電力變換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及將從太陽能電池輸出的直流電力變換為交流電力的電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的電力變換裝置中，將多個(gè)半導(dǎo)體元件(功率模塊)連接為單相或多相的橋狀來構(gòu)成逆變器電路，并基于PWM控制而使這些半導(dǎo)體元件周期性地進(jìn)行接通/斷開(0N/0FF)動(dòng)作來生成交流電力。此時(shí)，半導(dǎo)體元件(功率模塊)、流動(dòng)大電流的電抗器(例如，升壓電路的直流電抗器、濾波器電路的交流電抗器)會發(fā)熱，因此對于電力變換裝置而言需要散熱構(gòu)造。
[0003]作為這樣的散熱構(gòu)造而有如下的構(gòu)造:“可設(shè)置在安裝用壁面，具備容納有用于在給定的發(fā)電裝置與商用電力系統(tǒng)之間進(jìn)行電力變換的電力變換部的容器，所述容器具有夾著垂直中心線而相互左右隔離開配置的第I散熱器和第2散熱器，所述第I散熱器對應(yīng)于發(fā)熱量相對大的第I電氣部件，而所述第2散熱器對應(yīng)于發(fā)熱量相對小的第2電氣部件”(專利文獻(xiàn)I)。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2013-243826號公報(bào)
[0007]實(shí)用新型要解決的課題
[0008]然而，在如專利文獻(xiàn)I所記載的那樣利用了左右隔離開的第I散熱器以及第2散熱器的構(gòu)造中，按照發(fā)熱量相對地從大到小的順序依次進(jìn)行兩個(gè)電氣部件的配置，在發(fā)熱量大的電氣部件增加的情況下無法充分地應(yīng)對。此外，為了確保第I散熱器和第2散熱器的隔離，在其間無法配置發(fā)熱的電氣部件，發(fā)熱量相對大的電氣部件的使用數(shù)受到限制。
[0009]因此，專利文獻(xiàn)I所記載的構(gòu)造適于輸出比較小的電力變換裝置、或者不包含多個(gè)發(fā)熱量大的電氣部件的電力變換裝置，在使用了多個(gè)例如具有幾KW以上的輸出的電力變換裝置的升壓電路、逆變器電路、應(yīng)對高頻分量的濾波器等發(fā)熱性的電氣部件的情況下，在現(xiàn)有的分離構(gòu)造下是難以應(yīng)對的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型是鑒于這種課題而完成的，其目的在于當(dāng)在單一的容器內(nèi)容納多個(gè)發(fā)熱性的電氣部件時(shí)能夠抑制電氣部件彼此的熱干擾的電力變換裝置。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]本實(shí)用新型的電力變換裝置具有使前面?zhèn)乳_口的有底狀的容器，在該容器的底壁朝向該容器的外側(cè)而分別設(shè)置:有助于構(gòu)成升壓電路的電抗器的散熱的第I散熱部；有助于構(gòu)成逆變器電路的半導(dǎo)體元件的散熱的第2散熱部；以及有助于構(gòu)成獲得交流電力時(shí)的濾波器的電抗器的散熱的第3散熱部，在底壁的外側(cè)的大致中央具有遍及上下的風(fēng)路來構(gòu)成第2散熱部，并且在底壁的外側(cè)的第2散熱部的左右的上側(cè)構(gòu)成第I散熱部以及第3散熱部。
[0013]實(shí)用新型的效果
[0014]本實(shí)用新型的電力變換裝置能夠在利用多個(gè)發(fā)熱部件時(shí)抑制熱干擾并確保散熱性能。
【附圖說明】
[0015]圖1是表示實(shí)施例1的電力變換裝置的電路圖。
[0016]圖2是表示實(shí)施例1的電力變換裝置的主視圖。
[0017]圖3是從表示實(shí)施例1的電力變換裝置的底壁外側(cè)觀察到的立體圖。
[0018]圖4是從表示實(shí)施例2的電力變換裝置的前面?zhèn)扔^察到的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本實(shí)施方式通過將構(gòu)成逆變器電路的半導(dǎo)體元件的散熱和電抗器的散熱分開，從而電抗器的熱變得不易傳導(dǎo)至半導(dǎo)體元件，能夠確保半導(dǎo)體元件的散熱和電抗器的散熱。
[0020]實(shí)施例1
[0021]如圖1所示，電力變換裝置I具備:開閉器3a?3d、升壓電路4、逆變器電路5、濾波器6、并網(wǎng)用的繼電器7、以及控制電路9。多個(gè)太陽能電池(面板或串)2a?2d所輸出的直流電力經(jīng)由開閉器3a?3d而被輸入之后，變換為實(shí)質(zhì)上與商用電力的系統(tǒng)8同步的頻率的交流電力來輸出。該交流電力能夠疊加供應(yīng)給系統(tǒng)8或者直接供應(yīng)給交流負(fù)載(未圖示)。
[0022]太陽能電池2a?2d所輸出的直流電力分別經(jīng)由開閉器3a?3d以及防止逆流的二極管(未標(biāo)注符號)之后一并輸入給升壓電路4。開閉器3a?3d在進(jìn)行維護(hù)等的情況下被進(jìn)行開放操作而打開接點(diǎn)，切斷從太陽能電池2a?2d供應(yīng)的直流電力。
[0023]升壓電路4至少由直流電抗器DCL、開關(guān)元件(MOSFET、IGBT這樣的半導(dǎo)體元件)4a、二極管(半導(dǎo)體元件)4b、電容器4c而構(gòu)成了非絕緣型的斬波器電路。升壓電路4對開關(guān)元件4a以給定的頻率來控制接通占空比而將輸入的直流電力的電壓升壓為所期望的電壓，并輸出給逆變器電路5。該接通占空比被控制為:使太陽能電池2a?2d所輸出的直流電力為最大或進(jìn)行控制至最大的MPPT (Maximum Power Point Tracking，最大功率點(diǎn)跟蹤)動(dòng)作。
[0024]逆變器電路5由將多個(gè)開關(guān)元件(MOSFET、IGBT這樣的半導(dǎo)體元件)5a?5d連接為單相的橋狀的電路構(gòu)成，針對這些開關(guān)元件5a?5d，通過利用了實(shí)質(zhì)上與系統(tǒng)8同步的調(diào)制波和給定的頻率的載波的PWM(Pulse Width Modulat1n，脈沖寬度調(diào)制)控制，使接通占空比變動(dòng)的同時(shí)使其周期性地進(jìn)行接通/斷開動(dòng)作，由此將直流電力變換為與調(diào)制波相同的頻率的交流電力。變換后的交流電力供給至連接逆變器電路5與系統(tǒng)8之間的輸出線Lo另外，逆變器電路5的構(gòu)成并不限于單相的橋狀的連接，也可以利用中性點(diǎn)箝位方式等，或者也可以設(shè)為多相的橋電路。
[0025]濾波器6由位于輸出線L的交流電抗器ACL以及電容器6a來構(gòu)成L型的濾波器，從逆變器電路5的輸出中使高頻分量衰減。高頻分量被衰減或?qū)嵸|(zhì)上被去除后的交流電力經(jīng)由并網(wǎng)用的繼電器7而疊加輸出給系統(tǒng)8或者輸出給交流負(fù)載(未圖示)。
[0026]控制電路9由微型計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，進(jìn)行升壓電路4、逆變器電路5的開關(guān)元件的接通/斷開動(dòng)作的控制。
[0027]在電抗器DCL中根據(jù)開關(guān)元件4a的接通/斷開而流動(dòng)電流，并根據(jù)其電流量而構(gòu)成電抗器DCL的線圈(銅線)以及芯(電氣鐵板、電磁鋼板等)將發(fā)熱。例如，在從太陽能電池2a?2d供應(yīng)的直流電力為5.5Kw程度的情況下，進(jìn)行散熱對策，利用了將發(fā)熱溫度抑制為約110度程度的散熱部。在電抗器ACL中，來自逆變器電路5的輸出連續(xù)地流動(dòng)，同樣會發(fā)熱，同樣利用了將發(fā)熱溫度抑制為約110度程度的散熱部。來自這些電抗器DCL、電抗器ACL的發(fā)熱根據(jù)電力變換裝置的變換容量(輸入容量、輸出容量)而發(fā)生變化，一般而言若容量增加則發(fā)熱量增加，因此散熱對策與發(fā)熱量相匹配地單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，如果不實(shí)施特殊的構(gòu)件、構(gòu)造，則這些電抗器DCL、電抗器ACL的耐熱溫度通常為約150度程度。
[0028]逆變器電路5由開關(guān)元件(MOSFET、IGBT這樣的半導(dǎo)體元件)5a?5d構(gòu)成，這些開關(guān)元件以PWM控制來進(jìn)行接通/斷開控制，但在接通時(shí)會流動(dòng)電流而發(fā)熱。另外，開關(guān)元件5a?5d與再生電流控制用的二極管一起被IPM(Intelligent Power Module，智能功率模塊)化，從而以單一的封裝產(chǎn)品來構(gòu)成，因此逆變器電路5實(shí)質(zhì)上表示智能模塊IPM。當(dāng)再生控制用的二極管也流動(dòng)再生電流時(shí)，同樣會發(fā)熱，開關(guān)元件5a?5d的溫度實(shí)質(zhì)上表示逆變器電路5的溫度或者智能模塊IPM的溫度。
[0029]因此，從保護(hù)半導(dǎo)體的觀點(diǎn)出發(fā)而構(gòu)成了散熱部，使得開關(guān)元件5a?5d(智能模塊IPM)的溫度不超過約100度。在至少將開關(guān)元件5a?5d、電抗器DCL、電抗器ACL容納在單一的容器內(nèi)時(shí)，熱會從電抗器DCL、電抗器ACL的散熱部向逆變器電路5的散熱部傳遞，有可能導(dǎo)致逆變器電路5的溫度超過設(shè)定溫度，因此設(shè)定為將電抗器DCL、電抗器ACL的散熱部的溫度抑制為約110度程度，以使高溫的熱不會傳遞至智能模塊IPM。
[0030]圖2是容器(框體)10的主視圖(從前面?zhèn)鹊拈_口觀察到的圖)，圖3(a)是從底壁外側(cè)(向房屋等或者基座等進(jìn)行安裝的一側(cè))觀察容器10的立體圖。圖3(b)是將殼體40(后述)從容器10分離時(shí)從該底壁外側(cè)觀察到的立體圖。
[0031]包含逆變器電路5的多個(gè)開關(guān)元件5a?5d等在內(nèi)的智能模塊IPM被直接安裝于在底壁15的外側(cè)所構(gòu)成的第2散熱部，除此之外的電子部件被分開裝配于多個(gè)基板16來容納于容器10。此外，直流電抗器DCL、交流電抗器ACL被配置于向容器10的外側(cè)突出的殼體(相當(dāng)于散熱部)40a、40b (詳細(xì)內(nèi)容將在后面敘述)。
[0032]容器10具有大致長方體形狀，通過金屬板的拉制加工來形成上壁11、下壁12、左壁13、右壁14、底壁15，以上壁11朝上的方式安裝于房屋的壁面、基座。在容器10的上壁11、下壁12、左壁13、右壁14所構(gòu)成的正面?zhèn)?前面?zhèn)?的端部，按壓安裝有橡膠制的襯墊19的正面蓋的該襯墊19來閉合，從而確保了容器10和正面蓋之間的密閉性。此外，在上壁
11、下壁12、左壁13、右壁14的外周，安裝有具有能夠通氣的狹縫狀的多個(gè)孔的防護(hù)裝置G。另外，圖3為了易于理解而示出除去防護(hù)裝置G后的圖。
[0033]在容器10的內(nèi)側(cè)的底壁15的中央，經(jīng)由該底壁15的孔而將智能模塊IPM(由于被基板16隱藏，因此在圖2中用虛線來表示)安裝于第2散熱部，該第2散熱部具有散熱用的多個(gè)散熱片F(xiàn)1，有助于智能模塊IPM(半導(dǎo)體元件等的散熱部件)的散熱(冷卻)。該散熱片F(xiàn)l (相當(dāng)于第2散熱部)以上壁11為上而在底壁15的外側(cè)的大致中心上下地構(gòu)成了多個(gè)風(fēng)路，空氣在該風(fēng)路從下向上地流動(dòng)，來進(jìn)行智能模塊IPM的散熱(冷卻)。這些風(fēng)路內(nèi)的左右兩端的風(fēng)路有助于以下說明的對于來自殼體40a、40b的散熱(輻射熱)的絕熱效果和智能模塊IPM的散熱的雙方。
[0034]在底壁15的外側(cè)夾著散熱片F(xiàn)l (相當(dāng)于第2散熱部)而在左右的上側(cè)設(shè)置兩個(gè)貫通底壁15的孔17a(未圖示)、17b。設(shè)置殼體40a(第I散熱部)以覆蓋左壁13側(cè)的孔17a (未圖示)，設(shè)置殼體40b (第3散熱部)以覆蓋右壁14側(cè)的孔17b。在殼體40a容納有構(gòu)成升壓電路4的直流用的電抗器DCL，在殼體40