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公開番号2025144770
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2024044610
出願日2024-03-21
発明の名称マルチレベルインバータ
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/487 20070101AFI20250926BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング制御の実施に伴い発生するサージ電圧を低減することができるマルチレベルインバータを提供する。
【解決手段】3レベルインバータ30は、第1,第2コンデンサ21,22と、U,V,W相第1～第4スイッチSu1～Su4,Sv1～Sv4,Sw1～Sw4と、U,V,W相第1,第2ダイオードDu1,Du2,Dv1,Dv2,Dw1,Dw2とが実装された基板を備えている。基板は、各コンデンサ21,22、各スイッチSu1～Su4,Sv1～Sv4,Sw1～Sw4及び各ダイオードDu1,Du2,Dv1,Dv2,Dw1,Dw2が配置された配置面と、配置面とは異なる面であり、各コンデンサ21,22及び各ダイオードDu1,Du2,Dv1,Dv2,Dw1,Dw2を電気的に接続する各相第3配線43U,43V,43Wが形成された接続面とを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
直列接続された複数のコンデンサ部（２１，２２，１２１～１２４）と、
前記各コンデンサ部の直列接続体から出力可能な複数の電圧のうちいずれかの電圧を選択して出力すべく制御される複数のスイッチ部（Ｓｕ１～Ｓｕ８，Ｓｖ１～Ｓｖ４，Ｓｗ１～Ｓｗ４）と、
複数の前記電圧のうち中間レベルの電圧が選択された場合に前記スイッチ部に流れる電流を整流する複数の整流部（Ｄｕ１～Ｄｕ６，Ｄｖ１，Ｄｖ２，Ｄｗ１，Ｄｗ２）と、
を備えるマルチレベルインバータ（３０，１３０）において、
前記各コンデンサ部、前記各スイッチ部及び前記各整流部が実装された基板（５０，１５０，２５０，３５０）を備え、
前記基板は、板面として、
前記各コンデンサ部、前記各スイッチ部及び前記各整流部が配置された配置面と、
前記配置面とは異なる板面であり、前記各コンデンサ部及び前記各整流部を電気的に接続する接続配線（４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ，１４３Ｕ，１４６Ｕ，１４９Ｕ）が形成された接続面と、
を有する、マルチレベルインバータ。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
前記各スイッチ部は、直列接続され、
前記配置面において、前記各スイッチ部は、直列接続された順に並んで設けられている、請求項１に記載のマルチレベルインバータ。
【請求項３】
前記配置面において、前記各スイッチ部から、前記各スイッチ部が並ぶ方向である第１方向と直交する第２方向にずれた位置には、前記整流部が設けられており、
前記配置面において、前記各スイッチ部に対して、前記第２方向において前記整流部の設置位置とは反対側の位置には、前記各コンデンサ部が設けられている、請求項２に記載のマルチレベルインバータ。
【請求項４】
複数の前記スイッチ部として、第１スイッチ（Ｓｕ１，Ｓｖ１，Ｓｗ１）、第２スイッチ（Ｓｕ２，Ｓｖ２，Ｓｗ２）、第３スイッチ（Ｓｕ３，Ｓｖ３，Ｓｗ３）及び第４スイッチ（Ｓｕ４，Ｓｖ４，Ｓｗ４）が備えられ、
複数の前記整流部として、第１ダイオード（Ｄｕ１，Ｄｖ１，Ｄｗ１）及び第２ダイオード（Ｄｕ２，Ｄｖ２，Ｄｗ２）が備えられ、
複数の前記コンデンサ部として、直列接続された第１コンデンサ（２１）及び第２コンデンサ（２２）が備えられ、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチは、この順に直列接続されており、
前記配置面に形成された正極側配線（４０Ｈ）を介して、前記第１スイッチの高電位側端子が、前記第１コンデンサの第１端に接続され、
前記配置面に形成された負極側配線（４０Ｌ）を介して、前記第４スイッチの低電位側端子が、前記第２コンデンサの第２端に接続され、
前記配置面に形成された第１中間配線（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）を介して、前記第１スイッチの低電位側端子及び前記第２スイッチの高電位側端子が、前記第１ダイオードのカソードに接続され、
前記配置面に形成された第２中間配線（４２Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）を介して、前記第３スイッチの低電位側端子及び前記第４スイッチの高電位側端子が、前記第２ダイオードのアノードに接続され、
前記接続面に形成された前記接続配線（４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ）を介して、前記第１ダイオードのアノードと前記第２ダイオードのカソードとが、前記第１コンデンサの第２端及び前記第２コンデンサの第１端に接続されている、請求項３に記載のマルチレベルインバータ。
【請求項５】
前記配置面のうち、前記第１スイッチ及び前記第１コンデンサに対して前記第１方向において前記第２コンデンサとは反対側には、前記第２方向に延びる前記正極側配線が形成されており、
前記配置面のうち、前記第４スイッチ及び前記第２コンデンサに対して前記第１方向において前記第１コンデンサとは反対側には、前記第２方向に延びる負極側配線が形成されており、
前記配置面のうち、前記第１方向において前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間には、前記第２方向に延びる前記第１中間配線が形成されており、
前記配置面のうち、前記第１方向において前記第３スイッチと前記第４スイッチとの間には、前記第２方向に延びる前記第２中間配線が形成されており、
前記接続配線は、前記基板の板面の正面視において、前記正極側配線、前記負極側配線、前記第１中間配線及び第２中間配線それぞれの少なくとも一部に重複している、請求項４に記載のマルチレベルインバータ。
【請求項６】
前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードのそれぞれは、複数のダイオードの並列接続体で構成されており、
前記配置面において、前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードを構成する複数の前記ダイオードは、前記第１方向に並んで設けられており、
前記第１中間配線は、前記第１ダイオードの設置位置側において、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの設置位置側よりも前記第１方向に幅広く形成されており、
前記第２中間配線は、前記第２ダイオードの設置位置側において、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの設置位置側よりも前記第１方向に幅広く形成されている、請求項５に記載のマルチレベルインバータ。
【請求項７】
前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサのそれぞれは、複数のコンデンサの並列接続体で構成されており、
前記配置面において、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサを構成する複数の前記コンデンサは、前記第１方向に並んで設けられており、
前記配置面において、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサと前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードとの間に、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチが設けられており、
前記正極側配線は、前記第１コンデンサの設置位置側において、前記第１スイッチの設置位置側よりも前記第１方向に幅広く形成されており、
前記負極側配線は、前記第２コンデンサの設置位置側において、前記第４スイッチの設置位置側よりも前記第１方向に幅広く形成されている、請求項５に記載のマルチレベルインバータ。
【請求項８】
前記各スイッチ部のそれぞれは、複数のスイッチの並列接続体で構成されており、
前記配置面において、前記各スイッチ部を構成する複数の前記スイッチは、前記第２方向に並んで設けられている、請求項３～７のいずれか１項に記載のマルチレベルインバータ。
【請求項９】
前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ、前記第４スイッチ、前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードが設けられる前記配置面は、同一面である、請求項４～７のいずれか１項に記載のマルチレベルインバータ。
【請求項１０】
前記接続配線は、前記配置面に配置された前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ、前記第４スイッチ、前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードの設置位置が含まれるように、前記接続面に形成されたベタパターンである、請求項４～７のいずれか１項に記載のマルチレベルインバータ。
（【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、マルチレベルインバータに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、直流電力を交流電力に変換して出力するマルチレベルインバータが知られている。マルチレベルインバータは、多段階の電圧を出力すべく、オン又はオフに制御されるスイッチを備える。
【０００３】
スイッチのスイッチング制御が実施されることに伴い、インバータに流れる電流の電流経路が切り替えられる。この場合に、電流が変化する経路である転流経路のインダクタンスにより電圧が誘導され、サージ電圧が発生し得る。この点に鑑みて、例えば、転流経路の経路長が短くなるようにスイッチを配置し、サージ電圧の低減を図る技術がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－２４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチレベルインバータにおいて、スイッチング制御の実施に伴い発生するサージ電圧を低減することには、未だ改善の余地がある。
【０００６】
本開示の目的は、スイッチング制御の実施に伴い発生するサージ電圧を低減することができるマルチレベルインバータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、
直列接続された複数のコンデンサ部と、
前記各コンデンサ部の直列接続体から出力可能な複数の電圧のうちいずれかの電圧を選択して出力すべく制御される複数のスイッチ部と、
複数の前記電圧のうち中間レベルの電圧が選択された場合に前記スイッチ部に流れる電流を整流する複数の整流部と、
を備えるマルチレベルインバータにおいて、
前記各コンデンサ部、前記各スイッチ部及び前記各整流部が実装された基板を備え、
前記基板は、板面として、
前記各コンデンサ部、前記各スイッチ部及び前記各整流部が配置された配置面と、
前記配置面とは異なる板面であり、前記各コンデンサ部及び前記各整流部を電気的に接続する接続配線が形成された接続面と、
を有する。
【０００８】
マルチレベルインバータでは、スイッチ部のスイッチング制御が実施されることに伴い、電流が変化する転流経路が生じる。ここで、転流経路のループ面積が大きいことに起因して、転流経路のインダクタンスが大きくなることが懸念される。この場合に、転流経路のインダクタンスにより誘導される電圧が高くなり、サージ電圧が高くなることが懸念される。
【０００９】
ところで、マルチレベルインバータでは、各コンデンサ部の直列接続体から出力可能な複数の電圧のうち、中間レベルの電圧を選択して出力することが可能である。中間レベルの電圧を出力するようにスイッチング制御が実施された場合では、整流部及び接続配線を介して、スイッチ部とコンデンサ部との間に電流が流れる。このため、複数の電圧のうち、中間レベルの電圧が選択された状態と、中間レベル以外の電圧が選択された状態との間を切り替えるようにスイッチング制御が実施されると、接続配線に流れる電流が変化し得る。この場合に、接続配線を含む経路が転流経路となる。
【００１０】
そこで、本開示では、接続配線が形成された接続面が、各コンデンサ部、各スイッチ部及び各整流部の配置面とは異なる板面とされている。この場合、接続経路の配置の自由度が高められる。これにより、接続配線を含む転流経路のループ面積が小さくなるように、接続経路を配置することが可能となる。そのため、転流経路のインダクタンスを低減でき、スイッチング制御の実施に伴い発生するサージ電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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