JP2020150648A - スナバモジュール、スナバ装置および電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1 特開2016−144340号公報
特許文献2 特開2012−95473号公報
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、半導体モジュールの端子に装着するスナバ装置を構成するスナバモジュールが提供される。スナバモジュールは、半導体モジュールの正側端子に接続される正側スナバ端子および半導体モジュールの負側端子に接続される負側スナバ端子の間に順に接続される、正側コンデンサ、第1ダイオード、および負側コンデンサを備えてよい。スナバモジュールは、正側コンデンサおよび第1ダイオードの間の第1ノード、および、負側コンデンサおよび第1ダイオードの間の第2ノードのうちの何れか一方のノードに直接または間接に接続される第1連結端子を備えてよい。スナバモジュールは、正側コンデンサ、負側コンデンサおよび第1ダイオードを収容し、正側スナバ端子、負側スナバ端子および第1連結端子が外部接続可能に設けられた筐体を備えてよい。
スナバモジュールは、一方のノードと、第1連結端子との間に設けられ負側端子の側から正側端子の側に電流を流す第2ダイオードをさらに備えてよい。
スナバモジュールは、第1ノード、および、第2ノードのうち一方のノードとは異なる他方のノードに直接または間接に接続される第2連結端子をさらに備えてよい。
スナバモジュールは、他方のノードと、第2連結端子との間に設けられ負側端子の側から正側端子の側に電流を流す第3ダイオードをさらに備えてよい。
第1連結端子および第2連結端子の少なくとも一方は、筐体から電線を介して引き出されてよい。
スナバモジュールは、一方のノードを挟み、第1ノードおよび第2ノードのうち一方のノードとは異なる他方のノードと、正側スナバ端子または負側スナバ端子とを接続した経路上に設けられ負側端子の側から正側端子の側に電流を流す第4ダイオードをさらに備えてよい。
本発明の第2の態様においては、スナバ装置が提供される。スナバ装置は、第1の態様のスナバモジュールを少なくとも1つ備えてよい。
本発明の第3の態様においては、スナバ装置が提供される。スナバ装置は、項目1または2のスナバモジュールと、項目3から5の何れか1つのスナバモジュールとをそれぞれ少なくとも1つ備えてよい。各スナバモジュールは、第1連結端子および第2連結端子を介して順に接続されてよい。
スナバ装置は、正側端子側から負側端子側へと電流を流す並列な複数の充電パスを有してよい。スナバ装置は、負側端子側から正側端子側へと電流を流す並列な複数の放電パスを有してよい。各放電パスの配線インダクタンスが、各充電パスの配線インダクタンスよりも大きくてよい。
本発明の第4の態様においては、電力変換装置が提供される。電力変換装置は、半導体モジュールを備えてよい。電力変換装置は、第2の態様または第3の態様のスナバ装置を備えてよい。
図1は、本実施形態に係る半導体装置1の回路図である。半導体装置1は電力変換装置の一例であり、直流電力を多相(本実施形態では一例として3相)交流電力に変換する。半導体装置1は、コンデンサ10の各電極と電源出力端子19との接続を切り替えることで変換した電圧を電源出力端子19から出力する。なお、出力される交流電流の帰路は他の相の電源出力端子19であってよい。電源出力端子19には誘導負荷(図示せず)が接続されてよい。半導体装置1は、コンデンサ10と、1または複数(本実施形態では一例として相ごとに1つずつの計3つ)のスイッチ回路3と、スナバ回路2とを備える。なお、半導体装置1は直流電力を単相交流電力に変換してもよい。この場合に半導体装置1は、スイッチ回路3を1つのみ備え、直列接続された2つのコンデンサ10を備えてよく、電源出力端子19から出力される交流電流の帰路をコンデンサ10の中点としてよい。
各スイッチ回路3は、スイッチング素子11、12および環流ダイオード13,14を有する。
スナバ回路2は、スイッチング素子11,12が電流を遮断した場合に生じるサージ電圧を吸収して半導体装置1の各素子を保護する。スナバ回路2は、半導体モジュール5の正側端子51,負側端子52に装着されるスナバ装置7として実装されてよい。
続いて、スナバ回路2の動作について説明する。なお、本実施形態では、説明の簡略化のため、1つのスイッチング素子11が駆動される場合について説明する。
=(Vp(2)+Vn(2))
=(Vp(3)+Vn(3))
=Vdc−off …(1)
=(Vn(1)+Vp(2))
=(Vn(2)+Vp(3))
=Vn(3)
=Vdc−on …(2)
=Vn(3)
=1.5×Vp(2)
=1.5×Vn(2)
=3×Vn(1)
=3×Vp(3) …(3)
図4〜図6は、第1の構成例〜第3の構成例に係るスナバモジュール70を示す。スナバ装置7は、少なくとも1つのスナバモジュール70を備えてよい。なお、本実施形態においては、必要に応じ構成例の番号「1」〜「3」を添え字とすることでスナバモジュール70や、その構成要素を区別して説明する。
図4は、第1の構成例に係るスナバモジュール701を示す。スナバモジュール701は、単独でスナバ装置7に用いられるか、或いは、スナバモジュール701〜703の何れかの上段側(本実施形態では一例として図中の左側)または下段側(本実施形態では一例として図中の右側)に接続される。
図5は、第2の構成例に係るスナバモジュール702を示す。スナバモジュール702は、単独でスナバ装置7に用いられるか、或いは、スナバモジュール701,703の上段側(本実施形態では一例として図中の左側)に接続される。なお、スナバモジュール701と同様の構成については適宜、説明を省略する。
第1連結端子752は、本実施形態では一例として負側コンデンサ213および第1ダイオード711の間の第2ノード722に直接または間接に接続される。この第1連結端子752は、正側の連結端子であり、正側端子51に接続されてよい。また、第1連結端子752は、複数のスナバモジュール70を多段に接続する場合には、他のスナバモジュール70の負側の連結端子(本実施形態では一例として、スナバモジュール701の第1連結端子751、または、スナバモジュール703の第1連結端子753)に接続されてもよい。
図6は、第3の構成例に係るスナバモジュール703を示す。スナバモジュール703は、単独でスナバ装置7に用いられるか、或いは、スナバモジュール701,702の下段側(本実施形態では一例として図中の右側)に接続される。なお、スナバモジュール701,702と同様の構成については適宜、説明を省略する。
第1連結端子753は、本実施形態では一例として正側コンデンサ211および第1ダイオード711の間の第1ノード721に直接または間接に接続される。本実施形態では一例として、第1連結端子753は第2ダイオード712を介して第1ノード721に間接に接続される。但し、第2ダイオード712は必ずしもスナバモジュール703に具備されなくてよい。第2ダイオード712は、第1連結端子753に外部接続されてもよい。
図7は、スナバモジュール701〜703の外観を示す。なお、図中の上部分,下部分はスナバモジュール70を別々の方向から見た外観構成を示す。本実施形態では一例として図中の上部分はスナバモジュール70を側方から見た外観を示し、図中の下部分はスナバモジュール70を上方から見た外観を示す。
図8は、スナバモジュール70の接続例を示す。
図9は、半導体装置1の外観構成を示す。半導体装置1は、3つの半導体モジュール5と、スナバ装置7とを備える。
図10は、配線バー79の変形例を示す。スナバモジュール70同士は、ループ状の配線バー79によって接続されてもよい。この場合には、各放電パス22の配線インダクタンスを、各充電パス21の配線インダクタンスよりも確実に大きくすることができる。従って、半導体モジュール5によって電流が流される場合に放電電流のピークを抑制することができる。
なお、上記の実施形態および変形例においては、半導体装置1を直流電力から交流電力への電力変換装置として説明したが、交流電力から直流電力への電力変換装置としてもよいし、周波数や位相、電圧、相数などを変換する電力変換装置としてもよい。また、半導体装置1は、半導体モジュール5でスイッチングを行う限りにおいて、電力変換を行わなくてもよい。
Claims (10)
- 半導体モジュールの端子に装着するスナバ装置を構成するスナバモジュールであって、
前記半導体モジュールの正側端子に接続される正側スナバ端子および前記半導体モジュールの負側端子に接続される負側スナバ端子の間に順に接続される、正側コンデンサ、第1ダイオード、および負側コンデンサと、
前記正側コンデンサおよび前記第1ダイオードの間の第1ノード、および、前記負側コンデンサおよび前記第1ダイオードの間の第2ノードのうちの何れか一方のノードに直接または間接に接続される第1連結端子と、
前記正側コンデンサ、前記負側コンデンサおよび前記第1ダイオードを収容し、前記正側スナバ端子、前記負側スナバ端子および前記第1連結端子が外部接続可能に設けられた筐体と、
を備えるスナバモジュール。 - 前記一方のノードと、前記第1連結端子との間に設けられ前記負側端子の側から前記正側端子の側に電流を流す第2ダイオードをさらに備える、請求項1に記載のスナバモジュール。
- 前記第1ノード、および、前記第2ノードのうち前記一方のノードとは異なる他方のノードに直接または間接に接続される第2連結端子をさらに備える、請求項1または2に記載のスナバモジュール。
- 前記他方のノードと、前記第2連結端子との間に設けられ前記負側端子の側から前記正側端子の側に電流を流す第3ダイオードをさらに備える、請求項3に記載のスナバモジュール。
- 前記第1連結端子および前記第2連結端子の少なくとも一方は、前記筐体から電線を介して引き出される、請求項3または4に記載のスナバモジュール。
- 前記一方のノードを挟み、前記第1ノードおよび前記第2ノードのうち前記一方のノードとは異なる他方のノードと、前記正側スナバ端子または前記負側スナバ端子とを接続した経路上に設けられ前記負側端子の側から前記正側端子の側に電流を流す第4ダイオードをさらに備える、請求項1または2に記載のスナバモジュール。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載のスナバモジュールを少なくとも1つ備えるスナバ装置。
- 請求項1または2に記載のスナバモジュールと、
請求項3から5のいずれか一項に記載のスナバモジュールと
をそれぞれ少なくとも1つ備え、
各スナバモジュールは、前記第1連結端子および前記第2連結端子を介して順に接続される、スナバ装置。 - 前記スナバ装置は、
前記正側端子側から前記負側端子側へと電流を流す並列な複数の充電パスと、
前記負側端子側から前記正側端子側へと電流を流す並列な複数の放電パスと、
を有し、
各放電パスの配線インダクタンスが、各充電パスの配線インダクタンスよりも大きい、請求項8に記載のスナバ装置。 - 半導体モジュールと、
請求項7から9のいずれか一項に記載のスナバ装置と、
を備える電力変換装置。
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