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CN104081648B - 电力变换装置 - Google Patents

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CN104081648B
CN104081648B CN201380007799.0A CN201380007799A CN104081648B CN 104081648 B CN104081648 B CN 104081648B CN 201380007799 A CN201380007799 A CN 201380007799A CN 104081648 B CN104081648 B CN 104081648B
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Abstract

本发明要解决的课题在于，实现将多个电力变换装置一体化而成的一体型电力变换装置的小型化和缩短电力变换装置内部的布线连接距离。本发明所涉及的电力变换装置具备：功率半导体模块、DC‑DC转换器、电容器模块、形成让冷媒流动的流路的流路形成体、壳体和传递所述直流电流的第1直流连接器，所述功率半导体模块配置在隔着所述流路形成体与所述DC‑DC转换器相对置的位置，所述直流连接器配置在所述壳体的规定的一面侧，所述壳体的规定的一面沿着所述功率半导体模块、所述流路形成体和所述DC‑DC转换器的排列方向形成，所述电容器模块配置在所述壳体的规定的一面与所述流路形成体之间，并且与所述直流连接器相连接。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及电力变换装置，特别涉及以发动机和电动机为驱动源的混合动力车、电动汽车、插电式混合动力车的多个电力变换装置。
背景技术
电动汽车或插电式混合动力车都搭载有高电压蓄电池和低电压蓄电池。高电压蓄电池向用于驱动车辆驱动用的电动机的电力变换装置供给电力。低电压蓄电池向车辆的灯、无线电收音机等的辅机供给电力。这样的车辆搭载有进行从高电压蓄电池向低电压蓄电池的电力变换或从低电压蓄电池向高电压蓄电池的电力变换的DC/DC转换器装置。
在这样的车辆中，最好尽可能增大室内相对于车辆整体的容积的比例，提高居住性。因此，电力变换装置或DC-DC转换器装置搭载于车室外的尤其是发动机室的尽可能小的空间为佳。此外，电力变换装置或DC-DC转换器装置为了使与安装到车辆后的连接端子的布线容易进行设计，最好尽可能将外部连接端子集中配置于一面或两面。例如，在以下的专利文献1中，提出了如下方案：将DC-DC转换器装置同时设置到逆变器装置的侧面，并将各外部连接端子配置到上表面，由此确保对外部连接端子的良好的组装作业性。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：JP特开2004-304923号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
本发明要解决的课题在于，实现电力变换装置的小型化。而另一方面，本发明要解决的课题在于，实现将多个电力变换装置一体化而成的一体型电力变换装置的小型化、和缩短电力变换装置内部的布线连接距离。
【解决课题的手段】
为了解决上述课题，本发明所涉及的一体型电力变换装置具备：功率半导体模块；DC-DC转换器，其将规定的直流电压变换成不同的直流电压；电容器模块，其将所述直流电压平滑化，并且将该平滑化后的直流电压供给到所述功率半导体模块以及所述DC-DC转换器；流路形成体，其形成让冷媒流动的流路；壳体，其对所述功率半导体模块、所述DC-DC转换器、所述电容器模块和所述流路形成体进行收纳；和第1直流连接器，其传递所述直流电流，所述功率半导体模块配置在隔着所述流路形成体与所述DC-DC转换器相对置的位置，所述直流连接器配置在所述壳体的规定的一面侧，所述壳体的规定的一面沿着所述功率半导体模块、所述流路形成体和所述DC-DC转换器的排列方向形成，所述电容器模块配置在所述壳体的规定的一面与所述流路形成体之间，并且与所述直流连接器相连接。
【发明效果】
根据本发明，能够实现电力变换装置的小型化。而另一方面，根据本发明，能够实现将多个电力变换装置一体化而成的一体型电力变换装置的小型化和缩短电力变换装置内部的布线连接距离。
附图说明
图1是表示混合动力汽车的系统的系统图。
图2是表示图1所示的电路结构的电路图。
图3是电力变换装置200的外观立体图。
图4是对电力变换装置200进行了分解的立体图。
图5是从图4的A-A剖面的箭头方向观察的剖面图。
图6是从图4的B-B剖面的箭头方向观察的剖面图。
图7(a)是本实施方式的第1功率半导体模块300a的立体图。图7(b)是示意性地示出将本实施方式的第1功率半导体模块300a按剖面C切断后从箭头方向观察时的剖面图的图。
图8是表示第一功率半导体模块300a的内置电路结构的电路图。
图9是表示电力变换装置200的直流电的流动的图。
图10是表示电力变换装置200的交流电的流动的图。
图11是表示作为电容器模块500的外观图的分解立体图。
图12是表示作为电容器模块500的外观图的立体图。
图13是表示DC-DC转换器100的内置电路结构的一例的电路图。
图14是表示DC-DC转换器100的内置电路结构的电路图。
图15是用于说明DC-DC转换器100的部件配置的图。
图16是说明向壳体10组装DC-DC转换器100的图。
图17是说明DC-DC转换器100的电力的流动的图。
具体实施方式
以下说明的应用了本发明的实施方式中记载的电力变换装置以及使用了该装置的系统解决了为了产品化而最好解决的各种课题。在这些实施方式所解决的各种课题中的一个中，存在上述发明要解决的课题栏中记载的缩短电力变换装置内部的布线连接距离所涉及的课题，而且不止于上述的发明效果栏中记载的缩短电力变换装置内部的布线连接距离的效果，除了上述课题、效果以外还能够解决各种各样的课题，达成各种各样的效果。
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是表示混合动力汽车(以下记述为“HEV”)的控制块(block)的图。
发动机EGN以及电动发电机(motor generator)MG1产生车辆的行驶用转矩。此外，电动发电机MG1不仅具有产生旋转转矩的功能，还具有将从外部施加到电动发电机MG1的机械能变换为电力的功能。
发动机EGN的输出侧的输出转矩经由动力分配机构TSM被传递到电动发电机MG1，来自动力分配机构TSM的旋转转矩或者电动发电机MG1所产生的旋转转矩，经由变速器TM以及差动齿轮DEF被传递到车轮。另一方面，在再生制动的运转时，旋转转矩从车轮传递到电动发电机MG1，基于供给过来的旋转转矩而产生交流电。所产生的交流电如后所述通过电力变换装置200变换为直流电，对高压用的电池136进行充电，充电后的电力再次被用作行驶能量。
接着对电力变换装置200进行说明。逆变器电路140经由直流连接器138与电池136电连接，在电池136与逆变器电路140彼此之间进行电力的授受。在使电动发电机MG1作为电动机来工作的情况下，逆变器电路140基于从电池136经由直流连接器138供给的直流电而产生交流电，并经由交流连接器188供给到电动发电机MG1。由电动发电机MG1与逆变器电路140构成的结构作为电动发电单元而工作。
另外，电力变换装置200具备用于将供给到逆变器电路140的直流电平滑化的电容器模块500。
电力变换装置200具备用于从上位的控制装置接受指令或者向上位的控制装置发送表示状态的数据的通信用连接器21。电力变换装置200基于从连接器21输入的指令由控制电路172对电动发电机MG1的控制量进行运算，并且对是作为电动机来运转还是作为发电机来运转进行运算，基于运算结果产生控制脉冲，将该控制脉冲提供给驱动电路174。驱动电路174基于所提供的控制脉冲，产生用于控制逆变器电路140的驱动脉冲。
图2是说明逆变器装置200的结构的电路模块图。另外，在图2中使用了绝缘栅型双极晶体管作为半导体元件，以下约记为IGBT。由作为上臂而执行动作的IGBT328以及二极管156和作为下臂而执行动作的IGBT330以及二极管166构成上下臂串联电路150。逆变器电路140与要输出的交流电的U相、V相、W相这3相相对应地具备该串联电路150。
这3相在该实施方式中对应于与行驶用电动机相对应的电动发电机MG1的电枢绕组的3相的各相绕组。3相各自的上下臂串联电路150从串联电路的中点部分即中间电极169输出交流电流。该中间电极169与通过交流端子159以及交流连接器188而到达电动发电机MG1的交流电线即交流母线802相连接。
上臂IGBT328的集电极153经由正极端子157与电容器模块500的正极侧的电容器端子506电连接。此外，下臂IGBT330的发射极电极经由负极端子158与电容器模块500的负极侧的电容器端子504电连接。
驱动电路174将用于控制构成各相的串联电路150的上臂或者下臂的IGBT328、IGBT330的驱动脉冲供给到各相的IGBT328、IGBT330。IGBT328、IGBT330基于来自驱动电路174的驱动脉冲，进行导通或者截止动作，并将从电池136供给的直流电变换成三相交流电，将该变换后的电力供给到电动发电机MG1。
IGBT328具备集电极153、信号用发射极电极155和栅极电极154。此外，IGBT330具备集电极163、信号用发射极电极165和栅极电极164。二极管156被电连接在集电极153与发射极电极155之间。此外，二极管166被电连接在集电极163与发射极电极165之间。
作为开关用功率半导体元件，也可以使用金属氧化物半导体型场效应晶体管(以下约记为MOSFET)，在该情况下不需要二极管156、二极管166。作为开关用功率半导体元件，IGBT适于直流电压比较高的情况，而MOSFET适于直流电压比较低的情况。
电容器模块500具备正极侧电容器端子506、负极侧电容器端子504、正极侧电源端子509和负极侧电源端子508。来自电池136的高电压的直流电经由直流连接器138供给到正极侧电源端子509、负极侧电源端子508，并从电容器模块500的正极侧电容器端子506以及负极侧电容器端子504，提供给逆变器电路140。
另一方面，由逆变器电路140从交流电进行变换而得到的直流电从正极侧电容器端子506、负极侧电容器端子504供给到电容器模块500，从正极侧电源端子509、负极侧电源端子508经由直流连接器138供给到电池136，并积蓄在电池136中。
控制电路172具备用于对IGBT328以及IGBT330的开关定时进行运算处理的微型计算机(以下，描述为“微机”)。作为给微机的输入信息，存在对电动发电机MG1要求的目标转矩值、从串联电路150供给到电动发电机MG1的电流值、以及电动发电机MG1的转子的磁极位置。
从上位的控制装置经连接器21接到的控制信号，经由接口电缆102配送给DC-DC转换器100。此外，经由直流连接器138接收到的直流电压经由电容器模块500的DC-DC端子510被配送到DC-DC转换器100。
此外第1基板710安装有驱动电路174、控制电路172和电流传感器180。
图3是表示电力变换装置200的外观的立体图。图4是为了说明电力变换装置200的壳体10的内部构成而对电力变换装置200进行了分解的立体图。
本实施方式所涉及的电力变换装置200具备直流连接器138、交流连接器188、和LV(Low Voltage，低压)连接器910。LV连接器910传递直流电压，该直流电压是与所述直流连接器138不同的直流电压，并且由DC-DC转换器100降压而得到。直流连接器138、交流连接器188以及LV连接器910配置于壳体10的规定的平面10a。另外平面10a在本实施方式中对应于壳体10的上表面。即平面10a被配置成使得组装作业者可以从车辆的机罩(bonnet)的开口侧观察平面10a。由此，能够在将电力变换装置200安装到车辆后，容易地连接直流连接器138、交流连接器188以及LV连接器910，可以期望作业性的提高。
如图4所示，电容器模块500配置在壳体10内的上部。构成逆变器电路140的多个第1功率半导体模块300a～300c配置在壳体10的一个侧面侧。第1功率半导体模块300a～300c相对于电容器模块500大致垂直地配置。DC-DC转换器100配置在壳体10的另一个侧面侧。
在本实施方式中，第1基板710搭载控制电路172、驱动电路174、电流传感器180以及连接器21。另外，并非必须将控制电路172、电流传感器180、连接器21搭载于第1基板710，也可以根据搭载空间等，将这些部件从第1基板710分离开。第1基板710配置为其安装面相对于第1功率半导体模块300a～300c平行。
上表面侧的盖3由螺栓固定成覆盖壳体10的上表面方向的开口部。此外第1侧面盖904由螺栓固定成覆盖收纳了第1功率半导体模块300a～300c的一侧的开口部。第1侧面盖904在与连接器21相对置的区域，形成用于使连接器21贯通的贯通孔906。由此，由于能够缩短连接器21周围的布线，因而能够降低噪声的影响。此外由于弱电系的连接器21配置于与配置了强电系的直流连接器138、交流连接器188、LV连接器910的面不同的面，因而能够降低噪声的影响。
第2侧面盖905被螺栓固定成覆盖收纳DC-DC转换器100的一侧的开口部。
图5是用于帮助图4的理解的图，是从图3的剖面A的箭头方向观察的剖面图。
流路形成体19处于壳体10的中央部附近，稍微接近DC-DC转换器100侧而配置，并且配置在壳体10的下部侧。流路形成体19形成第1流路19a和第2流路19b。第1流路19a和第2流路19b沿第1功率半导体模块300a～300c与DC-DC转换器100的排列方向D并排配置。第1流路19a配置为比DC-DC转换器100更靠近第1功率半导体模块300a～300c，并且与第1功率半导体模块300a～300c相对置地配置。第2流路19b配置为比第1功率半导体模块300a～300c更靠近DC-DC转换器100，并且与DC-DC转换器100相对置地形成。
第1功率半导体模块300a～300c配置为与第1流路19a相接。此外，DC-DC转换器100配置为与第2流路19b相接。即第1功率半导体模块300a～300c配置在隔着流路形成体19与DC-DC转换器100相对置的位置。
直流连接器138配置在壳体10的规定的平面10a侧。该规定的平面10a沿着第1功率半导体模块300a～300c、流路形成体19和DC-DC转换器100的排列方向D地形成。即规定的平面10a与排列方向D平行地形成。然后电容器模块500配置在壳体10的规定的平面10a与流路形成体19之间，并且与直流连接器138相连接。
由此，能够缩短电容器模块500与直流连接器138之间的布线，并且也能够极大地缩短传递从电容器模块500输出的直流电的布线。
此外，电容器模块500配置为跨越第1流路19a和第2流路19b。
由此，能实现通过冷媒来冷却本实施方式中的电力变换装置200的主要发热部件即电容器模块500、第1功率半导体模块300a～300c和DC-DC转换器100，可以期望耐久性能的提高。
而且，由于成为从分别不同的3个方向对壳体10组装第1功率半导体模块300a～300c、电容器模块500和DC-DC转换器100的结构，因此可以期望组装性、分解性的提高。
此外，第1功率半导体模块300a～300c和DC-DC转换器100分别从壳体10的与配置有外部接口的上表面相邻的长边方向的边的侧面方向进行组装，因此能够缩短第1功率半导体模块300a～300c与交流连接器188的连接距离、以及DC-DC转换器100与LV连接器的连接距离。
因此，由于能够缩短电力变换装置200内部的电连接距离，故而可以期望装置的小型化、轻便化、耐噪声性能的提高。
壳体10具有收纳第1功率半导体模块300a～300c的第1凹部850。第1凹部850由流路形成体19形成底面并且由用于收纳电容器模块500的壁850a形成侧面的一部分。
壳体10具有收纳电容器模块500的第2凹部851。第2凹部851由流路形成体19以及壁850a形成底面并且由用于收纳第1基板710的壁851a形成侧面的一部分。
壁851b形成收纳电容器模块500的空间和收纳DC-DC转换器100的空间的双方。
第1基板710配置在隔着第1功率半导体模块300a～300c与第1凹部850的底面相对置的位置。而且第1基板710由壁851a支撑，并组装为盖上收纳有第1功率半导体模块300a～300c的第1凹部850。
由此，第1基板710能够经由壁850a或壁851a与流路形成体19热连接，能够冷却第1基板710。此外，如图4所示，能够容易地在第1功率半导体模块300a～300c与第1基板710之间，确保用于安装电流传感器180的空间。因此，能够无浪费地有效利用电力变换装置200内部的空间，因而可以期望小型化、轻便化的提高。
第1凹部850和第2凹部851根据各自所收纳的部件而大小各异。由此，容易进行组装作业时的误组装的判别，能实现防止误组装。在本实施方式中，将第1功率半导体模块300a～300c侧的第1凹部850形成得比第2凹部851深。
图6是用于说明流路形成体19的图，是从图3的剖面B的箭头方向观察的剖面立体图。
用于使冷媒流入的入口配管13和用于使冷媒流出的出口配管14配置在壳体10的同一侧面上。流路形成体19形成：第1开口部19c，其朝向配置了第1功率半导体模块300a～300c的方向形成；和第2开口部19d，其朝向配置了DC-DC转换器100的方向形成。
第1开口部19c由搭载了第1功率半导体模块300a～300c的基底板(base plate)301堵住。基底板301与在第1流路19a中流动的冷媒直接接触。此外基底板301具有：散热片302a，其与第1功率半导体模块300a相对置地形成；散热片302b，其与第1功率半导体模块300b相对置地形成；和散热片302c，其与第1功率半导体模块300c相对置地形成。
冷媒在箭头所示的流动方向417的方向上通过入口配管13，并按照流动方向418那样在沿壳体10的长边方向的边而形成的第1流路19a内流动。此外，冷媒按照流动方向421那样在沿壳体10的短边方向的边而形成的流路部流动，并形成折回流路。此外，冷媒按照流动方向422那样，在沿壳体10的长边方向的边而形成的第2流路19b流动。第2流路19b设置在与第1流路19a相对置的位置。进而，冷媒按照流动方向423那样，通过出口配管14而流出。在本实施方式中，水最适合作为冷媒。但是因为也可以利用水以外的空气等，所以以下记为冷媒。
此外，因为第1流路19a和第2流路19b沿壳体10的长边方向的边相互对置地形成，所以成为通过铝锻造容易制造的结构。
使用图7对逆变器电路140所使用的第1功率半导体模块300a～300c的结构来进行说明。在第1功率半导体模块300a中设置有U相的串联电路150，在第1功率半导体模块300b中设置有V相的串联电路150，在第1功率半导体模块300c中设置有W相的串联电路150。上述第1功率半导体模块300a～300c全都是相同结构，作为代表对第1功率半导体模块300a的结构进行说明。
另外在图7中，信号端子325U与图2所公开的栅极电极154以及信号用发射极电极155相对应，信号端子325L与图2所公开的栅极电极164以及发射极电极165相对应。此外，直流正极端子315B与图2所公开的正极端子157是相同要素，直流负极端子319B与图2所公开的负极端子158是相同要素。此外，交流端子320B与图2所公开的交流端子159是相同要素。
图7(a)是本实施方式的第1功率半导体模块300a的立体图。图7(b)是示意性地示出从剖面C的箭头方向观察本实施方式的第1功率半导体模块300a的剖面图的示例。
如图7(a)以及图7(b)所示，第1功率半导体模块300a是由一体模制成型而得到的树脂构件350覆盖构成串联电路150的半导体元件(IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166)而成的。树脂构件350例如由高Tg转移树脂等构成，并且在无接头的状态下一体成型而成。
从树脂构件350的一个侧面，突出了与电容器模块500相连接的直流正极端子315B以及直流负极端子319B、和用于与电动机相连接的U、V、W相的交流端子320B。此外，从与正极端子315B等突出的侧面相对置的侧面，突出了信号端子325U以及信号端子325L。在树脂构件350的内部，具有包含了布线的半导体模块部。
如图7(b)所示，半导体模块部在绝缘基板334上设置有上下臂的IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166等，由上述树脂构件350保护。绝缘基板334也可以是陶瓷基板，还可以是薄绝缘片或SiN。
直流正极端子315B以及直流负极端子319B具有用于与绝缘基板334上的电路布线图案334k相连接的连接端315k以及连接端319k。此外，连接端315k以及连接端319k为了形成与电路布线图案334k的接合面，因而其前端部弯曲。连接端315k以及连接端319k和电路布线图案334k经由焊料等相连接、或者通过超声波焊接将金属彼此直接连接。
绝缘基板334例如经由焊料337a固定在金属基底304上。焊料337a与实型(solid pattern)334r相接合。上臂用IGBT328和上臂用二极管156以及下臂用IGBT330、下臂用二极管166通过焊料337b固定于电路布线图案334k。电路布线图案334k与半导体元件的连接采用接合线(bondingwire)371进行。
图8是表示第1功率半导体模块300a的内部电路结构的电路图。上臂侧的IGBT328的集电极与上臂侧的二极管156的阴极电极经由导体板315相连接。在导体板315连接有直流正极端子315B。IGBT328的发射极电极与上臂侧的二极管156的阳极电极经由导体板318相连接。在IGBT328的栅极电极154，并联连接有3个信号端子325U。在IGBT328的信号用发射极电极155，连接有信号端子336U。
另一方面，下臂侧的IGBT330的集电极与下臂侧的二极管166的阴极电极经由导体板320相连接。在导体板320连接有交流端子320B。IGBT330的发射极电极与下臂侧的二极管166的阳极电极经由导体板319相连接。在导体板319连接有直流负极端子319B。在IGBT330的栅极电极164，并联连接有3个信号端子325L。在IGBT330的信号用发射极电极165，连接有信号端子336L。
使用图9、图10对本实施方式中的电力变换装置200的电力的流动进行说明。图9是表示本实施方式中的电力变换装置200的直流电的流动的立体图。与直流电的流动无关的构成部件被省略。从电池136供给的直流电经由直流连接器138向电力变换装置200输入。
从直流连接器138输入的直流电，通过电容器模块500被平滑化后，提供给用于向第1功率半导体模块300a～300c传递直流电的电容器端子504以及506、和用于向DC-DC转换器100传递直流电的DC-DC端子510。另外，关于到达DC-DC转换器100之后的电力的流动在后面叙述。
直流电通过电容器端子504以及506之后，经由直流母线504a以及506a，从第1功率半导体模块300a～300c的直流正极端子315B以及直流负极端子319B，向第1功率半导体模块300a～300c的逆变器电路140输入。
直流母线504a和直流母线506a以隔着绝缘构件的层叠状态而构成。此外直流母线504a和直流母线506a沿着与配置了第1功率半导体模块300a～300c的面或配置了直流连接器138的平面10a不同的平面10b来配置。平面10b与配置了入口配管13与出口配管14的面相对置。由此，能够有效地利用平面10b，实现电力变换装置200的小型化。此外，能够保护位于电力变换装置200内的部件免受从直流母线504a和直流母线506a放射的电磁噪声的干扰。
图10是表示本实施方式中的电力变换装置200的交流电的流动的立体图。与交流电的流动无关系的构成部件被省略。
在逆变器电路140中，变换成交流后的电力从第1功率半导体模块300a～300c的交流端子320B，经由交流母线802，传递到交流连接器188。从交流连接器188输出的交流电传到电动发电机MG1，产生车辆的行驶用转矩。
另外，在此，以在电池136中储蓄的电力到达电动发电机MG1为止的流程为例进行了表示。在电动发电机MG1作为将从外部施加的机械能变换成电力并储蓄到电池136中的发电机而执行动作的情况下，按照与上述说明相反的流程来传递电力。
交流母线802沿着与配置了第1功率半导体模块300a～300c的面或配置了直流连接器138的平面10a不同的平面10b来配置。由此，能够有效地利用平面10b，实现电力变换装置200的小型化。此外，能够保护位于电力变换装置200内的部件远离从交流母线802放射的电磁噪声。
图11、图12是说明电容器模块500的图，图11是拔出了电容器模块500和直流连接器138的分解立体图。图12是为了帮助理解，未显示直流连接器138以及电容器模块500的树脂部件的状态的立体图。
电容器模块500由电容器母线501和多个电容器元件500a以及Y电容器40形成。多个电容器元件500a与电容器母线501并联连接。另外，电容器模块500由1个以上的电容器元件500a构成。
Y电容器40由具有多个端子并且那些多个端子中的一个电接地的电容器构成。Y电容器40作为噪声对策而被设置，与多个电容器元件500a并联连接。
在电容器母线501，连接多个电容器元件500a。电容器母线501由正极母线501P、负极母线501N和电容器母线树脂501M构成。在本实施方式中，设为将正极母线501P与负极母线501N重叠在一起通过电容器母线树脂501M而一体成型的结构，但也可以设为层叠成在正极母线501P与负极母线501N之间夹着绝缘片的结构。
电容器母线树脂501M在背面设有顺着电容器元件500a的形状而成的形状，此外，在上述的第1凹部850的底部也设有顺着电容器元件500a的形状而成的形状。
多个电容器元件500a通过这些设置于电容器母线树脂501M以及第1凹部850底部的形状，从而被夹持固定在电容器母线树脂501M与第1凹部850之间。
在正极母线501P以及负极母线501N，设有用于使多个电容器元件500a的正极侧以及负极侧的端子贯通的孔，通过在电容器元件500a的端子贯通了母线的状态下进行焊接，从而将多个电容器元件500a与正极侧母线以及负极侧母线连接。
直流连接器138，其一端具有与连接到电池136的连接器相连接的端子，另一端连接到电容器模块500的正极侧电源端子509以及负极侧电源端子508。此外，在直流连接器的中央部，作为噪声对策而设置有X电容器43。
接着，对DC-DC转换器100进行说明。图13以及图14是表示DC-DC转换器100的电路结构的图。
在图13的示例中，对应于进行降压以及升压的双向DC-DC转换器。因此，初级侧的降压电路(HV电路)、次级侧的升压电路(LV电路)，并非二极管整流结构而是同步整流结构。此外，为了通过HV/LV变换成为高输出，对开关元件采用了大电流部件，并且实现了平滑线圈的大型化。
具体来说，HV/LV侧都成为利用了具有恢复二极管(recovery diode)的MOSFET的H桥型同步整流开关电路结构(H1～H4)。在开关控制中，使用LC串联谐振电路(Cr，Lr)在高开关频率(100kHz)进行零交叉开关，并提高变换效率来减少热损失。另外，设置了有源钳位电路以减少降压动作时的循环电流所引起的损失，以及抑制开关时的浪涌电压发生以降低开关元件的耐压，由此通过实现电路部件的低耐压化而使装置小型化。
而且，为了确保LV侧的高输出，设为全波整流型的倍流(电流倍增)方式。另外，当高输出化时，通过使多个开关元件并联同时工作来确保高输出。在图13的示例中，如SWA1～SWA4、SWB1～SWB4那样设为了4个元件并联。此外，通过将开关电路以及平滑电抗器的小型电抗器(L1，L2)并联配置为2个电路使得具有对称性，来实现高输出化。这样，通过将小型电抗器配置为2个电路，与配置1台大型电抗器的情况相比，能实现DC-DC转换器整体的小型化。
在图13的电路结构图的下部，示出安装了控制电路部的第2基板711，该控制电路部担负降压电路及升压电路用的驱动电路以及动作检测电路经由逆变器装置与上位的控制装置进行通信的功能。通过经由逆变器装置来进行与上位的控制装置的通信，从而即使在将逆变器装置和DC-DC转换器一体化而成的结构、单独的逆变器装置的结构的各情况下，与上位的控制装置的通信接口也能实现共同化。
在图14的示例中，初级侧的降压电路(HV电路)与图13的示例同样地设为全桥，次级侧的LV电路设为二极管整流结构。在本实施方式中，采用图14的电路结构。
图15是说明DC-DC转换器100中的部件配置的图，是仅显示了DC-DC转换器100的主视图。
如图15所示，DC-DC转换器100的电路部件安装于金属制(例如，铝压铸制)的基底板37。具体来说，载置有主变压器33、搭载有开关元件H1～H4的第2功率半导体模块35、第2基板711、电容器、热敏电阻等。在第2基板711，安装有输入滤波器、输出滤波器、微机、变压器、和用于连接与第1基板710进行通信的接口电缆102的连接器等。主要的发热部件是主变压器33、电感器元件34以及第2功率半导体模块35。
另外，若记载与图14的电路图的对应，则主变压器33对应于变压器Tr、电感器元件34对应于电流倍增器的电抗器L1、L2。
第2基板711固定在从基底板37向上方突出的多个支承构件上。在第2功率半导体模块35中，开关元件H1～H4安装在已形成图案的金属基板上，金属基板的背面侧固定成与基底板37的表面相密接。
这样，本实施方式中的DC-DC转换器100的电路部件全部安装于基底板37，能够将DC-DC转换器100作为一个模块而安装到壳体10。由此，可以期望电力变换装置200的组装作业性的提高。
图16是拆开了DC-DC转换器100部的状态的立体图。
将DC-DC转换器100的基底板37安装到壳体10，使得堵住收纳在壳体10中的第2流路19b，由此基底板37形成冷却流路19的壁的一部分。在壳体10与基底板37之间，设置密封构件409来保持气密性。
此外，基底板37配置在壳体10中的DC-DC转换器100的收纳空间的底面，基底板37的一部分堵住与第2流路19b连接的开口。在该基底板37的与第2流路19b相对置的区域，配置有主变压器33、二极管913、扼流线圈911等的发热部件。由此，这些发热部件通过流过第2流路19b的冷媒高效地进行冷却。
由此，能够抑制第2功率半导体模块35内的MOSFET的温度上升，容易发挥DC-DC转换器100的性能。此外，能够抑制主变压器33的绕组的温度上升，容易发挥DC-DC转换器100的性能。
图17是表示DC-DC转换器100中的电力的流动的图。从电容器模块500的DC-DC端子510供给的直流电输入到第2功率半导体模块35中，被降压到规定电压。在此，第2功率半导体模块35配置在第2基板711与基底板37之间，原本是不可见的，但为了帮助理解，对第2功率半导体模块35进行了显示。在第2功率半导体模块35中，降压后的电力通过线圈912到达主变压器33。
然后，从主变压器33输出的电力由二极管913进行整流后，经由扼流线圈911到达与LV连接器连接的连接端子910a。进而，在连接端子910a，通过与LV连接器910进行螺栓固定，从而向电力变换装置200的外部输出由DC-DC转换器100变换后的电力。
如上所述，在本实施方式中，从与配置了LV连接器910的壳体10的上表面相邻的长边方向的侧面方向来组装DC-DC转换器100。由此，能实现缩短DC-DC转换器100的连接端子910a与LV连接器910的连接距离。
另外，以上的说明终究是一例，在解释发明时，不对上述实施方式的记载事项与权利要求书的记载事项的对应关系进行任何限定和约束。例如，在上述实施方式中，以搭载于PHEV或者EV等车辆的电力变换装置为例进行了说明，但本发明并不限于这些车辆，也可以应用于建设机械等车辆所使用的电力变换装置。
【符号说明】
3 上表面侧的盖
10 壳体
10a、10b 平面
13 入口配管
14 出口配管
19 流路形成体
19a 第1流路
19b 第2流路
19c 第1开口部
19d 第2开口部
21 连接器
33 主变压器
35 第2功率半导体模块
37、301 基底板
40 Y电容器
43 X电容器
100 DC-DC转换器
102 接口电缆
136 电池
138 直流连接器
140 逆变器电路
150 上下臂串联电路
153、163 集电极
154 栅极电极端子
155 信号用发射极电极
156、166、913 二极管
157 正极端子
158 负极端子
159、320B 交流端子
164 栅极电极
165 发射极电极
169 中间电极
172 控制电路
174 驱动电路
180 电流传感器
188 交流连接器
200 电力变换装置
300a～300c 第1功率半导体模块
302a～302c 散热片
304 金属基底
315B 直流正极端子
315k、319k 连接端
319B 直流负极端子
325L、325U 信号端子
328、330 IGBT
334 绝缘基板
334k 电路布线图案
334r 实型
337a、337b 焊料
350 树脂构件
371 接合线
417、418、421、422、423 流动方向
500 电容器模块
500a 电容器元件
501 电容器母线
501N 负极母线
501M 电容器母线树脂
501P 正极母线
504 负极侧电容器端子
504a、506a 直流母线
506 正极侧电容器端子
508 负极侧电源端子
509 正极侧电源端子
510 DC-DC端子
710 第1基板
711 第2基板
802 交流母线
850 第1凹部
850a、851a、851b 壁
851 第2凹部
904 第1侧面盖
905 第2侧面盖
910 LV连接器
910a 连接端子
911 扼流线圈
912 线圈
D 排列方向
DEF 差动齿轮
EGN 发动机
HEV 混合动力汽车
MG1 电动发电机
TM 变速器
TSM 动力分配机构

Claims (8)

1.一种电力变换装置，其具备：
功率半导体模块，其具有将直流电流变换成交流电流的功率半导体元件；
DC-DC转换器，其将规定的直流电压变换成不同的直流电压；
电容器模块，其将所述直流电压平滑化，并且将该平滑化后的直流电压供给到所述功率半导体模块以及所述DC-DC转换器；
流路形成体，其形成让冷媒流动的流路；
壳体，其对所述功率半导体模块、所述DC-DC转换器、所述电容器模块和所述流路形成体进行收纳；和
第1直流连接器，其传递所述直流电流，
所述功率半导体模块配置在隔着所述流路形成体与所述DC-DC转换器相对置的位置，
所述第1直流连接器配置在所述壳体的规定的一面侧，
所述壳体的规定的一面沿着所述功率半导体模块、所述流路形成体和所述DC-DC转换器的排列方向形成，
所述电容器模块配置在所述壳体的规定的一面与所述流路形成体之间，并且与所述第1直流连接器相连接。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
所述电力变换装置还具备：
交流连接器，其传递所述交流电流；和
第2直流连接器，其传递所述不同的直流电压，
所述交流连接器以及所述第2直流连接器配置在所述壳体的所述规定的一面侧。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其中，
所述流路形成体的所述流路具有第1流路和第2流路，
所述第1流路和所述第2流路沿着所述功率半导体模块和所述DC-DC转换器的排列方向并排配置，
所述第1流路配置为比所述DC-DC转换器更靠近所述功率半导体模块，并且与所述功率半导体模块相对置地配置，
所述第2流路配置为比所述功率半导体模块更靠近所述DC-DC转换器，并且与所述DC-DC转换器相对置地形成，
所述电容器模块配置为跨越所述第1流路以及所述第2流路。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其中，
所述DC-DC转换器具备：
高电压侧开关元件，其与高电压电源侧相连接；
低电压侧半导体元件，其与低电压电源侧相连接；
变压器电路；和
基底板，其安装所述高电压侧开关元件、所述低电压侧半导体元件和所述变压器电路，
所述基底板与所述流路形成体相连接，
所述高电压侧开关元件、所述低电压侧半导体元件和所述变压器电路沿所述第2流路进行配置。
5.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
所述电力变换装置还具备：
驱动电路，其输出用于驱动所述功率半导体元件的驱动电压；和
基板，其安装有所述驱动电路，
所述壳体形成收纳所述功率半导体模块的第1凹部，
所述第1凹部由所述流路形成体形成底面，并且由用于收纳所述电容器模块的壁形成侧面的一部分，
所述基板配置在隔着所述功率半导体模块与所述第1凹部的底面相对置的位置，
而且所述基板由用于收纳所述电容器模块的壁支撑。
6.根据权利要求5所述的电力变换装置，其中，
所述电力变换装置还具备：
控制电路，其输出对所述驱动电路进行控制的控制信号；和
信号用连接器，其接受来自外部的信号，
所述基板还安装所述控制电路以及所述信号用连接器，
所述壳体在与所述信号用连接器相对置的面，形成将该信号用连接器贯通的贯通孔。
7.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
所述电力变换装置还具备：
驱动电路，其输出用于驱动所述功率半导体元件的驱动电压；
控制电路，其输出对所述驱动电路进行控制的控制信号；
信号用连接器，其接受来自外部的信号；和
基板，其安装有所述驱动电路、所述控制电路和所述信号用连接器，
所述壳体在与所述信号用连接器相对置的面，形成将该信号用连接器贯通的贯通孔。
8.根据权利要求5所述的电力变换装置，其中，
所述壳体形成用于收纳所述电容器模块的第2凹部，
所述第2凹部由流路形成体形成底面，
所述第1凹部和所述第2凹部分别成为不同的深度。
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