JP2007124769A

JP2007124769A - インバータ回路

Info

Publication number: JP2007124769A
Application number: JP2005312122A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Yoshihara; 和成吉原
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP4765550B2

Abstract

【課題】スナバ回路を小形化するとともに、サージ電圧の抑制効果を向上する。
【解決手段】インバータ回路を構成する各ＩＧＢＴ４，６にコンデンサ８，１０、ダイオード９，１１及び放電抵抗１２，１３からなるスナバ回路を接続したインバータ回路において、各ＩＧＢＴ４，６を内部に冷却水が通流される水冷フィン１７に取り付けるとともに、コンデンサ８，１０及びダイオード９，１１を一体型モジュール１４，１５としてＩＧＢＴ４，６の端子４ａ，６ａに取り付け、かつダイオード９，１１を良熱伝導体１８の一端に絶縁して取り付け、良熱伝導体１８の他端を水冷フィン１７に取り付ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、インバータ回路、特にスナバ回路を備えたインバータ回路におけるスナバ回路の小形化に関するものである。

図４（ａ）は従来のスナバ回路を備えたインバータ回路の１相分の回路図を示し、１は直流正極端子、２は直流負極端子、３は交流出力端子である。又、４は正極端子１と交流出力端子３との間の上アーム５に接続され、インバータを構成する半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ、６は交流出力端子３と負極端子２との間の下アーム７に接続され、インバータを構成するスイッチング素子であるＩＧＢＴ、８，９は相互に直列に接続されたコンデンサ及びダイオードであり、この直列回路はＩＧＢＴ４のエミッタ、コレクタ端子間に並列に接続される。同様に、コンデンサ１０及びダイオード１１も相互に直列に接続され、この直列回路はＩＧＢＴ６に対して並列に接続される。又、コンデンサ８とダイオード９の接続点と負極端子２との間には放電抵抗１２が接続され、コンデンサ１０とダイオード１１の接続点と正極端子１との間には放電抵抗１３が接続される。

図４（ａ）に示したインバータ回路においては、ＩＧＢＴ４，６は交互にオンし、例えばオン期間を変化させることにより交流出力端子３からパルス幅変調された交流電圧を出力する。ここで、例えば、ＩＧＢＴ４に電流が流れている場合にその電流を遮断すると、ＩＧＢＴ４の両端には回路の浮遊インダクタンスによるサージ電圧が発生するので、この電圧を抑制するためにスナバ回路が設けられる。スナバ回路は例えばコンデンサ８、ダイオード９及び抵抗１２により構成され、ＩＧＢＴ４により遮断された電流はこのスナバ回路に流れ込むことにより、過電圧は抑制される。同様に、ＩＧＢＴ６についても、コンデンサ１０、ダイオード１１及び放電抵抗１３によりスナバ回路が構成される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１〜４がある。
実用新案登録第２５０２６３７号公報特開平７−１６５９１号公報特開平９−１９０９０１号公報特開２００１−３０７９０２号公報

ところで、スナバ回路を構成するコンデンサ８とダイオード９、及びコンデンサ１０とダイオード１１は省スペース、低インダクタンス配線を目的として、一体型モジュール１４，１５とすることがあり、またサージ電圧の抑制効果を向上させるために、図４（ｂ）に示すように、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ４，６の端子４ａ，６ａに直接一体型モジュール１４，１５の端子１４ａ，１５ａをねじ１６により取り付ける場合がある。また、半導体スイッチング素子４，６の高耐圧化、大電流化、高周波化に伴い、スナバ回路、特にそのダイオードの損失が大きくなり、その発熱（放熱）が問題となるケースが多い。この場合、ダイオードに冷却フィンを取り付けて対策することもあるが、冷却フィンが大型となったり、別途に冷却用ファンが必要となり、装置を小形化することができなかった。なお、１７はＩＧＢＴ４，６が取り付けられ、その発熱を冷却する水冷フィンであり、内部に冷却水が通流される。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、スナバ回路を備えたインバータ回路において、スナバ回路を小形化するとともに、サージ電圧の抑制効果を向上することができるインバータ回路を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係るインバータ回路は、インバータ回路を構成する各半導体スイッチング素子に、コンデンサ、ダイオード及び放電抵抗からなり、スイッチングサージ電圧を抑制するスナバ回路を接続したインバータ回路において、各半導体スイッチング素子を内部に冷却水が通流される水冷フィンに取り付けるとともに、スナバ回路のコンデンサとダイオードを一体型モジュールとして半導体スイッチング素子の端子に取り付け、かつ上記ダイオードを良熱伝導体の一端に絶縁して取り付け、該良熱伝導体の他端を水冷フィンに取り付けものである。

請求項２に係るインバータ回路は、インバータ回路を構成する各半導体スイッチング素子に、コンデンサ、ダイオード及び放電抵抗からなり、スイッチングサージ電圧を抑制するスナバ回路を接続したインバータ回路において、スナバ回路のコンデンサとダイオードを一体型モジュールとして半導体スイッチング素子の端子に取り付け、かつ上記ダイオードを良熱伝導体に絶縁して取り付け、該良熱伝導体に内部に冷却水が通流されるとともにスナバ回路の放電抵抗を有する水冷抵抗の筐体を取り付けたものである。

請求項３に係るインバータ回路は、インバータ回路を構成する各半導体スイッチング素子に、コンデンサ、ダイオード及び放電抵抗からなり、スイッチングサージ電圧を抑制するスナバ回路を接続したインバータ回路において、上下アームの二つの半導体スイッチング素子を一つのパッケージにするとともに、この二つの半導体スイッチング素子のスナバ回路のコンデンサとダイオードを一体型モジュールとして上記二つの半導体スイッチング素子のパッケージの端子に取り付け、かつ上記ダイオードを良熱伝導体に絶縁して取り付け、該良熱伝導体に内部に冷却水が通流されるとともにスナバ回路の放電抵抗を有する水冷抵抗の筐体を取り付けたものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、スナバ回路のコンデンサとダイオードの一体型モジュールにおけるダイオードを良熱伝導体を介して半導体スイッチング素子を冷却するための水冷フィンに取り付けており、ダイオードの熱を水冷フィンにより効果的に冷却しており、大形の冷却フィンを別途設ける必要がなく、スナバ回路の小形化が可能となる。又、一体型モジュールを半導体スイッチング素子の端子に取り付けており、スナバ回路の配線のインダクタンスを小さくすることができ、小形化が可能で、サージ電圧を抑制することができる。

又、この発明の請求項２によれば、スナバ回路のコンデンサとダイオードの一体型モジュールにおけるダイオードを良熱伝導体を介して水冷抵抗の筐体に取り付けており、ダイオードの熱を水冷抵抗の筐体により効果的に冷却することができ、大形の冷却フィンを別途設ける必要がなく、スナバ回路の小形化が可能となる。又、水冷抵抗の筐体は放電抵抗を有しているので、スナバ回路のコンデンサ、ダイオード及び放電抵抗を一体構成とすることができ、スペースを小さくすることができ、小形化が可能となった。さらに、一体型モジュールを半導体スイッチング素子の端子に取り付けており、スナバ回路の配線のインダクタンスを小さくすることができ、小形化が可能で、サージ電圧を抑制することができる。

請求項３によれば、二つの半導体スイッチング素子のスナバ回路のコンデンサ及びダイオードを一体型モジュールとしており、省スペースで小形化が可能となるとともに、スナバ回路の配線のインダクタンスを小さくすることができ、サージ電圧抑制効果を向上することができる。又、放電抵抗を有する水冷抵抗の筐体に一体型パッケージにおけるダイオードを良熱伝導体を介して取り付けており、ダイオードの熱を水冷抵抗の筐体により効果的に冷却することができ、大型の冷却フィンを設ける必要がなく、小形化が可能となる。さらに、二つのＩＧＢＴのスナバ回路を構成するコンデンサ、ダイオード及び放電抵抗を一体的に形成しており、省スペースで小形化が可能となる。さらに、一体型モジュールを二つの半導体スイッチング素子を一つのパッケージとしたものの端子に接続したので、スナバ回路の配線のインダクタンスを小さくすることができるとともに、省スペースで小形化が可能であり、サージ抑制効果を向上ことができる。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態１によるインバータ回路の部分構成図であり、各ＩＧＢＴ４，６（４又は６の意味であり、以下も同様である。）は内部に冷却水が通流される水冷フィン１７に取り付けられ、各ＩＧＢＴ４，６のスイッチングサージ電圧を抑制するスナバ回路は従来同様にコンデンサ８，１０、ダイオード９，１１及び放電抵抗１２，１３により構成されるが、その内のコンデンサ８，１０とダイオード９，１１は一体型モジュール１４，１５とし、その端子１４ａ，１５ａをＩＧＢＴ４，６の端子端子４ａ，６ａにねじ１６により取り付ける。スナバ回路の放電抵抗１２，１３は別途設ける。一体型モジュール１４，１５におけるダイオード９，１１には良熱伝導体（導体等による。）１８の一端を絶縁して取り付け、良熱伝導体１８の他端は水冷フィン１７にねじ１９により取り付ける。

実施最良形態１においては、ダイオード９，１１を良熱伝導体１８を介して水冷フィン１７に接続しており、ダイオード９，１１の熱を水冷フィン１７により効果的に冷却することができる。このため、大型の冷却フィンを設ける必要がなく、小形化が可能となる。又、一体型モジュール１４，１５の端子１４ａ，１５ａをＩＧＢＴ４，６の端子４ａ，６ａと接続しているので、スナバ回路の配線のインダクタンスを小さくすることができ、小形化が可能で、サージ抑制効果を得ることができる。

実施最良形態２
図２は実施最良形態２によるインバータ回路の部分構成図を示し、一体型モジュール１４，１５のダイオード９，１１を導体等からなる良熱伝導体２０に絶縁して取り付け、この良熱伝導体２０に、内部に冷却水が通流されるとともに、スナバ回路の放電抵抗１２，１３を有する水冷抵抗の筐体２１を取り付ける。水冷抵抗の筐体２１は市販のものであり、この筐体２１に放電抵抗１２，１３を取り付ける。その他の構成は、実施最良形態１と同様である。

実施最良形態２においては、ダイオード９，１１を良熱伝導体２０を介して水冷抵抗の筐体２１に取り付けており、ダイオード９，１１の熱を水冷抵抗の筐体２１により効果的に冷却することができ、大型の冷却フィンを設ける必要がなく、小形化が可能となる。又、実施最良形態１においては、スナバ回路の放電抵抗１２，１３を別途設ける必要があり、そのためのスペースが必要であったが、実施最良形態２においてはスナバ回路のコンデンサ８，１０、ダイオード９，１１及び放電抵抗１２，１３を一体に形成しており、スペースを小さくすることができ、小形化が可能となる。さらに、一体型モジュール１４，１５の端子１４ａ，１５ａをＩＧＢＴ４，６の端子４ａ，６ａと接続しているので、スナバ回路の配線のインダクタンスを小さくすることができ、小形化が可能で、サージ抑制効果を得ることができる。

実施最良形態３
図3は実施最良形態３による部分構成図を示し、インバータ回路の上下アーム５，７（５及び７の意味であり、実施最良形態３においては以下同様である。）に接続された二つのＩＧＢＴ４，６に接続されるスナバ回路を構成するコンデンサ８，１０とダイオード９，１１を一体型モジュール２２とし、その端子２２ａをＩＧＢＴ４，６を一つのパッケージとした端子に取り付け、また一体型モジュール２２におけるダイオード９，１１を導体等からなる良熱伝導体２３に絶縁して取り付け、この良熱伝導体２３に市販の水冷抵抗の筐体２１を取り付け、この筐体２１に放電抵抗１２，１３を取り付ける。

実施最良形態３においては、二つのＩＧＢＴ４，６のスナバ回路のコンデンサ８，１０及びダイオード９，１１を一体型モジュール２２としており、省スペースで小形化が可能となるとともに、スナバ回路の配線のインダクタンスを小さくすることができ、小形化が可能で、サージ電圧を抑制することができる。又、放電抵抗１２，１３を有する水冷抵抗の筐体２１に一体型パッケージ２２におけるダイオード９，１１を良熱伝導体２３を介して取り付けており、ダイオード９，１１の熱を水冷抵抗の筐体２１により効果的に冷却することができ、大型の冷却フィンを設ける必要がなく、小形化が可能となる。又、二つのＩＧＢＴ４，６のスナバ回路を構成するコンデンサ８，１０、ダイオード９，１１及び放電抵抗１２，１３を一体的に形成しており、省スペースで小形化が可能となる。さらに、一体型モジュール２２の端子２２ａをＩＧＢＴ４，６を一つのパッケージとしたものの端子に接続したので、スナバ回路の配線のインダクタンスを小さくすることができるとともに、省スペースで小形化が可能であり、サージ抑制効果を向上ことができる。

この発明の実施最良形態１によるインバータ回路の部分構成図である。実施最良形態２によるインバータ回路の部分構成図である。実施最良形態３によるインバータ回路の部分構成図である。従来のスナバ回路を備えたインバータ回路の１相分の回路図及び部分構成図である。

符号の説明

４，６…ＩＧＢＴ
４ａ，６ａ，１４ａ，１５ａ，２２ａ…端子
５，７…アーム
８，１０…コンデンサ
９，１１…ダイオード
１２，１３…放電抵抗
１４，１５，２２…一体型モジュール
１７…水冷フィン
１８，２０，２３…良熱伝導体
２１…水冷抵抗の筐体

Claims

インバータ回路を構成する各半導体スイッチング素子に、コンデンサ、ダイオード及び放電抵抗からなり、スイッチングサージ電圧を抑制するスナバ回路を接続したインバータ回路において、各半導体スイッチング素子を内部に冷却水が通流される水冷フィンに取り付けるとともに、スナバ回路のコンデンサとダイオードを一体型モジュールとして半導体スイッチング素子の端子に取り付け、かつ上記ダイオードを良熱伝導体の一端に絶縁して取り付け、該良熱伝導体の他端を水冷フィンに取り付けたことを特徴とするインバータ回路。
インバータ回路を構成する各半導体スイッチング素子に、コンデンサ、ダイオード及び放電抵抗からなり、スイッチングサージ電圧を抑制するスナバ回路を接続したインバータ回路において、スナバ回路のコンデンサとダイオードを一体型モジュールとして半導体スイッチング素子の端子に取り付け、かつ上記ダイオードを良熱伝導体に絶縁して取り付け、該良熱伝導体に内部に冷却水が通流されるとともにスナバ回路の放電抵抗を有する水冷抵抗の筐体を取り付けたことを特徴とするインバータ回路。
インバータ回路を構成する各半導体スイッチング素子に、コンデンサ、ダイオード及び放電抵抗からなり、スイッチングサージ電圧を抑制するスナバ回路を接続したインバータ回路において、上下アームの二つの半導体スイッチング素子を一つのパッケージにするとともに、この二つの半導体スイッチング素子のスナバ回路のコンデンサとダイオードを一体型モジュールとして上記二つの半導体スイッチング素子のパッケージの端子に取り付け、かつ上記ダイオードを良熱伝導体に絶縁して取り付け、該良熱伝導体に内部に冷却水が通流されるとともにスナバ回路の放電抵抗を有する水冷抵抗の筐体を取り付けたことを特徴とするインバータ回路。