(57)【要約】【課題】  本発明は、放熱器の性能を向上させると共に半導体素子の開閉によって発生する過大な電圧を低減し、小型軽量なパワーコンディショナを提供することを目的とする。【解決手段】  複数のストレートフィンが設けられた放熱器と複数のディスクリート半導体素子とを備え、前記複数のディスクリート半導体素子は、前記放熱器と熱的に接続されており、前記複数のディスクリート半導体素子の各熱中心の間に前記ストレートフィンが位置するように、前記複数のディスクリート半導体素子が前記放熱器上に配置する。【選択図】図３
2014011864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のストレートフィンが設けられた放熱器と、
複数のディスクリート半導体素子と、
を備えた電子機器であって、
前記複数のディスクリート半導体素子は、前記放熱器と熱的に接続されており、
前記複数のディスクリート半導体素子の各熱中心の間に前記ストレートフィンが位置するように、前記複数のディスクリート半導体素子が前記放熱器上に配置されたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器において、
該電子機器はパワーコンディショナであり、
第１のスイッチング素子とスナバコンデンサを含む第１の閉ループ回路と、
第２のスイッチング素子と前記スナバコンデンサを含む第２の閉ループ回路と、
前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、前記スナバコンデンサが電気的に接続されたプリント配線板と、
を備えたパワーコンディショナであって、
前記スナバコンデンサは、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間の領域に配置されていることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項３】
請求項２に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、前記スナバコンデンサは、コンバータを構成する素子であることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項４】
請求項３に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子は並列に接続されており、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との並列接続体に、第１のダイオードと前記スナバコンデンサとの直列接続体が接続されたことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項５】
請求項３に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記第１のスイッチング素子には、前記第１のダイオードと前記スナバコンデンサとの直列接続体が接続されており、
前記第２のスイッチング素子には、第２のダイオードと前記スナバコンデンサとの直列接続体が接続されたことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項６】
請求項５に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とにおけるスイッチングタイミングに位相差を設けて制御する制御手段を備えたことを特徴とするパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワーコンディショナに関わり、特に電子部品の実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止のため、燃料電池や太陽光などをエネルギー源とした分散型電源システムが普及してきている。本システムの設置場所の省スペース化や設置工事を容易にするため、本システムに組み込まれるパワーコンディショナの小型軽量化が望まれている。
【０００３】
特許文献１には、小型軽量な電力変換装置に関する技術が開示されている。例えば、同文書の要約書では、複数個のコンデンサ（同文献における３０、３２、３４）の（＋）側の入力端子と（−）側の入力端子をそれぞれ同心円上に点対称に配置し、この複数のコンデンサ（同文献における３０、３２、３４）の外周に上記半導体スイッチング素子（同文献における２０Ｕ1、２０Ｕ２、２０Ｖ1、２０Ｖ２、２０Ｗ１、２０Ｗ２）を点対称に配置し、この内周に点対称に配置された上記コンデンサの（＋）側と（−）側の入力端子とその外周に点対称に配置された半導体スイッチング素子の（＋）側と（−）側の入力端子とを対称形な（＋）側と（−）側用の導体（同文献における４０、４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ；５０、５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗ）によりそれぞれ接続された電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６６０６７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
他方、機器を小型軽量化するには、半導体素子の放熱を促進する放熱器を小型化することも重要である。放熱器を小型するには、例えば、放熱器の放熱性能を上げる方法が考えられるが、特許文献１ではその方法が考慮されておらず、機器の小型化を達成するには不十分である。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、放熱器の性能を向上させると共に半導体素子の開閉によって発生する過大な電圧を低減し、小型軽量なパワーコンディショナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
複数のストレートフィンが設けられた放熱器と複数のディスクリート半導体素子とを備え、前記複数のディスクリート半導体素子は、前記放熱器と熱的に接続されており、前記複数のディスクリート半導体素子の各熱中心の間に前記ストレートフィンが位置するように、前記複数のディスクリート半導体素子を前記放熱器上に配置する。
【０００８】
あるいは、第１のスイッチング素子とスナバコンデンサを含む第１の閉ループ回路と、第２のスイッチング素子と前記スナバコンデンサを含む第２の閉ループ回路と、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、前記スナバコンデンサが電気的に接続されたプリント配線板とを備え、前記スナバコンデンサを、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間の領域に配置する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放熱器の性能を向上させると共に半導体素子の開閉によって発生する過大なサージ電圧を低減し、小型軽量なパワーコンディショナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１のパワーコンディショナ１の回路構成図
【図２】実施例１のパワーコンディショナ１の構造図
【図３】実施例１の基板組１１０の構造図
【図４】実施例１の基板組１１０を下方からみた拡大図
【図５】実施例２のプリント配線板１５０の拡大図
【図６】実施例２のプリント配線板１５０上の第１の閉ループの図
【図７】実施例２のプリント配線板１５０上の第２の閉ループの図
【図８】実施例３のコンバータ８１の回路構成図
【図９】実施例３のプリント配線板１５１の拡大図
【図１０】実施例４のコンバータ８１のスイッチングタイミングが同位相の場合の動作波形図
【図１１】実施例１における比較対象の基板組３１０の構造図
【図１２】実施例２における比較対象のプリント配線板３５０の拡大図
【図１３】実施例２のおける比較対象のプリント配線板３５０上の第１の閉ループの図
【図１４】実施例２のおける比較対象のプリント配線板３５０上の第２の閉ループの図
【図１５】実施例４のコンバータ８１のスイッチングタイミングが異なる位相の場合の動作波形図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１〜図４および図１１を用いて実施例１を説明する。なお、図１〜図４は、実施例１のパワーコンディショナ１の図であり、図１１は実施例１の比較対象となるパワーコンディショナ２０１の基板組の図である。
【００１３】
図１は、パワーコンディショナ１の回路構成図である。図１において、１０は直流電源、８０はコンバータ、８５は系統連系インバータ、１１は商用系統、６０〜６３は端子である。また、４０、４５、４６は平滑コンデンサ、４１〜４３はスナバコンデンサ、５０は直流リアクトル、２０、２１、２５〜２８はスイッチング素子、３０、３１はダイオード、５５は交流リアクトル、７０、７１は制御回路である。なお、３５は、ダイオード３０と３１が１つのパッケージに入ったディスクリート半導体素子である。
【００１４】
まず、コンバータ８０側の回路の接続を説明する。直流電源１０の両端には、端子６０と端子６１を介して平滑コンデンサ４０が接続される。平滑コンデンサ４０の両端には、直流リアクトル５０と、スイッチング素子２０（第１のスイッチング素子）と２１（第２のスイッチング素子）の並列接続体との直列接続体が、接続される。スイッチング素子２０と２１の並列接続体の両端には、ダイオード３０（第１の整流素子）と３１（第２の整流素子）の並列接続体と、スナバコンデンサ４１〜４３の並列接続体との直列接続体が、接続される。また、スイッチング素子２０、２１の制御端子であるゲート端子およびソース端子は、制御回路７０に接続される。コンバータ８０の入力端は平滑コンデンサ４０の両端であり、出力端はスナバコンデンサ４１〜４３の両端である。制御回路７０は、コンバータ８０の出力電圧が所望の値になるよう、スイッチング素子２０、２１を制御する。なお、本実施例ではダイオード３０と３１からなる２つのダイオードを並列接続で使用したが、十分な電流容量のダイオードを用いる場合は１つのダイオードでもよい。また、直流電源１０は、太陽電池パネルや燃料電池、風力発電機の交流出力を直流に整流したものでもよい。
【００１５】
次に、インバータ８５側の回路の接続を説明する。コンバータ８０の出力端には、平滑コンデンサ４５が接続される。平滑コンデンサ４５の両端には、スイッチング素子２５と２６との直列接続体と、スイッチング素子２７と２８との直列接続体とが接続される。スイッチング素子２５と２６の接続点と、スイッチング素子２７と２８の接続点とには、交流リアクトル５５の入力端が接続される。交流リアクトル５５の出力端には平滑コンデンサ４６が接続される。平滑コンデンサ４６の両端は端子６２と端子６３を介して商用系統１１に接続される。スイッチング素子２５〜２８のそれぞれのゲートと、平滑コンデンサ４５の負極側に制御回路７１が接続される。系統連系インバータ８５の入力端は平滑コンデンサ４５の両端であり、出力端は平滑コンデンサ４６の両端である。制御回路７１は、コンバータ８０から入力された直流電力を交流電力に変換して商用系統１１に出力するよう、スイッチング素子２５〜２８を制御する。
【００１６】
図２は、パワーコンディショナ１の構造図である。図２において、１００は筺体、１００ａは通気口、１０１は蓋、１０２は図１の端子６０〜６３が取り付けられた端子台、１１０はスイッチング素子２０、２１、２５〜２８、ダイオード３０、３１などが搭載された基板組である。なお、通気口１００ａと反対側にも同様の通気口があるが、図示は省略する。
【００１７】
次に、パワーコンディショナ１の構造について説明する。筺体１００には、直流リアクトル５１、交流リアクトル５５、基板組１１０、端子台１０２が搭載され、蓋１０１が取り付けられる。ここでパワーコンディショナ１の方向を定義する。筺体１００からみて蓋１０１が配置される方向を前方、前方の反対を後方とする。また、筺体１００の通気口１００ａが開いている方向を上方、その反対を下方とする。通常、パワーコンディショナ１は下方を地面側に、また後方を建造物の壁などに向けて設置される。このため、基板組１１０、直流リアクトル５１、交流リアクトル５５からの放熱で暖められた空気は、下方から上方に流れ、通気口１００ａを通って筺体１００の外へ排出される。
【００１８】
図３は、基板組１１０の構造図である。図３の上図は、パワーコンディショナ１を前方からみた平面図、下図はパワーコンディショナ１を下方からみた場合の構造図である。図３において、１５０はプリント配線板、１４０は放熱器、１２０〜１２３は螺子、１３０、１３１はスペーサである。なお、放熱器１４０は、ベースと、複数の板状のストレートフィンから構成され、ストレートフィンは、図３の垂直方向にベースに取り付けられている。
【００１９】
基板組１１０の構造を説明する前に、本実施例で使用した半導体素子に関して説明する。本実施例では、低損失なパワーコンディショナ１を構成するため、スイッチング素子２０、２１、２５〜２８、ダイオード３０、３１を、ディスクリート半導体素子とした。ディスクリート半導体素子は、一般的に、入手しやすくて高速なスイッチングが可能なものが多いことから、低コストで低損失なパワーコンディショナ１を構成するのに適している。なお、本実施例では、ダイオード３０、３１が１つのパッケージに入ったダイオード３５を使用した。
【００２０】
基板組１１０の構造を説明する。放熱器１４０のベースに、スイッチング素子２０、２１、２５〜２８、ダイオード３５が螺子（図表せず）で取り付けられ、熱的に接続されている。同様にプリント配線板１５０も放熱器１４０のベースに螺子１２０〜１２３で取り付けられる。そして、スイッチング素子２０、２１、２５〜２８、ダイオード３５のリード線が、プリント配線板１５０に接続され、図１に示した回路が構成される。
【００２１】
次に、本実施例において、放熱器１４０を小型化できる作用を説明する。本実施例の作用をわかりやすく説明するため、比較対象となるパワーコンディショナ２０１を用いる。
【００２２】
パワーコンディショナ２０１を説明する。なお、パワーコンディショナ１と共通する点は説明を省略する。パワーコンディショナ２０１の回路構成は、図１と同様である。そして、パワーコンディショナ２０１の構造は、図２と同様である。しかし、パワーコンディショナ２０１には、基板組１１０の代わりに、基板組３１０が搭載される。図１１は、基板組３１０の構造図である。図１１において、３５０はプリント配線板、３４０は放熱器である。放熱器３４０には、スイッチング素子２０、２１、２５〜２８、ダイオード３５が螺子（図表せず）で取り付けられ、熱的に接続される。
【００２３】
ここから、本実施例のパワーコンディショナ１の基板組１１０と、パワーコンディショナ２０１の基板組３１０とを比較しながら説明する。なお、これ以降の説明では、ディスクリート半導体素子の発熱部の中心を、熱中心と呼ぶこととする。熱中心は、ディスクリート半導体素子のパッケージのほぼ中央にあり、半導体チップが配置される箇所である。
【００２４】
基板組１１０の放熱器１４０と、基板組３１０の放熱器３４０とには、共に熱を空気に放熱するためのストレートフィンが垂直方向に配置される。ストレートフィンで暖められた空気は上昇し、下から上の方向に空気の流れが生じる。
【００２５】
一方、図３の基板組１１０と図１１の基板組３１０とでは、ディスクリート半導体素子の位置が異なる。基板組１１０では、隣接するストレートフィンの間に、スイッチング素子２０、２１、２５〜２８、ダイオード３５のいずれか一つの熱中心が配置されている。これに対し、基板組３１０では、隣接するストレートフィンの間に、２つの熱中心が配置されている（スイッチング素子２１と２２、２５と２７、２６と２８の配置箇所）。
【００２６】
図３の配置により、基板組３１０と比較し、基板組１１０の各ディスクリート半導体素子は、それぞれの熱的な干渉が低減して温度が低減する。これを説明するため、基板組１１０を下方からみた拡大図を図４に示す。図４は、スイッチング素子２０、２１の配置箇所を拡大したものである。スイッチング素子２０、２１の熱中心から出た熱は、放熱器のベースからストレートフィンに伝導して空気に放熱される。ここで、スイッチング素子２０、２１のそれぞれの熱伝導路は重ならない。従って、スイッチング素子２０と２１は、互いの熱的な干渉が少ない(スイッチング素子２５と２７、２６と２８においても同様）。一方、基板組３１０では、例えばスイッチング素子２０と２１との間にストレートフィンがなく、スイッチング素子２０、２１からストレートフィンまでの熱伝導路は互いに重なる。従って、スイッチング素子２０と２１は、互いの熱的な干渉が大きい（スイッチング素子２５と２７、２６と２８においても同様）。つまり、基板組１１０は、各ディスクリート半導体素子の熱中心の間にストレートフィンが配置され、熱的な干渉が低減したことにより、各半導体素子の熱が低減する。これは放熱器の放熱性能が向上したことに相当する。またこれにより、基板組１１０と基板組３１０の半導体素子の温度が同等でよい場合は、基板組１１０の放熱器１４０は、基板組３１０の放熱器３４０よりも小型化できる。
【００２７】
以上に説明した通り、各ディスクリート半導体素子の熱中心の間にストレートフィンが位置するよう、各ディスクリート半導体素子を配置した基板組１１０を用いることにより、放熱器を小型化することができ、パワーコンディショナ１を小型軽量化することができた。
【実施例２】
【００２８】
パワーコンディショナ１には、コンバータ８０のスイッチング素子２０、２１、ダイオード３０、３１に印加される過大なサージ電圧を低減する実装配置が施されている。この実装配置による作用および効果を、実施例２として説明する。なお、実施例１と共通する点は説明を省略する。
【００２９】
図１、図５〜図７、図１２〜図１４を用いて実施例２を説明する。なお、図５は、パワーコンディショナ１のプリント配線板１５０の実装図であり、コンバータ８０の半導体素子が実装されている部分を拡大した図である。図６と図７は、それぞれ、プリント配線板１５０上の後述する第１の閉ループ、第２の閉ループの図である。図１２は、比較対象であるパワーコンディショナ２０１のプリント配線板３５０の実装図であり、コンバータ８０の半導体素子が実装されている部分を拡大した図である。図１３と図１４は、それぞれ、プリント配線板３５０上の第１の閉ループ、第２の閉ループの図である。
【００３０】
まず、過大なサージ電圧が引き起こす問題を説明する。図１の回路構成図において、スイッチング素子２０、２１のスイッチング動作が原因で、スイッチング素子２０、２１、ダイオード３０、３１の両端に過大なサージ電圧が印加される場合がある。この過大なサージ電圧が原因で、大きなスイッチング損失の発生や、大きな放射ノイズの発生などの問題が起こる。なお、この過大なサージ電圧を低減するには、スイッチング素子２０、２１、ダイオード３０、３１、スナバコンデンサ４１〜４３で構成される閉ループに含まれるインダクタンスを低減する必要がある。
【００３１】
プリント配線板１５０を説明する。図５において、１７０〜１７２は孔であり、スイッチング素子２０、２１、ダイオード３５を螺子で放熱器１４０に固定するときに、その螺子を工具で締め付ける作業に必要な孔である。そして、５０ａは直流リアクトル５０に接続された電線、６４は圧着端子、１２４は螺子、６５は螺子端子、１５０ａ、１５０ｐ１、１５０ｐ２、１５０ｎはプリント配線板１５０のパターン、１６０はスルーホールである。
【００３２】
プリント配線板１５０に設けられたパターンの配置および接続を説明する。パターン１５０ａ、１５０ｐ２は、プリント配線板１５０の表側の第１層に、１５０ｎ、１５０ｐ１は、裏側の第２層に配置されており、パターン１５０ｐ２とパターン１５０ｐ１とは、スルーホール１６０で電気的に接続される。そして、パターン１５０ａにはネジ端子６５が接続され、圧着端子６４、電線５０ａを介して直流リアクトル５０に接続される。また、パターン１５０ａには、スイッチング素子２０、２１のドレイン端子、ダイオード３５のアノード端子（ダイオード３０、３１のアノード端子に相当）が接続される。パターン１５０ｐ１には、ダイオード３５のカソード端子（ダイオード３０、３１のカソード端子に相当）と、スナバコンデンサ４１〜４３の正極が接続される。パターン１５０ｎにはスイッチング素子２０、２１のソース端子と、スナバコンデンサ４１〜４３の負極が接続される。なお、スナバコンデンサ４１〜４３は、プリント配線板１５０の表側、かつ、スイッチング素子２０と２１との間の領域に配置される。
【００３３】
次に、本実施例において、サージ電圧を低減する作用を説明する。本実施例の作用をわかりやすく説明するため、比較対象となるパワーコンディショナ２０１のプリント配線板３５０を用いる。
【００３４】
プリント配線板３５０を説明する。なお、プリント配線板１５０と共通する点は説明を省略する。図１２において、３７０〜３７２はスイッチング素子２０、２１、ダイオード３５を螺子で放熱器３４０に固定するときに、その螺子を工具で締め付ける作業に必要な孔である。そして、３５０ａ、３５０ｐ１、３５０ｐ２、３５０ｎはプリント配線板３５０のパターン、３６０はスルーホールである。
【００３５】
プリント配線板３５０に設けられるパターンの配置および接続を説明する。パターン３５０ａ、３５０ｐ２は、プリント配線板３５０の表側の第１層に、３５０ｎ、３５０ｐ１は、裏側の第２層に配置されており、パターン３５０ｐ２とパターン３５０ｐ１とは、スルーホール３６０で電気的に接続される。そして、パターン３５０ａにはネジ端子６５が接続され、圧着端子６４、電線５０ａを介して直流リアクトル５０に接続される。また、パターン３５０ａには、スイッチング素子２０、２１のドレイン端子、ダイオード３５のアノード端子（ダイオード３０、３１のアノード端子に相当）が接続される。パターン３５０ｐ１には、ダイオード３５のカソード端子（ダイオード３０、３１のカソード端子に相当）と、スナバコンデンサ４１〜４３の正極が接続される。パターン３５０ｎにはスイッチング素子２０、２１のソース端子と、スナバコンデンサ４１〜４３の負極が接続される。なお、スナバコンデンサ４１〜４３は、プリント配線板３５０の表側、かつ、スイッチング素子２１の左上の領域に配置される。
【００３６】
ここから、本実施例のパワーコンディショナ１のプリント配線板１５０と、パワーコンディショナ２０１のプリント配線板３５０とを比較しながら説明する。
【００３７】
実施例１で述べた通り、ブリント配線板１５０とプリント配線板３５０とでは、ディスクリート半導体素子の配置が異なる。そして、図５のプリント配線板１５０では、スイッチング素子２０と２１の熱中心の間にストレートフィンが位置するよう、スイッチング素子２０と２１が配置されたため、スイッチング素子２０と２１との間に領域ができ、この領域にスナバコンデンサ４１〜４３を配置することができた。一方、プリント配線板３５０において、スナバコンデンサ４１〜４３は、スイッチング素子２１の左上にある。このスナバコンデンサの配置の違いから、プリント配線板１５０とプリント配線板３５０とでは、スイッチング素子２０、ダイオード３０（図５のダイオード３５の下側）、スナバコンデンサ４１〜４３で形成される閉ループ（第１の閉ループ）と、スイッチング素子２１、ダイオード３１（図５のダイオード３５の上側）、スナバコンデンサ４１〜４３で形成される閉ループ（第２の閉ループ）との形が異なる。
【００３８】
まず、図１２に示したプリント配線板３５０上の第１の閉ループと第２の閉ループは、それぞれ、図１３と図１４の通りとなる。第１の閉ループと第２の閉ループを比較すると、第１の閉ループの面積の方が大きいことがわかる。これより、第１の閉ループに含まれるインダクタンスは第２の閉ループよりも大きくなり、第１の閉ループ内にあるスイッチング素子２０またはダイオード３０には、第２の閉ループ内にあるスイッチング素子２１またはダイオード３１よりも、大きなサージ電圧が印加される。つまり、プリント配線板３５０において、コンバータ８０の各スイッチング素子や各ダイオードに印加されるサージ電圧がアンバランスになる。これより、各スイッチング素子や各ダイオードの損失がアンバランスになり、例えばスイッチング素子２０と２１の温度がアンバランスになる問題が生ずる。
【００３９】
これに対し、図５に示したプリント配線板１５０上の第１の閉ループと第２の閉ループは、それぞれ、図６と図７の通りとなる。第１の閉ループと第２の閉ループを比較すると、両者ともほぼ同様の面積であることがわかる。これより、第１の閉ループ、第２の閉ループに含まれるインダクタンスはほぼ同様となり、第１の閉ループ内にあるスイッチング素子２０あるいはダイオード３０に印加されるサージ電圧は、それぞれ、第２の閉ループ内にあるスイッチング素子２１あるいはダイオード３１と同様となる。つまり、プリント配線板１５０において、コンバータ８０の各スイッチング素子や各ダイオードに印加されるサージ電圧はほぼ同様になる。これより、各スイッチング素子や各ダイオードの損失がアンバランスにならず、例えば、スイッチング素子２０と２１の温度はほぼ等しくなる。
【００４０】
更に、図６、図７、図１３、図１４を比較すると、プリント配線板１５０の第１、第２の閉ループ、および、プリント配線板３５０の第２の閉ループの面積はほぼ等しいことがわかる。そして、それらの閉ループは、プリント配線板３５０の第１のループよりも、面積が小さいことがわかる。これより、プリント配線板１５０において、スイッチング素子やダイオードに印加されるサージ電圧は、プリント配線板３５０よりも小さくなり、損失が低減する。
【００４１】
つまり、プリント配線板３５０は、スイッチング素子２０と２１との間にスナバコンデンサ４１〜４３を配置したことにより、スイッチング素子２０、２１、ダイオード３０、３１に印加されるサージ電圧を低減する作用がある。この作用により、スイッチング素子２０、２１、ダイオード３０、３１の損失が低減し、放熱器の放熱を減らすことができ、基板組１１０の放熱器１４０を基板組３１０の放熱器３４０よりも小型化できる。また、この作用により、放射ノイズを低減することができる。
【００４２】
以上に説明した通り、コンバータを構成する各スイッチング素子との間にスナバコンデンサを配置したプリント配線板１５０を用いることにより、パワーコンディショナ１を小型軽量化すると共に放射ノイズを低減することができた。
【実施例３】
【００４３】
図８と図９を用いて実施例３を説明する。なお、図８は本実施例のパワーコンディショナ２のコンバータ８１の回路構成図である。図９はパワーコンディショナ２のプリント配線板１５１の実装図であり、コンバータの半導体素子が実装されている部分を拡大した図である。
【００４４】
図８を用いて、本実施例のパワーコンディショナ２の要部を説明する。図８において、８１はコンバータ、５１は直流リアクトルである。パワーコンディショナ２は、図１のパワーコンディショナ１のコンバータ８０の代わりに、コンバータ８１を使用する。その他の部分はパワーコンディショナ１の回路と共通であり、共通部分の説明は省略する。
【００４５】
コンバータ８１の回路の接続を説明する。入力側にある平滑コンデンサ４０の両端に、直流リアクトル５０とスイッチング素子２０（第１のスイッチング素子）の直列接続体と、直流リアクトル５１とスイッチング素子２１（第２のスイッチング素子）の直列接続体が、接続される。スイッチング素子２０の両端には、ダイオード３０（第１の整流素子）とスナバコンデンサ４１〜４３の並列接続体との直列接続体が、接続される。スイッチング素子２１の両端には、ダイオード３１（第２の整流素子）とスナバコンデンサ４１〜４３の並列接続体との直列接続体が、接続される。また、スイッチング素子２０、２１の制御端子であるゲート端子およびソース端子は、制御回路７０に接続される。コンバータ８１の入力端は平滑コンデンサ４０の両端であり、出力端はスナバコンデンサ４１〜４３の両端である。制御回路７０は、コンバータ８１の出力電圧が所望の値になるよう、スイッチング素子２０、２１を制御する。
【００４６】
パワーコンディショナ２は、図３に示したパワーコンディショナ１のプリント配線板１５０の代わりに、プリント配線板１５１を使用する。ここから、プリント配線板１５１を説明する。なお、プリント配線板１５０と共通する点は説明を省略する。
【００４７】
図９において、５１ａは直流リアクトル５１に接続された電線、６６は圧着端子、１２５は螺子、６７は螺子端子、１５１ａ１、１５１ａ２はプリント配線板１５１上のパターンである。
【００４８】
プリント配線板１５１に設けられるパターンの配置および接続を説明する。パターン１５１ａ１、１５１ａ２は、プリント配線板１５１の第１層に配置される。そして、パターン１５０ａ１にはネジ端子６５が接続され、圧着端子６４、電線５０ａを介して直流リアクトル５０に接続される。パターン１５０ａ２にはネジ端子６７が接続され、圧着端子６６、電線５１ａを介して直流リアクトル５１に接続される。その他のパターンの配置および接続は、プリント配線板１５０と共通である。
【００４９】
次に、本実施例における作用と効果を説明する。
【００５０】
図９において、第１の閉ループ（スイッチング素子２０、ダイオード３０、スナバコンデンサ４１〜４３で形成される閉ループ）、および、第２の閉ループ（スイッチング素子２１、ダイオード３１、スナバコンデンサ４１〜４３で形成される閉ループ）は、図６、図７と同様である。これにより、本実施例のパワーコンディショナ２においてもパワーコンディショナ１と同様に、パワーコンディショナ２０１よりもスイッチング素子やダイオードに印加されるサージ電圧が小さくなり、損失を低減できると共に放射ノイズを低減することができる。そして、放熱器の放熱を減らすことができて放熱器を小型化できることから、パワーコンディショナ２を小型軽量化することができる。
【００５１】
更に、コンバータ８０は直流リアクトルを１個備えるのに対し、コンバータ８１はリアクトルを２個備えることから、パワーコンディショナ２はパワーコンディショナ１よりも直流リアクトルの損失が低減し、低損失なシステムにすることができる。
【００５２】
以上に説明した通り、コンバータを構成する各スイッチング素子との間にスナバコンデンサを配置したプリント配線板１５１を用いることにより、パワーコンディショナ２を小型軽量化すると共に放射ノイズを低減することができた。更に、直流リアクトルを２個備えることにより、低損失なシステムにすることができた。
【実施例４】
【００５３】
本実施例は、実施例３で述べたパワーコンディショナ２の制御回路に関する。
【００５４】
図８、図１０、図１５を用いて実施例４を説明する。なお、図１０は本実施例の制御方法を用いた場合のコンバータ８１の動作波形図であり、図１５は比較対象の制御方法を用いた場合の動作波形図である。
【００５５】
図１０と図１５において、Ｖｇ（２０）はスイッチング素子２０のゲート電圧、Ｖｇ（２１）はスイッチング素子２１のゲート電圧、Ｉ（５０）は直流リアクトル５０の電流、Ｉ（５１）は直流リアクトル５１の電流、ＩｉはＩ（５０）とＩ（５１）を合成した電流、Ｉｏはダイオード３０および３１の電流を合成した電流である。
【００５６】
本実施例における作用と効果を説明する。
【００５７】
まず、比較対象の制御方法を用いた場合のコンバータ８１の動作を説明する。図１５において、スイッチング素子２０と２１とのスイッチングタイミングは同時である。直流リアクトルの電流Ｉ（５０）および電流Ｉ（５１）は、スイッチング素子２０および２１がオンしているときに増加し、オフしているときに減少する。そして、電流Ｉｉは電流Ｉ（５０）と電流Ｉ（５１）を加算した電流となる。また、電流Ｉｏは、スイッチング素子２０と２１がオンしている期間にはゼロとなり、スイッチング素子２０と２１とがオフしている期間には、Ｉ（５０）およびＩ（５１）を加算した電流と等しくなる。ここで、電流Ｉｉ、電流Ｉｏに含まれるリップルは、図１５の通りとなる。
【００５８】
次に、本実施例の制御方法を用いた場合のコンバータ８１の動作を説明する。図１０において、スイッチング素子２０と２１とのスイッチングタイミングが異なり、スイッチングタイミングの位相角が１８０度ずれている。これにより、電流Ｉ（５０）および電流Ｉ（５１）の位相がずれ、これらの電流を加算した電流Ｉｉおよび電流Ｉｏのリップルが、図１５と比較して低減する。これに従い、コンバータ８１の平滑コンデンサ４０、スナバコンデンサ４１〜４３、コンバータ８１の後段にあるインバータ８５の平滑コンデンサ４５の充放電電流が低減する。これにより、これらコンデンサの発熱が低減し、その寿命が延びる。更に、充放電電流が低減して電圧の変動が低減することから、これらのコンデンサの容量を減らすことができ、コストを低減できる。なお、本実施例では、スイッチング素子２０と２１とのスイッチングタイミングの位相角を、リップルを低減する効果が高い１８０度としたが、これに限定するものではなく、他の位相角としてもリップルを低減する効果がある。
【００５９】
以上に説明した通り、パワーコンディショナ２において、コンバータのスイッチング素子のスイッチングタイミングの位相角をずらすことにより、コンデンサの充放電電流が低減して発熱が低減し、コンデンサの寿命を延ばすことができた。更にコンデンサの容量を低減することができ、コストを低減できた。
【符号の説明】
【００６０】
１、２、２０１  パワーコンディショナ
１０  直流電源
１１  商用系統
２０、２１、２５、２６、２７、２８  スイッチング素子
３０、３１、３５  ダイオード
４０、４５  平滑コンデンサ
４１、４２、４３  スナバコンデンサ
５０、５１  直流リアクトル
５０ａ、５１ａ  電線
５５  交流リアクトル
６０、６１、６２、６３  端子
６４、６６  圧着端子
６５、６７  螺子端子
１０２  端子台
７０、７１  制御回路
８０、８１  コンバータ
８５  系統連系インバータ
１００  筺体
１００ａ  通気口
１０１  蓋
１１０、３１０  基板組
１２０〜１２５  螺子
１３０、１３１  スペーサ
１４０、３４０  放熱器
１５０、３５０  プリント配線板
１５０ａ、１５０ｐ１、１５０ｐ２、１５０ｎ、１５１ａ１、１５１ａ２、３５０ａ、３５０ｐ１、３５０ｐ２、３５０ｎ  パターン
１６０  スルーホール
１７０、１７１、１７２、３７０、３７１、３７２  プリント配線板の孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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