JP2014112998A - パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数のスイッチング回路が共通の直流母線で接続された場合における配線のインダクタンスを調整し、以てノイズを低減する。
【解決手段】直流母線１１、１２及びスイッチング回路４，５のいずれもが基板１に設けられる。直流母線１１には直流母線１２よりも高い直流電位が供給される。このような直流電位は、スイッチング回路４，５におけるスイッチングによって供給される。スイッチング回路４，５は、それぞれインダクタ４３，５３と協動して直流／直流変換を行う。インダクタ４３，５３は基板１の外部に設けられる。
【選択図】図１

Description

この発明はパワーモジュールに関し、特にスイッチング回路を有し、複数のスイッチング回路を有するパワーモジュールに関する。

複数の電力変換回路を用いた電力変換システムが提案されている。これは例えば分散型電源に対応して、太陽光や風力発電など自然エネルギーを利用した電源系統において採用される。

例えば非特許文献１では、ＡＣ／ＤＣ変換を行う電流形整流器と、直流電源用のＤＣ／ＤＣコンバータと、電圧型インバータとが相互に接続された構成が開示されている。

また、非特許文献２では、二つの電圧型インバータが共通の直流母線で接続された場合の高調波成分の共振によるノイズの増加を問題視している。

また、特許文献１では平滑コンデンサと電力変換モジュールとの間の配線インダクタンスを低減する技術を紹介している。

特開２００２−３４２６８号公報

加藤康司、伊藤淳一、「昇圧形ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ直接形電力変換器の波形改善」、平成１９年電気学会全国大会４−０９８（２００７）、第４分冊１５３〜１５４頁 A.David Graham,"THE IMPORTANCE OF A DC SIDE HARMONIC STUDY FOR A DC DISTRIBUTION SYSTEM",6th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2012)(CP592)

しかしながら非特許文献２に示されるような電圧型インバータが二つ設けられる場合に限らず、非特許文献１に示されるような複数のスイッチング回路が共通の直流母線で接続された場合、直流母線を流れる高調波は問題となる。

なるほど、特許文献１には平滑コンデンサとスイッチング素子との間での配線長さを短くする観点での技術が紹介されてはいるものの、複数のスイッチング回路が共通の直流母線で接続された場合については言及されていない。

複数のスイッチング回路が共通の直流母線で接続された場合、各スイッチング回路のスイッチング周波数は異なる場合があり、複数の周波数をノッチするフィルタを構成することは容易ではなく、スイッチング周波数ごとに複数のフィルタを設けることは部品の個数を増大させることとなって望ましくない。

そこで本願は、複数のスイッチング回路が共通の直流母線で接続された場合における配線のインダクタンスを調整し、以てノイズを低減する技術を提供することを目的とする。

この発明にかかるパワーモジュールの第１の態様は、基板（１）と、いずれも前記基板に設けられた第１直流母線（１１）及び第２直流母線（１２）とを備える。

前記第１直流母線（１１）には前記第２直流母線（１２）よりも高い直流電位が供給される。

当該第１の態様は、単数もしくは複数の直流／直流−変換用スイッチング回路（４；５）と、単数もしくは複数の交流／直流−変換用スイッチング回路（７Ａ；７Ｂ，７Ｃ；７Ｄ）と、直流／交流変換を行う直流／交流−変換用スイッチング回路（６）とのうちの、少なくとも二つを前記基板において搭載して更に備える。

前記直流／直流−変換用スイッチング回路、前記交流／直流−変換用スイッチング回路及び直流／交流−変換用スイッチング回路のいずれもが、少なくとも一つのスイッチング素子を有する。

前記直流／直流−変換用スイッチング回路は、いずれも前記基板の外部に設けられたインダクタ（４３；５３）と協動して直流／直流変換を行う。前記交流／直流−変換用スイッチング回路は、交流／直流変換を行う。前記直流／交流−変換用スイッチング回路は、直流／交流変換を行う。

前記基板に搭載された、前記直流／直流−変換用スイッチング回路及び／または前記交流／直流−変換用スイッチング回路は、その前記スイッチング素子のスイッチングによって前記第１直流母線と第２直流母線との間に直流電圧を供給する。

前記基板に搭載された前記直流／交流−変換用スイッチング回路はその前記スイッチング素子のスイッチングによって前記直流電圧から交流電圧を生成する。

この発明にかかるパワーモジュールの第２の態様は、その第１の態様であって、第１の前記直流／直流−変換用スイッチング回路（４）は、前記第１直流母線（１１）と前記第２直流母線（１２）との間において互いに直列に接続された一対の前記スイッチング素子（Ｓ４１，Ｓ４２）を有する。

前記第１の前記直流／直流−変換用スイッチング回路の前記一対の前記スイッチング素子のいずれもが、自身が非導通であるときにのみ前記第１直流母線から前記第２直流母線へ向かう方向に電流が流れることを阻止する。

この発明にかかるパワーモジュールの第３の態様は、その第２の態様であって、前記第１の前記直流／直流−変換用スイッチング回路の前記一対の前記スイッチング素子（Ｓ４１，Ｓ４２）同士の接続点に接続される第１外部端子（４０）を更に備える。

前記一対の前記スイッチング素子は、前記第１直流母線（１１）側に接続される第１スイッチング素子（Ｓ４１）及び前記第２直流母線（１２）側に接続される第２スイッチング素子（Ｓ４２）である。

前記第１外部端子に対して前記インダクタ（４３）を介して接続される充電電池（４２）からの放電電圧が前記第２スイッチング素子のチョッパ動作によって昇圧されて前記第１直流母線（１１）及び第２直流母線（１２）に供給される。

前記第１直流母線（１１）及び第２直流母線（１２）に供給される直流電圧が前記第１スイッチング素子のチョッパ動作によって降圧されて前記充電電池に供給される。

この発明にかかるパワーモジュールの第４の態様は、その第１乃至第３の態様のいずれかであって、第２の前記直流／直流−変換用スイッチング回路（５）は、前記第１直流母線と前記第２直流母線との間において互いに直列に接続されたダイオード（Ｄ５１）及び前記スイッチング素子（Ｓ５２）を有する。

前記ダイオードの順方向は前記第２直流母線から前記第１直流母線へと向かう方向である。前記第２の前記直流／直流−変換用スイッチング回路の前記スイッチング素子は、自身が非導通であるときにのみ前記第１直流母線から前記第２直流母線へ向かう方向に電流が流れることを阻止する。

この発明にかかるパワーモジュールの第５の態様は、その第４の態様であって、前記第２の前記直流／直流−変換用スイッチング回路の前記ダイオード（Ｄ５１）と前記スイッチング素子（Ｓ５２）との接続点に接続される第２外部端子（５０）を更に備える。

前記第２外部端子に対して前記インダクタ（５３）を介して接続される電池（５４）からの放電電圧が前記スイッチング素子のチョッパ動作によって昇圧されて前記第１直流母線（１１）及び第２直流母線（１２）に供給される。

この発明にかかるパワーモジュールの第６の態様は、その第１乃至第５の態様のいずれかであって、前記交流／直流−変換用スイッチング回路（７Ｃ；７Ｄ）を備える。前記交流／直流−変換用スイッチング回路への入力側にアイソレーティング防止スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を更に備える。

この発明にかかるパワーモジュールの第７の態様は、その第６の態様であって、前記交流／直流−変換用スイッチング回路（７Ｃ）は単相交流電圧を直流電圧に変換する。

この発明にかかるパワーモジュールの第８の態様は、その第６の態様であって、前記交流／直流−変換用スイッチング回路（７Ｄ）は三相交流電圧を直流電圧に変換する。

この発明にかかるパワーモジュールの第９の態様は、その第１乃至第６の態様のいずれかであって、交流電圧を入力して、前記第１直流母線と第２直流母線との間に直流電圧を供給するダイオードブリッジ（３Ａ；３Ｂ）を更に備える。

この発明にかかるパワーモジュールの第１０の態様は、その第９の態様であって、前記ダイオードブリッジ（３Ａ）は単相交流電圧を直流電圧に変換する。

この発明にかかるパワーモジュールの第１１の態様は、その第９の態様であって、前記ダイオードブリッジ（３Ｂ）は単相交流電圧を直流電圧に変換する。

この発明にかかるパワーモジュールの第１２の態様は、その第１乃至第１１の態様のいずれかであって、前記直流／交流−変換用スイッチング回路（６）が前記基板（１）に搭載される。

この発明にかかるパワーモジュールの第１３の態様は、その第１乃至第１２の態様のいずれかであって、前記直流／直流−変換用スイッチング回路（４；５）の前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体で構成される。

この発明にかかるパワーモジュールの第１４の態様は、その第１乃至第１２の態様のいずれかであって、前記スイッチング素子の全てがワイドバンドギャップ半導体で構成される。

この発明にかかるパワーモジュールによれば、第１直流母線と第２直流母線、複数のスイッチング回路のいずれもが同じ基板に搭載されることにより、複数のスイッチング回路同士を接続する配線のインダクタンスを調整し、以てノイズを低減する。

第１の実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。 第１の実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。 第２の実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。 第２の実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。 第３の実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。 第３の実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。 第４の実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。 第４の実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。 第５の実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。 第５の実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。

第１の実施の形態．
図１はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。当該パワーモジュールは、基板１と、一対の直流母線１１、１２とを備える。

直流母線１１、１２のいずれもが基板１に設けられる。直流母線１１には直流母線１２よりも高い直流電位が供給される。このような直流電位は、スイッチング回路４，５によって供給される。スイッチング回路４，５のいずれもが基板１において備えられる。

スイッチング回路４，５は、それぞれインダクタ４３，５３と協動して直流／直流変換を行う。インダクタ４３，５３はいずれも基板１の外部に設けられる。

スイッチング回路４は直流母線１１，１２間で直列に接続されたスイッチング素子Ｓ４１，Ｓ４２を有している。スイッチング素子Ｓ４１，Ｓ４２のいずれも、自身が非導通であるときにのみ直流母線１１から直流母線１２へ向かう方向に電流が流れることを阻止する。スイッチング素子Ｓ４１，Ｓ４２には例えば逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタが採用される。スイッチング素子Ｓ４１はスイッチング素子Ｓ４２よりも直流母線１１側に設けられる。

スイッチング素子Ｓ４１，Ｓ４２同士の接続点は基板１に設けられた外部端子４０に接続される。外部端子４０はインダクタ４３を介してバッテリ（充電電池）４４の正極に接続される。バッテリ４４の負極は、例えば図示されない箇所で接地される。

スイッチング回路４はインダクタ４３と協動して、スイッチング素子Ｓ４１のスイッチングによりバッテリ４４の放電によって供給される直流電圧を昇圧し、直流母線１１、１２間に印加する。スイッチング回路４はインダクタ４３と協動して、スイッチング素子Ｓ４２のスイッチングにより、直流母線１１、１２間の直流電圧を降圧してバッテリ４４に供給し、これを充電する。

スイッチング回路５は直流母線１１，１２間で直列に接続されたダイオードＤ５１とスイッチング素子Ｓ５２とを有している。スイッチング素子Ｓ５２は、自身が非導通であるときにのみ直流母線１１から直流母線１２へ向かう方向に電流が流れることを阻止する。スイッチング素子Ｓ５２には例えば逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタが採用される。ダイオードＤ５１のカソードは直流母線１１に接続され、そのアノードはスイッチング素子Ｓ５２を介して直流母線１２に接続される。

ダイオードＤ５１とスイッチング素子Ｓ５２との間の接続点は基板１に設けられた外部端子５０に接続される。外部端子５０はインダクタ５３を介して光電池５４の正極に接続される。光電池５４の負極は、例えば図示されない箇所で接地される。

スイッチング回路５はインダクタ５３と協動して、スイッチング素子Ｓ５２のスイッチングにより光電池５４から供給される直流電圧を昇圧し、直流母線１１、１２間に印加する。

直流母線１１，１２は、基板１に設けられた外部端子８１，８２にそれぞれ接続される。例えば外部端子８１，８２には外部からコンデンサ８０が接続され、直流母線１１，１２間の直流電圧が平滑される。図示しないが、直流負荷がコンデンサ８０に並列に接続されることにより、この平滑された直流電圧が当該直流負荷に印加される。

さて非特許文献１に鑑みれば、直流母線１１，１２とコンデンサ８０とで共振回路が形成され、ここにおいてスイッチング回路４，５のスイッチングに起因した共振現象が発生すれば、ノイズが発生すると考えられる。特にそのような共振が発生するならば、それはスイッチング回路４，５のスイッチング周波数が異なる場合に、より複雑な問題となる。

しかしながら、本実施の形態にかかるパワーモジュールでは、直流母線１１，１２、及びスイッチング回路４，５のいずれもが同じ基板に搭載される。よってスイッチング回路４，５が直流母線１１，１２に接続される位置を適宜に設計することができる。そして当該位置を適宜に設定できるので、スイッチング回路４，５とコンデンサ８０との間の直流母線１１，１２のインダクタンスを調整することができる。

従って、直流母線１１，１２とコンデンサ８０とで共振回路が形成されるとしても、その共振周波数として、スイッチング回路４，５のスイッチング周波数を避ける設計が可能となる。

例えば、具体的には、直流母線１１，１２においてスイッチング回路４，５が接続される位置同士を、いずれも外部端子８１，８２に近接させる設計を行うことができる。これにより、スイッチング回路４，５とコンデンサ８０との間の直流母線１１，１２のインダクタンスを低減し、上述の共振回路の共振周波数を、スイッチング回路４，５のスイッチング周波数に対して非常に高め、共振現象の発生を抑制できる。

逆に、直流母線１１，１２においてスイッチング回路４，５が接続される位置同士を、いずれも外部端子８１，８２から遠くに配置する設計を行って、上述の共振回路の共振周波数を、スイッチング回路４，５のスイッチング周波数に対して非常に低め、共振現象の発生を抑制できる。

このように本実施の形態にかかるパワーモジュールによれば、複数のスイッチング回路４，５が共通の直流母線１１，１２で接続された場合における配線のインダクタンスを調整し、以てノイズを低減することができる。しかも、フィルタを別途に設ける必要がない。

上述のような自由度のある設計は、特許文献１のように積層構造を採用した場合には困難である。これは特許文献１が複数のスイッチング回路を想定していないことからも当然の帰結であろう。

さて、直流母線１１，１２間に直流電圧を印加するのはスイッチング回路４，５に限定されない。外部から供給される交流電圧を整流する整流器を設け、これによって直流母線１１，１２間に直流電圧を印加してもよい。

図１ではそのような整流器としてダイオードブリッジ３Ａを例示している。ダイオードブリッジ３Ａも基板１に搭載されており、その入力端は基板１に設けられた外部端子２２，２３に接続されている。

より具体的には、ダイオードブリッジ３ＡはダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４を有している。ダイオードＤ３１，Ｄ３３のいずれのカソードも直流母線１１に接続され、ダイオードＤ３２，Ｄ３４のいずれのアノードも直流母線１２に接続される。ダイオードＤ３１のアノードとダイオードＤ３２のカソードは外部端子２２に接続され、ダイオードＤ３３のアノードとダイオードＤ３４のカソードは外部端子２３に接続される。

外部端子２２，２３には外部から単相交流電源２Ａを接続し、これらに交流電圧を印加することができる。

ダイオードブリッジ３Ａは当該交流電圧を整流し、整流された電圧が直流母線１１，１２間に印加される。スイッチング回路４，５及びダイオードブリッジ３Ａの各々が出力する直流電圧同士の調整は、例えばスイッチング回路４，５のスイッチング動作のタイミングを制御することで可能となる。かかる技術は公知であるので、ここでは説明を省略する。

なお、外部端子２２と単相交流電源２Ａとの間には、入力リアクトル２１Ａが介在しているが、その機能は公知なので説明を省略する。

また、基板１は、単相交流電源２Ａから得られた交流電圧を外部へと中継することができる。具体的には外部端子２２、２３とそれぞれ接続される外部端子３７，３８が基板１に設けられてもよい。外部端子２２，２３に基板１の外部の第１の交流負荷に接続することにより、当該第１の交流負荷へ単相交流電源２Ａから得られた交流電圧を印加することができる。

図２はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。図２に示された構成は、図１に示された構成に対し、ダイオードブリッジ３Ａをダイオードブリッジ３Ｂに置換し、外部端子２４，３９を追加して得られる。

具体的に、ダイオードブリッジ３Ｂはダイオードブリッジ３Ａに対してダイオードＤ３５，Ｄ３６を追加した構成を有している。ダイオードＤ３５のカソードが直流母線１１に接続され、ダイオードＤ３６のアノードが直流母線１２に接続される。ダイオードＤ３５のアノードとダイオードＤ３６のカソードは外部端子２４に接続される。

外部端子２２，２３，２４には外部から三相交流電源２Ｂを接続し、これらに交流電圧を印加することができる。

ダイオードブリッジ３Ｂは当該交流電圧を整流し、整流された電圧が直流母線１１，１２間に印加される。なお、外部端子２２，２３，２４と三相交流電源２Ｂとの間には、入力リアクトル群２１Ｂが介在しているが、その機能は公知なので説明を省略する。

また、基板１は、三相交流電源２Ｂから得られた交流電圧を外部端子３７，３８，３９を介して、基板１の外部の第１の交流負荷に印加することができる。

図２に示された構成においても、スイッチング回路４，５と直流母線１１，１２との接続関係は図１に示された構成と共通する。図１に示された構成は単相交流電圧を整流、あるいは更に中継することができ、図２に示された構成は三相交流電圧を整流、あるいは更に中継することができる。

第２の実施の形態．
図３はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。図３に示された構成は、図１に示された構成に対し、ダイオードブリッジ３Ａをスイッチング回路７Ａに置換し、外部端子３７，３８を削除して得られる。つまりスイッチング回路７Ａが基板１に搭載されている。

スイッチング回路７Ａは直流母線１１，１２間で直列に接続されたスイッチング素子Ｓ７１，Ｓ７２を有している。スイッチング素子Ｓ７１はスイッチング素子Ｓ７２よりも直流母線１１側に設けられる。スイッチング素子Ｓ７１，Ｓ７２同士の接続点は外部端子２２に接続される。

スイッチング回路７Ａは更に、直流母線１１，１２間で直列に接続されたスイッチング素子Ｓ７３，Ｓ７４をも有している。スイッチング素子Ｓ７３はスイッチング素子Ｓ７４よりも直流母線１１側に設けられる。スイッチング素子Ｓ７３，Ｓ７４同士の接続点は外部端子２３に接続される。

スイッチング回路７Ａは本実施の形態においては電圧型コンバータとして機能する。即ち、単相交流電源２Ａから外部端子２２，２３を介して得られる交流電圧を、スイッチング素子Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４のスイッチングによって整流し、整流された電圧を直流母線１１，１２間に印加する。スイッチング素子Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４には例えば逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタが採用される。

スイッチング回路４，５，７Ａの各々が出力する直流電圧同士の調整は、例えばスイッチング回路４，５，７Ａのスイッチング動作のタイミングを制御することで可能となる。かかる技術は公知であるので、ここでは説明を省略する。

図４はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。図４に示された構成は、図３に示された構成に対し、スイッチング回路７Ａをスイッチング回路７Ｂに置換し、外部端子２４を追加して得られる。つまりこの構成ではスイッチング回路７Ｂが基板１に搭載されている。

かかる構成は、図２に示された構成に対し、ダイオードブリッジ３Ｂをスイッチング回路７Ｂに置換し、外部端子３７，３８，３９を削除しても得られる。

スイッチング回路７Ｂはスイッチング回路７Ａに対してスイッチング素子Ｓ７５，Ｓ７６を追加した構成を有している。スイッチング素子Ｓ７５，Ｓ７６は直流母線１１，１２間で直列に接続され、スイッチング素子Ｓ７５はスイッチング素子Ｓ７６よりも直流母線１１側に設けられる。スイッチング素子Ｓ７５，Ｓ７６同士の接続点は外部端子２４に接続される。スイッチング素子Ｓ７５，Ｓ７６には例えば逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタが採用される。

スイッチング回路７Ｂは本実施の形態においては電圧型コンバータとして機能する。即ち、三相交流電源２Ｂから外部端子２２，２３，２４を介して得られる交流電圧を、スイッチング素子Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４，Ｓ７５，Ｓ７６のスイッチングによって整流し、整流された電圧が直流母線１１，１２間に印加される。

このように本実施の形態にかかるパワーモジュールによれば、複数のスイッチング回路４，５及びスイッチング回路７Ａ（あるいはスイッチング回路７Ｂ）の各々が共通の直流母線１１，１２で接続された場合における配線のインダクタンスを調整し、以てノイズを低減することができる。

なお、本願では、複数のスイッチング回路が共通の直流母線で接続された場合における配線のインダクタンスを調整することを目的とするので、スイッチング回路７Ａ（あるいはスイッチング回路７Ｂ）、スイッチング回路４，５のいずれか一つが省略された場合にも適用できる。これら三者のうちスイッチング回路７Ａ（あるいはスイッチング回路７Ｂ）を省略した場合が第１の実施の形態で説明された。逆に、本実施の形態及びこれ以降の実施の形態においてスイッチング回路４，５のいずれか一つが省略されてもよい。

第３の実施の形態．
図５はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。図５に示された構成は、図３に示された構成に対し、外部端子７７，７８を追加し、スイッチング回路７Ａをスイッチング回路７Ｃに置換して得られる。つまり当該構成ではスイッチング回路７Ｃが基板１に搭載されている。

外部端子７７は、スイッチング素子Ｓ７１、Ｓ７２同士の接続点に接続される。外部端子７８は、スイッチング素子Ｓ７３、Ｓ７４同士の接続点に接続される。

スイッチング回路７Ｃはスイッチング回路７ＡにスイッチＳ１，Ｓ２を追加して得られる。スイッチＳ１は、外部端子２２と、スイッチング素子Ｓ７１、Ｓ７２同士の接続点との間に接続される。スイッチＳ２は、外部端子２３と、スイッチング素子Ｓ７３、Ｓ７４同士の接続点との間に接続される。つまりスイッチＳ１，Ｓ２はスイッチング回路７Ｃへの入力側に設けられる。

本実施の形態においてスイッチング回路７Ｃは電圧型整流器として機能するのみならず、電圧型インバータとしても機能する。前者の機能は第２の実施の形態で説明しており、後者の機能は公知であるので説明を省略する。

スイッチＳ１，Ｓ２はアイランディング防止（anti islanding）用のスイッチとして機能する。例えばスイッチＳ１，Ｓ２がオンしているとき、外部端子２２と外部端子７７が接続され、外部端子２３と外部端子７８とが接続される。よって外部端子７７，７８には、単相交流電源２Ａから得られる単相交流電圧が印加される。第１の交流負荷は外部端子７７，７８に接続されることにより、基板１によって中継された当該交流電圧が印加される。

他方、スイッチング回路４，５の少なくともいずれか一方から直流母線１１，１２間に印加される直流電圧を、スイッチング回路７Ｃのスイッチング動作により、単相交流電圧を生成することもできる。当該単相交流電圧は外部端子７７，７８に印加されるのみならず、外部端子２２，２３を介して単相交流電源２Ａへと逆潮流する。即ちこの場合、入力リアクトル２１Ａは連係リアクトルとして機能する。

しかし例えば単相交流電源２Ａ側でメンテナンスを行う場合、逆潮流を防止する必要がある。この防止のため、外部端子２２，２３とスイッチング回路７Ｃとを切り離すことが可能なスイッチＳ１、Ｓ２が設けられている。

つまり、逆潮流を防止したい場合にはスイッチＳ１，Ｓ２をオフする。それ以外の場合には、スイッチＳ１，Ｓ２をオンし、例えば第１の交流負荷に単相交流電圧を中継することができる。

図６はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。図６に示された構成は、図５に示された構成に対し、スイッチング回路７Ｃをスイッチング回路７Ｄに置換し、外部端子２４，７９を追加して得られる。つまりこの構成ではスイッチング回路７Ｄが基板１に搭載されている。

かかる構成は、図２に示された構成に対し、ダイオードブリッジ３Ｂをスイッチング回路７Ｄに置換し、外部端子３７，３８，３９を外部端子７７，７８，７９に置換しても得られる。

スイッチＳ３は、外部端子２４と、スイッチング素子Ｓ７５、Ｓ７６同士の接続点との間に接続される。つまりスイッチＳ３はスイッチング回路７Ｄへの入力側に設けられる。

スイッチング回路７Ｄは本実施の形態においてはスイッチング回路７Ｃと同様に、電圧型インバータとして機能することもできる。またスイッチＳ３はスイッチＳ１，Ｓ２と同様にアイランディング防止用のスイッチとして機能する。また入力リアクトル群２１Ｂは連係リアクトルとして機能する。

本実施の形態にかかるパワーモジュールは、第２の実施の形態と同様に、複数のスイッチング回路４，５及びスイッチング回路７Ｃ（あるいはスイッチング回路７Ｄ）の各々が共通の直流母線１１，１２で接続されるので、第２の実施の形態と同様に、第１の実施の形態で説明された効果を得ることができる。

また本実施の形態ではアイランディング防止用にスイッチＳ１，Ｓ２（あるいは更に、スイッチＳ３）を設けた。よってアイランディングを防止しつつ、スイッチング回路７Ｃ（あるいはスイッチング回路７Ｄ）を、電圧型整流器としても、電圧型インバータとしても機能させることができる。

第４の実施の形態．
図７はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。図７に示された構成は、図１に示された構成に対し、基板１にスイッチング回路６及び外部端子６７，６８，６９、並びに冷媒導入管１３及び冷媒排出管１４を追加して搭載して得られる。

図８はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。図８に示された構成は、図２に示された構成に対し、基板１にスイッチング回路６及び外部端子６７，６８，６９、並びに冷媒導入管１３及び冷媒排出管１４を追加して搭載して得られる。

スイッチング回路６は直流母線１１，１２間で直列に接続されたスイッチング素子Ｓ６１，Ｓ６２を有している。スイッチング素子Ｓ６１はスイッチング素子Ｓ６２よりも直流母線１１側に設けられる。スイッチング素子Ｓ６１，Ｓ６２同士の接続点は外部端子６７に接続される。

スイッチング回路６は更に、直流母線１１，１２間で直列に接続されたスイッチング素子Ｓ６３，Ｓ６４をも有している。スイッチング素子Ｓ６３はスイッチング素子Ｓ６４よりも直流母線１１側に設けられる。スイッチング素子Ｓ６３，Ｓ６４同士の接続点は外部端子６８に接続される。

スイッチング回路６は更に、直流母線１１，１２間で直列に接続されたスイッチング素子Ｓ６５，Ｓ６６をも有している。スイッチング素子Ｓ６５はスイッチング素子Ｓ６６よりも直流母線１１側に設けられる。スイッチング素子Ｓ６５，Ｓ６６同士の接続点は外部端子６９に接続される。スイッチング素子Ｓ６１，Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５，Ｓ６６には例えば逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタが採用される。

スイッチング回路６は直流母線１１，１２間に印加された直流電圧を交流電圧に変換する電圧型インバータとして機能する。即ち、直流母線１１，１２間に印加された直流電圧を、スイッチング素子Ｓ６１，Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５，Ｓ６６のスイッチングによって三相電圧に変換し、当該三相電圧が外部端子６７，６８，６９に印加される。

外部端子６７，６８，６９に基板１の外部の第２の交流負荷に接続することにより、当該第２の交流負荷へスイッチング回路６から得られた三相交流電圧を印加することができる。

このように本実施の形態にかかるパワーモジュールによれば、複数のスイッチング回路４，５，６の各々が共通の直流母線１１，１２で接続された場合における配線のインダクタンスを調整し、以てノイズを低減することができる。

なお、本願では、複数のスイッチング回路が共通の直流母線で接続された場合における配線のインダクタンスを調整することを目的とするので、スイッチング回路４，５，６のいずれか一つが省略された場合にも適用できる。これら三者のうちスイッチング回路６を省略した場合が第１の実施の形態で説明された。逆に、本実施の形態及びこれ以降の実施の形態において、スイッチング回路４，５のいずれか一つが省略されてもよい。

また、スイッチング回路６は、直流母線１１，１２間に印加された直流電圧を、三相電圧ではなく、単相電圧に変換しても良い。例えばスイッチング回路６からスイッチング素子Ｓ６５，Ｓ６６及び外部端子６９を削除した構成によれば、そのような変換を行う電圧型コンバータが得られる。

冷媒を冷媒導入管１３から導入し、冷媒排出管１４から排出することによって、基板１、引いてはダイオードブリッジ３Ａ（あるいはダイオードブリッジ３Ｂ）、スイッチング回路４，５，６を冷却することができる。例えば当該冷媒として冷凍サイクルに採用される冷媒を用いてもよい。この場合、当該冷媒を圧縮対象とする圧縮機を、第２の交流負荷として採用することもできる。この場合、第２の交流負荷で採用される冷媒を基板１の冷却に利用することができる観点で有利である。

第５の実施の形態．
図９はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す回路図である。図９に示された構成は、図５に示された構成に対し、基板１にスイッチング回路６及び外部端子６７，６８，６９、並びに冷媒導入管１３及び冷媒排出管１４を追加して搭載して得られる。

図１０はこの実施の形態にかかるパワーモジュールの他の構成を示す回路図である。図１０に示された構成は、図６に示された構成に対し、基板１にスイッチング回路６及び外部端子６７，６８，６９、並びに冷媒導入管１３及び冷媒排出管１４を追加して搭載して得られる。

このように本実施の形態にかかるパワーモジュールによれば、複数のスイッチング回路４，５，６及びスイッチング回路７Ｃ（あるいはスイッチング回路７Ｄ）の各々が共通の直流母線１１，１２で接続された場合における配線のインダクタンスを調整し、以てノイズを低減することができる。

本実施の形態においてスイッチング回路４，５の両方が省略されてもよい。この場合、スイッチング回路７Ｃ（あるいはスイッチング回路７Ｄ）とスイッチング回路６とはコンデンサ８０を介して接続された、間接形交流電力変換回路を構成する。

なお、この実施の形態及び第４の実施の形態において、冷媒導入管１３及び冷媒排出管１４を省略しても、本願の目的を達成できることは明白である。

＜上位概念の説明＞
上記実施の形態において、スイッチング回路４，５は、基板１の外部に設けられたインダクタ４３，４３と協動して直流／直流変換を行う直流／直流−変換用スイッチング回路として把握できる。

またスイッチング回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄのいずれもが、交流／直流変換を行う交流／直流−変換用スイッチング回路として把握できる。

またスイッチング回路６，７Ｃ，７Ｄのいずれもが、直流／交流変換を行う直流／交流−変換用スイッチング回路として把握できる。

従って上記実施の形態のいずれについても、単数もしくは複数の直流／直流−変換用スイッチング回路、単数もしくは複数の交流／直流−変換用スイッチング回路、直流／交流−変換用スイッチング回路のうちの少なくとも二つが基板１に搭載されて設けられる、と把握することができる。

そして、基板１に搭載された、直流／直流−変換用スイッチング回路４，５及び／または交流／直流−変換用スイッチング回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは、そのスイッチング素子Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ５２，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４，Ｓ７５，Ｓ７６のスイッチングによって直流母線１１，１２の間に直流電圧を供給する、と把握することができる。

また基板１に搭載された、直流／交流−変換用スイッチング回路６，７Ｃ，７Ｄはそのスイッチング素子Ｓ６１，Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５，Ｓ６６，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４，Ｓ７５，Ｓ７６のスイッチングによって、直流母線１１，１２の間に直流電圧から単相もしくは三相の交流電圧を生成する、と把握することができる。

そして上記実施の形態の各効果は、これら複数のスイッチング回路が、いずれも基板１に設けられた共通の直流母線１１，１２で接続された場合における配線のインダクタンスを調整し、以てノイズを低減する、と把握することができる。

＜変形＞
基板１は両面基板であって、複数のスイッチング回路が基板１の異なる面に振り分けて設けられてもよい。

また、スイッチング素子Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ５２，Ｓ６１，Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５，Ｓ６６，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４，Ｓ７５，Ｓ７６にはいわゆるワイドバンドギャップ素子を採用することは、スイッチングの高速化の観点で望ましい。

あるいは更に、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３にもバンドギャップ素子を採用してもよい。

１ 基板
３Ａ，３Ｂ ダイオードブリッジ
４，５，６，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ スイッチング回路
１１，１２ 直流母線
４０，５０ 外部端子
４２ 充電電池
４３，５３ インダクタ
５４ 電池
Ｄ５１ ダイオード
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ スイッチ
Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ５２，Ｓ６１，Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５，Ｓ６６，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４，Ｓ７５，Ｓ７６ スイッチング素子

Claims (14)

1. 基板（１）と、いずれも前記基板に設けられた第１直流母線（１１）及び第２直流母線（１２）とを備え、
   前記第１直流母線（１１）には前記第２直流母線（１２）よりも高い直流電位が供給され、
   前記基板の外部に設けられたインダクタ（４３；５３）と協動して直流／直流変換を行う単数もしくは複数の直流／直流−変換用スイッチング回路（４；５）と、交流／直流変換を行う単数もしくは複数の交流／直流−変換用スイッチング回路（７Ａ；７Ｂ，７Ｃ；７Ｄ）と、直流／交流変換を行う直流／交流−変換用スイッチング回路（６）とのうちの、少なくとも二つを前記基板において搭載して更に備え、
   前記直流／直流−変換用スイッチング回路、前記交流／直流−変換用スイッチング回路及び直流／交流−変換用スイッチング回路のいずれもが、少なくとも一つのスイッチング素子を有し、
   前記基板に搭載された、前記直流／直流−変換用スイッチング回路及び／または前記交流／直流−変換用スイッチング回路は、その前記スイッチング素子のスイッチングによって前記第１直流母線と第２直流母線との間に直流電圧を供給し、
   前記基板に搭載された前記直流／交流−変換用スイッチング回路はその前記スイッチング素子のスイッチングによって前記直流電圧から交流電圧を生成するパワーモジュール。
2. 第１の前記直流／直流−変換用スイッチング回路（４）は、前記第１直流母線（１１）と前記第２直流母線（１２）との間において互いに直列に接続された一対の前記スイッチング素子（Ｓ４１，Ｓ４２）を有し、
   前記第１の前記直流／直流−変換用スイッチング回路の前記一対の前記スイッチング素子のいずれもが、自身が非導通であるときにのみ前記第１直流母線から前記第２直流母線へ向かう方向に電流が流れることを阻止する、請求項１記載のパワーモジュール。
3. 前記第１の前記直流／直流−変換用スイッチング回路の前記一対の前記スイッチング素子（Ｓ４１，Ｓ４２）同士の接続点に接続される第１外部端子（４０）
   を更に備え、
   前記一対の前記スイッチング素子は、前記第１直流母線（１１）側に接続される第１スイッチング素子（Ｓ４１）及び前記第２直流母線（１２）側に接続される第２スイッチング素子（Ｓ４２）であり、
   前記第１外部端子に対して前記インダクタ（４３）を介して接続される充電電池（４２）からの放電電圧が前記第２スイッチング素子のチョッパ動作によって昇圧されて前記第１直流母線（１１）及び第２直流母線（１２）に供給され、
   前記第１直流母線（１１）及び第２直流母線（１２）に供給される直流電圧が前記第１スイッチング素子のチョッパ動作によって降圧されて前記充電電池に供給される、請求項２記載のパワーモジュール。
4. 第２の前記直流／直流−変換用スイッチング回路（５）は、前記第１直流母線と前記第２直流母線との間において互いに直列に接続されたダイオード（Ｄ５１）及び前記スイッチング素子（Ｓ５２）を有し、
   前記ダイオードの順方向は前記第２直流母線から前記第１直流母線へと向かう方向であり、
   前記第２の前記直流／直流−変換用スイッチング回路の前記スイッチング素子は、自身が非導通であるときにのみ前記第１直流母線から前記第２直流母線へ向かう方向に電流が流れることを阻止する、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のパワーモジュール。
5. 前記第２の前記直流／直流−変換用スイッチング回路の前記ダイオード（Ｄ５１）と前記スイッチング素子（Ｓ５２）との接続点に接続される第２外部端子（５０）
   を更に備え、
   前記第２外部端子に対して前記インダクタ（５３）を介して接続される電池（５４）からの放電電圧が前記スイッチング素子のチョッパ動作によって昇圧されて前記第１直流母線（１１）及び第２直流母線（１２）に供給される、請求項４記載のパワーモジュール。
6. 前記交流／直流−変換用スイッチング回路（７Ｃ；７Ｄ）を備え、
   前記交流／直流−変換用スイッチング回路への入力側にアイソレーティング防止スイッチ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を更に備える、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のパワーモジュール。
7. 前記交流／直流−変換用スイッチング回路（７Ｃ）は単相交流電圧を直流電圧に変換する、請求項６記載のパワーモジュール。
8. 前記交流／直流−変換用スイッチング回路（７Ｄ）は三相交流電圧を直流電圧に変換する、請求項６記載のパワーモジュール。
9. 交流電圧を入力して、前記第１直流母線と第２直流母線との間に直流電圧を供給するダイオードブリッジ（３Ａ；３Ｂ）
   を更に備える、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のパワーモジュール。
10. 前記ダイオードブリッジ（３Ａ）は単相交流電圧を直流電圧に変換する、請求項９記載のパワーモジュール。
11. 前記ダイオードブリッジ（３Ｂ）は単相交流電圧を直流電圧に変換する、請求項９記載のパワーモジュール。
12. 前記直流／交流−変換用スイッチング回路（６）が前記基板（１）に搭載される、請求項１乃至請求項１１のいずれか一つに記載のパワーモジュール。
13. 前記直流／直流−変換用スイッチング回路（４；５）の前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体で構成される、請求項１乃至請求項１２のいずれか一つに記載のパワーモジュール。
14. 前記スイッチング素子の全てがワイドバンドギャップ半導体で構成される、請求項１乃至請求項１２のいずれか一つに記載のパワーモジュール。

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