JP5150570B2 - Three-phase power converter - Google Patents
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Description
本発明は、三相の半導体電力変換装置に関する。 The present invention relates to a three-phase semiconductor power conversion device.
従来、大電力を取り扱う電力変換器等においては、複数個のパワー半導体スイッチング素子、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を並列接続して用い、大電力の処理が可能になるように構成している。 2. Description of the Related Art Conventionally, a power converter or the like that handles high power uses a plurality of power semiconductor switching elements, for example, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) connected in parallel so that high power processing is possible. .
ところで、複数個のパワー半導体スイッチング素子、例えばIGBTを並列接続する際に、単純に導体によって並列接続したりすると、各IGBTと交流負荷間に接続配置される導体のインダクタンス値が相違することにより、各IGBTに均一な電流を流すことが難しい。そして、各IGBTに流れる電流値が異なる場合、多くの電流が流れるIGBTに熱破壊が生じる可能性が高くなる。一方、このようなIGBTの熱破壊を避けるためには、使用するIGBTの特性を選択したり、必要以上に大電力容量のIGBTを用いる必要があり、結果的に、コストアップにつながることになる。 By the way, when connecting a plurality of power semiconductor switching elements, for example, IGBTs in parallel, simply by connecting them in parallel by conductors, the inductance values of the conductors connected and arranged between the IGBTs and the AC load are different. It is difficult to pass a uniform current through each IGBT. And when the electric current value which flows into each IGBT differs, possibility that thermal destruction will arise in IGBT in which many electric currents flow becomes high. On the other hand, in order to avoid such thermal destruction of the IGBT, it is necessary to select the characteristics of the IGBT to be used or to use an IGBT having a higher power capacity than necessary, resulting in an increase in cost. .
かかる弊害を除くために、〔特許文献1〕では、複数個のパワー半導体スイッチング素子、例えばIGBTを並列接続する際に、各IGBTと負荷間に接続配置される導体のインダクタンス値がそれぞれ等しくなるように、各IGBTの接続配置状態を考慮した構造のものが提案されている。 In order to eliminate such adverse effects, in [Patent Document 1], when a plurality of power semiconductor switching elements, for example, IGBTs are connected in parallel, the inductance values of the conductors connected and arranged between the IGBTs and the load are equal to each other. In addition, a structure in which the connection arrangement state of each IGBT is considered has been proposed.
前記〔特許文献1〕に開示されたコンバータは、各相毎に、並列接続した複数個のIGBTと平滑コンデンサとを備え、平滑コンデンサの両端子と各IGBTの両入力端とを一対の直流短絡バーで接続するとともに、各IGBTの出力端と出子端子とを交流短絡バーで接続したもので、各IGBTの直線状に配置された入出力端子の配置方向と直交する方向に一列に配置し、直流短絡バー及び交流短絡バーを各IGBTの配置方向に並列に配置するとともに、各IGBTの上側方向に延長し、各IGBTの上側において直流短絡バーと交流短絡バー間に絶縁膜を配置して重ね合わせた構造にすることにより、直流短絡バーと各IGBT及び交流短絡バーと各IGBT間の接続配置状態が均一になるようにしているものである。 The converter disclosed in [Patent Document 1] includes a plurality of IGBTs and smoothing capacitors connected in parallel for each phase, and a pair of DC shorts between both terminals of the smoothing capacitors and both input terminals of each IGBT. In addition to connecting with the bar, the output end and the output terminal of each IGBT are connected with an AC shorting bar, and arranged in a row in a direction perpendicular to the input / output terminals arranged in a straight line of each IGBT. The DC shorting bar and the AC shorting bar are arranged in parallel in the arrangement direction of each IGBT, extended in the upper direction of each IGBT, and an insulating film is arranged between the DC shorting bar and the AC shorting bar on the upper side of each IGBT. By using a superposed structure, the connection arrangement state between the DC short-circuit bar and each IGBT and between the AC short-circuit bar and each IGBT is made uniform.
前記〔特許文献1〕に開示されたコンバータは、複数のパワー半導体スイッチング素子、この場合、IGBTを並列接続する場合に、各IGBTが同一方向に一列に配置されている構造になっているため、並列接続されるIGBTの個数が増大した場合、並列接続された各IGBTの全体が非常に細長い構造のものになり、この構造に平滑コンデンサを接続すると、さらに細長い構造になるだけでなく、交流短絡バーの長さも長くなり、直流短絡バー及び交流短絡バーのインダクタンスが無視できなくなる。さらに、並列接続素子間の配線インダクタンスが不均一になる。 Since the converter disclosed in [Patent Document 1] has a structure in which each IGBT is arranged in a line in the same direction when a plurality of power semiconductor switching elements, in this case, IGBTs are connected in parallel, When the number of IGBTs connected in parallel increases, each of the IGBTs connected in parallel has a very elongated structure, and when a smoothing capacitor is connected to this structure, not only becomes a further elongated structure, but also an AC short circuit. The length of the bar also increases, and the inductance of the DC short-circuit bar and the AC short-circuit bar cannot be ignored. Furthermore, the wiring inductance between the parallel connection elements becomes non-uniform.
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、複数個のパワー半導体スイッチング素子を並列接続する場合、入出力端子間において各パワー半導体スイッチング素子の接続導体を含んだ総合インダクタンスをなるべく均等にすることを実現することにある。 The present invention has been made in view of such a technical background, and its object is to include a connection conductor of each power semiconductor switching element between input and output terminals when a plurality of power semiconductor switching elements are connected in parallel. The goal is to make the total inductance as uniform as possible.
上記課題を達成するために、本発明は直流出力端子と三相の交流出力端子を有する三相電力変換装置において、二つのコンバータユニットと、各々の該コンバータユニットは6群の半導体パッケージ等で構成され、該6群の半導体パッケージ群はP側直流ブスバーとN側直流ブスバーに接続され、該P側直流ブスバーと該N側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、かつ、該半導体パッケージ群の各半導体パッケージは2ずつ組になっており、組になった各半導体パッケージの各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、該交流端子間を接続するブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該コンバータユニット間ブスバーの対称位置に交流出力端子を設けたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a three-phase power converter having a DC output terminal and a three-phase AC output terminal. The converter unit includes two converter units and each of the converter units includes six groups of semiconductor packages. The six semiconductor package groups are connected to a P-side DC bus bar and an N-side DC bus bar, and the P-side DC bus bar and the N-side DC bus bar are made to have low inductance by facing each other through a thin insulating layer, And each semiconductor package of the semiconductor package group is a set of two, each AC terminal of each semiconductor package that is set is connected to each other by a symmetrical AC bus bar, and the AC terminals are connected to each other An AC lead-out terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar to be connected, and the AC lead-out terminals of the two converter units are symmetrically shaped. It is connected by chromatography and is characterized in that a AC output terminal at symmetrical positions of the converter unit between a bus bar for connecting the AC extraction terminals of two of said converter unit.
また、上記課題を達成するために、本発明は直流出力端子と三相の交流出力端子を備えた三相電力変換装置において、二つの複合コンバータユニットと、各々の該複合コンバータユニットは二つのコンバータユニットから構成され、各々の該コンバータユニットは6群の半導体パッケージで構成され、該複合コンバータユニットを構成する各該コンバータユニットの該6群の半導体パッケージ群はP側直流ブスバーとN側直流ブスバーに接続され、該P側直流ブスバーと該N側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、かつ、該6群の半導体パッケージ群を構成する各半導体パッケージは2群の半導体パッケージ毎に組になっており、組となった半導体パッケージ群の交流端子同士は大略対称な形状のブスバーで接続され、該交流端子間を接続する該ブスバーの対称位置に該交流取り出し端子が設けられ、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に該複合コンバータの交流取り出し端子を設け、二つの該複合コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該複合コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に交流出力端子を設けたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a three-phase power converter having a DC output terminal and a three-phase AC output terminal, wherein two composite converter units and each of the composite converter units are two converters. Each of the converter units is composed of six groups of semiconductor packages, and the six groups of semiconductor packages of each of the converter units constituting the composite converter unit are divided into a P-side DC bus bar and an N-side DC bus bar. The P-side DC bus bar and the N-side DC bus bar are connected to each other through a thin insulating layer to reduce the inductance, and each of the semiconductor packages constituting the six groups of semiconductor packages is divided into two groups of semiconductors. Each package is a group, and the AC terminals of the group of semiconductor packages are generally symmetrical. The AC extraction terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar that is connected by a bus bar and connects between the AC terminals, and the AC extraction terminals of the two converter units are connected by a bus bar having a substantially symmetrical shape, An AC extraction terminal of the composite converter is provided at a symmetrical position of the bus bar connecting the AC extraction terminals of the two converter units, and the AC extraction terminals of the two composite converter units are substantially symmetrical bus bars. An AC output terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar that is connected and connects the AC extraction terminals of the two composite converter units.
また、上記課題を達成するために、本発明は直流出力端子と三相の交流出力端子を備えた三相半導体電力変換装置において、三つのコンバータユニットと、各々の該コンバータユニットは6群の半導体パッケージで構成され、該6群の半導体パッケージ群はP側直流ブスバーとN側直流ブスバーに接続され、該P側直流ブスバーと該N側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、かつ、該半導体パッケージ群の各半導体パッケージは2ずつ組になっており、組になった各半導体パッケージの各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、該交流端子間を接続する該ブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、三つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士がユニット間ブスバーで接続されており、三つの該コンバータユニットのうち中央に配置された該コンバータユニットの各該半導体ユニットから該ユニット間ブスバーを接続する交流ブスバーの両側からスリットを入れることにより、前記三つの各々の該コンバータユニットの各半導体ユニットの各交流端子から該ユニット間のインダクタンスが大略同じであり、該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に、交流出力端子を設けたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a three-phase semiconductor power conversion device having a DC output terminal and a three-phase AC output terminal, including three converter units, each of which is a group of six semiconductors. The six semiconductor package groups are connected to a P-side DC bus bar and an N-side DC bus bar, and the P-side DC bus bar and the N-side DC bus bar are opposed to each other through a thin insulating layer to reduce inductance. And each semiconductor package of the semiconductor package group is a set of two, each AC terminal of each semiconductor package is connected to each other by a symmetrical AC bus bar, the AC terminal An alternating current extraction terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar connecting the two, and the alternating current extraction terminals of the three converter units are connected to each other. By inserting slits from both sides of the AC bus bar connecting the inter-unit bus bar from each of the semiconductor units of the converter unit disposed in the center among the three converter units, The inductance between the AC terminals of the semiconductor units of each of the two converter units is substantially the same, and an AC output terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar connecting the AC extraction terminals of the converter units. It is characterized by that.
更に、本発明は三相電力変換装置において、前記半導体パッケージは同じ風冷の冷却フィン上に実装されたことを特徴とするものである。 Furthermore, in the three-phase power converter according to the present invention, the semiconductor package is mounted on the same air-cooled cooling fin.
更に、本発明は三相電力変換装置において、前記半導体パッケージの交流端子間を接続するブスバーが冷却フィンよりも風下に配置されたことを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention is characterized in that, in the three-phase power converter, a bus bar for connecting the AC terminals of the semiconductor package is arranged leeward than the cooling fin.
更に、本発明は三相電力変換装置において、前記冷却フィンの風下に設置された半導体パッケージの交流端子間を接続するブスバーが冷却フィンに対して垂直方向の向きに配置されたことを特徴とするものである。 Furthermore, in the three-phase power converter, the present invention is characterized in that a bus bar for connecting the AC terminals of the semiconductor package installed leeward of the cooling fin is arranged in a direction perpendicular to the cooling fin. Is.
更に、本発明は三相電力変換装置において、前記コンバータユニットの6群の半導体パッケージ群の三つ離れた半導体パッケージ同士を組にして、組になった該半導体パッケージの交流端子同士を前記交流ブスバーで接続したことを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention provides a three-phase power converter, wherein three separate semiconductor packages of the six semiconductor package groups of the converter unit are paired, and the alternating current terminals of the paired semiconductor packages are connected to the alternating current bus bar. It is characterized by having been connected by.
本発明によれば、複数個のパワー半導体スイッチング素子を並列接続した場合でも、入出力端子間において各パワー半導体スイッチング素子の接続導体を含んだ総合インダクタンスをなるべく均等にすることを実現し、更には、直流コンデンサのリプル低減を行える三相半導体電力変換装置を提供することが実現できる。 According to the present invention, even when a plurality of power semiconductor switching elements are connected in parallel, the overall inductance including the connection conductor of each power semiconductor switching element is made as uniform as possible between the input and output terminals. Thus, it is possible to provide a three-phase semiconductor power conversion device capable of reducing the ripple of a DC capacitor.
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。まず、図3を用いて、各実施例の三相半導体電力変換装置の主要要素である半導体パッケージ101の回路構成について説明する。半導体パッケージ101には、IGBT1Pgと該IGBT1Pgに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード1Pdからなる並列体が、IGBT1Ngと該IGBT1Ngに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード1Ndからなる並列体と直列接続した構成である。該半導体パッケージ101は、三つの端子を有する。一つがIGBT1Pgのコレクタ端子であり、半導体パッケージP側端子192と呼ぶ。もう一つは、IGBT1Ngのエミッタ端子であり、半導体パッケージN側端子191と呼ぶ。最後の一つが、IGBT1Pgのエミッタ端子であり、半導体パッケージの交流端子193と呼ぶ。半導体パッケージ101はいわゆる2in1の構成であるが、また、別の変形例として1in1の構成のIGBTを2直列に接続した構成、すなわち、IGBT1Pgとダイオード1Pdの並列体を一つのパッケージに収納し、IGBT1Ngとダイオード1Ndを別のパッケージに収納し、それらのパッケージを2直列接続しても同様の動作を行うことができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the circuit configuration of the
本明細書では、1in1のパッケージを2直列接続して、図7の2in1の半導体パッケージ101の機能を持たせたものも、半導体パッケージ101もしくは半導体パッケージ群101と呼ぶことにする。また、IGBT1PgやIGBTNgはゲート信号で駆動する他の半導体スイッチングデバイス、例えばMOS−FETなどでもよい。
In this specification, two 1 in 1 packages connected in series and having the function of the 2 in 1
図1は、本発明による半導体回路の第1実施例を示す接続配置図であり、図2はその等価回路を示す。 FIG. 1 is a connection layout showing a first embodiment of a semiconductor circuit according to the present invention, and FIG. 2 shows an equivalent circuit thereof.
図1と図2を用いて三相半導体電力変換装置の構成を説明する。なお、図2では半導体パッケージ101を構成するIGBT1Pgと該IGBT1Pdgに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード1Pdからなる並列体に引き出し線をつけて、半導体パッケージ101の一部であることを示す101の記号を付加している。
The configuration of the three-phase semiconductor power conversion device will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 2,
まず、第1の実施例の概略構成を説明する。図1の三相半導体電力変換装置は、コンバータユニット300が2台並列接続された構成をとる。各コンバータユニット300は、それぞれのP側直流取り出し端子351とN側直流取出し端子352をユニット間P側直流ブスバー133とユニット間N側直流ブスバー134で並列接続されており、また、交流取り出し端子400をユニット間交流ブスバー142U〜142Wで並列接続されている。
First, the schematic configuration of the first embodiment will be described. The three-phase semiconductor power conversion device of FIG. 1 has a configuration in which two
次にコンバータユニット300の構成について説明する。該各コンバータユニット300は6群の半導体パッケージ101で構成され、となりあった半導体パッケージ101同士が2個ずつ組となっている。すなわち、コンバータユニット300の各半導体パッケージは三つの組に分類される。各組のうち、一組の各半導体パッケージの交流端子193を三相交流のU相、もう一組目の各半導体パッケージの交流端子193をV相出力、残りのもう一組の各半導体パッケージ交流端子193をW相出力として機能させる。組となった各半導体パッケージの交流端子193は対称な構造の交流ブスバーで互いに接続される。U相出力の組の半導体パッケージの交流端子193はU相の交流ブスバー141Uで接続される。もう一組がV相の交流ブスバー141V、もう一組がW相の交流ブスバー141Wに接続される。各相の交流取り出し端子400は、各相の交流ブスバー141U〜141Wの対称位置に設置する。各交流ブスバー141U〜141Wは対称な構造となっているので、並列接続された半導体パッケージ101の電流をバランスさせやすい。
Next, the configuration of
一方、6群の各半導体パッケージ101のP側端子192は共通の直流ブスバー131、各半導体パッケージ101のN側端子191は直流ブスバー132に接続される。該直流ブスバー131と該直流ブスバー132は各コンデンサ103に接続される。
On the other hand, the P-
該直流ブスバー131と該直流ブスバー132は薄い絶縁層を挟んで互いに対向した構成とすることにより低インダクタンス化を図っている。
The direct
また、前記各コンバータユニット300の各6群の半導体パッケージ101は同じ冷却フィン102の上に実装されて、電流を導通させたり、スイッチングしたりする時に発生する熱を冷却フィン102で吸収する。冷却フィン102は風により冷却するが、コンデンサ103は高温に耐えられないので、該冷却フィン102から発生する温風に該コンデンサ103がさらされない様に冷却フィン102をコンデンサ103よりも風下に設置する。
Each of the six groups of
次にコンバータユニット300同士の接続について説明する。前述のように、図1では、三相半導体電力変換装置100が2組並列に接続された構成をとる。各コンバータユニット300の直流ブスバー131と132はそれぞれ、P側直流取り出し端子351とN側直流取出し端子352でユニット間P側直流ブスバー133とユニット間N側直流ブスバー134で接続される。P側直流取り出し端子351とN側直流取出し端子352はいずれも、コンデンサ102よりも半導体パッケージ101から遠い所に設置される。P側直流取り出し端子351とN側直流取出し端子352をコンデンサ103よりも、かつ各半導体パッケージ101よりも遠い所に設置することにより、P側直流取り出し端子351とN側直流取出し端子352と半導体パッケージ101の間にコンデンサ103が介在するので、直流ブスバー131,132の電流アンバランスを防止できる。
Next, connection between
本実施例の三相半導体電力変換装置の出力端子161と出力端子162は、該ユニット間P側直流ブスバー133と該ユニット間N側直流ブスバー134に設置される。
The
次にコンバータユニット300同士の交流側の接続について説明する。コンバータユニット300の各相の交流取り出し端子400同士はユニット間交流ブスバー142U〜Wで接続される。本実施例の半導体電力変換装置の交流出力端子151U〜151Wはユニット間交流ブスバー142U〜142Wの対称位置に設置される。
Next, the connection on the AC side between the
次に、本発明の効果である、電流バランスと直流コンデンサリプル低減を両立できることについて述べる。半導体電力変換装置はPWM信号に基づいて、直流コンデンサに印加された直流電圧を該直流コンデンサに接続された半導体パッケージ101の各IGBTをスイッチングすることにより、交流出力端子151U〜151Wに交流電圧を出力する。
Next, it will be described that the current balance and the DC capacitor ripple reduction, both of the effects of the present invention, can be achieved. Based on the PWM signal, the semiconductor power converter outputs the AC voltage to the
まず、コンデンサ103のリプル電流について説明する。コンデンサ103のリプルが発生するためには、コンデンサ103から電力の出入りが必要となる。
First, the ripple current of the
「コンデンサ103もしくは、出力端子161,162」と「交流出力端子151U〜151W」の電力の授受をするには表1の条件が必要となる。すなわち、表1の各IGBTのゲート条件のとき、各相の交流電流表は、出力端子161,162と直流コンデンサ102を通過する。また、定常状態では、直流コンデンサから供給されるリプル電流には直流成分は重畳されない。したがって、定常状態では直流コンデンサ102に直流電流成分は重畳されないので、前記の出力端子161,162と直流コンデンサ102を通過する電流のうち、交流成分がコンデンサのリプル電流となる。
The conditions shown in Table 1 are required to exchange power between “
次に、力率1の時を例にとり説明する。 Next, the case where the power factor is 1 will be described as an example.
図8は、力率1の時にU相として機能する半導体パッケージ101の交流端子193から流れ出る電流を、図9は、力率1の時に各相半導体パッケージ101の交流端子193から流れ出る電流の和を示す。本実施例のように、U相,V相,W相の半導体パッケージ101を低インダクタンスの直流ブスバー131,132で接続した場合は、直流コンデンサのリプルは図9の波形に近い波形となり、U相,V相,W相の各半導体パッケージの各直流端子91,92間のインダクタンスが大きいと図8に近いリプル電流波形となる。すなわち、本実施例のように、U相,V相,W相の半導体パッケージ101を低インダクタンス化した直流ブスバー131,132で接続することによりコンデンサ103のリプル電流を小さくすることができる。
8 shows the current flowing from the
次に、電流分担について述べる。各相の半導体パッケージ101のIGBTは同時にスイッチングする。本発明の電力変換装置では、前述のように直流ブスバー131,132のインダクタンスを低インダクタンス化しているので、直流ブスバー131,132のインダクタンスよりも、交流ブスバーのインダクタンスが十分大きい。したがって、各半導体パッケージ101の交流端子193から流れる電流の電流分担は交流端子のインダクタンスによって決まる。まず、コンバータユニット300内の組になった半導体パッケージ101の交流ブスバー141U〜141Wは対称な形状となっているので、コンバータユニット300内の組になった半導体パッケージ101の電流はほぼ等しい。次にコンバータユニット300間の電流バランスであるが、やはり、ユニット間交流ブスバーが対称な形状となっているので、電流がバランスできる。したがって、各半導体パッケージ101の電流をバランスさせることができる。
Next, current sharing will be described. The IGBTs of the semiconductor packages 101 of each phase are switched simultaneously. In the power conversion device of the present invention, the inductance of the DC bus bars 131 and 132 is reduced as described above, so that the inductance of the AC bus bars is sufficiently larger than the inductance of the DC bus bars 131 and 132. Therefore, the current sharing of the current flowing from the
また、各ユニットの交流ブスバー141U〜141Wは、ユニット間交流ブスバー142U〜142Wで互いに接続される。ユニット間交流ブスバー142U〜142Wは冷却フィン2の風下に配置して、ブスバーは風向きに対して水平に設置する。このようにすることにより、交流ブスバーを冷却して、交流ブスバーの断面積を小さくすることができる。また、断面積を小さくすると抵抗値が大きくなり、電流アンバランスをさらに低減できる効果もある。冷却フィンを通過する風は冷却フィンで暖められているが、ブスバーは極めて高温まで耐えられるので、ブスバーの冷却として十分使用できる。
In addition, the
図7には、本発明の三相半導体電力変換装置100をモータ駆動用のインバータとして適用するときの等価回路を示す。本実施例以外の三相半導体電力変換装置100でも同様の応用が可能である。該三相半導体電力変換装置の出力端子161,162が直流電圧源600に接続される。一方、該三相半導体電力変換装置の交流出力端子151U〜151Wは三相誘導モータ150に接続される。
FIG. 7 shows an equivalent circuit when the three-phase semiconductor
図では省略したが、三相半導体電力変換装置を構成する半導体パッケージ101のIGBTのゲート端子とエミッタ端子間にはゲートドライバが接続され、図示されていない制御装置の電圧指令に従って、交流電圧指令値をPWM制御したパルス信号が該ゲートドライバに入力され、各半導体パッケージ101の各IGBTをスイッチングする。このようにすることにより、該三相半導体電力変換装置の交流出力端子151U〜151Wには、交流電圧が出力される。したがって、交流ブスバー出力端子に接続された三相誘導モータ150を駆動させることができる。
Although omitted in the figure, a gate driver is connected between the gate terminal and the emitter terminal of the IGBT of the
第2の実施例は、コンバータユニット300が4台並列に接続されたことを特徴とする。第2の実施例の構成を図4に示す。
The second embodiment is characterized in that four
図1の電力変換装置が2台並列接続された構成をとる。図4では、図1の電力変換装置に相当する構成を複合コンバータユニット200と呼ぶ。また、複合コンバータユニット200のP側直流取り出し端子をP側直流取り出し端子163,N側直流取り出し端子164,複合コンバータユニット200の交流取り出し端子をそれぞれ153U,153V,153Wと呼ぶ。
The power converter shown in FIG. 1 is connected in parallel. In FIG. 4, a configuration corresponding to the power conversion device in FIG. 1 is referred to as a
第2の実施例の半導体電力変換装置は、各複合コンバータユニット200の交流取り出し端子153U〜153Wを対称的な構造の交流ブスバー144U〜144Wで接続された構成となる。本電力変換装置の交流出力端子151U〜151Wは該交流ブスバー144U〜144Wの対称位置に設置する。
The semiconductor power conversion device according to the second embodiment has a configuration in which
このような構成にすることにより、複合コンバータ間ユニットの各半導体パッケージ101の各IGBTの電流をバランスすることができる。
With such a configuration, it is possible to balance the current of each IGBT of each
交流ブスバー144U〜144Wは冷却フィン102の風下に配置して、ブスバーは風向きに対して水平に設置する。このようにすることにより、交流ブスバーを冷却して、交流ブスバーの断面積を小さくすることができる。また、断面積を小さくすると抵抗値が大きくなり、電流アンバランスをさらに低減できる効果がある。
The
第3の実施例は、コンバータユニット300を3台並列したことを特徴とする。本実施例の三相半導体電力変換装置の構成を図5に示す。
The third embodiment is characterized in that three
コンバータユニットを3並列にした場合、交流端子の対称性による電流バランスをとることが難しい。そこで、中央に配置したコンバータユニット300の交流ブスバー141U〜141Wの両端から切れ込みをいれる。このようにすることにより、中央に配置した交流ブスバー141U〜141Wのインダクタンスを大きくして、各三相半導体電力変換装置100の交流ブスバー141U〜141Wの電流をバランスさせることができる。
When three converter units are arranged in parallel, it is difficult to achieve current balance due to the symmetry of the AC terminal. Therefore, cuts are made from both ends of the
第4の実施例は、第3の実施例と同様にコンバータユニット300を3並列したことを特徴とする。本実施例の三相半導体電力変換装置の構成を図6に示す。前述の第3の実施例では、中央に設置したコンバータユニット300の交流ブスバー141U〜141Wに切れ込みを入れたが、第4の実施例では、各コンバータユニットの交流ブスバー141U〜141Wから延長バー143aもしくは143bを介して、コンバータ間交流ブスバーに接続し、該延長バー143bに切れ込みを入れたことを特徴とする。このようにすることにより、中央に配置した交流ブスバー141U〜141Wのインダクタンスを大きくして、各三相半導体電力変換装置100の交流ブスバー141U〜141Wの電流をバランスさせることができる。
The fourth embodiment is characterized in that three
第5の実施例は、実施例1乃至4の三相半導体電力変換装置100の各コンバータユニット300の半導体パッケージ101の組合せを変更したことを特徴とする。図10は実施例1から実施例4の三相半導体電力変換装置100を構成するコンバータユニット300の各半導体パッケージ101を上から見た図を、図11は第5の実施例の三相半導体電力変換装置100を構成するコンバータユニット300の各半導体パッケージ101を上から見た図を示す。図10,図11においても、同じ交流ブスバー141U〜141Wで接続された半導体パッケージ101が組となっており、交流ブスバー141Uで接続された半導体パッケージ101はU相として、交流ブスバー141Vで接続された半導体パッケージ101はV相として、交流ブスバー141Wで接続された半導体パッケージ101はW相として機能させる。
The fifth embodiment is characterized in that the combination of the semiconductor packages 101 of the
すなわち、図10では、半導体パッケージ101はU相,V相,W相,U相,V相,W相の順に配列される。UVWの各相の半導体パッケージ101がより近づいて配置されることになり、図10と図11では図示していない各相間の直流ブスバー131,132のインダクタンスがより小さくなるので、直流コンデンサのリプル電流をより小さくすることが実現できる。
That is, in FIG. 10, the
本発明は、大容量の電力を制御する一般的な電力変換装置に適用可能であり、特にモータドライブなどに利用可能である。 The present invention can be applied to a general power converter that controls a large amount of power, and can be used particularly for a motor drive or the like.
1Pd,1Nd 下アームフリーホイールダイオード
1Pg 上アームIGBT
1Ng 下アームIGBT
100 三相半導体電力変換装置
101 半導体パッケージ
102 冷却フィン
103 コンデンサ
131,132 直流ブスバー
133 ユニット間P側直流ブスバー
134 ユニット間N側直流ブスバー
141U U相交流ブスバー
141V V相交流ブスバー
141W W相交流ブスバー
142U ユニット間U相交流ブスバー
142V ユニット間V相交流ブスバー
142W ユニット間W相交流ブスバー
143a 延長バー
144b 中央に配置されたコンバータユニットの延長バー
144U,144V,144W 交流ブスバー
150 誘導モータ
151U,151V,151W 交流出力端子
153U U相交流取り出し端子
153V V相交流取り出し端子
153W W相交流取り出し端子
161,162 出力端子
163 P側直流取り出し端子
164 N側直流取り出し端子
191 N側端子
192 P側端子
193 交流端子
200 複合コンバータユニット
300 コンバータユニット
400 交流取り出し端子
600 直流電圧源
1Pd, 1Nd Lower arm freewheel diode 1Pg Upper arm IGBT
1Ng Lower arm IGBT
100 Three-Phase Semiconductor
Claims (7)
二つのコンバータユニットと、各々の該コンバータユニットは6群の半導体パッケージ等で構成され、
該6群の半導体パッケージ群はP側直流ブスバーとN側直流ブスバーに接続され、
該P側直流ブスバーと該N側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
かつ、該半導体パッケージ群の各半導体パッケージは2ずつ組になっており、組になった各半導体パッケージの各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、該交流端子間を接続するブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、
二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該コンバータユニット間ブスバーの対称位置に交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置。 In the three-phase power converter having a DC output terminal and a three-phase AC output terminal,
Two converter units, and each converter unit is composed of six groups of semiconductor packages, etc.
The six semiconductor package groups are connected to the P-side DC bus bar and the N-side DC bus bar,
The P-side DC bus bar and the N-side DC bus bar are reduced in inductance by facing each other through a thin insulating layer,
And each semiconductor package of the semiconductor package group is a set of two, each AC terminal of each semiconductor package that is set is connected to each other by a symmetrical AC bus bar, and the AC terminals are connected to each other AC extraction terminal is provided at the symmetrical position of the bus bar
The AC output terminals of the two converter units are connected to each other by a bus bar having a symmetrical shape, and an AC output terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar between the converter units that connects the AC output terminals of the two converter units. A three-phase power converter characterized by being provided.
二つの複合コンバータユニットと、各々の該複合コンバータユニットは二つのコンバータユニットから構成され、各々の該コンバータユニットは6群の半導体パッケージで構成され、
該複合コンバータユニットを構成する各該コンバータユニットの該6群の半導体パッケージ群はP側直流ブスバーとN側直流ブスバーに接続され、
該P側直流ブスバーと該N側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
かつ、該6群の半導体パッケージ群を構成する各半導体パッケージは2群の半導体パッケージ毎に組になっており、組となった半導体パッケージ群の交流端子同士は大略対称な形状のブスバーで接続され、該交流端子間を接続する該ブスバーの対称位置に該交流取り出し端子が設けられ、
二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に該複合コンバータの交流取り出し端子を設け、
二つの該複合コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該複合コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置。 In a three-phase power converter with a DC output terminal and a three-phase AC output terminal,
Two composite converter units, and each composite converter unit is composed of two converter units, and each of the converter units is composed of six groups of semiconductor packages,
The six semiconductor package groups of each converter unit constituting the composite converter unit are connected to a P-side DC bus bar and an N-side DC bus bar,
The P-side DC bus bar and the N-side DC bus bar are reduced in inductance by facing each other through a thin insulating layer,
The semiconductor packages constituting the six semiconductor package groups are grouped into two groups of semiconductor packages, and the AC terminals of the grouped semiconductor package groups are connected by a bus bar having a substantially symmetrical shape. The AC extraction terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar connecting the AC terminals,
The AC extraction terminals of the two converter units are connected to each other by a bus bar having a substantially symmetrical shape, and the AC extraction of the composite converter is located at a symmetrical position of the bus bar connecting the AC extraction terminals of the two converter units. A terminal,
The AC extraction terminals of the two composite converter units are connected to each other by a bus bar having a substantially symmetrical shape, and an AC output terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar connecting the AC extraction terminals of the two composite converter units. A three-phase power converter characterized by being provided.
三つのコンバータユニットと、各々の該コンバータユニットは6群の半導体パッケージで構成され、
該6群の半導体パッケージ群はP側直流ブスバーとN側直流ブスバーに接続され、該P側直流ブスバーと該N側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
かつ、該半導体パッケージ群の各半導体パッケージは2ずつ組になっており、組になった各半導体パッケージの各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、該交流端子間を接続する該ブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、
三つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士がユニット間ブスバーで接続されており、
三つの該コンバータユニットのうち中央に配置された該コンバータユニットの各該半導体ユニットから該ユニット間ブスバーを接続する交流ブスバーの両側からスリットを入れることにより、前記三つの各々の該コンバータユニットの各半導体ユニットの各交流端子から該ユニット間のインダクタンスが大略同じであり、
該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に、交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置。 In a three-phase semiconductor power converter with a DC output terminal and a three-phase AC output terminal,
Three converter units, each of which is composed of six groups of semiconductor packages,
The six groups of semiconductor packages are connected to a P-side DC bus bar and an N-side DC bus bar, and the P-side DC bus bar and the N-side DC bus bar are opposed to each other through a thin insulating layer to reduce inductance.
And each semiconductor package of the semiconductor package group is a set of two, each AC terminal of each semiconductor package that is set is connected to each other by a symmetrical AC bus bar, and the AC terminals are connected to each other An alternating current extraction terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar,
The AC extraction terminals of the three converter units are connected with each other by a bus bar between the units,
By inserting slits from both sides of the AC bus bar connecting the bus bars between the units from each of the semiconductor units of the converter unit arranged in the center among the three converter units, each semiconductor of the three converter units. The inductance between the units from each AC terminal of the unit is substantially the same,
An AC output terminal is provided at a symmetrical position of the bus bar connecting the AC extraction terminals of the converter unit.
前記半導体パッケージは同じ風冷の冷却フィン上に実装されたことを特徴とする三相電力変換装置。 In the three-phase power converter according to claims 1 to 3,
3. The three-phase power converter according to claim 1, wherein the semiconductor package is mounted on the same air-cooled cooling fin.
前記半導体パッケージの交流端子間を接続するブスバーが冷却フィンよりも風下に配置されたことを特徴とする三相電力変換装置。 In the three-phase power converter according to claims 1 to 4,
3. A three-phase power converter, wherein a bus bar for connecting the AC terminals of the semiconductor package is arranged leeward than the cooling fin.
冷却フィンの風下に設置された半導体パッケージの交流端子間を接続するブスバーが冷却フィンに対して垂直方向の向きに配置されたことを特徴とした三相電力変換装置。 In the three-phase power converter of Claim 1 thru | or 5,
A three-phase power converter characterized in that a bus bar for connecting between AC terminals of a semiconductor package installed leeward of a cooling fin is arranged in a direction perpendicular to the cooling fin.
前記コンバータユニットの6群の半導体パッケージ群の三つ離れた半導体パッケージ同士を組にして、組になった該半導体パッケージの交流端子同士を前記交流ブスバーで接続したことを特徴とする三相電力変換装置。 The three-phase power converter according to claim 1 to 6,
Three-phase power conversion characterized in that three separate semiconductor packages of the six semiconductor package groups of the converter unit are paired, and the AC terminals of the paired semiconductor packages are connected by the AC bus bar apparatus.
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