JP2008235834A - 半導体装置および電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】回路構成を簡素化可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】ペルチェ素子５１は、吸熱部を形成する導電板１１２Ａが絶縁層１１０に密接し、放熱部を形成する導電板１１２Ｂが絶縁層１１４に密接するように配設される。ペルチェ素子５１は、電力線ＰＬから分岐される分岐線ＢＬに一端が接続され、電極板１０８にその他端が電気的に接続される。そして、ペルチェ素子５１は、パワートランジスタＱ１に流される電力の一部を分岐線ＢＬから受けて電極板１０８へ出力する。すなわち、ペルチェ素子５１は、パワートランジスタＱ１に流される電力の一部を用いて、パワートランジスタＱ１が発生した熱を吸熱して放熱板１１６側へ放熱する。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体装置および電動車両に関し、特に、電動車両に用いられる半導体装置の冷却技術に関する。

特開平１１−１５４７２０号公報は、冷却ファンを用いることなくスイッチング素子を冷却可能なインバータを開示する。このインバータは、スイッチング素子と、スイッチング素子の過熱を防止するための冷却装置とを備える。そして、このインバータでは、冷却装置としてペルチェ素子からなる電子冷却装置が用いられる（特許文献１参照）。
特開平１１−１５４７２０号公報 特開平８−３１９９２号公報 特開２００５−３２３４５５号公報 特開２００３−１９７８３７号公報

しかしながら、上記特開平１１−１５４７２０号公報に開示されるインバータでは、インバータに電力を供給する電源とは別にペルチェ素子用の電源を設ける必要があり、さらに、そのペルチェ素子用の電源からペルチェ素子まで専用の電力線を配設する必要があるので、回路構成の簡素化が阻害されるという問題がある。

そこで、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、回路構成を簡素化可能な半導体装置および電動車両を提供することである。

この発明によれば、半導体装置は、パワー半導体素子と、分岐線と、熱電変換素子とを備える。分岐線は、パワー半導体素子に接続される電力線から分岐される。熱電変換素子は、分岐線とパワー半導体素子の電力線が接続される端子との間に電気的に接続され、パワー半導体素子に流される電流の一部を用いてパワー半導体素子を冷却する。

好ましくは、半導体装置は、パワー半導体素子および熱電変換素子を一体化して封止する封止材をさらに備える。

好ましくは、半導体装置は、パワー半導体素子に密接して配設される伝熱性の電極板をさらに備える。電力線は、電極板に電気的に接続される。熱電変換素子は、絶縁層を介在させて電極板に密接して配設され、分岐線と電極板との間に電気的に接続される。

好ましくは、半導体装置は、分岐線に設けられ、熱電変換素子に逆流電流が流れるのを防止するダイオードをさらに備える。

また、この発明によれば、電動車両は、蓄電装置と、駆動装置と、車両駆動用の電動機とを備える。駆動装置は、蓄電装置から電力の供給を受ける。電動機は、駆動装置によって駆動される。駆動装置は、蓄電装置と電動機との間で電力変換を行なうための複数の半導体装置を含む。複数の半導体装置の各々は、パワー半導体素子と、分岐線と、熱電変換素子とから成る。分岐線は、パワー半導体素子に接続される電力線から分岐される。熱電変換素子は、分岐線とパワー半導体素子の電力線が接続される端子との間に電気的に接続され、パワー半導体素子に流される電流の一部を用いてパワー半導体素子を冷却する。

好ましくは、複数の半導体装置の各々は、分岐線に設けられて当該電動車両の回生制動時に熱電変換素子に回生電流が流れるのを防止するダイオードをさらに含む。

この発明においては、熱電変換素子は、分岐線とパワー半導体素子の電力線が接続される端子との間に電気的に接続され、パワー半導体素子に流される電流の一部を用いてパワー半導体素子を冷却するので、熱電変換素子用の専用電源およびその専用電源から熱電変換素子への電力線を別途設ける必要がない。したがって、この発明によれば、回路構成を簡素化することができる。

また、この発明においては、パワー半導体素子に流される電流に応じてパワー半導体素子の発熱量が変化するとともに熱電変換素子に流される電流も変化するので、パワー半導体素子の発熱量に応じて熱電変換素子の冷却能力が変化する。したがって、この発明によれば、パワー半導体素子の温度を安定化することができる。また、パワー半導体素子の温度を安定化するための温度制御用のセンサや制御回路等も不要にできるので、装置の小型化や低コスト化を実現し得る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による半導体装置が適用される電動車両のパワートレーン構成を示した図である。図１を参照して、電動車両１は、蓄電装置Ｂと、コンデンサＣと、インバータ１０と、モータジェネレータＭＧと、車輪３０と、制御装置２０とを備える。

蓄電装置Ｂの正極は、正母線ＭＰＬに接続され、蓄電装置Ｂの負極は、負母線ＭＮＬに接続される。コンデンサＣは、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間に接続される。インバータ１０は、Ｕ相アーム１２と、Ｖ相アーム１４と、Ｗ相アーム１６とを含む。Ｕ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６は、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１２は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ペルチェ素子５１，５２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間に直列に接続される。ペルチェ素子５１は、パワートランジスタＱ１のコレクタを正母線ＭＰＬと接続する電力線ＰＬに並列に接続される。ペルチェ素子５２は、パワートランジスタＱ１のエミッタおよびＵ相ラインＵＬが接続されるノードＮ１にパワートランジスタＱ２のコレクタを接続する電力線に並列に接続される。ダイオードＤ１は、パワートランジスタＱ１およびペルチェ素子５１から成る回路に逆並列に接続される。ダイオードＤ２は、パワートランジスタＱ２およびペルチェ素子５２から成る回路に逆並列に接続される。

Ｖ相アーム１４は、パワートランジスタＱ３，Ｑ４と、ペルチェ素子５３，５４と、ダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。パワートランジスタＱ３，Ｑ４は、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間に直列に接続される。ペルチェ素子５３は、パワートランジスタＱ３のコレクタを正母線ＭＰＬと接続する電力線に並列に接続される。ペルチェ素子５４は、パワートランジスタＱ３のエミッタおよびＶ相ラインＶＬが接続されるノードＮ２にパワートランジスタＱ４のコレクタを接続する電力線に並列に接続される。ダイオードＤ３は、パワートランジスタＱ３およびペルチェ素子５３から成る回路に逆並列に接続される。ダイオードＤ４は、パワートランジスタＱ４およびペルチェ素子５４から成る回路に逆並列に接続される。

Ｗ相アーム１６は、パワートランジスタＱ５，Ｑ６と、ペルチェ素子５５，５６と、ダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。パワートランジスタＱ５，Ｑ６は、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間に直列に接続される。ペルチェ素子５５は、パワートランジスタＱ５のコレクタを正母線ＭＰＬと接続する電力線に並列に接続される。ペルチェ素子５６は、パワートランジスタＱ５のエミッタおよびＷ相ラインＷＬが接続されるノードＮ３にパワートランジスタＱ６のコレクタを接続する電力線に並列に接続される。ダイオードＤ５は、パワートランジスタＱ５およびペルチェ素子５５から成る回路に逆並列に接続される。ダイオードＤ６は、パワートランジスタＱ６およびペルチェ素子５６から成る回路に逆並列に接続される。

なお、上記のパワートランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などを用いることができる。

モータジェネレータＭＧは、Ｕ相コイルＵと、Ｖ相コイルＶと、Ｗ相コイルＷとをステータコイルとして含む。そして、Ｕ相コイルＵ、Ｖ相コイルＶおよびＷ相コイルＷは、それぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬおよびＷ相ラインＷＬを介して、Ｕ相アーム１２のノードＮ１、Ｖ相アーム１４のノードＮ２およびＷ相アーム１６のノードＮ３にそれぞれ接続される。

蓄電装置Ｂは、充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂは、インバータ１０へ電力を供給し、また、車両の回生制動時に生成される回生電力をインバータ１０から受けて充電される。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

コンデンサＣは、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間の電圧変動成分を低減する。インバータ１０は、制御装置２０からの制御信号に基づいて、蓄電装置Ｂからの直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ１０は、車両の回生制動時、車輪３０の回転力を用いてモータジェネレータＭＧが発電した三相交流電圧を直流電圧に変換して正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬへ出力する。

ここで、ペルチェ素子５１は、正母線ＭＰＬからパワートランジスタＱ１へ供給される電流の一部を用いてパワートランジスタＱ１を冷却する。すなわち、ペルチェ素子５１は、パワートランジスタＱ１のコレクタを正母線ＭＰＬと接続する電力線ＰＬから分岐された分岐線ＢＬとパワートランジスタＱ１のコレクタとの間に接続されており、電力線ＰＬから分岐線ＢＬに分流された電流を用いてパワートランジスタＱ１を冷却する。同様に、ペルチェ素子５２〜５６は、それぞれパワートランジスタＱ２〜Ｑ６へ供給される電流の一部を用いてパワートランジスタＱ２〜Ｑ６を冷却する。

モータジェネレータＭＧは、三相交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石を有する三相永久磁石同期モータから成る。モータジェネレータＭＧは、インバータ１０によって力行駆動され、車輪３０を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧは、車両の回生制動時、インバータ１０によって回生駆動され、車輪３０の回転力を用いて発電した三相交流電力をインバータ１０へ出力する。

制御装置２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値、ロータ回転位置、回転数およびモータ電流ならびにコンデンサＣの端子間電圧等に基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をインバータ１０の各パワートランジスタＱ１〜Ｑ６へ出力する。

図２は、図１に示したＵ相アーム１２におけるパワートランジスタＱ１およびペルチェ素子５１を形成する半導体装置の構造を説明するための図である。なお、Ｕ相アーム１２の下アームおよびＶ，Ｗ相アーム１４，１６の上下アームの各々におけるパワートランジスタおよびペルチェ素子を形成する半導体装置の構造も、以下に説明する半導体装置の構造と同様である。

図２を参照して、半導体装置１００は、パワートランジスタＱ１と、電極板１０２，１０８と、絶縁層１０４，１１０，１１４と、冷却器１０６と、ペルチェ素子５１と、放熱板１１６と、モールド樹脂１１８とを含む。

パワートランジスタＱ１は、電極板１０２と電極板１０８との間に設けられる。電極板１０２は、良導電性かつ良伝熱性の導体から成り、たとえば銅から成る。電極板１０２は、パワートランジスタＱ１のエミッタに接続される電極を形成するとともに、パワートランジスタＱ１が発生した熱を冷却器１０６へ伝熱する伝熱板としても機能する。

絶縁層１０４は、電極板１０２と冷却器１０６との間に設けられる。絶縁層１０４は、電極板１０２を冷却器１０６と電気的に絶縁するとともに、電極板１０２からの熱を冷却器１０６へ伝熱する。冷却器１０６は、良伝熱性部材から成り、たとえばアルミニウムから成る。

電極板１０８は、パワートランジスタＱ１のコレクタに接続される電極を形成するとともに、パワートランジスタＱ１が発生した熱をペルチェ素子５１へ伝熱する伝熱板としても機能する。電極板１０８は、正母線ＭＰＬに接続される電力線ＰＬと電気的に接続されるとともに、電力線ＰＬから分岐された分岐線ＢＬに電気的に接続されるペルチェ素子５１とも電気的に接続される。絶縁層１１０は、電極板１０８とペルチェ素子５１との間に設けられる。絶縁層１１０は、ペルチェ素子５１の吸熱面を電極板１０８と電気的に絶縁するとともに、電極板１０８からの熱をペルチェ素子５１へ伝熱する。

ペルチェ素子５１は、絶縁層１１０，１１４間に設けられる。ペルチェ素子５１は、ｎ→ｐ接合部（吸熱部）を形成する導電板１１２Ａが絶縁層１１０に密接し、かつ、ｐ→ｎ接合部（放熱部）を形成する導電板１１２Ｂが絶縁層１１４に密接するように配設される。また、ペルチェ素子５１は、電力線ＰＬから分岐される分岐線ＢＬに一端が接続され、電極板１０８にその他端が電気的に接続される。そして、ペルチェ素子５１は、パワートランジスタＱ１に供給される電力の一部を分岐線ＢＬから受けて電極板１０８へ出力する。すなわち、ペルチェ素子５１は、パワートランジスタＱ１に供給される電力の一部を用いて、パワートランジスタＱ１が発生した熱を吸熱して放熱板１１６側へ放熱する。ペルチェ素子５１の吸熱量Ｑは、次式にて表わされる。

吸熱量Ｑ＝（αｐ−αｎ）×Ｔｃ×Ｉ−Ｑｊ−Ｑλ …（１）
ここで、αｐ，αｎはゼーベック係数、Ｔｃは冷却部位の温度、Ｉは電流、Ｑｊはジュール熱による損失、Ｑλは熱伝導による損失を示す。（１）式からわかるように、吸熱量Ｑは、電流Ｉに比例する。すなわち、吸熱量Ｑは、電力線ＰＬからパワートランジスタＱ１へ供給される電流に比例する。

なお、ペルチェ素子５１は、焼結体素子であってもよいし、薄膜または厚膜状の素子であってもよい。

絶縁層１１４は、ペルチェ素子５１と放熱板１１６との間に設けられる。絶縁層１１４は、ペルチェ素子５１を放熱板１１６と電気的に絶縁するとともに、ペルチェ素子５１から放出される熱を放熱板１１６へ伝熱する。放熱板１１６は、良伝熱性部材から成り、たとえばアルミニウムから成る。そして、放熱板１１６は、ペルチェ素子５１から放出された熱を半導体装置１００の外部へ放熱する。

モールド樹脂１１８は、たとえばエポキシ樹脂から成り、パワートランジスタＱ１、電極板１０２，１０８、ペルチェ素子５１および放熱板１１６を一体的に固定封止する。

この半導体装置１００においては、パワートランジスタＱ１は、冷却器１０６によって片面が冷却され、ペルチェ素子５１によって他方の面が冷却される。ペルチェ素子５１は、正母線ＭＰＬに接続される電力線ＰＬから分岐された分岐線ＢＬと電極板１０８との間に電気的に接続され、電力線ＰＬからパワートランジスタＱ１へ供給される電力の一部を用いてパワートランジスタＱ１を冷却する。

すなわち、ペルチェ素子５１は、専用電源から電力の供給を受けるのではなく、パワートランジスタＱ１へ供給される電力の一部を用いて動作する。また、パワートランジスタＱ１への供給電力が大きいほどペルチェ素子５１への供給電力も大きくなり、パワートランジスタＱ１への供給電力が大きいほどパワートランジスタＱ１の発熱量も増大するので、パワートランジスタＱ１の発熱量の増大に応じてペルチェ素子５１の冷却能力が増大する。したがって、この半導体装置１００は、パワートランジスタＱ１の発熱変化に応じてペルチェ素子５１の冷却能力が変化する自己冷却制御性を有する。

以上のように、この実施の形態１においては、ペルチェ素子は、分岐線ＢＬとパワートランジスタのコレクタとの間に電気的に接続され、パワートランジスタに流される電流の一部を用いてパワートランジスタを冷却するので、ペルチェ素子用の専用電源およびその専用電源からペルチェ素子への電力線を別途設ける必要がない。したがって、この実施の形態１によれば、回路構成を簡素化することができる。

また、この実施の形態１においては、パワートランジスタに流される電流に応じてペルチェ素子に流される電流も変化するので、パワートランジスタの発熱量に応じてペルチェ素子の冷却能力が変化する。したがって、この実施の形態１によれば、パワートランジスタの温度を安定化することができる。また、パワートランジスタの温度を安定化するための温度制御用のセンサや制御回路等も不要にできるので、半導体装置の小型化や低コスト化を実現し得る。

［実施の形態２］
図３は、実施の形態２におけるインバータのＵ相上アームの回路図である。なお、その他の各上下アームの構成も、以下に説明するＵ相上アームと同様である。

図３を参照して、Ｕ相上アームは、パワートランジスタＱ１と、ペルチェ素子５１Ａ，５１Ｂと、ダイオードＤ１とを含む。ペルチェ素子５１Ａは、パワートランジスタＱ１のコレクタを正母線ＭＰＬと接続する電力線ＰＬ１に並列に接続される。ペルチェ素子５１Ｂは、パワートランジスタＱ１のエミッタをノードＮ１と接続する電力線ＰＬ２に並列に接続される。そして、ダイオードＤ１は、パワートランジスタＱ１およびペルチェ素子５１Ａ，５１Ｂから成る回路に逆並列に接続される。

なお、実施の形態２における電動車両のその他の構成は、図１に示した実施の形態１における電動車両１と同じである。

図４は、図３に示したＵ相上アームにおけるパワートランジスタＱ１およびペルチェ素子５１Ａ，５１Ｂを形成する半導体装置の構造を説明するための図である。なお、Ｕ相下アームおよびＶ，Ｗ相アームの上下アームの各々におけるパワートランジスタおよびペルチェ素子を形成する半導体装置の構造も、以下に説明する半導体装置の構造と同様である。

図４を参照して、半導体装置１００Ａは、パワートランジスタＱ１と、電極板１０８Ａ，１０８Ｂと、ペルチェ素子５１Ａ，５１Ｂと、放熱板１１６Ａ，１１６Ｂと、モールド樹脂１１８とを含む。

パワートランジスタＱ１は、電極板１０８Ａと電極板１０８Ｂとの間に設けられる。電極板１０８Ａ，ペルチェ素子５１Ａおよび放熱板１１６Ａの構成は、図２に示した半導体装置１００における電極板１０８，ペルチェ素子５１および放熱板１１６とそれぞれ同様である。

電極板１０８Ｂは、パワートランジスタＱ１のエミッタに接続される電極を形成するとともに、パワートランジスタＱ１が発生した熱をペルチェ素子５１Ｂへ伝熱する伝熱板としても機能する。電極板１０８Ｂは、ノードＮ１に接続される電力線ＰＬ２（図３）と電気的に接続されるとともに、電力線ＰＬ２から分岐される分岐線ＢＬ２に電気的に接続されるペルチェ素子５１Ｂとも電気的に接続される。

ペルチェ素子５１Ｂは、ｎ→ｐ接合部（吸熱部）を形成する導電板が電極板１０８Ｂ側の絶縁層に密接し、かつ、ｐ→ｎ接合部（放熱部）を形成する導電板が放熱板１１６Ｂ側の絶縁層に密接するように配設される。また、ペルチェ素子５１Ｂは、電極板１０８Ｂに一端が電気的に接続され、電力線ＰＬ２から分岐される分岐線ＢＬ２にその他端が接続される。そして、ペルチェ素子５１Ｂは、パワートランジスタＱ１から電極板１０８Ｂへ出力される電力の一部を受けて分岐線ＢＬ２へ出力する。すなわち、ペルチェ素子５１Ｂは、パワートランジスタＱ１に供給された電力の一部を用いて、パワートランジスタＱ１が発生した熱を吸熱して放熱板１１６Ｂ側へ放熱する。

なお、ペルチェ素子５１Ａ，５１Ｂも、焼結体素子であってもよいし、薄膜または厚膜状の素子であってもよい。

モールド樹脂１１８は、パワートランジスタＱ１、電極板１０８Ａ，１０８Ｂ、ペルチェ素子５１Ａ，５１Ｂおよび放熱板１１６Ａ，１１６Ｂを一体的に固定封止する。

この半導体装置１００Ａにおいては、パワートランジスタＱ１は、ペルチェ素子５１Ａによって片面が冷却され、ペルチェ素子５１Ｂによって他方の面が冷却される。ペルチェ素子５１Ａは、正母線ＭＰＬに接続される電力線ＰＬ１から分岐された分岐線ＢＬ１と電極板１０８Ａとの間に電気的に接続され、電力線ＰＬ１からパワートランジスタＱ１へ供給される電力の一部を用いてパワートランジスタＱ１を冷却する。また、ペルチェ素子５１Ｂは、ノードＮ１に接続される電力線ＰＬ２から分岐された分岐線ＢＬ２と電極板１０８Ｂとの間に電気的に接続され、パワートランジスタＱ１へ供給された電力の一部を用いてパワートランジスタＱ１を冷却する。

以上のように、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。

［実施の形態３］
図５は、実施の形態３におけるインバータのＵ相上アームの回路図である。なお、その他の各上下アームの構成も、以下に説明するＵ相上アームと同様である。

図５を参照して、この実施の形態３では、ペルチェ素子５１は、パワートランジスタＱ１のエミッタをノードＮ１と接続する電力線に並列に接続される。ダイオードＤ１は、パワートランジスタＱ１およびペルチェ素子５１から成る回路に逆並列に接続される。

なお、実施の形態３における電動車両のその他の構成は、図１に示した実施の形態１における電動車両１と同じである。

この実施の形態３によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。
［実施の形態４］
図６は、実施の形態４におけるインバータのＵ相上アームの回路図である。なお、その他の各上下アームの構成も、以下に説明するＵ相上アームと同様である。

図６を参照して、Ｕ相上アームは、パワートランジスタＱ１と、ペルチェ素子５１と、ダイオードＤ１，６１とを含む。ダイオードＤ１は、パワートランジスタＱ１に逆並列に接続される。ダイオード６１は、電力線ＰＬから分岐される分岐線に設けられ、ノードＮ１からダイオードＤ１を介して正母線ＭＰＬへ流される回生電流がペルチェ素子５１に流れるのを防止する。

なお、実施の形態４における電動車両のその他の構成は、図１に示した実施の形態１における電動車両１と同じである。

この実施の形態４においては、電動車両１の回生制動時、モータジェネレータＭＧからＵ相ラインＵＬ、ノードＮ１およびダイオードＤ１を順次介して正母線ＭＰＬへ回生電力が流される。ここで、ダイオード６１は、ペルチェ素子５１に回生電流が流れるのを防止するので、回生制動時にペルチェ素子５１が発熱することはない。

以上のように、この実施の形態４によれば、車両の回生制動時にパワートランジスタが加熱されるのを防止することができる。

なお、上記の実施の形態１〜３では、ダイオードＤ１は、パワートランジスタＱ１およびペルチェ素子から成る回路に逆並列に接続されているので、ペルチェ素子５１に回生電流が流れることはない。

［実施の形態５］
図７は、実施の形態５におけるインバータのＵ相上アームの回路図である。なお、その他の各上下アームの構成も、以下に説明するＵ相上アームと同様である。

図７を参照して、Ｕ相上アームは、パワートランジスタＱ１と、ペルチェ素子５１と、ダイオードＤ１，６２とを含む。ダイオードＤ１は、パワートランジスタＱ１に逆並列に接続される。ダイオード６２は、電力線ＰＬ２から分岐される分岐線に設けられ、ノードＮ１からダイオードＤ１を介して正母線ＭＰＬへ流される回生電流がペルチェ素子５１に流れるのを防止する。

なお、実施の形態５における電動車両のその他の構成は、図１に示した実施の形態１における電動車両１と同じである。

この実施の形態５においても、ダイオード６２は、ペルチェ素子５１に回生電流が流れるのを防止するので、電動車両１の回生制動時にペルチェ素子５１が発熱することはない。したがって、この実施の形態５によっても、車両の回生制動時にパワートランジスタが加熱されるのを防止することができる。

なお、上記の各実施の形態において、ペルチェ素子による冷却効率を高めるために、ペルチェ素子からの放熱を受ける放熱板に冷却フィンを設けてもよい。

図８は、半導体装置の他の構造を説明するための図である。図８を参照して、この半導体装置１００Ｂは、図２に示した実施の形態１における半導体装置１００の構成において、放熱板１１６に代えて放熱板１１６Ｂを含む。放熱板１１６Ｂの放熱面には、冷却フィン１２０が設けられる。このような構成により、ペルチェ素子５１によって吸収された熱が放熱板１１６Ｂの冷却フィン１２０から装置外部へ効率的に放熱される。

なお、特に図示しないが、実施の形態２〜５による半導体装置においても、同様に放熱板に冷却フィンを設けてもよい。

また、上記の各実施の形態において、内燃機関と、内燃機関からの運動エネルギーを用いて発電して蓄電装置Ｂおよびインバータ１０へ供給可能なモータジェネレータとをさらに備えてもよい。すなわち、電動車両をハイブリッド車両として構成してもよい。さらに、モータジェネレータＭＧに電力を供給可能な燃料電池（Fuel Cell）をさらに備えてもよい。

なお、上記において、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６の各々は、この発明における「パワー半導体素子」に対応し、ペルチェ素子５１〜５６，５１Ａ，５１Ｂの各々は、この発明における「熱電変換素子」に対応する。また、ダイオード６１，６２は、この発明における「ダイオード」に対応し、モールド樹脂１１８は、この発明における「封止材」に対応する。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて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。

この発明の実施の形態１による半導体装置が適用される電動車両のパワートレーン構成を示した図である。 図１に示すＵ相アームにおけるパワートランジスタおよびペルチェ素子を形成する半導体装置の構造を説明するための図である。 実施の形態２におけるインバータのＵ相上アームの回路図である。 図３に示すＵ相上アームにおけるパワートランジスタおよびペルチェ素子を形成する半導体装置の構造を説明するための図である。 実施の形態３におけるインバータのＵ相上アームの回路図である。 実施の形態４におけるインバータのＵ相上アームの回路図である。 実施の形態５におけるインバータのＵ相上アームの回路図である。 半導体装置の他の構造を説明するための図である。

符号の説明

１ 電動車両、１０ インバータ、１２ Ｕ相アーム、１４ Ｖ相アーム、１６ Ｗ相アーム、２０ 制御装置、３０ 車輪、５１，５１Ａ，５１Ｂ，５２〜５６ ペルチェ素子、６１，６２，Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード、１００，１００Ａ，１００Ｂ 半導体装置、１０２，１０８，１０８Ａ，１０８Ｂ 電極板、１０４，１１０，１１４ 絶縁層、１０６ 冷却器、１１２ 導電板、１１６，１１６Ａ，１１６Ｂ 放熱板、１１８ モールド樹脂、１２０ 冷却フィン、Ｂ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ、ＭＧ モータジェネレータ、ＭＰＬ 正母線、ＭＮＬ 負母線、Ｑ１〜Ｑ６ パワートランジスタ、ＰＬ，ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線、ＢＬ，ＢＬ１，ＢＬ２ 分岐線、Ｎ１〜Ｎ３ ノード、ＵＬ Ｕ相ライン、ＶＬ Ｖ相ライン、ＷＬ Ｗ相ライン、Ｕ Ｕ相コイル、Ｖ Ｖ相コイル、Ｗ Ｗ相コイル。

Claims (6)

1. パワー半導体素子と、
   前記パワー半導体素子に接続される電力線から分岐される分岐線と、
   前記分岐線と前記パワー半導体素子の前記電力線が接続される端子との間に電気的に接続され、前記パワー半導体素子に流される電流の一部を用いて前記パワー半導体素子を冷却する熱電変換素子とを備える半導体装置。
2. 前記パワー半導体素子および前記熱電変換素子を一体化して封止する封止材をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記パワー半導体素子に密接して配設される伝熱性の電極板をさらに備え、
   前記電力線は、前記電極板に電気的に接続され、
   前記熱電変換素子は、絶縁層を介在させて前記電極板に密接して配設され、前記分岐線と前記電極板との間に電気的に接続される、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記分岐線に設けられ、前記熱電変換素子に逆流電流が流れるのを防止するダイオードをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置から電力の供給を受ける駆動装置と、
   前記駆動装置によって駆動される車両駆動用の電動機とを備え、
   前記駆動装置は、前記蓄電装置と前記電動機との間で電力変換を行なうための複数の半導体装置を含み、
   前記複数の半導体装置の各々は、
   パワー半導体素子と、
   前記パワー半導体素子に接続される電力線から分岐される分岐線と、
   前記分岐線と前記パワー半導体素子の前記電力線が接続される端子との間に電気的に接続され、前記パワー半導体素子に流される電流の一部を用いて前記パワー半導体素子を冷却する熱電変換素子とから成る、電動車両。
6. 前記複数の半導体装置の各々は、前記分岐線に設けられて当該電動車両の回生制動時に前記熱電変換素子に回生電流が流れるのを防止するダイオードをさらに含む、請求項５に記載の電動車両。

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