JP2001086770A - 電力変換器の主回路構造 - Google Patents

電力変換器の主回路構造

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JP2001086770A
JP2001086770A JP25843599A JP25843599A JP2001086770A JP 2001086770 A JP2001086770 A JP 2001086770A JP 25843599 A JP25843599 A JP 25843599A JP 25843599 A JP25843599 A JP 25843599A JP 2001086770 A JP2001086770 A JP 2001086770A
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conductor
power converter
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Satoru Ito
知 伊東
Kiyoshi Nakada
仲田  清
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電力変換器の主回路配線におけるインダクタン
スの低減を図り、かつ、絶縁の容易化、加工の容易化を
図り、簡単な構成で実現することにある。 【解決手段】IGBTモジュール1、2と、積層した並
行平板状の正側導体3負側導体5と、交流側導体4と、
前記導体を固定する固定具6〜9からなる電力変換器に
おいて、外付け回路201は、跳ね上がり電圧抑制やリ
ンギング防止を目的に設置され、コンデンサや抵抗など
の構成要素を一体化した構成であり、ボルト213によ
り導体3と、ボルト214により導体4と、ボルト21
5により導体5と、それぞれ電気的に接続されるととも
に、機械的に支持される。外付け回路201は、さらに
図示しない固定手段によりヒートブロック101に取り
付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両用の電力
変換器など電力変換器一般の実装構造、特に電力変換器
の主回路構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電力変換器の配線は、特開平1−
160373号公報に示すような細長い導体バーや電線
が使用されていた。このような構成では、配線のインダ
クタンスが大きいため、IGBTモジュールをオン、オ
フした際の電流や電圧の跳ね上がりが大きい。このた
め、IGBTモジュールを保護するため、大きな容量の
スナバ回路等を接続する必要があり、装置の小型化の障
害となっていた。
【0003】ところで、インダクタンスを低減するに
は、電流の経路である導体をできるだけ平たい形状と
し、かつ往路と復路の導体をできるだけ近接して設置す
る、いわゆる平行平板状にすれば良いことが知られてい
る。これは、往路と復路が作る磁束の変化が互いに相殺
し、見かけ上磁束の変化が殆どなくなるからである。
【0004】このような原理を使用した配線方法として
は、特開平7−131981号公報、特開平9−470
36号公報、特開平6−327266号公報、特開平7
−245951号公報、特開平6−38507号公報お
よび特開平9ー70184号公報などに記載の技術があ
げられる。これらはいずれも上述のように絶縁層などを
挾んで平板状導体を近接配置した平行平板状の配線を用
いており、インダクタンス低減を実現している。
【0005】このような低インダクタンスの配線を用い
ることにより、スイッチング時の跳ね上がり電圧ピーク
が下がり、多くの場合スナバ回路が不要となる。しかし
ながら装置の仕様や定数、条件によっては、スイッチン
グ時の跳ね上がり電圧ピークをさらに下げるためのスナ
バ回路や、リンギングによる過電圧防止用RC回路のよ
うな外付け回路が必要な場合がある。
【0006】外付け回路用の抵抗やコンデンサには、近
年内部インダクタンスの小さなものが入手できるように
なっているが、主回路からこれら抵抗やコンデンサな
ど、外付け回路の構成要素まで接続する配線のインダク
タンスが高く、ともすれば外付け回路全体のインダクタ
ンスが高くなりがちである。そのため、その回路の十分
な効果(跳ね上がり電圧抑制、リンギング抑制など、そ
の外付け回路が目的とする効果)が得られない場合があ
る。
【0007】実開平2−41634号公報では、スナバ
回路を一体化したモジュールとし、その高さを半導体モ
ジュールとそろえる発明が示される。しかしながらこの
ために、積層した平板導体を主回路に用いる場合には適
用できず、前記公報に示されるような細長いブス導体を
用いざるを得ず、主回路インダクタンスが大きくなる。
実開平6−52387号公報では、銅板ブス上にスナ
バ回路を設置する発明が示される。しかしながら、この
発明ではスナバ回路の抵抗やコンデンサ等を冷却しにく
い。また、主回路ブスも切り欠かねばならぬため、主回
路インダクタンスが増加、もしくは並列接続した際の各
半導体素子の電流バランスが悪化しかねない。
【0008】特開平1−160373号公報および特開
平9−219970号公報では、フィルタコンデンサと
電源および負荷以外の外付け回路の接続が考慮されてい
ないうえ、主回路が細長いブスで構成されており、主回
路インダクタンスが大きくなる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、主回
路インダクタンスを増加させることなく、スナバ回路や
リンギング防止回路のような外付け回路のインダクタン
スの低減を図り、かつ、簡単な構成で実現することにあ
る。
【0010】また上記とともに、外付け回路の設置に起
因する主回路インダクタンスの増加をなくすること、主
回路において半導体モジュールが複数接続される場合
は、端子電流のバランスを悪化させないことにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題は、外付け回路
をモジュール化するなどして一体化し、かつその端子高
さを接続する主回路ブス導体の設置高さに合わせること
で解決できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。
【0013】図1に本発明の代表的実施例を示す。2レ
ベル3相の構造であり、ヒーロブロックやフィルタコン
デンサを含むパワーユニット全体の構成を示す。わかり
やすくするために、一部の部品を透過あるいは省略して
示している。
【0014】IGBTモジュール1および2は、ヒート
ブロック101に取り付けられており、発生した熱を冷
却し、IGBTモジュール1、2が過熱しないようにす
る。IGBTモジュール1、2の端子は、導体3、4、
5により、跳ね上がり電圧抑制やリンギング防止などの
目的で設置される外付け回路201、および図示しない
フィルタコンデンサや電源、負荷などの外部回路と接続
される。IGBTモジュール1、2はいずれも1つのモ
ジュールに3組のコレクタ・エミッタ端子を有する構成
であり、電気的にはIGBTモジュールを3並列にする
のと等価である。 また図2に、導体3〜5のそれぞれ
の外形を示す。
【0015】正側導体3の端部に所定の深さのスリット
3Sを設け、これを折り曲げることにより、脚3fを形
成する。脚3fの先には、IGBTモジュール1と接続
するIGBT端子部35が設けられており、ボルト6a
〜cによりIGBTモジュール1のコレクタ端子C1、
C2、C3と電気的及び機械的に接続されている。
【0016】交流側導体4の、IGBTモジュール1の
エミッタ端子E1、E2、E3およびIGBTモジュー
ル2のコレクタ端子C1、C2、C3と接続する部分
も、同様に脚4fおよびIGBT端子部48a、48b
が設けられ、間にはスリット4sが設けられる。IGB
T端子部48a、48bは、ボルト7a〜c、8a〜c
によりIGBTモジュール1、2に接続される。脚4f
の高さは導体3の脚3fよりも高く設定しているため、
交流側導体4は正側導体3よりも上層に設置されること
になる。このような構成のため、両導体の間隔は、ボル
ト6a〜cの頭の高さとは無関係に設定でき、低インダ
クタンス化に寄与する。導体3と4の間には絶縁板14
が設けられる。ここでは、絶縁板14は、導体3とも4
とも離れて設置されるため、導体の放熱性がよく、温度
上昇を抑えることができ、導体により多くの電流を流す
ことができる。導体3と4間が、絶縁距離を保つのに十
分離れていれば、絶縁板を省略することができる。ま
た、導体に流れる電流がそれほど多くなく、導体の発熱
量が特別問題とならない場合には、絶縁板14を導体3
もしくは4に密着させたり、あるいは導体3と4を絶縁
板14を介して密着させることにより、インダクタンス
のさらなる低下や、省スペース化、部品数低減を実施で
きる。
【0017】同様に、負側導体5の、IGBTモジュー
ル2と接続する部分も、同様に脚5fおよびIGBT端
子部55が設けられ、間にはスリット5sが設けられ
る。IGBT端子部55はボルト9a〜cによりIGB
Tモジュール2と接続される。脚5fの高さは、導体4
の脚4fより大きく、導体4と適当な間隔を置くように
設定される。導体4と5の間には、絶縁板15が配置さ
れる。
【0018】IGBTモジュールを並列接続した場合
(および図1のように複数端子を持つIGBTモジュー
ルを用いた場合も同じ)、各端子の電流をバランス化す
ることが重要である。しかしながらブス導体の形状によ
っては、各端子からみたインダクタンスのアンバランス
が生じ、このため端子電流アンバランスが発生する。こ
の場合、導体3を例に取ると、IGBTモジュール1内
の配線と、導体3によりできるループを横流電流が流れ
ることになる。例えば、3f→3→3f→1内部配線、
の経路で横流電流が流れる。スリット3sを設けること
により、この横流電流の流れるループの長さをのばすこ
とができ、ループのインダクタンスが増大し、横流電流
が減るので、端子電流のバランス化が可能となる。交流
側導体4、負側導体5についても同様であり、スリット
4s、5sを設けることにより、端子電流のバランス化
を図っている。
【0019】外付け回路201は、ボルト213により
導体3と、ボルト214により導体4と、ボルト215
により導体5と、それぞれ電気的に接続されるととも
に、機械的に支持される。外付け回路201は、さらに
図示しない固定手段によりヒートブロック101に取り
付けられる。このため、外付け回路201で発生した熱
は、ヒートブロック101で装置外に放熱され、外付け
回路201の過熱を容易に防止することができる。
【0020】また、図3は外付け回路201単体の外形
図、図4は1相分の回路図である。外付け回路201
は、直列接続されたコンデンサ221、222、抵抗2
23、224で構成され、これが一体となってモジュー
ルを形成している。外付け回路201の端子203が図
4のP点に、端子204がU点に、端子205がN点に
それぞれ対応する。端子203〜205は、それぞれに
接続される導体3〜5の設置高さに対応した高さに設定
されている。このため、導体3〜5には機械的支持を目
的とした絶縁端子等をわざわざ別途用いる必要がなくな
り、簡単な構成で実現できる。また、主回路の導体3〜
5と、外付け回路201を電線を介さず直接接続できる
ため、外付け回路のインダクタンスを低減できる。
【0021】また、外付け回路201の設置のために主
回路導体3〜5の形状を特別変更せずにすむため、主回
路インダクタンスは増加することはなく、またIGBT
端子電流バランスを悪化させることもない。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外付け回路を一体のモジュール化して直接主回路導体に
接続するため、外付け回路のインダクタンスが低くな
り、十分な効果(跳ね上がり電圧抑制、リンギング抑制
など、その外付け回路が目的とする効果)を得ることが
できる。
【0023】また、導体の機械的支持用の絶縁端子等も
不要となるため、部品数が少ない簡単な構成で実現可能
となる。
【0024】また、外付け回路をヒートブロックに直接
設置できるため、外付け回路を冷却しやすい。
【0025】また、主回路導体の形状を外付け回路の設
置のために特別変更する必要がないため、主回路インダ
クタンスを増加させることはなく、半導体素子を並列接
続した際の電流バランスを悪化させなくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す図。
【図2】図1の実施形態の正側導体、交流側導体、およ
び負側導体の形状を示す図。
【図3】図1の実施形態での外付け回路モジュール単体
の外形図。
【図4】図1の実施形態の1相分の電気的な接続を示す
回路図。
【符号の説明】
1、2…IGBTモジュール、3…正側導体、3f、4
f、5f…導体の脚、3s、4s、5s…スリット、4
…交流側導体、5…負側導体、6〜9…ボルト、14〜
15…絶縁板、30、40、50…出力端子、35、4
8a〜b・55…IGBT端子、101…ヒートブロッ
ク、201…外付け回路モジュール、203〜205…
外付け回路の端子、213〜215…ボルト、221、
222…外付け回路のコンデンサ、223、224…外
付け回路の抵抗、210…フィルタコンデンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H006 CA01 CA07 CB01 CC02 HA07 HA08 5H007 CA01 CB05 CC03 DA05 FA20 HA04 5H740 BA11 BA18 BB05 BB07 BB08 BB09 BC01 BC02 MM03 PP01 PP02 PP03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の半導体素子により直流を交流に変
    換またはその逆変換をする電力変換器であって、該変換
    器は前記半導体素子とその素子のコレクタ端子およびエ
    ミッタ端子が同一方向側面から取り出す構成で一体成型
    された半導体モジュールを1相分として少なくとも2個
    備え、その一方の半導体モジュールのコレクタ端子と直
    流電源の正極を接続する正側導体と、その他方の半導体
    モジュールのエミッタ端子と前記直流電源の負極を接続
    する負側導体と、前記一方の半導体素子のエミッタ端子
    及び前記他方の半導体モジュールのコレクタ端子を交流
    側に接続する交流側導体と、前記各導体はそれぞれ平板
    状の形状で、各平板導体が前記半導体モジュール端子面
    に対して所望の電気絶縁を持たせて階層状に構成され、
    前期各導体は跳ね上がり電圧抑制やリンギング防止など
    の目的で設置される、少なくともコンデンサもしくは抵
    抗からなる外付け回路に接続されてなる電力変換器の主
    回路構造において、 前記外付け回路の少なくともコンデンサと抵抗の構成要
    素が一体化されたモジュールに形成されることを特徴と
    する電力変換器の主回路構造。
  2. 【請求項2】 請求項1において、外付け回路の各端子
    高さは、それぞれが接続される各導体の高さに合わせて
    設定されてなる電力変換器の主回路構造。
  3. 【請求項3】 請求項1もしくは2において、前記外付
    け回路は、発生熱を装置外に放出するヒートブロック上
    に設置されることを特徴とする電力変換器の主回路構
    造。
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