JP4661966B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
このように複数の半導体モジュールを並列接続する場合、従来は、効率の観点から、各半導体モジュールへ流れる被制御電流がなるべく均一になるように、各半導体モジュールの電極端子へ接続する接続導体の配線や形状が工夫されてきた(引用文献1参照)。
たとえば、冷却管を複数の半導体モジュールに接触させると共に冷却管内に冷却媒体を巡らせて半導体モジュールを冷却する場合、冷媒流路の上流側と下流側とでは、その冷却媒体の温度の差や圧力損失等の影響により、その冷却効率が異なる。すなわち、各半導体モジュールごとに放熱時の熱抵抗が異なる。その結果、複数の半導体モジュールの間で温度に偏りが生じることがある。
上記各半導体モジュールの電極端子に接続される接続導体は、その分岐点から互いに並列接続される上記各半導体モジュールの電極端子との接続点までの間の枝分れ導体部のインピーダンスが互いに異なるよう構成されており、
互いに並列接続された複数の上記半導体モジュールのうち放熱時の熱抵抗が大きい上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部ほど、インピーダンスが高くなるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
また、互いに並列接続した半導体モジュールの間で、インピーダンスを変化させるのみなので、電力変換装置の電気的特性に影響を与えるおそれもない。
また、上記接続導体の分岐点とは、並列接続されたすべての半導体モジュールに接続される接続導体の共通部分の端部と一致する。また、複数の上記枝分れ導体部が、その一部を共有することもある。
この場合には、容易に、放熱時の熱抵抗が大きい上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部ほど、インピーダンスが高くなるよう構成することができる。
この場合にも、容易に、放熱時の熱抵抗が大きい上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部ほど、インピーダンスが高くなるよう構成することができる。上記断面積を変化させる手段としては、例えば、枝分れ導体部の厚みを変化させたり、幅を変化させたりする手段がある。
この場合にも、容易に、放熱時の熱抵抗が大きい上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部ほど、インピーダンスが高くなるよう構成することができる。
この場合には、半導体モジュールの温度上昇を効果的に防ぐことができる。また、かかる構成においては、冷媒流路の上流側と下流側、あるいは冷却器への冷却媒体の入口との距離の違いによって、冷却効率に偏りが生じることがある。すなわち、半導体モジュールの配置によって、放熱時の熱抵抗が変化しやすい。そこで、上記のごとく、熱抵抗に応じて上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部のインピーダンスを変化させて、温度の偏りを低減することによる効果が特に得られることとなる。
この場合には、電力変換装置の小型化を容易にすることができる。
この場合には、複数の半導体モジュールの間の温度の偏りを一層低減した電力変換装置を提供することができる。
すなわち、上記のごとく、冷却管と半導体モジュールとを交互に積層した積層体においては、積層方向の端部に配された冷却管は、片面にのみ半導体モジュールが配置されることとなり、他方の面には半導体モジュールは配置されない。それゆえ、この冷却管の内部を流れる冷却媒体は、他の冷却管を流れる冷却媒体に比べて温度上昇が小さい。その結果、この端部の冷却管によって冷却される積層方向端部の半導体モジュールは、放熱時の熱抵抗が小さく、温度上昇し難い。そこで、この積層方向端部の半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部を、並列接続された他の上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部よりもインピーダンスが低くなるように構成することにより、複数の半導体モジュールの間の温度の偏りを低減することができる。
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図1〜図5を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1〜図3に示すごとく、互いに並列接続された複数の半導体モジュール2を有する。
各半導体モジュール2の電極端子21に接続される接続導体である中間バスバー3cは、その分岐点31から互いに並列接続される各半導体モジュール2の電極端子21との接続点までの間の枝分れ導体部32のインピーダンスが互いに異なるよう構成されている。
互いに並列接続された複数の半導体モジュール2のうち放熱時の熱抵抗が大きい半導体モジュール2に接続される枝分れ導体部32ほど、インピーダンスが高くなるよう構成されている。
昇圧コンバータは、図3に示すごとく、6個の半導体モジュール2を有し、正極側に配される3個の半導体モジュール2同士、及び負極側に配される3個の半導体モジュール2同士がそれぞれ並列接続されている。正極側の半導体モジュール2は、直流電源の正極と接続される正極バスバー3pに接続され、負極側の半導体モジュール2は、直流電源の負極と接続される負極バスバー3nに接続されている。また、半導体モジュール2は、正極バスバー3p又は負極バスバー3nに接続される電極端子21a、21cとは異なる他方の電極端子21b、21dにおいて、リアクトル5と接続される接続導体である中間バスバー3cに接続されている。これらの半導体モジュール2のスイッチング動作によって、直流電源の電圧を昇圧し、また、負荷からの回生電力を降圧する。半導体モジュール2は、図3に示すごとく、半導体素子21とダイオード22とを内蔵する。
また、枝分れ導体部32同士は、正極側の半導体モジュール2との接続部分と負極側の半導体モジュール2との接続部分との間において、互いに連結導体部33によって連結されている。
また、中間バスバー3cは、半導体モジュール2との接続部分の反対側の端部においてリアクトル5(図2参照)に接続されている。
正極バスバー3p、負極バスバー3nについても、互いに並列接続される半導体モジュール2(207、208、209)へそれぞれ接続される枝分れ導体部32を有する。そして、正極バスバー3p及び負極バスバー3nの形状も、9段目、8段目、7段目の半導体モジュール209、208、207に接続される枝分れ導体部32の順に、インピーダンスが高くなるような形状とした。すなわち、この順に、枝分れ導体部32の長さを長くしてある。
本例の電力変換装置1においては、互いに並列接続された複数の半導体モジュール2のうち放熱時の熱抵抗が大きい半導体モジュール2に接続される枝分れ導体部32ほど、インピーダンスが高くなるよう構成されている。すなわち、放熱し難い半導体モジュール2ほど、被制御電流が流れにくく発熱量が小さくなる構成となっている。そのため、互いに並列接続された複数の半導体モジュール2の間の温度の偏りを効果的に低減することができる。
また、互いに並列接続した半導体モジュール2の間で、インピーダンスを変化させるのみなので、電力変換装置1の電気的特性に影響を与えるおそれもない。
また、冷却器4を構成する冷却管41と半導体モジュール2とは、交互に積層されているため、電力変換装置1の小型化を容易にすることができる。
なお、本例においては、中間バスバー3c、正極バスバー3p、負極バスバー3nのすべてについて、枝分れ導体部32間のインピーダンスの差を設ける例を示したが、中間バスバー3c、正極バスバー3p、負極バスバー3nのいずれかのみ、或いは一部のみについて、枝分れ導体部32間のインピーダンスの差を設けてもよい。
本例は、図6に示すごとく、互いに並列接続された複数の半導体モジュール2のうち放熱時の熱抵抗が大きい半導体モジュール2に接続される枝分れ導体部32ほど、長手方向に直交する断面の断面積を小さくした例である。
すなわち、中間バスバー3cの形状を、7段目、8段目、9段目の半導体モジュール2(207、208、209)に接続される枝分れ導体部32の順に、枝分れ導体部32を太くしている。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、互いに並列接続された複数の半導体モジュール2のうち放熱時の熱抵抗が大きい半導体モジュール2に接続される枝分れ導体部32ほど、抵抗率の高い材料からなる構成とした例である。本例において用いる符号は、実施例1(図1〜図5)に準ずる。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、積層方向の端部に配置された半導体モジュール2(201、215)(図2参照)に接続される枝分れ導体部32が、並列接続された他の半導体モジュール2に接続される枝分れ導体部32よりもインピーダンスが低くなるように構成した例である。
すなわち、冷媒導入口431に最も近い1段目の半導体モジュール201が、2段目の半導体モジュール202と並列接続されている場合、1段目の半導体モジュール201に接続される枝分れ導体部32のインピーダンスを、2段目の半導体モジュール202に接続される枝分れ導体部32のインピーダンスよりも低くする。
なお、各枝分れ導体部32のインピーダンスに差をつける手段としては、例えば、実施例1〜3に示した手段がある。
その他は、実施例1と同様である。
すなわち、上記のごとく、冷却管41と半導体モジュール2とを交互に積層した積層体においては、積層方向の端部に配された冷却管41は、片面にのみ半導体モジュール2が配置されることとなり、他方の面には半導体モジュール2は配置されない。それゆえ、この冷却管41の内部を流れる冷却媒体は、他の冷却管41を流れる冷却媒体に比べて温度上昇が小さい。その結果、この端部の冷却管41によって冷却される積層方向端部の半導体モジュール2(201、215)は、放熱時の熱抵抗が小さく、温度上昇し難い。そこで、この積層方向端部の半導体モジュール2(201、215)に接続される枝分れ導体部32を、並列接続された他の半導体モジュール2(202、214)に接続される枝分れ導体部32よりもインピーダンスが低くなるように構成することにより、複数の半導体モジュール2の間の温度の偏りを低減することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図7に示すごとく、昇圧コンバータを構成する上記7段目、8段目、9段目の半導体モジュール2(207、208、209)に対する中間バスバー9の接続状態を、なるべく各半導体モジュール2への電流が略均等に分配されるようにしたものである。
3個の半導体モジュール2の配置の関係上、8段目の半導体モジュール208の電極端子に接続される枝分れ導体部92の分岐点91からの長さは、他の半導体モジュール2(207、209)の電極端子21に接続される枝分れ導体部92の分岐点91からの長さよりも長いが、7段目と9段目の半導体モジュール207、209に接続される枝分れ導体部92の分岐点91からの長さは略同等となっている。
このように、半導体モジュール2の間の温度ばらつきが大きくなり、電力変換装置全体の温度上昇の抑制を効率的に行うことが困難となる。
図8から分かるように、段数が増えるほど、すなわち冷媒導入口431から遠ざかるほど熱抵抗が大きくなる。
2 半導体モジュール
3c 中間バスバー
31 分岐点
32 枝分れ導体部
4 冷却器
41 冷却管
Claims (7)
- 互いに並列接続された複数の半導体モジュールを有する電力変換装置であって、
上記各半導体モジュールの電極端子に接続される接続導体は、その分岐点から互いに並列接続される上記各半導体モジュールの電極端子との接続点までの間の枝分れ導体部のインピーダンスが互いに異なるよう構成されており、
互いに並列接続された複数の上記半導体モジュールのうち放熱時の熱抵抗が大きい上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部ほど、インピーダンスが高くなるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1において、互いに並列接続された複数の上記半導体モジュールのうち放熱時の熱抵抗が大きい上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部ほど長いことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1又は2において、互いに並列接続された複数の上記半導体モジュールのうち放熱時の熱抵抗が大きい上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部ほど、長手方向に直交する断面の断面積が小さいことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、互いに並列接続された複数の上記半導体モジュールのうち放熱時の熱抵抗が大きい上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部ほど、抵抗率の高い材料からなることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、上記電力変換装置は、上記半導体モジュールをその両面から冷却する冷却器を備えていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項5において、上記冷却器を構成する冷却管と上記半導体モジュールとは、交互に積層されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項6において、積層方向の端部に配置された上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部は、並列接続された他の上記半導体モジュールに接続される上記枝分れ導体部よりもインピーダンスが低いことを特徴とする電力変換装置。
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