JP2015119105A - 回路モジュール、電力制御装置及び電力制御回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】用途の自由度が高い回路モジュール、電力制御装置及び電力制御回路の製造方法を提供する。【解決手段】基本回路モジュール１０は、ハーフブリッジ部１１，１２、スイッチング部１３を備える。ハーフブリッジ部１１，１２は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、逆並列接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６からなる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、それぞれ直列接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のコレクタは端子Ｔ０１に接続され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のエミッタは端子Ｔ０２に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点、及びスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点は、それぞれ端子Ｔ０５，Ｔ０８に接続される。スイッチング部１３の各極は、端子Ｔ１１〜Ｔ１６に接続される。そして、基本回路モジュール１０に、各種の補助回路モジュールを適用することにより、各種電力制御装置を実現することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ハーフブリッジ回路を備える回路モジュール、電力制御装置及び電力制御回路の製造方法に関するものである。

従来、直流を交流に変換するインバータ回路を構成した半導体装置がある。このインバータ回路は、モータ等を駆動する汎用の電力変換装置や、ＵＰＳ（無停電電源装置）を構成する電力変換装置、分散電源を系統に連系させるパワーコンディショナ等の電力変換装置に用いられる。例えば、ブリッジ接続した６個のスイッチング素子を１つのパッケージ内に収めて３相インバータの回路モジュールを構成した半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、電子回路を、部分回路にモジュール化し、この回路モジュールを共通な支持体上に配置する技術も検討されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２２６４８０号公報 特表２０１０−５４１２２７号公報

しかしながら、これらの回路モジュールは１つの用途のみ使用できる構成だった。従って、他の用途には利用できず、用途に合わせて、異なるモジュールを選択する必要があった。この場合、モジュールの評価や検査の工数が増加し、モジュールも用途別に出荷数が決まる。このため、用途別に各モジュールを生産する必要があり、量産コストが高くなることがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、用途の自由度が高い回路モジュール、電力制御装置及び電力制御回路の製造方法を提供することにある。

（１）上記課題を解決する回路モジュールは、複数のスイッチ回路が直列接続された第１、第２のハーフブリッジの対からなるブリッジ部と、第１、第２のスイッチ回路が、組として設けられたスイッチング部と、前記第１、第２のハーフブリッジの第１極側が接続された配線に設けられた第１外部端子、第２極側が接続された配線に設けられた第２外部端子、前記第１、第２のハーフブリッジを構成するスイッチ回路間に設けられた第３外部端子と、前記スイッチング部を構成する第１、第２のスイッチ回路の各極に設けられた第４外部端子とを備え、前記ブリッジ部及びスイッチング部をパッケージ内に収めたことを特徴とする。
（２）上記回路モジュールにおいて、前記スイッチ回路では、スイッチング素子に整流素子が逆並列接続されていることが好ましい。
（３）前記ブリッジ部及びスイッチング部を、別個のモジュールを用いて構成したことが好ましい。

（４）上記回路モジュールと、前記回路モジュールを、３相ハーフブリッジとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、前記補助回路モジュールは、前記ブリッジ部の第１外部端子を、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子に接続させ、前記ブリッジ部の第２外部端子を、前記スイッチング部の第２のスイッチ回路の第２極側の第４外部端子に接続させ、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第２極と、第２のスイッチ回路の第１極とを接続させる配線を少なくとも備えていることを特徴とする。

（５）上記回路モジュールと、前記回路モジュールを、フルブリッジ及びクランプとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、前記補助回路モジュールは、前記ブリッジ部の第１のハーフブリッジの第３外部端子を、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子に接続させ、前記ブリッジ部の第２のハーフブリッジの第３外部端子を、前記スイッチング部の第２のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子に接続させ、前記スイッチング部を構成する各スイッチ回路の第２極の第４外部端子間を接続させる配線を少なくとも備えていることを特徴とする。

（６）上記回路モジュールと、前記回路モジュールを、フルブリッジ及びチョッパとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、前記補助回路モジュールは、前記ブリッジ部の第１外部端子を、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子と接続させ、前記ブリッジ部の第２外部端子を、前記スイッチング部の第２のスイッチ回路の第２極側の第４外部端子と接続させる配線と、前記ブリッジ部の第１、第２のハーフブリッジの各第３外部端子に、リアクトルを介して接続されたコンデンサと、前記第１、第２外部端子間に接続されたコンデンサとを少なくとも備えていることを特徴とする。

（７）上記回路モジュールと、前記回路モジュールを、ダイオードブリッジ及びチョッパとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、前記補助回路モジュールは、前記ブリッジ部の第１外部端子を、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子と接続させ、前記ブリッジ部の第２外部端子を、前記スイッチング部の第２のスイッチ回路の第２極側の第４外部端子と接続させる配線と、前記ブリッジ部の第１、第２外部端子間に接続されたコンデンサとを少なくとも備えていることを特徴とする。

（８）上記課題を解決する電力制御回路の製造方法は、複数のスイッチ回路が直列接続された第１、第２のハーフブリッジの対からなるブリッジ部と、第１、第２のスイッチ回路が、組として設けられたスイッチング部と、前記第１、第２のハーフブリッジの第１極側が接続された配線に設けられた第１外部端子、第２極側が接続された配線に設けられた第２外部端子、前記第１、第２のハーフブリッジを構成するスイッチ回路間に設けられた第３外部端子と、前記スイッチング部を構成する第１、第２のスイッチ回路の各極に設けられた第４外部端子とを備え、前記ブリッジ部及びスイッチング部をパッケージ内に収めた回路モジュールと、前記回路モジュールの各外部端子に、前記各外部端子の接続を変更する補助回路モジュールとを組み合わせることを特徴とする。

本発明によれば、ハーフブリッジ回路を備える回路モジュールを用いて、効率的に多様な電力制御装置を実現することができる。

本実施形態の半導体装置の構成を示す回路図。 本実施形態の３相ハーフブリッジの構成を示す回路図。 本実施形態のフルブリッジ及びクランプの構成を示す回路図。 本実施形態のフルブリッジ及び昇圧チョッパの構成を示す回路図。 本実施形態のダイオードブリッジ及び降圧チョッパの構成を示す回路図。 他の実施形態の半導体装置の構成を示す回路図。 他の実施形態の処理手順の説明図。

以下、本実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態の電力制御回路は、後述するように、基本回路モジュールと補助回路モジュールとを組み合わせて製造される。
（基本回路モジュール）
図１は、第１回路モジュールとしての基本回路モジュール１０の回路構成の一例を示す。この基本回路モジュール１０は、第１、第２のハーフブリッジとしてのハーフブリッジ部１１，１２と、スイッチング部１３とを備えている。更に、基本回路モジュール１０は、ハーフブリッジ用の端子Ｔ０１〜Ｔ０８、スイッチング部用の端子Ｔ１１〜Ｔ１６を備えている。

そして、基本回路モジュール１０は、ハーフブリッジ部１１，１２及びスイッチング部１３を構成する各素子（スイッチング素子、ダイオード等）を基板（図示せず）上に実装して、１つのパッケージ内に収めて封止することにより、モジュール化されている。各素子に接続される電気的配線は、基板上に形成した導体によって構成される。

ハーフブリッジ部１１は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、各スイッチング素子に対応して接続されたダイオードＤ１、Ｄ２からなる各スイッチ回路を備える。また、ハーフブリッジ部１２は、２つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、各スイッチング素子に対応して接続されたダイオードＤ３、Ｄ４からなる各スイッチ回路を備える。

各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）で構成される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路、及びスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路は、端子Ｔ０１（第１外部端子）／Ｔ０２（第２外部端子）間に接続されている。具体的には、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ（第１極）が端子Ｔ０１に接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ（第２極）とスイッチング素子Ｑ２のコレクタとが接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタが端子Ｔ０２に接続されている。更に、スイッチング素子Ｑ３のコレクタが端子Ｔ０１に接続され、スイッチング素子Ｑ３のエミッタとスイッチング素子Ｑ４のコレクタとが接続され、スイッチング素子Ｑ４のエミッタが端子Ｔ０２に接続されている。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれに逆並列接続されている。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点、及びスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点が、それぞれ端子Ｔ０５，Ｔ０８（第３外部端子）に接続されている。

スイッチング部１３は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６、ダイオードＤ５，Ｄ６を備える。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は、ＩＧＢＴで構成される。スイッチング素子Ｑ５のコレクタは端子Ｔ１３に接続され、スイッチング素子Ｑ５のエミッタは端子Ｔ１４に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ６のエミッタは端子Ｔ１５に接続され、スイッチング素子Ｑ６のコレクタは端子Ｔ１６に接続されている。ダイオードＤ５，Ｄ６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のそれぞれに逆並列接続されている。端子Ｔ１１〜Ｔ１６は、第４外部端子として機能する。

そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートは、それぞれ端子Ｔ０３，Ｔ０４、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のゲートは、それぞれ端子Ｔ０６，Ｔ０７、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のゲートは、それぞれ端子Ｔ１１，Ｔ１２に接続されている。

（３相ハーフブリッジとしてのアプリケーション）
図２は、基本回路モジュール１０を用いた３相ハーフブリッジの構成を示す。
３相ハーフブリッジを実現する場合には、補助回路モジュール５１を用いる。この補助回路モジュール５１は、端子Ｔ２ａ〜Ｔ２ｎを備えている。

端子Ｔ２ａは、端子Ｔ２ｅ，Ｔ２ｎに接続されている。端子Ｔ２ｂは、端子Ｔ２ｇ，Ｔ２ｍに接続されている。
端子Ｔ２ｃは、端子Ｔ２ｋに接続され、端子Ｔ２ｄは、端子Ｔ２ｊに接続されている。
端子Ｔ２ｆは、端子Ｔ２ｈ，Ｔ２ｉに接続されている。

そして、基本回路モジュール１０の端子Ｔ０１，Ｔ０２，Ｔ０５，Ｔ０８を、それぞれ補助回路モジュール５１の端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ２ｃ，Ｔ２ｄに接続する。更に、基本回路モジュール１０の端子Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６を、それぞれ補助回路モジュール５１の端子Ｔ２ｅ，Ｔ２ｆ，Ｔ２ｇ，Ｔ２ｈに接続する。

更に、補助回路モジュール５１の端子Ｔ２ｎには、直流電源Ｇ１の高圧側、端子Ｔ２ｍには直流電源Ｇ１の低圧側を接続する。補助回路モジュール５１の端子Ｔ２ｉ，Ｔ２ｊ，Ｔ２ｋには、３相負荷Ｌ１を接続する。

更に、端子Ｔ０３，Ｔ０４，Ｔ０６，Ｔ０７，Ｔ１１，Ｔ１２には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートへ駆動信号を出力するドライバ７１を接続する。ドライバ７１は、駆動回路（図示せず）に接続されており、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン・オフ駆動する各駆動信号を制御信号に応じて生成する。そして、ドライバ７１は、端子Ｔ０３，Ｔ０４，Ｔ０６，Ｔ０７，Ｔ１１，Ｔ１２を介して、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートへ駆動信号を出力する。

この補助回路モジュール５１を用いることにより、基本回路モジュール１０のスイッチング素子Ｑ５のエミッタは、端子Ｔ１４，Ｔ２ｆ，Ｔ２ｈ，Ｔ１６を介して、スイッチング素子Ｑ６のコレクタに接続される。これにより、スイッチング部１３もハーフブリッジとして機能する。そして、直流電源Ｇ１の高圧側は、端子Ｔ２ｎ，Ｔ２ａ，Ｔ０１を介して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のコレクタに接続される。更に、直流電源Ｇ１の高圧側は、端子Ｔ２ｎ，Ｔ２ｅ，Ｔ１３を介して、スイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続される。

一方、直流電源Ｇ１の低圧側は、端子Ｔ２ｍ，Ｔ２ｂ，Ｔ０２を介して、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のエミッタに接続される。更に、直流電源Ｇ１の低圧側は、端子Ｔ２ｍ，Ｔ２ｇ，Ｔ１５を介して、スイッチング素子Ｑ６のエミッタに接続される。

そして、ハーフブリッジ部１１の出力は、端子Ｔ０５，Ｔ２ｃ，Ｔ２ｋを介して、３相負荷Ｌ１に供給され、ハーフブリッジ部１２の出力は、端子Ｔ０８，Ｔ２ｄ，Ｔ２ｊを介して、３相負荷Ｌ１に供給される。更に、ハーフブリッジとして機能するスイッチング部１３の出力は、端子Ｔ１４，Ｔ２ｆ、及び端子Ｔ１６，Ｔ２ｈに接続された端子Ｔ２ｉを介して、３相負荷Ｌ１に供給される。

この基本回路モジュール１０の動作においては、ドライバ７１によって供給される駆動信号により、ハーフブリッジ部１１，１２、スイッチング部１３において、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）動作を行なわせ、直流を交流に変換する。この場合、ハーフブリッジ部１１，１２、スイッチング部１３から出力される交流において、１２０度ずつ位相をずらす。
これにより、ドライバ７１によって供給される駆動信号により、３相負荷Ｌ１の制御を行なうことができる。

（フルブリッジ及びクランプとしてのアプリケーション）
図３は、基本回路モジュール１０を用いたフルブリッジ及びクランプの構成を示す。
フルブリッジ及びクランプを実現する場合には、補助回路モジュール５２を用いる。この補助回路モジュール５２は、端子Ｔ３ａ〜Ｔ３ｍを備えている。

端子Ｔ３ａは、端子Ｔ３ｍに接続され、端子Ｔ３ｂは、端子Ｔ３ｋに接続されている。
端子Ｔ３ｃは、端子Ｔ３ｈに接続され、端子Ｔ３ｄは、端子Ｔ３ｅに接続されている。
端子Ｔ３ｅは、端子Ｔ３ｄに接続されるとともに、リアクトルＲＥ１１を介して、端子Ｔ３ｊに接続されている。

端子Ｔ３ｆは、端子Ｔ３ｇに接続されている。
端子Ｔ３ｈは、端子Ｔ３ｃに接続されるとともに、リアクトルＲＥ１２を介して、端子Ｔ３ｉに接続される。
端子Ｔ３ｉと端子Ｔ３ｊとの間には、コンデンサＣ１２が接続されている。

そして、基本回路モジュール１０の端子Ｔ０１，Ｔ０２，Ｔ０５，Ｔ０８を、それぞれ補助回路モジュール５２の端子Ｔ３ａ，Ｔ３ｂ，Ｔ３ｃ，Ｔ３ｄに接続する。更に、基本回路モジュール１０の端子Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６を、それぞれ補助回路モジュール５１の端子Ｔ３ｅ，Ｔ３ｆ，Ｔ３ｇ，Ｔ３ｈに接続する。

更に、補助回路モジュール５２の端子Ｔ３ｍには直流電源Ｇ２の高圧側、端子Ｔ３ｋは直流電源Ｇ２の低圧側を接続する。端子Ｔ３ｉ，Ｔ３ｊには、負荷Ｌ２を接続する。
更に、この回路構成においても、端子Ｔ０３，Ｔ０４，Ｔ０６，Ｔ０７，Ｔ１１，Ｔ１２には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートへ駆動信号を出力するドライバ７１を接続する。

この補助回路モジュール５２を用いることにより、スイッチング素子Ｑ５のエミッタは、端子Ｔ１４，Ｔ３ｆ，Ｔ３ｇ，Ｔ１５を介して、スイッチング素子Ｑ６のコレクタに接続される。これにより、スイッチング部１３はクランプとして機能する。そして、直流電源Ｇ２の高圧側は、端子Ｔ３ｍ，Ｔ３ａ，Ｔ０１を介して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のコレクタに接続される。一方、直流電源Ｇ２の低圧側は、端子Ｔ３ｋ，Ｔ３ｂ，Ｔ０２を介して、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のエミッタに接続される。

ハーフブリッジ部１１の出力は、端子Ｔ０５，Ｔ３ｃを介して、リアクトルＲＥ１２の端子Ｔ３ｈ側に供給される。この出力は、端子Ｔ３ｈ，端子Ｔ１６を介して、スイッチング素子Ｑ６のコレクタにも供給される。

ハーフブリッジ部１２の出力は、端子Ｔ０８，Ｔ３ｄを介して、リアクトルＲＥ１１の端子Ｔ３ｅ側に供給される。この端子Ｔ３ｅには、端子Ｔ１３を介して、スイッチング素子Ｑ５のコレクタにも供給される。

この基本回路モジュール１０の動作においては、まず、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４ではオン・オフを繰り返すＰＷＭ動作、スイッチング素子Ｑ５ではオン状態を維持、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６ではオフ状態を維持させる。これにより、負荷Ｌ２に供給される出力電圧は正の半周期波形に制御される。また、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオン・オフを繰り返すＰＷＭ動作、スイッチング素子Ｑ６がオン状態を維持、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５がオフ状態を維持することにより、出力電圧は負の半周期波形に制御される。

そして、端子Ｔ３ｉ，Ｔ３ｊ間の交流電圧は、ハーフブリッジ部１１，１２からなるインバータ回路の動作によって、３値をとり得る。従って、２値をとる場合に比べて、同一出力であれば交流電圧の振幅値（絶対値）を小さくでき、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング損失、リアクトルの鉄損を下げ、回路の電力効率を高くできる。

次に、正の半周期の一部の動作を説明する。
まず、第１期間において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオン、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフ、スイッチング素子Ｑ５をオン、スイッチング素子Ｑ６をオフさせる。この第１期間においては、直流電源Ｇ２の正極→スイッチング素子Ｑ１→リアクトルＲＥ１２→コンデンサＣ１２→リアクトルＲＥ１１→スイッチング素子Ｑ４→直流電源Ｇ２の負極の経路で電流が流れる。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４では、コレクタからエミッタに向かって電流が流れるので、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４に導通損が発生する。一方、ダイオードＤ１〜Ｄ４には電流が流れない。また、第１期間において、交流電圧の振幅は、直流電源Ｇ２の電圧（ここでは「Ｖ１」）となる。

次に、第２期間において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をターンオフさせる。ターンオフの過渡期である第２期間においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がターンオフするとき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のコレクタ・エミッタ間電圧は、「略０」→「Ｖ１／２」に変化し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４を流れる電流は「０」に変化する。従って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は、ターンオフ時にスイッチング損が発生する。また、リアクトルＲＥ１１，ＲＥ１２に蓄積されたエネルギが放出されるため、ダイオードＤ６及びスイッチング素子Ｑ５には、還流電流が流れ始める。

次に、第３期間においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４はオフ状態を維持する。この場合、ダイオードＤ６及びスイッチング素子Ｑ５には、還流電流が流れる。従って、ダイオードＤ６及びスイッチング素子Ｑ５には、導通損が発生する。

次に、第４期間において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をターンオンさせる。ターンオンの過渡期である第４期間においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がターンオンするとき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のコレクタ・エミッタ間電圧は、「Ｖ１／２」→「略０」に変化し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４に電流が流れる。従って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は、ターンオン時にスイッチング損が発生する。ダイオードＤ６は、順方向バイアスから逆方向バイアスに変化するため、逆回復損（リカバリ損）が発生する。

次に、第５期間においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４はオン状態を維持し、第１期間と同様の動作になる。
また、端子Ｔ０５，Ｔ３ｃ間、端子Ｔ０８，Ｔ３ｄ間を流れる電流は、還流電流の発生時には「０」となり、不連続な電流波形となる。具体的には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のＰＷＭ周波数（スイッチング周波数）の電流が流れる。
これにより、ドライバ７１によって供給される駆動信号により、負荷Ｌ２の制御を行なうことができる。

（フルブリッジ及び昇圧チョッパとしてのアプリケーション）
図４は、基本回路モジュール１０を用いたフルブリッジ及びチョッパの構成を示す。
フルブリッジ及び昇圧チョッパを実現する場合には、補助回路モジュール５３を用いる。この補助回路モジュール５３は、端子Ｔ４ａ〜Ｔ４ｍを備えている。

端子Ｔ４ａは、リアクトルＲＥ２１を介して、端子Ｔ４ｍに接続されている。
端子Ｔ４ｂは、リアクトルＲＥ２２を介して、端子Ｔ４ｋに接続されている。
端子Ｔ４ｍと端子Ｔ４ｋとの間には、コンデンサＣ２１が接続されている。
端子Ｔ４ｃは、端子Ｔ４ｆ，Ｔ４ｉに接続されている。
端子Ｔ４ｄは、端子Ｔ４ｈに接続されている。
端子Ｔ４ｅは、端子Ｔ４ｇに接続されるとともに、リアクトルＲＥ２３を介して、端子Ｔ４ｊに接続されている。

端子Ｔ４ｆは、端子Ｔ４ｉに接続されている。
端子Ｔ４ｈは、端子Ｔ４ｄに接続されるとともに、コンデンサＣ２２を介して、端子Ｔ４ｆ，Ｔ４ｉ，Ｔ４ｃに接続されている。

そして、基本回路モジュール１０の端子Ｔ０１，Ｔ０２，Ｔ０５，Ｔ０８を、それぞれ補助回路モジュール５３の端子Ｔ４ｄ，Ｔ４ｃ，Ｔ４ａ，Ｔ４ｂに接続する。更に、基本回路モジュール１０の端子Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６を、それぞれ補助回路モジュール５３の端子Ｔ４ｅ，Ｔ４ｆ，Ｔ４ｇ，Ｔ４ｈに接続する。

更に、補助回路モジュール５３の端子Ｔ４ｊには直流電源Ｇ３の高圧側、端子Ｔ４ｉには直流電源Ｇ３の低圧側を接続する。端子Ｔ４ｍ，Ｔ４ｋには、負荷Ｌ３を接続する。
更に、この回路構成においても、端子Ｔ０３，Ｔ０４，Ｔ０６，Ｔ０７，Ｔ１１，Ｔ１２には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートへ駆動信号を出力するドライバ７１を接続する。

この補助回路モジュール５３を用いることにより、スイッチング素子Ｑ５のコレクタは、端子Ｔ１３，Ｔ４ｅ、リアクトルＲＥ２３、端子Ｔ４ｊを介して、直流電源Ｇ３の高圧側に接続される。また、スイッチング素子Ｑ５のエミッタは、端子Ｔ１４，Ｔ４ｆ，Ｔ４ｉを介して、直流電源Ｇ３の低圧側に接続される。

また、スイッチング素子Ｑ６のエミッタは、端子Ｔ１５，Ｔ４ｇ，Ｔ４ｅ，Ｔ１３を介して、スイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続される。また、スイッチング素子Ｑ６のコレクタは、端子Ｔ１６，Ｔ４ｈを介して、端子Ｔ４ｄに接続される。
これにより、スイッチング部１３は昇圧チョッパとして機能する。

ハーフブリッジ部１１の出力は、端子Ｔ０５，Ｔ４ａを介して、リアクトルＲＥ２１に接続される。ハーフブリッジ部１２の出力は、端子Ｔ０８，Ｔ４ｂを介して、リアクトルＲＥ２２に接続される。

この基本回路モジュール１０の動作においては、ドライバ７１によって供給される駆動信号により、ハーフブリッジ部１１，１２、スイッチング部１３において、ＰＷＭ動作を行なわせ、直流を交流に変換する。更に、直流電源Ｇ３の電圧は、ハーフブリッジ部１１，１２に供給され、リアクトルＲＥ２３、コンデンサＣ２２により昇圧される。
これにより、ドライバ７１によって供給される駆動信号により、負荷Ｌ３の制御を行なうことができる。

（ダイオードブリッジ及び降圧チョッパとしてのアプリケーション）
図５は、基本回路モジュール１０を用いたダイオードブリッジ及び降圧チョッパの構成を示す。

ダイオードブリッジ及び降圧チョッパを実現する場合には、補助回路モジュール５４を用いる。この補助回路モジュール５４には、端子Ｔ５ａ〜Ｔ５ｍを備えている。
端子Ｔ５ａは端子Ｔ５ｍに接続され、端子Ｔ５ｂは端子Ｔ５ｋに接続されている。
端子Ｔ５ｃは、端子Ｔ５ｆ、端子Ｔ５ｉに接続されている。
端子Ｔ５ｄは、端子Ｔ５ｈに接続されている。
端子Ｔ５ｅは、端子Ｔ５ｇに接続されるとともに、リアクトルＲＥ３１を介して、端子Ｔ５ｊに接続されている。

端子Ｔ５ｆは、端子Ｔ５ｉに接続されている。
端子Ｔ５ｈは、端子Ｔ５ｄに接続されるとともに、コンデンサＣ３１を介して、端子Ｔ５ｆ，Ｔ５ｉに接続されている。

そして、基本回路モジュール１０の端子Ｔ０１，Ｔ０２，Ｔ０５，Ｔ０８を、それぞれ補助回路モジュール５４の端子Ｔ５ｄ，Ｔ５ｃ，Ｔ５ａ，Ｔ５ｂに接続する。更に、基本回路モジュール１０の端子Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６を、それぞれ補助回路モジュール５４の端子Ｔ５ｅ，Ｔ５ｆ，Ｔ５ｇ，Ｔ５ｈに接続する。

更に、補助回路モジュール５３の端子Ｔ５ｊ，Ｔ５ｉ間には、コンデンサＣ４０を接続する。また、端子Ｔ５ｋ，Ｔ５ｍ間には、交流電源Ｇ４を接続する。
更に、この回路構成においては、端子Ｔ１１，Ｔ１２には、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の各ゲートへ駆動信号を出力するドライバ７１を接続する。

この補助回路モジュール５４を用いることにより、交流電源Ｇ４の交流入力は、端子Ｔ５ｍ，Ｔ５ａ，Ｔ０５を介してハーフブリッジ部１１に入力されるとともに、端子Ｔ５ｋ，Ｔ５ｂ，Ｔ０８を介してハーフブリッジ部１２に入力される。この場合、ハーフブリッジ部１１のダイオードＤ１、Ｄ２、及びハーフブリッジ部１２のダイオードＤ３、Ｄ４により、ダイオードブリッジが構成される。このダイオードブリッジの出力は、基本回路モジュール１０の端子Ｔ０１，Ｔ０２から、補助回路モジュール５４の端子Ｔ５ｄ，Ｔ５ｃに供給される。

ダイオードブリッジから端子Ｔ５ｃへの入力は、端子Ｔ５ｆ，Ｔ１４を介して、スイッチング素子Ｑ５のエミッタに供給される。端子Ｔ５ｄへの入力は、端子Ｔ５ｈ，Ｔ１６を介して、スイッチング素子Ｑ６のコレクタに供給される。
ドライバ７１によって供給される駆動信号により、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の動作制御を行なうことにより、スイッチング部１３は降圧チョッパとして機能させる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、基本回路モジュール１０は、ハーフブリッジ部１１，１２と、スイッチング部１３とを備えている。更に、基本回路モジュール１０は、ハーフブリッジ用の端子Ｔ０１〜Ｔ０８、スイッチング部用の端子Ｔ１１〜Ｔ１６を備えている。これにより、基本回路モジュール１０内に含まれるハーフブリッジ部１１，１２、スイッチング部１３間の接続を変更することで、様々な用途に合わせた構成を１つのモジュールで実現できる。複数の異なる電力変換回路を、基本回路モジュール１０で実現できるので、実装基板や駆動回路などの共通化が可能であり、低いコストの電力変換回路を実現することができる。また、基本回路モジュール１０内に、すべてのスイッチング素子を備えているので特性バラツキが小さく、設計が容易である。更に、実装基板上の配線を短くすることができ、寄生抵抗やインダクタンスの影響も少なくすることができる。

（２）上記実施形態では、端子Ｔ２ａ〜Ｔ２ｎを備える補助回路モジュール５１を用いる。この補助回路モジュール５１を用いることにより、基本回路モジュール１０を、３相ハーフブリッジとして機能させることができる。

（３）上記実施形態では、端子Ｔ３ａ〜Ｔ３ｍを備える補助回路モジュール５２を用いる。この補助回路モジュール５２を用いることにより、基本回路モジュール１０を、フルブリッジ及びクランプとして機能させることができる。

（４）上記実施形態では、端子Ｔ４ａ〜Ｔ４ｍを備える補助回路モジュール５３を用いる。この補助回路モジュール５３を用いることにより、基本回路モジュール１０を、フルブリッジ及び昇圧チョッパとして機能させることができる。

（５）上記実施形態では、端子Ｔ５ａ〜Ｔ５ｍを備える補助回路モジュール５４を用いる。この補助回路モジュール５４を用いることにより、基本回路モジュール１０を、ダイオードブリッジ及び降圧チョッパとして機能させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、基本回路モジュール１０のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にはＩＧＢＴを用いたが、スイッチング素子であれば、ＩＧＢＴに限定されるものではない。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ）を用いてもよい。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にＭＯＳＦＥＴを用いることにより、スイッチング周波数の高周波化が容易になり、リアクトルの小型化を図ることができる。また、ダイオードＤ１〜Ｄ６にはＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを用いることができるので、素子数を削減できる。

・上記実施形態の補助回路モジュール５２では、端子Ｔ３ｅは、端子Ｔ３ｄに接続されるとともに、リアクトルＲＥ１１を介して、端子Ｔ３ｊに接続されている。端子Ｔ３ｈは、端子Ｔ３ｃに接続されるとともに、リアクトルＲＥ１２を介して、端子Ｔ３ｉに接続される。そして、端子Ｔ３ｉと端子Ｔ３ｊとの間には、コンデンサＣ１２が接続されている。ここで、リアクトルＲＥ１１，ＲＥ１２，コンデンサＣ１２を、補助回路モジュール５２の外部に設けてもよい。この場合には、端子Ｔ３ｄ，Ｔ３ｅを、端子Ｔ３ｊに直結し、端子Ｔ３ｃ，Ｔ３ｈを、端子Ｔ３ｉに直結する。そして、端子Ｔ３ｊ，Ｔ３ｉに、それぞれリアクトルＲＥ１１，ＲＥ１２を直列接続し、コンデンサＣ１２を並列接続する。

・上記実施形態の補助回路モジュール５３では、端子Ｔ４ａは、リアクトルＲＥ２１を介して、端子Ｔ４ｍに接続されている。端子Ｔ４ｂは、リアクトルＲＥ２２を介して、端子Ｔ４ｋに接続されている。端子Ｔ４ｍと端子Ｔ４ｋとの間には、コンデンサＣ２１が接続されている。ここで、リアクトルＲＥ２１，ＲＥ２２，コンデンサＣ２１を、補助回路モジュール５３の外部に設けてもよい。この場合には、端子Ｔ４ａ，Ｔ４ｂを、それぞれ端子Ｔ４ｍ，Ｔ４ｋに直結する。そして、端子Ｔ４ｍ，Ｔ４ｋに、それぞれリアクトルＲＥ２１，ＲＥ２２を直列接続し、コンデンサＣ２１を並列接続する。また、リアクトルＲＥ２１，ＲＥ２２を補助回路モジュール５３内に設け、コンデンサＣ２１のみを、端子Ｔ４ｍ，Ｔ４ｋの外部に設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態の補助回路モジュール５３では、端子Ｔ４ｅは、端子Ｔ４ｇに接続されるとともに、リアクトルＲＥ２３を介して、端子Ｔ４ｊに接続されている。ここで、リアクトルＲＥ２３を、補助回路モジュール５３の外部に設けてもよい。この場合には、端子Ｔ４ｅ，Ｔ４ｇを、端子Ｔ４ｊに直結する。そして、端子Ｔ４ｊの外部に接続したリアクトルＲＥ２３を介して、直流電源Ｇ３の高圧側に接続する。

・上記実施形態の補助回路モジュール５４では、端子Ｔ５ｅは、端子Ｔ５ｇに接続されるとともに、リアクトルＲＥ３１を介して、端子Ｔ５ｊに接続されている。ここで、リアクトルＲＥ３１を、補助回路モジュール５４の外部に設けてもよい。この場合には、端子Ｔ５ｅ，Ｔ５ｇを、端子Ｔ５ｊに直結する。そして、端子Ｔ５ｊの外部に接続したリアクトルＲＥ３１を介して、コンデンサＣ４０に接続する。

・上記実施形態では、基本回路モジュール１０にハーフブリッジ部１１、１２と、スイッチング部１３を設けた。このような基本回路モジュール１０を複数の汎用品を用いて構成することも可能である。

例えば、図６に示すように、第１回路モジュールとしての半導体装置２０、第２回路モジュールとしての半導体装置３０を用いて構成する。この場合、半導体装置２０には、ハーフブリッジ部１１、１２と同様に、ハーフブリッジ部２１、２２を設ける。更に、スイッチング部３１を含む半導体装置３０を、既製品のモジュールを用いて構成する。この場合にも、上記実施形態と同様に、補助回路モジュールを用いることにより、多様なアプリケーションを実現することができる。

・上記実施形態においては、基本回路モジュール１０において、端子Ｔ０１〜Ｔ１６を設けた。補助回路モジュールに接続する端子の数や配置は、これらに限定されるものではない。ここで、コンピュータ（モジュール設計装置）を用いて、基本回路モジュールや補助回路モジュールを含めた電力制御回路を設計し、製造するようにしてもよい。

モジュール設計装置の制御部は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ（図示せず）等から構成された制御部、入力部や出力部を備えている。更に、このモジュール設計装置には、ハーフブリッジ部１１，１２、スイッチング部１３の素子構成パターンを記憶させた装置構成記憶部を備える。

この装置構成記憶部には、各電力制御装置（アプリケーション）を実現するための各回路構成が記録されている。各回路構成は、基本回路モジュールや補助回路モジュールに分けて登録されている。更に、各回路構成において、配線に要求される仕様（周波数特性や抵抗特性等）が記録されている。この仕様に基づいて、配線長を短くすべき配線の優先度を特定することができる。

次に、図７を用いて、電力制御装置における基本回路モジュールや補助回路モジュールのモジュール設計処理を説明する。
まず、モジュール設計装置の制御部は、アプリケーションの決定処理を実行する（ステップＳ１１）。具体的には、入力部を用いて、基本回路モジュール１０を用いて実現する電力制御装置（アプリケーション）を入力する。ここでは、複数のアプリケーションを入力する場合を想定する。

次に、モジュール設計装置の制御部は、補助回路モジュールにおいて共通部分の特定処理を実行する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部は、入力されたアプリケーションに基づいて、装置構成記憶部から、回路構成を取得する。そして、制御部は、入力された複数のアプリケーションについて、補助回路モジュールおいて共通する回路構成（共通回路）を特定する。

次に、モジュール設計装置の制御部は、組み込み可能かどうかについての判定処理を実行する（ステップＳ１３）。具体的には、補助回路モジュールにおいて共通回路を特定できた場合、組み込み可能と判定する。

組み込み可能と判定した場合（ステップＳ１３において「ＹＥＳ」の場合）、モジュール設計装置の制御部は、基本回路モジュールに組み込み処理を実行する（ステップＳ１４）。具体的には、共通回路を、基本回路モジュールの回路構成に組み込む。一方、共通回路を特定できず、組み込み不可と判定した場合（ステップＳ１３において「ＮＯ」の場合）、モジュール設計装置の制御部は、基本回路モジュールに組み込み処理（ステップＳ１４）をスキップする。

次に、モジュール設計装置の制御部は、必要な端子の決定処理を実行する（ステップＳ１５）。具体的には、制御部は、基本回路モジュール及び補助回路モジュールにおいて、共通回路を除いた補助回路モジュールと基本回路モジュールとを接続するために必要な端子を特定する。

次に、モジュール設計装置の制御部は、端子位置の決定処理を実行する（ステップＳ１６）。具体的には、制御部は、装置構成記憶部を用いて、各アプリケーションの回路構成における各配線の仕様を特定し、優先度を特定する。次に、制御部は、配線毎に優先度を加算し、短くすべき配線の順番を決定する。そして、制御部は、基本回路モジュール及び補助回路モジュールにおいて、配線の順番に基づいて、配線が短くなる端子のレイアウトを決定する。これにより、実装回路を共通化した電力制御回路を効率的に製造することができる。

また、設計処理において、既製品のモジュールの利用可能性を判定するようにしてもよい。この場合には、モジュール設計装置に、既製品のモジュールの回路構成を記録した既製品情報記憶部を設ける。そして、制御部は、既製品情報記憶部において、入力されたアプリケーションに応じた回路構成に基づいて、利用可能な既製品モジュールを特定する。これにより、既製品モジュールを利用して電力制御回路を効率的に製造することができる。

１０…回路モジュール、１１，１２…ハーフブリッジ部、１３…スイッチング部、Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード、Ｔ１〜Ｔ０８，Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２ａ〜Ｔ２ｎ，Ｔ３ａ〜Ｔ３ｍ，Ｔ４ａ〜Ｔ４ｍ，Ｔ５ａ〜Ｔ５ｍ…端子、５１〜５４…補助回路モジュール、ＲＥ１１，ＲＥ１２，ＲＥ２１〜ＲＥ２３，ＲＥ３１…リアクトル、Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ４０…コンデンサ、Ｇ１〜Ｇ３…直流電源、Ｇ４…交流電源、Ｌ１〜Ｌ３…負荷、７１…ドライバ。

Claims (8)

1. 複数のスイッチ回路が直列接続された第１、第２のハーフブリッジの対からなるブリッジ部と、
   第１、第２のスイッチ回路が、組として設けられたスイッチング部と、
   前記第１、第２のハーフブリッジの第１極側が接続された配線に設けられた第１外部端子、第２極側が接続された配線に設けられた第２外部端子、前記第１、第２のハーフブリッジを構成するスイッチ回路間に設けられた第３外部端子と、
   前記スイッチング部を構成する第１、第２のスイッチ回路の各極に設けられた第４外部端子とを備え、
   前記ブリッジ部及びスイッチング部をパッケージ内に収めたことを特徴とする回路モジュール。
2. 前記スイッチ回路においては、スイッチング素子に整流素子が逆並列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の回路モジュール。
3. 前記ブリッジ部及びスイッチング部を、別個のモジュールを用いて構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の回路モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
   前記回路モジュールを、３相ハーフブリッジとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、
   前記補助回路モジュールは、
   前記ブリッジ部の第１外部端子を、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子に接続させ、
   前記ブリッジ部の第２外部端子を、前記スイッチング部の第２のスイッチ回路の第２極側の第４外部端子に接続させ、
   前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第２極と、第２のスイッチ回路の第１極とを接続させる配線を少なくとも備えていることを特徴とする電力制御装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
   前記回路モジュールを、フルブリッジ及びクランプとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、
   前記補助回路モジュールは、
   前記ブリッジ部の第１のハーフブリッジの第３外部端子を、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子に接続させ、
   前記ブリッジ部の第２のハーフブリッジの第３外部端子を、前記スイッチング部の第２のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子に接続させ、
   前記スイッチング部を構成する各スイッチ回路の第２極の第４外部端子間を接続させる配線を少なくとも備えていることを特徴とする電力制御装置。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
   前記回路モジュールを、フルブリッジ及びチョッパとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、
   前記補助回路モジュールは、
   前記ブリッジ部の第１外部端子を、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子と接続させ、
   前記ブリッジ部の第２外部端子を、前記スイッチング部の第２のスイッチ回路の第２極側の第４外部端子と接続させる配線と、
   前記ブリッジ部の第１、第２のハーフブリッジの各第３外部端子に、リアクトルを介して接続されたコンデンサと、前記第１、第２外部端子間に接続されたコンデンサと
   を少なくとも備えていることを特徴とする電力制御装置。
7. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
   前記回路モジュールを、ダイオードブリッジ及びチョッパとして機能させる補助回路モジュールとを備えた電力制御装置であって、
   前記補助回路モジュールは、
   前記ブリッジ部の第１外部端子を、前記スイッチング部の第１のスイッチ回路の第１極側の第４外部端子と接続させ、
   前記ブリッジ部の第２外部端子を、前記スイッチング部の第２のスイッチ回路の第２極側の第４外部端子と接続させる配線と、
   前記ブリッジ部の第１、第２外部端子間に接続されたコンデンサと
   を少なくとも備えていることを特徴とする電力制御装置。
8. 複数のスイッチ回路が直列接続された第１、第２のハーフブリッジの対からなるブリッジ部と、
   第１、第２のスイッチ回路が、組として設けられたスイッチング部と、
   前記第１、第２のハーフブリッジの第１極側が接続された配線に設けられた第１外部端子、第２極側が接続された配線に設けられた第２外部端子、前記第１、第２のハーフブリッジを構成するスイッチ回路間に設けられた第３外部端子と、
   前記スイッチング部を構成する第１、第２のスイッチ回路の各極に設けられた第４外部端子とを備え、
   前記ブリッジ部及びスイッチング部をパッケージ内に収めた回路モジュールと、
   前記回路モジュールの各外部端子に、前記各外部端子の接続を変更する補助回路モジュールとを組み合わせることを特徴とする電力制御回路の製造方法。

Images