JP2020054061A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

To provide a power conversion device in which ringing can be suppressed while an increase in loss is suppressed.SOLUTION: The power conversion device includes a high-side switch SWH formed of a wide band gap semiconductor, and a low-side switch SWL formed of a wide band gap semiconductor. The power conversion device includes a high-side diode element SDH which is formed of a narrow band gap semiconductor and which is connected in reversely parallel only with the high-side switch SWH between the high-side switch SWH and the low-side switch SWL. The high-side diode element SDH has a characteristic in which the frequency of current ringing generated due to the flow of a recovery current to the high-side diode element SDH is lower than the frequency of current ringing generated due to the flow of a recovery current to a body diode BDL of the low-side switch SWL.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイド,ローサイドスイッチを備える電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device including high-side and low-side switches made of a wide band gap semiconductor.

SiC等のワイドバンドギャップ半導体で構成されたデバイスは、Si等のナローバンドギャップ半導体で構成されたデバイスよりも低損失であることが知られている。しかし、電力変換装置を構成するスイッチ及びスイッチに逆並列接続されるダイオードの全てをワイドバンドギャップ半導体で構成すると、コストが増加し得る。また、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたスイッチが用いられると、スイッチング状態が切り替えられる場合に発生する電流のリンギングが大きくなり得る。   It is known that a device made of a wide band gap semiconductor such as SiC has lower loss than a device made of a narrow band gap semiconductor such as Si. However, if all the switches constituting the power converter and the diodes connected in antiparallel to the switches are made of a wide band gap semiconductor, the cost may increase. In addition, when a switch made of a wide bandgap semiconductor is used, the ringing of a current generated when the switching state is switched may increase.

そこで、特許文献1に見られるように、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドスイッチと、ナローバンドギャップ半導体で構成されたローサイドスイッチとを備える電力変換装置が知られている。ハイサイドスイッチは、例えばSiCで構成されたMOSFETであり、ローサイドスイッチは、例えばSiで構成されたIGBTである。   Therefore, as disclosed in Patent Document 1, there is known a power conversion device including a high-side switch formed of a wide band gap semiconductor and a low-side switch formed of a narrow band gap semiconductor. The high-side switch is, for example, a MOSFET made of SiC, and the low-side switch is, for example, an IGBT made of Si.

この電力変換装置は、さらに、ハイサイドスイッチに逆並列接続され、ナローバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドダイオード素子と、ローサイドスイッチに逆並列接続され、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたローサイドダイオード素子とを備えている。ハイサイドダイオード素子は、例えばSiで構成されたファーストリカバリダイオード(FRD)である。ローサイドダイオード素子は、例えばSiCで構成されたショットキーバリアダイオード(SBD)である。   The power converter further includes a high-side diode element connected in anti-parallel to the high-side switch and configured with a narrow band gap semiconductor, and a low-side diode element connected in anti-parallel with the low-side switch and configured with a wide band gap semiconductor. It has. The high-side diode element is a fast recovery diode (FRD) made of, for example, Si. The low-side diode element is a Schottky barrier diode (SBD) made of, for example, SiC.

特許文献1に記載の電力変換装置によれば、ワイドバンドギャップ半導体で構成されるデバイスの数を減らすことができる。これにより、コストの上昇を抑制しつつ、リンギングの抑制を図っている。   According to the power converter described in Patent Literature 1, the number of devices composed of a wide band gap semiconductor can be reduced. As a result, ringing is suppressed while suppressing an increase in cost.

特許第5822773号公報Japanese Patent No. 5822773

ここで、特許文献1に記載の電力変換装置では、ハイサイドダイオード素子及びローサイドスイッチがナローバンドギャップ半導体で構成されている。このため、リンギングを抑制できるものの、電力変換装置におけるスイッチング損失が増加し得る。   Here, in the power conversion device described in Patent Document 1, the high-side diode element and the low-side switch are formed of a narrow band gap semiconductor. For this reason, although ringing can be suppressed, switching loss in the power converter may increase.

本発明は、損失の増加を抑制しつつ、リンギングを抑制することができる電力変換装置を提供することを主たる目的とする。   The main object of the present invention is to provide a power converter that can suppress ringing while suppressing an increase in loss.

第1の発明は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドスイッチと、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたローサイドスイッチと、を備える電力変換装置において、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち一方のスイッチのみに逆並列接続され、ナローバンドギャップ半導体で構成されたダイオード素子を備え、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ダイオード素子が並列接続されていない方のスイッチには、ボディダイオードが形成されており、
前記ダイオード素子は、前記ボディダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数が低くなる特性を有する。
A first invention is a power converter including a high-side switch made of a wide band gap semiconductor and a low-side switch made of a wide band gap semiconductor.
An anti-parallel connection to only one of the high-side switch and the low-side switch, including a diode element formed of a narrow band gap semiconductor,
Of the high-side switch and the low-side switch, a switch in which the diode element is not connected in parallel has a body diode formed therein,
The diode element is characterized in that the frequency of the ringing of the current caused by the flow of the recovery current is lower than the frequency of the ringing of the current caused by the flow of the recovery current through the body diode. Having.

第1の発明では、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの双方がワイドバンドギャップ半導体で構成されている。これにより、スイッチング速度を高くしてスイッチング損失を低減でき、ひいては電力変換装置における損失を低減できる。この構成において、第1の発明では、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのうち、一方のスイッチのみに、ナローバンドギャップ半導体で構成されたダイオード素子が逆並列接続されている。このため、ナローバンドギャップ半導体で構成されたデバイスの数を削減でき、電力変換装置における損失の増加を抑制することができる。また、ダイオード素子は、リンギングの周波数について上記のような特性を有しているため、リンギングを抑制することができる。   In the first invention, both the high-side switch and the low-side switch are made of a wide band gap semiconductor. As a result, the switching loss can be reduced by increasing the switching speed, and the loss in the power converter can be reduced. In this configuration, in the first aspect, only one of the high-side switch and the low-side switch is connected in reverse parallel with a diode element formed of a narrow band gap semiconductor. For this reason, the number of devices formed of the narrow band gap semiconductor can be reduced, and an increase in loss in the power converter can be suppressed. Further, since the diode element has the above-described characteristics with respect to the ringing frequency, ringing can be suppressed.

以上説明した第1の発明によれば、電力変換装置における損失の増加を抑制しつつ、リンギングを抑制することができる。   According to the first aspect described above, ringing can be suppressed while suppressing an increase in loss in the power conversion device.

第2の発明では、第1の発明において、前記ダイオード素子は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ハイサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源の正極側との間を接続する正極側導体と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをLpとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをLnとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体との間に形成される容量成分である高電位容量成分の容量値をCHとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分の容量値をCMとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分の容量値をCLとし、
(Lp/Ln)×{CH/(CM+CL)}を第1平衡度とし、
(Lp/Ln)×{(CM+CH)/CL}を第2平衡度とする場合、前記第2平衡度が前記第1平衡度よりも1に近い。
In a second aspect based on the first aspect, the diode element is connected in anti-parallel to only the high-side switch of the high-side switch and the low-side switch,
A positive-side conductor connecting between the high-potential side terminal of the high-side switch and the positive side of the DC power supply,
A negative-side conductor that connects between a low-potential side terminal of the low-side switch and a negative side of the DC power supply;
Let Lp be the inductance of the positive conductor,
Let Ln be the inductance of the negative conductor,
A high-potential terminal of the high-side switch and a capacitance value of a high-potential capacitance component that is a capacitance component formed between a ground conductor and CH,
The capacitance value of an intermediate capacitance component, which is a capacitance component formed between the electric path from the low potential side terminal of the high side switch to the high potential side terminal of the low side switch and the ground conductor, is denoted by CM.
The low-potential-side terminal of the low-side switch and a capacitance value of a low-potential capacitance component that is a capacitance component formed between the ground conductor and CL,
(Lp / Ln) × {CH / (CM + CL)} is the first equilibrium degree,
When (Lp / Ln) × {(CM + CH) / CL} is the second balance, the second balance is closer to 1 than the first balance.

ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのうち、ダイオード素子が逆並列接続されていないスイッチのボディダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して、ノイズ電流(コモンモードノイズ電流)が外部に放出されてしまう。ここで、第2の発明では、上記のように第1,第2平衡度が定められている。平衡度が1に近いほど、ノイズ電流を低減することができる。第2の発明では、上記各インダクタンスLp,Ln、高電位容量成分、中間容量成分及び低電位容量成分を調整することにより、第2平衡度が第1平衡度よりも1に近くされている。これにより、ローサイドスイッチに新たにダイオード素子を設けることなく、外部に放出されるノイズ電流を低減することができる。   Of the high-side switch and the low-side switch, the recovery current flows through the body diode of the switch whose diode element is not connected in anti-parallel, so that a noise current (common mode noise current) is emitted to the outside. Here, in the second invention, the first and second equilibrium degrees are determined as described above. The closer the equilibrium degree is to 1, the more the noise current can be reduced. In the second invention, the second balance is made closer to 1 than the first balance by adjusting the inductances Lp and Ln, the high potential capacity component, the intermediate capacity component, and the low potential capacity component. This makes it possible to reduce the noise current emitted to the outside without providing a new diode element in the low-side switch.

第3の発明では、第1の発明において、前記ダイオード素子は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ローサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源の正極側との間を接続する正極側導体と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをLpとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをLnとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体との間に形成される容量成分である高電位容量成分の容量値をCHとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分の容量値をCMとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分の容量値をCLとし、
(Lp/Ln)×{CH/(CM+CL)}を第1平衡度とし、
(Lp/Ln)×{(CM+CH)/CL}を第2平衡度とする場合、前記第1平衡度が前記第2平衡度よりも1に近い。
In a third aspect based on the first aspect, the diode element is connected in anti-parallel to only the low-side switch of the high-side switch and the low-side switch,
A positive-side conductor connecting between the high-potential side terminal of the high-side switch and the positive side of the DC power supply,
A negative-side conductor that connects between a low-potential side terminal of the low-side switch and a negative side of the DC power supply;
Let Lp be the inductance of the positive conductor,
Let Ln be the inductance of the negative conductor,
A high-potential terminal of the high-side switch and a capacitance value of a high-potential capacitance component that is a capacitance component formed between a ground conductor and CH,
The capacitance value of an intermediate capacitance component, which is a capacitance component formed between the electric path from the low potential side terminal of the high side switch to the high potential side terminal of the low side switch and the ground conductor, is denoted by CM.
The low-potential-side terminal of the low-side switch and a capacitance value of a low-potential capacitance component that is a capacitance component formed between the ground conductor and CL,
(Lp / Ln) × {CH / (CM + CL)} is the first equilibrium degree,
When (Lp / Ln) × {(CM + CH) / CL} is the second balance, the first balance is closer to 1 than the second balance.

第3の発明によれば、第2の発明と同様に、ハイサイドスイッチに新たにダイオード素子を設けることなく、外部に放出されるノイズ電流を低減することができる。   According to the third aspect, similarly to the second aspect, the noise current emitted to the outside can be reduced without newly providing a diode element in the high-side switch.

第1実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power conversion device according to a first embodiment. スイッチの操作態様と電流の流通経路とを示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation mode of a switch and a current flow path. リンギングの抑制効果を示すタイムチャート。5 is a time chart showing the effect of suppressing ringing. 第2実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。FIG. 6 is an overall configuration diagram of a power conversion device according to a second embodiment. 半導体モジュールの正面図。The front view of a semiconductor module. 図5のVI−VI線断面図。VI-VI sectional drawing of FIG. 冷却器を示す図。The figure which shows a cooler. ノイズ電流が流れる経路の等価回路を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a path through which a noise current flows. ノイズ電流が流れる経路の等価回路を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a path through which a noise current flows. 平衡度とノイズ電流の低減量との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the balance degree and the reduction amount of noise current. 第3実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。FIG. 9 is an overall configuration diagram of a power conversion device according to a third embodiment. 第4実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。The whole block diagram of the power converter concerning a 4th embodiment. ノイズ電流が流れる経路の等価回路を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a path through which a noise current flows. ノイズ電流が流れる経路の等価回路を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a path through which a noise current flows. 第5実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。The whole block diagram of the power converter concerning a 5th embodiment. 第6実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。The whole block diagram of the electric power converter concerning a 6th embodiment. 第7実施形態に係る電力変換装置の全体構成図。FIG. 13 is an overall configuration diagram of a power conversion device according to a seventh embodiment. スイッチの操作態様と電流の流通経路とを示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation mode of a switch and a current flow path. スイッチの操作態様と電流の流通経路とを示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation mode of a switch and a current flow path.

<第1実施形態>
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。電力変換装置は、例えば電気自動車に搭載される。
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a power conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The power converter is mounted on an electric vehicle, for example.

図1に示すように、電力変換装置は、直流電源としてのコンデンサ10、正極側導体20H、中間導体20M、負極側導体20L、ハイサイドスイッチSWH及びローサイドスイッチSWLを備えている。ハイサイドスイッチSWH及びローサイドスイッチSWLは、ワイドバンドギャップ半導体で構成されており、本実施形態では、SiCで構成されたNチャネルMOSFETである。このため、各スイッチSWH,SWLの高電位側端子はドレインであり、低電位側端子はソースである。ハイサイドスイッチSWH及びローサイドスイッチSWLの双方がワイドバンドギャップ半導体で構成されているのは、スイッチング速度を高くしてスイッチング損失を低減するためである。なお、コンデンサ10には、例えば蓄電池が並列接続されている。   As shown in FIG. 1, the power conversion device includes a capacitor 10 as a DC power supply, a positive conductor 20H, an intermediate conductor 20M, a negative conductor 20L, a high-side switch SWH, and a low-side switch SWL. The high-side switch SWH and the low-side switch SWL are made of a wide band gap semiconductor, and are N-channel MOSFETs made of SiC in this embodiment. For this reason, the high potential side terminal of each switch SWH, SWL is a drain, and the low potential side terminal is a source. The reason why both the high-side switch SWH and the low-side switch SWL are made of a wide band gap semiconductor is to increase the switching speed and reduce the switching loss. Note that, for example, a storage battery is connected in parallel to the capacitor 10.

コンデンサ10の正極側には、正極側導体20Hの第1端が接続されており、正極側導体20Hの第2端には、ハイサイドスイッチSWHのドレインが接続されている。ハイサイドスイッチSWHのソースには、中間導体20Mを介してローサイドスイッチSWLのドレインが接続されている。コンデンサ10の負極側には、負極側導体20Lの第1端が接続されており、負極側導体20Lの第2端には、ローサイドスイッチSWLのソースが接続されている。正極側導体20H及び負極側導体20Lは、例えば、バスバー等の導電部材である。負極側導体20Lは、接地電位を有するグランドに接続されている。接地電位を有するグランドは、例えば、電力変換装置の筐体である。   The first end of the positive-side conductor 20H is connected to the positive side of the capacitor 10, and the drain of the high-side switch SWH is connected to the second end of the positive-side conductor 20H. The source of the high-side switch SWH is connected to the drain of the low-side switch SWL via the intermediate conductor 20M. The first end of the negative conductor 20L is connected to the negative electrode of the capacitor 10, and the source of the low-side switch SWL is connected to the second end of the negative conductor 20L. The positive conductor 20H and the negative conductor 20L are, for example, conductive members such as bus bars. The negative electrode-side conductor 20L is connected to a ground having a ground potential. The ground having the ground potential is, for example, a housing of the power conversion device.

正極側導体20Hと中間導体20Mとの間には、負荷30が接続されている。本実施形態において、負荷30は、誘導性負荷の巻線である。   The load 30 is connected between the positive conductor 20H and the intermediate conductor 20M. In the present embodiment, the load 30 is a winding of an inductive load.

ハイサイドスイッチSWHには、ハイサイドボディダイオードBDHが形成されており、ローサイドスイッチSWLには、ローサイドボディダイオードBDLが形成されている。   The high-side switch SWH includes a high-side body diode BDH, and the low-side switch SWL includes a low-side body diode BDL.

ハイサイドスイッチSWHには、ハイサイドダイオード素子SDHが逆並列に接続されている。ハイサイドダイオード素子SDHは、ナローバンドギャップ半導体で構成されており、本実施形態では、シリコンダイオードである。   A high-side diode element SDH is connected in anti-parallel to the high-side switch SWH. The high-side diode element SDH is made of a narrow band gap semiconductor, and is a silicon diode in the present embodiment.

電力変換装置は、制御部40を備えている。制御部40は、ハイサイドスイッチSWH及びローサイドスイッチSWLを操作する。本実施形態では、制御部40は、ハイサイドスイッチSWHをオフ操作に固定しつつ、ローサイドスイッチSWLをオンオフ操作する。詳しくは、図2(a)に示すように、ハイサイドスイッチSWHがオフ操作されて、かつローサイドスイッチがオン操作される場合、コンデンサ10、正極側導体20H、負荷30、中間導体20M、ローサイドスイッチSWL及び負極側導体20Lを含む閉回路に電流が流れる。   The power conversion device includes a control unit 40. The control unit 40 operates the high-side switch SWH and the low-side switch SWL. In the present embodiment, the control unit 40 turns on and off the low side switch SWL while fixing the high side switch SWH to the off operation. More specifically, as shown in FIG. 2A, when the high side switch SWH is turned off and the low side switch is turned on, the capacitor 10, the positive conductor 20H, the load 30, the intermediate conductor 20M, the low side switch A current flows through a closed circuit including the SWL and the negative conductor 20L.

一方、図2(b)に示すように、ハイサイドスイッチSWH及びローサイドスイッチSWLがオフ操作される場合、正極側導体20H、負荷30、中間導体20M及びハイサイドダイオード素子SDHを含む閉回路に還流電流が流れる。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the high-side switch SWH and the low-side switch SWL are turned off, the circuit returns to the closed circuit including the positive conductor 20H, the load 30, the intermediate conductor 20M, and the high-side diode element SDH. Electric current flows.

本実施形態では、還流電流が、ハイサイドボディダイオードBDHではなくハイサイドダイオード素子SDHに流れる。これは、ハイサイドダイオード素子SDHの抵抗値が、ハイサイドボディダイオードBDHの抵抗値よりも小さいためである。ハイサイドダイオード素子SDHが設けられているのは、ローサイドスイッチSWLがオン操作に切り替えられる場合に発生するリンギングを抑制するためである。   In the present embodiment, the return current flows through the high-side diode element SDH instead of the high-side body diode BDH. This is because the resistance of the high-side diode element SDH is smaller than the resistance of the high-side body diode BDH. The reason why the high-side diode element SDH is provided is to suppress ringing that occurs when the low-side switch SWL is turned on.

つまり、例えば、還流電流が、ハイサイドダイオード素子SDHではなくハイサイドボディダイオードBDHに流れる場合、その後ローサイドスイッチSWLがオン操作に切り替えられるときにハイサイドボディダイオードBDHにリカバリ電流が流れる。その後、図3(b)に示すように、リカバリ電流の流通が完了した場合に電流Idの大きなリンギングが発生してしまう。その結果、リンギングの周期に対応する大きなノイズが発生してしまう。電流Idは、ハイサイドボディダイオードBDHに流れる電流であり、ハイサイドスイッチSWH側からローサイドスイッチSWL側に流れる電流Idが正と定義されている。   That is, for example, when the return current flows through the high-side body diode BDH instead of the high-side diode element SDH, the recovery current flows through the high-side body diode BDH when the low-side switch SWL is subsequently switched on. Thereafter, as shown in FIG. 3B, when the flow of the recovery current is completed, a large ringing of the current Id occurs. As a result, large noise corresponding to the ringing cycle is generated. The current Id is a current flowing in the high-side body diode BDH, and the current Id flowing from the high-side switch SWH to the low-side switch SWL is defined as positive.

これに対し、還流電流がハイサイドダイオード素子SDHに流れる場合、その後ローサイドスイッチSWLがオン操作に切り替えられるときにハイサイドダイオード素子SDHにリカバリ電流が流れる。ナローバンドギャップ半導体で構成されているハイサイドダイオード素子SDHは、ワイドバンドギャップ半導体で構成されているハイサイドボディダイオードBDHとは異なり、リンギングを抑制する。すなわち、ハイサイドダイオード素子SDHは、ハイサイドボディダイオードBDHにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流Idのリンギングの周波数(図3(b)のIdの推移参照)よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流Idのリンギングの周波数(図3(a)のIdの推移参照)が低くなる特性を有する。このため、図3(a)に示すように、リカバリ電流の流通が完了した場合に電流Idのリンギングが発生しない。電流Idは、ハイサイドダイオード素子SDHに流れる電流であり、ハイサイドスイッチSWH側からローサイドスイッチSWL側に流れる電流Idが正と定義されている。なお、図3(a),(b)において、共通の横軸スケールをTSにて示す。また、図3(a),(b)において、共通の縦軸スケールをVSにて示す。なお、図3(a),(b)において、Vdsは、ハイサイドスイッチSWHのドレイン及びソース間電圧を示す。   On the other hand, when the return current flows through the high-side diode element SDH, the recovery current flows through the high-side diode element SDH when the low-side switch SWL is subsequently turned on. The high side diode element SDH made of a narrow band gap semiconductor suppresses ringing, unlike the high side body diode BDH made of a wide band gap semiconductor. That is, the high-side diode element SDH recovers itself from the ringing frequency of the current Id generated due to the flow of the recovery current through the high-side body diode BDH (see the transition of Id in FIG. 3B). The frequency of the ringing of the current Id generated due to the flow of the current (see the transition of Id in FIG. 3A) is low. For this reason, as shown in FIG. 3A, ringing of the current Id does not occur when the flow of the recovery current is completed. The current Id is a current flowing in the high-side diode element SDH, and the current Id flowing from the high-side switch SWH to the low-side switch SWL is defined as positive. 3A and 3B, a common horizontal axis scale is indicated by TS. In FIGS. 3A and 3B, a common vertical axis scale is indicated by VS. In FIGS. 3A and 3B, Vds indicates a voltage between the drain and the source of the high-side switch SWH.

なお、図3(a)には、電流Idのリンギングが発生しない例を示した。ただし、この例に限らず、リンギングが発生する場合であっても、ハイサイドボディダイオードBDHにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流Idのリンギングの周波数よりも、ハイサイドダイオード素子SDHにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流Idのリンギングの周波数の方が低くなるときは、リンギングの抑制効果が得られ、ノイズを低減することはできる。   FIG. 3A shows an example in which ringing of the current Id does not occur. However, not limited to this example, even when ringing occurs, the frequency of the ringing of the current Id generated due to the recovery current flowing through the high-side body diode BDH is higher than the frequency of the ringing of the current Id. When the frequency of the ringing of the current Id generated due to the flow of the recovery current is lower, the effect of suppressing the ringing is obtained, and the noise can be reduced.

以上説明した本実施形態では、ハイサイドスイッチSWH及びローサイドスイッチSWLのうち、ハイサイドスイッチSWHのみにシリコンダイオードであるハイサイドダイオード素子SDHが逆並列接続されている。このため、ナローバンドギャップ半導体で構成されたデバイスの数を削減でき、電力変換装置における損失の増加を抑制することができる。また、ハイサイドダイオード素子SDHは、リカバリ電流が流れる場合においてリンギングの抑制効果を有している。このため、本実施形態によれば、電力変換装置における損失の増加を抑制しつつ、リンギングを抑制することができる。   In the present embodiment described above, of the high-side switch SWH and the low-side switch SWL, only the high-side switch SWH is connected in reverse parallel to the high-side diode element SDH, which is a silicon diode. For this reason, the number of devices formed of the narrow band gap semiconductor can be reduced, and an increase in loss in the power converter can be suppressed. The high-side diode element SDH has an effect of suppressing ringing when a recovery current flows. For this reason, according to the present embodiment, ringing can be suppressed while suppressing an increase in loss in the power conversion device.

<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、電力変換装置内に浮遊容量が形成されている。
<Second embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment. In the present embodiment, a stray capacitance is formed in the power converter.

図4に、本実施形態の電力変換装置の全体構成を示す。なお、図4において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。   FIG. 4 shows the overall configuration of the power converter of the present embodiment. In FIG. 4, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals for convenience.

図4において、Lpは正極側導体20Hのインダクタンス(寄生インダクタンス)を示し、Lnは負極側導体20Lのインダクタンンス(寄生インダクタンス)を示す。本実施形態において、Lpは、正極側導体20Hにおいて、コンデンサ10の正極端子との接続点からハイサイドスイッチSWHのドレインとの接続点までの導体のインダクタンスである。Lnは、負極側導体20Lにおいて、コンデンサ10の負極端子との接続点からローサイドスイッチSWLのソースとの接続点までの導体のインダクタンスである。電力変換装置は、接地導体としての冷却器100を備えている。冷却器100は、ハイサイドスイッチSWH、ローサイドスイッチSWL及びハイサイドダイオード素子SDHを冷却する。   In FIG. 4, Lp indicates the inductance (parasitic inductance) of the positive conductor 20H, and Ln indicates the inductance (parasitic inductance) of the negative conductor 20L. In the present embodiment, Lp is the inductance of the conductor from the connection point with the positive terminal of the capacitor 10 to the connection point with the drain of the high-side switch SWH in the positive conductor 20H. Ln is the inductance of the conductor on the negative electrode side conductor 20L from the connection point with the negative terminal of the capacitor 10 to the connection point with the source of the low side switch SWL. The power converter includes a cooler 100 as a ground conductor. The cooler 100 cools the high-side switch SWH, the low-side switch SWL, and the high-side diode element SDH.

ハイサイドスイッチSWHのドレインと、接地導体としての冷却器100との間には、ハイサイド浮遊容量50(高電位浮遊容量に相当)が形成されている。ハイサイドスイッチSWHのソースと冷却器100との間には、第1中間浮遊容量51(中間浮遊容量に相当)が形成されている。ローサイドスイッチSWLのドレインと冷却器100との間には、第2中間浮遊容量52(中間浮遊容量に相当)が形成されている。ローサイドスイッチSWLのソースと冷却器100との間には、ローサイド浮遊容量53(低電位浮遊容量に相当)が形成されている。図4には、ハイサイド浮遊容量50の容量値をCpにて示し、第1中間浮遊容量51の容量値をCohにて示し、第2中間浮遊容量52の容量値をConにて示し、ローサイド浮遊容量53の容量値をCnにて示す。   A high-side floating capacitance 50 (corresponding to a high-potential floating capacitance) is formed between the drain of the high-side switch SWH and the cooler 100 as a ground conductor. A first intermediate stray capacitance 51 (corresponding to an intermediate stray capacitance) is formed between the source of the high-side switch SWH and the cooler 100. A second intermediate stray capacitance 52 (corresponding to an intermediate stray capacitance) is formed between the drain of the low-side switch SWL and the cooler 100. A low-side stray capacitance 53 (corresponding to a low-potential stray capacitance) is formed between the source of the low-side switch SWL and the cooler 100. In FIG. 4, the capacitance value of the high-side stray capacitance 50 is indicated by Cp, the capacitance value of the first intermediate stray capacitance 51 is indicated by Coh, the capacitance value of the second intermediate stray capacitance 52 is indicated by Con, The capacitance value of the stray capacitance 53 is indicated by Cn.

図5〜図7を用いて、浮遊容量の形成箇所について説明する。   With reference to FIG. 5 to FIG.

ハイサイドスイッチSWH、ローサイドスイッチSWL及びハイサイドダイオード素子SDHが一体化されることにより、半導体モジュール60が構成されている。半導体モジュール60は、扁平形状をなしており、その正面視において矩形形状をなしている。   The semiconductor module 60 is configured by integrating the high-side switch SWH, the low-side switch SWL, and the high-side diode element SDH. The semiconductor module 60 has a flat shape and a rectangular shape when viewed from the front.

半導体モジュール60は、第1端子61、第2端子62及び出力端子63を備えている。第1端子61には、ハイサイドスイッチSWHのドレイン電極71が電気的に接続されている。第1端子61は、正極側導体20Hの第2端に接続されている。第2端子62には、ローサイドスイッチSWLのソース電極80が電気的に接続されている。第2端子62は、負極側導体20Lの第2端に接続されている。出力端子63には、ハイサイドスイッチSWHのソース電極70及びローサイドスイッチSWLのドレイン電極81が電気的に接続されている。   The semiconductor module 60 includes a first terminal 61, a second terminal 62, and an output terminal 63. The drain electrode 71 of the high-side switch SWH is electrically connected to the first terminal 61. The first terminal 61 is connected to a second end of the positive conductor 20H. The source electrode 80 of the low-side switch SWL is electrically connected to the second terminal 62. The second terminal 62 is connected to a second end of the negative conductor 20L. The output terminal 63 is electrically connected to the source electrode 70 of the high-side switch SWH and the drain electrode 81 of the low-side switch SWL.

半導体モジュール60は、複数のハイサイド制御端子64Hを備えている。複数のハイサイド制御端子64Hのうち1つには、ハイサイドスイッチSWHのゲート電極が電気的に接続されている。半導体モジュール60は、複数のローサイド制御端子64Lを備えている。複数のローサイド制御端子64Lのうち1つには、ローサイドスイッチSWLのゲート電極が電気的に接続されている。   The semiconductor module 60 has a plurality of high-side control terminals 64H. The gate electrode of the high-side switch SWH is electrically connected to one of the plurality of high-side control terminals 64H. The semiconductor module 60 has a plurality of low-side control terminals 64L. The gate electrode of the low-side switch SWL is electrically connected to one of the plurality of low-side control terminals 64L.

半導体モジュール60は、第1〜第4ヒートシンク91〜94と、第1,第2ターミナル95a,95bとを備えている。第1〜第4ヒートシンク91〜94、第1,第2ターミナル95a,95b、第1端子61、第2端子62、出力端子63、各制御端子64H,64L、ハイサイドスイッチSWH、ローサイドスイッチSWL及びハイサイドダイオード素子SDHは、合成樹脂等からなる封止樹脂体96で封止されることにより一体化されている。   The semiconductor module 60 includes first to fourth heat sinks 91 to 94 and first and second terminals 95a and 95b. First to fourth heat sinks 91 to 94, first and second terminals 95a and 95b, first terminal 61, second terminal 62, output terminal 63, control terminals 64H and 64L, high-side switch SWH, low-side switch SWL and The high-side diode element SDH is integrated by being sealed with a sealing resin body 96 made of a synthetic resin or the like.

ハイサイドスイッチSWHは、扁平形状をなしている。ハイサイドスイッチSWHの一対の平坦面のうち、一方の面には扁平形状のソース電極70が設けられ、他方の面には扁平形状のドレイン電極71が設けられている。   The high side switch SWH has a flat shape. Of the pair of flat surfaces of the high-side switch SWH, a flat source electrode 70 is provided on one surface, and a flat drain electrode 71 is provided on the other surface.

ソース電極70の一対の平坦面のうち、ハイサイドスイッチSWHが設けられている側とは反対側には、はんだ97bを介して第1ターミナル95aが設けられている。第1ターミナル95aは、扁平形状をなす導電部材である。第1ターミナル95aの一対の平坦面のうち、ソース電極70が設けられている側とは反対側には、はんだ97cを介して第2ヒートシンク92が設けられている。第2ヒートシンク92は、扁平形状をなしている。第2ヒートシンク92の一対の平坦面のうち、第1ターミナル95aが設けられている側とは反対側は、封止樹脂体96の第1面に露出しており、放熱面とされている。   A first terminal 95a is provided via a solder 97b on a side of the pair of flat surfaces of the source electrode 70 opposite to a side on which the high-side switch SWH is provided. The first terminal 95a is a flat conductive member. A second heat sink 92 is provided on a side of the pair of flat surfaces of the first terminal 95a opposite to a side on which the source electrode 70 is provided via a solder 97c. The second heat sink 92 has a flat shape. Of the pair of flat surfaces of the second heat sink 92, the side opposite to the side on which the first terminal 95a is provided is exposed to the first surface of the sealing resin body 96 and serves as a heat dissipation surface.

ドレイン電極71の一対の平坦面のうち、ハイサイドスイッチSWHが設けられている側とは反対側には、はんだ97aを介して第1ヒートシンク91が設けられている。第1ヒートシンク91は、扁平形状をなしている。第1ヒートシンク91には第1端子61が接続されている。第1ヒートシンク91の一対の平坦面のうち、ドレイン電極71が設けられている側とは反対側は、封止樹脂体96の第1面の裏面である第2面に露出しており、放熱面とされている。第1ヒートシンク91及び第2ヒートシンク92により、ドレイン電極71、ハイサイドスイッチSWH、ソース電極70及び第1ターミナル95aが挟まれている。   A first heat sink 91 is provided on a side of the pair of flat surfaces of the drain electrode 71 opposite to a side on which the high-side switch SWH is provided via a solder 97a. The first heat sink 91 has a flat shape. The first terminal 61 is connected to the first heat sink 91. Of the pair of flat surfaces of the first heat sink 91, the side opposite to the side on which the drain electrode 71 is provided is exposed to the second surface, which is the back surface of the first surface of the sealing resin body 96, and Surface. The drain electrode 71, the high-side switch SWH, the source electrode 70, and the first terminal 95a are sandwiched between the first heat sink 91 and the second heat sink 92.

ローサイドスイッチSWLは、扁平形状をなしている。ローサイドスイッチSWLの一対の平坦面のうち、一方の面には扁平形状のソース電極80が設けられ、他方の面には扁平形状のドレイン電極81が設けられている。   The low side switch SWL has a flat shape. Of the pair of flat surfaces of the low-side switch SWL, a flat source electrode 80 is provided on one surface, and a flat drain electrode 81 is provided on the other surface.

ソース電極80の一対の平坦面のうち、ローサイドスイッチSWLが設けられている側とは反対側には、はんだ97eを介して第2ターミナル95bが設けられている。第2ターミナル95bは、扁平形状をなす導電部材である。第2ターミナル95bの一対の平坦面のうち、ソース電極80が設けられている側とは反対側には、はんだ97fを介して第4ヒートシンク94が設けられている。第4ヒートシンク94は、扁平形状をなしている。第4ヒートシンク94の一対の平坦面のうち、第2ターミナル95bが設けられている側とは反対側は、封止樹脂体96の第1面に露出しており、放熱面とされている。   A second terminal 95b is provided on a side of the pair of flat surfaces of the source electrode 80 opposite to a side on which the low-side switch SWL is provided via a solder 97e. The second terminal 95b is a flat conductive member. A fourth heat sink 94 is provided on a side of the pair of flat surfaces of the second terminal 95b opposite to a side on which the source electrode 80 is provided via a solder 97f. The fourth heat sink 94 has a flat shape. Of the pair of flat surfaces of the fourth heat sink 94, the side opposite to the side on which the second terminal 95b is provided is exposed to the first surface of the sealing resin body 96 and serves as a heat dissipation surface.

ドレイン電極81の一対の平坦面のうち、ローサイドスイッチSWLが設けられている側とは反対側には、はんだ97dを介して第3ヒートシンク93が設けられている。第3ヒートシンク93は、扁平形状をなしている。第3ヒートシンク93には出力端子63が接続されている。第3ヒートシンク93の一対の平坦面のうち、ドレイン電極81が設けられている側とは反対側は、封止樹脂体96の第2面に露出しており、放熱面とされている。第3ヒートシンク93及び第4ヒートシンク94により、ドレイン電極81、ローサイドスイッチSWL、ソース電極80及び第2ターミナル95bが挟まれている。   A third heat sink 93 is provided on a side of the pair of flat surfaces of the drain electrode 81 opposite to a side on which the low-side switch SWL is provided via a solder 97d. The third heat sink 93 has a flat shape. The output terminal 63 is connected to the third heat sink 93. Of the pair of flat surfaces of the third heat sink 93, the side opposite to the side on which the drain electrode 81 is provided is exposed to the second surface of the sealing resin body 96 and serves as a heat dissipation surface. The drain electrode 81, the low-side switch SWL, the source electrode 80, and the second terminal 95b are sandwiched between the third heat sink 93 and the fourth heat sink 94.

第3ヒートシンク93は、その端部から延びる延出部93aを有している。第2ヒートシンク92は、その端部から延びる延出部92aを有している。各延出部93a,92aは、はんだ97gを介して電気的に接続されている。   The third heat sink 93 has an extension 93a extending from the end. The second heat sink 92 has an extension 92a extending from the end. The extending portions 93a, 92a are electrically connected via a solder 97g.

図7に示すように、冷却器100は、導電性かつ熱伝導率が高い材料(例えばアルミニウム)で構成されており、冷却流体を導入する導入管101a、冷却流体を外部へと導出する導出管101b及び複数の冷却プレートを備えている。本実施形態では、複数の冷却プレートとして、第1冷却プレート102a及び第2冷却プレート102bが設けられている。各冷却プレート102a,102bは、導入管101a及び導出管101bを連結する部材である。導入管101aを流れる冷却流体は、各冷却プレート102a,102bを介して導出管101bへと流出する。半導体モジュール60の第1面(封止樹脂体96の第1面)は、電気的絶縁性を有する第1絶縁シート103a(絶縁層に相当)を介して第1冷却プレート102a(第1冷却面に相当)に押し当てられている。半導体モジュール60の第2面(封止樹脂体96の第2面)は、電気的絶縁性を有する第2絶縁シート103b(絶縁層に相当)を介して第2冷却プレート102b(第2冷却面に相当)に押し当てられている。これにより、第1冷却プレート102a及び第2冷却プレート102bの間に、半導体モジュール60が挟まれている。その結果、半導体モジュール60が冷却される。   As shown in FIG. 7, the cooler 100 is made of a material having high conductivity and high thermal conductivity (eg, aluminum), and has an introduction pipe 101a for introducing a cooling fluid, and an extraction pipe for leading the cooling fluid to the outside. 101b and a plurality of cooling plates. In the present embodiment, a first cooling plate 102a and a second cooling plate 102b are provided as a plurality of cooling plates. Each of the cooling plates 102a and 102b is a member that connects the inlet pipe 101a and the outlet pipe 101b. The cooling fluid flowing through the inlet pipe 101a flows out to the outlet pipe 101b via the respective cooling plates 102a and 102b. The first surface of the semiconductor module 60 (the first surface of the sealing resin body 96) is provided with a first cooling plate 102a (a first cooling surface) via a first insulating sheet 103a (corresponding to an insulating layer) having electrical insulation properties. ). The second surface of the semiconductor module 60 (the second surface of the sealing resin body 96) is connected to a second cooling plate 102b (a second cooling surface) via a second insulating sheet 103b (corresponding to an insulating layer) having electrical insulation properties. ). Thereby, the semiconductor module 60 is sandwiched between the first cooling plate 102a and the second cooling plate 102b. As a result, the semiconductor module 60 is cooled.

ハイサイドスイッチSWHのソース電極70は、第2ヒートシンク92及び第1絶縁シート103aを介して導電性の第1冷却プレート102aに対向配置されている。これにより、第1冷却プレート102aと第2ヒートシンク92との間に第1中間浮遊容量51が形成されている。   The source electrode 70 of the high-side switch SWH is disposed to face the conductive first cooling plate 102a via the second heat sink 92 and the first insulating sheet 103a. Thereby, the first intermediate floating capacitance 51 is formed between the first cooling plate 102a and the second heat sink 92.

ローサイドスイッチSWLのソース電極80は、第4ヒートシンク94及び第2絶縁シート103bを介して導電性の第2冷却プレート102bに対向配置されている。これにより、第2冷却プレート102bと第4ヒートシンク94との間にローサイド浮遊容量53が形成されている。   The source electrode 80 of the low-side switch SWL is disposed to face the conductive second cooling plate 102b via the fourth heat sink 94 and the second insulating sheet 103b. Thus, a low-side floating capacitance 53 is formed between the second cooling plate 102b and the fourth heat sink 94.

ハイサイドスイッチSWHのドレイン電極71は、第1ヒートシンク91及び第2絶縁シート103bを介して第2冷却プレート102bに対向配置されている。これにより、第2冷却プレート102bと第1ヒートシンク91との間にハイサイド浮遊容量50が形成されている。   The drain electrode 71 of the high-side switch SWH is disposed to face the second cooling plate 102b via the first heat sink 91 and the second insulating sheet 103b. Thereby, the high-side floating capacitance 50 is formed between the second cooling plate 102b and the first heat sink 91.

ローサイドスイッチSWLのドレイン電極81は、第3ヒートシンク93及び第2絶縁シート103bを介して第2冷却プレート102bに対向配置されている。これにより、第2冷却プレート102bと第3ヒートシンク93との間に第2中間浮遊容量52が形成されている。   The drain electrode 81 of the low-side switch SWL is disposed to face the second cooling plate 102b via the third heat sink 93 and the second insulating sheet 103b. Thereby, the second intermediate stray capacitance 52 is formed between the second cooling plate 102b and the third heat sink 93.

本実施形態では、各インダクタンスLp,Ln及び各浮遊容量Cp,Coh,Con,Cnの設定手法に特徴がある。以下、図8及び図9を用いて設定手法について説明する。   The present embodiment is characterized by a method of setting the inductances Lp and Ln and the stray capacitances Cp, Coh, Con and Cn. Hereinafter, the setting method will be described with reference to FIGS.

図8に、ハイサイドスイッチSWHがオフ操作されている場合において、ローサイドスイッチSWLがオン操作に切り替えられてハイサイドダイオード素子SDHにリカバリ電流が流れるときの電力変換装置の等価回路を示す。この等価回路では、ハイサイドダイオード素子SDHがリカバリ電流を発生させる電源として記載されている。ローサイドスイッチSWLは、リカバリ電流に対して低抵抗な導体として機能するため、その記載が省略されている。同様に、コンデンサ10もリカバリ電流に対して導体として機能するため、その記載が省略されている。   FIG. 8 shows an equivalent circuit of the power conversion device when the high-side switch SWH is turned off and the low-side switch SWL is turned on so that a recovery current flows through the high-side diode element SDH. In this equivalent circuit, the high-side diode element SDH is described as a power supply for generating a recovery current. Since the low-side switch SWL functions as a conductor having low resistance to the recovery current, its description is omitted. Similarly, since the capacitor 10 also functions as a conductor for the recovery current, its description is omitted.

冷却器100とコンデンサ10とは、インピーダンスZc及びグランドを介して接続されている。このため、リカバリ電流によりコンデンサ10に発生する電位が接地電位と異なる場合には、発生したリカバリ電流の一部がインピーダンスZcを介して流れる。つまり、リカバリ電流の一部が電力変換装置の外部に漏洩してノイズとなり得る。なお、インピーダンスZcは、グランドとコンデンサ10との間のインピーダンスである。   The cooler 100 and the condenser 10 are connected via the impedance Zc and the ground. Therefore, when the potential generated in the capacitor 10 by the recovery current is different from the ground potential, a part of the generated recovery current flows through the impedance Zc. That is, a part of the recovery current leaks to the outside of the power conversion device and may become noise. The impedance Zc is an impedance between the ground and the capacitor 10.

ノイズを抑制するために、平衡度を適正な値に調整する。本実施形態では、第1平衡度BHを下式(eq1)のように定義する。   Adjust the balance to an appropriate value to suppress noise. In the present embodiment, the first equilibrium degree BH is defined as in the following equation (eq1).

Figure 2020054061
図9に、ローサイドスイッチSWLがオフ操作されている場合において、ハイサイドスイッチSWHがオン操作に切り替えられてローサイドボディダイオードBDLにリカバリ電流が流れるときの電力変換装置の等価回路を示す。この場合における第2平衡度BLを下式(eq2)のように定義する。
Figure 2020054061
FIG. 9 shows an equivalent circuit of the power conversion device when the high-side switch SWH is turned on and the recovery current flows through the low-side body diode BDL when the low-side switch SWL is turned off. The second balance BL in this case is defined as in the following equation (eq2).

Figure 2020054061
リカバリ電流によりコンデンサ10に発生する電位が接地電位となるように、各インダクタンスLp,Ln及び各浮遊容量Cp,Coh,Con,Cnが調整されることにより、ノイズ電流を低減できる。具体的には、図10に示すように、平衡度が1に近いほど、ノイズ電流の低減量は大きくなる。図10には、ハイサイド,ローサイドスイッチSWH,SWLのスイッチング周波数が高い場合(fH)及び低い場合(fL)それぞれにおける低減量の計算結果を示す。
Figure 2020054061
By adjusting each inductance Lp, Ln and each stray capacitance Cp, Coh, Con, Cn so that the potential generated in the capacitor 10 by the recovery current becomes the ground potential, the noise current can be reduced. Specifically, as shown in FIG. 10, the closer the equilibrium degree is to 1, the larger the reduction amount of the noise current is. FIG. 10 shows calculation results of the reduction amount when the switching frequency of the high-side and low-side switches SWH and SWL is high (fH) and when the switching frequency is low (fL).

本実施形態では、リカバリ電流が流れる要因となるハイサイドにハイサイドダイオード素子SDHが設けられている。また、ハイサイドに対応する第1平衡度BHが1又は1に近い値に設定されている。1に近い値とは、例えば0.8〜1.2である。これにより、ノイズ電流(コモンモード電流)を抑制することができる。   In the present embodiment, the high side diode element SDH is provided on the high side where the recovery current flows. Further, the first balance degree BH corresponding to the high side is set to 1 or a value close to 1. The value close to 1 is, for example, 0.8 to 1.2. Thereby, noise current (common mode current) can be suppressed.

なお、第1平衡度BHが1に近いほどノイズ電流を抑制できるのは、ノイズ電流が「Lp×Cp−Ln×(Coh+Con+Cn)」の絶対値に比例するためである。また、第2平衡度BLが1に近いほどノイズ電流を抑制できるのは、ノイズ電流が「Lp×(Coh+Con+Cp)−Ln×Cn」の絶対値に比例するためである。   The reason why the noise current can be suppressed as the first degree of balance BH is closer to 1 is that the noise current is proportional to the absolute value of “Lp × Cp−Ln × (Coh + Con + Cn)”. The reason why the noise current can be suppressed as the second degree of balance BL is closer to 1 is that the noise current is proportional to the absolute value of “Lp × (Coh + Con + Cp) −Ln × Cn”.

<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第2実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図11に示すように、負極側導体20Lと中間導体20Mとの間に負荷30が接続されている。なお、図11において、先の図4に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
<Third embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the second embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 11, a load 30 is connected between the negative conductor 20L and the intermediate conductor 20M. In FIG. 11, the same components as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals for convenience.

本実施形態では、ハイサイドスイッチSWHに代えて、ローサイドスイッチSWLに、Siで構成されたダイオード素子であるローサイドダイオード素子SDLが逆並列接続されている。ローサイドダイオード素子SDLは、シリコンダイオードである。   In the present embodiment, instead of the high-side switch SWH, the low-side switch SWL is connected in reverse parallel to the low-side diode element SDL, which is a diode element made of Si. The low-side diode element SDL is a silicon diode.

制御部40は、ローサイドスイッチSWLを常時オフ操作し、ハイサイドスイッチSWHをオンオフ操作する。このため、ローサイドスイッチSWLがオフ操作されている場合において、ハイサイドスイッチSWHがオン操作に切り替えられるときにローサイドダイオード素子SDLにリカバリ電流が流れる。ローサイドダイオード素子SDLは、上述したハイサイドダイオード素子SDHと同様の特性を有している。このため、ローサイドダイオード素子SDLにリカバリ電流が流れる場合であっても、電流のリンギングを抑制することができる。   The control unit 40 constantly turns off the low-side switch SWL and turns on and off the high-side switch SWH. Therefore, when the low-side switch SWL is turned off, a recovery current flows through the low-side diode element SDL when the high-side switch SWH is switched on. The low-side diode element SDL has the same characteristics as the high-side diode element SDH described above. Therefore, even if a recovery current flows through the low-side diode element SDL, it is possible to suppress current ringing.

なお、本実施形態では、ローサイドに対応する第2平衡度BLが1又は1に近い値に設定されている。1に近い値とは、例えば0.8〜1.2である。これにより、ノイズ電流を抑制することができる。   In the present embodiment, the second balance BL corresponding to the low side is set to 1 or a value close to 1. The value close to 1 is, for example, 0.8 to 1.2. Thereby, the noise current can be suppressed.

<第4実施形態>
以下、第4実施形態について、第3実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、半導体モジュール60の第1,第2面のうち、第2面側のみ冷却器100により冷却される片面冷却とされている。片面冷却は、例えば、先の図6において、第1ヒートシンク91及び第3ヒートシンク93が設けられていないことにより実現される。片面冷却のため、図12に示すように、第1中間浮遊容量51及びローサイド浮遊容量53が形成されていない。図12において、先の図11に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
<Fourth embodiment>
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the third embodiment. In the present embodiment, of the first and second surfaces of the semiconductor module 60, only the second surface side is cooled by the cooler 100 to be one-side cooling. The one-side cooling is realized by, for example, not providing the first heat sink 91 and the third heat sink 93 in FIG. Because of single-sided cooling, the first intermediate stray capacitance 51 and the low-side stray capacitance 53 are not formed as shown in FIG. 12, the same components as those shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals for convenience.

図13に、ハイサイドスイッチSWHがオフ操作されている場合において、ローサイドスイッチSWLがオン操作に切り替えられてハイサイドボディダイオードBDHにリカバリ電流が流れるときの等価回路を示す。本実施形態では、第1平衡度BHが下式(eq3)のように表される。   FIG. 13 shows an equivalent circuit when the high-side switch SWH is turned off and the low-side switch SWL is turned on to allow a recovery current to flow through the high-side body diode BDH. In the present embodiment, the first equilibrium degree BH is represented by the following equation (eq3).

Figure 2020054061
図14に、ローサイドスイッチSWLがオフ操作されている場合において、ハイサイドスイッチSWHがオン操作に切り替えられてローサイドダイオード素子SDLにリカバリ電流が流れるときの等価回路を示す。本実施形態では、ローサイド浮遊容量53が形成されていないため、ローサイドに対応する第2平衡度BLを定義できない。このため、ローサイドダイオード素子SDLが設けられている。これにより、リンギングの発生を抑制することができる。
Figure 2020054061
FIG. 14 shows an equivalent circuit when the high-side switch SWH is turned on and the recovery current flows through the low-side diode element SDL when the low-side switch SWL is turned off. In the present embodiment, since the low-side stray capacitance 53 is not formed, the second balance BL corresponding to the low side cannot be defined. Therefore, a low-side diode element SDL is provided. Thereby, occurrence of ringing can be suppressed.

<第5実施形態>
以下、第5実施形態について、第4実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図15に示すように、半導体モジュール60の第1,第2面のうち第2面側のみが冷却器100により冷却される片面冷却の構成において、第2中間浮遊容量52に代えてローサイド浮遊容量53が形成されている。これは、ローサイドスイッチSWLに対するソース電極80とドレイン電極81との位置関係が図6に示すものとは逆になっているためである。なお、この場合、第3ヒートシンク93と第2ヒートシンク92とは延出部93a等を介して接続されていない。
<Fifth embodiment>
Hereinafter, the fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the fourth embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 15, in the single-side cooling configuration in which only the second surface side of the first and second surfaces of the semiconductor module 60 is cooled by the cooler 100, the second intermediate floating capacitance 52 Instead, a low-side stray capacitance 53 is formed. This is because the positional relationship between the source electrode 80 and the drain electrode 81 with respect to the low-side switch SWL is opposite to that shown in FIG. In this case, the third heat sink 93 and the second heat sink 92 are not connected via the extension 93a or the like.

以上説明した本実施形態によれば、第4実施形態と同様の効果を得ることができる。   According to the present embodiment described above, the same effects as in the fourth embodiment can be obtained.

<第6実施形態>
以下、第6実施形態について、第3実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図16に示すように、電力変換装置は、ハイサイドスイッチSWHのドレインと冷却器100とを接続する第1コンデンサ54Aと、ローサイドスイッチSWLのソースと冷却器100とを接続する第2コンデンサ54Bとを備えている。第1コンデンサ54A及び第2コンデンサ54Bは、受動素子である。図16において、先の図12に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
<Sixth embodiment>
Hereinafter, the sixth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the third embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 16, the power converter connects the first capacitor 54A that connects the drain of the high-side switch SWH to the cooler 100, and connects the source of the low-side switch SWL to the cooler 100. A second capacitor 54B. The first capacitor 54A and the second capacitor 54B are passive elements. 16, the same components as those shown in FIG. 12 are given the same reference numerals for convenience.

本実施形態において、第1平衡度BHは下式(eq4)のように表され、第2平衡度BLは下式(eq5)のように表される。   In the present embodiment, the first degree of balance BH is represented by the following equation (eq4), and the second degree of balance BL is represented by the following equation (eq5).

Figure 2020054061
Figure 2020054061

Figure 2020054061
受動素子のコンデンサが用いられる本実施形態によれば、例えば、インダクタンスLp,Lnや浮遊容量の容量値Cp,Coh,Con,Cnのみの調整によっては平衡度を所望にできない場合に、平衡度を1又は1に近い値に近づけることができる。
Figure 2020054061
According to the present embodiment in which a passive element capacitor is used, for example, when the balance cannot be desired by adjusting only the inductances Lp and Ln and the capacitance values Cp, Coh, Con, and Cn of the stray capacitance, the balance is reduced. It can be close to 1 or a value close to 1.

なお、受動素子のコンデンサは、ハイサイドスイッチSWHのドレインと冷却器100との間、ハイサイドスイッチSWHのソースと冷却器100との間、ローサイドスイッチSWLのドレインと冷却器100との間、及びローサイドスイッチSWLのソースと冷却器100との間のうち、少なくとも1つに設けられていてもよい。   The capacitors of the passive elements are provided between the drain of the high-side switch SWH and the cooler 100, between the source of the high-side switch SWH and the cooler 100, between the drain of the low-side switch SWL and the cooler 100, and It may be provided in at least one of between the source of the low-side switch SWL and the cooler 100.

また、浮遊容量を形成することなく、浮遊容量に代えて受動素子のコンデンサが設けられていてもよい。   Further, a passive element capacitor may be provided instead of the floating capacitance without forming the floating capacitance.

<第7実施形態>
以下、第7実施形態について、第2実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図17に示すように、電力変換装置として3相インバータが用いられている。なお、図17において、先の図4等に示した構成と同一の構成又は対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。
<Seventh embodiment>
Hereinafter, the seventh embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the second embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 17, a three-phase inverter is used as a power converter. Note that, in FIG. 17, the same or corresponding components as those illustrated in FIG. 4 and the like are denoted by the same reference numerals for convenience.

制御システムは、インバータ及び回転電機31を備えている。回転電機31の各相の巻線32は、インバータを介してコンデンサ10に電気的に接続されている。本実施形態では、回転電機31として、3相のものを用いている。回転電機31は、3相分の巻線32を備えている。回転電機31は、例えば永久磁石同期機である。   The control system includes an inverter and a rotating electric machine 31. The windings 32 of each phase of the rotating electric machine 31 are electrically connected to the capacitor 10 via an inverter. In the present embodiment, a three-phase rotating electric machine 31 is used. The rotating electric machine 31 includes windings 32 for three phases. The rotating electric machine 31 is, for example, a permanent magnet synchronous machine.

インバータの各相のハイサイドスイッチSWHのドレインには、正極側導体21Hを介してコンデンサ10の正極側が接続されている。インバータの各相のローサイドスイッチSWLのソースには、負極側導体20Lを介してコンデンサ10の負極側が接続されている。ハイサイドスイッチSWHのソースと、ローサイドスイッチSWLのドレインとは、中間導体21Mを介して接続されている。中間導体21Mには、巻線32の一端が接続されている。   The positive side of the capacitor 10 is connected to the drain of the high side switch SWH of each phase of the inverter via the positive side conductor 21H. The negative side of the capacitor 10 is connected to the source of the low-side switch SWL of each phase of the inverter via the negative-side conductor 20L. The source of the high-side switch SWH and the drain of the low-side switch SWL are connected via an intermediate conductor 21M. One end of a winding 32 is connected to the intermediate conductor 21M.

制御部40は、回転電機31の制御量をその指令値に制御すべく、各相のスイッチSWH,SWLを操作する。制御量は、例えばトルクである。インバータの各相において、ハイサイドスイッチSWHとローサイドスイッチSWLとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオン操作される。   The control unit 40 operates the switches SWH and SWL of each phase to control the control amount of the rotating electric machine 31 to the command value. The control amount is, for example, torque. In each phase of the inverter, the high-side switch SWH and the low-side switch SWL are alternately turned on with a dead time therebetween.

本実施形態では、ローサイドスイッチSWLにローサイドダイオード素子SDLが逆並列接続されている。   In the present embodiment, the low-side diode element SDL is connected in anti-parallel to the low-side switch SWL.

続いて、本実施形態のローサイドダイオード素子SDLの効果について説明する。   Subsequently, the effect of the low-side diode element SDL of the present embodiment will be described.

図18に、インバータから巻線32に向かう方向に巻線32に電流が流れる場合を示す。   FIG. 18 shows a case where a current flows through winding 32 in a direction from the inverter to winding 32.

図18(a)に示すように、ハイサイドスイッチSWHがオン操作され、ローサイドスイッチSWLがオフ操作されている。このため、コンデンサ10の正極側からハイサイドスイッチSWHを介して巻線32へと電流が流れる。   As shown in FIG. 18A, the high-side switch SWH is turned on and the low-side switch SWL is turned off. Therefore, current flows from the positive electrode side of the capacitor 10 to the winding 32 via the high-side switch SWH.

図18(b)に示すように、その後ハイサイドスイッチSWHがオフ操作に切り替えられる。この場合、ローサイドダイオード素子SDLに順方向電流が流れる。   As shown in FIG. 18B, the high-side switch SWH is thereafter switched to the off operation. In this case, a forward current flows through the low-side diode element SDL.

図18(c)に示すように、その後ハイサイドスイッチSWHがオン操作に切り替えられる。これにより、ローサイドダイオード素子SDLに逆電圧が印加され、ローサイドダイオード素子SDLにリカバリ電流が流れる。リカバリ電流が流れるものの、ローサイドダイオード素子SDLの特性により、リンギングを抑制することができる。   Then, as shown in FIG. 18C, the high-side switch SWH is switched to the ON operation. As a result, a reverse voltage is applied to the low-side diode element SDL, and a recovery current flows through the low-side diode element SDL. Although the recovery current flows, ringing can be suppressed by the characteristics of the low-side diode element SDL.

本実施形態では、図18(c)に示すように、制御部40は、ローサイドダイオード素子SDLにリカバリ電流が流れている期間において、ローサイドスイッチSWLのオン操作を禁止する禁止処理を行う。リカバリ電流が流れている期間においてローサイドスイッチSWLがオン操作されると、リカバリ電流がローサイドダイオード素子SDLではなくローサイドスイッチSWLに流れてしまい、リンギングの抑制効果を得られなくなる。このため、禁止処理によれば、リンギングを的確に抑制することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 18C, the control unit 40 performs a prohibition process of prohibiting the ON operation of the low-side switch SWL during a period when the recovery current is flowing through the low-side diode element SDL. If the low-side switch SWL is turned on while the recovery current is flowing, the recovery current flows to the low-side switch SWL instead of the low-side diode element SDL, and the effect of suppressing ringing cannot be obtained. For this reason, according to the prohibition processing, ringing can be accurately suppressed.

図19に、巻線32からインバータに向かう方向に巻線32に電流が流れる場合を示す。   FIG. 19 shows a case where current flows through winding 32 in a direction from winding 32 to the inverter.

図19(a)に示すように、ハイサイドスイッチSWHがオフ操作され、ローサイドスイッチSWLがオン操作されている。このため、巻線32からローサイドスイッチSWLへと電流が流れる。   As shown in FIG. 19A, the high-side switch SWH is turned off and the low-side switch SWL is turned on. Therefore, a current flows from the winding 32 to the low-side switch SWL.

図19(b)に示すように、その後ローサイドスイッチSWLがオフ操作に切り替えられる。この場合、ハイサイドボディダイオードBDHに順方向電流が流れる。   As shown in FIG. 19B, the low-side switch SWL is then switched to the off operation. In this case, a forward current flows through the high-side body diode BDH.

図19(c)に示すように、その後ローサイドスイッチSWLがオン操作に切り替えられる。これにより、ハイサイドボディダイオードBDHに逆電圧が印加され、ハイサイドボディダイオードBDHにリカバリ電流が流れる。   As shown in FIG. 19C, the low-side switch SWL is thereafter switched to the ON operation. As a result, a reverse voltage is applied to the high-side body diode BDH, and a recovery current flows through the high-side body diode BDH.

ここで、本実施形態では、第2実施形態と同様に、ハイサイドスイッチSWHのドレインと冷却器100との間にハイサイド浮遊容量50が形成され、ハイサイドスイッチSWHのソースと冷却器100との間に第1中間浮遊容量51が形成されている。また、ローサイドスイッチSWLのドレインと冷却器100との間に第2中間浮遊容量52が形成され、ローサイドスイッチSWLのソースと冷却器100との間にローサイド浮遊容量53が形成されている。そして、各相において、上式(eq1)で表される第1平衡度BHが、上式(eq2)で表される第2平衡度BLよりも1に近くなるように、各インダクタンスLp,Ln及び各容量値Cp,Coh,Con,Cnが設定されている。各相において、Lpは、正極側導体21Hにおいて、コンデンサ10の正極端子との接続点からハイサイドスイッチSWHのドレインとの接続点までの導体のインダクタンスである。このため、各相に対応したインダクタンスLpは相違し得る。また、各相において、Lnは、負極側導体21Lにおいて、コンデンサ10の負極端子との接続点からローサイドスイッチSWLのソースとの接続点までの導体のインダクタンスである。このため、各相に対応したインダクタンスLnは相違し得る。これにより、ハイサイドスイッチSWHに新たにダイオード素子を設けることなく、外部に放出されるノイズ電流を低減することができる。   Here, in the present embodiment, as in the second embodiment, a high-side stray capacitance 50 is formed between the drain of the high-side switch SWH and the cooler 100, and the source of the high-side switch SWH and the cooler 100 A first intermediate stray capacitance 51 is formed between them. Further, a second intermediate stray capacitance 52 is formed between the drain of the low-side switch SWL and the cooler 100, and a low-side stray capacitance 53 is formed between the source of the low-side switch SWL and the cooler 100. Then, in each phase, the inductances Lp and Ln are set such that the first degree of balance BH represented by the above equation (eq1) is closer to 1 than the second degree of balance BL represented by the above equation (eq2). And respective capacitance values Cp, Coh, Con, and Cn. In each phase, Lp is the inductance of the conductor from the connection point with the positive terminal of the capacitor 10 to the connection point with the drain of the high-side switch SWH in the positive conductor 21H. For this reason, the inductance Lp corresponding to each phase may be different. In each phase, Ln is the inductance of the conductor on the negative electrode side conductor 21L from the connection point with the negative terminal of the capacitor 10 to the connection point with the source of the low side switch SWL. Therefore, the inductance Ln corresponding to each phase may be different. This makes it possible to reduce the noise current emitted to the outside without newly providing a diode element in the high-side switch SWH.

ちなみに、ローサイドスイッチSWLに代えて、ハイサイドスイッチSWHにハイサイドダイオード素子SDHが逆並列接続される構成を採用することもできる。この場合、制御部40は、ハイサイドダイオード素子SDHにリカバリ電流が流れている期間において、ハイサイドスイッチSWHのオン操作を禁止する禁止処理を行う。また、各相において、上式(eq2)で表される第2平衡度BLが、上式(eq1)で表される第1平衡度BHよりも1に近くなるように、各インダクタンスLp,Ln及び各容量値Cp,Coh,Con,Cnが設定されている。   Incidentally, a configuration in which the high-side diode element SDH is connected in anti-parallel to the high-side switch SWH instead of the low-side switch SWL can be adopted. In this case, the control unit 40 performs a prohibition process of prohibiting the ON operation of the high-side switch SWH while the recovery current is flowing through the high-side diode element SDH. Further, in each phase, the inductances Lp and Ln are set such that the second balance BL represented by the above equation (eq2) is closer to 1 than the first balance BH represented by the above equation (eq1). And respective capacitance values Cp, Coh, Con, and Cn.

これにより、ローサイドスイッチSWLに新たにダイオード素子を設けることなく、外部に放出されるノイズ電流を低減することができる。   This makes it possible to reduce the noise current emitted to the outside without providing a new diode element in the low-side switch SWL.

<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<Other embodiments>
The above embodiments may be modified and implemented as follows.

・第2〜第7実施形態において、スイッチに逆並列接続されるダイオード素子が複数であってもよい。   In the second to seventh embodiments, a plurality of diode elements may be connected in anti-parallel to the switch.

・半導体モジュールとしては、ハイサイドスイッチSWH及びローサイドスイッチSWLの双方が内蔵されているものに限らず、いずれか一方のスイッチのみが内蔵されているものであってもよい。   The semiconductor module is not limited to the one in which both the high-side switch SWH and the low-side switch SWL are incorporated, but may be one in which only one of the switches is incorporated.

・ダイオード素子としては、ボディダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数が低くなる特性を有するナローバンドギャップ半導体で構成されたものであれば、シリコンダイオード以外のダイオード素子であってもよい。   ・ As a diode element, the frequency of the ringing of the current caused by the flow of the recovery current is lower than the frequency of the ringing of the current caused by the flow of the recovery current through the body diode. A diode element other than a silicon diode may be used as long as it is formed of a narrow band gap semiconductor having the following.

・電力変換装置を構成するハイサイド,ローサイドスイッチのそれぞれとしては、1つのスイッチに限らず、互いに並列接続された複数のスイッチであってもよい。また、電力変換装置を構成するスイッチとしては、SiCで構成されたMOSFETに限らず、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたスイッチであれば、他のスイッチであってもよい。   -Each of the high side and the low side switch which comprise a power converter is not limited to one switch, but may be a plurality of switches connected in parallel with each other. Further, the switches constituting the power converter are not limited to MOSFETs composed of SiC, but may be other switches as long as they are composed of wide band gap semiconductors.

・ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのうち、ダイオード素子が逆並列接続されている方のスイッチとしては、構造上可能であるなら、ボディダイオードを有していないものであってもよい。   The switch in which the diode element is connected in anti-parallel between the high-side switch and the low-side switch may not have a body diode if it is structurally possible.

・電力変換装置としては、図17に示した3相のインバータに限らず、相数分のハイサイド,ローサイドスイッチの直列接続体を備える2相のインバータ、又は4相以上のインバータであってもよい。例えば、2相の場合、互いに直列接続された1組目のハイサイド,ローサイドスイッチの接続点と、互いに直列接続された2組目のハイサイド,ローサイドスイッチの接続点とが、誘導性負荷(例えば巻線)を介して接続されることとなる。   The power converter is not limited to the three-phase inverter shown in FIG. 17, but may be a two-phase inverter having a series connection of high-side and low-side switches for the number of phases, or a four-phase inverter or more. Good. For example, in the case of two phases, the connection point of the first pair of high-side and low-side switches connected in series to each other and the connection point of the second pair of high-side and low-side switches connected in series to each other are inductive loads ( (For example, a winding).

また、電力変換装置としては、図1の構成、又は図17に示した直流交流変換装置に限らず、例えば、昇圧機能及び降圧機能のうち少なくとも一方の機能(変圧機能)を有するDCDCコンバータであってもよい。   Further, the power converter is not limited to the configuration of FIG. 1 or the DC-AC converter shown in FIG. 17, but may be, for example, a DCDC converter having at least one of a step-up function and a step-down function (transformation function). You may.

SWH…ハイサイドスイッチ、SWL…ローサイドスイッチ、BDH…ハイサイドボディダイオード、BDL…ローサイドボディダイオード、SDH…ハイサイドダイオード素子。   SWH: High side switch, SWL: Low side switch, BDH: High side body diode, BDL: Low side body diode, SDH: High side diode element.

Claims (13)

ワイドバンドギャップ半導体で構成されたハイサイドスイッチ(SWH)と、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたローサイドスイッチ(SWL)と、を備える電力変換装置において、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち一方のスイッチのみに逆並列接続され、ナローバンドギャップ半導体で構成されたダイオード素子(SDH,SDL)を備え、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ダイオード素子が並列接続されていない方のスイッチには、ボディダイオード(BDH,BDL)が形成されており、
前記ダイオード素子は、前記ボディダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数よりも、自身にリカバリ電流が流れることに起因して発生する電流のリンギングの周波数が低くなる特性を有する電力変換装置。
In a power converter including a high-side switch (SWH) made of a wide band gap semiconductor and a low-side switch (SWL) made of a wide band gap semiconductor,
A diode element (SDH, SDL) that is connected in anti-parallel to only one of the high-side switch and the low-side switch and is made of a narrow band gap semiconductor;
Of the high-side switch and the low-side switch, the switch to which the diode element is not connected in parallel has a body diode (BDH, BDL) formed therein.
The diode element is characterized in that the frequency of the ringing of the current caused by the flow of the recovery current is lower than the frequency of the ringing of the current caused by the flow of the recovery current through the body diode. A power converter having:
前記ダイオード素子(SDH)は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ハイサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源(10)の正極側との間を接続する正極側導体(20H)と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体(20L)と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをLpとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをLnとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体(100)との間に形成される容量成分である高電位容量成分(50,54A)の容量値をCHとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分(51,52)の容量値をCMとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分(53,54B)の容量値をCLとし、
(Lp/Ln)×{CH/(CM+CL)}を第1平衡度(BH)とし、
(Lp/Ln)×{(CM+CH)/CL}を第2平衡度(BL)とする場合、前記第2平衡度が前記第1平衡度よりも1に近い請求項1に記載の電力変換装置。
The diode element (SDH) is connected in anti-parallel to only the high-side switch of the high-side switch and the low-side switch;
A positive-electrode-side conductor (20H) connecting between a high-potential-side terminal of the high-side switch and a positive-electrode side of the DC power supply (10);
A negative-side conductor (20L) connecting between a low-potential side terminal of the low-side switch and a negative side of the DC power supply;
Let Lp be the inductance of the positive conductor,
Let Ln be the inductance of the negative conductor,
The capacitance value of the high-potential capacitance component (50, 54A), which is a capacitance component formed between the high-potential-side terminal of the high-side switch and the ground conductor (100), is CH;
The capacitance value of an intermediate capacitance component (51, 52), which is a capacitance component formed between an electric path from the low potential side terminal of the high side switch to the high potential side terminal of the low side switch and the ground conductor, CM
CL is a capacitance value of a low-potential capacitance component (53, 54B) which is a capacitance component formed between the low-potential-side terminal of the low-side switch and the ground conductor;
(Lp / Ln) × {CH / (CM + CL)} is the first equilibrium degree (BH),
2. The power converter according to claim 1, wherein when (Lp / Ln) × {(CM + CH) / CL} is the second balance (BL), the second balance is closer to 1 than the first balance. 3. .
前記ダイオード素子(SDL)は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ローサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源(10)の正極側との間を接続する正極側導体(20H)と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体(20L)と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをLpとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをLnとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体(100)との間に形成される容量成分である高電位容量成分(50,54A)の容量値をCHとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分(51,52)の容量値をCMとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分(53,54B)の容量値をCLとし、
(Lp/Ln)×{CH/(CM+CL)}を第1平衡度(BH)とし、
(Lp/Ln)×{(CM+CH)/CL}を第2平衡度(BL)とする場合、前記第1平衡度が前記第2平衡度よりも1に近い請求項1に記載の電力変換装置。
The diode element (SDL) is connected in anti-parallel to only the low-side switch of the high-side switch and the low-side switch;
A positive-electrode-side conductor (20H) connecting between a high-potential-side terminal of the high-side switch and a positive-electrode side of the DC power supply (10);
A negative-side conductor (20L) connecting between a low-potential side terminal of the low-side switch and a negative side of the DC power supply;
Let Lp be the inductance of the positive conductor,
Let Ln be the inductance of the negative conductor,
The capacitance value of the high-potential capacitance component (50, 54A), which is a capacitance component formed between the high-potential-side terminal of the high-side switch and the ground conductor (100), is CH;
The capacitance value of an intermediate capacitance component (51, 52), which is a capacitance component formed between an electric path from the low potential side terminal of the high side switch to the high potential side terminal of the low side switch and the ground conductor, CM
CL is a capacitance value of a low-potential capacitance component (53, 54B) which is a capacitance component formed between the low-potential-side terminal of the low-side switch and the ground conductor;
(Lp / Ln) × {CH / (CM + CL)} is the first equilibrium degree (BH),
The power converter according to claim 1, wherein when (Lp / Ln) × {(CM + CH) / CL} is the second balance (BL), the first balance is closer to 1 than the second balance. .
前記接地導体は、対向する位置に設けられた対となる第1冷却面(102a)及び第2冷却面(102b)を有する冷却器(100)であり、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのそれぞれは、対向する一対の平坦面を有し、
前記ハイサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極(71)が設けられ、他方の面には前記ハイサイドスイッチの低電位側端子の電極(70)が設けられており、
前記ローサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極(81)が設けられ、他方の面には前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極(80)が設けられており、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチそれぞれの低電位側端子の電極は、絶縁層(103a)を介して前記第1冷却面に対向配置されており、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチそれぞれの高電位側端子の電極は、絶縁層(103b)を介して前記第2冷却面に対向配置されており、
前記高電位容量成分は、前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記第2冷却面との間に形成された浮遊容量(50)で構成されており、
前記中間容量成分は、前記ハイサイドスイッチの低電位側端子の電極と前記第1冷却面との間、及び前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記第2冷却面との間のうち、少なくとも一方に形成された浮遊容量で構成されており、
前記低電位容量成分は、前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極と前記第1冷却面との間に形成された浮遊容量(53)で構成されている請求項2又は3に記載の電力変換装置。
The ground conductor is a cooler (100) having a pair of a first cooling surface (102a) and a second cooling surface (102b) provided at opposing positions,
Each of the high side switch and the low side switch has a pair of opposed flat surfaces,
Of the pair of flat surfaces of the high side switch, one surface is provided with an electrode (71) of a high potential side terminal of the high side switch, and the other surface is provided with a low potential side terminal of the high side switch. An electrode (70) is provided;
Of the pair of flat surfaces of the low side switch, one surface is provided with an electrode (81) of a high potential side terminal of the low side switch, and the other surface is provided with an electrode (80) of a low potential side terminal of the low side switch. ) Is provided,
The electrode of the low-potential side terminal of each of the high-side switch and the low-side switch is disposed to face the first cooling surface via an insulating layer (103a).
The electrode of the high-potential-side terminal of each of the high-side switch and the low-side switch is disposed to face the second cooling surface via an insulating layer (103b).
The high-potential capacitance component includes a stray capacitance (50) formed between an electrode of a high-potential-side terminal of the high-side switch and the second cooling surface,
The intermediate capacitance component is between an electrode of a low potential side terminal of the high side switch and the first cooling surface, and between an electrode of a high potential side terminal of the low side switch and the second cooling surface. It is composed of stray capacitance formed on at least one side,
4. The power converter according to claim 2, wherein the low-potential capacitance component is configured by a stray capacitance (53) formed between an electrode of a low-potential side terminal of the low-side switch and the first cooling surface. 5. apparatus.
前記高電位容量成分、前記中間容量成分及び前記低電位容量成分のうち少なくとも1つは、受動素子としてのコンデンサ素子で構成されている請求項2〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 2 to 4, wherein at least one of the high potential capacitance component, the intermediate capacitance component, and the low potential capacitance component is configured by a capacitor element as a passive element. . 前記ダイオード素子(SDL)は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、前記ローサイドスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源(10)の正極側との間を接続する正極側導体(20H)と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体(20L)と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをLpとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをLnとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体(100)との間に形成される容量成分である高電位容量成分(50)の容量値をCHとし、
前記ハイサイドスイッチの低電位側端子から前記ローサイドスイッチの高電位側端子までの電気経路と、前記接地導体との間に形成される容量成分である中間容量成分(52)の容量値をCMとし、
(Lp/Ln)×(CH/CM)を平衡度とする場合、平衡度が1又は1に近い値にされている請求項1に記載の電力変換装置。
The diode element (SDL) is connected in anti-parallel to only the low-side switch of the high-side switch and the low-side switch;
A positive-electrode-side conductor (20H) connecting between a high-potential-side terminal of the high-side switch and a positive-electrode side of the DC power supply (10);
A negative-side conductor (20L) connecting between a low-potential side terminal of the low-side switch and a negative side of the DC power supply;
Let Lp be the inductance of the positive conductor,
Let Ln be the inductance of the negative conductor,
The capacitance value of the high-potential capacitance component (50), which is a capacitance component formed between the high-potential-side terminal of the high-side switch and the ground conductor (100), is CH;
The capacitance value of an intermediate capacitance component (52), which is a capacitance component formed between the electric path from the low potential side terminal of the high side switch to the high potential side terminal of the low side switch and the ground conductor, is denoted by CM. ,
2. The power converter according to claim 1, wherein when (Lp / Ln) × (CH / CM) is the balance, the balance is 1 or a value close to 1. 3.
前記接地導体は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチを冷却する冷却面を有する冷却器(100)であり、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのそれぞれは、対向する一対の平坦面を有し、
前記ハイサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極(71)が設けられ、他方の面には前記ハイサイドスイッチの低電位側端子の電極(70)が設けられており、
前記ローサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極(81)が設けられ、他方の面には前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極(80)が設けられており、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチそれぞれの高電位側端子の電極は、絶縁層(103b)を介して前記冷却面に対向配置されており、
前記高電位容量成分は、前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記冷却面との間に形成された浮遊容量(50)で構成されており、
前記中間容量成分は、前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記冷却面との間に形成された浮遊容量(52)で構成されている請求項6に記載の電力変換装置。
The ground conductor is a cooler (100) having a cooling surface for cooling the high-side switch and the low-side switch;
Each of the high side switch and the low side switch has a pair of opposed flat surfaces,
Of the pair of flat surfaces of the high side switch, one surface is provided with an electrode (71) of a high potential side terminal of the high side switch, and the other surface is provided with a low potential side terminal of the high side switch. An electrode (70) is provided;
Of the pair of flat surfaces of the low side switch, one surface is provided with an electrode (81) of a high potential side terminal of the low side switch, and the other surface is provided with an electrode (80) of a low potential side terminal of the low side switch. ) Is provided,
The electrode of the high potential side terminal of each of the high side switch and the low side switch is disposed to face the cooling surface via an insulating layer (103b),
The high-potential capacitance component is constituted by a stray capacitance (50) formed between an electrode of a high-potential-side terminal of the high-side switch and the cooling surface,
The power converter according to claim 6, wherein the intermediate capacitance component is configured by a stray capacitance (52) formed between an electrode of a high-potential terminal of the low-side switch and the cooling surface.
前記高電位容量成分及び前記中間容量成分のうち少なくとも1つは、受動素子としてのコンデンサ素子で構成されている請求項6又は7に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 6, wherein at least one of the high-potential capacitance component and the intermediate capacitance component includes a capacitor element as a passive element. 前記ダイオード素子(SDL)は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち、いずれか一方のスイッチのみに逆並列接続されており、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と直流電源(10)の正極側との間を接続する正極側導体(20H)と、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と前記直流電源の負極側との間を接続する負極側導体(20L)と、を備え、
前記正極側導体のインダクタンスをLpとし、
前記負極側導体のインダクタンンスをLnとし、
前記ハイサイドスイッチの高電位側端子と、接地導体(100)との間に形成される容量成分である高電位容量成分(50)の容量値をCHとし、
前記ローサイドスイッチの低電位側端子と、前記接地導体との間に形成される容量成分である低電位容量成分(52)の容量値をCLとし、
(Lp/Ln)×(CH/CL)を平衡度とする場合、平衡度が1又は1に近い値にされている請求項1に記載の電力変換装置。
The diode element (SDL) is connected in anti-parallel to only one of the high-side switch and the low-side switch,
A positive-electrode-side conductor (20H) connecting between a high-potential-side terminal of the high-side switch and a positive-electrode side of the DC power supply (10);
A negative-side conductor (20L) connecting between a low-potential side terminal of the low-side switch and a negative side of the DC power supply;
Let Lp be the inductance of the positive conductor,
Let Ln be the inductance of the negative conductor,
The capacitance value of the high-potential capacitance component (50), which is a capacitance component formed between the high-potential-side terminal of the high-side switch and the ground conductor (100), is CH;
A capacitance value of a low-potential capacitance component (52), which is a capacitance component formed between the low-potential-side terminal of the low-side switch and the ground conductor, is denoted by CL;
2. The power converter according to claim 1, wherein when (Lp / Ln) × (CH / CL) is the balance, the balance is 1 or a value close to 1. 3.
前記接地導体は、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチを冷却する冷却面を有する冷却器(100)であり、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのそれぞれは、対向する一対の平坦面を有し、
前記ハイサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極(71)が設けられ、他方の面には前記ハイサイドスイッチの低電位側端子の電極(70)が設けられており、
前記ローサイドスイッチの一対の平坦面のうち、一方の面には前記ローサイドスイッチの高電位側端子の電極(81)が設けられ、他方の面には前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極(80)が設けられており、
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチそれぞれの高電位側端子の電極は、絶縁層を介して前記冷却面に対向配置されており、
前記高電位容量成分は、前記ハイサイドスイッチの高電位側端子の電極と前記冷却面との間に形成された浮遊容量(50)で構成されており、
前記低電位容量成分は、前記ローサイドスイッチの低電位側端子の電極と前記冷却面との間に形成された浮遊容量(53)で構成されている請求項9に記載の電力変換装置。
The ground conductor is a cooler (100) having a cooling surface for cooling the high-side switch and the low-side switch;
Each of the high side switch and the low side switch has a pair of opposed flat surfaces,
Of the pair of flat surfaces of the high side switch, one surface is provided with an electrode (71) of a high potential side terminal of the high side switch, and the other surface is provided with a low potential side terminal of the high side switch. An electrode (70) is provided;
Of the pair of flat surfaces of the low side switch, one surface is provided with an electrode (81) of a high potential side terminal of the low side switch, and the other surface is provided with an electrode (80) of a low potential side terminal of the low side switch. ) Is provided,
The electrodes of the high-side switch and the high-potential-side terminal of each of the low-side switches are arranged to face the cooling surface via an insulating layer,
The high-potential capacitance component is constituted by a stray capacitance (50) formed between an electrode of a high-potential-side terminal of the high-side switch and the cooling surface,
The power converter according to claim 9, wherein the low-potential capacitance component is configured by a stray capacitance (53) formed between an electrode of a low-potential-side terminal of the low-side switch and the cooling surface.
前記高電位容量成分及び前記低電位容量成分のうち少なくとも1つは、受動素子としてのコンデンサ素子で構成されている請求項9又は10に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 9, wherein at least one of the high-potential capacitance component and the low-potential capacitance component is configured by a capacitor element as a passive element. 前記ダイオード素子にリカバリ電流が流れている期間において、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチのうち前記ダイオード素子が逆並列接続されたスイッチのオン操作を禁止する禁止部を備える請求項1〜11のいずれか1項に記載の電力変換装置。   12. A prohibition unit for prohibiting an on operation of a switch of the high-side switch and the low-side switch to which the diode element is connected in anti-parallel during a period in which a recovery current is flowing through the diode element. The power converter according to claim 1. 前記ダイオード素子は、シリコンダイオードである請求項1〜12のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 12, wherein the diode element is a silicon diode.
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