DE112016006460T5 - Leistungshalbleitermodul - Google Patents

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Yukio Nakashima
Takeshi Tanaka
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Abstract

Ein Paar von einem ersten und einem zweiten Element (12 und 14), das durch Verbinden von FWDs 12b und 14b und MOSFETs 12a und 14a antiparallel ausgebildet sind, sind in Reihe und abgedichtet durch Harz verbunden, um ein Kernmodul 10 auszubilden. In dem Kernmodul 10 sind eine erste Drain-Elektrode D1 des MOSFETs 12a und eine erste Source-Elektrode S1 des MOSFET 12a, eine zweite Drain-Elektrode D2 des MOSFET 14a und eine zweite Source-Elektrode S2 des MOSFET 14a zu der Oberfläche freigelegt. Eine Abdeckung mit Anschlüssen 20A weist einen Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss 22P, einen Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss 22N und einen Wechselstromanschluss 22AC auf und ist auf das Kernmodul 10 gesetzt. Zu dieser Zeit ist jeder des Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss 22P des Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss 22N und des Wechselstromanschlusses 22AC der Abdeckung mit Anschlüssen 20A elektrisch zu jedem von der ersten Drain-Elektrode D1, der zweiten Source-Elektrode S2 und der ersten Source-Elektrode S1 und der zweiten Drain-Elektrode D2 des Kernmoduls 10 verbunden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, das dazu geeignet ist, in einer Leistungseinrichtungs-Vorrichtung genutzt zu werden.
  • Hintergrund
  • Patentliteratur 1, die unten beschrieben ist, offenbart ein Leistungshalbleitermodul für eine Schienenfahrzeug-Nutzung, das ein erstes Elementenpaar, das durch Verbinden eines Diodenelements und eines MOS-Typ-Schaltelements in antiparallel ausgebildet ist, wobei das erste Elementenpaar als ein Positivseiten-Arm in einer Leistungswandler-Vorrichtung arbeitet, und einem zweiten Elementenpaar, das durch Verbinden eines Diodenelements und eines MOS-Typ-Schaltelements in antiparallel ausgebildet ist, wobei das zweite Elementenpaar als ein Negativseiten-Arm in der Leistungswandlervorrichtung arbeitet. Das erste und das zweite Elementenpaar sind in einem Modul beherbergt und als ein 2-in-1-Modul konfiguriert. Das Leistungshalbleitermodul weist einen externen Elektrodenanschluss auf, der eine Reihenverbindung des ersten und des zweite Elementenpaars ermöglicht.
  • Zitierungsliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 4902029
  • Kurzdarstellung
  • Technisches Problem
  • Der voranstehend beschriebene Stand der Technik offenbart ein Schaltkreisbeispiel zum Ändern einer Verbindungsform eines Leistungshalbleitermoduls, das mit einem MOSFET oder einem IGBT, die in Reihe verbunden sind, um einfach getrieben zu werden, und das Anwenden des Leistungshalbleitermoduls für Leistungswandler-Vorrichtungen für Schienenfahrzeuge, die verschiedene Oberleitungsspannungen aufweisen. Jedoch offenbart der Stand der Technik nicht direkt die Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls selbst. Daher, im Stand der Technik, in der Anwendung auf verschiedene Leistungshalbleiter-Vorrichtungen für Schienenfahrzeuge, ist eine Schaltkreiskonfiguration notwendig, die durch Kombinieren einer Mehrzahl von Leistungshalbleitermodulen erhalten wird. Es gibt Raum für Besserungen in Bezug auf die Vielseitigkeit.
  • Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf das Voranstehende gemacht und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungshalbleitermodul bereitzustellen, dass in Vielseitigkeit in der Anwendung auf verschiedene Leistungswandler-Vorrichtungen für Schienenfahrzeuge aufweist.
  • Lösung des Problems
  • Um die Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erlangen, weist ein Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf: ein Kernmodul, in dem ein erstes Elementenpaar, das durch antiparalleles Verbinden eines Diodenelements und eines Schaltelements ausgebildet ist, und ein zweites Elementenpaar, das durch antiparalleles Verbinden eines Diodenelements und eines Schaltelements ausgebildet ist, in Reihe angeordnet sind und das erste Elementenpaar und das zweite Elementenpaar durch Harz abgedichtet sind; und eine Abdeckung mit Anschlüssen, die einen Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss, einen Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss und einen Wechselstromanschluss aufweisen. In dem Kernmodul sind eine erste Elektrode, die elektrisch mit einer Positivseiten-Elektrode des Schaltelements, das das erste Elementenpaar konfiguriert, verbunden ist, eine zweite Elektrode, die mit einer Negativseiten-Elektrode des Schaltelements, das das erste Elementenpaar konfiguriert, verbunden ist, eine dritte Elektrode, die elektrisch mit einer Positivseiten-Elektrode des Schaltelements, das das zweite Elementenpaar konfiguriert, verbunden ist und eine vierte Elektrode, die elektrisch mit einer Negativseiten-Elektrode des Schaltelements, das das zweite Elementenpaar konfiguriert, verbunden ist, zu einer Oberfläche exponiert. Der Positivelektroden-Anschluss der Abdeckung mit Anschlüssen ist elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden. Der Negativelektroden-Anschluss der Abdeckung mit Anschlüssen ist elektrisch mit der vierten Elektrode verbunden. Der Wechselstromanschluss der Abdeckung mit Anschlüssen ist elektrisch mit der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode verbunden.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es einen Effekt, dass es möglich ist, ein Leistungshalbleitermodul mit hohen Widerstandsspannungsspezifikationen bereitzustellen, das eine Vielseitigkeit aufweist und ein Massenproduktionseffekt herbeiführen kann.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Diagramm, das eine schematische funktionale Konfiguration einer Leistungswandler-Vorrichtung, die mit einem Leistungshalbleitermodul gemäß einer Ausführungsform montiert ist.
    • 2 zeigt eine Perspektivansicht, die eine schematische Form eines Kernmoduls darstellt, das eine Basiseinheit im Konfigurieren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der Ausführungsform ist.
    • 3 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb des in 2 dargestellten Kernmoduls darstellt.
    • 4 zeigt eine explodierte Perspektivansicht, die eine äußere Konfiguration eines 500A-eingestuften Einphasen-Moduls ist, was ein Beispiel des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform ist.
    • 5 zeigt eine Perspektivansicht zu der Zeit, wenn eine Abdeckung mit Anschlüssen 20A, die in 4(a) dargestellt ist, visuell von der Rückseitenoberfläche und der unteren Seite wahrgenommen wird.
    • 6 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen in dem in 4 dargestellten 500A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt.
    • 7 ist eine Perspektivansicht, die die äußere Konfiguration eines 1000A-eingestuften Einphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform ist.
    • 8 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen in dem 1000A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt, das in 7 dargestellt ist.
    • 9 zeigt eine Perspektivansicht, die die äußere Konfiguration eines 500A-eingestuften Einphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform ist.
    • 10 zeigt ein Diagramm, das die elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen in dem 500A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt, das in 9 dargestellt ist.
    • 11 zeigt eine Perspektivansicht, die die äußere Konfiguration eines 1500A-eingestuften Einphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer vierten Ausführungsform ist.
    • 12 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen in dem 1500A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt, das in 11 dargestellt ist.
    • 13 zeigt eine Perspektivansicht, die eine äußere Konfiguration eines 500A-eingestuften Dreiphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer fünften Ausführungsform ist.
    • 14 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen in dem 500A-eingestuften Dreiphasen-Modul darstellt, das in 13 dargestellt ist.
    • 15 zeigt eine Perspektivansicht, die die äußere Konfiguration eines 500A-eingestuften Einphasen-Dreiebenen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer sechsten Ausführungsform ist.
    • 16 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen in dem 500A-eingestuften Einphasen-Dreiebenen-Modul darstellt, das in 15 dargestellt ist.
    • 17 zeigt eine Perspektivansicht, die die äußere Konfiguration eines 2000A-eingestuften Einphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt.
    • 18 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen in dem 2000A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt, das in 17 dargestellt ist.
    • 19 zeigt eine Perspektivansicht, die die äußere Konfiguration eines Verbundmoduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer achten Ausführungsform ist.
    • 20 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen in dem Verbundmodul darstellt, das in 19 dargestellt ist.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Leistungshalbleitermodule gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehend erläuterten Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Erste Ausführungsform.
  • 1 zeigt ein Diagramm, das eine schematische funktionale Konfiguration einer Leistungswandler-Vorrichtung darstellt, die mit einem Leistungshalbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform montiert ist. Ein Konfigurationsbeispiel einer Leistungswandler-Vorrichtung 150, die auf einem Schienenfahrzeug 100 montiert ist, ist dargestellt. Wie in 1 dargestellt, weist die Leistungswandler-Vorrichtung 150 einen Gleichrichter 110, einen Kondensator 120 und einen Wechselrichter 130 auf. Das Schienenfahrzeug 100 ist mit einem Transformator 106 befestigt, der an einer Eingangsendseite der Leistungswandler-Vorrichtung 150 angeordnet ist und mit dem Gleichrichter 110 und einem elektrischen Motor 140 verbunden ist, der an einer Ausgangsendenseite der Leistungswandler-Vorrichtung 150 angeordnet ist, verbunden mit dem Wechselrichter 130, und dazu konfiguriert ist, eine Leistungsversorgung von der Leistungswandler-Vorrichtung 150 zum Antreiben des Fahrzeugs aufzunehmen. Man beachte, dass der elektrische Motor 140 als ein elektrischer Induktionsmotor oder ein elektrischer Synchronmotor geeignet ist.
  • Ein Ende einer Primärwicklung des Transformators 106 ist mit einer Oberleitung 101 über eine Leistungssammlungs-Einrichtung 102 verbunden. Das andere Ende des Transformators 106 ist mit einer Schiene 104 verbunden, welcher ein Massepotential ist, über ein Rad 103. Elektrische Leistung, die von der Oberleitung 101 zugeführt wird, wird in die Primärwicklung des Transformators 106 über die Leistungssammlungs-Einrichtung 102 eingegeben. Elektrische Leistung, die in einer Sekundärwicklung des Transformators 106 erzeugt ist, wird in den Gleichrichter 110 eingegeben.
  • Der Gleichrichter 110 weist Schaltkreiseinheiten auf (hiernach als „Schenkel“ bezeichnet), in denen Positivseiten-Arme, die durch Halbleiterelemente UPC und VPC (z.B. in einer U-Phase, UPC) konfiguriert sind und Negativseiten-Arme, die durch Halbleiterelemente UNC und VNC (z.B. in der U-Phase, UNC) konfiguriert sind, jeweils in Reihe verbunden sind. Das bedeutet, dass in dem Gleichrichter 110 ein Einphasen-Brückenschaltkreis konfiguriert ist, der zwei Sätze von Schenkeln aufweist (für die U-Phase und für eine V-Phase). Man beachte, dass, wie nachstehend erläutert, allgemein die Halbleiterelemente UPC, VPC, UNC und VNC eine Konfiguration aufweisen, die ein Schaltelement und ein Diodenelement aufweist, die antiparallel mit dem Schaltelement verbunden sind.
  • Der Gleichrichter 110 führt PWM-Steuerung der Halbleiterelemente UPC, VPC, UNC und VNC aus, um eine Eingangs-Wechselstrom-Spannung in eine gewünschte Gleichstrom-Spannung zu wandeln und die Gleichstrom-Spannung auszugeben.
  • Der Kondensator 120, der als Gleichstrom-Leistungsversorgung dient, ist parallel verbunden und der Wechselrichter 130, der die Gleichstrom-Spannung des Kondensators 120 als Eingabe empfängt und die Gleichstrom-Spannung in eine Wechselstrom-Spannung konvertiert, die irgendeine Spannung und irgendeine Frequenz aufweist, und die Wechselstrom-Spannung ausgibt, ist mit einem Ausgangsende des Gleichrichters 110 verbunden.
  • Der Wechselrichter 130 weist Schenkel auf, in denen Positivseiten-Arme, die durch Halbleiterelemente UPI, VPI, und WPI (z.B. in der U-Phase, UPI), und Negativseiten-Arme, die durch Halbleiterelemente UNI, VNI und WNI (z.B. in der U-Phase, UNI) konfiguriert sind, jeweils in Reihe verbunden sind. Dies bedeutet, dass in dem Wechselrichter 130 ein Dreiphasenbrückenschaltkreis mit drei Sätzen von Schenkeln (für die U-Phase, für die V-Phase und für die W-Phase) konfiguriert ist. Man beachte, dass wie in dem Gleichrichter 110, im Allgemeinen die Halbleiterelemente UPI, VPI, WPI, UNI, VNI und WNI eine Konfiguration aufweisen, die ein Schaltelement und ein Diodenelement aufweisen, die antiparallel mit dem Schaltelement verbunden sind.
  • Der Wechselrichter 130 führt eine PWM-Steuerung der Halbleiterelemente UPI, VPI, WPI, UNI, VNI und WNI durch, um eine Eingangs-Gleichstrom-Spannung in eine gewünschte Wechselstrom-Spannung zu konvertieren und die Wechselstrom-Spannung auszugeben.
  • Man beachte, dass in 1 als ein geeignetes Beispiel einer Leistungswandler-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, ein Beispiel beschrieben wird, in dem die Leistungswandler-Vorrichtung auf ein elektrisches Fahrzeug mit Wechselstrom-Eingang angewendet wird. Jedoch kann die Leistungswandler-Vorrichtung auch auf ein elektrisches Fahrzeug angewendet werden, das einen Gleichstrom-Eingang aufweist, wie er regelmäßig in U-Bahnen, einem städtischen elektrischen Fahrzeug oder Ähnlichem genutzt wird. Man beachte, dass, weil die Konfiguration des elektrischen Fahrzeugs mit Gleichstrom-Eingang öffentlich bekannt ist, eine Beschreibung der Konfiguration ausgelassen wird.
  • Das Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform wird beschrieben. 2 ist eine Perspektivansicht, die eine schematische Form eines Kernmoduls darstellt, das eine Basiseinheit beim Konfigurieren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform ist. 3 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb des in 2 dargestellten Kernmoduls darstellt.
  • Wie in 2 und in 3 dargestellt ist, werden in einem Kernmodul 10, welches die Basiseinheit des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform ist, ein erstes Elementenpaar 12, das durch Verbinden eines MOS-Field-Effekt-Transistors (MOSFET) 12a, welcher einen Metalloxid-Halbleiter(MOS)-Typ-Schaltelement ist, und einer Laufrad-Diode (fly wheel diode, hiernach beschrieben als „FWD“) 12b in antiparallel ausgebildet, und ein zweites Elementenpaar 14, das durch Verbinden eines MOSFET 14a und einer FWD 14b in antiparallel ausgebildet ist, durch Harz abgedichtet und ausgebildet. Auf diese Weise konfiguriert das Kernmodul 10, das die Basiseinheit ist, ein sogenanntes 2-in-1-Modul, in dem zwei Elementenpaare in einem Modul beherbergt sind. Man beachte, dass in dieser Ausführungsform das MOS-Typ-Schaltelement als ein Schaltelement genutzt wird. Jedoch können andere Leistungs-Halbleiter-Schaltelemente, wie etwa ein Isolierter-Gate-Bipolar-Transistor (Englisch: insulated gate biopolar transistor; IGBT) auch verwendet werden.
  • In dem ersten Elementenpaar 12 sind ein Drain (eine Positivseiten-Elektrode) des MOSFET und eine Kathode des FWD in dem Modul verbunden, ein Verbindungsende des Drain und das der Kathode ist zu der Außenseite eines Abschnitts herausgezogen, der durch das Harz abgedichtet ist, um eine erste Drain-Elektrode D1 in dem Kernmodul 10 zu konfigurieren (auch bezeichnet als erste Elektrode), eine Source (eine Negativseiten-Elektrode) des MOSFET und eine Anode des FWD sind in dem Modul verbunden, und ein Verbindungsende des Source und der Anode ist zu der Außenseite des Abschnitts herausgezogen, der durch das Harz abgedichtet ist, um eine erste Source-Elektrode S1 zu konfigurieren (auch als zweite Elektrode bezeichnet) in dem Kernmodul 10. Auf ähnliche Weise sind in dem zweiten Elementenpaar 14 ein Drain (Positivseiten-Elektrode) des MOSFET und eine Kathode des FWD in dem Modul verbunden, ein Verbindungsende des Drain und der Kathode ist zu der Außenseite eines Abschnitts herausgezogen, der durch Harz abgedichtet ist, um eine zweite Drain-Elektrode D2 zu konfigurieren (auch bezeichnet als dritte Elektrode) in dem Kernmodul 10, und eine Source (Negativseiten-Elektrode) des MOSFET und einer Anode des FWD sind in dem Modul verbunden, und ein Verbindungsende der Source und der Anode ist zu der Außenseite des Abschnitts herausgezogen, der durch das Harz abgedichtet ist, um in dem Kernmodul 10 eine zweite Source-Elektrode S2 zu konfigurieren (auch bezeichnet als vierte Elektrode). Wie in 2 dargestellt ist, sind die ersten Drain-Elektrode D1, die erste Source-Elektrode S1, die zweite Drain-Elektrode D2 und die zweite Source-Elektrode S2 des Kernmoduls 10 jeweils bereitgestellt, zu der Oberfläche des Kernmoduls 10, das durch Harz abgedichtet ist, exponiert zu sein. Das bedeutet, dass die Elektroden entsprechend jeder der Positivseiten-Elektroden und der Negativseiten-Elektroden des Schaltelements, die in dem Kernmodul 10 vorgesehen sind und elektrisch mit den Elektroden verbunden sind, auf der Oberfläche des Kernmoduls 10 bereitgestellt sind.
  • 4(c) zeigt eine explodierte Perspektivansicht, die eine äußere Konfiguration eines 500A-eingestuften Einphasen-Moduls darstellt, welches ein Beispiel des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform ist. Das 500A-eingestufte Einphasen-Modul, das in 4(c) dargestellt ist, ist durch Nutzen einer Abdeckung mit Anschlüssen 20A konfiguriert, die in 4(a) dargestellt ist, und des Kernmoduls 10, das in 4(b) dargestellt ist. Die Abdeckung mit Anschlüssen 20A weist eine kastenförmige Struktur auf, die an einer zweiten Oberfläche geöffnet ist, (in einem in 4 dargestellten Beispiel die untere Oberfläche), die einer ersten Oberfläche entgegengesetzt ist (in dem in 4 dargestellten Beispiel die obere Oberfläche). Auf der ersten Oberfläche sind eine Positiv-Planarelektrode 24P, die einen Teil eines Gleichstrom-Positivelektroden-Anschlusses 22P konfiguriert, eine Negativ-Planarelektrode 24P, die einen Teil eines Gleichstrom-Negativelektroden-Anschlusses 22N konfiguriert, und eine Wechselstrom-Planarelektrode 24AC, die ein Teil eines Wechselstromanschlusses 22AC konfiguriert, ausgebildet. Man beachte, dass mindestens eine von der Positiv-Planarelektrode 24P, der Negativ-Planarelektrode 24P, und der Wechselstrom-Planarelektrode 24AC auf einer anderen Oberfläche als der ersten Oberfläche ausgebildet sein kann.
  • 5 zeigt eine Perspektivansicht zu der Zeit, wenn die Abdeckung mit Anschlüssen 20A, die in 4(a) dargestellt ist, visuell von der Rückseitenoberflächenseite und der unteren Seite wahrgenommen ist. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20A, wie in 5 dargestellt ist, sind eine positive vorspringende Elektrode 26P, eine negative vorspringende Elektrode 26N, eine Wechselstrom-vorspringende erste Elektrode 26AC1 und eine Wechselstrom-vorspringende zweite Elektrode 26AC2, die nach innen vorspringt, ausgebildet und eine Positiv-Kopplungselektrode 28P zum elektrischen Verbinden der positiven vorspringenden Elektrode 26P und der Positiv-Planarelektrode 24P, eine negative Kopplungselektrode 28N zum elektrischen Verbinden der negativen vorspringenden Elektrode 26N und einer Negativ-Planarelektrode 24N, und eine Wechsel-Kopplungselektrode 28AC zum elektrischen Verbinden von jeder der Wechselstrom-vorspringenden ersten Elektrode 26AC1 und der Wechselstrom-vorspringenden zweiten Elektrode 26AC2 und der Wechselstrom-Planarelektrode 24AC sind ausgebildet. Die positive vorspringende Elektrode 26P und die Positiv-Kopplungselektrode 28P konfigurieren einen Teil des Gleichstrom-Positivelektroden-Anschlusses 22P. Die negative vorspringende Elektrode 26P und die negative Kopplungselektrode 28N konfigurieren einen Teil des Gleichstrom-Negativelektroden-Anschlusses 22N. Die Wechselstrom erste vorspringende Elektrode 26AC1, die Wechselstrom zweite vorspringende Elektrode 26AC2 und die Wechselstrom-Kopplungselektrode 28AC konfigurieren einen Teil des Wechselstromanschlusses 22AC.
  • In dem Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform kommen, wenn die Abdeckung mit Anschlüssen 20A auf einen oberen Teil des Kernmoduls 10 gesetzt wird, d.h. eine Seite, wo die erste und die zweite Drain-Elektrode (D1 und D2) und die erste und die zweite Source-Elektrode (S1 und S2) exponiert sind, die positive vorspringende Elektrode 26P, die auf der Abdeckung mit Anschlüssen 20A ausgebildet ist, und die erste Drain-Elektrode D1 in Kontakt, die negative vorspringende Elektrode 26N und die zweite Source-Elektrode S2 kommen in Kontakt, die Wechselstrom-vorspringende erste Elektrode 26AC1 und die erste Source-Elektrode S1 kommen in Kontakt, und die Wechselstrom-vorspringende zweite Elektrode 26AC2 und die zweite Drain-Elektrode D2 kommen in Kontakt. Elektrische Verdrahtung zwischen dem Kernmodul 10 und der Abdeckung mit Anschlüssen 20A wird durch den Kontakt der Elektroden ausgebildet. Das 500A-eingestufte Einphasen-Modul, das in 4(c) dargestellt ist, wird erlangt.
  • Die 6 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb der Abdeckung mit Anschlüssen 20A in dem 500A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt, das in 4 dargestellt ist. In 6 ist eine Schaltkreiskonfiguration des Kernmoduls 10, das in 3 dargestellt ist, dargestellt. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20A sind die ersten Drain-Elektrode D1 des Kernmoduls 10 und die Positiv-Planarelektrode 24P, die den Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss 22P der Abdeckung mit Anschlüssen 20A ausbildet, durch die positive vorspringende Elektrode 26P und die positive Kopplungselektrode 28P verbunden und die zweite Source-Elektrode S2 des Kernmoduls 10 und die Negativ-Planarelektrode 24N, die den Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss 22N der Abdeckung mit Anschlüssen 20A ausbildet, sind durch die negative vorspringende Elektrode 26N und die negative Kopplungselektrode 28N verbunden. Die erste Source-Elektrode S1 des Kernmoduls 10 und die Wechselstrom-vorspringende erste Elektrode 26AC1, die den Wechselstromanschluss 22AC der Abdeckung mit Anschlüssen 20A ausbildet, sind verbunden und die zweite Drain-Elektrode D2 des Kernmoduls 10 und die Wechselstrom-vorspringende zweite Elektrode 26AC2, die den Wechselstromanschluss 22AC der Abdeckung mit Anschlüssen 20A ausbildet, sind verbunden. Die erste Source-Elektrode S1 und die zweite Drain-Elektrode D2 sind mit einer Wechselstrom-Planarelektrode 24AC verbunden, die den Wechselstromanschluss 22AC ausbildet über die Wechselstrom-Kopplungselektrode 28AC, die elektrisch mit der Wechselstrom-vorspringenden ersten Elektrode 26AC1 und der Wechselstrom-vorspringenden zweiten Elektrode 26AC2 verbunden ist. Auf diese Weise ist die elektrische Verdrahtung zwischen jedem des Gleichstrom-Positivelektroden-Anschlusses 22P, des Gleichstrom-Negativelektroden-Anschlusses 22N, des Wechselstromanschlusses 22AC und der ersten und der zweiten Drain-Elektrode (D1 und D2) und der ersten und der zweiten Source-Elektrode (S1 und S2) entsprechend dem Anschluss ausgebildet. Das Kernmodul 10 ist konfiguriert.
  • Das 500A-eingestufte Einphasen-Modul, das in 4 und in 6 dargestellt ist, kann als ein Schenkel für eine Phase genutzt werden, die ein Wechselrichter-Schaltkreis konfiguriert, oder einem Schenkel für eine Phase, die einen Gleichrichter-Schaltkreis konfiguriert. Zum Beispiel in der 1 dargestellten Konfiguration, kann der Wechselrichter 130 in einem Satz von jedem der Halbleiterelemente UPI und UNI, der Halbleiterelemente VPI und VNI und der Halbleiterelemente WPI und WNI genutzt werden. Der Gleichrichter 110 kann in einen Satz von jedem der Halbleiterelemente UPC und UNC und der Halbleiterelemente VPC und VNC genutzt werden.
  • Zweite Ausführungsform.
  • 7 zeigt eine Perspektivansicht, die eine äußere Konfiguration eines 1000A-eingestuften Einphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform ist. 8 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen 20B in dem 1000A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt, das in 7 dargestellt ist.
  • Das 1000A-eingestufte Einphasen-Modul wird implementiert, indem, wie in 7 dargestellt, ein Paar der Kernmodule 10, die in 2 dargestellt sind, Seite an Seite angeordnet werden und die Abdeckung mit Anschlüssen 20B auf eine Seite gesetzt wird, wo Elektroden in den zwei Kernmodulen 10 exponiert sind. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20B sind die vorstehenden Elektroden und Kopplungselektroden (hiernach bezeichnet als „Elektrodenelemente“) genauso wie die in der Abdeckung mit Anschlüssen 20A, die in 5 dargestellt sind, konfiguriert. Die Planarelektroden (24P, 24N, und 24AC) und die Elektroden (D1, D2, S1 und S2) in den zwei Kernmodulen 10 sind elektrisch über die Elektrodenelemente verbunden.
  • Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20B, wie in 8 dargestellt ist, sind die zwei Kernmodule 10 in parallel verbunden. Daher weist ein Einphasen-Modul eine Doppelkapazität auf, d.h., das ein 1000A-eingestufter Einphasen-Modul ist, konfiguriert.
  • Das 1000A-eingestufte Einphasen-Modul, das in 7 oder in 8 dargestellt ist, kann auf einem Positivseiten-Arm und einem Negativseiten-Arm für jede einzelne Phase genutzt werden, die einen Wechselrichter-Schaltkreis ausbildet oder einen Positivseiten-Arm und einen Negativseiten-Arm für eine Phase genutzt werden, die einen Gleichrichter-Schaltkreis konfiguriert. Zum Beispiel, in der Konfiguration, die in 1 dargestellt ist, kann der Wechselrichter 130 in einen Satz von jedem der Halbleiterelemente UPI und UNI, der Halbleiterelemente VPI und VNI, und der Halbleiterelemente WPI und WNI, genutzt werden. Der Gleichrichter 110 kann in einem Satz von jedem der Halbleiterelemente UPC und UNC und der Halbleiterelemente VPC und VNC genutzt werden. In beiden dieser Konfigurationen ist es möglich, eine Stromkapazität sicherzustellen, die zweimal so groß wie eine Stromkapazität ist, wenn der 500A-eingestufte Einphasen-Modul genutzt wird.
  • Dritte Ausführungsform.
  • 9 zeigt eine Perspektivansicht, die die äußere Konfiguration eines 500A-eingestuften Einzelphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform ist. 10 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen 20C in dem 500A-eingestuften Einzelphasen-Modul darstellt, das in 9 dargestellt ist.
  • Das 500A-eingestufte Einzelphasen-Modul ist implementiert indem, wie in 9 dargestellt ist, ein Paar der Kernmodule 10, die in 2 dargestellt sind, Seite an Seite angeordnet sind und die Abdeckung mit Anschlüssen 20B auf eine Seite ist, wo Elektroden in den zwei Kernmodul 10 disponiert sind. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20C sind Elektrodenelemente identisch zu denen in der Abdeckung mit Anschlüssen 20A, die in 5 dargestellt ist, konfiguriert. Planarelektroden (24P, 24N, 24AC1 und 24AC2), die Elektroden (D1, D2, S1 und S2) in den zwei Kernmodulen 10 sind elektrisch über die Elektrodenelemente verbunden.
  • Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20C, wie in 10 dargestellt, sind die zwei Kernmodule 10 in parallel verbunden und, auf der anderen Seite, zwei Wechselstromanschlüsse (S1 und D2) sind nicht elektrisch miteinander verbunden und sind elektrisch mit zwei individuellen Wechselstromanschlüssen (22AC1 und 22AC2) in der Abdeckung mit Anschlüssen 20C verbunden. Daher ist das 500A-eingestufte Einzelphasen-Modul, in den 500A-eingestuften Einzelphasen-Module parallel verbunden sind, konfiguriert.
  • Das 500A-eingestufte Einzelphasen-Modul, das in den 9 und 10 dargestellt ist, kann als ein Brückenschaltkreis genutzt werden, der einen Einphasen-Wechselrichter-Schaltkreis konfiguriert, oder in einem Brückenschaltkreis genutzt werden, der einen Einphasen-Gleichrichter-Schaltkreis konfiguriert. Zum Beispiel können die Konfiguration der Leistungswandler-Vorrichtung 150, die in 1 dargestellt ist, direkt in dem Gleichrichter 110 genutzt werden.
  • Vierte Ausführungsform.
  • 11 zeigt eine Perspektivansicht, die eine äußere Konfiguration eines 1500A-eingestuften Einphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer vierten Ausführungsform ist. 12 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen 20D in dem 1500A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt, das in 11 dargestellt ist.
  • Das 1500A-eingestufte Einphasen-Modul ist implementiert, indem, wie in 11 dargestellt ist, drei der Kernmodule 10, die in 2 dargestellt sind, Seite an Seite angeordnet sind und die Abdeckung mit Anschlüssen 20D auf eine Seite gesetzt ist, wo Elektroden in den drei Kernmodulen 10 exponiert sind. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20D sind die Elektrodenelemente dieselben wie in der Abdeckung mit Anschlüssen 20A, die in 5 dargestellt ist, konfiguriert. Die Planarelektroden (24P, 24N und 24AC) und die Elektroden (D1, D2, S1 und S2) in den drei Kernmodulen 10 sind elektrisch über die Elektrodenelemente verbunden.
  • Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20D, wie in 12 dargestellt ist, sind die drei Kernmodule 10 parallel verbunden. Daher ist ein Einphasen-Modul, das eine Dreifachkapazität aufweist, d.h. das 1500A-eingestufte Einphasen-Modul, konfiguriert.
  • Das 1500A-eingestufte Einphasen-Modul, das in 11 und in 12 dargestellt ist, kann in einem Schenkel für jede Phase genutzt werden, die einen Wechselrichter-Schaltkreis konfiguriert, oder ein Schenkel für eine Phase genutzt werden, die den Gleichrichter-Schaltkreis konfiguriert. Zum Beispiel, in der in 1 dargestellten Konfiguration kann der Wechselrichter 130 in einem Satz genutzt werden, von jedem der Halbleiterelemente UPI und UNI, der Halbleiterelemente VPI und VNI, und der Halbleiterelemente WPI und WNI. Der Gleichrichter 110 kann genutzt werden in einem Satz von jedem der Halbleiterelemente UPC und UNC und der Halbleiterelemente VPC und VNC. In all den Konfigurationen ist es möglich, eine Stromkapazität sicherzustellen, die dreimal so groß ist wie eine Stromkapazität, die sichergestellt ist, wenn das 500A-eingestuften Einphasen-Modul genutzt wird.
  • Fünfte Ausführungsform.
  • 13 zeigt eine Perspektivansicht, die die äußere Konfiguration eines 500A-eingestuften Dreiphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer fünften Ausführungsform ist. 14 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen 20E in dem 500A-eingestuften Dreiphasen-Modul darstellt, das in 13 dargestellt ist.
  • Das 500A-eingestufte Dreiphasen-Modul ist implementiert, indem, wie in 13 dargestellt, drei der Kernmodule 10, die in 2 dargestellt sind, Seite an Seite angeordnet sind und die Abdeckung mit Anschlüssen 20E auf eine Seite gesetzt ist, wo Elektroden in den drei Kernmodulen 10 exponiert sind. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20E sind Elektrodenelemente genauso wie die in der Abdeckung mit Anschlüssen 20A, die in 5 dargestellt ist, konfiguriert. Planarelektroden (24P, 24N, 24AC1, 24AC2 und 24AC3) und die Elektroden (D1, D2, S1 und S2) in den drei Kernmodulen 10 sind elektrisch über die Elektrodenelemente verbunden.
  • Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20E, wie in 14 dargestellt, sind die drei Kernmodule 10 parallel verbunden und, auf der anderen Seite, drei Wechselstromanschlüsse (S1 und D2) sind nicht elektrisch miteinander verbunden und sind elektrisch mit drei individuellen Wechselstromanschlüssen (22AC1, 22AC2 und 22AC3) in der Abdeckung mit Anschlüssen 20C verbunden. Daher ist das 500A-eingestufte Dreiphasen-Modul, in dem drei 500A-eingestufte Einphasen-Module parallel verbunden sind, konfiguriert.
  • Das 500A-eingestufte Dreiphasen-Modul, das in 13 und in 14 dargestellt ist, kann in einem Brückenschaltkreis genutzt werden, der ein Dreiphasen-Wechselrichter-Schaltkreis konfiguriert, oder in einem Brückenschaltkreis genutzt werden, der einen Dreiphasen-Gleichrichter-Schaltkreis konfiguriert. Zum Beispiel kann die Konfiguration der Leistungswandler-Vorrichtung 150, die in 1 dargestellt ist, direkt in dem Wechselrichter 130 genutzt werden.
  • Alle der Leistungshalbleitermodule, die voranstehend beschrieben wurden, sind Anwendungsbeispiele eines Zwei-Ebenen-Schaltkreises. Jedoch, in den folgenden Beispielen, werden Anwendungsbeispiele für Drei-Ebenen-Schaltkreise beschrieben.
  • Sechste Ausführungsform.
  • 15 zeigt eine Perspektivansicht, die eine äußere Konfiguration eines 500A-eingestuften Einphasen-Dreiebenen-Moduls darstellt, welches ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer sechsten Ausführungsform ist. 16 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen 20F in dem 500A-eingestuften Einphasen-Dreiebenen-Modul darstellt, das in 15 dargestellt ist. Man beachte, dass in 16 zur Erleichterung, drei Kernmodul 10 unterschieden werden durch Hinzufügen von Anhängen „a“, „b“ und „c“.
  • Das 500A-eingestufte Einphasen-Dreiebenen-Modul ist implementiert, indem, wie in 15 dargestellt, drei der Kernmodule 10, die in 2 dargestellt sind, Seite an Seite angeordnet sind, und die Abdeckung mit Anschlüssen 20F auf eine Seite gesetzt ist, wo die Elektroden in den drei Kernmodulen 10 freigelegt sind. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20E sind Elektrodenelemente genauso wie die in der Abdeckung mit Anschlüssen 20A, die in 5 dargestellt ist, konfiguriert. Planarelektroden (24P, 24C, 24N und 24AC) und die Elektroden (D1, D2, S1 und S2) in den drei Kernmodulen 10 sind elektrisch über die Elektrodenelemente verbunden. Man beachte, dass die Planarelektrode 24C eine Elektrode ist, die einen Teil eines Gleichstrom-Mittelpunktanschlusses 22C ausbildet.
  • Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20F, wie in 16 dargestellt ist, sind die erste Drain-Elektrode D1 eines ersten Kernmoduls 10a unter den drei Kernmodulen 10 und ein Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss 22P der Abdeckung mit Anschlüssen 20F elektrisch verbunden, die zweite Source-Elektrode S2 des ersten Kernmoduls 10a, die erste Drain-Elektrode D1 eines zweiten Kernmoduls 10b und der Gleichstrom-Mittelpunktanschluss 22C sind elektrisch verbunden, die zweite Source-Elektrode S2 des zweiten Kernmodul 10b und ein Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss 22N der Abdeckung mit Anschlüssen 20F sind elektrisch verbunden, und die erste Source-Elektrode S1 eines dritten Kernmoduls 10c, die zweite Drain-Elektrode D2 des dritten Kernmoduls 10c und der Wechselstromanschluss 22AC sind elektrisch verbunden. Unter den drei Kernmodulen sind die erste Source-Elektrode S1 des ersten Kernmoduls 10a, die zweite Drain-Elektrode D2 des ersten Kernmoduls 10a und die erste Drain-Elektrode D1 des dritten Kernmoduls 10c verbunden und die erste Source-Elektrode S1 des zweiten Kernmoduls 10b, die zweite Drain-Elektrode D2 des zweiten Kernmoduls 10b und die zweite Source-Elektrode S2 des dritten Kernmoduls 10c sind durch Elektrodenelemente verbunden, die ausgebildet sind, um die Elektroden elektrisch zu verbinden. Durch das Verbinden der Elektroden ist das 500A-eingestufte Ein-Phasen-DreiEbenen-Modul, in dem drei 500A-eingestufte Einphasen-Module genutzt werden, konfiguriert.
  • Das 500A-eingestufte Einphasen-Dreiebenen-Modul, das in 15 und 16 dargestellt ist, kann genutzt werden in einem Schenkel für jede Phase, die einen DreiEbenen-Wechselrichter-Schaltkreis konfiguriert und einem Schenkel für eine Phase, die einen Drei-Ebenen-Gleichrichter-Schaltkreis konfiguriert.
  • Das Leistungshalbleitermodul, das voranstehend beschrieben wurde, ist ein Beispiel in dem zwei oder drei Kernmodule 10, die Basiseinheiten sind, genutzt werden. Jedoch kann ein Leistungshalbleitermodul konfiguriert sein, das vier oder mehr Kernmodule 10 nutzt. Als Beispiel, in dem ein Leistungshalbleitermodul konfiguriert ist, das vier Kernmodule 10 nutzt, ist nachstehend beschrieben.
  • Siebte Ausführungsform.
  • 17 zeigt eine Perspektivansicht, die äußere Konfiguration eines 2000A-eingestuften Einphasen-Moduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer siebten Ausführungsform ist. 18 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen 20G in dem 2000A-eingestuften Einphasen-Modul darstellt, das in 17 dargestellt ist.
  • Das 2000A-eingestufte Einphasen-Modul wird implementiert, indem, wie in 17 dargestellt ist, vier der Kernmodule 10, die in 2 dargestellt sind, Seite an Seite angeordnet sind und die Abdeckung mit Anschlüssen 20G auf einer Seite gesetzt wird, wo Elektroden in den vier Kernmodulen 10 exponiert sind. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20G sind die Elektrodenelemente genauso wie die in der Abdeckung mit Anschlüssen 20A, die in 5 dargestellt ist, konfiguriert. Die Planarelektroden (24P, 24N und 24AC) und die Elektroden (D1, D2, S1 und S2) in den drei Kernmodulen 10 sind elektrisch über die Elektrodenelemente verbunden.
  • Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20G, wie in 18 dargestellt ist, sind die vier Kernmodule 10 parallel verbunden. Daher weist ein Einphasen-Modul eine vierfache Kapazität auf, das bedeutet, dass das 2000A-eingestufte Einphasen-Modul konfiguriert ist.
  • Das 2000A-eingestufte Einphasen-Modul, das in 17 und in 18 dargestellt ist, kann in einem Schenkel für jede Phase genutzt werden, die einen Wechselrichter-Schaltkreis konfiguriert, oder in einem Schenkel für eine Phase genutzt werden, der ein Gleichrichter-Schaltkreis konfiguriert. Zum Beispiel, in der in 1 dargestellten Konfiguration, kann der Wechselrichter 130 in einem Satz von jedem der Halbleiterelemente UPI und UNI, der Halbleiterelemente VPI und VNI und der Halbleiterelemente WPI und WNI genutzt werden. Der Gleichrichter 110 kann in einem Satz von jedem der Halbleiterelemente UPC und UNC und der Halbleiterelemente VPC und VNC genutzt werden. In all den Konfigurationen ist es möglich, eine Stromkapazität viermal so groß herzustellen, wie eine Stromkapazität, die sichergestellt ist, wenn das 500A-eingestufte Einphasen-Modul genutzt wird.
  • Achte Ausführungsform.
  • 19 zeigt eine Perspektivansicht, die eine äußere Konfiguration eines Verbundmoduls darstellt, das ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer achten Ausführungsform ist. 20 zeigt ein Diagramm, das eine elektrische Verdrahtung innerhalb einer Abdeckung mit Anschlüssen 20H in dem Verbundmodul darstellt, das in 19 dargestellt ist.
  • Das Verbundmodul, das in 20 dargestellt ist, wird implementiert, indem vier der Kernmodule 10, die in 2 dargestellt sind, Seite an Seite angeordnet werden und die Abdeckung mit Anschlüssen 20H auf eine Seite gesetzt wird, wo Elektroden in den vier Kernmodulen 10 exponiert sind. Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20H sind Elektrodenelemente genauso wie jene in der Abdeckung mit Anschlüsse 20A, die in 5 dargestellt ist, konfiguriert. Die Planarelektroden (24P, 24N und 24AC) und die Elektroden (D1, D2, S1 und S2) in den vier Kernmodulen 10 sind elektrisch über die Elektrodenelemente verbunden.
  • Auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen 20H, wie in 20 dargestellt ist, sind die vier Kernmodule 10 parallel verbunden und, auf der anderen Seite, vier Wechselstromanschlüsse (S1 und D2) sind nicht elektrisch verbunden miteinander und sind elektrisch mit vier individuellen Wechselstromanschlüssen (22AC1, 22AC2, 22AC3 und 22AC4) in der Abdeckung mit Anschlüssen 20C verbunden. Daher ist das Verbundmodul in den vier 500A-eingestuften Einphasen-Modulen, die parallel verbunden sind, konfiguriert.
  • In dem Verbundmodul, das in 19 und in 20 dargestellt ist, kann ein Schaltkreis, der durch jegliche drei Kernmodule 10 unter den vier Kernmodulen 10 konfiguriert ist, als ein 500A-eingestufter Dreiphasen-Wechselrichter-Schaltkreis genutzt werden. Das übrige eine Kernmodul 10 kann genutzt werden als, zum Beispiel, Zerhacker-Schaltkreis.
  • Wie voranstehend beschrieben, mit dem Leistungshalbleitermodul gemäß dieser Ausführungsform, ist das Leistungshalbleitermodul durch das Kernmodul 10 konfiguriert, auf einer Oberfläche, von der die Elektroden, die jeweils mit der Positivseiten-Elektrode und der Negativseiten-Elektrode des Schaltelements des ersten Elementenpaars und der Positivseiten-Elektrode und der Negativseiten-Elektrode des Schaltelementes des zweiten Elementenpaars verbunden sind, freigelegt sind, und konfiguriert durch die Abdeckung mit Anschlüssen 20, in der die Elektroden des Kernmoduls 10 intern verdrahtet und als Modulanschlüsse gemäß der jeweiligen Nutzung herausgezogen sind. Daher ist es möglich, ein optimales Leistungshalbleitermodul entsprechend einer Stromkapazität und einer Zweiebenen- oder Dreiebenen-Nutzung einfach durch Herstellen einer Abdeckung mit Anschlüssen zu konfigurieren, die an jede Nutzung angepasst ist und die Anzahl von gemeinsamen Kernmodulen 10 ändert. Daher ist die Vielseitigkeit hoch und die Herstellungskosten können reduziert werden.
  • Mit dem Leistungshalbleitermodul gemäß dieser Ausführungsform können verschiedene Leistungswandler-Module einschließlich des 500A-eingestuften Einphasen-Moduls, des 1000A-eingestuften Einphasen-Moduls, des 500A-eingestuften Einphasen-Moduls, des 1500A-eingestuften Einphasen-Moduls, des 500A-eingestuften Dreiphasen-Moduls, des 500A-eingestuften Einphasen-Dreiebenen-Moduls, des 2000A-eingestuften Einphasen-Moduls und des Verbundmoduls (ein 500A-eingestuftes Dreiphasen+ Zerhacker-Schaltkreis) konfiguriert werden durch Ändern der elektrischen Verdrahtung auf der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen unter Nutzung von einem oder einer Mehrzahl von Kernmodulen. Daher ist es möglich, die Herstellungskosten der Leistungswandler-Vorrichtung zu reduzieren und die Größe der Leistungswandler-Vorrichtung zu reduzieren.
  • Man beachte, dass in dieser Ausführungsform das Beispiel erklärt wird, in dem ein Nennstrom von einem Kernmodul 500 Amperes ist. Jedoch ist der Nennstrom nicht auf 500 Amperes beschränkt. Zum Beispiel kann ein Modul, das jeglichen Nennstrom aufweist, durch Ändern der Größe des Kernmoduls ausgebildet werden.
  • Da das Material des MOSFET und des FWD, die das Kernmodul 10 konfigurieren, zum Beispiel Silikon (hiernach beschrieben als „Si“) oder Silikonkarbid (hiernach beschrieben als „SiC“) kann verwendet werden. Insbesondere weist das SiC eine Charakteristik auf, dass das SiC bei hohen Temperaturen genutzt werden kann. Daher ist es möglich, eine erlaubte Betriebstemperatur eines Moduls auf eine Temperatur zu erhöhen, die höher als eine erlaubte Betriebstemperatur im Fall von dem Si ist. Daher ist es möglich, die durch Chips eingenommenen Bereiche in jedem Elementenpaar weiter zu reduzieren. Es ist möglich, eine Modulgröße weiter zu reduzieren.
  • In dem Fall des SiC, da die Chipdicke ebenfalls reduziert werden kann, ist das ebenfalls ein Vorteil, dass der Wärmewiderstand abnimmt. Des Weiteren, wenn der SiC genutzt wird als der FWD, kann eine AN-Spannung reduziert werden. Daher wird ein Effekt erreicht, dass es ebenfalls möglich ist, deutlich ein Wiederherstellungsverlust zu reduzieren, wird ebenfalls erlangt. Daher, sogar wenn eine Chipgröße reduziert wird, ist es möglich, einen Verlust zu reduzieren, während eine Temperaturerhöhung vermieden wird.
  • Man beachte, dass das SiC als ein Beispiel eines Halbleiters ist, der als breiter Bandlücken-Halbleiter (englisch: wide bandgap semiconductor) bezeichnet wird. Außer dem SiC, zum Beispiel, ein Halbleiter, der unter Nutzung eines Galliumnitrid-basierten Materials oder Diamond ausgebildet wird, gerät ebenfalls zu den breiten Bandlücken-Halbleitern. Daher stellt eine Konfiguration, in der der breite Bandlücken-Halbleiter außer dem SiC genutzt wird, ebenfalls einen Inhalt der vorliegenden Erfindung dar.
  • In dieser Ausführungsform wird die Leistungswandler-Vorrichtung für das Schienenfahrzeug beschrieben. Jedoch werden Wechselrichter-Schaltkreise und Gleichrichter-Schaltkreise, die dieselbe Konfiguration aufweisen, in Leistungswandler-Vorrichtungen genutzt, die für industrielle Maschinenanwendung, eine elektrische Automobilverwendung, eine Hybridauto-Verwendung, eine Leistungseinstellungs-Verwendung und Ähnliches genutzt werden. Daher ist es nicht notwendig zu sagen, dass die vorliegende Erfindung anwendbar auf eine große Zahl dieser Anwendungen ist.
  • Des Weiteren, in dieser Ausführungsform, ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf dem AC-DC-Gleichrichter, den Einzelphasen-Wechselrichter oder den Dreiphasen-Wechselrichter als Beispiel beschrieben. Jedoch ist es auch möglich, die vorliegende Erfindung auf andere Leistungswandler-Vorrichtungen anzuwenden, wie etwa einen Aufwärts-Steller-Schaltkreis oder einen Herunter-Steller-Schaltkreis.
  • Bezugszeichenliste
  • 10 Kernmodul; 12 erstes Elementenpaar; 14 zweites Elementenpaar; 12a, 14a MOSFET; 12b, 14b FWD; 16a, 16b, 16c, 16d Leiterdraht; 20A, 20B, 20C, 20d, 20E, 20F, 20G, 20H Abdeckung mit Anschlüssen; 22P Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss; 22N Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss; 22C Gleichstrom-Mittelpunktanschluss; 22AC Wechselstromanschluss; 22AC1 erster Wechselstromanschluss; 22AC2 zweiter Wechselstromanschluss; 22AC3 dritter Wechselstromanschluss; 22AC4 vierter Wechselstromanschluss; 24P Positiv-Planarelektrode; 28P positive Kopplungselektrode; 24N Negativ-Planarelektrode; 26P positive vorspringende Elektrode; 26N negative vorspringende Elektrode; 26AC1 Wechselstrom-vorspringende erste Elektrode; 26AC2 Wechselstrom-vorspringende zweite Elektrode; 28N negative Kopplungselektrode; 24AC Wechselstrom-Planarelektrode; 28AC Wechselstrom-Kopplungselektrode; 100 Schienenfahrzeug; 101 Oberleitung; 102 Leistungssammlungs-Einrichtung; 103 Rad; 104 Schiene; 106 Transformator; 110 Gleichrichter; 120 Kondensator; 130 Wechselrichter; 140 elektrischer Motor; 150 Leistungswandler-Vorrichtung; D1 erste Drain-Elektrode; D2 zweite Drain-Elektrode; S1 erste Source-Elektrode; S2 zweite Source-Elektrode; UNC, VNC, UNI, VNI, WNI, UPC, VPC, UPI, VPI, WPI Halbleiterelement.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4902029 [0003]

Claims (11)

  1. Leistungshalbleitermodul, mit: einem Kernmodul, in dem ein erstes Elementenpaar, das durch antiparalleles Verbinden eines Diodenelements und eines Schaltelements ausgebildet ist, und ein zweites Elementenpaar, das durch antiparalleles Verbinden eines Diodenelements und eines Schaltelements ausgebildet ist, in Reihe verbunden sind und das erste Elementenpaar und das zweite Elementenpaar durch Harz abgedichtet sind; und eine Abdeckung mit Anschlüssen, die einen Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss, einen Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss und einen Wechselstromanschluss aufweisen, wobei in dem Kernmodul eine erste Elektrode, die elektrisch mit einer Positivseiten-Elektrode des Schaltelements verbunden ist, die das erste Elementenpaar konfiguriert, eine zweite Elektrode, die elektrisch mit einer Negativseiten-Elektrode des Schaltelements verbunden ist, das das erste Elementenpaar konfiguriert, eine dritte Elektrode, die elektrisch mit einer Positivseiten-Elektrode des Schaltelements verbunden ist, das das zweite Elementenpaar konfiguriert, und eine vierte Elektrode, die elektrisch mit einer Negativseiten-Elektrode des Schaltelements verbunden ist, das das zweite Elementenpaar konfiguriert, zu einer Oberfläche exponiert sind, der Positivelektroden-Anschluss der Abdeckung mit Anschlüssen elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist, der Negativelektroden-Anschluss der Abdeckung mit Anschlüssen elektrisch mit der vierten Elektrode verbunden ist, und der Wechselstromanschluss der Abdeckung mit Anschlüssen elektrisch mit der zweiten Elektrode und einer dritten Elektrode verbunden ist.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das Leistungshalbleitermodul eine Mehrzahl der Kernmodule aufweist, die ersten Elektroden in der Mehrzahl von Kernmodulen elektrisch durch die Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind; die zweiten Elektroden und die dritten Elektroden in der Mehrzahl von Kernmodulen jeweils elektrisch durch die Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind, und die vierten Elektroden in der Mehrzahl von Kernmodulen durch die Abdeckung mit Anschlüssen elektrisch verbunden sind.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Leistungshalbleitermodul eine Mehrzahl der Kernmodule aufweist, die Wechselstromanschlüsse in einer Anzahl so groß wie die Kernmodul auf der Abdeckung mit Anschlüssen bereitgestellt sind, um mit jedem der Kernmodul zu korrespondieren, und die zweite Elektrode und die dritte Elektrode des Kernmoduls elektrisch durch den Wechselstromanschluss verbunden sind, der unter einer Mehrzahl der Wechselstromanschlüsse der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode entsprechend ist.
  4. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, wobei das Leistungshalbleitermodul ein Paar der Kernmodule aufweist, und die erste Drain-Elektrode und die zweite Source-Elektrode in den zwei Kernmodulen jeweils parallel auf einer Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind, und die ersten Source-Elektroden und die zweiten Drain-Elektroden in den zwei Kernmodulen jeweils mit dem Wechselstromanschluss verbunden sind.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 3, wobei das Leistungshalbleitermodul ein Paar der Kernmodule aufweist, der Wechselstromanschluss der Abdeckung mit Anschlüssen eine ersten Wechselstromanschluss und einen zweiten Wechselstromanschluss aufweist, und die ersten Drain-Elektroden und die zweiten Source-Elektroden in den zwei Kernmodulen jeweils parallel an einer Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind, wobei die erste Source-Elektrode oder die zweite Drain-Elektrode von einem Modul mit dem ersten Wechselstromanschluss verbunden ist und die erste Source-Elektrode und die zweite Drain-Elektrode von dem anderen Modul mit dem zweiten Wechselstromanschluss verbunden sind.
  6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, wobei das Leistungshalbleitermodul drei Kernmodule aufweist, und die ersten Drain-Elektroden, die zweiten Source-Elektroden und die erste Source-Elektrode oder die zweite Drain-Elektrode in den drei Kernmodulen jeweils parallel an der Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind.
  7. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 3, wobei das Leistungshalbleitermodul drei der Kernmodule aufweist, und der Wechselstromanschluss der Abdeckung mit Anschlüssen einen ersten Wechselstromanschluss, einen zweiten Wechselstromanschluss und einen dritten Wechselstromanschluss aufweist, und die ersten Drain-Elektroden und die zweiten Source-Elektroden in den drei Kernmodulen jeweils parallel auf einer Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind, die erste Source-Elektrode und die zweite Drain-Elektrode von einem Modul mit dem ersten Wechselstromanschluss verbunden sind, die erste Source-Elektrode und die zweite Drain-Elektrode von einem anderen Modul mit dem zweiten Wechselstromanschluss verbunden sind, und die erste Source-Elektrode und die zweite Drain-Elektrode des letzten Moduls mit dem dritten Wechselstromanschluss verbunden sind.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, wobei das Leistungshalbleitermodul vier der Kernmodule aufweist, und die ersten Drain-Elektroden, die zweiten Source-Elektroden und die ersten Source-Elektroden oder die zweiten Drain-Elektroden in den vier Kernmodulen jeweils parallel an einer Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind.
  9. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 3, wobei das Leistungshalbleitermodul vier der Kernmodule aufweist, und der Wechselstromanschluss der Abdeckung mit Anschlüssen einen ersten Wechselstromanschluss, einen zweiten Wechselstromanschluss, einen dritten Wechselstromanschluss und einen vierten Wechselstromanschluss aufweist, wobei die ersten Drain-Elektroden und die zweiten Source-Elektroden in den vier Kernmodul jeweils parallel an einer Innenseite der Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind, wobei die erste Source-Elektrode und die zweite Drain-Elektrode des einen Moduls mit dem ersten Wechselstromanschluss verbunden sind, die erste Source-Elektrode und die zweite Drain-Elektrode von einem anderen Modul mit dem zweiten Wechselstromanschluss verbunden sind, die erste Source-Elektrode und die zweite Drain-Elektrode von einem anderen Modul mit dem dritten Wechselstromanschluss verbunden sind, und die erste Source-Elektrode und die zweite Drain-Elektrode von einem letzten Modul mit dem vierten Wechselstromanschluss verbunden sind.
  10. Leistungshalbleitermodul, mit: mindestens drei Kernmodulen, in denen ein erstes Elementenpaar, das durch antiparalleles Verbinden von Diodenelementen und Schaltelementen ausgebildet ist, und ein zweites Elementenpaar, das durch antiparalleles Verbinden von Diodenelementen und Schaltelementen ausgebildet ist, in Reihe verbunden sind, und das erste Elementenpaar und das zweite Elementenpaar durch Harz abgedichtet sind; und eine Abdeckung mit Anschlüssen, die einen Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss, einen Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss, einen Gleichstrom-Mittelpunktanschluss und einen Wechselstromanschluss aufweisen, wobei in den Kernmodulen erste Elektroden, die elektrisch mit Positivseiten-Elektroden des Schaltelements verbunden sind, das das erste Elementenpaar konfiguriert, zweite Elektroden, die elektrisch mit Negativseiten-Elektroden des Schaltelements verbunden sind, das das erste Elementenpaar konfiguriert, dritte Elektroden, die elektrisch mit Positivseiten-Elektroden des Schaltelements verbunden sind, das das zweite Elementenpaar konfiguriert, und vierte Elektroden, die elektrisch mit Negativseiten-Elektroden des Schaltelements verbunden sind, das das zweite Elementenpaar konfiguriert, zu einer Oberfläche exponiert sind, der Positivelektroden-Anschluss der Abdeckung mit Anschlüssen elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist, die in einem ersten Kernmodul unter den mindestens drei Kernmodulen bereitgestellt ist, der Negativelektroden-Anschluss der Abdeckung mit Anschlüssen elektrisch mit der vierten Elektrode verbunden ist, die in einem zweiten Kernmodul unter den mindestens drei Kernmodulen bereitgestellt ist, der Gleichstrom-Mittelpunktanschluss der Abdeckung mit Anschlüssen elektrisch mit der vierten Elektrode verbunden ist, die in dem ersten Kernmodul bereitgestellt ist, und der ersten Elektrode, die in dem zweiten Kernmodul bereitgestellt ist, verbunden ist, und der Wechselstromanschluss der Abdeckung mit Anschlüssen elektrisch mit der zweiten Elektrode und einer dritten Elektrode verbunden ist, die in einem dritten Kernmodul unter den mindestens drei Kernmodulen bereitgestellt ist.
  11. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 10, wobei das Leistungshalbleitermodul drei der Kernmodule aufweist, der Gleichstrom-Mittelpunktanschluss an der Abdeckung mit Anschlüssen ausgebildet ist, eine erste Drain-Elektrode eines ersten Kernmoduls und der Gleichstrom-Positivelektroden-Anschluss der Abdeckung mit Anschlüssen verbunden sind, ein elektrischer Verbindungspunkt einer zweiten Source-Elektrode des ersten Kernmoduls und eine erste Drain-Elektrode eines zweiten Kernmoduls und der Gleichstrom-Mittelpunktanschluss verbunden sind, eine zweite Source-Elektrode des zweiten Kernmoduls und der Gleichstrom-Negativelektroden-Anschluss verbunden sind, und ein elektrischer Verbindungspunkt einer ersten Source-Elektrode eines dritten Kernmoduls und eine zweite Drain-Elektrode des dritten Kernmoduls und der Wechselstromanschluss unter den drei Kernmodulen verbunden sind, und entweder eine erste Source-Elektrode des ersten Kernmoduls oder eine zweite Drain-Elektrode des ersten Kernmoduls und eine erste Drain-Elektrode des dritten Kernmoduls verbunden sind, und entweder eine erste Source-Elektrode des zweiten Kernmoduls oder eine zweite Drain-Elektrode des zweiten Kernmoduls und eine zweite Source-Elektrode des dritten Kernmoduls verbunden sind.
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