JP4587378B2

JP4587378B2 - 積層導体

Info

Publication number: JP4587378B2
Application number: JP2005019674A
Authority: JP
Inventors: 高明原田; 孝志田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: JP2006210586A

Description

本発明は、例えば無停電電源装置の電力変換部分に使われるＩＧＢＴを並列に接続するための積層導体に関するものである。

従来より、無停電電源装置等の電力変換部分にはＩＧＢＴが使用されている（例えば非特許文献１参照）。そして、複数のＩＧＢＴを並列に接続するため積層導体が使用されているが、この従来の積層導体について図面を参照して説明する。

図６は従来の積層導体の構造であり、図６を用いて構成を説明する。

図６においては、４個のＩＧＢＴ４が、２行２列のマトリックス状に配置されている。ＩＧＢＴ４の上に、板状導体（Ｎ側）２が置かれ、その上に板状絶縁物３、板状導体（Ｐ側）１と順に重ねて置かれ、積層導体を形成している。

板状導体（Ｎ側）２及び板状導体（Ｐ側）１は、それぞれ、外部との接続のための端部を有している。

また、ＩＧＢＴ４と板状導体（Ｎ側）２、及び板状導体（Ｐ側）１とは、それぞれ端子（Ｎ側）６、及び端子（Ｐ側）７によって接続されており、電流５が矢印の流れのように板状導体（Ｎ側）２の端部から導体（Ｐ側）１の端部へと流れる。
松崎，「ＵＰＳの技術動向」，雑誌ＯＨＭ，オーム社，２００２年８月号，ｐ４０−４２

上記の積層導体では複数のＩＧＢＴを並列接続する場合、電流の流れる経路の長さが個々のＩＧＢＴにより異なるため、電流のアンバランスが大きく、発熱の偏りが起こりやすかった。

そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、電流経路の長さが均等になるような形状やスリットを設けることで電流のアンバランスを低減し、損失を少なくすることで装置の性能を高めることが可能な積層導体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、２行２列のマトリックス状に配置された４個の半導体素子を並列接続する為の正極側（Ｐ側）の板状導体および負極側（Ｎ側）の板状導体を、板状絶縁物を挟んで積層した積層導体において、
正極側の板状導体および負極側の板状導体を、それぞれ中央導体部と、この中央導体部の両端部にそれぞれ接続された側部導体部とからなるＨ型の形状にすることにより４個の半導体素子間に流れる電流のアンバランスを低減させるようにするとともに、
４個の半導体素子の正極側（Ｐ側）の端子と負極側（Ｎ側）の端子のうちの一方の端子のすべてが内側に配置され、他方の端子のすべてがその外側に配置されており、正極側の板状導体の側部導体部の両端部分に、それぞれ半導体素子の正極側の端子と接続される端子を設けるとともに、負極側の板状導体の側部導体部の両端部分に、それぞれ半導体素子の負極側の端子と接続される端子を設け、正極側の板状導体と負極側の板状導体のうちの一方の板状導体の中央導体部の全面が他方の板状導体の中央導体部に重なるようにすることによりインダクタンスを減少させるようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の積層導体において、正極側の板状導体と負極側の板状導体の中央導体部の一側面の中央部分をそれぞれ外部接続用導体部に接続し、前記中央導体部の外部接続用導体部と接続される部分の両側の部分に、それぞれ前記中央導体部の幅の２分の１の長さのスリットを入れることにより４個の半導体素子間に流れる電流を均等にするようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、板状導体の形状の工夫やスリットの追加により、個々の半導体素子の端子までの電流経路を理論上等距離にすることができ、結果として電流アンバランスを低減できる。また、４個の半導体素子の正極側の端子と負極側の端子の配置が工夫されており、板状導体をこれらに対応した形状および構成とすることにより、インダクタンスを減少させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の図において、同符号は同一部分または対応部分を示す。

（第１の実施形態）
まず、本発明に係る積層導体の第１の実施形態について説明する。図１は、この第１の実施形態における、板状導体（Ｎ側）の形状および電流経路を示す図である。なお、板状導体（Ｐ側）も同様の形状とする。

また、図２はこの板状導体（Ｎ側）、板状絶縁物、板状導体（Ｐ側）を積層した本実施形態の積層導体の構造を示す断面図、図３は板状導体（Ｎ側）、板状絶縁物、板状導体（Ｐ側）の重なりと端子の位置関係を説明するための図、図４はこの積層導体の、ほぼ直角に曲げられて形成されている外部との接続のための端部の構成を示す図である。

図１に示すように、この板状導体（Ｎ側）は、電流経路１７の矢印の方向に電流が流れる板状導体１１で、Ｈ型の形状を施してある。

すなわち、この板状導体１１は、所定幅、所定長さの中央導体部１１Ａと、この中央導体部１１Ａの両端にそれぞれ接続されて形成されている側部導体部１１Ｂ、１１Ｃからなり、Ｈ型の形状となっている。

また、中央導体部１１Ａの一側面の中央付近には、外部接続用導体部１１Ｄが形成され、この外部接続用導体部１１Ｄの他端部はほぼ直角に曲げられ外部との接続のための端部となっている。この外部接続用導体部１１Ｄは、中央導体部１１Ａに接続される部分は幅が狭く、その先の部分は、広くなっていて、更にその先の部分は直角に曲げられ外部との接続のための端部（図４参照）となっている。

側部導体部１１Ｂ、１１Ｃのそれぞれの両端近傍に位置する端子１２、端子１３、端子１４、端子１５はそれぞれＩＧＢＴの端子に接続される部分である。電流は電流経路１７の方向に流れ、それぞれ端子１２、１３、１４、１５に至る。

板状絶縁物を挟んで、Ｈ型の形状の板状導体（Ｐ側）を、もう１枚この板状導体（Ｎ側）に重ねる。Ｈ型の形状の板状導体（Ｐ側）においては、同じように４つの端子から矢印１７と逆の経路で電流が流れる。

図１に示すように、中央導体部１１Ａにおける外部接続用導体部１１Ｄに対する電流の流出入の基準となる基準点１６から見て各端子１２、１３、１４、１５までの電流経路１７の矢印の距離は等しく、従って流れる電流の量も等しくなる。

上記のように電流の流出入の基準となる基準点から各端子までの電流経路が等距離になるように、板状導体（Ｎ側）２および板状導体（Ｐ側）１をＨ型の形状にすることにより、電流アンバランスを低減することができる。その結果としてＩＧＢＴ間のインピーダンスのばらつきを低く抑えられ、また個々のＩＧＢＴ間の偏った発熱を抑えることにより装置の性能を高めることが可能である。

また、図３に示すように、４つのＩＧＢＴの端子（Ｐ側）のすべてを内側（中央寄り）、端子（Ｎ側）のすべてをその外側に配置したことにより、板状導体（Ｎ側）２および板状導体（Ｐ側）１を上から見たとき（板面に対して垂直方向から見たとき）、Ｈ型の板状導体（Ｐ側）１の中央導体部の全面がＨ型の板状導体（Ｎ側）２の中央導体部に重なっている。このように、重なりが多いことによりインダクタンスが減少する。なお、逆に、４つのＩＧＢＴの端子（Ｐ側）のすべてを外側、端子（Ｎ側）のすべてをその内側に配置し、Ｈ型の板状導体（Ｎ側）２の中央導体部の全面がＨ型の板状導体（Ｎ側）１の中央導体部に重なるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る積層導体の第２の実施形態について説明する。図５は、この第２の実施形態における、板状導体（Ｎ側）の形状および電流経路を示す図である。なお、板状導体（Ｐ側）も同様の形状とする。

図５に示すように、この板状導体（Ｎ側）は、電流経路２０の矢印の方向に電流が流れる板状導体１１で、Ｈ型の形状を施してあり、電流経路２０の途中にスリット１８を施してある。

すなわち、この板状導体１１は、第１の実施形態の板状導体１１の中央導体部１１Ａにおいて、外部接続用導体部１１Ｄと接続される部分の両側の部分にスリット１８を入れたものである。スリット１８の長さ（切り込みの深さ）は、中央導体部１１Ａの幅の２分の１としてある。

端子１２、端子１３、端子１４、端子１５はそれぞれＩＧＢＴの端子に接続される部分であり、電流は電流経路２０の方向に流れる。図１では、基準点１６に対して各端子１２、１３、１４、１５までの距離は等距離であるが、厳密に言えば基準点１６に至る前に電流は左右に別れるため端子１３、１５の方が端子１２、１４に比べ電流経路が短くなる。図５ではその対策としてスリット１８を設けることで、端子１３、１５へ流れる電流経路を調節し、端子１２、１４と等距離になるようにした。つまり板状導体１１への電流の流入口である基準点１９に対しても各端子１２、１３、１４、１５までが等距離となるようになっている。以上より、各端子までの厳密な距離が等距離となるため、図１に比べ同等以上の効果が得られる。

本発明の第１の実施形態における板状導体（Ｎ側）の形状および電流経路を示す図。本発明の第１の実施形態の積層導体の構成を示す断面図。本発明の第１の実施形態における板状導体の重なりと端子の位置関係を説明するための図。本発明の第１の実施形態における外部との接続のための端部の構成を示す正面図。本発明の第２の実施形態における板状導体（Ｎ側）の形状および電流経路を示す図。従来例の構成を示す図。

符号の説明

１…板状導体（Ｐ側）
２…板状導体（Ｎ側）
３…板状絶縁物
４…ＩＧＢＴ
５…電流
６…端子（Ｎ側）
７…端子（Ｐ側）
１１…板状導体
１１Ａ…中央導体部
１１Ｂ、１１Ｃ…側部導体部
１１Ｄ…外部接続用導体部
１２、１３、１４、１５…端子
１６、１９…基準点
１７、２０…電流経路
１８…スリット

Claims

２行２列のマトリックス状に配置された４個の半導体素子を並列接続する為の正極側の板状導体および負極側の板状導体を、板状絶縁物を挟んで積層した積層導体において、
前記正極側の板状導体および負極側の板状導体を、それぞれ中央導体部と、この中央導体部の両端部にそれぞれ接続された側部導体部とからなるＨ型の形状にすることにより前記４個の半導体素子間に流れる電流のアンバランスを低減させるようにするとともに、
前記４個の半導体素子の正極側の端子と負極側の端子のうちの一方の端子のすべてが内側に配置され、他方の端子のすべてがその外側に配置されており、前記正極側の板状導体の側部導体部の両端部分に、それぞれ前記半導体素子の正極側の端子と接続される端子を設けるとともに、前記負極側の板状導体の側部導体部の両端部分に、それぞれ前記半導体素子の負極側の端子と接続される端子を設け、正極側の板状導体と負極側の板状導体のうちの一方の板状導体の中央導体部の全面が他方の板状導体の中央導体部に重なるようにすることによりインダクタンスを減少させるようにしたことを特徴とする積層導体。
請求項１に記載の積層導体において、前記正極側の板状導体と負極側の板状導体の中央導体部の一側面の中央部分をそれぞれ外部接続用導体部に接続し、前記中央導体部の外部接続用導体部と接続される部分の両側の部分に、それぞれ前記中央導体部の幅の２分の１の長さのスリットを入れることにより前記４個の半導体素子間に流れる電流を均等にするようにしたことを特徴とする積層導体。