(57)【要約】【課題】大きな静電容量を確保しつつ、かつ小型化を図った平滑コンデンサを備えた電力変換装置を提供することを課題とする。【解決手段】直流電源と、前期直流電源に接続された第一の平滑コンデンサと、前記第一の平滑コンデンサと並列接続された第二の平滑コンデンサと、前記第一の平滑コンデンサおよび前記第二の平滑コンデンサに接続されたスイッチング素子により構成される電力変換装置において、第一の平滑コンデンサは第二の平滑コンデンサよりもリプル耐量が大きいコンデンサを備えた電力変換装置【選択図】  図１
2017143647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流をスイッチング素子で直流に変換するコンバータ部と、前記コンバータで変換した直流を平滑する平滑コンデンサ部と、前記平滑した直流をスイッチング素子で交流に変換するインバータ部を有し、前記平滑コンデンサ部は、コンバータ側平滑コンデンサと、インバータ側平滑コンデンサと、前記コンバータ側コンデンサと前記インバータ側コンデンサに挟まれた中央側平滑コンデンサからなり、前記コンバータ側平滑コンデンサは、前記中央側コンデンサ平滑よりも大きいリプル耐量を持ち、前記インバータ側平滑コンデンサは、前記中央側平滑コンデンサよりも大きいリプル耐量を持つように構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、前記中央側平滑コンデンサを冷却するための装置を有することを特徴とする電力変換装置
【請求項３】
請求項１において、前記中央側平滑コンデンサは複数のコンデンサを直列接続したことを特徴とする電力変換装置
【請求項４】
請求項１において、前記中央側平滑コンデンサは電解コンデンサであり、前記前記コンバータ側平滑コンデンサと前記インバータ側平滑コンデンサは、フィルムコンデンサ或いはセラミックコンデンサであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１において、前記前記コンバータ側平滑コンデンサ或いは前記インバータ側平滑コンデンサは、コンデンサを並列して構成されることを特徴とする電力変換装。
【請求項６】
請求項１において、前記前記コンバータ側平滑コンデンサ或いは前記インバータ側平滑コンデンサは、コンデンサを３つ以上並列して構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１において、前記いずれかの平滑コンデンサを含んでなる共振経路にダンピング抵抗を設けることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
コンバータ部で交流をスイッチング素子で直流に変換し、コンバータ側平滑コンデンサ或いはインバータ側平滑コンデンサが中央側コンデンサよりも大きいリプル耐量を持つように構成された平滑コンデンサ部で前記コンバータで変換した直流を平滑し、インバータ部で前記平滑した直流をスイッチング素子で交流に変換する電力変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び電力変換方法に係り、特に、平滑コンデンサを備えて電力変換を行うのに好適な電力変換装置及び電力変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源等の交流をコンバータで直流に変換し、さらに平滑コンデンサで平滑された直流電力からインバータを介して交流に変換して負荷に供給する電力変換が多く行われている。負荷が電動機であれば、電動機に可変電圧可変周波数の電力を供給して駆動する。コンバータ及びインバータは半導体素子を利用しており。多相電力を扱う場合は、各相上下一対のスイッチング素子で構成して上下交互にスイッチングすることで電力変換を行う。
【０００３】
コンバータ及びインバータを構成するスイッチング素子として、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等の高速半導体スイッチング素子を用いて様々な分野で使用されている。近年、半導体技術の進歩により大容量の半導体モジュールが実現され、コンバータ或いはインバータにおいて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。
【０００４】
このような、コンバータ及びインバータをスイッチング素子で構成して電力変換する技術は、例えば、特開２０１５−２３６４１号公報に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２３６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電力変換するにあたってコンバータで交流を直流に変換する過程で平滑コンデンサを用いて平滑化する必要がある。この平滑コンデンサには、一般的に、電解コンデンサ等の体積当たりの静電容量が高く、必要な静電容量を達成しやすいものが用いられる。特に高電圧で高電流の仕様が要求される機器においては複数並列接続して用いられる。
【０００７】
しかしながら、これら電解コンデンサ等の体積当たりの静電容量が高いコンデンサは、一般的に、コンデンサの内部抵抗値が大きいため、リプル電流の許容値が低い。また、特に、電解コンデンサは、素子内部の電解液のドライアップ現象がおこり、静電容量が低下し、コンデンサの内部抵抗の増大によりインピーダンスが極端に大きくなり、他の部品と比較して寿命が短い傾向がある。
【０００８】
さらに、複数のコンデンサを並列接続することで静電容量を大きくした場合、コンデンサの静電容量とコンデンサ間の配線インダクタンスおよびコンデンサの内部インダクタンスによりLC共振現象が発生する可能性がある。共振周波数とスイッチング素子のスイッチング周波数およびその整数倍の周波数が一致した場合、共振経路のインピーダンスが小さくなり、コンデンサ電流が大幅に増大する。コンデンサ電流が増大した場合、素子発熱が高くなり、素子寿命が低下する可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題点のいずれかを解決することにあり、少なくとも、平滑コンデンサが占有する体積を削減して小型化を実現しつつ、なおかつ、リプル電流の許容値が高い電力変換装置及び電力変換方法を提供することにある。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、交流をスイッチング素子で直流に変換するコンバータ部と、前記コンバータで変換した直流を平滑する平滑コンデンサ部と、前記平滑した直流をスイッチング素子で交流に変換するインバータ部を有し、前記平滑コンデンサ部は、コンバータ側平滑コンデンサと、インバータ側平滑コンデンサと、前記コンバータ側コンデンサと前記インバータ側コンデンサに挟まれた中央側平滑コンデンサからなり、前記コンバータ側平滑コンデンサは、前記中央側コンデンサ平滑よりも大きいリプル耐量を持ち、前記インバータ側平滑コンデンサは、前記中央側平滑コンデンサよりも大きいリプル耐量を持つように構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力変換装置のなかで平滑コンデンサが占める体積を削減しつつ、なお、リプル電流の許容値を高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図４】コンデンサの素子寿命の温度特性を示す図である。
【図５】本発明の実施例３の構成におけるLC共振の経路を示す図である。
【図６】本発明の実施例３の構成におけるLC共振の経路による共振ピークを示す図である。
【図７】周波数の共振特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例３の変形例を示す図である。
【図９】変形例のLC共振の経路を示す図である。
【図１０】周波数の共振特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施例４に係る構成を示す図である。
【図１２】共振経路抑制用ダンピング抵抗を含む平滑コンデンサの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する、各図において同一部分は同じ符号を付与している。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１に係る電力変換装置の構成を図１及び図２に示す。実施例１に係る電力変換装置は、図１に示されるコンバータ（コンバータ部とも称する）１０２、図２に示される平滑コンデンサ（平滑コンデンサ部とも称する）４及びインバータ（インバータ部とも称する）１０１から構成される。商用電源（電力系統）７から三相交流をコンバータ１０２により直流に変換し、平滑コンデンサ４で平滑された直流電力をインバータ１０１を介して三相の交流（出力）に逆変換し、電動機等の負荷６に電力を供給する。負荷６が電動機の場合には可変電圧、可変周波数の電力が供給される構成となる。
【００１５】
図１においてコンバータ１０２は直流から交流への変換を行っている。コンバータ１０２は、各相上下一対のスイッチング素子で構成される。入力端子１ａ、１ｂ間にコンバータ１０２が接続され、このコンバータ１０２は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET等のスイッチング素子２（スイッチング素子３−１Ｐ、３−１Ｎ、スイッチング素子３−２Ｐ、３−２Ｎ、スイッチング素子３−３Ｐ、３−３Ｎを総称してスイッチング素子３と称する）で構成される。以下にIGBTを代表として説明する。IGBTに逆並列にフリーホイールダイオード(ＦＷＤ)を付けたものをスイッチング素子と称する。後述するように、コンバータ１０２と並列に平滑コンデンサ４が接続され、さらに、インバータ１０１を介して負荷６と接続される。
【００１６】
商用電源７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、スイッチング素子３−１Ｐと３−１Ｎの接続点、スイッチング素子３−２Ｐと３−２Ｎの接続点、スイッチング素子３−３Ｐと３−３Ｎの接続点に接続される。一方、スイッチング素子３−１Ｐの他側とスイッチング素子３−２Ｐの他方側とスイッチング素子３−３Ｐの他方側は正側端子１ａに接続される。スイッチング素子３−１Ｎの他方側とスイッチング素子３−２Ｎの他方側とスイッチング素子３−３Ｎの他方側は負側端子１ｂに接続される。
【００１７】
コンバータ１０２においてスイッチング素子２はＰＷＭ（Pulse Width Modulation）等のスイッチングにより、商用電源７から供給された交流電力を直流電力へ変換する。コンバータ１０２は図示しないゲート駆動回路及びゲート制御回路によって、上下交互にスイッチングすることで電力変換を行う。コンバータ１０２は図示しないＰＷＭ制御回路により変調波と搬送波とを比較してＰＷＭ変調で制御される。この制御により、平滑コンデンサ４の電圧と目標値を比較してフィードバック制御により平滑コンデンサ４の電圧を目標値に維持する。
【００１８】
ここで、交流を直流に変換する技術として、ダイオードを用いて入力の交流電力を整流し、平滑回路にチョークコイルを配置したチョークインプット型平滑回路を用いた例と比較すると、本実施例はスイッチング素子（フリーホイールダイオード(ＦＷＤ)付き）を用いたPWMコンバータであり、PWMのキャリア周波数等の高調波成分が存在するため、チョークコイルがない状態であっても配線インダクタンスのみでチョークインプット型平滑回路と同等のインピーダンスを達成できる。
【００１９】
図２において、入力端子１ａ、１ｂ間に、平滑コンデンサ４（第一の平滑コンデンサ４１‐ａ、第二の平滑コンデンサ４２、第三の平滑コンデンサ４１−ｂの総称）が接続される。コンバータ１０２側からインバータ１０１側に向かって、第三の平滑コンデンサ（コンバータ側コンデンサ）４１−ｂ、第二の平滑コンデンサ４２（中央側コンデンサ）、第一の平滑コンデンサ４１−ａ（インバータ側コンデンサ）の順で接続される。ここで、第一の平滑コンデンサ４１−ａ（インバータ側コンデンサ）及第三の平滑コンデンサ（コンバータ側コンデンサ）４１−ｂを符号４１で示し変換器側コンデンサ４１と総称する。また、平滑コンデンサ４（第一の平滑コンデンサ４１−ａ、第二の平滑コンデンサ４２、第三の平滑コンデンサ４１−ｂ）は、いずれも平滑コンデンサとして機能するものであり、平滑コンデンサの静電容量は±10％程度の製造バラつきがあるところ、大容量の電力変換装置でいうと平滑コンデンサはmFオーダーとなる。この点、大容量の電力変換装置でいうと、スイッチング素子のターンオフ時の跳ね上がり電圧(ΔV=Ldi.dt)を吸収するためのコンデンサである数10uF程度であるスナバとは機能を異にする。
【００２０】
第一の平滑コンデンサ（インバータ側コンデンサ）４１−ａと第三の平滑コンデンサ（コンバータ側コンデンサ）４１−ｂは、フィルムコンデンサで構成される。また、フィルコンデンサの代わりにセラミックコンデンサで代替してもよい。フィルムコンデンサは、誘電体にプラスチックフィルムを用いたコンデンサであり、プラスチックフィルム材料として、ポリエチレン・テレフタラートやポリプロピレン、ポリフェニレン・スルフィド、ポリエチレン・ナフタレートなどの材料がある。
【００２１】
一般的に、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサは、電解コンデンサと比較してコンデンサの内部抵抗値が小さいため、リプル電流の許容値が高い。さらに、電解コンデンサは、素子内部の電解液のドライアップ現象がおこり、静電容量が低下し、コンデンサの内部抵抗の増大によりインピーダンスが極端に大きくなり、他の部品と比較して寿命が短いが、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサは寿命が長い。以下にフィルムコンデンサを代表として説明する。
【００２２】
第二の平滑コンデンサ４２（中央側コンデンサ）は、電解コンデンサで構成される。電解コンデンサは、電極表面に化学処理をすることで絶縁体や半導体の薄膜を形成し、これを誘電体としたもので、アルミ電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ、ニオブコンデンサなどの種類がある。電解コンデンサは、フィルムコンデンサと比較して、体積当たりの静電容量が高く、必要な静電容量を達成するのに有利であり、体積を小さくでき、電力変換器のサイズの小型化が可能となる。
【００２３】
図２において、端子１ａ、１ｂ間に、インバータ１０１が接続される。このインバータ１０１は、コンバータ１０２と同様に、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET等のスイッチング素子２（スイッチング素子２−１Ｐ、２−１Ｎ、スイッチング素子２−２Ｐ、２−２Ｎ、スイッチング素子２−３Ｐと２−３Ｎの総称）で構成される。インバータ１０１に負荷６が接続される。以下にIGBTを代表として説明する。
【００２４】
スイッチング素子２−１Ｐと２−１Ｎの接続点は、負荷６（例えば電動機）のＵ相に、スイッチング素子２−２Ｐと２−２Ｎの接続点は、負荷６のＶ相に、スイッチング素子２−３Ｐと２−３Ｎの接続点は負荷６のＷ相に、それぞれ接続される。一方、スイッチング素子２−１Ｐの他方側とスイッチング素子２−２Ｐの他方側とスイッチング素子２−３Ｐの他方側は正側端子１ａに接続される。スイッチング素子２−１Ｎの他側とスイッチング素子２−２Ｎの他方側とスイッチング素子２−３Ｎの他方側は負側端子１ｂに接続される。
【００２５】
スイッチング素子２はＰＷＭ等のスイッチングにより、端子１ａ、１ｂ間の直流電力を交流電力へ変換し、負荷６に出力する。インバータ１０１は図示しないゲート駆動回路及びゲート制御回路によって、上下交互にスイッチングすることで電力変換を行う。インバータ１０１は図示しないＰＷＭ制御回路により変調波と搬送波とを比較してＰＷＭ変調方式で制御される。この制御により、端子１ａ、１ｂ間の直流電力を目標となる所望の周波数と電圧に変換して出力されるように制御される。
【００２６】
平滑コンデンサ４は、例えば大容量の電力変換装置ではmFオーダーの容量となる。第一の平滑コンデンサ４１‐ａ、第二の平滑コンデンサ４２、第三の平滑コンデンサ４１‐ｂのそれぞれの静電容量が等しくなるように選択できる（第１の選択）。また、第一の平滑コンデンサ４１‐ａと第三の平滑コンデンサ４１‐ｂの静電容量の和が、第二の平滑コンデンサ４２の静電容量と等しくなるように選択できる（第２の選択）。また、第１の選択の条件と第２の選択の条件の中間の条件で、第一の平滑コンデンサ４１‐ａ、第二の平滑コンデンサ４２、第三の平滑コンデンサ４１‐ｂのそれぞれの静電容量を選択できる（第３の選択）。
【００２７】
このように、特性の異なる第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１と第二の平滑コンデンサ４２が並列接続されている。第一のコンデンサおよび第二のコンデンサが複数並列接続または直列接続されて構成しても良い。
【００２８】
本発明の実施例１では、図２に示すように、例えば特性の異なる静電容量が等しい２種類の第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１と第二の平滑コンデンサ４２が並列接続されて構成されている。このような構成によれば、例えば、高出力の電力変換装置のリプル電流に対応するために、第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１でリプル電流を確保し、高出力の電力変換装置の静電容量に対応するために、第二の平滑コンデンサ４２で静電容量を確保する。
【００２９】
一般的に第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）として使用されるフィルムコンデンサは、コンデンサ内部の等価直列抵抗が小さく、リプル電流の許容値が大きいため、大容量の電力変換装置のようにコンデンサに通流するリプル電流が大きい場合、コンデンサの並列数を削減することができる。
【００３０】
また、フィルムコンデンサは耐圧が高いため、高電圧の電力変換装置のようにコンデンサにかかる電圧が高い場合、コンデンサの直列数を削減することができ、結果としてコンデンサが占める体積を削減できる。
【００３１】
一方で、フィルムコンデンサは、体積当たりの静電容量が小さいため、大容量の電力変換装置に用いられる場合、コンデンサの必要な静電容量を達成するために、複数のコンデンサを並列接続せざるをえない。結果として、フィルムコンデンサを大容量変換装置に適用する場合、平滑コンデンサの体積が大きくなる傾向にあった。他方、第二の平滑コンデンサ４２として用いられる電解コンデンサは、体積当たりの静電容量が前述のフィルムコンデンサに比べて大きいため、必要な静電容量を達成するためにコンデンサを複数並列接続する場合であっても、フィルムコンデンサの場合と比較して、並列数を少なくでき、コンデンサが占める体積を削減することができる。
【００３２】
電解コンデンサは、コンデンサ内部の等価直列抵抗が大きいため、リプル電流許容値が低く、必要なリプル電流許容値を達成するためにはコンデンサを複数並列接続させる必要がある。結果として、電解コンデンサを平滑コンデンサで使用する場合、静電容量を満足させるための並列数は削減できる一方で、そのリプル電流許容値の低さから、並列数が増大し、必要以上にコンデンサの静電容量が大きくなる傾向にあった。
【００３３】
以上から、第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１であるフィルムコンデンサは、リプル電流を確保するための、並列接続するコンデンサの数を減らせることができる。また、スイッチング素子２のスイッチングによって発生するリプル電流を吸収することができる。
【００３４】
一方で、第二の平滑コンデンサ４２である電解コンデンサは、リプル電流を吸収する必要がなく、負荷の回生エネルギの吸収やコンデンサの電圧変動を抑制するために必要な静電容量を確保することができる。
【００３５】
よって、特性の異なる２種類の第一の平滑コンデンサ４１（第三の平滑コンデンサ）と第二の平滑コンデンサ４２を並列接続して構成することにより、フィルムコンデンサのみで平滑コンデンサを構成した場合と比較して、1/2程度のコンデンサ体積とすることができる。また、すべて電解コンデンサで構成した場合と比較して、2/3程度の体積とすることができる。
【００３６】
なお、セラミックコンデンサは、フィルムコンデンサと同様に電解コンデンサと比較して、体積当たりの容量密度が劣るが、リプル電流許容値が大きいため、第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１にセラミックコンデンサを用いることで、コンデンサの体積を削減することができる。
【００３７】
交流電源から直流電源へ変換する際にスイッチング素子を用いて整流しているため、特別にチョークコイルを配置することなく、整流することができる変換装置を構成することが出来る。
【実施例２】
【００３８】
図３は本発明の実施例２に係る電力変換装置の構成を示す図である。実施例１と異なる部分のみ説明する。説明を省略した部分は実施例１と同様である。
図３に示す実施例２においてコンバータ１０２及びインバータ１０１は実施例１と同様の構成ではあるが、第二の平滑コンデンサ４２は冷却装置８を備える構成であり、平滑コンデンサ４１は高温領域７１に配置され、平滑コンデンサ４２は低温領域７２に配置される。
【００３９】
図４はコンデンサの寿命の温度特性を示す図である。コンデンサはアレニウスの法則に従い、使用温度が10℃上がると素子寿命が半分となり、10℃下がると寿命は2倍になるという性質にあり、素子寿命Lは実使用時の最高使用温度における寿命L0および最高使用温度Tmax,周囲温度Taを用いて次式で表わされる。
【００４０】
L=L0×2(Tmax-Ta)/10
【００４１】
一般的に、コンデンサの温度上昇Tmax-Taはリプル電流によって発生した損失によって決まるが、周囲温度Taが低いほど、素子寿命は増加する。また、スイッチング素子はそのスイッチングによるスイッチング損失や導通時に発生する導通損により他の部品よりも温度上昇が高くなる傾向にあり、スイッチング素子直近は他の領域と比較して温度上昇が高いといった問題がある。
【００４２】
本発明の実施例２では、図３に示すように高温領域７１に配置される第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１に素子寿命が長いフィルムコンデンサを備え、低温領域に配置される第二の平滑コンデンサ４２は素子寿命の低い電解コンデンサを備えることで、高温領域に電解コンデンサを備えた場合と比較して、飛躍的にコンデンサ寿命が増大し、結果的に電力変換装置全体の高寿命化が達成される。
【実施例３】
【００４３】
図５は、本発明の実施例３に係る電力変換装置において平滑コンデンサ４のみの構成を示す図である。他の部分は実施例１及び実施例２と同様であるので説明は省略する。
【００４４】
図５に示す実施例３の平滑コンデンサ４は、第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１を構成する平滑コンデンサ４１１および４１２をフィルムコンデンサとし、第二の平滑コンデンサ４２に電解コンデンサを並列接続させた構成である。この図において第三の平滑コンデンサ４１−ｂの記載が省略されているが、第一の平滑コンデンサ４１‐ａと同様に平滑コンデンサ４１１および４１２の並列回路で構成される。
【００４５】
図６は実施例３における共振経路である。また、図６の平滑コンデンサ４２は図９に示す平滑コンデンサ４と同等の静電容量とするために平滑コンデンサ４１１および平滑コンデンサ４１２の二倍の静電容量を持たせる構成となる。なお、平滑コンデンサ４１１および４１２の静電容量は同じである。平滑コンデンサ４１１および４１２の静電容量を所望の目的を達成する範囲で異なるように構成しても良い。
【００４６】
複数のコンデンサが並列接続されるとき、コンデンサの静電容量とコンデンサ間の配線インダクタンスによるLC共振が発生するが、LC共振は各コンデンサ間の配線インダクタンスできまり、本発明の実施例３における共振経路は図６に示す共振経路１０および共振経路１１、共振経路１２の三つの共振経路となる。その結果図７に示すように、共振特性は３つの周波数f1,f2,f3において共振ピークが存在する。周波数ｆ１における共振ピークは図７の共振経路１２によるものであり、周波数ｆ２における共振ピークは図７の共振経路１１によるもので、周波数ｆ３における周波数は共振経路１０によるものである。
【００４７】
一方、図８は変形例を示しており、平滑コンデンサ４について、第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１を、同一の静電容量を持つ平滑コンデンサ４１１および４１２、４１３、４１４をフィルムコンデンサにした構成を示す（他の部分は同様な構成である）。静電容量を所望の目的を達成する範囲で異なるように構成しても良い。フィルムコンデンサは電解コンデンサと比較して体積当たりの容量密度が低いため、必要な静電容量を達成するために、電解コンデンサを組み合わせた場合と比較してコンデンサの並列数が増加する。その結果、図５で三並列となる平滑コンデンサが静電容量確保のために四並列に増加する。図９に平滑コンデンサにフィルムコンデンサを用いた場合の共振経路を示すが、図６で三つであった共振経路が図９では共振経路が共振経路１０、共振経路１３、共振経路１４、共振経路１５、共振経路１６、共振経路１７、共振経路１８の七つとなる。ただし、共振経路１０および共振経路１４、共振経路１５は同一の静電容量と寄生インダクタンスのため、同一の共振周波数となる。また、共振経路１７および共振経路１８は同一の静電容量と寄生インダクタンスのため、同一の周波数となる。そのため、図１０に示すように、共振ピークが４つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４において存在し、共振によるコンデンサ電流の増加が起こる。
【００４８】
本発明の実施例３では、フィルムコンデンサと電解コンデンサで平滑コンデンサ４を構成することで、フィルムコンデンサのみで平滑コンデンサ４を構成した場合と比較して、コンデンサの並列数が低減し、LC共振の経路が減少し、共振ピークの数が減少することでコンデンサのリプル電流が抑制される。
【実施例４】
【００４９】
図１１は、本発明の実施例４に係る電力変換装置のコンデンサ部の構成を示すものである。図１１に示す平滑コンデンサ４は、第二の平滑コンデンサ４２が複数の電解コンデンサ４２１、４２２を直列接続する構成である。この図において第三の平滑コンデンサ４１−ｂの記載が省略されているが、第一の平滑コンデンサ４１‐ａと同様の平滑コンデンサで構成される。
【００５０】
一般的に、コンデンサに通流するリプル電流の寿命はコンデンサの等価直列抵抗とリプル電流によって発生する損失により決定され、コンデンサの等価直列抵抗が高いと損失が増大し、素子寿命が悪化する。
【００５１】
また、複数のコンデンサの静電容量とそれらを接続する配線インダクタンスによってきまるLC共振によりリプル電流は増大することが知られている。そのための対策として、変形例では、図１２に示すように、第一の平滑コンデンサ（第三の平滑コンデンサ）４１において３つの電解コンデンサ４１１、４１２、４１３で構成される（他の部分は同様な構成である）。共振経路にダンピング抵抗１９を設置することで、共振による増大を抑制可能であることが知られている。
【００５２】
しかしながら、共振経路にダンピング抵抗を置いた場合、主回路部に流れる電流により抵抗部の損失が増加し、電力変換装置全体の効率が低下するといった問題がある。
【００５３】
実施例４では、コンデンサの耐圧を十分確保するために、耐圧の低い電解コンデンサを複数直列接続することで、共振経路のダンピング抵抗を兼ねることができる。
【００５４】
結果として、共振経路にダンピング抵抗を備えることなく、コンデンサのリプル電流を抑制することで装置の小型・低コスト化が達成できる。
【符号の説明】
【００５５】
１ａ.入力端子P
１ｂ.入力端子N
２．スイッチング素子
４．平滑コンデンサ
４１．第一の平滑コンデンサ
４２．第二の平滑コンデンサ
５．交流電源
６．負荷
７１．高温領域
７２．低温領域
８．コンデンサ冷却装置
９．平滑コンデンサ間を接続する配線インダクタンス
４１１．第一の平滑コンデンサのうち一並列目の平滑コンデンサ
４１２．第一の平滑コンデンサのうち二並列目の平滑コンデンサ
４１３．第一の平滑コンデンサのうち三並列目の平滑コンデンサ
４１４．第一の平滑コンデンサのうち四並列目の平滑コンデンサ
１０．コンデンサ４１１およびコンデンサ４１２間の共振経路１
１１．コンデンサ４１２およびコンデンサ４２間の共振経路
１２．コンデンサ４１１およびコンデンサ４２間の共振経路
１３．コンデンサ４１１およびコンデンサ４１４間の共振経路
１４．コンデンサ４１２およびコンデンサ４１３間の共振経路
１５．コンデンサ４１３およびコンデンサ４１４間の共振経路
１６．コンデンサ４１１およびコンデンサ４１２、コンデンサ４１３、コンデンサ４１４間の共振経路
１７．コンデンサ４１１およびコンデンサ４１３間の共振経路
１８．コンデンサ４１２およびコンデンサ４１４間の共振経路
１９．共振経路におけるダンピング抵抗
１０１．インバータ
１０２．コンバータ
【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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