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公開番号2025033626
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023139468
出願日2023-08-30
発明の名称電力変換装置
出願人ダイキン工業株式会社
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250306BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力変換装置の省スペース化を図る。
【解決手段】交流電源(1)から出力される交流を直流に変換するコンバータ回路(20)と、複数の第1スイッチング素子(31a～36a)のスイッチング動作により、コンバータ回路(20)の出力を交流に変換して圧縮機(2)に供給するインバータ回路(30)と、インバータ回路(30)の入力ノード間に接続され、コンバータ回路(20)の出力電圧の脈動を許容するコンデンサ(41)を備えた電力変換装置(10)に、互いに直列に接続された第1抵抗(51)及び第2スイッチング素子(52)を有し、コンデンサ(41)と並列に接続された過電圧保護回路(50)と、第2スイッチング素子(52)を収容するパッケージ(90)とを設け、パッケージ(90)には、ヒートシンクを取り付けない。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流電源（1）から出力される交流を直流に変換するコンバータ回路（20）と、
複数の第１スイッチング素子（31a～36a）を有し、当該複数の第１スイッチング素子（31a～36a）のスイッチング動作により、上記コンバータ回路（20）の出力を交流に変換して負荷（2）に供給するインバータ回路（30）と、
上記インバータ回路（30）の入力ノード（30a,30b）間に接続され、上記コンバータ回路（20）の出力電圧の脈動を許容するコンデンサ（41）とを備えた電力変換装置であって、
互いに直列に接続された抵抗（51）及び第２スイッチング素子（52）を有し、上記コンデンサ（41）と並列に接続された過電圧保護回路（50）と、
上記第２スイッチング素子（52）を収容するパッケージ（90）とをさらに備え、
上記パッケージ（90）には、ヒートシンクが取り付けられていないことを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
上記パッケージ（90）には、端子（91）が接続され、
上記端子（91）は、基板（80）に接続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２に記載の電力変換装置において、
上記パッケージ（90）の第１方向の長さ（L1）が２７ｍｍ以下であり、上記パッケージ（90）の上記第１方向に対して垂直な第２方向の長さ（L2）が２１ｍｍ以下であり、かつ上記パッケージ（90）の上記第１方向及び上記第２方向に対して垂直な第３方向の長さ（L3）が５．５ｍｍ以下であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置において、
上記第２スイッチング素子（52）の電流容量は、上記第１スイッチング素子（31a～36a）の電流容量よりも大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、
上記第１スイッチング素子（31a～36a）、及び上記第２スイッチング素子（52）は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又は絶縁ゲート電界効果トランジスタであり、
オン状態での上記第２スイッチング素子（52）のゲートエミッタ間電圧、又はゲートソース間電圧の絶対値は、オン状態での上記第１スイッチング素子（31a～36a）のゲートエミッタ間電圧、又はゲートソース間電圧の絶対値よりも大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置において、
上記負荷（2）から上記インバータ回路（30）の入力側に電流が流れ込む期間において、上記コンデンサ（41）の電圧が所定の第１閾値（TH1）を超える場合に、上記第２スイッチング素子（52）をオンする制御部（70）を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、
上記負荷（2）から上記インバータ回路（30）の入力側に電流が流れ込む状態で上記制御部（70）が上記第２スイッチング素子（52）を最初にオンした直後に、上記第２スイッチング素子（52）を流れる電流が、上記負荷（2）から上記インバータ回路（30）の入力側に流れ込む電流と、上記交流電源（1）から上記コンバータ回路（20）の出力側に流れ込む電流との和よりも小さい状態となることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項６に記載の電力変換装置において、
上記制御部（70）は、上記コンデンサ（41）の電圧が上記第１閾値（TH1）を超える場合に、上記第２スイッチング素子（52）をオンし、上記コンデンサ（41）の電圧が上記第１閾値（TH1）以下である所定の第２閾値（TH2）以下である場合に、上記第２スイッチング素子（52）をオフし、
上記第２スイッチング素子（52）の平均損失をＰｏ、上記第２スイッチング素子（52）及び上記パッケージ（90）の間の熱抵抗をＲｔｈ、上記第２スイッチング素子（52）のジャンクション最大定格温度をＴｊ、上記複数の第１スイッチング素子（31a～36a）のスイッチング動作中における上記パッケージ（90）周辺の最高雰囲気温度をＴａ、上記第２スイッチング素子（52）に継続してオンオフ動作をさせる時間をｔ、上記パッケージ（90）の熱容量をＣｔｈとしたときに、
以下の式（１）及び式（２）が成り立つことを特徴とする電力変換装置。
Ｐｏ＊Ｒｔｈ＞Ｔｊ－Ｔａ・・・（１）
Ｔｊ－Ｔａ＞Ｐｏ＊Ｒｔｈ＊（１－ｅｘｐ[－ｔ／（Ｒｔｈ＊Ｃｔｈ）]）・・・（２）
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換装置において、
上記交流電源（1）と上記コンデンサ（41）との間には、リアクトル（42）が設けられ、
上記コンデンサ（41）の容量をＣ、上記インバータ回路（30）の入力ノード（30a,30b）間に印可可能な電圧の最大値をＶｃ１、上記スイッチング動作中の上記入力ノード（30a,30b）間のピーク電圧をＶｃ２、上記負荷（2）に蓄えられる最大の磁気エネルギーをＥｍ、上記リアクトル（42）に蓄えられる最大の磁気エネルギーをＥｒとした場合に、下式（３）が成り立つことを特徴とする電力変換装置。
Ｃ（Ｖｃ１
２
－Ｖｃ２
２
）／２＜Ｅｍ＋Ｅｒ・・・（３）
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置において、
上記交流電源（1）と上記コンデンサ（41）との間には、リアクトル（42）が設けられ、
上記コンデンサ（41）の容量をＣ、上記コンデンサ（41）の耐電圧をＶｃ１、上記スイッチング動作中の上記コンデンサ（41）のピーク電圧をＶｃ２、上記負荷（2）に蓄えられる最大の磁気エネルギーをＥｍ、上記リアクトル（42）に蓄えられる最大の磁気エネルギーをＥｒとした場合に、下式（４）が成り立つことを特徴とする電力変換装置。
Ｃ（Ｖｃ１
２
－Ｖｃ２
２
）／２＜Ｅｍ＋Ｅｒ・・・（４）
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、交流電源から出力される交流を変換する電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、交流電源から出力される交流を直流に変換するコンバータ回路と、複数の第１スイッチング素子を有し、当該複数の第１スイッチング素子のスイッチング動作により、上記コンバータ回路の出力を交流に変換して負荷に供給するインバータ回路と、上記インバータ回路の入力ノード間に接続され、上記コンバータ回路の出力電圧の脈動を許容する第１のコンデンサとを備えた電力変換装置が開示されている。この電力変換装置では、インバータ回路の入力ノード間に、ダイオード、抵抗、及び第２のコンデンサが直列に接続されている。インバータ回路のスイッチング動作の停止時に、負荷のインダクタンス成分に蓄えられた磁気エネルギーにより、負荷から第１及び第２のコンデンサに電流が流れ込むようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００５－２０８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、第１のコンデンサのサイズ及び容量を小さくしても、当該第１のコンデンサを過電圧から保護するために、第２のコンデンサのサイズ及び容量を大きくする必要が生じる。したがって、省スペース化を実現できない。
【０００５】
本開示の目的は、電力変換装置の省スペース化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様は、交流電源（1）から出力される交流を直流に変換するコンバータ回路（20）と、複数の第１スイッチング素子（31a～36a）を有し、当該複数の第１スイッチング素子（31a～36a）のスイッチング動作により、上記コンバータ回路（20）の出力を交流に変換して負荷（2）に供給するインバータ回路（30）と、上記インバータ回路（30）の入力ノード（30a,30b）間に接続され、上記コンバータ回路（20）の出力電圧の脈動を許容するコンデンサ（41）とを備えた電力変換装置であって、互いに直列に接続された抵抗（51）及び第２スイッチング素子（52）を有し、上記コンデンサ（41）と並列に接続された過電圧保護回路（50）と、上記第２スイッチング素子（52）を収容するパッケージ（90）とをさらに備え、上記パッケージ（90）には、ヒートシンクが取り付けられていないことを特徴とする。
【０００７】
第１の態様では、インバータ回路（30）のスイッチング動作停止時に、負荷（2）のインダクタンス成分に蓄えられた磁気エネルギーを、第２スイッチング素子（52）の制御によって抵抗（51）に消費させることで、コンデンサ（41）を過電圧から保護できる。したがって、磁気エネルギーを吸収させるためのコンデンサを過電圧保護回路（50）に別途設けなくてもよいので、省スペース化を実現できる。また、第２スイッチング素子（52）の制御によってエネルギーを抵抗（51）に急速に消費させることができるので、インバータ回路（30）のスイッチング動作停止時の第２スイッチング素子（52）の駆動時間を短縮し、第２スイッチング素子（52）の温度上昇を抑制できる。したがって、第２スイッチング素子（52）を収容するパッケージ（90）にヒートシンクを取り付けなくてもよく、省スペース化を実現できる。
【０００８】
本開示の第２の態様は、第１の態様において、上記パッケージ（90）には、端子（91）が接続され、上記端子（91）は、基板（80）に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
第２の態様では、パッケージ（90）にヒートシンクを取り付けていないので、取り付けた場合に比べ、パッケージ（90）を基板（80）のより小さいスペースに実装することが可能になる。
【００１０】
本開示の第３の態様は、第１又は第２の態様において、上記パッケージ（90）の第１方向の長さ（L1）が２７ｍｍ以下であり、上記パッケージ（90）の上記第１方向に対して垂直な第２方向の長さ（L2）が２１ｍｍ以下であり、かつ上記パッケージ（90）の上記第１方向及び上記第２方向に対して垂直な第３方向の長さ（L3）が５．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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