TWI695397B - 電阻裝置及反向器裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供小型且不使電容器之壽命劣化之電阻裝置。本發明之電阻裝置係具備：至少一個電阻體61，係串聯連接於經串聯連接之平滑電容器5a及平滑電容器5b；電阻體62a，係並聯連接於平滑電容器5a；電阻體62b，係並聯連接於平滑電容器5b；以及絕緣殼體50，係藉由填充於內部之密封材56來密封電阻體61、62a、62b。

Description

電阻裝置及反向器裝置

本發明係關於電阻裝置。

以往之電阻裝置係具備湧入電流防止電阻與電壓平衡電阻。此等二種電阻係分別固定於印刷電路板或殼體。

湧入電流防止電阻係使用於抑制輸入電源投入時流向電容器的湧入電流。湧入電流防止電阻係與繼電器並聯連接，在電容器充電後將繼電器從OFF切換至ON時，使流入湧入電流防止電阻之電流分流。

為了彌補電容器之耐壓不足而將複數個電容器串聯連接時，由於各電容器之洩漏電流參差不齊，施加於各電容器之電壓會成為不平衡。就防止對策而言，係在各電容器並聯連接有電壓平衡電阻。

專利文獻1中揭示一種電阻裝置，其係具有：通常放電用電阻體、以及電阻值比通常放電用電阻體更小之急速放電用電阻體。通常放電用電阻體係使用作為湧入電流防止電阻，而急速放電用電阻體係使用作為電壓平衡電阻。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2014-36145號公報

[發明欲解決之課題]

為了抑制電容器之湧入電流，湧入電流防止電阻係有耐脈衝性的需求。電容器之容量愈大，湧入電流防止電阻之尺寸愈大。因此，湧入電流防止電阻雖僅使用於輸入電源投入時，但會有必須為大尺寸之電阻體的問題。

另一方面，電壓平衡電阻係因恆常地發熱而提高電容器之周圍溫度，故有使電容器之壽命劣化之問題。

本發明係有鑑於上述之問題而研創者，目的在於提供一種小型且不使電容器之壽命劣化的電阻裝置。 [用以解決課題之手段]

本發明之電阻裝置係具備：至少一個第一電阻體，係串聯連接於經串聯連接之第一平滑電容器及第二平滑電容器；第二電阻體，係並聯連接於第一平滑電容器；第三電阻體，係並聯連接於第二平滑電容器；以及絕緣殼體，係藉由填充於內部之密封材來密封第一、第二及第三電阻體。 [發明之效果]

若依據本發明之電阻裝置，藉由第一、第二及第三電阻體密封在絕緣殼體內而熱性結合。第一電阻體與第二及第三電阻體係溫度上升之時機相異，故一者之溫度上升時，可藉由另一者之電阻體冷卻其發熱。因此，可將第一、第二及第三電阻體小型化而可將電阻裝置之小型化。並且，第二及第三電阻體使用作為電壓平衡電阻時雖恆常地發熱，但因可使其熱散熱至第一電阻體，故可抑制電容器之壽命劣化。

實施形態1. 第1圖係實施形態1之反向器裝置100之電路圖。反向器裝置100係具備：三相(R相、S相、T相)之輸入電源Pin、整流電路10、湧入電流防止電阻4、湧入電流防止繼電器3、繼電器驅動電路2、平滑電容器5a、5b、電壓平衡電阻6a、6b及反向器20。

整流電路10係具備複數個整流二極體1a、1b、1c、1d、1e、1f而構成。整流二極體1a、1d係連接於R相，整流二極體1b、1e係連接於S相，整流二極體1c、1f係連接於T相。平滑電容器5a與平滑電容器5b係為了確保耐壓而串聯連接於正線路Lp與負線路Ln之間。湧入電流防止電阻4係在整流電路10之後段串聯連接於平滑電容器5a與平滑電容器5b之串聯連接體。湧入電流防止繼電器3係與湧入電流防止電阻4並聯連接，並藉由繼電器驅動電路2來控制其ON／OFF。

湧入電流防止電阻4係用以限制流向平滑電容器5a、5b之充電電流者。若無湧入電流防止電阻4，輸入電源Pin投入時，過大的湧入電流會流入未充電之平滑電容器5a、5b。平滑電容器5a、 5b充電時，湧入電流防止繼電器3藉由繼電器驅動電路2從OFF轉換成 ON作動，原本流至湧入電流防止電阻4之電流係經由湧入電流防止繼電器3而從湧入電流防止電阻4分流。因此，成為電流不流經湧入電流防止電阻4。

平滑電容器5a、5b之電壓分壓比係依存於平滑電容器5a、 5b之洩漏電流，由於洩漏電流之參差不齊，平滑電容器5a、5b之施加電壓亦會參差不齊。為了抑制施加電壓之參差不齊，平滑電容器5a、 5b係分別並聯連接電壓平衡電阻6a、6b。與平滑電容器5a、5b之充電開始同時對電壓平衡電阻6a、6b施加電壓，但流至電壓平衡電阻6a、6b之電流值較小，故電壓平衡電阻6a、6b之溫度係一點一點地上升。

反向器20係具備絕緣柵雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor；IGBT) 7a、7b、7c、7d、7e、7f、二極體8a、8b、8c、8d、8e、8f、及驅動電路9a、9b、9c、9d、9e、9f。又，IGBT係功率半導體元件之一例。正線路Lp與負線路Ln之間係分別連接：由切換U相之IGBT 7a、7d構成之串聯電路、由切換V相之IGBT 7b、7e構成之串聯電路、及由切換W相之IGBT 7c、7f構成的串聯電路。IGBT 7a、7b、7c、7d、7e、7f係分別反向並聯連接二極體8a、8b、8c、8d、8e、8f。IGBT 7a、7d之接合點係連接於馬達之U相端子U，IGBT 7b、7e之接合點係連接於馬達之V相端子V，IGBT 7c、7f之接合點係連接於馬達之W相端子W。IGBT 7a、7b、7c、7d、7e、7f之閘極及射極係分別從驅動電路9a、9b、9c、9d、9e、9f個別地接受驅動訊號的供給。驅動電路9a、9b、9c、9d、9e、9f係具備光絕緣用之光電耦合器，接受來自微處理器等外部控制電路的控制訊號，生成驅動訊號，並經由連接端子而對IGBT7a、7b、7c、7d、7e、7f之閘極及射極供給驅動訊號。

第1圖係例示將三相(R相、S相、T相)之輸入電源Pin轉換成三相(U相、V相、W相)之電力輸出Pout的反向器裝置100，但本發明係亦可適用於其他各種反向器裝置或各種轉換器裝置。又，第1圖中，湧入電流防止電阻4與湧入電流防止繼電器3係配置於整流電路10之後段，但亦可在整流電路10之前段，分別配置於輸入電源Pin之R相、S相、T相。

參照第2圖，說明有關湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b之溫度變化。第2圖中，曲線41係表示湧入電流防止電阻4之溫度變化，曲線42係表示電壓平衡電阻6a、6b之溫度變化。又，實施形態1之反向器裝置100中，湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b係如第5、6圖及後述所示地熱性結合，但第2圖係表示湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b未熱性結合之狀態之溫度變化，亦即，表示假定為湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b間無熱之移動的狀態之溫度變化。

首先，說明有關曲線41所示之湧入電流防止電阻4之溫度變化。若在時刻T=0時投入輸入電源Pin，湧入電流防止電阻4之溫度會急激地上升。此係因平滑電容器5a、5b之充電開始，藉由湧入電流防止電阻4來限制對平滑電容器5a、 5b之湧入電流。隨著平滑電容器5a、5b的充電，流至湧入電流防止電阻4之電流變小。若在時刻T=T1時，湧入電流防止繼電器3從OFF轉換成ON作動，電流係藉由湧入電流防止繼電器3而從湧入電流防止電阻4分流，故湧入電流防止電阻4之溫度會降低下來。如此，湧入電流防止電阻4係僅在平滑電容器5a、5b充電之短時間流通大電流，故使用耐脈衝性高之線繞電阻等。

接著，檢討有關曲線42所示之電壓平衡電阻6a、6b之溫度變化。若在時刻T=0時投入輸入電源Pin，則平滑電容器5a、5b之充電開始，同時地對電壓平衡電阻6a、6b施加電壓。然而，流至電壓平衡電阻6a、6b之電流值較小，故電壓平衡電阻6a、6b之溫度一點一點地上升起來。

若比較湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、 6b之溫度變化，兩者之溫度上升的時機相異。在湧入電流防止電阻4之溫度成為尖峰之時點(T=T1)，電壓平衡電阻6a、6b之溫度並未大幅地上升。相反地，電壓平衡電阻6a、 6b之溫度高時，湧入電流防止電阻4之溫度係過了尖峰而降低。

第3圖係反向器裝置100之立體圖，第4圖係朝第3圖所示箭號的方向觀看之反向器裝置100的側面圖。反向器裝置100中，印刷電路板33之上面安裝有湧入電流防止繼電器3(未圖示)、平滑電容器5a、5b、電阻裝置30A、驅動電路9a、9b、9c、9d、9e、9f(未圖示)及繼電器驅動電路2(未圖示)，且下面安裝有整流模組31與IGBT模組32。整流模組31與IGBT模組32係藉由焊接而電性連接於印刷電路板33。

整流模組31係在一個封裝體內一同封裝複數個二極體1a、1b、1c、1d、1e、1f的模組而構成整流電路10。IGBT模組32係在一個封裝體內一同封裝IGBT 7a、7b、7c、7d、7e、7f與二極體8a、8b、8c、8d、8e、8f之模組。整流模組31與IGBT模組32係發熱電子零件，故在此等整流模組31與IGBT模組32安裝有吸熱體34，藉由吸熱體34冷卻整流模組31與IGBT模組32。

接著說明有關電阻裝置30A之構成。第5圖係電阻裝置30A之分解立體圖，第6圖係第5圖之電阻裝置30A的組裝狀態下之A-A剖面圖。電阻裝置30A係具備電阻體61、62a、62b及絕緣殼體50。電阻體61係使用作為湧入電流防止電阻4，電阻體62a、62b係使用作為電壓平衡電阻6a、6b。

絕緣殼體50係長方體形狀，且從上面形成凹陷之溝53、54、55。電阻體61係配置於溝53，電阻體62a、62b係分別配置於溝54、55。換言之，溝53係配置電阻體61之第一溝，溝54係配置電阻體62a之第二溝，溝55係配置電阻體62b之第三溝。藉此，可容易進行電阻體62a、62b、62c在絕緣殼體50之定位，抑制電阻體62a、62b、62c之位置參差不齊。電阻體61、62a、62b為圓筒形狀。電阻體61之兩端係連接有電極端子52c，電阻體62a之兩端係連接有電極端子52a，電阻體63b之兩端係連接有電極端子52b。

第5圖中，將湧入電流防止電阻4之尺寸設為大於電壓平衡電阻6a、 6b，並將用以配置湧入電流防止電阻4之溝53設為大於用以配置電壓平衡電阻6a、6b之溝54、55。藉此，可防止湧入電流防止電阻4誤配置於用以配置電壓平衡電阻6a、6b之溝54、55。

在電阻體61、62a、62b已配置於溝53、54、55之狀態下，於溝53、54、55填充膠合劑等密封材56。如此，電阻體61、62a、62b係密封於絕緣殼體50且熱性結合。亦即，湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b係熱性結合。如第6圖所示，調整密封材56之封入量，以使密封材56之封入面亦即密封材56之上面低於絕緣殼體50之上面。藉此，電極端子52a、52b、52c間之漏電距離(creepage distance)增長達絕緣殼體50之上面與密封材56之封入面之距離。同樣地，電極端子52a、52b、52c與安裝電阻裝置30A之殼體40的漏電距離亦變長。

電極端子52a、52b、52c係從絕緣殼體50朝上方突出，其突出之部分係使用平板型連接件等連接件及配線而連接到印刷電路板33 (參照第3圖)。更具體而言，電極端子52c係配線連接第1圖中表示電阻體61之兩端的連接點70c。電極端子52a係配線連接第1圖中表示電阻體62a之兩端的連接點70a。電極端子52b係配線連接第1圖中表示電阻體62b之兩端的連接點70b。若改變電極端子52c與電極端子52a、52b之間的形狀或尺寸，可防止使用平板型連接件等連接器將電極端子52a、52b、52c連接於連接點70a、70b、70c時之誤連接。

電阻裝置30A安裝有開設螺絲孔57之金屬零件51。電阻裝置30A係藉由將金屬零件51螺鎖於殼體40而以其底面直接接觸於殼體40之狀態被固定。藉此，可使電阻裝置30A之發熱朝反向器裝置100之殼體40散逸，故可進行電阻裝置30A之小型化。又，電阻裝置30A除了安裝於殼體40之底面以外，亦可安裝於殼體40之側面或吸熱體34，而可獲得同樣之效果。又，電阻裝置30A之固定方法不限於上述。亦可將電極端子52a、52b、52c插入設在印刷電路板33之貫通孔並焊接於印刷電路板33，而藉以將電阻裝置30A安裝於印刷電路板33。

如以上説明，實施形態1之電阻裝置30A係具備：電阻體61，係作為第一電阻體而串聯連接於經串聯連接之屬於第一平滑電容器的平滑電容器5a及屬於第二平滑電容器的平滑電容器5b；電阻體62a，係作為第二電阻體而並聯連接於平滑電容器5a；電阻體62b，係作為第三電阻體而並聯連接於平滑電容器5b；以及絕緣殼體50，係藉由填充於內部之密封材56來密封電阻體61、62a、62b。藉此，湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b係熱性結合。如第2圖所示，湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b之溫度上升之時機係相異，湧入電流防止電阻4之溫度上升時，電壓平衡電阻6a、6b之溫度並未上升。因此，藉由湧入電流防止電阻4中產生的熱移動至電壓平衡電阻6a、6b，獲得等同於湧入電流防止電阻4之熱容量變大之效果，而抑制湧入電流防止電阻4之溫度上升。又，電壓平衡電阻6a、6b之溫度上升時，湧入電流防止電阻4之溫度並未上升。因此，藉由電壓平衡電阻6a、6b中產生的熱移動至湧入電流防止電阻4，獲得等同於電壓平衡電阻6a、6b之熱容量變大之效果，而抑制電壓平衡電阻6a、6b之溫度上升。其結果，可使湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b小型化。又，因可抑制電壓平衡電阻6a、6b之溫度上升，故可抑制平滑電容器5a、5b之周圍溫度的上升，而抑制平滑電容器5a、5b之壽命的劣化。

實施形態2. 第7圖係實施形態2之電阻裝置30B的分解立體圖。電阻裝置30B係將實施形態1之電阻裝置30A一部分變形者，故以下係說明有關與實施形態1之電阻裝置30A的相異點。實施形態1之電阻裝置30A係如第5圖所示，將成為電壓平衡電阻6a、6b之電阻體62a、62b配置於絕緣殼體50中相異之溝54、55。相對於此，實施形態2之電阻裝置30B中，藉由共通之電極端子52d連接電阻體62a、62b之等電位的端部，且電阻體62a、62b係配置於相同的溝58。就此以外之點，電阻裝置30B係與實施形態1之電阻裝置30A相同。

實施形態2之電阻裝置30B中，電阻體62a之一端與電阻體62b之一端藉由共通之電極端子52d連接，絕緣殼體50係具有：配置電阻體61之第一溝的溝53、及配置電阻體62、63之第二溝的溝58。電阻體62a、62b之電位相同之端部設為共通之電極端子52d，藉此，可使電阻裝置30B小型化且刪減零件數。又，由於能夠以更近之距離安裝電壓平衡電阻6a、6b，故電壓平衡電阻6a、6b彼此間因受熱而縮小兩者之溫度差。因此，可減少伴隨電阻體62a、62b之溫度變化的電壓平衡電阻6a、6b之電阻值的參差不齊。

實施形態3. 第8圖係實施形態3之電阻裝置30C的分解立體圖，第9圖係第8圖之電阻裝置30C的組裝狀態下之B-B剖面圖。以下，將電阻裝置30C之構成與實施形態2之電阻裝置30B對比，說明有關相異點。以下之説明無特別言及之電阻裝置30C的構成係與實施形態2之電阻裝置30B相同。

實施形態2之電阻裝置30B係由一個電阻體61構成湧入電流防止電阻4，但電阻裝置30C係由二個電阻體61串聯連接或並聯連接而構成湧入電流防止電阻4。實施形態2之電阻裝置30B中，構成湧入電流防止電阻4之電阻體61與構成電壓平衡電阻6a、6b之電阻體62a、62b係配置於相異的溝53、58。然而，電阻裝置30C中，電阻體61、62a、62b係配置於絕緣殼體50所設之相同的溝59。溝59係從絕緣殼體50之上面凹陷之凹部。

溝59之底面係設有從一端至另一端的二個突起60。絕緣殼體50之溝59係藉由如此配置之二個突起60而區分為：夾於二個突起60之間之區域、夾於一突起60與溝59之側面之間之區域、以及夾於另一突起60與溝59之側面之間之區域之三個區域。夾於二個突起60之間之區域中係配置有電阻體62a、62b，其餘的區域中係以隔著電阻體62a、62b之方式配置二個電阻體61。藉由突起60，電阻體61與電阻體62a、62b係不接觸而進行電阻體61、62a、62b之溝59中的定位。

在電阻體61、62a、62b已配置於溝59之狀態下，於溝59填充膠合劑等密封材56。如第9圖所示，調整密封材56之封入量，以使密封材56之封入面亦即密封材56之上面低於絕緣殼體50之上面。如此，電阻體61、 62a、 62b係密封於絕緣殼體50且熱性結合。亦即，湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b係熱性結合。

在絕緣殼體50之溝59的底面設置突起60並藉由突起60來定位電阻體61、62a、62b，相較於實施形態1、2，可減少絕緣殼體50之材料並且容易製造。又，藉由隔著構成電壓平衡電阻6a、6b之電阻體62a、62b來配置構成湧入電流防止電阻4之電阻體61，可提升湧入電流防止電阻4與電壓平衡電阻6a、6b之熱性結合性，故可提升以電阻體61來冷卻電阻體62a、62b之發熱並且以電阻體62a、62b來冷卻電阻體61之發熱之效果。

本實施形態中，係以複數個電阻體61構成湧入電流防止電阻4，並將電阻體61配置在構成電壓平衡電阻6a、6b之電阻體62a、 62b的兩側。然而，亦能夠以一個電阻體61構成湧入電流防止電阻4，而以複數個電阻體62a構成電壓平衡電阻6a，且以複數個電阻體62b構成電壓平衡電阻6b，隔著電阻體61來配置電阻體62a、62b。惟，相較於電阻體61，電阻體62a、62b處於高溫之期間較長，故若將電阻體62a、 62b配置於靠近絕緣殼體50之中央，則實現電阻裝置30C之均熱化。

又，本發明係可在其發明之範圍內，使各實施形態自由地組合，將各實施形態適當化、變形、省略。

1a、1b、1c、1d、1e、1f‧‧‧整流二極體 2‧‧‧繼電器驅動電路 3‧‧‧湧入電流防止繼電器 4‧‧‧湧入電流防止電阻 5a、5b‧‧‧平滑電容器 6a、6b‧‧‧電壓平衡電阻 7a、7b、7c、7d、7e、7f‧‧‧絕緣柵雙極電晶體(IGBT) 8a、8b、8c、8d、8e、8f‧‧‧二極體 9a、9b、9c、9d、9e、9f‧‧‧驅動電路 10‧‧‧整流電路 20‧‧‧反向器 30A、30B、30C‧‧‧電阻裝置 31‧‧‧整流模組 32‧‧‧IGBT模組 33‧‧‧印刷電路板 34‧‧‧吸熱體 40‧‧‧殼體 41、42‧‧‧曲線 50‧‧‧絕緣殼體 51‧‧‧金屬零件 52a、52b、52c、52d‧‧‧電極端子 53、54、55、58、59‧‧‧溝 56‧‧‧密封材 57‧‧‧螺絲孔 60‧‧‧突起 61、62a、62b‧‧‧電阻體 70a、70b、70c‧‧‧連接點 100‧‧‧反向器裝置 Lp‧‧‧正線路 Ln‧‧‧負線路 Pin‧‧‧輸入電源(R相、S相、T相) Pout‧‧‧電力輸出(U相、V相、W相)

第1圖係實施形態1之反向器裝置之電路圖。 第2圖係表示湧入電流防止電阻與電壓平衡電阻之溫度變化的圖。 第3圖係實施形態1之反向器裝置之立體圖。 第4圖係實施形態1之反向器裝置之側面圖。 第5圖係實施形態1之電阻裝置之分解立體圖。 第6圖係實施形態1之電阻裝置之剖面圖。 第7圖係實施形態2之電阻裝置之分解立體圖。 第8圖係實施形態3之電阻裝置之分解立體圖。 第9圖係實施形態3之電阻裝置之剖面圖。

30A‧‧‧電阻裝置

50‧‧‧絕緣殼體

51‧‧‧金屬零件

52b、52c‧‧‧電極端子

56‧‧‧密封材

61、62b‧‧‧電阻體

Claims (9)

1. 一種電阻裝置，係具備： 至少一個第一電阻體，係串聯連接於經串聯連接之第一平滑電容器及第二平滑電容器； 第二電阻體，係並聯連接於前述第一平滑電容器； 第三電阻體，係並聯連接於前述第二平滑電容器；以及 絕緣殼體，係藉由填充於內部之密封材來密封前述第一、第二及第三電阻體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電阻裝置，其中，前述第一、第二及第三電阻體係連接有電極端子， 前述電極端子係從前述絕緣殼體之上面突出， 填充於前述絕緣殼體之內部的前述密封材之上面係低於前述絕緣殼體之上面。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之電阻裝置，其中， 前述絕緣殼體係設有從前述絕緣殼體之上面凹陷的至少一個溝， 前述第一、第二及第三電阻體係配置於前述溝。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電阻裝置，其中， 前述溝係具有： 配置前述第一電阻體之第一溝； 配置前述第二電阻體之第二溝；以及 配置前述第三電阻體之第三溝。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電阻裝置，其中， 前述第二電阻體之一端與前述第三電阻體之一端藉由共通之端子連接， 前述溝係具有： 配置前述第一電阻體之第一溝；以及 配置前述第二及第三電阻體之第二溝。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電阻裝置，其中， 前述第一、第二及第三電阻體係配置於：形成在前述絕緣殼體的一個溝； 前述絕緣殼體係在前述溝之底面具有將前述第一、第二及第三電阻體定位之突起。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電阻裝置，其中， 複數個前述第一電阻體係隔著前述第二及第三電阻體而配置，且串聯或並聯連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電阻裝置，其中， 前述第二及第三電阻體係隔著前述第一電阻體而配置。
9. 一種反向器裝置，係具備如申請專利範圍第1項所述之電阻裝置。

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