(57)【要約】【課題】熱暴走に起因してコンデンサが故障することを抑制する電力変換装置を提供する。【解決手段】コンデンサ３の寄生インダクタンスと、前記コンデンサ３の使用温度及び／又は前記コンデンサ３にかかる直流電圧により変化する該コンデンサ３の静電容量と、によって定まる共振周波数ｆが、前記第一の電力変換器の２スイッチング素子と前記第二の電力変換器４のスイッチング素子との少なくとも一方を駆動させるキャリア周波数をｆｃとし、Δｆを所定の周波数の値とし、ｍを正の整数とした場合、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するように設定されることを特徴とする。【選択図】図４
2012222892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給される第一の交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換器と、前記第一の電力変換器から供給される直流電力を第二の交流電力に変換して負荷へ供給する第二の電力変換器と、前記第一の電力変換器の出力側に並列に接続されたコンデンサとを備えた電力変換装置であって、
前記コンデンサの寄生インダクタンスと、前記コンデンサの使用温度及び／又は前記コンデンサにかかる直流電圧により変化する該コンデンサの静電容量と、によって定まる共振周波数ｆが、前記第一の電力変換器のスイッチング素子と前記第二の電力変換器のスイッチング素子との少なくとも一方を駆動させるキャリア周波数をｆｃとし、Δｆを所定の周波数の値とし、ｍを正の整数とした場合、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するように設定されることを特徴とする電力変換装置。     
【請求項２】
前記コンデンサは、並列に接続された複数個のコンデンサである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Δｆの値は、前記ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆの範囲内において、前記コンデンサに入力されるリプル電流が２００Ａｒｍｓ以下となるように設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記Δｆの値は、１０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数個のコンデンサは、セラミックコンデンサであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平滑用コンデンサを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、交流電源から供給される第一の交流電力を直流電力に変換し、さらに、その直流電力を第二の交流電力に変換して負荷へ所望の交流電力を供給するＡＣ−ＤＣ−ＡＣ変換型の電力変換装置には、ＤＣ出力側に並列に平滑用コンデンサ(以下、単にコンデンサという。)が接続されている。
このような回路では、ＤＣ−ＡＣ変換回路を構成するインバータ回路やスイッチング回路などのスイッチング動作に呼応してリプル電流が発生する。また、負荷に流れる電流が大きくなるほどリプル電流も大きくなる。
【０００３】
上記リプル電流は、コンデンサを発熱させる要因となる。コンデンサの温度上昇に伴ってリプル電流が増加した場合、コンデンサが熱暴走に至るおそれがある。そこで、このようなコンデンサの熱暴走を回避するために、コンデンサの静電容量を大きくしたり、静電容量の変化に温度依存性を持たせたコンデンサを用いる技術が開示されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の技術では、バッテリなどの直流電源と並列にコンデンサを配置し、その出力側のインバータ回路によってモータなどの負荷へ交流電力を供給するインバータ装置において、次のようにしてコンデンサの熱暴走を回避している。すなわち、特許文献１に記載の技術では、コンデンサの静電容量と、入力側の配線によるインダクタンスとによって形成される直列共振回路において、リプル電流の周波数に対して直列共振回路の共振周波数を大きくしたり、又は小さくしたりすることによってコンデンサのリプル電流を低減させ、コンデンサの熱暴走を回避させている。
【０００５】
つまり、特許文献１に記載の技術では、リプル電流によるコンデンサの発熱によって静電容量を変化させ、かつ、コンデンサと前記インダクタンスとによる共振周波数を、リプル電流の周波数より高く、または低くなるように変化させ、リプル電流を低減させてコンデンサの熱暴走を回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６０６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術は、例えば、電気自動車用又はハイブリッド自動車用のバッテリから供給される直流電力をインバータによって交流電力に変換して、モータへ所望の交流電力を供給するインバータ装置に適用されるものである。したがって、バッテリからコンデンサに接続される配線のインダクタンスはかなり大きいものと想定される。そのため、インバータ側から見た入力側のインピーダンスはかなり大きくなるため、一般的には、入力側のコンデンサに大きなリプル電流が発生する。そこで、特許文献１の技術では、そのような大きなインダクタンスとコンデンサとによる直列共振回路の共振周波数を変化させることにより、コンデンサに流れるリプル電流を低減させている。
【０００８】
ところが、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ型の電力変換装置は、インバータ側から見るとＤＣ側に並列に接続されたコンデンサがバッテリに相当するため、コンデンサを大容量化するために多数個のコンデンサが並列に接続されている。したがって、コンデンサのリプル電流に起因する共振現象は、並列接続された複数のコンデンサ間の全静電容量と、各コンデンサ間の寄生インダクタンスとによる並列共振回路によって発生する。このときの寄生インダクタンスは、特許文献１に記載のバッテリからコンデンサに接続される配線のインダクタンスに比べてかなり小さいものである。したがって、特許文献１に開示されたリプル電流抑制の技術を、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ型の電力変換装置のインバータの入力側に複数個のコンデンサが並列接続された場合に、リプル電流による発熱を抑制する技術として適用することはできないという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コンデンサの熱暴走を抑制する電力変換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】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、コンデンサの寄生インダクタンスと、前記コンデンサの使用温度及び／又は前記コンデンサにかかる直流電圧により変化する該コンデンサの静電容量と、によって定まる共振周波数ｆが、前記第一の電力変換器のスイッチング素子と前記第二の電力変換器のスイッチング素子との少なくとも一方を駆動させるキャリア周波数をｆｃとし、Δｆを所定の周波数の値とし、ｍを正の整数とした場合、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するように設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンデンサの熱暴走を抑制する電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置及びその入出力回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置及びその入出力回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第1実施形態に適用されるコンデンサの温度と静電容量との関係を示す特性図である。
【図４】本実施形態に適用される共振周波数とキャリア周波数との関係を示す特性図であり、（ａ）はキャリア周波数に対する入力電流の特性、(ｂ)は共振周波数に対する共振倍率の特性を示す。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置およびその入出力回路の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第２実施形態に適用されるコンデンサにおける直流電圧と静電容量との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１４】
《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置及びその入出力回路の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、電力変換装置１０は、磁石界磁交流発電機や商用電源などの交流電源１、交流電源１から入力された第一の交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換器２、第一の電力変換器２から出力された直流電圧を平滑化する複数個のコンデンサ３、第一の電力変換器２から出力された直流電力を第二の交流電力に変換する第二の電力変換器４、第二の電力変換器４から出力された第二の交流電力を受電するモータなどの負荷５を備えて構成されている。また、コンデンサ３における内部電極間の接続経路や外部の並列配線経路によって、寄生インダクタンス６が生じている。
【００１５】
第一の電力変換器２と第二の電力変換器４との間には、静電容量に温度依存性を有する複数個のコンデンサ３（例えば、セラミックコンデンサ）が介在され（図３参照）、かつ、寄生インダクタンス６が存在している。また、コンデンサ３と寄生インダクタンス６とによって並列共振回路が形成されている。
【００１６】
図２は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置およびその入出力回路の構成を示す回路図である。
第一の電力変換器２は、例えば３相整流回路などによって実現される。第一の電力変換器２は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６と、このスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の逆流防止用整流素子Ｄ１〜Ｄ６とから構成されている。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、ＧＴＯ(Gate Turn Off Thyristor)等の半導体スイッチング素子である。逆流防止用整流素子Ｄ１〜Ｄ６は、例えばダイオードである。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６及び逆流防止用整流素子Ｄ１〜Ｄ６の接続の仕方については、一般的な整流回路の接続なので、その説明を省略する。
なお、第一の電力変換器２の出力側電圧を一定値に保つように、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の導通量を制御するゲート信号（図示せず）が外部から入力される。
【００１７】
複数個のコンデンサ３は、第一の電力変換器２から出力された直流電圧を平滑化するために設けられ、第一の電力変換器２の出力側に並列に接続される。複数個のコンデンサ３は、コンデンサＣ１〜Ｃｎ（ｎは２以上の整数）から構成されており、コンデンサを複数個並列接続することによって、その合成容量を大きくすることができる。
【００１８】
第二の電力変換器４は、例えば３相インバータなどによって実現される。第二の電力変換器４は、スイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２と、このスイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２の逆流防止用整流素子Ｄ７〜Ｄ１２とから構成されている。スイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、ＧＴＯ(Gate Turn Off Thyristor)等の半導体スイッチング素子である。逆流防止用整流素子Ｄ７〜Ｄ１２は、例えばダイオードである。スイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２及び逆流防止用整流素子Ｄ７〜Ｄ１２の接続の仕方については、一般的なインバータ回路の接続なので、その説明を省略する。
なお、第二の電力変換器４の出力側から交流電力が供給されるように、スイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２の導通量を制御するゲート信号（図示せず）が外部から入力される。
【００１９】
交流電源１から供給された交流電力は、第一の電力変換器２によって直流電圧に変換される。そして当該直流電圧は複数個のコンデンサ３によって平滑化されて、第二の電力変換器４に供給される。そして、さらに第二の電力変換器４によって交流電力に変換されて負荷５に出力される。
【００２０】
なお、図２に示す第一の電力変換器２は三相整流回路を構成し、第二の電力変換器４は３相インバータ回路を構成しているが、例えば、交流電源１が単相電源であれば、図１の第一の電力変換器２は単相となり、第一の電力変換器２には２個のスイッチング素子ＳＷ（図示せず）が備えられることとなる。また、負荷５が単相モータであれば、図１の第二の電力変換器４は単相となり、第二の電力変換器４には２個のスイッチング素子ＳＷ（図示せず）が備えられることとなる。
また、その他の相数の場合でも同様であり、交流電源１の相数に応じて第一の電力変換器２の回路を適宜構成し、負荷５の相数に応じて第二の電力変換器４の回路を適宜構成することができる。
【００２１】
図３は、本発明の第1実施形態に適用されるコンデンサにおける温度と静電容量との関係を示す特性図であり、横軸に温度、縦軸に静電容量を示している。図２に示すコンデンサＣ１〜Ｃｎの各コンデンサの静電容量は、図３に示すような温度依存性を有し、コンデンサの温度に応じて静電容量が変化する。すなわち、ある温度以上（例えば、０℃以上）では、温度上昇に伴って容量が低下する、いわゆる負の温度依存性を有している。このような温度依存性を有するコンデンサは、例えば、セラミックコンデンサなどがある。なお、セラミックコンデンサは、単位体積当たりの静電容量を大きくすることができるので、大電流が流れる電力変換装置の直流入力側に複数のコンデンサを並列接続する場合には好んで用いられる。
【００２２】
図４は、本実施形態に適用される共振周波数とキャリア周波数との関係を示す特性図であり、（ａ）はキャリア周波数の特性で横軸に周波数、縦軸に入力電流（リプル電流）を示し、(ｂ)は共振周波数の特性で横軸に周波数、縦軸に共振倍率を示している。なお、図４（ａ）の特性図におけるｆｃはキャリア周波数、２ｆｃは２倍のキャリア周波数を示している。ここで、キャリア周波数とは、第一の電力変換器２のスイッチング素子(ＳＷ１〜ＳＷ６)又は／及び第二の電力変換器４のスイッチング素子（ＳＷ７〜ＳＷ１２）を駆動させるスイッチング周波数又はＰＷＭ（Pulse Width Modulation）周波数である。また、図４（ａ）の入力電流とは、複数のコンデンサＣ１〜Ｃｎに入力される電流を指す。
さらに、図４(ｂ)におけるｆ１は使用温度範囲内における最低温度のときの共振周波数を示し、ｆ２は使用温度範囲内における最高温度のときの共振周波数を示している。
【００２３】
図４（ｂ）を参照すると、使用温度範囲内における最低温度（Ｔ１とする。）のときのコンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性を示す特性ａでは、キャリア周波数がｆ１のときに共振倍率が最高になっている。つまり、ｆ１は、最低温度Ｔ１におけるコンデンサＣ１〜Ｃｎの寄生インダクタンスと、コンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量とによって定まる共振周波数であることがわかる。
また、図４（ｂ）を参照すると、使用温度範囲内における最高温度（Ｔ２とする。）のときのコンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性を示す特性ｂでは、キャリア周波数がｆ２のときに共振倍率が最高になっている。つまり、ｆ２は、最高温度Ｔ２におけるコンデンサＣ１〜Ｃｎの寄生インダクタンスと、コンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量とによって定まる共振周波数であることがわかる。
【００２４】
このように、使用温度に応じてコンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性が変化するのは（図４（ｂ）参照）、使用温度に応じてコンデンサＣ１〜Ｃｎの静電容量が変化するためである（図３参照）。
なお、リプル電流がコンデンサＣ１〜Ｃｎに流れることによって、コンデンサＣ１〜Ｃｎの温度が上昇した場合、コンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性は、右(図４（ｂ）の特性ａから特性ｂの向き)にシフトする。
ここで、仮に温度上昇に伴ってコンデンサＣ１〜Ｃｎの共振周波数が高くなり、その共振周波数がキャリア周波数又はその整数倍の周波数と一致した場合には、コンデンサＣ１〜Ｃｎに大電流が流れてコンデンサＣ１〜Ｃｎが破損する虞がある。
【００２５】
本実施形態の電力変換装置１０の特徴は、並列に接続された複数個のコンデンサＣ１〜Ｃｎの間に形成された寄生インダクタンス６のインダクタンス値Ｌと、使用温度範囲内におけるコンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量Ｃと、によって定まる共振周波数ｆが(図４(ｂ)参照)、次のような範囲に納まるよう設定されていることにある。すなわち、本実施形態では、上記の共振周波数ｆが、第一の電力変換器２のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６と第二の電力変換器４のスイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２との少なくとも一方を駆動させるキャリア周波数をｆｃとし、ｍを正の整数とした場合、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在することを特徴とする。なお、上記の設定は、キャリア周波数ｆｃ、コンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量Ｃ、及び寄生インダクタンス６のインダクタンス値Ｌを調整することによって実現することができる。
ここでｆｃは、例えば６００Ｈｚであり、Δｆは１０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下である。また、Δｆの値は、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆの範囲内においてコンデンサＣ１〜Ｃｎに入力されるリプル電流が、例えば、２００Ａｒｍｓ以下に抑えられるように選択される。
【００２６】
使用温度範囲内における最低温度Ｔ１では、図４（ｂ）に示すように、コンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性が特性ａであり、共振周波数はｆ１となっている。また、使用温度範囲内における最高温度Ｔ２では、コンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性が特性ｂであり、共振周波数はｆ２となっている。そうすると、使用温度範囲内におけるコンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量Ｃによって定まる共振周波数ｆは、ｆ１以上であり、かつ、ｆ２以下となる。
【００２７】
図４では、図４(ｂ)に示す使用温度範囲内における共振周波数（ｆ：ｆ１≦ｆ≦ｆ２）が、図４（ａ）に示すようにｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦２ｆｃ−Δｆとなる範囲に納まっている。
ここでｆｃは、例えば６００Ｈｚであり、Δｆは１０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下である。
なお、共振周波数ｆは、２ｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦３ｆｃ−Δｆ、あるいは、３ｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦４ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するように設定してもよい。同様に、ｍを正の整数として、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に共振周波数ｆが存在するようにしてもよい。上記の設定は、キャリア周波数ｆｃ、コンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量Ｃ、及び寄生インダクタンス６のインダクタンス値Ｌを調整することによって実現することができる。
なお、事前に試験によって、コンデンサＣ１〜Ｃｎの使用温度範囲内における上記各データを取得しているものとする。
【００２８】
リプル電流は、キャリア周波数ｆｃの整数倍の周波数ｍｆｃに同期して引き起こされる。そして、キャリア周波数すなわちリプル電流の周波数が回路の共振周波数に一致すると大きなリプル電流が流れることになる。したがって、コンデンサの使用温度範囲における共振周波数ｆ(ｆ１≦ｆ≦ｆ２：図４（ｂ）参照)が、ｍを正の整数とした場合、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するようにすることによって、リプル電流の増大を防止することができる。
【００２９】
本実施形態の電力変換装置１０によれば、コンデンサＣ１〜Ｃｎの温度が上昇していった場合においても、キャリア周波数と、使用温度範囲内におけるコンデンサＣ１〜Ｃｎの合成容量と寄生インダクタンス６とによって定まる共振周波数と、が重畳することはないので、コンデンサに大きなリプル電流が発生するおそれはない。その結果、コンデンサの温度を所定の温度レベルに収束させ、コンデンサＣ１〜Ｃｎの温度上昇に伴う熱暴走を回避することができる。よって、電力変換装置の信頼性及び安全性を高めることができる。
【００３０】
また、複数のコンデンサ３にセラミックコンデンサを使用した場合には、等価ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）が低く、かつ耐熱性に優れているため、小型化が進められるという利点を活かすことができる。したがって、熱暴走の回避が可能な、信頼性に優れた電力変換装置を提供することができる。
【００３１】
《第２実施形態》
上記の第１実施形態では、コンデンサの静電容量が温度によって変化する場合について説明した。第２実施形態では、コンデンサの静電容量が直流電圧によって変化する場合でも、使用電圧範囲における共振周波数ｆが、キャリア周波数をｆｃとし、ｍを正の整数とした場合、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するようにして、リプル電流を低減させることを特徴とする。
【００３２】
図５は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置およびその入出力回路の構成を示す回路図である。なお、図５に示す電力変換装置およびその入出力回路の構成は図１の電力変換装置およびその入出力回路の構成と同様である。したがって、回路を構成する各要素についての説明は省略する。
なお、図５の回路では、コンデンサＣ１〜Ｃｎのバイアス電圧である直流電圧が変化する（図５の矢印１１参照）。
【００３３】
図６は、本発明の第２実施形態に適用されるコンデンサにかかる直流電圧と静電容量との関係を示す特性図であり、横軸に直流電圧、縦軸に静電容量を示している。すなわち、本実施形態では、コンデンサＣ１〜Ｃｎの各コンデンサの静電容量が直流電圧依存性を有しており、コンデンサＣ１〜Ｃｎにバイアスされる直流電圧１１（図５参照）が高くなるにしたがって、各コンデンサの静電容量が減少する。
【００３４】
本実施形態においても、キャリア周波数と入力電流との関係は図４（ａ）に示すものであり、共振周波数と共振倍率との関係は図４(ｂ)に示すものである。すなわち、本実施形態の電力変換装置１０の特徴は、並列に接続された複数個のコンデンサ３の間に形成された寄生インダクタンス６のインダクタンス値Ｌと、コンデンサ３にバイアスされる直流電圧１１の変動範囲内におけるコンデンサ３の全静電容量Ｃとによって定まる共振周波数ｆが(図４(ｂ)参照)が、次のような範囲に納まるよう設定されていることにある。すなわち、本実施形態では、上記の共振周波数ｆが、キャリア周波数をｆｃとし、ｍを正の整数とした場合、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するように設定されていることを特徴とする。
ここでｆｃは、例えば６００Ｈｚであり、Δｆは１０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下である。また、Δｆの値は、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆの範囲内においてコンデンサＣ１〜Ｃｎに入力されるリプル電流が、例えば、２００Ａｒｍｓ以下に抑えられるように選択される。
上記の設定は、キャリア周波数ｆｃ、コンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量Ｃ、及び寄生インダクタンス６のインダクタンス値Ｌを調整することによって実現することができる。
なお、事前に試験によって、コンデンサＣ１〜Ｃｎにかかる直流電圧の使用範囲内における上記各データを取得しているものとする。
【００３５】
なお、本実施形態における図４（ｂ）の共振周波数の特性図では、特性ａが直流電圧１１の低い場合、特性ｂが直流電圧１１の高い場合を示している。
図４（ｂ）に示すように、使用される直流電圧１１の範囲内において最小の電圧では、コンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性が特性ａであり、共振周波数はｆ１となっている。また、使用される直流電圧１１の範囲内において最大の電圧では、コンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性が特性ｂであり、共振周波数はｆ２となっている。そうすると、直流電圧１１の使用範囲内におけるコンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量Ｃによって定まる共振周波数ｆは、ｆ１以上であり、かつ、ｆ２以下となる。なお、直流電圧１１に応じてコンデンサＣ１〜Ｃｎの共振特性が変化するのは、図６に示すように、直流電圧１１に応じてコンデンサＣ１〜Ｃｎの静電容量が変化するためである。
直流電圧１１が高くなるにしたがって、コンデンサ３の静電容量が減少して（図６参照）、共振周波数が高い側（図４（ｂ）に示す特性ａから特性ｂの向き）へシフトしていく。
【００３６】
ここで、複数個が並列に接続されたコンデンサＣ１〜Ｃｎの間に形成される寄生インダクタンス６のインダクタンス値Ｌと、各コンデンサＣ１〜Ｃｎに加わる直流電圧１１の変動範囲におけるコンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量Ｃと、によって定まる共振周波数ｆは、次のような範囲に納まるよう設定されている。すなわち、図４（ａ）に示すように、共振周波数ｆが、ｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦２ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するように設定されている。
ここでｆｃは、例えば６００Ｈｚであり、Δｆは１０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下である。
【００３７】
これによって、共振周波数ｆがキャリア周波数ｆｃの整数倍となる周波数（図４（ａ）では、ｆｃ及び２ｆｃ）と重畳することがないため、リプル電流の増大を防止することができ、電力変換装置１０の信頼性を高めることができる。
なお、上記では、ｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦２ｆｃ−Δｆとなる場合について説明したが、一般に、ｍを正の整数として、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆの範囲に共振周波数が存在するように設定すればよい。また、この設定は、キャリア周波数ｆｃ、コンデンサＣ１〜Ｃｎの全静電容量Ｃ、及び寄生インダクタンス６のインダクタンス値Ｌを調整することによって実現することができる。
【００３８】
また、本実施形態においても、コンデンサＣ１〜Ｃｎとしてセラミックコンデンサを使用すれば、等価ＥＳＲが低く、かつ耐熱性に優れているため、小型化が進められるという利点を活かすことができる。したがって、熱暴走の回避が可能な、信頼性に優れた電力変換装置を提供することができる。
【００３９】
以上、本発明に係る電力変換装置の実施形態について具体的に説明したが、本発明は前述した各実施形態の内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、電力変換装置１０（１０Ａ）の直流入力に並列に接続されたコンデンサＣ１〜Ｃｎの静電容量が温度依存性と直流電圧依存性の両方を有している場合でも、次のようにしてコンデンサＣ１〜Ｃｎの熱暴走を抑えることができる。すなわち、共振周波数ｆを、ｍｆｃ＋Δｆ≦ｆ≦（ｍ＋１）ｆｃ−Δｆとなる範囲に存在するように設定することにより、コンデンサのリプル電流を抑えて該コンデンサの熱暴走を回避し、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
【００４０】
なお、本発明の電力変換装置に使用されるコンデンサは、静電容量に温度依存性や直流電圧依存性を有する誘電体材料によって構成されている。このような誘電体材料で実現されるコンデンサの好適な一例としては、例えば、セラミックコンデンサなどが挙げられる。セラミックコンデンサは、単位体積当たりの静電容量が大きいため、直流ブス（直流入力配線）の間に小型のセラミックコンデンサを多数個に亘って並列に接続することができる。したがって、大容量型の電力変換装置を含む電源システムのさらなる小型化を図ることができる。
さらに、セラミックコンデンサは無機材料であるセラミックスから製造されているために耐熱性においても優れ、かつ、等価ＥＳＲを小さくすることができる。これらが奏功して、高圧及び大電流の電力変換装置の信頼性を高め、かつ電力変換装置を含む電源システムのさらなる小型化を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、ＡＣ―ＤＣ―ＡＣ変換型の電力変換装置に必須の構成要素であるコンデンサのリプル電流を小さくして該コンデンサの温度上昇を抑制することができると共に、該コンデンサを小型化することができる。したがって、大電力型の電力変換装置などに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  交流電源
２  第一の電力変換器
３  複数個のコンデンサ(コンデンサ)
４  第二の電力変換器
５  負荷
６  寄生インダクタンス
１０  電力変換装置
１１  直流電圧
ｆ  共振周波数
ｆ１  最低温度（又は最小電圧）の場合の共振周波数
ｆ２  最高温度（又は最大電圧）の場合の共振周波数
ｆｃ  キャリア周波数
Δｆ  周波数範囲
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ９，ＳＷ１０，ＳＷ１１，ＳＷ１２  スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２  逆流防止用整流素子
【図１】
2012222892.tif 000003
【図２】
2012222892.tif 000004
【図３】
2012222892.tif 000005
【図４】
2012222892.tif 000006
【図５】
2012222892.tif 000007
【図６】
2012222892.tif 000008