功率轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】為了提供具有半導(dǎo)體開關(guān)元件、能夠同時實現(xiàn)開關(guān)浪涌的抑制和防噪措施這兩方面的功率轉(zhuǎn)換裝置，功率轉(zhuǎn)換裝置具備通過半導(dǎo)體開關(guān)元件對由直流電源的正線和負(fù)線提供的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而對該直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換后的電壓的電壓轉(zhuǎn)換部，在所述正線和負(fù)線之間并聯(lián)連接有多個線間電容器，該多個線間電容器的連接位置越靠近所述功率轉(zhuǎn)換部，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的線間電容器的值設(shè)定為大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
【專利說明】功率轉(zhuǎn)換裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換裝置，尤其涉及對該功率轉(zhuǎn)換裝置所產(chǎn)生的浪涌電壓和電磁噪聲進(jìn)行抑制的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]在使用半導(dǎo)體開關(guān)元件而構(gòu)成的功率轉(zhuǎn)換裝置中，存在進(jìn)行開關(guān)時在元件兩端所產(chǎn)生的電壓浪涌較大的問題。例如若半導(dǎo)體開關(guān)元件是IGBT，則在集電極-發(fā)射極間會產(chǎn)生該電壓浪涌(下文中，將這種電壓浪涌稱為開關(guān)浪涌)。
[0003]在對IGBT進(jìn)行開關(guān)時所產(chǎn)生的集電極-發(fā)射極間電壓Vce和集電極電流Ic之間的關(guān)系例如如圖18的示意圖所示那樣。由該圖可知，在功率轉(zhuǎn)換裝置中，在關(guān)斷時集電極-發(fā)射極間電壓Vce會發(fā)生突增(開關(guān)浪涌)、在導(dǎo)通時集電極電流Ic會發(fā)生突增。于是，若該開關(guān)浪涌超過半導(dǎo)體開關(guān)元件的耐壓，則會導(dǎo)致元件損壞，很大程度上關(guān)系到功率轉(zhuǎn)換裝置的可靠性。
[0004]此外，開關(guān)時所產(chǎn)生的電壓、電流的急劇變化、以及伴隨著該急劇變化而產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象使得產(chǎn)生較高電平的噪聲，從而產(chǎn)生傳導(dǎo)到電源系統(tǒng)的傳導(dǎo)噪聲、傳播到功率轉(zhuǎn)換裝置及連接至裝置的電纜周圍空間的輻射噪聲。于是要求降低這些傳導(dǎo)噪聲或輻射噪聲，以使得周圍的設(shè)備不發(fā)生誤動作。例如在國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)(IEC)中分別定義了傳導(dǎo)噪聲在150kHz~30MHz內(nèi)，輻射噪聲在30MHz~IGHz內(nèi)這樣的限制值。
[0005]圖19所示的功率轉(zhuǎn)換裝置是表示電動機驅(qū)動電路的主要部分的簡要電路圖。該圖所示的電動機驅(qū)動電路中，在直流電源線的正線6和負(fù)線7之間連接有將由三相交流電源I提供的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓并進(jìn)行輸出的整流器2、以及對該整流器2輸出的直流電壓進(jìn)行穩(wěn)壓的平滑電容器Cdc。并且在電動機驅(qū)動電路中還具備逆變器3，該逆變器3接受經(jīng)由平滑電容器Cdc穩(wěn)壓后的直流電壓，輸出任意頻率的三相交流電壓。接著，將該逆變器3輸出的三相交流電壓提供給電動機M，以獲得所期望的轉(zhuǎn)速。
[0006]具體而言，整流器2中，三組由兩個整流用二極管串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路(Dl和D4、D2和D5以及D3和D6)并聯(lián)連接，將由三相交流電源I提供的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。此外，逆變器3具有以下結(jié)構(gòu)，即:三組由兩個IGBT串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路(SI和S4、S2和S5以及S3和S6)并聯(lián)連接。該逆變器也可以使用例如由兩個開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的所謂的2inl型功率模塊、由六個開關(guān)元件橋式連接而成的6inl型功率模塊、或者將由六個整流二極管橋式連接而成的整流器電路和由六個開關(guān)元件橋式連接而成的逆變器電路封裝后得到的PIM(Power Integrated Modules:功率集成模塊)來構(gòu)成。此外，逆變器3由未圖示的控制電路進(jìn)行例如PWM控制。
[0007]這里，圖19中的Lpl、Lp2、Lp3、Ldcp、Ldcn、Lnl、Ln2、Ln3是存在于構(gòu)成整流器和逆變器的直流電源線的印刷圖案、母線的布線電感，是產(chǎn)生開關(guān)浪涌的主要因素。雖然這些布線電感Lpl、Lp2、Lp3、Ldcp、Ldcn、Lnl、Ln2、Ln3在通常的電路圖中沒有描述，但在上述功率轉(zhuǎn)換裝置等中從其構(gòu)造上來看是存在的。
[0008]并且，該布線電感的值越大，開關(guān)浪涌也越大。這是由于，在圖19的電路中對各IGBT(SI?S6)進(jìn)行關(guān)斷時，流入布線電感的電流失去了導(dǎo)通路徑。
[0009]對于用于抑制這種開關(guān)浪涌的一般的應(yīng)對方法，存在有連接緩沖電路(snubbercircuit)的方法。這種緩沖電路起到以下作用，即:吸收儲存在布線電感中的能量,從而對開關(guān)浪涌進(jìn)行抑制。圖20是在圖19所示的功率轉(zhuǎn)換電路中，在直流電源線的正線6和負(fù)線7之間連接緩沖電容器Cs而得到的。該圖中的布線電感Lpl、Lnl是平滑電容器Cdc和緩沖電容器Cs之間的印刷圖案、母線所具有的。
[0010]另外，對于緩沖電容器Cs，除了其自身的引線所具有的電感以外，還包含與連接的印刷圖案、母線所具有的電感相匹配的布線電感Lsp、Lsn。
[0011]或者，作為用于抑制開關(guān)浪涌的其他的一般應(yīng)對方法，雖然未進(jìn)行圖示，但可以采用以下電路，即:將由二極管和電阻構(gòu)成的并聯(lián)電路與電容器串聯(lián)連接，將由此連接而成的緩沖電路與開關(guān)元件并聯(lián)連接而得到的電路。然而，即使增加這種緩沖電路，在大多情況下也難以充分地降低傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲。
[0012]例如，若參照圖18所示的開關(guān)波形，則在對IGBT進(jìn)行關(guān)斷時，開關(guān)浪涌的峰值電壓成為元件損壞的原因。另一方面，有時開關(guān)浪涌在出現(xiàn)峰值后并不會立即收斂，而是進(jìn)行諧振而振蕩。并且，在導(dǎo)通時的電流中也可以觀察到這種諧振現(xiàn)象。
[0013]這種諧振現(xiàn)象雖然不是元件損壞的原因，但如圖21所示，成為產(chǎn)生使頻譜中出現(xiàn)極大值的噪聲的原因，從而導(dǎo)致產(chǎn)生較大的輻射噪聲、傳導(dǎo)噪聲。此外，對于該諧振現(xiàn)象，用于抑制開關(guān)浪涌而增加的緩沖電路等電路元件、開關(guān)元件自身的寄生電容、與開關(guān)元件周邊的布線電感等產(chǎn)生的諧振是主要因素。作為降低因這種諧振現(xiàn)象而產(chǎn)生的高電平的傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲的方法，嘗試了以下方法，即:將由電容器和電阻器串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路與具有布線電感的直流電源線并聯(lián)連接(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2010-41790號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0015]然而，在專利文獻(xiàn)I所記載的功率轉(zhuǎn)換裝置中，與直流電源線并聯(lián)連接的電容器中也存在有寄生電感，該電感值有可能會大于通常并聯(lián)連接有電容器的直流電源線的電感值。此時，在比期待直流電源線與電容器產(chǎn)生并聯(lián)諧振的頻率要低的頻率下，由電容器與電容器的寄生電感產(chǎn)生串聯(lián)諧振。因此，電容器在上述并聯(lián)諧振頻率下作為寄生電感進(jìn)行動作，從而無法產(chǎn)生所設(shè)想的電容器與直流電源線的并聯(lián)諧振。從而難以降低上述高電平的傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲。
[0016]本發(fā)明是為解決上述問題而完成的，其目的在于，在具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的功率轉(zhuǎn)換裝置中，提供一種能夠同時實現(xiàn)抑制開關(guān)浪涌和降噪措施這兩方面的功率轉(zhuǎn)換裝置。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0017]為解決上述問題，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置是具備電壓轉(zhuǎn)換部的功率轉(zhuǎn)換裝置，該電壓轉(zhuǎn)換部通過半導(dǎo)體開關(guān)元件對由直流電源的正線和負(fù)線提供的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而對該直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換后的電壓，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，包括:平滑電容器，該平滑電容器連接在所述正線和負(fù)線之間，對該直流電源線的直流電壓進(jìn)行平滑；以及緩沖電容器，該緩沖電容器連接在所述正線與負(fù)線之間，對所述功率轉(zhuǎn)換部開關(guān)時產(chǎn)生的浪涌電壓進(jìn)行抑制，所述緩沖電容器與所述功率轉(zhuǎn)換部之間的所述正線與負(fù)線之間至少連接有一個以上的線間電容器，該線間電容器的連接位置越靠近所述功率轉(zhuǎn)換部，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的線間電容器的值大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
[0018]在上述功率轉(zhuǎn)換裝置的功率轉(zhuǎn)換部中，使用IGBT作為半導(dǎo)體開關(guān)元件。而且，通過具備緩沖電容器和噪聲抑制電容器作為線間電容器，使得伴隨著直流電源線部和功率轉(zhuǎn)換部所產(chǎn)生的串聯(lián)諧振而產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲分量得以降低，其中，噪聲抑制電容器所具有的靜電電容比該緩沖電容器小，且比IGBT的主電極間(集電極-發(fā)射極間)的輸出電容大。
[0019]另外，上述功率轉(zhuǎn)換裝置也可以去除緩沖電容器，而由平滑電容器和噪聲抑制電容器的并聯(lián)電路構(gòu)成，或者去除平滑電容器，而由緩沖電容器和噪聲抑制電容器的并聯(lián)電路構(gòu)成。
[0020]此外，本發(fā)明的另一優(yōu)選方式的特征在于，在所述正線與負(fù)線之間，線間電容器、線間電容器與電阻器串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路、及線間電容器與電阻器并聯(lián)連接而成的并聯(lián)電路中的任意一種并聯(lián)連接有多個，所述線間電容器的連接位置越靠近所述功率轉(zhuǎn)換部，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的電容器的值大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
[0021]上述功率轉(zhuǎn)換裝置中，由于電阻器與線間電容器(噪聲抑制電容器)串聯(lián)連接，因此能夠利用電阻器有效地使伴隨著串聯(lián)諧振的噪聲得以衰減。
[0022]或者，本發(fā)明所涉及的所述功率轉(zhuǎn)換部是使用由多個半導(dǎo)體開關(guān)元件封裝而成的半導(dǎo)體模塊的功率轉(zhuǎn)換裝置，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，在所述正線與負(fù)線之間，線間電容器、線間電容器與電阻器串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路、及線間電容器與電阻器并聯(lián)連接而成的并聯(lián)電路中的任意一種并聯(lián)連接有多個，其中連接在最靠近功率轉(zhuǎn)換部的位置的所述線間電容、所述串聯(lián)電路、或所述并聯(lián)電路構(gòu)成在所述半導(dǎo)體模塊內(nèi)，所述線間電容器的連接位置越靠近所述半導(dǎo)體模塊內(nèi)的所述半導(dǎo)體元件，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的電容器的值大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
[0023]上述功率轉(zhuǎn)換裝置中，由于能夠?qū)⒃肼曇种齐娙萜?、與該電容器串聯(lián)連接的電阻器構(gòu)成在半導(dǎo)體模塊內(nèi)，因此無需將這些噪聲抑制電容、電阻器與布線圖案、母線相連接而能以緊湊的結(jié)構(gòu)有效地對噪聲進(jìn)行抑制。
[0024]此外，所述功率轉(zhuǎn)換部除了將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓并進(jìn)行輸出的逆變器外，還可以由通過對輸入的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而轉(zhuǎn)換成其他直流電壓并進(jìn)行輸出的直流斬波器等構(gòu)成。
發(fā)明效果
[0025]本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置利用由線間電容器的電容分量、緩沖電容器的寄生電感分量或周邊直流電源線的電感分量產(chǎn)生的并聯(lián)諧振，來降低伴隨著直流電源線部和功率轉(zhuǎn)換部所產(chǎn)生的串聯(lián)諧振而產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲分量。此外，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置中，由于增加了緩沖電容器、線間電容器，因此直流電源線的阻抗與現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置相比變小，從而開關(guān)浪涌不會惡化。
[0026]由此，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置能夠同時實現(xiàn)開關(guān)浪涌的抑制和輻射噪聲、傳導(dǎo)噪聲的抑制，從而在實際使用中可獲得非常好的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是表示本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置和現(xiàn)有的功率轉(zhuǎn)換裝置之間的噪聲電平的理論推算結(jié)果(相對值)的一個示例的圖。
圖3是表示只有緩沖電容器的情況下的噪聲頻譜分布(電場強度)的實際測量結(jié)果的圖。
圖4是表示連接有緩沖電容器和噪聲抑制電容器的情況下的噪聲頻譜分布(電場強度)的實際測量結(jié)果的圖。
圖5是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的變形例的電路圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的其他變形例的電路圖。
圖7是表示對噪聲抑制電容器進(jìn)行變形后的實施例的主要部分電路圖。
圖8是表示本發(fā)明的實施例2所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖9是表示本發(fā)明的實施例3所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖10是表示本發(fā)明的實施例4所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖11是表示印刷布線基板上所安裝的IGBT模塊、噪聲抑制電容器以及緩沖電容器的配置的一個示例的圖。
圖12是表示與安裝在IGBT模塊上的母線相連接的噪聲抑制電容器和緩沖電容器的一個安裝例的立體圖。
圖13是表示將噪聲抑制電容器安裝在2inl的IGBT模塊內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖14是表示將噪聲抑制電容器安裝在6inl的IGBT模塊內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖15是表示將噪聲抑制電容器應(yīng)用于PIM的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖16是表示本發(fā)明的實施例8所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。
圖17是表示本發(fā)明的實施例9所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。
圖18是表示IGBT的開關(guān)波形的一個示例的圖。
圖19是表示現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖20是表示將緩沖電容器連接至圖16所示的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖21是表示現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置的噪聲電平的一個示例的圖。

【具體實施方式】
[0028]下面，參照附圖，對本發(fā)明一實施方式所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。另外，圖1?圖17是對本發(fā)明的實施方式的例示，這些附圖并非對本發(fā)明作出限定。此外，對于與圖20所示的現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同標(biāo)號，并省略其說明。
實施例1
[0029]圖1是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。本實施例1與圖20所示的現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置的不同點在于，在位于直流電源線的正線6和負(fù)線7的線之間的緩沖電容器Cs和逆變器3之間具有用于抑制傳導(dǎo)噪聲或輻射噪聲的噪聲抑制電容器(線間電容器)Cl，并且該噪聲抑制電容器Cl的靜電電容的值小于緩沖電容器Cs的靜電電容的值，且大于用于逆變器3的半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT:S1~S6)的主電極間(集電極-發(fā)射極間)電容Coes (輸出電容)的值。
[0030]此外，可以使用薄膜電容器作為緩沖電容器Cs，使用陶瓷電容器作為噪聲抑制電容器Cl。
[0031]然而，成為現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的高電平的傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲的產(chǎn)生原因的主要的諧振現(xiàn)象中，存在有在包含緩沖電容器Cs的直流電源線6、7與逆變器3之間產(chǎn)生的串聯(lián)諧振(例如圖20中，在對IGBT(Sl)進(jìn)行開關(guān)時，在布線電感14)2、14)3、1^?、1^11、1^2、Ln3、緩沖電容器Cs及集電極-發(fā)射極間電容(輸出電容)Coes之間產(chǎn)生的串聯(lián)諧振)。
[0032]本發(fā)明的特征在于，對于該串聯(lián)諧振，由于具備緩沖電容器Cs和噪聲抑制電容器Cl，從而降低了伴隨著所述直流電源線部和功率轉(zhuǎn)換部所產(chǎn)生的串聯(lián)諧振而產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲分量。即，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置中，通過噪聲抑制電容器Cl的電容分量與緩沖電容器Cs的寄生(布線)電感分量(Lsp、Lsn)或周邊的直流電源線的電感分量(Lp2、Ln2)之間所產(chǎn)生的新的并聯(lián)諧振來降低噪聲分量。
[0033]此外，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置中，通過增加緩沖電容器Cs、噪聲抑制電容器Cl，使得直流電源線的阻抗相對于現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置變小。因此，開關(guān)浪涌不會惡化。
[0034]在對本發(fā)明的實施例1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的具體電路結(jié)構(gòu)和對策效果進(jìn)行更為詳細(xì)的說明之前，參照圖20對現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
[0035]例如，為了實現(xiàn)獲得電壓抑制效果的目的，使用具有幾百nF左右的靜電電容的薄膜電容器作為緩沖電容器Cs。緩沖電容器與功率轉(zhuǎn)換部之間存在有與緩沖電容器中的幾nH左右的寄生電感分量(Lsp、Lsp)、未圖示的具備開關(guān)元件的功率模塊內(nèi)的幾十nH左右的電感分量、以及因薄膜電容器尺寸或安裝的關(guān)系而產(chǎn)生的直流電源線中的幾十nH的電感分量(Lp2、Lp3、Ln2、Ln3)等的串聯(lián)連接分量相當(dāng)?shù)膸资畁H左右的電感。
[0036]此外，開關(guān)兀件具有例如幾百pF左右的靜電電容分量(輸出電容Coes)。由此,上述幾十nH左右的電感分量與開關(guān)元件的幾百pF左右的電容分量在幾MHz帶的頻帶發(fā)生串聯(lián)諧振，例如如圖21的用虛線表示的區(qū)域所示那樣，在特定的頻率下產(chǎn)生成為峰值的高電平的噪聲。
[0037]接著，參照圖1對本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1所示的本發(fā)明的實施例1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置中增加了噪聲抑制電容器Cl，該噪聲抑制電容器Cl與圖20所示的現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置中的緩沖電容器Cs相比，其靜電電容為較小的值，且與構(gòu)成逆變器3的IGBT(S1~S6)的輸出電容Coes相比，其靜電電容為較大的值。
[0038] 使用具有輸出電容Coes的例如5倍左右的靜電電容的陶瓷電容器作為該噪聲抑制電容器Cl的具體靜電電容。由此，噪聲抑制電容器Cl與緩沖電容器Cs的寄生電感Lsp、Lsp、緩沖電容器Cs和噪聲抑制電容器Cl之間的直流電源線6、7的電感Lp2、Ln2的串聯(lián)電感分量之間產(chǎn)生并聯(lián)諧振，其并聯(lián)諧振頻率位于幾MHz頻帶。因此，本發(fā)明的實施例1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置能夠降低因所述串聯(lián)諧振引起的導(dǎo)致高電平噪聲的噪聲分量。
[0039]作為對該噪聲降低效果進(jìn)行理論推算的結(jié)果，在圖2中示出本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置與現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置的噪聲電平的理論推算結(jié)果(相對值)的一個示例。此外，圖3示出只有緩沖電容器Cs的情況下的噪聲頻譜。在該圖中，實線是本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的噪聲頻譜，虛線是現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置的噪聲頻譜。圖4中分別示出利用實際設(shè)備對與緩沖電容器Cs并聯(lián)地并聯(lián)連接有噪聲抑制電容器Cl時的噪聲降低效果進(jìn)行驗證而得到的實際測量結(jié)果。根據(jù)這些附圖，能夠確認(rèn)利用本發(fā)明能夠獲得較高的噪聲降低效果。
[0040]此外，上述實施方式中，對使用IGBT作為開關(guān)元件的功率轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行了說明，但當(dāng)然也可以不使用該IGBT，而使用MOSFET這種自滅弧設(shè)備來構(gòu)成。此外,使用由兩個開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的2inl型、由六個開關(guān)元件橋式連接而成的6inl等功率模塊來作為上述構(gòu)成逆變器3的半導(dǎo)體開關(guān)元件，但將由六個整流二極管橋式連接而成的整流器電路和由六個開關(guān)元件橋式連接而成的逆變器電路封裝在一起而得到的PM也可適用于本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置。
[0041]此外，在電路圖上用一個元件示出噪聲抑制電容器Cl、緩沖電容器Cs，但也可以并聯(lián)連接或串聯(lián)連接多個電容器來構(gòu)成。
[0042]或者，本發(fā)明當(dāng)然也可以適用于如圖5的變形例所示那樣的不使用緩沖電容器Cs的功率轉(zhuǎn)換裝置、如圖6的其他變形例所示那樣的不使用平滑電容器Cdc的功率轉(zhuǎn)換裝置。
[0043]另外，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置中的噪聲抑制電容器也可以如圖7所示那樣，將由兩個電容器Cla、Clb串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路連接在正線和負(fù)線之間，并且將該電容器Cla, Clb的連接點接地。此時，只要電容器Cla、Clb的合成靜電電容滿足上述條件即可。
[0044]并且，雖然未特別進(jìn)行圖示，但例如在圖1中，也可以將噪聲抑制電容器Cl連接在由開關(guān)元件S1、S4構(gòu)成的腳中的直流線6、7各自的連接點跟前。
[0045]總之，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置中，只要將噪聲抑制電容器的靜電電容設(shè)為噪聲抑制電容器的連接位置越靠近功率轉(zhuǎn)換部，其靜電電容的值越小，且使靜電電容的值最小的噪聲抑制電容器的靜電電容的值大于功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容即可。
實施例2
[0046]在上述圖1所示的本發(fā)明的實施例1的電路結(jié)構(gòu)中，在由噪聲抑制電容器Cl所具有的寄生電感分量(Llp、Lln)、功率模塊內(nèi)的電感分量(未圖示)及直流電源線6、7的電感分量(Lp3、Ln3)的各電感分量、與IGBT (SI?S6)的輸出電容Coes及噪聲抑制電容器Cl的各電容分量形成的串聯(lián)電路中產(chǎn)生串聯(lián)諧振。伴隨著該串聯(lián)諧振有時會產(chǎn)生高于所期望的噪聲電平的噪聲。
[0047]在這種情況下，如圖8的表示本發(fā)明的實施例2的電路圖中所記載的那樣，將電阻器Rl與噪聲抑制電容器Cl串聯(lián)連接，并將該串聯(lián)電路連接在最靠近逆變器3的電源線6、7間即可。通過采用這種電路結(jié)構(gòu)，能夠有效地降低伴隨著上述串聯(lián)諧振而產(chǎn)生的噪聲。此夕卜，雖然沒有特別進(jìn)行圖示，但將電阻器Rl與噪聲抑制電容器Cl并聯(lián)連接也能獲得噪聲降低效果。
實施例3
[0048]本實施例3與上述實施例1和2的不同點在于，如圖9所示，在直流電源線6、7之間連接有噪聲抑制電容器Cl和另一噪聲抑制電容器C2，其中噪聲抑制電容器Cl所具有的靜電電容的值比緩沖電容器Cs的靜電電容要小，且比構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換部的IGBT (SI?S6)的輸出電容Coes要大，另一噪聲抑制電容器C2所具有的靜電電容的值比該噪聲抑制電容器Cl的靜電電容要小，且比IGBT(SI?S6)的輸出電容Coes要大。即，將多個噪聲抑制電容器C1、C2連接在直流電源線6、7之間來構(gòu)成電路，其中，將該多個噪聲抑制電容器C1、C2設(shè)為越靠近構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換部的開關(guān)元件，其靜電電容越小，且越靠近緩沖電容器Cs，其靜電電容越大。
[0049]由此，除了實施例1所述的并聯(lián)諧振外，在噪聲抑制電容器Cl所具有的寄生電感(LIP、Lin)、噪聲抑制電容器Cl、C2間的直流電源線6、7的電感(Lp3、Ln3)的串聯(lián)電感分量、與噪聲抑制電容器C2之間產(chǎn)生并聯(lián)諧振，從而能夠獲得更好的噪聲降低效果。
[0050]此外，圖9所示的本發(fā)明的實施例3所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置中，噪聲抑制電容器Cl、C2這兩個電容器并聯(lián)連接，但也可以并聯(lián)連接更多的電容器?？傊?，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置中，只要以能夠獲得最佳噪聲抑制效果的方式設(shè)定并聯(lián)連接的電容器的靜電電容和個數(shù)即可，對電容器的并聯(lián)連接數(shù)并沒有限制。此外，使用陶瓷電容器作為噪聲抑制電容器。
實施例4
[0051]參照圖10對本發(fā)明的實施例4所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
[0052]該實施例4與上述實施例3的不同點在于，如實施例2所說明的那樣，分別將電阻器R1、R2與噪聲抑制電容器Cl、C2串聯(lián)連接來構(gòu)成電路。
[0053]采用這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實施例4所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置中，能夠利用電阻器Rl、R2來有效地降低伴隨著因增加噪聲抑制電容器Cl、C2而產(chǎn)生的串聯(lián)諧振的噪聲分量。
[0054]另外，作為本實施例4的變形例，雖然未特別進(jìn)行圖示，但也可以采用將電阻器R1、R2與噪聲抑制電容器Cl、C2并聯(lián)連接而成的電路結(jié)構(gòu)。
實施例5
[0055]接著，對實現(xiàn)本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的安裝例進(jìn)行說明。圖11是表示本發(fā)明的實施例5的圖，示出直流電源線6、7是形成在印刷基板上的印刷圖案的情況。該圖中，IGBT (SI?S6)被封裝在一個功率模塊8內(nèi)，并將封裝后的部件配置在基板的背面。該功率模塊的直流端子Ml、M2分別與形成在印刷基板上的直流電源線6、7的印刷圖案相連接。在該直流電源線6、7上的直流端子Ml、M2附近安裝噪聲抑制電容器Cl。
[0056]該噪聲抑制電容器Cl的靜電電容如上述實施例1?4所說明的那樣，其值比緩沖電容器Cs的靜電電容小，且比半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT:S1?S6)的主電極(集電極-發(fā)射極)間電容Coes (輸出電容)大。
[0057]通過如上述那樣安裝噪聲抑制電容器Cl和緩沖電容器Cs，能夠降低噪聲分量。此夕卜，由于直流電源線的阻抗相對于現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置變小，因此開關(guān)浪涌也不會惡化。
[0058]此外，雖然未特別進(jìn)行圖示，但對于實施例2?4，也可以根據(jù)本實施例5安裝到印刷基板上。
實施例6
[0059]圖12是表示直流電源線6、7由母線布線構(gòu)成的情況下的實施例的圖。
[0060]在本實施例6中，例如利用螺釘擰緊等在構(gòu)成直流電源線6、7的母線布線B1、B2與功率模塊8的連接部位的附近將噪聲抑制電容器Cl安裝到母線布線B1、B2，并在遠(yuǎn)離該連接部位的部位將緩沖電容器Cs安裝到母線布線B1、B2。
[0061]該噪聲抑制電容器Cl的靜電電容如上述實施例1?5所說明的那樣，其值比緩沖電容器Cs的靜電電容小，且比半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT:S1?S6)的主電極(集電極-發(fā)射極)間電容Coes (輸出電容)大。
[0062]在該實施例6中，通過如上述所示那樣對噪聲抑制電容器Cl和緩沖電容器Cs如上述那樣進(jìn)行安裝，也能夠降低噪聲分量。此外，由于直流電源線的阻抗相對于現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換裝置變小，因此開關(guān)浪涌也不會惡化。
[0063]此外，雖然未特別進(jìn)行圖示，但對于實施例2?4，也可以根據(jù)本實施例6安裝到母線布線B1、B2上。
實施例7
[0064]圖13、14是表示在本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置中，將上述實施例1中的噪聲抑制電容器Cl內(nèi)置于功率模塊8內(nèi)進(jìn)行封裝時的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖13示出將本發(fā)明應(yīng)用于由兩個開關(guān)元件(IGBT)串聯(lián)連接而成的所謂的2inl型功率模塊的電路結(jié)構(gòu)。同樣地，圖14是將本發(fā)明應(yīng)用于由六個開關(guān)元件橋式連接而成的所謂的6inl型功率模塊的電路結(jié)構(gòu)。此外，圖15是將本發(fā)明應(yīng)用于PM的電路結(jié)構(gòu)。該PM20是將由六個二極管(Dl?D6)構(gòu)成的整流器2、與具備六個開關(guān)元件(SI?S6)和噪聲抑制電容器Cl的逆變器3封裝為一體而得到的。
[0065]此外，雖然未特別進(jìn)行圖示，但也可以根據(jù)本實施例7，將上述實施例2?4的功率轉(zhuǎn)換裝置中的噪聲抑制電容器內(nèi)置在功率模塊內(nèi)進(jìn)行封裝。
[0066]由此，本發(fā)明的實施例7所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置中，由于噪聲抑制電容器、與該電容器串聯(lián)連接的電阻器內(nèi)置在半導(dǎo)體模塊內(nèi)，因此無需將這些噪聲抑制電容、電阻器與布線圖案、母線相連接而能以緊湊的結(jié)構(gòu)容易地實現(xiàn)對噪聲的有效抑制。
實施例8
[0067]實施例1?4中示出通過六個二極管Dl?D6構(gòu)成整流器2的示例，但本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置除此以外，例如如圖16所示，也可以并聯(lián)連接三組分別由兩個開關(guān)元件(Sll和S14、S12和S15、S13和S16)串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路來構(gòu)成整流器9。并且，該整流器由未圖示的控制電路來進(jìn)行例如PWM控制(PWM整流器)。
[0068]此外，上述實施方式中，對使用IGBT作為開關(guān)元件的功率轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行了說明，但當(dāng)然也可以不使用該IGBT，而使用MOSFET這種自滅弧設(shè)備來構(gòu)成。
[0069]總之，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置中，只要在所述直流電源線的正線和負(fù)線的線之間設(shè)置緩沖電容器Cs、在緩沖電容器Cs和功率轉(zhuǎn)換部之間設(shè)置噪聲抑制電容器Cl，并使該噪聲抑制電容Cl的靜電電容的值比功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件的集電極-發(fā)射極間電容(輸出電容)Coes要大，且比緩沖電容器Cs要小即可，對整流器、逆變器的構(gòu)成方法及其控制方式并沒有限制。此外，本發(fā)明不限于到目前為止所說明的兩電平，也可以是三電平等多電平，或者也可以不限于三相，而采用單相。并且，對于其適用對象，可以是整流器-逆變器以外的電路結(jié)構(gòu)，例如功率調(diào)節(jié)器等，只要具備直流線和功率轉(zhuǎn)換部即可。
實施例9
[0070]實施例1?4和實施例8示出整流器-逆變器的結(jié)構(gòu)例，但除此之外，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置也可以是例如利用半導(dǎo)體開關(guān)元件對輸入的直流電壓進(jìn)行開關(guān)，并將其轉(zhuǎn)換為其他的直流電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。因此，這里，參照圖17，對作為本發(fā)明的其他的實施方式所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行說明。
[0071]圖17是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器的主要部分簡要結(jié)構(gòu)的電路圖。該圖中，通過具備一次繞組tl和二次繞組t2而形成變壓器T，一次繞組tl與由開關(guān)元件(MOSFET)Ql~Q4構(gòu)成的橋式電路10相連接。橋式電路通過正?負(fù)直流電源線6、7與直流電源Vdc相連接，通過交替對開關(guān)元件Ql~Q4進(jìn)行開關(guān)，將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，并提供給變壓器T。另一方面，二次繞組t2與橋式連接的整流用二極管(Dl~D4)、對從該整流用二極管輸出的直流電壓進(jìn)行平滑的平滑電容器Cdc相連接，向未圖示的負(fù)載提供直流電。
簡而言之，在由此構(gòu)成的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，在正負(fù)直流電源線6、7上存在有布線電感Lpl、Lp2、Lp3、Lnl、Ln2、Ln3。因此，與上述實施例相同，在正線6和負(fù)線7的線之間設(shè)置緩沖電容器Cs，在該緩沖電容器Cs與橋式電路10之間設(shè)置噪聲抑制電容器Cl。并且，使電容器Cl的靜電電容的值比橋式電路10所使用的MOSFET (Ql~Q4)的漏極-源極間電容(輸出電容)Cods要大，且比緩沖電容器Cs的靜電電容要小。由此，本發(fā)明的實施例9所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置能夠同時實現(xiàn)開關(guān)浪涌的抑制和輻射噪聲及傳導(dǎo)噪聲的抑制。
[0072]此外，雖然未特別進(jìn)行圖示，但本實施例9中當(dāng)然也可以適用上述實施例2~8。
[0073]由此，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置在能夠抑制開關(guān)浪涌和抑制輻射噪聲及傳導(dǎo)噪聲的同時，還能夠容易地實現(xiàn)，因此在實際使用中是非常有用的。
[0074]此外，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置并不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更。
標(biāo)號說明
[0075]I三相交流電源 2整流器
3逆變器
6，7直流電源線
Cl，C2噪聲抑制電容器
Cdc平滑電容器
Coes輸出電容
Cs緩沖電容器
【權(quán)利要求】
1.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置具備電壓轉(zhuǎn)換部，該電壓轉(zhuǎn)換部通過半導(dǎo)體開關(guān)元件對由直流電源的正線和負(fù)線提供的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而對該直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換后的電壓，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，包括: 平滑電容器，該平滑電容器連接在所述正線和負(fù)線之間，對該直流電源線的直流電壓進(jìn)行平滑；以及 緩沖電容器，該緩沖電容器連接在所述正線與負(fù)線之間，對所述功率轉(zhuǎn)換部開關(guān)時產(chǎn)生的浪涌電壓進(jìn)行抑制， 所述緩沖電容器與所述功率轉(zhuǎn)換部之間的所述正線與負(fù)線之間至少連接有一個以上的線間電容器， 該線間電容器的連接位置越靠近所述功率轉(zhuǎn)換部，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的線間電容器的值大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
2.—種功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置具備電壓轉(zhuǎn)換部，該電壓轉(zhuǎn)換部通過半導(dǎo)體開關(guān)元件對由直流電源的正線和負(fù)線提供的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而對該直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換后的電壓，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于， 包括平滑電容器，該平滑電容器連接在所述正線和負(fù)線之間，對該直流電源線的直流電壓進(jìn)行平滑， 所述平滑電容器與所述功率轉(zhuǎn)換部之間的所述正線與負(fù)線之間至少連接有一個以上的線間電容器， 該線間電容器的連接位置越靠近所述功率轉(zhuǎn)換部，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的線間電容器的值大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
3.—種功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置具備電壓轉(zhuǎn)換部，該電壓轉(zhuǎn)換部通過半導(dǎo)體開關(guān)元件對由直流電源的正線和負(fù)線提供的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而對該直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換后的電壓，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于， 包括緩沖電容器，該緩沖電容器連接在所述正線與負(fù)線之間，對所述功率轉(zhuǎn)換部開關(guān)時產(chǎn)生的浪涌電壓進(jìn)行抑制， 所述緩沖電容器與所述功率轉(zhuǎn)換部之間的所述正線與負(fù)線之間至少連接有一個以上的線間電容器， 該線間電容器的連接位置越靠近所述功率轉(zhuǎn)換部，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的線間電容器的值大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
4.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置具備電壓轉(zhuǎn)換部，該電壓轉(zhuǎn)換部通過半導(dǎo)體開關(guān)元件對由直流電源的正線和負(fù)線提供的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而對該直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換后的電壓，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于， 在所述正線與負(fù)線之間，線間電容器、線間電容器與電阻器串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路、及線間電容器與電阻器并聯(lián)連接而成的并聯(lián)電路中的任意一種并聯(lián)連接有多個， 所述線間電容器的連接位置越靠近所述功率轉(zhuǎn)換部，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的電容器的值大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
5.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置具備電壓轉(zhuǎn)換部，該電壓轉(zhuǎn)換部通過半導(dǎo)體開關(guān)元件對由直流電源的正線和負(fù)線提供的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而對該直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換后的電壓， 所述功率轉(zhuǎn)換部使用由多個半導(dǎo)體開關(guān)元件封裝而成的半導(dǎo)體模塊，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于， 在所述正線與負(fù)線之間，線間電容器、線間電容器與電阻器串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路、及線間電容器與電阻器并聯(lián)連接而成的并聯(lián)電路中的任意一種并聯(lián)連接有多個， 其中連接在最靠近所述功率轉(zhuǎn)換部的位置的所述線間電容、所述串聯(lián)電路、或所述并聯(lián)電路構(gòu)成在所述半導(dǎo)體模塊內(nèi)， 所述線間電容器的連接位置越靠近所述半導(dǎo)體模塊內(nèi)的所述半導(dǎo)體元件，其靜電電容的值越小，且靜電電容的值最小的電容器的值大于所述功率轉(zhuǎn)換部所使用的開關(guān)元件施加有直流電壓時的主電極間的靜電電容。
6.如權(quán)利要求1至5的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述功率轉(zhuǎn)換部是將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓后將其輸出的逆變器。
7.如權(quán)利要求1至5的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述功率轉(zhuǎn)換部是對輸入的直流電壓進(jìn)行開關(guān)而將該直流電壓轉(zhuǎn)換成其他直流電壓后將其輸出的直流斬波器。
【文檔編號】H02M7/5387GK104054245SQ201280067018
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】林美和子, 皆見崇之 申請人:富士電機株式會社, 富士電機機器制御株式會社