JP2020022216A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は実施の形態1に係る電力変換装置の構成を示す図であり、図2は図1の半導体スイッチング素子を含む半導体モジュールの構成を示す図である。図3は、図1の半導体スイッチング素子のパッケージを示す図である。図1に示す電力変換装置90の一例は、絶縁型のフルブリッジDC/DCコンバータである。電力変換装置90は、トランス14と、単相インバータ12と、整流回路15と、リアクトル16と、出力コンデンサ17と、制御回路13とを備えている。制御回路13は、入力電圧Viと出力電圧Voをモニタし、単相インバータ12の半導体スイッチング素子1a、1b、1c、1dを制御するゲート信号sig1を出力する。単相インバータ12は、入力電源11から供給される直流の入力電力を複数の半導体スイッチング素子1a、1b、1c、1dのオン期間を制御して交流電力に電力変換する電力変換装置である。
実施の形態1では、半導体スイッチング素子1a、1bがハーフブリッジを構成する直列接続の関係にあり、独立して2つのドライブ信号を出力できる2チャンネル構成のドライバ回路で駆動する場合の例を示した。実施の形態2では、複数の半導体スイッチング素子が並列接続された、すなわち並列関係にあり、1チャンネル構成のドライバ回路で駆動する場合の例を示す。図10は実施の形態2に係る電力変換装置の構成を示す図であり、図11は図10の半導体スイッチング素子を含む半導体モジュールの構成を示す図である。実施の形態1と同じ構成要素は同じ番号とし、実施の形態1との違いを主に説明する。
実施の形態1及び2では、半導体スイッチング素子のパッケージとして表面実装パッケージの例を示したが、半導体スイッチング素子として、ベアチップを用いてもよい。図13は、実施の形態3に係る半導体モジュールの構成を示す図である。実施の形態3の半導体モジュール20は、ベアチップの半導体スイッチング素子51a、51b及びドライバ回路2aで構成されたハーフブリッジ回路を備えた半導体モジュールである。1つのドライバ回路2aにて複数のベアチップの半導体スイッチング素子51a、51bを駆動する。図13に示した半導体モジュール20は、図1の電力変換装置90の単相インバータ12の構成部品である。ベアチップの半導体スイッチング素子51a、51bは、同一形状であり、それぞれ図1の半導体スイッチング素子1a、1bに該当する。ドライバ回路2aは回路基板31に実装されており、半導体スイッチング素子51a、51bはリードフレーム80に実装されている。図13では、冷却器40が、回路基板31に接続され、かつリードフレーム80に絶縁部材(例えばセラミック基板)を介して接続された状態で配置されている例を示した。
実施の形態1及び2では、半導体スイッチング素子1としてドレイン端子21、ゲート端子22、ソース端子23を備えた例、すなわち3端子パッケージに搭載された例を示した。しかし、半導体スイッチング素子1は、ソース端子23に接続されたソース接続端子を更に備えた4端子パッケージに搭載されたものでよい。図14は、実施の形態4に係る半導体モジュールの構成を示す図である。実施の形態4の半導体モジュール20は、図2に示した半導体モジュール20とは、半導体スイッチング素子1a、1bがソース接続端子24a、24bを備えている点で異なる。ドライバ回路2aは、半導体スイッチング素子1aのソース接続端子24aとソース配線4aにより接続されており、ドライバ回路2aは、半導体スイッチング素子1bのソース接続端子24bとソース配線4bにより接続されている。ここで、ソース配線4bは、ゲート配線3bと平面上で交差しないように、バスバー36を介して半導体スイッチング素子1bのソース接続端子24bとドライバ回路2aとを接続している。ドライバ回路2aは、ソース接続端子24a、24bの電位を基準にして、半導体スイッチング素子1a、1bを駆動する制御信号(ドライブ信号)を生成する。ソース接続端子24a、24bは、制御信号(ドライブ信号)を生成する際の基準電位が入力されるので、基準端子と言うこともできる。
Claims (16)
- 複数の半導体スイッチング素子を備えると共に、入力電力を複数の前記半導体スイッチング素子のオン期間を制御して電力変換する電力変換装置であって、
配線が形成されると共に複数の前記半導体スイッチング素子が実装された回路基板と、前記回路基板に実装されると共に複数の前記半導体スイッチング素子の少なくとも2つを共通に駆動するドライバ回路と、を備え、
前記半導体スイッチング素子は、前記ドライバ回路により生成された制御信号が入力される制御端子と、前記制御信号の電圧基準となる電位が生じる第一電力端子と、前記制御信号よりも大電力が流れる第二電力端子と、を有し、
前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、パッケージ形状が同一形状であり、かつ互いの前記制御端子間の距離である制御端子間距離が、前記制御端子が配置されたパッケージの辺である端子辺の長さよりも短くなるような位置関係で配置されている、電力変換装置。 - 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、前記端子辺に平行な互いの基準線が45°以上180°以下の角度で回転した方向で配置されている、請求項1記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、互いの前記端子辺が対向して配置された一組を含んでいる、請求項2記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、直列接続されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、並列接続されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、それぞれの前記第一電力端子が前記回路基板に形成された前記配線により接続されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、それぞれの前記第二電力端子が前記回路基板に形成された前記配線により接続されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路は、共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子を独立して駆動する、請求項1から4、及び6、7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、前記第一電力端子又は前記第二電力端子のいずれか一方の電力端子が前記回路基板に対向する底面に形成されており、前記底面に形成された前記一方の電力端子の面積が、前記底面に形成されていない他方の電力端子における前記回路基板の前記配線に接続された接続面の面積よりも広い、請求項1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、前記第一電力端子又は前記第二電力端子のいずれかが、前記制御端子が配置された前記端子辺に配置されている、請求項1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、前記第一電力端子が前記回路基板に対向する底面に形成されており、前記第二電力端子が前記端子辺に配置されており、
前記底面に形成された前記第一電力端子の面積が、前記第二電力端子における前記回路基板の前記配線に接続された接続面の面積よりも広い、請求項1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、前記第二電力端子が前記回路基板に対向する底面に形成されており、前記第一電力端子が前記端子辺に配置されており、
前記底面に形成された前記第二電力端子の面積が、前記第一電力端子における前記回路基板の前記配線に接続された接続面の面積よりも広い、請求項1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記回路基板は、金属を基材とする金属基板である、請求項1から12のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記半導体スイッチング素子は、前記第一電力端子に接続された基準端子を更に備え、
前記ドライバ回路は、前記基準端子に接続されており、前記基準端子の電位を基準にして前記制御信号を生成する、請求項1から13のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 複数の半導体スイッチング素子を備えると共に、入力電力を複数の前記半導体スイッチング素子のオン期間を制御して電力変換する電力変換装置であって、
複数の前記半導体スイッチング素子がベアチップ実装されたリードフレームと、前記リードフレーム又は配線が形成された回路基板に実装されると共に複数の前記半導体スイッチング素子の少なくとも2つを共通に駆動するドライバ回路と、を備え、
前記半導体スイッチング素子は、前記ドライバ回路により生成された制御信号が入力される制御端子と前記ドライバ回路とが接続部材を介して接続されており、
前記ドライバ回路が共通に駆動する複数の前記半導体スイッチング素子は、チップ形状が同一形状であり、前記制御端子に最も近いチップ辺に平行な互いの基準線が45°以上180°以下の角度で回転した方向で配置されている、電力変換装置。 - 前記半導体スイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体材料を用いた半導体素子である、請求項1から15のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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