JP2009077470A - Electric power wiring device - Google Patents

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Masaki Tagome
正樹 田米
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power wiring device for power converters that is low-cost and small-size, and achieves high reliability. <P>SOLUTION: The electric power wiring device includes at least one pair of metal plates 11, 12 and a switching element 10 for controlling current. The metal plates 11, 12 are connected with each other through the switching element 10 and are so disposed that a distance between the metal plates 11, 12 differs (is shortened) in proximity to the switching element 10. The portions of the metal plates positioned there comprise a capacitor. Since the distance between the metal plates is shortened only in proximity to the switching element, a capacitor function is efficiently disposed in proximity to the switching element with a simple configuration without adding any part and noise due to switching, and EMI (electromagnetic interference) is reduced in proximity to the position of the production thereof without fail. Since the capacitor function is centralized only in proximity to the switching element, the flexibility in designing the metal plates in the areas other than the vicinity of the switching element is enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、スイッチング動作するスイッチング素子(IGBTもしくは、MOSFETなど)が組み込まれた電力変換器における、電力の入出力を行うための電力入出力装置に関する。   The present invention relates to a power input / output device for inputting / outputting electric power in a power converter incorporating a switching element (IGBT or MOSFET) that performs switching operation.

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のような電圧駆動型半導体素子による半導体電力変換器は広く用いられている。この半導体電力変換器は、内部に組込まれたスイッチング素子を所定のスイッチング周波数でオン・オフさせることにより、直流電力を交流電力に変換する機能を有している。   Semiconductor power converters using voltage-driven semiconductor elements such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are widely used. This semiconductor power converter has a function of converting DC power into AC power by turning on and off a switching element incorporated therein at a predetermined switching frequency.

この半導体電力変換器の出力電圧は、直流電圧をスイッチングした電圧波形を有するので、スイッチング周波数に対応した周波数成分を含んでいる。この周波数成分はこの電力変換器の負荷としてのモータなどにストレスを与えるため、電力変換器ではフィルタ回路を用いてこの周波数成分を取り除いている。   Since the output voltage of the semiconductor power converter has a voltage waveform obtained by switching a DC voltage, it includes a frequency component corresponding to the switching frequency. Since this frequency component gives stress to a motor or the like as a load of the power converter, the power converter uses a filter circuit to remove the frequency component.

また、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を抑制するために、周辺回路であるスナバ回路をスイッチング素子に接続することにより、スイッチングにて生じる雑音やEMI(電磁干渉)の低減は可能である。   Further, in order to suppress noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching, it is possible to reduce noise and EMI (electromagnetic interference) generated by switching by connecting a snubber circuit as a peripheral circuit to the switching element.

しかし、前述したフィルタ回路の体積は一般的に大きく、これに伴い、フィルタ回路を設けた電力変換器も大型になってしまう。また、スナバ回路を設けるとなると、回路の増加につながる。そこで、回路の大型化を抑制するために、スイッチング周波数を高くすることによって、フィルタ回路及び、スナバ回路の小型化を図るような検討も行われている。   However, the volume of the filter circuit described above is generally large, and accordingly, the power converter provided with the filter circuit also becomes large. Further, if a snubber circuit is provided, the number of circuits will increase. Therefore, in order to suppress an increase in the size of the circuit, studies have been made to reduce the size of the filter circuit and the snubber circuit by increasing the switching frequency.

しかし、周辺回路が付加されていない電力変換器では、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を抑制することが困難となる。さらに、従来のスナバ回路では、配線によるインダクタンスや抵抗も生じてしまう。   However, in a power converter to which no peripheral circuit is added, it becomes difficult to suppress noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching. Further, in the conventional snubber circuit, inductance and resistance due to wiring are also generated.

そこで、例えば、特許文献1ではブスバーでコンデンサを押圧挟持することにより、高周波ノイズを効率的に吸収する方法が提唱されている。図9に、この提唱されたコンデンサのブスバーに対する取付状態を示す。ブスバー12と14の間に、複数の積層されたコンデンサ24を配置し、支持板25aと25bでコンデンサ24を支持し、留め具26で固定している。また、積層されたコンデンサ24は接続具27aと27bで電気的、機械的に接続されたいる。   Thus, for example, Patent Document 1 proposes a method of efficiently absorbing high-frequency noise by pressing and holding a capacitor with a bus bar. FIG. 9 shows how the proposed capacitor is attached to the bus bar. A plurality of stacked capacitors 24 are arranged between the bus bars 12 and 14, the capacitors 24 are supported by the support plates 25 a and 25 b, and are fixed by the fasteners 26. Further, the laminated capacitors 24 are electrically and mechanically connected by connecting tools 27a and 27b.

これにより、電力変換器を大型化することなく、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を抑制することができる。
特開2005−341643号公報
Thereby, the noise and EMI (electromagnetic interference) by switching can be suppressed, without enlarging a power converter.
JP 2005-341634 A

しかしながら、上述した特許文献1による、コンデンサの機能をブスバーに持たせる構成では、ブスバーの間に誘電体を有するコンデンサを挟み込んでボルト締めしているため、コンデンサを形成する誘電体やコンデンサ固定用ボルトなどにより高コストとなり、また、固定用ボルトが必要となるのでコンデンサ部が大型化するという課題があった。   However, in the configuration in which the bus bar is provided with the function of a capacitor according to Patent Document 1 described above, a capacitor having a dielectric is sandwiched between the bus bars and bolted, so that the dielectric forming the capacitor and the capacitor fixing bolt There is a problem that the cost is increased due to the above, and a fixing bolt is necessary, so that the capacitor portion is enlarged.

上記課題を解消するために、本発明の電力配線装置は、互いに所定の距離だけ離間して配置された少なくとも一対の金属板と、電流を制御するスイッチング素子と、を備え、前記一対の金属板は前記スイッチング素子を介して接続され、前記スイッチング素子近傍に位置する前記一対の金属板の一部がコンデンサとして機能することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the power wiring device of the present invention includes at least a pair of metal plates arranged at a predetermined distance from each other and a switching element for controlling current, and the pair of metal plates Are connected via the switching element, and a part of the pair of metal plates located near the switching element functions as a capacitor.

前記一対の金属板間の距離は前記スイッチング素子近傍のみ短いことが好ましい。   The distance between the pair of metal plates is preferably short only in the vicinity of the switching element.

このように構成された電力変換器の電力配線装置においては、一対の金属板の距離をスイッチング素子近傍のみ短くなるようにしているので、部品の追加なく、かつ簡単な構成で、効率よくスイッチング素子近傍にコンデンサ機能を配置することができ、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を発生位置近傍で確実に低減できる。さらには、スイッチング素子近傍にのみコンデンサ機能を集中させているので、スイッチング素子近傍以外の金属板の設計自由度が向上する。   In the power wiring device of the power converter configured as described above, the distance between the pair of metal plates is shortened only in the vicinity of the switching element. Therefore, the switching element can be efficiently performed with a simple configuration without adding parts. Capacitor functions can be disposed in the vicinity, and noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching can be reliably reduced in the vicinity of the generation position. Furthermore, since the capacitor function is concentrated only in the vicinity of the switching element, the degree of freedom in designing the metal plate other than in the vicinity of the switching element is improved.

また、前記少なくとも一対の金属板は、少なくとも一つの屈曲部を有し、前記屈曲部は、前記スイッチング素子近傍に配置されていることが好ましい。   Further, it is preferable that the at least one pair of metal plates has at least one bent portion, and the bent portion is disposed in the vicinity of the switching element.

このように構成された電力変換器の電力配線装置においては、スイッチング素子近傍で、一対の金属板の形状を、(平行かつ、)少なくとも一つの屈曲部としているので、スイッチング素子の投影面積内において、一対の金属板が対向している面積を広くとることができ、金属板によるコンデンサ機能を向上することができる。さらには、金属板による配線インダクタンスを低減させることができる。それにより、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を発生位置近傍で確実に低減できる。   In the power wiring device of the power converter configured as described above, the shape of the pair of metal plates is (parallel and) at least one bent portion in the vicinity of the switching element. The area where the pair of metal plates face each other can be widened, and the capacitor function of the metal plates can be improved. Furthermore, the wiring inductance due to the metal plate can be reduced. Thereby, noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching can be reliably reduced in the vicinity of the generation position.

また、本発明の電力配線装置は、互いに所定の距離だけ離間して配置された少なくとも一対の金属板と、電流を制御するスイッチング素子と、を備え、前記一対の金属板は前記スイッチング素子を介して接続され、前記少なくとも一対の金属板は、前記スイッチング素子近傍以外は、、互いに対向する位置に重ならないように複数の穴を備えていることを特徴とする。   The power wiring device of the present invention includes at least a pair of metal plates that are spaced apart from each other by a predetermined distance, and a switching element that controls a current, and the pair of metal plates are interposed via the switching element. The at least one pair of metal plates is provided with a plurality of holes so as not to overlap each other except in the vicinity of the switching element.

このように構成された電力変換器の電力配線装置においては、スイッチング素子近傍以外は、一対の金属板が交互に、かつ、互いに重ならないように穴を備えているので、スイッチング素子近傍以外の配線インダクタンスを低減し、平板形状で、コンデンサ容量を部分的に異ならせることができるため、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を発生位置近傍で確実に低減できる。さらには、電力配線装置の低コストが図れる。   In the power wiring device of the power converter configured in this way, since the pair of metal plates are provided with holes so as not to overlap each other except in the vicinity of the switching element, wiring other than in the vicinity of the switching element Since the inductance can be reduced and the capacitance of the capacitor can be made partially different with a flat plate shape, noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching can be reliably reduced in the vicinity of the generation position. Furthermore, the cost of the power wiring device can be reduced.

前記少なくとも一対の金属板は、前記スイッチング素子近傍のみ、対向する面に複数の突起が形成されていることが好ましい。   It is preferable that the at least one pair of metal plates have a plurality of protrusions formed on opposing surfaces only in the vicinity of the switching element.

これにより、スイッチング素子の投影面積内において、一対の金属板が対向している面積を広くとることができ、金属板によるコンデンサ機能を向上することができる。それにより、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を発生位置近傍で確実に低減できる。   Thereby, in the projection area of a switching element, the area which a pair of metal plate has opposed can be taken wide, and the capacitor | condenser function by a metal plate can be improved. Thereby, noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching can be reliably reduced in the vicinity of the generation position.

また、前記少なくとも一対の金属板は、前記スイッチング素子近傍のみ、対向する面積が広くなっていることが好ましい。   In addition, it is preferable that the at least one pair of metal plates has a wide facing area only in the vicinity of the switching element.

このように構成された電力変換器の電力配線装置においては、スイッチング素子近傍は、一対の金属板の対向する面積が広くなっているので、スイッチング素子近傍のコンデンサ容量を部分的に異ならせることができる。ゆえに、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を発生位置近傍で確実に低減できる。さらには、電力配線装置の低コストが図れる。   In the power wiring device of the power converter configured as described above, since the facing area of the pair of metal plates is wide in the vicinity of the switching element, the capacitor capacity in the vicinity of the switching element can be partially varied. it can. Therefore, switching noise and EMI (electromagnetic interference) can be reliably reduced in the vicinity of the generation position. Furthermore, the cost of the power wiring device can be reduced.

また、前記少なくとも一対の金属板間に少なくとも一つの誘電体が挟持されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that at least one dielectric is sandwiched between the at least one pair of metal plates.

このように構成された電力変換器の電力配線装置においては、スイッチング素子近傍とその箇所以外で、異なる誘電体を用いることができるので、スイッチング素子近傍のコンデンサ容量を部分的に異ならせることができる。ゆえに、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を発生位置近傍で確実に低減できる。   In the power wiring device of the power converter configured in this way, different dielectrics can be used in the vicinity of the switching element and in other places, so that the capacitor capacity in the vicinity of the switching element can be partially varied. . Therefore, switching noise and EMI (electromagnetic interference) can be reliably reduced in the vicinity of the generation position.

前記少なくとも一対の金属板は、絶縁材料でコーティングされていることが好ましい。   The at least one pair of metal plates is preferably coated with an insulating material.

このように構成された電力変換器の電力配線装置においては、スイッチング素子近傍に、コンデンサ機能を配置することができる。さらに、金属板が絶縁材料によりコーティングされているので、金属板で構成されるコンデンサ容量を比較的大きくできる。ゆえに、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を発生位置近傍で確実に低減できる。   In the power wiring device of the power converter configured as described above, a capacitor function can be disposed in the vicinity of the switching element. Furthermore, since the metal plate is coated with an insulating material, the capacitor capacity formed by the metal plate can be made relatively large. Therefore, switching noise and EMI (electromagnetic interference) can be reliably reduced in the vicinity of the generation position.

また、前記少なくとも一対の金属板の間に、前記スイッチング素子が配置され、かつ前記一対の金属板に直接接合されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the switching element is disposed between the at least one pair of metal plates and is directly joined to the pair of metal plates.

このように構成された電力変換器の電力配線装置においては、一対の金属板が、スイッチング素子に直接接合されているので、スイッチング素子で発生する熱を金属板を介して、放熱することができる。   In the power wiring device of the power converter configured as described above, since the pair of metal plates are directly joined to the switching element, heat generated in the switching element can be radiated through the metal plate. .

また、前記少なくとも一対の金属板と、前記少なくとも1つのスイッチング素子は、モジュール化されていることが好ましい。   The at least one pair of metal plates and the at least one switching element are preferably modularized.

このように構成された電力変換器の電力配線装置においては、金属板とスイッチング素子が例えば絶縁性樹脂でモールドされているので、スイッチング素子近傍の金属板の距離を極限まで短くすることができる。また、モールドした樹脂が金属板の固定も兼ねる。   In the power wiring device of the power converter configured as described above, since the metal plate and the switching element are molded with an insulating resin, for example, the distance between the metal plate in the vicinity of the switching element can be shortened to the limit. The molded resin also serves to fix the metal plate.

ゆえに、スイッチング素子近傍のコンデンサ機能を向上させつつ、高信頼性の電力配線装置を実現できる。   Therefore, a highly reliable power wiring device can be realized while improving the capacitor function in the vicinity of the switching element.

このように、本発明の電力変換器の電力配線装置においては、一対の金属板の形状を工夫することにより、効率よくスイッチング素子近傍にのみ大容量のコンデンサ機能を持たせることができる。したがって、追加部品がなく、サイズは小型のままで、金属板形状で容易にコンデンサ機能を向上させ、スイッチングによる雑音やEMI(電磁干渉)を十分に抑制できる。   Thus, in the power wiring device of the power converter of the present invention, by devising the shape of the pair of metal plates, it is possible to efficiently provide a large capacity capacitor function only in the vicinity of the switching element. Therefore, there are no additional parts, the size remains small, and the capacitor function is easily improved with a metal plate shape, and noise and EMI (electromagnetic interference) due to switching can be sufficiently suppressed.

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置の全体構成を示す斜視図であり、図2はその等価回路図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a power wiring device for a power converter according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an equivalent circuit diagram thereof.

図1において、スイッチング素子10にはドレイン端子101、ソース端子102及び、ゲート端子103が任意に配置されている。また、金属板11及び12は、ラミネート状になるように配置され、かつ互いの距離が、スイッチング素子10近傍のみで短くなるように配置されている。さらに、一対の金属板11、12のうち、一方の金属板11のスイッチング素子接続部110がスイッチング素子10のドレイン端子101に配線経路が極力短くなるように接続され、他方の金属板12のスイッチング素子接続部120がスイッチング素子10のソース端子102に配線経路が極力短くなるように接続されている(接続状態は図示しない)。これらの一対の金属板11、12は、スイッチング素子10を介して電気的に接続されている。   In FIG. 1, a drain terminal 101, a source terminal 102, and a gate terminal 103 are arbitrarily arranged on the switching element 10. Further, the metal plates 11 and 12 are arranged so as to be laminated, and are arranged so that the distance between them is shortened only in the vicinity of the switching element 10. Further, of the pair of metal plates 11 and 12, the switching element connecting portion 110 of one metal plate 11 is connected to the drain terminal 101 of the switching element 10 so that the wiring path is as short as possible, and the switching of the other metal plate 12 is performed. The element connecting portion 120 is connected to the source terminal 102 of the switching element 10 so that the wiring path is as short as possible (the connection state is not shown). The pair of metal plates 11 and 12 are electrically connected via the switching element 10.

ここで、スイッチング素子接続部110と120は、金属板11、12において、距離が短くなるように配置されている。このようにすることで、スイッチング素子10近傍に、金属板11のスイッチング素子接続部110と、金属板12のスイッチング素子120との間で構成されるコンデンサ20を配置することができる。   Here, the switching element connecting portions 110 and 120 are arranged on the metal plates 11 and 12 so that the distance is short. By doing in this way, the capacitor | condenser 20 comprised between the switching element connection part 110 of the metal plate 11 and the switching element 120 of the metal plate 12 can be arrange | positioned in the switching element 10 vicinity.

図2に示す電力変換器の電力配線装置の等価回路において、スイッチング素子10のドレイン端子10aとソース端子10b間に、フライホイールダイオード30が逆並列接続されている。また、前述したコンデンサ20が、金属板11及び12各々との間に配線インダクタンスL1及びL2を介して接続されている。   In the equivalent circuit of the power wiring device of the power converter shown in FIG. 2, a flywheel diode 30 is connected in antiparallel between the drain terminal 10 a and the source terminal 10 b of the switching element 10. Further, the capacitor 20 described above is connected between the metal plates 11 and 12 via wiring inductances L1 and L2.

このような回路構成を有する電力変換器において、金属板11からスイッチング素子10を介して金属板12へ電力を供給する状態において、ゲート端子103へ駆動信号を印加すると、スイッチング素子10はターンオン・ターンオフを行う。しかし、ターンオン時には流れる電流が急激に増大し、ターンオフ時にはスイッチング素子10のドレイン端子とソース端子間にサージ電圧が発生してしまう。これにより、雑音やEMI(電磁干渉)が発生するが、本発明は、上記構成とすることで、コンデンサ20にてターンオフ時におけるサージ電圧が抑制される。さらに、金属板11及び12と、コンデンサ20を接続するための配線インダクタンスL1及びL2を極力短くできるため、効率よくサージ電圧を抑制することが可能となる。また、フィルムコンデンサ及びセラミックコンデンサを別部品をドレイン端子とソース端子間に接続する場合においては、各々のコンデンサにおける温度変化及び経時変化なども考慮する必要があるが、本発明においては、そのようなことを考慮する必要がない。   In the power converter having such a circuit configuration, when a drive signal is applied to the gate terminal 103 in a state where power is supplied from the metal plate 11 to the metal plate 12 via the switching element 10, the switching element 10 is turned on / off. I do. However, the current that flows increases rapidly when the switch is turned on, and a surge voltage is generated between the drain terminal and the source terminal of the switching element 10 when the switch is turned off. As a result, noise and EMI (electromagnetic interference) are generated. With the above configuration, the capacitor 20 suppresses a surge voltage when the capacitor 20 is turned off. Furthermore, since the wiring inductances L1 and L2 for connecting the metal plates 11 and 12 and the capacitor 20 can be shortened as much as possible, the surge voltage can be efficiently suppressed. In addition, in the case where a film capacitor and a ceramic capacitor are connected as separate parts between the drain terminal and the source terminal, it is necessary to consider the temperature change and the change with time of each capacitor. There is no need to consider that.

ここで、金属板11及び12を絶縁材料などでコーティングすることで、金属板11及び12のスイッチング素子接続部110と120の距離を空気中より短くできるので、コンデンサ容量を大きくすることが可能となり、さらなる効果が期待できる。   Here, by coating the metal plates 11 and 12 with an insulating material or the like, the distance between the switching element connecting portions 110 and 120 of the metal plates 11 and 12 can be made shorter than in the air, so that the capacitor capacity can be increased. Further effects can be expected.

(第2実施形態)
図3は本発明の第2実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置の全体構成を示す斜視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a perspective view showing the overall configuration of the power wiring device of the power converter according to the second embodiment of the present invention.

図3において、スイッチング素子10aにはドレイン端子101a、ソース端子102a及び、ゲート端子103aが任意に配置されている。また、金属板11a及び12aは、ラミネート状になるように配置され、かつ金属板11a及び12aの対向する面積が局所的に広くなるように各々形成されている。さらに、一対の金属板11a、12aのうち、一方の金属板11aのスイッチング素子接続部110aがスイッチング素子10aのドレイン端子101aに配線経路が極力短くなるように接続され、他方の金属板12aのスイッチング素子接続部120aがスイッチング素子10aのソース端子102aに配線経路が極力短くなるように接続されている(接続状態は図示しない)。これらの一対の金属板11a、12aは、スイッチング素子10を介して電気的に接続されている。   In FIG. 3, the switching element 10a is arbitrarily provided with a drain terminal 101a, a source terminal 102a, and a gate terminal 103a. Further, the metal plates 11a and 12a are arranged so as to be laminated, and are formed so that the opposing areas of the metal plates 11a and 12a are locally widened. Further, of the pair of metal plates 11a and 12a, the switching element connecting portion 110a of one metal plate 11a is connected to the drain terminal 101a of the switching element 10a so that the wiring path is as short as possible, and the switching of the other metal plate 12a is performed. The element connecting portion 120a is connected to the source terminal 102a of the switching element 10a so that the wiring path is as short as possible (the connection state is not shown). The pair of metal plates 11 a and 12 a are electrically connected via the switching element 10.

ここで、スイッチング素子接続部110aと120aは、スイッチング素子10の近傍になるように構成されている。   Here, the switching element connection portions 110 a and 120 a are configured to be in the vicinity of the switching element 10.

このようにすることで、スイッチング素子10近傍に、金属板11aのスイッチング素子接続部110aと、金属板12aのスイッチング素子120aとの間で構成されるコンデンサ20aを配置できる。   By doing in this way, the capacitor | condenser 20a comprised between the switching element connection part 110a of the metal plate 11a and the switching element 120a of the metal plate 12a can be arrange | positioned in the switching element 10 vicinity.

よって本発明は、上記構成とすることで、コンデンサ20aにてターンオフ時におけるサージ電圧が抑制される。さらに、金属板11a及び12aと、コンデンサ20aを接続するための配線インダクタンスL1及びL2を極力短くできるため、効率よくサージ電圧を抑制することが可能となる。また、フィルムコンデンサ及びセラミックコンデンサを別部品をドレイン端子とソース端子間に接続する場合においては、各々のコンデンサにおける温度変化及び経時変化なども考慮する必要があるが、本発明においては、そのようなことを考慮する必要がない。   Therefore, the present invention is configured as described above, so that the surge voltage at the time of turn-off is suppressed by the capacitor 20a. Furthermore, since the wiring inductances L1 and L2 for connecting the metal plates 11a and 12a and the capacitor 20a can be shortened as much as possible, the surge voltage can be efficiently suppressed. In addition, in the case where a film capacitor and a ceramic capacitor are connected as separate parts between the drain terminal and the source terminal, it is necessary to consider the temperature change and the change with time of each capacitor. There is no need to consider that.

さらには、単なる平板で金属板11a及び12aを形成することができるため、電力配線装置の低コスト化が図れる。   Furthermore, since the metal plates 11a and 12a can be formed by a simple flat plate, the cost of the power wiring device can be reduced.

また、スイッチング素子を並列使用する場合などには、スイッチング素子部の平面配置する面積が単独使用より広くなるため、特に有効である。   In addition, when switching elements are used in parallel, the area of the switching element portion arranged in a plane is wider than that of a single use, which is particularly effective.

(第3実施形態)
図4は本発明の第3実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置において、金属板のスイッチング素子接続部が構成しているコンデンサ20bを抽出して示す図である。このコンデンサ20b以外の構成は、図1に示す第1実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置とほぼ同じであるので詳細説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing an extracted capacitor 20b formed by the switching element connecting portion of the metal plate in the power wiring device of the power converter according to the third embodiment of the present invention. Since the configuration other than the capacitor 20b is substantially the same as that of the power wiring device for the power converter according to the first embodiment shown in FIG.

この第3実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置のコンデンサ20bにおいては、スイッチング素子接続部110b及び120bにより、構成されている。また、スイッチング素子接続部110b及び120bは、少なくとも一つの屈曲部1000(図4では9つの屈曲部)を備え、かつスイッチング素子接続部110bと120b互いの距離が等しくなるように並行配置されている。   The capacitor 20b of the power wiring device of the power converter according to the third embodiment is configured by switching element connecting portions 110b and 120b. The switching element connection portions 110b and 120b include at least one bent portion 1000 (nine bent portions in FIG. 4), and are arranged in parallel so that the distances between the switching element connection portions 110b and 120b are equal to each other. .

このように構成された第3実施形態のコンデンサ20bにおいては、スイッチング素子接続部110bと120bの対向する単位あたり面積が、スイッチング素子の近傍において広く構成できるため、コンデンサ容量を大きくすることができる。したがって、スイッチング素子の近傍に、比較的容量の大きいコンデンサを配置することができるため、装置の小型化が図れる。   In the capacitor 20b of the third embodiment configured as described above, the area per unit of the switching element connecting portions 110b and 120b facing each other can be widened in the vicinity of the switching element, so that the capacitor capacity can be increased. Therefore, since a capacitor having a relatively large capacity can be disposed in the vicinity of the switching element, the apparatus can be reduced in size.

なお、スイッチング素子接続部110b、120bの互いに対向する面側に、多数の突起形状を備えることでも、屈曲部1000と同様な効果が得られる。   In addition, the same effect as the bending part 1000 is acquired also by providing many protrusion shape in the mutually opposing surface side of switching element connection part 110b, 120b.

また、屈曲部1000及び突起形状の先端部は、尖らずに滑らかな形状にすることが望ましい。そうすることにより、不要なスパークなどを抑制でき、信頼性の向上が図れる。   Further, it is desirable that the bent part 1000 and the protruding tip part have a smooth shape without being sharpened. By doing so, unnecessary sparks and the like can be suppressed, and reliability can be improved.

(第4実施形態)
図5は本発明の第4実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置の全体構成を示す斜視図である。ただし、第1の実施形態に示したスイッチング素子10を備えているが、このスイッチング素子10については、図示を省略している。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a perspective view showing the overall configuration of the power wiring device of the power converter according to the fourth embodiment of the present invention. However, although the switching element 10 shown in the first embodiment is provided, the illustration of the switching element 10 is omitted.

この第4実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置においては、金属板11b、12bで構成され、金属板11bと12bは平行配置されている。ここで、スイッチング素子の近傍以外は、配線金属板110c及び120cにより、構成されている。また、配線金属板110c及び120cは、少なくとも一つの貫通穴2000を備え、こららは互いに重ならないように配置され、かつ配線金属板110cと120cは互いの距離が等しくなるように並行配置されている。ここで、金属板110c、120cは、スイッチング素子近傍の金属板110d、120dと、各々電気的及び機械的に接続されている。   In the power wiring device of the power converter according to the fourth embodiment, the power wiring device includes metal plates 11b and 12b, and the metal plates 11b and 12b are arranged in parallel. Here, except for the vicinity of the switching element, the wiring metal plates 110c and 120c are used. Further, the wiring metal plates 110c and 120c are provided with at least one through hole 2000, which are arranged so as not to overlap each other, and the wiring metal plates 110c and 120c are arranged in parallel so that their distances are equal to each other. Yes. Here, the metal plates 110c and 120c are electrically and mechanically connected to the metal plates 110d and 120d near the switching element, respectively.

平行配置される一対の金属板110c、120cは、対向する面積や互いの距離に依存して、コンデンサ容量をもつ。しかしながら、先に説明したように、スイッチング素子のターンオフ時に発生するサージ電圧は、スイッチング素子近傍に任意のコンデンサを配置することで、抑制される。   The pair of metal plates 110c and 120c arranged in parallel has a capacitor capacity depending on the facing area and the distance from each other. However, as described above, the surge voltage generated when the switching element is turned off is suppressed by arranging an arbitrary capacitor near the switching element.

ここで、第4実施形態の配線金属板110cと120cにおいては、互いに重ならないように貫通穴を形成されているので、ラミネート形状による配線インダクタンス低減効果を保ちつつ、金属板110cと120cで構成されるコンデンサ容量を減らすことができる。したがって、スイッチング素子近傍以外に配線金属板110cと120cを用い、かつスイッチング素子近傍には、貫通穴などを形成していない110d、120dを配置することで、スイッチング素子近傍にのみ、サージ電圧抑制効果のあるコンデンサ機能を配置できる。   Here, in the wiring metal plates 110c and 120c of the fourth embodiment, since the through holes are formed so as not to overlap each other, the metal plates 110c and 120c are configured while maintaining the wiring inductance reduction effect due to the laminate shape. Capacitor capacity can be reduced. Therefore, the wiring metal plates 110c and 120c are used in addition to the vicinity of the switching element, and the surge voltage suppression effect is provided only in the vicinity of the switching element by disposing 110d and 120d in which no through hole or the like is formed in the vicinity of the switching element. Capacitor function with can be arranged.

(第5実施形態)
図6は本発明の第5実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置における図である。一対の金属板11c、12cの間に少なくとも一つの誘電体を配置する以外は、図1に示す第1実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置と同じであるので詳細説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a diagram of a power wiring device for a power converter according to a fifth embodiment of the present invention. Since it is the same as the power wiring device of the power converter according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that at least one dielectric is disposed between the pair of metal plates 11c and 12c, detailed description thereof is omitted.

この第5実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置においては、一対の金属板11c、12cの間に、誘電体40、41a及び41bを配置している。それ以外の構成は、図1に示す構成と同じである。これらの一対の金属板11c、12cは、スイッチング素子10を介して電気的に接続されている。   In the power wiring device of the power converter according to the fifth embodiment, the dielectrics 40, 41a and 41b are arranged between the pair of metal plates 11c and 12c. The other configuration is the same as the configuration shown in FIG. The pair of metal plates 11 c and 12 c are electrically connected via the switching element 10.

また、誘電体40と、41a及び41bは誘電率が異なっており、誘電体40は41a及び40bよりも高誘電率である。さらに、高誘電率である誘電体40を、スイッチング素子接続部110と120の間に配置し、低誘電率である誘電体41a及び40bを、スイッチング素子接続部以外に配置する。   Further, the dielectric 40 is different in dielectric constant from 41a and 41b, and the dielectric 40 has a higher dielectric constant than 41a and 40b. Further, the dielectric 40 having a high dielectric constant is disposed between the switching element connecting portions 110 and 120, and the dielectrics 41a and 40b having a low dielectric constant are disposed other than the switching element connecting portion.

このように構成された第5実施形態においては、スイッチング素子接続部110と120で構成されるコンデンサ容量を、誘電体が配置されていない場合よりも大きくすることができる。したがって、スイッチング素子近傍に、比較的容量の大きいコンデンサを配置することができるため、装置の小型化が図れる。   In the fifth embodiment configured as described above, the capacitance of the capacitor formed by the switching element connecting portions 110 and 120 can be made larger than when no dielectric is disposed. Therefore, since a capacitor having a relatively large capacity can be disposed in the vicinity of the switching element, the apparatus can be miniaturized.

(第6実施形態)
図7は本発明の第6実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置における図である。一対の金属板11d、12dを等間隔距離で配置し、この間にスイッチング素子10aを直接接合で配置するものであり、その他については図1に示す第1実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置と同様であるので詳細説明を省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 7 is a diagram of a power wiring device for a power converter according to a sixth embodiment of the present invention. A pair of metal plates 11d and 12d are arranged at equal distances, and a switching element 10a is directly joined between them, and the others are the power wiring device of the power converter according to the first embodiment shown in FIG. Since it is the same, detailed description is abbreviate | omitted.

この第6実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置においては、一対の金属板11d、12dの間に、スイッチング素子10aを配置し、かつ金属板に対して直接接合している。   In the power converter of the power converter according to the sixth embodiment, the switching element 10a is disposed between the pair of metal plates 11d and 12d and is directly bonded to the metal plate.

このように構成された第6実施形態においては、スイッチング素子10aと、金属板が構成するコンデンサとの間の配線インダクタンスを最大限小さくすることができ、さらには、スイッチング素子10aで発生する熱を金属板により放熱できる。したがって、上記した各実施形態と同様の効果が得られると同時に、スイッチング素子が発生する熱を効率よく放熱でき、装置の小型化が図れる。   In the sixth embodiment configured as described above, the wiring inductance between the switching element 10a and the capacitor formed by the metal plate can be minimized, and further, the heat generated in the switching element 10a can be reduced. Heat can be dissipated by a metal plate. Therefore, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained, and at the same time, the heat generated by the switching element can be efficiently radiated, and the apparatus can be downsized.

(第7実施形態)
本発明の第7実施形態に係わる電力変換器のモジュールは、電力配線装置とスイッチング素子をモジュール化したことを特徴とする。それ以外の構成は、図7に示す第6実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置とほぼ同じであるので詳細説明を省略する。
(Seventh embodiment)
The module of the power converter according to the seventh embodiment of the present invention is characterized in that a power wiring device and a switching element are modularized. Since the other configuration is substantially the same as the power wiring device of the power converter according to the sixth embodiment shown in FIG. 7, detailed description thereof is omitted.

図8は、本発明の第7実施形態に係わる電力変換器のモジュール200の構成図である。   FIG. 8 is a configuration diagram of a power converter module 200 according to the seventh embodiment of the present invention.

このように構成された第7実施形態においては、少なくとも一つのスイッチング素子10aと少なくとも一対の金属板11d、12dが、絶縁樹脂130などでモジュール化されており、コンデンサ機能を内蔵した半導体モジュールを構成している。したがって、コンデンサを構成する金属板間に、モジュール化するための絶縁樹脂を配置することができる。さらに、上記した各実施形態と同様の効果が得られ、さらには、金属板の固定が強固なものになり、信頼性の向上が図れる。   In the seventh embodiment configured as described above, at least one switching element 10a and at least a pair of metal plates 11d and 12d are modularized with an insulating resin 130 or the like, thereby forming a semiconductor module incorporating a capacitor function. is doing. Therefore, insulating resin for modularization can be disposed between the metal plates constituting the capacitor. Furthermore, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained, and further, the metal plate can be firmly fixed, and the reliability can be improved.

以上に述べた各実施形態においては、金属板は例えば銅で構成することが可能であるが、アルミもしくはそれらの合金などの材料であっても構わない。   In each of the embodiments described above, the metal plate can be made of copper, for example, but may be a material such as aluminum or an alloy thereof.

また、スイッチング素子は、シリコンやSiC(炭化珪素)、GaN(窒化ガリウム)材料などで構成されるIGBT及びMOSFETで実現することができる。   The switching element can be realized by an IGBT and a MOSFET that are made of silicon, SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride) material, or the like.

また、複数相のインバータにおいて適用する場合には、スイッチング素子ごとに任意のコンデンサ容量となるように、金属板構成を設計すれば良い。   In addition, when applied to a multi-phase inverter, the metal plate configuration may be designed so as to have an arbitrary capacitor capacity for each switching element.

本発明の電力配線装置を電力変換器に用いることにより、低コストで、小型かつ高信頼性のコンデンサ機能を備えた金属板を提供することができ、スイッチング素子の高速スイッチング動作により発生するサージ電圧を大幅に低減することが可能となるため、ハイブリッド電気自動車及び電気自動車の車載電源(インバータ、コンバータなど)、産業用ロボット及び家庭用ロボット、エレベータの電源を含めたあらゆる電源、さらには高速回転が要求されるモータ及びジェネレータ用の電力変換器、等々に有用である。   By using the power wiring device of the present invention for a power converter, a metal plate having a small and highly reliable capacitor function can be provided at a low cost, and a surge voltage generated by a high-speed switching operation of a switching element. As a result, it is possible to reduce all power sources, including in-vehicle power sources (inverters, converters, etc.) for hybrid electric vehicles and electric vehicles, industrial robots and home robots, elevator power sources, and high-speed rotation. Useful for power converters for required motors and generators, etc.

本発明の第1実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置の全体構成を示す斜視図The perspective view which shows the whole structure of the power wiring apparatus of the power converter concerning 1st Embodiment of this invention. 同実施形態の電力変換器のブスバー装置の等価回路図Equivalent circuit diagram of bus bar device of power converter of same embodiment 本発明の第2実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置の全体構成を示す斜視図The perspective view which shows the whole structure of the power wiring apparatus of the power converter concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置において、金属板のスイッチング素子接続部が構成しているコンデンサを示す図The figure which shows the capacitor | condenser which the switching element connection part of the metal plate comprises in the power wiring apparatus of the power converter concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置において、金属板のスイッチング素子接続部以外が構成している金属板を示す図The figure which shows the metal plate which comprises except the switching element connection part of a metal plate in the power wiring device of the power converter concerning 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置の全体構成を示す斜視図The perspective view which shows the whole structure of the power wiring apparatus of the power converter concerning 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態に係わる電力変換器の電力配線装置の全体構成を示す斜視図The perspective view which shows the whole structure of the power wiring apparatus of the power converter concerning 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係わる電力変換器のモジュールの構成図The block diagram of the module of the power converter concerning 7th Embodiment of this invention 従来の電力変換器を示す図Diagram showing a conventional power converter

符号の説明Explanation of symbols

10,10a スイッチング素子
11,12,11a,12a,11b,12b,11c,12c,11d,12d 金属板
20,20a,20b,20c コンデンサ
30 フライホイールダイオード
40,41a,41b 誘電体
101 ドレイン端子
102 ソース端子
103 ゲート端子
110,110a,110b,110c,120,120a,120b,120c スイッチング素子接続部
200 半導体モジュール
1000 屈曲部
2000 貫通穴
L1,L2 配線インダクタンス
10, 10a Switching element 11, 12, 11a, 12a, 11b, 12b, 11c, 12c, 11d, 12d Metal plate 20, 20a, 20b, 20c Capacitor 30 Flywheel diode 40, 41a, 41b Dielectric 101 Drain terminal 102 Source Terminal 103 Gate terminal 110, 110a, 110b, 110c, 120, 120a, 120b, 120c Switching element connecting part 200 Semiconductor module 1000 Bending part 2000 Through hole L1, L2 Wiring inductance

Claims (10)

互いに所定の距離だけ離間して配置された少なくとも一対の金属板と、電流を制御するスイッチング素子と、を備え、
前記一対の金属板は前記スイッチング素子を介して接続され、
前記スイッチング素子近傍に位置する前記一対の金属板の一部がコンデンサとして機能することを特徴とする電力配線装置。
Comprising at least a pair of metal plates disposed at a predetermined distance from each other, and a switching element for controlling current,
The pair of metal plates are connected via the switching element,
A part of the pair of metal plates located in the vicinity of the switching element functions as a capacitor.
前記一対の金属板間の距離が前記スイッチング素子近傍のみ短いことを特徴とする請求項1記載の電力配線装置。 The power wiring device according to claim 1, wherein a distance between the pair of metal plates is short only in the vicinity of the switching element. 前記少なくとも一対の金属板は、少なくとも一つの屈曲部を有し、前記屈曲部は、前記スイッチング素子近傍に配置されていることを特徴とする請求項1記載の電力配線装置。 The power wiring device according to claim 1, wherein the at least one pair of metal plates has at least one bent portion, and the bent portion is disposed in the vicinity of the switching element. 互いに所定の距離だけ離間して配置された少なくとも一対の金属板と、電流を制御するスイッチング素子と、を備え、
前記一対の金属板は前記スイッチング素子を介して接続され、
前記少なくとも一対の金属板は、前記スイッチング素子近傍以外は、互いに対向する位置に重ならないように複数の穴を備えていることを特徴とする電力配線装置。
Comprising at least a pair of metal plates disposed at a predetermined distance from each other, and a switching element for controlling current,
The pair of metal plates are connected via the switching element,
The power wiring device according to claim 1, wherein the at least one pair of metal plates includes a plurality of holes so as not to overlap each other except in the vicinity of the switching element.
前記少なくとも一対の金属板は、前記スイッチング素子近傍のみ、対向する面に複数の突起が形成されていることを特徴とする請求項1記載の電力配線装置。 2. The power wiring device according to claim 1, wherein the at least one pair of metal plates has a plurality of protrusions formed on opposing surfaces only in the vicinity of the switching element. 前記少なくとも一対の金属板は、前記スイッチング素子近傍のみ、対向する面積が広くなっていることを特徴とする請求項1記載の電力配線装置。 2. The power wiring device according to claim 1, wherein the at least one pair of metal plates has a large facing area only in the vicinity of the switching element. 前記少なくとも一対の金属板間に少なくとも一つの誘電体が挟持されていることを特徴とする請求項1記載の電力配線装置。 The power wiring device according to claim 1, wherein at least one dielectric is sandwiched between the at least one pair of metal plates. 前記少なくとも一対の金属板は、絶縁材料でコーティングされていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電力配線装置。 The power wiring device according to claim 1, wherein the at least one pair of metal plates is coated with an insulating material. 前記少なくとも一対の金属板の間に、前記スイッチング素子が配置され、かつ前記一対の金属板に直接接合されていることを特徴とする請求項1記載の電力配線装置。 The power wiring device according to claim 1, wherein the switching element is disposed between the at least one pair of metal plates and is directly joined to the pair of metal plates. 前記少なくとも一対の金属板と、前記少なくとも1つのスイッチング素子は、モジュール化されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の電力配線装置。 The power wiring device according to claim 1, wherein the at least one pair of metal plates and the at least one switching element are modularized.
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