電力変換装置
【課題】制御回路基板の誤動作を防止しやすく、かつ故障しにくい電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２と、冷却器３と、制御回路基板４と、平滑コンデンサ５と、放電抵抗６とを備える。制御回路基板４は、半導体モジュール２の制御端子２１に接続されている。放電抵抗５は、平滑コンデンサ５に並列接続され、制御回路基板４に取り付けられている。制御回路基板４は、タイミング制御部４１と、ドライブ回路部４２と、電源回路部４０とを備える。タイミング制御部４１および電源回路部４０の少なくとも一方と、放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
【解決手段】電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２と、冷却器３と、制御回路基板４と、平滑コンデンサ５と、放電抵抗６とを備える。制御回路基板４は、半導体モジュール２の制御端子２１に接続されている。放電抵抗５は、平滑コンデンサ５に並列接続され、制御回路基板４に取り付けられている。制御回路基板４は、タイミング制御部４１と、ドライブ回路部４２と、電源回路部４０とを備える。タイミング制御部４１および電源回路部４０の少なくとも一方と、放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電抵抗を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、従来から、平滑コンデンサと、該平滑コンデンサに蓄えた電荷を放電するための放電抵抗とを備えたものが知られている（下記特許文献１、２参照）。従来の電力変換装置の一例を図１３に示す。
【０００３】
この電力変換装置９は、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール９０を備える。半導体モジュール９０は、複数の制御端子９９とパワー端子９２０とを備える。制御端子９９には、制御回路基板９３が接続している。この制御回路基板９３により、半導体モジュール９０のスイッチング動作を制御している。
【０００４】
半導体モジュール９０のパワー端子９２０には、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサ９５が接続されている。また、平滑コンデンサ９５には放電抵抗９６が並列接続している。
放電抵抗９６は、制御回路基板９３に配置されている。このように、放電抵抗９６を制御回路基板９３に配置することにより、収納ケース９７に放電抵抗９６を固定するスペースを無くし、電力変換装置９の小型化を図っている。
【０００５】
電力変換装置９を稼動すると、平滑コンデンサ９５に電荷が溜まる。電力変換装置９を停止した後、平滑コンデンサ９５に溜まった電荷を、放電抵抗９６を介して放電するようになっている。これにより、平滑コンデンサ９５の電圧を短時間で下げ、感電事故等が起きることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２４５２３号公報
【特許文献２】特開平１１−２３５０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
平滑コンデンサ９５に蓄えた電荷を放電すると、放電抵抗に電流が流れ、放電抵抗が発熱する。しかしながら従来の電力変換装置は、放電抵抗が制御回路基板に配置されているため、制御回路基板に含まれる比較的熱に弱い部位が、放電抵抗から発せられる抵抗熱の影響を受けやすいという問題があった。そのため、制御回路基板が故障しやすくなったり、誤動作しやすくなったりするという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、制御回路基板の誤動作を防止しやすく、かつ故障しにくい電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵した本体部を有し、該本体部から制御端子およびパワー端子がそれぞれ突出した複数の半導体モジュールと、
上記半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュールに加わる直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
上記半導体モジュールのオンオフ動作を制御する制御回路基板と、
上記制御回路基板に配置され、上記平滑コンデンサに並列接続される放電抵抗とを備え、
上記制御回路基板は、上記半導体モジュールのオンオフ動作のタイミングを制御するタイミング制御部と、上記制御端子が接続され、該制御端子に印加する電圧を制御するドライブ回路部と、上記制御回路基板に入力された入力電圧を変圧し上記タイミング制御部用の動作電圧および上記ドライブ回路部用の動作電圧を発生する電源回路部とを備え、
上記タイミング制御部および上記電源回路部の少なくとも一方と、上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記電力変換装置においては、制御回路基板に形成されている上記タイミング制御部または電源回路部を、放電抵抗の熱から保護することができる。すなわち、上記ドライブ回路部は、冷却器によって冷却された半導体モジュールの制御端子に接続しているため、比較的温度が下がりやすいのに対し、タイミング制御部および電源回路部は制御端子に接続していないため、ドライブ回路部よりも温度が上昇しやすい。そのため、タイミング制御部および電源回路部の少なくとも一方と、放電抵抗との間にドライブ回路部を配置することにより、タイミング制御部または電源回路部を、ドライブ回路部によって放電抵抗の熱から保護することが可能になる。これにより、タイミング制御部や電源回路部が熱によって誤動作したり、故障したりする不具合を防止できる。
【００１１】
また、仮に、放電抵抗を収納ケースに固定したとすると、収納ケースにスペースが必要となり、電力変換装置が大型化しやすくなるが、上記電力変換装置は、放電抵抗を上記制御回路基板に取り付けてあるため、このようなスペースが不要となり、電力変換装置を小型化することができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、制御回路基板の誤動作を防止しやすく、かつ故障しにくい電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面図であって、図２のＣ−Ｃ断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図２のＤ−Ｄ断面図。
【図５】実施例１における、制御回路基板の平面図。
【図６】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図７】実施例１における、タイミング制御部が発生するパルスの波形。
【図８】実施例１における、ドライブ回路部が発生するパルスの波形。
【図９】図１の要部拡大図。
【図１０】実施例１における、半導体モジュールと冷媒流路を一体化した例。
【図１１】実施例２における、電力変換装置の側面図。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ断面図。
【図１３】従来例における、電力変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記電力変換装置において、タイミング制御部と上記放電抵抗との間および、上記電源回路部と上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、タイミング制御部とドライブ回路部を両方とも、放電抵抗の熱から保護することができる。そのため、制御回路基板がより誤動作しにくくなり、故障しにくくなる。
【００１５】
また、上記タイミング制御部はマイコンを有し、該マイコンと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、タイミング制御部に含まれるマイコンを放電抵抗の熱から保護することができる。マイコンは熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板の誤動作等をより防止しやすくなる。
【００１６】
また、上記電源回路部は電解コンデンサを有し、該電解コンデンサと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、電源回路部に含まれる電解コンデンサを放電抵抗の熱から保護することができる。電解コンデンサは熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板の誤動作等をより防止しやすくなる。
【００１７】
また、上記放電抵抗は、上記制御回路基板の両主面のうち、上記冷却器に近い側の主面に取り付けられていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、放電抵抗を冷却器に近づけることができる。そのため、放電抵抗を冷却しやすくなり、放電抵抗から発生した抵抗熱が制御回路基板に与える影響をより小さくすることができる。
【００１８】
また、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記冷却器と重なるよう構成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記板厚方向における、放電抵抗と冷却器との間の距離を短くすることができる。そのため、放電抵抗を冷却しやすくなり、放電抵抗から発生した抵抗熱が制御回路基板に与える影響をより小さくすることができる。
【００１９】
また、上記冷却器は、上記半導体モジュールを冷却する冷媒を導入するための導入パイプと、上記冷媒を導出するための導出パイプとを備え、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記導入パイプと重なるよう構成されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、放電抵抗を効果的に冷却することが可能になる。すなわち、上記冷媒は、導入パイプを通って冷却器内に導入され、半導体モジュールと熱交換を行って温度が上昇した後、導出パイプを通って冷却器外へ導出される。そのため、冷媒の温度は導入パイプにおいて最も低くなり、導出パイプにおいて最も高くなる。したがって、上記板厚方向から見た場合に、放電抵抗の少なくとも一部が導入パイプと重なるように構成すれば、冷媒の温度が最も低い部分（導入パイプ）に放電抵抗を接近配置することができ、放電抵抗を効果的に冷却することが可能になる。
【００２０】
また、上記複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体を有し、上記複数の冷媒流路によって上記冷却器が構成されており、上記制御回路基板は、上記積層体の積層方向と、上記冷媒流路の長手方向との双方に平行になるように配置されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、制御回路基板を、半導体モジュールと冷却器（冷媒流路）との両方に接近させることができる。これによって、制御回路基板を半導体モジュールの制御端子に容易に接続することを可能としつつ、制御回路基板に取り付けた放電抵抗を冷却器に近づけて、放電抵抗をより効果的に冷却することを可能にすることができる。
【００２１】
また、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗は、上記複数の冷媒流路のうち、上記積層方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路と重なるよう構成されていることが好ましい（請求項９）。
上記端部冷媒流路は、積層方向における一方の面のみが半導体モジュールに接しているため、両面が半導体モジュールに接している冷媒流路と比べて、半導体モジュールによる熱の影響を受けにくく、冷媒の温度が上昇しにくい。そのため、この端部冷媒流路に近い位置に放電抵抗を配置することにより、放電抵抗をより効果的に冷却することが可能になる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
上記電力変換装置に係る実施例について、図１〜図１０を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１〜図４に示すごとく、複数の半導体モジュール２と、冷却器３と、平滑コンデンサ５と、制御回路基板４と、放電抵抗６とを備える。半導体モジュール２は、半導体素子を内蔵した本体部２０を有する。本体部２０から制御端子２１およびパワー端子２２がそれぞれ突出している。
冷却器３は、半導体モジュール２を冷却する。
平滑コンデンサ５は、半導体モジュール２に加わる直流電圧を平滑化する。
制御回路基板４は、半導体モジュール２のオンオフ動作を制御する。
放電抵抗６は、制御回路基板４に配置され、平滑コンデンサ５に並列接続されている。
【００２３】
制御回路基板４は、タイミング制御部４１と、ドライブ回路部４２と、電源回路部４０とを備える。タイミング制御部４１は、半導体モジュール２のオンオフ動作のタイミングを制御する。ドライブ回路部４２は、制御端子２１が接続され、制御端子２１に印加する電圧を制御する。電源回路部４０は、制御回路基板４に入力された入力電圧を変圧しタイミング制御部４１用の動作電圧およびドライブ回路部４２用の動作電圧を発生する。
そして、タイミング制御部４１および電源回路部４０の少なくとも一方と、放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
【００２４】
本例の電力変換装置１は図３、図４に示すごとく、複数の半導体モジュール２と複数の冷媒流路３０（冷却管３１）とを積層した積層体１０を備える。この複数の冷媒流路３０によって冷却器３を構成している。積層体１０は、リアクトル１５と共に金属製のフレーム１９内に固定されている。リアクトル１５は、積層体１０に対して、該積層体１０の積層方向（Ｘ方向）に隣接する位置に配置されている。
【００２５】
また、図１〜図３に示すごとく、制御回路基板４は、冷却管３１の長手方向（Ｙ方向）とＸ方向との双方に平行になるように配置されている。制御回路基板４は、該制御回路基板の板厚方向（Ｚ方向）から見た場合に、積層体１０及びリアクトル１５と重なっている。
【００２６】
図４に示すごとく、複数の冷却管３１は、Ｙ方向の両端部において、連結管１８（１８ａ，１８ｂ）によって連結されている。冷却管３１のＹ方向における一端に設けられた第１連結管１８ａと、冷却管３１のＹ方向における他端に設けられた第２連結管１８ｂとの間に、半導体モジュール２が介在している。
また、複数の冷却管３１のうち、Ｘ方向の一端に位置する冷却管３１ａには、積層体１０に冷媒１３を導入するための導入パイプ１１と、冷媒１３を導出するための導出パイプ１２とが接続されている。導入パイプ１１は、冷却管３１ａの、Ｙ方向における一端に接続している。また、導出パイプ１２は、冷却管３１ａの、Ｙ方向における他端に接続している。全ての上記第１連結管１８ａと導入パイプ１１とは、Ｘ方向に重なっている。また、全ての上記第２連結管１８ｂと導出パイプ１２とは、Ｘ方向に重なっている。導入パイプ１１から冷媒１３を導入すると、冷媒１３は連結管１８を通って全ての冷却管３１内を流れ、導出パイプ１２から導出される。これにより、半導体モジュール２を冷却するようになっている。
【００２７】
図２に示すごとく、半導体モジュール２は複数の制御端子２１と複数のパワー端子２２とを備える。制御端子２１とパワー端子２２とは、制御回路基板４の板厚方向（Ｚ方向）に、互いに反対側へ突出している。複数のパワー端子２２には、直流電源８（図６参照）の正電極に接続される正極端子２２ａと、直流電源８の負電極に接続される負極端子２２ｂと、交流負荷８０（図６参照）に接続される交流端子２２ｃとがある。また、上述したように、制御端子２１には制御回路基板４が接続している。制御回路基板４が半導体モジュール２のオンオフ動作を制御することにより、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子２２ｃから出力するようになっている。
正極端子２２ａには正極バスバー１６ａが接続し、負極端子２２ｂには負極バスバー１６ｂが接続している。また、交流負荷２２ｃには交流バスバー１６ｃが接続している。
【００２８】
平滑コンデンサ５は、積層体１０に対して、Ｚ方向における制御回路基板４の反対側に設けられている。平滑コンデンサ５は一対の接続端子５０を備える。上記正極バスバー１６ａと負極バスバー１６ｂは、この接続端子５０に接続している。
また、平滑コンデンサ５は、ワイヤ５５によって、放電抵抗６に電気的に接続されている。
【００２９】
正極バスバー１６ａと、負極バスバー１６ｂと、交流バスバー１６ｃとには、それぞれ接続用バスバー１４５が取り付けられている。この接続用バスバー１４５の端子１４６は、樹脂製の端子台１４に載置されている。
【００３０】
また、上述したように、制御回路基板４（図１、図５参照）は、タイミング制御部４１と、ドライブ回路部４２と、電源回路部４０とを備える。タイミング制御部４１はマイコン４３を有し、電源回路部４０は電解コンデンサ４４を有する。そして、タイミング制御部４１と放電抵抗６との間および、電源回路部４０と放電抵抗６の間に、ドライブ回路部４２が配置されている。
【００３１】
タイミング制御部４１は、図７に示すごとく、半導体モジュール２をオンオフするための制御パルスｐを発生し、ドライブ回路部４２に送信する。この制御パルスｐにより、半導体モジュール２のオンオフ動作の周期Ｔと、デューティーが決定される。制御パルスｐの電圧ＶＣは約３Ｖである。
【００３２】
ドライブ回路部４２は、送信された制御パルスｐに基づいて、周期Ｔおよびデューティーが同一で電圧ＶＧが異なる動作パルスＰを発生する。動作パルスＰの電圧ＶＧは、半導体モジュール２（ＩＧＢＴ素子）の制御端子（ゲート端子）に印加される。ドライブ回路部４２は、半導体モジュール２（ＩＧＢＴ素子）のオン電流（ＩＣＥ）が所定の値となるように、上記電圧ＶＧの値を制御している。電圧ＶＧは、例えば１６Ｖ〜１８Ｖの間で制御される。また、ドライブ回路部４２は、オン電流（ＩＣＥ）が所定の値となるように、制御端子２１（ゲート端子）に流れる電流ＩＧも制御している。
【００３３】
タイミング制御部４１の動作電圧は約５Ｖであり、ドライブ回路部４２の動作電圧は約１７Ｖである。また、制御回路基板４の電源回路部４０に入力される電圧は約１５Ｖである。電源回路部４０には昇圧回路と降圧回路とが設けられている。電源回路部４０の降圧回路によって入力電圧（１５Ｖ）を降圧し、タイミング制御部４１用の動作電圧（５Ｖ）を発生している。また、電源回路部４０の昇圧回路によって入力電圧（１５Ｖ）を昇圧し、ドライブ回路部４２用の動作電圧（１７Ｖ）を発生している。
【００３４】
タイミング制御部４１は、上記パルスｐを発生するためにマイコン４３を用いている。また、電源回路部４０は、昇圧回路または降圧回路を構成するために電解コンデンサ４４を用いている。これらマイコン４３や電解コンデンサ４４は、比較的熱に弱い電子部品である。また、放電抵抗６は、平滑コンデンサ５に蓄えた電荷を放電する際に放電電流が流れ、抵抗熱が発生する。本例では、マイコン４３や電解コンデンサ４４を放電抵抗６の抵抗熱から保護するために、放電抵抗６をマイコン４３および電解コンデンサ４４から離れた位置に配置してある。すなわち、マイコン４３と放電抵抗６との間にドライブ回路部４２を配置し、かつ、電解コンデンサ４４と放電抵抗６との間にドライブ回路４２を配置してある。
【００３５】
また、本例では図２、図３に示すごとく、放電抵抗６を、制御回路基板４の両主面４８，４９のうち、冷却器３に近い側の主面４８に取り付けてある。
【００３６】
また、本例では図９に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に放電抵抗６が冷却器３と重なるよう構成してある。より詳しくは、本例では、Ｚ方向から見た場合に放電抵抗６が導入パイプ１１と重なるよう構成してある。
【００３７】
また、本例ではＺ方向から見た場合に、放電抵抗６が、複数の冷媒流路３０のうちＸ方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路３０ａと重なるよう構成されている。端部冷媒流路３０ａは、導入パイプ１１及び導出パイプ１２を取り付けた冷却管３１ａ内に形成されている。
【００３８】
一方、本例では図４に示すごとく、フレーム１９の、Ｘ方向に直交する２つの壁部１９１，１９２のうち一方の壁部１９１とリアクトル１５との間に、弾性部材１７（板ばね）を設けてある。この弾性部材１７によって、積層体１０およびリアクトル１５を他方の壁部１９２に向けて押圧し、これら積層体１０およびリアクトル１５をフレーム１９内に固定している。
【００３９】
また、図２に示すごとく、収納ケース７は、第１部分７ａと第２部分７ｂとを組み合わせ、これらをボルト締結してなる。収納ケース７の第１部分７ａには３個のコネクタ挿入用貫通穴７１，７２，７３（図１参照）と、ボルト挿入用貫通穴７４とが形成されている。電力変換装置１を直流電源８（図６参照）および交流負荷８０に接続する際には、交流電源８のコネクタ（図示しない）を第１コネクタ挿入用貫通穴７１に挿入し、交流負荷８０のコネクタ（図示しない）を第２コネクタ挿入用貫通穴７２、第３コネクタ挿入用貫通穴７３に挿入する。そして、ボルト挿入用貫通穴７４からボルトを挿入し、接続用バスバー１４５の端子１４６と上記コネクタとをボルト締結する。その後、ボルト挿入用貫通穴７４にカバー７５を取り付ける。
【００４０】
次に、電力変換装置１の回路図の説明をする。図６に示すごとく、本例の電力変換装置１は、直流電源８の直流電圧を昇圧するコンバータ部８９と、昇圧した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部８８とを備える。半導体モジュール２は、正極バスバー１６ａに接続した上アーム側半導体素子２４ａと、負極バスバー１６ｂに接続した下アーム側半導体素子２４ｂとの、２個の半導体素子２４（ＩＧＢＴ素子）を有する。個々の半導体素子２４には、フリーホイールダイオード２５が逆並列接続している。上アーム側半導体素子２４ａのコレクタ端子は上記正極端子２２ａとなっており、下アーム側半導体素子２４ｂのエミッタ端子は上記負極端子２２ｂとなっている。また、上アーム側半導体素子２４ａのエミッタ端子と下アーム側半導体素子２４ｂのコレクタ端子とは、上記交流端子２２ｃに接続している。
【００４１】
また、正極バスバー１６ａと負極バスバー１６ｂとの間には、平滑コンデンサ５が接続している。この平滑コンデンサ５に、放電抵抗６が並列接続してある。
【００４２】
電力変換装置１を駆動する際には、リレー８６をオンにし、コンバータ部８９を使って直流電源８の直流電圧を昇圧する。昇圧した直流電圧は平滑コンデンサ５によって平滑化される。また、インバータ部８８によって、平滑後の直流電圧を交流電圧に変換する。電力変換装置１を駆動している間は、平滑コンデンサ５に蓄えた電荷Ｑを、放電電流Ｉｄとして放電抵抗６に少しずつ流している。
【００４３】
電力変換装置１を停止する際には、リレー８６をオフにする。平滑コンデンサ５に蓄えた電荷Ｑは、放電電流Ｉｄとなって流れ続けるため、リレー８６をオフにした後、上記電荷Ｑは短時間で消滅する。これにより、平滑コンデンサ５の電圧を短時間で低下させ、感電事故等が起きることを防止している。
【００４４】
なお、本例では、電力変換装置１を稼動している間、放電抵抗６に放電電流Ｉｄを流し続けているが、放電抵抗６と正極バスバー１６ａとの間にスイッチ（図示しない）を設け、電力変換装置１を稼動している間はスイッチをオフにして、放電電流Ｉｄが流れないようにしてもよい。そして、電力変換装置１を停止した後、上記スイッチをオンにし、放電電流Ｉｄを流すようにしてもよい。
【００４５】
本例の作用効果について説明する。本例では図１に示すごとく、タイミング制御部４１および電源回路部４０の少なくとも一方と、放電抵抗６との間にドライブ回路部４２を配置してある。
このようにすると、制御回路基板４に形成されているタイミング制御部４１または電源回路部４０を、放電抵抗６の熱から保護することができる。すなわち、ドライブ回路部４２は、冷却器３によって冷却された半導体モジュール２の制御端子２１に接続しているため、比較的温度が下がりやすいのに対し、タイミング制御部４１および電源回路部４０は制御端子２１に接続していないため、ドライブ回路部４２よりも温度が上昇しやすい。そのため、タイミング制御部４１および電源回路部４０の少なくとも一方と、放電抵抗６との間にドライブ回路部４２を配置することにより、タイミング制御部４１または電源回路部４０を、ドライブ回路部４２によって放電抵抗６の熱から保護することが可能になる。これにより、タイミング制御部４１や電源回路部４０が熱によって誤動作したり、故障したりする不具合を防止できる。
【００４６】
また、仮に、放電抵抗６を収納ケース７に固定したとすると、収納ケース７にスペースが必要となり、電力変換装置１が大型化しやすくなるが、本例の電力変換装置１は、放電抵抗６を制御回路基板４に取り付けてあるため、このようなスペースが不要となり、電力変換装置１を小型化することができる。
【００４７】
また、本例では図１に示すごとく、タイミング制御部４１と放電抵抗６との間および、電源回路部４０と放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
このようにすると、タイミング制御部４１とドライブ回路部４２を両方とも、放電抵抗６の熱から保護することができる。そのため、制御回路基板４がより誤動作しにくくなり、故障しにくくなる。
【００４８】
また、本例のタイミング制御部４１はマイコン４３を有する。そして、マイコン４３と放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
このようにすると、タイミング制御部４１に含まれるマイコン４３を放電抵抗６の熱から保護することができる。マイコン４３は熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板４の誤動作等をより防止しやすくなる。
【００４９】
また、電源回路部４０は電解コンデンサ４４を有する。そして、電解コンデンサ４４と放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
このようにすると、電源回路部４０に含まれる電解コンデンサ４４を放電抵抗６の熱から保護することができる。電解コンデンサ４４は熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板４の誤動作等をより防止しやすくなる。
【００５０】
また、図２、図３に示すごとく、本例の放電抵抗６は、制御回路基板４の両主面４８，４９のうち、冷却器３に近い側の主面４８に取り付けられている。
このようにすると、放電抵抗６を冷却器３（冷媒流路３０）に近づけることができる。そのため、放電抵抗６を冷却しやすくなり、放電抵抗６から発生した抵抗熱が制御回路基板４に与える影響を小さくすることができる。
【００５１】
また、本例では図９に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に、放電抵抗６の一部が、冷却器３と重なるよう構成されている。
このようにすると、Ｚ方向における、放電抵抗６と冷却器３との間の距離を最も短くすることができる。そのため、放電抵抗６を冷却しやすくなり、放電抵抗６から発生した抵抗熱が制御回路基板４に与える影響をより小さくすることができる。
【００５２】
また、本例では図９に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に、放電抵抗６の一部が、導入パイプ１１と重なるよう構成されている。
このようにすると、放電抵抗６を効果的に冷却することが可能になる。すなわち、冷媒１３は、導入パイプ１１を通って冷却器３内に導入され、半導体モジュール２と熱交換を行って温度が上昇した後、導出パイプ１２を通って冷却器３外へ導出される。そのため、冷媒１３の温度は導入パイプ１１において最も低くなり、導出パイプ１２において最も高くなる。したがって、Ｚ方向から見た場合に、放電抵抗６の少なくとも一部が導入パイプ１１と重なるように構成すれば、冷媒１３の温度が最も低い部分（導入パイプ１１）に放電抵抗６を接近配置することができ、放電抵抗６を効果的に冷却することが可能になる。
【００５３】
また、図１〜図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は上記積層体１０を有する。制御回路基板４は、Ｘ方向とＹ方向の双方に平行になるように配置されている。
例えば図１１に示すごとく、積層体１０を構成せず、冷却器３と半導体モジュール２と制御回路基板４とを、Ｚ方向に重ねる構造にしてもよいが、この場合は、冷却器３と制御回路基板４との間に半導体モジュール２が介在するため、制御回路基板４を冷却器３に接近させにくくなる。そのため、制御回路基板４に取り付けた放電抵抗６を冷却器３に接近させにくくなり、放電抵抗６の冷却効果を充分に高めることができない場合がある。
しかしながら、本例のようにすれば、制御回路基板４と冷却器３との間に半導体モジュール２が介在しないため、制御回路基板４を冷却器３に接近させることができる。そのため、制御回路基板４に取り付けた放電抵抗６を冷却器３に接近でき、放電抵抗６の冷却効率を高めることが可能になる。
【００５４】
また、図１、図９に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に、放電抵抗６は、複数の冷媒流路３０のうち、Ｘ方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路３０ａと重なるよう構成されている。
端部冷媒流路３０ａは、Ｘ方向における一方の面のみが半導体モジュール２に接しているため、両面が半導体モジュール２に接している冷媒流路３０と比べて、半導体モジュール２による熱の影響を受けにくく、冷媒１３の温度が上昇しにくい。そのため、この端部冷媒流路３０ａに近い位置に放電抵抗６を配置することにより、放電抵抗６をより効果的に冷却することが可能になる。
【００５５】
以上のごとく、本発明によれば、制御回路基板の誤動作を防止しやすく、かつ故障しにくい電力変換装置を提供することができる。
【００５６】
なお、本例では、冷媒流路３０を内部に有する複数の冷却管３１と、複数の半導体モジュール２とを積層して積層体１０を構成したが、図１０に示すごとく、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２の本体部２０と枠部２８とを一体に備えた冷却器一体型半導体モジュール２９を積層することにより、半導体モジュール２と冷媒流路３０とが積層される構造にしてもよい。冷却器一体型半導体モジュール２９の枠部２８は、本体部２０よりもＸ方向における幅が大きい。また、枠部２８と本体部２０との間には空間が設けられている。この空間が、冷媒流路３０となる。
【００５７】
（実施例２）
本例は、冷却器３の構成を変更した例である。図１１、図１２に示すごとく、本例の冷却器３は直方体を呈しており、その主面３０５に複数の半導体モジュール２を配置してある。半導体モジュール２の制御端子２１の先端は、主面３０５の法線方向（Ｚ方向）に折り曲げられている。そして、この制御端子２１に制御回路基板４が接続している。Ｚ方向における、制御回路基板４と冷却器３の間に、半導体モジュール２が位置している。制御回路基板４の両主面４０８，４０９のうち、冷却器３側の主面４０８には、放電抵抗６が取り付けられている。
【００５８】
また、冷却器３の、半導体モジュール２を配置した主面３０５とは反対側の主面３０６には、コンデンサ５が設けられている。コンデンサ５と放電抵抗６は、ワイヤ５５によって電気的に接続されている。
【００５９】
冷却器３には、導入パイプ１１と導出パイプ１２とが取り付けられている。導入パイプ１１から冷媒１３を冷却器３内に導入し、導出パイプ１２から冷媒１３を導出することにより、半導体モジュール２とコンデンサ５とを冷却するようになっている。また、コンデンサ５と、冷却器３と、半導体モジュール２と、制御回路基板４とは、収納ケース７内に収納されている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
【符号の説明】
【００６０】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２１ 制御端子
２２ パワー端子
３ 冷却器
３０ 冷媒流路
４ 制御回路基板
５ 平滑コンデンサ
６ 放電抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電抵抗を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、従来から、平滑コンデンサと、該平滑コンデンサに蓄えた電荷を放電するための放電抵抗とを備えたものが知られている（下記特許文献１、２参照）。従来の電力変換装置の一例を図１３に示す。
【０００３】
この電力変換装置９は、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール９０を備える。半導体モジュール９０は、複数の制御端子９９とパワー端子９２０とを備える。制御端子９９には、制御回路基板９３が接続している。この制御回路基板９３により、半導体モジュール９０のスイッチング動作を制御している。
【０００４】
半導体モジュール９０のパワー端子９２０には、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサ９５が接続されている。また、平滑コンデンサ９５には放電抵抗９６が並列接続している。
放電抵抗９６は、制御回路基板９３に配置されている。このように、放電抵抗９６を制御回路基板９３に配置することにより、収納ケース９７に放電抵抗９６を固定するスペースを無くし、電力変換装置９の小型化を図っている。
【０００５】
電力変換装置９を稼動すると、平滑コンデンサ９５に電荷が溜まる。電力変換装置９を停止した後、平滑コンデンサ９５に溜まった電荷を、放電抵抗９６を介して放電するようになっている。これにより、平滑コンデンサ９５の電圧を短時間で下げ、感電事故等が起きることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２４５２３号公報
【特許文献２】特開平１１−２３５０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
平滑コンデンサ９５に蓄えた電荷を放電すると、放電抵抗に電流が流れ、放電抵抗が発熱する。しかしながら従来の電力変換装置は、放電抵抗が制御回路基板に配置されているため、制御回路基板に含まれる比較的熱に弱い部位が、放電抵抗から発せられる抵抗熱の影響を受けやすいという問題があった。そのため、制御回路基板が故障しやすくなったり、誤動作しやすくなったりするという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、制御回路基板の誤動作を防止しやすく、かつ故障しにくい電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵した本体部を有し、該本体部から制御端子およびパワー端子がそれぞれ突出した複数の半導体モジュールと、
上記半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュールに加わる直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
上記半導体モジュールのオンオフ動作を制御する制御回路基板と、
上記制御回路基板に配置され、上記平滑コンデンサに並列接続される放電抵抗とを備え、
上記制御回路基板は、上記半導体モジュールのオンオフ動作のタイミングを制御するタイミング制御部と、上記制御端子が接続され、該制御端子に印加する電圧を制御するドライブ回路部と、上記制御回路基板に入力された入力電圧を変圧し上記タイミング制御部用の動作電圧および上記ドライブ回路部用の動作電圧を発生する電源回路部とを備え、
上記タイミング制御部および上記電源回路部の少なくとも一方と、上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記電力変換装置においては、制御回路基板に形成されている上記タイミング制御部または電源回路部を、放電抵抗の熱から保護することができる。すなわち、上記ドライブ回路部は、冷却器によって冷却された半導体モジュールの制御端子に接続しているため、比較的温度が下がりやすいのに対し、タイミング制御部および電源回路部は制御端子に接続していないため、ドライブ回路部よりも温度が上昇しやすい。そのため、タイミング制御部および電源回路部の少なくとも一方と、放電抵抗との間にドライブ回路部を配置することにより、タイミング制御部または電源回路部を、ドライブ回路部によって放電抵抗の熱から保護することが可能になる。これにより、タイミング制御部や電源回路部が熱によって誤動作したり、故障したりする不具合を防止できる。
【００１１】
また、仮に、放電抵抗を収納ケースに固定したとすると、収納ケースにスペースが必要となり、電力変換装置が大型化しやすくなるが、上記電力変換装置は、放電抵抗を上記制御回路基板に取り付けてあるため、このようなスペースが不要となり、電力変換装置を小型化することができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、制御回路基板の誤動作を防止しやすく、かつ故障しにくい電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面図であって、図２のＣ−Ｃ断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図２のＤ−Ｄ断面図。
【図５】実施例１における、制御回路基板の平面図。
【図６】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図７】実施例１における、タイミング制御部が発生するパルスの波形。
【図８】実施例１における、ドライブ回路部が発生するパルスの波形。
【図９】図１の要部拡大図。
【図１０】実施例１における、半導体モジュールと冷媒流路を一体化した例。
【図１１】実施例２における、電力変換装置の側面図。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ断面図。
【図１３】従来例における、電力変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記電力変換装置において、タイミング制御部と上記放電抵抗との間および、上記電源回路部と上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、タイミング制御部とドライブ回路部を両方とも、放電抵抗の熱から保護することができる。そのため、制御回路基板がより誤動作しにくくなり、故障しにくくなる。
【００１５】
また、上記タイミング制御部はマイコンを有し、該マイコンと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、タイミング制御部に含まれるマイコンを放電抵抗の熱から保護することができる。マイコンは熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板の誤動作等をより防止しやすくなる。
【００１６】
また、上記電源回路部は電解コンデンサを有し、該電解コンデンサと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、電源回路部に含まれる電解コンデンサを放電抵抗の熱から保護することができる。電解コンデンサは熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板の誤動作等をより防止しやすくなる。
【００１７】
また、上記放電抵抗は、上記制御回路基板の両主面のうち、上記冷却器に近い側の主面に取り付けられていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、放電抵抗を冷却器に近づけることができる。そのため、放電抵抗を冷却しやすくなり、放電抵抗から発生した抵抗熱が制御回路基板に与える影響をより小さくすることができる。
【００１８】
また、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記冷却器と重なるよう構成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記板厚方向における、放電抵抗と冷却器との間の距離を短くすることができる。そのため、放電抵抗を冷却しやすくなり、放電抵抗から発生した抵抗熱が制御回路基板に与える影響をより小さくすることができる。
【００１９】
また、上記冷却器は、上記半導体モジュールを冷却する冷媒を導入するための導入パイプと、上記冷媒を導出するための導出パイプとを備え、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記導入パイプと重なるよう構成されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、放電抵抗を効果的に冷却することが可能になる。すなわち、上記冷媒は、導入パイプを通って冷却器内に導入され、半導体モジュールと熱交換を行って温度が上昇した後、導出パイプを通って冷却器外へ導出される。そのため、冷媒の温度は導入パイプにおいて最も低くなり、導出パイプにおいて最も高くなる。したがって、上記板厚方向から見た場合に、放電抵抗の少なくとも一部が導入パイプと重なるように構成すれば、冷媒の温度が最も低い部分（導入パイプ）に放電抵抗を接近配置することができ、放電抵抗を効果的に冷却することが可能になる。
【００２０】
また、上記複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体を有し、上記複数の冷媒流路によって上記冷却器が構成されており、上記制御回路基板は、上記積層体の積層方向と、上記冷媒流路の長手方向との双方に平行になるように配置されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、制御回路基板を、半導体モジュールと冷却器（冷媒流路）との両方に接近させることができる。これによって、制御回路基板を半導体モジュールの制御端子に容易に接続することを可能としつつ、制御回路基板に取り付けた放電抵抗を冷却器に近づけて、放電抵抗をより効果的に冷却することを可能にすることができる。
【００２１】
また、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗は、上記複数の冷媒流路のうち、上記積層方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路と重なるよう構成されていることが好ましい（請求項９）。
上記端部冷媒流路は、積層方向における一方の面のみが半導体モジュールに接しているため、両面が半導体モジュールに接している冷媒流路と比べて、半導体モジュールによる熱の影響を受けにくく、冷媒の温度が上昇しにくい。そのため、この端部冷媒流路に近い位置に放電抵抗を配置することにより、放電抵抗をより効果的に冷却することが可能になる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
上記電力変換装置に係る実施例について、図１〜図１０を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１〜図４に示すごとく、複数の半導体モジュール２と、冷却器３と、平滑コンデンサ５と、制御回路基板４と、放電抵抗６とを備える。半導体モジュール２は、半導体素子を内蔵した本体部２０を有する。本体部２０から制御端子２１およびパワー端子２２がそれぞれ突出している。
冷却器３は、半導体モジュール２を冷却する。
平滑コンデンサ５は、半導体モジュール２に加わる直流電圧を平滑化する。
制御回路基板４は、半導体モジュール２のオンオフ動作を制御する。
放電抵抗６は、制御回路基板４に配置され、平滑コンデンサ５に並列接続されている。
【００２３】
制御回路基板４は、タイミング制御部４１と、ドライブ回路部４２と、電源回路部４０とを備える。タイミング制御部４１は、半導体モジュール２のオンオフ動作のタイミングを制御する。ドライブ回路部４２は、制御端子２１が接続され、制御端子２１に印加する電圧を制御する。電源回路部４０は、制御回路基板４に入力された入力電圧を変圧しタイミング制御部４１用の動作電圧およびドライブ回路部４２用の動作電圧を発生する。
そして、タイミング制御部４１および電源回路部４０の少なくとも一方と、放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
【００２４】
本例の電力変換装置１は図３、図４に示すごとく、複数の半導体モジュール２と複数の冷媒流路３０（冷却管３１）とを積層した積層体１０を備える。この複数の冷媒流路３０によって冷却器３を構成している。積層体１０は、リアクトル１５と共に金属製のフレーム１９内に固定されている。リアクトル１５は、積層体１０に対して、該積層体１０の積層方向（Ｘ方向）に隣接する位置に配置されている。
【００２５】
また、図１〜図３に示すごとく、制御回路基板４は、冷却管３１の長手方向（Ｙ方向）とＸ方向との双方に平行になるように配置されている。制御回路基板４は、該制御回路基板の板厚方向（Ｚ方向）から見た場合に、積層体１０及びリアクトル１５と重なっている。
【００２６】
図４に示すごとく、複数の冷却管３１は、Ｙ方向の両端部において、連結管１８（１８ａ，１８ｂ）によって連結されている。冷却管３１のＹ方向における一端に設けられた第１連結管１８ａと、冷却管３１のＹ方向における他端に設けられた第２連結管１８ｂとの間に、半導体モジュール２が介在している。
また、複数の冷却管３１のうち、Ｘ方向の一端に位置する冷却管３１ａには、積層体１０に冷媒１３を導入するための導入パイプ１１と、冷媒１３を導出するための導出パイプ１２とが接続されている。導入パイプ１１は、冷却管３１ａの、Ｙ方向における一端に接続している。また、導出パイプ１２は、冷却管３１ａの、Ｙ方向における他端に接続している。全ての上記第１連結管１８ａと導入パイプ１１とは、Ｘ方向に重なっている。また、全ての上記第２連結管１８ｂと導出パイプ１２とは、Ｘ方向に重なっている。導入パイプ１１から冷媒１３を導入すると、冷媒１３は連結管１８を通って全ての冷却管３１内を流れ、導出パイプ１２から導出される。これにより、半導体モジュール２を冷却するようになっている。
【００２７】
図２に示すごとく、半導体モジュール２は複数の制御端子２１と複数のパワー端子２２とを備える。制御端子２１とパワー端子２２とは、制御回路基板４の板厚方向（Ｚ方向）に、互いに反対側へ突出している。複数のパワー端子２２には、直流電源８（図６参照）の正電極に接続される正極端子２２ａと、直流電源８の負電極に接続される負極端子２２ｂと、交流負荷８０（図６参照）に接続される交流端子２２ｃとがある。また、上述したように、制御端子２１には制御回路基板４が接続している。制御回路基板４が半導体モジュール２のオンオフ動作を制御することにより、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子２２ｃから出力するようになっている。
正極端子２２ａには正極バスバー１６ａが接続し、負極端子２２ｂには負極バスバー１６ｂが接続している。また、交流負荷２２ｃには交流バスバー１６ｃが接続している。
【００２８】
平滑コンデンサ５は、積層体１０に対して、Ｚ方向における制御回路基板４の反対側に設けられている。平滑コンデンサ５は一対の接続端子５０を備える。上記正極バスバー１６ａと負極バスバー１６ｂは、この接続端子５０に接続している。
また、平滑コンデンサ５は、ワイヤ５５によって、放電抵抗６に電気的に接続されている。
【００２９】
正極バスバー１６ａと、負極バスバー１６ｂと、交流バスバー１６ｃとには、それぞれ接続用バスバー１４５が取り付けられている。この接続用バスバー１４５の端子１４６は、樹脂製の端子台１４に載置されている。
【００３０】
また、上述したように、制御回路基板４（図１、図５参照）は、タイミング制御部４１と、ドライブ回路部４２と、電源回路部４０とを備える。タイミング制御部４１はマイコン４３を有し、電源回路部４０は電解コンデンサ４４を有する。そして、タイミング制御部４１と放電抵抗６との間および、電源回路部４０と放電抵抗６の間に、ドライブ回路部４２が配置されている。
【００３１】
タイミング制御部４１は、図７に示すごとく、半導体モジュール２をオンオフするための制御パルスｐを発生し、ドライブ回路部４２に送信する。この制御パルスｐにより、半導体モジュール２のオンオフ動作の周期Ｔと、デューティーが決定される。制御パルスｐの電圧ＶＣは約３Ｖである。
【００３２】
ドライブ回路部４２は、送信された制御パルスｐに基づいて、周期Ｔおよびデューティーが同一で電圧ＶＧが異なる動作パルスＰを発生する。動作パルスＰの電圧ＶＧは、半導体モジュール２（ＩＧＢＴ素子）の制御端子（ゲート端子）に印加される。ドライブ回路部４２は、半導体モジュール２（ＩＧＢＴ素子）のオン電流（ＩＣＥ）が所定の値となるように、上記電圧ＶＧの値を制御している。電圧ＶＧは、例えば１６Ｖ〜１８Ｖの間で制御される。また、ドライブ回路部４２は、オン電流（ＩＣＥ）が所定の値となるように、制御端子２１（ゲート端子）に流れる電流ＩＧも制御している。
【００３３】
タイミング制御部４１の動作電圧は約５Ｖであり、ドライブ回路部４２の動作電圧は約１７Ｖである。また、制御回路基板４の電源回路部４０に入力される電圧は約１５Ｖである。電源回路部４０には昇圧回路と降圧回路とが設けられている。電源回路部４０の降圧回路によって入力電圧（１５Ｖ）を降圧し、タイミング制御部４１用の動作電圧（５Ｖ）を発生している。また、電源回路部４０の昇圧回路によって入力電圧（１５Ｖ）を昇圧し、ドライブ回路部４２用の動作電圧（１７Ｖ）を発生している。
【００３４】
タイミング制御部４１は、上記パルスｐを発生するためにマイコン４３を用いている。また、電源回路部４０は、昇圧回路または降圧回路を構成するために電解コンデンサ４４を用いている。これらマイコン４３や電解コンデンサ４４は、比較的熱に弱い電子部品である。また、放電抵抗６は、平滑コンデンサ５に蓄えた電荷を放電する際に放電電流が流れ、抵抗熱が発生する。本例では、マイコン４３や電解コンデンサ４４を放電抵抗６の抵抗熱から保護するために、放電抵抗６をマイコン４３および電解コンデンサ４４から離れた位置に配置してある。すなわち、マイコン４３と放電抵抗６との間にドライブ回路部４２を配置し、かつ、電解コンデンサ４４と放電抵抗６との間にドライブ回路４２を配置してある。
【００３５】
また、本例では図２、図３に示すごとく、放電抵抗６を、制御回路基板４の両主面４８，４９のうち、冷却器３に近い側の主面４８に取り付けてある。
【００３６】
また、本例では図９に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に放電抵抗６が冷却器３と重なるよう構成してある。より詳しくは、本例では、Ｚ方向から見た場合に放電抵抗６が導入パイプ１１と重なるよう構成してある。
【００３７】
また、本例ではＺ方向から見た場合に、放電抵抗６が、複数の冷媒流路３０のうちＸ方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路３０ａと重なるよう構成されている。端部冷媒流路３０ａは、導入パイプ１１及び導出パイプ１２を取り付けた冷却管３１ａ内に形成されている。
【００３８】
一方、本例では図４に示すごとく、フレーム１９の、Ｘ方向に直交する２つの壁部１９１，１９２のうち一方の壁部１９１とリアクトル１５との間に、弾性部材１７（板ばね）を設けてある。この弾性部材１７によって、積層体１０およびリアクトル１５を他方の壁部１９２に向けて押圧し、これら積層体１０およびリアクトル１５をフレーム１９内に固定している。
【００３９】
また、図２に示すごとく、収納ケース７は、第１部分７ａと第２部分７ｂとを組み合わせ、これらをボルト締結してなる。収納ケース７の第１部分７ａには３個のコネクタ挿入用貫通穴７１，７２，７３（図１参照）と、ボルト挿入用貫通穴７４とが形成されている。電力変換装置１を直流電源８（図６参照）および交流負荷８０に接続する際には、交流電源８のコネクタ（図示しない）を第１コネクタ挿入用貫通穴７１に挿入し、交流負荷８０のコネクタ（図示しない）を第２コネクタ挿入用貫通穴７２、第３コネクタ挿入用貫通穴７３に挿入する。そして、ボルト挿入用貫通穴７４からボルトを挿入し、接続用バスバー１４５の端子１４６と上記コネクタとをボルト締結する。その後、ボルト挿入用貫通穴７４にカバー７５を取り付ける。
【００４０】
次に、電力変換装置１の回路図の説明をする。図６に示すごとく、本例の電力変換装置１は、直流電源８の直流電圧を昇圧するコンバータ部８９と、昇圧した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部８８とを備える。半導体モジュール２は、正極バスバー１６ａに接続した上アーム側半導体素子２４ａと、負極バスバー１６ｂに接続した下アーム側半導体素子２４ｂとの、２個の半導体素子２４（ＩＧＢＴ素子）を有する。個々の半導体素子２４には、フリーホイールダイオード２５が逆並列接続している。上アーム側半導体素子２４ａのコレクタ端子は上記正極端子２２ａとなっており、下アーム側半導体素子２４ｂのエミッタ端子は上記負極端子２２ｂとなっている。また、上アーム側半導体素子２４ａのエミッタ端子と下アーム側半導体素子２４ｂのコレクタ端子とは、上記交流端子２２ｃに接続している。
【００４１】
また、正極バスバー１６ａと負極バスバー１６ｂとの間には、平滑コンデンサ５が接続している。この平滑コンデンサ５に、放電抵抗６が並列接続してある。
【００４２】
電力変換装置１を駆動する際には、リレー８６をオンにし、コンバータ部８９を使って直流電源８の直流電圧を昇圧する。昇圧した直流電圧は平滑コンデンサ５によって平滑化される。また、インバータ部８８によって、平滑後の直流電圧を交流電圧に変換する。電力変換装置１を駆動している間は、平滑コンデンサ５に蓄えた電荷Ｑを、放電電流Ｉｄとして放電抵抗６に少しずつ流している。
【００４３】
電力変換装置１を停止する際には、リレー８６をオフにする。平滑コンデンサ５に蓄えた電荷Ｑは、放電電流Ｉｄとなって流れ続けるため、リレー８６をオフにした後、上記電荷Ｑは短時間で消滅する。これにより、平滑コンデンサ５の電圧を短時間で低下させ、感電事故等が起きることを防止している。
【００４４】
なお、本例では、電力変換装置１を稼動している間、放電抵抗６に放電電流Ｉｄを流し続けているが、放電抵抗６と正極バスバー１６ａとの間にスイッチ（図示しない）を設け、電力変換装置１を稼動している間はスイッチをオフにして、放電電流Ｉｄが流れないようにしてもよい。そして、電力変換装置１を停止した後、上記スイッチをオンにし、放電電流Ｉｄを流すようにしてもよい。
【００４５】
本例の作用効果について説明する。本例では図１に示すごとく、タイミング制御部４１および電源回路部４０の少なくとも一方と、放電抵抗６との間にドライブ回路部４２を配置してある。
このようにすると、制御回路基板４に形成されているタイミング制御部４１または電源回路部４０を、放電抵抗６の熱から保護することができる。すなわち、ドライブ回路部４２は、冷却器３によって冷却された半導体モジュール２の制御端子２１に接続しているため、比較的温度が下がりやすいのに対し、タイミング制御部４１および電源回路部４０は制御端子２１に接続していないため、ドライブ回路部４２よりも温度が上昇しやすい。そのため、タイミング制御部４１および電源回路部４０の少なくとも一方と、放電抵抗６との間にドライブ回路部４２を配置することにより、タイミング制御部４１または電源回路部４０を、ドライブ回路部４２によって放電抵抗６の熱から保護することが可能になる。これにより、タイミング制御部４１や電源回路部４０が熱によって誤動作したり、故障したりする不具合を防止できる。
【００４６】
また、仮に、放電抵抗６を収納ケース７に固定したとすると、収納ケース７にスペースが必要となり、電力変換装置１が大型化しやすくなるが、本例の電力変換装置１は、放電抵抗６を制御回路基板４に取り付けてあるため、このようなスペースが不要となり、電力変換装置１を小型化することができる。
【００４７】
また、本例では図１に示すごとく、タイミング制御部４１と放電抵抗６との間および、電源回路部４０と放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
このようにすると、タイミング制御部４１とドライブ回路部４２を両方とも、放電抵抗６の熱から保護することができる。そのため、制御回路基板４がより誤動作しにくくなり、故障しにくくなる。
【００４８】
また、本例のタイミング制御部４１はマイコン４３を有する。そして、マイコン４３と放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
このようにすると、タイミング制御部４１に含まれるマイコン４３を放電抵抗６の熱から保護することができる。マイコン４３は熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板４の誤動作等をより防止しやすくなる。
【００４９】
また、電源回路部４０は電解コンデンサ４４を有する。そして、電解コンデンサ４４と放電抵抗６との間にドライブ回路部４２が配置されている。
このようにすると、電源回路部４０に含まれる電解コンデンサ４４を放電抵抗６の熱から保護することができる。電解コンデンサ４４は熱の影響を受けやすいため、上記構成にすると、制御回路基板４の誤動作等をより防止しやすくなる。
【００５０】
また、図２、図３に示すごとく、本例の放電抵抗６は、制御回路基板４の両主面４８，４９のうち、冷却器３に近い側の主面４８に取り付けられている。
このようにすると、放電抵抗６を冷却器３（冷媒流路３０）に近づけることができる。そのため、放電抵抗６を冷却しやすくなり、放電抵抗６から発生した抵抗熱が制御回路基板４に与える影響を小さくすることができる。
【００５１】
また、本例では図９に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に、放電抵抗６の一部が、冷却器３と重なるよう構成されている。
このようにすると、Ｚ方向における、放電抵抗６と冷却器３との間の距離を最も短くすることができる。そのため、放電抵抗６を冷却しやすくなり、放電抵抗６から発生した抵抗熱が制御回路基板４に与える影響をより小さくすることができる。
【００５２】
また、本例では図９に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に、放電抵抗６の一部が、導入パイプ１１と重なるよう構成されている。
このようにすると、放電抵抗６を効果的に冷却することが可能になる。すなわち、冷媒１３は、導入パイプ１１を通って冷却器３内に導入され、半導体モジュール２と熱交換を行って温度が上昇した後、導出パイプ１２を通って冷却器３外へ導出される。そのため、冷媒１３の温度は導入パイプ１１において最も低くなり、導出パイプ１２において最も高くなる。したがって、Ｚ方向から見た場合に、放電抵抗６の少なくとも一部が導入パイプ１１と重なるように構成すれば、冷媒１３の温度が最も低い部分（導入パイプ１１）に放電抵抗６を接近配置することができ、放電抵抗６を効果的に冷却することが可能になる。
【００５３】
また、図１〜図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は上記積層体１０を有する。制御回路基板４は、Ｘ方向とＹ方向の双方に平行になるように配置されている。
例えば図１１に示すごとく、積層体１０を構成せず、冷却器３と半導体モジュール２と制御回路基板４とを、Ｚ方向に重ねる構造にしてもよいが、この場合は、冷却器３と制御回路基板４との間に半導体モジュール２が介在するため、制御回路基板４を冷却器３に接近させにくくなる。そのため、制御回路基板４に取り付けた放電抵抗６を冷却器３に接近させにくくなり、放電抵抗６の冷却効果を充分に高めることができない場合がある。
しかしながら、本例のようにすれば、制御回路基板４と冷却器３との間に半導体モジュール２が介在しないため、制御回路基板４を冷却器３に接近させることができる。そのため、制御回路基板４に取り付けた放電抵抗６を冷却器３に接近でき、放電抵抗６の冷却効率を高めることが可能になる。
【００５４】
また、図１、図９に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に、放電抵抗６は、複数の冷媒流路３０のうち、Ｘ方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路３０ａと重なるよう構成されている。
端部冷媒流路３０ａは、Ｘ方向における一方の面のみが半導体モジュール２に接しているため、両面が半導体モジュール２に接している冷媒流路３０と比べて、半導体モジュール２による熱の影響を受けにくく、冷媒１３の温度が上昇しにくい。そのため、この端部冷媒流路３０ａに近い位置に放電抵抗６を配置することにより、放電抵抗６をより効果的に冷却することが可能になる。
【００５５】
以上のごとく、本発明によれば、制御回路基板の誤動作を防止しやすく、かつ故障しにくい電力変換装置を提供することができる。
【００５６】
なお、本例では、冷媒流路３０を内部に有する複数の冷却管３１と、複数の半導体モジュール２とを積層して積層体１０を構成したが、図１０に示すごとく、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２の本体部２０と枠部２８とを一体に備えた冷却器一体型半導体モジュール２９を積層することにより、半導体モジュール２と冷媒流路３０とが積層される構造にしてもよい。冷却器一体型半導体モジュール２９の枠部２８は、本体部２０よりもＸ方向における幅が大きい。また、枠部２８と本体部２０との間には空間が設けられている。この空間が、冷媒流路３０となる。
【００５７】
（実施例２）
本例は、冷却器３の構成を変更した例である。図１１、図１２に示すごとく、本例の冷却器３は直方体を呈しており、その主面３０５に複数の半導体モジュール２を配置してある。半導体モジュール２の制御端子２１の先端は、主面３０５の法線方向（Ｚ方向）に折り曲げられている。そして、この制御端子２１に制御回路基板４が接続している。Ｚ方向における、制御回路基板４と冷却器３の間に、半導体モジュール２が位置している。制御回路基板４の両主面４０８，４０９のうち、冷却器３側の主面４０８には、放電抵抗６が取り付けられている。
【００５８】
また、冷却器３の、半導体モジュール２を配置した主面３０５とは反対側の主面３０６には、コンデンサ５が設けられている。コンデンサ５と放電抵抗６は、ワイヤ５５によって電気的に接続されている。
【００５９】
冷却器３には、導入パイプ１１と導出パイプ１２とが取り付けられている。導入パイプ１１から冷媒１３を冷却器３内に導入し、導出パイプ１２から冷媒１３を導出することにより、半導体モジュール２とコンデンサ５とを冷却するようになっている。また、コンデンサ５と、冷却器３と、半導体モジュール２と、制御回路基板４とは、収納ケース７内に収納されている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
【符号の説明】
【００６０】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２１ 制御端子
２２ パワー端子
３ 冷却器
３０ 冷媒流路
４ 制御回路基板
５ 平滑コンデンサ
６ 放電抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵した本体部を有し、該本体部から制御端子およびパワー端子がそれぞれ突出した複数の半導体モジュールと、
上記半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュールに加わる直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
上記半導体モジュールのオンオフ動作を制御する制御回路基板と、
上記制御回路基板に配置され、上記平滑コンデンサに並列接続される放電抵抗とを備え、
上記制御回路基板は、上記半導体モジュールのオンオフ動作のタイミングを制御するタイミング制御部と、上記制御端子が接続され、該制御端子に印加する電圧を制御するドライブ回路部と、上記制御回路基板に入力された入力電圧を変圧し上記タイミング制御部用の動作電圧および上記ドライブ回路部用の動作電圧を発生する電源回路部とを備え、
上記タイミング制御部および上記電源回路部の少なくとも一方と、上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、タイミング制御部と上記放電抵抗との間および、上記電源回路部と上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、上記タイミング制御部はマイコンを有し、該マイコンと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記電源回路部は電解コンデンサを有し、該電解コンデンサと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記放電抵抗は、上記制御回路基板の両主面のうち、上記冷却器に近い側の主面に取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記冷却器と重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の電力変換装置において、上記冷却器は、上記半導体モジュールを冷却する冷媒を導入するための導入パイプと、上記冷媒を導出するための導出パイプとを備え、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記導入パイプと重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体を有し、上記複数の冷媒流路によって上記冷却器が構成されており、上記制御回路基板は、上記積層体の積層方向と、上記冷媒流路の長手方向との双方に平行になるように配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗は、上記複数の冷媒流路のうち、上記積層方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路と重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
半導体素子を内蔵した本体部を有し、該本体部から制御端子およびパワー端子がそれぞれ突出した複数の半導体モジュールと、
上記半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュールに加わる直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
上記半導体モジュールのオンオフ動作を制御する制御回路基板と、
上記制御回路基板に配置され、上記平滑コンデンサに並列接続される放電抵抗とを備え、
上記制御回路基板は、上記半導体モジュールのオンオフ動作のタイミングを制御するタイミング制御部と、上記制御端子が接続され、該制御端子に印加する電圧を制御するドライブ回路部と、上記制御回路基板に入力された入力電圧を変圧し上記タイミング制御部用の動作電圧および上記ドライブ回路部用の動作電圧を発生する電源回路部とを備え、
上記タイミング制御部および上記電源回路部の少なくとも一方と、上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、タイミング制御部と上記放電抵抗との間および、上記電源回路部と上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、上記タイミング制御部はマイコンを有し、該マイコンと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記電源回路部は電解コンデンサを有し、該電解コンデンサと上記放電抵抗との間に上記ドライブ回路部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記放電抵抗は、上記制御回路基板の両主面のうち、上記冷却器に近い側の主面に取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記冷却器と重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の電力変換装置において、上記冷却器は、上記半導体モジュールを冷却する冷媒を導入するための導入パイプと、上記冷媒を導出するための導出パイプとを備え、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が、上記導入パイプと重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体を有し、上記複数の冷媒流路によって上記冷却器が構成されており、上記制御回路基板は、上記積層体の積層方向と、上記冷媒流路の長手方向との双方に平行になるように配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、上記制御回路基板の板厚方向から見た場合に、上記放電抵抗は、上記複数の冷媒流路のうち、上記積層方向における一方の端部に位置する端部冷媒流路と重なるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６６３１６（Ｐ２０１３−６６３１６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３９７５（Ｐ２０１１−２０３９７５）
【出願日】平成２３年９月１９日（２０１１．９．１９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１９日（２０１１．９．１９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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