JP2012039866A - パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Si−MOSFETとSi−FWDとが逆並列に接続され、電力変換装置における正側アームとして動作する素子対62と、電力変換装置における負側アームとして動作する素子対64と、を有し、これら第1、第2の素子対62,64は、1つのパワー半導体モジュール60A内に収容されて2in1モジュールとして構成され、かつ、素子対62,64間の直列接続を可能とする端子S1,D2を有して構成される。
【選択図】 図3
Description
まず、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置について説明する。図1は、実施の形態1に係る電力変換装置の概略の機能構成を示す図であり、鉄道車両100に搭載される電力変換装置50の一構成例を示している。図1に示すように、電力変換装置50は、コンバータ10、コンデンサ20およびインバータ30を備えて構成される。鉄道車両100には、電力変換装置50の入力端側に配置されてコンバータ10に接続される変圧器6および、電力変換装置50の出力端側に配置されてインバータ30に接続され、電力変換装置50からの電力供給を受けて車両を駆動する電動機40が搭載されている。なお、電動機40としては、誘導電動機や同期電動機が好適である。
図8は、実施の形態2に係るパワー半導体モジュールが有する回路構成を概略的に示す図である。図8に示すように、実施の形態2に係るパワー半導体モジュール70では、例えばSi−MOSFETと、Si−FWDとが逆並列に接続された4個の素子対である第1の素子対71、第2の素子対72、第3の素子対73および第4の素子対74がパッケージ内に収容されている。このように、実施の形態2に係るパワー半導体モジュール70は、4個の素子対が一つのモジュール内に収容される、いわゆる4in1モジュールを構成している。
図13は、実施の形態1,2に係るパワー半導体モジュールを含む駆動回路の一構成例を示す回路図であり、図14は、図13の駆動回路を駆動モジュールとして構成した場合の一構成例を示す図である。図13に示すように、実施の形態3に係る駆動回路では、例えばSi−MOSFETと、Si−FWDとが逆並列に接続された素子対Q1,Q2が直列に接続されると共に、これら直列接続された素子対Q1,Q2を駆動するために種々の回路要素が設けられている。なお、図13では、素子対Q1,Q2が直列に接続される構成を開示しているが、直列接続される素子対は2つに限定されるものではなく、3つ以上の素子対が直列接続される構成であってもよく、縦方向に同様な回路要素を備えて構成される。
2 集電装置
3 車輪
4 レール
6 変圧器
10 コンバータ
20 コンデンサ
30 インバータ
40 電動機
50 電力変換装置
60A,60B,70 パワー半導体モジュール
60A1〜60A9,60B1〜60B6 2in1モジュール
62,64,71〜74,Q1,Q2 素子対
70A1〜70A18 4in1モジュール
100 鉄道車両
UNC,VNC,UNI,VNI,WNI,UPC,VPC,UPI,VPI,WPI スイッチング素子
DV1 ゲート電源
DV2 主回路電源
DX1〜DX4 ダイオード
DZ1,DZ2 ツェナーダイオード
RG1,RG2 抵抗
GD1,GD2 ゲート回路
Claims (13)
- 入力された直流電圧または交流電圧を所望の交流電圧に変換して出力する電力変換装置に適用されるパワー半導体モジュールにおいて、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記電力変換装置における正側アームとして動作する第1の素子対と、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第1の素子対と共に同一極性のアーム動作を行う第2の素子対と、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記電力変換装置における負側アームとして動作する第3の素子対と、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第3の素子対と共に同一極性のアーム動作を行う第4の素子対と、
を有し、
前記第1〜第4の素子対は、1つのモジュール内に収容されて4in1モジュールとして構成されると共に、前記第1の素子対と前記第2の素子対との直列接続、前記第2の素子対と前記第3の素子対との直列接続および、前記第3の素子対と前記第4の素子対との直列接続を可能とする外部電極端子を有して構成されることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 前記パワー半導体モジュールは、前記第1〜第4の素子対を有する他のパワー半導体モジュールとの直列接続を可能とする外部電極端子を有して構成されることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。
- 前記ダイオード素子および前記MOS型スイッチング素子のうちの少なくとも一方が、ワイドバンドギャップ半導体であることを特徴とする請求項1または2に記載のパワー半導体モジュール。
- 前記ダイオード素子がショットキーダイオードであることを特徴とする請求項3に記載のパワー半導体モジュール。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項3に記載のパワー半導体モジュール。
- 入力された直流電圧または交流電圧を所望の交流電圧に変換して出力する電力変換装置において、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続されて正側アームの一つを構成する第1の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第1の素子対に直列に接続されて前記正側アームの他の一つを構成する第2の素子対と、を有し、これら第1、第2の素子対が1つのモジュール内に収容された第1の2in1モジュールと、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続されて負側アームの一つを構成する第3の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第3の素子対に直列に接続されて前記負側アームの他の一つを構成する第4の素子対と、を有し、これら第3、第4の素子対が1つのモジュール内に収容された第2の2in1モジュールと、
を有し、
前記第1の2in1モジュールと第2の2in1モジュールとは、直列に接続されてレグを構成し、当該レグを複数組有して構成されることを特徴とする電力変換装置。 - 入力された直流電圧または交流電圧を所望の交流電圧に変換して出力する電力変換装置において、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続されて正側アームの一つを構成する第1の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第1の素子対に並列に接続されて前記正側アームの他の一つを構成する第2の素子対と、を有し、これら第1、第2の素子対が1つのモジュール内に収容された第1の2in1モジュールと、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続されて負側アームの一つを構成する第3の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第3の素子対に並列に接続されて前記負側アームの他の一つを構成する第4の素子対と、を有し、これら第3、第4の素子対が1つのモジュール内に収容された第2の2in1モジュールと、
を有し、
前記第1の2in1モジュールと第2の2in1モジュールとは、直列に接続されてレグを構成し、当該レグを複数組有して構成されることを特徴とする電力変換装置。 - 入力された直流電圧または交流電圧を所望の交流電圧に変換して出力する電力変換装置において、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続されて正側アームを構成する第1の素子対と、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第1の素子対に直列に接続されて前記正側アームを構成する第2の素子対と、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続されて負側アームを構成する第3の素子対と、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第3の素子対に直列に接続されて前記負側アームを構成する前記第4の素子対と、
を有し、
前記第2の素子対と前記第3の素子対とは、直列に接続されてレグを構成し、
前記レグを複数組有すると共に、当該レグを構成する第1〜第4の素子対は、1つのモジュール内に収容され、4in1モジュールとして構成されることを特徴とする電力変換装置。 - 入力された直流電圧または交流電圧を所望の交流電圧に変換して出力する電力変換装置において、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続されて正側アームを構成する第1の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第1の素子対に直列に接続されて前記正側アームを構成する第2の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第2の素子対に直列に接続されて前記正側アームを構成する第3の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第3の素子対に直列に接続されて前記正側アームを構成する第4の素子対と、を有し、これら第1〜第4の素子対が1つのモジュール内に収容された第1の4in1モジュールと、
ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続されて負側アームを構成する第5の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第5の素子対に直列に接続されて前記負側アームを構成する第6の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第6の素子対に直列に接続されて前記負側アームを構成する第7の素子対と、ダイオード素子とMOS型スイッチング素子とが逆並列に接続され、前記第7の素子対に直列に接続されて前記負側アームを構成する第8の素子対と、を有し、これら第5〜第8の素子対が1つのモジュール内に収容された第2の4in1モジュールと、
前記第1の4in1モジュールと第2の4in1モジュールとは、直列に接続されてレグを構成し、当該レグを複数組有して構成されることを特徴とする電力変換装置。 - 前記ダイオード素子および前記MOS型スイッチング素子のうちの少なくとも一方が、ワイドバンドギャップ半導体であることを特徴とする請求項6〜9の何れか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ダイオード素子がショットキーダイオードであることを特徴とする請求項10に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項10に記載の電力変換装置。
- 請求項6〜12の何れか1項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置からの電力供給を受けて車両を駆動する電動機と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両。
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