CN110168899B - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

功率转换转置(1)包括正侧开关元件的正极与第一端子进行电连接、正侧开关元件的负极和负侧开关元件的正极与第二端子进行电连接、负侧开关元件的负极与第三端子进行电连接的功率模块(12)。功率模块(12)的第一端子经由平行平板导体即汇流条(43)中的第一导体与滤波电容器(41)的P端子(41a)进行电连接，功率模块(12)的第三端子经由汇流条(43)中的第二导体与滤波电容器(41)的N端子(41b)进行电连接，平行平板导体即汇流条(43)形成为L字形，并且功率模块(12)的第二端子经由与汇流条(43)物理性不同的导体条(44)与负载进行电连接。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及适合用于铁道车辆的功率转换装置。
背景技术
在用于铁道车辆的功率转换装置(以下，简称为“功率转换装置”)中，利用来自栅极驱动电路的驱动信号，对功率转换装置所具备的半导体开关元件(以下简称为“开关元件”)进行驱动。开关元件通过导通断开的开关动作，向负载提供大电压及大电流的功率。此时，功率转换装置的内部，功率转换装置所具备的电气布线产生电磁噪声。
近年来，由于以SiC(Silicon Carbide：碳化硅)为代表的宽带隙半导体元件的实用化，并且由于现有的以Si(Silicon：硅)作为原材料的Si开关元件的高性能化，开关元件的开关速度不断高速化。由于开关速度的高速化，变得无法忽略由功率转换装置所具备的电气布线产生的电磁噪声的问题。
在上述那样的背景技术下，下述专利文献1中，关注功率转换装置所具备的电气布线中的模块内部的电气布线。下述专利文献1所示的功率半导体模块(以下简称为“功率模块”)公开了如下技术：与正极端子相连的模块内部的电气布线、与负极端子相连的模块内部的电气布线、模块内部的栅极信号线及发射极信号线分别设有层叠并平行配置的部位，在平行配置的该部位中，构成为流过正极端子的电流的方向与流过与正极端子相邻的栅极信号线的控制电流的方向相反，减少开关元件在导通时与断开时反复进行导通断开的误动作的可能性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2015-213408号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
上述专利文献1中，提及配置了功率模块的功率转换装置，能够防止因功率模块内部的电气布线的电磁噪声而引起的功率转换装置的误动作。然而，对于连接功率模块与功率转换装置的元器件的电气布线、即功率模块外部的电气布线，并无详细的记述。因此，具有无法防止因功率模块外部的电气布线的电磁噪声而引起的功率转换装置的误动作的问题。
本发明是鉴于上述内容而完成的，其目的在于获得一种功率转换装置，在功率转换装置中，能对因功率模块外部的布线的电磁噪声而引起的功率转换装置的误动作进行抑制。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述问题，达成目的，本发明在包括正侧开关元件的正极与第一端子进行电连接、正侧开关元件的负极和负侧开关元件的正极与第二端子进行电连接、负侧开关元件的负极与第三端子进行电连接的功率模块的功率转换转置中，功率模块的第一端子经由平行平板导体中的第一导体与电容器的正极进行电连接，并且功率模块的第三端子经由平行平板导体中的第二导体与电容器的负极进行电连接，平行平板导体形成为L字形，并且功率模块的第二端子经由与平行平板导体物理性不同的导体条与负载进行电连接。
发明效果
根据本发明，起到如下效果：在功率转换装置中，能对因功率模块外部的布线的电磁噪声所引起的功率转换装置的误动作进行抑制。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的功率转换装置的结构例的图。
图2是表示适合用于本实施方式所涉及的功率转换装置的功率模块的简要形状的立体图。
图3是适用了本实施方式的功率模块的主电路的电路图。
图4是表示将本实施方式所涉及的功率转换装置搭载于铁道车辆的情况下的结构例的图。
图5是示意性表示本实施方式所涉及的汇流条的结构的图。
图6是适用了现有的功率模块的主电路的电路图。
图7是从图4的箭头A方向观察本实施方式所涉及的功率转换装置的内部的侧视图。
图8是表示现有的功率转换装置中的典型的模块配置例的图。
图9是表示现有的功率转换装置中的层压汇流条的层叠状态的图。
图10是表示本实施方式所涉及的功率转换装置中的主电路的结构的立体图。
图11是表示现有的功率转换装置中的栅极驱动基板的安装状态的立体图。
图12是表示二合一模块中的端子配置的变化的图。
图13是表示将相对型功率模块适用于本实施方式所涉及的功率转换装置的情况下的结构例的图。
图14是表示将一列型功率模块适用于本实施方式所涉及的功率转换装置的情况下的结构例的图。
具体实施方式
下面，基于附图详细说明本发明实施方式所涉及的功率转换装置。另外，本发明并不由以下实施方式所限定。
实施方式.
图1是表示本发明实施方式所涉及的功率转换装置的结构例的图。图1中，本实施方式所涉及的功率转换装置1构成为包括：至少包含开关、滤波电容器、滤波电抗器的输入电路2；具备开关元件4a、5a、6a、4b、5b、6b并连接用于驱动电车的至少一台以上的电动机8而形成的逆变器主电路(以下简称为“主电路”)3；以及生成并输出用于控制开关元件4a、5a、6a、4b、5b、6b的PWM信号的控制部7。另外，优选以感应电动机或同步电动机作为连接于主电路3的电动机8。
此外，图1中，输入电路2的一端经由集电装置51与架空线50相连接，另一端经由车轮53与具有大地电位的轨道52相连接。将由架空线50提供的直流功率或交流功率经由集电装置51提供给输入电路2的输入端，并且将在输入电路2的输出端产生的功率被提供给主电路3。
主电路3中，作为正侧开关元件的开关元件4a与作为负侧开关元件的开关元件4b串联连接来构成U相的腿。正侧开关元件也被称为正侧臂或上侧臂，负侧开关元件也被称为负侧臂或下侧臂。V相及W相的腿也同样，开关元件5a与开关元件5b串联连接来构成V相的腿，开关元件6a与开关元件6b串联连接来构成W相的腿。由此，主电路3中，构成具有三组(U相、V相、W相)腿的三相桥式电路。另外，优选以内置有反向并联二极管的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)作为开关元件4a、5a、6a、4b、5b、6b。
控制部7利用PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制信号对主电路3的开关元件4a、5a、6a、4b、5b、6b进行PWM控制。利用控制部7的PWM控制，主电路3将从输入电路2施加的直流电压转换成任意频率及任意电压的交流电压，并对电动机8进行驱动。另外，图1的示例中，例示了构成一个腿的开关元件的数量为2的情况，但一个腿也可以具有超过2个的开关元件。
图2是表示适合用于本实施方式所涉及的功率转换装置的功率模块的简要形状的立体图，图3是将图2所示的功率模块适用于图1所示的主电路3的电路图。
图3中，适用于U相的功率模块12U具有由作为晶体管元件的例示的MOSFET4a1与作为所谓续流二极管进行动作的二极管(以下记为“FWD(Free Wheeling Diode：续流二极管)”)4a2反向并联连接而得的开关元件4a和由MOSFET4b1与FWD4b2反向并联连接而得的开关元件4b。开关元件4a与开关元件4b串联连接，收容于模块壳体即封装30内，构成功率模块12U中的开关元件对。适用于V相及W相的功率模块12V、12W也与功率模块12U同样地构成。由此，图3所示的功率模块12U、12V、12W是收容有串联连接的两个开关元件的二合一模块。
图3中，开关元件4a的正极即漏极与第一端子M1进行电连接，开关元件4a的负极即源极及开关元件4b的正极即漏极与第二端子M2进行电连接，开关元件4b的负极即源极与第三端子M3进行电连接。
如图2所示，第一端子M1、第二端子M2及第三端子M3分别设有3个孔32，这些孔32分别形成有作为紧固单元的螺母34。这些孔32及螺母34构成功率模块12的电极端子即第一端子M1、第二端子M2及第三端子M3中的紧固点。即，第一端子M1、第二端子M2及第三端子M3分别设有3个紧固点，由3个紧固点构成一个紧固部。第一端子M1及第三端子M3的各紧固部紧固有后述的汇流条。此外，第二端子M2的紧固部紧固有后述的导体条。
此外，如图2所示，第一端子M1、第二端子M2及第三端子M3的各紧固部形成为长方形或横向较长的形状，设置于封装30的一个表面侧。在封装30的中央部，第一端子M1及第三端子M3的横向较长的各紧固部的长边方向与封装30的长边方向平行，第一端子M1及第三端子M3排列的列队沿与长边方向正交的方向进行排列。另一方面，第二端子M2配置在封装30的长边方向的一个端部侧，且横向较长的紧固部的长边方向沿与封装30的长边方向正交的方向进行排列。
通过如上述那样构成第一端子M1、第二端子M2及第三端子M3，与滤波电容器的电连接及与作为负载的电动机的电连接变得容易。此外，第一端子M1及第三端子M3配置在封装30的中央部，因此关于流过第一端子M1及第三端子M3的电流，模块内的芯片间的分流变好，模块内发热的不均变小，因此具有能使冷却器小型化的优点。
另外，图2中，第一端子M1、第二端子M2及第三端子M3的各紧固部中的孔32的数量、即紧固点的数量设为3，但可以是1或2或4以上。此外，第一端子M1、第二端子M2及第三端子M3也可以根据所需的电流容量分别设置多个。
返回图3的说明，如图3所示的主电路的结构中，在具有正极(P)及负极(N)的电位的滤波电容器10的直流端子间并联连接有3个功率模块12U、12V、12W。将功率模块12U的第二端子M2设为U相交流端子，与电动机8的U相端子进行电连接。以下同样地，将功率模块12V的第二端子M2设为V相交流端子，与电动机8的V相端子进行电连接，将功率模块12W的第二端子M2设为W相交流端子，与电动机8的W相端子进行电连接。
另外，图3中，作为搭载于功率模块12U的开关元件4a、4b例示了MOSFET，但也可以是MOSFET以外的元件。作为MOSFET以外的元件，例示了IGBT、IPM(Intelligent PowerModule：智能功率模块)元件。
另外，本实施方式的效果在用于搭载有开关动作较迅速的宽带隙半导体元件或高速进行动作的Si开关元件的功率转换装置的情况下有效。另外，作为宽带隙半导体元件，例示了将SiC或氮化镓类材料或金刚石作为原材料的半导体元件。
图4是表示将本实施方式所涉及的功率转换装置搭载于铁道车辆的情况下的结构例的图，是从车辆上部侧朝向轨道侧观察搭载于铁道车辆的功率转换装置1的内部时的主视图。
功率转换装置1构成为包括散热器35、栅极控制单元37、断流器及I/F单元38及主电路39。此外，主电路39构成为具有栅极驱动电路基板40、滤波电容器41、元件部42、汇流条43、导体条44及输出芯45。另外，实际的车辆搭载状态中，除了散热器35以外，栅极控制单元37、断流器及I/F单元38以及主电路39收容于壳体36的内部，与外部气体隔绝。另一方面，散热器35以与外部气体接触的方式安装于壳体36的外部，构成为能利用冷却风进行冷却。
元件部42是包含多个图2所示的功率模块12的结构部。栅极驱动电路基板40是搭载了生成对元件部42的功率模块12进行PWM驱动所需的驱动信号的栅极驱动电路40a的基板。断流器及I/F单元38是具有切断流过主电路39的电流的功能以及进行栅极控制单元37与栅极驱动电路40a之间的信号收发的功能的结构部。滤波电容器41是存储功率转换所需的直流功率的结构部，是功率转换装置1的功率供给源。
滤波电容器41与构成元件部42的功率模块12通过形成为L字形的汇流条43相连结。作为汇流条43，具有代表性的是薄板金属板隔着绝缘物重叠并以低电感构成的层叠汇流条，或者以例如树脂制薄膜即层压材料覆盖层叠汇流条的外部表面而构成的层压汇流条。另外，层压汇流条是下述平行平板导体的一个示例，具有寄生电感较小的特征。此外，层压汇流条是已经利用层压材料一体覆盖薄板金属板、绝缘物的元器件，因此具有抑制功率转换装置的制造工时的特征。
汇流条43中，构成L字形的一部分的第一部位43a从设置于功率模块12的表面的各电极端子向与后述的导体条44相反的一侧的栅极驱动电路基板40侧延伸，在栅极驱动电路基板40跟前与栅极驱动电路基板40的基板面平行地进行弯折。即，第二部位43b在与导体条44相反的一侧弯折，设为从第一部位43a的与导体条44相反的一侧的端部突出，以构成L字形的另一部分。此外，第二部位43b突出的方向为从功率模块12的表面向上方侧近似垂直地突出。图4中，功率模块的表面朝向下方侧，因此第二部位43b突出的方向也成为下方侧。详细情况在后文阐述，汇流条43是两个平板导体隔着绝缘膜平行层叠而成的平行平板导体。此外，栅极驱动电路基板40安装于第二部位43b的与导体条44相反的一侧的面。此处，将两个平板导体中的一方设为第一导体，另一方设为第二导体。在功率转换装置1进行动作时，第一导体与第二导体施加有不同的电位。此外，通过开关元件的导通断开的开关动作，第一导体与第二导体流通有开关电流，产生电磁噪声。
汇流条43的第一部位43a中的第一导体与功率模块12中的一个直流端子即第一端子M1进行电连接，汇流条43的第一部位43a中的第二导体与功率模块12中的另一个直流端子即第三端子M3(图4中未图示)进行电连接。
滤波电容器41设有成为正极端子的P端子41a及成为负极端子的N端子41b。汇流条43的第二部位43b中的第一导体与滤波电容器41的P端子41a进行电连接，汇流条43的第二部位43b中的第二导体与滤波电容器41的N端子41b进行电连接。由此，通过形成为L字形的汇流条43，滤波电容器41与功率模块12电连接。从功率模块12观察，滤波电容器41配置在功率模块12的设有各端子的表面的上部侧，从而能减少功率转换装置1整体的放置面积。
另一方面，功率模块12中的交流端子即第二端子M2与负载即电动机8之间的电连接使用与汇流条43物理性不同的导体条44。另外，导体条44无需汇流条43那样的平行平板导体，单一的导体即可。然而，导体条44的电位因开关元件的导通断开的开关动作而变动，产生电磁噪声。
导体条44与汇流条43同样地弯折并形成为L字形。然而，导体条44的延伸方向与汇流条43为相反方向。若进行具体说明，则导体条44中，构成L字形的一部分的第一部位44a向与汇流条43延伸的方向相反的方向延伸，在刚超过滤波电容器41的底面的位置进行弯折，作为第二部位44b构成L字形的另一部分。第二部位44b插入于输出芯45。输出芯45是用于连接电动机8与功率转换装置1的端子部。另外，图4中，示出了导体条44的一个，但交流端子是UVW这3个端子，其它两个导体条44也同样地进行连接。
图5是示意性表示本实施方式所涉及的汇流条43的结构的图。图5中示出两个平板导体，一个平板导体是上述的第一导体，另一个平板导体是上述的第二导体。此处，如图示那样，若将第一导体及第二导体的宽度(以下称为“导体宽度”)设为a，第一导体与第二导体之间的空隙距离(以下称为“导体间距离”)设为b，第一导体及第二导体的厚度(以下称为“导体厚度”)设为c，则它们之间具有以下的关系。
a/c≥5…(1)
a/b≥5…(2)
即，设导体截面中的导体宽度a与导体厚度c之比为5以上，且导体宽度a为导体间距离b的5倍以上。在一个平板导体即第一导体与另一个平板导体即第二导体满足上述(1)及(2)式的关系时，第一导体及第二导体能获得后述的本实施方式的效果。因此，在第一导体及第二导体满足上述(1)及(2)式的关系时，两者定义为平行平板导体。
接着，对本实施方式所涉及的功率转换装置中的结构上的特征与由该特征产生的固有效果进行说明。另外，说明时，将利用现有的一合一功率模块(以下称为“一合一模块”)而构成的功率转换装置作为比较例使用。
图6是将一合一模块适用于图1所示的主电路3的情况下的电路图。在使用一合一模块的情况下，如图6所示，需要由U相正侧开关元件102U、U相负侧开关元件102X、V相正侧开关元件102V、V相负侧开关元件102Y、W相正侧开关元件102W、及W相负侧开关元件102Z构成的6个模块。
(第一效果-防止电气布线间的电磁噪声传输)
参照图7至图9的附图对第一效果进行说明。图7是从箭头A方向观察图4所示的功率转换装置的内部时的侧视图。图7中，示出了利用二合一模块构成的功率转换装置中的模块配置。图8是表示利用一合一模块构成的功率转换装置中的典型的模块配置例的图。图9是表示利用一合一模块构成的功率转换装置中的层压汇流条的层叠状态的图。另外，为了避免复杂化，图7中，省略了栅极驱动电路基板40及栅极驱动电路40a的图示。
首先，在利用了一合一模块的情况下，构成逆变器的主电路时需要6个模块。这里，若在有限的空间中将6个一合一模块配置成一列，则功率转换装置在列方向上变得大型化。因此，通常如图8所示那样，根据主电路的电路结构配置成多个列。
在图8的配置的情况下，作为用于模块间的连接、模块与电容器之间的连接及主电路与电动机之间的连接的汇流条104，如图9所示，需要隔着绝缘膜(图9中未图示)进行层叠的3个导体部104P、104N、104AC。另外，因开关元件的导通断开的开关动作，导体部104P、104N中有开关电流流通，产生电磁噪声。此外，因开关元件的导通断开的开关动作，导体部104AC的电位发生变动，产生电磁噪声。一合一模块的主电路结构中，有直流电流流动的导体部104P、104N与有交流电流流动的导体部104AC未物理性隔离，因绝缘膜的异常而导致的绝缘破坏的风险比二合一模块要大。因此，绝缘膜较厚，因此功率转换装置变得大型化。或者，使用厚度较薄但绝缘性能较高的绝缘膜，功率转换装置成本变高。由此，即使在实施了防止因绝缘膜的异常而导致的绝缘破坏的对策的情况下，由于导体部104P、104N、104AC相接近，因此导体部104P、104N与导体部104AC之间相互传输电磁噪声，也是功率转换装置进行误动作的可能性变高的结构。因此，例如为了对作为功率转换装置的一个元器件的栅极驱动电路进行误动作对策，需要针对因开关电流而引起的电磁噪声与因电压变动而引起的电磁噪声双方的误动作对策。
另一方面，在利用了二合一模块的情况下，如图7所示，能将直流端子即第一端子M1及第三端子M3集中于冷却风的上风侧，并且能将交流端子即第二端子M2集中于冷却风的下风侧。由此，确保了直流端子与交流端子之间的物理性空间，能利用物理性空间确保直流端子与交流端子之间的绝缘。此外，如图7所示，直流部位与交流部位以空间18分离，因此两者的电位发生稳定化。因此，在使用了层压汇流条作为汇流条43的情况下，即使在层压汇流条的外包装绝缘膜具有异常的情况下，有直流电流流动的导体部位与有交流电流流动的导体部位物理性隔离，从而能维持所需的介电强度。并且，能防止在导体部104P、104N与导体部104AC之间电磁噪声相互传输的情况。
如以上说明的那样，本实施方式所涉及的功率转换装置与利用了一合一模块的现有的功率转换装置相比，起到如下效果：层间绝缘的稳定性变高，并且能抑制因功率模块外部的布线的电磁噪声所引起的功率转换装置的误动作。
这里，预先说明滤波电容器41与构成元件部42的功率模块12通过形成为L字形的汇流条43相连结的效果。第一导体与第二导体中有开关电流流通，产生电磁噪声的情况如之前所阐述的那样。同样，滤波电容器41的端子中也有开关电流流通，滤波电容器41的端子也产生电磁噪声。并且，功率模块12的端子中也有开关电流流通，功率模块12的端子也产生电磁噪声。根据本结构，汇流条43形成为L字形，因此滤波电容器41的端子所产生的电磁噪声的方向与功率模块12的端子所产生的电磁噪声的方向不同。因此，滤波电容器41的端子所产生的电磁噪声与功率模块12的端子所产生的电磁噪声不会相互增强。由此，能抑制因功率模块外部的布线的电磁噪音所引起的功率转换装置的误动作。并且，若L字形的汇流条43的第二部位43b设置于导体条44侧，则直流端子与交流端子相接近，因此通过将汇流条43的第二部位43b设置于导体条44的相反侧，从而能更可靠地实现直流侧与交流侧的物理性分离。
(第二效果-结构的简化)
参照图4、图6至图8以及图10及图11的附图，对第二效果进行说明。图10是表示安装有栅极驱动电路基板40的状态的本实施方式所涉及的功率转换装置中的主电路的结构的立体图。图11是表示利用了一合一模块的情况下的栅极驱动基板的安装状态的立体图。
首先，如图8所示，利用了一合一模块的现有的功率转换装置是直流部位与交流部位隔着绝缘物共存的结构。通过该结构，经由直流部位在电容器中流通的开关电流所生成的电磁噪声与电位进行变动的交流部位所生成的电磁噪声相互增强，栅极驱动电路基板106(参照图11)易于受到电磁噪声的影响。因此，如图11所示，在栅极驱动电路基板106与汇流条104之间设有屏蔽框架108，并且屏蔽框架108设有绝缘间隔件110来安装栅极驱动电路基板106。
与此相对，如图4所示，本实施方式所涉及的功率转换装置1是在功率转换装置内直流部位与交流部位分离的结构。由此，如图10所示，对栅极驱动电路基板40使用绝缘间隔件48这样简易的元器件，能直接安装于汇流条43，结构被简化。
如以上说明的那样，本实施方式所涉及的功率转换装置与利用了一合一模块的现有的功率转换装置相比，起到如下效果：能减少元器件个数，能简化结构。
(第三效果-冷却器的小型化及冷却效率的改善)
参照图7及图8的附图对第三效果进行说明。图7及图8示出冷却风的方向。
首先，在使用了一合一模块的情况下，如上所述，构成逆变器的主电路时需要6个模块，因此难以如二合一模块那样配置为一列，必然是在沿着冷却风的方向上排列一合一模块的配置。其结果是，上风侧的模块与下风侧的模块中冷却性能的差异变大，需要根据下风侧的模块确保冷却性能。由此，冷却器的体积及成本增大，冷却效率具有改善的余地。
另一方面，本实施方式所涉及的功率转换装置中，如上所述，能由3个二合一模块构成，因此能如图7所示将3个功率模块12U、12V、12W沿与冷却风正交的方向进行排列。根据本结构，能使冷却器小型化。此外，也能通过冷却器的小型化改善冷却效率。此外，根据功率转换装置整体的功率容量与功率模块12的功率容量的关系需要分别并联连接功率模块12U、12V、12W，即使在二合一模块的情况下也具有成为多个列的情况，但即使在该情况下，与使用一合一模块的情况相比减少了配置功率模块的列数，因此能实现冷却器整体的小型化。
如以上说明的那样，本实施方式所涉及的功率转换装置与利用了一合一模块的现有的功率转换装置相比，起到如下效果：能使冷却器小型化，能改善冷却效率。
接着，参照图12至图14的附图对设置于二合一模块的第一端子M1、第二端子M2及第三端子M3的配置与该配置所带来的效果进行说明。图12是表示二合一模块中的端子配置的变化的图。图12示出了(a)～(c)的3个变化，分别称为钱褡型功率模块(purse-typepower module)、相对型功率模块(facing-type power module)及一列型功率模块(single-row-type power module)。
图12(a)所示的钱褡型功率模块也是图2所示的本实施方式的功率模块。此处，各功率模块中，将第一端子M1中的长边的中心与第二端子M2中的短边的中心的距离设为d1，将第一端子M1中的长边的中心与和第二端子M2相反侧的模块壳体的短边的距离设为d2，将模块壳体的长边的长度设为L。
首先，如图12(a)所示，钱褡型功率模块中，d1与d2之间存在d1＜d2的关系。此外，相对型功率模块与钱褡型功率模块具有相反的关系，存在d1＞d2的关系。并且，一列型功率模块中d1＝0、d2＝L/2，各端子中的紧固部的方向具有三个均统一成相同方向的特征。
此处，在将相对型功率模块适用于本实施方式所涉及的功率转换装置的情况下，如图13所示那样构成。在相对型功率模块的情况下，第一端子M1及第三端子M3配置于模块壳体的端部侧，因此需要缩短构成L字形的一部分的第一部位43a的长度。然而，第一部位43a的长度变短，因此用于制作以虚线49所示的弯折部位的弯折强度变大，弯折作业变得困难。另一方面，在钱褡型功率模块的情况下，能增长第一部位43a的长度，因此用于制作弯折部位的弯折强度变小，具有弯曲作业变得容易的优点。
此外，在一列型功率模块的情况下，各端子中的紧固部的方向三个均统一成相同方向，因此成为图14所示那样的结构。即，在一列型功率模块的情况下，使用3个导体平行排列的平行平板导体即汇流条104。在使用上述汇流条104的情况下，具有上述电磁噪声相互增强的问题。因此，与一合一模块的情况同样地，需要在汇流条104与栅极驱动电路基板40之间设置屏蔽框架108，导致元器件个数增加，并且成本和尺寸不可避免地增加。另一方面，在钱褡型功率模块的情况下，不会产生一列型功率模块的这种缺点。
另外，上述实施方式所示的结构表示本发明内容的一个示例，也可以与其它公知技术进行组合，也可以在不脱离本发明主旨的范围内对结构的一部分进行省略、变更。
标号说明
1功率转换装置、2输入电路、3，39主电路、4a，5a，6a，4b，5b，6b开关元件、7控制部、8电动机、10，41滤波电容器、12，12U，12V，12W功率模块、30封装、32孔、34螺母、35散热器、36壳体、37栅极控制单元、38断流器及I/F单元、40，106栅极驱动电路基板、40a栅极驱动电路、41a P端子、41b N端子、42元件部、43，104汇流条、43a第一部位、43b第二部位、44导体条、45输出芯、48，110绝缘间隔件、50架空线、51集电装置、52轨道、53车轮、102U U相正侧开关元件、102V V相正侧开关元件、102W W相正侧开关元件、102X U相负侧开关元件、102Y V相负侧开关元件、102Z W相负侧开关元件、104P，104N，104AC导体部、108屏蔽框架、M1第一端子、M2第二端子、M3第三端子。

Claims (11)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
电容器；
平行平板导体，该平行平板导体具有第一部位和第二部位，所述第一部位与所述第二部位形成为L字形；
导体条；以及
功率模块，该功率模块的表面具有第一端子、第二端子及第三端子，正侧开关元件的正极与所述第一端子进行电连接、所述正侧开关元件的负极和负侧开关元件的正极与所述第二端子进行电连接，所述负侧开关元件的负极与所述第三端子进行电连接，
所述功率模块的所述第一端子经由所述平行平板导体与电容器的正极进行电连接，并且所述功率模块的所述第三端子经由所述平行平板导体与所述电容器的负极进行电连接，所述功率模块的第二端子经由所述导体条与负载进行电连接，
所述平行平板导体的所述第一部位与所述功率模块进行电连接，
所述平行平板导体的所述第二部位与所述电容器进行电连接，
所述平行平板导体的所述第一部位向与所述导体条相反的一侧延伸，
所述平行平板导体的所述第二部位从所述第一部位的与所述导体条相反一侧的端部向所述功率模块的表面的上方突出设置。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一端子及所述第三端子设置于模块壳体中的一个表面侧，且所述第一端子及所述第三端子的排列的列队沿与所述模块壳体的长边方向正交的方向进行排列，所述第二端子配置在所述模块壳体的长边方向的一个端部侧。
3.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一端子及所述第三端子设置于所述一个表面侧的中央部。
4.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一端子、所述第二端子及所述第三端子的各紧固部形成为横向较长，
所述第一端子及所述第三端子的形成为横向较长的各紧固部的长边方向与所述模块壳体的长边方向平行，
所述第二端子的形成为横向较长的紧固部的长边方向是与所述模块壳体的长边方向正交的方向。
5.如权利要求4所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一端子及所述第三端子设置于所述一个表面侧的中央部。
6.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第一端子、所述第二端子及所述第三端子的各紧固部设有多个紧固点。
7.如权利要求1至6的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述平行平板导体及所述导体条分别形成为L字形，所述导体条的构成L字形的一部分的与所述第二端子电连接的部位向所述导体条的构成L字形的另一部分的部位延伸的方向、与所述平行平板导体的所述第一部位向所述第二部位延伸的方向为相互相反的方向。
8.如权利要求1至6的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述平行平板导体为层压汇流条。
9.如权利要求1至6的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
包括控制所述功率模块的栅极驱动电路，
所述栅极驱动电路设置于所述平行平板导体的所述第二部位的与所述导体条相反一侧的面。
10.如权利要求1至6的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述正侧开关元件及所述负侧开关元件是宽带隙半导体元件。
11.如权利要求10所述的功率转换装置，其特征在于，
所述宽带隙半导体元件是以SiC、氮化镓类材料或金刚石为原材料的半导体元件。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7347266B2 (ja) * 2020-03-02 2023-09-20 富士電機株式会社 電力変換装置
US11678468B2 (en) * 2020-09-24 2023-06-13 Dana Tm4 Inc. High density power module
TWI806359B (zh) * 2022-01-14 2023-06-21 宏碁股份有限公司 電源供應裝置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007006584A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2011120358A (ja) * 2009-12-02 2011-06-16 Denso Corp 電力変換装置
CN103825479A (zh) * 2014-02-20 2014-05-28 华为技术有限公司 一种功率变换器
CN103916025A (zh) * 2013-01-07 2014-07-09 永济新时速电机电器有限责任公司 功率变换单元

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3550970B2 (ja) 1997-09-19 2004-08-04 株式会社日立製作所 電力変換装置並びに多層積層導体と電気部品接続体
JP2007116861A (ja) * 2005-10-24 2007-05-10 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 電力変換装置
JP2008193779A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体モジュール
JP2010104135A (ja) 2008-10-23 2010-05-06 Hitachi Ltd 電力変換装置及び車載用電機システム
AU2010356426B2 (en) * 2010-07-01 2013-11-28 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module, electricity transformer device, and railway car
JP5544255B2 (ja) 2010-09-14 2014-07-09 株式会社 日立パワーデバイス 半導体パワーモジュール及び電力変換装置
US8902622B2 (en) * 2010-10-06 2014-12-02 Mitsubishi Electric Corporation Power supply apparatus
JP5700022B2 (ja) * 2012-10-29 2015-04-15 株式会社デンソー 電力変換装置
JP6288769B2 (ja) 2014-05-07 2018-03-07 株式会社日立製作所 半導体パワーモジュール、電力変換装置、およびこれを用いた移動体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007006584A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2011120358A (ja) * 2009-12-02 2011-06-16 Denso Corp 電力変換装置
CN103916025A (zh) * 2013-01-07 2014-07-09 永济新时速电机电器有限责任公司 功率变换单元
CN103825479A (zh) * 2014-02-20 2014-05-28 华为技术有限公司 一种功率变换器

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