JP6500512B2

JP6500512B2 - Power converter

Info

Publication number: JP6500512B2
Application number: JP2015044498A
Authority: JP
Inventors: 友洋海野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: JP2016165179A

Description

本発明は、電力変換器に関する。 The present invention relates to a power converter.

従来より、平滑コンデンサと、平滑コンデンサに蓄積した電荷を放電するための放電抵抗を備える電力変換器が知られている。下記非特許文献１の電力変換器は、放電抵抗用の専用スペースを設けて、放電抵抗を接合している。 2. Description of the Related Art A power converter is conventionally known that includes a smoothing capacitor and a discharge resistor for discharging the charge accumulated in the smoothing capacitor. The power converter of the following nonpatent literature 1 joins the discharge resistance, providing the exclusive space for discharge resistance.

Ｔ．Ａ．バーレス、外８名、”エバリュエーションオブザ２０１０トヨタプリウスハイブリッドシナジードライブシステム”、１０ページ、図２．６、［online］、平成２３年３月、アメリカ合衆国エネルギー省、［平成２６年１１月２８日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub26762.pdf）T. A. Burles, 8 others, “Evaluation of the 2010 Toyota Prius Hybrid Synergy Drive System”, page 10, Figure 2.6, [online], March 2011, US Department of Energy, [Nov. 28, 2014 Search], Internet (URL: http://info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub26762.pdf)

しかしながら、放電抵抗用の専用スペースを設けると電力変換器が大きくなるという問題がある。 However, providing a dedicated space for discharge resistance has a problem that the power converter becomes large.

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、放電抵抗用の専用スペースを設けることなく放電抵抗を接合した電力変換器を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a power converter in which discharge resistors are joined without providing a dedicated space for discharge resistors.

本発明の一態様に係る電力変換器は、電源の正極及び負極に接続される２つのバスバを備える。２つのバスバの何れか一方に放電抵抗を直接固定し、２つのバスバと放電抵抗とを端子を用いて電気的に接続する。
A power converter according to an aspect of the present invention includes two bus bars connected to a positive electrode and a negative electrode of a power supply. Two discharge resistor directly fixed to either of the bus bar are electrically connected with the terminals of the two bus bars and the discharge resistor.

本発明によれば、放電抵抗用の専用スペースが不要になり、電力変換器の小型化に寄与する。 According to the present invention, a dedicated space for a discharge resistor is not necessary, which contributes to downsizing of the power converter.

図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換器の構成を説明する概略図である。FIG. 1 is a schematic view illustrating the configuration of a power converter according to a first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る電力変換器の構成を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic view illustrating the configuration of a power converter according to a first modification of the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る電力変換器の構成を説明する概略図である。FIG. 3 is a schematic view illustrating the configuration of a power converter according to a second modification of the first embodiment of the present invention. 図４は、本発明の第１実施形態の変形例３に係る電力変換器の構成を説明する概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of a power converter according to a third modification of the first embodiment of the present invention. 図５は、本発明の第２実施形態に係る電力変換器の構成を説明する概略図である。FIG. 5 is a schematic view illustrating the configuration of a power converter according to a second embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

［第１実施形態］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る電力変換器１００の構成を説明する。
図１に示すように、電力変換器１００は、アルミニウム製の筐体２０で覆われ、筐体２０の内部に、半導体モジュール１０と、半導体モジュール１０の上部に設けられた駆動基板１１と、半導体モジュール１０を冷却するために半導体モジュール１０の下部に設けられた冷却器１２と、直流電源（図示せず）の直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ１５と、を有する。また、電力変換器１００は、半導体モジュール１０と平滑コンデンサ１５とを接続する正極側導電部材であるＰバスバ１３と、半導体モジュール１０と平滑コンデンサ１５とを接続する負極側導電部材であるＮバスバ１４と、を有する。 First Embodiment
The configuration of a power converter 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the power converter 100 is covered with a casing 20 made of aluminum, and the semiconductor module 10, the drive substrate 11 provided on the top of the semiconductor module 10 inside the casing 20, and the semiconductor A cooler 12 is provided below the semiconductor module 10 to cool the module 10, and a smoothing capacitor 15 for smoothing a direct current voltage of a direct current power supply (not shown). Power converter 100 further includes P bus bar 13 as a positive electrode side conductive member connecting semiconductor module 10 and smoothing capacitor 15, and N bus bar 14 as a negative electrode side conductive member connecting semiconductor module 10 and smoothing capacitor 15. And.

半導体モジュール１０は、図示は省略するが絶縁層上にヒートスプレッダ、半導体チップを積層したものであり、直流電力を交流電力に変換する。冷却器１２は、内部に冷却水流路を有しており、流入口１２ａから流出口１２ｂに向かって冷却水が流れて半導体モジュール１０から生じる熱を吸収する。 The semiconductor module 10 is a stack of a heat spreader and a semiconductor chip on an insulating layer (not shown), and converts DC power to AC power. The cooler 12 has a cooling water flow path inside, and the cooling water flows from the inlet 12 a to the outlet 12 b to absorb the heat generated from the semiconductor module 10.

Ｐバスバ１３上には放電抵抗１７が直接接合される。放電抵抗１７とＰバスバ１３は、Ｐ端子１８を用いて接合される。また、放電抵抗１７とＮバスバ１４は、Ｎ端子１９を用いて接合される。これにより、放電抵抗１７とＰバスバ１３及びＮバスバ１４が電気的に接続される。なお、Ｐバスバ１３と放電抵抗１７は、ボルトなどを用いて接合することができる。 The discharge resistor 17 is directly bonded on the P bus bar 13. The discharge resistor 17 and the P bus bar 13 are joined using the P terminal 18. In addition, the discharge resistor 17 and the N bus bar 14 are joined using the N terminal 19. Thus, the discharge resistor 17 is electrically connected to the P bus bar 13 and the N bus bar 14. The P bus bar 13 and the discharge resistor 17 can be joined using a bolt or the like.

放電抵抗１７は、平滑コンデンサ１５に蓄積した電荷を放電するための抵抗であり、例えばセメント抵抗である。また、放電抵抗１７はセメント抵抗に限らず、抵抗体薄膜によって形成してもよい。抵抗体薄膜は、Ｐバスバ１３上に絶縁材、ろう材、抵抗体薄膜を順に積層して形成することができる。 The discharge resistor 17 is a resistor for discharging the charge accumulated in the smoothing capacitor 15 and is, for example, a cement resistor. Further, the discharge resistance 17 is not limited to cement resistance, and may be formed of a resistor thin film. The resistor thin film can be formed by sequentially laminating an insulating material, a brazing material, and a resistor thin film on the P bus bar 13.

Ｐバスバ１３の一端は半導体モジュール１０にボルトなどを用いて固定される。同様に、Ｎバスバ１４の一端は半導体モジュール１０にボルトなどを用いて固定される。また、Ｐバスバ１３及びＮバスバ１４の他端と平滑コンデンサ１５は、熱伝導率の高い樹脂１６（例えば、エポキシ樹脂）を用いたポッティングにより固められ、筐体２０内に固定される。このとき、平滑コンデンサ１５のポッティング面は、冷却器１２の流入口１２ａ及び筐体２０に接するように固定される。 One end of the P bus bar 13 is fixed to the semiconductor module 10 using a bolt or the like. Similarly, one end of the N bus bar 14 is fixed to the semiconductor module 10 using a bolt or the like. Further, the other ends of the P bus bar 13 and the N bus bar 14 and the smoothing capacitor 15 are fixed by potting using a resin 16 having high thermal conductivity (for example, epoxy resin) and fixed in the housing 20. At this time, the potting surface of the smoothing capacitor 15 is fixed in contact with the inlet 12 a of the cooler 12 and the housing 20.

以上の構成を有する電力変換器１００によれば、以下の効果が得られる。 According to power converter 100 having the above configuration, the following effects can be obtained.

Ｐバスバ１３上に直接放電抵抗１７を接合するため、放電抵抗１７の専用スペースが不要となり、電力変換器１００の小型化に寄与する。 Since the discharge resistor 17 is directly joined onto the P bus bar 13, a dedicated space for the discharge resistor 17 is not required, which contributes to downsizing of the power converter 100.

また、従来技術のようにＰバスバ１３及びＮバスバ１４と放電抵抗１７を接続するハーネスが不要になるため、ハーネス分のコストを低減できる。また、予め放電抵抗１７をＰバスバ１３に接合しておけば、後から放電抵抗１７を接合する必要がなくなるため、生産性の向上に寄与しうる。なお、Ｐ端子１８とＰバスバ１３との接合及びＮ端子１９とＮバスバ１４との接合は、Ｐバスバ１３及びＮバスバ１４と平滑コンデンサ１５との接合と同じ工程で実施することができる。 Further, since the harness for connecting the P bus bar 13 and the N bus bar 14 and the discharge resistor 17 is not required as in the prior art, the cost for the harness can be reduced. Further, if the discharge resistor 17 is joined to the P bus bar 13 in advance, it is not necessary to join the discharge resistor 17 later, which can contribute to the improvement of productivity. The junction between the P terminal 18 and the P bus bar 13 and the junction between the N terminal 19 and the N bus bar 14 can be implemented in the same step as the junction between the P bus bar 13 and the N bus bar 14 and the smoothing capacitor 15.

また、電力変換器１００は、以下に説明する３つの放熱経路を有するため、放電抵抗１７の発熱を効果的に放熱できる。まず、第１の放熱経路として、放電抵抗１７の発熱は、Ｐバスバ１３、半導体モジュール１０を介して冷却器１２に放熱される。第２の放熱経路として、放電抵抗１７の発熱は、Ｐバスバ１３、樹脂１６を介して冷却器１２に放熱される。そして、第３の放熱経路として、放電抵抗１７の発熱は、Ｐバスバ１３、樹脂１６を介して筐体２０及び筐体２０内の空気に放熱される。このように、電力変換器１００は、放電抵抗１７の発熱を効果的に放熱でき、放電抵抗１７の発熱による他部品への熱影響を緩和することができる。 Further, since the power converter 100 has the three heat radiation paths described below, the heat generation of the discharge resistor 17 can be effectively dissipated. First, as a first heat radiation path, the heat generated by the discharge resistor 17 is dissipated to the cooler 12 through the P bus bar 13 and the semiconductor module 10. The heat generated by the discharge resistor 17 is dissipated to the cooler 12 through the P bus bar 13 and the resin 16 as a second heat radiation path. Then, as a third heat radiation path, the heat generated by the discharge resistor 17 is dissipated to the air in the housing 20 and the housing 20 via the P bus bar 13 and the resin 16. As described above, the power converter 100 can effectively dissipate the heat generated by the discharge resistor 17, and can mitigate the thermal effects of the heat generated by the discharge resistor 17 on other components.

なお、Ｐバスバ１３上に放電抵抗１７を直接接合するため、放電抵抗１７の大きさに応じてＰバスバ１３を大きくする場合が考えられる。しかし、Ｐバスバ１３は筐体２０内の空間に配置されるため、Ｐバスバ１３を大きくしたとしても筐体２０の大きさに影響を与える可能性は小さい。また、Ｐバスバ１３を大きくすると断面積が大きくなって抵抗が小さくなるため、Ｐバスバ１３の自己発熱量が小さくなるというメリットがある。また、Ｐバスバ１３を大きくすると熱伝導率が増加するため、Ｐバスバ１３に接続される平滑コンデンサ１５の発熱がＰバスバ１３を介して放熱されるメリットがある。また、Ｐバスバ１３とＮバスバ１４を絶縁した上で、可能な限り近づけて重ねることによりインダクタンスを減らす技術が知られているが、重ねる面積が大きいほどインダクタンスの低減は大きくなる。このため、Ｐバスバ１３を大きくするとこの技術を利用することができる。 In order to directly connect the discharge resistor 17 on the P bus bar 13, it may be considered that the P bus bar 13 is enlarged in accordance with the size of the discharge resistor 17. However, since the P bus bar 13 is disposed in the space in the housing 20, even if the P bus bar 13 is enlarged, the possibility of affecting the size of the housing 20 is small. Further, if the P bus bar 13 is enlarged, the cross-sectional area is increased and the resistance is reduced, so that there is an advantage that the self-heating amount of the P bus bar 13 is reduced. Further, when the P bus bar 13 is enlarged, the thermal conductivity is increased, so that there is an advantage that the heat of the smoothing capacitor 15 connected to the P bus bar 13 is dissipated through the P bus bar 13. Further, there is known a technique for reducing the inductance by insulating the P bus bar 13 and the N bus bar 14 as close as possible, but the reduction of the inductance becomes larger as the overlapping area is larger. Therefore, if the P bus bar 13 is enlarged, this technology can be used.

なお、第１実施形態では、平滑コンデンサ１５を冷却器１２の流入口１２ａ側に配置したが、冷却器１２の流出口１２ｂに配置してもよい。また、第１実施形態では、放電抵抗１７をＰバスバ１３上に接合したが、放電抵抗１７をＮバスバ１４上に接合してもよい。 In the first embodiment, the smoothing condenser 15 is disposed on the inlet 12 a side of the cooler 12. However, the smoothing condenser 15 may be disposed on the outlet 12 b of the cooler 12. In the first embodiment, the discharge resistor 17 is bonded on the P bus bar 13, but the discharge resistor 17 may be bonded on the N bus bar 14.

［変形例１］
次に、図２を参照して、第１実施形態の変形例１について説明する。
図２に示すように、変形例１に係る電力変換器２００では、樹脂１６を用いてＰバスバ１３上に放電抵抗１７が固定される。 [Modification 1]
Next, a first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, in the power converter 200 according to the first modification, the discharge resistor 17 is fixed on the P bus bar 13 using the resin 16.

以上の構成を有する電力変換器２００によれば、以下の効果が得られる。 According to power converter 200 having the above configuration, the following effects can be obtained.

平滑コンデンサ１５、Ｐバスバ１３及び放電抵抗１７が一体形成され、ボルトなどを用いて放電抵抗１７をＰバスバ１３上に固定する必要がなくなるため、コストを低減できる。 Since the smoothing capacitor 15, the P bus bar 13 and the discharge resistor 17 are integrally formed, and there is no need to fix the discharge resistor 17 on the P bus bar 13 using a bolt or the like, the cost can be reduced.

［変形例２］
次に、図３を参照して、第１実施形態の変形例２について説明する。
図３に示すように、変形例２に係る電力変換器３００では、放電抵抗１７が冷却器１２に接するようにＰバスバ１３上に固定される。 [Modification 2]
Next, with reference to FIG. 3, a second modification of the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 3, in the power converter 300 according to the second modification, the discharge resistor 17 is fixed on the P bus bar 13 so as to be in contact with the cooler 12.

以上の構成を有する電力変換器３００によれば、以下の効果が得られる。 According to power converter 300 having the above configuration, the following effects can be obtained.

この構成により、放電抵抗１７の発熱が冷却器１２に直接放熱されるため、効率よく放熱できる。 With this configuration, the heat generated by the discharge resistor 17 is directly dissipated to the cooler 12, so that the heat can be dissipated efficiently.

なお、変形例２において、変形例１のように樹脂１６を用いて放電抵抗１７を固定してもよい。これにより、電力変換器３００は、変形例１の効果も奏することができる。 In the second modification, the discharge resistor 17 may be fixed using the resin 16 as in the first modification. Thereby, the power converter 300 can also exhibit the effect of the first modification.

［変形例３］
次に、図４を参照して、第１実施形態の変形例４について説明する。
図４に示すように、変形例４に係る電力変換器４００では、複数の放電抵抗１７がＰバスバ１３上に接合される。 [Modification 3]
Next, a fourth modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, in the power converter 400 according to the fourth modification, a plurality of discharge resistors 17 are joined on the P bus bar 13.

以上の構成を有する電力変換器４００によれば、以下の効果が得られる。 According to power converter 400 having the above configuration, the following effects can be obtained.

放電抵抗１７が１つの場合、局所的な発熱により放電抵抗１７そのものまたは他の部品への熱影響を与えることが考えられるが、放電抵抗１７を複数に分散させることによって、このような熱影響を緩和できる。 If there is only one discharge resistor 17, it is conceivable that the local heat generation will have a thermal effect on the discharge resistor 17 itself or other parts, but such thermal effects can be realized by dispersing the discharge resistor 17 in a plurality. It can be relaxed.

なお、変形例３において、変形例１のように樹脂１６を用いて複数の放電抵抗１７を固定してもよい。これにより、電力変換器４００は、変形例１の効果も有することができる。また、変形例３において、変形例２のように複数の放電抵抗１７を冷却器１２の流入口１２ａに接するようにＰバスバ１３上に接合してもよい。これにより、電力変換器４００は、変形例２の効果も有することができる。また、変形例３において、変形例１のように樹脂１６を用いて複数の放電抵抗１７を固定し、かつ変形例２のように複数の放電抵抗１７を冷却器１２の流入口１２ａに接するようにＰバスバ１３上に接合してもよい。これにより、電力変換器４００は、変形例１及び変形例２の効果も有することができる。 In the third modification, the plurality of discharge resistors 17 may be fixed using the resin 16 as in the first modification. Thereby, power converter 400 can also have the effect of modification 1. In the third modification, the plurality of discharge resistors 17 may be joined on the P bus bar 13 so as to be in contact with the inlet 12 a of the cooler 12 as in the second modification. Thereby, power converter 400 can also have the effect of modification 2. In the third modification, the plurality of discharge resistors 17 are fixed using the resin 16 as in the first modification, and the plurality of discharge resistors 17 are in contact with the inlet 12 a of the cooler 12 as in the second modification. May be joined onto the P bus bar 13. Thereby, power converter 400 can also have the effects of the first modification and the second modification.

［第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、第２実施形態が放電抵抗１７を用いず、ポッティング樹脂として導電性金属粉末（例えばＡｇ、Ｎｉ、Ｃｕ等）を有する樹脂２１を用いる点である。第２実施形態において、第１実施形態にて説明した部位と同一部位については、それぞれ同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the second embodiment does not use the discharge resistor 17 and uses a resin 21 having a conductive metal powder (eg, Ag, Ni, Cu, etc.) as a potting resin. is there. In the second embodiment, the same parts as the parts described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted.

樹脂２１でポッティングされる平滑コンデンサ１５、Ｐバスバ１３及びＮバスバ１４の一端には分布的に抵抗成分（以下、単に分布抵抗という）が形成される。なお、樹脂２１は、車両に搭載される電子機器の絶縁性能を損なわない程度の抵抗成分を有することが好ましい。 A resistance component (hereinafter, simply referred to as a distributed resistance) is distributedly formed at one end of the smoothing capacitor 15, the P bus bar 13, and the N bus bar 14 potted with the resin 21. In addition, it is preferable that the resin 21 has a resistance component of the extent which does not impair the insulation performance of the electronic device mounted in a vehicle.

以上の構成を有する電力変換器５００によれば、以下の効果が得られる。 According to power converter 500 having the above configuration, the following effects can be obtained.

樹脂２１内に形成された分布抵抗が放電抵抗１７の役割を果たすため、放電抵抗１７そのものが不要になる。したがって、放電抵抗１７の専用スペースが不要となり、電力変換器１００の小型化に寄与する。また、放電抵抗１７が不要となるため、第１実施形態と比較してＰ端子１８及びＮ端子１９が不要となる。また、抵抗成分が分布的に形成されるため、局所的な発熱を緩和できる。 Since the distributed resistance formed in the resin 21 plays the role of the discharge resistance 17, the discharge resistance 17 itself becomes unnecessary. Therefore, a dedicated space for the discharge resistor 17 is not required, which contributes to downsizing of the power converter 100. Further, since the discharge resistor 17 is not required, the P terminal 18 and the N terminal 19 are not required as compared with the first embodiment. In addition, since the resistance component is formed in a distributed manner, local heat generation can be alleviated.

また、電力変換器５００は、以下に説明する３つの放熱経路を有するため、分布抵抗の発熱を効果的に放熱できる。まず、第１の放熱経路として、分布抵抗の発熱は、Ｐバスバ１３及びＮバスバ１４、半導体モジュール１０を介して冷却器１２に放熱される。第２の放熱経路として、分布抵抗の発熱は、樹脂２１を介して冷却器１２に放熱される。そして、第３の放熱経路として、分布抵抗の発熱は、樹脂２１を介して筐体２０及び筐体２０内の空気に放熱される。このように、電力変換器５００は、分布抵抗の発熱を効果的に放熱でき、分布抵抗の発熱による他部品への熱影響を緩和することができる。 Moreover, since the power converter 500 has the three heat radiation paths described below, the heat generation of the distributed resistance can be effectively dissipated. First, as a first heat radiation path, the heat generated by the distributed resistance is dissipated to the cooler 12 through the P bus bar 13, the N bus bar 14, and the semiconductor module 10. The heat generated by the distributed resistance is dissipated to the cooler 12 through the resin 21 as a second heat dissipation path. Then, as the third heat radiation path, the heat of the distributed resistance is dissipated to the air in the housing 20 and the housing 20 via the resin 21. As described above, the power converter 500 can effectively dissipate the heat generated by the distributed resistance, and can mitigate the thermal effect on the other components due to the heat generated by the distributed resistance.

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 While the embodiments of the present invention have been described above, it should not be understood that the statements and drawings that form a part of this disclosure limit the present invention. Various alternative embodiments, examples and operation techniques will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.

１０半導体モジュール
１１駆動基板
１２冷却器
１３Ｐバスバ
１４Ｎバスバ
１５平滑コンデンサ
１６樹脂
１８Ｐ端子
１９Ｎ端子
１７放電抵抗
２０筐体
２１樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 semiconductor module 11 drive board 12 cooler 13 P bus bar 14 N bus bar 15 smoothing capacitor 16 resin 18 P terminal 19 N terminal 17 discharge resistance 20 case 21 resin

Claims

Two bus bars connected to positive and negative terminals of a power supply, a semiconductor module connected to the two bus bars for converting DC power to AC power, a capacitor connected to the two bus bars for smoothing DC voltage , in a power converter having a cooler which is joined to the semiconductor module,
A discharge resistor directly fixed to one of the two bus bars;
A terminal electrically connecting the two bus bars and the discharge resistor;
A power converter comprising:

The power converter according to claim 1, wherein the bus bar, the discharge resistor, and the capacitor are integrally formed of a medium having a high thermal conductivity.

The power converter according to claim 1, wherein the discharge resistor is joined to be in contact with the cooler.

The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of discharge resistances are joined to the bus bar.