JP4468614B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電力用半導体装置に関し、特に、6素子インバータ結線を有するパワーモジュールを2台接続する際の、外部直流端子の接続を容易にする半導体装置の電極配置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、6素子インバータ結線を有する電力用半導体装置は、直流の入力となるP電極・N電極と、三相交流の出力となるU・V・W相用電極とを有する。このような電力用半導体装置は、1台で使用する場合は、P電極には直流の正極を、N電極には直流の負極を入力として接続し、U・V・W相用電極には三相交流の負荷を接続する。
【0003】
例えば図7は、従来の半導体電力変換回路を使用した例としてインバータ装置の主要回路構成を示す。10は半導体スイッチ素子としてのダイオード6個を三相ブリッジ結線した半導体電力変換回路(モジュール)としてのコンバータ、20はトランジスタとダイオードとを逆並列接続した半導体スイッチ回路6個を三相ブリッジ結線した半導体電力変換回路(モジュール)としてのインバータ、40はコンバータ10の整流電圧を平滑するコンデンサである。図示の交流側端子R,S,Tは交流電源に接続され、三相交流端子U,V,Wはインバータ装置の出力として負荷に接続される。
【0004】
上記構成において、各モジュールのP端子およびN端子間を接続する接続導体は互いにその形状が異なり、インバータ装置構成に変更が有る場合、構成部品も変更する必要があり、組立作業および形状の標準化に問題があった。
【0005】
上記課題を解決するために従来種々の方策が考えられており、例えば図8は、従来の半導体装置を1台で使用する場合の外形及び電極配置の模式図を示す。同図において、81は半導体装置の直流正極の入力電極であるP電極を示し、82は直流負極の入力電極であるN電極を示し、83,84,85はそれぞれ三相交流の出力となるU・V・W相電極を示し、86は半導体装置の外形を示す筺体(パワーモジュール)である。この従来構成の半導体装置では、半導体装置の外部に露出しているP電極(81)・N電極(82)がそれぞれ1箇所ずつ設けられている。
【0006】
また、従来、電力用半導体装置(以下、「パワーモジュール」とも呼ぶ)を2台接続して使用する場合は、それぞれのP電極・N電極同士をバスバー等の直流入力接続導体を用いて接続した上で、このP・N電極にそれぞれ直流の正極及び負極を入力として接続し、U・V・W相電極には各々の三相交流の負荷を接続していた。
【0007】
しかし、このような構成のP・N電極間には、半導体装置内部及び、バスバー等の直流入力接続導体のインダクタンスにより、サージが発生しやすい。そのため、半導体装置を設計する際は、半導体装置の外部に露出するP・N電極の間隔を極力最小にしてサージの低減を図っている。更に、バスバー等の直流入力接続導体についても、同様の手法を用いている。
【0008】
しかしながら、このように電力用半導体装置を2台接続する場合は、サージ低減のために、半導体装置のP・N電極が位置する部分を近接配置してP・N電極の間隔を極力最小にしても、同一の半導体装置の場合はそれぞれのP・N電極は、点対称に位置することになり、その結果、P・N電極間隔が広くなっていた。
【0009】
この対策として、従来では、図9に示すように、電力用半導体装置を2台(86,86’)接続する場合は、P・N電極の配置を入れ替えた半導体装置、即ち、P電極とN電極とを接続した上で、このP・N電極にそれぞれ直流の正極及び負極を入力として接続した半導体装置を新たに作成するといったことが考えられていた。しかし、その実施に当たっては、電極や外装筺体の金型を新規に制作する必要があり、金型費用がかさむためコスト高になってしまうといった課題があった。また、半導体装置の電極配置構成において、外部直流端子を接続する作業工程の容易さも考慮しなければならなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、同一形状の電力用半導体装置を2台接続して使用した場合でも、P・N電極間のサージ発生を抑制し、且つ、金型を新規に作成する必要がなく低コストの電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【0011】
また、電力用半導体装置を2台接続して使用した場合でも、外部直流端子の接続を容易にする半導体装置の電極配置構成を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様による電力用半導体装置は、6素子インバータ結線を内蔵し、半導体装置の直流入力端子となるP電極またはN電極の一方の電極の外部露出箇所を2箇所に構成したことを特徴とする。
【0013】
即ち、電力用スイッチング半導体素子を複数個内蔵し、外部直流電源に接続されるP電極およびN電極と、三相交流のU相、V相、W相出力端子とを外部に露出させたパワーモジュールにおいて、上記P電極とN電極のいずれか一方の電極を2個設け、他方の電極の両側に配置した構成である。
【0014】
上記構成において、パワーモジュールの一辺に沿ってP電極とN電極とを交互に配列し、上記P電極とN電極の何れか一方を2個設け、他方の電極を等ピッチで挟むように配設している。上記構成のパワーモジュールを2台用意し、P電極同士およびN電極同士をバスバーで接続してもよい。
【0015】
本発明の第2の態様による電力用半導体装置は、前記P電極またはN電極の一方の電極上に接続子を付加したことを特徴とする。上記構成のパワーモジュールを2台用意し、P電極同士およびN電極同士をバスバーで接続してもよい。
【0016】
本発明の第3の態様による電力用半導体装置は、前記半導体装置の外部に露出する前記P電極またはN電極のうち、前記2箇所の外部露出箇所に設けられた1組の電極のうちいずれか一方を上記半導体装置の外形より外側にオーバーハングさせたことを特徴とする。上記構成のパワーモジュールを2台用意し、P電極同士およびN電極同士をバスバーで接続してもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の態様によるパワーモジュールは、電力用スイッチング半導体素子を複数個内蔵し、外部直流電源に接続されるP電極およびN電極と、三相交流のU相、V相、W相用出力端子とを外部に露出させた構成であり、このようなパワーモジュールの一辺に沿ってP電極とN電極を交互に3個配列し、P電極とN電極のいずれか一方の電極を2個設け、他方の電極の両側に等ピッチで挟むように配設したことを特徴とする。
【0018】
また、本発明の電力用半導体装置は、上記構成のパワーモジュールを2台用意し、P電極同士およびN電極同士をバスバーで接続した構成を有する。
【0019】
上記構成により、接続される一組のパワーモジュールが同一品で対応できるので、パワーモジュールの標準化が可能となるとともに、バスバーの長さを短くできるのでインダクタンスの低減を図ることができる。また、P・N電極間のサージを低減することができるとともに、同一外形で2台の半導体装置を接続使用することが容易となる。
【0020】
本発明の第2の態様によれば、2台のパワーモジュールのうち一方の半導体装置のP・N電極配置部のP電極またはN電極のいずれか一方の電極上に接続子を付加した構成である。上記構成により、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【0021】
本発明の第3の態様によれば、前記交互に配列したP電極とN電極のいずれか一方の電極をP・N電極配置部の中央に配置し、この中央位置の電極の両側に他方の電極を等ピッチで配設し、上記両側配設の他方の電極のうちいずれか一方を、前記モジュールの前記一辺より外側に延在させ、この延在した電極がバスバーの役目をすることを特徴とする。
【0022】
上記構成により、独立したバスバーが1本に減るため、バスバーのボルト締め箇所が少なくなり、分解・組立を短時間で行うことができるとともに、接触抵抗の低減による電気的ロスを低減できる。また、新たに接続子を付加することなく、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【0023】
以下、図1乃至図6を用いて本発明の実施例について説明する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略している。
【0024】
【実施例1】
図1は本発明の第1の実施例に係る半導体装置の外形と電極配置構成を示すもので、同図において、半導体装置の筺体(外形)6から外部に露出するP電極1またはN電極2の一方を半導体装置のP・N電極配置部の中央に配置し、他方の電極をその両側2箇所に等ピッチで前記電極を挟むように均等に配置する。図1に示す配置例では、P電極1をP・N電極配置部の中央に配置し、N電極2をP電極1の両側2箇所に均等な間隔をもって配置している。
【0025】
図2は、図1に示す半導体装置と同一外形のものを2台(6、6’として図示)使用する場合の半導体装置の配置構成を示す。上記のように構成することにより、図2に示すごとく、2台の半導体装置をP・N電極が位置する部分を近接して配置した場合でも、それぞれの半導体装置のP・N電極が隣接した配置構成となる。
【0026】
従って、P・N電極間のサージを低減することができるとともに、同一外形で2台の半導体装置を接続使用することが容易となる。
【0027】
【実施例2】
本発明の第2の実施例に係る半導体装置について、図3および図4を用いて以下に説明する。本実施例の特徴は、実施例1で説明した図2に示す2台の半導体装置6,6’の一方の半導体装置のP・N電極配置部のP電極またはN電極上に接続子を付加したことである。
【0028】
図3に示す構成例では、同一外形の2台の半導体装置6,6’のP・N電極配置部を近接配置し、その一方の半導体装置(6または6’)のP・N電極配置部の中央に配置したPまたはN電極上に接続子を付加している。即ち、図3に示す例では、中央に配置したP電極1上に接続子7aを付加した構成例を示している。
【0029】
図4に示す構成例では、P・N電極配置部の両側に配置したPまたはN電極上に接続子を付加した構成である。図4に示す例では、両側に配置した1組のN電極2上に接続子7bを付加した構成例を示している。
【0030】
上記のように構成することにより、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【0031】
【実施例3】
本発明の第3の実施例に係る半導体装置について、図5および図6を用いて以下に説明する。本実施例の特徴は、実施例1で説明した図1に示す半導体装置のP・N電極配置部の両側に配置したP電極またはN電極の右側または左側のいずれか一方の電極を半導体装置の筺体(外形)6より外側にオーバーハングさせたことである。図5に示す例では、2個のN電極8a,8bのうち右側配置のN電極8bを半導体装置の筺体(外形)6より外側にオーバーハングさせた構成としている。
【0032】
図6は、図5に示す半導体装置と同一外形のものを2台(6、6’)使用する場合の半導体装置の配置構成を示す。図6に示す構成例では、2台の半導体装置6,6’のP・N電極配置部を近接配置し、その一方の半導体装置6のP・N電極配置部の右側に配置したN電極8bを筺体(外形)6より外側にオーバーハングさせて他方の半導体装置6’のN電極と接続し、同様に、他方の半導体装置6’のP・N電極配置部の右側に配置したN電極8b’を筺体(外形)6’より外側にオーバーハングさせて一方の半導体装置6のN電極8aと接続している。
【0033】
上記のように構成することにより、実施例2で説明した接続子を付加する場合と同等の効果を得ることができる。即ち、新たに接続子を付加することなく、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第1の態様によれば、パワーモジュールの一辺に沿ってP電極とN電極を交互に3個配列し、P電極とN電極のいずれか一方の電極を2個設け、他方の電極の両側に等ピッチで挟むように配設したことにより、P・N電極間のサージを低減することができるとともに、同一外形で2台の半導体装置を接続使用することが容易となる。
【0035】
また、本発明の第2の態様によれば、P・N電極配置部の両側に配置したPまたはN電極上に接続子を付加した構成とすることにより、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【0036】
また、本発明の第3の態様によれば、P・N電極配置部の両側に配置したP電極またはN電極の右側または左側のいずれか一方の電極を半導体装置の外形より外側にオーバーハングさせたことにより、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例に係る半導体装置の外形と電極配置を示す模式図
【図2】 本発明の第1の実施例に係る半導体装置を2台使用する場合の電極配置を示す模式図
【図3】 本発明の第2の実施例に係る半導体装置を2台使用する場合の電極配置と接続子の配置を示す模式図
【図4】 本発明の第2の実施例に係る半導体装置を2台使用する場合の電極配置と接続子の配置を示す模式図
【図5】 本発明の第3の実施例に係る半導体装置の外形と電極配置を示す模式図
【図6】 本発明の第3の実施例に係る半導体装置を2台使用する場合の電極配置を示す模式図
【図7】 従来の半導体電力変換回路の一例を説明するための回路構成図
【図8】 従来の半導体装置の外形と電極配置を示す模式図
【図9】 従来の半導体装置を2台使用する場合の電極配置を示す模式図。
【符号の説明】
1 P電極
2 N電極
3 U相端子
4 V相端子
5 W相端子
6,6’ パワーモジュール外形
7a,7b 接続子
8b,8b’ オーバーハング電極
Claims (4)
- 電力用スイッチング半導体素子を複数個内蔵し、外部直流電源に接続されるP電極およびN電極と、三相交流のU相、V相、W相出力端子とを外部に露出させたパワーモジュールにおいて、
前記P電極およびN電極は、前記パワーモジュールの一辺に沿って交互に配設され、
前記P電極およびN電極の一方の電極は、2個設けられ、
前記P電極およびN電極の他方の電極は、前記一辺の中央に設けられ、
前記一方の電極は、前記他方の電極を等ピッチで挟むように、前記他方の電極の両側に配置される
ことを特徴とする電力用半導体装置。 - 前記構成のパワーモジュールを2台用意し、P電極同士およびN電極同士をバスバーで接続した
ことを特徴とする請求項1記載の電力用半導体装置。 - 前記半導体装置の外部に露出する前記P電極およびN電極のうち、前記2箇所の外部露出箇所に設けられた1組の電極のうちいずれか一方を前記パワーモジュールの一辺より外側に延在させた
ことを特徴とする請求項1記載の電力用半導体装置。 - 前記構成のパワーモジュールを2台用意し、P電極同士およびN電極同士を接続した
ことを特徴とする請求項3記載の電力用半導体装置。
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