功率转换装置制造方法

功率转换装置制造方法
【专利摘要】为了提供具有半导体开关元件、能够同时实现开关浪涌的抑制和防噪措施这两方面的功率转换装置，功率转换装置具备通过半导体开关元件对由直流电源的正线和负线提供的直流电压进行开关而对该直流电压进行转换，并输出转换后的电压的电压转换部，在所述正线和负线之间并联连接有多个线间电容器，该多个线间电容器的连接位置越靠近所述功率转换部，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的线间电容器的值设定为大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
【专利说明】功率转换装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及功率转换装置，尤其涉及对该功率转换装置所产生的浪涌电压和电磁噪声进行抑制的技术。

【背景技术】
[0002]在使用半导体开关元件而构成的功率转换装置中，存在进行开关时在元件两端所产生的电压浪涌较大的问题。例如若半导体开关元件是IGBT，则在集电极-发射极间会产生该电压浪涌(下文中，将这种电压浪涌称为开关浪涌)。
[0003]在对IGBT进行开关时所产生的集电极-发射极间电压Vce和集电极电流Ic之间的关系例如如图18的示意图所示那样。由该图可知，在功率转换装置中，在关断时集电极-发射极间电压Vce会发生突增(开关浪涌)、在导通时集电极电流Ic会发生突增。于是，若该开关浪涌超过半导体开关元件的耐压，则会导致元件损坏，很大程度上关系到功率转换装置的可靠性。
[0004]此外，开关时所产生的电压、电流的急剧变化、以及伴随着该急剧变化而产生的谐振现象使得产生较高电平的噪声，从而产生传导到电源系统的传导噪声、传播到功率转换装置及连接至装置的电缆周围空间的辐射噪声。于是要求降低这些传导噪声或辐射噪声，以使得周围的设备不发生误动作。例如在国际电工委员会标准(IEC)中分别定义了传导噪声在150kHz~30MHz内，辐射噪声在30MHz~IGHz内这样的限制值。
[0005]图19所示的功率转换装置是表示电动机驱动电路的主要部分的简要电路图。该图所示的电动机驱动电路中，在直流电源线的正线6和负线7之间连接有将由三相交流电源I提供的交流电压转换成直流电压并进行输出的整流器2、以及对该整流器2输出的直流电压进行稳压的平滑电容器Cdc。并且在电动机驱动电路中还具备逆变器3，该逆变器3接受经由平滑电容器Cdc稳压后的直流电压，输出任意频率的三相交流电压。接着，将该逆变器3输出的三相交流电压提供给电动机M，以获得所期望的转速。
[0006]具体而言，整流器2中，三组由两个整流用二极管串联连接而成的串联电路(Dl和D4、D2和D5以及D3和D6)并联连接，将由三相交流电源I提供的交流电压转换成直流电压。此外，逆变器3具有以下结构，即:三组由两个IGBT串联连接而成的串联电路(SI和S4、S2和S5以及S3和S6)并联连接。该逆变器也可以使用例如由两个开关元件串联连接而成的所谓的2inl型功率模块、由六个开关元件桥式连接而成的6inl型功率模块、或者将由六个整流二极管桥式连接而成的整流器电路和由六个开关元件桥式连接而成的逆变器电路封装后得到的PIM(Power Integrated Modules:功率集成模块)来构成。此外，逆变器3由未图示的控制电路进行例如PWM控制。
[0007]这里，图19中的Lpl、Lp2、Lp3、Ldcp、Ldcn、Lnl、Ln2、Ln3是存在于构成整流器和逆变器的直流电源线的印刷图案、母线的布线电感，是产生开关浪涌的主要因素。虽然这些布线电感Lpl、Lp2、Lp3、Ldcp、Ldcn、Lnl、Ln2、Ln3在通常的电路图中没有描述，但在上述功率转换装置等中从其构造上来看是存在的。
[0008]并且，该布线电感的值越大，开关浪涌也越大。这是由于，在图19的电路中对各IGBT(SI?S6)进行关断时，流入布线电感的电流失去了导通路径。
[0009]对于用于抑制这种开关浪涌的一般的应对方法，存在有连接缓冲电路(snubbercircuit)的方法。这种缓冲电路起到以下作用，即:吸收储存在布线电感中的能量,从而对开关浪涌进行抑制。图20是在图19所示的功率转换电路中，在直流电源线的正线6和负线7之间连接缓冲电容器Cs而得到的。该图中的布线电感Lpl、Lnl是平滑电容器Cdc和缓冲电容器Cs之间的印刷图案、母线所具有的。
[0010]另外，对于缓冲电容器Cs，除了其自身的引线所具有的电感以外，还包含与连接的印刷图案、母线所具有的电感相匹配的布线电感Lsp、Lsn。
[0011]或者，作为用于抑制开关浪涌的其他的一般应对方法，虽然未进行图示，但可以采用以下电路，即:将由二极管和电阻构成的并联电路与电容器串联连接，将由此连接而成的缓冲电路与开关元件并联连接而得到的电路。然而，即使增加这种缓冲电路，在大多情况下也难以充分地降低传导噪声、辐射噪声。
[0012]例如，若参照图18所示的开关波形，则在对IGBT进行关断时，开关浪涌的峰值电压成为元件损坏的原因。另一方面，有时开关浪涌在出现峰值后并不会立即收敛，而是进行谐振而振荡。并且，在导通时的电流中也可以观察到这种谐振现象。
[0013]这种谐振现象虽然不是元件损坏的原因，但如图21所示，成为产生使频谱中出现极大值的噪声的原因，从而导致产生较大的辐射噪声、传导噪声。此外，对于该谐振现象，用于抑制开关浪涌而增加的缓冲电路等电路元件、开关元件自身的寄生电容、与开关元件周边的布线电感等产生的谐振是主要因素。作为降低因这种谐振现象而产生的高电平的传导噪声、辐射噪声的方法，尝试了以下方法，即:将由电容器和电阻器串联连接而成的串联电路与具有布线电感的直流电源线并联连接(例如，参照专利文献I)。
现有技术文献专利文献
[0014]专利文献1:日本专利特开2010-41790号公报


【发明内容】

发明所要解决的技术问题
[0015]然而，在专利文献I所记载的功率转换装置中，与直流电源线并联连接的电容器中也存在有寄生电感，该电感值有可能会大于通常并联连接有电容器的直流电源线的电感值。此时，在比期待直流电源线与电容器产生并联谐振的频率要低的频率下，由电容器与电容器的寄生电感产生串联谐振。因此，电容器在上述并联谐振频率下作为寄生电感进行动作，从而无法产生所设想的电容器与直流电源线的并联谐振。从而难以降低上述高电平的传导噪声、辐射噪声。
[0016]本发明是为解决上述问题而完成的，其目的在于，在具有半导体开关元件的功率转换装置中，提供一种能够同时实现抑制开关浪涌和降噪措施这两方面的功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
[0017]为解决上述问题，本发明的功率转换装置是具备电压转换部的功率转换装置，该电压转换部通过半导体开关元件对由直流电源的正线和负线提供的直流电压进行开关而对该直流电压进行转换，并输出转换后的电压，所述功率转换装置的特征在于，包括:平滑电容器，该平滑电容器连接在所述正线和负线之间，对该直流电源线的直流电压进行平滑；以及缓冲电容器，该缓冲电容器连接在所述正线与负线之间，对所述功率转换部开关时产生的浪涌电压进行抑制，所述缓冲电容器与所述功率转换部之间的所述正线与负线之间至少连接有一个以上的线间电容器，该线间电容器的连接位置越靠近所述功率转换部，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的线间电容器的值大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
[0018]在上述功率转换装置的功率转换部中，使用IGBT作为半导体开关元件。而且，通过具备缓冲电容器和噪声抑制电容器作为线间电容器，使得伴随着直流电源线部和功率转换部所产生的串联谐振而产生的传导噪声、辐射噪声分量得以降低，其中，噪声抑制电容器所具有的静电电容比该缓冲电容器小，且比IGBT的主电极间(集电极-发射极间)的输出电容大。
[0019]另外，上述功率转换装置也可以去除缓冲电容器，而由平滑电容器和噪声抑制电容器的并联电路构成，或者去除平滑电容器，而由缓冲电容器和噪声抑制电容器的并联电路构成。
[0020]此外，本发明的另一优选方式的特征在于，在所述正线与负线之间，线间电容器、线间电容器与电阻器串联连接而成的串联电路、及线间电容器与电阻器并联连接而成的并联电路中的任意一种并联连接有多个，所述线间电容器的连接位置越靠近所述功率转换部，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的电容器的值大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
[0021]上述功率转换装置中，由于电阻器与线间电容器(噪声抑制电容器)串联连接，因此能够利用电阻器有效地使伴随着串联谐振的噪声得以衰减。
[0022]或者，本发明所涉及的所述功率转换部是使用由多个半导体开关元件封装而成的半导体模块的功率转换装置，所述功率转换装置的特征在于，在所述正线与负线之间，线间电容器、线间电容器与电阻器串联连接而成的串联电路、及线间电容器与电阻器并联连接而成的并联电路中的任意一种并联连接有多个，其中连接在最靠近功率转换部的位置的所述线间电容、所述串联电路、或所述并联电路构成在所述半导体模块内，所述线间电容器的连接位置越靠近所述半导体模块内的所述半导体元件，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的电容器的值大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
[0023]上述功率转换装置中，由于能够将噪声抑制电容器、与该电容器串联连接的电阻器构成在半导体模块内，因此无需将这些噪声抑制电容、电阻器与布线图案、母线相连接而能以紧凑的结构有效地对噪声进行抑制。
[0024]此外，所述功率转换部除了将输入的直流电压转换成交流电压并进行输出的逆变器外，还可以由通过对输入的直流电压进行开关而转换成其他直流电压并进行输出的直流斩波器等构成。
发明效果
[0025]本发明的功率转换装置利用由线间电容器的电容分量、缓冲电容器的寄生电感分量或周边直流电源线的电感分量产生的并联谐振，来降低伴随着直流电源线部和功率转换部所产生的串联谐振而产生的传导噪声、辐射噪声分量。此外，本发明的功率转换装置中，由于增加了缓冲电容器、线间电容器，因此直流电源线的阻抗与现有功率转换装置相比变小，从而开关浪涌不会恶化。
[0026]由此，本发明的功率转换装置能够同时实现开关浪涌的抑制和辐射噪声、传导噪声的抑制，从而在实际使用中可获得非常好的效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1是表示本发明的实施例1所涉及的功率转换装置的结构的电路图。
图2是表示本发明的功率转换装置和现有的功率转换装置之间的噪声电平的理论推算结果(相对值)的一个示例的图。
图3是表示只有缓冲电容器的情况下的噪声频谱分布(电场强度)的实际测量结果的图。
图4是表示连接有缓冲电容器和噪声抑制电容器的情况下的噪声频谱分布(电场强度)的实际测量结果的图。
图5是表示本发明的实施例1所涉及的功率转换装置的变形例的电路图。
图6是表示本发明的实施例1所涉及的功率转换装置的其他变形例的电路图。
图7是表示对噪声抑制电容器进行变形后的实施例的主要部分电路图。
图8是表示本发明的实施例2所涉及的功率转换装置的结构的电路图。
图9是表示本发明的实施例3所涉及的功率转换装置的结构的电路图。
图10是表示本发明的实施例4所涉及的功率转换装置的结构的电路图。
图11是表示印刷布线基板上所安装的IGBT模块、噪声抑制电容器以及缓冲电容器的配置的一个示例的图。
图12是表示与安装在IGBT模块上的母线相连接的噪声抑制电容器和缓冲电容器的一个安装例的立体图。
图13是表示将噪声抑制电容器安装在2inl的IGBT模块内的电路结构的电路图。
图14是表示将噪声抑制电容器安装在6inl的IGBT模块内的电路结构的电路图。
图15是表示将噪声抑制电容器应用于PIM的电路结构的电路图。
图16是表示本发明的实施例8所涉及的功率转换装置的图。
图17是表示本发明的实施例9所涉及的功率转换装置的图。
图18是表示IGBT的开关波形的一个示例的图。
图19是表示现有功率转换装置的结构的电路图。
图20是表示将缓冲电容器连接至图16所示的功率转换装置的结构的电路图。
图21是表示现有功率转换装置的噪声电平的一个示例的图。

【具体实施方式】
[0028]下面，参照附图，对本发明一实施方式所涉及的功率转换装置进行说明。另外，图1?图17是对本发明的实施方式的例示，这些附图并非对本发明作出限定。此外，对于与图20所示的现有功率转换装置相同的结构要素标注相同标号，并省略其说明。
实施例1
[0029]图1是表示本发明的实施例1所涉及的功率转换装置的结构的电路图。本实施例1与图20所示的现有功率转换装置的不同点在于，在位于直流电源线的正线6和负线7的线之间的缓冲电容器Cs和逆变器3之间具有用于抑制传导噪声或辐射噪声的噪声抑制电容器(线间电容器)Cl，并且该噪声抑制电容器Cl的静电电容的值小于缓冲电容器Cs的静电电容的值，且大于用于逆变器3的半导体开关元件(IGBT:S1~S6)的主电极间(集电极-发射极间)电容Coes (输出电容)的值。
[0030]此外，可以使用薄膜电容器作为缓冲电容器Cs，使用陶瓷电容器作为噪声抑制电容器Cl。
[0031]然而，成为现有功率转换装置产生的高电平的传导噪声、辐射噪声的产生原因的主要的谐振现象中，存在有在包含缓冲电容器Cs的直流电源线6、7与逆变器3之间产生的串联谐振(例如图20中，在对IGBT(Sl)进行开关时，在布线电感14)2、14)3、1^?、1^11、1^2、Ln3、缓冲电容器Cs及集电极-发射极间电容(输出电容)Coes之间产生的串联谐振)。
[0032]本发明的特征在于，对于该串联谐振，由于具备缓冲电容器Cs和噪声抑制电容器Cl，从而降低了伴随着所述直流电源线部和功率转换部所产生的串联谐振而产生的传导噪声、辐射噪声分量。即，本发明的功率转换装置中，通过噪声抑制电容器Cl的电容分量与缓冲电容器Cs的寄生(布线)电感分量(Lsp、Lsn)或周边的直流电源线的电感分量(Lp2、Ln2)之间所产生的新的并联谐振来降低噪声分量。
[0033]此外，本发明的功率转换装置中，通过增加缓冲电容器Cs、噪声抑制电容器Cl，使得直流电源线的阻抗相对于现有功率转换装置变小。因此，开关浪涌不会恶化。
[0034]在对本发明的实施例1所涉及的功率转换装置的具体电路结构和对策效果进行更为详细的说明之前，参照图20对现有功率转换装置进行说明。
[0035]例如，为了实现获得电压抑制效果的目的，使用具有几百nF左右的静电电容的薄膜电容器作为缓冲电容器Cs。缓冲电容器与功率转换部之间存在有与缓冲电容器中的几nH左右的寄生电感分量(Lsp、Lsp)、未图示的具备开关元件的功率模块内的几十nH左右的电感分量、以及因薄膜电容器尺寸或安装的关系而产生的直流电源线中的几十nH的电感分量(Lp2、Lp3、Ln2、Ln3)等的串联连接分量相当的几十nH左右的电感。
[0036]此外，开关兀件具有例如几百pF左右的静电电容分量(输出电容Coes)。由此,上述几十nH左右的电感分量与开关元件的几百pF左右的电容分量在几MHz带的频带发生串联谐振，例如如图21的用虚线表示的区域所示那样，在特定的频率下产生成为峰值的高电平的噪声。
[0037]接着，参照图1对本发明的功率转换装置的电路结构进行说明。图1所示的本发明的实施例1所涉及的功率转换装置中增加了噪声抑制电容器Cl，该噪声抑制电容器Cl与图20所示的现有功率转换装置中的缓冲电容器Cs相比，其静电电容为较小的值，且与构成逆变器3的IGBT(S1~S6)的输出电容Coes相比，其静电电容为较大的值。
[0038] 使用具有输出电容Coes的例如5倍左右的静电电容的陶瓷电容器作为该噪声抑制电容器Cl的具体静电电容。由此，噪声抑制电容器Cl与缓冲电容器Cs的寄生电感Lsp、Lsp、缓冲电容器Cs和噪声抑制电容器Cl之间的直流电源线6、7的电感Lp2、Ln2的串联电感分量之间产生并联谐振，其并联谐振频率位于几MHz频带。因此，本发明的实施例1所涉及的功率转换装置能够降低因所述串联谐振引起的导致高电平噪声的噪声分量。
[0039]作为对该噪声降低效果进行理论推算的结果，在图2中示出本发明的功率转换装置与现有功率转换装置的噪声电平的理论推算结果(相对值)的一个示例。此外，图3示出只有缓冲电容器Cs的情况下的噪声频谱。在该图中，实线是本发明的功率转换装置的噪声频谱，虚线是现有功率转换装置的噪声频谱。图4中分别示出利用实际设备对与缓冲电容器Cs并联地并联连接有噪声抑制电容器Cl时的噪声降低效果进行验证而得到的实际测量结果。根据这些附图，能够确认利用本发明能够获得较高的噪声降低效果。
[0040]此外，上述实施方式中，对使用IGBT作为开关元件的功率转换装置进行了说明，但当然也可以不使用该IGBT，而使用MOSFET这种自灭弧设备来构成。此外,使用由两个开关元件串联连接而成的2inl型、由六个开关元件桥式连接而成的6inl等功率模块来作为上述构成逆变器3的半导体开关元件，但将由六个整流二极管桥式连接而成的整流器电路和由六个开关元件桥式连接而成的逆变器电路封装在一起而得到的PM也可适用于本发明的功率转换装置。
[0041]此外，在电路图上用一个元件示出噪声抑制电容器Cl、缓冲电容器Cs，但也可以并联连接或串联连接多个电容器来构成。
[0042]或者，本发明当然也可以适用于如图5的变形例所示那样的不使用缓冲电容器Cs的功率转换装置、如图6的其他变形例所示那样的不使用平滑电容器Cdc的功率转换装置。
[0043]另外，本发明的功率转换装置中的噪声抑制电容器也可以如图7所示那样，将由两个电容器Cla、Clb串联连接而成的串联电路连接在正线和负线之间，并且将该电容器Cla, Clb的连接点接地。此时，只要电容器Cla、Clb的合成静电电容满足上述条件即可。
[0044]并且，虽然未特别进行图示，但例如在图1中，也可以将噪声抑制电容器Cl连接在由开关元件S1、S4构成的脚中的直流线6、7各自的连接点跟前。
[0045]总之，本发明的功率转换装置中，只要将噪声抑制电容器的静电电容设为噪声抑制电容器的连接位置越靠近功率转换部，其静电电容的值越小，且使静电电容的值最小的噪声抑制电容器的静电电容的值大于功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容即可。
实施例2
[0046]在上述图1所示的本发明的实施例1的电路结构中，在由噪声抑制电容器Cl所具有的寄生电感分量(Llp、Lln)、功率模块内的电感分量(未图示)及直流电源线6、7的电感分量(Lp3、Ln3)的各电感分量、与IGBT (SI?S6)的输出电容Coes及噪声抑制电容器Cl的各电容分量形成的串联电路中产生串联谐振。伴随着该串联谐振有时会产生高于所期望的噪声电平的噪声。
[0047]在这种情况下，如图8的表示本发明的实施例2的电路图中所记载的那样，将电阻器Rl与噪声抑制电容器Cl串联连接，并将该串联电路连接在最靠近逆变器3的电源线6、7间即可。通过采用这种电路结构，能够有效地降低伴随着上述串联谐振而产生的噪声。此夕卜，虽然没有特别进行图示，但将电阻器Rl与噪声抑制电容器Cl并联连接也能获得噪声降低效果。
实施例3
[0048]本实施例3与上述实施例1和2的不同点在于，如图9所示，在直流电源线6、7之间连接有噪声抑制电容器Cl和另一噪声抑制电容器C2，其中噪声抑制电容器Cl所具有的静电电容的值比缓冲电容器Cs的静电电容要小，且比构成功率转换部的IGBT (SI?S6)的输出电容Coes要大，另一噪声抑制电容器C2所具有的静电电容的值比该噪声抑制电容器Cl的静电电容要小，且比IGBT(SI?S6)的输出电容Coes要大。即，将多个噪声抑制电容器C1、C2连接在直流电源线6、7之间来构成电路，其中，将该多个噪声抑制电容器C1、C2设为越靠近构成功率转换部的开关元件，其静电电容越小，且越靠近缓冲电容器Cs，其静电电容越大。
[0049]由此，除了实施例1所述的并联谐振外，在噪声抑制电容器Cl所具有的寄生电感(LIP、Lin)、噪声抑制电容器Cl、C2间的直流电源线6、7的电感(Lp3、Ln3)的串联电感分量、与噪声抑制电容器C2之间产生并联谐振，从而能够获得更好的噪声降低效果。
[0050]此外，图9所示的本发明的实施例3所涉及的功率转换装置中，噪声抑制电容器Cl、C2这两个电容器并联连接，但也可以并联连接更多的电容器。总之，本发明的功率转换装置中，只要以能够获得最佳噪声抑制效果的方式设定并联连接的电容器的静电电容和个数即可，对电容器的并联连接数并没有限制。此外，使用陶瓷电容器作为噪声抑制电容器。
实施例4
[0051]参照图10对本发明的实施例4所涉及的功率转换装置进行说明。
[0052]该实施例4与上述实施例3的不同点在于，如实施例2所说明的那样，分别将电阻器R1、R2与噪声抑制电容器Cl、C2串联连接来构成电路。
[0053]采用这种结构的本发明的实施例4所涉及的功率转换装置中，能够利用电阻器Rl、R2来有效地降低伴随着因增加噪声抑制电容器Cl、C2而产生的串联谐振的噪声分量。
[0054]另外，作为本实施例4的变形例，虽然未特别进行图示，但也可以采用将电阻器R1、R2与噪声抑制电容器Cl、C2并联连接而成的电路结构。
实施例5
[0055]接着，对实现本发明的功率转换装置的安装例进行说明。图11是表示本发明的实施例5的图，示出直流电源线6、7是形成在印刷基板上的印刷图案的情况。该图中，IGBT (SI?S6)被封装在一个功率模块8内，并将封装后的部件配置在基板的背面。该功率模块的直流端子Ml、M2分别与形成在印刷基板上的直流电源线6、7的印刷图案相连接。在该直流电源线6、7上的直流端子Ml、M2附近安装噪声抑制电容器Cl。
[0056]该噪声抑制电容器Cl的静电电容如上述实施例1?4所说明的那样，其值比缓冲电容器Cs的静电电容小，且比半导体开关元件(IGBT:S1?S6)的主电极(集电极-发射极)间电容Coes (输出电容)大。
[0057]通过如上述那样安装噪声抑制电容器Cl和缓冲电容器Cs，能够降低噪声分量。此夕卜，由于直流电源线的阻抗相对于现有功率转换装置变小，因此开关浪涌也不会恶化。
[0058]此外，虽然未特别进行图示，但对于实施例2?4，也可以根据本实施例5安装到印刷基板上。
实施例6
[0059]图12是表示直流电源线6、7由母线布线构成的情况下的实施例的图。
[0060]在本实施例6中，例如利用螺钉拧紧等在构成直流电源线6、7的母线布线B1、B2与功率模块8的连接部位的附近将噪声抑制电容器Cl安装到母线布线B1、B2，并在远离该连接部位的部位将缓冲电容器Cs安装到母线布线B1、B2。
[0061]该噪声抑制电容器Cl的静电电容如上述实施例1?5所说明的那样，其值比缓冲电容器Cs的静电电容小，且比半导体开关元件(IGBT:S1?S6)的主电极(集电极-发射极)间电容Coes (输出电容)大。
[0062]在该实施例6中，通过如上述所示那样对噪声抑制电容器Cl和缓冲电容器Cs如上述那样进行安装，也能够降低噪声分量。此外，由于直流电源线的阻抗相对于现有功率转换装置变小，因此开关浪涌也不会恶化。
[0063]此外，虽然未特别进行图示，但对于实施例2?4，也可以根据本实施例6安装到母线布线B1、B2上。
实施例7
[0064]图13、14是表示在本发明的功率转换装置中，将上述实施例1中的噪声抑制电容器Cl内置于功率模块8内进行封装时的电路结构的图。图13示出将本发明应用于由两个开关元件(IGBT)串联连接而成的所谓的2inl型功率模块的电路结构。同样地，图14是将本发明应用于由六个开关元件桥式连接而成的所谓的6inl型功率模块的电路结构。此外，图15是将本发明应用于PM的电路结构。该PM20是将由六个二极管(Dl?D6)构成的整流器2、与具备六个开关元件(SI?S6)和噪声抑制电容器Cl的逆变器3封装为一体而得到的。
[0065]此外，虽然未特别进行图示，但也可以根据本实施例7，将上述实施例2?4的功率转换装置中的噪声抑制电容器内置在功率模块内进行封装。
[0066]由此，本发明的实施例7所涉及的功率转换装置中，由于噪声抑制电容器、与该电容器串联连接的电阻器内置在半导体模块内，因此无需将这些噪声抑制电容、电阻器与布线图案、母线相连接而能以紧凑的结构容易地实现对噪声的有效抑制。
实施例8
[0067]实施例1?4中示出通过六个二极管Dl?D6构成整流器2的示例，但本发明的功率转换装置除此以外，例如如图16所示，也可以并联连接三组分别由两个开关元件(Sll和S14、S12和S15、S13和S16)串联连接而成的串联电路来构成整流器9。并且，该整流器由未图示的控制电路来进行例如PWM控制(PWM整流器)。
[0068]此外，上述实施方式中，对使用IGBT作为开关元件的功率转换装置进行了说明，但当然也可以不使用该IGBT，而使用MOSFET这种自灭弧设备来构成。
[0069]总之，本发明的功率转换装置中，只要在所述直流电源线的正线和负线的线之间设置缓冲电容器Cs、在缓冲电容器Cs和功率转换部之间设置噪声抑制电容器Cl，并使该噪声抑制电容Cl的静电电容的值比功率转换部所使用的开关元件的集电极-发射极间电容(输出电容)Coes要大，且比缓冲电容器Cs要小即可，对整流器、逆变器的构成方法及其控制方式并没有限制。此外，本发明不限于到目前为止所说明的两电平，也可以是三电平等多电平，或者也可以不限于三相，而采用单相。并且，对于其适用对象，可以是整流器-逆变器以外的电路结构，例如功率调节器等，只要具备直流线和功率转换部即可。
实施例9
[0070]实施例1?4和实施例8示出整流器-逆变器的结构例，但除此之外，本发明的功率转换装置也可以是例如利用半导体开关元件对输入的直流电压进行开关，并将其转换为其他的直流电压的DC-DC转换器。因此，这里，参照图17，对作为本发明的其他的实施方式所涉及的功率转换装置的DC-DC转换器进行说明。
[0071]图17是表示DC-DC转换器的主要部分简要结构的电路图。该图中，通过具备一次绕组tl和二次绕组t2而形成变压器T，一次绕组tl与由开关元件(MOSFET)Ql~Q4构成的桥式电路10相连接。桥式电路通过正?负直流电源线6、7与直流电源Vdc相连接，通过交替对开关元件Ql~Q4进行开关，将直流电压转换成交流电压，并提供给变压器T。另一方面，二次绕组t2与桥式连接的整流用二极管(Dl~D4)、对从该整流用二极管输出的直流电压进行平滑的平滑电容器Cdc相连接，向未图示的负载提供直流电。
简而言之，在由此构成的DC-DC转换器中，在正负直流电源线6、7上存在有布线电感Lpl、Lp2、Lp3、Lnl、Ln2、Ln3。因此，与上述实施例相同，在正线6和负线7的线之间设置缓冲电容器Cs，在该缓冲电容器Cs与桥式电路10之间设置噪声抑制电容器Cl。并且，使电容器Cl的静电电容的值比桥式电路10所使用的MOSFET (Ql~Q4)的漏极-源极间电容(输出电容)Cods要大，且比缓冲电容器Cs的静电电容要小。由此，本发明的实施例9所涉及的功率转换装置能够同时实现开关浪涌的抑制和辐射噪声及传导噪声的抑制。
[0072]此外，虽然未特别进行图示，但本实施例9中当然也可以适用上述实施例2~8。
[0073]由此，本发明的功率转换装置在能够抑制开关浪涌和抑制辐射噪声及传导噪声的同时，还能够容易地实现，因此在实际使用中是非常有用的。
[0074]此外，本发明的功率转换装置并不限于上述实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内可进行各种变更。
标号说明
[0075]I三相交流电源 2整流器
3逆变器
6，7直流电源线
Cl，C2噪声抑制电容器
Cdc平滑电容器
Coes输出电容
Cs缓冲电容器
【权利要求】
1.一种功率转换装置，该功率转换装置具备电压转换部，该电压转换部通过半导体开关元件对由直流电源的正线和负线提供的直流电压进行开关而对该直流电压进行转换，并输出转换后的电压，所述功率转换装置的特征在于，包括: 平滑电容器，该平滑电容器连接在所述正线和负线之间，对该直流电源线的直流电压进行平滑；以及 缓冲电容器，该缓冲电容器连接在所述正线与负线之间，对所述功率转换部开关时产生的浪涌电压进行抑制， 所述缓冲电容器与所述功率转换部之间的所述正线与负线之间至少连接有一个以上的线间电容器， 该线间电容器的连接位置越靠近所述功率转换部，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的线间电容器的值大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
2.—种功率转换装置，该功率转换装置具备电压转换部，该电压转换部通过半导体开关元件对由直流电源的正线和负线提供的直流电压进行开关而对该直流电压进行转换，并输出转换后的电压，所述功率转换装置的特征在于， 包括平滑电容器，该平滑电容器连接在所述正线和负线之间，对该直流电源线的直流电压进行平滑， 所述平滑电容器与所述功率转换部之间的所述正线与负线之间至少连接有一个以上的线间电容器， 该线间电容器的连接位置越靠近所述功率转换部，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的线间电容器的值大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
3.—种功率转换装置，该功率转换装置具备电压转换部，该电压转换部通过半导体开关元件对由直流电源的正线和负线提供的直流电压进行开关而对该直流电压进行转换，并输出转换后的电压，所述功率转换装置的特征在于， 包括缓冲电容器，该缓冲电容器连接在所述正线与负线之间，对所述功率转换部开关时产生的浪涌电压进行抑制， 所述缓冲电容器与所述功率转换部之间的所述正线与负线之间至少连接有一个以上的线间电容器， 该线间电容器的连接位置越靠近所述功率转换部，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的线间电容器的值大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
4.一种功率转换装置，该功率转换装置具备电压转换部，该电压转换部通过半导体开关元件对由直流电源的正线和负线提供的直流电压进行开关而对该直流电压进行转换，并输出转换后的电压，所述功率转换装置的特征在于， 在所述正线与负线之间，线间电容器、线间电容器与电阻器串联连接而成的串联电路、及线间电容器与电阻器并联连接而成的并联电路中的任意一种并联连接有多个， 所述线间电容器的连接位置越靠近所述功率转换部，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的电容器的值大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
5.一种功率转换装置，该功率转换装置具备电压转换部，该电压转换部通过半导体开关元件对由直流电源的正线和负线提供的直流电压进行开关而对该直流电压进行转换，并输出转换后的电压， 所述功率转换部使用由多个半导体开关元件封装而成的半导体模块，所述功率转换装置的特征在于， 在所述正线与负线之间，线间电容器、线间电容器与电阻器串联连接而成的串联电路、及线间电容器与电阻器并联连接而成的并联电路中的任意一种并联连接有多个， 其中连接在最靠近所述功率转换部的位置的所述线间电容、所述串联电路、或所述并联电路构成在所述半导体模块内， 所述线间电容器的连接位置越靠近所述半导体模块内的所述半导体元件，其静电电容的值越小，且静电电容的值最小的电容器的值大于所述功率转换部所使用的开关元件施加有直流电压时的主电极间的静电电容。
6.如权利要求1至5的任一项所述的功率转换装置，其特征在于， 所述功率转换部是将输入的直流电压转换成交流电压后将其输出的逆变器。
7.如权利要求1至5的任一项所述的功率转换装置，其特征在于， 所述功率转换部是对输入的直流电压进行开关而将该直流电压转换成其他直流电压后将其输出的直流斩波器。
【文档编号】H02M7/5387GK104054245SQ201280067018
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年3月5日 优先权日:2012年3月5日
【发明者】林美和子, 皆见崇之 申请人:富士电机株式会社, 富士电机机器制御株式会社