JP3482762B2 - Power module stack - Google Patents

Power module stack

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JP3482762B2
JP3482762B2 JP10203196A JP10203196A JP3482762B2 JP 3482762 B2 JP3482762 B2 JP 3482762B2 JP 10203196 A JP10203196 A JP 10203196A JP 10203196 A JP10203196 A JP 10203196A JP 3482762 B2 JP3482762 B2 JP 3482762B2
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俊明 井熊
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はインバータの出力
回路におけるハイパワー用半導体増幅機能素子(パワー
半導体素子)により構成したブリッジ回路の内の直列2
辺を形成するパワーモジュールスタックに係り、特に、
大容量インバータに最適な複数並列接続した大電力用パ
ワーモジュールの高速スイッチング特性を向上させたパ
ワーモジュールスタックに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a serial circuit 2 of a bridge circuit composed of high power semiconductor amplifying functional elements (power semiconductor elements) in an output circuit of an inverter.
The power module stack forming the side, in particular,
The present invention relates to a power module stack having improved high-speed switching characteristics of a large-power power module optimally connected in parallel for a large-capacity inverter.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な三相交流を出力するインバータ
回路は図3に示すように形成されている。インバータの
直流/交流変換部においては、図3に示すように交流の
各相ごとに、直列に接続した各一対の電力用半導体増幅
機能素子(電力用増幅機能素子という)の接続点から負
荷の対応相の電源回路に並列に接続し、負荷に電力を供
給する場合には、その交流周波数の位相関係に対応して
所定相の電力用増幅機能素子の導通、不導通を交互に制
御している。即ち、三相交流負荷の場合は、U相の電力
用増幅機能素子1UUと1UDを直列に接続してプラス
電源回路Pとマイナス電源回路Nとの間に接続し、電力
用増幅機能素子1UUと1UDの接続点から負荷2のU
相に接続し、V相の電力用増幅機能素子1VUと1VD
を直列に接続してプラス電源回路Pとマイナス電源回路
Nとの間に接続し、電力用増幅機能素子1VUと1VD
の接続点から負荷2のV相に接続し、W相の電力用増幅
機能素子1WUと1WDを直列に接続してプラス電源回
路Pとマイナス電源回路Nとの間に接続し、電力用増幅
機能素子1WUと1WDの接続点から負荷2のW相に接
続している。又、各電力用増幅機能素子1UU、1U
D、1VU、1VD、1WU、1WDは夫々ドライバ素
子3UU、3UD、3VU、3VD、3WU、3WDに
よって直列に接続された夫々の電力用増幅機能素子1U
Uと1UD、1VUと1VD、1WUと1WDが同時に
オンしないで負荷に適切な三相電力が供給されるように
制御されている。ドライバ素子3UU、3UD、3V
U、3VD、3WU、3WDは制御回路4によって上述
した制御信号を出力するように制御されている。制御回
路4には負荷各相U、V、Wの電流指令信号iUS、i
VS、iWSが入力する信号線が上位制御装置(図示せ
ず)から接続されている。又、インバータ回路には、負
荷各相U、V、Wの電流を検出して制御回路4に戻すフ
ィードバック回路を備えている。
2. Description of the Related Art A general inverter circuit that outputs three-phase alternating current is formed as shown in FIG. In the DC / AC converter of the inverter, as shown in FIG. 3, for each phase of AC, the load is connected from the connection point of each pair of power semiconductor amplification functional elements (referred to as power amplification functional element) connected in series. When connecting in parallel to the power supply circuit of the corresponding phase and supplying power to the load, the conduction and non-conduction of the power amplification function element of the predetermined phase are alternately controlled according to the phase relationship of the AC frequency. There is. That is, in the case of a three-phase AC load, the U-phase power amplification function elements 1UU and 1UD are connected in series and connected between the positive power supply circuit P and the negative power supply circuit N, and the power amplification function elements 1UU and U of load 2 from the connection point of 1UD
1VU and 1VD for V phase power amplification function element connected to the phase
Are connected in series and are connected between the positive power supply circuit P and the negative power supply circuit N, and the power amplification function elements 1VU and 1VD are connected.
Is connected to the V phase of the load 2 from the connection point of, and the W phase power amplification function elements 1WU and 1WD are connected in series and connected between the positive power supply circuit P and the negative power supply circuit N to obtain the power amplification function. The connection point between the elements 1WU and 1WD is connected to the W phase of the load 2. Also, each power amplification function element 1UU, 1U
D, 1VU, 1VD, 1WU, and 1WD are respective power amplification function elements 1U connected in series by driver elements 3UU, 3UD, 3VU, 3VD, 3WU, and 3WD.
It is controlled so that U and 1UD, 1VU and 1VD, 1WU and 1WD do not turn on at the same time, and appropriate three-phase power is supplied to the load. Driver element 3UU, 3UD, 3V
U, 3VD, 3WU, and 3WD are controlled by the control circuit 4 so as to output the above-mentioned control signals. The control circuit 4 includes current command signals iUS, i for the load phases U, V, W.
Signal lines input to VS and iWS are connected from a host controller (not shown). Further, the inverter circuit is provided with a feedback circuit that detects the currents of the load phases U, V, and W and returns them to the control circuit 4.

【0003】上述の回路構成において、一般的なインバ
ータは電力用増幅機能素子に高速スイッチング特性を備
えた半導体スイッチング素子を使用し、正弦波形状の出
力振幅に比例した幅のパルスを出力するPWM方式が使
用され、電源回路の内のプラス電源回路Pとマイナス電
源回路Nとの間には、大電力スイッチングの影響を軽減
するために大容量の電解コンデンサ5が並列に接続され
ている。即ち、制御回路4においては、電流指令信号i
US、iVS、iWSの値と各相の負荷電流値を比較
し、負荷電流値が指令信号の値に一致するようにPWM
方式のスイッチング信号を作成して、各ドライバ素子3
UU、3UD、3VU、3VD、3WU、3WDに供給
している。
In the above-mentioned circuit configuration, a general inverter uses a semiconductor switching element having a high-speed switching characteristic as a power amplification functional element, and outputs a pulse having a width proportional to the output amplitude of a sine wave shape. Is used, and a large-capacity electrolytic capacitor 5 is connected in parallel between the positive power supply circuit P and the negative power supply circuit N in the power supply circuit in order to reduce the influence of high power switching. That is, in the control circuit 4, the current command signal i
The US, iVS, and iWS values are compared with the load current value of each phase, and PWM is performed so that the load current value matches the value of the command signal.
The switching signal of the method is created, and each driver element 3
It supplies to UU, 3UD, 3VU, 3VD, 3WU and 3WD.

【0004】次に、図3に示したインバータ回路の一部
を詳細に記した図4によって大電力用インバータの例を
説明する。図4において、1U1〜1U4、1D1〜1
D4は図3に示した三相の高速スイッチング特性を備え
た電力用半導体増幅機能素子(以下パワー半導体素子と
称す)1UU、1UD、1VU、1VD、1WU、1W
Dの内の一相分の直列に接続されたパワー半導体素子を
示していて、プラス電源回路P側に接続したパワー半導
体素子と、マイナス電源回路N側に接続したパワー半導
体素子は、出力電力とパワー半導体素子の電力特性に対
応して、本例では、夫々4個の素子を並列接続してい
る。又、3Uは並列接続された4個のパワー半導体素子
1U1〜1U4のドライバ機能素子、3Dは並列接続さ
れた4個のパワー半導体素子1D1〜1D4のドライバ
機能素子であって、ドライバ機能素子3U、3Dに接続
する制御回路(図3に示した符号4)の図示説明は省略
している。又、5U1〜5U5及び5D1〜5D5は、
プラス電源回路Pとマイナス電源回路Nの間に接続した
コンデンサで、通常は電解コンデンサが使用され、本例
では電源電圧と必要な静電容量との対応で、5個並列に
接続した電解コンデンサ(以下コンデンサと称して説明
する)を2組直列に接続している。各コンデンサ5U1
〜5U5及び5D1〜5D5には、電圧バランスを取る
ための抵抗6が夫々接続されている。又、7U1〜7U
4及び7D1〜7D4は、夫々パワー半導体素子1U1
〜1U4及び1D1〜1D4の夫々のコレクタ、エミッ
タ端子間に並列に接続した安定動作補償用のスナバモジ
ュールである。大電力用インバータには、各パワー半導
体素子の発熱による温度上昇を防止するためのファン8
が設けられている。なお、8Mはファン8の駆動用モー
タである。上述した主要機能以外の説明は省略する。
Next, an example of a high power inverter will be described with reference to FIG. 4, which shows in detail a part of the inverter circuit shown in FIG. In FIG. 4, 1U1 to 1U4 and 1D1 to 1
D4 is a power semiconductor amplification function element (hereinafter referred to as a power semiconductor element) 1UU, 1UD, 1VU, 1VD, 1WU, 1W for power supply having the three-phase high-speed switching characteristic shown in FIG.
The power semiconductor elements connected in series for one phase of D are shown. The power semiconductor element connected to the positive power supply circuit P side and the power semiconductor element connected to the negative power supply circuit N side are output power. In this example, four elements are connected in parallel in accordance with the power characteristics of the power semiconductor elements. 3U is a driver function element of four power semiconductor elements 1U1 to 1U4 connected in parallel, and 3D is a driver function element of four power semiconductor elements 1D1 to 1D4 connected in parallel. The illustration of the control circuit (reference numeral 4 shown in FIG. 3) connected to the 3D is omitted. Also, 5U1-5U5 and 5D1-5D5 are
An electrolytic capacitor is normally used as a capacitor connected between the positive power supply circuit P and the negative power supply circuit N. In this example, five electrolytic capacitors (in parallel with each other) are connected in correspondence with the power supply voltage and the required capacitance. (Hereinafter referred to as capacitors) will be connected in series. Each capacitor 5U1
A resistor 6 for voltage balancing is connected to each of ~ 5U5 and 5D1-5D5. Also, 7U1-7U
4 and 7D1 to 7D4 are power semiconductor elements 1U1 respectively.
The snubber module for stable operation compensation is connected in parallel between the collector and emitter terminals of 1U4 and 1D1 to 1D4. The high power inverter includes a fan 8 for preventing a temperature rise due to heat generation of each power semiconductor element.
Is provided. In addition, 8M is a motor for driving the fan 8. Descriptions other than the main functions described above will be omitted.

【0005】上述したインバータ等に使用されるパワー
半導体素子1UU、1UD、1VU、1VD、1WU、
1WDに現状では最適な半導体素子として、図5に示さ
れるような形状の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
(以下IGBTという)を構成したパワーモジュールが
使用されている。図5において、同図(A)はパワーモ
ジュールの内部に構成される高速スイッチング特性を備
えたパワー半導体素子であるIGBTの等価回路、同図
(B)は平面図、同図(C)は正面図、同図(D)は側
面図である。各図における、Cはコレクタ端子、Eはエ
ミッタ端子、Gはゲート端子、eはゲート端子Gと対に
してドライバ素子に接続するエミッタ端子である。又、
Bはパワーモジュールの底部を示し、ファン8によって
強制冷却されるヒートシンク構造を有する所定の取り付
け機構に対し、取り付け孔bによってボルト止めする。
同図(C)に示すAは、このパワーモジュールの名称や
主要規格等を記した銘板である。
Power semiconductor devices 1UU, 1UD, 1VU, 1VD, 1WU used in the above-mentioned inverters, etc.
At present, a power module having an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) having a shape as shown in FIG. 5 is used as an optimum semiconductor element for 1WD. In FIG. 5, FIG. 5A is an equivalent circuit of an IGBT which is a power semiconductor element having high-speed switching characteristics configured inside a power module, FIG. 5B is a plan view, and FIG. The figure and the same figure (D) are side views. In each figure, C is a collector terminal, E is an emitter terminal, G is a gate terminal, and e is an emitter terminal paired with the gate terminal G and connected to the driver element. or,
B indicates the bottom of the power module, which is bolted to a predetermined mounting mechanism having a heat sink structure forcibly cooled by the fan 8 by a mounting hole b.
A shown in FIG. 6 (C) is a nameplate indicating the name, main standard, etc. of this power module.

【0006】次に、図5に示したパワーモジュールを図
4に示した回路に実装する従来例を図6によって説明す
る。図6は、図4に示したように、ブリッジ接続するイ
ンバータ出力回路の1相分の直列接続した電力用増幅機
能素子(図5に示したIGBT、以下パワーモジュール
と称す)関連回路を構成したパワーモジュールスタック
(以下スタックと略称する)を示し、下記以外は図4と
同一の符号を使用して説明を省略する。図6(A)はス
タックのケースを除いて示す側面図、同図(B)は同図
(A)のX−X′断面図である。図6において、3は並
列接続された4個のパワーモジュール1U1〜1U4の
ドライバ機能素子3Uと、並列接続された4個のパワー
モジュール1D1〜1D4のドライバ機能素子3Dを一
体に構成したドライバモジュールである。又、10GU
1〜10GU4は、並列接続された4個のパワーモジュ
ール1U1〜1U4の夫々のゲート端子G及びエミッタ
端子eとドライバモジュールの各対応出力端子とを接続
する縒線であり、10GD1〜10GD4は、並列接続
された4個のパワーモジュール1D1〜1D4の夫々の
ゲート端子G及びエミッタ端子eとドライバモジュール
の各対応出力端子とを接続する縒線である。10Rは並
列接続された4個のパワーモジュール1U1〜1U4と
並列接続された4個のパワーモジュール1D1〜1D4
との直列接続部を接続して出力回路を構成する銅板であ
って、負荷に接続する出力回路の図示は省略している。
又、パワーモジュール1U1〜1U4のコレクタ端子C
は銅板10Pによって図示しないプラス電源回路Pと、
並列接続された5個のコンデンサ5U1〜5U5の各プ
ラス端子に接続され、パワーモジュール1D1〜1D4
のエミッタ端子Eは銅板10Nによって図示しないマイ
ナス電源回路Nと、並列接続された5個のコンデンサ5
D1〜5D5の各マイナス端子に接続されている。さら
に、並列接続された5個のコンデンサ5U1〜5U5の
各マイナス端子と並列接続された5個のコンデンサ5D
1〜5D5の各プラス端子は銅板10Cによって接続さ
れている。又、11は絶縁板で、銅板10Nと平行に形
成した各銅板10R、10P、10Cとの間の接触を防
止するためのものである。図4、図5に示した回路の上
部で並列接続した4個の各パワーモジュール1U1〜1
U4と、回路の下部で並列接続した4個の各パワーモジ
ュール1D1〜1D4の夫々の底部Bはヒートシンク機
能を備えた構造体12に結合され、構造体12はファン
8によって強制冷却されている。図6(A)において、
1Uはパワーモジュール1U1〜1U4の列を、1Dは
パワーモジュール1D1〜1D4の列を、7Uはスナバ
モジュール7U1〜7U4の列を、7Dはスナバモジュ
ール7D1〜7D4の列を夫々示している。
Next, a conventional example in which the power module shown in FIG. 5 is mounted on the circuit shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, FIG. 6 configures a circuit for connecting one phase of the inverter output circuit in the bridge connection, which is connected in series and has a power amplification function element (IGBT shown in FIG. 5, hereinafter referred to as a power module) related circuit. A power module stack (hereinafter abbreviated as a stack) is shown, and the same reference numerals as those in FIG. FIG. 6 (A) is a side view showing the stack except the case, and FIG. 6 (B) is a sectional view taken along line XX ′ of FIG. 6 (A). In FIG. 6, 3 is a driver module in which the driver function element 3U of four power modules 1U1 to 1U4 connected in parallel and the driver function element 3D of four power modules 1D1 to 1D4 connected in parallel are integrally configured. is there. Also, 10 GU
1 to 10GU4 are twisted wires connecting the respective gate terminals G and emitter terminals e of the four power modules 1U1 to 1U4 connected in parallel to the corresponding output terminals of the driver module, and 10GD1 to 10GD4 are parallel wires. It is a twisted wire that connects the respective gate terminals G and emitter terminals e of the four connected power modules 1D1 to 1D4 and the corresponding output terminals of the driver module. 10R is four power modules 1U1 to 1U4 connected in parallel and four power modules 1D1 to 1D4 connected in parallel.
The output circuit connected to the load is a copper plate that constitutes a output circuit by connecting a series connection part of the and.
Also, the collector terminals C of the power modules 1U1 to 1U4
Is a positive power circuit P (not shown) made of a copper plate 10P,
The power modules 1D1 to 1D4 are connected to the positive terminals of the five capacitors 5U1 to 5U5 connected in parallel.
The emitter terminal E of is a copper plate 10N and a minus power supply circuit N (not shown), and five capacitors 5 connected in parallel.
It is connected to each minus terminal of D1-5D5. Furthermore, five capacitors 5D connected in parallel with the respective negative terminals of the five capacitors 5U1 to 5U5 connected in parallel.
The positive terminals 1 to 5D5 are connected by a copper plate 10C. Further, 11 is an insulating plate for preventing contact with the copper plates 10R, 10P and 10C formed in parallel with the copper plate 10N. Four power modules 1U1 to 1 connected in parallel at the top of the circuits shown in FIGS.
U4 and the bottom B of each of the four power modules 1D1 to 1D4 connected in parallel at the bottom of the circuit are coupled to a structure 12 having a heat sink function, and the structure 12 is forcibly cooled by a fan 8. In FIG. 6 (A),
Reference numeral 1U indicates a row of power modules 1U1 to 1U4, 1D indicates a row of power modules 1D1 to 1D4, 7U indicates a row of snubber modules 7U1 to 7U4, and 7D indicates a row of snubber modules 7D1 to 7D4.

【0007】上述のようなパワーモジュールの構造に
は、例えば、特開平6−89954号公報、特開平7−
201895号公報、特開平7−249716号公報、
特開平7−240497号公報に夫々記載のものがあ
る。特開平6−89954号公報に記載のものは、半導
体チップの下方で熱拡散板及び絶縁板を積層させた半導
体モジュールにおいて、最終支持板の厚さを半導体モジ
ュール内部で積層してある熱拡散板及び絶縁板の内の最
大厚さの2.5倍以上としたものである。又、特開平7
−201895号公報に記載のものは、半導体素子、金
属放熱板、熱応力緩和材、絶縁基板、金属支持板等から
構成される半導体装置において、金属放熱板又は金属支
持板の少なくとも一方の部材が高熱での材料硬度が室温
での硬度の1/2となる軟化温度が350℃以上である
Cu合金を用いたことを特徴とするものである。又、特
開平7−249716号公報に記載のものは、半導体チ
ップは外部主電極の底面に直接に固着され、極性の異な
る銅製の2つの外部主電極は、絶縁層を挟んで互いに同
軸に配置されている。半導体チップの表面には、JCR
製の封止樹脂とエポキシ樹脂の封止樹脂を挟んで、銅製
の放熱板が対向していて、半導体チップからの損失熱は
主として外部主電極へと放熱されると共に、半導体チッ
プの表面からも放熱板へと放熱される。外部主電極が同
軸であるため、インダクタンスが相殺されるものであ
る。又、特開平7−240497号公報に記載のもの
は、ハイパワー半導体モジュールが外装内で相互接続さ
れる半導体チップを支持する絶縁金属板を有し、端子板
はスナップアクション式に基板に接続するために複数の
端子を支持しており、これら端子は絶縁金属板上の各々
の半田付けパッドの上に配置される。端子板の中央開口
から絶縁金属板と端子板との間のスペース内にソフトシ
リコンが充填され、端子板が上方に伸びる複数のボスを
有しており、上部外装組立体の底部がボスを端子板の上
部で囲繞するものである。
The structure of the power module as described above is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-89954 and 7-.
2018895, JP-A-7-249716,
Each of them is described in JP-A-7-240497. Japanese Patent Laid-Open No. 6-89954 discloses a semiconductor module in which a heat diffusion plate and an insulating plate are laminated below a semiconductor chip, and the final support plate is laminated inside the semiconductor module. And 2.5 times or more of the maximum thickness of the insulating plate. In addition, JP-A-7
In the semiconductor device including a semiconductor element, a metal heat dissipation plate, a thermal stress relaxation material, an insulating substrate, a metal support plate, and the like, at least one member of the metal heat dissipation plate and the metal support plate is disclosed in JP-A-2018895. It is characterized by using a Cu alloy having a softening temperature of 350 ° C. or higher at which the material hardness at high heat is ½ of the hardness at room temperature. Further, in the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-249716, a semiconductor chip is directly fixed to the bottom surface of an external main electrode, and two external main electrodes made of copper having different polarities are arranged coaxially with each other with an insulating layer interposed therebetween. Has been done. JCR on the surface of the semiconductor chip
The heat dissipation plate made of copper faces each other with the encapsulation resin made of epoxy resin and the encapsulation resin of epoxy resin sandwiched, and the heat loss from the semiconductor chip is mainly radiated to the external main electrode and also from the surface of the semiconductor chip. The heat is dissipated to the heat sink. Since the external main electrode is coaxial, the inductance is canceled out. Further, the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-240497 has an insulating metal plate that supports semiconductor chips interconnected in a package with a high power semiconductor module, and the terminal plate is connected to the substrate in a snap action manner. For supporting a plurality of terminals, the terminals being arranged on each soldering pad on the insulating metal plate. The space between the insulating metal plate and the terminal plate is filled with soft silicon from the central opening of the terminal plate, and the terminal plate has a plurality of bosses that extend upward. It is surrounded by the upper part of the board.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図6によっ
て説明したようなスタックの構成であると、次に記すよ
うな多くの問題点を生じる。 プラス電源回路Pに接続される側の各パワーモジュー
ル1U1〜1U4の夫々のゲートGとドライバ機能素子
3Uを接続する縒線10GU1〜10GU4が、マイナ
ス電源回路Nに接続される側の各パワーモジュール1D
1〜1D4の夫々の横を通り、又、負荷に接続される銅
板10Rの下を通るため、主回路電流からの誘導ノイズ
の影響を受けて誤動作をしやすい。 ファンによる冷却風の方向がパワーモジュールの並列
方向と同一のため、風下側のパワーモジュールは風上側
の放熱の影響を受けることになり、並列接続される各パ
ワーモジュール1U1〜1U4及び1D1〜1D4の夫
々の間に熱アンバランスを生じ、各パワーモジュールの
温度特性によって各パワーモジュールの負荷電流負担に
アンバランスを来す恐れを生じることになる。 プラス電源回路Pに接続される側の各パワーモジュー
ル1U1〜1U4の夫々のゲートGとドライバ機能素子
3Uを接続する縒線10GU1〜10GU4が夫々長く
なるので、配線のインダクタンスが増大し、ゲート電流
が振動して誤動作しやすい。 負荷に接続する銅板10Rが各パワーモジュール1U
1〜1U4及び1D1〜1D4の夫々の並び方向から外
に向けて接続されるために、各パワーモジュール1U1
〜1U4及び1D1〜1D4の夫々の出力電流にアンバ
ランスを生じる。 上述のように、各パワーモジュールの負荷電流負担に
アンバランスを生じる恐れがあると、必然的に発熱の違
いに伴う特性変化を生じるので、全負荷電流値に対応さ
せた並列接続するパワーモジュールの数を多めにしてお
く必要がある。 本発明は従来のものの上記課題(問題点)を解決し、次
の機能を有するパワーモジュールスタックを提供するこ
とを目的とする。 (1)各パワーモジュールのゲートに接続する入力線を主
回路電流の影響を受けないようにする。 (2)冷却風によって、各パワーモジュールに熱アンバラ
ンスを生じないようにする。 (3)各パワーモジュールのゲートに接続する入力線を短
く均一になるようにする。 (4)負荷に接続する出力用の銅板の中央から外部に接続
できるようにする。
By the way, the stack structure as described with reference to FIG. 6 causes many problems as described below. The twisted wires 10GU1 to 10GU4 connecting the respective gates G of the power modules 1U1 to 1U4 on the side connected to the positive power supply circuit P and the driver function elements 3U are connected to the negative power supply circuit N on the side connected to the power modules 1D.
Since it passes each side of 1 to 1D4 and below the copper plate 10R connected to the load, it is susceptible to malfunction due to the influence of induced noise from the main circuit current. Since the direction of the cooling air by the fan is the same as the parallel direction of the power modules, the power modules on the leeward side are affected by the heat radiation on the windward side, and the power modules 1U1 to 1U4 and 1D1 to 1D4 connected in parallel are connected. Thermal imbalance occurs between the respective power modules, which may cause imbalance in the load current load of each power module due to the temperature characteristics of each power module. Since the twisted wires 10GU1 to 10GU4 connecting the respective gates G of the power modules 1U1 to 1U4 on the side connected to the plus power supply circuit P and the driver function element 3U are long, the inductance of the wiring is increased and the gate current is increased. It is easy to vibrate and malfunction. The copper plate 10R connected to the load is each power module 1U
1 to 1U4 and 1D1 to 1D4 are connected to each power module 1U1 so as to be connected outward from the respective arrangement directions.
~ 1U4 and 1D1 to 1D4 cause imbalance in respective output currents. As described above, if there is a risk of imbalance in the load current load of each power module, a characteristic change inevitably occurs due to the difference in heat generation. Therefore, power modules connected in parallel corresponding to all load current values It is necessary to increase the number. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems (problems) of conventional ones and to provide a power module stack having the following functions. (1) Ensure that the input line connected to the gate of each power module is not affected by the main circuit current. (2) Prevent thermal imbalance in each power module by the cooling air. (3) Make the input line connected to the gate of each power module short and uniform. (4) Allow the external connection from the center of the output copper plate to be connected to the load.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明に基づくパワーモジュールスタックにおい
ては、大容量インバータの出力回路におけるブリッジ回
路の直列2辺の夫々を形成する複数の並列接続されるパ
ワー半導体素子と、その周辺回路が構成するパワーモジ
ュールスタックにおいて、直列接続されるパワー半導体
素子夫々をコレクタ端子を相対向させてゲート端子を相
互に反対側にして2列に配置するように構成した。この
場合、上記パワーモジュールスタックにおいて、各パワ
ー半導体の底部はファンによって強制通風されるヒート
シンク構造体の通風方向を上記パワー半導体素子列に対
して、直交する方向に形成するのが望ましい。また、上
記パワーモジュールスタックにおいて、ブリッジ結合し
て並列接続される各回路の1辺の上部を形成する各パワ
ー半導体素子のエミッタ端子と上記上部を形成する各パ
ワー半導体素子に直列接続する下部を形成するパワー半
導体素子の各コレクタ端子の接続点に、出力回路を構成
する銅板を該パワー半導体素子表面と平行に夫々接続
し、該出力銅板の出力側は各エミッタ端子に接続したパ
ワー半導体素子のゲート側において、前記ヒートシンク
構造体の反対方向に折り曲げて等辺梯形状に収斂し該収
斂部に外部接続端子部を形成するのが望ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, in a power module stack according to the present invention, a plurality of parallel connections forming each of two series sides of a bridge circuit in an output circuit of a large capacity inverter are connected. In a power module stack including a power semiconductor element and a peripheral circuit thereof, the power semiconductor elements connected in series are arranged in two rows with collector terminals facing each other and gate terminals opposite to each other. did. In this case, in the power module stack, it is preferable that the bottom of each power semiconductor is formed such that the ventilation direction of the heat sink structure, which is forcedly ventilated by the fan, is orthogonal to the power semiconductor element array. In addition, in the power module stack, an emitter terminal of each power semiconductor element forming an upper part of one side of each circuit connected in parallel by bridge connection and a lower part connected in series to each power semiconductor element forming the upper part are formed. The power semiconductor element has a gate connected to each collector terminal of the power semiconductor element, a copper plate forming an output circuit is connected in parallel to the surface of the power semiconductor element, and the output side of the output copper plate is connected to each emitter terminal. On the side, it is preferable that the heat sink structure is bent in the opposite direction to converge into an equilateral trapezoidal shape, and the external connection terminal portion is formed on the convergent portion.

【0010】このほか、プラス側電源とマイナス側電源
との間に並列に接続する複数の電解コンデンサを上記パ
ワー半導体素子列に平行に整列して該電解コンデンサの
各端子を上記マイナス電源回路を構成する銅板とプラス
電源回路を構成する銅板に夫々接続して形成する構成、
各パワー半導体素子夫々に対応するスナバモジュールを
夫々のパワー半導体素子のコレクタ端子及びエミッタ端
子との間に導管を介して接続して形成する構成、夫々の
パワー半導体素子のドライバ素子を夫々のパワー半導体
素子列のゲート端子側の外側に配設するようにして形成
する構成等の各種の構成が考えられる。尚、パワー半導
体素子はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ;Insulated Gate Bipolor Transistor)であるのが
好ましい。本発明は、上述のように構成したので、 各パワーモジュールのゲートに接続する入力線を主回
路電流の影響を受けないようになり、 冷却風によって各パワーモジュールに熱アンバランス
を生じないようになり、 各パワーモジュールのゲートに接続する入力線が短く
均一になり、 負荷に接続する出力用の銅板の中央から外部に接続で
きるようになった。
In addition, a plurality of electrolytic capacitors connected in parallel between the positive power source and the negative power source are aligned in parallel with the power semiconductor element row, and each terminal of the electrolytic capacitors constitutes the negative power circuit. A structure formed by connecting to a copper plate that forms a positive power circuit and a copper plate that forms a positive power circuit,
A configuration in which a snubber module corresponding to each power semiconductor element is connected and formed via a conduit between the collector terminal and the emitter terminal of each power semiconductor element, and the driver element of each power semiconductor element is provided with each power semiconductor element. Various configurations are conceivable, such as a configuration in which the element array is formed outside on the gate terminal side. The power semiconductor element is preferably an IGBT (Insulated Gate Bipolor Transistor). Since the present invention is configured as described above, the input line connected to the gate of each power module will not be affected by the main circuit current, and the cooling air will not cause thermal imbalance in each power module. As a result, the input line connecting to the gate of each power module has become short and uniform, and it has become possible to connect from the center of the copper plate for output that connects to the load to the outside.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明を適用した実施の形態を図
1、図2を参照して詳細に説明する。図1は、図6に示
したパワーモジュールを図5に示した回路に実装したス
タックの構造を示しており、図2は、図1に示す構成部
品の分解斜視図である。図1において、同図(A)はス
タック側面図、同図(B)は同図(A)の右側から見た
側面図で、40はケースの形状を概念的に示し、後述す
る各部品の装着構造は発明に基づく構成の説明が複雑に
なるので、図示を省略している。図1、図2において、
インバータを構成するブリッジ回路の内、直列2辺を形
成する複数の並列に接続される8個のパワー半導体素子
の内の上部の辺を形成するパワーモジュール1U1〜1
U4と、下部の辺を形成するパワーモジュール1D1〜
1D4夫々の底部Bはヒートシンク機能を備えた構造体
22に結合され、構造体22はファン8によって強制通
風されている。即ち、構造体22のヒートシンクはファ
ン8によって図1(A)に矢印で示すように横方向に流
される通風によって冷却されるようにフィン構造をなし
ている。従って、パワーモジュールの配設方向と通風方
向は直交している。図1(A)に示す1U、1Dは並列
に構成される夫々4個のパワーモジュールを示してお
り、同図(B)には、パワーモジュール1U1〜1U4
は手前のパワーモジュール1D1〜1D4に隠されて示
されていない。3Uは並列接続された4個のパワーモジ
ュール1U1〜1U4のドライバモジュールで、3Dは
並列接続された4個のパワーモジュール1D1〜1D4
のドライバモジュールである。20GUは並列接続され
た4個のパワーモジュール1U1〜1U4の夫々のゲー
ト端子G及びエミッタ端子eと夫々に対応するドライバ
モジュールの各対応出力端子とを接続する縒線、即ち、
パワーモジュール1U1〜1U4の入力信号線の内の図
において最も手前に見える1本を示している。同様に、
20GDは並列接続された4個のパワーモジュール1D
1〜1D4の夫々のゲート端子G及びエミッタ端子eと
ドライバモジュールの各対応出力端子とを接続する縒
線、即ち、パワーモジュール1D1〜1D4の入力信号
線の内の図において最も手前に見える1本を示してい
る。即ち、ドライバモジュールは、対応パワーモジュー
ルのゲート端子側でゲート端子に近接して配設されてい
る。各8個のパワーモジュール1U1〜1U4、1D1
〜1D4のコレクタ・エミッタ間に接続されるスナバモ
ジュール7U1〜7U4、7D1〜7D4は夫々銅製の
導管によって後述する接続用銅板と絶縁板に設けた開穴
部を貫通してパワーモジュールの夫々の対応端子に接続
されている。図1(A)に示す7U、7Dは並列に構成
される夫々の4個のスナバモジュールを示しており、同
図(B)には、スナバモジュール7U1〜7U4は手前
のスナバモジュール7D1〜7D4に隠されて示されて
いない。図2には同図に示す最手前のスナバモジュール
7U1、7D1以外の図示は省略している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS. 1 shows the structure of a stack in which the power module shown in FIG. 6 is mounted on the circuit shown in FIG. 5, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the components shown in FIG. In FIG. 1, FIG. 1A is a side view of the stack, FIG. 1B is a side view seen from the right side of FIG. The illustration of the mounting structure is omitted because the description of the configuration based on the invention is complicated. 1 and 2,
Power modules 1U1 to 1U1 forming an upper side of a plurality of eight power semiconductor elements connected in parallel and forming two sides in series of a bridge circuit forming an inverter
U4 and power modules 1D1 to 1B that form the lower side
The bottom B of each 1D4 is coupled to a structure 22 having a heat sink function, and the structure 22 is forcedly ventilated by a fan 8. That is, the heat sink of the structure 22 has a fin structure so as to be cooled by the air blown in the lateral direction by the fan 8 as shown by the arrow in FIG. Therefore, the arrangement direction of the power module and the ventilation direction are orthogonal to each other. 1U and 1D shown in FIG. 1 (A) respectively show four power modules configured in parallel, and FIG. 1 (B) shows the power modules 1U1 to 1U4.
Are not shown hidden behind the front power modules 1D1-1D4. 3U is a driver module of four power modules 1U1 to 1U4 connected in parallel, and 3D is four power modules 1D1 to 1D4 connected in parallel.
Driver module. 20 GU is a twisted wire that connects the respective gate terminals G and the emitter terminals e of the four power modules 1U1 to 1U4 connected in parallel to the corresponding output terminals of the corresponding driver module, that is,
Of the input signal lines of the power modules 1U1 to 1U4, the one that appears closest to the front is shown in the figure. Similarly,
20GD is 4 power modules 1D connected in parallel
A twisted wire connecting each of the gate terminals G and emitter terminals e of 1 to 1D4 and the corresponding output terminals of the driver module, that is, one of the input signal wires of the power modules 1D1 to 1D4 which is the most visible in the figure. Is shown. That is, the driver module is arranged near the gate terminal on the gate terminal side of the corresponding power module. Eight power modules 1U1 to 1U4 and 1D1 each
The snubber modules 7U1 to 7U4 and 7D1 to 7D4 connected between the collector and the emitter of 1D4 respectively correspond to the power modules by passing through copper holes for connection and the insulating plate described later by copper conduits. It is connected to the terminal. 7A and 7D shown in FIG. 1 (A) show four snubber modules configured in parallel. In FIG. 1 (B), the snubber modules 7U1 to 7U4 correspond to the front snubber modules 7D1 to 7D4. Not shown hidden. In FIG. 2, illustrations other than the frontmost snubber modules 7U1 and 7D1 shown in FIG. 2 are omitted.

【0012】20Rは出力回路を形成する銅板で、並列
接続された4個のパワーモジュール1U1〜1U4と、
並列接続された4個のパワーモジュール1D1〜1D4
の直列接続部を接続して各パワーモジュールに接続する
面からパワーモジュールとは反対側で、ヒートシンク機
能を備えた構造体22とは反対方向に直角に折り曲げ、
端子引出部30Rに向けて等辺の梯形形状に形成されて
いる。図2には、出力回路用端子引出部30Rの図示を
省略している。32は銅板20Rに設けた導管31貫通
用の穴で、導管31が接触しない内径で設けてある。2
0Nはマイナス電源回路を形成する銅板で、パワーモジ
ュール1D1〜1D4のエミッタ端子Eとマイナス電源
回路N及び並列接続された5個の第2のコンデンサ列を
形成するコンデンサ5D1〜5D5の各マイナス端子に
接続されている。なお、銅板20Nは、パワーモジュー
ルに対する出力回路を構成する銅板20Rの反対側で、
各パワーモジュールに接続する面から、ヒートシンク機
能を備えた構造体22とは反対方向に直角に折り曲げ
て、コンデンサ5D1〜5D5の各マイナス端子に接続
してマイナス電源回路を接続する端子引出部30Nを所
定箇所に設けられる。図2には、マイナス電源回路用端
子引出部30Nの図示を省略している。33は銅板20
Nに設けた接続部で、コンデンサ5D1〜5D5の各マ
イナス端子に接続される。34は開穴部で、第1のコン
デンサ列を形成するコンデンサ5U1〜5U5の各端子
とコンデンサ5D1〜5D5の各プラス端子が接触しな
いように設けられる。5U、5Dは図1(A)に示すよ
うに並列に構成される夫々の5個のコンデンサであり、
図2には同図において最遠方に装着されるコンデンサ5
U5、5D5以外の図示は省略している。
Reference numeral 20R is a copper plate forming an output circuit, and four power modules 1U1 to 1U4 connected in parallel,
Four power modules 1D1 to 1D4 connected in parallel
Bend at a right angle in the direction opposite to the structure 22 having the heat sink function on the side opposite to the power module from the surface connecting the series connection parts of the power modules to each power module,
It is formed in a trapezoidal shape of equal sides toward the terminal lead-out portion 30R. In FIG. 2, the illustration of the output circuit terminal lead-out portion 30R is omitted. Reference numeral 32 denotes a hole for penetrating the conduit 31 provided in the copper plate 20R, which has an inner diameter such that the conduit 31 does not come into contact with the hole. Two
0N is a copper plate forming a negative power supply circuit, and is connected to the emitter terminals E of the power modules 1D1 to 1D4, the negative power supply circuit N, and the respective negative terminals of the capacitors 5D1 to 5D5 forming five second capacitor rows connected in parallel. It is connected. The copper plate 20N is on the opposite side of the copper plate 20R that constitutes the output circuit for the power module,
From the surface connected to each power module, a terminal lead-out portion 30N that is bent at a right angle in a direction opposite to the structure 22 having a heat sink function and connected to each negative terminal of the capacitors 5D1 to 5D5 to connect a negative power supply circuit is provided. It is provided at a predetermined location. In FIG. 2, illustration of the minus power supply circuit terminal lead-out portion 30N is omitted. 33 is a copper plate 20
The connection portion provided at N is connected to each negative terminal of the capacitors 5D1 to 5D5. Reference numeral 34 is an opening portion provided so that each terminal of the capacitors 5U1 to 5U5 forming the first capacitor array and each plus terminal of the capacitors 5D1 to 5D5 do not come into contact with each other. 5U and 5D are five capacitors respectively arranged in parallel as shown in FIG.
In FIG. 2, the condenser 5 mounted at the farthest position in FIG.
Illustrations other than U5 and 5D5 are omitted.

【0013】20Pはプラス電源回路を形成する銅板
で、パワーモジュール1U1〜1U4のコレクタ端子C
とプラス電源回路P及び並列接続された5個のコンデン
サ5U1〜5U5の各プラス端子に接続されており、パ
ワーモジュールに対する出力回路を構成する銅板20R
の反対側で、各パワーモジュールに接続する面から、ヒ
ートシンク機能を備えた構造体22とは反対方向に直角
に折り曲げて、コンデンサ5U1〜5U5の各プラス端
子に接続してプラス電源回路を接続する端子引出部30
Pを所定箇所に設けている。図2には、プラス電源回路
用端子引出部30Pの図示を省略している。銅板20P
と各パワーモジュール1U1〜1U4のコレクタ端子C
とは導管31を介して接続部35で接続され、さらに、
スナバモジュールの対応端子が接続されている。36は
銅板20Pに設けた接続部で、コンデンサ5U1〜5U
5の各プラス端子に接続される。37は開穴部で、各パ
ワーモジュール1D1〜1D4とスナバモジュール7D
1〜7D4を接続する各導管31が接触しないように設
けてある。21Aと21Bは絶縁板で、出力回路を形成
する銅板20R及びマイナス電源を形成する銅板20N
とプラス電源を形成する銅板20Pの接触を防止するた
めのものである。絶縁板21A、21Bには、パワーモ
ジュール1U1〜1U4のコレクタ端子Cとスナバモジ
ュール7U1〜7U4を接続する導管の貫通用の開穴3
8、パワーモジュール1D1〜1D4のスナバモジュー
ル7U1〜7U4を接続する導管の貫通用の開穴39a
と39b、コンデンサ5D1〜5D5の各マイナス端子
が貫通する開穴部40、コンデンサ5D1〜5D5の各
プラス端子とコンデンサ5U1〜5U5の各マイナス端
子が貫通する開穴部41が設けられている。
Reference numeral 20P is a copper plate forming a positive power supply circuit, and is a collector terminal C of the power modules 1U1 to 1U4.
And a copper plate 20R which is connected to the plus power supply circuit P and each plus terminal of the five capacitors 5U1 to 5U5 connected in parallel and which constitutes an output circuit for the power module.
On the opposite side, from the surface connected to each power module, bend at a right angle to the direction opposite to the structure 22 having a heat sink function, and connect to each positive terminal of the capacitors 5U1 to 5U5 to connect a positive power supply circuit. Terminal extension 30
P is provided at a predetermined position. In FIG. 2, the illustration of the positive power supply circuit terminal lead-out portion 30P is omitted. Copper plate 20P
And collector terminal C of each power module 1U1 to 1U4
And are connected at a connecting portion 35 via a conduit 31, and further,
The corresponding terminals of the snubber module are connected. Reference numeral 36 denotes a connection portion provided on the copper plate 20P, which is capacitors 5U1 to 5U.
5 is connected to each positive terminal. Reference numeral 37 denotes an open hole portion, which is a power module 1D1 to 1D4 and a snubber module 7D.
The conduits 31 connecting 1 to 7D4 are provided so as not to come into contact with each other. 21A and 21B are insulating plates, which are a copper plate 20R forming an output circuit and a copper plate 20N forming a negative power source.
And to prevent the copper plate 20P forming a positive power source from coming into contact with each other. The insulating plates 21A and 21B have through holes 3 for penetrating a conduit connecting the collector terminals C of the power modules 1U1 to 1U4 and the snubber modules 7U1 to 7U4.
8. Opening hole 39a for penetration of a conduit connecting the snubber modules 7U1 to 7U4 of the power modules 1D1 to 1D4
And 39b, an opening 40 through which the negative terminals of the capacitors 5D1 to 5D5 pass, and an opening 41 through which the positive terminals of the capacitors 5D1 to 5D5 and the negative terminals of the capacitors 5U1 to 5U5 pass.

【0014】20Cは銅板で、プラス電源回路Pを形成
する銅板20Pに対して接続された5個のコンデンサ5
U1〜5U5の各マイナス端子と、マイナス電源回路N
を形成する銅板20Nに対して接続された5個のコンデ
ンサ5D1〜5D5の各プラス端子を接続するものであ
る。なお、図2には接続用銅板20Cの図示を省略して
いる。
Reference numeral 20C is a copper plate, and five capacitors 5 are connected to the copper plate 20P forming the positive power supply circuit P.
Negative terminals of U1 to 5U5 and negative power supply circuit N
The positive terminals of the five capacitors 5D1 to 5D5 connected to the copper plate 20N forming the above are connected. Note that the connection copper plate 20C is not shown in FIG.

【0015】上述の各図には本発明の基本的技術思想を
説明する範囲の記載に止め、図5に示した抵抗6等の本
発明の基本構造の説明を複雑にする恐れのある部品の図
示説明は省略している。従って、例えば、上述したよう
に、図2には、第1のコンデンサ列を形成するコンデン
サ5U1〜5U5の各マイナス端子と第2のコンデンサ
列を形成するコンデンサ5D1〜5D5の各プラス端子
とを接続する銅板20Cの図示も省略している。上述の
説明は本発明の技術思想を実現するための基本構成とそ
の働きを説明する実施の形態を示し、図6に示したパワ
ーモジュールの構造に対応して発明したものであるが、
その他の類似形状のパワーモジュールにも上述の技術思
想を応用すれば良い。
In each of the above drawings, only the range for explaining the basic technical idea of the present invention is described, and the parts such as the resistor 6 shown in FIG. 5 which may complicate the explanation of the basic structure of the present invention. Illustration is omitted. Therefore, for example, as described above, in FIG. 2, the negative terminals of the capacitors 5U1 to 5U5 forming the first capacitor row and the positive terminals of the capacitors 5D1 to 5D5 forming the second capacitor row are connected. The illustration of the copper plate 20C is also omitted. The above description shows the basic configuration for implementing the technical idea of the present invention and the embodiment for explaining the operation thereof, and was invented corresponding to the structure of the power module shown in FIG.
The above technical idea may be applied to other power modules having similar shapes.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明は上述したように要素機能を構成
したので、次に示すような優れた効果を有する。 各パワーモジュールのゲートに接続する入力線を外側
に配置したので、ゲートへの入力線がパワーモジュール
間を通らず主回路電流の影響を受ける恐れがない。従っ
て、入力信号がノイズによって影響を受けることがなく
インバータが安定に稼働する。 出力用の銅板を曲げ、ゲートへの入力線を外側に配置
したので、ゲート回路が素子の近くに配置でき、従って
各パワーモジュールのゲートに接続する入力線を短く均
一とできる。その結果、入力回路のインピーダンスが低
く、かつ、均一になった。 従って、インバータを形成する並列接続する各パワー
モジュルへの入力信号の入力タイミングと波形が一致す
るので、各パワーモジュルの稼働がバランスする。 負荷に接続する出力用の銅板の中央から外部に接続で
きるようになったので、並列接続する各パワーモジュル
の出力回路の電流がバランスされ、各パワーモジュルの
稼働がバランスする。 出力用の銅板を曲げることにより、電解コンデンサが
ヒートシンクより上に配置できるので、ヒートシンクの
冷却用通風が、各パワーモジュール列に対して直交する
方向となり、各パワーモジュールの冷却が均一になる。
従って、各パワーモジュールの稼働がバランスするの
で、効率の良いインバータが形成できる。 インバータを各要素機能を少ない補助部品でコンパク
トに構成できる。
Since the present invention has the element functions as described above, it has the following excellent effects. Since the input line connected to the gate of each power module is arranged outside, the input line to the gate does not pass between the power modules and there is no fear of being affected by the main circuit current. Therefore, the input signal is not affected by noise and the inverter operates stably. Since the copper plate for output is bent and the input line to the gate is arranged outside, the gate circuit can be arranged close to the element, and therefore the input line connected to the gate of each power module can be made short and uniform. As a result, the impedance of the input circuit was low and uniform. Therefore, the input timing of the input signal to each power module connected in parallel to form an inverter matches the waveform, and the operation of each power module is balanced. Since the output copper plate connected to the load can be connected to the outside from the center, the current of the output circuit of each power module connected in parallel is balanced, and the operation of each power module is balanced. By bending the copper plate for output, the electrolytic capacitor can be arranged above the heat sinks, so that the ventilation for cooling the heat sinks is in the direction orthogonal to each power module row, and the cooling of each power module is uniform.
Therefore, since the operation of each power module is balanced, an efficient inverter can be formed. The inverter can be compactly configured with a small number of auxiliary functions for each element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に基づくパワーモジュールスタックの構
造を示す概要組立図であって、同図(A)はパワーモジ
ュールスタックの正面図、同図(B)はパワーモジュー
ルスタックの右側面図である。
FIG. 1 is a schematic assembly view showing a structure of a power module stack according to the present invention, FIG. 1 (A) is a front view of the power module stack, and FIG. 1 (B) is a right side view of the power module stack. .

【図2】図1に示すパワーモジュールスタックを構成す
る主要部品の分解斜視図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view of main parts constituting the power module stack shown in FIG.

【図3】本発明と従来の技術を説明するインバータの構
造を説明する概要回路図である。
FIG. 3 is a schematic circuit diagram illustrating a structure of an inverter for explaining the present invention and a conventional technique.

【図4】本発明と従来の技術を説明するインバータの主
要機能であるパワーモジュールスタックの構成回路を示
す概要回路図である。
FIG. 4 is a schematic circuit diagram showing a configuration circuit of a power module stack which is a main function of an inverter for explaining the present invention and a conventional technique.

【図5】本発明と従来の技術を説明するインバータの主
要機能であるパワーモジュールの説明図であって、同図
(A)はパワーモジュールの内部に構成されるIGBT
の等価回路、同図(B)は平面図、同図(C)は正面
図、同図(D)は側面図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a power module which is a main function of an inverter for explaining the present invention and a conventional technique, and FIG. 5A is an IGBT configured inside the power module.
FIG. 2B is a plan view, FIG. 2C is a front view, and FIG. 2D is a side view.

【図6】従来のパワーモジュールスタックの構造を示す
概要組立図であって、同図(A)はパワーモジュールス
タックの側面図、同図(B)は同図(A)のX−X′断
面図である。
FIG. 6 is a schematic assembly view showing the structure of a conventional power module stack, FIG. 6 (A) is a side view of the power module stack, and FIG. 6 (B) is a sectional view taken along line XX ′ of FIG. It is a figure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1U(1U1〜1U4);1D(1D1〜1D4):パ
ワーモジュール 2:負荷 3U(3U1〜3U4);3D(3D1〜3D4):ド
ライバモジュール 5U(5U1〜5U5);5D(5D1〜5D5):電
解コンデンサ 7U(7U1〜7U4);7D(7D1〜7U4):ス
ナバモジュール 8:ファン 22:構造体(ヒートシンク機能) 20GU、20GD:パワーモジュール入力信号線 20N:マイナス電源回路を形成する銅板 20P:プラス電源回路を形成する銅板 20R:出力回路を形成する銅板 21A、21B:絶縁板 30N:マイナス電源回路用端子引出部 30P:プラス電源回路用端子引出部 30R:出力回路用端子引出部 31:導管 36:コンデンサのプラス端子に接続する接続部
1U (1U1 to 1U4); 1D (1D1 to 1D4): Power module 2: Load 3U (3U1 to 3U4); 3D (3D1 to 3D4): Driver module 5U (5U1 to 5U5); 5D (5D1 to 5D5): Electrolysis Capacitor 7U (7U1 to 7U4); 7D (7D1 to 7U4): Snubber module 8: Fan 22: Structure (heat sink function) 20GU, 20GD: Power module input signal line 20N: Copper plate 20P forming a negative power supply circuit: Positive power supply Copper plate 20R forming a circuit: Copper plates 21A, 21B forming an output circuit: Insulating plate 30N: Negative power supply circuit terminal lead-out portion 30P: Positive power supply circuit terminal lead-out portion 30R: Output circuit terminal lead-out portion 31: Conduit 36: Connection part to connect to the positive terminal of the capacitor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 25/07 H01L 25/18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 25/07 H01L 25/18

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 大容量インバータの出力回路におけるブ
リッジ回路の直列2辺の夫々を形成する複数の並列接続
されるパワー半導体素子(1U1)、(1D1);(1
U2)、(1D2);(1U3)、(1D3);(1U
4)、(1D4)と、その周辺回路が構成するパワーモ
ジュールスタックにおいて、直列接続されるパワー半導
体素子(1U1)、(1D1);(1U2)、(1D
2);(1U3)、(1D3);(1U4)、(1D
4)夫々をコレクタ端子(C)を相対向させてゲート端
子(G)を相互に反対側にして2列に配置したことを特
徴とするパワーモジュールスタック。
1. A plurality of parallel-connected power semiconductor elements (1U1), (1D1); (1) forming each of two series sides of a bridge circuit in an output circuit of a large capacity inverter.
U2), (1D2); (1U3), (1D3); (1U
4), (1D4) and power semiconductor devices (1U1), (1D1); (1U2), (1D) that are connected in series in a power module stack configured by its peripheral circuits.
2); (1U3), (1D3); (1U4), (1D
4) A power module stack characterized in that the collector terminals (C) face each other and the gate terminals (G) face each other and are arranged in two rows.
【請求項2】 請求項1記載のパワーモジュールスタッ
クにおいて、各パワー半導体の底部(B)はファン
(8)によって強制通風されるヒートシンク構造体(2
2)の通風方向を上記パワー半導体素子列に対して、直
交する方向に形成したパワーモジュールスタック。
2. The power module stack according to claim 1, wherein a bottom portion (B) of each power semiconductor is forcedly ventilated by a fan (8).
A power module stack in which the ventilation direction of 2) is formed in a direction orthogonal to the power semiconductor element array.
【請求項3】 請求項1又は2記載のパワーモジュール
スタックにおいて、ブリッジ結合して並列接続される各
回路の1辺の上部を形成する各パワー半導体素子(1U
1)〜(1U4)のエミッタ端子(E)と上記上部を形
成する各パワー半導体素子(1U1)〜(1U4)に直
列接続する下部を形成するパワー半導体素子(1D1)
〜(1D4)の各コレクタ端子(C)の接続点に、出力
回路を構成する銅板(20R)を該パワー半導体素子表
面と平行に夫々接続し、該出力銅板(20R)の出力側
は各エミッタ端子(E)に接続したパワー半導体素子の
ゲート側において、前記ヒートシンク構造体(22)の
反対方向に折り曲げて等辺梯形状に収斂し該収斂部に外
部接続端子部(30R)を形成したパワーモジュールス
タック。
3. The power module stack according to claim 1, wherein each power semiconductor element (1U) forms an upper part of one side of each circuit connected in parallel by bridge coupling.
1) to (1U4) emitter terminals (E) and power semiconductor elements (1U1) to (1U4) forming the above-mentioned upper portion, a power semiconductor element (1D1) forming a lower portion connected in series
To (1D4) each collector terminal (C) connection point, a copper plate (20R) forming an output circuit is connected in parallel with the surface of the power semiconductor element, and the output side of the output copper plate (20R) is connected to each emitter. On the gate side of the power semiconductor element connected to the terminal (E), the power module is bent in the opposite direction of the heat sink structure (22) and converges into an equilateral trapezoidal shape, and the external connection terminal portion (30R) is formed in the convergence portion. stack.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載のパワ
ーモジュールスタックにおいて、ブリッジ結合して並列
接続される各回路の1辺を形成する直列接続するパワー
半導体素子の下部を形成するパワー半導体素子(1D
1)〜(1D4)のエミッタ端子(E)に、マイナス電
流回路を構成する銅板(20N)を該パワー半導体素子
表面と平行に夫々接続し、該マイナス電源回路を構成す
る銅板(20N)の上記接続側の反対側は、前記出力回
路を構成する銅板(20R)の反対側において前記ヒー
トシンク構造体(22)の反対方向に折り曲げて所定箇
所に外部接続端子部(30N)を形成し、上記ブリッジ
結合して並列接続される各回路の1辺を形成する直列接
続するパワー半導体素子の上部を形成するパワー半導体
素子(1U1)〜(1U4)のコレクタ端子(C)に、
プラス電源回路を構成する銅板(20P)を該パワー半
導体素子表面と平行に夫々接続し、該プラス電源回路を
構成する銅板(20P)の上記接続側の反対側は、前記
出力回路を構成する銅板(20R)の反対側において前
記ヒートシンク構造体(22)の反対方向に折り曲げて
所定箇所に外部接続端子部(30P)を形成し、上記マ
イナス電源回路を構成する銅板(20N)とプラス電源
回路を構成する銅板(20P)との間に絶縁板(21
A、21B)を挟み形成したパワーモジュールスタッ
ク。
4. The power module stack according to claim 1, wherein a power semiconductor forming a lower portion of a series-connected power semiconductor element forming one side of each circuit connected in parallel by bridge coupling. Element (1D
1) to (1D4) emitter terminals (E) are respectively connected with copper plates (20N) forming a negative current circuit in parallel with the surface of the power semiconductor element, and the above-mentioned copper plates (20N) forming the negative power supply circuit are connected. The opposite side of the connection side is bent in the opposite direction of the heat sink structure (22) on the opposite side of the copper plate (20R) forming the output circuit to form an external connection terminal portion (30N) at a predetermined position, and the bridge is formed. To the collector terminals (C) of the power semiconductor elements (1U1) to (1U4) forming the upper part of the power semiconductor elements connected in series that form one side of each circuit that is coupled and connected in parallel,
A copper plate (20P) forming a positive power supply circuit is connected in parallel with the surface of the power semiconductor element, and the opposite side of the connection side of the copper plate (20P) forming the positive power supply circuit is a copper plate forming the output circuit. The opposite side of (20R) is bent in the opposite direction of the heat sink structure (22) to form an external connection terminal portion (30P) at a predetermined position, and a copper plate (20N) and a positive power supply circuit which constitute the negative power supply circuit are formed. Insulating plate (21) between the copper plate (20P)
A, 21B) sandwiching and forming a power module stack.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載のパワ
ーモジュールスタックにおいて、プラス側電源とマイナ
ス側電源との間に並列に接続する複数の電解コンデンサ
(5U1)〜(5U5)及び(5D1)〜(5D5)を
上記パワー半導体素子列に平行に整列して該電解コンデ
ンサの各端子を上記マイナス電源回路を構成する銅板
(20N)とプラス電源回路を構成する銅板(20P)
に夫々接続して形成したパワーモジュールスタック。
5. The power module stack according to claim 1, wherein a plurality of electrolytic capacitors (5U1) to (5U5) and (5D1) are connected in parallel between the positive power source and the negative power source. ) To (5D5) are arranged in parallel with the power semiconductor element row and each terminal of the electrolytic capacitor is a copper plate (20N) that constitutes the minus power supply circuit and a copper plate (20P) that constitutes a plus power supply circuit.
Power module stacks formed by connecting to each.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載のパワ
ーモジュールスタックにおいて、各パワー半導体素子
(1U1)、(1D1);(1U2)、(1D2);
(1U3)、(1D3);(1U4)、(1D4)の夫
々に対応するスナバモジュールを夫々のパワー半導体素
子のコレクタ端子(C)及びエミッタ端子(E)との間
に導管を介して接続して形成したパワーモジュールスタ
ック。
6. The power module stack according to claim 1, wherein each power semiconductor element (1U1), (1D1); (1U2), (1D2);
(1U3), (1D3); snubber modules corresponding to (1U4) and (1D4) are connected via a conduit between the collector terminal (C) and the emitter terminal (E) of each power semiconductor element. Formed power module stack.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載のパワ
ーモジュールスタックにおいて、夫々のパワー半導体素
子のドライバ素子を夫々のパワー半導体素子列のゲート
端子(G)側の外側に配設するようにして形成したパワ
ーモジュールスタック。
7. The power module stack according to claim 1, wherein the driver element of each power semiconductor element is arranged outside the gate terminal (G) side of each power semiconductor element row. Power module stack formed in.
【請求項8】 請求項5記載の複数の電解コンデンサ
(5U1)〜(5U5)及び(5D1)〜(5D5)
は、並列接続される第1の電解コンデンサ(5U1)〜
(5U5)列と並列接続される第2の電解コンデンサ
(5D1)〜(5D5)列とを夫々プラス側端子をパワ
ー半導体素子側にして平行に整列し、第1の電解コンデ
ンサ列を構成する電解コンデンサ(5U1)〜(5U
5)の夫々のプラス端子を上記プラス電源回路を構成す
る銅板(20P)に接続し、第2の電解コンデンサ列を
構成する電解コンデンサ(5D1)〜(5D5)の夫々
のマイナス端子を上記マイナス電源回路を構成する銅板
(20N)に接続し、第1の電解コンデンサ列を構成す
る電解コンデンサ(5U1)〜(5U5)の夫々のマイ
ナス端子と第2の電解コンデンサ列を構成する電解コン
デンサ(5D1)〜(5D5)の夫々のプラス端子とを
中間接続用銅板(20C)で接続して形成するようにし
たパワーモジュールスタック。
8. A plurality of electrolytic capacitors (5U1) to (5U5) and (5D1) to (5D5) according to claim 5.
Is a first electrolytic capacitor (5U1) connected in parallel to
(5U5) column and second electrolytic capacitors (5D1) to (5D5) column connected in parallel are aligned in parallel with the positive side terminals being the power semiconductor element side, respectively, to form a first electrolytic capacitor column. Capacitors (5U1) to (5U
Each positive terminal of 5) is connected to the copper plate (20P) that constitutes the above-mentioned positive power supply circuit, and each negative terminal of the electrolytic capacitors (5D1) to (5D5) that constitutes the second electrolytic capacitor array is connected to the above-mentioned negative power source. Each negative terminal of the electrolytic capacitors (5U1) to (5U5) that is connected to a copper plate (20N) that forms a circuit and that forms a first electrolytic capacitor line and an electrolytic capacitor (5D1) that forms a second electrolytic capacitor line A power module stack formed by connecting each of the positive terminals of (5D5) to (5D5) with a copper plate (20C) for intermediate connection.
【請求項9】 請求項3記載の出力回路を構成する銅板
(20R)、マイナス電源回路を構成する銅板(20
N)、プラス電源回路を構成する銅板(20P)及び絶
縁板(21A)、(21B)において、夫々の銅板(2
0R)、(20N)、(20P)に接続する電子部品の
端子部及び夫々の銅板(20R)、(20P)、(20
N)に接続しない端子の貫通部及び絶縁板(21A)、
(21B)の各端子の貫通部には夫々所定形状所定寸法
の穴を設けて形成するようにしたパワーモジュールスタ
ック。
9. A copper plate (20R) forming the output circuit according to claim 3, and a copper plate (20 forming a minus power supply circuit.
N), the copper plate (20P) and the insulating plates (21A), (21B) that compose the positive power supply circuit.
0R), (20N), and (20P), the terminal portions of the electronic components and the respective copper plates (20R), (20P), (20)
N), the penetrating part of the terminal not connected to N) and the insulating plate (21A),
(21B) A power module stack in which holes having a predetermined shape and a predetermined size are provided in the penetrating portions of the respective terminals (21B).
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