JP2000091897A - 電力用半導体スイッチ、電力用半導体スイッチ装置、および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート・エミッタ端子間に過電圧を発生させ
ない電力用半導体スイッチ、電力用半導体スイッチ装
置、および電力変換装置を提供する。 【解決手段】 コレクタ端子Ｃ、エミッタ端子Ｅ、ゲー
ト端子Ｇを具備する平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂと、平型Ｉ
ＧＢＴ２Ａ、２Ｂの制御を行う１個のゲート駆動回路７
と、２個の正側電極４と、１個の負側電極６とを具備す
る電力用半導体スイッチであって、平型ＩＧＢＴ２Ａ、
２Ｂは並列に接続され、負側電極６は平型ＩＧＢＴ２
Ａ、２Ｂの近接させたエミッタ端子Ｅ間に接続され、２
個の正側電極４は負側電極６、平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂ
を挟んでコレクタ端子Ｃと接続され、平型ＩＧＢＴ２
Ａ、２Ｂを制御するゲート駆動回路７は平型ＩＧＢＴ２
Ａ、２Ｂのゲート端子Ｇと負側電極６とに接続され、ゲ
ート・エミッタ端子間に発生する過電圧をなくすことが
できる電力用半導体スイッチ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体スイ
ッチ、電力用半導体スイッチ装置、および電力変換装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、電力を利用する多くの分野におい
て、パワーエレクトロニクス技術が導入されるようにな
っている。このパワーエレクトロニクスの中心的な技術
分野は、パワー半導体デバイスのスイッチング機能を用
いた電力の変換と制御であり、電力の効率的な活用を主
目的としている。

【０００３】この電力の変換を行う電力変換装置とし
て、モータ駆動用インバータ、無停電電源装置、周波数
変換装置などがあり、使用されるパワー半導体デバイス
の種類も、用途に応じて様々である。

【０００４】パワー半導体デバイスの一つに、適当なス
イッチング速度と電力容量を備えた素子として、ＩＧＢ
Ｔ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ
Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がある。

【０００５】図７は、平型ＩＧＢＴを使用した従来の電
力変換装置における主スイッチ部である。平型ＩＧＢＴ
を２個並列に結線し、前記２個の平型ＩＧＢＴに対して
１個のゲート駆動回路を具備する主スイッチ部であり、
回路図的な構成概略図として示している。

【０００６】図８において、平型ＩＧＢＴ２Ａと平型Ｉ
ＧＢＴ２Ｂは、正側端子であるコレクタ端子Ｃ、制御端
子であるゲート端子Ｇ、負側端子であるエミッタ端子Ｅ
を具備している。そして、正側電極端子３を具備した正
側電極４と負側電極端子６を具備した負側電極５の間
に、平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂが、各同端子が同方向を向
くように横方向に配置され、双方のコレクタ端子Ｃは正
側電極４に、エミッタ端子Ｅは負側電極６に接続されて
いる。また、正極電極端子３および負側電極端子５は、
図示しない電源を含む主回路に接続されている。双方の
ゲート端子Ｇは、制御回路であるゲート駆動回路７の一
端と並列的に接続され、前記ゲート駆動回路７の他端は
負側電極６に接続されている。

【０００７】一般に、回路の電流が変動すると、自己誘
導により、電流上昇率に比例した電圧が回路の電流の変
動を妨げる向きに発生する。その比例係数はインダクタ
ンスと呼ばれ、回路の形状のみによって決まることが知
られている。

【０００８】パワーデバイスにおいて急峻な電圧波形を
印加した場合、回路にはコレクタ電流ｉｃが流れ、上述
した自己誘導により回路に存在する寄生リアクトルにス
イッチングサージ電圧Ｖ＝Ｌ×（ｄｉｃ／ｄｔ）が発生
する。ただし、Ｌは寄生リアクトルのインダクタンスで
ある。特に、ＩＧＢＴに代表される高速スイッチングデ
バイスは、ターンオンやターンオフのスイッチング時に
おいて、コレクタ電流の電流上昇率ｄｉｃ／ｄｔが非常
に高くなり、スイッチングサージ電圧Ｖ＝Ｌ×（ｄｉｃ
／ｄｔ）により素子の破壊を引き起こすことがある。

【０００９】図８は、図７の主スイッチ部を示す等価回
路図であり、スイッチング時の動作に関係する寄生回路
要素を含めて示している。なお、８Ａ、８Ｂは、図１の
負側電極に寄生するリアクトルである。リアクトル８Ａ
は、ゲート駆動回路７の近傍に接続されているため、そ
のインダクタンスは小さく、リアクトル８Ｂは、ゲート
駆動回路７から離れて接続されているため、そのインダ
クタンスは大きい。また、その他の構成要素は、図１の
同一符号のものに対応する。

【００１０】図８を参照して従来の主スイッチ部の配置
で、リアクトル８Ｂの端子間におけるスイッチングサー
ジ電圧Ｖの発生は以下のようである。平型ＩＧＢＴ２Ｂ
をターンオンする時、ゲート駆動回路７は平型ＩＧＢＴ
２Ｂのゲート・エミッタ端子間およびリアクトル８Ｂの
ゲート・エミッタ端子間に正極性電圧（例えば＋１５
Ｖ）を印加する。平型ＩＧＢＴ２Ｂがターンオンするこ
とにより、正側電極端子３から平型ＩＧＢＴ２Ｂ、リア
クトル８Ｂを通って、負側電極端子５へとコレクタ電流
ｉｃが流れる。すると、自己誘導により、平型ＩＧＢＴ
２Ｂに流れるコレクタ電流ｉｃの電流上昇率ｄｉｃ／ｄ
ｔに比例し、かつコレクタ電流ｉｃとは逆向きの電流を
流そうとするスイッチングサージ電圧Ｖ（Ｌｂ×（ｄｉ
ｃ／ｄｔ））が、リアクトル８Ｂの端子間に発生する。
ただし、Ｌｂはリアクトル８Ｂのインダクタンスであ
る。

【００１１】従って、平型ＩＧＢＴ２Ｂのゲート・エミ
ッタ端子間では、ゲート駆動回路７により印加された正
極性電圧（１５Ｖ）に加えて、さらにスイッチングサー
ジ電圧Ｖだけ付加され、リアクトル８Ｂのインダクタン
スＬｂが大きい場合には過電圧になることがある。

【００１２】一方、平型ＩＧＢＴ２Ｂをターンオフにす
る時、ゲート駆動回路７は平型ＩＧＢＴ２Ｂのゲート・
エミッタ端子間およびリアクトル８Ｂに負極性電圧（例
えば−１５Ｖ）を印加する。平型ＩＧＢＴ２Ｂがターン
オフする時、リアクトル８ＢのインダクタンスＬｂが大
きい場合、同様に平型ＩＧＢＴ２Ｂのゲート・エミッタ
端子間に過電圧が発生することがある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】リアクトル８Ｂの端子
間に発生するスイッチングサージ電圧は、回路の配線に
存在する寄生インダクタンスＬｂとコレクタ電流ｉｃの
電流上昇率ｄｉｃ／ｄｔに比例する。従って、スイッチ
ングサージ電圧による素子への影響を少なくするために
は、配線に存在する寄生インダクタンスＬｂを低減させ
るか、電流上昇率を下げればよい。しかしながら、電流
上昇率を下げることは、高速スイッチングの性能そのも
のを低下させることになる。

【００１４】従って、配線に存在する寄生インダクタン
スＬｂを低減させることが望ましいが、上述の通り、従
来の電力用半導体スイッチの構成では、ゲート駆動回路
７から離れて接続されているため、寄生リアクトル８Ｂ
のインダクタンスＬｂが大きくなり、電力用半導体スイ
ッチのゲート・エミッタ端子間にスイッチングサージ電
圧を発生させる恐れがあった。

【００１５】そこで、本発明では、上記の課題を鑑み、
電力変換装置の寄生リアクトル８ＢのインダクタンスＬ
ｂを小さくし、平型ＩＧＢＴのゲート端子、エミッタ端
子間にスイッチングサージ電圧を発生させない優れた電
力用半導体スイッチおよび電力変換装置を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
正側端子、負側端子、制御端子を具備する２個の半導体
スイッチと、前記２個の半導体スイッチの制御を行う１
個の制御回路と、２個の正側電極と、１個の負側電極
と、を具備する電力用半導体スイッチにおいて、前記負
側電極は前記２個の半導体スイッチの負側端子に挟まれ
て接続され、前記２個の正側電極は前記２個の半導体ス
イッチを挟んで前記２個の半導体スイッチの正側端子と
接続され、前記半導体スイッチの制御回路は前記２個の
半導体スイッチの制御端子と前記負側電極とに接続され
ていることを特徴とするものである。

【００１７】なお、前記２個の正側電極は、導体を介し
て接続されていることが好ましい。このような構成によ
れば、前記負側電極に存在する寄生インダクタンスは小
さくなり、スイッチングサージ電圧を小さくすることが
できる。その結果、該電力用半導体スイッチの制御端子
・負側端子間に発生する過電圧をなくすことができ、該
過電圧による素子の破壊を防止できる。

【００１８】また、前記電力用半導体スイッチ複数個を
直列に接続することを特徴とする電力用半導体スイッチ
装置であってもよい。このような構成によれば、前記電
力用半導体スイッチ複数個を直列に接続するので、該電
力用半導体スイッチの前記負側電極に存在する寄生イン
ダクタンスは小さくなり、各電力用半導体スイッチにお
いてスイッチングサージ電圧による影響を少なくするこ
とができる。その結果、直列に接続された前記電力用半
導体スイッチ複数個の制御端子・負側端子間に過電圧を
発生させず、該過電圧による素子の破壊を防止でき、高
電圧に対応する電力用半導体スイッチ装置を得ることが
できる。さらに、すべての半導体スイッチを均一に圧接
でき、電力用半導体スイッチ内の電流バランスをよくで
きる。

【００１９】さらに、前記電力用半導体スイッチは、少
なくとも前記正側電極に冷却手段を具備するものである
ことが望ましい。このような構成によれば、前記負側電
極の冷却手段を省略した場合、前記電力用半導体スイッ
チを小型化することができ、前記正側電極に具備する冷
却手段によって冷却効果も得ることができる。また、前
記正側電極に加えて前記負側電極にも冷却手段を具備し
た場合、さらに冷却効果を上げることができる。

【００２０】この発明の第２の特徴は、直流から交流ま
たは交流から直流へ変換する電力変換装置において、正
側、中間、負側電極と、前記正側電極と中間電極を接続
する正側アームと、前記中間電極と負側電極を接続する
負側アームとを具備し、第１の特徴を具備する電力用半
導体スイッチが１個または直列に複数個前記正側、負側
アームに設けられてこるとを特徴とする電力変換装置で
ある。

【００２１】このような構成によれば、前記電力用半導
体スイッチまたは前記電力用半導体スイッチ複数個を直
列に接続したものを用いて前記正側、負側アームを構成
するので、前記電力用半導体スイッチの前記負側電極に
存在する寄生インダクタンスは小さくなる。その結果、
該電力用半導体スイッチの制御端子・負側端子間に発生
する過電圧はなくなり、該過電圧による素子の破壊を防
止でき、高電圧に対応する電力変換装置を得ることがで
きる。

【００２２】また、前記電力変換装置が具備する前記電
力用半導体スイッチにおいて、少なくとも前記正側電極
に冷却手段を具備するものであることが望ましい。この
ような構成によれば、前記負側電極の冷却手段を省略し
た場合、前記電力用半導体スイッチを小型化することが
でき、前記正側電極に具備する冷却手段によって冷却効
果も得ることができる。また、前記正側電極に加えて前
記負側電極にも冷却手段を具備した場合、より一層の冷
却効果を上げることができる。

【００２３】この発明の第３の特徴は、第１の特徴を具
備する電力用半導体スイッチにおいて、前記２個の半導
体スイッチを正側端子、負側端子、制御端子を具備する
２個の半導体スイッチチップにし、前記負側電極は近接
した前記２個の半導体スイッチチップの負側端子と一体
形成され、前記正側電極と前記負側電極の少なくともど
ちらか一方に冷却手段を具備することを特徴とするもの
である。

【００２４】なお、前記２個の正側電極は、導体を介し
て接続されていることが好ましい。このような構成によ
れば、従来の電力用半導体スイッチに存在した半導体ス
イッチの負側端子と負側電極間の接触面をなくすことが
できる。したがって、冷却能力が向上し、正側電極と負
側電極のどちらか一方に冷却手段を具備した場合におい
ても冷却効果を十分に期待できる。その結果冷却手段を
小型化でき、電力用半導体スイッチを小型化できる。ま
た、正側電極と負側電極の双方に冷却手段を具備した場
合、さらに冷却効果を上げることができる。

【００２５】また、前記第３の特徴を具備する電力用半
導体スイッチ複数個を直列に接続することを特徴とする
電力用半導体スイッチ装置であってもよい。このような
構成によれば、前記電力用半導体スイッチ複数個を直列
に接続するので、該電力用半導体スイッチの前記負側電
極に存在する寄生インダクタンスは小さくなり、各電力
用半導体スイッチにおいてスイッチングサージ電圧によ
る影響を少なくすることができる。その結果、直列に接
続された前記電力用半導体スイッチ複数個の制御端子・
負側端子間に過電圧を発生させず、該過電圧による素子
の破壊を防止でき、かつ、高電圧に対応する電力用半導
体スイッチを得ることができる。さらに、すべての半導
体スイッチを均一に圧接でき、電力用半導体スイッチ内
の電流バランスをよくできる。

【００２６】さらに、直流から交流または交流から直流
へ変換する電力変換装置において、正側、中間、負側電
極と、前記正側電極と中間電極を接続する正側アーム
と、前記中間電極と負側電極を接続する負側アームとを
具備し、前記第３の特徴を具備する電力用半導体スイッ
チは１個または直列に複数個前記正側、負側アームに設
けられていることを特徴とする電力変換装置であっても
よい。

【００２７】このような構成によれば、前記電力用半導
体スイッチまたは前記電力用半導体スイッチ複数個を直
列に接続したものを用いて前記正側、負側アームを構成
するので、前記電力用半導体スイッチの前記負側電極に
存在する寄生インダクタンスは小さくなる。その結果、
該電力用半導体スイッチの制御端子・負側端子間に発生
する過電圧をなくすことができ、該過電圧による素子の
破壊を防止できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下図１〜図６を参照して本発明
の実施の形態について詳細に説明する。 （第１の実施形態）図１は本第１の実施形態における電
力用半導体スイッチを、回路図的な構成概略図として示
している。

【００２９】図１において、正側端子であるコレクタ端
子Ｃ、負側端子であるエミッタ端子Ｅ、制御端子である
ゲート端子Ｇを具備する平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂが、縦
方向に線対称に近接して並列に配置されている。負側電
極端子５と冷却手段を具備する負側電極６は、エミッタ
端子Ｅ間に接続され、正側電極端子３と冷却手段を具備
する２個の正側電極４は、平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂを挟
んで平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂそれぞれのコレクタ端子Ｃ
に接続されている。また、正側電極端子３及び負側電極
端子５は、図示しない電源を含む主回路に接続されてい
る。そして、双方の正側電極４は導体９によって結ば
れ、平型ＩＧＢＴ２Ａと平型ＩＧＢＴ２Ｂは、並列に接
続されている。平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂの制御回路であ
るゲート駆動回路７は、平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂそれぞ
れのゲート端子Ｇと負側電極５との間に直列に接続され
ている。

【００３０】次に、本第１の実施形態における平型ＩＧ
ＢＴ２Ｂのターンオン時の動作について、図２を参照し
て説明する。図２は、図１に示した電力用半導体スイッ
チの、動作に関する寄生回路要素を含めた等価回路図を
示している。

【００３１】８Ａ、８Ｂは図１の負側電極６に寄生する
リアクトルである。上述したように電力用半導体スイッ
チは、平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂの近接させたエミッタ端
子Ｅ間に負側電極６を接続させている。この接続配置に
より、リアクトル８Ａとリアクトル８Ｂのインダクタン
スを等しくできる。その結果、リアクトル８Ｂのインダ
クタンスは従来の値より小さくなり、無視できる程度に
なっている。

【００３２】まず、平型ＩＧＢＴ２Ｂのターンオン時の
動作について説明する。ゲート駆動回路７は、平型ＩＧ
ＢＴ２Ｂのゲート・エミッタ端子間及びリアクトル２Ｂ
の端子間に正極性電極（例えば、＋１５Ｖ）を印加す
る。

【００３３】平型ＩＧＢＴ２Ｂがターンオンすることに
より、コレクタ電流ｉｃが、正側電極端子３から平型Ｉ
ＧＢＴ２Ｂ、リアクトル８Ｂを通って負側電極端子５へ
流れる。

【００３４】すると、リアクトル８Ｂの端子間におい
て、リアクトル８ＢのインダクタンスをＬｂとして、コ
レクタ電流ｉｃの電流上昇率ｄｉｃ／ｄｔに比例したス
イッチングサージ電圧Ｖ＝Ｌｂ×（ｄｉｃ／ｄｔ）が発
生する。

【００３５】しかしながら、上述したように、リアクト
ル８ＢのインダクタンスＬｂは、無視できるくらい小さ
いので、従来のタイミングでスイッチングを行っても、
リアクトル８Ｂの端子間に発生するサージ電圧Ｖ＝Ｌｂ
×（ｄｉｃ／ｄｔ）は従来の数値より小さくなる。従っ
て、平型ＩＧＢＴ２Ｂのゲート・エミッタ端子間では、
印加する正極性電圧（＋１５Ｖ）以上の過電圧になるこ
とはない。

【００３６】同様に、平型ＩＧＢＴ２Ｂのターンオフ時
においても、リアクトル８ＢのインダクタンスＬｂは無
視できるくらい小さいため、平型ＩＧＢＴ２Ｂのゲート
・エミッタ端子間で過電圧を発生させることはない。

【００３７】なお、以上平型ＩＧＢＴ２Ｂのターンオン
・オフ時の動作、効果について説明したが、以上平型Ｉ
ＧＢＴ２Ａの場合も同様である。このような構成によれ
ば、リアクトル８Ａ、８Ｂのインダクタンスは無視でき
るくらい小さくなり、スイッチングサージ電圧を小さく
することができる。その結果、平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂ
のゲート・エミッタ端子間に発生する過電圧をなくすこ
とができ、該過電圧による素子の破壊を防止できる。
（第２の実施形態）図３は、本第２の実施形態における
電力用半導体スイッチを、回路図的な構成概略図として
示している。本第２の実施形態は、第１の実施形態の電
力用半導体スイッチを２個直列に接続したスイッチ装置
である。

【００３８】図３を参照して、本第２実施の形態におけ
る電力用半導体スイッチ装置の構成について説明する。
なお、同様な構成要素は、同一番号を符してその説明は
省略する。

【００３９】図３において、平型ＩＧＢＴ２Ｃ、２Ｄか
らなる第１の実施形態と同じ構造の電力用半導体スイッ
チ１０は、導体９を介して第１の実施形態の電力用半導
体スイッチ１と直列に接続されている。１１は中間電圧
電極であり、両スイッチ間は、絶縁物１２で仕切られて
いる。

【００４０】直列に接続された電力用半導体スイッチ１
と電力用半導体スイッチ１０のそれぞれの動作は、第１
実施形態の動作と同様である。このような構成によれ
ば、第１の実施形態の電力用半導体スイッチを使用して
いるので、平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄのそれ
ぞれのゲート・エミッタ端子間における過電圧の発生を
防止することができる。また、第１の実施形態の電力用
半導体スイッチを直列使用することにより、高電圧に対
応する電力用半導体スイッチ装置を得ることができる。

【００４１】なお、本第２の実施形態は、第１の実施形
態の電力用半導体スイッチを２個直列に接続したスイッ
チ装置としたが、２個に限らずより多くの電力用半導体
スイッチを直列に接続することも可能である。

【００４２】この場合、２個の場合よりさらに高電圧に
対応する電力用半導体スイッチ装置を得ることができ
る。 （第３の実施形態）図４は、本第３の実施形態における
電力用半導体スイッチを、回路図的な構成概略図として
示している。本第３の実施形態は、正側、負側アームを
対として１アームとし、該アームを複数個具備する電力
変換装置に本発明を適用したものである。

【００４３】まず、本第３実施の形態における電力用半
導体スイッチの構成について説明する。なお、同様な構
成要素は、同一番号を符してその説明は省略する。図４
において、電力用半導体スイッチ１は、図示していない
正側アームに設けられている。電力用半導体スイッチ１
０は、図示していない負側アームに設けられ、中間電圧
電極端子１３を具備する中間電圧電極１１を介して電力
用半導体スイッチ１と直列接続されている。また、電力
用半導体スイッチ１と電力用半導体スイッチ１０は、絶
縁体１２によって仕切られている。

【００４４】ただし、本第３の実施形態においては、電
力用半導体スイッチ１の中間電圧電極１１と電力用半導
体スイッチ１０の負側電極６は、冷却手段を具備しない
ものする。なお、図４には冷却手段を具備する場合と区
別して模様のない電極として図示している。

【００４５】第３の実施形態の動作は、直列に接続され
た電力用半導体スイッチ１と電力用半導体スイッチ１０
のそれぞれが第１の実施形態の動作と同様である。ま
た、上記の説明においては、正側アーム、負側アームと
もに電力用半導体スイッチ１個づつの構成としたが、該
電力用半導体スイッチを複数個直列に接続した第２の実
施形態の電力用半導体スイッチ装置で正側アーム、負側
アームを構成してもよい。

【００４６】このような構成によれば、第１の実施形態
の電力用半導体スイッチを１個または複数個直列に接続
したものを用いて正側、負側アームを構成するので、電
力用半導体スイッチ１、１０それぞれの負側電極６、１
１に存在する寄生インダクタンスは小さくなる。その結
果、平型ＩＧＢＴ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄのゲート・エ
ミッタ端子間に発生する過電圧はなくなり、該過電圧に
よる素子の破壊を防止でき、高電圧に対応する電力用半
導体スイッチを得ることができる。

【００４７】さらに、すべての半導体スイッチを均一に
圧接でき、電力用半導体スイッチ内の電流バランスをよ
くできる。 （第４の実施形態）図５は、本第４の実施形態における
電力用半導体スイッチを、回路図的な構成概略図として
示している。本第４の実施形態は、第１の実施形態の電
力用半導体スイッチにおいて、冷却手段を正側電極４の
みとした電力用半導体スイッチである。

【００４８】本第４実施の形態に動作おいて、平型ＩＧ
ＢＴ２Ａ、２Ｂの損失で発生した熱を、正側電極４のみ
により冷却すること以外は、第１の実施形態と同様であ
る。このような構成によれば、負側電極６の冷却手段を
省略した場合、前記電力用半導体スイッチを小型化する
ことができ、正側電極４に具備する冷却手段によって冷
却効果も得ることができる。

【００４９】また、正側電極４に加えて負側電極６にも
冷却手段を具備した構成であってもよい。このような構
成によれば、より一層の冷却効果が期待できる。

【００５０】なお、第２、第３の実施形態においても、
正側電極４のみに冷却手段を具備することも可能であ
る。このような構成によれば、第２、第３の実施形態に
おける電力用半導体スイッチ装置及び電力変換装置にお
いても、小型化が可能であり、正側電極４に具備する冷
却手段によって冷却効果も得ることができる。 （第５の実施形態）図６は、本第５の実施形態における
電力用半導体スイッチを、回路図的な構成概略図として
示している。

【００５１】本第５の実施形態は、第４の実施形態の電
力用半導体スイッチにおいて、平型ＩＧＢＴを平型ＩＧ
ＢＴチップ電力用半導体スイッチとした平型ＩＧＢＴモ
ジュール１４である。すなわち、図６において、正側端
子であるコレクタ端子Ｃ、負側端子であるエミッタ端子
Ｅ、制御端子であるゲート端子Ｇを具備する平型ＩＧＢ
Ｔチップ１５Ａ、１５Ｂが、近接して並列に配置されて
いる。負側電極６は近接させた平型ＩＧＢＴチップのエ
ミッタ端子Ｅと一体形成され、正側電極端子３と冷却手
段を具備する２個の正側電極４は、平型ＩＧＢＴチップ
１５Ａ、１５Ｂを挟んで平型ＩＧＢＴチップ１５Ａ、１
５Ｂそれぞれのコレクタ端子Ｃに接続されている。そし
て、双方の正側電極４は導体９によって結ばれ、平型Ｉ
ＧＢＴチップ１５Ａと平型ＩＧＢＴチップ１５Ｂは、並
列に接続されている。平型ＩＧＢＴ１５Ａ、１５Ｂの制
御回路であるゲート駆動回路７は、平型ＩＧＢＴ２Ａ、
２Ｂそれぞれのゲート端子Ｇと負側電極６との間に直列
に接続されている。

【００５２】本実施の形態の動作は、第４実施形態の動
作と同様である。このような構成によれば、平型ＩＧＢ
Ｔを平型ＩＧＢＴチップにすることにより、従来の電力
用半導体スイッチに存在した平型ＩＧＢＴのエミッタ端
子Ｅと負側電極６間の接触面をなくすことができる。し
たがって、冷却能力が向上し、正側電極と負側電極のど
ちらか一方に冷却手段を具備した場合においても冷却効
果を十分に期待できる。その結果冷却手段を小型化で
き、電力用半導体スイッチを小型化できる。

【００５３】さらに、正側電極４と負側電極６の双方に
冷却手段を具備した場合、より一層の冷却効果を上げる
ことができる。また、本第５の実施形態の電力用半導体
スイッチを、第２の実施形態のように複数個直列に接続
した構成であってもよい。

【００５４】このような構成によれば、前記電力用半導
体スイッチ複数個を直列に接続するので、該電力用半導
体スイッチの前記負側電極に存在する寄生インダクタン
スは小さくなり、各電力用半導体スイッチにおいてスイ
ッチングサージ電圧による影響を少なくすることができ
る。その結果、直列に接続された前記電力用半導体スイ
ッチ複数個のゲート・エミッタ端子間に過電圧を発生さ
せず、該過電圧による素子の破壊を防止でき、かつ、高
電圧に対応する電力用半導体スイッチを得ることができ
る。さらに、すべての半導体スイッチを均一に圧接で
き、電力用半導体スイッチ内の電流バランスをよくでき
る。

【００５５】また、本第５の実施形態の電力用半導体ス
イッチ及び該電力用半導体スイッチを複数個直列に接続
したものを用いて、第３の実施形態のように正側、負側
アームを構成し、当該正側、負側アームを対として複数
個具備する電力変換装置であってもよい。

【００５６】以上、第１〜第５の実施形態についての説
明を行ったが、上記内容に限定されるものではなく、そ
の主旨を変更しない範囲で種々変形可能である。例えば
上記内容において平型ＩＧＢＴを使用して説明を行った
が、その他の平型の電圧ゲート駆動素子であっても同様
の効果を得ることは可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、電力用半導体スイッ
チのゲート・エミッタ端子間に過電圧を発生させない優
れた電力用半導体スイッチおよび電力変換装置が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本第１の実施形態を示す電力用半導体スイッチ
の構成概略図。

【図２】本第１の実施形態を示す電力用半導体スイッチ
の等価回路図。

【図３】本第２の実施形態を示す電力用半導体スイッチ
の構成概略図。

【図４】本第３の実施形態を示す電力用半導体スイッチ
の構成概略図。

【図５】本第４の実施形態を示す電力用半導体スイッチ
の構成概略図。

【図６】本第５の実施形態を示す電力用半導体スイッチ
の構成概略図。

【図７】従来の電力用半導体スイッチの主スイッチ部を
示す構成概略図。

【図８】従来の電力用半導体スイッチの主スイッチ部を
示す等価回路図。

【符号の説明】

１…電力用半導体スイッチ ２Ａ〜２Ｄ…平型ＩＧＢＴ ３…正側電極端子 ４…正側電極 ５…負側電極端子 ６…負側電極 ７…ゲート駆動回路 ８Ａ、８Ｂ…リアクトル ９…導体 １１…中間電圧電極 １２…絶縁体 １３…中間電圧電極端子 １４…平型ＩＧＢＴモジュール １５Ａ、１５Ｂ…平型ＩＧＢＴチップ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正側端子、負側端子、制御端子を具備す
   る２個の半導体スイッチと、前記２個の半導体スイッチ
   の制御を行う１個の制御回路と、２個の正側電極と、１
   個の負側電極と、を具備する電力用半導体スイッチにお
   いて、 前記負側電極は前記２個の半導体スイッチの負側端子に
   挟まれて接続され、 前記２個の正側電極は、前記２個の半導体スイッチを挟
   んで前記２個の半導体スイッチの正側端子と接続され、 前記半導体スイッチの制御回路は前記２個の半導体スイ
   ッチの制御端子と前記負側電極とに接続されているこ
   と、 を特徴とする電力用半導体スイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電力用半導体スイッチに
   おいて、 前記２個の正側電極は、導体を介して接続されているこ
   とを特徴とする電力用半導体スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電力用半導体スイッチ複
   数個を直列に接続することを特徴とする電力用半導体ス
   イッチ装置。
4. 【請求項４】 直流から交流または交流から直流へ変換
   する電力変換装置において、 正側、中間、負側電極と、 前記正側電極と中間電極を接続する正側アームと、 前記中間電極と負側電極を接続する負側アームと、 を具備し、 請求項１に記載の電力用半導体スイッチが１個または直
   列に複数個前記正側、負側アームに設けられているこ
   と、 を特徴とする電力変換装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の電力用半導体スイッチに
   おいて、 少なくとも前記正側電極に冷却手段を具備する電力用半
   導体スイッチ。
6. 【請求項６】 請求項１記載の電力用半導体スイッチに
   おいて、 前記２個の半導体スイッチを正側端子、負側端子、制御
   端子を具備する２個の半導体スイッチチップにし、 前記負側電極は近接した前記２個の半導体スイッチチッ
   プの負側端子と一体形成され、 前記正側電極と前記負側電極の少なくともどちらか一方
   に冷却手段を具備すること、 を特徴とする電力用半導体スイッチ。
7. 【請求項７】 請求項６記載の電力用半導体スイッチに
   おいて、 前記２個の正側電極は、導体を介して接続されているこ
   とを特徴とする電力用半導体スイッチ。
8. 【請求項８】 請求項６記載の電力用半導体スイッチ複
   数個を直列に接続することを特徴とする電力用半導体ス
   イッチ装置。
9. 【請求項９】 直流から交流または交流から直流へ変換
   する電力変換装置において、 正側、中間、負側電極と、 前記正側電極と中間電極を接続する正側アームと、 前記中間電極と負側電極を接続する負側アームと、 を具備し、 請求項６記載の電力用半導体スイッチは１個または直列
   に複数個前記正側、負側アームに設けられていること、 を特徴とする電力変換装置。