本發(fā)明的實(shí)施方式涉及車(chē)輛用電力變換裝置。

背景技術(shù)：

以往，轉(zhuǎn)換器大多由二極管鉗位型三電平電路構(gòu)成。近年來(lái)，期待通過(guò)對(duì)該轉(zhuǎn)換器應(yīng)用正在進(jìn)行開(kāi)發(fā)的碳化硅元件等低損耗器件，從而使轉(zhuǎn)換器裝置小型化。

然而，在當(dāng)前所提供的碳化硅元件等中，盡管開(kāi)始出現(xiàn)了能承受高電壓的元件，但價(jià)格高，可靠性也有待驗(yàn)證。因此，雖然目前低耐壓的碳化硅元件具有實(shí)用性，但是需要進(jìn)行元件的串行化和/或與現(xiàn)有的硅元件組合的多電平化。這二者中，元件的串行化存在損耗增加、元件數(shù)增加、平衡控制等問(wèn)題，因此，目前多電平化是有利的。

于是，提出了將單相三電平轉(zhuǎn)換器和單相兩電平轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接的多電平電路。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2004-7941號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題

然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了使組成多電平電路的、構(gòu)成單相兩電平轉(zhuǎn)換器的功率模塊以及構(gòu)成單相三電平轉(zhuǎn)換器的功率模塊冷卻，必須具備冷卻裝置。在該冷卻裝置為了利用車(chē)輛的行駛風(fēng)來(lái)進(jìn)行冷卻而露出到外部環(huán)境的情況下，需要將該冷卻裝置接地。在該情況下，可認(rèn)為冷卻裝置與功率模塊之間產(chǎn)生電位差，因此，需要在冷卻裝置與功率模塊之間設(shè)置絕緣介質(zhì)等，不僅構(gòu)造變得復(fù)雜，而且冷卻性能因插入絕緣介質(zhì)而降低。

用于解決技術(shù)問(wèn)題的方案

實(shí)施方式的車(chē)輛用電力變換裝置是將單相交流電力變換成直流電力的電力變換裝置，具備兩電平轉(zhuǎn)換器、三電平轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)冷卻裝置。冷卻裝置設(shè)置有內(nèi)置構(gòu)成兩電平轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)器件的功率模塊，和內(nèi)置構(gòu)成三電平轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)器件的功率模塊。內(nèi)置構(gòu)成三電平轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)器件的功率模塊具有大于等于可施加于構(gòu)成三電平轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器中的任意一個(gè)的電壓的絕緣耐壓。內(nèi)置構(gòu)成兩電平轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)器件的功率模塊具有大于等于可施加于構(gòu)成三電平轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器中的任意一個(gè)以及構(gòu)成兩電平轉(zhuǎn)換器的電容器的電壓的總和的絕緣耐壓。

附圖說(shuō)明

圖1是示出第一實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是示出與對(duì)于第一實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置的輸出電壓指示對(duì)應(yīng)的各轉(zhuǎn)換器的指令值電壓的圖。

圖3是示出第一實(shí)施方式所涉及的由各轉(zhuǎn)換器所包含的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行的開(kāi)關(guān)控制的圖。

圖4是示出構(gòu)成車(chē)輛用電力變換裝置的功率模塊的配置例的圖。

圖5是示例出第一實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置的功率模塊的側(cè)面的圖。

圖6是示出在從上方觀察第一實(shí)施方式所涉及的電容器的情況下的配置例的圖。

圖7是示出在從側(cè)面觀察第一實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置的情況下的配置例的圖。

圖8是示出第二實(shí)施方式的構(gòu)成車(chē)輛用電力變換裝置的功率模塊的配置例的圖。

圖9是示出在從上方觀察第二實(shí)施方式所涉及的電容器的情況下的配置例的圖。

圖10是示出在從側(cè)面觀察第二實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置的情況下的配置例的圖。

具體實(shí)施方式

(第一實(shí)施方式)

圖1是示出第一實(shí)施方式所涉及的包括車(chē)輛用的多電平轉(zhuǎn)換器1的車(chē)輛用電力變換裝置11的結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，本實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置11串聯(lián)連接有單相三電平轉(zhuǎn)換器50以及單相兩電平轉(zhuǎn)換器40。

而且，車(chē)輛用電力變換裝置11經(jīng)由具有電抗器成分的無(wú)源元件2而與電力系統(tǒng)等的交流電源100連接，在將單相交流電力變換成直流電力后，向負(fù)載3供給電力。此外，本實(shí)施方式并非限制搭載車(chē)輛用電力變換裝置11的車(chē)輛，也可以搭載在各種車(chē)輛上。負(fù)載3在本實(shí)施方式中由逆變器和電機(jī)構(gòu)成，但也可以是任意的結(jié)構(gòu)。

控制部150對(duì)單相三電平轉(zhuǎn)換器50以及單相兩電平轉(zhuǎn)換器40進(jìn)行控制。

單相兩電平轉(zhuǎn)換器40是單相轉(zhuǎn)換器，由開(kāi)關(guān)器件4a～4d以及(直流)電容器14構(gòu)成。另外，在單相兩電平轉(zhuǎn)換器40中，兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件4a、4b經(jīng)由與供給單相交流電力的交流電源100連接的第一連接點(diǎn)41串聯(lián)連接并且與該電容器14并聯(lián)連接，兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件4c、4d經(jīng)由第二連接點(diǎn)42串聯(lián)連接并且與電容器14并聯(lián)連接。

此外，在各開(kāi)關(guān)器件4a～4d中，包含具有自滅弧能力并且進(jìn)行開(kāi)關(guān)的晶體管(開(kāi)關(guān)元件)4aa、4ba、4ca、4da、以及相對(duì)于晶體管4aa、4ba、4ca、4da反并聯(lián)連接的(續(xù)流)二極管4ab、4bb、4cb、4db。本實(shí)施方式所涉及的單相兩電平轉(zhuǎn)換器40由SiC(碳化硅器件)構(gòu)成。單相兩電平轉(zhuǎn)換器40通過(guò)使用SiC(碳化硅器件)，能夠降低開(kāi)關(guān)損耗。

單相兩電平轉(zhuǎn)換器40在比電容器14更靠近交流電源100一側(cè)串聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)器件4a以及開(kāi)關(guān)器件4b。開(kāi)關(guān)器件4a設(shè)置于電容器14的正電位側(cè)，開(kāi)關(guān)器件4b設(shè)置于電容器14的負(fù)電位側(cè)。而且，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40將開(kāi)關(guān)器件4a與開(kāi)關(guān)器件4b之間的第一連接點(diǎn)41作為交流輸入輸出點(diǎn)，通過(guò)第一連接點(diǎn)41經(jīng)由具有電抗器成分的無(wú)源元件2而與電力系統(tǒng)等的交流電源100連接。

另外，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40在比電容器14更靠近負(fù)載3一側(cè)串聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)器件4c以及開(kāi)關(guān)器件4d。開(kāi)關(guān)器件4c設(shè)置于電容器14的正電位側(cè)，開(kāi)關(guān)器件4d設(shè)置于電容器14的負(fù)電位側(cè)。而且，通過(guò)開(kāi)關(guān)器件4c與開(kāi)關(guān)器件4d之間的第二連接點(diǎn)42(交流輸入輸出點(diǎn))而與單相三電平轉(zhuǎn)換器50連接。

接下來(lái)，對(duì)連接于單相兩電平轉(zhuǎn)換器40與負(fù)載3之間的單相三電平轉(zhuǎn)換器50進(jìn)行說(shuō)明。單相三電平轉(zhuǎn)換器50具備兩條線路、雙向開(kāi)關(guān)器件7以及(由電容器15a、電容器15b構(gòu)成的)電容器部15。

單相三電平轉(zhuǎn)換器50設(shè)置有兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器15a、15b，兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件5a、5b經(jīng)由(與第二連接點(diǎn)42連接的)第三連接點(diǎn)42a串聯(lián)連接并且與兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器15a、15b并聯(lián)連接，兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件5c、5d經(jīng)由第四連接點(diǎn)42b串聯(lián)連接并且與兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器15a、15b并聯(lián)連接，在從第四連接點(diǎn)42b到中性點(diǎn)9的路徑上，設(shè)置有將多個(gè)開(kāi)關(guān)器件5e、5f反極性地串聯(lián)連接的雙向開(kāi)關(guān)器件7。

此外，在各開(kāi)關(guān)器件5a～5f中，包含具有自滅弧能力并且進(jìn)行開(kāi)關(guān)的晶體管(開(kāi)關(guān)元件)5aa、5ba、5ca、5da、5ea、5fa、以及相對(duì)于晶體管5aa、5ba、5ca、5da、5ea、5fa反并聯(lián)連接的(續(xù)流)二極管5ab、5bb、5cb、5db、5eb、5fb。

單相三電平轉(zhuǎn)換器50所具備的兩條線路中的一個(gè)由開(kāi)關(guān)器件5a、開(kāi)關(guān)器件5b構(gòu)成。開(kāi)關(guān)器件5a、5b串聯(lián)地相連接。開(kāi)關(guān)器件5a連接于電容器部15的正電位與第三連接點(diǎn)42a之間。開(kāi)關(guān)器件5b連接于電容器部15的負(fù)電位與第三連接點(diǎn)42a之間。第三連接點(diǎn)42a是與第二連接點(diǎn)42連接的點(diǎn)。

單相三電平轉(zhuǎn)換器50所具備的兩條線路中的另一個(gè)由開(kāi)關(guān)器件5c、開(kāi)關(guān)器件5d構(gòu)成。開(kāi)關(guān)器件5c、5d串聯(lián)地相連接。開(kāi)關(guān)器件5c連接于電容器部15的正電位與(與雙向開(kāi)關(guān)器件7以及中性點(diǎn)9側(cè)連接的)第四連接點(diǎn)42b之間。開(kāi)關(guān)器件5d連接于電容器部15的負(fù)電位與第四連接點(diǎn)42b之間。

在單相三電平轉(zhuǎn)換器50中，將連接開(kāi)關(guān)器件5c、5d、5e的第四連接點(diǎn)42b作為交流輸入輸出點(diǎn)，經(jīng)由具有電抗器成分的無(wú)源元件2而與電力系統(tǒng)等的交流電源100連接。

在兩條線路的第四連接點(diǎn)42b(另一個(gè)的交流輸入輸出點(diǎn))的靠負(fù)載3側(cè)連接有雙向開(kāi)關(guān)器件7。雙向開(kāi)關(guān)器件7具有反極性地串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)器件5e、5f。雙向開(kāi)關(guān)器件7的負(fù)載3側(cè)與電容器部15連接。

電容器部15具有電容器15a、電容器15b。電容器15a與電容器15b串聯(lián)地相連接。電容器15a將正側(cè)連接于負(fù)載3的正電位導(dǎo)線10a，負(fù)側(cè)連接于中性點(diǎn)9。電容器15b將正側(cè)連接于中性點(diǎn)9，負(fù)側(cè)連接于負(fù)載3的負(fù)電位導(dǎo)線10b。中性點(diǎn)9連接于在電容器部15內(nèi)串聯(lián)連接的電容器15a、15b之間。

本實(shí)施方式所涉及的單相兩電平轉(zhuǎn)換器40如上所述那樣由開(kāi)關(guān)損耗少的碳化硅器件(SiC)等構(gòu)成，單相三電平轉(zhuǎn)換器50由高耐壓的硅器件等構(gòu)成。由此，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40與單相三電平轉(zhuǎn)換器50相比，能夠減少開(kāi)關(guān)損耗。由此，即使在單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的開(kāi)關(guān)次數(shù)增多的情況下，也能夠抑制開(kāi)關(guān)損耗。另一方面，單相三電平轉(zhuǎn)換器50與單相兩電平轉(zhuǎn)換器40相比，耐電壓性增高。

如圖1所示，在對(duì)中性點(diǎn)9進(jìn)行了接地的情況下，相對(duì)于接地點(diǎn)，開(kāi)關(guān)器件5a～5f以中性點(diǎn)9為基點(diǎn)而具有與電容器15a或電容器15b的電壓相當(dāng)?shù)碾娢?。與此相對(duì)地，開(kāi)關(guān)器件4a～4d以中性點(diǎn)9為基點(diǎn)而呈與對(duì)電容器15a或電容器15b的電壓再加上電容器14的電壓而得到的電壓相當(dāng)?shù)碾娢弧Ｒ虼?，在?chē)輛用電力變換裝置11中，需要考慮單相三電平轉(zhuǎn)換器50與單相兩電平轉(zhuǎn)換器40之間的電位差，進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)。

在單相三電平轉(zhuǎn)換器50的基本輸出周期內(nèi)，單相三電平轉(zhuǎn)換器50的輸出電壓能夠以5級(jí)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。該單相三電平轉(zhuǎn)換器50對(duì)所具有的(可控的)開(kāi)關(guān)器件5a～5f的切換相位進(jìn)行控制。接下來(lái)，對(duì)包括單相三電平轉(zhuǎn)換器50的5級(jí)的輸出電壓在內(nèi)的、車(chē)輛用電力變換裝置11的指令值電壓進(jìn)行說(shuō)明。

圖2是示出與對(duì)于第一實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置11的輸出電壓指示對(duì)應(yīng)的各轉(zhuǎn)換器的指令值電壓的圖。圖2中示出了車(chē)輛用電力變換裝置11的輸出電壓指令值Vref201、單相三電平轉(zhuǎn)換器50的指令值電壓202、單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的指令值電壓203以及單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的輸出電壓204。

也就是說(shuō)，本實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置11通過(guò)組合單相三電平轉(zhuǎn)換器50的指令值電壓202和單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的指令值電壓203，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛用電力變換裝置11的輸出電壓指令值Vref201。

而且，本實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置11在使開(kāi)關(guān)損耗低的單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的開(kāi)關(guān)頻率高于單相三電平轉(zhuǎn)換器50的基礎(chǔ)上，控制單相兩電平轉(zhuǎn)換器40，以使其跟隨輸出電壓指令值Vref201的詳細(xì)變化。由此實(shí)現(xiàn)了詳細(xì)的電壓的控制以及開(kāi)關(guān)損耗的降低。

一般而言，碳化硅器件等開(kāi)關(guān)損耗少的元件大多耐電壓性低。于是，在本實(shí)施方式中，為了使電壓的大的變化成為可能，對(duì)耐電壓性高的單相三電平轉(zhuǎn)換器50進(jìn)行了用于實(shí)現(xiàn)階梯波形的控制。

在本實(shí)施方式中，對(duì)車(chē)輛用電力變換裝置11的輸出電壓指令值Vref201設(shè)置有閾值，該閾值用于輸出單相三電平轉(zhuǎn)換器50的電容器15a、15b的直流電壓。例如，將用于由單相三電平轉(zhuǎn)換器50的電容器15a、15b的任意一個(gè)輸出直流電壓的電壓閾值設(shè)為±Vthr1。再者，將用于輸出單相三電平轉(zhuǎn)換器50的電容器15a、15b雙方的直流電壓的電壓閾值設(shè)為±Vthr2。而且，控制部150根據(jù)輸出電壓指令值Vref是否超過(guò)了電壓閾值±Vthr1以及電壓閾值±Vthr2，來(lái)控制單相三電平轉(zhuǎn)換器50所包含的開(kāi)關(guān)器件5a～5f。

如圖2的指令值電壓202所示，單相三電平轉(zhuǎn)換器50的輸出電壓值以如下5級(jí)來(lái)控制輸出電壓值：負(fù)的(由電容器15a、15b輸出的)全電壓；負(fù)的(由電容器15a、15b的任意一個(gè)輸出的)半電壓；0；正的(由電容器15a、15b的任意一個(gè)輸出的)半電壓；以及正的(由電容器15a、15b輸出的)全電壓。而且，控制部150進(jìn)行與在5級(jí)上切換輸出電壓值的正時(shí)、即時(shí)刻t1～t8對(duì)應(yīng)的相位的控制。

再者，控制部150根據(jù)單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的指令值電壓203進(jìn)行控制，以使得成為單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的輸出電壓204。接下來(lái)對(duì)具體的開(kāi)關(guān)器件的控制進(jìn)行說(shuō)明。

圖3是示出由各轉(zhuǎn)換器所包含的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行的開(kāi)關(guān)控制的圖。在圖3所示的例子中，示出了單相三電平轉(zhuǎn)換器50側(cè)的開(kāi)關(guān)器件5a～5f的開(kāi)關(guān)控制以及單相兩電平轉(zhuǎn)換器40側(cè)的開(kāi)關(guān)器件4a～4d的開(kāi)關(guān)控制。

而且，在滿(mǎn)足條件Vthr1≥Vref≥-Vthr1的情況下(時(shí)間0～t1、t4～t5、t8以后)，控制部150使單相三電平轉(zhuǎn)換器50所包含的“開(kāi)關(guān)器件5a和開(kāi)關(guān)器件5c”的組合以及“開(kāi)關(guān)器件5b和開(kāi)關(guān)器件5d”的組合中的任意一個(gè)組合成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)。由此，單相三電平轉(zhuǎn)換器50的輸出電壓中沒(méi)有重疊電容器15a、15b的電壓，控制部150在對(duì)于單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的脈寬調(diào)制控制中，輸出轉(zhuǎn)換器整體的輸出電壓指令值Vref。

在滿(mǎn)足條件Vthr2≥Vref>Vthr1的情況下(時(shí)刻t1～t2、t3～t4)，控制部150將單相三電平轉(zhuǎn)換器50所包含的開(kāi)關(guān)器件5a、5e、5f控制為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，轉(zhuǎn)換器輸出電壓中加上了電容器15a的電壓，因此，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40按照由控制部150進(jìn)行的脈寬調(diào)制控制，輸出轉(zhuǎn)換器整體的輸出電壓指令值Vref減去電容器15a的電壓而得到的差分電壓。

在滿(mǎn)足條件Vref>Vthr2的情況下(時(shí)刻t2～t3)，控制部150使單相三電平轉(zhuǎn)換器50所包含的開(kāi)關(guān)器件5a、5d成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，轉(zhuǎn)換器輸出電壓中加上了電容器15a、15b的電壓，因此，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40通過(guò)由控制部150進(jìn)行的脈寬調(diào)制控制，輸出轉(zhuǎn)換器整體的輸出電壓指令值Vref減去電容器15a、15b的電壓而得到的差分電壓。

在滿(mǎn)足條件-Vthr1>Vref≥-Vthr2的情況下(時(shí)刻t5～t6、t7～t8)，控制部150使單相三電平轉(zhuǎn)換器50所包含的開(kāi)關(guān)器件5b、5e以及5f成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，從轉(zhuǎn)換器輸出電壓中減去了電容器15b的電壓，因此，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40通過(guò)由控制部150進(jìn)行的脈寬調(diào)制控制，輸出對(duì)轉(zhuǎn)換器整體的輸出電壓指令值Vref加上電容器15a的電壓而得到的差分電壓。

在滿(mǎn)足條件-Vthr2>Vref的情況下(時(shí)刻t6～t7)，控制部150使單相三電平轉(zhuǎn)換器50所包含的開(kāi)關(guān)器件5b以及5c成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，從轉(zhuǎn)換器輸出電壓中減去了電容器15a、15b的電壓，因此，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40通過(guò)由控制部150進(jìn)行的脈寬調(diào)制控制，輸出對(duì)轉(zhuǎn)換器整體的輸出電壓指令值Vref加上電容器15a、15b而得到的差分電壓。

這樣，本實(shí)施方式所涉及的控制部150用規(guī)定電壓?jiǎn)挝?閾值±Vthr2、閾值±Vthr1)來(lái)控制單相三電平轉(zhuǎn)換器50所包含的開(kāi)關(guān)器件5a～5f。而且，控制部150以對(duì)應(yīng)于比規(guī)定電壓小的輸出電壓的變化的方式，控制單相兩電平轉(zhuǎn)換器40所包含的開(kāi)關(guān)器件4a～4d。

圖4是示出構(gòu)成車(chē)輛用電力變換裝置11的功率模塊的配置例的圖。如圖4所示，在車(chē)輛用電力變換裝置11中設(shè)置有冷卻裝置720。而且在冷卻裝置720上設(shè)置有設(shè)為單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的兩電平用區(qū)域701、以及設(shè)為單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的三電平用區(qū)域702。另外，圖4所示的每個(gè)功率模塊(例如，功率模塊704a～704d、705a～705f)中內(nèi)置有一個(gè)開(kāi)關(guān)器件(例如，開(kāi)關(guān)器件4a～4d、5a～5f)。此外，在圖4中，設(shè)為一個(gè)功率模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)器件來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，但也可以對(duì)一個(gè)功率模塊內(nèi)置大于等于兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件。

在設(shè)為單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的兩電平用區(qū)域701中，構(gòu)成了單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的開(kāi)關(guān)電路，配置有功率模塊704a～704d。在這些功率模塊704a～704d中內(nèi)置有開(kāi)關(guān)器件4a～4d。此外，關(guān)于單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的電容器14的配置，將在下面進(jìn)行說(shuō)明。

在設(shè)為單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的三電平用區(qū)域702中，構(gòu)成了單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的開(kāi)關(guān)電路，配置有功率模塊705a～705f。在這些功率模塊705a～705f中內(nèi)置有開(kāi)關(guān)器件5a～5f。此外，關(guān)于單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的電容器15a、15b的配置，將在下面進(jìn)行說(shuō)明。

如圖4所示，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的功率模塊704a～704d以及單相三電平轉(zhuǎn)換器50的功率模塊705a～705f設(shè)置于同一冷卻裝置720上。

本實(shí)施方式的冷卻裝置720構(gòu)成為冷卻翅片，通過(guò)車(chē)輛的行駛風(fēng)等，使功率模塊704a～704d以及功率模塊705a～705f冷卻。為了使冷卻效率提高，大多將這種冷卻裝置720設(shè)置于可從外部接觸到的地方。這樣，在將冷卻裝置720設(shè)置于可接觸到的地方的情況下，為了確保安全性，需要將該冷卻裝置720接地。

如上所述，在內(nèi)置有開(kāi)關(guān)器件4a～4d的功率模塊704a～704d以及內(nèi)置有開(kāi)關(guān)器件5a～5f的功率模塊705a～705f中，電位不同?？紤]到這些，則需要在冷卻裝置720與功率模塊704a～704d及功率模塊705a～705f之間設(shè)置絕緣介質(zhì)，但是，不僅構(gòu)造變得復(fù)雜，而且冷卻性能可能會(huì)降低。

于是，在本實(shí)施方式中，不在冷卻裝置720與功率模塊704a～704d及功率模塊705a～705f之間設(shè)置絕緣介質(zhì)。除此之外，在本實(shí)施方式中，作為功率模塊705a～705f，使用具備大于等于可施加于電容器15a或電容器15b的電壓的電位的絕緣耐壓的功率模塊，并且，作為功率模塊704a～704d，使用具備大于等于對(duì)可施加于電容器15a或電容器15b的電壓加上可施加于電容器14的電壓而導(dǎo)出的電位的絕緣耐壓的功率模塊。

這樣，功率模塊704a～704d與功率模塊705a～705f相比，具備高的絕緣耐壓。也就是說(shuō)，在耐電壓性方面，單相三電平轉(zhuǎn)換器50的功率模塊705a～705f比單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的功率模塊704a～704d高，另一方面，在絕緣耐壓方面，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的功率模塊704a～704d比單相三電平轉(zhuǎn)換器50的功率模塊705a～705f高。

作為提高絕緣耐壓的方法之一，可考慮增加功率模塊的沿面距離的方法。圖5是示例出功率模塊704a的側(cè)面的圖。如圖5所示，功率模塊704a的側(cè)面部由凹凸形狀構(gòu)成，通過(guò)增加沿面距離，能夠提高絕緣耐壓。此外，在圖5中，說(shuō)明了功率模塊704a的情況，但設(shè)其他功率模塊704a～704d也(根據(jù)需要，功率模塊705a～705f也)具備同樣的形狀。此外，圖5所示的例子示例了用于增加沿面距離的功率模塊的形狀，只要是增加沿面距離，則也可以是其他形狀。再者，也可以通過(guò)除增加沿面距離以外的方法，來(lái)使絕緣耐壓提高。

接下來(lái)，對(duì)電容器的配置進(jìn)行說(shuō)明。圖6是示出在從上方觀察本實(shí)施方式所涉及的電容器的情況下的配置例的圖。在圖6所示的例子中，在兩電平用區(qū)域701的功率模塊704a～704d的上部配置有電容器14。再者，在三電平用區(qū)域702的功率模塊705a、705c、705e的上部配置有電容器15a，在三電平用區(qū)域702的功率模塊705b、705d、705f的上部配置有電容器15b。

圖7是示出在從側(cè)面觀察本實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置11的情況下的配置例的圖。如圖10所示，冷卻裝置720的散熱部1001露出到車(chē)輛用電力變換裝置11的外部，構(gòu)成該散熱部1001的翅片(散熱板)沿行進(jìn)方向而配置，以使得在車(chē)輛行駛時(shí)利用行駛風(fēng)來(lái)冷卻。

而且，在冷卻裝置720上，配置有功率模塊704b、704d、705b、705d、705f。另外，無(wú)法從圖7中視覺(jué)識(shí)別的功率模塊704a、704c、705a、705c、705e也同樣地配置在冷卻裝置720上。

而且，如圖7所示，設(shè)置于單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的電容器14設(shè)置在功率模塊(704a～704d)的上方且設(shè)置在其近旁。同樣地，設(shè)置于單相三電平轉(zhuǎn)換器50的電容器15a、15b設(shè)置在功率模塊(705a～705f)的上方且設(shè)置在其近旁。

而且，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的電路設(shè)置于電容器14與功率模塊704a～704d之間即1002處。這樣，電容器14以及功率模塊704a～704d相接近，因此，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的電路內(nèi)的電流路徑變短。

同樣地，單相三電平轉(zhuǎn)換器50的電路設(shè)置于電容器15a、15b與功率模塊705a～705f之間即1003處。這樣，由于電容器15a、15b以及功率模塊705a～705f相接近，因此，單相三電平轉(zhuǎn)換器50的電路內(nèi)的電流路徑變短。

也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)換器電路內(nèi)的電流路徑越長(zhǎng)，電路電感越大，而在本實(shí)施方式中，通過(guò)將電容器(電容器14以及電容器15a、15b)設(shè)置在構(gòu)成各轉(zhuǎn)換器(單相兩電平轉(zhuǎn)換器40以及單相三電平轉(zhuǎn)換器50)的功率模塊(功率模塊704a～704d以及功率模塊705a～705f)的上方且設(shè)置在其近旁，能夠使電路電感降低。

另外，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的構(gòu)成開(kāi)關(guān)器件4a～4d的(低耐壓的)功率模塊704a～704d與構(gòu)成開(kāi)關(guān)器件5a～5f的(高耐壓的)功率模塊705a～705f相比，能夠降低開(kāi)關(guān)損耗。然而，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40與單相三電平轉(zhuǎn)換器50相比，由于進(jìn)行高速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，因此開(kāi)關(guān)次數(shù)更多。再者，功率模塊704a～704d與功率模塊705a～705f相比，散熱面積更小。因此，單相兩電平轉(zhuǎn)換40的功率模塊704a～704d與單相三電平轉(zhuǎn)換器50的功率模塊705a～705f相比，溫度有可能上升得更高。

于是，在本實(shí)施方式中，使用如下功率模塊：即、內(nèi)置構(gòu)成單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的開(kāi)關(guān)器件4a～4d的功率模塊704a～704d的工作溫度上限值比內(nèi)置構(gòu)成單相三電平轉(zhuǎn)換器50的開(kāi)關(guān)器件5a～5f的功率模塊705a～705f高。由此，即使在進(jìn)行高速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的情況下，也能夠使穩(wěn)定性提高。

在本實(shí)施方式中，通過(guò)具備上述的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒐β誓K704a～704d以及功率模塊705a～705f直接配置于接地的同一冷卻裝置720。由此，不需要設(shè)置絕緣介質(zhì)等，因此，能夠在簡(jiǎn)化構(gòu)造的基礎(chǔ)上，使冷卻性能提高。

(第二實(shí)施方式)

在第一實(shí)施方式中，說(shuō)明了將內(nèi)置構(gòu)成單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的開(kāi)關(guān)器件4a～4d的功率模塊704a～704d與內(nèi)置構(gòu)成單相三電平轉(zhuǎn)換器50的開(kāi)關(guān)器件5a～5f的功率模塊705a～705f配置在同一冷卻裝置720上的例子。然而，上述的實(shí)施方式并非限制于將功率模塊704a～704d以及功率模塊705a～705f配置于同一冷卻裝置720的情況。于是，在第二實(shí)施方式中，說(shuō)明將功率模塊704a～704d以及功率模塊705a～705f配置在不同的冷卻裝置上的例子。

第二實(shí)施方式的車(chē)輛用電力變換裝置11具備與第一實(shí)施方式的車(chē)輛用電力變換裝置11(圖1中示出的結(jié)構(gòu))同樣的電路結(jié)構(gòu)，省略說(shuō)明。

圖8是示出第二實(shí)施方式的構(gòu)成車(chē)輛用電力變換裝置11的功率模塊的配置例的圖。如圖8所示，設(shè)置有單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的兩電平用冷卻裝置1120以及單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的三電平用冷卻裝置1121。

而且，在兩電平用冷卻裝置1120上設(shè)置有設(shè)為單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的兩電平用區(qū)域1130。另外，在三電平用冷卻裝置1121上設(shè)置有設(shè)為單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的三電平用區(qū)域1131。另外，圖8所示的每個(gè)功率模塊(例如，功率模塊704a～704d、705a～705f)中內(nèi)置有一個(gè)開(kāi)關(guān)器件(例如，開(kāi)關(guān)器件4a～4d、5a～5f)。此外，在圖8中，設(shè)為一個(gè)功率模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)器件來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，但也可以對(duì)一個(gè)功率模塊內(nèi)置大于等于兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件。

在兩電平用冷卻裝置1120上，在設(shè)為單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的兩電平用區(qū)域1130中，構(gòu)成了單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的開(kāi)關(guān)電路，配置有功率模塊704a～704d。在這些功率模塊704a～704d中內(nèi)置有開(kāi)關(guān)器件4a～4d。此外，關(guān)于單相兩電平轉(zhuǎn)換器40用的電容器14的配置，將在下面進(jìn)行說(shuō)明。

在三電平用冷卻裝置1121上，在設(shè)為單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的三電平用區(qū)域1131中，構(gòu)成了單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的開(kāi)關(guān)電路，配置有功率模塊705a～705f。在這些功率模塊705a～705f中內(nèi)置有開(kāi)關(guān)器件5a～5f。此外，關(guān)于單相三電平轉(zhuǎn)換器50用的電容器15a、15b的配置，將在下面進(jìn)行說(shuō)明。

接下來(lái)，對(duì)電容器的配置進(jìn)行說(shuō)明。圖9是示出在從上方觀察本實(shí)施方式所涉及的電容器的情況下的配置例的圖。在圖9所示的例子中，在兩電平用區(qū)域1130的功率模塊704a～704d的上部配置有電容器14。再者，在三電平用區(qū)域1131的功率模塊705b、705d、705f的上部配置有電容器15a，在三電平用區(qū)域1131的功率模塊705a、705c、705e的上部配置有電容器15b。

而且，即使單相兩電平轉(zhuǎn)換器40與單相三電平轉(zhuǎn)換器50之間的配線電感高，也沒(méi)有問(wèn)題，因此，只要將兩電平用冷卻裝置1120設(shè)置在無(wú)法從外部接觸的地方，且無(wú)需將兩電平用冷卻裝置1120接地，那么也可以不考慮如第一實(shí)施方式那樣的功率模塊704a～704d的絕緣耐壓。

圖10是示出在從側(cè)面觀察本實(shí)施方式所涉及的車(chē)輛用電力變換裝置11的情況下的配置例的圖。在圖10中，配置有單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的兩電平用冷卻裝置1120配置在裝置內(nèi)部，配置有單相三電平轉(zhuǎn)換器50的三電平用冷卻裝置1121配置為其一部分露出到裝置外部，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40與單相三電平轉(zhuǎn)換器50通過(guò)連接導(dǎo)體1301連接。

如圖10所示，三電平用冷卻裝置1121的散熱部1302露出到車(chē)輛用電力變換裝置11的外部環(huán)境，構(gòu)成該散熱部1302的翅片(散熱板)沿行進(jìn)方向而配置，以使得在車(chē)輛行駛時(shí)利用行駛風(fēng)(空氣)來(lái)冷卻。因此，三電平用冷卻裝置1121需要接地，并且，功率模塊705a～705f需要具備與第一實(shí)施方式同樣的絕緣耐壓。

另一方面，兩電平用冷卻裝置1120容納于車(chē)輛用電力變換裝置11的內(nèi)部(換言之，構(gòu)成為不露出到外部環(huán)境)，并且，使用(未圖示的)風(fēng)扇(冷卻部)等對(duì)兩電平用冷卻裝置1120進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。也就是說(shuō)，可認(rèn)為由行駛風(fēng)帶來(lái)的冷卻效果會(huì)因?qū)呻娖接美鋮s裝置1120配置在了無(wú)法從外部接觸的地方而減弱。因此，設(shè)為使用風(fēng)扇等進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。再者，通過(guò)將兩電平用冷卻裝置1120構(gòu)成為不接地，從而在功率模塊704a～704d與兩電平用冷卻裝置1120之間并不產(chǎn)生如第一實(shí)施方式那樣的電位差，因此，功率模塊704a～704d也可以不構(gòu)成為具備如第一實(shí)施方式那樣的絕緣耐壓。

而且，設(shè)置于單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的電容器14設(shè)置在功率模塊(704a～704d)的上方且設(shè)置在其近旁。同樣地，設(shè)置于單相三電平轉(zhuǎn)換器50的電容器15a、15b設(shè)置在功率模塊(705a～705f)的上方且設(shè)置在其近旁。

由此，與第一實(shí)施方式同樣地，能夠縮短單相兩電平轉(zhuǎn)換器40以及單相三電平轉(zhuǎn)換器50的電路內(nèi)的電流路徑。也就是說(shuō)，在本實(shí)施方式的單相兩電平轉(zhuǎn)換器40以及單相三電平轉(zhuǎn)換器50中，與第一實(shí)施方式同樣地，能夠降低電路電感。

再者，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的功率模塊704a～704d與單相三電平轉(zhuǎn)換器50的(高耐壓的)功率模塊705a～705f相比，能夠降低開(kāi)關(guān)損耗。然而，單相兩電平轉(zhuǎn)換器40與單相三電平轉(zhuǎn)換器50相比，開(kāi)關(guān)次數(shù)多，散熱面積小，因此，溫度有可能上升得更高。

于是，在本實(shí)施方式中，使用如下功率模塊：即、單相兩電平轉(zhuǎn)換器40的功率模塊704a～704d的工作溫度上限值比單相三電平轉(zhuǎn)換器50的功率模塊705a～705f高。由此，即使在進(jìn)行高速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的情況下，也能夠使穩(wěn)定性提高。

在本實(shí)施方式中，通過(guò)具備上述的結(jié)構(gòu)，不需要在功率模塊704a～704d與兩電平用冷卻裝置1120之間、以及功率模塊705a～705f與功率模塊705a～705f之間設(shè)置絕緣介質(zhì)等，因此，能夠簡(jiǎn)化構(gòu)造，并且使冷卻性提高。

雖然對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但是這些實(shí)施方式是作為例子提出的，并非旨在限定發(fā)明的保護(hù)范圍。這些新穎的實(shí)施方式能夠以其他各種方式實(shí)施，在不偏離發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種省略、替換、變更。這些實(shí)施方式或其變形包含在發(fā)明的保護(hù)范圍或宗旨中，并且，包含在權(quán)利要求書(shū)所記載的發(fā)明和其等同的保護(hù)范圍內(nèi)。