JP2020096431A - 過電流検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化、信頼性の低下及び消費電力の増大を招くことなく、過電流を精度良く検出し得る過電流検知装置を提案する。【解決手段】並列に接続され、それぞれ高電圧端子２３、３３及び低電圧端子２６、３６からなる一対の主端子対と、主端子対間を流れる電流を制御する一対の制御端子対２４、３４とを有する複数のパワー半導体モジュール２２、３２を流れる過電流を検知する機能を有する電力変換装置において、それぞれカソード端子が互いに異なるパワー半導体モジュール２２、３２の低電圧端子に接続され、アノード端子がオア接続された複数のダイオード４２Ａ、４２Ｂと、各パワー半導体モジュール２２、３２に流れる過電流を検出する過電流検出回路とを設け、過電流検出回路における各パワー半導体モジュール２２、３２の低電圧端子との接続用端子に各ダイオード４２Ａ、４２Ｂのオア接続されたアノード端子を接続する。【選択図】図１

Description

本発明は過電流検知装置に関し、特に、２レベルインバータ回路を構成するパワー半導体の過電流を検知する過電流検知回路に適用して好適なものである。

直流電力を交流電力に変換するインバータや、交流電力を直流電力に変換するコンバータなどの電力変換装置では、過負荷や負荷の短絡などにより過電流が流れ、パワー半導体が破壊することがある。

このようなパワー半導体の破壊を防止するための機能として、従来、短絡保護機能がある。例えば特許文献１には、パワー半導体に電流が流れるときに半導体モジュール内の配線の寄生インダクタンスにそのときの電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）に比例した電圧が発生することを利用して過電流を検知し、パワー半導体素子に流れ込む電流を遮断する方式が開示されている。

ところで、近年、鉄道車両の電力変換装置用の高電圧・大電力のパワー半導体パッケージとして、新しいフルＳｉＣ（シリコンカーバイト）素子に対応した２素子一体型のパッケージが普及し始めている。

この種のパッケージでは、高速スイッチングが可能なフルＳｉＣ素子に対応し、システムを小型化するためにインバータの上下アームの２素子を１つのパッケージに収容することにより内部のインダクタンスを低減している。

また、かかるパッケージでは、従来のパッケージのように電流容量別にサイズの異なるものを用意するのではなく、小電流容量のパッケージ品を必要な電流に合わせて複数並列接続して使用することができ、これによりシステムのシンプル化を図れるようになされている。

特開２０００−３２４８４６号公報 特開２００５−５１９０１号公報

上述のように、今後、大電力の電力変換システムでは、複数の小電流容量のパワー半導体モジュールを複数並列接続して使用することが予測される。しかしながら、このように構成された大電力の電力変換システムに特許文献１の短絡保護方式を採用する場合、パワー半導体駆動用のゲート駆動装置をパワー半導体素子に対して１対１に設ける必要があった。

例えば、特許文献２には、並列接続された２つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を制御するために、各ＩＧＢＴのゲート端子電圧をそれぞれ異なるゲート駆動装置でそれぞれコントロールすることが開示されている。この結果、ゲート駆動装置の基板枚数の増加による装置の大型化や部品点数の増加による信頼性の低下、さらには消費電力の増大を招くことになるという問題があった。

このような問題を解決するための１つの方法として、１つのゲート駆動装置に複数のパワー半導体モジュールを並列に接続して駆動する方法が考えられる。しかしながら、特許文献１の過電流検知方式によると、並列に接続された複数のパワー半導体モジュール間で過電流値に差が生じている場合に各パワー半導体モジュールの過電流検出用信号線を１つのゲート駆動装置に接続すると、複数のパワー半導体モジュールの電流検出用信号線同士が短絡されてしまうために、過電流検出信号が電圧の高いパワー半導体モジュールから電圧の低いパワー半導体モジュールに寄生電流が流れてしまい、過電流検出値が低下して正確に過電流を検出できないという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、装置の大型化、信頼性の低下及び消費電力の増大を招くことなく、過電流を精度良く検出し得る過電流検知装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、並列に接続され、それぞれ高電圧端子及び低電圧端子からなる一対の主端子対と、前記主端子対間を流れる電流を制御する一対の制御端子対とを有する複数のパワー半導体モジュールを流れる過電流を検知する過電流検知装置において、それぞれカソード端子が互いに異なる前記パワー半導体モジュールの前記低電圧端子に接続され、アノード端子がオア接続された複数のダイオードと、各前記パワー半導体モジュールに流れる過電流を検出する過電流検出回路とを設け、前記過電流検出回路における各前記パワー半導体モジュールの前記低電圧端子との接続用端子に各前記ダイオードのオア接続された前記アノード端子を接続するようにした。

本発明の過電流検知装置によれば、パワー半導体モジュールごとのゲート駆動装置を設ける必要がなく、また電圧の高いパワー半導体モジュールから電圧の低いパワー半導体モジュールに寄生電流が流れることを抑止することができる。

本発明によれば、装置の大型化、信頼性の低下及び消費電力の増大を招くことなく、過電流を精度良く検出し得る過電流検知装置を実現できる。

第１の実施の形態による電力変換装置の全体構成を示す図である。 第２の実施の形態による電力変換装置の一部構成を示す図である。 第２の実施の形態の変形例を示す図である。 第３の実施の形態による電力変換装置の一部構成を示す図である。 第４の実施の形態による電力変換装置の一部構成を示す図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
図１において、１は全体として鉄道車両に搭載された本実施の形態による電力変換装置を示す。この電力変換装置１は、プラス電源線２及びマイナス電源線３と、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各上アーム４Ａ（４ＵＡ，４ＶＡ，４ＷＡ）及び各下アーム４Ｂ（４ＵＢ，４ＶＢ，４ＷＢ）と、これらＵ相、Ｖ相及びＷ相の各上アーム４Ａ及び各下アーム４Ｂとそれぞれ対応付けて設けられたゲート駆動装置５Ａ（５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ），５Ｂ（５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ）と、各ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂに切替え制御信号を送信するコントローラ６と、コントローラ６及び各ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂ間を接続する制御指令信号線７とを備えて構成される。

プラス電源線２は、フィルタリアクトル１０、遮断器１１及びパンタグラフ１２を順次介して架線１３に接続され、マイナス電源線３は、車輪１４を介してレール１５に接続（接地）される。またプラス電源線２及びマイナス電源線３間は、フィルタリアクトル１０と共に20〜50（Hz）程度以上のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを構成するフィルタコンデンサ１６を介して接続されている。遮断器１１は、過電流及び過電圧が発生した際に電源を遮断し、電力変換装置１を保護するために設けられる。電力変換装置１により駆動される電動機１７は、電力変換装置１のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各出力端子１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗにそれぞれ接続される。

一方、Ｕ相の上アーム４Ａ（４ＵＡ）は、それぞれＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴなどから構成されるパワー半導体２０，３０と、当該パワー半導体２０，３０に並列接続された帰還ダイオード２１，３１とから構成される第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２を備える。そして第１のパワー半導体モジュール２２のパワー半導体２０（以下、適宜、これを第１のパワー半導体２０と呼ぶ）のドレインが接続された第１のパワー半導体モジュール２２の高電圧端子２３と、第２のパワー半導体モジュール３２のパワー半導体３０（以下、適宜、これを第２のパワー半導体３０と呼ぶ）のドレインが接続された第２のパワー半導体モジュール３２の高電圧端子３３とがそれぞれプラス電源線２に接続されている。

また、第１のパワー半導体２０のゲート端子が接続された第１のパワー半導体モジュール２２の第１の制御端子（以下、これをゲート端子と呼ぶ）２４と、第２のパワー半導体３０のゲート端子が接続された第２のパワー半導体モジュール３２の第１のゲート端子３４とは、それぞれ対応するゲート駆動装置５Ａ（５ＵＡ）のゲート出力端子５０に接続される。

さらに、第１のパワー半導体２０のソースセンス端子は、第１のパワー半導体モジュール２２の第２の制御端子（以下、これをソースセンス端子と呼ぶ）２５及び低電圧端子２６にそれぞれ接続されると共に、第２のパワー半導体３０のソースセンス端子は、第２のパワー半導体モジュール３２のソースセンス端子３５及び低電圧端子３６にそれぞれ接続される。

そして、第１のパワー半導体モジュール２２のソースセンス端子２５と、第２のパワー半導体モジュール３２のソースセンス端子３５とは、ソースセンス配線４０を介して対応するゲート駆動装置５Ａ（５ＵＡ）のグランド（ＧＮＤ）端子５１に接続されている。また、第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６と、第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６とは、いずれもＵ相のモータ負荷線４１Ｕに接続されている。

さらに第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６には、双方のアノード端子が結線された第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂのうちの第１の並列接続用ダイオード４２Ａのカソード端子が接続されると共に、第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６には、第２の並列接続用ダイオード４２Ｂのカソード端子が接続されている。そして、これら第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂの接続中点が対応するゲート駆動装置５Ａ（５ＵＡ）の過電流検知端子５２に接続されている。

なお図１において、符号２７は、第１のパワー半導体モジュール２２の寄生インダクタンス、符号２８は、第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６及びＵ相のモータ負荷配線４１Ｕ間を接続する配線の寄生インダクタンスである。また符号３７は、第２のパワー半導体モジュール３２の寄生インダクタンス、符号３８は、第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６及びＵ相のモータ負荷配線４１Ｕ間を接続する配線の寄生インダクタンスである。さらに符号４０Ａは、ソースセンス配線４０の寄生インダクタンスであり、符号４１ＵＡは、Ｕ相のモータ負荷配線４１Ｕの寄生インダクタンスである。

Ｖ相及びＷ相の各上アーム４Ａや、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各下アーム４ＢもそれぞれＵ相の上アーム４Ａと同じ構成を有する。ただし、Ｖ相の上アーム４Ａでは、第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６及び第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６が、それぞれＶ相のモータ負荷線４１Ｖに接続される。またＷ相の上アーム４Ａでは、第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６及び第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６が、それぞれＷ相のモータ負荷線４１Ｗに接続される。

さらにＵ相の下アーム４Ｂでは、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の各高電圧端子２３，３３がそれぞれＵ相のモータ負荷線４１Ｕにそれぞれ接続されると共に、これら第１及び第２のパワー半導体モジュール２３，３３の各低電圧端子２６，３６がそれぞれマイナス電源線３にそれぞれ接続される。

同様に、Ｖ相の各下アーム４Ｂでは、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の各高電圧端子２３，３３がそれぞれＶ相のモータ負荷線４１Ｖにそれぞれ接続されると共に、これら第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の各低電圧端子２６，３６がそれぞれマイナス電源線３にそれぞれ接続される。

またＷ相の各下アーム４Ｂでは、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の各高電圧端子２３，３３がそれぞれＷ相のモータ負荷線４１Ｗにそれぞれ接続されると共に、これら第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の各低電圧端子２６，３６がそれぞれマイナス電源線３にそれぞれ接続される。

一方、各ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂは、過電流検出回路を構成する積分回路５３及び比較回路５４と、ゲート出力切替え回路５５及びゲート駆動回路５６とを備えて構成される。

積分回路５３は、第１のパワー半導体モジュール２２の寄生インダクタンス２７及び第２のパワー半導体モジュール３２の寄生インダクタンス２７に発生する電圧を積分して、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２に流れる電流を出力する回路であり、オペアンプ６０と、当該オペアンプ６０のマイナス端子及び出力端間に並列接続されたコンデンサ６１及び抵抗６２と、当該オペアンプ６０のマイナス端子に接続された抵抗６３とから構成される。

そして、積分回路５３においては、オペアンプ６０のプラス端子がゲート駆動装置５Ａのグランド（ＧＮＤ）端子５１を介して対応するＵ相、Ｖ相又はＷ相の上アーム４Ａ又は下アーム４Ｂを構成する第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２のソースセンス端子２５，３５とそれぞれ接続され、オペアンプ６０のマイナス端子がＤＣカットコンデンサ５７及びゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの過電流検知端子５２を介して第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂの接続中点と接続されている。

また比較回路５４は、積分回路５３の出力（第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２に流れる電流）を、予め設定された閾値（以下、これを遮断閾値と呼ぶ）と比較し、積分回路５３の出力が遮断閾値以下の場合には論理「０」レベルの比較結果信号をゲート出力切替え回路５５に出力し、積分回路５３の出力が遮断閾値を超えた場合に論理「１」レベルの比較結果信号をゲート出力切替え回路５５に出力する。

ゲート出力切替え回路５５は、比較回路５４から与えられる比較結果信号に基づいて、比較結果信号の論理レベルが論理「０」のときには、後述のようにコントローラ６から与えられる切替え制御信号に応じた駆動信号をゲート駆動回路５６に出力し、比較結果信号の論理レベルが論理「１」のときには、ゲート駆動回路５６に駆動信号を出力するのを停止する。

ゲート駆動回路５６は、比較結果信号の論理レベルが論理「0」のときにゲート出力切替え回路５５から与えられる駆動信号に基づいて、切替え制御信号に応じてＰＭＷ変調された駆動パルスを、ゲート出力端子５０を介して対応するＵ相、Ｖ相またはＷ相の上アーム４Ａ又は下アーム４Ｂの第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２のゲート端子２４，３４に印加する。これにより第１及び第２のパワー半導体２０，３０がスイッチング動作を開始する。

またゲート駆動回路５６は、ゲート出力切替え回路５５からの駆動信号が停止した場合には、ゲート出力端子５０を介して対応するＵ相、Ｖ相またはＷ相の上アーム４Ａ又は下アーム４Ｂの第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２のゲート端子２４，３４に駆動パルスを印加するのを停止する。これにより第１及び第２のパワー半導体２０，３０がスイッチング動作を停止する。

コントローラ６は、電力変換装置１の動作を制御する制御装置である。実際上、コントローラ６には、図示しない運転台から、当該運転台に設けられたノッチに対する運転手の操作内容に応じた指令が与えられる。そしてコントローラ６は、この指令に基づいて、かかる操作内容に応じた電力を電動機１７に供給するためのＵ相用、Ｖ相用及びＷ相用の切替え制御信号ＳＩＵＡ，ＳＩＵＢ，ＳＩＶＡ，ＳＩＶＢ、ＳＩＷＡ，ＳＩＷＢをそれぞれ生成し、生成したこれらの切替え制御信号ＳＩＵＡ，ＳＩＵＢ，ＳＩＶＡ，ＳＩＶＢ、ＳＩＷＡ，ＳＩＷＢをそれぞれ対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂにそれぞれ出力する。

以上の構成を有する本実施の形態の電力変換装置１では、各ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂが、コントローラ６から与えられる切替え制御信号ＳＩＵＡ，ＳＩＵＢ，ＳＩＶＡ，ＳＩＶＢ、ＳＩＷＡ，ＳＩＷＢに応じてＰＷＭ変調した駆動パルスをゲート出力端子５０を介して対応するＵ相、Ｖ相又はＷ相の上アーム４Ａ又は下アーム４Ｂの第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２のゲート端子２４，３４に印加する。

この結果、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の上アーム４Ａ及び下アーム４Ｂにおいて、第１及び第２のパワー半導体２０，３０のスイッチング動作が行われ、かくして生成されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各交流電力がそれぞれ対応するＵ相、Ｖ相又はＷ相のモータ負荷線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗと、Ｕ相、Ｖ相又はＷ相の出力端子１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗとを順次介して電動機１７に印加される。これにより運転台に設けられたノッチに対する運転手の操作に応じた速度で電動機１７が回転駆動される。

ここで本実施の形態の電力変換装置１の特徴は、上述のようにＵ相、Ｖ相及びＷ相の各上アーム４Ａ及び下アーム４Ｂにおいて、第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６及び第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６にそれぞれ第１又は第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂのカソード端子を直列に接続すると共に、これら第１又は第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂのアノード端子をオア接続（並列接続）し、その接続中点を対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの過電流検知端子５２に接続した点にある。

上アーム４Ａや下アーム４Ｂにおいて、第１のパワー半導体２０に電流が流れると、第１のパワー半導体モジュール２２の寄生インダクタンス２７に流れる電流の変化率（ｄｉ／ｄｔ）に比例した第１の電圧が発生する。同様に、第２のパワー半導体３０に電流が流れると、当該第２のパワー半導体モジュール３２の寄生インダクタンス３７に流れる電流の変化率に比例した第２の電圧が発生する。

この場合、かかる第１及び第２の電圧は、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の電気的特性が異なるために必ずしも一致しない。具体的には、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２におけるオン抵抗及び閾値電圧などは製造ばらつきのために同じではなく、さらにこれら第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２と、対応するモータ負荷線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗとを接続する配線の長さの差などによりこれら配線の寄生インダクタンス２８，３８も異なるためである。

このため第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６と、第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６とを対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの過電流検知端子５２に直接結線した場合、これら第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の低電圧端子２６，３６同士が短絡することになり、上述した電位差により第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２間に電流が流れることになる。

そして、このような電流が流れた場合、一方の第１又は第２のパワー半導体モジュール２２，３２のパワー半導体２０，３０だけが過電流検知電流に達しているときに、他方の第２又は第１のパワー半導体モジュール３２，２２の低電圧端子３６，２６に電流が流れ込み、当該低電圧端子３６，２６に発生する電圧が低下してしまって、過電流を適切に検知できなくなる。

この点について、本実施の形態の電力変換装置１によれば、第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂを第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の低電圧端子２６，３６間に配置しているため、これら第１及び第２の半導体モジュール２２，３２間の電流による検知電圧の低下を有効に防止することができる。

次に、かかる過電流検知機能に関する動作を説明する。対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂからオン指令を受けた第１のパワー半導体モジュール２２のパワー半導体２０及び第２のパワー半導体モジュール３２の第２のパワー半導体３０は、それぞれスイッチングを開始して電流を流し始める。このときの電流の増加により第１のパワー半導体モジュール２２の寄生インダクタンス２７に上述の第１の電圧が発生すると共に、第２のパワー半導体モジュール３２の寄生インダクタンス３７に上述の第２の電圧が発生する。

このとき、例えば、インバータ主回路に異常があり、負荷が短絡するなどして第１及び第２のパワー半導体２０，３０を流れる電流が急激に増加すると、かかる第１及び第２の電圧が所定値よりも大きくなり、これら第１及び第２の電圧が検知レベルを超えると、ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの積分回路５３及び比較回路５４から構成される短絡保護回路が動作してゲート切替え回路５５からゲート駆動回路５６に出力される駆動信号を遮断させる。これにより第１及び第２のパワー半導体２０，３０を過電流に起因する破壊から保護することができる。

このように本実施の形態の電力変換装置１によれば、パワー半導体モジュール２２，３２ごとのゲート駆動装置５Ａ，５Ｂを設ける必要がなく、また電圧の高いパワー半導体モジュール２２，３２から電圧の低いパワー半導体モジュール２２，３２に寄生電流が流れることを抑止することができ、かくして装置の大型化、信頼性の低下及び消費電力の増大を招くことなく、過電流を精度良く検出することができる。

（２）第２の実施の形態
図１との対応部分に同一符号を付して示す図２は、第２の実施の形態による電力変換装置におけるＵ相、Ｖ相及びＷ相の上アーム４Ａ及び下アーム４Ｂの第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２と、当該上アーム４Ａ又は下アーム４Ｂに対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂとの接続関係を示す。

本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂに対して第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２が並列に接続される。

このときスイッチング動作時のゲート電圧変動を抑制するため、ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂのゲート出力端子５０並びに第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２のゲート端子２４，３４間を接続するゲート配線７０と、ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂのグランド端子５１並びに第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の第１のソースセンス端子２５，３５間を接続するグランド配線７１とが、平行平板の対となるバーをラミネート加工により絶縁処理した１枚のラミネートブスバー化した配線基板７３により構成されている。

また第１のパワー半導体モジュール２２のパッケージ上には、当該第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６にカソード端子が接続された第１の並列接続用ダイオード４２Ａが実装されると共に、第２のパワー半導体モジュール３２のパッケージ上には、当該第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６にカソード端子が接続された第２の並列接続用ダイオード４２Ｂが実装され、これら第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂのアノード端子がオア接続されて過電流検知信号線７２を介して対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの過電流検知端子５２に接続されている。

このように本実施の形態においては、第１の並列接続用ダイオード４２Ａが第１のパワー半導体モジュール２２のパッケージ上に実装されると共に、第２の並列接続用ダイオード４２Ｂが第２のパワー半導体モジュール３２のパッケージ上に実装されているため、第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂと、対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの過電流検知端子５２との接続を１本の過電流検知信号線７２により行うことができる。

そして、このようにゲート駆動装置５Ａ，５Ｂと、第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂとの間を１本の過電流検知信号線７２だけで接続することにより、ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂと、第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂとの間をそれぞれ別の過電流検知信号線７２で接続する場合に比べて、新幹線などの高速車両や海外の機関車などの高電圧の主回路に適用する場合に問題となるノイズによる過電流検知信号線７２への誤信号の誘導のリスクを低減することができ、かくして信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。

なお本実施の形態では、ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂ並びに第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２間を接続するゲート配線７０及びグランド配線７１を、１枚の配線基板７３により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、図２との対応部分に同一符号を付した図３に示すように、ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂのゲート出力端子５０並びに第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２のゲート端子２４，３４間を接続するゲート配線７０と、ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂのグランド端子５１並びに第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２の第１のソースセンス端子１６間を接続するグランド配線７１とをそれぞれラミネートブスバー化した別々の配線基板７４Ａ，７４Ｂにより構成するようにしてもよい。

ラミネートブスバー化した配線基板７３，７４Ａ，７４Ｂは、間隔数がミリメートル単位で近接した２枚の平板の組合せで配線を構成したものであり、このような構成とすることによりゲート駆動装置５Ａ，５Ｂ並びに第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２間を接続するゲート配線７０及びグランド配線７１のインダクタンスを低減できる。また、このような構成とすることによりゲート駆動装置５Ａ，５Ｂによるパワー半導体２０，３０（図１）の制御性を向上させることができる。

なお、過電流検知信号線７２についても同様にラミネートブスバー化した配線基板で構成することができ、このようにすることにより過電流検知信号線７２の寄生インダクタンスを下げて、ノイズによる誘導リスクを低減することができる。

（３）第３の実施の形態
第２の実施の形態のように第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂを第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２上に実装する場合、第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂは、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２が発する熱による熱ストレスを受け易くなる。

この場合、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２を構成するパワー半導体２０，３０が例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのような高熱を発しないパワー半導体であれば問題はないが、かかるパワー半導体２０，３０が近年普及が始まっているＳｉＣパワー半導体などのように高熱を発するパワー半導体の場合には、第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂの劣化が発生する。

そこで本実施の形態の場合、第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂを、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２のパッケージ上に実装することなく、これら第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２から離れた位置に配置する。以下、このような本実施の形態による電力変換装置の構成について説明する。

図１との対応部分に同一符号を付して示す図４は、第３の実施の形態による電力変換装置におけるＵ相、Ｖ相及びＷ相の上アーム４Ａ及び下アーム４Ｂの第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２と、当該上アーム４Ａ又は下アーム４Ｂに対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂとの接続関係を示す。

本実施の形態においても、第１及び第２の実施の形態と同様に、ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂに対して第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２が並列に接続される。

このとき第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂは、対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの近傍に配置され、これら第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂのアノード端子はオア接続されて当該ゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの過電流検知端子５２に接続される。

また第１の並列接続用ダイオード４２Ａのカソード端子は、第１の過電流検知信号線７５Ａを介して第１のパワー半導体モジュール２２の低電圧端子２６に接続されると共に、第２の並列接続用ダイオード４２Ｂのカソード端子は、第２の過電流検知信号線７５Ｂを介して第２のパワー半導体モジュール３２の低電圧端子３６に接続されている。

このように本実施の形態においては、第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂを対応するゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの近傍に配置する構成としたことにより、これら第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂが第１のパワー半導体モジュール２２や第２のパワー半導体モジュール３２が発する熱の影響を受けることを未然に防止することができる。これによりかかる熱に起因する第１及び第２の並列接続用ダイオード４２Ａ，４２Ｂの劣化を有効に防止でき、かくしてより一層と信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。

（４）第４の実施の形態
図１との対応部分に同一符号又は同一符号に添え字「Ｘ」若しくは「Ｙ」を付して示す図５は、第３の実施の形態による電力変換装置におけるＵ相、Ｖ相及びＷ相の上アーム４Ａ及び下アーム４Ｂの第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２と、当該上アーム４Ａ又は下アーム４Ｂに対応するゲート駆動装置５ＡＺ，５ＢＺとの接続関係を示す。本実施の形態においては、各ゲート駆動装置８０Ａ，８０Ｂがそれぞれ第１〜第３の実施の形態におけるゲート駆動装置５Ａ，５Ｂに対応する。

そして本実施の形態の場合、第１及び第２のパワー半導体モジュール２２，３２にそれぞれ対応させて、ゲート駆動装置５ＡＺ，５ＢＺに複数の積分回路５３Ｘ，５３Ｙ及び比較回路５４Ｘ，５４Ｙが設けられており、これら比較回路５４Ｘ，５４Ｙの出力がオア回路８１を介してゲート出力切替え回路５５に与えられる。またゲート駆動装置５ＡＺ，５ＢＺにはメモリ８２が設けられており、各比較回路５４Ｘ，５４Ｙの出力が一定周期でメモリ８２に格納される。

このように本実施の形態においては、各比較回路５４Ｘ，５４Ｙの出力をメモリ８２に蓄積するため、電力変換装置に故障が発生した場合に、メモリ８２に蓄積された各比較回路５４Ａ，５４Ｂの出力を故障原因を特定する際の情報として利用することができる。

なお上述の実施の形態においては、各比較回路５４Ｘ，５４Ｙの出力を一定周期でメモリ８２に格納するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、各比較回路５４Ｘ，５４Ｙの出力をコントローラ６（図１）に送信し、コントローラ６においてこれらの情報を蓄積及び管理するようにしてもよい。

（５）他の実施の形態
なお上述の第１〜第４の実施の形態においては、第１及び第２のパワー半導体２０，３０をそれぞれ個別に第１又は第２のパワー半導体モジュール２２，３２としてモジュール化するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１及び第２のパワー半導体２０，３０を１つのモジュールにモジュール化してもよい。またＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相ごとに、上モジュール４Ａ及び下モジュール４Ｂをまとめて１つのモジュールにモジュール化するようにしてもよい。

また上述の第１〜第４の実施の形態においては、上モジュール４Ａ及び下モジュール４Ｂを２つのパワー半導体モジュール２２，３２（２つのパワー半導体２０，３０）により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、上モジュール４Ａ及び下モジュール４Ｂを３つ以上のパワー半導体モジュール（２つのパワー半導体）により構成するようにしてもよい。この場合においても、各パワー半導体モジュールの低電圧端子にそれぞれ別個のダイオードのカソード端子をそれぞれ接続し、これらダイオードのアノード端子をオア接続してゲート駆動装置５Ａ，５Ｂの過電流検知端子５２に接続するようにすればよい。

本発明は、並列接続されたパワー半導体モジュールの過電流を検知する種々の構成及び用途の過電流検知装置に広く適用することができる。

１……電力変換装置、４Ａ，４ＵＡ，４ＶＡ，４ＷＡ……上アーム、４Ｂ，４ＵＢ，４ＶＢ，４ＷＢ……下アーム、５Ａ，５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ，５Ｂ，５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ……ゲート駆動装置、６……コントローラ、１７……電動機、２０，３０……パワー半導体、２１，３１……帰還ダイオード、２２，３２……パワー半導体モジュール、２５，３５……ソースセンス端子、２６，３６……低電圧端子、２７，３７……寄生インダクタンス、４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ……モータ負荷線、４２Ａ，４２Ｂ……並列接続用ダイオード、５３……積分回路、５４……比較回路、５５……ゲート出力切替え回路、５６……ゲート駆動回路、７０……ゲート配線、７１……グランド配線、７２……過電流検知信号線、７３，７４Ａ，７４Ｂ……配線基板。

Claims (4)

1. 並列に接続され、それぞれ高電圧端子及び低電圧端子からなる一対の主端子対と、前記主端子対間を流れる電流を制御する一対の制御端子対とを有する複数のパワー半導体モジュールを流れる過電流を検知する過電流検知装置において、
   それぞれカソード端子が互いに異なる前記パワー半導体モジュールの前記低電圧端子に接続され、アノード端子がオア接続された複数のダイオードと、
   各前記パワー半導体モジュールに流れる過電流を検出する過電流検出回路と
   を備え、
   前記過電流検出回路における各前記パワー半導体モジュールの前記低電圧端子との接続用端子に各前記ダイオードのオア接続された前記アノード端子が接続された
   ことを特徴とする過電流検知装置。
2. 各前記パワー半導体モジュールのパッケージ上に、当該パワー半導体モジュールの前記低電圧端子に前記カソード端子が接続された前記ダイオードが実装された
   ことを特徴とする請求項１に記載の過電流検知装置。
3. 前記過電流検出回路における各前記パワー半導体モジュールの前記低電圧端子との前記接続用端子と、各前記ダイオードのオア接続された前記アノード端子との間がラミネートブスバー化した配線基板により接続された
   ことを特徴とする請求項２に記載の過電流検知装置。
4. 複数の前記ダイオードが、並列に接続された各前記パワー半導体モジュールを駆動するゲート駆動装置の近傍に配置された
   ことを特徴とする請求項１に記載の過電流検知装置。

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