JP3512457B2 - Power converter - Google Patents

Power converter

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JP3512457B2
JP3512457B2 JP02408794A JP2408794A JP3512457B2 JP 3512457 B2 JP3512457 B2 JP 3512457B2 JP 02408794 A JP02408794 A JP 02408794A JP 2408794 A JP2408794 A JP 2408794A JP 3512457 B2 JP3512457 B2 JP 3512457B2
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昭生 平田
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Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、複数個のパワーモジュ
ールを組合わせ接続して構成される電力変換装置に関す
る。 【0002】 【従来の技術】この種の電力変換装置に使用されるパワ
ーモジュールは、バイポーラトランジスタやIGBT
(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等に限らず、パ
ワーMOSFETなどの種々の高速スイッチングができ
るパワーデバイスをケース内に収納したモジュール構造
としたものである。 【0003】1モジュールに例えばIGBTとダイオー
ドの逆並列回路を各1個収納したものを1in1、各2
個収納したものを2in1と呼んでいる。また、最近で
は、1モジュール内にパワーデバイス保護のための電子
回路を収納したインテリジェントパワーデバイスやIP
Mなども多く使用されている。 【0004】図7は電力変換装置のパワーモジュールを
冷却する冷却スタックの構成を示し、また、図8は単相
インバータ回路で構成した電力変換装置の回路構成を示
している。 【0005】IGBTとダイオードの逆並列回路からな
るパワーモジュール1を例えば8個使用し、それを放熱
部2aと取付けブロック部2bからなる冷却フィン2の
取付けブロック部2bに直接取付けている。冷却フィン
2は放熱部2aと取付けブロック部2bの熱をヒートパ
イプなどで放熱部2aに輸送する構成になっている。 【0006】8個のパワーモジュール1は、2個ずつ並
列接続すると共にその並列回路を2個ずつ直列接続して
各アームを構成している。そして各アームの並列回路に
スナバコンデンサ3とスナバ抵抗器4の直列回路をそれ
ぞれ並列に接続している。 【0007】各アームの両端は直流端子P,Nに接続さ
れ、また、各アームの各パワーモジュール1の接続点は
交流端子U,Xに接続されている。スナバコンデンサ3
やスナバ抵抗器4は高速スイッチングによるサージ電圧
を抑制するためにパワーモジュール1の極力近くに取付
けられるようになっている。 【0008】冷却スタックは、冷却フィン2の取付けブ
ロック部2bにパワーモジュール1を取付けるが、パワ
ーモジュール1の取付け個数が多いときには取付けブロ
ック部2bの両面に取付けるのが普通である。 【0009】また、冷却フィン2の取付けブロック部2
bには実際にはパワーモジュール1の他、スナバコンデ
ンサ3、スナバ抵抗器4、さらにはパワーモジュール1
の駆動回路を構成する抵抗器なども取付けられる。 【0010】例えば特公平5−30079号公報に見ら
れるものでは、複数のパワーモジュールを冷却フィンに
取付けた後、パワーモジュールの接続と付属周辺部品を
パワーボードで配線する方法を採用している。しかしこ
の方法でも多くの部品を冷却フィンに取付ける組立て作
業性を充分に改善することはできない。 【0011】また、パワーモジュール1は1個の定格容
量が少なく、図8では1アームを2並列接続している
が、500KVAクラスの3相インバータ装置では1ア
ームを5〜7個程度並列接続する構成の電力変換装置が
多く採用されている。 【0012】このようにパワーモジュール1の並列接続
数が多くなると、各パワーモジュールの電流バランスを
良くするため、スイッチング特性や飽和電圧などの電気
特性を合わせたパワーモジュールを並列接続する必要が
あった。 【0013】このために、従来の電力変換装置の冷却ス
タックでは、多くの部品を取付けるための作業性が悪
く、また、パワーモジュールの1個が破損することが発
生すると、そのパワーモジュールと電気特性の合ったパ
ワーモジュールと交換する必要があり、ユーザサイドで
の修理は困難であった。 【0014】このためユーザサイドでは冷却スタック自
体を予備品として購入する必要があったが、冷却スタッ
クを構成する冷却フィンは冷却にヒートパイプなどを必
要とする特殊な構造のため高価で、従って冷却スタック
は高価であり、また、冷却スタックはメーカサイドでし
か修理できないために故障復旧に長時間を要するなどの
問題があった。 【0015】また、パワーモジュールは過大な電流が流
れると、破壊時にケースが破れ、周囲の回路部品を汚損
する問題があり、このため破壊時には周囲の回路部品ま
でも交換しなければならない問題があった。 【0016】図9は、3レベルコンバータ回路の1相分
の組立図及び回路図を示すもので、この回路は図9の
(b) に示すように、4つのパワーモジュール11 ,12
,13,14 の直列回路を直流端子P,N間に接続し、
パワーモジュール12 ,13 の直列回路にダイオード5
1 ,52 の直列回路を図示極性にして並列に接続し、そ
のダイオード51 ,52 の接続点に直流端子Oを接続し
ている。なお、ACは交流端子である。 【0017】そしてその組立ては図9の(a) に示すよう
に、長方形状のパワーモジュール11 ,12 ,13 ,1
4 を縦(長辺方向)に並べて配置すると共にダイオード
51,52 をそれぞれパワーモジュール12 ,14 の横
に並べて配置し、この状態でパワーモジュール11 のコ
レクタCを接続導体61 で直流端子Pに接続し、パワー
モジュール11 のエミッタEとパワーモジュール12 の
コレクタCとダイオード51 のカソードKを接続導体6
2 で接続し、パワーモジュール12 のエミッタEとパワ
ーモジュール13 のコレクタCと交流端子ACを接続導
体63 で接続し、パワーモジュール13 のエミッタEと
パワーモジュール14 のコレクタCとダイオード52 の
アノードAを接続導体64 で接続し、ダイオード51 の
アノードAとダイオード52 のカソードKと直流端子O
を接続導体65 で接続し、かつパワーモジュール14 の
エミッタEと直流端子Nを接続導体66 で接続してい
る。 【0018】しかし、このような組立て構成にすると、
3レベルコンバータ回路全体ではパワーモジュールとダ
イオードの数が多いため、パワーモジュールを図7に示
すような冷却フィンに取付けた場合にスペースファクタ
が悪くなり、また、各直流端子P,O,N間の距離が長
くなり、各パワーモジュール11 〜14 やダイオード5
1 ,52 の接続導体61 〜66 のインダクタンスが大き
くなる問題があった。 【0019】このため、冷却スタックが大形化、重量化
かつ高価となる問題があった。また、接続導体のインダ
クタンスが大きくなるため、パワーモジュールの高速ス
イッチング動作時のサージ電圧も増加してスナバコンデ
ンサやスナバ抵抗器も大形化する問題があった。 【0020】 【発明が解決しようとする課題】このように電力変換装
置では、装置の小形化や軽量化、取扱いの容易性や予備
品を含めた価格の低減化、信頼性の向上などが要求され
るが、従来の電力変換装置ではその要求を満たすことが
できなかった。 【0021】すなわち、従来の電力変換装置では、冷却
フィンにパワーモジュールを取付けるときの組立ての作
業性が悪く、作業性の低下や取扱いの安全性などの問題
があった。 【0022】また、並列接続して使用するパワーモジュ
ールは電気特性を選別して組合わせる必要があるため、
パワーモジュールとスナバコンデンサ、スナバ抵抗器、
冷却フィンを一体に組立てた冷却スタック単位で取り扱
う必要があるが、従来では冷却スタックを予備品として
準備する場合に、予備品が非常に高価となる問題があ
り、また、ユーザ自身で修理は不可能なため、メーカへ
修理を依頼する必要があるが、冷却スタックは大きいた
め、その取り扱いが難しく、輸送費等も増加する問題が
あった。さらに、メーカ自身でも冷却スタックの組立て
の作業性が悪く、また取扱いも大変で装置の組立てが面
倒であった。 【0023】また、接続導体の配線インダクタンスが増
加し、このためパワーモジュールのサージ電圧が増加
し、スナバコンデンサやスナバ抵抗器の容量増加やパワ
ーモジュールの電圧利用率が低下する問題があった。 【0024】さらに、パワーモジュールの取付けスペー
スの利用率が悪いため、冷却フィンの取付けブロック部
のスペースも増加し、冷却スタックが大形化、重量化
し、かつ高価となる問題があった。 【0025】そこで本発明は、冷却スタックの取扱いが
容易となり、また組立てや検査時の作業性が容易とな
り、さらにパワーモジュールの電気的特性の選別が容易
にできる電力変換装置を提供する。 【0026】 【0027】 【課題を解決するための手段】請求項1対応の発明は、
複数個のパワーモジュールと、この複数個のパワーモジ
ュールの電気的接続を行うパワーボードと、前記複数個
のパワーモジュールを冷却する冷却フィンとを有する電
力変換装置において、電力変換装置のアームを構成する
少なくとも2個以上の特性選別されたパワーモジュール
を配置して電気的接続を行うパワーボードで1つの部品
単位を構成して、これを冷却フィンに取り付ける部品単
位とするものである。 【0028】 【0029】 【0030】 【0031】 【作用】請求項1対応の発明においては、パワーモジュ
ールを配置したパワーボードを部品単位として取扱うこ
とになる。このため取扱いが容易となり、装置の組立て
時の作業性や検査の作業性が向上できる。 【0032】また、パワーモジュールの電気的特性の選
別がパワーボード単位でできる。このため選別作業が容
易でかつ正確にでき、しかも組立て作業者やユーザはパ
ワーモジュールの並列接続に特別の注意を払う必要がな
く、冷却スタックの組立てや故障時の作業が容易にでき
る。 【0033】 【0034】 【0035】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 第1実施例 図1に示すように、長方形状のボード15の一面側の中
央部に長方形状の4個のパワーモジュール111,11
2,113,114を2個ずつボード15の長辺方向に
縦に並べて配置し、その各パワーモジュール111,1
12,113,114をボード15の他面側からネジ1
6,16,...で止めて固定しパワーモジュール付きパ
ワーボード17を構成している。 【0036】前記パワーモジュール付きパワーボード1
7はまた、ボード15の他面側の四隅にそれぞれスナバ
抵抗器141 ,142 ,143 ,144 を取付けると共
に長辺の縁部に各パワーモジュール111 ,112 ,1
13 ,114 の外側に位置するようにしてスナバコンデ
ンサ131 ,132 ,133 ,134 を取付けている。 【0037】このパワーモジュール111 ,112 ,1
13 ,114 、スナバコンデンサ131 ,132 ,13
3 ,134 及びスナバ抵抗器141 ,142 ,143 ,
144 を取付けたパワーモジュール付きパワーボード1
7を部品単位のパワーボードとして取扱うようになって
いる。 【0038】こうして構成された例えば2個のパワーモ
ジュール付きパワーボード171 ,172 を図2に示す
ように放熱部12aと取付けブロック部12bからなる
冷却フィン12の取付けブロック部12bの両面にそれ
ぞれパワーモジュールを接触させて取付け、冷却スタッ
クを構成している。 【0039】前記パワーボード171 ,172 の取付け
ブロック部12bへの取付けは、各パワーボード171
,172 の各パワーモジュール11(111 ,112
,113 ,114 )の四隅に開けられた孔にボード1
5の他面側から取付けネジ18,18,…を通してネジ
止めして行っている。 【0040】前記冷却スタックの機能は、冷却フィン1
2の取付けブロック部12bで発生した熱をヒートパイ
プ等で放熱部12aに熱輸送して放出し、各パワーモジ
ュール11を冷却するようになっている。 【0041】このようにして構成される冷却スタック
は、パワーモジュール11を冷却フィン12の取付けブ
ロック部12bの両面に合計8個取付けることになるの
で、その重量が40〜50Kgとなり、体積も0.03m
3 位となり、取扱いが非常に大変となる。 【0042】しかし、4個のパワーモジュール111 ,
112 ,113 ,114 を取付けたパワーボード171
,172 を部品単位としているので、その取扱う重量
や体積は冷却スタックの1/8〜1/10程度となり、
取扱いが非常に容易となる。 【0043】このため電力変換装置を組立てるときの作
業が容易となり、作業性が向上する。また、パワーモジ
ュール11が故障したときなどの交換作業も容易とな
る。また、パワーモジュール11を並列接続するために
電気的特性を選別して組み合わせを行う必要があるが、
このような選別作業はパワーボード単位で行うことがで
きるため、予め選別組合わせしたパワーボードを用意し
ておけば、パワーモジュール11が故障したときにパワ
ーボード単位で交換すれば良く、作業は極めて容易とな
る。 【0044】また、パワーボード単位で取扱うので、部
品交換のための予備品の取扱いや保管がパワーボード単
位ででき、予備品の取扱いや保管が容易にできると共に
価格的にも非常に安価となる。 【0045】第2実施例 なお、第1実施例と同一の部分には同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。 【0046】図3に示すように、ボード15の一面側に
各パワーモジュール111 〜114の周囲をコ字状に包
囲する遮蔽部材20を取付けている。すなわち、前記遮
蔽部材20は各パワーモジュール111 〜114 間を遮
蔽すると共に各パワーモジュール111 〜114 の長辺
の外側を遮蔽するようになっている。 【0047】このような構成においては、パワーモジュ
ール111 〜114 が過大な電流で破損してパワーモジ
ュールからアークが発生しても、そのアークは遮蔽部材
20で遮断されるので、他の正常なパワーモジュールが
破損したパワーモジュールからのアークにより損傷する
のを確実に防止できる。 【0048】従って、パワーモジュールの破損時には破
損したパワーモジュールのみを交換すれば良く、他の正
常なパワーモジュールは再使用できるので、故障修理も
容易となり、また経済的にも故障復旧価格を低減でき
る。 【0049】なお、第1及び第2実施例ではパワーモジ
ュールを冷却フィンの取付けブロック部の両面に合計8
個取付けた場合について述べたがその個数は必ずしもこ
れに限定されるものではなく、例えば6個ずつの合計1
2個取付けるものであっても良く、要は電力変換装置の
回路の所定単位で個数を決定することができる。 【0050】また、第1及び第2実施例ではパワーモジ
ュールの付属周辺部品としてスナバコンデンサやスナバ
抵抗器をパワーモジュールと同じボードに取付けたが、
その他パワーモジュールのベース抵抗器など他の回路部
品も同じボードに取付けてもよく、同じボードに取付け
る付属周辺部品は特に限定されるものではない。 【0051】さらに、パワーボードを取付けた部品単位
のパワーボードを冷却フィンに取付けて冷却スタックを
構成する場合に、パワーモジュールをボードに取付ける
ネジ16は、冷却フィンにパワーボードを取付けると
き、取付けネジ18との寸法調整のため、一度緩めて再
度締付けるようにしてもよく、このようにしても本発明
の効果を減少させるものではない。 【0052】第3実施例 なお、この実施例は3レベルコンバータ回路の場合につ
いて述べ、その1相分の回路構成は図9の(b)に示す
回路構成と同一である。 【0053】図4に示すように4個の長方形状のパワー
モジュール211 ,212 ,213,214 と1個の長
方形状のダイオードモジュール25で回路を組立ててい
る。前記ダイオードモジュール25は2個のダイオード
を1つのパッケージに収納した2in1のダイオードモ
ジュールである。 【0054】前記各パワーモジュール211 ,212 ,
213 ,214 及びダイオードモジュール25を、ダイ
オードモジュール25を中央にして、各モジュールの長
辺を横にして縦に並べて配置している。 【0055】そして前記パワーモジュール211 のコレ
クタCを接続導体261 で直流端子Pに接続し、前記パ
ワーモジュール211 のエミッタEとパワーモジュール
212 のコレクタCとダイオードモジュール25のカソ
ードKを接続導体262 で接続し、前記パワーモジュー
ル212 のエミッタEとパワーモジュール213 のコレ
クタCと交流端子ACを接続導体263 で接続し、前記
パワーモジュール213 のエミッタEとパワーモジュー
ル214 のコレクタCとダイオードモジュール25のア
ノードAを接続導体264 で接続し、ダイオードモジュ
ール25のアノード、カソード接続端子AKと直流端子
Oを接続導体265 で接続し、かつパワーモジュール2
14 のエミッタEと直流端子Nを接続導体266 で接続
している。 【0056】このような各モジュール211 〜214 、
25の配置構成により、直流端子P,N間に接続される
接続導体261 〜266 が、各モジュール211 〜21
4 、25の長辺方向と直交する方向に配置するようにな
るので、接続導体の距離を充分に短くできる。また、直
流端子PとO間及び直流端子OとN間を最短にできる。 【0057】従って、各パワーモジュール211 〜21
4 間の接続導体262 〜264 の配線インダクタンスを
低減でき、かつ取付けスペースの利用率も向上できる。
そして配線インダクタンスの低減によりパワーモジュー
ルのサージ電圧も減少し、スナバコンデンサやスナバ抵
抗器の容量増加を防止することができ、これによりパワ
ーモジュールの電圧利用率も向上できる。 【0058】また、取付けスペースの利用率が向上する
ことにより、冷却スタックを小形軽量化でき、電力変換
装置自体の小形化及び低価格化を実現できる。 第4実施例 この実施例も3レベルコンバータ回路の1相分の組立て
について述べ、第3実施例と同一の部分には同一の符号
を付して詳細な説明は省略する。 【0059】この実施例は図5に示すように、1個のダ
イオードを1つのパッケージに収納した1in1のダイ
オードモジュール251 ,252 を使用したものであ
る。これは4個のパワーモジュール211 ,212 ,2
13 ,214 をその長辺を横にして縦に並べて配置し、
その両側にそれぞれダイオードモジュール251 ,25
2 を同じくその長辺を横にして縦に並べて配置してい
る。 【0060】そして前記パワーモジュール211 のコレ
クタCを接続導体361 で直流端子Pに接続し、前記パ
ワーモジュール211 のエミッタEとパワーモジュール
212 のコレクタCとダイオードモジュール251 のカ
ソードKを接続導体362 で接続し、前記パワーモジュ
ール212 のエミッタEとパワーモジュール213 のコ
レクタCと交流端子ACを接続導体363 で接続し、前
記パワーモジュール213 のエミッタEとパワーモジュ
ール214 のコレクタCとダイオードモジュール252
のアノードAを接続導体364 で接続し、ダイオードモ
ジュール251のアノードAと直流端子Oを接続導体3
651で接続し、ダイオードモジュール252 のカソード
Kと直流端子Oを接続導体3652で接続し、かつパワー
モジュール214 のエミッタEと直流端子Nを接続導体
366 で接続している。 【0061】このように1in1のダイオードモジュー
ル251 ,252 を使用した場合で各接続導体361 〜
366 が、各モジュール211 〜214 、251 ,25
2 の長辺方向と直交する方向に配置するようになるの
で、接続導体の距離を充分に短くできる。 【0062】従って、接続導体の配線インダクタンスを
低減でき、かつ取付けスペースの利用率も向上できるの
で、第3実施例と同様の作用効果が得られる。 第5実施例 この実施例は、図6に示すように2個のパワーモジュー
ルを直流端子P,N間に直列に接続する場合の組立てを
示すもので、2個のパワーモジュール311,312を
その長辺を横にして縦に並べて配置している。 【0063】そして前記パワーモジュール311 のコレ
クタCと直流端子Pを接続導体461 で接続し、前記パ
ワーモジュール311 のエミッタEと前記パワーモジュ
ール312 のコレクタCを接続導体462 で接続し、前
記パワーモジュール312 のエミッタEと直流端子Nを
接続導体463 で接続している。 【0064】この実施例においても直流端子P,N間を
最短にすることができ、使用する接続導体を短くでき
る。従って、接続導体の配線インダクタンスを低減で
き、かつ取付けスペースの利用率も向上できるので、第
3実施例と同様の作用効果が得られる。すなわち、3レ
ベルコンバータ回路以外の電力変換装置でも同様の効果
が得られる。 【0065】 【発明の効果】以上説明したように請求項1対応の発明
によれば、複数個のパワーモジュール及びその周辺回路
部品を配置した部品単位のパワーボードで取扱うため、
電力変換装置の組立てや検査時の作業性が大幅に向上で
きる。また、ユーザなどに納入する予備品もパワーボー
ド単位で準備できるため、予備品価格を減少でき、また
取扱いが容易となり、従って故障復旧時間の短縮や故障
復旧費用の低減ができる。 【0066】また、パワーモジュールを並列接続するた
めに電気的特性を選別して組合わせる作業をパワーボー
ド単位で行えばよいので、電力変換装置の組立て作業や
ユーザでの部品交換時に、特別なパワーモジュールの選
別を行う必要がなく、パワーボード単位で作業ができ
る。従ってこの点においても作業性が向上し、電力変換
装置の低価格化、予備品の低価格化、故障復旧時間の短
縮や費用の低減ができる。 【0067】 【0068】 【0069】
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter constructed by combining and connecting a plurality of power modules. 2. Description of the Related Art A power module used in a power converter of this type includes a bipolar transistor and an IGBT.
(Insulated gate bipolar transistor) A module structure in which various high-speed switching power devices such as a power MOSFET are housed in a case, not limited to the case. [0003] One module each containing, for example, one antiparallel circuit of an IGBT and a diode is 1in1, 2
The one stored individually is called 2in1. Recently, an intelligent power device or an IP in which an electronic circuit for protecting the power device is housed in one module is described.
M and the like are often used. FIG. 7 shows a configuration of a cooling stack for cooling a power module of a power converter, and FIG. 8 shows a circuit configuration of a power converter configured by a single-phase inverter circuit. [0005] For example, eight power modules 1 each composed of an antiparallel circuit of an IGBT and a diode are used, which are directly mounted on a mounting block 2b of a cooling fin 2 composed of a heat radiating section 2a and a mounting block 2b. The cooling fins 2 are configured to transport heat of the heat radiating portion 2a and the mounting block portion 2b to the heat radiating portion 2a by a heat pipe or the like. Each of the eight power modules 1 is connected in parallel with each other, and the parallel circuits are connected in series two by two to form each arm. Then, a series circuit of the snubber capacitor 3 and the snubber resistor 4 is connected in parallel to the parallel circuit of each arm. [0007] Both ends of each arm are connected to DC terminals P and N, and the connection point of each power module 1 of each arm is connected to AC terminals U and X. Snubber capacitor 3
The snubber resistor 4 is mounted near the power module 1 as much as possible to suppress a surge voltage due to high-speed switching. In the cooling stack, the power module 1 is mounted on the mounting block 2b of the cooling fin 2. When the number of the power modules 1 is large, the cooling stack is usually mounted on both sides of the mounting block 2b. Also, the mounting block 2 of the cooling fin 2
b, in addition to the power module 1, the snubber capacitor 3, the snubber resistor 4, and the power module 1
A resistor or the like that constitutes the drive circuit is mounted. [0010] For example, Japanese Patent Publication No. 5-300079 discloses a method in which a plurality of power modules are mounted on cooling fins, and then the connection of the power modules and the attached peripheral parts are wired with a power board. However, even with this method, the assembling workability of attaching many parts to the cooling fins cannot be sufficiently improved. The power module 1 has a small rated capacity. In FIG. 8, one arm is connected in parallel with two arms. In a 500 KVA class three-phase inverter device, about five to seven arms are connected in parallel. Many power conversion devices having a configuration are employed. When the number of power modules 1 connected in parallel increases as described above, it is necessary to connect power modules in parallel with electrical characteristics such as switching characteristics and saturation voltage in order to improve the current balance of each power module. . For this reason, in the conventional cooling stack of a power converter, workability for mounting many components is poor, and when one of the power modules is damaged, the power module and the electric characteristics are not improved. It was necessary to replace the power module with a suitable power module, and repair on the user side was difficult. For this reason, the user had to purchase the cooling stack itself as a spare part, but the cooling fins constituting the cooling stack are expensive due to a special structure requiring a heat pipe or the like for cooling. The stack is expensive, and the cooling stack can be repaired only by the manufacturer, so that it takes a long time to recover from the failure. Further, when an excessive current flows in the power module, there is a problem that the case is broken at the time of destruction and the surrounding circuit components are stained. Therefore, at the time of destruction, there is a problem that the surrounding circuit components must be replaced. Was. FIG. 9 shows an assembly diagram and a circuit diagram of one phase of the three-level converter circuit.
As shown in (b), the four power modules 11 and 12
, 13 and 14 are connected between DC terminals P and N,
Diode 5 in series circuit of power modules 12 and 13
The series circuits 1 and 52 are connected in parallel with the polarity shown in the figure, and the DC terminal O is connected to the connection point of the diodes 51 and 52. AC is an AC terminal. As shown in FIG. 9 (a), the assembling is performed by using rectangular power modules 11, 12, 13 and 1.
And the diodes 51 and 52 are arranged next to the power modules 12 and 14, respectively. In this state, the collector C of the power module 11 is connected to the DC terminal P by the connection conductor 61. The emitter E of the power module 11, the collector C of the power module 12 and the cathode K of the diode 51 are connected to the connecting conductor 6
2, the emitter E of the power module 12, the collector C of the power module 13 and the AC terminal AC are connected by a connecting conductor 63, and the emitter E of the power module 13, the collector C of the power module 14 and the anode A of the diode 52 are connected. They are connected by the connecting conductor 64, and the anode A of the diode 51, the cathode K of the diode 52 and the DC terminal O
Are connected by a connection conductor 65, and the emitter E of the power module 14 and the DC terminal N are connected by a connection conductor 66. However, with such an assembly configuration,
Since the number of power modules and diodes is large in the entire three-level converter circuit, when the power module is mounted on a cooling fin as shown in FIG. 7, the space factor becomes worse, and between the DC terminals P, O, N The distance becomes longer and each power module 11 ~ 14 and diode 5
There is a problem that the inductance of the connection conductors 61 to 66 of 1, 52 becomes large. For this reason, there has been a problem that the cooling stack becomes large, heavy and expensive. Further, since the inductance of the connection conductor increases, the surge voltage during the high-speed switching operation of the power module also increases, and there is a problem that the snubber capacitor and the snubber resistor also become large. As described above, in the power conversion device, there is a demand for downsizing and weight reduction of the device, ease of handling, reduction of the price including spare parts, improvement of reliability, and the like. However, the conventional power converter cannot meet the demand. That is, in the conventional power converter, the workability of assembling when attaching the power module to the cooling fins is poor, and there are problems such as a decrease in workability and safety in handling. Further, since it is necessary to select and combine electric characteristics of power modules used in parallel connection,
Power modules and snubber capacitors, snubber resistors,
Although it is necessary to handle the cooling fins in units of a cooling stack that is integrally assembled, there is a problem that the spare parts are extremely expensive when preparing the cooling stack as spare parts in the past. Since it is possible, it is necessary to request repair from a maker. However, since the cooling stack is large, it is difficult to handle the cooling stack, and there is a problem that the transportation cost and the like increase. Further, the maker itself has a poor workability in assembling the cooling stack, and handling is difficult, and assembling the apparatus is troublesome. In addition, the wiring inductance of the connection conductor increases, and therefore, the surge voltage of the power module increases, so that there is a problem that the capacity of the snubber capacitor and the snubber resistor increases and the voltage utilization rate of the power module decreases. Further, since the utilization rate of the mounting space for the power module is poor, the space for the mounting block portion of the cooling fins also increases, and there is a problem that the cooling stack becomes large, heavy, and expensive. Accordingly, the present invention provides a power conversion device that facilitates handling of a cooling stack, facilitates assembly and inspection work, and facilitates selection of electrical characteristics of a power module. Means for Solving the Problems The invention corresponding to claim 1 is:
An arm of the power converter is provided in a power converter including a plurality of power modules, a power board for electrically connecting the plurality of power modules, and cooling fins for cooling the plurality of power modules. <br/> At least two or more characteristics-selected power modules
Constituting one component units in the power board for electrical connection by placing, attached it to the cooling fin part single
It is a place to be. In the invention corresponding to claim 1, the power board on which the power modules are arranged is handled as a component unit. Therefore, handling becomes easy, and workability at the time of assembling the apparatus and workability of inspection can be improved. Further, the electric characteristics of the power module can be selected for each power board. For this reason, the sorting operation can be performed easily and accurately, and the assembler and the user do not need to pay special attention to the parallel connection of the power modules, and the assembling of the cooling stack and the operation at the time of failure can be facilitated. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment As shown in FIG. 1, four rectangular power modules 111 and 11 are provided at a central portion on one surface side of a rectangular board 15.
2, 113 and 114 are vertically arranged in the longitudinal direction of the board 15 two by two.
12, 113, 114 are screwed from the other side of the board 15
The power board 17 with the power module is fixed by stopping at 6, 16,.... Power board 1 with power module
7 also has snubber resistors 141, 142, 143, 144 at the four corners on the other side of the board 15, respectively, and power modules 111, 112, 1, 1 at the long edges.
The snubber capacitors 131, 132, 133, and 134 are mounted so as to be located outside the positions 13 and 114. The power modules 111, 112, 1
13, 114, snubber capacitors 131, 132, 13
3, 134 and snubber resistors 141, 142, 143,
Power board 1 with power module with 144 installed
7 is handled as a power board for each component. As shown in FIG. 2, for example, the two power boards 171 and 172 with the power module thus constructed are mounted on both sides of the mounting block portion 12b of the cooling fin 12 comprising the heat radiating portion 12a and the mounting block portion 12b. Are mounted in contact with each other to form a cooling stack. The mounting of the power boards 171 and 172 to the mounting block portion 12b is performed by the respective power boards 171 and 172.
, 172 power modules 11 (111, 112)
, 113, 114) in the holes made at the four corners.
5 are screwed from the other side through mounting screws 18, 18,.... The function of the cooling stack is as follows.
The heat generated in the second mounting block portion 12b is transported to the heat radiating portion 12a by a heat pipe or the like and released, so that each power module 11 is cooled. In the cooling stack thus configured, a total of eight power modules 11 are mounted on both sides of the mounting block 12b of the cooling fins 12, so that the weight is 40 to 50 kg and the volume is 0.1 kg. 03m
Third place, handling is very difficult. However, the four power modules 111,
Power board 171 to which 112, 113 and 114 are attached
, 172 in parts, the weight and volume handled are about 1/8 to 1/10 of the cooling stack.
Handling becomes very easy. Therefore, the work at the time of assembling the power converter is facilitated, and the workability is improved. Further, replacement work when the power module 11 breaks down becomes easy. In addition, in order to connect the power modules 11 in parallel, it is necessary to select and combine electrical characteristics.
Since such a sorting operation can be performed on a power board basis, if a sorting and combination of power boards is prepared in advance, the power module 11 can be replaced on a power board basis when the power module 11 breaks down. It will be easier. Further, since the power board is handled in units of a power board, spare parts for component replacement can be handled and stored in units of the power board, so that the handling and storage of the spare parts can be facilitated and the price is very low. . Second Embodiment The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. As shown in FIG. 3, a shielding member 20 is provided on one side of the board 15 so as to surround the power modules 111 to 114 in a U-shape. That is, the shielding member 20 shields between the power modules 111 to 114 and also shields the outside of the long side of each of the power modules 111 to 114. In such a configuration, even if the power modules 111 to 114 are damaged by an excessive current and an arc is generated from the power module, the arc is cut off by the shielding member 20 so that other normal power The module can be reliably prevented from being damaged by the arc from the damaged power module. Therefore, when the power module is damaged, only the damaged power module needs to be replaced, and the other normal power modules can be reused, so that the repair of the failure becomes easy and the failure recovery price can be reduced economically. . In the first and second embodiments, a total of eight power modules are mounted on both sides of the mounting block of the cooling fin.
Although the case where a plurality is attached has been described, the number is not necessarily limited to this, and for example, a total of six
The number may be two, and the point is that the number can be determined in a predetermined unit of the circuit of the power converter. In the first and second embodiments, a snubber capacitor and a snubber resistor are attached to the same board as the power module as peripheral parts attached to the power module.
Other circuit components such as a base resistor of a power module may be mounted on the same board, and the attached peripheral components mounted on the same board are not particularly limited. Further, when a cooling stack is formed by attaching a power board of each component to which a power board is attached to a cooling fin, a screw 16 for attaching a power module to the board is used when the power board is attached to the cooling fin. In order to adjust the dimensions with the bolts 18, the bolts may be loosened once and tightened again. This does not reduce the effect of the present invention. Third Embodiment This embodiment describes the case of a three-level converter circuit, and the circuit configuration for one phase is the same as the circuit configuration shown in FIG. 9B. As shown in FIG. 4, a circuit is assembled by four rectangular power modules 211, 212, 213, and 214 and one rectangular diode module 25. The diode module 25 is a 2-in-1 diode module in which two diodes are housed in one package. The power modules 211, 212,.
213, 214 and the diode module 25 are arranged vertically with the diode module 25 at the center and the long sides of each module being horizontal. The collector C of the power module 211 is connected to the DC terminal P via a connection conductor 261, and the emitter E of the power module 211, the collector C of the power module 212 and the cathode K of the diode module 25 are connected via a connection conductor 262. Then, the emitter E of the power module 212, the collector C of the power module 213 and the AC terminal AC are connected by a connecting conductor 263, and the emitter E of the power module 213, the collector C of the power module 214 and the anode A of the diode module 25 are connected. The connection is made by a connection conductor 264, the anode and cathode connection terminals AK of the diode module 25 and the DC terminal O are connected by a connection conductor 265, and the power module 2
The 14 emitters E and the DC terminals N are connected by connecting conductors 266. Each of these modules 211 to 214,
25, the connecting conductors 261 to 266 connected between the DC terminals P and N are connected to the respective modules 211 to 21.
4 and 25, they are arranged in a direction orthogonal to the long side direction, so that the distance between the connection conductors can be sufficiently reduced. Further, the distance between the DC terminals P and O and the distance between the DC terminals O and N can be minimized. Therefore, each of the power modules 211 to 21
The wiring inductance of the four connecting conductors 262 to 264 can be reduced, and the utilization rate of the mounting space can be improved.
Then, the surge voltage of the power module is reduced due to the reduction of the wiring inductance, so that it is possible to prevent the capacity of the snubber capacitor and the snubber resistor from increasing, thereby improving the voltage utilization rate of the power module. Further, by improving the utilization rate of the mounting space, the cooling stack can be reduced in size and weight, and the power converter itself can be reduced in size and cost. Fourth Embodiment This embodiment also describes the assembly of one phase of a three-level converter circuit, and the same parts as those of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In this embodiment, as shown in FIG. 5, 1-in-1 diode modules 251 and 252 in which one diode is housed in one package are used. This consists of four power modules 211, 212, 2
13 and 21 4 are arranged vertically with their long sides horizontal.
Diode modules 25 1, 25
2 are also arranged vertically with their long sides horizontal. The collector C of the power module 211 is connected to the DC terminal P via a connection conductor 361, and the emitter E of the power module 211, the collector C of the power module 212 and the cathode K of the diode module 251 are connected via a connection conductor 362. Then, the emitter E of the power module 212, the collector C of the power module 213 and the AC terminal AC are connected by a connecting conductor 363, and the emitter E of the power module 213, the collector C of the power module 214 and the diode module 252 are connected.
Of the diode module 251 and the DC terminal O are connected by the connection conductor 364.
651, the cathode K of the diode module 252 and the DC terminal O are connected by a connection conductor 3652, and the emitter E of the power module 214 and the DC terminal N are connected by a connection conductor 366. As described above, when the 1-in-1 diode modules 251 and 252 are used, each of the connection conductors 361 to 361 to 252 is used.
366 are the modules 211 to 214, 251, 25
2, the distance between the connection conductors can be sufficiently reduced. Accordingly, the wiring inductance of the connection conductor can be reduced and the utilization rate of the mounting space can be improved, so that the same operation and effect as in the third embodiment can be obtained. Fifth Embodiment This embodiment shows an assembly in a case where two power modules are connected in series between DC terminals P and N as shown in FIG. 6, in which two power modules 311 and 312 are connected. They are arranged vertically with their long sides horizontal. Then, the collector C of the power module 311 and the DC terminal P are connected by a connection conductor 461, and the emitter E of the power module 311 and the collector C of the power module 312 are connected by a connection conductor 462. And the DC terminal N are connected by a connection conductor 463. Also in this embodiment, the distance between the DC terminals P and N can be minimized, and the connection conductor used can be shortened. Therefore, the wiring inductance of the connection conductor can be reduced, and the utilization rate of the mounting space can be improved, so that the same operation and effect as in the third embodiment can be obtained. That is, the same effect can be obtained with a power conversion device other than the three-level converter circuit. As described above, according to the first aspect of the present invention, since a plurality of power modules and their peripheral circuit components are disposed on a component-by-component power board,
Workability at the time of assembling and inspecting the power converter can be greatly improved. In addition, since spare parts to be delivered to a user or the like can be prepared in units of power boards, the price of spare parts can be reduced, and handling can be facilitated. Therefore, failure recovery time and cost can be reduced. In addition, since the work of selecting and combining the electric characteristics in order to connect the power modules in parallel may be performed for each power board, a special power supply is required for assembling the power converter or replacing parts by the user. There is no need to sort modules, and work can be done on a power board basis. Accordingly, workability is improved in this respect as well, and it is possible to reduce the cost of the power converter, reduce the cost of spare parts, reduce the time required for recovery from a failure, and reduce the cost. [0069]

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1実施例におけるパワーボードの構
成を示す図。 【図2】同実施例における冷却スタックの外観を示す斜
視図。 【図3】本発明の第2実施例におけるパワーボードの構
成を示す図。 【図4】本発明の第3実施例におけるパワーモジュール
及び接続導体の配置関係を示す図。 【図5】本発明の第4実施例におけるパワーモジュール
及び接続導体の配置関係を示す図。 【図6】本発明の第5実施例におけるパワーモジュール
及び接続導体の配置関係を示す図。 【図7】従来例における冷却スタックの外観を示す斜視
図。 【図8】同従来例の対応する回路構成を示す図。 【図9】従来例における3レベルコンバータ回路で構成
した電力変換装置の一部パワーモジュール及び接続導体
の配置関係並びに対応する回路構成を示す図。 【符号の説明】 11,111 ,112 ,113 ,114 …パワーモジュ
ール 12…冷却フィン 131 ,132 ,133 ,134 …スナバコンデンサ 141 ,142 ,143 ,144 …スナバ抵抗器 20…遮蔽部材 211 ,212 ,213 ,214 …パワーモジュール 25,251 ,252 …ダイオードモジュール 261 ,262 ,263 ,264 ,265 ,266 …接
続導体 311 ,312 …パワーモジュール 361 ,362 ,363 ,364 ,365 ,366 …接
続導体 461 ,462 ,463 …接続導体
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power board according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of the cooling stack in the embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a power board according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an arrangement relationship between a power module and connection conductors according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing an arrangement relationship between a power module and connection conductors according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view showing an arrangement relationship between a power module and connection conductors according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of a cooling stack in a conventional example. FIG. 8 is a diagram showing a corresponding circuit configuration of the conventional example. FIG. 9 is a diagram showing a partial arrangement of power modules and connection conductors of a power conversion device including a three-level converter circuit in a conventional example, and a corresponding circuit configuration. [Description of Signs] 11, 111, 112, 113, 114 ... power module 12 ... cooling fins 131, 132, 133, 134 ... snubber capacitors 141, 142, 143, 144 ... snubber resistor 20 ... shielding members 211, 212, 213, 214 ... power modules 25, 251, 252 ... diode modules 261, 262, 263, 264, 265, 266 ... connecting conductors 311, 312 ... power modules 361, 362, 363, 364, 365, 366 ... connecting conductors 461, 462, 463 ... connecting conductor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 複数個のパワーモジュールと、この複数
個のパワーモジュールの電気的接続を行うパワーボード
と、前記複数個のパワーモジュールを冷却する冷却フィ
ンとを有する電力変換装置において、 電力変換装置のアームを構成する少なくとも2個以上の
特性選別されたパワーモジュールを配置して電気的接続
を行うパワーボードで1つの部品単位を構成して、これ
を冷却フィンに取り付ける部品単位とすることを特徴と
する電力変換装置。
(57) [Claim 1] A plurality of power modules, a power board for electrically connecting the plurality of power modules, and a cooling fin for cooling the plurality of power modules. A power converter having at least two or more characteristic-selected power modules constituting an arm of the power converter, and electrically connecting the power modules.
Constituting one component units in a power board that performs power conversion apparatus characterized by a component unit for mounting it to the cooling fins.
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