電力變換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供使結(jié)合電容器的導(dǎo)電體的電感進一步減小的電力變換裝置。該電力變換裝置擁有包含串聯(lián)連接的第一電解電容器和第二電解電容器、串聯(lián)連接的第三電解電容器和第四電解電容器的平滑電路，第一電解電容器的正極端子與第三電解電容器的負極端子之間的距離比第一電解電容器的正極端子與第四電解電容器的正極端子之間的距離還短，第四電解電容器的正極端子與第二電解電容器的負極端子之間的距離比第四電解電容器的正極端子與第一電解電容器的正極端子之間的距離還短。
【專利說明】電力變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種擁有具有電容器的平滑電路的電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為輸入而接受交流,并為了向負荷提供電力而輸出交流的電力變換裝置已被眾所周知。這種電力變換裝置通過整流器和平滑電路將所輸入的交流先變換為直流。然后，電力變換裝置通過逆變器(Inverter)將直流變換成交流，并輸出所得到的交流。
[0003]根據(jù)這種現(xiàn)有技術(shù)的電力變換裝置，例如記載在專利文獻I中。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2010-193593號公報
[0007]平滑電路將來自整流器的脈動電流變換為直流。該平滑電路包括多個電解電容器。這些多個電解電容器通過導(dǎo)電體結(jié)合。優(yōu)選地,該導(dǎo)電體的電感越小越好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種使結(jié)合電容器的導(dǎo)電體的電感進一步減小的電力變
換裝置。
·[0009]根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式，一種電力變換裝置，擁有包含串聯(lián)連接的第一電解電容器和第二電解電容器、串聯(lián)連接的第三電解電容器和第四電解電容器的平滑電路，所述第一電解電容器的正極端子與所述第四電解電容器的正極端子連接于正電位導(dǎo)電體，所述第二電解電容器的負極端子與所述第三電解電容器的負極端子連接于負電位導(dǎo)電體，所述第一電解電容器的負極端子與所述第二電解電容器的正極端子連接于共通電位導(dǎo)電體，所述第三電解電容器的正極端子與所述第四電解電容器的負極端子連接于所述共通電位導(dǎo)電體，所述第一電解電容器的正極端子與所述第三電解電容器的負極端子之間的距離比所述第一電解電容器的正極端子與所述第四電解電容器的正極端子之間的距離還短，所述第四電解電容器的正極端子與所述第二電解電容器的負極端子之間的距離比所述第四電解電容器的正極端子與所述第一電解電容器的正極端子之間的距離還短。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠使結(jié)合電容器的導(dǎo)電體的電感進一步減小的電力變換
>J-U ρ?α裝直。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的某一個實施方式的電力變換裝置的圖。
[0012]圖2為電力變換裝置的立體圖。
[0013]圖3為表示設(shè)置在印刷電路基板的作為正電位導(dǎo)電體P的正電位圖案的圖。
[0014]圖4為表示設(shè)置在印刷電路基板的作為負電位導(dǎo)電體N的負電位圖案的圖。
[0015]圖5為根據(jù)替代實施方式的電力變換裝置的立體圖。[0016]圖6為表示電解電容器的正極端子以及負極端子的配置的圖。
[0017]圖7為表示設(shè)置在印刷電路基板等上的導(dǎo)電體的圖。
[0018]圖8為表示設(shè)置在印刷電路基板等上的導(dǎo)電體的圖。
[0019]圖9為表示現(xiàn)有技術(shù)的平滑電路的圖。
[0020]圖10為表示根據(jù)本發(fā)明的某一個實施方式的平滑電路的圖。
[0021]圖11為平滑電路的正電位導(dǎo)電體以及負電位導(dǎo)電體的概略圖。
[0022]符號說明:
[0023]Cl~C4電解電容器
[0024]dl ~d4距離
[0025]ClP~C4P 正極端子
[0026]ClN~C4N 負極端子
【具體實施方式】
[0027]以下，利用附圖來詳細說明本發(fā)明的電力變換裝置的示例性實施方式。在附圖中同一個或者相同的構(gòu)成要素 通過相同的參照符號得以示出。
[0028](系統(tǒng)的概述)
[0029]圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的某一個實施方式的電力變換裝置100的圖。電力變換裝置100包含整流器110、平滑電路120以及逆變器130。整流器110在其輸入端接受例如三相交流。逆變器130在其輸出端輸出例如三相交流。
[0030]整流器110包含例如三個腳3R、3S以及3T。各個腳3R、3S以及3T包括兩個開關(guān)元件。開關(guān)元件例如為MOSFET (金屬-氧化層-半導(dǎo)體場效晶體管)。整流器110例如由PWM (脈沖寬度調(diào)制)控制。整流器110還可以是二極管電橋。整流器110只要是任意的適宜類型的整流器即可。整流器110可以包含任意的適宜個數(shù)的任意的適當(dāng)?shù)拈_關(guān)元件或整流元件。
[0031]平滑電路120包含例如8個電容器Cl~C8。平滑電路120所包含的電容器的數(shù)量并不局限于8個，只要是適當(dāng)?shù)臄?shù)量即可。電容器Cl~CS為典型的大容量的電解電容器。平滑電路120可以包含任意的適宜個數(shù)的任意的適當(dāng)?shù)碾娙萜鳌?br> [0032]電容器Cl、C4、C5、C8的正極端子通過正電位導(dǎo)電體P彼此連接。正電位導(dǎo)電體P既可以是包含在印刷電路基板上的導(dǎo)電圖案，也可以是金屬制的總線條(也稱為匯流條)。電容器C2、C3、C6、C7的負極端子通過負電位導(dǎo)電體N彼此連接。負電位導(dǎo)電體N可以是包含在印刷電路基板上的導(dǎo)電圖案，也可以是金屬制的總線條。電容器C1、C4、C5、C8的負極端子和電容器C2、C3、C6、C7的正極端子通過共通電位導(dǎo)電體C彼此連接。共通電位導(dǎo)電體C可以是包含在印刷電路基板上的導(dǎo)電圖案，也可以是金屬制的總線條。
[0033]逆變器130包含三個腳3U、3V以及3W。各個腳3U、3V以及3W包括兩個開關(guān)元件。開關(guān)元件例如為M0SFET。逆變器130只要是任意的適宜類型的逆變器即可。逆變器130可以包含任意的適宜個數(shù)的任意的適當(dāng)?shù)拈_關(guān)元件。例如，包含在各個腳的開關(guān)元件的數(shù)量并不局限于上述具體的個數(shù)，只要是適宜的個數(shù)即可。
[0034]圖2為電力變換裝置100的立體圖。電解電容器Cl~C8設(shè)置在印刷電路基板210上。電解電容器Cl~C8的附近設(shè)有逆變器130的腳3U、3V以及3W。電解電容器Cl~C8與腳3U、3V以及3W中的對應(yīng)的腳結(jié)合。
[0035]印刷電路基板220上設(shè)有典型的電力變換裝置100中附帶的電子電路部件。印刷電路基板210和印刷電路基板220的配置關(guān)系并不局限于圖示的配置，可以采用任意的適當(dāng)?shù)呐渲藐P(guān)系。前述的正電位導(dǎo)電體P、負電位導(dǎo)電體N以及共通電位導(dǎo)電體C例如體現(xiàn)為印刷電路基板210的導(dǎo)電圖案。如果通過金屬制的總線條來實現(xiàn)正電位導(dǎo)電體P、負電位導(dǎo)電體N以及共通電位導(dǎo)電體C，則與印刷電路基板相比可以流通更大的電流。
[0036](導(dǎo)電體圖案)
[0037]圖3為表示設(shè)在印刷電路基板210的作為正電位導(dǎo)電體P的正電位圖案310的圖。圖3的紙面里側(cè)有電解電容器Cl?CS。電解電容器Cl?CS分別具有正極端子(用參照符號P表示)以及負極端子(用參照符號N表示)。例如，電解電容器Cl具有正極端子ClP以及負極端子C1N。這種參照符號的標(biāo)記方法，對于電解電容器C2?CS也相同。
[0038]正電位圖案310將電解電容器Cl的正極端子C1P、電解電容器C4的正極端子C4P、電解電容器C5的正極端子C5P、以及電解電容器CS的正極端子C8P彼此連接。端子391?393連接于逆變器130的腳3U、3V以及3W的正極。正電位圖案310向逆變器130供給正電壓。圖3的箭頭表示從正極端子ClP和C4P向端子391流動的電流的路徑。
[0039]共通電位圖案352將電解電容器Cl的負極端子C1N、電解電容器C2的正極端子C2P、電解電容器C3的正極端子C3P以及電解電容器C4的負極端子C4N彼此連接。共通電位圖案354將電解電容器C5的負極端子C5N、電解電容器C6的正極端子C6P、電解電容器C7的正極端子C7P以及電解電容器CS的負極端子C8N彼此連接。
[0040]共通電位圖案352、354具有電力變換裝置100的共通電位。即，共通電位圖案352、354起到電力變換裝置100的接地作用。圖3中示出的參照符號中沒有在上面的說明中予以參照的符號，將在下面的關(guān)于圖4的說明中得到參照。
[0041]圖4為表示設(shè)置在印刷電路基板210的作為負電位導(dǎo)電體N的負電位圖案410的圖。負電位圖案410將電解電容器C2的負極端子C2N、電解電容器C3的負極端子C3N、電解電容器C6的負極端子C6N以及電解電容器C7的負極端子C7N彼此連接。端子491?493連接于逆變器130的腳3U、3V以及3W的負極。負電位圖案410向逆變器130供給負電壓。圖4的箭頭表示從端子491向負極端子C2N以及C3N流動的電流的路徑。
[0042]正電位圖案310以及負電位圖案410從整流器110接收脈動電力而進行平滑化，然后向逆變器130供給直流電力。正電位圖案310以及負電位圖案410除了端子391?393以及491?493之外，還可以包含用來接收來自整流器110的電力的端子。這種端子例如在正電位圖案310以及負電位圖案410上，位于與端子391?393以及491?493所在的位置一側(cè)相對的一側(cè)的附近。這些端子可以取任意的適當(dāng)?shù)男螤詈臀恢谩?br> [0043]印刷電路基板210例如具有兩個以上的層。典型地，正電位圖案310以及負電位圖案410分別設(shè)置在印刷電路基板210的多個層中的兩個層上。
[0044]在替代的實施方式中，正電位圖案310以及負電位圖案410還可以設(shè)置在不同的印刷電路基板上。例如，正電位圖案310以及負電位圖案410還可以單獨設(shè)置在圖2的印刷電路基板210、220上。
[0045]作為使用印刷電路基板210的替換例，正電位圖案310以及負電位圖案410還可以通過總線條來實現(xiàn)。[0046]圖5為根據(jù)替代的實施方式的電力變換裝置500的立體圖。在電力變換裝置500中，正電位導(dǎo)電體P、負電位導(dǎo)電體N以及共通電位導(dǎo)電體C中的至少兩個為金屬制的總線條510、520?？偩€條510、520連接于半導(dǎo)體開關(guān)元件591~592。
[0047](電容器端子的配置關(guān)系)
[0048]圖6為表示電解電容器Cl~C4的正極端子以及負極端子的圖。電解電容器Cl以及C2被串聯(lián)連接，電解電容器C3以及C4也被串聯(lián)連接。這些串聯(lián)連接的電解電容器Cl、C2的一對和串聯(lián)連接的電解電容器C3、C4的一對被并聯(lián)連接。圖6的電解電容器Cl~C4為圖1的平滑電路120的一部分。具體來講，平滑電路120包含兩組圖6的電解電容器Cl~C4。此時，8個電解電容器通過圖3的正電位圖案310以及圖4的負電位圖案410連接。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式，dl〈d2以及d3〈d4的關(guān)系(下面稱為“配置關(guān)系”)成立。這里，dl表示電解電容器Cl的正極端子ClP和電解電容器C3的負極端子C3N之間的距離。d2表示電解電容器Cl的正極端子ClP和電解電容器C2的負極端子C2N之間的距離。d3表示電解電容器C4的正極端子C4P和電解電容器C2的負極端子C2N之間的距離。d4表示電解電容器C4的正極端子C4P和電解電容器C3的負極端子C3N之間的距離。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式的配置關(guān)系中，連接電解電容器Cl的正極端子ClP和電解電容器C4的正極端子C4P的線段與連接電解電容器C2的負極端子C2N和電解電容器C3的負極端子C3N的線段交叉。
[0050]圖3的正電位圖案310和圖4的負電位圖案410包含兩組圖6的電解電容器CI~C4組。各種實施方式中，并不局限于兩組，可以包含任意的適宜個數(shù)的電解電容器。在替代的實施方式中，還可以用單一的電解電容器來代替串聯(lián)連接的電解電容器C1、C2，用單一的電解電容器來代替串聯(lián)連接的電解電容器C3、C4。
[0051]本發(fā)明的各種實施方式滿足上述配置關(guān)系。此時，如圖3和圖4所示，在電解電容器Cl~C4中流動的電流朝著相互面對的方向流動。其結(jié)果，根據(jù)后述的互感，得到平滑電路120的電感減小的特別的效果。此外,如果將正電位導(dǎo)電體P、負電位導(dǎo)電體N以及共通電位導(dǎo)電體C由同一個印刷電路基板210實現(xiàn)，則電流的流路進一步接近，因此可以進一步減小電感。
[0052]圖7為表不設(shè)直在印刷電路基板等上的導(dǎo)電體710的圖。導(dǎo)電體710具有長度1、寬度w以及厚度t。此時，導(dǎo)電體710的電感L為L = μ01/2 3? [In (21/w+t)+1/2+0.2235 (w+t)/I]。μ ^為真空透磁率，π為圓周率，In為自然對數(shù)。
[0053]圖8為表示設(shè)置在印刷電路基板上的導(dǎo)電體810、812的圖。導(dǎo)電體810、812分別具有長度1、寬度w以及厚度t，而且隔開間隔d而配置。此時，假設(shè)導(dǎo)電體810具有電感Lg,導(dǎo)電體812具有電感Ls，導(dǎo)電體810與導(dǎo)電體812的互感為M，則導(dǎo)電體810以及導(dǎo)電體812的合成電感L為L=Lg+Ls-2M。導(dǎo)電體810與導(dǎo)電體812的互感M為Μ=μ。1/2 π [In(21/d)-l+d/l]。
[0054](減小電感)
[0055]圖9為現(xiàn)有技術(shù)的平滑電路900的圖。平滑電路900中串聯(lián)連接的電解電容器Cl、C2和串聯(lián)連接的電解電容器C3、C4被并聯(lián)連接。圖案910將電解電容器Cl的正極端子Pl和電解電容器C4的正極端子P2相互連接。圖案912將電解電容器C2的負極端子NI和電解電容器C3的負極端子N2相互連接。
[0056]具體來講，在平滑電路900中，電解電容器Cl的正極端子Pl與電解電容器C3的負極端子N2之間的距離比電解電容器Cl的正極端子Pl與電解電容器C4的正極端子P2之間的距離還長。此外，在平滑電路900中，電解電容器C2的負極端子NI與電解電容器C4的正極端子P2之間的距離比電解電容器C2的負極端子NI與電解電容器C3的負極端子N2之間的距離還長。
[0057]圖案910、912的厚度為0.018mm，圖案寬度為5mm。此時，線圈LPl的電感為14nH+14nH=28nH。
[0058]圖10為本發(fā)明的實施方式的平滑電路1000的圖。平滑電路1000中串聯(lián)連接的電解電容器Cl、C2和串聯(lián)連接的電解電容器C3、C4被并聯(lián)連接。圖案1010將電解電容器Cl的正極端子Pl和電解電容器C3的負極端子N2相互連接。圖案1012將電解電容器C2的負極端子NI和電解電容器C4的正極端子P2相互連接。
[0059]具體來講，在平滑電路1000中，電解電容器Cl的正極端子Pl與電解電容器C3的負極端子N2之間的距離比電解電容器Cl的正極端子Pl與電解電容器C4的正極端子P2之間的距離還短。此外，在平滑電路1000中，電解電容器C2的負極端子NI與電解電容器C4的正極端子P2之間的距離比電解電容器C2的負極端子NI與電解電容器C3的負極端子N2之間的距離還短。
[0060]圖案1010、1012的厚度為0.018mm，圖案寬度為5mm。此時，線圈LP2的電感為14nH+14nH-12nH=16nH。因此，平滑電路1000的線圈LP2的電感比以往的線圈LPl的電感還小。
[0061]圖11為平滑電路120的正電位導(dǎo)電體1110和負電位導(dǎo)電體1120的概略圖。區(qū)域1112、1122中分別設(shè)有逆變器130的正極以及負極。導(dǎo)電體1110、1120分別具有兩組圖3的正電位圖案以及圖4的負電位圖案。
[0062]逆變器正電位導(dǎo)電體1110以及負電位導(dǎo)電體1120例如分別對應(yīng)于正電位圖案310以及負電位圖案410。因此，正電位導(dǎo)電體1110以及負電位導(dǎo)電體1120設(shè)置在印刷電路基板210的層中的兩個層中。作為使用印刷電路基板210的替換例，如圖5所示，正電位導(dǎo)電體1110以及負電位導(dǎo)電體1120還可以通過金屬制的總線條來實現(xiàn)。
[0063]在正電位導(dǎo)電體1110中，電解電容器中流動電流Pfl以及Pf2。在負電位導(dǎo)電體1120中，電解電容器中流動電流Nfl以及Nf2。根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式，電流Pfl和電流Nfl相互抵消，電流Pf2和電流Nf2相互抵消。換句話說，在接近的圖案(或者總線條)中流動的電流Pfl和電流Nfl朝著相互面對的方向流動，在接近的圖案(或者總線條)中流動的電流Pf2和電流Nf2朝著相互面對的方向流動。如圖10所示，可以減小互感。
[0064]電力變換裝置100可以包含除了整流器110、平滑電路120以及逆變器130之外的增設(shè)的構(gòu)成要素。相反，電力變換裝置100還可以省略整流器110、平滑電路120以及逆變器130的一部分構(gòu)成要素。電力變換裝置100所具有的各種功能無需像整流器110、平滑電路120以及逆變器130那樣被模塊化，可以以任意的適宜的方式被模塊化。
[0065]在各種實施方式中使用的正電位、負電位以及共通電位導(dǎo)電體可以由任意的適當(dāng)?shù)牟牧现谱?。這種材料中例如有銅、黃銅、鐵、不銹鋼。正電位、負電位以及共通電位導(dǎo)電體只要滿足上述的配置關(guān)系，可以利用任意的適當(dāng)?shù)膱D案形狀以及圖案厚度。[0066]正如本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，上述的各種構(gòu)成要素(例如硬件的要素)可以省略其中一部分。相反，也可以使用附加的要素。
[0067]根據(jù)本發(fā)明，由于能夠提供使結(jié)合電容器的導(dǎo)電體的電感進一步減小的電力變換裝置，因此有用。
【權(quán)利要求】
1.一種電力變換裝置，擁有包含串聯(lián)連接的第一電解電容器和第二電解電容器、串聯(lián)連接的第三電解電容器和第四電解電容器的平滑電路，其特征在于， 所述第一電解電容器的正極端子與所述第四電解電容器的正極端子連接于正電位導(dǎo)電體， 所述第二電解電容器的負極端子與所述第三電解電容器的負極端子連接于負電位導(dǎo)電體， 所述第一電解電容器的負極端子與所述第二電解電容器的正極端子連接于共通電位導(dǎo)電體， 所述第三電解電容器的正極端子與所述第四電解電容器的負極端子連接于所述共通電位導(dǎo)電體， 所述第一電解電容器的正極端子與所述第三電解電容器的負極端子之間的距離比所述第一電解電容器的正極端子與所述第四電解電容器的正極端子之間的距離還短， 所述第四電解電容器的正極端子與所述第二電解電容器的負極端子之間的距離比所述第四電解電容器的正極端子與所述第一電解電容器的正極端子之間的距離還短。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，印刷電路基板設(shè)有所述正電位導(dǎo)電體、所述負電位導(dǎo)電體以及所述共通電位導(dǎo)電體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，進一步包含整流器以及逆變器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電力變換裝置具有三組所述平滑電路，以對三相電力進行變換。
【文檔編號】H02M5/42GK103856068SQ201310642231
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月4日
【發(fā)明者】森啟輔 申請人:三星電子株式會社