JP2005287267A - Power converting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自己消弧型半導体素子とそれに逆並列接続されるダイオードとを内蔵したパワーモジュールを適用した電力変換装置に関するものである。特に電力変換装置内における浮遊インダクタンスを極力抑制してパワーモジュールのスイッチング動作により発生するサージを軽減すると同時に、パワーモジュールに設けられている複数端子間の電流不平衡を抑制する電力変換装置の実装技術に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device to which a power module incorporating a self-extinguishing semiconductor element and a diode connected in reverse parallel thereto is applied. In particular, the mounting technology of the power converter that suppresses the stray inductance in the power converter as much as possible to reduce the surge generated by the switching operation of the power module and at the same time suppress the current imbalance between multiple terminals provided in the power module It is about.
従来の電力変換装置が特許文献1の図1に開示されている。当該図は電力変換装置が3レベルインバータである場合の回路構造を示す図である。3レベルインバータとは直流電源が3つの異なる電位をもち、4つのスイッチと2つのダイオードの導通状態を制御することによって出力端子に直流電源の各電位を選択的に出力することができる。当該3レベルインバータはIGBTとそれに逆並列接続されたダイオードを内蔵するパワーモジュール2台とダイオードのみ内蔵するパワーモジュール1台を冷却基板の一方の面に搭載し、他のIGBTとそれに逆並列接続されたダイオードを内蔵するパワーモジュール2台とダイオードのみ内蔵するパワーモジュール1台を冷却基板のもう一方の面に搭載している。また各パワーモジュールの電極端子を適宜貫通穴が設けられた導電体ブスバーにて接続し、スナバ回路の構成部品を備えている。 A conventional power conversion device is disclosed in FIG. The figure shows a circuit structure when the power converter is a three-level inverter. In the three-level inverter, the DC power supply has three different potentials, and each potential of the DC power supply can be selectively output to the output terminal by controlling the conduction state of the four switches and the two diodes. The three-level inverter has two power modules containing IGBTs and diodes connected in reverse parallel thereto and one power module containing only diodes on one side of the cooling substrate, and is connected in reverse parallel to other IGBTs. Two power modules containing a built-in diode and one power module containing only a diode are mounted on the other surface of the cooling substrate. Moreover, the electrode terminal of each power module is connected by a conductor bus bar provided with a through hole as appropriate, and a snubber circuit component is provided.
他の従来の電力変換装置が特許文献2の図1に開示されている。当該図は電力変換装置が2レベルインバータである場合の回路構造を示す図である。2レベルインバータとは直流電源が2つの異なる電位をもち、2つのスイッチの導通状態を制御することによって出力端子に直流電源の各電位を選択的に出力することができる。当該2レベルインバータは正側アームと負側アームを構成するパワーモジュール2台を冷却基板のある一面に搭載して一相分を構成する。具体的には2レベルインバータの正側アームを構成するパワーモジュールのコレクタ端子と負側アームを構成するパワーモジュールのエミッタ端子とが隣接し、かつ正側アームを構成するパワーモジュールのエミッタ端子と負側アームを構成するパワーモジュールのコレクタ端子とが互いに隣接するように配置する。また正側アームのパワーモジュールのコレクタ端子に電力変換装置の直流電源の正極に接続される正側導体を接続し、負側アームのパワーモジュールのエミッタ端子に電力変換装置の直流電源の負極に接続される負側導体を接続し、正側アームのパワーモジュールのエミッタ端子と負側アームのパワーモジュールのコレクタ端子を負荷に接続される出力端子導体を接続する。さらに正側導体と負側導体とを絶縁板を介して近接するように配置する。 Another conventional power conversion device is disclosed in FIG. The figure shows a circuit structure when the power converter is a two-level inverter. In the two-level inverter, the DC power supply has two different potentials, and each potential of the DC power supply can be selectively output to the output terminal by controlling the conduction state of the two switches. The two-level inverter constitutes one phase by mounting two power modules constituting a positive arm and a negative arm on one surface having a cooling substrate. Specifically, the collector terminal of the power module that constitutes the positive arm of the two-level inverter is adjacent to the emitter terminal of the power module that constitutes the negative arm, and the emitter terminal of the power module that constitutes the positive arm is negative. It arrange | positions so that the collector terminal of the power module which comprises a side arm may mutually adjoin. Connect the positive conductor of the DC power supply of the power converter to the collector terminal of the power module of the positive arm, and connect the negative terminal of the DC power supply of the power converter to the emitter terminal of the power module of the negative arm. The negative terminal conductor is connected, and the emitter terminal of the power module of the positive arm and the collector terminal of the power module of the negative arm are connected to the output terminal conductor connected to the load. Furthermore, the positive side conductor and the negative side conductor are arranged so as to be close to each other through an insulating plate.
更に他の従来の電力変換装置が特許文献3の図1に開示されている。当該図は電力変換装置が2レベルインバータであり、各アームが複数台のパワーモジュールを直列接続したものから構成された場合の回路構造を示す図である。パワーモジュールは前述の特許文献1に示された方法に近いものが用いられている。当該文献3の図3にはパワーモジュールの電極が対向している図1とは異なる構造も示されている。
Still another conventional power conversion device is disclosed in FIG. This figure is a diagram showing a circuit structure when the power conversion device is a two-level inverter and each arm is configured by connecting a plurality of power modules in series. A power module similar to the method disclosed in
しかしながら、例えば車両推進システムを構成する電力変換装置の場合には、車両速度の高速化に伴い負荷となる電動機の容量が増加傾向にあることから大電流出力が要求される。このような用途に用いられるパワーモジュールは益々大電流化が進んでおり、1台のパワーモジュールでは所望の電流を供給できない場合にはパワーモジュールを複数台並列に接続することもある。また一方では、電動機電流の増大によって増える電力損失を低減するために、電力変換装置の高電圧出力化が進んでいる。パワーモジュールを直列接続して高電圧化するのではなく、パワーモジュール自体の定格電圧を高く設計することが試みられている。その結果、現時点において6kVを超えるパワーモジュールが存在する。 However, for example, in the case of a power conversion device that constitutes a vehicle propulsion system, a large current output is required because the capacity of an electric motor serving as a load tends to increase as the vehicle speed increases. The power modules used for such applications are becoming increasingly large in current, and when a single power module cannot supply a desired current, a plurality of power modules may be connected in parallel. On the other hand, in order to reduce the power loss that increases due to the increase in the motor current, the power converters are increasing in voltage output. Attempts have been made to design the rated voltage of the power module high, rather than connecting the power modules in series to increase the voltage. As a result, there are power modules exceeding 6 kV at present.
パワーモジュールの大電流化、高電圧化が進むにつれ、パワーモジュールがスイッチングする時に発生するサージ電圧が増加する。パワーモジュールのスイッチング損失を低減するためにはサージ電圧の抑制が必要不可欠となる。電力変換装置を構成するフィルタコンデンサあるいはパワーモジュールの内部やそれらを電気的に接続するためのブスバーに起因する浮遊インダクタンスの値が大きい場合には、このサージ電圧は高くなる。つまり、電力変換装置が大容量化される場合に浮遊インダクタンスの低減が十分でない場合には、コンデンサ、抵抗、さらに必要に応じてダイオードなどから成るスナバ回路を接続してサージ電圧を抑制する必要がある。従来の電力変換装置の内、特許文献1、特許文献2では、この問題が発生する可能性からスナバ回路の構成部品を実装する方法についても開示している。サージ電圧はスナバ回路の構成要素であるコンデンサによって吸収されるが、吸収されたエネルギーは抵抗を介して消費されることになる。スイッチング回数に比例してこの抵抗での損失は増加する。従ってスナバ回路の適用は装置効率の低下要因となり、装置としての信頼性も低下する。
As the power module increases in current and voltage, the surge voltage generated when the power module switches increases. In order to reduce the switching loss of the power module, it is essential to suppress the surge voltage. When the value of the stray inductance due to the inside of the filter capacitor or the power module constituting the power converter or the bus bar for electrically connecting them is large, the surge voltage becomes high. In other words, when the capacity of the power converter is increased, if the stray inductance is not sufficiently reduced, it is necessary to suppress a surge voltage by connecting a snubber circuit consisting of a capacitor, a resistor, and a diode if necessary. is there. Among conventional power converters,
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、浮遊インダクタンスを極限まで減少させることによってサージ発生要因自体を大幅に低減させると同時に、パワーモジュール内の電流不平衡をパワーモジュールの外的要因によって発生させることがない各パワーモジュールの配置構成を備えた電力変換装置を実現し、サージ抑制のための回路(例えばスナバ回路)の部品を無くして、装置自体の信頼性向上と小形化、低コスト化、更には保守性向上を図ることができる電力変換装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems. By reducing the stray inductance to the limit, the surge generation factor itself can be greatly reduced, and at the same time, the current imbalance in the power module can be reduced. Realize a power converter with an arrangement configuration of each power module that does not occur due to external factors of the module, eliminate the parts of the circuit (for example, snubber circuit) for surge suppression, and improve the reliability of the device itself An object of the present invention is to provide a power converter that can be reduced in size, cost, and maintainability.
この発明に係る電力変換装置は、正側アームと負側アームとを互いに直列に接続したものを直流電源の正側負側両極間に接続し、正側アームと負側アームとの接続点から出力端子を引き出し、正側アームおよび負側アームは、それぞれスイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列接続されたダイオードとからなるパワーモジュールを少なくとも1台備えた正側パワーモジュール群および負側パワーモジュール群からなり、スイッチング素子のオンオフ動作により直流電源と出力端子との間で電力の変換を行う電力変換装置において、各パワーモジュールはその外形の一表面(電極形成面)に正側電極および負側電極が形成されたものとし、正側パワーモジュール群と負側パワーモジュール群とを、それぞれの各パワーモジュールの電極形成面が所定間隔を介して互いに向き合うように、かつ、スイッチング素子のターンオンまたはターンオフ時に各パワーモジュール間に流れる変化電流の通電経路が上記所定間隔を介して互いに向き合う往復経路となるよう配置したものである。 In the power conversion device according to the present invention, a positive arm and a negative arm connected in series with each other are connected between both positive and negative poles of a DC power source, and from a connection point between the positive arm and the negative arm. A positive power module group and a negative power module group each having at least one power module including a switching element and a diode connected in reverse parallel to the switching element. In the power converter for converting power between the DC power supply and the output terminal by the on / off operation of the switching element, each power module has a positive electrode and a negative electrode on one surface (electrode forming surface) of its outer shape. The positive-side power module group and the negative-side power module group are connected to the electrodes of the respective power modules. Arranged so that the planes face each other at a predetermined interval and the energization path of the change current flowing between the power modules when the switching element is turned on or off is a reciprocating path that faces each other at the predetermined interval. It is.
この発明に係る電力変換装置においては、スイッチング素子のターンオンまたはターンオフ時に各パワーモジュール間に流れる変化電流は、小さい所定間隔を介して互いに向き合う通電経路を往復するように流れるので、往路を流れる電流により発生する磁束と復路を流れる電流により発生する磁束とが互いに相殺し、この部分の浮遊インダクタンスが大幅に低減し、それに伴い、サージ電圧も大幅に低減する。 In the power conversion device according to the present invention, the change current flowing between the power modules when the switching element is turned on or turned off flows so as to reciprocate through the energization paths facing each other through a small predetermined interval. The generated magnetic flux and the magnetic flux generated by the current flowing in the return path cancel each other, and the stray inductance in this portion is greatly reduced, and accordingly, the surge voltage is also greatly reduced.
以下、本発明による電力変換装置であるインバータ装置を複数の図を用いて説明する。
実施の形態1.
本実施の形態について図面を参照して説明する。以下すべての図面において同一符号は同一若しくは相当部材とする。図1は本発明の実施の形態1によって実現する回路構成を示す。図2から図6は図1の電力変換装置の構造を実現する過程を示す図であって、特に図6は本発明を示す装置の最終構造である。
Hereinafter, an inverter device which is a power converter according to the present invention will be described with reference to a plurality of drawings.
This embodiment will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding members. FIG. 1 shows a circuit configuration realized by the first embodiment of the present invention. 2 to 6 are diagrams showing a process of realizing the structure of the power conversion apparatus of FIG. 1, and particularly FIG. 6 is a final structure of the apparatus showing the present invention.
図1は2レベルインバータで、陽極Pと陰極Nとの異なる2つの電位レベルを持つ直流電源1、フィルタコンデンサ2、インバータ部3を備えている。直流電源1は、直流架線でもよいし、整流回路の出力であってもよい。インバータ部3は、正側アームを構成するパワーモジュール4a、負側アームを構成するパワーモジュール4bからなる。パワーモジュール4aは、IGBT5aとそれに逆並列に接続されるダイオード6aを備える。そして、パワーモジュール4aは、正側電極であるコレクタ端子7aと負側電極であるエミッタ端子8aを備えている。パワーモジュール4aのエミッタ端子8aとパワーモジュール4bのコレクタ端子7bとの接続点が負荷に接続される出力端子9となる。IGBT5aとIGBT5bとのスイッチング状態は排反の関係にある。つまりIGBT5aのゲートにオン信号が与えられている期間にはIGBT5bのゲートにはオフ信号が与えられて出力端子9の電位はPとなり、逆にIGBT5bのゲートにオン信号が与えられている期間にはIGBT5aのゲートにはオフ信号が与えられて出力端子9の電位はNとなる。IGBT5aとIGBT5bのゲート端子に同時にオフ信号を与えることは可能であるが、通常運転中に同時にオン信号を与えることはない。
FIG. 1 shows a two-level inverter, which includes a
図1ではより汎用性を持たせる目的でパワーモジュール4cはパワーモジュール4aに並列接続され、パワーモジュール4dはパワーモジュール4bに並列接続される場合について図示している。パワーモジュール4aと4c、もしくはパワーモジュール4bと4dは基本的に同じスイッチング状態となるように制御される。
FIG. 1 illustrates a case where the
次に、図2から図6を用いて電力変換装置の組み立て過程を説明しながら内部構造を説明する。より汎用性をもたせるために、ここでも図1と同様にパワーモジュール4a、4cおよびパワーモジュール4b、4dとはそれぞれ同じスイッチング信号が与えられる、いわゆる2台のパワーモジュールが並列接続される場合について説明する。
図2は、負側アームであるパワーモジュール4b、4dが冷却基板10bに搭載された状態を示す図である。パワーモジュール4bは、図2において右手前側となる面が電極形成面で、コレクタ端子7bとエミッタ端子8bが形成されている。ここでは、それぞれが3個の電極端子で構成されている。電極形成面の裏面、即ち、図2で左奥側の面がパワーモジュール4bの発生熱の放熱面となっており、冷却基板10bはこの放熱面に当接する構造となっている。他のパワーモジュールも同様の構成である。導体17bは並列接続されるパワーモジュール4b、4dのゲート電極とエミッタ電極を強制的に同電位とするためのものである。この導体17bは並列接続しない場合には必要がない。
Next, the internal structure will be described while explaining the assembly process of the power conversion apparatus with reference to FIGS. In order to provide more versatility, the case where so-called two power modules are connected in parallel, in which the same switching signal is applied to each of the
FIG. 2 is a diagram illustrating a state where the
図3は、図2に加えてパワーモジュール4b、4dそれぞれのエミッタ端子8b、8dと直流電源1のN電位とを電気的に接続するための導体11と、パワーモジュール4b、4dそれぞれのコレクタ端子7b、7dと出力端子9(9b)とを電気的に接続するための導体12が取り付けられた図である。導体11、12を取り付けるためのボルト18aから18lの頭部分は図示するように導体11、12の厚み部分で埋まる形状としている。
FIG. 3 shows a
図4は、絶縁板13が、冷却基板10bに固定されたガイドピン14aから14dに沿って挿入された図である。ここに示す絶縁板13を固定、位置決めする方法についてはガイドピンの他に様々な方法を採ることが可能であることは言うまでもない。
図5は、正側アームの構成で、冷却基板10aに搭載されたパワーモジュール4a、4cそれぞれのコレクタ端子7a、7cと直流電源1のP電位とを電気的に接続するための導体15と、パワーモジュール4a、4cそれぞれのエミッタ端子8a、8cと出力端子9(9a)とを電気的に接続するための導体16がボルト18mから18xによって取り付けられた図である。
図6は、図4に図5の冷却基板10aをガイドピン14aから14dに沿って挿入、固定された図である。この図が本発明の本質的構成を示す図であり、その特徴を以下の図7で説明する。
FIG. 4 is a view in which the insulating
FIG. 5 shows a configuration of the positive arm, and a
6 is a view in which the
図7は、図6の構造物を左前方方向からみた図を示す。このように正側アームのパワーモジュール4a(4c)と負側アームのパワーモジュール4b(4d)を互いの電極が向かい合うような状態に配置し、かつパワーモジュール4a(4c)のコレクタ端子7a(7c)、エミッタ端子8a(8c)それぞれをパワーモジュール4b(4d)のエミッタ端子8b(8d)、コレクタ端子7b(7d)にずれることなく面合わせした状態に配置させる。この結果、導体15の電位Pから導体16の出力端子9a、更に、出力端子9bの導体12を介して導体11の電位Nに戻る往復経路を小さな間隔で完全に対向させることを可能とする。例えば、IGBT5a、5cのターンオン動作によって生じるダイオード6b、6dの逆回復電流が図7の太線に流れる。なお、図中、太点線は、パワーモジュールパッケージ内部の電流経路を示す。この電流が作る磁束の変化は、IGBT5a、5cを介して出力端子9に流れる電流が作る磁束の変化と同じであって向きが逆となる。いわゆる相互結合の関係を持つ。従って、この経路を流れる変化電流によって生じる磁束を相殺する効果が最大限に発揮されるような構造になっている。つまり浮遊インダクタンスを最大限に抑制、ひいてはサージ電圧を最大限に抑制可能となる。
FIG. 7 shows a view of the structure of FIG. 6 as viewed from the left front direction. In this way, the
また、IGBT5a、5cのターンオフ動作によって直流電源1のP電位から出力端子9に流れる負荷電流を遮断した場合には、その電流はN電位からダイオード6b、6dを介して出力端子9に流れる転流動作が生じる。この転流動作期間においてはIGBT5a、5cを流れる電流の減少率とダイオード6b、6dを流れる電流の増加率が同じになる。この電流の経路も前述した逆回復電流が流れる経路と同じであって相互結合の関係が成立する。つまり、この経路を流れる電流によって生じる磁束を相殺する効果が最大限に発揮されるような構造になっている。つまり浮遊インダクタンスを最大限に抑制、ひいてはサージ電圧を最大限に抑制可能となる。
When the load current flowing from the P potential of the
既述した従来の電力変換装置では、正側アームと負側アームのパワーモジュールの電極位置を意図的にずらしたり、ダイオードの逆回復電流が隣接させた電極の周辺に集中する構造であったので、浮遊インダクタンスを十分に低減できない可能性があり、パワーモジュール4を構成するIGBT5やダイオード6のスイッチング動作によって過渡的に生じる磁束の変化により発生するサージ電圧をスナバ回路で抑制する必要が生じる。
しかしながら、図6、図7に示すようなパワーモジュール4aから4dの配置を有する構造とすることによってサージ電圧を最小限に抑制することができる。
具体的に、発明者等が試作した結果では、例えば、ボルト18aから18xの頭部分を埋めるための導体11、12、15、16の厚みを12mm、絶縁板の厚みを3mmとした場合には、導体15のP電位側から導体11のN電位側に至る経路に存在する浮遊インダクタンスを100nHを超えない程度に抑制できた。この結果、スナバ回路を無くすることができる。
In the conventional power conversion device described above, the electrode positions of the power modules of the positive arm and the negative arm are intentionally shifted, or the reverse recovery current of the diode is concentrated around the adjacent electrodes. The stray inductance may not be sufficiently reduced, and a surge voltage generated due to a change in magnetic flux generated transiently by the switching operation of the IGBT 5 and the diode 6 constituting the power module 4 needs to be suppressed by the snubber circuit.
However, the surge voltage can be minimized by adopting a structure having the arrangement of the
Specifically, as a result of trial manufacture by the inventors, for example, when the thicknesses of the
なお、前述したように通常パワーモジュール4のコレクタ端子7、エミッタ端子8は図2に示すように幾つかの分割された端子から構成されている。このため、サージ電圧の発生や導体の形状加工が、コレクタ端子7、エミッタ端子8を構成する分割された端子に流れる電流を不均一にする可能性がある。しかし、この発明では、図7から判るように、変化電流の流れる方向と直角の方向に分割した端子が並んでいるので、各端子を流れる経路が互いに平行で同一となり、結果として、端子間の電流のみならず、例えばパワーモジュール4aと4c間、あるいはパワーモジュール4b、4d間の変化電流を均一にすることができる。
As described above, the collector terminal 7 and the emitter terminal 8 of the normal power module 4 are composed of several divided terminals as shown in FIG. For this reason, the generation of surge voltage and the shape processing of the conductor may cause the current flowing through the divided terminals constituting the collector terminal 7 and the emitter terminal 8 to be non-uniform. However, in the present invention, as can be seen from FIG. 7, since the terminals divided in the direction perpendicular to the direction in which the change current flows are arranged, the paths flowing through the terminals are parallel to each other, and as a result, between the terminals. Not only the current but also the change current between the
また、図7に示す構造であれば、導体11、12、15、16とパワーモジュール4a、4bなどの端子が干渉しない構成としているので、絶縁板13は導体11、12、15、16と一体化する必要がないだけでなく、従来の電力変換装置に見られたように導体11、12、15、16に貫通穴を設ける必要性から解放されるので、導体の内部インピーダンスを極力抑制することができる。
In the structure shown in FIG. 7, the
実施の形態2.
この実施の形態2では、先の図3や図5において示した直流電源1のP電位、N電位に接続されるブスバー15、11とフィルタコンデンサ2との接続方法について種々提案する。図8は、フィルタコンデンサ2a、2bと図6において示したインバータ部3の構造物を天地逆さにして配列した図である。フィルタコンデンサ2aについて電極19a、19bは電位N、電極20a、20bは電位Nにそれぞれ接続される。フィルタコンデンサ2bについても同様である。
以上のように、フィルタコンデンサ2a、2bの電極と直流側端子を構成する導体15、11とが同一方向(図8では上向き)に引き出されるとともに、ここでは更に、フィルタコンデンサ2a、2bの電極19aから19dおよび電極20aから20dは導体11および導体15の終端接続部の面と同一平面に設定されている。この状態において、絶縁板を介して平行に配置される電位Pを構成する導体と電位Nを構成する導体によって、導体15の終端接続部とフィルタコンデンサ2a、2bの端子20aから20d、導体11の終端接続部とフィルタコンデンサ2a、2bの端子19aから19dを接続することが可能となる。
In the second embodiment, various methods for connecting the bus bars 15 and 11 connected to the P potential and N potential of the
As described above, the electrodes of the
この電気的接続の要領を図9に示す。電位Pを構成する導体と電位Nを構成する導体とそれらに挟まれる絶縁板を一体化することによって浮遊インダクタンスを低減することが望ましい。この場合に貫通穴は設けなければならないが、フィルタコンデンサ2a、2bの電極19,20と導体11、15の終端接続部の位置関係を図8に示すように縦横方向ともに等間隔で配置することによって各端子の分流不均一を未然に防止することができる。即ち、直流電源1の電位Pと電位Nを形成する経路に存在する浮遊インダクタンスを最小限に抑制することができる。なお、図8に示した板状の電極19、20を適用する場合には、フィルタコンデンサ2の筐体は樹脂によってモールドされていることが好ましい。また、フィルタコンデンサ2の筐体が樹脂モールドではなく導電体にて形成されている場合には電極を備えた碍子を複数用いて代替可能である。
フィルタコンデンサ2の個数については特に制約を設けることに意味はなく、1個でもよいし、必要に応じて複数個並列に接続してもよい。
更に図示しない電位Pを構成する導体と電位Nを構成する導体とフィルタコンデンサ2a、2bや導体11、15の終端接続部との接続方法について図8ではボルトの使用を想定しているが、着脱式のコネクタの使用も可能である。
The procedure for this electrical connection is shown in FIG. It is desirable to reduce the stray inductance by integrating the conductor constituting the potential P, the conductor constituting the potential N, and the insulating plate sandwiched between them. In this case, through holes must be provided, but the positional relationship between the electrodes 19 and 20 of the
The number of
Further, FIG. 8 assumes the use of bolts for the connection method of the conductor constituting the potential P and the conductor constituting the potential N to the terminal connection portions of the
実施の形態3.
ここでは、パワーモジュール4の並列数を増加する場合の要領について説明する。即ち、図6では正側アームを構成するパワーモジュール4を2台並列に接続する場合の構造を示した。この発明では、並列接続台数に特に制約を設けることに意味はなく、例えば3台並列接続する場合には、パワーモジュール4を3台並べることで実現可能である。それに応じて、図2に示す導体17bを延長したり、図8に示すフィルタコンデンサ2を大きくしたり電極の数を増やすなど形状を変更すればよい。
また、図3、図5に示した電位P、電位Nに接続するためのブスバー15、11はそのまま適用するが、出力端子9に接続する導体12をパワーモジュール4b、4dとに、また導体16をパワーモジュール4a、4cとに分離すれば、2つの独立した出力端子9を形成することが可能である。例えばパワーモジュール4を3台並べれば、3つの独立した出力端子9a、9b、9cを一組の冷却基板10a、10bを用いて形成できる。
Here, the point in the case where the parallel number of the power modules 4 is increased will be described. That is, FIG. 6 shows a structure in the case where two power modules 4 constituting the positive arm are connected in parallel. In the present invention, it is meaningless to limit the number of units connected in parallel. For example, when three units are connected in parallel, it can be realized by arranging three power modules 4. Accordingly, the shape may be changed by extending the conductor 17b shown in FIG. 2, increasing the size of the
Further, the bus bars 15 and 11 for connecting to the potential P and the potential N shown in FIGS. 3 and 5 are applied as they are, but the
実施の形態4.
ここでは、図10により、インバータ部3を三相構成とした場合の回路構成について説明する。実施の形態3で述べたように、図6のパワーモジュール4の並びを同じくしても三相の出力を得ることができる。ここでは、他のブスバー構成によっても三相の出力を得る構造について説明する。図11にその具体的な構造を示す。独立した3つの出力端子91,92,93を形成する導体を、正側アームについては導体16a、16b、16cとし、負側アームについては導体12a、12b、12cとした。電位Pを各パワーモジュール4a、4c、4eに接続するための導体は、図5同様に導体15とし、電位Nを各パワーモジュール4b、4d、4fに接続するための導体は、図3同様に導体11とした。
Embodiment 4 FIG.
Here, the circuit configuration when the
図12には、図11の状態から導体15、導体11を取り外した状態を示している。図6のような構造体とするためには、図11に示す左右2つの組立体を、冷却基板10aと10bとが、また、導体15と導体11とが平行となるように組み合わせる。この際、導体15と導体11との間や、導体16a、16b、16cと導体15との間や、導体12a、12b、12cと導体11との間には絶縁物の挿入が必要となる。従って、このような場合には、例えば導体11と15とを絶縁物と一体化した積層ブスバーとすることも考えられる。
ここで重要なことは図6との違いである。相違点はパワーモジュールの並べ方であって、浮遊インダクタンスを抑制するためのパワーモジュールの配列やブスバー構造の考え方は同一である。
FIG. 12 shows a state in which the
What is important here is the difference from FIG. The difference is how the power modules are arranged, and the arrangement of the power modules and the bus bar structure for suppressing stray inductance are the same.
実施の形態5.
なお、先の形態例では、パワーモジュール4の具体例としてIGBT5とダイオード6が内蔵されたものについて説明したけれども、特にIGBTに限定される必要はなく、MOSFETや他の自己消弧型半を導体素子であっても構わない。
また、自己消弧型半導体素子やダイオードの形成材料についてはシリコンであってもよいし、新しい半導体材料として例えばシリコンカーバイドやダイヤモンドなどであっても構わない。
Embodiment 5 FIG.
In the previous embodiment, a specific example of the power module 4 has been described in which the IGBT 5 and the diode 6 are incorporated. However, the power module 4 is not particularly limited to the IGBT, and a MOSFET or other self-extinguishing half is used as a conductor. It may be an element.
Further, the material for forming the self-extinguishing semiconductor element and the diode may be silicon, and the new semiconductor material may be, for example, silicon carbide or diamond.
実施の形態6.
なお、先の実施の形態で説明したように、冷却基板10a、10bについて、内部に冷媒を通すことができれば液冷冷却方式が適用可能となる。また基板自体に放熱板を取り付けるなどすれば風冷冷却方式が適用可能となる。
また、図8の例では、パワーモジュール4とフィルタコンデンサ2との両者の冷却を担うものとして冷却基板10を設計するようにしてもよい。従って、本発明に対してさまざまな冷却方式が適用可能であることは明らかである。
Embodiment 6 FIG.
As described in the previous embodiment, the liquid cooling cooling method can be applied to the
Further, in the example of FIG. 8, the cooling substrate 10 may be designed as one responsible for cooling both the power module 4 and the
実施の形態7.
先の各実施の形態は、いずれも、2レベルインバータに適用したものであったが、この実施の形態7では、3レベルインバータに適用した場合について説明する。図13は、その主回路構成を示す。
図13において、正側パワーモジュール群として互いに直列に接続された第1のパワーモジュール4aおよび第2のパワーモジュール4bが直流電源1aのP電位と出力端子9との間に接続されている。更に、両パワーモジュール4a,4bの接続点Xと直流電源の中性極である電位Cとの間にクランプダイオードとして機能する第1のダイオードモジュール21aが接続されている。また、負側パワーモジュール群として互いに直列に接続された第3のパワーモジュール4cおよび第4のパワーモジュール4dが直流電源1bのN電位と出力端子9との間に接続されている。更に、両パワーモジュール4c,4dの接続点Yと直流電源の電位Cとの間に第2のダイオードモジュール21bが接続されている。
Embodiment 7 FIG.
Each of the previous embodiments is applied to a two-level inverter. In the seventh embodiment, a case where the present invention is applied to a three-level inverter will be described. FIG. 13 shows the main circuit configuration.
In FIG. 13, a
図14、図15はその具体的構造である。図14において、正側(図中の右側)の導体24は、第1のダイオードモジュール21aのアノード端子8eを電位Cに接続する導体、導体16は、第2のパワーモジュール4bのエミッタ端子8bからの出力端子9aを構成する導体、導体22は、図13の接続部Xを構成する導体である。
また、負側(図中の左側)の導体25は、第2のダイオードモジュール21bのカソード端子7fを電位Cに接続する導体、導体12は、第3のパワーモジュール4cのコレクタ端子7cからの出力端子9bを構成する導体、導体23は、図13の接続部Yを構成する導体である。
図14の状態から導体23、導体24を取り外した状態を図15に示す。正側の導体15は、第1のパワーモジュール4aのコレクタ端子7aを電位Pに接続する導体、負側の導体11は、第4のパワーモジュール4dのエミッタ端子8dを電位Nに接続する導体である。
14 and 15 show specific structures thereof. In FIG. 14, the
Further, the negative side (left side in the figure)
FIG. 15 shows a state in which the
正側の冷却基板10aに、パワーモジュール4a、4b、ダイオードモジュール21a、負側の冷却基板基板10bに、パワーモジュール4c、4d、ダイオードモジュール21bを搭載し、パワーモジュール4aとダイオードモジュール21b、ダイオードモジュール21aとパワーモジュール4d、パワーモジュール4bとパワーモジュール4cの電極を対向させるように冷却基板10aと10bを図6に倣って配置している。
なお、ブスバー構造が本発明の本質であることから、挿入が必要となる導体間の絶縁物については図示を省略する。
The
Since the bus bar structure is the essence of the present invention, the illustration of the insulator between the conductors that needs to be inserted is omitted.
なお、図13のダイオードモジュール21a,21bを、当該モジュール内のダイオード6e、6fに逆並列接続されたIGBT5e、5fを備えたものとして図16に示すように3レベルインバータを構成すれば、全てのパワーモジュールの特に電極形状とその配置を等しくすることができる。この場合には、図14、図15において4e、4fの表記が有効となる。この場合、パワーモジュール4e、4fを構成するIGBT5e、5fのゲート信号については、オフ状態またはそれに等価な状態とし、オン信号は入力する必要はない。
また、パワーモジュール4e、4fについては電極が対向可能であることを条件として、他のパワーモジュール4aから4dと同じパッケージを流用するがIGBT5e、5fを内蔵せずにダイオード6e、6fのみ内蔵したものを適用してもよい。
If the
For the
パワーモジュールの並びは、本発明では図15に示すように、正側の冷却基板10aについては、下からパワーモジュール4a、4e(ダイオードモジュール21a)、4bという順に配列されており、負側の冷却基板10bについては、下からパワーモジュール4f(ダイオードモジュール21b)、4d、4cという順に配列されている。この配列によって、本発明の本質である変化率が同じでかつ向きが反対となる電流が対向した導体において負荷電流の転流時に必ず流れることが確保されて、相互結合による浮遊インダクタンスの低減効果が極大化される。
In the present invention, as shown in FIG. 15, the power modules are arranged in the order of the
図17は、図14、図15に示す3レベルインバータの正面図を簡略化した図である。これによって負荷電流の転流経路と相互結合関係を説明する。図中の太線はいずれも初期状態の電流を表す。図17(1)において、負荷電流は、C→8e→7e→7b→8b→9の経路に流れている状態を初期状態とする。この状態からパワーモジュール4aのIGBT5aがターンオンすると、ダイオード6eの逆回復電流は、P→7a→8a→7e→8e→Cの経路で流れる。また、負荷電流は、P→7a→8a→7e→7b→8b→9の経路に転流する。従って、7eから9に流れる電流には変化がなく、またPから7eへ向かう電流と7eからCへ戻る電流とは方向が反対かつ同じ電流変化率を伴うことになる。即ち、上記ターンオンに伴う変化電流がPからCに流れる。
FIG. 17 is a simplified front view of the three-level inverter shown in FIGS. 14 and 15. This explains the commutation path of the load current and the mutual coupling relationship. Each thick line in the figure represents the current in the initial state. In FIG. 17 (1), the load current is in the initial state when it flows through the path C → 8e → 7e → 7b → 8b → 9. When the
次に、図17(2)において、負荷電流は、N→8d→7d→8c→7c→9の経路に流れている状態を初期状態とする。この状態からパワーモジュール4bのIGBT5bがターンオンすると、ダイオード6dの逆回復電流は、C→8e→7e→7b→8b→7c→8c→7d→8d→Nの経路で流れる。これによって、負荷電流は、C→8e→7e→7b→8b→9の経路に転流する。従って、Cから8bへ向かう電流と7cからNへ戻る電流とは方向が反対かつ同じ電流変化率を伴うことになる。このように、本発明によれば3レベルインバータの転流動作においても2レベルインバータを示す図7のような関係を保持することができる。つまり電流の出入りがあるパワーモジュールが必ず対向する関係をもつようなパワーモジュールの配置となっており、相互結合による浮遊インダクタンスの低減効果が大きい。
Next, in FIG. 17 (2), the state in which the load current flows through the route of
なお、図17において、それぞれ電流の向きが図示と逆になるケースも存在するが、パワーモジュール間の変化電流が小さい間隔を介した往復経路を流れ浮遊インダクタンスが低減することは図17に示す場合と全く同様である。
特に、図17(1)は、正側のモジュール内でこのインダクタンスが低減する変化電流の往復経路が形成されており、図に示すモジュールの配置構造が、浮遊インダクタンスの抑制に一層効果的であることが判る。
In FIG. 17, there are cases where the current directions are opposite to those shown in the figure, but the fact that the floating inductance is reduced through the reciprocating path through the interval where the change current between the power modules is small is shown in FIG. 17. Is exactly the same.
In particular, in FIG. 17A, a reciprocal path of a change current in which the inductance is reduced is formed in the positive module, and the arrangement structure of the module shown in the figure is more effective in suppressing stray inductance. I understand that.
なお、図示は省略するが、各モジュールを下記の通り配列する場合も、上例と同様の理由により浮遊インダクタンスの低減に効果的であることは明らかである。
即ち、図14、15、17に示すモジュールの配置順序は、正側については、下からパワーモジュール4a、4e(ダイオードモジュール21a)、4bという順に配列されており、負側については、下からパワーモジュール4f(ダイオードモジュール21b)、4d、4cという順に配列されているが、負側の配列のみを、下からパワーモジュール4d、4f(ダイオードモジュール21b)、4cという順に変更しても同様の効果が得られる。
Although illustration is omitted, it is obvious that even when the modules are arranged as follows, it is effective in reducing stray inductance for the same reason as in the above example.
That is, the arrangement order of the modules shown in FIGS. 14, 15 and 17 is arranged in the order of
なお、以上の説明では、ゲート駆動回路などは図示しなかったけれども、実際の電力変換装置においては必要である。またフィルタコンデンサやインバータ部を支持するための筐体なども必要となる可能性はある。ここでは本発明の電力変換装置の本質的な構造について説明したが、パワーモジュールの配置を大きく変えない範囲で同業者が容易に考えられる範囲における変更がなされても、それらは本発明の範囲内にあることは言うまでもない。 In the above description, the gate drive circuit and the like are not shown, but are necessary in an actual power converter. In addition, there may be a need for a housing for supporting the filter capacitor and the inverter unit. Here, the essential structure of the power conversion device of the present invention has been described. However, even if changes within a range that can easily be considered by those skilled in the art within the range in which the arrangement of the power modules is not largely changed, they are within the scope of the present invention. Needless to say.
本願発明は、以上で説明したように、
正側パワーモジュール群と負側パワーモジュール群との間の所定間隔内に正側パワーモジュール群と負側パワーモジュール群とを電気的に絶縁する絶縁板を挿入したので、上記所定間隔の寸法を縮小でき、その分、変化電流が流れる往復経路の間隔が縮まり漂遊インダクタンスが一層低減する。
As described above, the present invention is as follows.
Since an insulating plate for electrically insulating the positive side power module group and the negative side power module group is inserted within a predetermined interval between the positive side power module group and the negative side power module group, the dimension of the predetermined interval is set. The distance between the reciprocating paths through which the change current flows can be reduced, and the stray inductance can be further reduced.
また、各パワーモジュールは、その電極形成面の裏面が放熱面に構成されているので、各パワーモジュールの発生熱が効率よく放散される。 Moreover, since the back surface of the electrode formation surface of each power module is configured as a heat dissipation surface, the heat generated by each power module is efficiently dissipated.
また、パワーモジュールの放熱面に当接され放熱面を介してパワーモジュールの発生熱を放散させる冷却基板を備えたので、各パワーモジュールの発生熱が一層強力に放散される。 In addition, since the cooling substrate is provided in contact with the heat dissipation surface of the power module and dissipates the heat generated by the power module through the heat dissipation surface, the heat generated by each power module is more strongly dissipated.
また、冷却基板は、液状冷媒を使用して熱放散するものであるので、冷却基板が小型で冷却能力が向上する。 Further, since the cooling substrate uses a liquid refrigerant to dissipate heat, the cooling substrate is small and the cooling capacity is improved.
また、直流電源と並列に接続されるコンデンサを、正側パワーモジュール群およびまたは負側パワーモジュール群の放熱面側に配置するとともに、正側パワーモジュール群および負側パワーモジュール群の直流側端子とコンデンサの端子とを同一方向に引き出し両端子間を平面状の積層導板で接続するようにしたので、正側パワーモジュール群および負側パワーモジュール群の直流側端子とコンデンサの端子との間の接続部分で生じる漂遊インダクタンスを抑制することが出来る。 In addition, a capacitor connected in parallel with the DC power supply is disposed on the heat radiation surface side of the positive power module group and / or the negative power module group, and the DC side terminals of the positive power module group and the negative power module group Since the capacitor terminals are drawn in the same direction and the two terminals are connected by a planar laminated conductive plate, the DC power terminals of the positive power module group and the negative power module group and the capacitor terminals are connected. It is possible to suppress stray inductance generated at the connection portion.
また、正側パワーモジュール群および負側パワーモジュール群の直流側端子とコンデンサの端子とが同一平面上に位置するようにしたので、同接続部分の漂遊インダクタンスの一層の低減が実現する。 Further, since the DC side terminals and the capacitor terminals of the positive side power module group and the negative side power module group are located on the same plane, the stray inductance at the same connection portion can be further reduced.
また、直流電源は正側極と負側極とを備え、出力端子から正側極と負側極との2つのレベルの電位を出力する2レベルの電力変換装置であって、正側パワーモジュール群と負側パワーモジュール群とを、正側パワーモジュール群を構成するパワーモジュールの正側電極および負側電極が、負側パワーモジュール群を構成するパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように配置したので、パワーモジュール間に発生する漂遊インダクタンスが大幅に抑制でき、パワーモジュールに印加されるサージ電圧を抑制でき、更にはスナバ回路が不要になるので、装置コストが低減し、装置効率が向上する2レベルの電力変換装置を実現することが出来る。 The DC power source is a two-level power conversion device that includes a positive side pole and a negative side pole, and outputs two levels of potentials, ie, a positive side pole and a negative side pole, from an output terminal. Group and the negative power module group, the positive electrode and the negative electrode of the power module constituting the positive power module group are respectively connected to the negative electrode and the positive electrode of the power module constituting the negative power module group. Since they are arranged so as to face each other, stray inductance generated between the power modules can be greatly suppressed, the surge voltage applied to the power modules can be suppressed, and further no snubber circuit is required, so the device cost is reduced, and the device A two-level power conversion device with improved efficiency can be realized.
また、直流電源は正側極と中性極と負側極とを備え、出力端子から正側極と中性極と負側極との3つのレベルの電位を出力する3レベルの電力変換装置であって、正側パワーモジュール群を、正側電極が直流電源の正側極に接続された第1のパワーモジュールと正側電極が第1のパワーモジュールの負側電極に接続され負側電極が出力端子に接続された第2のパワーモジュールと第1のパワーモジュールの負側電極と直流電源の中性極との間に接続された第1のダイオードモジュールとで構成し、負側パワーモジュール群を、正側電極が出力端子に接続された第3のパワーモジュールと正側電極が第3のパワーモジュールの負側電極に接続され負側電極が直流電源の負側極に接続された第4のパワーモジュールと第3のパワーモジュールの負側電極と直流電源の中性極との間に接続された第2のダイオードモジュールとで構成し、各ダイオードモジュールはその外形の一表面(電極形成面)に正側電極および負側電極が形成されたものとし、正側パワーモジュール群および負側パワーモジュール群を、それぞれの各電極が一直線上に位置するようにするとともに、第1のパワーモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が第2のダイオードモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように、第1のダイオードモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が第4のパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように、第2のパワーモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が第3のパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように配置したので、パワーモジュール間に発生する漂遊インダクタンスが大幅に抑制でき、パワーモジュールに印加されるサージ電圧を抑制でき、更にはスナバ回路が不要になるので、装置コストが低減し、装置効率が向上する3レベルの電力変換装置を実現することが出来る。 The DC power supply includes a positive side electrode, a neutral side electrode, and a negative side electrode, and a three-level power converter that outputs three levels of potentials of the positive side electrode, the neutral electrode, and the negative electrode from the output terminal. The positive power module group includes a first power module in which a positive electrode is connected to a positive electrode of a DC power source and a positive electrode connected to a negative electrode of the first power module. Comprises a second power module connected to the output terminal, a negative electrode of the first power module, and a first diode module connected between the neutral pole of the DC power supply, and the negative power module A third power module with the positive electrode connected to the output terminal and the positive electrode connected to the negative electrode of the third power module and the negative electrode connected to the negative pole of the DC power supply. 4 power module and 3rd power module negative And a second diode module connected between the electrode and the neutral pole of the DC power supply. Each diode module has a positive electrode and a negative electrode formed on one surface (electrode formation surface) of its outer shape. The positive power module group and the negative power module group are arranged so that each electrode is positioned on a straight line, and the positive electrode and the negative electrode of the first power module are the second The positive and negative electrodes of the first diode module face the negative and positive electrodes of the fourth power module so that they face the negative and positive electrodes of the diode module, respectively. The positive and negative electrodes of the second power module are respectively connected to the negative and positive electrodes of the third power module. Since the stray inductances generated between the power modules can be greatly suppressed, the surge voltage applied to the power modules can be suppressed, and the snubber circuit is unnecessary, so the device cost is reduced. A three-level power conversion device that improves device efficiency can be realized.
また、直流電源は正側極と中性極と負側極とを備え、出力端子から正側極と中性極と負側極との3つのレベルの電位を出力する3レベルの電力変換装置であって、正側パワーモジュール群を、正側電極が直流電源の正側極に接続された第1のパワーモジュールと正側電極が第1のパワーモジュールの負側電極に接続され負側電極が出力端子に接続された第2のパワーモジュールと第1のパワーモジュールの負側電極と直流電源の中性極との間に接続された第1のダイオードモジュールとで構成し、負側パワーモジュール群を、正側電極が出力端子に接続された第3のパワーモジュールと正側電極が第3のパワーモジュールの負側電極に接続され負側電極が直流電源の負側極に接続された第4のパワーモジュールと第3のパワーモジュールの負側電極と直流電源の中性極との間に接続された第2のダイオードモジュールとで構成し、各ダイオードモジュールはその外形の一表面(電極形成面)に正側電極および負側電極が形成されたものとし、正側パワーモジュール群および負側パワーモジュール群を、それぞれの各電極が一直線上に位置するようにするとともに、第1のパワーモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が第4のパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように、第1のダイオードモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が第2のダイオードモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように、第2のパワーモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が第3のパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように配置したので、パワーモジュール間に発生する漂遊インダクタンスが大幅に抑制でき、パワーモジュールに印加されるサージ電圧を抑制でき、更にはスナバ回路が不要になるので、装置コストが低減し、装置効率が向上する3レベルの電力変換装置を実現することが出来る。 The DC power supply includes a positive side electrode, a neutral side electrode, and a negative side electrode, and a three-level power converter that outputs three levels of potentials of the positive side electrode, the neutral electrode, and the negative electrode from the output terminal. The positive power module group includes a first power module in which a positive electrode is connected to a positive electrode of a DC power source and a positive electrode connected to a negative electrode of the first power module. Comprises a second power module connected to the output terminal, a negative electrode of the first power module, and a first diode module connected between the neutral pole of the DC power supply, and the negative power module A third power module with the positive electrode connected to the output terminal and the positive electrode connected to the negative electrode of the third power module and the negative electrode connected to the negative pole of the DC power supply. 4 power module and 3rd power module negative And a second diode module connected between the electrode and the neutral pole of the DC power supply. Each diode module has a positive electrode and a negative electrode formed on one surface (electrode formation surface) of its outer shape. The positive power module group and the negative power module group are arranged so that each electrode is positioned on a straight line, and each positive electrode and negative electrode of the first power module is the fourth power module. The positive and negative electrodes of the first diode module face the negative and positive electrodes of the second diode module so that they face the negative and positive electrodes of the power module, respectively. The positive and negative electrodes of the second power module are respectively connected to the negative and positive electrodes of the third power module. Since the stray inductances generated between the power modules can be greatly suppressed, the surge voltage applied to the power modules can be suppressed, and the snubber circuit is unnecessary, so the device cost is reduced. A three-level power conversion device that improves device efficiency can be realized.
また、ダイオードモジュールを、当該モジュール内のダイオードに逆並列接続されたスイッチング素子を備えたものとすることにより、パワーモジュールと同一構造のものとしたので、すべてのモジュールの、電極形状とその配置を等しくすることが出来、配置構成や導体形状の設計が容易となる。 In addition, since the diode module has the same structure as the power module by including a switching element connected in reverse parallel to the diode in the module, the electrode shape and the arrangement of all the modules are changed. It can be made equal, and the arrangement configuration and the conductor shape can be easily designed.
この発明の電力変換装置は、以上で説明したインバータ装置に限らず、直流チョッパ装置等にも適用でき、同等の効果、即ち、使用するパワーモジュール間に発生する漂遊インダクタンスを大幅に抑制でき、更にはスナバ回路が不要になるので、装置コストが低減し、装置効率が向上するという効果が得られる。 The power conversion device of the present invention can be applied not only to the inverter device described above, but also to a DC chopper device, etc., and can substantially suppress stray inductance generated between power modules to be used. Since no snubber circuit is required, the device cost can be reduced and the device efficiency can be improved.
1,1a,1b 直流電源、2,2a,2b フィルタコンデンサ、
3 インバータ部、4,4a,4b,4c,4d,4e,4f パワーモジュール、
5,5a,5b,5c,5d,5e,5f IGBT、
6,6a,6b,6c,6d,6e,6f ダイオード、
7,7a,7b,7c,7d,7e,7f コレクタ端子、
8,8a,8b,8c,8d,8e,8f エミッタ端子、9,9a,9b 出力端子、10a,10b 冷却基板、13 絶縁板、21a,21b ダイオードモジュール。
1, 1a, 1b DC power supply, 2, 2a, 2b filter capacitor,
3 Inverter part, 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Power module,
5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f IGBT,
6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f diodes,
7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f collector terminal,
8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f Emitter terminal, 9, 9a, 9b Output terminal, 10a, 10b Cooling substrate, 13 Insulating plate, 21a, 21b Diode module.
Claims (11)
上記各パワーモジュールはその外形の一表面(電極形成面)に正側電極および負側電極が形成されたものとし、上記正側パワーモジュール群と負側パワーモジュール群とを、それぞれの上記各パワーモジュールの上記電極形成面が所定間隔を介して互いに向き合うように、かつ、上記スイッチング素子のターンオンまたはターンオフ時に上記各パワーモジュール間に流れる変化電流の通電経路が上記所定間隔を介して互いに向き合う往復経路となるよう配置したことを特徴とする電力変換装置。 Connect the positive and negative arms connected in series to each other between the positive and negative poles of the DC power supply, and pull out the output terminal from the connection point between the positive and negative arms. Each of the arm and the negative arm includes a positive power module group and a negative power module group each including at least one power module including a switching element and a diode connected in reverse parallel to the switching element. In a power conversion device that converts power between the DC power source and the output terminal by an on / off operation,
Each of the power modules has a positive electrode and a negative electrode formed on one surface (electrode formation surface) of the outer shape, and the positive power module group and the negative power module group are connected to the respective power modules. A reciprocating path in which the electrode forming surfaces of the modules face each other with a predetermined interval and the energization paths of the change current flowing between the power modules when the switching element is turned on or turned off face each other with the predetermined distance The power converter characterized by arrange | positioning so that it may become.
上記正側パワーモジュール群と負側パワーモジュール群とを、上記正側パワーモジュール群を構成するパワーモジュールの正側電極および負側電極が、上記負側パワーモジュール群を構成するパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように配置したことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の電力変換装置。 The DC power source includes a positive electrode and a negative electrode, and is a two-level power conversion device that outputs two levels of potentials of the positive electrode and the negative electrode from the output terminal,
The positive side power module group and the negative side power module group are connected to the positive side electrode and the negative side electrode of the power module constituting the positive side power module group, respectively. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is disposed so as to face the side electrode and the positive side electrode.
上記正側パワーモジュール群を、正側電極が上記直流電源の正側極に接続された第1のパワーモジュールと正側電極が上記第1のパワーモジュールの負側電極に接続され負側電極が上記出力端子に接続された第2のパワーモジュールと上記第1のパワーモジュールの負側電極と上記直流電源の中性極との間に接続された第1のダイオードモジュールとで構成し、上記負側パワーモジュール群を、正側電極が上記出力端子に接続された第3のパワーモジュールと正側電極が上記第3のパワーモジュールの負側電極に接続され負側電極が上記直流電源の負側極に接続された第4のパワーモジュールと上記第3のパワーモジュールの負側電極と上記直流電源の中性極との間に接続された第2のダイオードモジュールとで構成し、
上記各ダイオードモジュールはその外形の一表面(電極形成面)に正側電極および負側電極が形成されたものとし、
上記正側パワーモジュール群および負側パワーモジュール群を、それぞれの各電極が一直線上に位置するようにするとともに、上記第1のパワーモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が上記第2のダイオードモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように、上記第1のダイオードモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が上記第4のパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように、上記第2のパワーモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が上記第3のパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように配置したことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の電力変換装置。 The DC power source includes a positive pole, a neutral pole, and a negative pole, and a three-level power conversion that outputs three levels of potentials of the positive pole, the neutral pole, and the negative pole from the output terminal. A device,
The positive power module group includes a first power module in which a positive electrode is connected to a positive electrode of the DC power source, and a positive electrode connected to a negative electrode of the first power module. A second power module connected to the output terminal; a first diode module connected between the negative electrode of the first power module and a neutral pole of the DC power supply; The side power module group includes a third power module having a positive electrode connected to the output terminal, a positive electrode connected to a negative electrode of the third power module, and a negative electrode connected to the negative side of the DC power source. A fourth power module connected to the pole, a second diode module connected between the negative electrode of the third power module and the neutral pole of the DC power supply,
Each diode module has a positive electrode and a negative electrode formed on one surface (electrode forming surface) of its outer shape,
The positive side power module group and the negative side power module group are arranged such that each electrode is positioned on a straight line, and the positive side electrode and the negative side electrode of the first power module are the second diode. The positive and negative electrodes of the first diode module face the negative and positive electrodes of the fourth power module so that the negative and positive electrodes of the module face each other. 8. The first power module according to claim 1, wherein the positive electrode and the negative electrode of the second power module are arranged so as to face the negative electrode and the positive electrode of the third power module, respectively. The power conversion apparatus of crab.
上記正側パワーモジュール群を、正側電極が上記直流電源の正側極に接続された第1のパワーモジュールと正側電極が上記第1のパワーモジュールの負側電極に接続され負側電極が上記出力端子に接続された第2のパワーモジュールと上記第1のパワーモジュールの負側電極と上記直流電源の中性極との間に接続された第1のダイオードモジュールとで構成し、上記負側パワーモジュール群を、正側電極が上記出力端子に接続された第3のパワーモジュールと正側電極が上記第3のパワーモジュールの負側電極に接続され負側電極が上記直流電源の負側極に接続された第4のパワーモジュールと上記第3のパワーモジュールの負側電極と上記直流電源の中性極との間に接続された第2のダイオードモジュールとで構成し、
上記各ダイオードモジュールはその外形の一表面(電極形成面)に正側電極および負側電極が形成されたものとし、
上記正側パワーモジュール群および負側パワーモジュール群を、それぞれの各電極が一直線上に位置するようにするとともに、上記第1のパワーモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が上記第4のパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように、上記第1のダイオードモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が上記第2のダイオードモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように、上記第2のパワーモジュールのそれぞれ正側電極および負側電極が上記第3のパワーモジュールのそれぞれ負側電極および正側電極に向き合うように配置したことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の電力変換装置。 The DC power source includes a positive pole, a neutral pole, and a negative pole, and a three-level power conversion that outputs three levels of potentials of the positive pole, the neutral pole, and the negative pole from the output terminal. A device,
The positive power module group includes a first power module in which a positive electrode is connected to a positive electrode of the DC power source, and a positive electrode connected to a negative electrode of the first power module. A second power module connected to the output terminal; a first diode module connected between the negative electrode of the first power module and a neutral pole of the DC power supply; The side power module group includes a third power module having a positive electrode connected to the output terminal, a positive electrode connected to a negative electrode of the third power module, and a negative electrode connected to the negative side of the DC power source. A fourth power module connected to the pole, a second diode module connected between the negative electrode of the third power module and the neutral pole of the DC power supply,
Each diode module has a positive electrode and a negative electrode formed on one surface (electrode forming surface) of its outer shape,
The positive power module group and the negative power module group are arranged such that the respective electrodes are positioned on a straight line, and the positive electrode and the negative electrode of the first power module are the fourth power. The positive electrode and the negative electrode of the first diode module face the negative electrode and the positive electrode of the second diode module so that the negative electrode and the positive electrode of the module face each other. 8. The first power module according to claim 1, wherein the positive electrode and the negative electrode of the second power module are arranged so as to face the negative electrode and the positive electrode of the third power module, respectively. The power conversion apparatus of crab.
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Cited By (12)
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---|---|---|---|---|
WO2007113979A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Power converter and its assembling method |
JP2008245451A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Mitsubishi Electric Corp | Power conversion apparatus |
JP4869454B1 (en) * | 2010-09-09 | 2012-02-08 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor module, power conversion device and railway vehicle |
JP2013153010A (en) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Denso Corp | Semiconductor module and semiconductor device |
JP2014057520A (en) * | 2009-09-04 | 2014-03-27 | Mitsubishi Electric Corp | Power conversion circuit |
CN104521127A (en) * | 2012-08-10 | 2015-04-15 | 三菱电机株式会社 | Power module comprising two elements, and three-level power conversion device using same |
US9270199B2 (en) | 2011-02-10 | 2016-02-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus with a laminated bus bar comprising an exposed heat radiating portion |
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JP2019161124A (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
CN110959251A (en) * | 2017-08-11 | 2020-04-03 | 株式会社电装 | Power conversion device |
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Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007113979A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Power converter and its assembling method |
AU2007232027B2 (en) * | 2006-03-30 | 2010-12-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device and fabricating method for the same |
US7881086B2 (en) | 2006-03-30 | 2011-02-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device and fabricating method for the same |
JP4920677B2 (en) * | 2006-03-30 | 2012-04-18 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device and assembly method thereof |
JP2008245451A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Mitsubishi Electric Corp | Power conversion apparatus |
JP2014057520A (en) * | 2009-09-04 | 2014-03-27 | Mitsubishi Electric Corp | Power conversion circuit |
JP4869454B1 (en) * | 2010-09-09 | 2012-02-08 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor module, power conversion device and railway vehicle |
WO2012032642A1 (en) * | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor module, power conversion apparatus, and railroad vehicle |
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JP2013153010A (en) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Denso Corp | Semiconductor module and semiconductor device |
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CN104521127A (en) * | 2012-08-10 | 2015-04-15 | 三菱电机株式会社 | Power module comprising two elements, and three-level power conversion device using same |
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CN110959251B (en) * | 2017-08-11 | 2022-12-06 | 株式会社电装 | Power conversion device |
JP2019161124A (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
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WO2022070596A1 (en) | 2020-09-29 | 2022-04-07 | 株式会社日立製作所 | Power conversion unit, power conversion device, and method for inspecting power conversion unit |
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