CN103125022A - 功率半导体模块、电力转换装置和铁路车辆 - Google Patents

功率半导体模块、电力转换装置和铁路车辆 Download PDF

Info

Publication number
CN103125022A
CN103125022A CN2010800676832A CN201080067683A CN103125022A CN 103125022 A CN103125022 A CN 103125022A CN 2010800676832 A CN2010800676832 A CN 2010800676832A CN 201080067683 A CN201080067683 A CN 201080067683A CN 103125022 A CN103125022 A CN 103125022A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
type switch
mos type
series
diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800676832A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103125022B (zh
Inventor
田中毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN103125022A publication Critical patent/CN103125022A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103125022B publication Critical patent/CN103125022B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/24—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from ac supply lines
    • B60L9/28—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from ac supply lines polyphase motors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明具有：元件对（62），该元件对（62）反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，作为电力转换装置的正侧臂进行动作；以及元件对（64），该元件对（64）作为电力转换装置的负侧臂进行动作，这些第一、第二元件对（62、64）容纳在一个功率半导体模块（60A）内，构成为2合1模块，且具有能使元件对（62、64）间串联连接的端子（S1、D2）而构成。

Description

功率半导体模块、电力转换装置和铁路车辆
技术领域
本发明涉及能适用于功率器件设备的电力转换装置，详细而言，涉及能装载在这种电力转换装置的功率半导体模块。
背景技术
近年来，功率半导体模块的用途从家电制品遍及铁路车辆、电动汽车、产业用机器人、功率调节器等多种、大范围的功率器件设备。随着功率半导体模块的有用性的提高，期待其性能提高，越来越期望高频化、小型化、大功率化。
另一方面，开关元件即IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)的高耐压化得到发展，具有与晶闸管同样的额定电压的高耐压IGBT被产品化。IGBT具有的优点是，能够进行高速动作，比较容易得到高耐压和大电流容量，而且输入电阻较高，容易进行电压控制。因此，在铁路车辆、电动汽车、功率调节器等高电压输入的应用中，使用将IGBT作为开关元件的功率半导体模块非常多。实际上，装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块准备有丰富的阵容。此外，作为装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块，例如在下述专利文献1等公开了其一种构造。
专利文献1：日本特开2009-147062号公报。
发明内容
然而，将开关元件串联连接而进行驱动时的重要的问题之一在于，使施加在各开关元件的元件电压均等化。特别是，指出了在开关元件关断时，由于主电路电感(L)和集电极电流的变化率(di／dt)引起而产生的浪涌电压，有可能会有超过额定的电压施加在特定的开关元件从而导致元件损坏。已经提及装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块准备有丰富的阵容，但这说明的是将IGBT串联连接而进行驱动的困难性。即，在现有技术中，由于将IGBT串联连接而进行驱动比较困难，因此需要准备丰富的阵容。
由于这样的原因，在以往的铁路应用中的、装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块中，必须分别开发例如作为750V架空线用耐压1.7kV的功率半导体模块、作为1500V架空线用耐压3.3kV的功率半导体模块、以及作为3000V架空线用耐压6.5kV的功率半导体模块。此外，根据铁路车辆规格，有时需要2.5kV、4.5kV的功率半导体模块，这也是必须准备丰富的阵容的原因之一。
另外，需要高耐压规格的功率半导体模块，在电动汽车、功率调节器等应用中也一样。因此存在的问题是：在装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块中，必须进行少数且多品种的生产，所以无法得到批量生产效果，难以实现成本下降。
本发明是鉴于上述内容而完成的，其目的在于提供一种高耐压规格的功率半导体模块，其具有通用性，能够得到批量生产效果。
另外，本发明的目的在于提供一种包括如上所述的功率半导体模块的电力转换装置、以及包括如上所述的电力转换装置的铁路车辆。
为解决上述的问题，达到目的，本发明所涉及的功率半导体模块适用于将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出的电力转换装置，其特征在于，具有：第一元件对，该第一元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的正侧臂进行动作；以及第二元件对，该第二元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的负侧臂进行动作，所述第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块，并且具有能使这些第一、第二元件对彼此串联连接的外部电极端子而构成。
（发明效果）
根据本发明取得的效果是，能够提供一种具有通用性并能够得到批量生产效果的高耐压规格的功率半导体模块。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的电力转换装置的概要的功能结构的图。
图2是示出实施方式1所涉及的功率半导体模块的概要形状的立体图。
图3是概要地示出图2所示的功率半导体模块具有的电路结构的图。
图4是示出实施方式1中的与图2不同类型的功率半导体模块的概要形状的立体图。
图5是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的一个结构例的图。
图6是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的与图5不同的结构例的图。
图7是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的与图5和图6不同的结构例的图。
图8是概要地示出实施方式2所涉及的功率半导体模块具有的电路结构的图。
图9是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的逆变器电路的一个结构例的图。
图10是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的逆变器电路的与图9不同的结构例的图。
图11是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的3级逆变器电路的结构例的图。
图12是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的3级逆变器电路的与图11不同的结构例的图。
图13是示出包含实施方式1、2所涉及的功率半导体模块的驱动电路的一个结构例的电路图。
图14是示出将图13的驱动电路构成为驱动模块时的一个结构例的图。
图15是示出用开关和电容器来替换各元件对的驱动模块的等效电路和各元件对的开启时的充电动作的图。
图16是说明一个元件对的关断时的放电动作的图。
图17是说明另一个元件对的关断时的放电动作的图。
图18是示出将装载在图14所示的驱动模块的2个开关元件(元件对)串联连接进行使用时的连接例的图。
图19是示出在不将2个MOS型半导体元件(元件对)串联连接而个别使用时的连接例的图。
（附图标记说明）
1 架空线；2 集电装置；3 车轮；4 轨道；6 变压器；10 转换器；20 电容器；30 逆变器；40 电动机；50 电力转换装置；60A、60B、70 功率半导体模块；60A1～60A9、60B1～60B6 2合1模块；62、64、71～74、Q1、Q2 元件对；70A1～70A18 4合1模块；100 铁路车辆；UNC、VNC、UNI、VNI、WNI、UPC、VPC、UPI、VPI、WPI开关元件；DV1 栅极电源；DV2 主电路电源；DX1～DX4 二极管；DZ1、DZ2 齐纳二极管；RG1、RG2 电阻；GD1、GD2 栅极回路。
具体实施方式
实施方式1
首先，说明本发明的实施方式1所涉及的电力转换装置。图1是示出实施方式1所涉及的电力转换装置的概要的功能结构的图，示出装载在铁路车辆100的电力转换装置50的一个结构例。如图1所示，电力转换装置50包括转换器10、电容器20和逆变器30构成。在铁路车辆100装载有变压器6和电动机40，变压器6配置在电力转换装置50的输入端侧并与转换器10连接；电动机40配置在电力转换装置50的输出端侧并与逆变器30连接，接受来自电力转换装置50的电力供给而驱动车辆。此外，作为电动机40，优选的是感应电动机、同步电动机。
变压器6的一次绕组的一端经由集电装置2与架空线1连接，另一端经由车轮3与地电位即轨道4连接。从架空线1供给的电力经由集电装置2输入至变压器6的一次绕组，并且在变压器6的二次绕组产生的电力输入至转换器10。
转换器10具有电路部(以下称作“支路”)，该电路部分别串联连接有由开关元件UPC、VPC构成的正侧臂(例如对于U相为UPC)、以及由开关元件UNC、VNC构成的负侧臂(例如对于U相为UNC)。即，在转换器10构成具有2组(U相、V相)支路的单相桥式电路。
转换器10通过对开关元件UPC、VPC、UNC、VNC进行PWM控制，将输入的交流电压转换为期望的直流电压并输出。
在转换器10的输出端并联连接有成为直流电源的电容器20，并且连接有逆变器30，该逆变器30以电容器20的直流电压为输入，转换为任意电压和任意频率的交流电压并输出。
逆变器30具有的支路分别串联连接有由开关元件UPI、VPI、WPI构成的正侧臂(例如对于U相为UPI)、以及由开关元件UNI、VNI、WNI构成的负侧臂(例如对于U相为UNI)。即，在逆变器30构成具有3组(U相、V相、W相)支路的三相桥式电路。
逆变器30通过对开关元件UPI、VPI、WPI、UNI、VNI、WNI进行PWM控制，将输入的直流电压转换为期望的交流电压并输出。
此外，在图1中，作为实施方式1所涉及的电力转换装置的适合例，示出了适用于交流输入的电车的情况作为一个例子，但对于多用于地铁、郊外电车等直流输入的电车也同样能够适用。此外，由于直流输入的电车的结构是已知的，因此此处的说明省略。
接下来，说明实施方式1的电力转换装置所使用的功率半导体模块。图2是示出实施方式1所涉及的功率半导体模块的概要形状的立体图，图3是概要地示出图2所示的功率半导体模块具有的电路结构的图。
如图2和图3所示，在实施方式1所涉及的功率半导体模块60A中，第一元件对62、第二元件对64容纳在封装件内，第一元件对62、第二元件对64是反并联连接有例如以硅(Si)作为基极的MOSFET(Si-MOSFET)、例如以Si作为基极的FWD(Si-FWD(Fly Wheel Diode，续流二极管))的2个元件对。这样，实施方式1所涉及的功率半导体模块60A构成2个元件对容纳在一个模块内的所谓2合1模块。
此处，在第一元件对62中，构成为Si-MOSFET的漏极与Si-FWD的阴极在模块内连接，其连接端被引出并与设在功率半导体模块60A的上表面的漏极电极D1连接，并且Si-MOSFET的源极与Si-FWD的阳极在模块内连接，其连接端被引出并与设在功率半导体模块60A的上表面的源极电极S1连接。同样，在第二元件对64中，构成为Si-MOSFET的漏极与Si-FWD的阴极在模块内连接，其连接端被引出并与设在功率半导体模块60A的上表面的漏极电极D2连接，并且Si-MOSFET的源极与Si-FWD的阳极在模块内连接，其连接端被引出并与设在功率半导体模块60A的上表面的源极电极S2连接。
此外，从图2的构造和图3的电路结构可知，如果将功率半导体模块60A的源极电极S1与漏极电极D2、或者漏极电极D1与源极电极S2用导体条等进行电连接，则能够构成第一元件对62与第二元件对64被串联连接的电路。因此，图2所示的功率半导体模块60A构成适合于使元件(模块)耐压增大的使用形态(以下称作“串联应用”)的功率半导体模块。
另外，图4是示出实施方式1中的与图2不同类型的功率半导体模块的概要形状的立体图。图4所示的功率半导体模块60B的电路结构与图3所示的相同。在图4所示的功率半导体模块60B中，设在模块的上表面的电极的配置与图2的不同，具体而言，使漏极电极D2和源极电极S2的配置与图2中的相反。在图4中，如果将漏极电极D1与漏极电极D2、以及源极电极S1与源极电极S2分别用导体条等进行电连接，则能够构成第一元件对62与第二元件对64被并联连接的电路。因此，图4所示的功率半导体模块60B构成适合于使电流容量增大的使用形态(以下称作“并联应用”)的功率半导体模块。
图5是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的一个结构例的图，详细而言，示出适合1500V直流架空线的逆变器电路的一个结构例。在图5所示的例子中，使用6个例如图2所示的功率半导体模块60A来构成图1的各正侧臂(UPI、VPI、WPI)和各负侧臂(UNI、VNI、WNI)。此处，由于构成逆变器电路的各臂的2合1模块60A1～60A6的1个元件对的耐压例如是1.7kV，因此串联连接的各2合1模块60A1～60A6的各耐压为1.7kV×2＝3.4kV。因此，通过将这些具有3.4kV的耐压的2合1模块作为各臂的开关元件使用，能够构成可适用于1500V直流架空线的铁路车辆的逆变器电路。
另外，图6是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的其他结构例的图，详细而言，示出适合750V直流架空线的逆变器电路的一个结构例。在图6所示的例子中，使用3个例如图2所示的功率半导体模块60A来构成图1的各支路[U相(UPI、UNI)，V相(VPI、VNI)，W相(WPI、WNI)]。此处，由于构成逆变器电路的各支路的2合1模块60A7～60A9的1个元件对的耐压例如是1.7kV，因此通过将2合1模块60A7～60A9的1个元件对作为各臂的开关元件使用，能够构成可适用于750V直流架空线的铁路车辆的逆变器电路。
另外，图7是示出使用实施方式1所涉及的功率半导体模块构成的逆变器电路的与图5和图6不同的结构例的图。图7所示的例子是与图6同样适合750V直流架空线的逆变器电路的结构例，但使构成各臂的功率半导体模块的电流容量为2倍。即，在图7所示的逆变器电路、图5所示的逆变器电路中，各额定容量大致相同。
在图7所示的例子中，使用6个例如图4所示的功率半导体模块60B来构成图1的各正侧臂(UPI、VPI、WPI)和各负侧臂(UNI、VNI、WNI)。此处，构成逆变器电路的各臂的2合1模块60B1～60B6通过将各2合1模块内的2个元件对并联连接，确保2倍的电流容量。由于这些并联连接的各元件对的耐压是1.7kV，因此通过将这些并联连接的具有1.7kV的耐压的2合1模块作为各臂的开关元件使用，能够构成可适用于750V直流架空线的铁路车辆的逆变器电路。
此外，在图5～图7的例子中，示出了对直流架空线的适用例，但当然对于交流架空线也同样能够适用。
接下来，说明制造图2和图4所示的2合1模块的优点和效果。
首先，在上述内容中，说明了将IGBT串联连接而进行驱动时，元件电压的均等化存在问题，另一方面，IGBT能够进行高速动作，比较容易得到高耐压和大电流容量。另外，还说明了由于该原因，在装载有IGBT的功率半导体模块中，开发耐压不同的各种类型的模块较多，在装载有IGBT的高耐压规格的功率半导体模块中，由于必须进行少数且多品种的生产，因此无法得到批量生产效果，难以实现成本下降。
实际上，例如在铁路车辆的应用中，在架空线电压1500V用时需要3.3kV左右的功率半导体模块，另外，例如在海外的架空线电压3000V用时需要6.5kV左右的功率半导体模块，但这样的高耐压规格的功率半导体模块处于无法进行大批量生产的状况。
另一方面，如图1所示，由于逆变器电路的结构为将反并联连接有MOSFET与FWD而成的元件对进行串联连接的结构，因此如果能够应用于各种耐压的元件对，则能够期待批量生产效果。另外，在电力转换装置中，如图1所示，包括采取与逆变器电路同样的支路结构的转换器电路较多，具有的优点是能够同样适用于转换器电路。并且，在图1中，例举了铁路车辆用的电力转换装置，但在产业机械用途、电动汽车用途、混合动力车用途、功率调节器用途等所使用的电力转换装置中，由于使用同一结构的逆变器电路、转换器电路，因此还得到能够适用于这些众多应用的优点。
由于这样的原因，如果将图2和图4所示的有通用性的功率半导体模块(2合1模块)构成为最小单位，则能够适用于各种应用，由于还能够期待批量生产效果，因此可以作为成本上优点较高的功率半导体模块。
此外，作为2合1模块的应用所涉及的一个例子如图5～7所示，但通过将各个模块的连接形态(串联连接、并联连接)、模块间的连接形态(串联连接、并联连接)进行组合，得到能够适用于与耐压、电流容量的规格相适应的各种电力转换装置的优点。另外，只要作为逆变器电路或者转换器电路的各臂元件进行使用，即使将功率半导体模块构成为2合1模块，各元件对也不会浪费。另外，通过将功率半导体模块构成为2合1模块，还能够得到元件对的连接(布线)变得容易，实现设计、制造的简化的效果。在这个意义上，将功率半导体模块构成为2合1模块的意义非常大。
如以上说明，根据实施方式1的功率半导体模块，具有：第一元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，作为电力转换装置的正侧臂进行动作；以及第二元件对，反并联连接Si-MOSFET和Si-FWD，作为电力转换装置的负侧臂进行动作，这些第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块，并且具有能使这些第一、第二元件对彼此串联连接的外部电极端子而构成，因此能够得到具有通用性、能够期待批量生产效果的高耐压规格的功率半导体模块。
另外，根据实施方式1的功率半导体模块，具有：第一元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，作为电力转换装置的正侧臂或者负侧臂之一进行动作；以及第二元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，与第一元件对一起进行同一极性的臂动作，这些第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块，并且具有外部电极端子而构成，该外部电极端子能使这些第一、第二元件对彼此串联连接，且能与具有这些第一、第二元件对的其他功率半导体模块进行串联连接，因此能够得到具有通用性、能够期待批量生产效果的高耐压规格的功率半导体模块。
并且，根据实施方式1的功率半导体模块，具有：第一元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，作为电力转换装置的正侧臂或者负侧臂之一进行动作；以及第二元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，与第一元件对一起进行同一极性的臂动作，这些第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块，并且具有外部电极端子而构成，该外部电极端子能使这些第一、第二元件对彼此并联连接，且能与具有这些第一、第二元件对的其他功率半导体模块进行串联连接，因此能够得到具有通用性、能够期待批量生产效果的高耐压规格的功率半导体模块。
实施方式2
图8是概要地示出实施方式2所涉及的功率半导体模块具有的电路结构的图。如图8所示，在实施方式2所涉及的功率半导体模块70中，例如Si-MOSFET、Si-FWD反并联连接的4个元件对即第一元件对71、第二元件对72、第三元件对73和第四元件对74容纳在封装件内。这样，实施方式2所涉及的功率半导体模块70构成4个元件对容纳在一个模块内的所谓4合1模块。
图9是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的逆变器电路的一个结构例的图，详细而言，示出适合1500V直流架空线的逆变器电路的一个结构例。在图9所示的例子中，使用3个例如图8所示的功率半导体模块70来构成图1的各支路[U相(UPI、UNI)，V相(VPI、VNI)，W相(WPI、WNI)]。此处，由于构成逆变器电路的各支路4合1模块70A1～70A3的1个元件对的耐压例如是1.7kV，因此通过将4合1模块70A1～70A3的2个元件对作为各臂的开关元件(即，将具有1.7kV×2＝3.4kV的耐压的各2个元件对分别用作为各臂(正侧臂和负侧臂)的开关元件)使用，能够构成可适用于1500V直流架空线的铁路车辆的逆变器电路。
另外，图10是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的逆变器电路的其他结构例的图，详细而言，示出适合3000V直流架空线的逆变器电路的一个结构例。在图10所示的例子中，使用6个被串联连接的功率半导体模块(4合1模块)70A4～70A9而构成图1的各正侧臂(UPI、VPI、WPI)和各负侧臂(UNI、VNI、WNI)。此处，由于构成逆变器电路的各臂的4合1模块70A4～70A9的1个元件对的耐压例如是1.7kV，因此串联连接的各4合1模块70A4～70A9的耐压为1.7kV×4＝6.8kV。因此，通过将这些具有6.8kV的耐压的4合1模块作为各臂的开关元件使用，能够构成可适用于3000V直流架空线的铁路车辆的逆变器电路。
另外，图11是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的3级逆变器电路的结构例的图，详细而言，示出适合750V直流架空线的3级逆变器电路的一个结构例。在图11所示的例子中，使用串联连接的3个4合1模块70A10～70A12构成用于构成3级逆变器电路的各支路的开关元件(正侧臂和负侧臂的开关元件)。在图11的构成中，构成4合1模块70A10的4个元件对中，将上侧2个元件对作为正侧臂的开关元件使用，将下侧2个元件对作为负侧臂的开关元件使用。在3级逆变器电路的情况下，由于构成各臂的开关元件各自独立动作，因此构成各臂的各个开关元件的耐压为各臂的耐压。因此，如果各元件对的耐压为1.7kV，则如图11那样构成的3级逆变器电路为可适用于750V直流架空线的铁路车辆的逆变器电路。
另外，图12是示出使用实施方式2所涉及的功率半导体模块(4合1模块)构成的3级逆变器电路的其他结构例的图，详细而言，示出适合1500V直流架空线的逆变器电路的一个结构例。在图12所示的例子中，使用串联连接的6个4合1模块70A13～70A18来构成。在图12的构成中，将构成4合1模块70A13的4个元件对作为正侧臂的开关元件使用，并且将构成4合1模块70A14的4个元件对作为负侧臂的开关元件使用，将这些4合1模块70A13、14串联连接并作为一个支路使用。另外，由于在作为正侧臂使用的4合1模块70A13中，上侧2个元件对与下侧2个元件对分别成为一体，进行相同的开关动作，因此串联连接的2个元件对的耐压为各臂的耐压。因此，如果各元件对的耐压为1.7kV，则如图12那样构成的3级逆变器电路为可适用于1500V直流架空线的铁路车辆的逆变器电路。
此外，作为4合1模块的应用所涉及的一个例子如图9～12所示，但通过将各个模块的连接形态(串联连接、并联连接)、模块间的连接形态(串联连接、并联连接)进行组合，得到能够适用于与耐压、电流容量的规格相适应的各种电力转换装置的优点。另外，在作为包含3级逆变器电路的逆变器电路或者包含3级转换器电路的转换器电路的各臂元件进行使用时，即使将功率半导体模块构成为4合1模块，各元件对也不会浪费。另一方面，通过将功率半导体模块构成为4合1模块，还能够得到元件对的连接(布线)变得容易，实现设计、制造简化的效果。在这个意义上，将功率半导体模块构成为4合1模块的意义较大。
如以上说明，根据实施方式2的功率半导体模块，具有：第一元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，作为电力转换装置的正侧臂动作；第二元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，与第一元件对一起进行同一极性的臂动作；第三元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，作为电力转换装置的负侧臂进行动作；以及第四元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，与第三元件对一起进行同一极性的臂动作，这些第一～第四元件对容纳在一个模块内，构成为4合1模块，并且具有能够进行第一元件对与第二元件对的串联连接、第二元件对与第三元件对的串联连接、以及第三元件对与第四元件对的串联连接的外部电极端子而构成，因此能够得到具有通用性、能够期待批量生产效果的高耐压规格的功率半导体模块。
另外，根据实施方式2的功率半导体模块，具有：第一元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，作为电力转换装置的正侧臂或者负侧臂之一进行动作；第二～第四元件对，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，反并联连接有Si-MOSFET和Si-FWD，与第一元件对一起进行同一极性的臂动作，这些第一～第四元件对容纳在一个模块内，构成为4合1模块，并且具有外部电极端子而构成，该外部电极端子能使第一元件对与第二元件对串联连接、第二元件对与第三元件对串联连接、以及第三元件对与第四元件对串联连接，且能与具有这些第一～第四元件对的其他功率半导体模块进行串联连接，因此能够得到具有通用性、能够期待批量生产效果的高耐压规格的功率半导体模块。
实施方式3
图13是示出包含实施方式1、2所涉及的功率半导体模块的驱动电路的一个结构例的电路图，图14是示出将图13的驱动电路构成为驱动模块的情况的一个结构例的图。如图13所示，在实施方式3所涉及的驱动电路中，例如反并联连接有Si-MOSFET、Si-FWD的元件对Q1、Q2被串联连接，并且为了驱动这些串联连接的元件对Q1、Q2而设有各种电路要素。此外，在图13中，公开了元件对Q1、Q2串联连接的结构，但串联连接的元件对不限于2个，也可以是串联连接有3个以上的元件对的构成，在纵向包括同样的电路要素而构成。
接下来，说明图13的电路结构。在图13中，在元件对Q1的源极端S1与栅极端G1之间插入有电阻RG1，在元件对Q2的源极端S2与栅极端G2之间插入有电阻RG2。另外，在元件对Q1的漏极端D1与栅极端G1之间插入串联连接的二极管DX1和齐纳二极管DZ1，在元件对Q2的漏极端D2与栅极端G2之间插入串联连接的二极管DX2和齐纳二极管DZ2。此处，齐纳二极管DZ1、DZ2是将元件对Q1、Q2的各栅极-漏极间电压钳位在元件对Q1、Q2的耐压以下的过电压钳位元件，二极管DX1、DX2是从漏极向栅极的方向正向连接的单向导通元件，即阻止电流以使其从栅极向漏极流动的倒流防止元件。
另外，电阻RG1、RG2是带来使元件对Q1、Q2接通时的偏置电压的偏置电阻，二极管DX3、DX4是将分别串联连接的元件对(在图13的例子中为元件对Q2)的栅极电位、漏极电位固定在直流电源电位的电压固定用元件，二极管DX3连接在端子G2、G3间，二极管DX4连接在端子P1、G2间。此外，二极管DX4在元件对Q2为断开时作为放电电阻起作用，该放电电阻插入对在栅极-源极间以及栅极-漏极间充电的电荷进行放电时的放电路径上。
此外，在图13的驱动电路中，与栅极电源DV1、主电路电源DV2、主电路电源DV2的正极端侧连接的负载LD示出了与负载LD并联连接的二极管DX5，但这些要素不是驱动模块的构成要素。此外，作为驱动模块，如图14所示，包括外部连接用的端子G1～G3、D1、D2、S1、S2、S1X、S2X、P1、N1而构成。
接下来，参照图15～图17的各附图，说明图14所示的驱动模块的动作。此外，图15是用开关和电容器来替换各元件对的驱动模块的等效电路图，一并示出元件对Q1、Q2的开启时的动作。另外，图16和图17是说明元件对Q1、Q2的关断时的动作的图，图16是说明元件对Q1的放电动作的图，图17是说明元件对Q2的放电动作的图。
此处，首先说明开启时的动作。在图15中，若在元件对Q1的栅极端施加栅极电压(栅极脉冲)，则在栅极-源极间电容CG11流过充电电流i1。接下来，若栅极电压VG1超过栅极阈值电压则元件对Q1成为接通。在该过程中，在漏极电压VD1减少，漏极电压VD1小于栅极电压VG1时，流过栅极-源极间电容CG11的充电电流i1的流动向栅极-漏极间电容CG12改变。另外，由于漏极电压VD1减小，在栅极-源极间电容CG21流过充电电流i2，栅极电压VG2上升。之后，若栅极电压VG2超过栅极阈值电压，则元件对Q2为接通。以后，在栅极-源极间电容CG21流过的充电电流i2的流动向栅极-漏极间电容CG22改变，在栅极-源极间电容CG21也积累了电荷。
实施方式3所涉及的驱动模块如上所述进行动作，使串联连接的元件对Q1、Q2依次接通。此外，连接有3个以上的元件对的情况下也一样，通过各元件对从最初驱动的元件对(元件对Q1)依次接通，所有的元件对成为接通。
接下来，说明关断时的动作。在图16中，若施加在元件对Q1的栅极端的栅极电压消失，则放电电流i1’开始流动。由于该放电电流i1’，积累在栅极-源极间电容CG11和栅极-漏极间电容CG12的电荷经由与栅极端连接的栅极电路(未图示)被放电，不久消灭。在这些放电过程中，元件对Q1成为断开。此处，在元件对Q1为接通的状态下，元件对Q1的漏极电压VD1为GND(接地)电平，但若元件对Q1为断开，则漏极电压VD1上升到元件对Q2的漏极电压VD2(≈VG)(由于元件对Q2为接通状态)。
若元件对Q2的漏极电压VD2上升到VG，则元件对Q2的栅极电压VG2也与该电压上升一并上升，因此会流过通过二极管DX4的放电电流i2’。由于该放电电流i2’，积累在栅极-源极间电容CG11和栅极-漏极间电容CG12的电荷被放电，不久消灭。在这些放电过程中，元件对Q2成为断开。
实施方式3所涉及的驱动模块如上所述进行动作，使串联连接的元件对Q1、Q2依次断开。此外，连接有3个以上的元件对的情况下也一样，通过各元件对从最初驱动的元件对(元件对Q1)依次断开，所有的元件对成为接通。
此外，在所述放电动作中，由于积累在元件对Q1的栅极-源极间电容CG11和栅极-漏极间电容CG12的电荷经由内部电阻较小的栅极电路被放电，因此放电时间常数较小，放电动作较快。另外，由于积累在元件对Q2的栅极-源极间电容CG21和栅极-漏极间电容CG22的电荷通过正向电阻较小的二极管DX4被放电，因此放电时间常数较小，放电动作较快。特别是在没有二极管DX4的情况下，由于栅极-源极间电容CG21和栅极-漏极间电容CG22的放电路径为通过偏置用电阻即电阻RG2的放电路径，因此放电速度变慢，在元件对Q2、齐纳二极管DZ2的损耗增大。
另一方面，在本实施方式的驱动模块中，在元件对Q2的栅极-漏极间连接二极管DX4，从而设置通过该二极管DX4的放电路径，因此能使放电速度快(放电时间短)，能减小在元件对Q2、齐纳二极管DZ2的损耗。另外，由于积累在元件对Q2的栅极-源极间电容CG21和栅极-漏极间电容CG22的电荷的放电速度变快(放电时间变短)，因此还能够得到能够缩短串联连接的模块整体的关断时间的效果。
图18是示出将装载在图14所示的驱动模块的2个开关元件(元件对)串联连接而使用时的连接例的图，图19是示出在不将2个MOS型半导体元件(元件对)串联连接而个别使用时的连接例的图。
在将装载在图14所示的驱动模块的2个开关元件(元件对)串联连接而使用的情况下，如图18(a)所示，首先将端子S2、D1间短路。通过将端子S2、D1间短路，该驱动模块成为串联连接有2个开关元件(元件对)的模块。接下来，在端子G1、S1X间连接栅极电路GD1，并且将施加在栅极电路GD1的直流电源DV1的正极端与端子G3连接。通过这样连接，图18(a)所示的驱动模块的等效电路成为该图(b)所示，能够将驱动模块单体作为一个开关元件使用。
另外，在不将装载在图14所示的驱动模块的2个开关元件(元件对)串联连接而个别使用的情况下，如图19(a)所示，在端子G1、S1X间连接栅极电路GD1，并且在端子G2、S2X间连接与栅极电路GD1不同的栅极电路GD2，进一步将直流电源DV1连接在栅极电路GD1、GD2的两端。通过这样连接，图19(a)所示的驱动模块的等效电路成为该图(b)所示，能够将驱动模块单体用作为构成一个支路的正负臂的开关元件。
如以上说明，由于结构为在构成元件对Q1、Q2的Si-MOSFET的栅极与源极之间连接有电阻，在各Si-MOSFET的栅极与漏极之间连接有过电压钳位元件(齐纳二极管DZ1、DZ2)、从漏极向栅极的方向正向连接的单向导通元件(二极管DX1、DX2)的串联电路，在元件对Q2的栅极连接有电压固定用元件(二极管DX3)，且在栅极与漏极之间连接有电压固定用元件(二极管DX4)，因此能够简易提供一种使用了MOS型开关元件的高耐压规格的功率半导体模块。
此外，在以上的实施方式1～3中，示出了作为构成2合1模块中的各元件对的开关元件使用Si-MOSFET，作为FWD使用Si-FWD的例子，但本发明不限于这些Si-MOSFET和Si-FWD。也可以使用以近年来受到瞩目的硅碳化物(SiC)作为基底的元件来构成，以代替该Si。
此处，由于SiC具有在高温度下能够使用的特征，因此作为构成各元件对的开关元件使用SiC-MOSFET，作为在高温度下可以使用的FWD，例如若使用SiC-肖特基二极管，则能够将使用SiC-MOSFET芯片和SiC-FWD芯片的模块的容许动作温度拉升至150℃以上。因此，能够进一步减小各元件对的芯片占有面积，能够得到进一步削减模块尺寸的效果。
另外，在SiC的情况下，由于还能够使芯片厚度变薄，具有热阻减小的优点。并且，在将SiC作为FWD使用的情况下，由于能够降低接通电压，因此能够得到还能大幅降低恢复损耗的效果。因此，能够得到即使削减芯片尺寸，也能抑制温度上升，降低损耗的效果。
另外，以SiC作为基底的功率半导体模块由于制造的历史比较短，因此高耐压的模块价格非常高。然而，如果使用如上所述对于串联连接的MOS半导体元件的驱动技术，由于通过使用多个低耐压规格的MOS半导体元件，能够用作为高耐压规格的MOS半导体元件，因此不需要开发高耐压规格的MOS半导体元件的单体，成本优点非常高，能够实现半导体功率模块的低成本化和电力转换装置的低成本化。
此外，SiC是被称为宽带隙半导体的半导体的一个例子，除了该SiC以外，例如氮化镓类材料或者使用金刚石形成的半导体也属于宽带隙半导体。因此，使用SiC以外的其他宽带隙半导体的结构也是本发明的要点。
另外，以上的实施方式1～3所示的结构是本发明的结构的一个例子，也可以与其他已知的技术组合，在不脱离本发明的要点的范围内，当然也可以省略一部分等、进行变更来构成。
并且，在本实施方式中，以设想了适用于电气铁路领域的功率半导体模块作为对象，对发明内容进行了说明，但适用领域不限于此，当然也可以应用于各种产业应用领域。
产业上的可利用性
如上所述，本发明作为具有通用性、能够得到批量生产效果的高耐压规格的功率半导体模块是有用的。

Claims (18)

1. 一种功率半导体模块，适用于将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出的电力转换装置，其特征在于，具有：
第一元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的正侧臂进行动作；以及
第二元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的负侧臂进行动作，
所述第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块，并且具有能使这些第一、第二元件对彼此串联连接的外部电极端子而构成。
2. 一种功率半导体模块，适用于将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出的电力转换装置，其特征在于，具有：
第一元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的正侧臂或者负侧臂之一进行动作；以及
第二元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第一元件对一起进行同一极性的臂动作，
所述第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块，并且具有外部电极端子而构成，所述外部电极端子能使这些第一、第二元件对彼此串联连接，且能与具有这些第一、第二元件对的其他功率半导体模块进行串联连接。
3. 一种功率半导体模块，适用于将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出的电力转换装置，其特征在于，具有：
第一元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的正侧臂或者负侧臂之一进行动作；以及
第二元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第一元件对一起进行同一极性的臂动作，
所述第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块，并且具有外部电极端子而构成，所述外部电极端子能使这些第一、第二元件对彼此并联连接，且能与具有这些第一、第二元件对的其他功率半导体模块进行串联连接。
4. 如权利要求1～3所述的功率半导体模块，其特征在于，
在构成所述各元件对的MOS型开关元件的栅极端与源极端之间连接有电阻，
在所述各MOS型开关元件的栅极端和漏极端之间连接有过电压钳位元件、从漏极端向栅极端的方向正向连接的单向导通元件的串联电路，
在所述第二元件对的MOS型开关元件的栅极端连接有第一电压固定用元件，且在栅极端与漏极端之间连接有第二电压固定用元件。
5. 一种功率半导体模块，适用于将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出的电力转换装置，其特征在于，具有：
第一元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的正侧臂进行动作；
第二元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第一元件对一起进行同一极性的臂动作；
第三元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的负侧臂进行动作；以及
第四元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第三元件对一起进行同一极性的臂动作；
所述第一～第四元件对容纳在一个模块内，构成为4合1模块，并且具有外部电极端子而构成，所述外部电极端子能够使所述第一元件对与所述第二元件对串联连接、所述第二元件对与所述第三元件对串联连接、以及所述第三元件对与所述第四元件对串联连接。
6. 一种功率半导体模块，适用于将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出的电力转换装置，其特征在于，具有：
第一元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，作为所述电力转换装置的正侧臂或者负侧臂之一进行动作；以及
第二～第四元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第一元件对一起进行同一极性的臂动作，
所述第一～第四元件对容纳在一个模块内，构成为4合1模块，并且具有外部电极端子而构成，所述外部电极端子能使所述第一元件对与所述第二元件对串联连接、所述第二元件对与所述第三元件对串联连接、以及所述第三元件对与所述第四元件对串联连接，且能与具有这些第一～第四元件对的其他功率半导体模块进行串联连接。
7. 如权利要求1～6的任意一项所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述二极管元件和所述MOS型开关元件中的至少一个是宽带隙半导体。
8. 如权利要求7所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述二极管元件是肖特基二极管。
9. 如权利要求7或8所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料、或者使用了金刚石的半导体。
10. 一种电力转换装置，将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出，其特征在于，
具有多组支路，所述支路由二极管元件与MOS型开关元件反并联连接而构成正侧臂的第一元件对、和二极管元件与MOS型开关元件反并联连接而构成负侧臂的第二元件对串联连接而成，
构成所述各支路的第一、第二元件对容纳在一个模块内，构成为2合1模块。
11. 一种电力转换装置，将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出，其特征在于，具有：
第一2合1模块，具有第一元件对和第二元件对，这些第一、第二元件对容纳在一个模块内，所述第一元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件而构成正侧臂之一，所述第二元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第一元件对串联连接而构成所述正侧臂的另一个；以及
第二2合1模块，具有第三元件对和第四元件对，这些第三、第四元件对容纳在一个模块内，所述第三元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件而构成负侧臂之一，所述第四元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第三元件对串联连接而构成所述负侧臂的另一个，
所述第一2合1模块和第二2合1模块被串联连接而构成支路，具有多组该支路而构成。
12. 一种电力转换装置，将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出，其特征在于，具有：
第一2合1模块，具有第一元件对和第二元件对，这些第一、第二元件对容纳在一个模块内，所述第一元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，构成正侧臂之一，所述第二元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第一元件对并联连接而构成所述正侧臂的另一个；以及
第二2合1模块，具有第三元件对和第四元件对，这些第三、第四元件对容纳在一个模块内，所述第三元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，构成负侧臂之一，所述第四元件对反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第三元件对并联连接而构成所述负侧臂的另一个，
所述第一2合1模块和第二2合1模块被串联连接而构成支路，具有多组该支路而构成。
13. 一种电力转换装置，将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出，其特征在于，具有：
第一元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件而构成正侧臂；
第二元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第一元件对串联连接而构成所述正侧臂；
第三元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件而构成负侧臂；以及
所述第四元件对，反并联连接有二极管元件和MOS型开关元件，与所述第三元件对串联连接而构成所述负侧臂，
所述第二元件对与所述第三元件对被串联连接而构成支路，
具有多组所述支路，并且构成该支路的第一～第四元件对容纳在一个模块内，构成为4合1模块。
14. 一种电力转换装置，将输入的直流电压或者交流电压转换为期望的交流电压并进行输出，其特征在于，
第一4合1模块，具有：二极管元件和MOS型开关元件被反并联连接而构成正侧臂的第一元件对、二极管元件和MOS型开关元件被反并联连接并与所述第一元件对串联连接而构成所述正侧臂的第二元件对、二极管元件和MOS型开关元件被反并联连接并与所述第二元件对串联连接而构成所述正侧臂的第三元件对、以及二极管元件和MOS型开关元件被反并联连接并与所述第三元件对串联连接而构成所述正侧臂的第四元件对，这些第一～第四元件对容纳在一个模块内；以及
第二4合1模块，具有：二极管元件和MOS型开关元件被反并联连接而构成负侧臂的第五元件对、二极管元件和MOS型开关元件被反并联连接并与所述第五元件对串联连接而构成所述负侧臂的第六元件对、二极管元件和MOS型开关元件被反并联连接并与所述第六元件对串联连接而构成所述负侧臂的第七元件对、以及二极管元件和MOS型开关元件被反并联连接并与所述第七元件对串联连接而构成所述负侧臂的第八元件对，这些第五～第八元件对容纳在一个模块内，
所述第一4合1模块和第二4合1模块被串联连接而构成支路，具有多组该支路而构成。
15. 如权利要求10～14的任意一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述二极管元件和所述MOS型开关元件中的至少一个是宽带隙半导体。
16. 如权利要求15所述的电力转换装置，其特征在于，
所述二极管元件是肖特基二极管。
17. 如权利要求15或16所述的电力转换装置，其特征在于，
所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料、或者使用了金刚石的半导体。
18. 一种铁路车辆，其特征在于，包括：
权利要求10～17的任意一项所述的电力转换装置；以及
接受来自所述电力转换装置的电力供给而驱动车辆的电动机。
CN201080067683.2A 2010-07-01 2010-07-01 功率半导体模块、电力转换装置和铁路车辆 Expired - Fee Related CN103125022B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2010/061265 WO2012001805A1 (ja) 2010-07-01 2010-07-01 パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103125022A true CN103125022A (zh) 2013-05-29
CN103125022B CN103125022B (zh) 2016-01-20

Family

ID=45401559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080067683.2A Expired - Fee Related CN103125022B (zh) 2010-07-01 2010-07-01 功率半导体模块、电力转换装置和铁路车辆

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8791662B2 (zh)
EP (1) EP2590212B1 (zh)
JP (1) JP4902029B1 (zh)
KR (1) KR101410553B1 (zh)
CN (1) CN103125022B (zh)
AU (1) AU2010356426B2 (zh)
BR (1) BR112012032391A2 (zh)
MX (1) MX2012014572A (zh)
WO (1) WO2012001805A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112219347A (zh) * 2018-09-04 2021-01-12 株式会社日立制作所 电力变换装置以及电力变换方法

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112013005702A2 (pt) * 2010-09-09 2016-05-03 Mitsubishi Electric Corp módulo de semicondutor de potência, aparelho de conversão de potência, veículo ferroviário
JP5289536B2 (ja) * 2011-11-04 2013-09-11 三菱電機株式会社 パワー半導体モジュール
JP5851267B2 (ja) * 2012-02-07 2016-02-03 株式会社東芝 インバータ及び車両制御装置
CN111048491B (zh) 2012-03-01 2023-04-18 三菱电机株式会社 电力用半导体模块以及电力变换装置
DE102013102707A1 (de) 2013-03-18 2014-09-18 Sma Solar Technology Ag Wechselrichter mit mindestens einer Wechselrichterbrücke zwischen zwei Busbars
JP2015023211A (ja) * 2013-07-22 2015-02-02 ローム株式会社 パワーモジュールおよびその製造方法
CN103794578A (zh) * 2014-01-24 2014-05-14 嘉兴斯达微电子有限公司 一种高频大功率碳化硅mosfet模块
US9496708B2 (en) * 2014-04-07 2016-11-15 Allegro Microsystems, Llc Electric motor drive isolation circuit
CN103986354B (zh) * 2014-05-23 2016-10-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 三电平整流器
DE102014213073A1 (de) * 2014-07-04 2016-01-07 Siemens Aktiengesellschaft Hochspannungseinrichtung für ein Fahrzeug
US10770985B2 (en) * 2014-07-18 2020-09-08 Mitsubishi Electric Corporation Vehicle auxiliary power supply device
JP6160780B2 (ja) * 2014-08-26 2017-07-12 富士電機株式会社 ３レベル電力変換装置
WO2016110977A1 (ja) * 2015-01-08 2016-07-14 三菱電機株式会社 鉄道車両用の冷却装置
DE102015005770A1 (de) * 2015-05-08 2016-11-10 Siemens Aktiengesellschaft Halbleitermodul
WO2016207969A1 (ja) * 2015-06-23 2016-12-29 日産自動車株式会社 充電共用インバータ
US10084407B2 (en) 2015-11-13 2018-09-25 Allegro Microsystems, Llc Circuits and techniques for voltage monitoring of a solid-state isolator
US10312227B2 (en) 2016-02-18 2019-06-04 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module
DE102016206233A1 (de) 2016-04-14 2017-10-19 Zf Friedrichshafen Ag Leistungsmodul mit einem Ga-Halbleiterschalter sowie Verfahren zu dessen Herstellung, Wechselrichter und Fahrzeugantriebsystem
JP6857488B2 (ja) * 2016-11-29 2021-04-14 株式会社日立製作所 半導体装置の製造方法
JP6498370B2 (ja) * 2016-12-14 2019-04-10 三菱電機株式会社 電力変換装置
DE102017100530A1 (de) * 2017-01-12 2018-07-12 Danfoss Silicon Power Gmbh Drei-Stufen-Leistungsmodul
DE102017100528A1 (de) * 2017-01-12 2018-07-12 Danfoss Silicon Power Gmbh Leistungsmodul mit optimierter Anschlussstiftanordnung
USD954667S1 (en) 2017-01-13 2022-06-14 Wolfspeed, Inc. Power module
JPWO2018139172A1 (ja) * 2017-01-25 2019-11-07 株式会社日立製作所 電力変換装置及び電力変換方法
CN108964458B (zh) 2017-05-25 2023-04-21 太阳能安吉科技有限公司 高效开关电路
JP7244216B2 (ja) 2018-05-17 2023-03-22 株式会社デンソー 回転電機制御装置
USD903590S1 (en) 2018-09-12 2020-12-01 Cree Fayetteville, Inc. Power module
DE102019214719A1 (de) * 2019-09-26 2021-04-01 Bombardier Transportation Gmbh Stromrichter, elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betrieb eines Stromrichters
CN117706317B (zh) * 2024-02-06 2024-05-28 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 热阻测试方法和热阻测试电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001245479A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Mitsubishi Electric Corp 電力半導体モジュール
JP2005198443A (ja) * 2004-01-08 2005-07-21 Toyota Industries Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2006100327A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
CN101325411A (zh) * 2008-04-16 2008-12-17 中兴通讯股份有限公司 一种直流电源上电缓启动电路
JP2009059923A (ja) * 2007-08-31 2009-03-19 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH612570GA3 (en) * 1976-01-19 1979-08-15 Oscillator with complementarily connected transistor amplifier working in linear operating mode
JPS6140039U (ja) 1984-08-15 1986-03-13 オリジン電気株式会社 制御極付半導体素子の縦続回路
JPH01321723A (ja) 1988-06-23 1989-12-27 Mitsubishi Electric Corp Ｆｅｔ直列回路
JPH08336239A (ja) 1995-06-06 1996-12-17 Nippondenso Co Ltd 車両用交流発電機の制御装置
EP1378995B1 (en) * 1997-01-22 2006-11-08 Seiko Epson Corporation Oscillation circuit, constant voltage generation circuit, semiconductor device, electronic equipment and timepiece
JP3649929B2 (ja) * 1999-02-10 2005-05-18 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP3910383B2 (ja) * 2001-07-17 2007-04-25 株式会社日立製作所 パワーモジュールおよびインバータ
JP4513770B2 (ja) 2006-02-28 2010-07-28 株式会社豊田自動織機 半導体装置
JP2009147062A (ja) 2007-12-13 2009-07-02 Mitsubishi Electric Corp 半導体モジュール
WO2010004802A1 (ja) 2008-07-10 2010-01-14 三菱電機株式会社 電力用半導体モジュール
JP5318592B2 (ja) * 2009-01-21 2013-10-16 ラピスセミコンダクタ株式会社 定電流駆動発振回路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001245479A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Mitsubishi Electric Corp 電力半導体モジュール
JP2005198443A (ja) * 2004-01-08 2005-07-21 Toyota Industries Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2006100327A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2009059923A (ja) * 2007-08-31 2009-03-19 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
CN101325411A (zh) * 2008-04-16 2008-12-17 中兴通讯股份有限公司 一种直流电源上电缓启动电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112219347A (zh) * 2018-09-04 2021-01-12 株式会社日立制作所 电力变换装置以及电力变换方法
CN112219347B (zh) * 2018-09-04 2024-04-16 株式会社日立制作所 电力变换装置以及电力变换方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8791662B2 (en) 2014-07-29
AU2010356426A1 (en) 2013-01-10
AU2010356426B2 (en) 2013-11-28
BR112012032391A2 (pt) 2016-11-08
JPWO2012001805A1 (ja) 2013-08-22
MX2012014572A (es) 2013-02-21
WO2012001805A1 (ja) 2012-01-05
EP2590212A4 (en) 2014-03-05
EP2590212B1 (en) 2015-08-19
JP4902029B1 (ja) 2012-03-21
EP2590212A1 (en) 2013-05-08
KR20130036019A (ko) 2013-04-09
CN103125022B (zh) 2016-01-20
KR101410553B1 (ko) 2014-06-20
US20130063067A1 (en) 2013-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103125022A (zh) 功率半导体模块、电力转换装置和铁路车辆
JP5289536B2 (ja) パワー半導体モジュール
CN102781712B (zh) 功率半导体模块、电力转换装置及铁路车辆
JP4594477B2 (ja) 電力半導体モジュール
AU2010342148B2 (en) Power semiconductor module, power conversion device, and rail car
JP6457800B2 (ja) 電力変換装置およびこれを備えた鉄道車両
US10312227B2 (en) Power semiconductor module
CN108521846B (zh) 电力转换装置
CN103999342A (zh) 逆变器装置
CN113035819A (zh) 半导体模块以及功率转换装置
CN113328677A (zh) 逆变器系统
Ismail et al. Characterization and System Benefits of Using 3.3 kV All-SiC MOSFET Modules in MV Power Converter Applications
JP7329654B1 (ja) 電力変換装置
JP7391134B2 (ja) 電力変換装置
US20230387099A1 (en) Power electronics arrangement with parallel connected semiconductor switches, power electronics device, motor vehicle, and method for producing a power electronics arrangement
CN110383654B (zh) 主转换电路、电力转换装置及移动体
Gong et al. Effect of Distributed Decoupling Capacitors in Multi-chip SiC Power Modules on Current Sharing Mechanism
US10937737B2 (en) Wiring member and power conversion device
WO2018178403A1 (en) Hybrid power cell
CN106024782A (zh) 半导体装置、逆变电路、驱动装置、车辆以及升降机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160120