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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die ein Halbleiterelement verwendet, und bezieht sich ferner auf Verdrahtungsstrukturen einer Hauptschaltung und einer Steuerschaltung davon.
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2. Beschreibung des verwandten Gebiets
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In einer Hauptschaltung einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die ein Halbleiterelement verwendet, besteht eine Hauptaufgabe darin, eine Stoßspannung zu unterdrücken, wobei hauptsächlich eine Struktur verwendet wird, in der ein Schaltmodul, das das Halbleiterelement aufweist, und ein Glättungskondensator elektrisch verbunden sind und wobei Verdrahtungsleitungen, die eine Eingangsgleichspannung als einen Dreiphasenwechselstromspannungsausgang bereitstellen, derart mit einer Isolierfolie dazwischen laminiert sind, dass sie eine Busschiene bilden. Ein Beispiel dafür ist in
JP 2008 -
245 451 A offenbart. Ebenso sind in einer Steuerschaltung ein Schaltmodul und eine Steuerschaltungsleiterplatte elektrisch verbunden, wobei Verdrahtungsleitungen zum Übertragen einer Signalspannung als plattenförmige Leiter konfiguriert sind, um die Induktivität zu verringern, und mit einer Isolierfolie dazwischen laminiert. Ein Beispiel dafür ist in
JP S61- 227 661 A offenbart.
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Die
US 2009 / 0 219 696 A1 offenbart eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, bei der die Induktivität eines Hauptschaltkreises reduziert ist, eine Stoßspannung unterdrückt ist, Elemente geeignet gekühlt sind, die insgesamt miniaturisiert und gewichtsreduziert ist, und eine hervorragende Handhabungsleistung in einem Herstellungsprozess und einer Wartungsarbeit aufweist. Eine positive Seitenarmeinheit umfasst IGBT-Module, ein Kopplungsdiodenmodul, eine Kühlplatte, auf der die Module montiert sind, und eine erste laminierte Stromschiene, die mit den jeweiligen Modulen verbunden ist. Eine negative Seitenzweigeinheit enthält IGBT-Module, ein Kopplungsdiodenmodul, eine Kühlplatte, auf der die Module montiert sind, und eine zweite laminierte Sammelschiene, die mit den jeweiligen Modulen verbunden ist, und sowohl die laminierten Sammelschienen als auch die Kondensatoren sind miteinander durch eine dritte laminierte Stromschiene verbunden.
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Die
US 2012 / 0 087 095 A1 offenbart ein Leistungsmodul umfassend ein Halbleiterelement zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom; eine elektrische Leiterplatte, mit der das Halbleiterelement elektrisch verbunden ist, wobei das Halbleiterelement auf einer seiner Hauptoberflächen angeordnet ist; eine isolierende Harzschicht, die auf der anderen Hauptoberfläche der elektrischen Verdrahtungsplatte vorgesehen ist; eine erste Isolationsschicht, die gegenüber der elektrischen Verdrahtungsplatte angeordnet ist, getrennt durch die isolierende Harzschicht, und die mit der isolierenden Harzschicht verbunden ist; eine zweite Isolationsschicht, die gegenüber der isolierenden Harzschicht angeordnet ist, getrennt durch die erste Isolationsschicht, und die eine elektrische Isolierung des Halbleiterelements sicherstellt; und ein metallisches Wärmeableitungselement, das gegenüber der ersten Isolationsschicht angeordnet ist, getrennt durch die zweite Isolationsschicht, und das durch das Halbleiterelement erzeugte Wärme über die elektrische Verdrahtungsplatte, die isolierende Harzschicht, die erste Isolationsschicht und die zweite Isolationsschicht abstrahlt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Trotzdem ist es, wie in
JP S61- 227 661 A offenbart wird, notwendig, die Verdrahtungsleitungen an einem Verstärkungselement zu arretieren und die Steifigkeit zu erhöhen, wenn die Verdrahtungsleitungen zum Übertragen der Signalspannung als die plattenförmigen Leiter konfiguriert sind, um zu ermöglichen, dass die Verdrahtungsleitungen eine Vibration der Leistungsumsetzungsvorrichtung aushalten, was darin resultiert, dass eine Größenverringerung und eine Gewichtsverringerung der Vorrichtung behindert werden. Außerdem ist es notwendig, eine Hauptschaltungsbusschiene und eine Steuerschaltungsbusschiene mittels einer Schraubverbindung an den Schaltmodulen zu arretieren, wobei die Montagefähigkeit schlecht ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Umstände gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zu schaffen, die eine Größenverringerung und eine Gewichtsverringerung realisieren kann und die eine herausragende Montagefähigkeit aufweist.
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Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält: mehrere Schaltmodule, die obere und untere Zweigelemente konfigurieren, die drei Phasen entsprechen; einen Glättungskondensator, der zwischen einer Gleichstromquelle und den Schaltmodulen angeschlossen ist; eine Steuerschaltungsleiterplatte, die ein elektrisches Signal ausgibt, um den EIN/AUS-Zustand der Schaltmodule zu steuern; einen plattenförmigen P-Pol-Leiter, der eine Hochpotentialseite des Glättungskondensators und die positiven Elektrodenanschlüsse der Elemente des oberen Zweigs der mehreren Schaltmodule elektrisch verbindet; einen plattenförmigen N-Pol-Leiter, der eine Niedrigpotentialseite des Glättungskondensators und die negativen Elektrodenanschlüsse der Elemente des unteren Zweigs der mehreren Schaltmodule elektrisch verbindet; plattenförmige M-Pol-Leiter, die elektrisch mit den negativen Elektrodenanschlüssen der Elemente des oberen Zweigs und mit den positiven Elektrodenanschlüssen der Elemente des unteren Zweigs verbunden sind und die eine Wechselstromspannung an eine Last ausgeben; plattenförmige G-Pol-Leiter, die die Gatesteueranschlüsse der mehreren Schaltmodule und die Steuerschaltungsleiterplatte elektrisch verbinden; und plattenförmige E-Pol-Leiter, die die negativen Elektrodensteueranschlüsse der mehreren Schaltmodule und die Steuerschaltungsleiterplatte elektrisch verbinden, wobei der P-Pol-Leiter, der N-Pol-Leiter, die M-Pol-Leiter, die G-Pol-Leiter und die E-Pol-Leiter mit Isoliermaterialien dazwischen laminiert sind, ferner miteinander verdrahtet sind und als ein integriertes Leiterelement an den Schaltmodulen und an dem Glättungskondensator arretiert sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Größenverringerung oder eine Gewichtsverringerung durch Tragen einer Steuerschaltungsbusschiene durch eine Hauptschaltungsbusschiene und durch Entfernen eines Verstärkungselements für die Steuerschaltungsbusschiene realisiert werden, wobei die Anzahl der Befestigungskomponenten der Hauptschaltungsbusschiene und der Steuerschaltungsbusschiene verringert werden kann, und wobei die Montagefähigkeit verbessert werden kann.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 2 ist ein Diagramm, das eine elektrische Schaltungskonfiguration der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer integrierten Busschiene gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 4 ist ein Diagramm, das eine Leiterkonfiguration einer Hauptschaltungsbusschiene gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 5 ist ein Diagramm, das eine Isolierfolienkonfiguration der Hauptschaltungsbusschiene gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 6 ist ein Diagramm, das eine Leiterkonfiguration einer Steuerschaltungsbusschiene gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 7 ist ein Diagramm, das eine Isolierfolienkonfiguration der Steuerschaltungsbusschiene gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 8 ist ein Diagramm, das einen Anordnungszusammenhang der M-Pol-Leiter und der Steuerschaltungsbusschiene gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
- 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Eine Struktur und eine elektrische Schaltungskonfiguration einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den 1 und 2 veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht ist, besitzt die Leistungsumsetzungsvorrichtung einen Glättungskondensator 4, der zwischen einem P-Pol-Anschluss 901 einer Spannung der positiven Seite und einem N-Pol-Anschluss 911 einer Spannung der negativen Seite einer Eingangsspannung angeschlossen ist und die Eingangsspannung glättet, Schaltmodule 21 bis 26, die eine der Spannungen der positiven Seite und der negativen Seite ausgeben, indem sie eine Spannung des Glättungskondensators 4 als Leistung verwenden, und eine Steuerschaltungsleiterplatte 3, die ein Steuersignal an die Steueranschlüsse der Schaltmodule 21 bis 26 ausgibt und einen Schaltvorgang steuert. Jedes der Schaltmodule 21 bis 26 enthält ein Schaltelement, wie etwa ein IGBT und ein SiC, das einen Strom in eine Richtung fließen lässt, und eine Diode, die parallel zu dem Schaltelement angeschlossen ist und die den Strom in einer Umlaufrichtung des Schaltelements entgegengesetzten Richtung fließen lässt. Jedoch wird eine Funktion der Diode durch die Körperdiode realisiert, wenn das Schaltelement unter Verwendung eines SiC, das eine Körperdiode aufweist, konfiguriert ist. Aus diesem Grund ist es nicht wesentlich, die Diode zu enthalten. Ein Kollektoranschluss des Schaltmoduls 21 und ein Emitteranschluss des Schaltmoduls 22 sind verbunden, und das Schaltmodul 21 und das Schaltmodul 22 sind in Reihe geschaltet, um eine Phase der Leistungsumsetzungsvorrichtung zu konfigurieren, wobei ein Anschlusspunkt davon für die Lastverbindung mit einem M-Pol-Anschluss 921 verbunden ist. Ebenso sind die Schaltmodule 23 und 24 und die Schaltmodule 25 und 26 jeweils in Reihe geschaltet, um eine Phase zu konfigurieren.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, besitzt jedes der Schaltmodule 21 bis 26 einen Kollektoranschluss 702, einen Emitteranschluss 712, einen Gatesteueranschluss 731 und einen Emittersteueranschluss 741. Eine integrierte Busschiene 1 fungiert als eine Verdrahtungsleitung, um jeden Anschluss der Schaltmodule 21 bis 26 und die Steuerschaltungsleiterplatte 3 und den Glättungskondensator 4 oder eine Gleichstromquelle elektrisch zu verbinden.
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Eine Gleichspannung wird zwischen den P-Pol-Anschluss 901 für die Stromquellenverbindung und den N-Pol-Anschluss 911 für die Stromquellenverbindung, die in der integrierten Busschiene 1 enthalten sind, angelegt, während die integrierte Busschiene 1 über den M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung mit einer Last, wie etwa einem Motor, verbunden ist und eine Dreiphasenwechselstromspannung ausgibt. Außerdem ist die Steuerschaltungsleiterplatte 3 mit einem G-Pol-Anschluss 932 für die Steuerschaltungsverbindung und mit einem E-Pol-Anschluss 942 für die Steuerschaltungsverbindung in der integrierten Busschiene 1 verbunden, wobei eine Steuersignalspannung zu den Schaltmodulen 21 bis 26 übertragen wird. Der G-Pol-Anschluss 932 für die Steuerschaltungsverbindung ist mit dem Gatesteueranschluss 731 des Schaltmoduls verbunden, und der E-Pol-Anschluss 942 für die Steuerschaltungsverbindung ist mit dem Emittersteueranschluss 741 des Schaltmoduls verbunden.
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3 veranschaulicht eine Konfiguration der integrierten Busschiene 1. Wie in 3 veranschaulicht ist, enthält die integrierte Busschiene 1 eine Hauptschaltungsbusschiene 11 und eine Steuerschaltungsbusschiene 12, wobei die Hauptschaltungsbusschiene 11 und die Steuerschaltungsbusschiene 12 aufeinanderfolgend von einer Vorderseite zu einer Rückseite mit einem Isoliermaterial dazwischen verdrahtet sind. Das heißt, die Hauptschaltungsbusschiene 11 ist auf einer von dem Schaltmodul entfernten Seite (Vorderseite) angeordnet, und die Steuerschaltungsbusschiene 12 ist auf einer dem Schaltmodul naheliegenden Seite (Rückseite) angeordnet. Als Isolationsmaterial wird ein selbstklebendes Material oder ein doppelseitiges Klebeband verwendet. Indem das Verdrahten wie oben beschrieben durchgeführt wird, können die Hauptschaltungsbusschiene 11 und die Steuerschaltungsbusschiene 12, die gemäß dem Stand der Technik individuelle Komponenten sein sollen, in einer einzigen Komponente integriert werden, und ferner kann die Anzahl der Komponenten verringert werden. Weil die Hauptschaltungsbusschiene 11 einen Strom fließen lässt, der größer ist als ein Strom, den die Steuerschaltungsbusschiene 12 fließen lässt, ist die Hauptschaltungsbusschiene 11 unter Verwendung einer Metallplatte, die eine relativ große Dicke aufweist, konfiguriert. Aus diesem Grund, weil die Hauptschaltungsbusschiene 11 die Steuerschaltungsbusschiene 12 tragen kann, die eine relativ geringe Stärke aufweist, kann ein Verstärkungselement für die Steuerschaltungsbusschiene 12 entfernt werden.
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4 veranschaulicht eine Konfiguration der Leiter der Hauptschaltungsbusschiene 11. Wie in 4 veranschaulicht ist, enthalten die Leiter der Hauptschaltungsbusschiene 11 einen P-Pol-Leiter 111, einen N-Pol-Leiter 112 und M-Pol-Leiter 113 bis 115, wobei der P-Pol-Leiter 111, der N-Pol-Leiter 112 und die M-Pol-Leiter 113 bis 115 aufeinanderfolgend von der Vorderseite zu der Rückseite laminiert sind. Das heißt, der P-Pol-Leiter 111, der N-Pol-Leiter 112 und die M-Pol-Leiter 113 bis 115 sind aufeinanderfolgend von der von dem Schaltmodul entfernten Seite (Vorderseite) zu der dem Schaltmodul naheliegenden Seite (Rückseite) laminiert.
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Der P-Pol-Leiter 111 ist ein plattenförmiger Leiter, der den P-Pol-Anschluss 901 für die Stromquellenverbindung und die P-Pol-Anschlüsse 902 für die Modulverbindung enthält, der ferner über den P-Pol-Anschluss 901 für die Stromquellenverbindung mit der positiven Spannungsseite der Gleichstromquelle verbunden ist und der über die P-Pol-Anschlüsse 902 für die Modulverbindung mit dem Kollektoranschluss 702 von jedem der Schaltmodule 21, 23 und 25 verbunden ist.
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Der N-Pol-Leiter 112 ist ein plattenförmiger Leiter, der den N-Pol-Anschluss 911 für die Stromquellenverbindung, die N-Pol-Anschlüsse 912 für die Modulverbindung und die Durchgangslöcher 811, 812, 813 und 814 des N-Pol-Leiters enthält, der ferner über den N-Pol-Anschluss 911 für die Stromquellenverbindung mit der negativen Spannungsseite der Gleichstromquelle verbunden ist und der über die N-Pol-Anschlüsse 912 für die Modulverbindung mit dem Emitteranschluss 712 von jedem der Schaltmodule 22, 24 und 26 verbunden ist.
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Die M-Pol-Leiter 113, 114 und 115 sind in derselben Ebene angeordnet, wobei jeder der M-Pol-Leiter 113, 114 und 115 ein plattenförmiger Leiter ist, der einen M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung, M-Pol-Anschlüsse 922 und 923 für die Modulverbindung und Durchgangslöcher 821 und 822 des M-Pol-Leiters enthält. Außerdem ist der M-Pol-Leiter 113 über den M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung mit einer Last verbunden, ferner über den M-Pol-Anschluss 922 für die Modulverbindung mit dem Emitteranschluss 712 des Schaltmoduls 21 verbunden und über den M-Pol-Anschluss 923 für die Modulverbindung mit dem Kollektoranschluss 702 des Schaltmoduls 22 verbunden. Ebenso ist der M-Pol-Leiter 114 über den M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung mit einer Last verbunden, ferner über den M-Pol-Anschluss 922 für die Modulverbindung mit dem Emitteranschluss 712 des Schaltmoduls 23 verbunden und über den M-Pol-Anschluss 923 für die Modulverbindung mit dem Kollektoranschluss 702 des Schaltmoduls 24 verbunden. Ebenso ist der M-Pol-Leiter 115 über den M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung mit einer Last verbunden, ferner über den M-Pol-Anschluss 922 für die Modulverbindung mit dem Emitteranschluss 712 des Schaltmoduls 25 verbunden und über den M-Pol-Anschluss 923 für die Modulverbindung mit dem Kollektoranschluss 702 des Schaltmoduls 26 verbunden.
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Die in dem P-Pol-Leiter 111 vorgesehenen, mehreren P-Pol-Anschlüsse 902 für die Modulverbindung sind über die Räume der Durchgangslöcher 811 des N-Pol-Leiters und der Durchgangslöcher 821 des M-Pol-Leiters mit den Kollektoranschlüssen 702 der Schaltmodule 21, 23 und 25 der positiven Spannungsseite verbunden. Indes sind die in dem N-Pol-Leiter 112 vorgesehenen, mehreren N-Pol-Anschlüsse 912 für die Modulverbindung über einen Raum unter dem M-Pol-Leiter mit den Emitteranschlüssen 712 der Schaltmodule 22, 24 und 26 der negativen Spannungsseite verbunden. Außerdem sind die in den M-Pol-Leitern 113, 114 und 115 vorgesehenen, mehreren M-Pol-Anschlüsse 922 mit den Emitteranschlüssen 712 der Schaltmodule 21, 23, und 25 der positiven Spannungsseite verbunden, und die mehreren M-Pol-Anschlüsse 923 sind mit den Kollektoranschlüssen 702 der Schaltmodule 22, 24 und 26 der negativen Spannungsseite verbunden. Die Durchgangslöcher 812 und 813 sind an den entsprechenden Positionen des N-Pol-Leiters derart vorgesehen, dass die mehreren M-Pol-Anschlüsse 922 und 923 von der Vorderseite aus durch eine Schraubverbindung mit den Schaltmodulen 21 und 22 verbunden werden können.
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Eine Konfiguration der Isolierfolien in der Hauptschaltungsbusschiene 11 ist in 5 veranschaulicht. Die Hauptschaltungsisolierfolien 116, 117, 118 und 119 sind abwechselnd von der von dem Schaltmodul entfernten Seite (Vorderseite) zu der dem Schaltmodul naheliegenden Seite (Rückseite) laminiert, mit dem P-Pol-Leiter 111, dem N-Pol-Leiter 112 und den M-Pol-Leitern 113 bis 115 dazwischen. Das heißt, die Hauptschaltungsisolierfolie 116 ist auf der Vorderseite des P-Pol-Leiters 111 angeordnet, die Hauptschaltungsisolierfolie 117 ist zwischen dem P-Pol-Leiter 111 und dem N-Pol-Leiter 112 angeordnet, die Hauptschaltungsisolierfolie 118 ist zwischen dem N-Pol-Leiter 112 und den M-Pol-Leitern 113 bis 115 angeordnet und die Hauptschaltungsisolierfolie 119 ist auf der Rückseite der M-Pol-Leiter 113 bis 115 angeordnet.
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Wie in 5 dargestellt ist, können jeder Anschluss der Hauptschaltungsbusschiene 11 und der Anschluss des Schaltmoduls und jeder Anschluss der Steuerschaltungsbusschiene 12 und der Anschluss des Schaltmoduls mit einer Schraube verbunden werden, wobei ein Schraubendreher von der Vorderseite her eingeführt werden kann, weil an den Positionen, die dem einzelnen Anschluss der Schaltmodule entsprechen, kreisförmige Durchgangslöcher 831 und 832 in den Hauptschaltungsisolierfolien vorgesehen sind. Außerdem können die Enden der Durchgangslöcher der Leiter über die Durchgangslöcher 831 und 832 versiegelt werden, und ein Isolationsvermögen kann erhöht werden.
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Als nächstes ist in 6 eine Leiterkonfiguration der Steuerschaltungsbusschiene veranschaulicht. Wie in 6 veranschaulicht ist, enthalten die Leiter der Steuerschaltungsbusschiene 12 die G-Pol-Leiter 121 bis 126 und die E-Pol-Leiter 127 bis 132, die in derselben Ebene angeordnet sind, wobei die E-Pol-Leiter 127 bis 132 und die G-Pol-Leiter 121 bis 126 aufeinanderfolgend von der von dem Schaltmodul entfernten Seite (Vorderseite) zu der dem Schaltmodul naheliegenden Seite (Rückseite) laminiert sind.
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Hier sind die E-Pol-Anschlüsse 941 für die Modulverbindung in den E-Pol-Leitern 127, 129 und 131 mit den Emittersteueranschlüssen 741 der Schaltmodule 21, 23 und 25 der positiven Spannungsseite verbunden, und die E-Pol-Anschlüsse 941 für die Modulverbindung in den E-Pol-Leitern 128, 130 und 132 sind mit den Emittersteueranschlüssen 741 der Schaltmodule 22, 24 und 26 der negativen Spannungsseite verbunden. Außerdem sind die G-Pol-Anschlüsse 931 für die Modulverbindung in den G-Pol-Leitern 121, 123 und 125 mit den Gatesteueranschlüssen 731 der Schaltmodule 21, 23 und 25 der positiven Spannungsseite verbunden, und die G-Pol-Anschlüsse 931 für die Modulverbindung in den G-Pol-Leitern 122, 124 und 126 sind mit den Gatesteueranschlüssen 731 der Schaltmodule 22, 24 und 26 der negativen Spannungsseite verbunden.
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Weil die E-Pol-Leiter 127, 129 und 131 und die M-Pol-Leiter 113, 114 und 115 dasselbe Potential aufweisen, liegen die M-Pol-Leiter 113 bis 115 der Hauptschaltungsbusschiene 11 mit der Isolierfolie dazwischen neben den E-Pol-Leitern der Steuerschaltungsbusschiene 12. Eine Funktion und ein Effekt werden nachfolgend detailliert beschrieben. Gemäß dieser Anordnung können das Auftreten eines Zusammenbruchs der Isolierung und eines Rauschens aufgrund eines hohen Feldes, das zwischen der Hauptschaltungsbusschiene 11 und der Steuerschaltungsbusschiene 12 befürchtet wird, unterdrückt werden.
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Weil das Durchgangsloch 814 des N-Pol-Leiters, das Durchgangsloch 822 des M-Pol-Leiters und das Durchgangsloch 832 der Hauptschaltungsisolierfolie an den Positionen vorgesehen sind, die den Gatesteueranschlüssen und den Emittersteueranschlüssen der Schaltmodule 21, 23 und 25 entsprechen, können der E-Pol-Anschluss 941 für die Modulverbindung und der G-Pol-Anschluss 931 für die Modulverbindung von der Vorderseite aus mit Schrauben an den einzelnen Schaltmodulen befestigt werden.
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Eine Konfiguration der Isolierfolien in der Steuerschaltungsbusschiene 12 ist in 7 veranschaulicht. Die Steuerschaltungsisolierfolien 133 bis 135 sind abwechselnd von der von dem Schaltmodul entfernten Seite (Vorderseite) zu der dem Schaltmodul naheliegenden Seite (Rückseite) laminiert, mit den E-Pol-Leitern 127 bis 132 und den G-Pol-Leitern 121 bis 126 dazwischen. Das heißt, die Steuerschaltungsisolierfolie 133 ist auf der Vorderseite des E-Pol-Leiters angeordnet, die Steuerschaltungsisolierfolie 134 ist zwischen dem E-Pol-Leiter und dem G-Pol-Leiter angeordnet und die Steuerschaltungsisolierfolie 135 ist auf der Rückseite des G-Pol-Leiters angeordnet. Weil die kreisförmigen Durchgangslöcher 841 und 842 an den Positionen in den Steuerschaltungsisolierfolien vorgesehen sind, die den einzelnen Anschlüssen der Schaltmodule entsprechen, können jeder Anschluss der Hauptschaltungsbusschiene 11 und der Anschluss des Schaltmoduls und jeder Anschluss der Steuerschaltungsbusschiene 12 und der Anschluss des Schaltmoduls mit einer Schraube verbunden werden, und ein Schraubendreher kann von der Vorderseite her eingeführt werden. Die Enden der Durchgangslöcher der Leiter können über die Durchgangslöcher 841 und 842 versiegelt werden, und ein Isolationsvermögen kann erhöht werden.
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Wie oben beschrieben sind die M-Pol-Leiter 113 bis 115 derart laminiert, dass sie mit dem Isoliermaterial dazwischen neben der Steuerschaltungsbusschiene 12 liegen. Wenn ein Potentialunterschied zwischen den mit dem Isoliermaterial dazwischen nebeneinander liegenden Busschienen eine Spannung des dielektrischen Zusammenbruchs des Isoliermaterials überschreitet, tritt der Zusammenbruch der Isolierung des Isoliermaterials auf, und ein großer Strom fließt zwischen den Busschienen. Außerdem besteht, sogar wenn der Potentialunterschied die Spannung des dielektrischen Zusammenbruchs nicht überschreitet, eine Störkapazität zwischen den Busschienen. Aus diesem Grund fließt der Strom durch die Störkapazität, wenn der Potentialunterschied groß ist, so dass ein Rauschen in der Steuerschaltung auftritt. Wie in dieser Ausführungsform sind die M-Pol-Leiter 113 bis 115 und die Steuerschaltungsbusschiene 12 so angeordnet, dass sie nebeneinander liegen, so dass das Auftreten des Zusammenbruchs der Isolierung und des Rauschens aufgrund des hohen Feldes unterdrückt werden kann.
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Nachfolgend wird hier eine Phase beschrieben, in der ein Mechanismus für das Erzielen des Effekts unter Verwendung der Schaltmodule 21 und 22 konfiguriert wird. Hierbei wird angenommen, dass die Niedrigpotentialseite der Stromquelle 0 V aufweist und dass die Hochpotentialseite davon 1500 V aufweist. Wenn das niedrige Potential von der Phase an den M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung ausgegeben wird, wird das Schaltmodul 21 des oberen Zweigs abgeschaltet, das Schaltmodul 22 des unteren Zweigs wird eingeschaltet, und die Niedrigpotentialseite der Stromquelle ist mit dem M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung verbunden. In diesem Fall nimmt der Emittersteueranschluss des Schaltmoduls 22 des unteren Zweigs dasselbe Potential an wie die Emitterseite des Schaltmoduls 22, und das Potential wird 0 V. Weil die Emitterseite des Schaltmoduls 21 des oberen Zweigs dasselbe Potential annimmt wie die Niedrigpotentialseite der Stromquelle, wird das Potential des Emittersteueranschlusses des Schaltmoduls 21 ebenfalls 0 V. Deshalb werden alle Potentiale des Emittersteueranschlusses des Schaltmoduls 21, des Emittersteueranschlusses des Schaltmoduls 22 und des M-Pol-Anschlusses 921 für die Lastverbindung 0 V, wenn das niedrige Potential ausgegeben wird, und der Potentialunterschied tritt nicht auf. Deshalb tritt das obige Problem nicht auf.
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Als nächstes wird, wenn das hohe Potential von der Phase an den M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung ausgegeben wird, das Schaltmodul 21 des oberen Zweigs eingeschaltet, wird das Schaltmodul 22 des unteren Zweigs abgeschaltet, und ist die Hochpotentialseite der Stromquelle mit dem M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung verbunden. In diesem Fall nimmt der Emittersteueranschluss des Schaltmoduls 21 des oberen Zweigs dasselbe Potential an wie der M-Pol-Anschluss 921 für die Lastverbindung, und das Potential wird 1500 V. Indes wird der Emittersteueranschluss des Schaltmoduls 22 des unteren Zweigs 0 V, um dasselbe Potential aufzuweisen wie die Niedrigpotentialseite der Stromquelle. Aus diesem Grund werden der Emittersteueranschluss des Schaltmoduls 21 und das Potential des M-Pol-Anschlusses 921 für die Lastverbindung 1500 V, der Emittersteueranschluss des Schaltmoduls 22 wird 0 V, und das obige Problem kann auftreten.
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Hier wird unter Verwendung von 8 eine Konfiguration zum Lösen des Problems des Potentialunterschieds, sogar wenn das hohe Potential ausgegeben wird, beschrieben. 8 veranschaulicht einen Anordnungszusammenhang der M-Pol-Leiter 113, 114 und 115 und der E-Pol-Leiter 127, 128, 129, 130, 131 und 132, die derart angeordnet sind, dass sie mit dem Isoliermaterial dazwischen nebeneinander liegen. Wie in 8 veranschaulicht ist, sind die M-Pol-Leiter derart an Positionen angeordnet, dass sie den Emittersteueranschluss 741 des Schaltmoduls 21 des oberen Zweigs abdecken, und mit den E-Pol-Leitern 127, 129 und 131 laminiert, die mit dem Schaltmodul 21 verbunden sind. Jedoch sind die M-Pol-Leiter nicht in einem Abschnitt angeordnet, der dem Emittersteueranschluss 741 des Schaltmoduls 22 des unteren Zweigs entspricht und nicht mit den E-Pol-Leitern 128, 130 und 132 laminiert, die mit dem Schaltmodul 21 verbunden sind.
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Somit sind die M-Pol-Leiter an den Positionen angeordnet, an denen die M-Pol-Leiter mit den E-Pol-Leitern 127, 129 und 131 laminiert sind, die dasselbe Potential annehmen, wenn das hohe Potential ausgegeben wird und wenn das niedrige Potential ausgegeben wird, und sie sind nicht mit den E-Pol-Leitern 128, 130 und 132 laminiert, die den Potentialunterschied verursachen, wenn das hohe Potential ausgegeben wird, so dass die Isolationsabstände sichergestellt sind. Durch diese Konfiguration kann, sogar wenn die Hauptschaltungsbusschiene 11 und die Steuerschaltungsbusschiene 12 laminiert sind und als ein integriertes Element konfiguriert sind, das Problem, in dem aufgrund des Einflusses der Hauptschaltungsbusschiene das Rauschen oder der Zusammenbruch der Isolierung in der Steuerschaltungsbusschiene auftreten, gelöst werden.
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Wenn das hohe Potential ausgegeben wird, tritt der hohe Potentialunterschied zwischen den E-Pol-Leitern 127, 129 und 131 und den E-Pol-Leitern 128, 130 und 132 auf. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, ausreichende Isolationsabstände einzustellen oder ein Isoliermaterial zwischen den Leitern vorzusehen.
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Außerdem sind in dieser Ausführungsform die M-Pol-Leiter und die E-Pol-Leiter 127, 129 und 131 derart laminiert, dass sie mit dem Isoliermaterial dazwischen nebeneinander liegen, so dass das Problem, in dem das Rauschen oder der Zusammenbruch der Isolierung in der Steuerschaltungsbusschiene auftreten, gelöst werden kann. Trotzdem ist der Potentialunterschied des Gatesteueranschlusses und des Emittersteueranschlusses viel kleiner als die Hauptschaltungsstromquellenspannung von ungefähr 10 bis 20 V. Aus diesem Grund kann, sogar wenn der in 6 veranschaulichte Positionszusammenhang der E-Pol-Leiter und der G-Pol-Leiter geändert wird und wenn eine Struktur verwendet wird, in der die M-Pol-Leiter und die G-Pol-Leiter 121, 123 und 125 derart laminiert sind, dass sie mit dem Isoliermaterial dazwischen nebeneinander liegen, und in der die M-Pol-Leiter an den Positionen angeordnet werden, die nicht mit den G-Pol-Leitern 122, 124 und 126 laminiert sind, fast derselbe Effekt erzielt werden. Das heißt, das ist so, weil der Potentialunterschied der M-Pol-Leiter und der G-Pol-Leiter 121, 123 und 125 mit ungefähr 10 bis 20 V klein ist, wenn das hohe Potential ausgegeben wird und wenn das niedrige Potential ausgegeben wird, und der Potentialunterschied der M-Pol-Leiter und der G-Pol-Leiter 122, 124 und 126 mit ungefähr 1480 bis 1490 V groß ist.
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Wie oben beschrieben, kann eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, in der ein Isolationsvermögen, eine Montagefähigkeit und eine Rauschfestigkeit sichergestellt sind, wenn die Hauptschaltungsbusschiene und die Steuerschaltungsbusschiene verdrahtet und in einer einzigen Komponente integriert sind, wenn die in dieser Ausführungsform beispielhaft ausgeführte Konfiguration der integrierten Busschiene angewendet wird.
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In dieser Ausführungsform wird das Schaltmodul, das die zwei parallel geschalteten Schaltelemente enthält und das die zwei Kollektor/Emitter-Anschlüsse enthält, als das Schaltelement verwendet. Trotzdem kann die vorliegende Erfindung auf ein Schaltmodul angewendet werden, das ein einziges Schaltelement enthält, oder auf ein Schaltmodul, das drei parallel geschaltete Schaltelemente enthält.
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Zweite Ausführungsform
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In einer zweiten Ausführungsform werden die einzelnen Schaltmodule 21 bis 26 in der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform von der Vorderseite aus gesehen um 90° in einer linken Drehrichtung oder in einer rechten Drehrichtung gedreht. In 9 sind die Schaltmodule 21 bis 26 um 90° in der rechten Drehrichtung gedreht. Dementsprechend sind ein G-Pol-Anschluss 932 für die Steuerschaltungsverbindung und ein E-Pol-Anschluss 942 für die Steuerschaltungsverbindung in einer Steuerschaltungsbusschiene 12 auf einer transversalen Seite (eine der linken oder der rechten Seiten) einer integrierten Busschiene 1 angeordnet, und ferner sind Anschlüsse 901, 911 und 921 mit einer Stromquelle in einer Hauptschaltungsbusschiene 11 auf einer oberen Seite (oder einer unteren Seite) der integrierten Busschiene 1 angeordnet. Außerdem sind die Durchgangslöcher, die in den Leitern und Isolierfolien der Hauptschaltungsbusschiene und im Leiter und in den Isolierfolien der Steuerschaltungsbusschiene vorgesehen sind, an den Positionen vorgesehen, die den einzelnen Anschlüssen der Schaltmodule 21 bis 26 entsprechen. Die restliche Konfiguration ist dieselbe wie die Konfiguration der ersten Ausführungsform. Wenn diese Konfiguration verwendet wird, fließt ein Hauptschaltungsstrom hauptsächlich in einer vertikalen Richtung zwischen den einzelnen Anschlüssen 901, 911 und 921, die in einem oberen Abschnitt der Hauptschaltungsbusschiene 11 vorgesehen sind, und den Kollektoranschlüssen oder den Emitteranschlüssen der Schaltmodule, und ein Steuerstrom fließt hauptsächlich in einer horizontalen Richtung zwischen den einzelnen Anschlüssen 932 und 942, die auf einer transversalen Seite der Steuerschaltungsbusschiene 12 vorgesehen sind, und den einzelnen Steueranschlüssen 731 und 741 der Schaltmodule. Aus diesem Grund können die Stromwege der Hauptschaltungsbusschiene 11 und der Steuerschaltungsbusschiene 12 derart konfiguriert werden, dass sie zueinander orthogonal sind. Aus diesem Grund kann ein Rauschen, das aufgrund eines Magnetfelds um die Hauptschaltungsbusschiene in der Steuerschaltungsbusschiene auftritt, verringert werden.
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Sogar in dieser Ausführungsform sind die M-Pol-Leiter wie in der ersten Ausführungsform an den Positionen angeordnet, die die E-Pol-Leiter überlappen, die mit einem Schaltmodul verbunden sind, das ein Element des oberen Zweigs konfiguriert, und nicht an den Positionen angeordnet, die die E-Pol-Leiter überlappen, die mit einem Schaltmodul verbunden sind, das ein Element des unteren Zweigs konfiguriert. Als ein Ergebnis kann ein Problem, in dem aufgrund eines Einflusses der Hauptschaltungsbusschiene das Rauschen oder der Zusammenbruch der Isolierung in der Steuerschaltungsbusschiene auftreten, gelöst werden.
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Wenn eine Konfiguration der integrierten Busschiene wie in dieser Ausführungsform beschrieben angewendet wird, kann eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, in der ein Isolationsvermögen, eine Montagefähigkeit und eine Rauschfestigkeit sichergestellt sind und in der insbesondere die Rauschfestigkeit verbessert wird, wenn die Hauptschaltungsbusschiene und die Steuerschaltungsbusschiene in einer einzigen Komponente integriert sind.
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Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden.
