal is provided on the base portion side,
The power converter according to claim 1, wherein the input ground terminal is provided on the housing chassis.
前記出力アース端子は、前記第2の突出部上に設けられている
ことを特徴とする請求項12に記載の電力変換装置。 A second projecting portion having one end joined to the base portion and the other end spaced apart from the base portion and positioned adjacent to the input ground terminal;
The power output device according to claim 12 , wherein the output ground terminal is provided on the second projecting portion.
ことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 2 to 4, wherein the protruding portion has a hollow portion inside.
ことを特徴とする請求項14に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 14 , wherein the protrusion further has an inlet for flowing cooling water into the cavity.
ことを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 15 , wherein the power module includes an element formed of a wide band gap semiconductor in the inverter circuit.
ことを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 16 , further comprising a capacitor having one end connected to the DC input terminal and the other end connected to the output ground terminal.
ことを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の電力変換装置。 Said power module, so as to form an electrostatic capacitance between the base portion, one of claims 1 to 16, characterized in that by applying a dielectric material to an insulating substrate on which the inverter circuit is mounted The power converter device of Claim 1.
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