JP7492180B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Tj-Ta>Po*Rth*(1-exp[-t/(Rth*Cth)]) ・・・(2)
第8の態様では、第2スイッチング素子(52)に継続してオンオフ動作をさせる時間を短くできるので、第2スイッチング素子(52)の熱破壊を抑制できる。
第9の態様では、式(3)が成り立つにもかかわらず、第2スイッチング素子(52)の制御によって抵抗(51)にエネルギーを消費させることで、コンデンサ(41)を含むインバータ回路(30)の入力ノード(30a,30b)間の電子部品を過電圧から保護できる。
第10の態様では、式(4)が成り立つにもかかわらず、第2スイッチング素子(52)の制御によって抵抗(51)にエネルギーを消費させることで、コンデンサ(41)を過電圧から保護できる。
図1は、本開示の実施形態1に係る電力変換装置(10)を示す。この電力変換装置(10)は、交流電源(1)から出力される交流電源電力を、所望周波数及び所望電圧を有する交流に変換して、負荷としての圧縮機(2)に供給する。本実施形態1において、交流電源(1)は、三相交流電源である。
Tj-Ta>Po*Rth*(1-exp[-t/(Rth*Cth)]) ・・・(2)
図6において、G1は、パッケージ(90)の熱容量を、第1の熱容量に設定したときの上記式(2)の右辺の値を示すグラフであり、G2は、G1は、パッケージ(90)の熱容量を、第2の熱容量に設定したときの上記式(2)の右辺の値を示すグラフであり、G3は、パッケージ(90)の熱容量を、第3の熱容量に設定したときの上記式(2)の右辺の値を示すグラフである。第1の熱容量をCth1、第2の熱容量をCth2、第3の熱容量をCth3としたとき、Cth1<Cth2<Cth3である。G4は、式(2)の左辺の値、すなわちTj-Taである。第2スイッチング素子(52)は、式(2)が成り立つとき、すなわち図6中、太線の四角で囲んだ期間のみにオンオフ動作を行う。したがって、式(2)が成り立たない場合にも第2スイッチング素子(52)をオンする場合に比べ、第2スイッチング素子(52)に継続してオンオフ動作をさせる時間を短くできるので、第2スイッチング素子(52)の熱破壊を抑制できる。
ここで、圧縮機(2)のモータのインダクタンスをLm、モータ停止時における最大のモータ電流(例えば、過電流閾値に相当する電流)をImとしたとき、圧縮機(2)に蓄えられる最大の磁気エネルギーEmは、以下の式(4)によって表される。
また、リアクトル(42)のインダクタンスをLr、モータ停止時にリアクトル(42)に流れる最大電流(例えば、圧縮機(2)の負荷が最大という条件下で、電源電流の瞬時値が最大になるタイミングの電流)をIrとしたとき、リアクトル(42)に蓄えられる最大の磁気エネルギーErは、以下の式(5)によって表される。
本実施形態1において、コンデンサ(41)の電圧は、インバータ回路(30)の入力ノード(30a,30b)間の電圧はほぼ等しい。本実施形態1において、コンデンサ(41)の容量をC、インバータ回路(30)の入力ノード(30a,30b)間に印可可能な電圧の最大値をVc1、第1スイッチング素子(31a~36a)のスイッチング動作中の上記入力ノード(30a,30b)間のピーク電圧をVc2、圧縮機(2)に蓄えられる最大の磁気エネルギーをEm、リアクトル(42)に蓄えられる最大の磁気エネルギーをErとした場合も、下式(6)が成り立つ。ここで、インバータ回路(30)の入力ノード(30a,30b)間に印可可能な電圧とは、コンバータ回路(20)、インバータ回路(30)、コンデンサ(41)、及び過電圧保護回路(50)のいずれも破壊しない電圧の限界値であり、すなわちコンバータ回路(20)、インバータ回路(30)、コンデンサ(41)、及び過電圧保護回路(50)の耐電圧の最低値である。
本実施形態1では、式(3)及び式(6)が成り立つにもかかわらず、第2スイッチング素子(52)の制御によって第1抵抗(51)にエネルギーを消費させることで、コンデンサ(41)を過電圧から保護できる。
図7は、実施形態2の図1相当図である。本実施形態2では、交流電源(1)が、単相交流電源である。また、コンバータ回路(20)が、第1~第4の整流回路用ダイオード(21~24)だけを有している。また、リアクトル(42)が、交流電源(1)と、コンバータ回路(20)の一方の入力端子との間に接続されている。この場合、電源電圧の周波数に応じたDCリンク電圧の脈動成分は、電源電圧の周波数に対して約2倍の周波数である。また、DCリンク電圧は、その最大値がその最小値の2倍以上になるように、脈動する。
上記実施形態1,2では、パッケージ(90)の主面の長手方向を、基板(80)の板面に垂直な方向に向けたが、図8に示すように、パッケージ(90)の主面を基板(80)に対向させるように、パッケージ(90)を基板(80)に接続してもよい。
2 圧縮機(負荷)
10 電力変換装置
20 コンバータ回路
30 インバータ回路
30a,30b 入力ノード
31a~36a 第1スイッチング素子
41 コンデンサ
42 リアクトル
50 過電圧保護回路
51 第1抵抗
52 第2スイッチング素子
70 保護回路制御部
80 基板
90 パッケージ
91 端子
L1,L2,L3 長さ
TH1 第1閾値
TH2 第2閾値
Claims (11)
- 交流電源(1)から出力される交流を直流に変換するコンバータ回路(20)と、
複数の第1スイッチング素子(31a~36a)を有し、当該複数の第1スイッチング素子(31a~36a)のスイッチング動作により、上記コンバータ回路(20)の出力を交流に変換して負荷(2)に供給するインバータ回路(30)と、
上記インバータ回路(30)の入力ノード(30a,30b)間に接続され、上記コンバータ回路(20)の出力電圧の脈動を許容するコンデンサ(41)とを備えた電力変換装置であって、
互いに直列に接続された抵抗(51)及び第2スイッチング素子(52)を有し、上記コンデンサ(41)と並列に接続された過電圧保護回路(50)と、
上記第2スイッチング素子(52)を収容するパッケージ(90)と、
上記負荷(2)から上記インバータ回路(30)の入力側に電流が流れ込む期間において、上記コンデンサ(41)の電圧が所定の第1閾値(TH1)を超える場合に、上記第2スイッチング素子(52)をオンする制御部(70)とをさらに備え、
上記パッケージ(90)には、ヒートシンクが取り付けられておらず、
上記負荷(2)から上記インバータ回路(30)の入力側に電流が流れ込む状態で上記制御部(70)が上記第2スイッチング素子(52)を最初にオンした直後に、上記第2スイッチング素子(52)を流れる電流が、上記負荷(2)から上記インバータ回路(30)の入力側に流れ込む電流と、上記交流電源(1)から上記コンバータ回路(20)の出力側に流れ込む電流との和よりも小さい状態となることを特徴とする電力変換装置。 - 交流電源(1)から出力される交流を直流に変換するコンバータ回路(20)と、
複数の第1スイッチング素子(31a~36a)を有し、当該複数の第1スイッチング素子(31a~36a)のスイッチング動作により、上記コンバータ回路(20)の出力を交流に変換して負荷(2)に供給するインバータ回路(30)と、
上記インバータ回路(30)の入力ノード(30a,30b)間に接続され、上記コンバータ回路(20)の出力電圧の脈動を許容するコンデンサ(41)とを備えた電力変換装置であって、
互いに直列に接続された抵抗(51)及び第2スイッチング素子(52)を有し、上記コンデンサ(41)と並列に接続された過電圧保護回路(50)と、
上記第2スイッチング素子(52)を収容するパッケージ(90)と、
上記負荷(2)から上記インバータ回路(30)の入力側に電流が流れ込む期間において、上記コンデンサ(41)の電圧が所定の第1閾値(TH1)を超える場合に、上記第2スイッチング素子(52)をオンする制御部(70)とをさらに備え、
上記パッケージ(90)には、ヒートシンクが取り付けられておらず、
上記制御部(70)は、上記コンデンサ(41)の電圧が上記第1閾値(TH1)を超える場合に、上記第2スイッチング素子(52)をオンし、上記コンデンサ(41)の電圧が上記第1閾値(TH1)以下である所定の第2閾値(TH2)以下である場合に、上記第2スイッチング素子(52)をオフし、
上記第2スイッチング素子(52)の平均損失をPo、上記第2スイッチング素子(52)及び上記パッケージ(90)の間の熱抵抗をRth、上記第2スイッチング素子(52)のジャンクション最大定格温度をTj、上記複数の第1スイッチング素子(31a~36a)のスイッチング動作中における上記パッケージ(90)周辺の最高雰囲気温度をTa、上記第2スイッチング素子(52)に継続してオンオフ動作をさせる時間をt、上記パッケージ(90)の熱容量をCthとしたときに、
以下の式(1)及び式(2)が成り立つことを特徴とする電力変換装置。
Po*Rth>Tj-Ta ・・・(1)
Tj-Ta>Po*Rth*(1-exp[-t/(Rth*Cth)]) ・・・(2) - 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
上記パッケージ(90)には、端子(91)が接続され、
上記端子(91)は、基板(80)に接続されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項3に記載の電力変換装置において、
上記パッケージ(90)の第1方向の長さ(L1)が27mm以下であり、上記パッケージ(90)の上記第1方向に対して垂直な第2方向の長さ(L2)が21mm以下であり、かつ上記パッケージ(90)の上記第1方向及び上記第2方向に対して垂直な第3方向の長さ(L3)が5.5mm以下であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
上記第2スイッチング素子(52)の電流容量は、上記第1スイッチング素子(31a~36a)の電流容量よりも大きいことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
上記第1スイッチング素子(31a~36a)、及び上記第2スイッチング素子(52)は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又は絶縁ゲート電界効果トランジスタであり、
オン状態での上記第2スイッチング素子(52)のゲートエミッタ間電圧、又はゲートソース間電圧の絶対値は、オン状態での上記第1スイッチング素子(31a~36a)のゲートエミッタ間電圧、又はゲートソース間電圧の絶対値よりも大きいことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
上記交流電源(1)と上記コンデンサ(41)との間には、リアクトル(42)が設けられ、
上記コンデンサ(41)の容量をC、上記インバータ回路(30)の入力ノード(30a,30b)間に印可可能な電圧の最大値をVc1、上記スイッチング動作中の上記入力ノード(30a,30b)間のピーク電圧をVc2、上記負荷(2)に蓄えられる最大の磁気エネルギーをEm、上記リアクトル(42)に蓄えられる最大の磁気エネルギーをErとした場合に、下式(3)が成り立つことを特徴とする電力変換装置。
C(Vc12-Vc22)/2<Em+Er ・・・(3) - 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
上記交流電源(1)と上記コンデンサ(41)との間には、リアクトル(42)が設けられ、
上記コンデンサ(41)の容量をC、上記コンデンサ(41)の耐電圧をVc1、上記スイッチング動作中の上記コンデンサ(41)のピーク電圧をVc2、上記負荷(2)に蓄えられる最大の磁気エネルギーをEm、上記リアクトル(42)に蓄えられる最大の磁気エネルギーをErとした場合に、下式(4)が成り立つことを特徴とする電力変換装置。
C(Vc12-Vc22)/2<Em+Er ・・・(4) - 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
上記抵抗(51)は、基板(80)に実装されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
上記負荷(2)は、圧縮機(2)であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、
上記第2スイッチング素子(52)は、ワイドバンドギャップ半導体を主材料とした素子であることを特徴とする電力変換装置。
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JP2015216717A (ja) | 2014-05-08 | 2015-12-03 | トヨタ自動車株式会社 | 電力変換器 |
JP2019146374A (ja) | 2018-02-21 | 2019-08-29 | 株式会社日立産機システム | 電力変換装置 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011229372A (ja) | 2010-03-31 | 2011-11-10 | Toshiba Corp | 電気車制御装置 |
JP2014042382A (ja) | 2012-08-21 | 2014-03-06 | Denso Corp | スイッチングモジュール |
WO2014136271A1 (ja) | 2013-03-08 | 2014-09-12 | 株式会社東芝 | 車両用電力変換装置 |
JP2015216717A (ja) | 2014-05-08 | 2015-12-03 | トヨタ自動車株式会社 | 電力変換器 |
JP2019146374A (ja) | 2018-02-21 | 2019-08-29 | 株式会社日立産機システム | 電力変換装置 |
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