(57)【要約】【課題】コスト及びノイズの発生を抑えるとともに、大電流容量化を図る。【解決手段】コンバータ１２を並列に接続された複数のＰＦＣモジュールにより構成する。ＰＦＣモジュールの各々は、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備えている。ＰＦＣモジュールの各々において、回路要素は並列に接続され、モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数のモジュールを備え、
前記モジュールの各々が、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備え、
前記モジュールの各々において、前記回路要素が並列に接続され、前記モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動される電気回路。
【請求項２】
複数の前記モジュールのうち、少なくとも１つの前記モジュールに入力される前記駆動信号が、他の前記モジュールに入力される前記駆動信号と異なる請求項１に記載の電気回路。
【請求項３】
前記モジュールは同一である請求項１または請求項２に記載の電気回路。
【請求項４】
Ｒ相及びＳ相に対応して設けられた複数のモジュールを備え、
前記モジュールは並列に接続され、
前記モジュールの各々が、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備え、
前記モジュールの各々において、前記回路要素が並列に接続され、前記モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動されるコンバータ。
【請求項５】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して設けられた複数のインバータモジュールを備え、
前記インバータモジュールは並列に接続され、
前記インバータモジュールの各々が、２つのスイッチング素子が直列に接続された複数の回路要素を備え、
前記インバータモジュールの各々において、複数の前記回路要素は並列に接続され、前記インバータモジュールの出力端子または入力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動されるインバータ。
【請求項６】
請求項４に記載のコンバータ及び請求項５に記載のインバータの少なくともいずれか一方を備える電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路に係り、特に、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調整装置等が備える圧縮機のモータ駆動に用いられる電源装置として、特許文献１に開示される電力変換装置が提案されている。特許文献１には、単相交流電源から出力される単相交流電力を単相コンバータにより直流電力に変換し、この直流電力をインバータ装置によって３相交流電力に変換して圧縮機のモータに供給する回路が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３６９５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、上述したような電力変換装置の高耐圧化、電流の大容量化が進められており、大容量のパワー半導体モジュール等を採用することが検討されている。
しかしながら、このような大容量のパワー半導体モジュールは高額であり、また、要求される容量を満足するモジュールが存在せず、購入不可能な場合も考えられる。容量を満足するモジュールが存在しない場合、モジュールを新たに設計することも考えられるが、時間、コスト、労力の面から有効な策とはいえない。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、コスト及びノイズの発生を抑えるとともに、大電流容量化を図ることのできる電気回路及び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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、並列に接続された複数のモジュールを備え、前記モジュールの各々が、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備え、前記モジュールの各々において、前記回路要素が並列に接続され、前記モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動される電気回路を提供する。
【０００６】
このような構成によれば、複数のモジュールを並列に接続するとともに、各モジュールが並列に接続された複数の同種の回路要素を備えるので、採用するモジュールが備える回路要素の並列数やモジュールの数を調整することで、所望の電流容量を実現することが可能となる。更に、モジュールとして廉価な既存のモジュールを採用することで、コストを抑えることができる。
また、上記構成によれば、各モジュールのスイッチング素子を同時に駆動することができるとともに、スイッチング素子に関する結線をモジュール毎に完結させる、換言すると、モジュール間に渡って結線がなされることを回避することができる。これにより、配線を短くできるとともに、配線の長さのバラツキによるノイズの影響を解消することが可能となる。
上記同種の回路要素とは、例えば、同じ機能を実現する回路であり、その回路要素の機能を実現するために必要とされる素子が共通していることをいう。また、回路要素は、同一であってもよい。
上記スイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、トランジスタ等が挙げられる。
【０００７】
上記電気回路において、複数の前記モジュールのうち、少なくとも１つの前記モジュールに入力される前記駆動信号が、他の前記モジュールに入力される前記駆動信号と異なることとしてもよい。
【０００８】
各モジュールに入力される駆動信号を異ならせることができるので、様々な機能を実現させることができ、適用の幅を拡大することができる。
【０００９】
上記電気回路において、前記モジュールは同一であってもよい。
【００１０】
同一のモジュールを採用することで、更なるコスト低減を図ることができる。
【００１１】
本発明は、Ｒ相及びＳ相に対応して設けられた複数のモジュールを備え、前記モジュールは並列に接続され、前記モジュールの各々が、スイッチング素子を有する複数の同種の回路要素を備え、前記モジュールの各々において、前記回路要素が並列に接続され、前記モジュールの入力端子または出力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動されるコンバータを提供する。
【００１２】
本発明は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して設けられた複数のインバータモジュールを備え、前記インバータモジュールは並列に接続され、前記インバータモジュールの各々が、２つのスイッチング素子が直列に接続された複数の回路要素を備え、前記インバータモジュールの各々において、複数の前記回路要素は並列に接続され、前記インバータモジュールの出力端子または入力端子が結線され、かつ、前記スイッチング素子が共通の駆動信号によって駆動されるインバータを提供する。
【００１３】
本発明は、上記コンバータ及び上記インバータの少なくともいずれか一方を備える電力変換装置を提供する。
【００１４】
例えば、本発明の電力変換装置は、空気調和機が備える圧縮機のモータに電力を供給する電力供給系に用いられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コスト及びノイズの発生を抑えるとともに、高耐圧化及び大電流容量化を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る電気回路及び電力変換装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示したブロック図である。図１に示されるように、電力変換装置１は、単相交流電源１１から出力される単相の交流電力を直流電力に変換するコンバータ（電気回路）１２と、コンバータ１２から出力される直流電力を３相の交流電力に変換し、モータＭに出力するインバータ１３とを備えている。単相交流電源１１とコンバータ１２との間にはノイズフィルタ１４が設けられている。また、コンバータ１２とインバータ１３との間には、平滑化を行う電解コンデンサ１５が設けられている。また、コンバータ１２に対して駆動信号を供給する駆動信号生成器１６が設けられている。
【００１８】
コンバータ１２には、ＰＦＣ（Power Factor Correction）モジュールを採用している。具体的には、コンバータ１２は、図２に示すように、並列に接続された２つのＰＦＣモジュール２１，２２を備えている。
ＰＦＣモジュール２１は、スイッチング素子を有する複数の同一の回路要素２１ａ，２１ｂを備えている。回路要素２１ａは、直列に接続された２つのダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａと、下アームのダイオードＤ２ａに並列に接続されたスイッチング素子Ｓａとを備えている。回路要素２１ｂは、直列に接続された２つのダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂと、下アームのダイオードＤ２ｂに並列に接続されたスイッチング素子Ｓｂとを備えている。
【００１９】
同様に、ＰＦＣモジュール２２は、スイッチング素子を有する複数の同一の回路要素２１ｃ，２１ｄを備えている。回路要素２１ｃは、直列に接続された２つのダイオードＤ１ｃ，Ｄ２ｃと、下アームのダイオードＤ２ｃに並列に接続されたスイッチング素子Ｓｃとを備えている。回路要素２１ｄは、直列に接続された２つのダイオードＤ１ｄ，Ｄ２ｄと、下アームのダイオードＤ２ｄに並列に接続されたスイッチング素子Ｓｄとを備えている。
【００２０】
ＰＦＣモジュール２１において、各スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂの入力端子は結線されている。結線は、ＰＦＣモジュール２１の外部においてなされるものであり、例えば、各スイッチング素子Ｓａ、Ｓｂにつながっているモジュール交流側の入力端子（入力ピン）を共通のパターンで接続することとしてもよいし、互いの入力端子をワイヤーボンディング等により接続することとしてもよい。
【００２１】
ＰＦＣモジュール２１のスイッチング素子につながっているモジュール交流側の入力端子は、ノイズフィルタ１４のＲ相（第１相）の出力端子に接続している。これにより、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂには、同一の交流電圧、つまり、単相交流電源１１のＲ相（第１相）がノイズフィルタ１４を介して入力されることとなる。更に、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂは、マイコンまたは駆動用ＩＣ等にて構成される駆動信号生成器１６から供給される共通の駆動信号により駆動される。
【００２２】
同様に、ＰＦＣモジュール２２において、各スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄにつながっているモジュール交流側の入力端子は結線されている。この入力端子は、ノイズフィルタ１４のＳ相（第２相）の出力端子に接続している。これにより、スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄには、単相交流電源１１のＳ相（第２相）がノイズフィルタ１４を介して入力されることとなる。更に、スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄは、マイコンまたは駆動用ＩＣ等にて構成される駆動信号生成器１６から供給される共通の駆動信号により駆動される。
【００２３】
図３に、駆動信号生成器１６からスイッチング素子Ｓａ〜Ｓｄに供給される駆動信号の一例を示す。ここでは、ＰＷＭ制御を採用している。ＰＦＣモジュール２１のスイッチング素子Ｓａ及びＳｂにはＲ相のＰＷＭ制御信号が、ＰＦＣモジュール２２のスイッチング素子Ｓｃ及びＳｄには、Ｓ相のＰＷＭ制御信号が供給される。
【００２４】
このような構成を備える電力変換装置１においては、単相の交流電力はノイズフィルタ１４を経由することでノイズ成分が低減され、Ｒ相がＰＦＣモジュール２１にＳ相がＰＦＣモジュール２２に入力される。ＰＦＣモジュール２１において、各回路要素２１ａ、２２ｂのスイッチング素子Ｓａ，Ｓｂが図３に示したＲ相の駆動信号により駆動され、また、ＰＦＣモジュール２２において、各回路要素２１ｃ、２１ｄのスイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄが図３に示したＳ相の駆動信号により駆動されることにより、Ｒ相、Ｓ相からなる単相交流電力は直流電力に変換される。コンバータ１２により変換された直流電力は、平滑コンデンサ１５により平滑化され、インバータ１３に供給される。インバータ１３に供給された直流電力は３相交流電力に変換されて、モータＭに供給される。これによりモータＭが駆動される。
【００２５】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る電力変換装置１のコンバータ１２によれば、２つのＰＦＣモジュール２１，２２を並列接続し、これらを並列駆動するので、図４に示すように、コンバータ１２を１つのＰＦＣモジュール２１によって構成する場合に比べて、大電流容量化を図ることが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、Ｒ相に対応するＰＦＣモジュール２１とＳ相に対応するＰＦＣモジュール２２とを設け、それぞれのモジュール２１，２２が備えるスイッチング素子を同時に駆動させることとしたので、結線をモジュール内で完結させることが可能となる。従って、例えば、図５に示すように、大電流容量化等を図るために、単に複数のＰＦＣモジュール２１，２２を並列に接続し、これらのＰＦＣモジュール２１，２２を並列駆動する場合に比べて、配線を短くすることが可能となる。例えば、図５に示すように、各モジュール２１，２２内のスイッチング素子を異なる駆動信号で駆動させる場合、モジュール間で配線を行う必要がある。このため、配線が長くなるとともに配線の長さがばらつき、配線によるインダクタンスの違いが生ずる。この結果、スイッチング特性のばらつきや電流の不均衡が発生し、ノイズの増加を招くことが懸念される。
【００２７】
これに対し、本実施形態に係る電力変換装置１（図１，２参照）によれば、モジュール２１，２２毎に配線を完結させることができることから、配線を短くすることができ、また、配線の長さによるノイズの影響を解消することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、ＰＦＣモジュール２１，２２における回路要素を同一構成としたが、この例に限定されない。例えば、回路要素は同じ機能を実現する同種の回路要素であってもよい。また、ＰＦＣモジュール２１とＰＦＣモジュール２２とは、必ずしも同じ構成である必要はなく、それぞれの機能を実現できる、つまり、上記例であれば、コンバータとしての機能を発揮できる構成とされていればよい。
【００２９】
また、上述した本実施形態においては、電力変換装置１に用いられるコンバータ１２を一例に挙げて説明したが、この例に限定されることなく、本発明の電気回路は、大電流容量化が必要となるあらゆる種類の装置に適用することが可能である。
【００３０】
例えば、図１に示したインバータ１３にも適用することができる。
例えば、インバータ１３として、図１に示されるように、フルブリッジ型のインバータモジュール（パワーモジュール）を採用する場合、図６に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対して、それぞれ同一の構成を備えるインバータモジュール３０ａ，３０ｂ，３０ｃを設ける。
【００３１】
各インバータモジュール３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、直列に接続された２つのスイッチング素子を備える回路要素（アーム）をそれぞれ３つずつ備えている。各インバータモジュール３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおいて、交流側の出力端子（各回路要素の中点）または直流側の入力端子は結線されており、かつ、同じインバータモジュール内に配置されている各スイッチング素子は、共通の駆動信号によって駆動される構成とされている。これにより、インバータモジュール３０ａからはＵ相が、インバータモジュール３０ｂからはＶ相が、インバータモジュール３０ｃからはＷ相がそれぞれ出力される。
【００３２】
このように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれに対して少なくとも１つのインバータモジュール３０ａ，３０ｂ，３０ｃを割り当て、各インバータモジュール３０ａ，３０ｂ，３０ｃ内に配置されているスイッチング素子を共通の駆動信号によって駆動するので、例えば、図７に示すように、単に複数のインバータモジュール３０ａ，３０ｂ，３０ｃを並列に接続し、これらのインバータモジュール３０ａ，３０ｂ，３０ｃを並列駆動する場合に比べて、配線を短くすることができるとともに、配線の長さによるばらつきが出力に及ぼす影響を解消することができる。この結果、廉価でありながらノイズの増加を抑制し、かつ、高耐圧化、大電流容量化を図ることのできるインバータを実現することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示した図である。
【図２】図１に示したコンバータの構成を拡大して示した図である。
【図３】各ＰＦＣモジュールに入力する駆動信号の一例を示した図である。
【図４】１つのＰＦＣモジュールでコンバータを構成したときの電力変換装置の概略構成を示した図である。
【図５】複数のＰＦＣモジュールを並列に接続し、各ＰＦＣモジュール内の回路要素を異なる駆動信号で駆動させる場合の結線状態を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るインバータの概略構成を示した図である。
【図７】インバータを複数のインバータモジュールで構成し、各インバータモジュール内のスイッチング素子を異なる駆動信号で駆動させる場合の結線状態を示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  電力変換装置
１１  単相交流電源
１２  コンバータ
１３  インバータ
１４  ノイズフィルタ
１５  平滑コンデンサ
１６  駆動信号生成器
２１，２２  ＰＦＣモジュール
２１ａ〜２１ｄ  回路要素
Ｄ１ａ〜Ｄ１ｄ，Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ  ダイオード
Ｓａ〜Ｓｄ  スイッチング素子
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  インバータモジュール
【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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