JP2007336643A

JP2007336643A - パワーモジュール

Info

Publication number: JP2007336643A
Application number: JP2006163593A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Torii; 薫鳥居
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】小型化および高い生産性を実現可能なパワーモジュールを提供する。
【解決手段】インバータモジュール１５０Ａにおいて、インバータ１５１および１５２を構成する電力スイッチＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８が規則的に配列される。インバータ１５１において、各電力スイッチＱ３〜Ｑ８が２個ずつのＩＧＢＴ素子の並列接続によって構成される一方で、各ダイオードＤ３〜Ｄ８は１個のダイオード素子によって構成される。また、インバータ１５２においては、各電力スイッチＱ３〜Ｑ８が３個ずつのＩＧＢＴ素子の並列接続によって構成される一方で、各ダイオードＤ３〜Ｄ８は１個のダイオード素子によって構成される。各ＩＧＢＴ素子とダイオード素子とは、絶縁基板２１０上に搭載され、絶縁基板２１０上に形成されたＰ電極２２０、Ｎ電極２３０および出力電極２４０とワイヤボンディングによって電気的に接続される。
【選択図】図４

Description

この発明は、パワーモジュールに関し、より特定的には、電力変換を行なうためのパワーモジュールに関する。

最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、インバータを介して直流電源により駆動されるモータを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、インバータを介して直流電源によって駆動されるモータを動力源とする自動車である。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子（パワー半導体素子）を高速スイッチングすることにより、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換してモータを駆動するものである。

たとえば特許文献１は、正母線と負母線との間に直列接続された上アーム群としたアーム群とを備えるインバータ装置を開示する。これによれば、上アーム群は、正母線と中点との間に並列接続されたＩＧＢＴＱ１，Ｑ３，Ｑ５と、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５とからなる。ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５は、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ３，Ｑ５のエミッタ−コレクタ間に、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにそれぞれ接続される。下アーム群についても同様に、中点と負母線との間に並列接続されたＩＧＢＴＱ２，Ｑ４，Ｑ６と、ＩＧＢＴＱ２，Ｑ４，Ｑ６のエミッタ−コレクタ間に接続されたダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６とからなる。
特開２００５−２２９６６９号公報

ここで、ＩＰＭにおいては、モータの高出力化の要求を受けて、インバータ装置に含まれる半導体スイッチング素子の各々をＩＧＢＴ素子の３並列接続、または２並列接続とする構成が広く採用されている。

かかる構成は、同一定格のＩＧＢＴ素子の並列接続個数を変えることにより、各半導体スイッチング素子の電流容量の違いを実現する趣旨である。これによれば、半導体スイッチング素子の設計そのものを都度変更する必要がないので、製造コストを低減できる。

しかしながら、その一方で、ＩＧＢＴ素子と対をなすように設けられるダイオード素子についても、ＩＧＢＴ素子の並列接続個数の変更に伴ない、その並列接続個数が変えられる。そのため、実際のＩＰＭのレイアウトにおいては、インバータ装置の占有面積が、単純にＩＧＢＴ素子およびダイオード素子の並列接続個数に比例して増大することとなる。これは、実装時のスペース制約からＩＰＭに課されている小型化の要求に相反するものである。

また、上記の構成では、素子の並列接続個数を増やすことによって容易に所望の電流容量を実現できる一方で、基板に搭載される部品点数が並列接続個数に比例して増加する。そのため、ワイヤボンダによるボンディング作業が複雑化し、生産性の向上を困難なものとしていた。

それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型化および高い生産性を実現可能なパワーモジュールを提供することである。

この発明によれば、パワーモジュールは、電力変換を行なうためのパワーモジュールである。パワーモジュールは、第１電極と第２電極との間に並列接続され、制御電極への電気的入力に応答して第１電極から第２電極への電流経路を形成するための複数の半導体スイッチング素子と、複数の半導体スイッチング素子に共通に接続され、第２電極から第１電極への電流経路を形成するための単一のダイオード素子とを備える。

上記のパワーモジュールによれば、同一の電力スイッチを構成する複数の半導体スイッチング素子に逆並列接続されるダイオードを単一のダイオード素子で共用することにより、これまで半導体スイッチング素子と同数個のダイオード素子を配列するのに確保されていた搭載スペースが不要となる。この結果、パワーモジュールの実装面積を縮小でき、パワーモジュールの小型化が実現される。また、部品点数の削減に応じてボンディング作業が簡素化されるため、生産性の向上を図ることができる。

好ましくは、パワーモジュールは、車両に電力変換器として搭載される。
上記のパワーモジュールによれば、パワーモジュールの小型化が可能であるため、実装時のスペース制約が厳しい車両への搭載に適している。

この発明によれば、小型化に適し、かつ、高い生産性を有するパワーモジュールを実現することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明に従うパワーモジュールの搭載例として示されるハイブリッド自動車の全体構成を示す概略ブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車５は、バッテリ１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、動力出力装置３０と、ディファレンシャルギア（ＤＧ：Differential Gear）４０と、前輪５０Ｌ，５０Ｒと、後輪６０Ｌ，６０Ｒと、フロントシート７０Ｌ，７０Ｒと、リアシート８０とを備える。

バッテリ１０は、リアシート８０の後方部に配置される。そして、バッテリ１０は、ＰＣＵ２０に電気的に接続される。ＰＣＵ２０は、たとえば、フロントシート７０Ｌ，７０Ｒの下部領域、すなわちフロア下領域を利用して配置される。動力出力装置３０は、ダッシュボード９０よりも前側のエンジンルームに配置される。ＰＣＵ２０は、動力出力装置３０と電気的に接続される。動力出力装置３０は、ＤＧ４０と連結される。

直流電源であるバッテリ１０は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成り、直流電圧をＰＣＵ２０へ供給するとともに、ＰＣＵ２０からの直流電圧によって充電される。

ＰＣＵ２０は、バッテリ１０からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータを駆動制御する。また、ＰＣＵ２０は、動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータが発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。

動力出力装置３０は、エンジンおよび／またはモータジェネレータによる動力をＤＧ４０を介して前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達して前輪５０Ｌ，５０Ｒを駆動する。また、動力出力装置３０は、前輪５０Ｌ，５０Ｒの回転力によって発電し、その発電した電力をＰＣＵ２０へ供給する。

ＤＧ４０は、動力出力装置３０からの動力を前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達するとともに、前輪５０Ｌ，５０Ｒの回転力を動力出力装置３０へ伝達する。

図２は、図１に示されたＰＣＵ２０の主要部を示す電気回路図である。
図２を参照して、ＰＣＵ２０は、昇圧コンバータ１００と、コンデンサ１４０と、インバータモジュール１５０とを含む。

非絶縁型の昇圧チョッパを構成する昇圧コンバータ１００は、リアクトル１２０および昇圧パワーモジュール１３０を含む。昇圧パワーモジュール１３０は、電力スイッチＱ１，Ｑ２とダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。この実施の形態において、電力スイッチとしては、代表的にはＩＧＢＴが適用される。

電力スイッチＱ１，Ｑ２は、電源ライン１０３とアースライン１０２との間に直列に接続される。電力スイッチＱ１は、コレクタが電源ライン１０３に接続され、エミッタが電力スイッチＱ２のコレクタに接続される。また、電力スイッチＱ２のエミッタはアースライン１０２に接続される。また、ダイオードＤ１，Ｄ２は、各電力スイッチＱ１，Ｑ２の逆並列ダイオードとして設けられる。

リアクトル１２０は、一方端が電源ライン１０１に接続され、他方端が各電力スイッチＱ１およびＱ２の接続ノードに接続される。コンデンサ１４０は、電源ライン１０３とアースライン１０２との間に接続される。

インバータモジュール１５０は、２つのインバータ１５１，１５２から構成される。インバータ１５１は、Ｕ相アーム１５３、Ｖ相アーム１５４およびＷ相アーム１５５からなる。Ｕ相アーム１５３、Ｖ相アーム１５４およびＷ相アーム１５５は、電源ライン１０３とアースライン１０２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５３は、直列に接続された電力スイッチＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム１５４は、直列に接続された電力スイッチＱ５，Ｑ６からなり、Ｗ相アーム１５５は、直列に接続された電力スイッチＱ７，Ｑ８からなる。また、各電力スイッチＱ３〜Ｑ８には、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点に相当する出力導体１６０ｕ，１６０ｖ，１６０ｗは、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端が出力導体１６０ｕに、Ｖ相コイルの他端が出力導体１６０ｖに、Ｗ相コイルの他端が出力導体１６０ｗにそれぞれ接続されている。

インバータ１５２は、インバータ１５１と同じ構成からなる。そして、インバータ１５２の各相アームの中間点に相当する出力導体１６５ｕ，１６５ｖ，１６５ｗは、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２も、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端が出力導体１６５ｕに、Ｖ相コイルの他端が出力導体１６５ｖに、Ｗ相コイルの他端が出力導体１６５ｗにそれぞれ接続されている。

昇圧コンバータ１００は、電源ライン１０１とアースライン１０２との間にバッテリ１０から供給された直流電圧を受け、電力スイッチＱ１，Ｑ２がスイッチング制御されることにより直流電圧を昇圧してコンデンサ１４０に供給する。

コンデンサ１４０は、昇圧コンバータ１００からの直流電圧を平滑化してインバータ１５１，１５２へ供給する。インバータ１５１は、コンデンサ１４０からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。インバータ１５２は、コンデンサ１４０からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。

また、インバータ１５１は、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換してコンデンサ１４０に供給する。インバータ１５２は、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換してコンデンサ１４０に供給する。

コンデンサ１４０は、モータジェネレータＭＧ１またはＭＧ２からの直流電圧を平滑化して昇圧コンバータ１００へ供給する。昇圧コンバータ１００は、コンデンサ１４０からの直流電圧を降圧してバッテリ１０または図示しないＤＣ／ＤＣコンバータへ供給する。

電力スイッチで構成される半導体モジュールである昇圧パワーモジュール１３０およびインバータモジュール１５０について、以下に説明するこの発明によるパワーモジュールを適用することができる。

［この発明によるパワーモジュールの構成］
この発明によるパワーモジュールの全体構成を説明するにあたり、最初に比較のために、従来より広く採用されているパワーモジュールの構成例について説明する。

図３は、図２におけるインバータモジュール１５０の一般的なレイアウトを説明するための図である。

図３を参照して、インバータモジュール１５０では、インバータ１５１および１５２を構成する電力スイッチＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８が規則的に配列される。

インバータ１５１の各電力スイッチＱ３〜Ｑ８および各ダイオードＤ３〜Ｄ８は、２個ずつの半導体スイッチング素子およびダイオード素子の並列接続によって構成される。なお、電力スイッチとしてＩＧＢＴが適用されるので、以下において各半導体スイッチング素子をＩＧＢＴ素子とも称する。

たとえば、Ｖ相上アームの電力スイッチＱ５は、２つのＩＧＢＴ素子１８１および１８２の並列接続によって構成され、ダイオードＤ５は、ダイオード素子１９１および１９２の並列接続によって構成されている。

一方、インバータ１５２の各電力スイッチＱ３〜Ｑ８および各ダイオードＤ３〜Ｄ８は、３個ずつのＩＧＢＴ素子およびダイオード素子の並列接続によって構成される。たとえば、Ｖ相上アームの電力スイッチＱ５は、３つのＩＧＢＴ素子１８３〜１８５の並列接続によって構成され、ダイオードＤ５は、ダイオード素子１９３〜１９５の並列接続によって構成されている。

これらのＩＧＢＴ素子およびダイオード素子は、絶縁基板２１０上に搭載される。絶縁基板２１０上には、金属電極２２０，２３０，２４０が形成される。

金属電極２２０は、図２における電源ライン１０３に対応するＰ電極であり、金属電極２３０は、図２におけるアースライン１０２に相当するＮ電極である。また、金属電極２４０は、図２に示した出力導体１６０ｕ〜１６０ｖ，１６５ｕ〜１６５ｖとそれぞれ電気的に接続される出力電極である。これらのＰ電極２２０、Ｎ電極２３０および出力電極２４０は、インバータ１５１および１５２の各々について、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相にそれぞれ対応して３個ずつ繰返し配置されている。

各ＩＧＢＴ素子およびダイオード素子は、図２に示した電気的接続を実現するように、Ｐ電極２２０、Ｎ電極２３０および出力電極２４０と、ワイヤボンディング等によって電気的に接続される。絶縁基板２１０は、下部アルミ電極（図示せず）を介して放熱板２００へ半田付けされる。

たとえば、インバータ１５２の電力スイッチＱ５を構成するＩＧＢＴ素子１８３〜１８５は、出力導体１６５ｖへ接続される出力電極２４０とＰ電極２２０との間に、ワイヤボンディングによって並列接続されている。

ここで、モータジェネレータＭＧ１は主に発電用途に用いられ、モータジェネレータＭＧ２は主に車輪駆動力発生用に用いられるため、インバータ１５１を構成する各電力スイッチは、インバータ１５２を構成する各電力スイッチよりも、その電流容量を大きく設定することが求められる。

そこで、従来のインバータモジュール（パワーモジュール）では、図３に示すように、共通化された同一定格のＩＧＢＴ素子の並列接続個数を変えることにより、各電力スイッチの電流容量の違いを実現している。このようなモジュール構成は、電力スイッチの設計そのものを都度変更する必要がないので、製造コストを低減できるという利点を有する。

しかしながら、その一方で、ＩＧＢＴ素子と対をなすように設けられたダイオード素子についても、ＩＧＢＴ素子の並列接続個数の変更に伴ない、その並列接続個数が変えられる。これは、電力スイッチおよびダイオードが搭載される絶縁基板２１０の占有面積を増大させることとなり、インバータモジュール１５０の小型化を阻む要因となる。

すなわち、図３のインバータモジュール１５０では、インバータ１５１を構成する各電力スイッチは、インバータ１５２を構成する各電力スイッチと比較して、ＩＧＢＴ素子の並列接続個数が増えたのと同時に、これらに並列接続されるダイオード素子の並列接続個数も増加する。そのため、電力スイッチおよびダイオードの占有面積は、単純にＩＧＢＴ素子およびダイオード素子の並列接続個数の増加に比例して増大する。これは、インバータモジュール１５０全体の実装面積の増大に繋がる。

さらに、従来のモジュール構成は、生産性の面においても、部品点数の増加により配線工程が複雑化するという問題を有する。

詳細には、図３を参照して、たとえば、インバータ１５２の電力スイッチＱ５を構成するＩＧＢＴ素子１８３〜１８５は、それぞれ、エミッタ電極がボンディングワイヤによってダイオード素子１９３〜１９５のカソード電極と電気的に接続される。さらに、ダイオード素子１９３〜１９５は、カソード電極がボンディングワイヤによって出力導体１６５ｖへ接続される出力電極２４０とそれぞれ電気的に接続される。

これによれば、電力スイッチの電流容量が所望の大きさとなるようにＩＧＢＴ素子およびダイオード素子の並列接続個数を増加させると、その増加に応じてボンディングワイヤの本数も増えることとなり、ボンディング作業が複雑化する。パワーモジュールの生産性を向上するためには、ＩＧＢＴ素子およびダイオード素子の並列接続個数の大小に拘らずボンディング作業を簡素化できることが望ましい。

そこで、この発明によるパワーモジュールは、図４に示すように、１つの電力スイッチに並列接続される複数のダイオード素子を単一のダイオード素子で共通化することを特徴的な構成とする。

なお、この発明において、ダイオードを複数のダイオード素子で構成するとは、並列接続される複数のＩＧＢＴ素子のエミッタがそれぞれ互いにアイソレートされるように設けられた複数のＰ型領域に電気的に接続されていることを意味する。これに対し、ダイオードを単一のダイオード素子で構成するとは、当該複数のＩＧＢＴ素子のエミッタが共通して単一のＰ型領域に電気的に接続されていることを意味する。

このような構成とすることにより、１つの電力スイッチに逆並列接続されるダイオードを、当該電力スイッチを構成する複数個のＩＧＢＴ素子と同数のダイオード素子で構成する従来のパワーモジュールに対して、ダイオードと電極との間の電気的接続を確保するためのボンディング作業を簡素化できるため、パワーモジュールの生産性を向上することができる。

さらには、パワーモジュール全体の実装面積を縮小できるため、パワーモジュールを小型化することができる。

図４は、この発明によるパワーモジュールの代表例であるインバータモジュール１５０Ａのレイアウト図である。

図４を参照して、インバータモジュール１５０Ａでは、図３のインバータモジュール１５０と同様に、インバータ１５１および１５２を構成する電力スイッチＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８が規則的に配列される。

インバータ１５１において、各電力スイッチＱ３〜Ｑ８は２個ずつのＩＧＢＴ素子の並列接続によって構成される。これに対し、各ダイオードＤ３〜Ｄ８は、１個のダイオード素子によって構成される。たとえば、Ｖ相上アームの電力スイッチＱ５は、２つのＩＧＢＴ素子１８１および１８２の並列接続によって構成され、ダイオードＤ５は、１個のダイオード素子１９１によって構成されている。

また、インバータ１５２においては、各電力スイッチＱ３〜Ｑ８が３個ずつのＩＧＢＴ素子の並列接続によって構成されるのに対し、各ダイオードＤ３〜Ｄ８は１個のダイオード素子によって構成される。たとえば、Ｖ相上アームの電力スイッチＱ５は、３つのＩＧＢＴ素子１８３〜１８５の並列接続によって構成され、ダイオードＤ５は、１個のダイオード素子１９３によって構成されている。

各ＩＧＢＴ素子とダイオード素子とは、絶縁基板２１０上に搭載される。絶縁基板２１０上には、図３と同様に金属電極２２０，２３０，２４０が形成される。また、絶縁基板２１０は、下部アルミ電極（図示せず）を介して放熱板２００へ半田付けされる。

すなわち、金属電極２２０は、Ｐ電極に相当するともに、電力スイッチＱ３，Ｑ５，Ｑ７の「第１電極」に相当する。また、金属電極２３０は、出力電極に相当するとともに、電力スイッチＱ３，Ｑ５，Ｑ７の「第２電極」に相当し、かつ、電力スイッチＱ４，Ｑ６，Ｑ７の「第１電極」に相当する。さらに、金属電極２４０は、Ｎ電極に相当するとともに、電力スイッチＱ４，Ｑ６，Ｑ８の「第２電極」に相当する。

そして、各ＩＧＢＴ素子およびダイオード素子は、図２に示した電気的接続を実現するように、Ｐ電極２２０、Ｎ電極２３０および出力電極２４０と、ワイヤボンディングによって電気的に接続される。

ここで、この発明によるインバータモジュール１５０Ａは、電力スイッチに並列接続されるダイオードが１個のダイオード素子で構成されるため、ダイオードと電極との間を接続するために行なわれるボンディング作業を簡素化することが可能となる。

たとえば、インバータ１５２の電力スイッチＱ５を構成するＩＧＢＴ素子１８３〜１８５は、エミッタ電極がボンディングワイヤによってダイオード素子１９３のカソード電極と電気的に接続される。さらに、ダイオード素子１９３は、カソード電極がボンディングワイヤによって出力導体１６５ｖへ接続される出力電極２４０と電気的に接続される。

かかる配線構造を、図３におけるインバータ１５２の電力スイッチＱ５およびダイオードＤ５の配線構造と比較すると、ダイオードＤ５と出力電極２４０との間を接続するためのボンディングワイヤが一箇所に集約されていることが分かる。これにより、ボンディング作業が簡素化されるため、インバータモジュール１５０Ａの生産性を向上することができる。

［変更例］
図５は、この発明によるインバータモジュールのレイアウトの変更例を示す図である。なお、図５は、簡単のため、インバータモジュール１５０Ｂからインバータ１５１，１５２のＷ相上下アームのみを抽出して図示するとともに、これと同様の構成からなるＶ相上下アームおよびＵ相上下アームについてはその図示および説明を省略する。

図５を参照して、インバータモジュール１５０Ｂでは、インバータモジュール１５０Ａと同様に、インバータ１５１の各電力スイッチは３個ずつのＩＧＢＴ素子の並列接続によって構成される。また、インバータ１５１の各ダイオードは１個のダイオード素子によって構成される。

ここで、１個のダイオード素子に並列接続される３個のＩＧＢＴ素子は、ダイオード素子の周囲を囲むように配置される。たとえば、インバータ１５２の電力スイッチＱ８を構成するＩＧＢＴ素子１８３〜１８５は、ダイオードＤ８を構成するダイオード素子１９３の周囲を囲むように配置される。

また、インバータ１５２においては、インバータ１５２の各電力スイッチを構成する２個のＩＧＢＴ素子は、各ダイオードを構成する１個のダイオード素子を挟んで両側に配置される。たとえば、インバータ１５１の電力スイッチＱ７を構成するＩＧＢＴ素子１８１，１８２は、ダイオードＤ７を構成するダイオード素子１９１を挟んで両側に配置される。

本変更例によるインバータモジュール１５０Ｂは、ダイオード素子を囲むようにＩＧＢＴ素子を配置したことにより、従来のインバータモジュール１５０に対してダイオードの占有面積を縮小することが可能となる。

これは、従来のインバータモジュール１５０において複数個のダイオード素子を配列するのに確保されていた搭載スペースが不要となったことに加えて、これまで定型化されていたＩＧＢＴ素子およびダイオード素子の配置に自由度を持たせたことによって実現されたものである。なお、両者の配置は、これに限られるものでなく、ＩＧＢＴ素子の総数やＩＧＢＴ素子およびダイオード素子１個あたりの占有面積などに応じて適宜変更可能であることは明らかである。

すなわち、従来のインバータモジュール１５０では、同一定格のＩＧＢＴ素子およびダイオード素子の並列接続個数を変えることによって各電力スイッチの電流容量の違いを実現していたことを受けて、ダイオードの占有面積は、ダイオード素子１個あたりの搭載スペースに並列接続個数を乗じたものに略等しいものとなっていた。

これに対して、この発明によるインバータモジュール１５０Ｂは、ダイオードを１個のダイオード素子に集約したことによって、搭載スペースの無駄を省略することができ、ダイオードの占有面積を縮小することができる。この結果、インバータモジュール全体の実装面積を縮小でき、小型のインバータモジュールを実現することができる。

上述のように、この発明の実施の形態では、実装時のスペース制約からパワーモジュールの小型化の要求が強い用途の代表例として、ハイブリッド自動車の電源装置（ＰＣＵ）にこの発明によるパワーモジュールが用いられる構成例を示した。しかしながら、この発明の適用は、このような構成に限定されるものではなく、同一の電力スイッチを構成するように並列接続された複数の半導体スイッチング素子と、これらの半導体スイッチング素子に共用されるように設けられた１個のダイオード素子とが備えられた構造のパワーモジュールにおいて、この発明を共通に適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、電力変換を行なうためのパワーモジュールに適用することができる。

この発明に従うパワーモジュールの搭載例として示されるハイブリッド自動車の全体構成を示す概略ブロック図である。図１に示されたＰＣＵの主要部を示す電気回路図である。図２におけるインバータモジュールの一般的なレイアウトを説明するための図である。この発明によるパワーモジュールの代表例であるインバータモジュールのレイアウト図である。この発明によるインバータモジュールのレイアウトの変更例を示す図である。

符号の説明

５ハイブリッド自動車、１０バッテリ、３０動力出力装置、５０Ｌ，５０Ｒ前輪、６０Ｌ，６０Ｒ後輪、７０Ｌ，７０Ｒフロントシート、８０リアシート、９０ダッシュボード、１００昇圧コンバータ、１０１，１０３電源ライン、１０２アースライン、１２０リアクトル、１３０昇圧パワーモジュール、１４０コンデンサ、１５０，１５０Ａ，１５０Ｂインバータモジュール、１５１，１５２インバータ、１５３Ｕ相アーム、１５４Ｖ相アーム、１５５Ｗ相アーム、１６０ｕ，１６０ｖ，１６０ｗ，１６５ｕ，１６５ｖ，１６５ｗ出力導体、１８１〜１８５ＩＧＢＴ素子、１９１〜１９５ダイオード素子、２００放熱板、２１０絶縁基板、２２０，２３０，２４０金属電極、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、Ｑ１〜Ｑ８電力スイッチ。

Claims

電力変換を行なうためのパワーモジュールであって、
第１電極と第２電極との間に並列接続され、制御電極への電気的入力に応答して前記第１電極から前記第２電極への電流経路を形成するための複数の半導体スイッチング素子と、
前記複数の半導体スイッチング素子に共通に接続され、前記第２電極から前記第１電極への電流経路を形成するための単一のダイオード素子とを備える、パワーモジュール。
前記パワーモジュールは、車両に電力変換器として搭載される、請求項１に記載のパワーモジュール。