(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング制御装置と、高圧部であるスイッチング素子及び当該スイッチング素子をスイッチング駆動する駆動回路を含む電力変換回路とを備えた電力変換装置において、
前記スイッチング制御装置と駆動回路との間を、当該スイッチング制御装置からのスイッチング信号を前記駆動回路に伝送するためにのみ接続し、前記電力変換回路からは絶縁されている配線に対して、磁性体コアを設置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記磁性体コアの複数個を前記配線に設置したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記磁性体コアを前記配線において前記スイッチング装置直近に設置したことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記磁性体コアの複数個を前記スイッチング装置直近に設置したことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記磁性体コアの１つを前記スイッチング制御装置直近において前記配線に設置し、前記磁性体コアの他の１つを前記電力変換回路直近において前記配線に設置したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記磁性体コアの複数個を前記スイッチング制御装置直近において前記配線に設置し、前記磁性体コアの他の複数個を前記電力変換回路直近において前記配線に設置したことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記磁性体コアを前記スイッチング制御装置から前記電力変換回路の各相に至る配線それぞれに設置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング制御装置によって電力変換回路の各相のスイッチング素子を駆動する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両制御システムにおける電力変換装置の構成は図８に示すようなものである。図８において、２０は架線、１はパンタグラフ、２は高速遮断機、３は交流リアクトル、４は接地装置である車輪、５は地面、６は直流コンデンサ、１３は３相ＰＷＭインバータ、２１はスイッチング制御装置、２４は誘導電動機である。３相ＰＷＭインバータ１３は、ブリッジ構成のスイッチング素子１４−１９とそれぞれのスイッチング素子を駆動する駆動回路７−１２で構成されており、直流／交流電力変換して誘導電動機２４にＵ，Ｖ，Ｗ３相の交流電力を供給する。
【０００３】
図９は、電力変換装置内の回路構成、特にスイッチング制御装置２１と３相ＰＷＭインバータ１３との間の結線を示している。低圧部であるスイッチング制御装置２１と高圧部であるＰＷＭインバータ１３との間は、配線２３とフォトカプラー３０によって結線されるのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電力変換回路に使用されるスイッチング素子は、高速化、大容量化が進み、一種のノイズ発生源になっている。また小型化を図るために部品密度が高くなり、そのため、スイッチング制御装置と電力変換回路との間の距離が近くなってきている。このように回路間の距離が短くなると、スイッチング制御装置と電力変換回路との間の配線２３に誘導ノイズ、電磁波ノイズが飛び込み、スイッチング制御装置が誤信号を出力し、電力変換回路の上下素子（スイッチング素子１４と１５、スイッチング素子１６と１７、スイッチング素子１８と１９）を同時にオンさせ、短絡事故が発生して大電流がスイッチング素子を流れ、最悪の場合には素子破壊を起こすことがある問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、スイッチング制御装置と電力変換回路とを結ぶ配線にノイズが飛び込んできた場合でも、そのノイズレベルを減衰させることにより、誤動作による素子破壊を確実に防ぐことができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、スイッチング制御装置と、高圧部であるスイッチング素子及び当該スイッチング素子をスイッチング駆動する駆動回路を含む電力変換回路とを備えた電力変換装置において、前記スイッチング制御装置と駆動回路との間を、当該スイッチング制御装置からのスイッチング信号を前記駆動回路に伝送するためにのみ接続し、前記電力変換回路からは絶縁されている配線に対して、磁性体コアを設置したものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の電力変換装置において、前記磁性体コアの複数個を前記配線に設置したものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１の電力変換装置において、前記磁性体コアを前記配線において前記スイッチング装置直近に設置したものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２の電力変換装置において、前記磁性体コアの複数個を前記スイッチング装置直近に設置したものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１の電力変換装置において、前記磁性体コアの１つを前記スイッチング制御装置直近において前記配線に設置し、前記磁性体コアの他の１つを前記電力変換回路直近において前記配線に設置したものである。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項２の電力変換装置において、前記磁性体コアの複数個を前記スイッチング制御装置直近において前記配線に設置し、前記磁性体コアの他の複数個を前記電力変換回路直近において前記配線に設置したものである。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１又は２の電力変換装置において、前記磁性体コアを前記スイッチング制御装置から前記電力変換回路の各相に至る配線それぞれに設置したものである。
【００１３】
請求項１〜７の発明の電力変換装置では、スイッチング制御装置と電力変換回路との間の配線に設置した磁性体コアが高周波ノイズに対するインピーダンスを上げ、配線に飛び込んでくるノイズの影響を低下させる。
【００１４】
そして特に磁性体コアを複数体設置することによりノイズ低下をいっそう図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の回路構成を示している。この電力変換装置の回路構成の全体は図８に示した従来例と同様であり、またスイッチング制御装置２１と、スイッチング素子１４−１９及び駆動回路７−１２から成るインバータ１３との結線関係も図９に示した従来例と同様である。そして図１に示したように、第１の実施の形態の電力変換装置の特徴は、配線２３に磁性体コア２２を設置した点にある。
【００１６】
図１（Ａ）に示した電力変換装置の場合、スイッチング制御装置２１で作られたオン／オフのスイッチング信号が配線２３を通してインバータ１３の駆動回路７−１２それぞれに送られ、この駆動回路７−１２によりスイッチング素子１４−１９それぞれがスイッチング駆動され、直流／交流電力変換して負荷に３相交流電力を出力する。
【００１７】
この電力変換装置において、配線２３にノイズが飛び込むと、スイッチング制御装置２１において誤信号が発生し、この誤信号が３相ＰＷＭインバータ１３に伝えられて誤動作を起こす原因となる。
【００１８】
ところが、スイッチング制御装置２１と、ＰＷＭインバータ１３との間の配線２３に磁性体コア２２を設置することにより、磁性体コア２３を挿入した部分では磁性体インピーダンスＺＦが増加するため、図１（Ｂ）に示すようなインピーダンス分布になる。この図１（Ｂ）において、左側がスイッチング制御装置２１のある入力側の回路インピーダンスＺＡであり、回路インピーダンスＺＢのある右側が３相インバータ１３のある出力側である。ノイズ低下を計算し、［ｄＢ］で表すと次のようになる。
【００１９】
【数１】
0003547661.tif 000002
これを、従来の磁性体コアを設置していない回路の場合のインピーダンス分布と比較すると次のようになる。図１０は従来例のインピーダンス分布図を示していて、この場合、ノイズ低下の式は次のようになる。
【００２０】
【数２】
0003547661.tif 000003
この従来例の場合、インピーダンス分布図において、磁性体コア２３が入っていないために、ノイズ低下は０［ｄＢ］となる。
【００２１】
この数１式と数２式とから、本発明の実施の形態の場合、配線２３の部分でノイズ低減できることが明らかである。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態の電力変換装置について、図２に基づいて説明する。図２（Ａ）に示したように、第２の実施の形態は、スイッチング制御装置２１とインバータ１３とを結ぶ配線に２３に複数Ｎ個の磁性体コア２２を設置したことを特徴としている。
【００２３】
この実施の形態の場合、磁性体コア２２を複数Ｎ個設置することにより、インピーダンス分布は同図（ｂ）のようになる。すなわち、左側の回路インピーダンスＺＡと、右側の回路インピーダンスＺＢとの間に磁性体コア２２によりＮ×ＺＦのインピーダンスが挿入された状態になる。したがって、ノイズ低下を計算し、［ｄＢ］で表すと次のようになる。
【００２４】
【数３】
0003547661.tif 000004
これを、図１０に示した従来例の場合と比較すると、本実施の形態ではノイズ低減効果が大きいことが分かる。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施の形態の電力変換装置を図３に基づいて説明する。図３（Ａ）に示すように、第３の実施の形態の電力変換装置は、スイッチング制御装置２１の直近に磁性体コア２２を設置したことを特徴とする。このようにスイッチング制御装置２１の直近に磁性体コア２２を設置することにより、インピーダンス分布が図３（Ｂ）のようになる。すなわち、左側の回路インピーダンスＺＡよりもさらに左側に磁性体コア２２のインピーダンスＺＦが挿入された状態になる。したがって、ノイズ低下を計算し、［ｄＢ］で表すと次のようになる。
【００２６】
【数４】
0003547661.tif 000005
これを、図１０に示した従来例の場合と比較すると、本実施の形態ではノイズ低減効果が大きいことが分かる。
【００２７】
次に、本発明の第４の実施の形態の電力変換装置を図４に基づいて説明する。図４（Ａ）に示すように、第４の実施の形態はスイッチング制御装置２１の直近に複数Ｎ個の磁性体コア２２を設置したことを特徴とする。
【００２８】
この実施の形態の場合、インピーダンス分布は図４（Ｂ）のようになる。したがって、ノイズ低下を計算し、［ｄＢ］で表すと次のようになる。
【００２９】
【数５】
0003547661.tif 000006
これを、図１０に示した従来例の場合と比較すると、本実施の形態ではノイズ低減効果がいっそう大きくなっていることが分かる。
【００３０】
次に、本発明の第５の実施の形態の電力変換装置を図５に基づいて説明する。第５の実施の形態は、図５（Ａ）に示すように、磁性体コア２２の１つをスイッチング制御装置２１の直近において配線２３に設置し、磁性体コア２２の他の１つをインバータ１３の直近において配線２３に設置したことを特徴とする。
【００３１】
このようにスイッチング制御装置２１、インバータ１３それぞれの直近に磁性体コア２２を設置することにより、インピーダンス分布が図５（Ｂ）のようになる。すなわち、回路インピーダンスＺＡの右側、左側それぞれに磁性体コア２２のインピーダンスＺＦが挿入された状態になる。したがって、ノイズ低下を計算し、［ｄＢ］で表すと次のようになる。
【００３２】
【数６】
0003547661.tif 000007
これを、図１０に示した従来例の場合と比較すると、本実施の形態ではノイズ低減効果が大きいことが分かる。
【００３３】
次に、本発明の第６の実施の形態の電力変換装置を図６に基づいて説明する。第６の実施の形態の特徴は、図６（Ａ）に示すように、スイッチング制御装置２１の直近、インバータ１３の直近それぞれにおいて配線２３に複数Ｎ個ずつ磁性体コア２２を設置したことを特徴とする。
【００３４】
このようにスイッチング制御装置２１、インバータ１３それぞれの直近に磁性体コア２２を複数Ｎ個ずつ設置することにより、インピーダンス分布が図６（Ｂ）のようになる。すなわち、回路インピーダンスＺＡの右側、左側それぞれに磁性体コア２２のインピーダンスＺＦが挿入された状態になる。したがって、ノイズ低下を計算し、［ｄＢ］で表すと次のようになる。
【００３５】
【数７】
0003547661.tif 000008
これを、図１０に示した従来例の場合と比較すると、本実施の形態ではノイズ低減効果が大きいことが分かる。
【００３６】
次に、本発明の第７の実施の形態の電力変換装置を図７に基づいて説明する。第７の実施の形態の電力変換装置の特徴は、図７（Ａ）に示すように、スイッチング制御装置２１から３相ＰＷＭインバータ１３に至る配線２３において、３相ＰＷＭインバータ１３の直流入力側のＵＶＷ各相１３−１，１３−２，１３−３に分岐した後の部分それぞれに磁性体コア２２を設置したことを特徴としている。
【００３７】
これにより、図７（Ｂ）に示すようにＰＷＭインバータ１３のＵＶＷ各相１３−１，１３−２，１３−３の回路インピーダンスＺＤ、スイッチング制御装置２１側の各相の回路インピーダンスＺＣであり、それぞれに磁性体コア２２によるインピーダンスＺＦが挿入された形のインピーダンス分布となる。この場合、配線２３が短くなるので、回路インピーダンスＺＣ，ＺＤは図１〜図６に示した回路におけるインピーダンスＺＡ，ＺＢよりも小さな値である。このインピーダンス回路のノイズ低下を計算し、［ｄＢ］で表すと次のようになる。
【００３８】
【数８】
0003547661.tif 000009
これに対して、従来の磁性体コアを設置していない電力変換装置において、対応する部分のインピーダンス分布は図１１に示すものであり、ノイズ低下を計算し、［ｄＢ］で表すと次のようになる。
【００３９】
【数９】
0003547661.tif 000010
この両者を比較すると、従来例の場合には磁性体コアが配線に設置されていないためにノイズ低下で０［ｄＢ］であるが、本実施の形態ではノイズ低減効果があることが分かる。
【００４０】
また、図１に示した第１の実施の形態のように３相ＰＷＭインバータ１３の各相に分けないで配線２３の全体に磁性体コア２２を設置した場合と、図７に示した第７の実施の形態のようにＰＷＭインバータ１３の各相ごとの配線２３に磁性体コア２２を設置した場合とでノイズ低下を比較すると、配線インピーダンス値の大小関係、ＺＣ＜ＺＡ，ＺＤ＜ＺＢの関係から、次の数１０式が成り立つ。
【００４１】
【数１０】
0003547661.tif 000011
これにより、各相ごとに磁性体コア２２を入れた方がノイズ低下の効果が大きいことも分かる。
【００４２】
さにらスイッチング制御装置２１とＵＶＷ各相の回路間に磁性体コアを設置することにより、各相の回路付近からスイッチング制御装置に飛び込むノイズを減衰させる効果もある。
【００４３】
なお、上記の各実施の形態において、磁性体コア２２を１個だけ用いるか、２個以上の複数個用いるか、また複数個用いる場合の個数については特に限定されることはなく、実験的に決めることになる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜７の発明によれば、スイッチング制御装置と電力変換回路との間の配線に設置した磁性体コアが高周波ノイズに対するインピーダンスを上げ、配線に飛び込んでくるノイズの影響を低下させることができる。特に磁性体コアを複数体設置することによりノイズ低下をいっそう図ることができる。また、スイッチング制御装置から電力変換回路の各相に至る配線に磁性体コアを設置することにより、ノイズ低下の効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路ブロック図及びインピーダンス分布図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の回路ブロック図及びインピーダンス分布図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の回路ブロック図及びインピーダンス分布図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の回路ブロック図及びインピーダンス分布図。
【図５】本発明の第５の実施の形態の回路ブロック図及びインピーダンス分布図。
【図６】本発明の第６の実施の形態の回路ブロック図及びインピーダンス分布図。
【図７】本発明の第７の実施の形態の回路ブロック図及びインピーダンス分布図。
【図８】一般的な車両用電力変換装置の主回路構成を示す回路ブロック図。
【図９】上記の従来例の回路におけるスイッチング制御装置及び電力変換回路の部分の結線を示す回路ブロック図。
【図１０】従来例のインピーダンス分布図。
【図１１】従来例のＵＶＷ相ごとのインピーダンス分布図。
【符号の説明】
７−１２  駆動回路
１３  ＰＷＭインバータ
１４−１９  スイッチング素子
２１  スイッチング制御装置
２２  磁性体コア
２３  配線
【図１】
0003547661.tif 000012
【図２】
0003547661.tif 000013
【図３】
0003547661.tif 000014
【図４】
0003547661.tif 000015
【図５】
0003547661.tif 000016
【図６】
0003547661.tif 000017
【図７】
0003547661.tif 000018
【図８】
0003547661.tif 000019
【図９】
0003547661.tif 000020
【図１０】
0003547661.tif 000021
【図１１】
0003547661.tif 000022