(57)【要約】      （修正有）【課題】フィルタ回路としての耐電圧を維持又は向上させるとともにフィルタ回路の大型化を抑制できる電力変換回路を提供する。【解決手段】電力変換装置は、直流電源又は交流電源を入力として、直流電流又は交流電流を出力する電力変換回路と、前記直流電源と前記電力変換回路の間に電気的に接続されるＥＭＣフィルタ回路と、を備える。前記ＥＭＣフィルタ回路は、第１ＹコンデンサＣｙｎ＿１と第２YコンデンサＣｙｎ＿２を電気的に直列に接続するYコンデンサと、前記第１ＹコンデンサＣｙｎ＿１と電気的に並列に接続される第１抵抗Ｒｙｎ＿１と、前記第２ＹコンデンサＣｙｎ＿２と電気的に並列に接続される第２抵抗と、コレクタ端子とエミッタ端子間に並列抵抗Ｒｔを有するとともに前記Ｙコンデンサの接地端子をグラウンドに接続するトランジスタ回路ＴＲｔと、を有する。【選択図】図３
2019068536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源又は交流電源を入力として、直流電流又は交流電流を出力する電力変換回路と、
前記直流電源と前記電力変換回路の間に電気的に接続されるＥＭＣフィルタ回路と、を備え、
前記ＥＭＣフィルタ回路は、
第１Ｙコンデンサと第２Yコンデンサを電気的に直列に接続するYコンデンサと、
前記第１Ｙコンデンサと電気的に並列に接続される第１抵抗と、
前記第２Ｙコンデンサと電気的に並列に接続される第２抵抗と、
コレクタ端子とエミッタ端子間に並列抵抗を有するとともに前記Ｙコンデンサの接地端子をグラウンドに接続するトランジスタ回路と、を有する電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記トランジスタ回路は、前記Ｙコンデンサ両端にかかる電圧に基づいて、導通又は遮断する電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に係り、特にＥＭＣフィルタ回路を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧形インバータ（以降、本発明ではインバータと称する）は直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器で、広く、交流モータの可変速駆動用途に使われている。環境意識の高まりを背景に市場規模を拡大するハイブリッド電気自動車や電気自動車の中核部品のひとつでもある。
【０００３】
インバータはモータ間に流れる３相電流を検出し、この検出値が電流指令に追従するように、マイクロプロセッサなどにより所定の制御演算が行われ、その結果に応答して、インバータを構成するスイッチング素子がオンオフ制御される。そして、モータは通電電流に応答して、そのトルクを発生する。
【０００４】
その際、スイッチング素子のオンオフに伴う高周波ノイズがインバータの交流出力及び、直流入力の配線に重畳される。この高周波ノイズは、電波となりラジオなどに悪影響を与えるため、ノイズを低減するフィルタ回路の実装が求められる。
【０００５】
高圧伝導ノイズを除去するフィルタ回路は、コイルやコンデンサにより構成される。その回路部品に対して、充電のため商用電源に接続される時には、民生・産業用フィルタ部品と同様な電源耐性が求められる。その１つにＹコンデンサの耐電圧がある。通常の系統電圧のレベルにより、ＩＥＣ（国内ではＪＩＳ）で規定されている。
【０００６】
Ｙコンデンサに求められる耐電圧は、定格電圧１５０Ｖ越え３００Ｖ（ａ．ｃ．）以下の場合、１５００  Ｖ  （ａ．ｃ．）を６０ｓ間印可後、異常ないことが求められる。なお、ロット毎の品質検査を行う場合は、２２５０Ｖ（ｄ．ｃ．）＝１５００Ｖ＊１．５（ａ．ｃ．波高値＋α）で検査を行っても良いとなっている（ＩＥＣ    ６０３８４＿１４＿２００５，  ＪＩＳＣ  ５１０１＿１４＿２００９  ）。こうした規格に適合した製品は、市場ニーズに応え量産されている。
【０００７】
従って、例えば特許文献１に示されるように、市販されているＹコンデンサを活用する場合は、コンデンサ直列接続により、耐電圧を増す必要があった。
【０００８】
しかしながら、フィルタ部品容積ＵＰ、延いては、フィルタ回路の大型化を招いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１６−１７１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明に係る課題は、フィルタ回路としての耐電圧を維持又は向上させるとともにフィルタ回路の大型化を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電力変換装置は、直流電源又は交流電源を入力として、直流電流又は交流電流を出力する電力変換回路と、前記直流電源と前記電力変換回路の間に電気的に接続されるＥＭＣフィルタ回路と、を備え、前記ＥＭＣフィルタ回路は、第１Ｙコンデンサと第２Yコンデンサを電気的に直列に接続するYコンデンサと、前記第１Ｙコンデンサと電気的に並列に接続される第１抵抗と、前記第２Ｙコンデンサと電気的に並列に接続される第２抵抗と、コレクタ端子とエミッタ端子間に並列抵抗を有するとともに前記Ｙコンデンサの接地端子をグラウンドに接続するトランジスタ回路と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、フィルタ回路としての耐電圧を維持又は向上させるとともにフィルタ回路の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るインバータ回路を含むモータ駆動システムの回路図である。
【図２（ａ）】比較例に係るＹコンデンサの回路構成図である。
【図２（ｂ）】比較例に係るＹコンデンサの回路構成図である。
【図２（ｃ）】比較例に係るＹコンデンサの回路構成図である。
【図３】本実施形態に係るＹコンデンサ回路周辺の回路構成図である。
【図４】他の実施形態に係り、トランジスタＴＲｔのオンオフを、Ｙコンデンサの両端電圧に応答して行うことができる回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る実施形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施形態に係るインバータ回路を含むモータ駆動システムの回路図である。
【００１６】
交流モータの可変速駆動系は、図１に示すように、バッテリー１と、ＥＭＣフィルタ２と、インバータ３と、交流のモータ４と、図示を省略した電流や電圧や回転角の検出器並びに制御回路と、により構成される。
【００１７】
インバータ３の構成について説明する。トランジスタＴｕ＋、トランジスタＴｖ＋、トランジスタＴｗ＋のそれぞれのコレクタ端子は、バッテリー１の正極への接続導体に接続される。
【００１８】
トランジスタＴｕ−、トランジスタＴｖ−、トランジスタＴｗ−のそれぞれのエミッタ端子は、バッテリー１の負極への接続導体に接続される。
【００１９】
そして、トランジスタＴｕ＋、トランジスタＴｖ＋、トランジスタＴｗ＋の各エミッタ端子は、対になるトランジスタＴｕ−、トランジスタＴｖ−、トランジスタＴｗ−の各コレクタ端子に接続されると共に、その接続点はモータの４各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。
【００２０】
すべてのトランジスタＴｕ＋、トランジスタＴｖ＋、トランジスタＴｗ＋、トランジスタＴｕ−、トランジスタＴｖ−、トランジスタＴｗ−のコレクタ端子に対になるダイオードＤｕ＋、ダイオードＤｖ＋、ダイオードＤｗ＋、ダイオードＤｕ−、ダイオードＤｖ−、ダイオードＤｗ−のカソード端子が、それぞれのエミッタ端子には対になるダイオードのアノード端子が接続される。
【００２１】
インバータ３を構成するトランジスタ郡Ｔｕ＋、Ｔｖ＋、Ｔｗ＋、Ｔｕ−、Ｔｖ−、Ｔｗ−のスイッチングに伴うリプル電流を吸収する平滑コンデンサＣｓ端子の一端がバッテリー１の正極への接続導体に、その他端がバッテリー１の負極への接続導体にそれぞれ接続される。
【００２２】
バッテリー１からインバータ３までにおいて、以下のノイズ抑制回路として機能するＥＭＣフィルタ２の構成部品が実装される。
【００２３】
コモンモードチョークＣＭＣは、コモンモード電流を低減する。
【００２４】
第１Ｘコンデンサ２１は、バッテリー１とコモンモードチョークＣＭＣとの間に接続され、かつ平滑コンデンサＣｓでは吸収できなかった中短波（０＿１Ｍ〜３０ＭＨｚ）ノイズ電流によるノーマルモードノイズ電圧を低減する。
【００２５】
第２Ｘコンデンサ２２は、コモンモードチョークＣＭＣとインバータ３との間に接続され、かつ平滑コンデンサＣｓでは吸収できなかった中短波（０＿１Ｍ〜３０ＭＨｚ）ノイズ電流によるノーマルモードノイズ電圧を低減する。
【００２６】
第１Ｙコンデンサ２３は、バッテリー１とコモンモードチョークＣＭＣとの間に接続され、かつモータ４の巻線とケースグラウンド間に形成される寄生容量を通して、生ずるコモンモードノイズ電流によるノイズ電圧を吸収する。
【００２７】
第２Ｙコンデンサ２４は、コモンモードチョークＣＭＣとインバータ３との間に接続され、かつモータ４の巻線とケースグラウンド間に形成される寄生容量を通して、生ずるコモンモードノイズ電流によるノイズ電圧を吸収する。
【００２８】
本実施形態に係るＥＭＣフィルタ２により、中短波ノイズがラジオなど周辺の電子機器に悪影響を与えることを軽減できる。
【００２９】
第１Ｙコンデンサ２３は、コンデンサＣｙ１＿１とコンデンサＣｙ１＿２を直列に接続し、その接続点６ｃをケースグラウンド９ｂへ接続する。コンデンサＣｙ１＿１とコンデンサＣｙ１＿２の直列接続点でないコンデンサ端子８ｃは、バッテリー１の正極へ、そのコンデンサ他端８ｄをバッテリー１の負極へ接続している。
【００３０】
第２Ｙコンデンサ２４は、コンデンサＣｙ２＿１とコンデンサＣｙ２＿２を直列に接続し、その接続点６ｃ’をケースグラウンド９ｂ’へ接続する。コンデンサＣｙ２＿１とコンデンサＣｙ２＿２の直列接続点でないコンデンサ端子８ｃ’はバッテリー１の正極へ、その他端のコンデンサ端子８ｄ’をバッテリー１の負極へ接続している。
【００３１】
ここで、  記号『’』  は同種のものを示すための記号とした。以降同様である。
【００３２】
コモンモードチョークＣＭＣは、第１Ｙコンデンサ２３と第２Ｙコンデンサ２４の中間に接続されている。なお、１００Ａを越える大電流を扱うインバータ３においては、ドーナツ形状をしたチョークコア（磁性材）に接続導体を貫通させる構成が専ら用いられる。
【００３３】
第１Ｘコンデンサ２１（ＸコンデンサＣｘ１）、第２Ｘコンデンサ２２（ＸコンデンサＣｘ２）のコンデンサ端子８ａとコンデンサ端子８ａ’の一端はバッテリー１の正極へ、その他端のコンデンサ端子８ｂとコンデンサ端子８ｂ’をバッテリー１の負極へそれぞれ接続しており、この２つのコンデンサは、コモンモードチョークコイルＣＭＣを挟むように配置している。
【００３４】
図２（ａ）ないし図２（ｃ）は、比較例に係るＹコンデンサの回路構成図である。
【００３５】
図１に示された回路構成は、２組の第１Ｙコンデンサ２３と第２Ｙコンデンサ２４のＹコンデンサのコンデンサ端子８ｃと８ｃ’と８ｄと８ｄ’がバッテリー１の正極と負極に接続され、Ｙコンデンサを直列接続する接続点６ｃと接続点６ｃ’をケースグラウンド９ｃ及び９ｃ’に夫々接続する。
【００３６】
そのため、第１Ｙコンデンサ２３と第２Ｙコンデンサ２４の耐電圧として、２８５０Ｖ（ｄ．ｃ．）を採用する必要がある場合には、例えば、耐電圧が２２５０Ｖ（ｄ．ｃ．）の市販品（入手可能な最高電圧）を使う場合、図２（ｂ）又は図２（ｃ）のように、コンデンサを直列接続する必要がある。なお、図２（ａ）ないし図２（ｃ）に示すＹコンデンサ（Ｃｙｎ＿１、Ｃｙｎ＿２）のｎは１又は２である。
【００３７】
図２（ｂ）では、同容量のコンデンサを採用すれば、コンデンサの両端印加電圧は、半減できる。図２（ｃ）では、コモンモード電圧（Ｖ＿ＰＧ、Ｖ＿ＮＧ）レベルにより印可電圧は変わるため、例えば、特許文献１記載の通り、容量設定を行うことができる。
【００３８】
しかし、これら何れの構成も、使用コンデンサ数の増加に伴うサイズの大型化が課題となる。
【００３９】
図３は、本実施形態に係るＹコンデンサ回路周辺の回路構成図である。
【００４０】
図３に示される実施形態によれば、コンデンサ数を変えずに、フィルタ回路部品に求められる耐電圧性能を等価的に向上させることができる。
【００４１】
Ｙコンデンサを構成するコンデンサＣｙｎ＿１とコンデンサＣｙｎ＿２に、抵抗Ｒｙｎ＿１と抵抗Ｒｙｎ＿２をそれぞれ並列接続する。
【００４２】
コンデンサＣｙｎ＿１とコンデンサＣｙｎ＿２の各々に印加される電圧（Ｖ＿ＰＣ，Ｖ＿ＮＣ）は、トランジスタＴＲｔのスイッチ状態により、下記の式１、式２の通りの関係が成り立つ。
【００４３】
なお、トランジスタＴＲｔは、オン時の抵抗は抵抗Ｒｔに比べて、無視できる程度に十分小さく。オフ時のそれは、抵抗Ｒｔに比べて、十分大きいと仮定した。そして、コンデンサインピーダンスは直流入力のため、抵抗Ｒｔに比べて極めて大きい。
【００４４】
（i）トランジスタＴＲｔがオフの場合、
Ｖ＿ＰＣ  ＝  Ｒｙｎ＿１＊｛（Ｒｔ＋Ｒｙｎ＿２）＊（−Ｖ＿ＰＧ）＋Ｒｔ＊Ｖ＿ＮＧ｝／Ｒ  及び
Ｖ＿ＮＣ  ＝  Ｒｙｎ＿２＊｛（Ｒｔ＋Ｒｙｎ＿１）＊（−Ｖ＿ＮＧ）＋Ｒｔ＊Ｖ＿ＰＧ｝／Ｒ  （式１）
ここで、Ｒ＝（Ｒｙｎ＿１＊Ｒｔ＋Ｒｔ＊Ｒｙｎ＿２＋Ｒｙｎ＿１＊Ｒｙｎ＿２）  
（ii）トランジスタＴＲｔがオンの場合、
Ｖ＿ＰＣ  ＝  Ｖ＿ＰＧ  及び  Ｖ＿ＮＣ  ＝  Ｖ＿ＮＧ            （式２）
例えば、抵抗Ｒｙｎ＿１及び抵抗Ｒｙｎ＿２を全て同じ（Ｒｙｎ＿１＝Ｒｙｎ＿２＝Ｒｔ）とし、かつ、印加電圧（Ｖ＿ＰＧ、Ｖ＿ＮＧ）が等しい場合には、トランジスタＴＲｔがオフ時のコンデンサ両端電圧は、式１から１／３となる。
【００４５】
抵抗の比率を適当に設定して、コンデンサＣｙｎ＿１とコンデンサＣｙｎ＿２とトランジスタＴＲｔの分担電圧を任意に設定できる事がわかる。
【００４６】
また、図示を省略したモータ制御回路に判定回路を設けて、適切な運転状態でトランジスタＴＲｔをオンオフすることができる。
【実施例２】
【００４７】
図４は、他の実施形態に係り、トランジスタＴＲｔのオンオフを、Ｙコンデンサの両端電圧に応答して行うことができる回路図である。
【００４８】
コンパレータＩＣ１と抵抗Ｒ５及びＲ６により、ヒステリシスコンパレータを構成している。高圧バッテリの正極に接続されたＹコンデンサの両端電圧Ｖ＿ＰＧを抵抗Ｒ１及びＲ２で分圧した電圧Ｖ＿ＰＧ＿ＭＯＮ（＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＊Ｖ＿ＰＧ）が、コンパレータＩＣ１の負入力に、またその正入力には、コンパレータの正電源Ｖｓ＋を基準電源とし、それを抵抗Ｒ７、Ｒ８により分圧した電圧Ｖ＿ＰＧ＿ＲＥＦ（＝Ｒ８／（Ｒ７＋Ｒ８）＊Ｖｓ＋）を入力している。
【００４９】
コンパレータＩＣ１の出力はＶ＿ＰＧ＿ＭＯＮとＶ＿ＰＧ＿ＲＥＦの大小関係により、反転する。Ｖ＿ＰＧ＿ＭＯＮ＞Ｖ＿ＰＧ＿ＲＥＦとなると、オープンコレクタ出力のコンパレータＩＣ１の出力状態はＶｓ−となる。一方、その逆では、コンパレータＩＣ１の出力状態はＶｓ＋となる。
【００５０】
コンパレータＩＣ２と抵抗Ｒ９、Ｒ１０により、ヒステリシスコンパレータを構成している。高圧バッテリの正極に接続されたＹコンデンサの両端電圧Ｖ＿ＮＧを抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧した電圧Ｖ＿ＰＧ＿ＭＯＮ（＝Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）＊Ｖ＿ＰＧ）が、コンパレータＩＣ２の負入力に、またその正入力には、コンパレータの負電源Ｖｓ＋を基準電源とし、それを抵抗Ｒ１１、Ｒ１２により分圧した電圧Ｖ＿ＮＧ＿ＲＥＦ（＝Ｒ１１／（Ｒ１１＋Ｒ１２）＊Ｖｓ−）を入力している。
【００５１】
コンパレータＩＣ２の出力はＶ＿ＮＧ＿ＭＯＮとＶ＿ＮＧ＿ＲＥＦの大小関係により、反転する。Ｖ＿ＮＧ＿ＭＯＮ＜Ｖ＿ＮＧ＿ＲＥＦとなると、オープンコレクタ出力のコンパレータＩＣ２の出力状態はＶｓ−となる。一方、その逆では、コンパレータＩＣ２の出力状態はＶｓ＋となる。
【００５２】
コンパレータＩＣ１、ＩＣ２の出力は共にダイオードＤ１のアノードに入力され、そのカソードはトランジスタＴＲｔのベース端子に接続している。従って、コンパレータＩＣ１、ＩＣ２のいずれかの出力状態がＶｓ−となる場合は、トランジスタＴＲｔのベース端子に電流が供給されなくなるため、それはオフ状態となる。
【００５３】
ここで、出力状態がＶｓ−となるのは、前記通りＶ＿ＰＧ＿ＭＯＮ＞Ｖ＿ＰＧ＿ＲＥＦ、  Ｖ＿ＮＧ＿ＭＯＮ＜Ｖ＿ＮＧ＿ＲＥＦとなった時であり、Ｖ＿ＰＧもしくは、Ｖ＿ＮＧの大きさが指定の閾値を上回った場合になる。すなわち、いずれかまたは、両方のＹコンデンサの両端電圧が設定閾値を超えた場合には、トランジスタＴＲｔがオフして、両端電圧が軽減される。なお、軽減されたことに応答して、コンパレータの状態が反転することを防止するために、ヒステリシスコンパレータのヒステリシス幅を抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ９、Ｒ１０で、適当に設定する。
【００５４】
この状態以外は、両方のＹコンデンサの両端電圧が設定閾値内であるため、トランジスタＴＲｔには、正電源Ｖｓ＋から抵抗Ｒ５、Ｒ９そして、ダイオードＤ１を通って、ベース電流が供給され、Ｙコンデンサの接地端子ＣはＧに低インピーダンスで接続され、ノイズ除去回路としての動作を提供する。
【００５５】
実施例では、インバータ回路を例に本発明を説明したが、高圧直流電源を入力して、低圧直流を出力する直流電力変換回路（ＤＣＤＣコンバータ）や高圧交流電源を入力して、高圧直流を出力する交直電力変換回路（チャージャー）などの、スイッチング動作を伴う電力変換回路のＥＭＣフィルタ回路に適用ができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…バッテリー、２…ＥＭＣフィルタ、３…インバータ、４…モータ、６ｃ…接続点、６ｃ’  …接続点、８ａ…コンデンサ端子、８ｂ…コンデンサ端子、８ｃ…コンデンサ端子、８ｄ…コンデンサ端子、８ａ’  …コンデンサ端子、８ｂ’  …コンデンサ端子、８ｃ’  …コンデンサ端子、８ｄ’  …コンデンサ端子、９ｂ…ケースグラウンド、９ｂ’…ケースグラウンド、２１…第１Ｘコンデンサ、２２…第２Ｘコンデンサ、２３…第１Ｙコンデンサ、２４…第２Ｙコンデンサ、Ｒｙｎ＿１…抵抗、Ｒｙｎ＿２…抵抗、Ｒｔ…抵抗、Ｒ１ないしＲ１２…抵抗、Ｃｓ…平滑コンデンサ、Ｃｙ１＿１…コンデンサ、Ｃｙ１＿２…コンデンサ、Ｃｙ２＿１…コンデンサ、Ｃｙ２＿２…コンデンサ、Ｃｙｎ＿１…コンデンサ、Ｃｙｎ＿２…コンデンサ、Ｃｘ１…コンデンサ、Ｃｘ２…コンデンサ、Ｃｙｎ＿１…コンデンサ、Ｃｙｎ＿…コンデンサ、ＣＭＣ…コモンモードチョーク、ＩＣ１…コンパレータ、Ｔｕ＋…トランジスタ、Ｔｖ＋…トランジスタ、Ｔｗ＋…トランジスタ、Ｔｕ−…トランジスタ、Ｔｖ−…トランジスタ、Ｔｗ−…トランジスタ、ＴＲｔ…トランジスタ、Ｄｕ＋…ダイオード、Ｄｖ＋…ダイオード、Ｄｗ＋…ダイオード、Ｄｕ−…ダイオード、Ｄｖ−…ダイオード、Ｄｗ−…ダイオード、Ｄ１…ダイオード、
【図１】
2019068536.tif 000003
【図２（ａ）】
2019068536.tif 000004
【図２（ｂ）】
2019068536.tif 000005
【図２（ｃ）】
2019068536.tif 000006
【図３】
2019068536.tif 000007
【図４】
2019068536.tif 000008