[发明专利]功率变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率变换装置，尤其是涉及平滑电容器部分的安装结构。 

背景技术

作为设置在功率变换装置的整流器与逆变器之间的直流环路部分上的平滑电容器的安装结构，在现有的技术中，采用了在构成脉宽调制(PulseWidth Modulation，PWM)整流器的半导体开关元件与构成逆变器的半导体开关元件之间或者半导体开关元件的附近设置电容器，并且通过导线或者汇流排等进行连接的结构。此时，由于导线和汇流排等的配线阻抗的影响，在半导体开关元件进行开关动作时，在开关元件的端子之间会产生过电压，从而可能导致开关元件损坏。作为解决方法，通常采用用于抑制过电压的缓冲电路。另一方面，在日本国专利特开2006-197735号公报(专利文献1)以及日本国专利特开2003-219661号公报(专利文献2)所记载的现有技术中，通过在印刷基板等的导体基板上设置多个小型电容器来降低配线阻抗，以此减少缓冲电路或者实现小型化。 

专利文献1日本国专利特开2006-197735号公报 

专利文献2日本国专利特开2003-219661号公报 

根据在印刷基板上设置多个小型电容器的方式，其通过并联设置多个电容器来实现与现在所使用的大型电容器同等的静电容量。但是，在现有的技术中，没有对流入各个电容器的电流的偏差作出考虑。 

图9举例表示了在现有技术中在印刷基板上设置小型电容器时通常采用的方法。功率变换装置的主电路由PWM整流器侧的半导体开关元件1a～1c、逆变器侧的半导体开关元件2a～2c、印刷基板3以及电容器4a～4h构成。安装在印刷基板3上的电容器，为了满足耐压要求，采用了将2个电容器串联连接的结构，且为了确保所需的容量，采用了将4个电容器并 联连接的结构。具体来说，是将电容器4a和电容器4b、电容器4c和电容器4d、电容器4e和电容器4f以及电容器4g和电容器4h分别串联连接，将电容器4a、电容器4c、电容器4f和电容器4h的各自的负极端子(“-”极端子)与直流环路部分的负极连接，并且将电容器4b、电容器4d、电容器4e以及电容器4g的各自的正极端子(“+”极端子)与直流环路部分的正极连接。 

在图9中，对半导体开关元件和电容器进行设置，使得PWM整流器侧的半导体开关元件、PWM整流器侧的电容器的正极端子和负极端子以及逆变器侧的半导体开关元件、逆变器侧的电容器的正极端子和负极端子分别形成相同的排列。根据该结构，印刷基板的配线图形的配线和印刷基板的安装作业等变得方便。但是，根据本发明人所得到的新的见解，在半导体开关元件进行开关动作时，流入各个电容器的电流会产生偏差。 

图10表示本发明者的新研究的结果，也就是图9的现有技术例中的电容器的电流分布的模拟结果。图中表示的是在逆变器侧的半导体开关元件2a进行开关动作时，在该开关元件中流过具有启动时间的振幅1(pu)的阶梯电流的情况。从图10可以看出，在启动时，位于半导体开关元件2a附近的电容器4b中流过的电流增大，上升到0.31(pu)，超过了平均电流0.25(pu)。另一方面，在距离较远的电容器4g中，启动时的电流较小，为0.21(pu)。产生这一现象的原因是阻抗出现了差异，而阻抗的差异则是因印刷基板3上的配线距离的不同而引起的，例如，在并联级数进一步增加，而导致图上的纵向长度进一步加长时，电流将进一步集中到半导体开关元件附近的电容器中，并且距离较远的电容器中的电流将进一步降低，为此，偏差将进一步增加。当电流如上所述那样不能均匀分散，而集中在特定的电容器中时，该电容器的负担增大，可能会导致盖电容器的使用寿命下降。 

发明内容

本发明是鉴于上述所存在的问题而作出的，本发明的目的在于提供一种功率变换装置，根据该功率变换装置的在印刷基板等导体基板上设置多个电容器的平滑电容器的安装结构，能够降低在半导体开关元件进行开关动作时流过电容器的电流的偏差。