(57)【要約】【課題】太陽光発電システム等に適用されるパワーコンディショナにおいて、不要輻射や電力損失を抑制する。【解決手段】ＤＣリアクトル４と、コンデンサ５６ａと、コンデンサ５６を充電するコンバータ５２と、交流電圧を出力するインバータ５４と、コンデンサ５６とコンバータ５２とインバータ５４とを搭載するＤＣ/ＡＣ変換基板５と、ＡＣリアクトル６と、入力された直流電圧から脈動成分を除去し、ＤＣリアクトル４に供給するＤＣフィルタ基板３と、ＡＣリアクトルが出力する交流電圧からさらに高調波成分を除去するＡＣフィルタ基板７と、縦方向の幅よりも横方向の幅が長い筺体１０とを有し、ＤＣフィルタ基板３とＡＣフィルタ基板７は、ＤＣ/ＡＣ変換基板５の左右に離れて配置し、ＤＣフィルタ基板３と、ＡＣフィルタ基板７には筺体１０の側面１０ｃ側にアモルファスコイル３４ａ、７２ａを縦列に配置して搭載した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧が入力されるＤＣリアクトルと、
コンデンサと、
前記ＤＣリアクトルの出力電圧をスイッチングすることにより、前記コンデンサを充電するコンバータと、
前記コンデンサの出力電圧をスイッチングすることにより、交流電圧を出力するインバータと、
前記コンデンサと前記コンバータと前記インバータとを搭載するＤＣ/ＡＣ変換基板と、
前記交流電圧から高調波成分を除去するＡＣリアクトルと、
入力された直流電圧から脈動成分を除去し、前記ＤＣリアクトルに供給するＤＣフィルタ基板と、
前記ＡＣリアクトルが出力する交流電圧からさらに高調波成分を除去するＡＣフィルタ基板と、
縦方向の幅よりも横方向の幅が長い筺体とを有し、
前記ＤＣフィルタ基板と前記ＡＣフィルタ基板は、前記ＤＣ/ＡＣ変換基板の左右に離れて配置し、前記ＤＣフィルタ基板と、前記ＡＣフィルタ基板には前記筺体の側面側にアモルファスコイルを縦列に配置して搭載したことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システム等に使用されるパワーコンディショナ（電力変換装置）の背景技術として、下記特許文献１には、パワーコンディショナ装置102の内部には、メインキバン300、サブ基板301、ヒートシンク302、表示基板200、端子台103、が配置されている。メイン基板300には、フィルタ回路104、ＤＣ-ＤＣコンバータ105、系統連係インバータ106、フィルタ回路107、系統連係リレー108、ゲートドライバ403が実装されている。フィルタ回路104の内部には、入力側の正負極間にコモンモードチョークコイル104ｃが設けられ、フィルタ回路107の内部には、出力側の正負極間にコモンモードチョークコイル107ｃが設けられていると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パワーコンディショナを屋外に設置できるよう、防滴構造にする要望がある。これにより、開放構造のものと比較して、排熱が難しくなる。ここで、メイン基板に入力側のフィルタ機能と出力側のフィルタ機能を単純にメイン基板に搭載し筺体内に配置すると、その他の部品間を接続するケーブルが複雑な経路を辿って長くなるため、組立性が悪く損失が増大する。更に、冷却空気が流れにくくなるため、発熱部品の排熱が難しくなる。また、パワーコンディショナは、大電力のスイッチングを行うため、電波障害を抑制することも望まれている。
【０００５】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、優れた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】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明にあっては、直流電圧が入力されるＤＣリアクトルと、コンデンサと、前記ＤＣリアクトルの出力電圧をスイッチングすることにより、前記コンデンサを充電するコンバータと、前記コンデンサの出力電圧をスイッチングすることにより、交流電圧を出力するインバータと、前記コンデンサと前記コンバータと前記インバータとを搭載するＤＣ/ＡＣ変換基板と、前記交流電圧から高調波成分を除去するＡＣリアクトルと、前記ＤＣ／ＡＣ変換基板からの高調波成分を太陽電池パネル側に流出を低減するＤＣフィルタ基板と、前記ＡＣリアクトルが出力する交流電圧からさらに高調波成分を除去するＡＣフィルタ基板と、縦方向の幅よりも横方向の幅が長い筺体とを有し、前記ＤＣフィルタ基板と前記ＡＣフィルタ基板は、前記ＤＣ/ＡＣ変換基板の左右に離れて配置し、前記ＤＣフィルタ基板と、前記ＡＣフィルタ基板には前記筺体の側面側にアモルファスコイルを縦列に配置して搭載したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、優れた電力変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態のパワーコンディショナの回路図である。
【図２】該パワーコンディショナの分解斜視図である。
【図３】該パワーコンディショナの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜電気的構成＞
次に、本発明の一実施形態によるパワーコンディショナ１の電気的構成を図１を参照し説明する。
【００１０】
このパワーコンディショナ１は、太陽光発電システム等に使用され、太陽光パネルから供給された直流電力を交流電力に変換し、外部の負荷または商用電源系統に供給するものである。
【００１１】
パワーコンディショナ１の内部において、端子台部２には、ＤＣ端子台２２とＡＣ端子台２８とが設けられている。ＤＣ端子台２２は、複数の太陽光パネル（図示せず）に接続され、ＡＣ端子台２８は商用電源系統の配電盤（図示せず）に接続される。ヒューズホルダ２６には図示せぬヒューズが装着される。ＤＣスイッチ部２４には、各太陽光パネル毎に電流をオン／オフする複数のスイッチが設けられている。接続箱機能部３２は、ＤＣスイッチ部２４を介して供給された直流電流を逆流防止用のダイオード（図示せず）を介して合成する。ＤＣフィルタ部３４は、ＤＣ／ＡＣ変換基板からの高調波成分を低減する。接続箱機能部３２とＤＣフィルタ部３４とは、ＤＣフィルタ基板３に搭載されている。
【００１２】
ＤＣリアクトル４は鉄心を有するリアクトルであり、ＤＣフィルタ基板３から出力された直流電流が通過する。コンバータ５２は、ＤＣリアクトル４から供給された直流電圧によって所定の直流電圧を生成し、電解コンデンサ５６を充電する。ここで、ＤＣリアクトル４およびコンバータ５２は、昇圧チョッパ回路を構成しており、電解コンデンサ５６の端子電圧は、３００〜４００Ｖ程度になる。
【００１３】
インバータ５４は、電解コンデンサ５６の端子電圧をスイッチングすることにより、ＰＷＭ変調波である交流電圧を出力する。すなわち、この交流電圧は、方形波パルス状の波形を有し、そのデューティ比は正弦波状に変動する。コンバータ５２、インバータ５４、電解コンデンサ５６は、ＤＣ／ＡＣ変換基板５に搭載されている。
【００１４】
ＡＣリアクトル６は鉄心を有するリアクトルであり、インバータ５４の出力電圧から高調波成分を除去する。但し、ＡＣリアクトル６のみでは高調波成分を充分に除去しきれないため、後段のＡＣフィルタ部７２において、さらに高調波成分が除去される。ＡＣリレー部７４は、ＡＣフィルタ部７２と商用電源系統との接続状態（オン／オフ状態）を切り替える。すなわち、ＡＣフィルタ部７２と商用電源系統とを接続するためには、両者の電圧差、位相差等について所定の条件が満たされている必要がある。ＡＣリレー部７４とＡＣフィルタ部７２とは、ＡＣフィルタ基板７に搭載されている。
【００１５】
電圧差、位相差等の条件が満たされた場合は、ＡＣリレー部７４はオン状態に設定され、これにより、ＡＣフィルタ部７２の出力電力は、ＡＣリレー部７４、ヒューズホルダ２６、ＡＣ端子台２８を介して商用電源系統に供給される。制御部８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を有し、メモリに格納された制御プログラムに基づいて、パワーコンディショナ１内の各部を制御する。
＜機械的構成＞
次に、パワーコンディショナ１の機械的構成を、図２を参照し説明する。なお、図２はパワーコンディショナ１の分解斜視図である。
【００１６】
図２において本体ケース１０は、横長の略直方体枠状に形成され、左右に側面１０ｃを備え、その前面の全体が開放されるとともに、背面の上部部分が開放され、長方形状の背面窓１０ｂが形成されている。また、本体ケース１０の下部には、ケーブル配線用の円形の貫通孔１０ａが複数形成されている。
【００１７】
ヒートシンク１４は、背面窓１０ｂよりもやや小サイズの略長方形板状に形成され、その前面は平面状に形成されるとともに、背面には複数のフィンが形成されている。ヒートシンク１４は、その前面が背面窓１０ｂから露出し、後面は背面カバー１６によって覆われる。ヒートシンク１４の前面中央部分には、ＤＣ／ＡＣ変換基板５が装着される。ＤＣ／ＡＣ変換基板５の裏面には、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ，Insulated Gate Bipolar Transistor）等の複数のパワー半導体素子（図示せず）が搭載されており、これらパワー半導体素子がヒートシンク１４に衝合しつつ取り付けられる。この結果、ＤＣ／ＡＣ変換基板５は、ヒートシンク１４に対して前方に若干（数ｍｍ程度）隔てた位置に固定される。
【００１８】
なお、図１に示した電解コンデンサ５６は、実際には複数の電解コンデンサ５６ａを直並列接続して構成されている。これら電解コンデンサ５６ａは、ＤＣ／ＡＣ変換基板５の下辺および右辺に沿って装着されている。上述したパワー半導体素子は、電解コンデンサ５６ａの装着位置を除いた領域の裏面に装着されている。また、ヒートシンク１４の左上隅および右上隅には、ＤＣリアクトル４およびＡＣリアクトル６が絶縁シート（図示せず）を介して装着される。
【００１９】
パワー半導体素子、ＤＣリアクトル４、ＡＣリアクトル６は、発熱量が大きいためにヒートシンク１４に装着されているが、これらの部品から放出される熱は、パワーコンディショナ１の筺体内にも放射され、対流によって他の部品にも伝搬される。「他の部品」のうち、電解コンデンサ５６ａは熱による劣化が特に生じやすいため、パワー半導体素子、ＤＣリアクトル４、ＡＣリアクトル６の上方には位置しないように配置されている。
【００２０】
ＤＣフィルタ基板３は、略Ｌ字状に形成され、ＤＣリアクトル４の下方に配置される。ＤＣフィルタ基板３の前面には、アモルファスコイル３４ａ等、ＤＣフィルタ部３４（図１参照）の構成部品が配置されている。アモルファスコイル３４ａはＤＣフィルタ基板３の前面に本体ケース１０の側面１０ｃ側に縦列に配置されている。また、ＤＣフィルタ基板３には、縦長形状のヒートシンク３２ａが装着されている。このヒートシンク３２ａは、接続箱機能部３２（図１参照）に含まれる逆流防止用のダイオードを冷却するものである。ＡＣフィルタ基板７は、略逆Ｌ字状に形成され、ＡＣリアクトル６の下方に配置される。ＡＣフィルタ基板７の前面には、アモルファスコイル７２ａ等、ＡＣフィルタ部７２（図１参照）の構成部品が配置されている。アモルファスコイル７２ａはＡＣフィルタ基板７の前面に本体ケース１０の側面１０ｃ側に縦列に配置されている。また、ＡＣフィルタ基板７の下部には、ＡＣリレー部７４（図１参照）を構成するリレー７４ａが搭載されている。ＤＣフィルタ基板３とＡＣフィルタ基板７は、ＤＣ/ＡＣ変換基板５の左右に離れて配置されている。
【００２１】
ＤＣリアクトル４およびＡＣリアクトル６の下方にＤＣフィルタ基板３およびＡＣフィルタ基板７を取り付けた後、本体ケース１０の前面には、その左右端を繋ぐように、補強板１２と端子台部２とが装着される。端子台部２の中央部分には、後側に凹んだ凹部が形成されており、その凹部にＤＣスイッチ部２４とヒューズホルダ２６とが装着されている。さらに、補強板１２には、制御部８が取り付けられる。そして、本体ケース１０の前面に、図示せぬフロントパネルを装着すると、防滴構造を有し屋外設置可能なパワーコンディショナ１が完成する。
【００２２】
以上のようにして組み立てられたパワーコンディショナ１の斜視図を図３に示す。なお、図３においても、フロントパネルは図示を省略する。図３において、ＤＣスイッチ部２４の後方には、ＤＣフィルタ基板３に装着されたヒートシンク３２ａが位置している。図３に示すように、ヒートシンク３２ａは、電解コンデンサ５６ａよりも若干左側に配置されている。これにより、ヒートシンク３２ａにて発生した熱気は、電解コンデンサ５６ａには当たらないように上方向に上昇する。
【００２３】
本実施形態においては、ＤＣフィルタ基板３とＡＣフィルタ基板７は、ＤＣ/ＡＣ変換基板５の左右に離れて配置し、ＤＣフィルタ基板３と、ＡＣフィルタ基板７には筺体１０の側面１０ｃ側にアモルファスコイル３４ａ、７２ａを縦列に配置して搭載した事を一つの特徴としている。そのため、ＤＣ/ＡＣ変換基板５の左側に配置したＤＣフィルタ基板３の筺体１０の側面１０ａ側にアモルファスコイル３４ａを配置し、ＤＣ/ＡＣ変換基板５の右側に配置したＡＣフィルタ基板７の筺体１０の側面１０ｃ側にアモルファスコイル７２ａを配置することによりパワーコンディショナ１は、各要素間を接続するケーブルを短くすることができるから、コストダウンを図れるとともに、不要輻射や電力損失を抑制でき、さらに組立性を向上させることができる。  さらに、パワーコンディショナ１の中央側に形成する空間を発熱部品を冷却する空気流路として冷却性能を向上することができる。
【００２４】
また、横長の（上下方向の幅よりも、左右方向の幅が長い）本体ケース１０を適用し、その左上隅および右上隅に、ＤＣリアクトル４およびＡＣリアクトル６を配置している。ＤＣリアクトル４およびＡＣリアクトル６は、それぞれ強い磁束を発生するため、両者を近接させると、相互インダクタンスにより影響を及ぼし合い、電波障害を起こす原因になり得る。この場合、電波障害を軽減するためには、ＤＣフィルタ部３４およびＡＣフィルタ部７２として高性能なものを適用せざるを得なくなり、コストアップにつながる。従って、ＤＣリアクトル４およびＡＣリアクトル６の距離をなるべく離すことが、安価に電波障害を軽減するために有効な手段であると考えられる。
【００２５】
また、ＤＣリアクトル４およびＡＣリアクトル６は、発熱量が大きいため、他の部品の温度上昇を抑制するためには、本体ケース１０内でなるべく上部に配置することが望ましい。このような事情に鑑みれば、本体ケース１０として横長のものを採用し、その左上隅および右上端にＤＣリアクトル４およびＡＣリアクトル６を配置することが最適であると考えられる。
【００２６】
また、コンバータ５２およびインバータ５４は、電解コンデンサ５６に対する充放電を行うものであるため、これらの要素をなるべく近接させると、不要輻射や電力損失を抑制できる。従って、これらの要素をＤＣ／ＡＣ変換基板５として、まとめて実装することが望ましいことが解る。そして、ＤＣ／ＡＣ変換基板５をＤＣリアクトル４とＡＣリアクトル６との間に配置すると、電流が流れる順序（ＤＣリアクトル４→ＤＣ／ＡＣ変換基板５→ＡＣリアクトル６）に従って、これらの構成要素４，５，６を配置することができる。これにより、構成要素４，５，６間を接続するケーブルを短くすることができるから、ケーブルのコストを削減できるとともに、組立性を高めることができ、ケーブルにおける不要輻射や電力損失も抑制することができる。
【００２７】
また、ＤＣリアクトル４の下方にＤＣフィルタ基板３を配置し、ＡＣリアクトル６の下方にＡＣフィルタ基板７を配置すると、それぞれを接続するためのケーブルを短くすることができ、不要輻射や電力損失を一層抑制できる点で望ましい。以上のように、ＤＣフィルタ基板３、ＤＣリアクトル４、ＤＣ／ＡＣ変換基板５、ＡＣリアクトル６、ＡＣフィルタ基板７を略コ字状をなすように配置することにより、不要輻射や電力損失を抑制しつつ、各要素の温度上昇（特に電解コンデンサ５６ａの温度上昇）を抑制できることが解る。
＜実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態のパワーコンディショナ１は、直流電圧が入力されるＤＣリアクトル４と、コンデンサ５６と、ＤＣリアクトル４の出力電圧をスイッチングすることにより、コンデンサ５６を充電するコンバータ５２と、コンデンサ５６の出力電圧をスイッチングすることにより、交流電圧を出力するインバータ５４と、コンデンサ５６とコンバータ５２とインバータ５４とを搭載するＤＣ／ＡＣ変換基板５と、前記交流電圧から高調波成分を除去するＡＣリアクトル６と、ＤＣ／ＡＣ変換基板からの高調波成分を太陽電池パネル側に流出を低減するＤＣフィルタ基板と、ＤＣフィルタ基板３と、ＡＣリアクトル６が出力する交流電圧からさらに高調波成分を除去するＡＣフィルタ基板７と、縦方向の幅よりも横方向の幅が長い筺体１０とを有し、ＤＣフィルタ基板３とＡＣフィルタ基板７は、ＤＣ/ＡＣ変換基板５の左右に離れて配置し、ＤＣフィルタ基板３と、ＡＣフィルタ基板７には筺体１０の側面１０ａ側にアモルファスコイル３４ａ、７２ａを縦列に配置して搭載したものである。
【００２８】
これらの特徴により、本実施形態のパワーコンディショナ１は、各要素間を接続するケーブルを短くすることができるから、コストダウンを図れるとともに、不要輻射や電力損失を抑制でき、さらに組立性を向上させることができる。
【００２９】
さらに、パワーコンディショナ１の中央側に空間を発熱部品を冷却する空気流路として冷却性能を向上することができる。
＜変形例＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
（１）上記実施形態においては、本体ケース１０の左側にＤＣフィルタ基板３およびＤＣリアクトル４を配置し、右側にＡＣリアクトル６およびＡＣフィルタ基板７を配置したが、これらの左右の配置関係を逆にしてもよい。
（２）上記実施形態においては、パワー半導体素子としてＩＧＢＴを適用したが、パワー半導体素子は、ＭＯＳ・ＦＥＴ、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ、トライアック等であってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  パワーコンディショナ
２  端子台部
３  ＤＣフィルタ基板
４  ＤＣリアクトル
５  ＤＣ／ＡＣ変換基板
６  ＡＣリアクトル
７  ＡＣフィルタ基板
８  制御部
１０  本体ケース（筺体）
１０ｃ  側面
１２  補強板
１４  ヒートシンク
３２  接続箱機能部（合成部）
３２ａ  ヒートシンク（ダイオード用ヒートシンク）
３４  ＤＣフィルタ部
３４ａ  アモルファスコイル
５２  コンバータ
５４  インバータ
５６，５６ａ  電解コンデンサ
７２  ＡＣフィルタ部
７２ａ  アモルファスコイル
【図１】
2016144319.tif 000003
【図２】
2016144319.tif 000004
【図３】
2016144319.tif 000005