(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数の直流電源に対応して設けられた複数のチョッパ回路を備え、
各チョッパ回路は、スイッチング素子、還流ダイオード、およびリアクトルを含み、対応する直流電源から供給される第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換して負荷に与え、
さらに、各チョッパ回路に対応して設けられ、対応するチョッパ回路と前記負荷の間に設けられる逆流防止ダイオードと、
各チョッパ回路に対応して設けられ、対応するチョッパ回路の前記スイッチング素子および前記還流ダイオードと対応する逆流防止ダイオードとを冷却する冷却器とを備え、
各チョッパ回路は、前記第１の直流電圧を降圧して前記第２の直流電圧を生成し、
前記スイッチング素子の一方電極は対応する直流電源の正極に接続され、
前記還流ダイオードのアノードは対応する直流電源の負極に接続され、前記還流ダイオードのカソードは前記スイッチング素子の他方電極に接続され、
各チョッパ回路において前記リアクトルは前記スイッチング素子の他方電極と前記負荷の一方端子との間に接続され、
前記逆流防止ダイオードのアノードは前記負荷の他方端子に接続され、前記逆流防止ダイオードのカソードは対応するチョッパ回路の前記還流ダイオードのアノードに前記冷却器上で接続される、電力変換装置。
【請求項２】
それぞれ複数の直流電源に対応して設けられた複数のチョッパ回路を備え、
各チョッパ回路は、スイッチング素子、還流ダイオード、およびリアクトルを含み、対応する直流電源から供給される第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換して負荷に与え、
さらに、各チョッパ回路に対応して設けられ、対応するチョッパ回路と前記負荷の間に設けられる逆流防止ダイオードと、
各チョッパ回路に対応して設けられ、対応するチョッパ回路の前記スイッチング素子および前記還流ダイオードと対応する逆流防止ダイオードとを冷却する冷却器とを備え、
各チョッパ回路は、前記第１の直流電圧を降圧して前記第２の直流電圧を生成し、
前記スイッチング素子の一方電極は対応する直流電源の正極に接続され、
前記還流ダイオードのアノードは対応する直流電源の負極に接続され、前記還流ダイオードのカソードは前記スイッチング素子の他方電極に接続され、
前記逆流防止ダイオードのアノードは対応するチョッパ回路の前記スイッチング素子の他方電極に前記冷却器上で接続され、前記逆流防止ダイオードのカソードは前記負荷の一方端子に接続され、
各チョッパ回路において前記リアクトルは前記負荷の他方端子と前記還流ダイオードのアノードとの間に接続される、電力変換装置。
【請求項３】
各冷却器は、
対応するチョッパ回路の前記スイッチング素子および前記還流ダイオードと対応する逆流防止ダイオードとを表面に搭載した金属板と、
前記金属板の裏面に設けられ、熱を放散する複数のフィンとを含む、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
スイッチング素子、還流ダイオード、およびリアクトルを含み、複数の直流電源から供給される第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換して負荷に与えるチョッパ回路と、
それぞれ複数の直流電源に対応して設けられ、各々が、対応する直流電源と前記チョッパ回路との間に設けられる複数の逆流防止ダイオードと、
前記スイッチング素子、前記還流ダイオード、および前記複数の逆流防止ダイオードを冷却する冷却器とを備え、
前記チョッパ回路は前記第１の直流電圧を昇圧して前記第２の直流電圧を生成し、
前記還流ダイオードのカソードは前記負荷の一方端子に接続され、
前記スイッチング素子の一方電極は前記還流ダイオードのアノードに接続され、前記スイッチング素子の他方電極は前記負荷の他方端子に接続され、
前記リアクトルの一方端子は前記複数の直流電源の正極に接続され、前記リアクトルの他方端子は前記スイッチング素子の一方電極に接続され、
前記複数の逆流防止ダイオードのアノードはともに前記スイッチング素子の他方電極に前記冷却器上で接続され、前記複数の逆流防止ダイオードのカソードはそれぞれ前記複数の直流電源の負極に接続される、電力変換装置。
【請求項５】
スイッチング素子、還流ダイオード、およびリアクトルを含み、複数の直流電源から供給される第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換して負荷に与えるチョッパ回路と、
それぞれ複数の直流電源に対応して設けられ、各々が、対応する直流電源と前記チョッパ回路との間に設けられる複数の逆流防止ダイオードと、
前記スイッチング素子、前記還流ダイオード、および前記複数の逆流防止ダイオードを冷却する冷却器とを備え、
前記チョッパ回路は前記第１の直流電圧を昇圧して前記第２の直流電圧を生成し、
前記還流ダイオードのカソードは前記負荷の一方端子に接続され、
前記スイッチング素子の一方電極は前記還流ダイオードのアノードに接続され、前記スイッチング素子の他方電極は前記負荷の他方端子に接続され、
前記複数の逆流防止ダイオードのアノードはそれぞれ前記複数の直流電源の正極に接続され、前記複数の逆流防止ダイオードのカソードはともに前記スイッチング素子の一方電極に前記冷却器上で接続され、
前記リアクトルの一方端子は前記スイッチング素子の他方電極に接続され、前記リアクトルの他方端子は前記複数の直流電源の負極に接続される、電力変換装置。
【請求項６】
前記冷却器は、
前記還流ダイオード、前記スイッチング素子、および前記複数の逆流防止ダイオードを表面に搭載した金属板と、
前記金属板の裏面に設けられ、熱を放散する複数のフィンとを含む、請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電力変換装置に関し、特に、チョッパ回路と逆流防止ダイオードとを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の降圧チョッパ回路と複数の逆流防止ダイオードとを備えた電力変換装置が開示されている。複数の降圧チョッパ回路は、それぞれ複数の太陽電池の出力電圧を所定の直流電圧に降圧する。複数の逆流防止ダイオードのアノードはそれぞれ複数の降圧チョッパ回路の出力電圧を受け、それらのカソードはともに負荷に接続される。
【０００３】
特許文献２には、複数の逆流防止ダイオードと昇圧チョッパ回路とを備えた電力変換装置が開示されている。複数の逆流防止ダイオードのアノードはそれぞれ複数の太陽電池の出力電圧を受け、それらのカソードはともに昇圧チョッパ回路に接続される。昇圧チョッパ回路は、複数の太陽電池から複数の逆流防止ダイオードを介して供給される直流電圧を所定の直流電圧に昇圧する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９６５３２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４１７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような電力変換装置では、チョッパ回路のスイッチング素子および還流ダイオード、逆流防止ダイオードなどの半導体素子で電力損失による熱が発生するので、各半導体素子を冷却する必要がある。しかし、従来の電力変換装置では、各半導体素子毎に冷却器を設けていたので、装置寸法が大型化し、コスト高になるという問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で低価格の電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、それぞれ複数の直流電源に対応して設けられた複数のチョッパ回路を備えたものである。各チョッパ回路は、スイッチング素子、還流ダイオード、およびリアクトルを含み、対応する直流電源から供給される第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換して負荷に与える。この電力変換装置は、さらに、各チョッパ回路に対応して設けられ、対応するチョッパ回路と負荷の間に設けられる逆流防止ダイオードと、各チョッパ回路に対応して設けられ、対応するチョッパ回路のスイッチング素子および還流ダイオードと対応する逆流防止ダイオードとを冷却する冷却器とを備える。
【０００８】
また、この発明に係る他の電力変換装置は、スイッチング素子、還流ダイオード、およびリアクトルを含み、複数の直流電源から供給される第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換して負荷に与えるチョッパ回路と、それぞれ複数の直流電源に対応して設けられ、各々が、対応する直流電源とチョッパ回路との間に設けられる複数の逆流防止ダイオードと、スイッチング素子、還流ダイオード、および複数の逆流防止ダイオードを冷却する冷却器とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力変換装置では、チョッパ回路のスイッチング素子および還流ダイオードと、そのチョッパ回路に対応する逆流防止ダイオードとが１つの冷却器によって冷却される。したがって、各半導体素子毎に冷却器が設けられていた従来と比べ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００１０】
この発明に係る他の電力変換装置では、チョッパ回路のスイッチング素子および還流ダイオードと複数の逆流防止ダイオードとが１つの冷却器によって冷却される。したがって、各半導体素子毎に冷却器が設けられていた従来と比べ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図である。
【図３】図２に示した冷却器の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図５】図４に示した電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図７】図６に示した電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図９】図８に示した電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態５による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図１１】図１０に示した電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態６による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図１３】図１２に示した電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この電力変換装置は、複数（図では２つ）の直流電源Ｐ１，Ｐ２から直流電圧Ｖ１，Ｖ２を受け、直流電圧Ｖ１，Ｖ２よりも低い所定の直流電圧Ｖ３を負荷ＬＤに供給するものである。直流電源Ｐ１，Ｐ２の各々は、たとえば太陽電池である。この電力変換装置は、半導体モジュールＭ１，Ｍ２、リアクトルＬ１，Ｌ２、逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２、および制御回路（ＣＮＴ）１，２を備える。
【００１３】
半導体モジュールＭ１，Ｍ２の各々は、正電圧端子Ｔ１、中間端子Ｔ２、負電圧端子Ｔ３、２つのトランジスタＱ１，Ｑ２、および２つのダイオードＤ１，Ｄ２を含む。トランジスタＱ１，Ｑ２の各々は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。
【００１４】
トランジスタＱ１のコレクタは正電圧端子Ｔ１に接続され、そのエミッタは中間端子Ｔ２に接続される。トランジスタＱ２のコレクタは中間端子Ｔ２に接続され、そのエミッタは負電圧端子Ｔ３に接続される。ダイオードＤ１のアノードは中間端子Ｔ２に接続され、そのカソードは正電圧端子Ｔ１に接続される。ダイオードＤ２のアノードは負電圧端子Ｔ３に接続され、そのカソードは中間端子Ｔ２に接続される。すなわち、ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれトランジスタＱ１，Ｑ２に逆並列に接続されている。
【００１５】
半導体モジュールＭ１，Ｍ２の正電圧端子Ｔ１は、それぞれ直流電源Ｐ１，Ｐ２の正極に接続される。半導体モジュールＭ１，Ｍ２の負電圧端子Ｔ３は、それぞれ直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極に接続される。半導体モジュールＭ１，Ｍ２のトランジスタＱ１は降圧チョッパ回路のスイッチング素子として使用され、トランジスタＱ２はオフ状態に固定される。ダイオードＤ２は降圧チョッパ回路の還流ダイオードとして使用され、ダイオードＤ１は使用されない。
【００１６】
なお、ここでは電力変換装置用として市販されている半導体モジュールＭ１，Ｍ２を使用したが、半導体モジュールＭ１，Ｍ２の各々の代わりにスイッチング素子を構成する１つのトランジスタと還流ダイオードを構成する１つのダイオードのみを使用しても構わない。
【００１７】
リアクトルＬ１，Ｌ２の一方端子は、それぞれ半導体モジュールＭ１，Ｍ２の中間端子Ｔ２に接続される。逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のアノードはそれぞれリアクトルＬ１，Ｌ２の他方端子に接続され、それらのカソードはともに負荷ＬＤの一方端子に接続される。負荷ＬＤの他方端子は半導体モジュールＭ１，Ｍ２の負電圧端子Ｔ３に接続される。
【００１８】
制御回路１は、直流電源Ｐ１の出力電圧Ｖ１、負荷ＬＤの端子間電圧Ｖ３などをモニタしながら、負荷ＬＤの端子間電圧Ｖ３が目標電圧ＶＤＴになるように、半導体モジュールＭ１のトランジスタＱ１を一定周期でオン／オフさせる。トランジスタＱ１がオンすると、直流電源Ｐ１の正極からトランジスタＱ１、リアクトルＬ１、逆流防止ダイオードＤ１１、および負荷ＬＤを介して直流電源Ｐ１の負極に至る経路で電流が流れ、リアクトルＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。トランジスタＱ１がオフすると、リアクトルＬ１、逆流防止ダイオードＤ１１、負荷ＬＤ、および還流ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、リアクトルＬ１の電磁エネルギーが放出される。
【００１９】
トランジスタＱ１の１周期当たりのオン時間を増大させると直流電圧Ｖ３が上昇し、トランジスタＱ１の１周期当たりのオン時間を減少させると直流電圧Ｖ３が低下する。したがって、トランジスタＱ１の１周期当たりのオン時間を調整することにより、直流電圧Ｖ３を目標電圧ＶＤＴに一致させることができる。
【００２０】
つまり、半導体モジュールＭ１のトランジスタＱ１およびダイオードＤ２と、リアクトルＬ１と、制御回路１とは、直流電源Ｐ１の出力電圧Ｖ１を降圧して直流電圧Ｖ３を生成する第１の降圧チョッパ回路を構成している。
【００２１】
制御回路２は、制御回路１と同様であり、直流電源Ｐ２の出力電圧Ｖ２、負荷ＬＤの端子間電圧Ｖ３などをモニタしながら、負荷ＬＤの端子間電圧Ｖ３が目標電圧ＶＤＴになるように、半導体モジュールＭ２のトランジスタＱ１を一定周期でオン／オフさせる。半導体モジュールＭ２のトランジスタＱ１およびダイオードＤ２と、リアクトルＬ２と、制御回路２とは、直流電源Ｐ２の出力電圧Ｖ２を降圧して直流電圧Ｖ３を生成する第２の降圧チョッパ回路を構成している。
【００２２】
逆流防止ダイオードＤ１１は、第２の降圧チョッパの出力電流が第１の降圧チョッパに逆流することを防止する。逆流防止ダイオードＤ１２は、第１の降圧チョッパの出力電流が第２の降圧チョッパに逆流することを防止する。負荷ＬＤは、直流電源Ｐ１，Ｐ２から２つの降圧チョッパ回路および逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２を介して供給される直流電力によって駆動される。
【００２３】
電力変換装置を駆動させると、半導体モジュールＭ１，Ｍ２のトランジスタ（スイッチング素子）Ｑ１およびダイオード（還流ダイオード）Ｄ２と逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２の各々では電力損失が発生して熱が発生する。半導体素子Ｑ１，Ｄ２，Ｄ１１，Ｄ１２の温度が定格温度を超えると半導体素子Ｑ１，Ｄ２，Ｄ１１，Ｄ１２の性能が劣化する。そこで、この電力変換装置には、半導体素子Ｑ１，Ｄ２，Ｄ１１，Ｄ１２を冷却するために２つの冷却器ＣＬ１，ＣＬ２が設けられる。
【００２４】
図２は、電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図である。図２において、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の各々は長方形状の表面を有し、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２は図中のＹ方向（上下方向）に配列される。半導体モジュールＭ１および逆流防止ダイオードＤ１１は、冷却器ＣＬ１の表面に搭載され、図中のＸ方向（横方向）に配列される。半導体モジュールＭ２および逆流防止ダイオードＤ１２は、冷却器ＣＬ２の表面に搭載され、図中のＸ方向に配列される。
【００２５】
半導体モジュールＭ１，Ｍ２の負電圧端子Ｔ３は、互いに対向して設けられ、配線によって互いに接続される。逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードは、互いに対向して設けられ、配線によって互いに接続される。
【００２６】
リアクトルＬ１は、冷却器ＣＬ１の近傍に設けられ、半導体モジュールＭ１の中間端子Ｔ２と逆流防止ダイオードＤ１１のアノードとの間に接続される。リアクトルＬ２は、冷却器ＣＬ２の近傍に設けられ、半導体モジュールＭ２の中間端子Ｔ２と逆流防止ダイオードＤ１２のアノードとの間に接続される。
【００２７】
負荷ＬＤは、逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソード間の配線と半導体モジュールＭ１，Ｍ２の負電圧端子Ｔ３間の配線との間に接続される。直流電源Ｐ１，Ｐ２と半導体モジュールＭ１，Ｍ２の間の配線の図示と、制御回路１，２の図示とは、図面の簡単化のため省略されている。
【００２８】
図３は、冷却器ＣＬ１の構成を示す図である。図３において、冷却器ＣＬ１は、金属板３と、金属板３の下面（裏面）に設けられた複数のフィン４とを含む。金属板３は、図２で示したように長方形状の表面を有する。冷却器ＣＬ１は、たとえばアルミニューム製のブロックを切削することにより形成されている。半導体モジュールＭ１および逆流防止ダイオードＤ１１は、金属板３の表面に搭載される。半導体モジュールＭ１のトランジスタＱ１およびダイオードＤ２と逆流防止ダイオードＤ１１で発生した熱は、金属板３および複数のフィン４に伝達され、複数のフィン４の表面から空気中に放散される。これにより、半導体モジュールＭ１のトランジスタＱ１およびダイオードＤ２と逆流防止ダイオードＤ１１の温度上昇が抑制される。冷却器ＣＬ２も冷却器ＣＬ１と同じ構成であるので、その説明は繰り返さない。
【００２９】
以上のように、この実施の形態１では、冷却器ＣＬ１によって半導体モジュールＭ１および逆流防止ダイオードＤ１１を冷却し、冷却器ＣＬ２によって半導体モジュールＭ２および逆流防止ダイオードＤ１２を冷却する。したがって、各半導体素子毎に冷却器を設ける場合に比べ、装置の小型化および低価格化を図ることができる。
【００３０】
[実施の形態２]
実施の形態１では、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の各々から４本の配線を引き出す必要がある。たとえば、冷却器ＣＬ１からは、半導体モジュールＭ１の中間端子Ｔ２とリアクトルＬ１の一方端子とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ１１のアノードとリアクトルＬ１の他方端子とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ１１のカソードと負荷ＬＤの一方端子とを接続する配線と、半導体モジュールＭ１の負電圧端子Ｔ３と負荷ＬＤの他方端子とを接続する配線とが引き出される。したがって、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の各々から引き出される配線の数が多くなり、構成が複雑になるという問題がある。この実施の形態２では、この問題の解決が図られる。
【００３１】
図４は、この発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図４を参照して、この電力変換装置が図１の電力変換装置と異なる点は、リアクトルＬ１，Ｌ２の他方端子がともに負荷ＬＤの一方端子に接続され、逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のアノードがともに負荷ＬＤの他方端子に接続され、それらのカソードがそれぞれ半導体モジュールＭ１，Ｍ２の負電圧端子Ｔ３に接続されている点である。
【００３２】
図５は、この電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図であって、図２と対比される図である。図５において、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２は図中のＹ方向（上下方向）に配列される。半導体モジュールＭ１および逆流防止ダイオードＤ１１は、冷却器ＣＬ１の表面に搭載され、図中のＸ方向（横方向）に配列される。半導体モジュールＭ２および逆流防止ダイオードＤ１２は、冷却器ＣＬ２の表面に搭載され、図中のＸ方向に配列される。
【００３３】
半導体モジュールＭ１，Ｍ２の正電圧端子Ｔ１は、互いに対向して設けられる。逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のアノードは、互いに対向して設けられ、配線によって互いに接続される。半導体モジュールＭ１の負電圧端子Ｔ３と逆流防止ダイオードＤ１１のカソードとは、冷却器ＣＬ１上で配線によって互いに接続される。半導体モジュールＭ２の負電圧端子Ｔ３と逆流防止ダイオードＤ１２のカソードとは、冷却器ＣＬ２上で配線によって互いに接続される。
【００３４】
リアクトルＬ１，Ｌ２は、それぞれ冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の近傍に設けられ、半導体モジュールＭ１，Ｍ２の中間端子Ｔ２間に直列接続される。負荷ＬＤの一方端子はリアクトルＬ１，Ｌ２間の配線に接続され、その他方端子は逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のアノード間の配線に接続される。
【００３５】
この実施の形態２では、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の各々から２本の配線が引き出される。たとえば、冷却器ＣＬ１からは、半導体モジュールＭ１の中間端子Ｔ２とリアクトルＬ１の一方端子とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ１１のアノードと負荷ＬＤの他方端子とを接続する配線とが引き出される。したがって、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の各々から４本の配線が引き出される実施の形態１と比べ、構成の簡単化を図ることができる。
【００３６】
[実施の形態３]
図６は、この発明の実施の形態３による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図６を参照して、この電力変換装置が図１の電力変換装置と異なる点は、逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のアノードがそれぞれ半導体モジュールＭ１，Ｍ２の中間端子Ｔ２に接続され、リアクトルＬ１，Ｌ２の一方端子がともに負荷ＬＤの他方端子に接続され、リアクトルＬ１，Ｌ２の他方端子がそれぞれ半導体モジュールＭ１，Ｍ２の負電圧端子Ｔ３に接続されている点である。
【００３７】
図７は、この電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図であって、図２と対比される図である。図７において、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２は図中のＹ方向（上下方向）に配列される。半導体モジュールＭ１および逆流防止ダイオードＤ１１は、冷却器ＣＬ１の表面に搭載され、図中のＸ方向（横方向）に配列される。半導体モジュールＭ２および逆流防止ダイオードＤ１２は、冷却器ＣＬ２の表面に搭載され、Ｘ方向に配列される。
【００３８】
半導体モジュールＭ１，Ｍ２の正電圧端子Ｔ１は、互いに対向して設けられる。逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードは、互いに対向して設けられ、配線によって互いに接続される。半導体モジュールＭ１の中間端子Ｔ２と逆流防止ダイオードＤ１１のアノードとは、冷却器ＣＬ１上で配線によって互いに接続される。半導体モジュールＭ２の中間端子Ｔ２と逆流防止ダイオードＤ１２のアノードとは、冷却器ＣＬ２上で配線によって互いに接続される。
【００３９】
リアクトルＬ１，Ｌ２は、それぞれ冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の近傍に設けられ、半導体モジュールＭ１，Ｍ２の負電圧端子Ｔ３間に直列接続される。負荷ＬＤの一方端子は逆流防止ダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソード間の配線に接続され、その他方端子はリアクトルＬ１，Ｌ２間の配線に接続される。
【００４０】
この実施の形態３では、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の各々から２本の配線が引き出される。たとえば、冷却器ＣＬ１からは、逆流防止ダイオードＤ１１のカソードと負荷ＬＤの一方端子とを接続する配線と、半導体モジュールＭ１の負電圧端子Ｔ３とリアクトルＬ１の他方端子とを接続する配線とが引き出される。したがって、冷却器ＣＬ１，ＣＬ２の各々から４本の配線が引き出される実施の形態１と比べ、構成の簡単化を図ることができる。
【００４１】
[実施の形態４]
図８は、この発明の実施の形態４による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。図８において、この電力変換装置は、複数（図では２つ）の直流電源Ｐ１，Ｐ２から直流電圧Ｖ１，Ｖ２を受け、直流電圧Ｖ１，Ｖ２よりも高い所定の直流電圧Ｖ４を負荷ＬＤに供給するものである。直流電源Ｐ１，Ｐ２の各々は、たとえば太陽電池である。この電力変換装置は、逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２、リアクトルＬ３、半導体モジュールＭ３、および制御回路（ＣＮＴ）５を備える。
【００４２】
逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードはそれぞれ直流電源Ｐ１，Ｐ２の正極に接続され、それらのカソードはともにリアクトルＬ３の一方端子に接続される。逆流防止ダイオードＤ２１は、直流電源Ｐ２の出力電流が直流電源Ｐ１に逆流することを防止する。逆流防止ダイオードＤ２２は、直流電源Ｐ１の出力電流が直流電源Ｐ２に逆流することを防止する。
【００４３】
半導体モジュールＭ３は、図１で示した半導体モジュールＭ１と同じであり、正電圧端子Ｔ１、中間端子Ｔ２、負電圧端子Ｔ３、２つのトランジスタＱ１，Ｑ２、および２つのダイオードＤ１，Ｄ２を含む。正電圧端子Ｔ１は、負荷ＬＤの一方端子に接続される。中間端子Ｔ２は、リアクトルＬ３の他方端子に接続される。負電圧端子Ｔ３は、負荷ＬＤの他方端子に接続されるとともに直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極に接続される。
【００４４】
トランジスタＱ２は昇圧チョッパ回路のスイッチング素子として使用され、トランジスタＱ１はオフ状態に固定される。ダイオードＤ１は昇圧チョッパ回路の還流ダイオードとして使用され、ダイオードＤ２は使用されない。
【００４５】
なお、ここでは電力変換装置用として市販されている半導体モジュールＭ３を使用したが、半導体モジュールＭ３の代わりにスイッチング素子を構成する１つのトランジスタと還流ダイオードを構成する１つのダイオードのみを使用しても構わない。
【００４６】
制御回路５は、直流電源Ｐ１，Ｐ２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２、負荷ＬＤの端子間電圧Ｖ４などをモニタしながら、負荷ＬＤの端子間電圧Ｖ４が所定の目標電圧ＶＵＴになるように、半導体モジュールＭ３のトランジスタＱ２を一定周期でオン／オフさせる。トランジスタＱ２がオンすると、直流電源Ｐ１，Ｐ２の正極から逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２、リアクトルＬ３、およびトランジスタＱ２を介して直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極に至る経路で電流が流れ、リアクトルＬ３に電磁エネルギーが蓄積される。
【００４７】
トランジスタＱ２がオフすると、直流電源Ｐ１，Ｐ２の正極から逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２、リアクトルＬ３、ダイオードＤ１、および負荷ＬＤを介して直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極に至る経路で電流が流れ、リアクトルＬ３の電磁エネルギーが放出される。
【００４８】
トランジスタＱ２の１周期当たりのオン時間を増大させると直流電圧Ｖ４が上昇し、トランジスタＱ２の１周期当たりのオン時間を減少させると直流電圧Ｖ４が低下する。したがって、トランジスタＱ２の１周期当たりのオン時間を調整することにより、直流電圧Ｖ４を目標電圧ＶＵＴに一致させることができる。
【００４９】
つまり、リアクトルＬ３と、半導体モジュールＭ１のトランジスタＱ２およびダイオードＤ１と、制御回路５とは、直流電源Ｐ１，Ｐ２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を昇圧して直流電圧Ｖ４を生成する昇圧チョッパ回路を構成している。負荷ＬＤは、直流電源Ｐ１，Ｐ２から逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２および昇圧チョッパ回路を介して供給される直流電力によって駆動される。
【００５０】
電力変換装置を駆動させると、半導体モジュールＭ３のトランジスタ（スイッチング素子）Ｑ２およびダイオード（還流ダイオード）Ｄ１と逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２の各々では電力損失が発生して熱が発生する。半導体素子Ｑ２，Ｄ１，Ｄ２１，Ｄ２２の温度が定格温度を超えると半導体素子Ｑ２，Ｄ１，Ｄ２１，Ｄ２２の性能が劣化する。そこで、この電力変換装置には、半導体素子Ｑ２，Ｄ１，Ｄ２１，Ｄ２２を冷却するために冷却器ＣＬ３が設けられる。
【００５１】
図９は、電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図である。図９において、冷却器ＣＬ３は長方形状の表面を有する。半導体モジュールＭ３、逆流防止ダイオードＤ２１、および逆流防止ダイオードＤ２２は、冷却器ＣＬ３の表面に搭載され、図中の横方向に順に配列される。
【００５２】
半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１と逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードとは図中の上側に配置される。半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１は、負荷ＬＤの一方端子に接続される。逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードは、それぞれ直流電源Ｐ１，Ｐ２の正極に接続される。逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のカソードは、ともにリアクトルＬ３の一方端子に接続される。半導体モジュールＭ３の中間端子Ｔ２は、リアクトルＬ３の他方端子に接続される。半導体モジュールＭ３の負電圧端子Ｔ３は、直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極および負荷ＬＤの他方端子に接続される。
【００５３】
冷却器ＣＬ３の構成は、図３で示した冷却器ＣＬ１と同様である。半導体モジュールＭ３のトランジスタＱ２およびダイオードＤ１と逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２で発生した熱は、冷却器ＣＬ３の金属板３および複数のフィン４に伝達され、複数のフィン４の表面から空気中に放散される。これにより、半導体モジュールＭ３のトランジスタＱ２およびダイオードＤ１と逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２の温度上昇が抑制される。
【００５４】
以上のように、この実施の形態４では、冷却器ＣＬ３によって半導体モジュールＭ３および逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２を冷却する。したがって、各半導体素子毎に冷却器を設ける場合に比べ、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００５５】
なお、この実施の形態４では、１つの昇圧チョッパ回路を設けたが、複数の昇圧チョッパ回路を並列接続しても構わない。
【００５６】
[実施の形態５]
実施の形態４では、冷却器ＣＬ３から６本の配線を引き出す必要がある。すなわち、冷却器ＣＬ３から、半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１と負荷ＬＤの一方端子とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ２１のアノードと直流電源Ｐ１の正極とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ２２のアノードと直流電源Ｐ２の正極とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のカソードとリアクトルＬ３の一方端子とを接続する配線と、半導体モジュールＭ３の中間端子Ｔ２とリアクトルＬ３の他方端子とを接続する配線と、半導体モジュールＭ３の負電圧端子Ｔ３と負荷ＬＤの他方端子および直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極とを接続する配線とが引き出される。したがって、冷却器ＣＬ３から引き出される配線の数が多くなり、構成が複雑になるという問題がある。この実施の形態５では、この問題の解決が図られる。
【００５７】
図１０は、この発明の実施の形態５による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図であって、図８と対比される図である。図１０を参照して、この電力変換装置が図８の電力変換装置と異なる点は、リアクトルＬ３の一方端子が直流電源Ｐ１，Ｐ２の正極に接続され、逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードがともに半導体モジュールＭ３の負電圧端子Ｔ３に接続され、それらのカソードがそれぞれ直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極に接続されている点である。
【００５８】
図１１は、この電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図であって、図９と対比される図である。図１１において、冷却器ＣＬ３は長方形状の表面を有する。半導体モジュールＭ３、逆流防止ダイオードＤ２１、および逆流防止ダイオードＤ２２は、冷却器ＣＬ３の表面に搭載され、図中の横方向に順に配列される。
【００５９】
半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１と逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のカソードとは図中の上側に配置される。半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１は負荷ＬＤの一方端子に接続され、その負電圧端子Ｔ３は負荷ＬＤの他方端子に接続される。逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードは、冷却器ＣＬ３上でともに半導体モジュールＭ３の負電圧端子Ｔ３に接続される。逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のカソードは、それぞれ直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極に接続される。直流電源Ｐ１，Ｐ２の正極は、冷却器ＣＬ３外でリアクトルＬ３の一方端子に接続される。半導体モジュールＭ３の中間端子Ｔ２は、リアクトルＬ３の他方端子に接続される。
【００６０】
この実施の形態５では、冷却器ＣＬ３から５本の配線が引き出される。すなわち、冷却器ＣＬ３から、半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１と負荷ＬＤの一方端子とを接続する配線と、半導体モジュールＭ３の負電圧端子Ｔ３と負荷ＬＤの他方端子とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ２１のカソードと直流電源Ｐ１の負極とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ２２のカソードと直流電源Ｐ２の負極とを接続する配線と、半導体モジュールＭ３の中間端子Ｔ２とリアクトルＬ３の他方端子とを接続する配線とが引き出される。したがって、冷却器ＣＬ３から６本の配線が引き出される実施の形態４と比べ、構成の簡単化を図ることができる。
【００６１】
[実施の形態６]
図１２は、この発明の実施の形態６による電力変換装置の構成を示す回路ブロック図であって、図８と対比される図である。図１２を参照して、この電力変換装置が図８の電力変換装置と異なる点は、逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のカソードがともに半導体モジュールＭ３の中間端子Ｔ２に接続され、リアクトルＬ３の一方端子が半導体モジュールＭ３の負電圧端子Ｔ３に接続され、その他方端子が直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極に接続されている点である。
【００６２】
図１３は、この電力変換装置のレイアウトを模式的に示す図であって、図１１と対比される図である。図１３において、冷却器ＣＬ３は長方形状の表面を有する。半導体モジュールＭ３、逆流防止ダイオードＤ２１、および逆流防止ダイオードＤ２２は、冷却器ＣＬ３の表面に搭載され、図中の横方向に順に配列される。
【００６３】
半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１と逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のカソードとは図中の上側に配置される。逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のカソードは、冷却器ＣＬ３上でともに半導体モジュールＭ３の中間端子Ｔ２に接続される。半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１は負荷ＬＤの一方端子に接続され、その負電圧端子Ｔ３は負荷ＬＤの他方端子に接続されるとともにリアクトルＬ３の一方端子に接続される。逆流防止ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードは、それぞれ直流電源Ｐ１，Ｐ２の正極に接続される。直流電源Ｐ１，Ｐ２の負極は、冷却器ＣＬ３外でリアクトルＬ３の他方端子に接続される。
【００６４】
この実施の形態６では、冷却器ＣＬ３から４本の配線が引き出される。すなわち、冷却器ＣＬ３から、半導体モジュールＭ３の正電圧端子Ｔ１と負荷ＬＤの一方端子とを接続する配線と、半導体モジュールＭ３の負電圧端子Ｔ３と負荷ＬＤの他方端子とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ２１のアノードと直流電源Ｐ１の正極とを接続する配線と、逆流防止ダイオードＤ２２のアノードと直流電源Ｐ２の正極とを接続する配線とが引き出される。したがって、冷却器ＣＬ３から６本の配線が引き出される実施の形態４と比べ、構成の簡単化を図ることができる。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６６】
Ｐ１，Ｐ２  直流電源、ＬＤ  負荷、Ｍ１〜Ｍ３  半導体モジュール、Ｌ１〜Ｌ３  リアクトル、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２  逆流防止ダイオード、１，２，５  制御回路、Ｔ１  正電圧端子、Ｔ２  中間端子、Ｔ３  負電圧端子、Ｑ１，Ｑ２  トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、ＣＬ１〜ＣＬ３  冷却器、３  金属板、４  フィン。
【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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