(57)【要約】【課題】一般的な電力変換装置において、平滑用コンデンサは、冷却を行う必要や大きな静電容量とする必要があり、大型化の１つの要因となっていた。【解決手段】直流電源部と、直流電源部に接続されたチョークコイルと、チョークコイルに接続された第１の平滑コンデンサと、第１の平滑コンデンサと並列に接続された第２の平滑コンデンサと、第１の平滑コンデンサおよび第２の平滑コンデンサに接続されスイッチング素子により構成されるパワーモジュールを備えた電力変換装置において、チョークコイルと第１の平滑コンデンサの一方の極性端子とは第１の配線で接続され、第１の平滑コンデンサの一方の極性端子と前記パワーモジュールとは第２の配線で接続され、第２の平滑コンデンサとパワーモジュールとは第３の配線で接続され、第２の配線のインダクタンスを第３の配線のインダクタンスよりも大きくした。【選択図】図１
2014030286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源部と、前記直流電源部に接続されたチョークコイルと、前記チョークコイルに接続された第１の平滑コンデンサと、前記第１の平滑コンデンサと並列に接続された第２の平滑コンデンサと、前記第１の平滑コンデンサおよび前記第２の平滑コンデンサに接続されスイッチング素子により構成されるパワーモジュールを備えた電力変換装置において、
前記チョークコイルと前記第１の平滑コンデンサの一方の極性端子とは第１の配線で接続され、
前記第１の平滑コンデンサの前記一方の極性端子と前記パワーモジュールとは第２の配線で接続され、
前記第２の平滑コンデンサと前記パワーモジュールとは第３の配線で接続され、
前記第２の配線のインダクタンスを前記第３の配線のインダクタンスよりも大きくした電力変換装置。
【請求項２】
直流電源部と、前記直流電源部に接続されたチョークコイルと、前記チョークコイルに接続されスイッチング素子により構成されるパワーモジュールと、前記パワーモジュールに並列に接続される第１の平滑コンデンサおよび第２の平滑コンデンサを備えた電力変換装置において、
前記チョークコイルと前記パワーモジュールとは第１の配線で接続され、
前記第１の平滑コンデンサと前記第１の配線とは第２の配線により第１の接続点で接続され、
前記第２の平滑コンデンサと前記第１の配線とは第３の配線により第２の接続点で接続され、
前記第２の配線のインダクタンスを前記第３の配線のインダクタンスよりも大きくした電力変換装置。
【請求項３】
第２の配線の長さを、第３の配線の長さよりも長くすることで、前記第２の配線のインダクタンスを、前記第３の配線のインダクタンスよりも大きくする請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
第２の配線にコイルを設けることで、前記第２の配線のインダクタンスを第３の配線のインダクタンスよりも大きくする請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項５】
第２の配線の抵抗を第３の配線の抵抗よりも大きくした請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
第２の配線の長さを、第３の配線の長さよりも長くする、あるいは、前記第２の配線の断面積を前記第３の配線の断面よりも小さくすることで、前記第２の配線の抵抗を、前記第３の配線の抵抗よりも大きくする請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
第１の平滑コンデンサの静電容量の方が、第２の平滑コンデンサの静電容量よりも大きい請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置を備えた溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平滑コンデンサを備えており交流電力と直流電力の変換を行う電力変換装置およびこの電力変換装置を備えた溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置としては、平滑コンデンサとしてアルミ電解コンデンサとスナバコンデンサとを並列接続した複合コンデンサを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
スナバコンデンサは、一般的に、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサで構成されている。なお、フィルムコンデンサとは、誘電体の主材料にプラスチックフィルムを用いたものであり、プラスチックフィルムコンデンサ、メタライズドプラスチックフィルムコンデンサ、複合フィルムコンデンサなどがある。また、セラミックコンデンサとは、誘電体の主材料に磁器を用いたものであり、温度補償用の誘電体に酸化チタンの磁器を用いた１型（低誘電率系）セラミックコンデンサ、誘電体にチタン酸バリウムの磁器を用いて大きな静電容量を確保可能な２型（高誘電率系）セラミックコンデンサ、チタン酸バリウムに金属化合物を導入して導電性を持たせたものに、化学処理を施して非常に薄い誘電体層を形成し、焼結したものを誘電体とすることで、２型セラミックコンデンサよりもさらに大きな静電容量を確保することが可能な３型（半導体系）セラミックコンデンサなどがある。
【０００４】
スナバコンデンサは、電解コンデンサと比べ、体積あたりの静電容量は小さい。しかし、リプル電流耐量は優れている。なお、体積あたりの静電容量を比較すると、電解コンデンサ＞フィルムコンデンサ＞セラミックコンデンサの関係となる。また、リプル電流耐量を比較すると、セラミックコンデンサ＞フィルムコンデンサ＞電解コンデンサの関係となる。
【０００５】
電力変換装置において、例えば、直流電源部（３相全波整流回路）において、商用交流電源を入力とし、整流回路を用いて交流を直流に変換し、得られた直流出力を平滑回路にて平滑する場合、リプル率を低減するためには、大きな静電容量の平滑コンデンサが必要となる。このため、周波数特性とリプル電流耐量とに優れた、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサのみで平滑コンデンサを構成し、必要な静電容量を確保する場合には、配線の複雑化や体積が大きくなるといった問題がある。また、平滑コンデンサの静電容量が不足していると、コンデンサからの放電が急峻となるため、平滑化が満足に行われず、交流入力および直流出力が変動するという問題もある。従って、一般的な電力変換装置を構成する部品である平滑コンデンサには、直流出力の平滑用に大容量の電解コンデンサを用い、インバータのスイッチングによるサージ電圧の吸収には、スナバコンデンサを用いる。
【０００６】
一般的な電力変換装置を構成する部品のうち、電解コンデンサは、他の部品と比較して寿命が短い。従って、電力変換装置の信頼性の点から見ても重要な部品であり、電解コンデンサの推定寿命を算出することで、電力変換装置の寿命を推定することができる。なお、電解コンデンサの寿命とは、経年劣化により静電容量が減少し、静電容量が許容値を下回った状態や、誘電正接（ｔａｎδ）が大きくなった状態や、漏れ電流が大きくなった状態をさす。
【０００７】
平滑回路に用いられる電解コンデンサが寿命になると、リプル電圧の増大を招く。また、漏れ電流の増大などにより、電解コンデンサ内部での発熱量が増加し、電解液が蒸発する。電解液の蒸発により電解コンデンサの内圧が高まると、防爆弁が動作し、電解コンデンサが爆発するのを防ぐ。防爆弁が動作すると、電解コンデンサの容量が完全に抜けてしまう。そのため、それ以降、電力変換装置を使い続けることができない。
【０００８】
しかし、電解コンデンサは、体積あたりの静電容量が大きく、大きな静電容量を必要とする直流電源部の平滑化を行う場合において、コンデンサ体積を小さくすることができ、電力変換装置の小型化に有益である。
【０００９】
複合コンデンサで平滑コンデンサを構成した場合、複合コンデンサの静電容量やＥＳＬ（等価直列インダクタンス）、電解コンデンサとスナバコンデンサを並列接続するために用いる配線のインダクタンスの関係により共振が生じる場合がある。共振が生じると、電解コンデンサとスナバコンデンサとの間で共振電流が流れ、リプル電流の増大を招いてしまうことが知られている。この共振電流を低減するため、スナバコンデンサとパワーモジュールとを接続する配線のインダクタンスを大きく設定し、平滑コンデンサのリプル電流を低減することで平滑コンデンサの構成を小型化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−３８９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来の電力変換装置を大電力で使用する場合、平滑コンデンサの本来の平滑動作時におけるリプル電流量が大きいため、このリプル電流を吸収するには大きな静電容量を有したコンデンサが必要となる。また、吸収したリプル電流によるコンデンサの発熱を抑制するには、大きなリプル電流耐量を有した大型のコンデンサや、平滑コンデンサを効果的に冷却する冷却手段が必要になるという課題を有していた。
【００１２】
そこで、本発明は、平滑コンデンサの小型化および発熱の抑制を可能とする電力変換装置と溶接装置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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、直流電源部と、前記直流電源部に接続されたチョークコイルと、前記チョークコイルに接続された第１の平滑コンデンサと、前記第２の平滑コンデンサと並列に接続された第２の平滑コンデンサと、前記第１の平滑コンデンサおよび前記第２の平滑コンデンサに接続されスイッチング素子により構成されるパワーモジュールを備えた電力変換装置において、前記チョークコイルと前記第１の平滑コンデンサの一方の極性端子とは第１の配線で接続され、前記第１の平滑コンデンサの前記一方の極性端子と前記パワーモジュールとは第２の配線で接続され、前記第２の平滑コンデンサと前記パワーモジュールとは第３の配線で接続され、前記第２の配線のインダクタンスを前記第３の配線のインダクタンスよりも大きくしたものである。
【００１４】
また、本発明の電力変換装置は、直流電源部と、前記直流電源部に接続されたチョークコイルと、前記チョークコイルに接続されスイッチング素子により構成されるパワーモジュールと、前記パワーモジュールに並列に接続される第１の平滑コンデンサおよび第２の平滑コンデンサを備えた電力変換装置において、前記チョークコイルと前記パワーモジュールとは第１の配線で接続され、前記第１の平滑コンデンサと前記第１の配線とは第２の配線により第１の接続点で接続され、前記第２の平滑コンデンサと前記第１の配線とは第３の配線により第２の接続点で接続され、前記第２の配線のインダクタンスを前記第３の配線のインダクタンスよりも大きくしたものである。
【００１５】
また、本発明の電力変換装置は、上記に加えて、第２の配線の長さを、第３の配線の長さよりも長くすることで、前記第２の配線のインダクタンスを、前記第３の配線のインダクタンスよりも大きくするものである。
【００１６】
また、本発明の電力変換装置は、上記に加えて、第２の配線にコイルを設けることで、前記第２の配線のインダクタンスを第３の配線のインダクタンスよりも大きくするものである。
【００１７】
また、本発明の電力変換装置は、上記に加えて、第２の配線の抵抗を第３の配線の抵抗よりも大きくしたものである。
【００１８】
また、本発明の電力変換装置は、上記に加えて、第２の配線の長さを、第３の配線の長さよりも長くする、あるいは、前記第２の配線の断面積を前記第３の配線の断面よりも小さくすることで、前記第２の配線の抵抗を、前記第３の配線の抵抗よりも大きくするものである。
【００１９】
また、本発明の電力変換装置は、上記に加えて、第１の平滑コンデンサの静電容量の方が、第２の平滑コンデンサの静電容量よりも大きいものである。
【００２０】
また、本発明の溶接装置は、上記電力変換装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明は、直流電源部と、前記直流電源部に接続されたチョークコイルと、前記チョークコイルに接続された第１の平滑コンデンサと、前記第２の平滑コンデンサと並列に接続された第２の平滑コンデンサと、前記第１の平滑コンデンサおよび前記第２の平滑コンデンサに接続されスイッチング素子により構成されるパワーモジュールを備えた電力変換装置において、前記チョークコイルと前記第１の平滑コンデンサの一方の極性端子とは第１の配線で接続され、前記第１の平滑コンデンサの前記一方の極性端子と前記パワーモジュールとは第２の配線で接続され、前記第２の平滑コンデンサと前記パワーモジュールとは第３の配線で接続され、前記第２の配線のインダクタンスを前記第３の配線のインダクタンスよりも大きくした。これにより、第１の平滑コンデンサのリプル電流を低減することができ、第１の平滑コンデンサの小型化および第１の平滑コンデンサの発熱の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の電力変換装置の実施の形態１における回路構成を示す図
【図２】本発明の電力変換装置の実施の形態１における配線構成を示す図
【図３】本発明の電力変換装置の実施の形態１における各配線長についての電解コンデンサの温度上昇の時間特性を示す図
【図４】本発明の電力変換装置の実施の形態１において、各配線長におけるスナバコンデンサの温度上昇の時間特性を示す図
【図５】本発明の電力変換装置の実施の形態２における配線構成を示す図
【図６】本発明の電力変換装置の実施の形態２における各配線長における電解コンデンサの温度上昇の時間特性を示す図
【図７】本発明の電力変換装置の実施の形態２における各配線長についてのスナバコンデンサの温度上昇の時間特性を示す図
【図８】本発明の電力変換装置の実施の形態３における回路構成を示す図
【図９】本発明の電力変換装置の実施の形態３における配線構成を示す図
【図１０】本発明の電力変換装置の実施の形態４における回路構成を示す図
【図１１】本発明の電力変換装置の実施の形態４における配線構成を示す図
【図１２】本発明の電力変換装置の実施の形態５における配線構成を示す図
【図１３】本発明の電力変換装置の実施の形態６における回路構成を示す図
【図１４】本発明の電力変換装置の実施の形態６における配線構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における電力変換装置の回路構成を示す図である。図２は本実施の形態１における電力変換装置の配線構成を示す図である。
【００２５】
図１や図２に示す電力変換装置では、３相全波整流回路である直流電源１の一方の端子１ａにはチョークコイル２が接続され、もう一方の端子１ｂにはパワーモジュール３が接続されている。なお、パワーモジュール３は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といった電力用のスイッチングパワーデバイス３１からスイッチングパワーデバイス３４により構成されている。
【００２６】
また、チョークコイル２のもう一方の端子には、配線２ａを介して、第１の平滑コンデンサ４１が接続されている。この第１の平滑コンデンサ４１と並列に、スナバコンデンサ５１と、スナバコンデンサ５２と、パワーモジュール３が、電力線３ａを介して接続されている。電力線３ａは、接続点Ａから接続点Ｃまでの部分を示す。なお。接続点Ａと接続点Ｂと接続点Ｃは同電位である。電力線３ａと第１の平滑コンデンサ４１とは、配線４１ｃで接続されている。配線４１ｃは、第１の平滑コンデンサ４１から接続点Ａまでの線である。
【００２７】
以上のように構成された電力変換装置について、その動作を説明する。
【００２８】
直流電源１は、例えばダイオード等の整流素子を備え、この整流素子によって交流電力を直流電力に変換する。
【００２９】
チョークコイル２は、一般的に、第１の平滑コンデンサ４１と組み合わせてチョークインプット型の平滑回路を構成し、全波整流された直流電力の平滑化に用いる。チョークインプット型の平滑回路とは、例えば、商用交流電源を入力とし、整流回路を用いて交流を直流に変換し、得られた直流出力を平滑回路にて平滑する場合において、直流出力に対する入力がコンデンサの場合をコンデンサインプット型の平滑回路といい、整流回路の出力とコンデンサ入力の間にチョークコイル２を介する構成をしているものをチョークインプット型の平滑回路という。チョークコイル２は、電力変換装置の力率改善と第１の平滑コンデンサ４１の突入電流の抑制に用いられる。
【００３０】
パワーモジュール３は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＦＥＴといった電力用のスイッチングパワーデバイス３１からスイッチングパワーデバイス３４を備え、このスイッチングパワーデバイスをスイッチング制御することにより、直流電源１から供給された直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、スイッチング制御とは、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御などが挙げられる。
【００３１】
本実施の形態１の電力変換装置では、周波数特性の異なる２種類のコンデンサである第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２とが、並列接続されて構成されている。第１の平滑コンデンサ４１は、例えば、本実施の形態１の場合、電解コンデンサで構成される。第２の平滑コンデンサ４２は、例えば、本実施の形態１の場合、フィルムコンデンサで構成される。なお、第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２自体は、それぞれが同じ特性のコンデンサを並列または直列に接続した集合体となっている場合も含まれる。例えば、本実施の形態１では、第２の平滑コンデンサ４２は、スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２を並列に接続した集合体となっている。
【００３２】
ここで、第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２との静電容量の大小関係について説明する。第１の平滑コンデンサ４１の静電容量（Ｃ１）は、第２の平滑コンデンサ４２の静電容量（Ｃ２）よりも大きく設定されている（Ｃ１＞Ｃ２）。これは、第１の平滑コンデンサ４１の小型化を実現するためであり、一般的に、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサと比較して、電解コンデンサは体積あたりの静電容量が大きく、必要とされる静電容量に対してコンデンサ体積を小さくすることができる。そのため、第１の平滑コンデンサ４１には電解コンデンサを用い、第２の平滑コンデンサ４２にはフィルムコンデンサやセラミックコンデンサを用いる。
【００３３】
第２の平滑コンデンサ４２は、パワーモジュール３への高周波電流の供給とともに、スイッチングパワーデバイス３１からスイッチングパワーデバイス３４のスイッチング時に発生するサージ電圧の吸収を担っている。そして、高周波電流の供給とスイッチング時に発生するサージ電圧の吸収をよくするため、第１の平滑コンデンサ４１よりもパワーモジュール３の近傍に配置されている。
【００３４】
また、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｃは、チョークコイル２と第１の平滑コンデンサ４１とを接続する配線２ａと、パワーモジュール３と第２の平滑コンデンサ４２とを接続する配線４２ｃとに対し、配線インダクタンスを大きく設定する。配線４１ｃは、具体的には、図２に示すように、配線インダクタンスΔＬを加えている。ここで、図１において、配線４１ｃは、第１の平滑コンデンサ４１から接続点Ａまでの配線である。配線２ａは、チョークコイル２から第１の平滑コンデンサ４１までの配線である。配線４２ｃは、スナバコンデンサ５１から接続点Ａまでの配線である。また、同様に、もう１つの配線４２ｃは、スナバコンデンサ５２から接続点Ｃまでの配線である。
【００３５】
なお、配線４１ｃに配線インダクタンスΔＬを加える方法としては、リアクタを追加することや、配線４１ｃの長さを長くすること等により実現可能である。但し、配線を長くすると直流抵抗成分も同時に増えてしまう。そのため、配線の厚みや断面積、形状等を調整することで、インダクタンス成分のみを増やすことができる。
【００３６】
以下、配線４１ｃに配線インダクタンスΔＬを加えたことによる作用を説明する。
【００３７】
配線４１ｃの配線インダクタンスを大きく設定することにより、並列接続された第１の平滑コンデンサ４１および第２の平滑コンデンサ４２の静電容量やＥＳＬ（等価直列インダクタンス）、第１の平滑コンデンサ４１（電解コンデンサ）とスナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２とを並列接続するために用いる配線のインダクタンスの関係による共振を抑制することができる。背景技術のように共振が生じると、第１の平滑コンデンサ４１（電解コンデンサ）と第２の平滑コンデンサ４２（スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２）との間で共振電流が流れ、リプル電流の増大を招くことになる。しかし、本実施の形態１によれば、共振を抑制することが可能となり、結果として、リプル電流を低減することができ、第１の平滑コンデンサ４１の発熱を抑制することが可能となる。
【００３８】
図３は、本実施の形態１の電力変換装置における各インダクタンス（配線４１ｃの各長さ）についての第１の平滑コンデンサ４１（電解コンデンサ）の温度上昇の時間特性を示す図である。図４は、本実施の形態１の電力変換装置の各インダクタンス（配線４１ｃの各長さ）についての第２の平滑コンデンサ４２（スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２）の温度上昇の時間特性を示す図である。なお、図３と図４に関し、第１の平滑コンデンサ４１の静電容量Ｃ１を２７００μＦとし、第２の平滑コンデンサ４２の静電容量Ｃ２（スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２を並列接続した値）を８０μＦとしている。また、配線４１ｃの配線長をそれぞれ３５０ｍｍ、１３００ｍｍとし、その配線インダクタンスＬ１ａ、Ｌ１ｂはそれぞれ０．１μＨ、１．１μＨである。
【００３９】
なお、配線長が３５０ｍｍの場合は、共振が生じている状態である。また、配線長が１３００ｍｍの場合は、共振が生じていない状態である。
【００４０】
図３や図４に示すように、配線４１ｃの配線長（ケーブル長）が長い方が、温度上昇が抑制されていることがわかる。第１の平滑コンデンサ４１に接続する配線である配線４１ｃの配線長を長くすることで、配線４１ｃに配線インダクタンスΔＬが付加される。これにより、並列接続された第１の平滑コンデンサ４１および第２の平滑コンデンサ４２の静電容量やＥＳＬ、第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２を並列接続するために用いる配線のインダクタンスの関係による共振を抑制し、第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２との間で共振電流が流れることを抑制し、リプル電流の増大を招くことを抑制することが可能となる。また、共振電流の抑制によってリプル電流が低減されることに伴い、温度上昇曲線が緩やかになっている。
【００４１】
なお、本実施の形態１において、静電容量Ｃ１や静電容量Ｃ２の値および配線インダクタンスＬ１ａや配線インダクタンスＬ１ｂの値は一例であり、他の値としても良い。
【００４２】
以上のように、本実施の形態１によれば、第１の平滑コンデンサ４１の一方の極性端子（プラス端子）とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｃのインダクタンスを、配線２ａのインダクタンスや、配線４２ｃのインダクタンスよりも大きく設定する。これにより、第１の平滑コンデンサ４１のリプル電流が低減され、発熱を抑制することができる。そのため、第１の平滑コンデンサ４１の小型化が可能となる。
【００４３】
なお、従来の電力変換装置では、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３との配線の長さは非常に短いものであり、インダクタンスも小さいものであった。しかし、本実施の形態１では、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線である配線４１ｃの長さを長くすることにより、従来の電力変換装置よりもリプル電流を低減し、第１の平滑コンデンサ４１の発熱を抑制するものである。なお、長くした配線４２ａをコイル状に巻いて配置するようにしても良い。
【００４４】
また、本実施の形態１では、配線２ａを直接第１の平滑コンデンサ４１の一方の極性端子（プラス端子）に接続し、また、配線４２ｃも直接第１の平滑コンデンサ４１の一方の極性端子（プラス端子）に接続している。このようにすることで、第１の平滑コンデンサ４１の極性端子以外の場所で配線２ａと配線４１ｃとを接続する場合と比べ、よりリプルを抑制することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態２における電力変換装置の配線構成を示す図である。本実施の形態２において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｃの配線長を実施の形態１の場合に比べて長くする、もしくは、配線幅を細くする（配線の断面積を小さくする）などにより、配線抵抗ΔＲを付加し、配線抵抗を増やしている点である。なお、図５における配線４１ｄは、第１の平滑コンデンサ４１から接続点Ａまでの配線である。
【００４６】
以下、本実施の形態２における電力変換装置について、その動作を説明する。
【００４７】
第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｄは、実施の形態１の図２に示す配線４１ｃに比べ、配線抵抗ΔＲが増やされている。そして、実施の形態１と同様に、配線４１ｄの配線インダクタンスΔＬが追加されていることによって、並列接続された第１の平滑コンデンサ４１および第２の平滑コンデンサ４２の静電容量やＥＳＬ、第１の平滑電解コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２を並列接続するために用いる配線のインダクタンスの関係により共振が生じることを抑制することができる。さらに、配線４１ｄの配線抵抗△Ｒが増加していることにより、第１の平滑コンデンサ４１の電荷の放出を抑制することができ、実施の形態１の電力変換装置に比べ、リプル電流を低減することが可能となる。
【００４８】
また、配線インダクタンスΔＬと配線抵抗ΔＲが、配線４１ｄのみに追加される。これにより、第１の平滑コンデンサ４１は、パワーモジュール３のスイッチングによるサージ電圧の吸収が抑制されるが、第１の平滑コンデンサ４１の電荷の放出を抑制することを優先して行うようにすることで、必要以上にリプル電流を流さないように回路を構成することができる。
【００４９】
図６は、本実施の形態２の電力変換装置における各インダクタンス（配線４１ｄの各長さ）についての第１の平滑コンデンサ４１（電解コンデンサ）の温度上昇の時間特性を示す図である。図７は、本実施の形態２の電力変換装置における各インダクタンス（配線４１ｄの各長さ）についての第２の平滑コンデンサ４２（スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２）の温度上昇の時間特性を示す図である。なお、図５と図６に関し、第１の平滑コンデンサ４１の静電容量Ｃ１を２７００μＦ、第２の平滑コンデンサ４２の静電容量Ｃ２を８０μＦとしている。また、配線４１ｄの配線長をそれぞれ５００ｍｍ、１３００ｍｍとし、その配線インダクタンスＬ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれ０．２μＨ、１．１μＨであり、配線インピーダンスＲ１ａ、Ｒ２ｂは、それぞれ０．００７Ω、０．０２５Ωである。
【００５０】
なお、配線長が５００ｍｍの場合は、共振が生じている状態である。また、配線長が１３００ｍｍの場合は、共振が生じていない状態である。
【００５１】
以上のように、本実施の形態２によれば、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続する配線４１ｄの配線インダクタンスおよび配線抵抗を大きくすることで、リプル電流を低減し、発熱を抑制することができる。
【００５２】
（実施の形態３）
図８は、本実施の形態３における電力変換装置の回路構成を示す図である。図９は、本実施の形態３における電力変換装置の配線構成を示す図である。
【００５３】
本実施の形態３において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｇに、インダクタンスとしてのコイル６を付加した点である。なお、配線４１ｇは、第１の平滑コンデンサ４１から接続点Ａまでの配線である。
【００５４】
第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｇに、コイル６を設けることで、チョークコイル２と第１の平滑コンデンサ４１とを接続する配線２ａおよびパワーモジュール３と第２の平滑コンデンサ４２とを接続するための配線４２ｃと比べ、配線４１ｇのインダクタンスを大きくすることができる。なお、図９において、配線４２ｃは、第２の平滑コンデンサ４２から接続点Ａまでの配線である。また、図８において、配線４２ｃは、スナバコンデンサ５１から接続点Ａまでの配線であり、もう１つの配電４２ｃは、スナバコンデンサ５２から接続点Ｃまでの配線である。
【００５５】
本実施の形態３では、配線４１ｇにコイル６を追加することにより、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｇのインダクタンスを、チョークコイル２と第１の平滑コンデンサ４１とを接続する配線２ａおよびパワーモジュール３と第２の平滑コンデンサ４２とを接続するための配線４２ｃよりも大きく設定することが可能となる。そのため、配線４１ｇの配線長を長くしなくてもインダクタンスを大きくすることができ、配線４１ｇの配線長を可能な限り短くすることができる。
【００５６】
以下、本実施の形態３における電力変換装置について、その動作を説明する。
【００５７】
第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｇにコイル６を設けることにより、配線インダクタンスΔＬが追加されることになる。配線４１ｇの配線インダクタンスを大きくすることにより、並列接続された第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２における静電容量とＥＳＬ、ならびに第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２を接続する配線のインダクタンスの関係を変化させる。これにより、ＬＣ共振の発生を抑制し、共振電流が重畳されることによるリプル電流増大の抑制および発熱の低減を実現することができ、第１の平滑コンデンサ４１の小型化が可能となる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態３によれば、コイル６によって第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続するための配線４１ｇのインダクタンスを増やすことにより、リプル電流増大の低減および発熱の抑制をすることができる。
【００５９】
本実施の形態３では、配線インダクタンスΔＬのみを追加するため、可能な限り短くした配線によって、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とを接続したが、これに限られるものではない。配線長を長くし、配線抵抗ΔＲを追加する構成としてもよい。
【００６０】
（実施の形態４）
図１０は、本実施の形態４における電力変換装置の回路構成を示す図である。図１１は、本実施の形態４における電力変換装置の配線構成を示す図である。本実施の形態４において、実施の形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６１】
図１０において、実施の形態１と異なる主な点は、チョークコイル２を介して直流電源１とパワーモジュール３とを接続するための配線２ａと、第１の平滑コンデンサ４１の一方の極性端子（プラス端子）に接続された配線４１ｅとを接続する点である。配線２ａと配線４１ｅとが接続される位置が、接続点Ｄである。なお、実施の形態１では、チョークコイル２と第１の平滑コンデンサ４１とが配線２ａにより直接接続され、第１の平滑コンデンサ４１とパワーモジュール３とが配線４１ｃにより直接的に接続されている。しかし、本実施の形態４では、実施の形態１と異なる配線構成となっている。
【００６２】
図１０と図１１において、配線２ａと第１の平滑コンデンサ４１とを接続する配線４１ｅの配線インダクタンスは、パワーモジュール３と第２の平滑コンデンサ４２（スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２）とを接続するための配線４２ｃの配線インダクタンスよりも大きく設定する。なお、配線２ａは、チョークコイル２から接続点Ｄまでの配線である。配線４２ｃは、第２の平滑コンデンサ４２から接続点Ｄまでの配線である。配線４１ｅは、第１の平滑コンデンサ４１から接続点Ｄまでの配線である。
【００６３】
以下、本実施の形態４における電力変換装置について、その動作を説明する。
【００６４】
配線４１ｅの配線インダクタンスを、配線４２ｃの配線インダクタンスよりも大きく設定する。具体的には、図１１に示すように、配線４１ｅに配線インダクタンスΔＬを加えている。配線４１ｅに配線インダクタンスΔＬを加えることにより、並列接続された第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２の静電容量やＥＳＬ、第１の平滑コンデンサ４１（電解コンデンサ）と第２の平滑コンデンサ４２（スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２）を並列接続するために用いる配線のインダクタンスの関係による共振を抑制し、第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２との間で共振電流が流れることを抑制し、リプル電流の増大を招くことを抑制することが可能となる。これにより、第１の平滑コンデンサ４１の発熱を抑制することが可能となる。
【００６５】
以上のように、本実施の形態４によれば、配線４１ｅのインダクタンスを増やすことにより、リプル電流増大の低減および第１の平滑コンデンサ４１の発熱を抑制することができる。
【００６６】
（実施の形態５）
図１２は、本実施の形態５における電力変換装置の配線構成を示す図である。本実施の形態５において、実施の形態４と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態４と異なる主な点は、配線２ａと第１の平滑コンデンサ４１とを接続するための配線４１ｆの配線長を、実施の形態４の場合の４１ｅと比べて長くする、もしくは、配線幅を細くするなどにより、配線抵抗ΔＲを付加して配線４１ｆの配線抵抗を増やしている点である。なお、配線４１ｆは、第１の平滑コンデンサ４１から接続点Ｄまでの配線である。配線２ａは、チョークコイル２から接続点Ｄまでの配線である。
【００６７】
以下，本実施の形態５における電力変換装置について、その動作を説明する。
【００６８】
配線２ａと第１の平滑コンデンサ４１とを接続するための配線４１ｆは、実施の形態４の配線４１ｅに比べ、配線抵抗が増やされている。なお、実施の形態４と同様に、配線４１ｆに配線インダクタンス△Ｌも加えられているので、並列接続された第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２の静電容量やＥＳＬ、第１の平滑コンデンサ４１（電解コンデンサ）と第２の平滑コンデンサ４２（スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２）を並列接続するために用いる配線のインダクタンスの関係による共振を抑制し、第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２との間で共振電流が流れることを抑制し、リプル電流の増大を招くことを抑制することが可能となる。これにより、第１の平滑コンデンサ４１の発熱を抑制することが可能となる。
【００６９】
さらに、配線４１ｆに配線抵抗ΔＲを付加して配線抵抗を増やしているので、第１の平滑コンデンサ４１の電荷の充放電に制限を加えることとなる。これにより、第１の平滑コンデンサ４１の本来の平滑動作時におけるリプル電流量を低減することができる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態５によれば、配線４１ｆの配線インダクタンスおよび配線抵抗を大きくすることで、リプル電流を低減し、第１の平滑コンデンサ４１の発熱を抑制することができる。
【００７１】
（実施の形態６）
図１３は、本実施の形態６における電力変換装置の回路構成を示す図である。図１４は、本実施の形態６における電力変換装置の配線構成を示す図である。本実施の形態６において、実施の形態４と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７２】
図１３において、実施の形態４と異なる主な点は、配線２ａと第１の平滑コンデンサ４１とを接続するための配線４１ｈに、コイル６を付加した点である。
【００７３】
配線４１ｈにコイル６を設けることで、配線４１ｈのインダクタンスを、パワーモジュール３と第２の平滑コンデンサ４２とを接続するための配線４２ｃのインダクタンスよりも大きく設定する。なお、図１４において、配線４１ｈは、第１の平滑コンデンサ４１から接続点Ｄまでの配線である。また、配線４２ｃは、第２の平滑コンデンサ４２から接続点Ｄまでの配線である。
【００７４】
本実施の形態６では、配線４１ｈにコイル６を追加することで、配線４１ｈの配線インダクタンスを、配線４２ｃの配線インダクタンスよりも大きく設定することが可能となる。そのため、配線長を長くすることなくインダクタンスを大きくすることができ、配線４１ｈの配線長を可能な限り短くすることができる。
【００７５】
以下、本実施の形態６における電力変換装置について、その動作を説明する。
【００７６】
配線４１ｈにコイル６を設けることにより、配線４１ｈに配線インダクタンスΔＬが追加されることになる。配線４１ｈの配線インダクタンスを大きく設定することにより、並列接続された第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２の静電容量やＥＳＬ、第１の平滑コンデンサ４１（電解コンデンサ）と第２の平滑コンデンサ４２（スナバコンデンサ５１とスナバコンデンサ５２）を並列接続するために用いる配線のインダクタンスの関係による共振を抑制し、第１の平滑コンデンサ４１と第２の平滑コンデンサ４２との間で共振電流が流れることを抑制し、リプル電流の増大を招くことを抑制することが可能となる。これにより、リプル電流を低減でき、第１の平滑コンデンサ４１の発熱を抑制することが可能となる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態６によれば、配線４１ｈにコイル６を設けることにより、配線４１ｈのインダクタンスを増やすことができ、リプル電流の抑制や第１の平滑コンデンサ４１の発熱を抑制することができる。
【００７８】
本実施の形態６では、配線４１ｈに配線インダクタンスΔＬのみを追加するために、可能な限り短くした配線によって、配線２ａと第１の平滑コンデンサ４１とを配線４１ｈにより接続したが、これに限られるものではない。配線４１ｈの配線長を長くし、配線４１ｈに配線抵抗ΔＲを追加する構成としてもよい。
【００７９】
なお、上記した実施の形態１から実施の形態６の電力変換装置を、インバータ制御によりアーク溶接等の溶接を行う溶接装置の内部に設けるようにしてもよい。このようにすることで、良好な溶接結果を得る溶接装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の電力変換装置は、直流電源部の出力の安定化を実現するとともに平滑コンデンサのリプル電流を低減することができ、平滑コンデンサの小型化や平滑コンデンサの発熱の抑制に有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１    直流電源
１ａ，１ｂ  端子
２    チョークコイル
３    パワーモジュール
３ａ  電力線
６    コイル
３１，３２，３３，３４  スイッチングパワーデバイス
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  接続点
４１  第１の平滑コンデンサ
４２  第２の平滑コンデンサ
５１，５２  スナバコンデンサ
【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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