JP2007174760A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体モジュールを用いたインバータ装置等の電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device such as an inverter device using a semiconductor module.
例えば、内燃機関と電気モータの両方を駆動源として有するハイブリッド自動車、その他、電気モータを駆動源として備えた自動車等では、直流電力と交流電力との間で双方向変換する大容量のインバータを必要とする。そのため、このインバータを含む電力変換装置が種々開発されてきた。 For example, in a hybrid vehicle having both an internal combustion engine and an electric motor as a drive source, and other vehicles having an electric motor as a drive source, a large-capacity inverter that performs bidirectional conversion between DC power and AC power is required. And Therefore, various power converters including this inverter have been developed.
インバータ回路(電力変換回路)は、IGBT素子等を内蔵した半導体モジュールを用いて構成するが、上記のごとく大容量であるため、発熱量も大きい。そのため、電力変換装置は、上記半導体モジュールを冷却する冷却器を組み込んで構成する。 The inverter circuit (power conversion circuit) is configured using a semiconductor module incorporating an IGBT element or the like, but has a large capacity as described above, and therefore generates a large amount of heat. Therefore, the power converter is configured by incorporating a cooler that cools the semiconductor module.
また、電力変換装置は、半導体モジュールに対して電流を入出させるパワー配線部と、半導体モジュールを制御する制御回路部とを有する。
そして、パワー配線部に流れる大電流に起因する電磁ノイズの影響を、制御回路部に与えないようにするために、図4に示すごとく,主回路部92を、パワー配線部94と制御回路部93との間に配置した電力変換装置9が開示されている(特許文献1)。パワー配線部94は、バスバー941と、該バスバー94によって主回路部92と接続されたコンデンサ942及びリアクトル943とを有する。
In addition, the power conversion apparatus includes a power wiring unit that inputs and outputs current to and from the semiconductor module, and a control circuit unit that controls the semiconductor module.
And in order not to give the influence of the electromagnetic noise resulting from the large current which flows into a power wiring part to a control circuit part, as shown in FIG. 4, the
上記コンデンサ942としては、フィルタコンデンサ、平滑コンデンサ、及びスナバコンデンサがある。この中で、スナバコンデンサは、半導体モジュールのスイッチング動作時に発生する電圧サージを抑制して、過電圧による半導体モジュールの破損を防止している。それ故、スナバコンデンサには、半導体モジュールのスイッチング動作の度にサージ電圧を吸収するための突入電流が流れ、スナバコンデンサ自身から高周波の電磁ノイズが放射される。この電磁ノイズによって、制御回路部93の誤動作を招いたり、信号コネクタを通じて制御回路部93へ供給される制御回路用電源にノイズが入ったり、車両のラジオ等にノイズを与えたりするおそれがある。
Examples of the
そこで、スナバコンデンサから放射される電磁ノイズの影響を防止するために、スナバコンデンサの周囲に、鉄板等からなる電磁遮蔽手段を設ける必要があった。しかし、かかる電磁遮蔽手段を改めて設けることは、部品点数を増やすこととなり、製造コストの増加や、装置の大型化を招くおそれがあるという問題がある。 Therefore, in order to prevent the influence of electromagnetic noise radiated from the snubber capacitor, it is necessary to provide electromagnetic shielding means made of an iron plate or the like around the snubber capacitor. However, providing such electromagnetic shielding means anew increases the number of parts, and there is a problem that the manufacturing cost may increase and the size of the apparatus may be increased.
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、正常な動作を確保すると共に、小型かつ安価な電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and is intended to provide a small and inexpensive power conversion device while ensuring normal operation.
本発明は、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、上記半導体モジュールの信号端子に電気的に接続され、上記半導体モジュールを制御する制御回路部と、上記半導体モジュールの主電極端子に電気的に接続され、上記半導体モジュールに対して電流を入出させるバスバーと、該バスバーを介して上記主電極端子に電気的に接続されるスナバコンデンサ、平滑コンデンサ、及びリアクトルとを有し、
上記スナバコンデンサは、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、少なくとも3方を囲まれていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
The present invention includes a semiconductor module containing a semiconductor element, a cooler that cools the semiconductor module, a control circuit unit that is electrically connected to a signal terminal of the semiconductor module and controls the semiconductor module, and the semiconductor module A bus bar that is electrically connected to the main electrode terminal and allows current to flow into and out of the semiconductor module, and a snubber capacitor, a smoothing capacitor, and a reactor that are electrically connected to the main electrode terminal via the bus bar. Have
The snubber capacitor is located in at least three sides by the cooler, the smoothing capacitor, and the reactor (Claim 1).
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記スナバコンデンサは、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、少なくとも3方を囲まれている。そのため、スナバコンデンサから放射された電磁ノイズを少なくとも3方において遮蔽することができる。これにより、電磁ノイズの影響を受けやすい部品、配線、機器等を、上記の電磁遮蔽された方向に配置することにより、それらの正常な動作を確保することができる。また、その結果、電力変換装置の正常な動作を確保することもできる。
Next, the effects of the present invention will be described.
The snubber capacitor is surrounded by at least three sides by the cooler, the smoothing capacitor, and the reactor. Therefore, electromagnetic noise radiated from the snubber capacitor can be shielded in at least three directions. Accordingly, by disposing components, wiring, equipment, and the like that are easily affected by electromagnetic noise in the above-described electromagnetic shielding direction, their normal operation can be ensured. As a result, the normal operation of the power conversion device can be ensured.
また、上記のごとく、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、電磁ノイズの遮蔽を行うことにより、新たな電磁遮蔽手段の設置を省略することができる。それ故、電磁遮蔽のために部品点数を増やす必要がなくなり、製造コストの低減、装置の小型化を図ることができる。 In addition, as described above, by installing electromagnetic noise shielding with the cooler, the smoothing capacitor, and the reactor, it is possible to omit the installation of new electromagnetic shielding means. Therefore, it is not necessary to increase the number of parts for electromagnetic shielding, and the manufacturing cost can be reduced and the apparatus can be downsized.
以上のごとく、本発明によれば、正常な動作を確保すると共に、小型かつ安価な電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a small and inexpensive power conversion device while ensuring normal operation.
本発明(請求項1)において、上記電力変換装置としては、例えば、DC−DCコンバータやインバータ等がある。また、上記電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる。
また、上記半導体モジュールは、例えばIGBT素子等の半導体素子を内蔵してなり、電力変換回路の一部を構成する。
In the present invention (Claim 1), examples of the power converter include a DC-DC converter and an inverter. Moreover, the said power converter device can be used for the production | generation of the drive current which supplies with electricity to the alternating current motor which is motive power sources, such as an electric vehicle and a hybrid vehicle, for example.
Moreover, the said semiconductor module incorporates semiconductor elements, such as an IGBT element, for example, and comprises a part of power converter circuit.
また、上記電力変換装置は、上記制御回路部に電源を供給するための信号コネクタを有し、該信号コネクタと上記スナバコンデンサとの間に上記リアクトルが配置していることが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記スナバコンデンサから放射される電磁ノイズが上記信号コネクタを通じて制御回路部へ供給される制御回路用電源に与える影響を防ぐことができる。これにより、制御回路部における正常な動作を確保することができる。
Preferably, the power conversion device has a signal connector for supplying power to the control circuit unit, and the reactor is disposed between the signal connector and the snubber capacitor. ).
In this case, it is possible to prevent the electromagnetic noise radiated from the snubber capacitor from affecting the control circuit power supply supplied to the control circuit section through the signal connector. Thereby, normal operation in the control circuit unit can be ensured.
また、上記バスバーは、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、少なくとも3方を囲まれていることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記スナバコンデンサに接続されたバスバーから放射される電磁ノイズを、少なくとも3方において遮蔽することができる。これにより、スナバコンデンサから放射される電磁ノイズのほかに、スナバコンデンサに接続されたバスバーから放射される電磁ノイズをも遮蔽して、これらの電磁ノイズが周囲の部品、配線、機器等に影響を与えることを防ぐことができる。
それ故、電力変換装置の正常な動作を一層確保することができる。
Moreover, it is preferable that the said bus bar is enclosed at least 3 sides by the said cooler, the said smoothing capacitor, and the said reactor (Claim 3).
In this case, electromagnetic noise radiated from the bus bar connected to the snubber capacitor can be shielded in at least three directions. This shields not only electromagnetic noise radiated from the snubber capacitor but also electromagnetic noise radiated from the bus bar connected to the snubber capacitor, and these electromagnetic noise affects the surrounding parts, wiring, equipment, etc. Can be prevented from giving.
Therefore, the normal operation of the power conversion device can be further ensured.
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図1〜図3を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1、図2に示すごとく、半導体素子を内蔵する半導体モジュール21と、該半導体モジュール21を冷却する冷却器22とを有する。半導体モジュール21の信号端子211には、半導体モジュール21を制御する制御回路部3が電気的に接続されている。また、半導体モジュール21の主電極端子211には、半導体モジュール21に対して電流を入出させるバスバー41が電気的に接続されている。また、主電極端子211には、スナバコンデンサ423、平滑コンデンサ422、フィルタコンデンサ421、及びリアクトル43がバスバー41を介して電気的に接続されている。図1はフィルタコンデンサ421と平滑コンデンサ422を別体として設けた例であるが、これらを一体としてパッケージすることも可能である。
A power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
そして、図1に示すごとく、スナバコンデンサ423は、冷却器22、平滑コンデンサ422、及びリアクトル43によって、3方を囲まれている。
また、電力変換装置1は、制御回路部3に電源を供給するための信号コネクタ14を有し、該信号コネクタ14とスナバコンデンサ423との間にリアクトル43が配置している。
また、バスバー41も、冷却器22、平滑コンデンサ422、及びリアクトル43によって、3方を囲まれている。
As shown in FIG. 1, the
In addition, the
The
本例の電力変換装置1は、図3に示すごとく、昇圧コンバータ部(DC−DCコンバータ)11とインバータ部12とを有するインバータ回路100を構成した自動車用のインバータである。即ち、電力変換装置1は、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータ51に通電する駆動電流の生成に用いることができる。
As shown in FIG. 3, the
上記昇圧コンバータ部11及びインバータ部12には、IGBT素子213とダイオード214とを内蔵した半導体モジュール21がそれぞれ複数配設されている。半導体モジュール21は、制御回路部3による制御によりスイッチング動作を行い、主電極端子212に入出する被制御電流を制御する。
The
昇圧コンバータ部11には、入力電圧を昇圧するためのリアクトル43が配設されている。リアクトル43の構成材料の大半は鉄からなる。
また、昇圧コンバータ部11の外部電源52側には、フィルタコンデンサ421が接続されている。該フィルタコンデンサ421は、直流の外部電源52から昇圧コンバータ部11に入力される電源電流に含まれるリプル電流を吸収して、電源電流を安定化する。
The
In addition, a
また、昇圧コンバータ部11とインバータ部12との間には、平滑コンデンサ422が接続されている。平滑コンデンサ422は、断続電流となる昇圧コンバータ部11の出力電流を平滑化して、安定した直流電流をインバータ部12に入力させる。
また、インバータ部12には、スナバコンデンサ423が配設されている。スナバコンデンサ423は、半導体モジュール21のスイッチング動作時に発生する電圧サージを抑制して、過電圧による半導体モジュール21の破損を防止している。
また、インバータ部12には、バスバー41を介して三相の交流モータ51が接続され、インバータ部12によって生成された駆動電流を交流モータ51に供給する。
A
The
Further, a three-
図1に示すごとく、半導体モジュール21は、半導体素子を内蔵したモジュール本体部210と、該モジュール本体部210から突出させた主電極端子212と、該主電極端子212の突出方向と略180度異なる方向へ突出させた信号端子211とよりなる。そして、モジュール本体部210は、その主面に放熱板を露出させてある(図示略)。
As shown in FIG. 1, the
冷却器22は、図1、図2に示すごとく、モジュール本体部210を両面から挟持するように配置される冷却管221を複数有している。本例では、隣り合う冷却管221の間に2つの半導体モジュール21を並べて挟持させている。そして、全体的には、冷却管221と半導体モジュール21の列とを交互に積層している。これにより、すべての半導体モジュール21は、その両主面を冷却管221により挟持された状態となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cooler 22 has a plurality of cooling
各冷却管221は、その内部に冷媒流路222を有しており、これに冷却媒体を流通させることができるよう構成してある。また、複数の冷却管221の両端をそれぞれ連結するように蛇腹構造或いはダイアフラム構造を設けた連結パイプ223を配置し、2箇所のヘッダ部224を形成してある。また、該2箇所のヘッダ部224の端部には、冷却器22の積層方向の一端に配された冷却管221に接続された冷媒導入口225と冷媒排出口226とがそれぞれ設けてある。
なお、冷却器22は、アルミニウムの押出成形品或いはアルミニウム板のプレス成形体等によって構成される。
Each cooling
The cooler 22 is constituted by an aluminum extrusion-molded product or an aluminum plate press-molded body.
そして、冷却管221内に冷却媒体を流通させることにより、モジュール本体部210を両面から冷却することができる。また、図1に示すごとく、各半導体モジュール21は、冷却管221の長手方向(水平方向)に対して略直角の互いに異なる方向に主電極端子212と信号端子211とがそれぞれ突出するように配置される。即ち、主電極端子212を下方に、信号端子211を上方に、それぞれ突出させる。
And the module main-
そして、信号端子211には冷却器22の上方に配された制御回路部3が接続され、主電極端子212には冷却器22の下方に配されたバスバー41が接続されている。バスバー41には、その下方に配されたスナバコンデンサ423、フィルタコンデンサ421、及び平滑コンデンサ422が接続されている。
The
また、上記平滑コンデンサ422は、例えば樹脂フィルムの表面にアルミニウム、亜鉛等の金属層を蒸着した金属化フィルムを巻回してなるフィルムコンデンサによって構成することができる。そして、この平滑コンデンサ422がスナバコンデンサ423の下方に配されている。
The smoothing
また、図1、図2に示すごとく、上記冷却器22における積層方向の端部であって、冷媒導入口225と冷媒排出口226との間の空間には、リアクトル43が配設されている。該リアクトル43の配設位置は、スナバコンデンサ423及びバスバー41の側方でもある。
これにより、スナバコンデンサ423及びバスバー41は、側方のリアクトル43と、上方の冷却器2と、下方の平滑コンデンサ422とによって囲まれた状態となる。
また、電力変換装置1のケース10の上部の側面には、上記信号コネクタ14が配設されている。そして、信号コネクタ14とスナバコンデンサ423及びバスバー41との間には、上記リアクトル43が配置することとなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
As a result, the
Further, the
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記スナバコンデンサ423は、冷却器22、平滑コンデンサ422、及びリアクトル43によって、少なくとも3方を囲まれている。そのため、スナバコンデンサ423から放射された電磁ノイズを少なくとも3方において遮蔽することができる。これにより、例えば、制御回路部3、信号コネクタ14、自動車のラジオ等、電磁ノイズの影響を受けやすい部品、配線、機器等を、上記の電磁遮蔽された方向に配置することにより、それらの正常な動作を確保することができる。また、その結果、電力変換装置1の正常な動作を確保することもできる。
Next, the function and effect of this example will be described.
The
また、上記のごとく、冷却器22、平滑コンデンサ422、及びリアクトル43によって、電磁ノイズの遮蔽を行うことにより、新たな電磁遮蔽手段の設置を省略することができる。それ故、電磁遮蔽のために部品点数を増やす必要がなくなり、製造コストの低減、装置の小型化を図ることができる。
Further, as described above, the electromagnetic noise is shielded by the cooler 22, the smoothing
また、バスバー41も、冷却器22、平滑コンデンサ422、及びリアクトル43によって、少なくとも3方を囲まれているため、スナバコンデンサ423に接続されたバスバー41から放射される電磁ノイズをも、少なくとも3方において遮蔽することができる。これにより、スナバコンデンサ423から放射される電磁ノイズのほかに、スナバコンデンサ423に接続されたバスバー41から放射される電磁ノイズをも遮蔽して、これらの電磁ノイズが周囲の部品、配線、機器等に影響を与えることを防ぐことができる。
それ故、電力変換装置1の正常な動作を一層確保することができる。
In addition, since the
Therefore, the normal operation of the
また、信号コネクタ14とスナバコンデンサ423及びバスバー41との間にリアクトル43が配置しているため、スナバコンデンサ423及びバスバー41から放射される電磁ノイズが、信号コネクタ14を通じて制御回路部3へ供給される制御回路用電源に与える影響を防ぐことができる。これにより、制御回路部3における正常な動作を確保することができる。
Further, since the
以上のごとく、本例によれば、正常な動作を確保すると共に、小型かつ安価な電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to ensure a normal operation and provide a small and inexpensive power conversion device.
1 電力変換装置
21 半導体モジュール
211 信号端子
212 主電極端子
22 冷却器
3 制御回路部
41 バスバー
422 平滑コンデンサ
423 スナバコンデンサ
43 リアクトル
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記スナバコンデンサは、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、少なくとも3方を囲まれていることを特徴とする電力変換装置。 A semiconductor module containing a semiconductor element, a cooler for cooling the semiconductor module, a control circuit unit that is electrically connected to a signal terminal of the semiconductor module and controls the semiconductor module, and a main electrode terminal of the semiconductor module A bus bar electrically connected to the semiconductor module, and a snubber capacitor, a smoothing capacitor, and a reactor electrically connected to the main electrode terminal through the bus bar,
The snubber capacitor is surrounded by at least three sides by the cooler, the smoothing capacitor, and the reactor.
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