JP2009268239A - Semiconductor module and power unit equipped with it - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor module, which effectively absorbs a surge caused by the operation of a switching element constituting a PFC circuit and eliminates the sudden rise of its cost, and a power unit, which is equipped with the semiconductor module. <P>SOLUTION: A semiconductor module Ms is composed of a switching element Tq, a diode DP, a surge suppressing capacitor Cn, and an inverter circuit Inv, and further it is provided properly with terminals a-b for capacitors, a terminal to be connected with a rectifier circuit DB, a terminal to be connected with a control motor M, etc. Then, a surge suppressing capacitor Cn is connected in parallel with a switching element Tq and to accommodate it inside the semiconductor module Ms, and a wiring path from the switching element Tq to the surge suppressing capacitor Cn is shortened. Accordingly, in the surge suppressing capacitor Cn, reactance components parasitic on a wiring board reduce, and surge components, which are generated according to the drive operation of the switching element Tq, are absorbed effectively. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体モジュール及び当該半導体モジュールを備える電源装置に関し、特に、回路内に発生するサージを効果的に吸収させる際に用いて好適のものである。   The present invention relates to a semiconductor module and a power supply device including the semiconductor module, and is particularly suitable for use in effectively absorbing a surge generated in a circuit.

家電製品に用いられる制御モータは、PFC回路及びインバータ回路を具備する電源装置に接続され、電源装置にて適宜の状態に変換された電力により駆動される。かかる電源装置では、PFC回路によって商用電源の力率及び電圧値を改善させ、更に、インバータ回路によって所望の交流電力に変換させる。   A control motor used for home appliances is connected to a power supply device including a PFC circuit and an inverter circuit, and is driven by electric power converted into an appropriate state by the power supply device. In such a power supply device, the power factor and voltage value of the commercial power supply are improved by the PFC circuit, and further converted into desired AC power by the inverter circuit.

特開2006−197729号公報(特許文献1)では、かかる電源装置の一例が紹介されている。電源装置として説明されるモータ駆動装置は、第1の整流回路(特許請求の範囲における整流回路)と、リアクタ(特許請求の範囲におけるリアクトル)と、第2の整流回路(特許請求の範囲におけるダイオード)と、スイッチング素子と、サージ保護部品(特許請求の範囲におけるサージ抑制コンデンサ)と、電解コンデンサと、インバータ装置(特許請求の範囲におけるインバータ回路)と、種々の制御回路とから構成され、回路基板の内外にレイアウトされている。このとき、リアクタ及び第2の整流回路及びスイッチング素子及び電解コンデンサによってPFC回路が構成されている。かかるモータ駆動装置では、第1の整流回路と第2の整流回路とスイッチング素子とインバータ装置が半導体素子によって構成されるので、これらの半導体素子が一元化された半導体モジュールが用いられる。そして、特許文献1の図4に示す如く、電解コンデンサ及びバリスタ及びリアクタは、半導体素子と比較して大きな体格とされるため、半導体モジュールの外部へ配置されることとなる。   Japanese Patent Laying-Open No. 2006-197729 (Patent Document 1) introduces an example of such a power supply device. The motor drive device described as a power supply device includes a first rectifier circuit (rectifier circuit in claims), a reactor (reactor in claims), and a second rectifier circuit (diode in claims). ), A switching element, a surge protection component (surge suppression capacitor in claims), an electrolytic capacitor, an inverter device (inverter circuit in claims), and various control circuits, and a circuit board It is laid out inside and outside. At this time, the PFC circuit is configured by the reactor, the second rectifier circuit, the switching element, and the electrolytic capacitor. In such a motor drive device, since the first rectifier circuit, the second rectifier circuit, the switching element, and the inverter device are constituted by semiconductor elements, a semiconductor module in which these semiconductor elements are integrated is used. And as shown in FIG. 4 of patent document 1, since an electrolytic capacitor, a varistor, and a reactor are made into a big physique compared with a semiconductor element, they will be arrange | positioned outside a semiconductor module.

特開2006−197729号公報JP 2006-197729 A

PFC回路を構成するスイッチング素子では、制御回路によって当該スイッチング素子が駆動されると、スイッチング素子のターンオン時には、スイッチング速度に応じて電流値の急激な変化が生じ、ターンオン時近傍における電流波形にサージが発生する。   In the switching element constituting the PFC circuit, when the switching element is driven by the control circuit, when the switching element is turned on, a sudden change in the current value occurs according to the switching speed, and a surge is generated in the current waveform in the vicinity of the turn-on time. appear.

一方、スイッチング素子のターンオフ時には、スイッチング速度に応じてコレクタ−エミッタ間の電圧Vceが上昇し、ターンオフ動作終了時における電圧Vceにサージ電圧が発生する。   On the other hand, when the switching element is turned off, the collector-emitter voltage Vce increases according to the switching speed, and a surge voltage is generated in the voltage Vce at the end of the turn-off operation.

従って、特許文献1の技術において、半導体モジュールは、サージ保護部が半導体モジュールの外部へ配置されるため、サージ発生源の一つとされるPFC回路のスイッチング素子から平滑コンデンサに至るまでの配線経路が長くなり、これに応じて、平滑コンデンサでは、基板配線に寄生するリアクタンス成分の影響を大きく受けて、当該スイッチング素子の動作に起因して生じたサージ成分を十分に吸収できなくなるとの問題が生じる。また、平滑コンデンサとして汎用されている電解コンデンサでは、サージを抑えたい周波数域の波形を改善させることが困難である。   Therefore, in the technique of Patent Document 1, since the surge protection unit is arranged outside the semiconductor module in the technique of Patent Document 1, there is a wiring path from the switching element of the PFC circuit, which is one of the surge generation sources, to the smoothing capacitor. Accordingly, the smoothing capacitor is greatly affected by the reactance component parasitic on the substrate wiring, and the problem that the surge component generated due to the operation of the switching element cannot be sufficiently absorbed occurs. . Moreover, it is difficult to improve the waveform in the frequency region where it is desired to suppress the surge in an electrolytic capacitor that is widely used as a smoothing capacitor.

また、かかる半導体モジュールでは、サージ成分を抑えるためにスイッチング素子を動作させる際のスイッチング速度を低下させることも考えられるが、この場合、スイッチング素子での発熱量が上昇するため、当該スイッチング素子に対して放熱性又は耐熱性を向上させる手段を施さなくてはならない。ここで、放熱性を向上させる場合には放熱機構が肥大化し、耐熱性を向上させる場合にはスイッチング素子の素子体格を大きくする必要が有るので、結果的に、高コスト化に繋がるとの問題が生じる。   In addition, in such a semiconductor module, it is conceivable to reduce the switching speed when operating the switching element in order to suppress the surge component. However, in this case, since the amount of heat generated in the switching element increases, Therefore, measures must be taken to improve heat dissipation or heat resistance. Here, when the heat dissipation is improved, the heat dissipation mechanism is enlarged, and when the heat resistance is improved, it is necessary to increase the element size of the switching element. As a result, the cost is increased. Occurs.

更に、当該半導体モジュールを具備する電源装置では、PFC回路を構成するスイッチング素子によってサージが発生すると、インバータ回路に流れる電流にもサージが重畳されるので、当該サージの大きさ如何によっては、インバータ回路を駆動させる制御回路が停止モードに移行し、制御モータが適切に駆動されなくなるとの問題が発生する。   Furthermore, in the power supply device including the semiconductor module, when a surge is generated by the switching element constituting the PFC circuit, the surge is also superimposed on the current flowing through the inverter circuit. Therefore, depending on the magnitude of the surge, the inverter circuit This causes a problem that the control circuit for driving is shifted to the stop mode and the control motor is not driven properly.

従って、本発明は上記課題に鑑み、PFC回路を構成するスイッチング素子の動作に起因するサージを効果的に吸収させ、且つ、コストの高騰を排除させ得る半導体モジュール及び当該半導体モジュールを備える電源装置の提供を目的とする。   Therefore, in view of the above-described problems, the present invention effectively absorbs surges caused by the operation of the switching elements constituting the PFC circuit and eliminates the increase in cost, and a power supply device including the semiconductor module. For the purpose of provision.

上記課題を解決するため、本発明では次のような半導体モジュールの構成とする。即ち、入力された電力を高速で断続させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に並列接続され高周波サージを吸収させるサージ抑制コンデンサと、アノード側が前記スイッチング素子の入力端子に接続され且つカソード側が前記サージ抑制コンデンサに接続されたダイオードと、外部に配される平滑コンデンサを前記ダイオードの後段にて前記スイッチング素子に並列接続させるコンデンサ用端子と、前記サージ抑制コンデンサの後段に接続され前記平滑コンデンサから供給された直流電力を交流電力に変換させるインバータ回路とから成ることとする。   In order to solve the above problems, the present invention has the following semiconductor module configuration. That is, a switching element that interrupts input power at high speed, a surge suppression capacitor that is connected in parallel to the switching element and absorbs high-frequency surge, an anode side is connected to an input terminal of the switching element, and a cathode side is the surge suppression capacitor A diode connected to the capacitor, a capacitor terminal connected in parallel to the switching element at the subsequent stage of the diode, and a direct current supplied from the smoothing capacitor connected to the subsequent stage of the surge suppression capacitor An inverter circuit that converts electric power into AC power is used.

このとき、かかる半導体モジュールは、前記スイッチング素子の前段に並列接続され且つ電源から供給される交流電力を整流化させる整流回路が、更に設けられていることとするのが好ましい。   At this time, it is preferable that the semiconductor module is further provided with a rectifier circuit connected in parallel to the previous stage of the switching element and rectifying the AC power supplied from the power source.

このとき、サージ抑制コンデンサは、セラミックコンデンサとされるのが好ましい。   At this time, the surge suppression capacitor is preferably a ceramic capacitor.

また、本発明では次のような電源装置の構成とする。即ち、上述した発明のうち何れか一方に記載の半導体モジュールと、前記半導体モジュールの外部に配されたリアクトル及び前記平滑コンデンサとを少なくとも備えることとする。   In the present invention, the power supply device has the following configuration. That is, at least the semiconductor module according to any one of the above-described inventions, a reactor and the smoothing capacitor arranged outside the semiconductor module are provided.

このとき、前記平滑コンデンサと前記コンデンサ用端子との間には、サージ対策部品が実装されているのが好ましい。   At this time, it is preferable that a surge countermeasure component is mounted between the smoothing capacitor and the capacitor terminal.

本発明に係る半導体モジュールによると、サージ抑制コンデンサが半導体モジュールの内部に格納されるので、サージ発生源とされるスイッチング素子からサージ抑制コンデンサに至るまでの配線経路の短縮化に伴い、基板配線に寄生するリアクタンス成分が低減し、これにより、スイッチング素子の駆動動作に応じて発生するサージ成分が効果的に吸収される。   According to the semiconductor module of the present invention, since the surge suppression capacitor is stored inside the semiconductor module, the wiring of the wiring from the switching element, which is a surge source, to the surge suppression capacitor is shortened. The parasitic reactance component is reduced, thereby effectively absorbing the surge component generated in accordance with the driving operation of the switching element.

また、かかる半導体モジュールによると、スイッチング速度を高速に設定できるので、スイッチング素子の発熱が抑えられ、これにより、当該スイッチング素子の素子体格の小型化が実現され、コストの低下を図ることが可能とされる。   Further, according to such a semiconductor module, since the switching speed can be set at a high speed, heat generation of the switching element can be suppressed, and thereby the size of the element of the switching element can be reduced and the cost can be reduced. Is done.

更に、かかる半導体モジュールを具備する電源装置では、サージ抑制コンデンサによってスイッチング素子の動作に起因して生じるサージ成分が吸収されるので、PFC回路から出力される直流電源は、スイッチング素子の動作に起因するサージが排除され、これにより、インバータ回路では、交流電源を安定的に出力させることが可能となる。   Further, in the power supply device including such a semiconductor module, the surge component generated due to the operation of the switching element is absorbed by the surge suppression capacitor, so that the DC power output from the PFC circuit is attributed to the operation of the switching element. The surge is eliminated, and thus the inverter circuit can stably output the AC power supply.

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図1には、本実施の形態に係る電源装置の構成が示されている。電源装置Xは、整流回路DBとリアクトルLと平滑コンデンサC0と半導体モジュールMsとが、回路基板Bp上に実装されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of the power supply device according to the present embodiment. In the power supply device X, the rectifier circuit DB, the reactor L, the smoothing capacitor C0, and the semiconductor module Ms are mounted on the circuit board Bp.

整流回路DBは、図示の如く、4個のダイオードがブリッジ状に構成され、一対の端子に商用電源が接続されている。また、他の一対の端子のうち出力側には、ハイサイドラインLHが接続され、当該ハイサイドラインLHは、リアクトルLを介して半導体モジュールMsに接続されている。更に、他の一対の端子の帰還側には、ローサイドラインLLを介して半導体モジュールMsに接続されている。かかる整流回路DBでは、商用電源Eから供給される交流電力を全波波形に変換させる。   As shown in the figure, the rectifier circuit DB includes four diodes in a bridge shape, and a commercial power source is connected to a pair of terminals. The high side line LH is connected to the output side of the other pair of terminals, and the high side line LH is connected to the semiconductor module Ms via the reactor L. Furthermore, the return side of the other pair of terminals is connected to the semiconductor module Ms via the low side line LL. In such a rectifier circuit DB, AC power supplied from the commercial power source E is converted into a full-wave waveform.

リアクトルLは、交流電力によって得られるエネルギーを蓄積させ、スイッチング素子Tqの動作に応じて、平滑コンデンサC0を昇圧させる。尚、かかるリアクトルLは、半導体モジュールMsの外部であって、回路基板Bpの表面に実装される。   Reactor L accumulates energy obtained from AC power and boosts smoothing capacitor C0 according to the operation of switching element Tq. The reactor L is mounted outside the semiconductor module Ms and on the surface of the circuit board Bp.

平滑コンデンサC0は、リアクトルLと同様、半導体モジュールMsの外部であって、回路基板Bpの表面に実装される。かかる平滑コンデンサC0は、数百μF〜数千μFの比較的大きい電気容量が必要とされ、電解コンデンサ等の外形寸法の大きい素子が選択されるため、半導体モジュールMsの外部にレイアウトされることとされる。   As with the reactor L, the smoothing capacitor C0 is mounted outside the semiconductor module Ms and on the surface of the circuit board Bp. Such a smoothing capacitor C0 requires a relatively large electric capacity of several hundred μF to several thousand μF, and an element having a large outer dimension such as an electrolytic capacitor is selected, so that it is laid out outside the semiconductor module Ms. Is done.

半導体モジュールMsは、スイッチング素子TqとダイオードDPとサージ抑制コンデンサCnとインバータ回路Invとから構成されている。また、かかる半導体モジュールMsには、コンデンサ用端子a〜b、整流回路DBに接続される端子、制御モータMに接続される端子等が適宜設けられている。   The semiconductor module Ms includes a switching element Tq, a diode DP, a surge suppression capacitor Cn, and an inverter circuit Inv. The semiconductor module Ms is appropriately provided with capacitor terminals a and b, terminals connected to the rectifier circuit DB, terminals connected to the control motor M, and the like.

整流回路DBに接続される各端子は、半導体モジュールMsの外部と導通可能な位置にレイアウトされ、一方がハイサイドラインLHに接続され、他方がローサイドラインLLに接続される。   Each terminal connected to the rectifier circuit DB is laid out at a position where it can be electrically connected to the outside of the semiconductor module Ms, and one is connected to the high side line LH and the other is connected to the low side line LL.

スイッチング素子Tqは、IGBT又はMOSFET等のパワー半導体素子が用いられる。そして、スイッチング素子Tqの入力端子は、リアクトルLとダイオードDPとの接点にて接続され、スイッチング素子Tqの出力端子は、整流回路DBに接続されるもう一方の端子の直後のローサイドラインLLに接続される。具体的に説明すると、例えばスイッチング素子TqとしてIGBTを用いる場合、かかるIGBTは、コレクタ端子がハイサイドラインLHに接続され、エミッタ端子がローサイドラインLLに接続され、ゲート端子が図示されない制御回路に接続される。かかるIGBTは、制御回路から適宜に演算された駆動信号を受信し、整流回路DBに接続される端子から入力された電力を高速で断続させる。   As the switching element Tq, a power semiconductor element such as IGBT or MOSFET is used. The input terminal of the switching element Tq is connected at a contact point between the reactor L and the diode DP, and the output terminal of the switching element Tq is connected to the low side line LL immediately after the other terminal connected to the rectifier circuit DB. Is done. Specifically, for example, when an IGBT is used as the switching element Tq, the IGBT has a collector terminal connected to the high side line LH, an emitter terminal connected to the low side line LL, and a gate terminal connected to a control circuit (not shown). Is done. Such an IGBT receives an appropriately calculated drive signal from the control circuit and intermittently powers input from a terminal connected to the rectifier circuit DB.

ダイオードDPは、ハイサイドラインLH側に配され、アノード側が前記スイッチング素子Tqの入力端子に接続され、一方、カソード側がサージ抑制コンデンサに接続される。かかる整流素子DPは、リアクトルLにて変換された電力を後段の回路へと供給させ、一方、平滑コンデンサC0に蓄積された電荷がハイサイドラインLHのアノード側へ逆流するのを防止させる。   The diode DP is arranged on the high side line LH side, the anode side is connected to the input terminal of the switching element Tq, and the cathode side is connected to the surge suppression capacitor. The rectifying element DP supplies the electric power converted by the reactor L to a subsequent circuit, and prevents the electric charge accumulated in the smoothing capacitor C0 from flowing backward to the anode side of the high side line LH.

サージ抑制コンデンサCnは、スイッチング素子Tqに並列接続され、数pF〜数十μF程度の小容量素子が用いられる。かかる如く、小容量素子が用いられるので、素子体格が縮小され、半導体モジュールMsの内部に格納させることが可能とされる。ここで、サージ抑制コンデンサCnは、セラミックコンデンサを採用するのが好ましい。これにより、サージ制御コンデンサCnは、素子体格の縮小化が実現され、半導体モジュールMsの小型化に寄与する。また、サージ制御コンデンサCnは、周波数特性についても改善されるため高周波域におけるサージの吸収性能が向上する。   The surge suppression capacitor Cn is connected in parallel to the switching element Tq, and a small capacitance element of about several pF to several tens of μF is used. As described above, since a small-capacitance element is used, the element size can be reduced and stored in the semiconductor module Ms. Here, it is preferable to employ a ceramic capacitor as the surge suppression capacitor Cn. As a result, the surge control capacitor Cn achieves a reduction in the element size and contributes to the miniaturization of the semiconductor module Ms. Further, since the surge control capacitor Cn is also improved in frequency characteristics, surge absorption performance in a high frequency region is improved.

コンデンサ用端子aは、ハイサイドラインLHに導通されている。また、コンデンサ用端子bは、ローサイドラインLLに接続されている。かかる両端子a及びbは、半導体モジュールMsの外部と導通可能にレイアウトされ、回路基板Bpに実装された平滑コンデンサC0と並列接続される。尚、コンデンサ用端子a及びbの導通箇所は、同図に記載される如く、サージ抑制コンデンサCnの直後でも良く、また、かかる導通箇所は、コンデンサ用端子aが整流素子DPのカソード直後に接続され、コンデンサ用端子bがスイッチング素子Tqの出力端子の直後に接続されても良い。   The capacitor terminal a is electrically connected to the high side line LH. The capacitor terminal b is connected to the low side line LL. The terminals a and b are laid out so as to be electrically connected to the outside of the semiconductor module Ms, and are connected in parallel to the smoothing capacitor C0 mounted on the circuit board Bp. As shown in the figure, the conduction point of the capacitor terminals a and b may be immediately after the surge suppression capacitor Cn. The conduction point is connected to the capacitor terminal a immediately after the cathode of the rectifying element DP. The capacitor terminal b may be connected immediately after the output terminal of the switching element Tq.

インバータ回路Invは、一組のトランジスタTiが直列に接続され、かかる直列回路が3組並列に接続されている。かかるスイッチング素子Tiには、IGBT又はMOSFET等の半導体素子が適宜採用される。そして、各直列回路は、上端にハイサイドラインLHが接続され、下端にローサイドラインLLが接続されている。そして、各直列回路の接点からは、電源ラインU、V、Wが引き出され、制御モータMに接続されるようにレイアウトされた端子に接続される。かかるインバータ回路Invは、図示の如く、サージ抑制コンデンサCnの後段に接続され、図示されないインバータ制御回路の制御指令に基づいて、外部に配される平滑コンデンサC0から供給された直流電力を交流電力に変換させる。   In the inverter circuit Inv, a set of transistors Ti is connected in series, and three sets of such series circuits are connected in parallel. As the switching element Ti, a semiconductor element such as IGBT or MOSFET is appropriately employed. Each series circuit has a high side line LH connected to the upper end and a low side line LL connected to the lower end. Then, power supply lines U, V, and W are drawn out from the contacts of each series circuit, and are connected to terminals laid out so as to be connected to the control motor M. As shown in the figure, the inverter circuit Inv is connected to the subsequent stage of the surge suppression capacitor Cn. Based on the control command of the inverter control circuit (not shown), the inverter circuit Inv converts the DC power supplied from the smoothing capacitor C0 provided outside into AC power. Convert it.

かかる構成とされた半導体モジュールMsでは、制御回路によってスイッチング素子Tqが駆動されると、スイッチング素子Tqのターンオン時には、スイッチング速度に応じて電流波形にサージが発生する。このとき、サージ抑制コンデンサCnは、半導体モジュールMsの内部であって且つスイッチング素子Tqの直近にレイアウトされているので、スイッチング素子Tqから当該サージ抑制コンデンサCnに至る基板配線が格段に短縮化される。従って、当該基板配線では、寄生リアクタンス成分が極めて低値に抑えられるので、サージ抑制コンデンサCnに至るまでのインピーダンスが低値とされ、これにより、ターンオン時の電流にサージ成分が重畳されると、かかるサージ成分は、サージ抑制コンデンサCnにて電荷量として蓄積され、これに伴って、効果的に減衰されることとなる。   In the semiconductor module Ms having such a configuration, when the switching element Tq is driven by the control circuit, a surge is generated in the current waveform according to the switching speed when the switching element Tq is turned on. At this time, since the surge suppression capacitor Cn is laid out in the semiconductor module Ms and in the immediate vicinity of the switching element Tq, the substrate wiring from the switching element Tq to the surge suppression capacitor Cn is remarkably shortened. . Therefore, in the substrate wiring, since the parasitic reactance component is suppressed to a very low value, the impedance leading to the surge suppression capacitor Cn is set to a low value, so that when the surge component is superimposed on the current at turn-on, The surge component is accumulated as a charge amount in the surge suppression capacitor Cn, and is effectively attenuated accordingly.

一方、スイッチング素子Tqのターンオフ時には、スイッチング速度に応じてコレクタ−エミッタ間の電圧Vceが上昇し、ターンオフ動作終了時における電圧Vceにサージ電圧が発生する。かかるサージ電圧は、リアクタンスと電流の時間的変化量とに比例するものとされるところ、本実施例の半導体モジュールMsではスイッチング素子Tqからサージ抑制コンデンサCnに至るまでの寄生リアクタンス成分が低値に抑えられているので、結果的にサージ電圧に係る変動幅が抑制されることとなる。   On the other hand, when the switching element Tq is turned off, the collector-emitter voltage Vce increases according to the switching speed, and a surge voltage is generated in the voltage Vce at the end of the turn-off operation. The surge voltage is proportional to the reactance and the temporal change in current. In the semiconductor module Ms of this embodiment, the parasitic reactance component from the switching element Tq to the surge suppression capacitor Cn has a low value. As a result, the fluctuation range related to the surge voltage is suppressed as a result.

即ち、スイッチング素子Tqのスイッチング速度が上昇し、ターンオン又はターンオフに要する時間が短くなる場合であっても、これによって発生した電流又は電圧のサージ成分は、サージ抑制コンデンサCnが配置されることにより、効果的に抑制されることとなる。   That is, even if the switching speed of the switching element Tq is increased and the time required for turn-on or turn-off is shortened, the surge component of the current or voltage generated thereby is disposed by the surge suppression capacitor Cn. It will be effectively suppressed.

また、かかる半導体モジュールMsを具備する電源装置Xでは、商用電源Eに接続される端子の後段に整流回路DBが配され、その後段では、回路基板Bpに実装されたリアクトルL及び平滑コンデンサC0と、半導体モジュールMsの内部に格納されたスイッチング素子Tq及びダイオードDP及びサージ抑制コンデンサCnとによって、PFC回路が構成され、かかるPFC回路の後段では、半導体モジュールMsに格納されたインバータInv回路が配される。そして、かかるインバータInv回路に配線された電源ラインU、V、Wは制御モータMに電気的に接続される。   In the power supply device X including the semiconductor module Ms, the rectifier circuit DB is arranged after the terminal connected to the commercial power supply E, and in the subsequent stage, the reactor L and the smoothing capacitor C0 mounted on the circuit board Bp The PFC circuit is configured by the switching element Tq, the diode DP, and the surge suppression capacitor Cn stored in the semiconductor module Ms, and the inverter Inv circuit stored in the semiconductor module Ms is arranged in the subsequent stage of the PFC circuit. The The power supply lines U, V, W wired to the inverter Inv circuit are electrically connected to the control motor M.

かかる電源装置Xでは、商用電源から交流電力が供給されると、整流回路DBでは、かかる交流電力を全波波形に変換させ、全波波化させた電力をPFC回路へと出力させる。かかるPFC回路では、スイッチング素子Tqが適宜に駆動されて、リアクトルLにて蓄積されたエネルギーを平滑コンデンサC0へと供給させ、当該平滑コンデンサC0では、平滑され且つ昇圧された直流電力をインバータ回路Invへと出力させる。このとき、PFC回路では、スイッチング素子Tqの動作に応じてサージ電流又はサージ電圧が発生するが、かかるサージ電流又はサージ電圧は、サージ抑制コンデンサCnによって効果的に吸収される。従って、平滑コンデンサC0から出力される直流電力にはサージ成分が極力排除されるので、インバータ回路Invでは、インバータ制御回路が非常停止モードに移行されることなく安定的な駆動信号を出力し、当該インバータ回路Invを構成する複数のトランジスタTiが適切に駆動される。よって、インバータ回路Invでは、直流電源を三相交流電源に変換し、かかる三相交流電源によって後段に配される制御モータMが適正に制御される。   In such a power supply device X, when AC power is supplied from a commercial power supply, the rectifier circuit DB converts the AC power into a full-wave waveform and outputs the full-wave power to the PFC circuit. In such a PFC circuit, the switching element Tq is appropriately driven to supply the energy accumulated in the reactor L to the smoothing capacitor C0, and the smoothing capacitor C0 supplies the smoothed and boosted DC power to the inverter circuit Inv. To output. At this time, in the PFC circuit, a surge current or a surge voltage is generated according to the operation of the switching element Tq, but the surge current or the surge voltage is effectively absorbed by the surge suppression capacitor Cn. Therefore, since the surge component is eliminated as much as possible in the DC power output from the smoothing capacitor C0, the inverter circuit Inv outputs a stable drive signal without shifting the inverter control circuit to the emergency stop mode. The plurality of transistors Ti constituting the inverter circuit Inv are appropriately driven. Therefore, in the inverter circuit Inv, the DC power source is converted into a three-phase AC power source, and the control motor M disposed in the subsequent stage is appropriately controlled by the three-phase AC power source.

上述の如く、本実施の形態に係る半導体モジュールMsでは、サージ抑制コンデンサCnが半導体モジュールMsの内部に格納されるので、サージ発生源とされるスイッチング素子Tqからサージ抑制コンデンサCnに至るまでの配線経路の短縮化に伴い、基板配線に寄生するリアクタンス成分が低減し、これにより、スイッチング素子Tqの駆動動作に応じて発生するサージ成分が効果的に吸収される。   As described above, in the semiconductor module Ms according to the present embodiment, since the surge suppression capacitor Cn is stored inside the semiconductor module Ms, wiring from the switching element Tq, which is a surge generation source, to the surge suppression capacitor Cn. Along with the shortening of the path, the reactance component parasitic on the substrate wiring is reduced, thereby effectively absorbing the surge component generated according to the driving operation of the switching element Tq.

また、かかる半導体モジュールMsでは、スイッチング速度を高速に設定できるので、スイッチング素子Tqの発熱を抑えられ、これにより、当該スイッチング素子Tqの素子体格の小型化が実現され、コストの低下を図ることが可能となる。   Further, in such a semiconductor module Ms, since the switching speed can be set at a high speed, the heat generation of the switching element Tq can be suppressed, whereby the element size of the switching element Tq can be reduced and the cost can be reduced. It becomes possible.

更に、半導体モジュールMsを具備する電源装置Bpでは、サージ抑制コンデンサCnによってスイッチング素子Tqの動作に起因して生じるサージ成分が吸収されるので、PFC回路から出力される直流電源は、スイッチング素子Tqの動作に起因するサージが排除され、これにより、インバータ回路Invでは、交流電源を安定的に出力させることが可能となる。   Furthermore, in the power supply device Bp including the semiconductor module Ms, the surge component generated due to the operation of the switching element Tq is absorbed by the surge suppression capacitor Cn, so that the DC power output from the PFC circuit is the current of the switching element Tq. Surge due to the operation is eliminated, and thus the inverter circuit Inv can stably output the AC power supply.

図2には、半導体モジュールMsの外部に実装される平滑コンデンサC0の他の構成例が示されている。かかる平滑コンデンサC0には、直列に接続された抵抗R及びコンデンサCsから成るスナバ回路(特許請求の範囲におけるサージ対策部品)が並列接続されている。かかるスナバ回路は、平滑コンデンサC0へ流れ込む電流にサージ成分が重畳されていると、当該サージ成分を一時的に吸収し、その後、緩やかに放電させることで、平滑コンデンサC0から出力される直流電力を安定化させる。また、スナバ回路と平滑コンデンサC0との間にフェライトコア(特許請求の範囲におけるサージ対策部品)Lnが設けられている。かかるフェライトコアLnは、基板配線に電流が流れたときに発生する輻射サージを低減させる。   FIG. 2 shows another configuration example of the smoothing capacitor C0 mounted outside the semiconductor module Ms. The smoothing capacitor C0 is connected in parallel with a snubber circuit (a surge countermeasure component in the claims) comprising a resistor R and a capacitor Cs connected in series. When a surge component is superimposed on the current flowing into the smoothing capacitor C0, the snubber circuit temporarily absorbs the surge component and then slowly discharges the direct current power output from the smoothing capacitor C0. Stabilize. A ferrite core (surge countermeasure component in claims) Ln is provided between the snubber circuit and the smoothing capacitor C0. The ferrite core Ln reduces a radiation surge that is generated when a current flows through the substrate wiring.

かかる場合、半導体モジュールMsではスイッチング素子Tqの動作に起因するサージが既に低減されているので、スナバ回路又はフェライトコアLnは小型の素子体格へ選定変更が可能となり、これにより、電源装置Bpでは、回路基板の小型化、及び、コストの低減が実現される。   In such a case, since the surge due to the operation of the switching element Tq has already been reduced in the semiconductor module Ms, the selection of the snubber circuit or the ferrite core Ln can be changed to a small element physics. A circuit board can be reduced in size and cost can be reduced.

尚、本発明に係る半導体モジュールは、上述した構成に限定されるものでなく、種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態にて説明された半導体モジュールMsではスイッチング素子TqとダイオードDPとサージ抑制コンデンサCnとインバータ回路Invとから構成されているが、かかる構成を変更し、整流回路DBとスイッチング素子TqとダイオードDPとサージ抑制コンデンサCnとインバータ回路Invとから構成される新たな半導体モジュールとしても良い。かかる新たな半導体モジュールでは、整流回路DBを構成するダイオード及びスイッチング素子Tq及びダイオードDB及びインバータ回路を構成するトランジスタTi等、全ての半導体チップが半導体モジュールの内部に集約されるので、当該半導体チップの実装工程が一元化され、これにより、電源装置における製造工程の簡素化が図られる。   The semiconductor module according to the present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made. For example, the semiconductor module Ms described in the present embodiment includes the switching element Tq, the diode DP, the surge suppression capacitor Cn, and the inverter circuit Inv. However, the configuration is changed, and the rectifier circuit DB and the switching element are changed. A new semiconductor module including Tq, diode DP, surge suppression capacitor Cn, and inverter circuit Inv may be used. In such a new semiconductor module, all the semiconductor chips such as the diode constituting the rectifier circuit DB, the switching element Tq, the diode DB, and the transistor Ti constituting the inverter circuit are integrated inside the semiconductor module. The mounting process is unified, thereby simplifying the manufacturing process in the power supply device.

実施の形態に係る電源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the power supply device which concerns on embodiment コンデンサ用端子に接続される回路の構成を示す図Diagram showing the configuration of the circuit connected to the capacitor terminal

符号の説明Explanation of symbols

Ms 半導体モジュール
Tq スイッチング素子
Cn サージ抑制コンデンサ
Dp ダイオード
C0 平滑コンデンサ
a コンデンサ用端子
b コンデンサ用端子
Inv インバータ回路
Bp 電源装置
DB 整流回路
L リアクトル
Ms Semiconductor module Tq Switching element Cn Surge suppression capacitor Dp Diode C0 Smoothing capacitor
a Capacitor terminal
b Capacitor terminal Inv Inverter circuit Bp Power supply DB Rectifier circuit
L reactor

Claims (5)

入力された電力を高速で断続させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に並列接続され高周波サージを吸収させるサージ抑制コンデンサと、アノード側が前記スイッチング素子の入力端子に接続され且つカソード側が前記サージ抑制コンデンサに接続されたダイオードと、外部に配される平滑コンデンサを前記ダイオードの後段にて前記スイッチング素子に並列接続させるコンデンサ用端子と、前記サージ抑制コンデンサの後段に接続され前記平滑コンデンサから供給された直流電力を交流電力に変換させるインバータ回路とから成ることを特徴とする半導体モジュール。   A switching element that intermittently cuts input power at high speed, a surge suppression capacitor that is connected in parallel to the switching element to absorb high-frequency surges, an anode side is connected to the input terminal of the switching element, and a cathode side is connected to the surge suppression capacitor A diode terminal, a capacitor terminal for connecting a smoothing capacitor arranged outside to the switching element in parallel at the subsequent stage of the diode, and a DC power supplied from the smoothing capacitor connected to the subsequent stage of the surge suppression capacitor. A semiconductor module comprising an inverter circuit for converting to AC power. 前記スイッチング素子の前段に並列接続され且つ電源から供給される交流電力を整流化させる整流回路が、更に設けられていることを特徴とする半導体モジュール。   A semiconductor module, further comprising a rectifier circuit connected in parallel to the previous stage of the switching element and rectifying AC power supplied from a power source. 前記サージ抑制コンデンサは、セラミックコンデンサであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体モジュール。   The semiconductor module according to claim 1, wherein the surge suppression capacitor is a ceramic capacitor. 請求項1乃至請求項3のうち何れか一項に記載の半導体モジュールと、前記半導体モジュールの外部に配されたリアクトル及び前記平滑コンデンサとを少なくとも備えることを特徴とする電源装置。   A power supply apparatus comprising: at least the semiconductor module according to claim 1; a reactor disposed outside the semiconductor module; and the smoothing capacitor. 前記平滑コンデンサと前記コンデンサ用端子との間には、サージ対策部品が実装されていることを特徴とする請求項4に記載の電源装置。   The power supply device according to claim 4, wherein a surge countermeasure component is mounted between the smoothing capacitor and the capacitor terminal.
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