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JP7678642B2 - Filter device and power conversion device - Google Patents
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JP7678642B2 - Filter device and power conversion device - Google Patents

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Description

本発明は、フィルタ装置及び電力変換装置に関する。 The present invention relates to a filter device and a power conversion device.

ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されている電力変換装置は、漏れ電流により発生する伝導性ノイズの対応について、国際規格に追加された高電圧伝導ノイズ規格に基づき各カーメーカーが制定した独自規格を満たす必要がある。それと同時に、電力変換装置は搭載される電気自動車の発展に合わせて、近年、小型化と低コスト化の要求が高まっている。そのため、電力変換装置に備わるフィルタ装置は、低コスト化及び小型化を維持させつつ高周波ノイズ減衰性能を向上させることが強く求められている。 Power conversion devices installed in hybrid and electric vehicles must meet the proprietary standards established by each car manufacturer based on the high-voltage conducted noise standard added to the international standard for dealing with conductive noise generated by leakage current. At the same time, in recent years, there has been an increasing demand for smaller and cheaper power conversion devices in line with the development of the electric vehicles in which they are installed. For this reason, there is a strong demand for filter devices installed in power conversion devices to improve their high-frequency noise attenuation performance while maintaining low cost and small size.

本願発明の背景技術として、下記の特許文献1では、大電流適用のため、低周波成分を通すインダクタンス成分と高周波成分を通す抵抗成分を並列接続する構造を示す技術が開示されている。 As background to the present invention, the following Patent Document 1 discloses a technology showing a structure in which an inductance component that passes low-frequency components and a resistance component that passes high-frequency components are connected in parallel for use with large currents.

特開2010-273207号公報JP 2010-273207 A

車載インバータなど高電圧・大電流応用の場合には、高圧・大電流応用且つ小型化により限られた配置空間で、いかに直流配線のインダクタンス成分を自由にコントロールし、コンデンサのESL(Equivalent Series Inductance)成分に容易に揃えられるか、が課題となる。しかしながら、特許文献1の技術では、高圧・大電流応用且つ小型化により限られた配置空間において、低コスト化及び小型化を維持しながら、直流配線のインダクタンス成分をコンデンサのESL成分に揃えて高周波ノイズ減衰性能を向上させることが困難である。 In the case of high-voltage, high-current applications such as vehicle inverters, the challenge is how to freely control the inductance component of the DC wiring and easily align it to the ESL (Equivalent Series Inductance) component of the capacitor in a limited installation space due to high-voltage, high-current applications and miniaturization. However, with the technology of Patent Document 1, it is difficult to align the inductance component of the DC wiring to the ESL component of the capacitor to improve high-frequency noise attenuation performance while maintaining low cost and miniaturization in a limited installation space due to high-voltage, high-current applications and miniaturization.

これを鑑みて、本発明は、低コスト化と小型化と低ノイズ化とを並立させたフィルタ装置及び電力変換装置を提供することが目的である。 In view of this, the present invention aims to provide a filter device and a power conversion device that achieve low cost, small size, and low noise.

本発明のフィルタ装置およびそれを備えた電力変換装置は、一端が直流電源側に接続され、他端が電力変換回路側に接続されるフィルタ装置であって、正極配線と、負極配線と、前記正極配線及び前記負極配線の間に並列に接続された第1コンデンサ及び第2コンデンサと、を備え、前記正極配線は、前記一端側に前記第1コンデンサと接続する第1正極接続部と、前記他端側に前記第2コンデンサと接続する第2正極接続部と、を有し、前記負極配線は、前記一端側に前記第2コンデンサと接続する第1負極接続部と、前記他端側に前記第2コンデンサと接続する第2負極接続部と、を有し、前記正極配線と前記負極配線とは交差する。 The filter device of the present invention and the power conversion device including the same are filter devices having one end connected to a DC power source side and the other end connected to a power conversion circuit side, and include a positive wiring, a negative wiring, and a first capacitor and a second capacitor connected in parallel between the positive wiring and the negative wiring, the positive wiring has a first positive electrode connection part that connects to the first capacitor on the one end side and a second positive electrode connection part that connects to the second capacitor on the other end side, the negative wiring has a first negative electrode connection part that connects to the second capacitor on the one end side and a second negative electrode connection part that connects to the second capacitor on the other end side, and the positive wiring and the negative wiring cross each other.

本発明によれば、低コスト化と小型化と低ノイズ化とを並立させたフィルタ装置及び電力変換装置を提供できる。 The present invention provides a filter device and a power conversion device that are low cost, compact, and have low noise.

本発明の実施形態にかかる電力変換装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an overall configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention. ノーマルモード高電圧伝導ノイズ低減用のノイズフィルタの等価回路図である。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a noise filter for reducing normal mode high voltage conduction noise. 図2にノイズフィルタの寄生成分を含めた等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram including parasitic components of the noise filter. 図3のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing an insertion loss of the noise filter of FIG. 3 . ノイズフィルタの構造の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the structure of a noise filter. 従来技術を適用したノイズフィルタの寄生成分を含めた等価回路図である。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram including parasitic components of a noise filter to which a conventional technique is applied. 図6のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing an insertion loss of the noise filter of FIG. 6 . 第1の実施形態にかかるノイズフィルタの構造を示す図である。1 is a diagram illustrating a structure of a noise filter according to a first embodiment. 図8のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing an insertion loss of the noise filter of FIG. 8 . 第2の実施形態にかかるノイズフィルタの構造を示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating a structure of a noise filter according to a second embodiment. 第3の実施形態にかかるノイズフィルタの構造を示す図である。13A and 13B are diagrams illustrating a structure of a noise filter according to a third embodiment. 従来技術と第1の実施形態と第2の実施形態との比較を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a comparison between the prior art, the first embodiment, and the second embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and some parts have been omitted or simplified as appropriate for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.

(本発明の全体構成)
図1は、本発明の実施形態にかかる電力変換装置の全体構成を示すブロック図である。
(Overall configuration of the present invention)
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.

電力変換装置1(以下、インバータ1)は種々の回路ブロックおよび素子が格納されている。また、インバータ1は、直流高電圧を給電する高電圧バッテリ2と、インバータ1で直流電圧から変換された交流電圧によって駆動される電気モータ6と、接続されている。 The power conversion device 1 (hereinafter, inverter 1) contains various circuit blocks and elements. The inverter 1 is also connected to a high-voltage battery 2 that supplies high DC voltage, and an electric motor 6 that is driven by AC voltage converted from DC voltage by the inverter 1.

インバータ1の筐体は、金属ケースでありGNDストラップ8を介してGNDプレーン9に接続しており、国際規格CISPR25に準拠して、例えば高さが5mmの絶縁物7の上に置かれている構成である。 The housing of the inverter 1 is a metal case that is connected to a GND plane 9 via a GND strap 8, and is configured to be placed on an insulator 7 that is, for example, 5 mm high, in compliance with the international standard CISPR25.

インバータ1は、直流電圧を交流電圧に変換するために、スイッチング回路14を有している。スイッチング回路14は、互いに同じ構成を有する3個の単位スイッチング回路SW1~SW3を備えており、これらを周期的にスイッチングしている。また、単位スイッチング回路SW1~SW3は、それぞれ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、トランジスタ)TR1,TR2、およびダイオードD1,D2を備えている。なお、図示しないが、インバータ1は、スイッチング回路14の制御信号を生成する制御回路基板を備えている。 The inverter 1 has a switching circuit 14 to convert DC voltage to AC voltage. The switching circuit 14 has three unit switching circuits SW1 to SW3 that have the same configuration, and switches these periodically. Each of the unit switching circuits SW1 to SW3 has insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as transistors) TR1 and TR2, and diodes D1 and D2. Although not shown, the inverter 1 has a control circuit board that generates a control signal for the switching circuit 14.

トランジスタTR1,TR2のそれぞれのコレクタ-エミッタ間にダイオードD1,D2が接続されている。トランジスタTR1のコレクタは、直流配線である正極配線11に電気的に接続され、トランジスタTR2のエミッタは、おなじく直流配線である負極配線12に電気的に接続されている。トランジスタTR1のエミッタは、トランジスタTR2のコレクタに接続されている。また、このエミッタとコレクタとの間に接続されている接続ノードは出力ノードであり、各単位スイッチング回路SW1~SW3から高電圧ACケーブル5を介して、電気モータ6のコイル6-U~6-Wにそれぞれ接続されている。 Diodes D1 and D2 are connected between the collector and emitter of transistors TR1 and TR2, respectively. The collector of transistor TR1 is electrically connected to positive wiring 11, which is a DC wiring, and the emitter of transistor TR2 is electrically connected to negative wiring 12, which is also a DC wiring. The emitter of transistor TR1 is connected to the collector of transistor TR2. The connection node connected between the emitter and collector is an output node, which is connected from each of unit switching circuits SW1 to SW3 to coils 6-U to 6-W of electric motor 6 via high-voltage AC cables 5.

インバータ1の制御信号の流れを説明する。図示しない制御回路基板からのスイッチ制御信号が、単位スイッチング回路SW1~SW3のトランジスタTR1およびTR2のゲートに供給される。このスイッチ制御信号によってトランジスタTR1とTR2は、相補的にオン状態/オフ状態となるようにスイッチング制御される。さらに、トランジスタTR1とTR2とが相補的にオン状態/オフ状態となることによって、出力ノードには、周期的に正極電圧と負極電圧、つまり交流電圧が出力される。 The flow of control signals for inverter 1 will now be described. A switch control signal from a control circuit board (not shown) is supplied to the gates of transistors TR1 and TR2 of unit switching circuits SW1 to SW3. This switch control signal controls the switching of transistors TR1 and TR2 so that they are complementarily turned on and off. Furthermore, as transistors TR1 and TR2 are complementarily turned on and off, positive and negative voltages, that is, AC voltages, are periodically output to the output node.

なお、トランジスタTR1,TR2の周期的なオン/オフによる出力部の電圧変動によって、スイッチング回路14とインバータ1の筐体との間に、浮遊容量(寄生容量)が発生する。図1では、この浮遊容量を、浮遊容量1-Csとして示している。 In addition, stray capacitance (parasitic capacitance) occurs between the switching circuit 14 and the housing of the inverter 1 due to voltage fluctuations in the output section caused by the cyclic on/off of transistors TR1 and TR2. In Figure 1, this stray capacitance is shown as stray capacitance 1-Cs.

高電圧電源インピーダンス安定回路網(LISN)3について説明する。高電圧バッテリ2は、高電圧電源インピーダンス安定回路網(LISN)3を介して、インバータ1に給電する。この筐体3は、高電圧バッテリ2の正極電極端子HVPに接続される正極LISN回路部31と、高電圧バッテリ2の負極電極端子HVNに接続される負極LISN回路部32と、を有しており、これらが金属製の筐体に格納されている。LISN3の筐体は、GNDプレーン9に接続されている。正極LISN回路部31と負極LISN回路部32は、高電圧DCケーブル4を介して、インバータ1の直流配線である正極配線11及び負極配線12に、電気的に接続されている。 The high voltage source impedance stabilization network (LISN) 3 will be described. The high voltage battery 2 supplies power to the inverter 1 via the high voltage source impedance stabilization network (LISN) 3. This housing 3 has a positive LISN circuit section 31 connected to the positive electrode terminal HVP of the high voltage battery 2, and a negative LISN circuit section 32 connected to the negative electrode terminal HVN of the high voltage battery 2, which are housed in a metal housing. The housing of the LISN 3 is connected to the GND plane 9. The positive LISN circuit section 31 and the negative LISN circuit section 32 are electrically connected to the positive wiring 11 and the negative wiring 12, which are the DC wiring of the inverter 1, via the high voltage DC cable 4.

電気モータ6について説明する。電気モータ6は3相電気モータによって構成されており、図示しない回転子と固定子を備えている。また、電気モータ6の筐体はGNDプレーン9と接続されている。この電気モータ6は、インバータ1によって生成された3相の交流電圧を、高電圧ACケーブル5を介して固定子に配置されたU,V,Wの3相のコイル6-U,6-V,6-Wへ供給させている。これにより、三相のコイル6-U,6-V,6-Wが、それぞれ3相の交流電圧に応じた磁界を発生させ、回転子が回転することになる。なお、図1では三相のコイル6-U,6-V,6-Wとモータ6の筐体との間に発生する浮遊容量(寄生容量)を、浮遊容量6-Csとして示している。なお、特に制限されないが、電気モータ6の筐体はGNDプレーン9と接続されている。 The electric motor 6 will be described. The electric motor 6 is a three-phase electric motor, and includes a rotor and a stator (not shown). The housing of the electric motor 6 is connected to the GND plane 9. The electric motor 6 supplies three-phase AC voltage generated by the inverter 1 to three-phase coils 6-U, 6-V, and 6-W (U, V, and W) arranged on the stator via a high-voltage AC cable 5. As a result, the three-phase coils 6-U, 6-V, and 6-W generate magnetic fields corresponding to the three-phase AC voltages, and the rotor rotates. In FIG. 1, the stray capacitance (parasitic capacitance) generated between the three-phase coils 6-U, 6-V, and 6-W and the housing of the motor 6 is shown as stray capacitance 6-Cs. Although not particularly limited, the housing of the electric motor 6 is connected to the GND plane 9.

インバータ1において、正極配線11と負極配線12との間には、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサCxと、ノイズフィルタ装置13を備えている。平滑コンデンサCxは、スイッチング回路14のスイッチング動作時に、直流高電圧と接続するバスバである直流配線11,12において発生するリプル電圧やリプル電流を抑制する。なお、平滑コンデンサCx1とCx2は、ノーマルモードノイズ低減用である。その低減効果または減衰性能は一般的にフィルタの挿入ロスで表現する。以下、コンデンサによる低減メカニズムを説明する。その原理は、ノイズフィルタの実装により直流配線間に低インピーダンス経路を設けることによって、ノイズの外部への流出を抑制することである。また、幅広い周波数帯域での高電圧伝導ノイズを抑制するため、一般的には、並列接続される容量が異なる2つのコンデンサが用いられる。 In the inverter 1, a smoothing capacitor Cx for smoothing the DC voltage and a noise filter device 13 are provided between the positive wiring 11 and the negative wiring 12. The smoothing capacitor Cx suppresses the ripple voltage and ripple current generated in the DC wirings 11 and 12, which are bus bars connected to the DC high voltage, during the switching operation of the switching circuit 14. The smoothing capacitors Cx1 and Cx2 are for reducing normal mode noise. The reduction effect or attenuation performance is generally expressed by the insertion loss of the filter. The reduction mechanism by the capacitors is explained below. The principle is to suppress the outflow of noise to the outside by providing a low impedance path between the DC wirings by implementing a noise filter. In addition, in order to suppress high voltage conduction noise in a wide frequency band, two capacitors with different capacities connected in parallel are generally used.

ノイズフィルタ装置13は、正極配線11及び負極配線12を含んだ直流配線を囲む磁性体コアLcと、磁性体コアLcの前段において直流配線11,12と接続される第1接地コンデンサCy1と、磁性体コアLcの後段において直流配線11,12と接続される第2接地コンデンサCy2とを有している。なお、接地コンデンサCy1とCy2および磁性体コアLcは、コモンモードノイズ低減用である。 The noise filter device 13 has a magnetic core Lc that surrounds the DC wiring including the positive wiring 11 and the negative wiring 12, a first grounding capacitor Cy1 connected to the DC wiring 11, 12 in the front stage of the magnetic core Lc, and a second grounding capacitor Cy2 connected to the DC wiring 11, 12 in the rear stage of the magnetic core Lc. The grounding capacitors Cy1 and Cy2 and the magnetic core Lc are used to reduce common mode noise.

第1接地コンデンサCy1は、正極配線11と第1接地点G1との間に接続される接地コンデンサCy11と、負極配線12と第1接地点G1との間に接続される接地コンデンサCy12と、から構成される。同様に、第2接地コンデンサCy2は、正極配線11と第2接地点G2との間に接続される接地コンデンサCy21と、負極配線12と第2接地点G2との間に接続される接地コンデンサCy22と、から構成される。 The first ground capacitor Cy1 is composed of a ground capacitor Cy11 connected between the positive wiring 11 and the first ground point G1, and a ground capacitor Cy12 connected between the negative wiring 12 and the first ground point G1. Similarly, the second ground capacitor Cy2 is composed of a ground capacitor Cy21 connected between the positive wiring 11 and the second ground point G2, and a ground capacitor Cy22 connected between the negative wiring 12 and the second ground point G2.

ノイズフィルタ装置13は、高電圧バッテリ2から供給される直流高電圧のノイズを減衰させつつ、電力変換部であるスイッチング回路14に直流高電圧を入力する。ノイズを引き起こすノイズ電流は、直流高電圧バッテリ2とインバータ1との間に接続する電源配線またはケーブルに漏れている電流であり、GND間に流れているためコモンモード電流である。 The noise filter device 13 attenuates noise from the high DC voltage supplied from the high voltage battery 2, while inputting the high DC voltage to the switching circuit 14, which is a power conversion unit. The noise current that causes noise is a current leaking into the power wiring or cable connected between the high DC voltage battery 2 and the inverter 1, and is a common mode current because it flows between the GNDs.

コモンモード電流は、トランジスタTR1,TR2が、周期的にオン状態/オフ状態となるスイッチング動作時に発生する、対地電圧変動によるものである。このスイッチング回路14の出力部に発生した電圧変動により、スイッチング回路14とインバータ1の筐体との間に寄生する浮遊容量1-Csや、モータ6のコイル6-U~Wと筐体との間に存在する浮遊容量6-Csを通して、インバータ1およびモータ6の筐体間にコモンモード電流が流れ、その電流により高電圧伝導ノイズが発生する。よって、高電圧伝導ノイズを低減するためには、コモンモード電流を低減する必要がある。インバータ1では、ノイズフィルタ装置13の構成を用いることにより、高電圧伝導ノイズの主な発生要因であるノイズ電流に対応させ、高電圧伝導ノイズ規格にも対応しながらノイズを減衰させている。 The common mode current is caused by voltage fluctuations to ground that occur when the transistors TR1 and TR2 are switched on and off periodically. This voltage fluctuation at the output of the switching circuit 14 causes a common mode current to flow between the inverter 1 and the housing of the motor 6 through the stray capacitance 1-Cs that is parasitic between the switching circuit 14 and the housing of the inverter 1, and the stray capacitance 6-Cs that exists between the coils 6-U to 6-W of the motor 6 and the housing, and this current generates high-voltage conducted noise. Therefore, in order to reduce high-voltage conducted noise, it is necessary to reduce the common mode current. In the inverter 1, the configuration of the noise filter device 13 is used to address the noise current, which is the main cause of high-voltage conducted noise, and to attenuate the noise while complying with the high-voltage conducted noise standard.

(ノイズ規格について)
高電圧伝導ノイズ規格についての説明をする。ノイズ規格は、一般的に0.15MHzから108MHzまでの周波数帯での規制値を規定するものである。高電圧伝導ノイズ規格は、2016年10月に国際無線障害特別委員会(CISPR)が作成した国際規格であるCISPR25 Ed4において追加された規格である。これは、特に種々の用途で用いられているFM放送周波数帯域(76MHz~108MHz)のノイズを、他の周波数帯域に比べて低くするように規制する内容である。高電圧伝導ノイズは、たとえば、車載電気電子機器の誤動作を引き起こす恐れがある。そのため、出荷前の段階においてインバータ1で発生する高電圧伝導ノイズ量を実測し、そのノイズ発生量が、各国法規制及び顧客要求仕様で規定される規制値以下にならなければならない。そこで、インバータ1では高電圧伝導ノイズ規格に適合させ、効果的なフィルタ構成にするためにノイズフィルタ装置13が採用されている。
(Regarding noise standards)
The high-voltage conducted noise standard will be explained. The noise standard generally specifies the regulation value in the frequency band from 0.15 MHz to 108 MHz. The high-voltage conducted noise standard is a standard added to CISPR25 Ed4, an international standard created by the International Special Committee on Radio Interference (CISPR) in October 2016. This regulates the noise in the FM broadcast frequency band (76 MHz to 108 MHz), which is used for various purposes, to be lower than other frequency bands. For example, high-voltage conducted noise may cause malfunction of in-vehicle electric and electronic devices. Therefore, the amount of high-voltage conducted noise generated by the inverter 1 must be measured before shipment, and the amount of noise must be equal to or less than the regulation value specified by the laws and regulations of each country and the customer's required specifications. Therefore, the inverter 1 employs a noise filter device 13 to comply with the high-voltage conducted noise standard and to have an effective filter configuration.

図2は、ノーマルモード高電圧伝導ノイズ低減用のノイズフィルタ装置13の等価回路図である。 Figure 2 is an equivalent circuit diagram of a noise filter device 13 for reducing normal mode high voltage conduction noise.

正極直流配線11と負極直流配線12にコンデンサCx1とCx2が並列接続される。P1とN1はCx1とそれぞれ正極直流配線11と負極直流配線12との接続部であり、P2とN2はCx2とそれぞれ正極直流配線11と負極直流配線12との接続部である。また、PinとNinはそれぞれ正極側と負極側の入力端子であり、ノイズ源であるスイッチング回路14と正極直流配線11、負極配線12との接続部を表している。同様に、PoutとNoutはそれぞれ正極側と負極側の出力端子であり、正極直流配線11、負極配線12と高電圧DCケーブル4との接続部を表している。 Capacitors Cx1 and Cx2 are connected in parallel to the positive DC wiring 11 and the negative DC wiring 12. P1 and N1 are the connections between Cx1 and the positive DC wiring 11 and the negative DC wiring 12, respectively, and P2 and N2 are the connections between Cx2 and the positive DC wiring 11 and the negative DC wiring 12, respectively. Furthermore, Pin and Nin are the input terminals on the positive and negative sides, respectively, and represent the connections between the switching circuit 14, which is a noise source, and the positive DC wiring 11 and the negative wiring 12. Similarly, Pout and Nout are the output terminals on the positive and negative sides, respectively, and represent the connections between the positive DC wiring 11, the negative wiring 12, and the high-voltage DC cable 4.

ノイズ低減効果NSは、PinとNinとの間に入力される入力電圧Vin(ノイズ源を模擬)と、PoutとNoutとの間に出力される出力電圧Voutを用いて、下記の式(1)で表される。 The noise reduction effect NS is expressed by the following formula (1) using the input voltage Vin (simulating a noise source) input between Pin and Nin, and the output voltage Vout output between Pout and Nout.

NS=|Vout/Vin|…式(1) NS=|Vout/Vin|...Formula (1)

所望のノイズ低減効果NSを得るためには、理想的には対象周波数帯域で低インピーダンスとなるようなコンデンサCx1とCx2の定数を選択するのみでよいが、実際の部品(素子)には寄生成分が存在する。例えば、コンデンサ部品や直流配線はリード線などの寄生インダクタンス(以下、ESL)成分が存在する。 In order to obtain the desired noise reduction effect NS, ideally it is sufficient to simply select constants for the capacitors Cx1 and Cx2 that provide low impedance in the target frequency band, but actual components (elements) have parasitic components. For example, capacitor components and DC wiring have parasitic inductance (ESL) components such as lead wires.

図3は、図2にノイズフィルタ装置13の寄生成分を含めた等価回路図である。 Figure 3 is an equivalent circuit diagram including the parasitic components of the noise filter device 13 in Figure 2.

図3には、第1コンデンサCx1と第2コンデンサCx2が有する寄生インダクタンスをそれぞれ等価直列インダクタンスLc1,Lc2で表している。また、正極接続部P1とP2との間の正極直流配線11が有するインダクタンス成分は等価直列インダクタンスLp1、負極接続部N1とN2との間の負極直流配線12が有するインダクタンス成分は、等価直列インダクタンスLn1で表される。同様に、Lp0はPout-P1間、Lp2はPin-P2間にある正極直流配線が有するインダクタンス成分であり、Ln0はNout-N1間、Ln2はNin-N2間にある負極直流配線が有するインダクタンス成分である。 In FIG. 3, the parasitic inductances of the first capacitor Cx1 and the second capacitor Cx2 are represented by equivalent series inductances Lc1 and Lc2, respectively. The inductance component of the positive DC wiring 11 between the positive connection parts P1 and P2 is represented by equivalent series inductance Lp1, and the inductance component of the negative DC wiring 12 between the negative connection parts N1 and N2 is represented by equivalent series inductance Ln1. Similarly, Lp0 is the inductance component of the positive DC wiring between Pout-P1 and Lp2 is the inductance component of the positive DC wiring between Pin-P2, Ln0 is the inductance component of the negative DC wiring between Nout-N1 and Ln2 is the inductance component of the negative DC wiring between Nin-N2.

k1はインダクタンスLp1とLn1を有するインダクタ同士の結合係数である。なお、Lp0とLn0、Lp2とLn2のインダクタンス成分を有するインダクタ間の結合係数は図示されていないが実計算には使用されている。また、インダクタLp1とLn1に付された*印は、磁界の発生方向を示している。 k1 is the coupling coefficient between inductors having inductances Lp1 and Ln1. Note that the coupling coefficients between inductors having inductance components Lp0 and Ln0, and Lp2 and Ln2 are not shown in the figure, but are used in the actual calculations. Also, the * marks attached to inductors Lp1 and Ln1 indicate the direction in which the magnetic field is generated.

電源Gnはスイッチング回路14により発生するノイズ電圧を模擬するAC電圧源で、V1は電源Gnを計測する電圧計である。抵抗R3とR4はそれぞれ電源Gnの内部抵抗と出力側に接続する部品の等価抵抗を模擬する。V2は抵抗R4の電圧を計測する電圧計である。 Power supply Gn is an AC voltage source that simulates the noise voltage generated by the switching circuit 14, and V1 is a voltmeter that measures power supply Gn. Resistors R3 and R4 respectively simulate the internal resistance of power supply Gn and the equivalent resistance of the components connected to the output side. V2 is a voltmeter that measures the voltage of resistor R4.

図4は、図3のノイズフィル装置13の挿入ロスを示す特性図である。 Figure 4 is a characteristic diagram showing the insertion loss of the noise filter device 13 in Figure 3.

図4の特性図は、横軸が周波数F(Frequency[MHz])を示し、縦軸がノイズフィルタ装置13の挿入ロス、すなわち図3に示した電圧V2とV1の比をデシベル(dB)で表している。電圧V2とV1の比は小さくすればするほど、フィルタの挿入ロスが高くなり、減衰性能が良くなる。 In the characteristic diagram of FIG. 4, the horizontal axis indicates frequency F (Frequency [MHz]), and the vertical axis indicates the insertion loss of the noise filter device 13, i.e., the ratio of voltages V2 and V1 shown in FIG. 3, expressed in decibels (dB). The smaller the ratio of voltages V2 and V1, the higher the insertion loss of the filter and the better the attenuation performance.

特性曲線GLb1は、コンデンサCx1とCx2の等価直列インダクタンスLc1とLc2をそれぞれ0nHとしたときの周波数Fの変化に伴う挿入ロスの変化を示している。一方、特性曲線GLb0は、等価直列インダクタンスLc1とLc2をそれぞれ典型的な値である40nHとしたときの挿入ロスの変化を示している。なお、特性曲線GLb0とGLb1を求めるときのLc1とLc2以外の回路素子のパラメータは、同じである。 Characteristic curve GLb1 shows the change in insertion loss with a change in frequency F when the equivalent series inductances Lc1 and Lc2 of capacitors Cx1 and Cx2 are set to 0 nH, respectively. On the other hand, characteristic curve GLb0 shows the change in insertion loss when the equivalent series inductances Lc1 and Lc2 are set to a typical value of 40 nH, respectively. Note that the parameters of the circuit elements other than Lc1 and Lc2 when calculating characteristic curves GLb0 and GLb1 are the same.

特性曲線GLb0とGLb1を比較すると、対象周波数帯域である20MHz以上の高周波帯域では、特性曲線GLb0のフィルタの挿入ロスは特性曲線GLb1と比較して悪化している。前述したように、高電圧伝導ノイズ規格は0.15MHzから108MHzまでの周波数帯域での規制値を規定し、特に、種々の用途で用いられているFM周波数帯域(76MHz~108MHz)を含めた20MHz以上の高周波帯域では、他の周波数帯域に比べて低くするように規制する内容となっているため、フィルタの挿入ロスの改善が必要になる。 Comparing characteristic curves GLb0 and GLb1, in the target frequency band of 20 MHz or higher, the filter insertion loss of characteristic curve GLb0 is worse than that of characteristic curve GLb1. As mentioned above, the high-voltage conducted noise standard prescribes regulation values for the frequency band from 0.15 MHz to 108 MHz, and in particular, in the high-frequency band of 20 MHz or higher, including the FM frequency band (76 MHz to 108 MHz) used for various applications, the regulation values are lower than those for other frequency bands, so it is necessary to improve the filter insertion loss.

図5は、ノイズフィルタの構造の一例を示す図である。 Figure 5 shows an example of the structure of a noise filter.

このノイズフィルタの構造例は、接続部間の配線111と121はそれぞれ長さが約10mmで、幅が約15mmであり、そのインダクタンス成分は計算すると、約10nHである。これらの値を使って、等価回路(図6)を用いてフィルタの挿入ロスを計算する。計算結果は図7に図示する。 In this example noise filter structure, the wiring 111 and 121 between the connection parts are each approximately 10 mm long and 15 mm wide, and their inductance components are calculated to be approximately 10 nH. Using these values, the equivalent circuit (Figure 6) is used to calculate the insertion loss of the filter. The calculation results are shown in Figure 7.

(従来技術とその課題)
図6は、従来技術を適用したノイズフィルタの寄生成分を含めた等価回路図である。
(Conventional technology and its problems)
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram including parasitic components of a noise filter to which the conventional technology is applied.

図6は、図3に示した等価回路において、第1コンデンサCx1と正極配線11との接続配線と、第2コンデンサCx2と正極配線11との接続配線と、を交差させている。なお、この回路構成を用いて、第1コンデンサCx1と第2コンデンサCx2を構造的に交差させた例を、後述の図12(b)に示す。 In FIG. 6, in the equivalent circuit shown in FIG. 3, the connection wiring between the first capacitor Cx1 and the positive wiring 11 and the connection wiring between the second capacitor Cx2 and the positive wiring 11 are crossed. Note that an example in which the first capacitor Cx1 and the second capacitor Cx2 are structurally crossed using this circuit configuration is shown in FIG. 12(b) described below.

この接続配線の交差の意図について説明する。従来、ESL成分を相殺させる技術として、リード線が短いコンデンサを採用したり、リード線を切断し短くしたりする技術があるが、カスタム品の追加や切断作業が必要となり、電力変換装置の製造価格が上昇する課題が新たに生まれる。この課題解決のために、図6に示す回路構成を用いてESL成分を相殺させる。 The purpose of this crossing of the connection wiring will now be explained. Conventional techniques for canceling out ESL components include using capacitors with short lead wires or cutting and shortening the lead wires, but this requires the addition of custom parts or cutting work, which creates a new issue of increased manufacturing costs for the power conversion device. To solve this issue, the circuit configuration shown in Figure 6 is used to cancel out the ESL components.

この構成のもう1つの要点として、接続部間の配線のインダクタンス成分Lp1とLn1をコンデンサのESL成分であるLc1とLc2に揃えることができる点である。これにより、フィルタの挿入ロスを改善できる。例えば、制御基板など低電圧・小電流応用の場合、コンデンサはリード線無しの面実装タイプが多くESL成分が数nH程度であるため、基板配線トレースの長さ・幅などを調整すると、容易に接続部間の配線のインダクタンス成分をコンデンサのESL成分に揃えることができる。 Another key feature of this configuration is that the inductance components Lp1 and Ln1 of the wiring between the connections can be made to match the ESL components Lc1 and Lc2 of the capacitor. This improves the insertion loss of the filter. For example, in low-voltage, low-current applications such as control boards, many capacitors are surface-mounted without leads and have an ESL component of around a few nH, so by adjusting the length and width of the board wiring traces, the inductance components of the wiring between the connections can be easily made to match the ESL components of the capacitor.

しかし、車載インバータなど高電圧・大電流応用の場合は、ノイズフィルタに用いられるコンデンサは高電圧対応タイプであり、リード線付きでサイズも低電圧対応タイプに比べると大きいため、それに合わせてESL成分制御基板など低電圧・小電流応用のものに比べて大きくなり、約40~50nH程度になっている。この場合、熱成立性を維持するため、直流配線を幅太くする必要があり、小型化の要求により直流配線の配置空間も限られるため、バスバを短くする必要もある。つまり、直流配線のインダクタンス成分は小さくなる方向となり、大きくなるコンデンサのESL成分に揃えることが困難となる。この結果、フィルタの挿入ロスの改善効果が得られなくなる課題が生まれる。本発明は、図6に示した回路の性質を利用しつつ、構造的にこの課題を解決するためのものである。 However, in the case of high-voltage, high-current applications such as vehicle inverters, the capacitors used in noise filters are high-voltage compatible types, and since they have lead wires and are larger in size than low-voltage compatible types, they are correspondingly larger than those for low-voltage, low-current applications such as ESL component control boards, at approximately 40 to 50 nH. In this case, the DC wiring needs to be made wider to maintain thermal stability, and since the space for arranging the DC wiring is limited due to the demand for miniaturization, the bus bar needs to be shortened. In other words, the inductance component of the DC wiring tends to become smaller, making it difficult to match the ESL component of the capacitor, which becomes larger. As a result, a problem arises in which the effect of improving the insertion loss of the filter cannot be obtained. The present invention is intended to structurally solve this problem while utilizing the properties of the circuit shown in Figure 6.

図7は、図6のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。 Figure 7 is a characteristic diagram showing the insertion loss of the noise filter in Figure 6.

特性曲線GLb2は、インダクタLp1とLn1を10nHとしたときの周波数Fの変化に伴うフィルタの挿入ロスの変化を示している。特性曲線GLb0は、交差配線がないときの挿入ロスの変化を示し、図4のGLb0と同じである。なお、特性曲線GLb0とGLb2を求めるときの配線交差構成以外の回路素子のパラメータは、図3と同じである。 Characteristic curve GLb2 shows the change in insertion loss of the filter with a change in frequency F when inductors Lp1 and Ln1 are set to 10 nH. Characteristic curve GLb0 shows the change in insertion loss when there are no crossing wires, and is the same as GLb0 in Figure 4. Note that the parameters of the circuit elements other than the crossing wire configuration when calculating characteristic curves GLb0 and GLb2 are the same as those in Figure 3.

図7に示すように、寄生インダクタンスとコンデンサESL成分を揃えないと、特性曲線GLb0とGLb2にほぼ変化がないように、フィルタの挿入ロスに改善効果が得られなくなる。 As shown in Figure 7, if the parasitic inductance and capacitor ESL components are not aligned, there will be no improvement in the insertion loss of the filter, as shown by the characteristic curves GLb0 and GLb2, which show almost no change.

(第1の実施形態)
図8は、第1の実施形態にかかるノイズフィルタ装置13の構造を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing the structure of a noise filter device 13 according to the first embodiment.

図8(a)は、本発明の第1の実施形態に係わるノイズフィルタ装置13の回路図、図8(b)はその3次元構造の構成を示す図である。図8(a)には、インバータ1の筐体に格納されている回路ブロックおよび部品のうち、一端(図8(a)の左側)が直流電源(高電圧バッテリ2)側に接続され、他端(図8(a)の右側)が電力変換回路(スイッチング回路14)側に接続されるノイズフィルタ装置13が示されている。 Figure 8(a) is a circuit diagram of a noise filter device 13 according to a first embodiment of the present invention, and Figure 8(b) is a diagram showing the configuration of the three-dimensional structure. Figure 8(a) shows a noise filter device 13 in which, among the circuit blocks and components housed in the housing of the inverter 1, one end (left side of Figure 8(a)) is connected to the DC power source (high voltage battery 2) and the other end (right side of Figure 8(a)) is connected to the power conversion circuit (switching circuit 14).

本発明の特徴は、第1正極接続部P1と第2正極接続部P2とを接続する正極配線111と、第1負極接続部N1と第2負極接続部N2とを接続する負極配線121とが、交差することである。この交差部は、図8(b)に示すように積層になっており、この部分の面積・間隔及び配線の長さ・幅を調整することで、正極配線111と負極配線121のインダクタンス成分をコントロールでき、第1コンデンサCx1及び第2コンデンサCx2のESL成分であるLc1とLc2に揃えることができる。 The feature of the present invention is that the positive wiring 111 connecting the first positive connection part P1 and the second positive connection part P2 intersects with the negative wiring 121 connecting the first negative connection part N1 and the second negative connection part N2. This intersection is laminated as shown in FIG. 8(b), and by adjusting the area and spacing of this part and the length and width of the wiring, the inductance components of the positive wiring 111 and the negative wiring 121 can be controlled and aligned to the ESL components Lc1 and Lc2 of the first capacitor Cx1 and the second capacitor Cx2.

図9は、図8のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。 Figure 9 is a characteristic diagram showing the insertion loss of the noise filter in Figure 8.

本発明を採用した特性曲線GLb3は、Lp1とLn1のインダクタンス成分を概ね40nH、としたときの周波数Fの変化に伴う挿入ロスの変化を示しており、20MHz以上の高周波帯域で挿入ロスは20dB以上の改善効果が得られるようになった。 The characteristic curve GLb3 of the present invention shows the change in insertion loss with a change in frequency F when the inductance components of Lp1 and Ln1 are approximately 40 nH, and an improvement of 20 dB or more in insertion loss can be obtained in the high frequency band of 20 MHz or higher.

(第2の実施形態)
図10は、第2の実施形態にかかるノイズフィルタ装置13の構造を示す図である。なお、図10(a)は図8(a)と同じである。
Second Embodiment
10A and 10B are diagrams showing the structure of a noise filter device 13 according to the second embodiment. Note that Fig. 10A is the same as Fig. 8A.

図10(b)は、正極配線111と負極配線121の交差部を多面体形状キャパシタである第1コンデンサCx1及び第2コンデンサCx2の複数面に沿うように配置されている。また、コンデンサCx2の容量がコンデンサCx1よりも小さい場合、バスバ交差部がコンデンサCx2の下面に沿う。コンデンサCx2の下面はケース(インバータ1の筐体)への設置側である。これにより、バスバの配回しの面積をさらに確保でき、より正極配線111と負極配線121のインダクタンス成分を稼ぐことができる。 In FIG. 10(b), the intersection of the positive wiring 111 and the negative wiring 121 is arranged so as to follow the multiple faces of the first capacitor Cx1 and the second capacitor Cx2, which are polyhedral capacitors. Furthermore, when the capacitance of the capacitor Cx2 is smaller than that of the capacitor Cx1, the busbar intersection follows the bottom surface of the capacitor Cx2. The bottom surface of the capacitor Cx2 is the side that is installed in the case (the housing of the inverter 1). This allows for a larger area to be secured for routing the busbar, and allows for a greater inductance component of the positive wiring 111 and the negative wiring 121.

また、交差する正極配線111と負極配線121とは、第1コンデンサおよび第2コンデンサそれぞれの複数面に沿って配置され、さらに、バスバ交差部は蛇行するように配回されている。これにより、さらにバスバの配回し面積を確保することができる。 The intersecting positive and negative wirings 111 and 121 are arranged along multiple faces of the first and second capacitors, and the busbar intersections are routed in a serpentine fashion. This further ensures a large area for routing the busbars.

なお、例えば、バスバ交差部はキャパシタのノイズ源に近い側若しくは出力端子に近い側の側面のみに沿わせて配置する構成でも良い。 For example, the busbar intersection may be arranged along only the side of the capacitor that is closer to the noise source or closer to the output terminal.

(第3の実施形態)
図11は、第3の実施形態にかかるノイズフィルタ装置13の構造を示す図である。なお、図11(a)は、図8(a)、図10(a)と同じ図である。
Third Embodiment
11A and 11B are diagrams showing the structure of a noise filter device 13 according to a third embodiment of the present invention. Note that Fig. 11A is the same as Fig. 8A and Fig. 10A.

図11(b)はキャパシタのノイズ源(電力変換装置側)に近い側の側面のみに沿わせて交差部を配置している。このようにすることで、高さ方向のサイズの大型化を防ぐことができる。 In Figure 11(b), the intersection is arranged only along the side of the capacitor that is closer to the noise source (the power conversion device side). This prevents the height from becoming too large.

図12は、従来技術と第1の実施の形態と第2の実施形態との比較を示す図である。なお、図12(a)は図5と同じ構造のノイズフィルタであり、図12(b)は図6の回路図を構造化させたノイズフィルタである。また、図12(c)は第1の実施形態、図12(d)は第2の実施形態を示した図である。 Figure 12 is a diagram showing a comparison between the prior art, the first embodiment, and the second embodiment. Note that Figure 12(a) shows a noise filter with the same structure as Figure 5, and Figure 12(b) shows a noise filter that is a structured version of the circuit diagram in Figure 6. Figure 12(c) shows the first embodiment, and Figure 12(d) shows the second embodiment.

図12には、図12(a)や図12(b)を実施した場合、と比較して、第1の実施形態である図12(c)や第2の実施形態である図12(d)は、インダクタンス成分が増加している。さらに、バスバ面積が第1の実施形態よりも多い第2の実施形態は、第1の実施形態よりもインダクタンス成分がさらに増加している。 In FIG. 12, the inductance component is increased in the first embodiment shown in FIG. 12(c) and the second embodiment shown in FIG. 12(d) compared to the cases shown in FIG. 12(a) and FIG. 12(b). Furthermore, the second embodiment, which has a larger busbar area than the first embodiment, has an even greater inductance component than the first embodiment.

図12(c)と図12(d)の配線構造からわかるように、交差部は電流の流れる方向が、同じ方向になるため、同じ方向の磁界を発生する。そのため、この部分での相互係数及び相互インダクタンスは正の値となり、配線全体のインダクタンス成分がより大きくなる方向となる。つまり、前述の通り、交差部の面積・間隔及び配線の長さ・幅を調整することにより、配線のインダクタンス成分をコントロールしてコンデンサのESL成分に揃えることができる。これにより、コンデンサのESL成分をキャンセルすることにより、フィルタの挿入ロス特性を改善させ、高周波ノーマルモード高電圧伝導ノイズを抑制することができる。 As can be seen from the wiring structures in Figures 12(c) and 12(d), the current flows in the same direction at the intersections, generating a magnetic field in the same direction. As a result, the mutual coefficient and mutual inductance at these points are positive values, and the inductance component of the entire wiring becomes larger. In other words, as mentioned above, by adjusting the area and spacing of the intersections and the length and width of the wiring, the inductance component of the wiring can be controlled to match the ESL component of the capacitor. This cancels out the ESL component of the capacitor, improving the insertion loss characteristics of the filter and suppressing high-frequency normal mode high-voltage conductive noise.

以上説明した本発明の第1~第3の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 The first to third embodiments of the present invention described above provide the following advantages.

(1)フィルタ装置13は、一端が直流電源側に接続され、他端が電力変換回路側に接続され、正極配線11と、負極配線12と、正極配線11及び負極配線12の間に並列に接続された第1コンデンサCx1及び第2コンデンサCx2と、を備え、正極配線11は、一端側に第1コンデンサCx1と接続する第1正極接続部P1と、他端側に第2コンデンサCx2と接続する第2正極接続部P2と、を有し、負極配線12は、一端側に第2コンデンサCx2と接続する第1負極接続部N1と、他端側に第2コンデンサCx2と接続する第2負極接続部N2と、を有し、正極配線11と負極配線12とは交差する。このようにしたことで、低コスト化と小型化と低ノイズ化とを並立させたフィルタ装置及び電力変換装置を提供できる。 (1) The filter device 13 has one end connected to the DC power supply side and the other end connected to the power conversion circuit side, and includes a positive wiring 11, a negative wiring 12, and a first capacitor Cx1 and a second capacitor Cx2 connected in parallel between the positive wiring 11 and the negative wiring 12. The positive wiring 11 has a first positive electrode connection part P1 connected to the first capacitor Cx1 at one end and a second positive electrode connection part P2 connected to the second capacitor Cx2 at the other end. The negative wiring 12 has a first negative electrode connection part N1 connected to the second capacitor Cx2 at one end and a second negative electrode connection part N2 connected to the second capacitor Cx2 at the other end. The positive wiring 11 and the negative wiring 12 cross each other. In this way, a filter device and a power conversion device that achieve low cost, small size, and low noise can be provided.

(2)フィルタ装置13において、正極配線11と負極配線12との交差部は、積層している。このようにしたことで、この部分の面積・間隔及び配線の長さ・幅を調整することで、正極配線11と負極配線12のインダクタンス成分をコントロールでき、第1コンデンサCx1及び第2コンデンサCx2のESL成分であるLc1とLc2に揃えることができる。 (2) In the filter device 13, the intersections between the positive and negative wiring 11 and 12 are laminated. By doing so, the area and spacing of this portion and the length and width of the wiring can be adjusted to control the inductance components of the positive and negative wiring 11 and 12, and can be made equal to Lc1 and Lc2, which are the ESL components of the first capacitor Cx1 and the second capacitor Cx2.

(3)フィルタ装置13において、正極配線11と負極配線12とは、第1コンデンサCx1および第2コンデンサCx2それぞれの複数面に沿って配置される。このようにしたことで、バスバ11,12の配回し面積を確保することができる。 (3) In the filter device 13, the positive electrode wiring 11 and the negative electrode wiring 12 are arranged along multiple faces of the first capacitor Cx1 and the second capacitor Cx2. In this way, it is possible to ensure a wiring area for the busbars 11 and 12.

(4)フィルタ装置13において、第2コンデンサCx2の容量が第1コンデンサCx1の容量よりも小さいとき、正極配線11と負極配線12とは、第2コンデンサCx2の下面で交差する。このようにしたことで、バスバ11,12の配回し面積を確保することができる。 (4) In the filter device 13, when the capacitance of the second capacitor Cx2 is smaller than the capacitance of the first capacitor Cx1, the positive electrode wiring 11 and the negative electrode wiring 12 intersect on the underside of the second capacitor Cx2. This makes it possible to ensure a wiring area for the busbars 11 and 12.

(5)フィルタ装置13において、正極配線11と負極配線12との交差部は、蛇行している。このようにしたことで、バスバ11,12の配回し面積を確保することができる。 (5) In the filter device 13, the intersection between the positive electrode wiring 11 and the negative electrode wiring 12 is serpentine. This makes it possible to ensure a sufficient routing area for the bus bars 11 and 12.

(6)フィルタ装置13において、正極配線11と負極配線12とのインダクタンスは、第1コンデンサCx1または第2コンデンサCx2のインダクタンスと略等しい。このようにしたことで、フィルタの挿入ロスを改善できる。 (6) In the filter device 13, the inductance between the positive wiring 11 and the negative wiring 12 is approximately equal to the inductance of the first capacitor Cx1 or the second capacitor Cx2. This improves the insertion loss of the filter.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。例えば、上述した実施の形態では、ハイブリッド自動車又は電気自動車等の車両に搭載される電力変換装置を例に説明したが、本発明はこれらに限らず建設機械等や鉄道の車両に用いられる電力変換装置にも適用することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the spirit of the invention. Furthermore, the present invention is not limited to having all of the configurations described in the above-described embodiment, and includes configurations in which some of the configurations have been omitted. For example, the above-described embodiment has been described using a power conversion device mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, but the present invention is not limited to these and can also be applied to power conversion devices used in construction machinery and railway vehicles.

1…電力変換装置(インバータ)
1-Cs…スイッチング回路・筐体間浮遊容量
2…高電圧バッテリ
3…高電圧電源インピーダンス安定回路網(LISN)
31…正極LISN回路部
32…負極LISN回路部
4…高電圧DCケーブル
5…高電圧ACケーブル
6…電気モータ
6-U…U相コイル
6-V…V相コイル
6-W…W相コイル
6-Cs…コイル・筐体間浮遊容量
7…絶縁物
8…GNDストラップ
9…GNDプレーン
10…電流
10a…逆向きの電流
10b…同向きの電流
11…正極(直流)配線
12…負極(直流)配線
13…ノイズフィルタ装置
14…スイッチング回路
111…第1正極接続部P1と第2正極接続部P2とを接続する正極配線
121…第1負極接続部N1と第2負極接続部N2とを接続する負極配線
SW1~SW3…単位スイッチング回路
TR1、TR2…絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
D1、D2…ダイオード
Cx…平滑コンデンサ
Gn…電源
Lc…磁性体コア
Lc1、Lc2…等価直列インダクタンス
Lp0~Lp3…等価直列インダクタンス(正極配線)
Ln0~Ln3…等価直列インダクタンス(負極配線)
k1…正極直流配線・負極直流配線間の結合係数
Cy1、Cy2…接地コンデンサ
Cy11、Cy21…正極直流配線・筐体間の接地コンデンサ
Cy12、Cy22…負極直流配線・筐体間の接地コンデンサ
Cx1…正極直流配線・負極直流配線間の第1コンデンサ
Cx2…正極直流配線・負極直流配線間の第2コンデンサ
P1…第1コンデンサCx1と正極配線11の接続部である第1正極接続部
P2…第2コンデンサCx2と正極配線11の接続部である第2正極接続部
N1…第1コンデンサCx1と負極配線12の接続部である第1負極接続部
N2…第2コンデンサCx2と負極配線12の接続部である第2負極接続部
1...Power conversion device (inverter)
1-Cs... switching circuit-casing stray capacitance 2... high voltage battery 3... high voltage power supply impedance stabilization circuit network (LISN)
31...Positive LISN circuit section 32...Negative LISN circuit section 4...High voltage DC cable 5...High voltage AC cable 6...Electric motor 6-U...U-phase coil 6-V...V-phase coil 6-W...W-phase coil 6-Cs...Frayed capacitance between coil and housing 7...Insulator 8...GND strap 9...GND plane 10...Current 10a...Reverse current 10b... currents in the same direction 11... positive (DC) wiring 12... negative (DC) wiring 13... noise filter device 14... switching circuit 111... positive wiring 121 connecting the first positive connection part P1 and the second positive connection part P2... negative wiring SW1 to SW3 connecting the first negative connection part N1 and the second negative connection part N2... unit switching circuits TR1, TR2... insulated gate bipolar transistors D1, D2... diode Cx... smoothing capacitor Gn... power supply Lc... magnetic cores Lc1, Lc2... equivalent series inductances Lp0 to Lp3... equivalent series inductances (positive wiring)
Ln0 to Ln3: equivalent series inductance (negative wiring)
k1...coupling coefficient between the positive DC wiring and the negative DC wiring Cy1, Cy2...ground capacitor Cy11, Cy21...ground capacitor between the positive DC wiring and the housing Cy12, Cy22...ground capacitor between the negative DC wiring and the housing Cx1...first capacitor Cx2 between the positive DC wiring and the negative DC wiring...second capacitor P1 between the positive DC wiring and the negative DC wiring...first positive connection part P2 which is the connection part between the first capacitor Cx1 and the positive wiring 11...second positive connection part N1...first negative connection part N2 which is the connection part between the first capacitor Cx1 and the negative wiring 12...second negative connection part which is the connection part between the second capacitor Cx2 and the negative wiring 12

Claims (7)

一端が直流電源側に接続され、他端が電力変換回路側に接続されるフィルタ装置であって、
正極配線と、負極配線と、前記正極配線及び前記負極配線の間に並列に接続された第1コンデンサ及び第2コンデンサと、を備え、
前記正極配線は、前記正極配線の一端側に前記第1コンデンサと接続する第1正極接続部と、前記正極配線の他端側に前記第2コンデンサと接続する第2正極接続部と、を有し、
前記負極配線は、前記負極配線の一端側に前記第2コンデンサと接続する第1負極接続部と、前記負極配線の他端側に前記第1コンデンサと接続する第2負極接続部と、を有し、
前記第1正極接続部と前記第1負極接続部との中点を通り、かつ前記第1正極接続部と前記第1負極接続部とを結ぶ仮想直線に対して垂直な仮想平面を設けた場合、前記第1正極接続部および前記第2正極接続部は前記仮想平面を基準にして互いに異なる側に位置し、前記第1負極接続部および前記第2負極接続部は前記仮想平面を基準にして互いに異なる側に位置する
フィルタ装置。
A filter device having one end connected to a DC power supply side and the other end connected to a power conversion circuit side,
A positive electrode wiring, a negative electrode wiring, and a first capacitor and a second capacitor connected in parallel between the positive electrode wiring and the negative electrode wiring,
The positive wiring has a first positive electrode connection portion connected to the first capacitor on one end side of the positive wiring , and a second positive electrode connection portion connected to the second capacitor on the other end side of the positive wiring ,
The negative wiring has a first negative electrode connection portion connected to the second capacitor on one end side of the negative wiring , and a second negative electrode connection portion connected to the first capacitor on the other end side of the negative wiring ,
When a virtual plane is provided that passes through a midpoint between the first positive electrode connection portion and the first negative electrode connection portion and is perpendicular to a virtual line that connects the first positive electrode connection portion and the first negative electrode connection portion, the first positive electrode connection portion and the second positive electrode connection portion are located on different sides of the virtual plane, and the first negative electrode connection portion and the second negative electrode connection portion are located on different sides of the virtual plane.
Filter device.
請求項1に記載されたフィルタ装置であって、
前記正極配線と前記負極配線とは、少なくとも前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの間において、互いに積層されている
フィルタ装置。
2. The filter device according to claim 1,
The positive electrode wiring and the negative electrode wiring are stacked on each other at least between the first capacitor and the second capacitor .
請求項2に記載されたフィルタ装置であって、
前記正極配線と前記負極配線とは、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサそれぞれ有する面のうち、少なくとも複数面に沿って配置される
フィルタ装置。
3. A filter device according to claim 2,
the positive electrode wiring and the negative electrode wiring are arranged along at least a plurality of surfaces of the first capacitor and the second capacitor, respectively .
請求項2に記載されたフィルタ装置であって、
前記第1コンデンサにおける前記第1正極接続部および前記第2正極接続部が形成される側の面と、前記第2コンデンサにおける前記第1負極接続部および前記第2負極接続部が形成される側の面とを、それぞれ上面として、前記上面とは反対側の面を下面とした場合、
前記第2コンデンサの容量が前記第1コンデンサの容量よりも小さいとき、前記正極配線と前記負極配線とは、前記第2コンデンサの前記下面で互いに積層されている
フィルタ装置。
3. A filter device according to claim 2,
When a surface of the first capacitor on which the first positive electrode connection portion and the second positive electrode connection portion are formed and a surface of the second capacitor on which the first negative electrode connection portion and the second negative electrode connection portion are formed are defined as upper surfaces, and a surface opposite to the upper surfaces is defined as a lower surface,
When the capacitance of the second capacitor is smaller than the capacitance of the first capacitor, the positive electrode wiring and the negative electrode wiring are stacked on the lower surface of the second capacitor.
Filter device.
請求項に記載されたフィルタ装置であって、
前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサが互いに積層された部分は、前記第1コンデンサの前記上面から、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの間を通って、前記第2コンデンサの前記下面まで配置されている
フィルタ装置。
5. A filter device according to claim 4 ,
The portion where the first capacitor and the second capacitor are stacked on each other is disposed from the upper surface of the first capacitor, passing between the first capacitor and the second capacitor, to the lower surface of the second capacitor.
Filter device.
請求項1に記載されたフィルタ装置であって、
前記正極配線と前記負極配線とのインダクタンスは、前記第1コンデンサまたは前記第2コンデンサのインダクタンスと略等しい
フィルタ装置。
2. The filter device according to claim 1,
A filter device, wherein an inductance between the positive wiring and the negative wiring is approximately equal to an inductance of the first capacitor or the second capacitor.
請求項1から6に記載されたフィルタ装置を備えた
電力変換装置。
A power conversion device comprising the filter device according to any one of claims 1 to 6.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000069766A (en) 1998-08-24 2000-03-03 Hitachi Ltd Power converter
JP2010273207A (en) 2009-05-22 2010-12-02 Denso Corp Noise filter
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000069766A (en) 1998-08-24 2000-03-03 Hitachi Ltd Power converter
JP2010273207A (en) 2009-05-22 2010-12-02 Denso Corp Noise filter
WO2017017987A1 (en) 2015-07-28 2017-02-02 株式会社村田製作所 Circuit board, filter circuit using same, and capacitance element
WO2018025342A1 (en) 2016-08-03 2018-02-08 三菱電機株式会社 Noise filter circuit
JP2018098891A (en) 2016-12-13 2018-06-21 日立オートモティブシステムズ株式会社 Bus bar structure and power conversion equipment using the same

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