(57)【要約】【課題】並列接続されたコンデンサの電流バランスを調節することを課題とする。【解決手段】温度が上昇するにつれて、静電容量が小さくなる、規格容量の同じコンデンサ２が、複数並列に接続されていることを特徴とするコンデンサ回路１を提供する。また、このコンデンサ回路を、直流電源から供給される電流量の変動を平滑化するための直流コンデンサ回路や、特定の周波数に対し帯域制限をかけるためのフィルタコンデンサ回路や、電流の遮断時に生じる過渡的な高電圧を吸収するためのスナバコンデンサ回路に用いている電力変換装置を提供する。【選択図】図１
2013042072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度が上昇するにつれて、静電容量が小さくなる、規格容量が同じコンデンサが、複数並列に接続されている
ことを特徴とするコンデンサ回路。
【請求項２】
前記コンデンサの周囲の温度が、前記コンデンサ回路が設置されている環境の中で、高い場合には、前記コンデンサを疎に配置し、
前記コンデンサの周囲の温度が、前記コンデンサ回路が設置されている環境の中で、低い場合には、前記コンデンサを密に配置する
ことと特徴とする請求項１に記載のコンデンサ回路。
【請求項３】
温度が上昇するにつれて、静電容量が小さくなる、規格容量が同じコンデンサが、複数並列に接続されているコンデンサ回路を有する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記コンデンサは、直流電源から供給される電流量の変動を平滑化するための直流コンデンサである
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】
前記コンデンサは、帯域制限をかけるためのフィルタコンデンサである
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記コンデンサは、電流の遮断時に生じる過渡的な高電圧を吸収するためのスナバコンデンサである
ことを特徴とする請求項３から請求項５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、電流バランスを調節できるコンデンサ回路および電力変換装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などの高速半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置が様々な分野で使用されている。また、近年、半導体技術の進歩により、スイッチング素子の耐電圧・耐電流が大容量の半導体モジュールが実現されている。これにより、可変周波数および可変電圧の負荷駆動用の電力変換の１相分である上下アームを構成する正極側および負極側の一対の半導体スイッチング素子を一体化した半導体モジュールも広く普及している。
【０００３】
さらに、スイッチング素子の耐電圧・耐電流の大容量化を図るため、半導体モジュールを複数並列接続することもあり、この場合、各半導体モジュールの電流分担の均等化が課題となる。スイッチング素子を用いた電力変換装置では、平滑化などを目的としたコンデンサを有している。そして、複数のコンデンサを備えた電力変換装置において、コンデンサの配置・接続状態などによっては、特定のコンデンサを介して偏った電流が供給されることになる。コンデンサから供給されるリプル電流はコンデンサの容量によって決まり、特定のコンデンサによるリプル電流を増加させる場合、コンデンサの容量を大きくする必要があり、装置全体のコストやサイズが増大する可能性がある。また、特定のコンデンサに偏って電流が供給されると、コンデンサに通流する過電流により温度上昇が起こり、スイッチング素子の寿命に影響する可能性がある。
【０００４】
このような課題を解決するため、特許文献１には、コンデンサとスイッチング素子を接続する接続部材に切り込みを入れることで寄生インダクタンスを増加させ、この寄生インダクタンスを調節することによって、コンデンサに流れる電流量を調節し、並列接続された複数のコンデンサの電流バランスを保たせる電力変換装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、互いに並列に接続されたコンデンサの一方の電極を接続する第１の導体と、この第１の導体と反対の方向に引き出されコンデンサの他方の電極を接続する第２の導体とからなることにより、コンデンサの電流分担のばらつきを改善するコンデンサ回路装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９６７２７号公報
【特許文献２】特開２０００−８２６３５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や、特許文献２に記載の技術では、接続部材に切り込みを入れたり、導体を接続したりするため、装置が複雑化し、作業工程が増加するといった問題がある。また、コンデンサ素子の製造バラツキなどが原因で静電容量が異なる場合、装置における電流バランスが悪化するといった問題がある。さらに、複数の電流経路のインダクタンスを、電流量の大きい経路に合わせた構成であったため、全体のインダクタンスが増加し、サージ電圧が増加するといった問題がある。
【０００８】
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、並列接続されたコンデンサの電流バランスを調節することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、温度が上昇するにつれて、静電容量が小さくなる、規格容量が同じコンデンサが、複数並列に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、並列接続されたコンデンサの電流バランスを調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るコンデンサ回路の構成例およびコンデンサの特性を示す図である。
【図２】本実施形態に係るコンデンサ回路の動作を説明するための図である。
【図３】本実施形態に係るコンデンサ回路におけるコンデンサの配置例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である（その１）。
【図５】本実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である（その２）。
【図６】本実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である（その３）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
［コンデンサ回路］
図１は、本実施形態に係るコンデンサ回路の構成例およびコンデンサの特性を示す図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るコンデンサ回路１は複数の規格容量が同じコンデンサ２が並列に接続されている。コンデンサ２の数は、２以上であれば、いくつでもよい。ここで、規格容量が同じとは、製造バラツキがあるものの、同じ静電容量として販売されていることをいう。
ここで、本実施形態に係るコンデンサ回路１に用いられるコンデンサ２は、図１（ｂ）に示すように、縦破線を境に温度に対する静電容量の関係が正となる低温領域（縦破線より左側の領域）と、負となる高温領域（縦破線より右側の領域）とに分けられる。
ここで、本実施形態に係るコンデンサ回路１の使用領域は、高温領域のみとなる。つまり、本実施形態に係るコンデンサ回路１に用いられるコンデンサ２は、使用領域（高温領域）において、温度が高くなるにつれて、静電容量が減少する特性を有している。
図１（ｂ）に示す特性を有するコンデンサ２は、セラミックコンデンサ２など多数存在する。
【００１４】
次に、図２を参照して本実施形態に係るコンデンサ回路１の電流量の変化を説明する。
ここでは、２つの規格容量が同じだが、静電容量に製造バラツキがあるコンデンサ２が並列に接続されている例を示す。コンデンサＡの静電容量をＣＡ、インピーダンスをＺＡ、電流量をＩＡ、温度をＴＡとし、コンデンサＢの静電容量をＣＢ、インピーダンスをＺＢ、電流量をＩＢ、温度をＴＢとする。
そして、２つのコンデンサ２（コンデンサＡ、コンデンサＢ）の静電容量は、製造バラツキが原因でＣＡ＞ＣＢとなっているとする。
【００１５】
すると、コンデンサ２におけるインピーダンスは１／（ωＣ）であるため、ＺＡ＜ＺＢとなる。従って、ＩＡ＞ＩＢとなる。これより、コンデンサＡには、コンデンサＢより大きい電流が流れ、コンデンサＡの温度が上昇する。すると、図１（ｂ）に示す特性により、コンデンサＡの静電容量ＣＡが小さくなる。これに従い、コンデンサＡのインピーダンスＺＡが増加し、コンデンサＡの電流量ＩＡが小さくなる。
反対に、コンデンサＢの電流量ＩＢが大きくなれば、コンデンサＢの温度が上昇し、図１（ｂ）の特性により、コンデンサＢの静電容量ＣＢが小さくなり、電流量ＩＢが小さくなる。
これを繰り返すことによって、コンデンサＡと、コンデンサＢとに流れる電流量が等しくなる。
【００１６】
［コンデンサ配置例］
図３は、本実施形態に係るコンデンサ回路におけるコンデンサの配置例を示す図である。
図３に示すように、例えば、コンデンサ回路１が設置されている装置内において温度が高くなると予想される場所には、コンデンサ２を疎にして配置し、温度が低くなると予想される場所には、コンデンサ２を密にして配置する。
図１で説明したコンデンサ回路１の特性は、コンデンサ２が設置されている環境の温度が近い場合に適用可能である。
従って、図３に示すようにコンデンサ２を配置することによって、互いのコンデンサ２が設置されている環境の温度を近づけ、図１で説明したコンデンサ回路１の特性を適用可能にすることができる。
【００１７】
［電力変換装置］
次に、図４〜図６を参照して、本実施形態に係るコンデンサ回路１を、直流を交流に変換する電力変換装置に適用した例を示す。
【００１８】
図４における電力変換装置１００ａは、直流電力を供給する直流電源１０１と、負荷１０２とに接続されている。そして、電力変換装置１００ａは直流電源１０１から供給される直流電流を交流電流に切り替えるためのスイッチング素子１０３と、直流電源１０１に対し並列接続され、直流電源１０１から供給される電流量の変動を平滑化する直流コンデンサ回路１０４とを有している。ここで、直流コンデンサ回路１０４は、図１（ｂ）に示す特性を有している直流コンデンサ２０１が並列に接続されているものである。すなわち、直流コンデンサ回路１０４は、図１（ａ）のコンデンサ回路１である。
【００１９】
図４に示す電力変換装置１００ａによれば、直流コンデンサ回路１０４を構成する各直流コンデンサ２０１における電流バランスに偏りが生じても、、図１（ｂ）に示す特性によって、電流が集中するコンデンサのインピーダンスが増加する。これに伴って、電流量が減少するので、電力変換装置１００ａは、複雑な制御や実装構造を必要とすることなく、各直流コンデンサ２０１における電流バランスを安定化することができる。
【００２０】
図５における電力変換装置１００ｂは、直流電力を供給する直流電源１０１と、負荷１０２とに接続されている。そして、電力変換装置１００ｂは、直流電源１０１から供給される直流電流を交流電流に切り替えるためのスイッチング素子１０３と、直流電源１０１に対し並列接続され、直流電源１０１から供給される電流量の変動を平滑化する直流コンデンサ回路１０４とを有している。さらに、電力変換装置１００ｂは、特定の周波数に対し帯域制限をかけたり、特定の周波数を抽出したりするためのフィルタ回路１０７を有している。図５の例において、フィルタ回路１０７は、直流電源１０１に対し直列に接続されているインダクタンス１０５と、直流電源１０１に対し並列に接続されているフィルタコンデンサ回路１０６とを有している。
【００２１】
ここで、直流コンデンサ回路１０４は、図１（ｂ）に示す特性を有している直流コンデンサ２０１が並列に接続されているものである。また、フィルタコンデンサ回路１０６は、図１（ｂ）に示す特性を有しているフィルタコンデンサ２０２が並列に接続されているものである。つまり、直流コンデンサ回路１０４およびフィルタコンデンサ回路１０６は、図１（ａ）に示すコンデンサ回路１である。
【００２２】
図５に示す電力変換装置１００ｂによれば、直流コンデンサ回路１０４や、フィルタコンデンサ回路１０６を構成する各コンデンサ２０１，２０２における電流バランスに偏りが生じても、図１（ｂ）に示す特性によって、電流が集中するコンデンサ２０１，２０２のインピーダンスが増加する。これに伴って、該電流量が減少するので、電力変換装置１００ｂは、複雑な制御や実装構造を必要とすることなく、各コンデンサ２０１，２０２の電流バランスを安定化することができる。なお、図５ではノーマルフィルタ回路を例にとって説明したが、フィルタ回路１０７であればこの構成に限らない。
【００２３】
図６における電力変換装置１００ｃは、直流電力を供給する直流電源１０１と、負荷１０２とが接続されている。そして、電力変換装置１００ｃは、直流電源１０１から供給される直流電流を交流電流に切り替えるためのスイッチング素子１０３と、直流電源１０１に対し並列接続され、直流電源１０１から供給される電流量の変動を平滑化する直流コンデンサ回路１０４とを有している。また、電力変換装置１００ｃは、電流の遮断時に生じる過渡的な高電圧を吸収するためのスナバ回路１１０を有している。スナバ回路１１０は、スイッチング素子１０３に対し並列に接続されたスナバ抵抗１０８とスナバコンデンサ回路１０９を有している。
【００２４】
ここで、直流コンデンサ回路１０４は、図１（ｂ）に示す特性を有している直流コンデンサ２０１が並列に接続されているものである。また、スナバコンデンサ回路１０９は、図１（ｂ）に示す特性を有しているスナバコンデンサ２０３が並列に接続されているものである。つまり、直流コンデンサ回路１０４およびスナバコンデンサ回路１０９は、図１（ａ）に示すコンデンサ回路１である。
【００２５】
図６に示す電力変換装置１００ｃによれば、直流コンデンサ回路１０４や、スナバコンデンサ回路１０９を構成する各コンデンサ２０１，２０３における電流バランスに偏りが生じても、図１（ｂ）に示す特性によって、電流が集中するコンデンサ２０１，２０３のインピーダンスが増加し、これに伴って、電流量が減少するので、電力変換装置１００ｃは、複雑な制御や実装構造を必要とすることなく、各コンデンサ２０１，２０３の電流バランスを安定化することができる。
なお、図６ではスナバ回路１１０がスナバ抵抗１０８とスナバコンデンサ回路１０９で構成されるＲＣスナバを例にとって説明したが、スナバ回路１１０であればこの構成に限らない。また、電力変換装置１００ｃが、図５に示すフィルタ回路１０７を有してもよいし、逆に、電力変換装置１００ｂが、図６に示すスナバ回路１１０を有してもよい。
【００２６】
また、本実施形態では、電力変換装置１００ａ〜１００ｃに図１に示すコンデンサ回路１を適用した例を示したが、これに限らず、図１（ｂ）の特性を有し、並列に接続されたコンデンサ２を用いる回路であれば、本実施形態に係るコンデンサ回路１を適用可能である。
また、図５の電力変換装置１００ｂおよび図６の電力変換装置１００ｃにおいて、直流コンデンサ回路１０４を省略してもよい。
あるいは、図４の電力変換装置１００ａが、図５のフィルタ回路１０７と、図６のスナバ回路１１０を有する構成としてもよい。
【００２７】
［まとめ］
本実施形態に係るコンデンサ回路１によれば、温度の上昇によってコンデンサの静電容量は減少する。そして、それに伴って、電流が集中するコンデンサのインピーダンスが増加し、これに伴って電流量が減少するので、複雑な制御や実装構造を必要とすることなく、各素子の電流バランスが安定化する。
つまり、本実施形態に係るコンデンサ回路１によれば、温度が高くなるにつれて、静電容量が減少する特性を有しているコンデンサ２を並列に複数接続することによって、電流が集中するコンデンサ２のインピーダンスを増加させることができ、これに伴って電流量が減少するので複雑な制御や実装構造を必要とすることなく、各素子の電流バランスを安定化させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１      コンデンサ回路
２      コンデンサ
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ  電力変換装置
１０１  直流電源
１０２  負荷
１０３  スイッチング素子
１０４  直流コンデンサ回路
１０５  インダクタ
１０６  フィルタコンデンサ回路
１０７  フィルタ回路
１０８  スナバ抵抗
１０９  スナバコンデンサ回路
１１０  スナバ回路
２０１  直流コンデンサ
２０２  フィルタコンデンサ
２０３  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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