JP2000260937A - Structure of transistor inverter - Google Patents

Structure of transistor inverter

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JP2000260937A
JP2000260937A JP11061363A JP6136399A JP2000260937A JP 2000260937 A JP2000260937 A JP 2000260937A JP 11061363 A JP11061363 A JP 11061363A JP 6136399 A JP6136399 A JP 6136399A JP 2000260937 A JP2000260937 A JP 2000260937A
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JP
Japan
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semiconductor switch
cooling body
potential
switch element
transistor inverter
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JP11061363A
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Inventor
Toshihiro Nomura
年弘 野村
Hirotoshi Yamakawa
裕俊 山川
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce noise generated in a transistor inverter, while miniaturizing a transistor inverter and reducing its weight and cost. SOLUTION: For example, the collector surface of a switch Q1 of upper and lower semiconductor switches Q1 and Q2 which are connected in series between the positive and negative PN poles of a DC power supply is connected directly to a cooling body 1, and the collector surface of the switch Q2 is thermally coupled to the same cooling body 1 via an insulator 2, thus reducing a floating capacity from the collector of the switch Q2 to the case of the ground and suppressing the propagation of noise.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、誘導加熱用,可
変速駆動用,スイッチング電源用等として好適なトラン
ジスタインバータの構造、特にノイズ低減、すなわち雑
音端子電圧や、放射ノイズレベルの低減を図ったトラン
ジスタインバータの構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is directed to a structure of a transistor inverter suitable for induction heating, variable speed driving, switching power supply, etc., in particular, to reduce noise, that is, to reduce noise terminal voltage and radiation noise level. The present invention relates to a structure of a transistor inverter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、パワーエレクトロニクス分野でパ
ワートランジスタがスイッチングするとき、トランジス
タの冷却フィンを介してノイズが伝播することが知られ
ている。この点について、図13を参照して以下に説明
する。図13(a)は従来の構造および回路を示すもの
で、2つの冷却体11,12は構造的に、スイッチQ
1,Q2などは回路図的に示している。従来、Q2の冷
却体からケースまたは接地までに漂遊する静電容量、す
なわちストレイキャパシタンスCssは約30pFあ
り、これがノイズに大きく影響する。なお、具体的な数
値は、装置の容量が数kWのものの例である。
2. Description of the Related Art In the field of power electronics, when a power transistor switches, it is known that noise propagates through cooling fins of the transistor. This will be described below with reference to FIG. FIG. 13A shows a conventional structure and circuit. The two cooling bodies 11 and 12 are structurally
1, Q2 and the like are shown in a circuit diagram. Conventionally, the stray capacitance from the cooling body of Q2 to the case or the ground, that is, the stray capacitance Css is about 30 pF, which greatly affects noise. Note that the specific numerical values are examples in which the capacity of the device is several kW.

【0003】図13(b)に電源からスイッチまでの一
般的な回路例を示す。すなわち、ダイオードDで整流
し、平滑コンデンサCDで平滑した直流電圧源をPN間
に得、PからNに向かって上下アームに2つの半導体ス
イッチQ1,Q2を直列に設け、その中点Oを出力点と
して、方形波電圧出力を得るようにしたもので、従来例
というよりは極一般的な回路方式である。ここでは、ス
イッチングノイズが電源側に伝播するのを抑制するため
に、約2nFの接地コンデンサCY1,ノイズフィルタ
F,約1nFの接地コンデンサCY2などが設けられて
いる。
FIG. 13B shows a general circuit example from a power supply to a switch. That is, a DC voltage source rectified by the diode D and smoothed by the smoothing capacitor CD is obtained between PN, and two semiconductor switches Q1 and Q2 are provided in series on the upper and lower arms from P to N, and the midpoint O is output. The point is that a square wave voltage output is obtained, which is an extremely general circuit system rather than the conventional example. Here, a ground capacitor CY1 of about 2 nF, a noise filter F, a ground capacitor CY2 of about 1 nF, and the like are provided to suppress the propagation of switching noise to the power supply side.

【0004】図13(c)は各部波形例を示し、300
Vの電圧源で、約30kHzで運転中の例である。は
出力点Oに生じる方形波例をON間電圧VQ2として示
しており、スイッチング時Q2オフの急峻な300Vの
立ち上がり、Q1オフの立下りが見え、それぞれの直後
の3MHz数十Vの振動が見える。はスイッチング時
にCY2に発生するノイズ電圧例であるVCY2を示
し、およそ、CssとCY2の容量でVQ2の高周波ノ
イズ成分が分圧された値として現れ、約300KHz,
数十V程度となる。数式で表現すると、次式のようにな
る。 VCY2=Css*VQ2/CY2 は雑音端子電圧として観測,計測されるVCY1を示
し、VCY2からノイズフィルタを通過して減衰してく
る30kHz〜数百kHzの成分と、空間伝播してくる
1MHz以上,30MHz以下の成分とがあり、数百m
V,数mVが問題となる。
FIG. 13 (c) shows an example of waveforms of each part,
This is an example of operation at about 30 kHz with a V voltage source. Shows an example of a square wave generated at the output point O as the ON-state voltage VQ2. At the time of switching, a sharp rise of 300V with Q2 off and a fall of Q1 off are observed. . Represents VCY2 which is an example of a noise voltage generated in CY2 at the time of switching, and appears as a value obtained by dividing the high frequency noise component of VQ2 by the capacitance of Css and CY2.
It becomes about several tens of volts. When expressed by a mathematical expression, the following expression is obtained. VCY2 = Css * VQ2 / CY2 indicates VCY1 observed and measured as a noise terminal voltage, a component of 30 kHz to several hundreds kHz attenuated from VCY2 through a noise filter, and 1 MHz or more transmitted spatially. There is a component of 30 MHz or less, and several hundred m
V and several mV are problematic.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来は、Q2の冷却体
がノイズを沢山含んだO点の電位にあり、Cssが大き
いことからVCY2に大きなノイズ電圧を発生し、FC
C(Federal Communications
Commission)やCISPR(Interna
tional Special Committee
on RadioInterference)などの規
格に合格するには大きなノイズフィルタを必要とする
(大型化,コストアップ)。また、Q2の冷却体が大き
なアンテナとなって空間に高調波ノイズを放射するの
で、ノイズフィルタFを飛び越えて電源側に数MHz以
上のノイズが観測され、電源端子部分を静電シールド金
属容器で覆ったりする必要がある(大型化,コストアッ
プ)。
Conventionally, the cooling body of Q2 is at the potential of the point O including a lot of noise, and since Css is large, a large noise voltage is generated in VCY2, and FC2 is generated.
C (Federal Communications)
Commission) and CISPR (Interna)
Tional Special Committee
A large noise filter is required to pass a standard such as “on RadioInterference” (larger size and higher cost). Also, since the cooling body of Q2 becomes a large antenna and radiates harmonic noise into the space, noise of several MHz or more is observed on the power supply side by jumping over the noise filter F, and the power supply terminal portion is covered by an electrostatic shield metal container. It needs to be covered (increase in size and cost).

【0006】図13(a)のようなシールド20を設け
るとすると、余分に大きな部品を追加することになる
が、風の通路を開放するなどの配慮のため、Cssの減
少,ノイズ低減効果は僅か1/2程度、つまり−6dB
程度しかない。また、CY1,CY2は対地の漏れ電流
を抑えるため、数nF以上にはできない。したがって、
この発明の課題は小型,低コストの低ノイズ型トランジ
スタインバータを提供することにある。
If the shield 20 as shown in FIG. 13A is provided, extra large components will be added. However, due to considerations such as opening the air passage, the Css reduction and the noise reduction effect are reduced. Only about 1/2, that is, -6dB
Only about. In addition, CY1 and CY2 cannot be set to several nF or more in order to suppress the leakage current to the ground. Therefore,
An object of the present invention is to provide a small, low-cost, low-noise transistor inverter.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項1の発明では、直流電源の正負極間に上
下アームとして直列接続される上側,下側半導体スイッ
チ素子のうち、電位が変動しない側の半導体スイッチ素
子のコレクタ面を冷却体に直接接合し、電位が変動する
側の半導体スイッチ素子のコレクタ面を絶縁物を介して
冷却体に熱的に結合することを特徴としている。この請
求項1の発明においては、前記上側,下側半導体スイッ
チ素子の冷却体は共通とすることができ(請求項2の発
明)、または、前記上側,下側半導体スイッチ素子の冷
却体は個別とし、各冷却体間を低インピーダンスで結合
することができる(請求項3の発明)。
In order to solve such a problem, according to the first aspect of the present invention, of the upper and lower semiconductor switch elements connected in series as the upper and lower arms between the positive and negative electrodes of a DC power supply, The collector surface of the semiconductor switch element on the side where the voltage does not fluctuate is directly joined to the cooling body, and the collector surface of the semiconductor switch element on the side where the potential fluctuates is thermally coupled to the cooling body via an insulator. . In the first aspect of the present invention, the cooling bodies of the upper and lower semiconductor switching elements can be common (the invention of the second aspect), or the cooling bodies of the upper and lower semiconductor switching elements are individually provided. Thus, the cooling members can be coupled with low impedance (the invention of claim 3).

【0008】請求項4の発明では、直流電源の正負極間
に上下アームとして直列接続される上側,下側半導体ス
イッチ素子をそれぞれ絶縁して個別の冷却体に接合し、
冷却体のそれぞれを低インピーダンスで正電極または負
電極に結合することを特徴としている。請求項5の発明
では、直流電源の正負極間に上下アームとして直列接続
される上側,下側半導体スイッチ素子を絶縁して金属ベ
ースに接合して構成されるトランジスタモジュールを冷
却体に設置し、この冷却体を低インピーダンスで正電極
または負電極のいずれか一方に接合したことを特徴とし
ている。請求項6の発明では、直流電源の正負極間に上
下アームとして直列接続される上側,下側半導体スイッ
チモールド成形部品のうち、電位が変動しない側の半導
体スイッチモールド成形部品のコレクタ面を冷却体に直
接半田付けし、電位が変動する側の半導体スイッチモー
ルド成形部品のコレクタ面を冷却体面に絶縁して設けら
れた回路パターンに半田付けすることを特徴としてい
る。
According to a fourth aspect of the present invention, upper and lower semiconductor switch elements connected in series as upper and lower arms between the positive and negative electrodes of a DC power supply are respectively insulated and joined to individual cooling bodies,
It is characterized in that each of the cooling bodies is coupled to the positive electrode or the negative electrode with low impedance. According to a fifth aspect of the present invention, a transistor module configured by insulating upper and lower semiconductor switch elements connected in series as upper and lower arms between positive and negative electrodes of a DC power supply and joining them to a metal base is installed in the cooling body. This cooling body is characterized in that it is joined to either the positive electrode or the negative electrode with low impedance. According to the invention of claim 6, the collector surface of the semiconductor switch molded part on the side where the potential does not fluctuate among the upper and lower semiconductor switch molded parts connected in series as the upper and lower arms between the positive and negative electrodes of the DC power supply is cooled. And soldering to a circuit pattern provided by insulating the collector surface of the semiconductor switch molded part on the side where the potential fluctuates from the cooling body surface.

【0009】請求項7の発明では、直流電源の正負極間
に上下アームとして直列接続される上側,下側半導体ス
イッチ素子チップのうち、電位が変動しない側の半導体
スイッチ素子チップのコレクタ面を冷却体に直接半田付
けし、電位が変動する側の半導体スイッチ素子チップの
コレクタ面を冷却体面に絶縁して設けられた回路パター
ンに半田付けし、前記回路パターンと半導体スイッチ素
子チップ相互間を電気的に接続し、樹脂封止したことを
特徴としている。請求項8の発明では、直流電源の正負
極間に上下アームとして直列接続される上側,下側半導
体スイッチ素子のうち、電位が変動しない側の半導体ス
イッチ素子のコレクタ面を金属ベースに直接接合し、電
位が変動する側の半導体スイッチ素子のコレクタ面を絶
縁物を介して金属ベースに接合し、かつ、この金属ベー
スを他の絶縁物を介して冷却体に接合することを特徴と
している。
According to the present invention, the collector surface of the semiconductor switch element chip on the side where the potential does not fluctuate among the upper and lower semiconductor switch element chips connected in series as the upper and lower arms between the positive and negative electrodes of the DC power supply is cooled. Solder directly to the body, solder the collector surface of the semiconductor switch element chip on the side where the potential fluctuates to the circuit pattern provided insulated on the cooling body surface, and electrically connect the circuit pattern and the semiconductor switch element chip to each other. And sealed with a resin. According to the eighth aspect of the present invention, the collector surface of the semiconductor switch element on which the potential does not fluctuate among the upper and lower semiconductor switch elements connected in series as the upper and lower arms between the positive and negative electrodes of the DC power supply is directly joined to the metal base. The collector surface of the semiconductor switch element on the side where the potential fluctuates is joined to a metal base via an insulator, and the metal base is joined to a cooling body via another insulator.

【0010】上記請求項1ないし3または6ないし8の
いずれかの発明では、前記電位が変動する側の半導体ス
イッチ素子の面積またはチップ数を、前記電位が変動し
ない側の半導体スイッチ素子のそれよりも大とすること
ができる(請求項9の発明)。請求項10の発明では、
直流電源の正負極間に上下アームとして直列接続される
上側,下側半導体スイッチ素子を絶縁して金属ベースに
接合して構成されるトランジスタモジュールを絶縁物を
介して冷却体に設置し、前記金属ベースを低インピーダ
ンスで正電極または負電極のいずれか一方に接合したこ
とを特徴としている。この請求項10の発明において
は、前記トランジスタモジュールを絶縁物を介して他の
金属ベースに接合したのち前記冷却体に設置することが
できる(請求項11の発明)。
In any one of the first to third or sixth to eighth aspects of the present invention, the area or the number of chips of the semiconductor switch element on the side where the potential fluctuates is made smaller than that of the semiconductor switch element on the side where the potential does not fluctuate. Can also be increased (the invention of claim 9). In the invention of claim 10,
A transistor module formed by insulating upper and lower semiconductor switch elements connected in series as upper and lower arms between the positive and negative electrodes of a DC power supply and joining them to a metal base is installed on a cooling body via an insulator, and It is characterized in that the base is joined to either the positive electrode or the negative electrode with low impedance. According to the tenth aspect, the transistor module can be mounted on the cooling body after being joined to another metal base via an insulator (the invention of the eleventh aspect).

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、この発明の第1の実施の
形態を説明する説明図で、同(a)は構造断面図、同
(b)はその平面図(裏面側から見た平面図)、同
(c)はその構造および回路図である。同(a),
(b)からも明らかなように、冷却体1を一つにしてQ
2を絶縁シート等の絶縁物2により絶縁し、ネジ3で主
回路基板4に取り付けるようにしたものである。Q2は
絶縁物2の熱抵抗が増加し、通電能力がダウンするの
で、同(b),(c)に示すように2個並列にしてい
る。Q2は2個以上とすることができ、複数個とする代
りにその面積を大きくすることもできる。このようにす
るのはQ1,Q2の一方のみを絶縁する場合に共通であ
る。Q1は1つで、伝熱グリース5を介してネジ3で直
接その冷却体1に取り付けられ、その結果、冷却体1は
ここではP電位に低インピーダンスで接続される。な
お、図示の如き形状の一般的なトランジスタ,TO3
P,TO220型などでは、冷却体1への取り付け面が
金属ベースで、コレクタ電位となっている。最近は絶縁
形もあるので、2種類を使い分けることで、絶縁する方
も絶縁シートなしでそのまま利用することができる。
FIG. 1 is an explanatory view for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a structural sectional view, and FIG. 1 (b) is a plan view thereof (as viewed from the back side). (C) is a structure and a circuit diagram thereof. (A),
As is clear from FIG.
2 is insulated by an insulator 2 such as an insulating sheet and attached to the main circuit board 4 with screws 3. Since Q2 increases the thermal resistance of the insulator 2 and lowers the current-carrying capacity, two Q2s are arranged in parallel as shown in FIGS. Q2 can be two or more, and the area can be increased instead of plural. This is common when only one of Q1 and Q2 is insulated. Q1 is one and is attached directly to its cooling body 1 with screws 3 via heat transfer grease 5, so that the cooling body 1 is now connected to P potential with low impedance. It should be noted that a general transistor having a shape as shown in FIG.
In the P, TO220 type and the like, the surface to be attached to the cooling body 1 is a metal base and has a collector potential. Recently, there is also an insulation type, and by using two types properly, the person who insulates can use it without an insulation sheet.

【0012】図1(b)に示すように、整流ダイオード
Dもその冷却体1に取り付けられている。トランジスタ
とダイオードの口出し端子は素子の間近で直角に曲げら
れ、主回路基板4に最短で半田付けされる。主回路基板
4のネジ3には、ネジの頭が十分通る大きな穴が明けら
れ、ネジ3の着脱ができるようになっている。図1
(c)は負荷が加熱コイルLの例を示し、ノイズの多い
O点は渦巻きの中心側につなぎ、できるだけノイズを放
射しないようにしている。冷却体との静電容量Ccf
は、薄い絶縁体で密着されるので、約100pFと大き
なものになるが、問題のCssは約3pFと1/10に
激減する。
As shown in FIG. 1B, a rectifier diode D is also attached to the cooling body 1. The lead terminals of the transistor and the diode are bent at a right angle near the element and are soldered to the main circuit board 4 in the shortest distance. The screw 3 of the main circuit board 4 has a large hole through which the head of the screw passes sufficiently, so that the screw 3 can be attached and detached. FIG.
(C) shows an example in which the load is the heating coil L. The point O, which is noisy, is connected to the center of the spiral so that noise is not emitted as much as possible. Capacitance Ccf with cooling body
Is made as large as about 100 pF because it is adhered with a thin insulator, but the Css in question is drastically reduced to about 3 pF and 1/10.

【0013】スイッチング素子として、上記ではIGB
T(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を想定してい
るが、FETや他のトランジスタ等を用いることができ
る。また、図1のQ1,Q2をトランジスタとして見た
ときは、いわゆるNPN形ということになるが、例えば
図2のようなPNP形のものを用いるとすれば、Q1の
コレクタが絶縁体を介して冷却体に接合されることにな
る。すなわち、電位が変動する側(O点)の半導体スイ
ッチ素子のコレクタ面を絶縁物を介して冷却体に接合す
る。
In the above description, the switching element is IGB
Although T (insulated gate bipolar transistor) is assumed, an FET or another transistor can be used. When Q1 and Q2 in FIG. 1 are viewed as transistors, they are of the so-called NPN type. For example, if a PNP type as shown in FIG. 2 is used, the collector of Q1 is connected via an insulator. It will be joined to the cooling body. That is, the collector surface of the semiconductor switch element on the side where the potential fluctuates (point O) is joined to the cooling body via the insulator.

【0014】図1,図2のようにすることにより、下記
1)〜4)のような効果を期待できる。 1)Cssの値が一桁小さくなることで、VCY2のノ
イズ電圧レベルが一桁小さく;−20dBとなり、ノイ
ズフィルタを小さくできる。Cssが小さくなっても、
モータ駆動などのように出力導体Oが長大となるものに
ついては、結果としてCssが小さくならないので効果
が少ない。したがって、出力導体の短いまたは無い、電
磁調理器やスイッチング電源などに効果が大である。 2)冷却体はノイズの少ない電位に接続され、Q2のコ
レクタはその冷却体と主回路基板に覆われてノイズを放
射することができなくなる。トランジスタから負荷に至
る、出力導体Oの配線がノイズを放射するのを防止すれ
ば、放射ノイズの影響も1/10以下にすることができ
る。 3)Ccfは等価的に、図13(b)のPO間にあるC
oss(Q1内の寄生容量)と同じ効果を持つものとな
り、結果として、VQ2の立ち上がり,立下りの傾斜を
緩め、ノイズの低減に有効な容量となる。 4)冷却体が1つとなり、主回路基板に平面的に多数の
点で安定して半田付け支持されるので、特別な冷却体の
支持部品が不要となり、部品点数の削減,軽量化,低コ
スト化となる。この効果は、各図の上下アーム1組;ハ
ーフブリッジのみでなく、2組のフルブリッジ、3組の
3相ブリッジなどの各種インバータ回路にも及び、それ
ぞれ1つの冷却体で構成できる利点がある。
1 and 2, the following effects 1) to 4) can be expected. 1) Since the value of Css is reduced by one digit, the noise voltage level of VCY2 is reduced by one digit; -20 dB, and the noise filter can be reduced. Even if Css becomes smaller,
In the case where the output conductor O is long, such as a motor drive, Css is not reduced as a result, so that the effect is small. Therefore, the effect is great for an electromagnetic cooker, a switching power supply, or the like having a short or no output conductor. 2) The cooling body is connected to a potential with low noise, and the collector of Q2 is covered by the cooling body and the main circuit board, so that the noise cannot be radiated. If the wiring of the output conductor O from the transistor to the load is prevented from radiating noise, the effect of radiation noise can be reduced to 1/10 or less. 3) Ccf is equivalently the C between POs in FIG.
oss (parasitic capacitance in Q1) has the same effect. As a result, the rising and falling slopes of VQ2 are relaxed, and the capacitance is effective for reducing noise. 4) Since only one cooling body is used and is stably soldered and supported on the main circuit board at a large number of points, no special cooling body support parts are required, and the number of parts is reduced, the weight is reduced, and the weight is reduced. It becomes costly. This effect is achieved by one set of upper and lower arms in each figure; not only a half bridge but also two full bridges and three sets
The present invention extends to various inverter circuits such as a three-phase bridge, and has an advantage that it can be constituted by one cooling body.

【0015】図3はこの発明の第2の実施の形態を示す
構成図で、冷却体が11,12と2分割されている場合
である。このような場合に冷却体11,12間を図示の
如く低インピーダンス接続7で接続する。図4はこの発
明の第3の実施の形態を示す構成図で、これも冷却体が
11,12と2分割されている場合であり、図示の如く
冷却体11をP電位、冷却体12をN電位に接続する。
図4では冷却体11をP電位、冷却体12をN電位に接
続したが、冷却体11をN電位、冷却体12をP電位に
接続することもできる。図3,図4のようにする効果
は、図1の場合と全く同様である。このとき、絶縁した
冷却体を従来と同様にケース,接地電位などに接続する
とかえってノイズを増やすことになるので、注意が肝要
である。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, in which a cooling body is divided into 11 and 12 parts. In such a case, the cooling bodies 11 and 12 are connected by a low impedance connection 7 as shown in the figure. FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention, in which the cooling body is divided into 11 and 12, and the cooling body 11 is set to the P potential and the cooling body 12 is Connect to N potential.
In FIG. 4, the cooling body 11 is connected to the P potential and the cooling body 12 is connected to the N potential. However, the cooling body 11 may be connected to the N potential and the cooling body 12 may be connected to the P potential. The effects shown in FIGS. 3 and 4 are exactly the same as those in FIG. At this time, it is important to note that connecting the insulated cooling body to the case, the ground potential, or the like in the same manner as in the past increases noise instead.

【0016】図5はこの発明の第4の実施の形態を示す
構成図である。これは、標準構造のトランジスタモジュ
ールMの例を示し、金属ベース8はトランジスタ回路か
ら絶縁されている。そして、絶縁された冷却体1は、従
来は、ケースに接続するか、接地または開放とするもの
であった。このため、いずれの場合も大きなノイズを電
源に伝えるノイズ伝達構造となっている。そこで、図示
のように、冷却体1を例えばN電位に低インピーダンス
で接続することにより、ノイズを低減するものである。
このとき、内部結合S1と外部結合S2があるが、接続
モジュールの内部で接続する内部結合S1の方が、より
低インピーダンス構造となる。なお、ここでは冷却体1
をN電位に接続したが、P電位に接続しても良いのは勿
論である。この例では、冷却体とケースの絶縁があらた
めて必要であるが、ノイズフィルタの小型化,低コスト
化が図られる。
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention. This shows an example of a transistor module M having a standard structure, in which the metal base 8 is insulated from the transistor circuit. Conventionally, the insulated cooling body 1 is connected to a case, grounded or opened. For this reason, in each case, a noise transmission structure for transmitting large noise to the power supply is provided. Therefore, as shown in the figure, the noise is reduced by connecting the cooling body 1 to, for example, the N potential with low impedance.
At this time, there are the internal coupling S1 and the external coupling S2, but the internal coupling S1 connected inside the connection module has a lower impedance structure. Here, the cooling body 1
Is connected to the N potential, but may be connected to the P potential. In this example, although the insulation between the cooling body and the case is required again, the size and cost of the noise filter can be reduced.

【0017】図6,図7はこの発明の第5の実施の形態
を示す構成図で、冷却体1に例えばモールド成形された
半導体スイッチモールド成形部品Q1のコレクタを半田
付け9をするようにした例を示す。半田付け9は冷却体
を銅合金にすることで対処可能であるし、アルミに無電
解メッキをすることでも可能である。半導体スイッチモ
ールド成形部品Q2側はQ1に合わせて、半田付けが可
能な絶縁取り付け構造とすることが望ましい。なお、図
6は主回路基板4で主回路配線をした例であり、図7は
冷却体表面で主回路配線の一部を施した例を示す。ま
た、30は絶縁回路パターンまたはDBC(Direc
t Bonding Copper)基板を示してい
る。図6,図7の例によれば、部品を冷却体に取り付け
るためのネジが不要となり、さらなる部品点数の削減が
可能となる。ネジがなくなることで冷却体の肉厚を極限
まで薄くでき、例えば1mm以下の超軽量冷却体ができ
る。また、半田付けにより、電気,熱の結合も良くな
る。
FIGS. 6 and 7 show a fifth embodiment of the present invention, in which a collector of a semiconductor switch molded part Q1 molded, for example, into a cooling body 1 is soldered 9. FIG. Here is an example. Soldering 9 can be dealt with by using a copper alloy for the cooling body, or by electroless plating aluminum. It is desirable that the semiconductor switch molded component Q2 side has an insulative mounting structure that can be soldered in accordance with Q1. 6 shows an example in which the main circuit wiring is provided on the main circuit board 4, and FIG. 7 shows an example in which a part of the main circuit wiring is provided on the surface of the cooling body. Reference numeral 30 denotes an insulating circuit pattern or DBC (Direct
2 shows a (T Bonding Copper) substrate. According to the examples of FIGS. 6 and 7, screws for attaching components to the cooling body are not required, and the number of components can be further reduced. By eliminating the screws, the thickness of the cooling body can be made as thin as possible. For example, an ultralight cooling body of 1 mm or less can be obtained. In addition, soldering improves the coupling between electricity and heat.

【0018】図8,図9はこの発明の第6の実施の形態
を示す構成図である。これは、トランジスタ半導体チッ
プそのものを冷却体に直接半田付け9をし、ワイヤボン
ド10などで主回路配線をした例で、上記半導体モール
ド成形部品を半導体チップに置き換えれば、図6,図7
と殆ど同様である。なお、図9は冷却体が水冷式の例で
ある。図8,図9の例によれば、図6,図7の例よりも
さらに小型軽量化を図ることができる。
FIGS. 8 and 9 are block diagrams showing a sixth embodiment of the present invention. This is an example in which the transistor semiconductor chip itself is directly soldered 9 to the cooling body and the main circuit wiring is carried out by wire bonding 10 or the like.
It is almost the same. FIG. 9 shows an example in which the cooling body is a water-cooled type. According to the examples of FIGS. 8 and 9, the size and weight can be further reduced as compared with the examples of FIGS.

【0019】これまでの例は、冷却体が主回路電位に接
続されるようになっていて、接地することができなかっ
たが、以下のように二重絶縁にすることで、冷却体をケ
ースや大地または人体などの自由な電位に接続または接
触させることができる。このとき、二重絶縁に挟まれる
金属板はインバータ内の電位が変動しないPまたはN電
位に、低インピーダンスで接続されることが、ノイズ低
減のために重要である。図10は図1に絶縁物21と金
属ベース81を付加したもので、冷却体1が接地可能と
なる例である。図11は図5の標準構造のトランジスタ
モジュールMと冷却体1との間に絶縁物21を挿入し、
金属ベース8をN電位に結合Sした例である。P電位に
結合してもよいのは勿論である。図12は図5の標準構
造のトランジスタモジュールM内を二重絶縁構造にし、
内部で金属ベース8をN電位に結合Sした特殊モジュー
ルの例である。ノイズを低減した上で、どこにでも自由
に取り付けられる、取り扱いやすいモジュールとなって
おり、冷却体1は金属ベース81の上に設置される。金
属ベース8をP電位に結合しても良いのは図11の場合
と同様である。
In the above examples, the cooling body was connected to the main circuit potential and could not be grounded. Or a free potential such as the ground or the human body. At this time, it is important for the noise reduction that the metal plate sandwiched between the double insulations is connected with a low impedance to the P or N potential where the potential in the inverter does not fluctuate. FIG. 10 shows an example in which the insulator 21 and the metal base 81 are added to FIG. 1, and the cooling body 1 can be grounded. FIG. 11 shows that the insulator 21 is inserted between the transistor module M having the standard structure of FIG.
This is an example in which the metal base 8 is connected S to the N potential. Of course, it may be coupled to the P potential. FIG. 12 shows a transistor module M having the standard structure shown in FIG.
This is an example of a special module in which a metal base 8 is internally connected to an N potential S. The cooling module 1 is installed on a metal base 81 with a noise-reduced and easily mountable module that can be freely installed anywhere. The metal base 8 may be coupled to the P potential as in the case of FIG.

【0020】[0020]

【発明の効果】この発明によれば、トランジスタインバ
ータのスイッチング時に発生するノイズを小型軽量化,
低コスト化を図りつつ低減し得るという利点が得られ
る。
According to the present invention, the noise generated at the time of switching of the transistor inverter can be reduced in size and weight,
The advantage that the cost can be reduced while reducing the cost is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施の形態を説明する説明図
である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a first embodiment of the present invention.

【図2】図1でスイッチ素子の型が異なる場合の説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram in the case where the types of switch elements are different in FIG.

【図3】この発明の第2の実施の形態を示す概要図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第3の実施の形態を示す概要図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第4の実施の形態を示す概要図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第5の実施の形態を説明する説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.

【図7】図6の変形例を説明する説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a modification of FIG.

【図8】この発明の第6の実施の形態を説明する説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a sixth embodiment of the present invention.

【図9】図8の変形例を示す概要図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a modification of FIG.

【図10】この発明の第7の実施の形態を説明する説明
図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a seventh embodiment of the present invention.

【図11】この発明の第8の実施の形態を示す概要図で
ある。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an eighth embodiment of the present invention.

【図12】図11の変形例を示す概要図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing a modification of FIG.

【図13】従来例を説明するための説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,12…冷却体、2,21…絶縁物、3…ネ
ジ、4…主回路基板、5…伝熱グリース、6…ケース、
7…低インピーダンス接続、8,81…金属ベース、9
…半田付け、10…ワイヤボンディング、20…シール
ド、30…絶縁回路パターン(またはDBC)、M…標
準トランジスタモジュール。
1, 11, 12: cooling body, 2, 21: insulator, 3: screw, 4: main circuit board, 5: heat transfer grease, 6: case,
7 ... low impedance connection, 8,81 ... metal base, 9
... Soldering, 10 ... Wire bonding, 20 ... Shield, 30 ... Insulated circuit pattern (or DBC), M ... Standard transistor module.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流電源の正負極間に上下アームとして
直列接続される上側,下側半導体スイッチ素子のうち、
電位が変動しない側の半導体スイッチ素子のコレクタ面
を冷却体に直接接合し、電位が変動する側の半導体スイ
ッチ素子のコレクタ面を絶縁物を介して冷却体に熱的に
結合することを特徴とするトランジスタインバータの構
造。
1. An upper and lower semiconductor switch element connected in series as an upper and lower arm between a positive electrode and a negative electrode of a DC power supply,
The collector surface of the semiconductor switch element on the side where the potential does not fluctuate is directly joined to the cooling body, and the collector surface of the semiconductor switch element on the side where the potential fluctuates is thermally coupled to the cooling body via an insulator. Structure of a transistor inverter.
【請求項2】 前記上側,下側半導体スイッチ素子の冷
却体は共通とすることを特徴とする請求項1に記載のト
ランジスタインバータの構造。
2. The structure of the transistor inverter according to claim 1, wherein a cooling body for the upper and lower semiconductor switch elements is shared.
【請求項3】 前記上側,下側半導体スイッチ素子の冷
却体は個別とし、各冷却体間を低インピーダンスで結合
することを特徴とする請求項1に記載のトランジスタイ
ンバータの構造。
3. The structure of the transistor inverter according to claim 1, wherein the cooling bodies of the upper and lower semiconductor switching elements are separated from each other, and the cooling bodies are coupled with low impedance.
【請求項4】 直流電源の正負極間に上下アームとして
直列接続される上側,下側半導体スイッチ素子をそれぞ
れ絶縁して個別の冷却体に接合し、冷却体のそれぞれを
低インピーダンスで正電極または負電極に結合すること
を特徴とするトランジスタインバータの構造。
4. An upper and lower semiconductor switch element connected in series as an upper and lower arm between the positive and negative electrodes of a DC power source is insulated and joined to individual cooling bodies, and each of the cooling bodies has a low impedance with a positive electrode or a positive electrode. A transistor inverter structure coupled to a negative electrode.
【請求項5】 直流電源の正負極間に上下アームとして
直列接続される上側,下側半導体スイッチ素子を絶縁し
て金属ベースに接合して構成されるトランジスタモジュ
ールを冷却体に設置し、この冷却体を低インピーダンス
で正電極または負電極のいずれか一方に接合したことを
特徴とするトランジスタインバータの構造。
5. A cooling module comprising a transistor module comprising upper and lower semiconductor switch elements connected in series as upper and lower arms between the positive and negative electrodes of a DC power supply and insulated and joined to a metal base. A structure of a transistor inverter, wherein a body is joined to one of a positive electrode and a negative electrode with low impedance.
【請求項6】 直流電源の正負極間に上下アームとして
直列接続される上側,下側半導体スイッチモールド成形
部品のうち、電位が変動しない側の半導体スイッチモー
ルド成形部品のコレクタ面を冷却体に直接半田付けし、
電位が変動する側の半導体スイッチモールド成形部品の
コレクタ面を冷却体面に絶縁して設けられた回路パター
ンに半田付けすることを特徴とするトランジスタインバ
ータの構造。
6. The collector surface of the semiconductor switch molded part on the side where the potential does not fluctuate among the upper and lower semiconductor switch molded parts connected in series as the upper and lower arms between the positive and negative electrodes of the DC power supply is directly connected to the cooling body. Solder,
A structure of a transistor inverter, wherein a collector surface of a semiconductor switch molded part on a side where a potential fluctuates is soldered to a circuit pattern provided insulated from a cooling body surface.
【請求項7】 直流電源の正負極間に上下アームとして
直列接続される上側,下側半導体スイッチ素子チップの
うち、電位が変動しない側の半導体スイッチ素子チップ
のコレクタ面を冷却体に直接半田付けし、電位が変動す
る側の半導体スイッチ素子チップのコレクタ面を冷却体
面に絶縁して設けられた回路パターンに半田付けし、前
記回路パターンと半導体スイッチ素子チップ相互間を電
気的に接続し、樹脂封止したことを特徴とするトランジ
スタインバータの構造。するトランジスタインバータの
構造。
7. The collector surface of the semiconductor switch element chip on the side where the potential does not fluctuate among the upper and lower semiconductor switch element chips connected in series as the upper and lower arms between the positive and negative electrodes of the DC power supply is directly soldered to the cooling body. Then, the collector surface of the semiconductor switch element chip on the side where the potential fluctuates is soldered to a circuit pattern provided insulated on the cooling body surface, and the circuit pattern and the semiconductor switch element chip are electrically connected to each other, A transistor inverter structure characterized by being sealed. Structure of a transistor inverter.
【請求項8】 直流電源の正負極間に上下アームとして
直列接続される上側,下側半導体スイッチ素子のうち、
電位が変動しない側の半導体スイッチ素子のコレクタ面
を金属ベースに直接接合し、電位が変動する側の半導体
スイッチ素子のコレクタ面を絶縁物を介して金属ベース
に接合し、かつ、この金属ベースを他の絶縁物を介して
冷却体に接合することを特徴とするトランジスタインバ
ータの構造。
8. An upper and lower semiconductor switch element connected in series as an upper and lower arm between positive and negative electrodes of a DC power supply,
The collector surface of the semiconductor switch element on the side where the potential does not fluctuate is directly joined to the metal base, the collector surface of the semiconductor switch element on the side where the potential fluctuates is connected to the metal base via an insulator, and this metal base is A transistor inverter structure which is joined to a cooling body via another insulator.
【請求項9】 前記電位が変動する側の半導体スイッチ
素子の面積またはチップ数を、前記電位が変動しない側
の半導体スイッチ素子のそれよりも大とすることを特徴
とする請求項1ないし3または6ないし8のいずれかに
記載のトランジスタインバータの構造。
9. The semiconductor switching device according to claim 1, wherein the area or the number of chips of the semiconductor switching element on the side where the potential fluctuates is larger than that of the semiconductor switching element on the side where the potential does not fluctuate. 9. The structure of the transistor inverter according to any one of 6 to 8.
【請求項10】 直流電源の正負極間に上下アームとし
て直列接続される上側,下側半導体スイッチ素子を絶縁
して金属ベースに接合して構成されるトランジスタモジ
ュールを絶縁物を介して冷却体に設置し、前記金属ベー
スを低インピーダンスで正電極または負電極のいずれか
一方に接合したことを特徴とするトランジスタインバー
タの構造。
10. A transistor module formed by insulating upper and lower semiconductor switch elements connected in series as upper and lower arms between positive and negative electrodes of a DC power supply and joining them to a metal base is connected to a cooling body via an insulator. A transistor inverter structure, wherein the metal base is installed at a low impedance to one of a positive electrode and a negative electrode.
【請求項11】前記トランジスタモジュールを絶縁物を
介して他の金属ベースに接合したのち前記冷却体に設置
することを特徴とする請求項10に記載のトランジスタ
インバータの構造。
11. The structure of the transistor inverter according to claim 10, wherein said transistor module is joined to another metal base via an insulator and then installed on said cooling body.
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US6984887B2 (en) 2003-02-24 2006-01-10 Onkyo Corporation Heatsink arrangement for semiconductor device
CN100403528C (en) * 2003-02-24 2008-07-16 安桥株式会社 Heatsink arrangement for semiconductor device

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