JP2019017231A

JP2019017231A - 電子機器

Info

Publication number: JP2019017231A
Application number: JP2017135150A
Authority: JP
Inventors: 友一五十嵐; Yuichi Igarashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-01-31
Also published as: CN109245508B; CN109245508A; US10784774B2; US20190020265A1

Abstract

【課題】スナバ回路におけるコンデンサの実装面積の増加を極力抑えつつ、このコンデンサの容量を効率的に増加可能にする。【解決手段】電力変換部４と、電力変換部４の一次側部位としての電力ラインＬ２に配設されて電流Ｉ１を検出する電流検出部７と、電力変換部４の二次側部位としての電力ラインＬ２に配設されて電流Ｉ２を検出する電流検出部８と、コンデンサを含んで構成されると共に電流検出部７の両端７ａ，７ｂ間に並列に直接接続されたスナバ回路９と、コンデンサを含んで構成されると共に電流検出部８の両端８ａ，８ｂ間に並列に直接接続されたスナバ回路１０とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換部と、この電力変換部の一次側部位および二次側部位の少なくとも一方の部位に配設されてこの一方の部位に流れる電流を検出する電流検出部とを備えている電子機器に関するものである。

この種の電子機器として、下記の特許文献１において開示されたモータ駆動装置が知られている。このモータ駆動装置は、交流電源を入力とする整流回路と、整流回路の出力端子間に接続された第１コンデンサ（平滑用コンデンサ）と、第１コンデンサと並列に接続された電力変換部としての３相インバータとを備え、３相インバータの出力をモータに供給可能に構成されている。さらに、このモータ駆動装置は、３相インバータの入力側に並列に接続された第２コンデンサと、第１コンデンサと第２コンデンサとの間に接続された電流検出器と、電流検出器よりも電源側（整流回路側）に第１コンデンサと並列に接続されたスナバ回路（抵抗と第３コンデンサとの直列接続回路）とを備えている。

このモータ駆動装置では、上記したようにスナバ回路が設けられているため、スナバ回路が設けられていない構成とは異なり、３相インバータのスイッチング時に整流回路の出力と３相インバータの入力との間（ＤＣリンク）に流れる電流に生じる過渡状態を著しく短くすることができるため、ＤＣリンクに流れる電流について測定し得ない期間（この過渡状態の収束までの待ち時間）を大幅に短くすることが可能となっている。

特開２０１０−１７０８０号公報（第４−５頁、第１−４図）

ところで、上記の電子機器としてのモータ駆動装置では、スナバ回路の機能を高めるためにスナバ回路を構成するコンデンサ（第３コンデンサ）の容量を増やそうとしたときには、この既存の第３コンデンサと同等の耐圧（整流回路からＤＣリンクに供給される直流電圧を超える耐圧）であって、この第３コンデンサよりも大容量のコンデンサを第３コンデンサに代えて使用するか、または第３コンデンサと同等の耐圧のコンデンサを第３コンデンサに並列接続して使用する必要がある。

しかしながら、コンデンサには、一般的に、同一耐圧のときには、容量が大きくなるに従い外形寸法が大きくなるという傾向があるため、上記のモータ駆動装置には、上記のいずれの場合（既存のコンデンサをより容量の大きな別のコンデンサに代える場合や、既存のコンデンサにさらにコンデンサを並列接続する場合のいずれ）においても、ＤＣリンクに配設されるコンデンサの実装面積の増加が避けられないという課題が生じる。また、コンデンサには、一般的に、外形寸法が同じときには、耐圧が低くなるに従い容量を大きくすることができるという傾向や、容量が同じときには、耐圧が低くなるに従い外形寸法を小さくすることができるという傾向もある。このため、上記のモータ駆動装置には、外形寸法が同じでも大容量化が可能な低耐圧（整流回路から供給される直流電圧よりも低い耐圧）のコンデンサの使用が難しいことから、整流回路からの直流電圧が直接印加されている上記のスナバ回路のコンデンサの容量を増加させる手段しか選択肢がない結果、実装面積の増加を極力抑えつつ、スナバ回路のコンデンサの容量を効率的に増加させることが難しいという課題も生じる。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、スナバ回路におけるコンデンサの実装面積の増加を極力抑えつつ、このコンデンサの容量を効率的に増加させ得る電子機器を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る電子機器は、電力変換部と、当該電力変換部の一次側部位および二次側部位の少なくとも一方の部位に配設されて当該少なくとも一方の部位に流れる電流を検出する電流検出部とを備えている電子機器であって、前記電流検出部の両端間にコンデンサを含むスナバ回路が並列に直接接続されている。

この電子機器によれば、両端間に生じる電圧降下が極めて低電圧となる電流検出部のこの両端間にコンデンサを含むスナバ回路が並列に直接接続される構成のため、電流検出部の両端間に存在するインダクタンス成分に起因して上記した少なくとも一方の部位に流れる電流に発生する虞のある過渡状態をスナバ回路で十分に抑制することができる。また、低耐圧のコンデンサをコンデンサとしてスナバ回路に使用することが可能となり、またコンデンサ一般の傾向として容量が同じときには、耐圧が低くなるに従い外形寸法を小さくできるため、必要な容量を確保した上でスナバ回路のコンデンサの外形寸法を大幅に小型化することができる結果、コンデンサの実装面積を大幅に低減することができる。また、コンデンサ一般の他の傾向として外形寸法が同じときには、耐圧が低くなるに従い容量を大きくすることができるため、スナバ回路におけるコンデンサの実装面積の増加を極力抑えつつ、このコンデンサの容量を効率的に増加させることもできる。

また、本発明に係る電子機器は、前記スナバ回路は、コンデンサおよび抵抗の直列回路で構成されている。この電子機器によれば、上記した少なくとも一方の部位に流れる電流に発生する虞のある過渡状態での振幅を急速に減衰させることができるため、過渡状態の発生時間を大幅に短縮することができる。

また、本発明に係る電子機器は、前記コンデンサは、高誘電率系積層セラミックコンデンサである。この電子機器によれば、印加される直流電圧の上昇に伴い、静電容量値が徐々に低下するという直流バイアス特性を有する高誘電率系積層セラミックコンデンサをスナバ回路に使用した場合でも、印加される直流電圧の低い領域、つまり静電容量値の大きい領域でこのコンデンサを使用することができる。

また、本発明に係る電子機器は、前記電流検出部は、前記少なくとも一方の部位に配設された平滑用コンデンサと前記電力変換部との間に配設され、前記スナバ回路は、前記電流検出部に並列に直接接続されている。この電子機器によれば、電子機器の一次側部位および二次側部位の少なくとも一方の部位の適切な位置に、電流検出部とスナバ回路が並列に直接接続されているので、電流検出部の両端間に存在するインダクタンス成分に起因して流れる電流に発生する虞のある過渡状態を、より効果的に十分に抑制することができる。

本発明の電子機器によれば、両端間に生じる電圧降下が極めて低電圧となる電流検出部のこの両端間にコンデンサを含むスナバ回路が並列に直接接続される構成のため、低耐圧のコンデンサをスナバ回路に使用することができるため、スナバ回路におけるコンデンサの実装面積の増加を極力抑えつつ、このコンデンサの容量を効率的に増加させることができる。

電子機器１の構成を示すブロック図である。スナバ回路９（１０）の一例についての回路図である。スナバ回路９（１０）の他の例についての回路図である。

以下、電子機器の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

まず、電子機器の一例としての電子機器１の構成について図１を参照して説明する。電子機器１は、一例として、一対の入力端子２ａ，２ｂ、入力平滑用コンデンサ３、電力変換部４、出力平滑用コンデンサ５、一対の出力端子６ａ，６ｂ、第１電流検出部７、第２電流検出部８、第１スナバ回路９および第２スナバ回路１０を備え、入力平滑用コンデンサ３の両端間電圧Ｖ１を電力変換部４で出力電圧Ｖ２に変換して一対の出力端子６ａ，６ｂから負荷ＬＤに出力可能に構成されている。

一例として、一対の入力端子２ａ，２ｂには、交流電源５１から出力される交流電圧を整流（全波整流または半波整流）して出力する整流回路５２が接続されている。入力平滑用コンデンサ３（以下、単に平滑コンデンサ３ともいう）は、電力変換部４の後述する一次側部位に配設された平滑用コンデンサであって、例えば、容量値が大きく、かつ高耐圧なものが容易に入手可能な電解コンデンサで構成されて、入力端子２ａ，２ｂ間に接続されている。この構成により、平滑コンデンサ３は、整流回路５２から出力される直流電圧（脈流電圧）を平滑する。これにより、平滑コンデンサ３の両端間電圧Ｖ１は、リップル成分が重畳した直流電圧として、一対の入力電力ラインＬ１，Ｌ２（以下、単に電力ラインＬ１，Ｌ２ともいう）を介して電力変換部４に出力される。

電力変換部４は、一例として、スイッチ部２１および整流部２２を備え、入力電力ラインＬ１，Ｌ２を介して入力端子４ａ，４ｂ間に入力される両端間電圧Ｖ１を直流電圧Ｖ３に変換して出力端子４ｃ，４ｄ間から出力する。本例では一例として、入力端子２ａと入力端子４ａとが一方の電力ラインＬ１で接続され、入力端子２ｂと入力端子４ｂとが他方の電力ラインＬ２（第１電流検出部７と第１スナバ回路９の並列回路が配設された電力ラインＬ２）で接続されている。スイッチ部２１は、不図示の制御回路から供給される駆動信号に基づいてオン・オフ動作する１または２以上の不図示のスイッチング素子を備えて、入力端子４ａ，４ｂ間に入力される両端間電圧Ｖ１をスイッチングすることにより、交流パルス電圧を出力するインバータとして構成されている。整流部２２は、例えば１または２以上の不図示のダイオードなどの整流素子を備えて構成されて、スイッチ部２１から出力される交流パルス電圧を整流することにより、直流電圧Ｖ３を生成して出力端子４ｃ，４ｄ間から出力する。この直流電圧Ｖ３は、一対の出力電力ラインＬ３，Ｌ４（以下、単に電力ラインＬ３，Ｌ４ともいう）を介して一対の出力端子６ａ，６ｂに供給される。本例では一例として、出力端子４ｃと出力端子６ａとが一方の電力ラインＬ３で接続され、出力端子４ｄと出力端子６ｂとが他方の電力ラインＬ４（第２電流検出部８と第２スナバ回路１０の並列回路が配設された電力ラインＬ４）で接続されている。

出力平滑用コンデンサ５（以下、単に「平滑コンデンサ５」ともいう）は、電力変換部４の後述する二次側部位に配設された平滑用コンデンサであって、例えば、容量値が大きく、かつ高耐圧なものが容易に入手可能な電解コンデンサで構成されて、出力端子６ａ，６ｂ間に接続されている。この構成により、平滑コンデンサ５は、電力変換部４の整流部２２から出力される直流電圧（パルス電圧）を平滑する。これにより、出力電圧Ｖ２は、リップル成分が重畳した直流電圧として出力端子６ａ，６ｂ間から出力される。

第１電流検出部７（以下、単に電流検出部７ともいう）は、電力ラインＬ１，Ｌ２のいずれか一方（つまり、電力変換部４の一次側部位）に配設されて（本例では一例として、両端間電圧Ｖ１の基準電位側に位置する電力ラインＬ２に配設されているが、電力ラインＬ１に配設してもよい）、電力変換部４に入力される電流（入力電流）Ｉ１を検出すると共に、この電流Ｉ１の電流値に比例して電圧値が変化する不図示の検出信号を生成して、上記した不図示の制御回路に出力する。

第２電流検出部８（以下、単に電流検出部８ともいう）は、電力ラインＬ３，Ｌ４のいずれか一方（つまり、電力変換部４の二次側部位）に配設されて（本例では一例として、出力電圧Ｖ２の基準電位側に位置する電力ラインＬ４に配設されているが、電力ラインＬ３に配設してもよい）、電力変換部４から出力される電流（出力電流）Ｉ２を検出すると共に、この電流Ｉ２の電流値に比例して電圧値が変化する不図示の検出信号を生成して、上記した不図示の制御回路に出力する。また、本例では各電流検出部７，８は、各電力ラインＬ２，Ｌ４に配設された一次巻線に生じる電圧降下が極めて低電圧となるＣＴ（カレントトランス）で構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、各電流検出部７，８は、ＣＴに代えて、電流Ｉ１や電流Ｉ２が流れたときに生じる電圧降下が、両端間電圧Ｖ１や出力電圧Ｖ２に対して無視し得る電圧値となるような低抵抗値の抵抗器（いわゆるシャント抵抗）で構成することもできる。

なお、制御回路は、電流検出部７，８から出力される各検出信号、不図示の電圧検出部を介して検出される両端間電圧Ｖ１の電圧値を示す検出信号、および不図示の電圧検出部を介して検出される出力電圧Ｖ２の電圧値を示す検出信号に基づいて、電力変換部４の上記のスイッチ素子に供給する駆動信号のパルス幅などを制御することにより、出力電圧Ｖ２の電圧値や電流Ｉ２の電流値を制御する。

第１スナバ回路９（以下、単にスナバ回路９ともいう）は、電流検出部７の両端（電力ラインＬ２に接続されている各端部７ａ，７ｂ）間に並列に接続されている。具体的には、スナバ回路９は、その一端９ａが電流検出部７の一端７ａに直接接続され、かつその他端９ｂが電流検出部７の他端７ｂに直接接続されることにより、電流検出部７に並列に接続されている。

第２スナバ回路１０（以下、単にスナバ回路１０ともいう）は、電流検出部８の両端（電力ラインＬ４に接続されている各端部８ａ，８ｂ）間に並列に接続されている。具体的には、スナバ回路１０は、その一端１０ａが電流検出部８の一端８ａに直接接続され、かつその他端１０ｂが電流検出部８の他端８ｂに直接接続されることにより、電流検出部８に並列に接続されている。

具体的には、各スナバ回路９，１０は、図２に示すようなコンデンサ３１のみで構成されたＣスナバ回路、および図３に示すようなコンデンサ３１および抵抗３２の直列回路で構成されたＲＣスナバ回路のうちのいずれか一方のスナバ回路（つまり、コンデンサを含むスナバ回路）として構成されている。この場合、スナバ回路９，１０は、双方とも図２に示す構成のスナバ回路（Ｃスナバ回路）で構成されていてもよいし、双方とも図３に示す構成のスナバ回路（ＲＣスナバ回路）で構成されていてもよいし、さらには互いに異なる構成のスナバ回路（一方がＣスナバ回路で、他方がＲＣスナバ回路）で構成されていてもよい。

また、各スナバ回路９，１０は、上記したＣスナバ回路およびＲＣスナバ回路のいずれで構成されていた場合においても、背景技術で説明した電子機器（モータ駆動装置）と同じ構成で配設されているとき（スナバ回路９については平滑コンデンサ３と並列に接続されているとき、スナバ回路１０については平滑コンデンサ５と並列に接続されているとき）と同等以上の機能を発揮することが確認されている。その理由としては、電力変換部４のスイッチ部２１による両端間電圧Ｖ１のスイッチングに起因して発生する電力変換部４の一次側部位（平滑コンデンサ３が配設されているＤＣリンク）に流れる電流Ｉ１での過渡状態は、種々の要因に基づいて発生するが、その主たる要因が電流検出部７の両端７ａ，７ｂ間に存在するインダクタンス成分（電流検出部が抵抗器で構成されているときにもこのインダクタンス成分は存在する）である。同様にして、電力変換部４の二次側部位（平滑コンデンサ５が配設されているＤＣリンク）に流れる電流Ｉ２での過渡状態もまた、種々の要因に基づいて発生するが、その主たる要因が電流検出部８の両端８ａ，８ｂ間に存在するインダクタンス成分である。したがって、スナバ回路９，１０は、いずれも電流に発生しようとする過渡状態の主たる要因となる電流検出部７，８に並列に直接接続されて、最短の電流ループ（つまり、等価直列インピーダンスの極めて小さい電流ループ）でこの過渡状態の発生を十分に抑制できるからである。

また、上記したように、スナバ回路９は、生じる電圧降下が極めて低電圧となる電流検出部７の両端７ａ，７ｂ間に並列に接続され、またスナバ回路１０も、生じる電圧降下が極めて低電圧となる電流検出部８の両端８ａ，８ｂ間に並列に接続されている。このため、各スナバ回路９，１０が上記のＣスナバ回路およびＲＣスナバ回路のいずれで構成されていたとしても、含まれるコンデンサ３１には、両端間電圧Ｖ１や出力電圧Ｖ２と比較して極めて低い耐圧のコンデンサを使用することが可能となる。したがって、スナバ回路９が、仮に、背景技術で説明した電子機器の場合のように、平滑コンデンサ３に並列に接続されている構成と比較して、この電子機器１では、より低耐圧のコンデンサ３１を使用することができる分だけ、コンデンサ３１の容量を同じに揃えたときの外形寸法を大幅に小型化することが可能となっている。また、スナバ回路１０についても、同様にして、外形寸法が大幅に小型なコンデンサ３１で構成することが可能となっている。また、背景技術で説明した電子機器と比較して、スナバ回路９，１０を配置するための基板レイアウトが容易になる。

このように、この電子機器１によれば、電力変換部４の一次側部位としての電力ラインＬ１，Ｌ２のいずれか一方（本例では電力ラインＬ２）に配設されて両端７ａ，７ｂ間に生じる電圧降下が極めて低電圧となる電流検出部７のこの両端７ａ，７ｂ間にコンデンサ３１を含むスナバ回路９が並列に直接接続されると共に、電力変換部４の二次側部位としての電力ラインＬ３，Ｌ４のいずれか一方（本例では電力ラインＬ４）に配設されて両端間８ａ，８ｂ間に生じる電圧降下が極めて低電圧となる電流検出部８のこの両端間８ａ，８ｂ間にコンデンサ３１を含むスナバ回路１０が並列に直接接続されているため、電流検出部７の両端７ａ，７ｂ間に存在するインダクタンス成分に起因して電流Ｉ１に発生する虞のある過渡状態をスナバ回路９で十分に抑制すると共に、電流検出部８の両端８ａ，８ｂ間に存在するインダクタンス成分に起因して電流Ｉ２に発生する虞のある過渡状態をスナバ回路１０で十分に抑制することができる。

また、この電子機器１によれば、低耐圧のコンデンサをコンデンサ３１として各スナバ回路９，１０に使用することが可能となるため、この電子機器１のように電力変換部４の一次側部位に配設するスナバ回路をスナバ回路９だけで構成し、かつ電力変換部４の二次側部位に配設するスナバ回路をスナバ回路１０だけで構成するときには、電子機器１に含まれるスナバ回路９，１０のコンデンサ３１を全て低耐圧のコンデンサで構成でき、またコンデンサ一般の傾向として容量が同じときには、耐圧が低くなるに従い外形寸法を小さくできるため、必要な容量を確保した上でコンデンサ３１の外形寸法を大幅に小型化することができる結果、コンデンサ３１の実装面積を大幅に低減することができる。また、コンデンサ一般の他の傾向として外形寸法が同じときには、耐圧が低くなるに従い容量を大きくすることができるため、スナバ回路９，１０におけるコンデンサ３１の実装面積の増加を極力抑えつつ、このコンデンサ３１の容量を効率的に増加させることもできる。

また、この電子機器１によれば、図３に示される構成（コンデンサ３１および抵抗３２の直列回路で構成されたＲＣスナバ回路）をスナバ回路９，１０に採用することで、スナバ回路９，１０全体としての実装面積を最も少なくし得る図２に示される構成よりも抵抗３２の分だけ実装面積が増加することになるものの、電流Ｉ１や電流Ｉ２に低振幅の過渡状態が発生した場合でのこの振幅を急速に減衰させることができるため、過渡状態の発生時間を大幅に短縮することができる。

なお、上記の電子機器１では、電力変換部４の一次側部位や二次側部位に配設するスナバ回路を、電流検出部７に並列に直接接続されたスナバ回路９、および電流検出部８に並列に直接接続されたスナバ回路１０だけとする構成を採用しているが、電力変換部４の一次側部位や二次側部位に配設するスナバ回路はこの構成に限定されるものではない。例えば、図示はしないが、電子機器１では、背景技術で説明した電気機器（モータ駆動装置）のように平滑コンデンサ３に並列に接続されたスナバ回路を備えた構成を採用しつつ、一次側部位でのスナバ回路全体のコンデンサの容量を増加させるために、電流検出部７の両端７ａ，７ｂ間にスナバ回路９を並列接続する構成とすることもできる。また、図示はしないが、電子機器１では、この一次側部位でのスナバ回路の構成を二次側部位にも適用して、つまり、平滑コンデンサ５に並列に接続されたスナバ回路を備えた構成を採用しつつ、二次側部位でのスナバ回路全体のコンデンサの容量を増加させるために、電流検出部８の両端８ａ，８ｂ間にスナバ回路１０を並列接続する構成とすることもできる。

この構成の電子機器１では、スナバ回路全体のコンデンサの容量を増加させることで、電力変換部４の一次側部位や二次側部位に流れる電流Ｉ１や電流Ｉ２に発生する虞のある過渡状態をスナバ回路全体でより一層抑制しつつ、スナバ回路全体のコンデンサの実装面積の増加（スナバ回路９，１０のコンデンサ３１による実装面積の増加）を、低耐圧のコンデンサ（同じ容量でも外形寸法が小さなコンデンサ）の使用によって極力抑えることができる。つまり、スナバ回路全体のコンデンサの実装面積の増加を極力抑えつつ、スナバ回路全体のコンデンサの容量を効率的に増加させることができる。

また、上記の電子機器１では、電力変換部４の一次側部位に電流検出部７を配設すると共に、電力変換部４の二次側部位に電流検出部８を配設する構成のため、電流検出部７にスナバ回路９が並列接続され、かつ電流検出部８にスナバ回路１０が並列接続されているが、制御回路のスイッチ部２１に対する制御方法によっては、電子機器１が、電力変換部４の一次側部位にのみ電流検出部７が配設されて、二次側部位には電流検出部は配設されない構成や、逆に、電力変換部４の一次側部位には電流検出部は配設されずに、二次側部位にのみ電流検出部８が配設される構成を採用する場合がある。この構成の電子機器１では、電力変換部４の一次側部位および二次側部位のうちの電流検出部が配設されている一方の部位にのみスナバ回路を配設する構成を採用することができる。

また、スナバ回路９やスナバ回路１０のコンデンサ３１として、高誘電率系積層セラミックコンデンサ（印加される直流電圧の上昇に伴い、静電容量値が徐々に低下するという直流バイアス特性を有するコンデンサ）を使用する場合には、印加される直流電圧の低い領域（つまり、静電容量値の大きい領域）で使用することができるため、上記の電子機器１での構成（スナバ回路を電流検出部に並列接続する構成）はより好ましい。

１電子機器
４電力変換部
７，８電流検出部
９，１０スナバ回路
３１コンデンサ
３２抵抗
Ｉ１，Ｉ２電流
Ｌ１，Ｌ２電力ライン（一次側部位）
Ｌ３，Ｌ４電力ライン（二次側部位）

Claims

電力変換部と、当該電力変換部の一次側部位および二次側部位の少なくとも一方の部位に配設されて当該少なくとも一方の部位に流れる電流を検出する電流検出部とを備えている電子機器であって、
前記電流検出部の両端間にコンデンサを含むスナバ回路が並列に直接接続されている電子機器。
前記スナバ回路は、コンデンサおよび抵抗の直列回路で構成されている請求項１記載の電子機器。
前記コンデンサは、高誘電率系積層セラミックコンデンサである請求項１または２記載の電子機器。
前記電流検出部は、前記少なくとも一方の部位に配設された平滑用コンデンサと前記電力変換部との間に配設され、
前記スナバ回路は、前記電流検出部に並列に直接接続されている請求項１から３のいずれかに記載の電子機器。