JP5522010B2 - Power module and power converter - Google Patents

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JP5522010B2 JP2010272546A JP2010272546A JP5522010B2 JP 5522010 B2 JP5522010 B2 JP 5522010B2 JP 2010272546 A JP2010272546 A JP 2010272546A JP 2010272546 A JP2010272546 A JP 2010272546A JP 5522010 B2 JP5522010 B2 JP 5522010B2
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Description

この発明は、電力変換装置を構成するパワーモジュールに関するものである。   The present invention relates to a power module constituting a power converter.

従来の電力変換装置には、例えば、4個の整流素子をブリッジ接続して構成され交流入力と直流出力とを有した単相交流入力整流回路の負極側整流素子に並列かつ逆極性となるように半導体スイッチ素子をそれぞれ設けるとともに、単相交流入力整流回路の交流入力端子にリアクトルを接続したハーフブリッジ型単相コンバータ回路がある(例えば、特許文献1参照)。
この方式では、交流電源の正の半波と負の半波で2つの半導体スイッチ素子に交互に通電されるため、半導体スイッチ素子1個に損失集中することなく、また、部品点数も少ないため回路構成がシンプルにできるなどの利点がある。しかし、半導体スイッチ素子の性能によってスイッチング周波数の上限が決められるため、高周波化は難しく、それに伴う小型化は難しい。
In a conventional power conversion device, for example, four rectifying elements are connected in a bridge so that the negative polarity side rectifying element of a single-phase AC input rectifier circuit having an AC input and a DC output has a reverse polarity. In addition, there is a half-bridge single-phase converter circuit in which a semiconductor switch element is provided, and a reactor is connected to an AC input terminal of a single-phase AC input rectifier circuit (see, for example, Patent Document 1).
In this system, the positive half wave and negative half wave of the AC power supply are alternately energized to the two semiconductor switch elements, so that there is no loss concentration in one semiconductor switch element and the number of parts is small. There are advantages such as simple configuration. However, since the upper limit of the switching frequency is determined by the performance of the semiconductor switch element, it is difficult to increase the frequency, and it is difficult to reduce the size accordingly.

また、別方式の電力変換装置として、4個の整流素子をブリッジ接続して構成され交流入力と直流出力とを有した単相交流入力整流回路の正極にリアクトルの一端を接続し、リアクトルの他端と単相交流入力整流回路の負極との間に半導体スイッチ素子を接続し、リアクトルと半導体スイッチ素子との接続箇所に接続され半導体スイッチ素子のスイッチング時に半導体スイッチ素子側に逆流する電流を阻止する方向に整流素子が接続された直流チョッパ型単相コンバータ回路がある。
また、この回路において、リアクトルとリアクトルに接続された半導体スイッチ素子と逆阻止する整流素子を並列に複数設け、半導体スイッチ素子のスイッチングを交互に行うインターリーブ制御を行うことができる(例えば、特許文献2参照)。
また、インターリーブ制御において、リアクトルに流れる電流がゼロになったとき半導体スイッチ素子をターンオンする電流臨界モードについても知られている(例えば、特許文献3)。
いずれの方法にしても、半導体スイッチ素子1個あたりのスイッチング周波数が低くても交互にスイッチングすることで見かけ上のスイッチング周波数は倍となり、リアクタなどが小さくできるため、小型化が容易である。しかし、半導体スイッチ素子2個を交互にスイッチングため制御が複雑で部品点数が増えコストアップするとともに、スイッチングによるノイズ発生量も多くなり、ノイズ耐力がない機器が混在するような環境で使用するには不向きである。
Further, as another type of power conversion device, one end of a reactor is connected to the positive electrode of a single-phase AC input rectifier circuit configured by bridging four rectifier elements and having an AC input and a DC output. A semiconductor switch element is connected between the terminal and the negative electrode of the single-phase AC input rectifier circuit, and is connected to a connection point between the reactor and the semiconductor switch element to prevent a current flowing back to the semiconductor switch element side when the semiconductor switch element is switched. There is a DC chopper type single-phase converter circuit in which a rectifying element is connected in the direction.
Further, in this circuit, a plurality of reactors and a plurality of rectifying elements that block reversely with the semiconductor switch elements connected to the reactor can be provided in parallel, and interleave control for alternately switching the semiconductor switch elements can be performed (for example, Patent Document 2). reference).
Further, in the interleave control, a current critical mode is known in which the semiconductor switch element is turned on when the current flowing through the reactor becomes zero (for example, Patent Document 3).
In any of the methods, even if the switching frequency per semiconductor switch element is low, the apparent switching frequency is doubled by alternately switching, and the reactor and the like can be made small, so that miniaturization is easy. However, since the two semiconductor switch elements are alternately switched, the control is complicated, the number of parts is increased, the cost is increased, the amount of noise generated by switching is increased, and the device is used in an environment where devices having no noise tolerance are mixed. It is unsuitable.

一方、電力変換装置では、半導体スイッチ素子およびダイオード素子の実装スペースを削減のため、これら半導体素子を1パッケージとしたパワーモジュールを用いるが、パワーモジュールはパッケージ内部に予め導電性の配線パターンを施した基板を配置するとともに、基板上に半導体素子を実装配置し、半導体素子や配線パターン、パワーモジュール外部の回路との接続端子などの部品を導電性のワイヤーまたは直接半田にて接続して内部回路を構成し、接続端子以外を絶縁性の樹脂材料にて直接封止したものである。あるいは、各部品が接続され内部回路が構成された基板を外装パッケージに収納し外装パッケージ内部を絶縁性の樹脂材料にて封止したものである。
よって、異なる構成の回路を製作する場合には、予め異なる構成の回路を実現する内蔵基板を製作し、その基板の実装すべき半導体素子の個数や組み合わせ、配線パターン、ワイヤーの配置などの変更により内部回路を変更したパワーモジュールを電力変換装置の構成ごとに製作することによって、パワーモジュールに内蔵する基板やパッケージ外装を共通としながら異なる回路構成の電力変換装置を構成できるパワーモジュールが得られることが知られている(例えば、特許文献4参照)。
On the other hand, in a power converter, in order to reduce the mounting space of the semiconductor switch element and the diode element, a power module having these semiconductor elements as one package is used. However, the power module is preliminarily provided with a conductive wiring pattern inside the package. In addition to arranging the board, the semiconductor elements are mounted and arranged on the board, and the internal circuits are connected by connecting parts such as the semiconductor elements, wiring patterns, and connection terminals to the circuits outside the power module with conductive wires or direct soldering. In this configuration, the parts other than the connection terminals are directly sealed with an insulating resin material. Alternatively, a substrate on which each component is connected and an internal circuit is configured is housed in an exterior package, and the interior of the exterior package is sealed with an insulating resin material.
Therefore, when manufacturing a circuit with a different configuration, a built-in substrate that realizes a circuit with a different configuration is manufactured in advance, and the number and combination of semiconductor elements to be mounted on the substrate, wiring patterns, wire arrangement, etc. are changed. By producing a power module with a modified internal circuit for each configuration of the power converter, it is possible to obtain a power module that can configure a power converter with a different circuit configuration while sharing the substrate and package exterior built in the power module. It is known (see, for example, Patent Document 4).

特開2001−286149号公報(第3―4頁、第1図)JP 2001-286149 A (page 3-4, FIG. 1) 特開平4−188206号公報(第9頁、第11図)JP-A-4-188206 (page 9, FIG. 11) 特開平10−127049号公報(第5―6頁、第7―9図)Japanese Patent Laid-Open No. 10-127049 (pages 5-6 and 7-9) 特開2009−110981号公報(第11―12頁、第8―11図)JP 2009-110981 A (pages 11-12 and 8-11)

従来のパワーモジュールでは、回路構成の異なる電力変換装置に対応するため、内蔵基板が異なる電力変換装置に対応した配線パターンを持っていても、パワーモジュール製造時に半導体素子および半導体素子と配線パターンとを結ぶ導電性ワイヤーの配置を回路構成ごとに変更することで内部回路を変更した製造を行うため、製造工程の段取り替えが煩雑で、パワーモジュールの製造費用が増大するという課題があった。また、その製造されるパワーモジュールでは内部にスイッチング動作する素子や整流動作する素子というような動作特性の異なる素子が搭載され、それらの素子どうしの接続が決められているので、製造時点で想定された1種類の回路構成以外の素子どうしの接続を変えることはできず、決められた回路構成以外を実現することは大変困難であるという課題があった。   Since conventional power modules support power converters with different circuit configurations, even when the built-in board has a wiring pattern corresponding to a different power converter, the semiconductor element and the semiconductor element and the wiring pattern are Since the manufacturing is performed by changing the internal circuit by changing the arrangement of the conductive wires to be connected for each circuit configuration, there is a problem that the change of the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost of the power module increases. In addition, the manufactured power module is equipped with elements with different operating characteristics, such as switching elements and rectifying elements, and the connections between these elements are determined. However, the connection between elements other than one type of circuit configuration cannot be changed, and there is a problem that it is very difficult to realize a configuration other than a predetermined circuit configuration.

また、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路では、回路がシンプルで損失が少なく低コストという長所があるが、高周波化が困難で、高周波化によるリアクタの小型化ができず、他の回路方式に比べ大型化し小容量の回路には不向きであるという短所がある。一方、複数のスイッチング回路を並列に備えインターリーブ制御を行う直流チョッパ型単相コンバータ回路では、高周波化ができるためリアクタの小型化などが容易にできる長所があるが、スイッチング回路を交互にスイッチングさせ半導体スイッチ素子に均等な配分の電流を流すような複雑な制御が必要となるとともに、高周波化に伴うノイズ発生量が増加し大容量の回路には不向きであるという短所がある。よって、各回路はその長所と短所のため統合しにくく、各回路を適材適所にて使用することが一般的であり、パワーモジュールはその用途に合わせて、何種類も製作が必要となるという課題があった。   In addition, the half-bridge type single-phase converter circuit has the advantages of simple circuit, low loss and low cost, but it is difficult to increase the frequency, and the reactor cannot be downsized due to the increase in frequency. The disadvantage is that it is not suitable for small capacity circuits. On the other hand, a DC chopper type single-phase converter circuit that has multiple switching circuits in parallel and performs interleave control has the advantage that it can easily reduce the size of the reactor because it can increase the frequency, but it is possible to switch the switching circuits alternately to make the semiconductor There are disadvantages in that complex control is required to allow currents of equal distribution to flow through the switch elements, and that the amount of noise generated due to high frequency increases, making it unsuitable for large capacity circuits. Therefore, each circuit is difficult to integrate due to its advantages and disadvantages, and it is common to use each circuit in the right place, and it is necessary to produce several types of power modules according to the application. was there.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内部に実装される半導体素子や内部回路を変更することなくスイッチング動作する素子にて構成されたスイッチング部と整流動作する素子にて構成された整流部とを自由に接続することができ異なる回路構成の電力変換装置を構成できるパワーモジュールを得ることが目的である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes a switching unit composed of a semiconductor element mounted therein and an element that performs switching operation without changing an internal circuit, and an element that performs rectification operation. It is an object to obtain a power module that can be freely connected to the rectifying unit configured in (1) and can configure a power conversion device having a different circuit configuration.

この発明は、パワーモジュール内に互いの電流出力側が接続された第1の整流素子と第2の整流素子にて構成された第1の整流手段と、第1の整流素子の電流入力側と接続された第1の接続端子と、第2の整流素子の電流入力側と接続された第2の接続端子と、互いの電流入力側が接続された第の整流素子と第の整流素子にて構成された第2の整流手段と、第3の整流素子の電流出力側と接続された第3の接続端子と、第4の整流素子の電流出力側と接続された第4の接続端子と、第1の整流手段の第1の整流素子と接続された第1のスイッチング手段と、第1の整流手段の第2の整流素子と接続された第2のスイッチング手段とを備え、第1の整流手段を第2の整流手段より逆回復時間が短い整流素子にて構成し第1の整流素子第1のスイッチング手段協調しスイッチングを行い、第2の整流素子第2のスイッチング手段協調しスイッチングを行うとともに、第2の整流手段は商用電源を整流する整流回路の負極側回路を構成し整流回路に接続された商用電源の整流出力を行うようにしたものである。 According to the present invention, a power module includes a first rectifier configured by a first rectifier and a second rectifier connected to each other on the current output side, a current input side of the first rectifier, The connected first connection terminal, the second connection terminal connected to the current input side of the second rectifier element, the third rectifier element and the fourth rectifier element connected to each other's current input side A second rectifier configured as described above; a third connection terminal connected to the current output side of the third rectifier element; a fourth connection terminal connected to the current output side of the fourth rectifier element; A first switching means connected to the first rectifying element of the first rectifying means, and a second switching means connected to the second rectifying element of the first rectifying means, constitute rectifying means at the second reverse recovery time than the rectifying means is shorter rectifying element, a first rectifier element 1 have lines coordinated switching the switching means, both the second rectifying element UTO second row coordinated switching the switching means, the negative electrode side circuit of the rectifier circuit the second rectifying means for rectifying the commercial power source the rectified output of the configured connected to the rectifier circuit commercial power source is intended been row Uyo Unishi.

この発明は、パワーモジュール内に互いの電流出力側が接続された第1の整流素子と第2の整流素子にて構成された第1の整流手段と、第1の整流素子の電流入力側と接続された第1の接続端子と、第2の整流素子の電流入力側と接続された第2の接続端子と、互いの電流入力側が接続された第の整流素子と第の整流素子にて構成された第2の整流手段と、第3の整流素子の電流出力側と接続された第3の接続端子と、第4の整流素子の電流出力側と接続された第4の接続端子と、第1の整流素子と接続された第1のスイッチング手段と、第2の整流素子と接続された第2のスイッチング手段とを備え、第1の整流手段は第2の整流手段より逆回復時間が短い整流素子にて構成し第1の整流素子第1のスイッチング手段協調しスイッチングを行い、第2の整流素子第2のスイッチング手段協調しスイッチングを行うとともに、第2の整流手段は商用電源を整流する整流回路の負極側回路を構成し整流回路に接続された商用電源の整流出力を行うようにしたので、パワーモジュールの内部に実装される半導体素子や内部回路を変更することなく第1の接続端子、第2の接続端子、第3の接続端子、第4の接続端子をパワーモジュールの外部で自由に接続すること回路構成の異なる電力変換装置を構成できるとともに、そのいずれの電力変換装置を構成したとしても、第1の整流手段は逆流電流および振動電流を低減し、第2の整流手段には安価な整流素子を使用し製造費用を低減させたパワーモジュールを得ることができる。 According to the present invention, a power module includes a first rectifier configured by a first rectifier and a second rectifier connected to each other on the current output side, a current input side of the first rectifier, The connected first connection terminal, the second connection terminal connected to the current input side of the second rectifier element, the third rectifier element and the fourth rectifier element connected to each other's current input side A second rectifier configured as described above; a third connection terminal connected to the current output side of the third rectifier element; a fourth connection terminal connected to the current output side of the fourth rectifier element; , A first switching means connected to the first rectifying element, and a second switching means connected to the second rectifying element, wherein the first rectifying means has a reverse recovery time from the second rectifying means. It is constituted by a short rectifying element, a first rectifier element scan cooperation with the first switching means Gastric row etching, second rectifying elements together UTO line switching in cooperation with the second switching means, second rectifying means is connected to constitute a negative electrode side circuit of the rectifier circuit for rectifying the commercial power source rectifier circuit since the rectified output of the commercial power supply was rows Uyo Unishi was, first connection terminal without changing the semiconductor elements and the internal circuit mounted in the interior of the power module, the second connection terminal, the third connection terminal, with the fourth connection terminals can be configured externally freely different power conversion device circuit configured by connecting a power module, even when configuring the one of the power converter, the first rectifier means reverse current and It is possible to obtain a power module in which the oscillating current is reduced and an inexpensive rectifying element is used for the second rectifying means and the manufacturing cost is reduced .

この発明の実施の形態1におけるパワーモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the power module in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるパワーモジュールを用いて構成したハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the half bridge type single phase converter circuit comprised using the power module in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるパワーモジュールを用いて構成したスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram of a DC chopper type single-phase converter circuit provided in parallel with a switching circuit configured using a power module according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. この発明の実施の形態3におけるパワーモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the power module in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3におけるパワーモジュールを用いて構成したハーフブリッジ型コンバータ回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the half bridge type | mold converter circuit comprised using the power module in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3におけるパワーモジュールを用いて構成したスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the direct current chopper type single phase converter circuit provided with the switching circuit comprised using the power module in Embodiment 3 of this invention in parallel. この発明の実施の形態4におけるスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the direct current chopper type | mold single phase converter circuit provided with the switching circuit in Embodiment 4 of this invention in parallel. この発明の実施の形態5におけるパワーモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the power module in Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態5のパワーモジュールを用いて構成したハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the half bridge type single phase converter circuit comprised using the power module of Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態5のパワーモジュールを用いて構成したスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the direct current chopper type | mold single phase converter circuit provided with the switching circuit comprised using the power module of Embodiment 5 of this invention in parallel. この発明の実施の形態5におけるパワーモジュールの回路構成図の他の一例である。It is another example of the circuit block diagram of the power module in Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6におけるパワーモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the power module in Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態7におけるスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the direct current chopper type | mold single phase converter circuit provided with the switching circuit in Embodiment 7 of this invention in parallel. この発明の実施の形態8におけるパワーモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the power module in Embodiment 8 of this invention.

実施の形態1.
図1はパワーモジュールの回路構成図、図2は図1のパワーモジュールを用いて構成したハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成図、図3は図1のパワーモジュールを用いて構成したインターリーブ制御を行うためスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成図を、それぞれ示すものである。
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit configuration diagram of a power module, FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a half-bridge type single-phase converter circuit configured using the power module of FIG. 1, and FIG. 3 is an interleave control configured using the power module of FIG. FIG. 2 shows a circuit configuration diagram of a DC chopper type single-phase converter circuit provided with a switching circuit in parallel for performing

図1において、パワーモジュール1aは、整流素子すなわちダイオード11〜14、スイッチング手段である半導体スイッチ素子21,22、電流検出手段である電流検出用シャント抵抗31を内蔵し、それらの素子および抵抗とパワーモジュール1aの内部配線にて接続された外部回路接続用の接続端子101〜108にて構成されている。ただし、接続端子101と103、接続端子102と104はパワーモジュール内部で接続されている。また、半導体スイッチ素子21,22は例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに代表されるバイポーラトランジスタである。   In FIG. 1, a power module 1a includes rectifying elements, that is, diodes 11 to 14, semiconductor switching elements 21 and 22 as switching means, and a current detecting shunt resistor 31 as current detecting means. It is comprised by the connection terminals 101-108 for the external circuit connection connected with the internal wiring of the module 1a. However, the connection terminals 101 and 103 and the connection terminals 102 and 104 are connected inside the power module. The semiconductor switch elements 21 and 22 are bipolar transistors represented by, for example, insulated gate bipolar transistors.

接続端子101にはダイオード11のカソード端子、接続端子102にはダイオード12のカソード端子がそれぞれ接続され、ダイオード11および12のアノード端子には電流検出用シャント抵抗31の一端が接続されている。接続端子105にはダイオード13のアノード端子および半導体スイッチ素子21のコレクタ端子が、接続端子106にはダイオード14のアノード端子および半導体スイッチ素子22のコレクタ端子が、接続端子107にはダイオード13および14のカソード端子がそれぞれ接続され、接続端子108には半導体スイッチ素子21および22のエミッタ端子ならびに電流検出用シャント抵抗31のダイオード11および12と接続していない側の一端が接続されている。これにより、パワーモジュール1aには、ダイオード11および12にて構成される第1のダイオード群の回路とダイオード13および14にて構成される第2のダイオード群の回路に分けられて設けられている。   The cathode terminal of the diode 11 is connected to the connection terminal 101, the cathode terminal of the diode 12 is connected to the connection terminal 102, and one end of the current detection shunt resistor 31 is connected to the anode terminals of the diodes 11 and 12. The connection terminal 105 includes the anode terminal of the diode 13 and the collector terminal of the semiconductor switch element 21, the connection terminal 106 includes the anode terminal of the diode 14 and the collector terminal of the semiconductor switch element 22, and the connection terminal 107 includes the diodes 13 and 14. The cathode terminals are respectively connected, and the connection terminals 108 are connected to the emitter terminals of the semiconductor switch elements 21 and 22 and one end of the current detection shunt resistor 31 on the side not connected to the diodes 11 and 12. As a result, the power module 1a is provided with a circuit of a first diode group composed of diodes 11 and 12 and a circuit of a second diode group composed of diodes 13 and 14. .

パワーモジュール1aは、接続端子101〜108以外の部分を絶縁性の樹脂材料(図示せず)等により封止し、パワーモジュール内部の各半導体チップとパワーモジュール外部との絶縁性を確保して、仮にパワーモジュールに導電材が接触しても内部の各半導体チップが通電・短絡しないようにしている。パワーモジュール1aと外部回路とが接続する場合は接続端子101〜108を介して行われる。以下の実施の形態においても同様である。   In the power module 1a, portions other than the connection terminals 101 to 108 are sealed with an insulating resin material (not shown) or the like to ensure insulation between each semiconductor chip inside the power module and the outside of the power module, Even if a conductive material comes into contact with the power module, each internal semiconductor chip is prevented from being energized or short-circuited. The connection between the power module 1a and the external circuit is performed via the connection terminals 101 to 108. The same applies to the following embodiments.

次に、パワーモジュール1aを使用して構成される電力変換装置すなわち力率改善回路について説明する。
図2は、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成であって、パワーモジュール1aの接続端子103と105、接続端子104と106を接続し、接続端子101にはリアクトル3を介して図示しない商用の交流電源の一端に、その交流電源の他端を接続端子102には接続し構成される。接続端子107と108との間には整流された電圧が出力されることからコンデンサ4などを接続し、その出力を平滑し直流電圧に変換するとともに、その直流電圧を直流負荷または交流負荷を駆動するための電力変換回路を接続し使用する。なお、リアクトル3は接続端子101と交流電源との間の代わりに接続端子102と交流電源との間に接続してもよい。また、2つのリアクトルで構成されるコモンモードリアクトルの場合はコモンモードリアクトルの一方のリアクトルを接続端子101と交流電源の間に、もう一方のリアクトルを接続端子102と交流電源との間に接続して使用する。
Next, a power converter configured using the power module 1a, that is, a power factor correction circuit will be described.
FIG. 2 shows a circuit configuration of a half-bridge type single-phase converter circuit, in which the connection terminals 103 and 105 and the connection terminals 104 and 106 of the power module 1a are connected, and the connection terminal 101 is connected to the commercial terminal (not shown) via the reactor 3. And the other end of the AC power supply is connected to the connection terminal 102. Since a rectified voltage is output between the connection terminals 107 and 108, a capacitor 4 or the like is connected, and the output is smoothed and converted to a DC voltage, and the DC voltage is driven to a DC load or an AC load. Connect and use a power conversion circuit to do this. The reactor 3 may be connected between the connection terminal 102 and the AC power supply instead of between the connection terminal 101 and the AC power supply. In the case of a common mode reactor including two reactors, one reactor of the common mode reactor is connected between the connection terminal 101 and the AC power supply, and the other reactor is connected between the connection terminal 102 and the AC power supply. To use.

このような接続により、パワーモジュール1aは、ダイオード13、14にて構成される第1の整流手段を正極側整流部、ダイオード11、12にて構成される第2の整流手段を負極側整流部として、正極側整流部と負極側整流部とをパワーモジュール1aの外部で接続し交流電源の出力を整流するハーフブリッジ型単相コンバータ回路の交流整流部を構成できる。   With such a connection, the power module 1a is configured such that the first rectification unit configured by the diodes 13 and 14 is the positive rectification unit, and the second rectification unit configured by the diodes 11 and 12 is the negative rectification unit. As described above, an AC rectification unit of a half-bridge single-phase converter circuit that rectifies the output of the AC power supply by connecting the positive rectification unit and the negative rectification unit outside the power module 1a can be configured.

このようにして構成されたハーフブリッジ型単相コンバータ回路は、ダイオード11〜14が単相交流入力整流回路を構成し、半導体スイッチ素子21および22はそれぞれダイオード11および12に並列かつ逆極性の接続とし、電流検出用シャント抵抗31による電流検出結果をもとにハーフブリッジ型単相コンバータ回路の制御方式に基づいて半導体スイッチ素子21および22が制御され、交流電源の力率改善および整流後の直流電圧等の制御を行う。   In the half-bridge type single-phase converter circuit configured as described above, the diodes 11 to 14 constitute a single-phase AC input rectifier circuit, and the semiconductor switch elements 21 and 22 are connected in parallel and opposite to the diodes 11 and 12, respectively. The semiconductor switching elements 21 and 22 are controlled based on the control method of the half-bridge type single-phase converter circuit based on the current detection result by the current detection shunt resistor 31, and the power factor of the AC power source is improved and the DC after rectification is controlled. Control voltage etc.

図3は、スイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成であって、パワーモジュール1aの接続端子103とダイオードモジュール2の接続端子201、パワーモジュール1aの接続端子104とダイオードモジュール2の接続端子202をそれぞれ接続し、ダイオードモジュール2の接続端子203にはリアクトル3aおよび3bのそれぞれの一端を接続するとともに、リアクトル3aのもう一方の一端を接続端子105に、リアクトル3bのもう一方の一端を接続端子106に、それぞれ接続し構成される。なお、接続端子101、102には図示しない交流電源が接続される。また、ダイオードモジュール2はダイオード41,42を備え、ダイオード41,42のカソード端子が接続端子203に接続され、ダイオード41のアノード端子が接続端子201、ダイオード42のアノード端子が接続端子202に、それぞれ接続されたモジュールである。これにより、接続端子107と108との間には整流された電圧が出力されることからコンデンサ4などを接続し、その出力を平滑し直流電圧に変換するとともに、その直流電圧を直流負荷または交流負荷を駆動するための電力変換回路を接続し使用する。なお、ダイオードモジュール2の代わりに単体のダイオードを2個用いて回路を構成しても構わない。   FIG. 3 shows a circuit configuration of a DC chopper type single-phase converter circuit provided with a switching circuit in parallel, the connection terminal 103 of the power module 1a and the connection terminal 201 of the diode module 2, and the connection terminal 104 and the diode of the power module 1a. Each of the connection terminals 202 of the module 2 is connected, one end of each of the reactors 3a and 3b is connected to the connection terminal 203 of the diode module 2, and the other end of the reactor 3a is connected to the connection terminal 105 and the other end of the reactor 3b is connected. One end is connected to the connection terminal 106 and configured. Note that an AC power supply (not shown) is connected to the connection terminals 101 and 102. The diode module 2 includes diodes 41 and 42. The cathode terminals of the diodes 41 and 42 are connected to the connection terminal 203. The anode terminal of the diode 41 is connected to the connection terminal 201. The anode terminal of the diode 42 is connected to the connection terminal 202. It is a connected module. As a result, a rectified voltage is output between the connection terminals 107 and 108. Therefore, the capacitor 4 or the like is connected, the output is smoothed and converted to a DC voltage, and the DC voltage is converted to a DC load or AC. Connect and use a power conversion circuit to drive the load. Note that the circuit may be configured by using two single diodes instead of the diode module 2.

このような接続により、パワーモジュール1aは、ダイオード11、12にて構成されるパワーモジュール1aの第2の整流手段を負極側整流部、ダイオードモジュール2を正極側整流部として、負極側整流部と正極側整流部とを接続して交流電源の出力を整流する直流チョッパ型単相コンバータ回路の交流整流部を構成できるとともに、ダイオード13、14にて構成されるパワーモジュール1aの第1の整流手段を半導体スイッチ素子21および22に直列に接続し、半導体スイッチ素子21および22のスイッチング時に協調動作しスイッチングを行い半導体スイッチ素子21および22側に逆流する電流を阻止する直流チョッパ型単相コンバータ回路の直流整流部として構成できる。   With such a connection, the power module 1a is configured such that the second rectification unit of the power module 1a configured by the diodes 11 and 12 is the negative rectification unit, the diode module 2 is the positive rectification unit, and the negative rectification unit. The first rectifier of the power module 1a configured by the diodes 13 and 14 can be configured as an AC rectifier of a DC chopper type single-phase converter circuit that rectifies the output of the AC power supply by connecting the positive rectifier. Is connected in series to the semiconductor switch elements 21 and 22, and operates in a coordinated manner when the semiconductor switch elements 21 and 22 are switched to perform switching and block a current flowing back to the semiconductor switch elements 21 and 22 side. It can be configured as a DC rectifying unit.

このようにして構成された直流チョッパ型単相コンバータ回路は、ダイオード11および12ならびにダイオードモジュール2のダイオード41および42が単相交流入力整流回路を構成し、半導体スイッチ素子21および22が交流電源の力率改善および整流後の直流電圧の制御を行うスイッチング回路、ダイオード13および14が半導体スイッチ素子21および22のスイッチング動作に協調しスイッチングを行うスイッチング用ダイオードとなる。よって、電流検出用シャント抵抗31による電流検出結果をもとにインターリーブ制御方式に基づいて半導体スイッチ素子21および22が制御され、交流電源の力率改善および整流後の直流電圧等の制御を行う。   In the DC chopper type single-phase converter circuit thus configured, the diodes 11 and 12 and the diodes 41 and 42 of the diode module 2 constitute a single-phase AC input rectifier circuit, and the semiconductor switch elements 21 and 22 are AC power sources. The switching circuits that perform power factor improvement and control of the DC voltage after rectification, and the diodes 13 and 14 become switching diodes that perform switching in coordination with the switching operation of the semiconductor switch elements 21 and 22. Therefore, the semiconductor switch elements 21 and 22 are controlled based on the current detection result by the current detection shunt resistor 31 based on the interleave control method, and the power factor of the AC power source is improved and the DC voltage after rectification is controlled.

なお、図1,図2および図3においては、半導体スイッチ素子21および22に、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに代表されるバイポーラトランジスタを使用するものとしているが、例えばMOSFETに代表される電界効果型トランジスタを使用するものとしてもよい。この場合、上述のコレクタ端子はソース端子、エミッタ端子はドレイン端子と読み替える。以下の実施の形態においても同様である。   In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, for example, a bipolar transistor represented by an insulated gate bipolar transistor is used as the semiconductor switch elements 21 and 22, but a field effect type represented by a MOSFET, for example. A transistor may be used. In this case, the above-described collector terminal is read as a source terminal, and the emitter terminal is read as a drain terminal. The same applies to the following embodiments.

このように、ダイオードモジュール2およびリアクトル3,3a,3bを外部回路として追加することで、パワーモジュール1aはハーフブリッジ型単相コンバータ回路およびスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の両方に適用することができる。   Thus, by adding the diode module 2 and the reactors 3, 3a, 3b as external circuits, the power module 1a is a DC chopper type single-phase converter circuit having a half-bridge type single-phase converter circuit and a switching circuit in parallel. It can be applied to both.

以上をまとめると、パワーモジュール1aは、パワーモジュール1a内に第1の整流手段と第2の整流手段とをそれぞれ独立して設けたので、第1の整流手段を正極側整流部、第2の整流手段を負極側整流部とし、正極側整流部と負極側整流部とを接続し交流整流部を形成することでハーフブリッジ型単相コンバータ回路を構成したり、第2の整流手段を負極側整流部とし、負極側整流部と外部のダイオードモジュールと接続し交流整流部を形成するとともに、第1の整流手段と半導体スイッチ素子とを接続し半導体スイッチ素子のスイッチング動作に協調しスイッチングを行い逆流電流の阻止を行う直流整流部とした直流チョッパ型単相コンバータ回路を構成したりできる。
すなわち、パワーモジュール1aの第1の整流手段は、交流整流部あるいは直流整流部として構成できる。
In summary, the power module 1a is provided with the first rectification means and the second rectification means independently in the power module 1a, so that the first rectification means is the positive rectification unit and the second rectification means. A rectifier is used as a negative rectifier, and a positive rectifier and a negative rectifier are connected to form an AC rectifier, thereby forming a half-bridge single-phase converter circuit, or a second rectifier as a negative rectifier. A rectifying unit is connected to the negative rectifying unit and an external diode module to form an AC rectifying unit, and the first rectifying means and the semiconductor switch element are connected to perform switching in cooperation with the switching operation of the semiconductor switch element and back flow A DC chopper type single-phase converter circuit can be configured as a DC rectifying unit for blocking current.
That is, the first rectifying means of the power module 1a can be configured as an AC rectifying unit or a DC rectifying unit.

よって、パワーモジュール1aはハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成およびスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成のどちらにでも使用することができる。すなわち、異なる回路構成の単相型力率改善回路に同一のパワーモジュールを使用することができ、パワーモジュールを共通化できる。したがって、パワーモジュールの製造工程を変更することなく異なる回路構成の力率改善回路すなわち電力変換装置に使用できるパワーモジュールを製造することができ、パワーモジュールの製造費用を抑制することができる。   Therefore, the power module 1a can be used for both the circuit configuration of the half-bridge type single-phase converter circuit and the circuit configuration of the DC chopper type single-phase converter circuit provided with the switching circuit in parallel. That is, the same power module can be used for single-phase power factor correction circuits having different circuit configurations, and the power modules can be shared. Therefore, it is possible to manufacture a power module that can be used in a power factor correction circuit having a different circuit configuration, that is, a power conversion device, without changing the manufacturing process of the power module, and the manufacturing cost of the power module can be suppressed.

これにより、製造時点での異なる回路構成に対応させる製造の段取り替えなどの無駄な作業も減り、製造費用を抑制に貢献できる。また、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路向けに製造したパワーモジュールであっても、直流チョッパ型単相コンバータ回路を製作するために使用でき、また、直流チョッパ型単相コンバータ回路向けに製造したパワーモジュールであっても、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路を製作するために使用でき、製造の無駄を省くとともに、生産の効率を上げ、流通・保管等の無駄も省ける。   Accordingly, useless work such as changeover of manufacturing corresponding to different circuit configurations at the time of manufacturing can be reduced, and manufacturing costs can be reduced. Also, even power modules manufactured for half-bridge type single-phase converter circuits can be used to manufacture DC chopper type single-phase converter circuits, and power modules manufactured for DC chopper-type single-phase converter circuits. Even so, it can be used to manufacture a half-bridge type single-phase converter circuit, which eliminates manufacturing waste, increases production efficiency, and eliminates waste such as distribution and storage.

また、図2、3の回路構成では、パワーモジュール1aのダイオード11〜14の動作および必要な特性が異なるため、その特性に対応したダイオードを用いることが望ましい。
例えば、ダイオード11および12を逆回復時間の長いソフトリカバリダイオード(SRD)とし、ダイオード13および14を逆回復時間の短いファストリカバリダイオード(FRD)とすると、図2のハーフブリッジ型単相コンバータ回路でも、図3のスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路でもソフトリカバリダイオードおよびファストリカバリダイオードの特性を発揮させた回路構成とすることができる。
2 and 3, since the operation and necessary characteristics of the diodes 11 to 14 of the power module 1a are different, it is desirable to use a diode corresponding to the characteristics.
For example, if the diodes 11 and 12 are soft recovery diodes (SRD) having a long reverse recovery time and the diodes 13 and 14 are fast recovery diodes (FRD) having a short reverse recovery time, the half-bridge single-phase converter circuit of FIG. The DC chopper type single-phase converter circuit provided with the switching circuit of FIG. 3 in parallel can also have a circuit configuration that exhibits the characteristics of the soft recovery diode and the fast recovery diode.

ダイオードは、アノードからカソードの順方向に電圧を印加して順電流を流す順バイアスの状態から、逆方向に電圧を印加して電流を阻止する逆バイアスの状態に急激に転換すると一時的にインピーダンスがゼロとなる逆回復期間が現れ、その期間では逆バイアスによって本来流すべきではない逆流電流が流れてダイオードで損失が発生するだけでなく、ダイオード内部のインダクタンス成分とキャパシタンス成分の共振によってダイオードに振動電流が流れる場合がある。すなわち、ダイオードのリカバリ損失となる。半導体スイッチ素子のスイッチング動作により高速かつ高い頻度でバイアスの転換が生じるダイオードに逆回復時間の長いダイオードを使用すると、逆流電流の流れる時間が長くなり損失が増大するだけでなく、ダイオードの内部インダクタンス成分およびキャパシタンス成分に大きなエネルギーが蓄積されるため振動電流も増大し、半導体スイッチ素子やダイオードに過電圧や熱負荷が加わり半導体素子破壊の原因となる。したがって、このようなダイオードには逆回復時間の短いファストリカバリダイオードを適用するのが一般的である。その一方で、一般的にファストリカバリダイオードはソフトリカバリダイオードよりも部品コストが増大するとされ、ファストリカバリダイオードを多用すると製造費用が増大する。   When a diode suddenly changes from a forward bias state in which a forward current flows by applying a voltage in the forward direction from the anode to the cathode, a reverse bias state in which a current is blocked by applying a voltage in the reverse direction, the diode temporarily changes impedance. A reverse recovery period appears in which zero occurs, and during that period, a reverse current that should not flow due to reverse bias flows and a loss occurs in the diode, but the diode also vibrates due to resonance of the inductance component and capacitance component inside the diode. Current may flow. That is, it becomes a recovery loss of the diode. When a diode with a long reverse recovery time is used for a diode whose bias switching occurs at high speed and frequently due to the switching operation of the semiconductor switch element, not only does the reverse current flow longer, the loss increases, but also the internal inductance component of the diode Further, since large energy is accumulated in the capacitance component, the oscillating current also increases, and an overvoltage and a thermal load are applied to the semiconductor switch element and the diode, which causes the semiconductor element to be destroyed. Therefore, a fast recovery diode having a short reverse recovery time is generally applied to such a diode. On the other hand, in general, the cost of components of the fast recovery diode is higher than that of the soft recovery diode, and the manufacturing cost increases if the fast recovery diode is used frequently.

これに対して図2のハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成の動作について説明する。交流電源の交流電圧が正の半波、すなわち接続端子101にリアクトル3を介して正の電圧、接続端子102に負の電圧が印加されている場合、半導体スイッチ素子21がオンすると、リアクトル3を介して交流電源から接続端子101、半導体スイッチ素子21、電流検出用シャント抵抗31、ダイオード12を通り、接続端子102から交流電源に戻る経路の電流が流れ、リアクトル3にエネルギーが蓄積される。この状態で、半導体スイッチ素子21がオフすると、リアクトル3を介して交流電源から接続端子102、ダイオード13、コンデンサ4、電流検出用シャント抵抗31、ダイオード12を通り、接続端子102から交流電源に戻る経路の電流が流れ、リアクトル3に蓄積したエネルギーがコンデンサ4に充電される。
すなわち、ダイオード12は、半導体スイッチ素子21のオンオフに関わらず、交流電源を整流する整流用ダイオードとして機能する。一方、ダイオード13は、半導体スイッチ素子21がオフのとき交流電源からコンデンサ4の方向すなわちダイオード13のアノード端子からカソード端子向かって電圧が印加される順バイアス状態となりダイオード13は電流を流し、半導体スイッチ素子21がオンのときコンデンサ4から半導体スイッチ素子21の方向すなわちダイオード13のカソード端子からアノード端子に向かって電圧が印加される逆バイアス状態となりダイオード13は電流が流れることを阻止するスイッチング用ダイオードとして機能する。
In contrast, the operation of the circuit configuration of the half-bridge single-phase converter circuit of FIG. 2 will be described. When the AC voltage of the AC power source is a positive half wave, that is, when a positive voltage is applied to the connection terminal 101 via the reactor 3 and a negative voltage is applied to the connection terminal 102, the reactor 3 is turned on when the semiconductor switch element 21 is turned on. Via the connection terminal 101, the semiconductor switch element 21, the current detection shunt resistor 31, and the diode 12 from the AC power source, a current flows through the path from the connection terminal 102 to the AC power source, and energy is accumulated in the reactor 3. When the semiconductor switch element 21 is turned off in this state, the AC power source passes through the reactor 3 from the AC power source through the connection terminal 102, the diode 13, the capacitor 4, the current detecting shunt resistor 31, and the diode 12, and returns from the connection terminal 102 to the AC power source. The path current flows, and the energy stored in the reactor 3 is charged in the capacitor 4.
That is, the diode 12 functions as a rectifying diode that rectifies the AC power supply regardless of whether the semiconductor switch element 21 is on or off. On the other hand, when the semiconductor switch element 21 is off, the diode 13 is in a forward bias state in which a voltage is applied from the AC power source to the capacitor 4, that is, from the anode terminal to the cathode terminal of the diode 13. When the element 21 is on, a reverse bias state is applied in which a voltage is applied from the capacitor 4 to the semiconductor switch element 21, that is, from the cathode terminal to the anode terminal of the diode 13. The diode 13 serves as a switching diode that prevents current from flowing. Function.

同様に、交流電源の交流電圧が負の半波、すなわち接続端子101にリアクトル3を介して負の電圧、接続端子102に正の電圧が印加されている場合、半導体スイッチ素子22がオンすると、交流電源から接続端子102、半導体スイッチ素子22、電流検出用シャント抵抗31、ダイオード11を通り、接続端子101からリアクトル3を介して交流電源に戻る経路の電流が流れ、リアクトル3にエネルギーが蓄積される。この状態で、半導体スイッチ素子22がオフすると、交流電源から接続端子102、ダイオード14、コンデンサ4、電流検出用シャント抵抗31、ダイオード11を通り、接続端子101から交流電源に戻る経路の電流が流れ、リアクトル3に蓄積したエネルギーがコンデンサ4に充電される。
すなわち、ダイオード11は、ダイオード12同様、半導体スイッチ素子21のオンオフに関わらず、交流電源を整流する整流用ダイオードとして機能し、ダイオード14は、ダイオード13同様、半導体スイッチ素子21がオンオフのとき順バイアス状態と逆バイアス状態とを転換し、ダイオード14は電流を流したり、阻止したりするスイッチング用ダイオードとして機能する。
Similarly, when the AC voltage of the AC power source is a negative half wave, that is, when a negative voltage is applied to the connection terminal 101 via the reactor 3 and a positive voltage is applied to the connection terminal 102, the semiconductor switch element 22 is turned on. A current flows from the AC power source through the connection terminal 102, the semiconductor switch element 22, the current detecting shunt resistor 31, and the diode 11, and returns from the connection terminal 101 to the AC power source via the reactor 3, and energy is accumulated in the reactor 3. The In this state, when the semiconductor switch element 22 is turned off, a current flows from the AC power source through the connection terminal 102, the diode 14, the capacitor 4, the current detection shunt resistor 31, and the diode 11 and returns from the connection terminal 101 to the AC power source. The energy accumulated in the reactor 3 is charged in the capacitor 4.
That is, the diode 11 functions as a rectifying diode that rectifies the AC power supply regardless of whether the semiconductor switch element 21 is on or off, like the diode 12, and the diode 14 is forward-biased when the semiconductor switch element 21 is on or off, like the diode 13. Switching between the state and the reverse bias state, the diode 14 functions as a switching diode for passing or blocking current.

この半導体スイッチ素子21あるいは22をオンオフする動作を繰り返すことによって、リアクトル3へのエネルギー蓄積とリアクトル3からコンデンサ4への充電を繰り返し行いコンデンサの両端の電圧すなわちハーフブリッジ型単相コンバータ回路の出力電圧を、交流電圧を整流し平滑したときの電圧より昇圧させる。   By repeating this operation of turning on or off the semiconductor switch element 21 or 22, the energy storage in the reactor 3 and the charging from the reactor 3 to the capacitor 4 are repeated, and the voltage across the capacitor, that is, the output voltage of the half-bridge type single-phase converter circuit Is raised from the voltage when the AC voltage is rectified and smoothed.

なお、昇圧させる昇圧率は、半導体スイッチ素子21および22のオンオフする動作周期すなわちスイッチング周波数とリアクトル3のエネルギー蓄積能力すなわちリアクトル容量によって変わる。すなわち、同じ昇圧率ならばスイッチング周波数を高くするとリアクトル3の一回のスイッチング動作によるエネルギー蓄積能力が少なくて済むので、リアクトル容量は小さくて済む。当然、スイッチング周波数が低いとリアクトル容量は大きくする必要がある。一方、スイッチング周波数を高くすることによって、ダイオード13、14のバイアス転換も高速化しスイッチング動作における逆流電流も増加することになる。   Note that the step-up rate to be boosted varies depending on the operation cycle in which the semiconductor switch elements 21 and 22 are turned on, that is, the switching frequency and the energy storage capability of the reactor 3, that is, the reactor capacity. In other words, if the same step-up rate is used, if the switching frequency is increased, the energy storage capability by a single switching operation of the reactor 3 can be reduced, so that the reactor capacity can be reduced. Of course, if the switching frequency is low, the reactor capacity needs to be increased. On the other hand, by increasing the switching frequency, the bias switching of the diodes 13 and 14 is also accelerated, and the backflow current in the switching operation is also increased.

なお、交流電源の交流電圧が正の半波のとき、半導体スイッチ素子22がオンオフしても電流経路には何も影響を与えず、交流電源の交流電圧が負の半波のとき、半導体スイッチ素子21がオンオフしても電流経路には影響を与えない。よって、半導体スイッチ素子21、22は交流電源の交流電圧が正の半波、負の半波に関わらず、両方ともオンオフ動作していても構わない。   When the AC voltage of the AC power supply is a positive half wave, the current path is not affected even if the semiconductor switch element 22 is turned on and off. When the AC voltage of the AC power supply is a negative half wave, the semiconductor switch Even if the element 21 is turned on / off, the current path is not affected. Therefore, the semiconductor switch elements 21 and 22 may both be turned on / off regardless of whether the AC voltage of the AC power supply is a positive half wave or a negative half wave.

また、半導体スイッチ素子21あるいは22がオンするとリアクトル3へのエネルギー蓄積のため入力電流は上昇し、半導体スイッチ素子21あるいは22がオフするとリアクトル3からコンデンサ4へのエネルギー充電のため入力電流は減少する。これを制御して、入力電流を交流電源の交流電圧と同位相の正弦波に制御することによって交流電源の力率を改善させる。すなわち、交流電源の力率を1に近づける。   Further, when the semiconductor switch element 21 or 22 is turned on, the input current increases due to energy storage in the reactor 3, and when the semiconductor switch element 21 or 22 is turned off, the input current decreases due to energy charging from the reactor 3 to the capacitor 4. . By controlling this, the power factor of the AC power supply is improved by controlling the input current to a sine wave in phase with the AC voltage of the AC power supply. That is, the power factor of the AC power supply is brought close to 1.

なお、入力電流を正弦波に近づけるためには、半導体スイッチ素子21あるいは22がオンオフしたときの入力電流の上昇と下降の幅すなわちリップルを小さくする必要があるが、半導体スイッチ素子21および22のオンオフする動作周期すなわちスイッチング周波数を高くすることによって入力電流のリップルを小さくすることができる。一方、スイッチング周波数を高くすることによって、ダイオード13、14のバイアス転換も高速化しスイッチング動作における逆流電流も増加することになる。   In order to approximate the input current to a sine wave, it is necessary to reduce the rise and fall width of the input current when the semiconductor switch element 21 or 22 is turned on, that is, the ripple, but the semiconductor switch elements 21 and 22 are turned on and off. The ripple of the input current can be reduced by increasing the operating cycle, that is, the switching frequency. On the other hand, by increasing the switching frequency, the bias switching of the diodes 13 and 14 is also accelerated, and the backflow current in the switching operation is also increased.

また、同様に図3のスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成の動作について説明する。半導体スイッチ素子21がオンすると、交流電源から接続端子101、ダイオード41あるいは接続端子102、ダイオード42を介して、リアクトル3a、半導体スイッチ素子21、電流検出用シャント抵抗31を通り、ダイオード11、接続端子101あるいはダイオード12、接続端子102から交流電源に戻る経路にて電流が流れ、リアクトル3aにエネルギーが蓄積される。次に、半導体スイッチ素子21がオフすると、交流電源から接続端子101、ダイオード41あるいは接続端子102、ダイオード42を介して、リアクトル3a、ダイオード13、コンデンサ4、電流検出用シャント抵抗31を通り、ダイオード11、接続端子101あるいはダイオード12、接続端子102から交流電源に戻る経路にて電流が流れ、リアクトル3aに蓄積したエネルギーがコンデンサ4に充電される。   Similarly, the operation of the circuit configuration of a DC chopper type single-phase converter circuit provided with the switching circuit of FIG. 3 in parallel will be described. When the semiconductor switch element 21 is turned on, it passes through the reactor 3a, the semiconductor switch element 21, and the current detecting shunt resistor 31 via the connection terminal 101, the diode 41 or the connection terminal 102, and the diode 42 from the AC power source, and then the diode 11 and the connection terminal. A current flows in a path from 101, the diode 12, and the connection terminal 102 back to the AC power source, and energy is accumulated in the reactor 3a. Next, when the semiconductor switch element 21 is turned off, the AC power source passes through the connection terminal 101, the diode 41 or the connection terminal 102, the diode 42, the reactor 3a, the diode 13, the capacitor 4, and the current detecting shunt resistor 31, and then the diode. 11, current flows through a path from the connection terminal 101 or the diode 12 and the connection terminal 102 back to the AC power source, and the energy accumulated in the reactor 3a is charged in the capacitor 4.

同様に、半導体スイッチ素子22がオンすると、交流電源から接続端子101、ダイオード41あるいは接続端子102、ダイオード42を介して、リアクトル3b、半導体スイッチ素子22、電流検出用シャント抵抗31を通り、ダイオード11、接続端子101あるいはダイオード12、接続端子102から交流電源に戻る経路にて電流が流れ、リアクトル3bにエネルギーが蓄積される。次に、半導体スイッチ素子22がオフすると、交流電源から接続端子101、ダイオード41あるいは接続端子102、ダイオード42を介して、リアクトル3b、ダイオード14、コンデンサ4、電流検出用シャント抵抗31を通り、ダイオード11、接続端子101あるいはダイオード12、接続端子102から交流電源に戻る経路にて電流が流れ、リアクトル3bに蓄積したエネルギーがコンデンサ4に充電される。   Similarly, when the semiconductor switch element 22 is turned on, the AC power source passes through the connection terminal 101, the diode 41 or the connection terminal 102, the diode 42, the reactor 3b, the semiconductor switch element 22, and the current detection shunt resistor 31, and the diode 11 The current flows through the connection terminal 101 or the diode 12 and the path returning from the connection terminal 102 to the AC power source, and energy is stored in the reactor 3b. Next, when the semiconductor switch element 22 is turned off, the AC power source passes through the connection terminal 101, the diode 41 or the connection terminal 102, the diode 42, the reactor 3b, the diode 14, the capacitor 4, and the current detection shunt resistor 31, and then the diode. 11, current flows through a path from the connection terminal 101 or the diode 12 and the connection terminal 102 back to the AC power supply, and the energy accumulated in the reactor 3b is charged in the capacitor 4.

以上の動作から、ダイオード11、12、41、42は、半導体スイッチ素子21のオンオフに関わらず、交流電源を整流する整流用ダイオードとして機能する。一方、ダイオード13は、半導体スイッチ素子21がオフのとき交流電源からコンデンサ4の方向すなわちダイオード13のアノード端子からカソード端子向かって電圧が印加される順バイアス状態となりダイオード13は電流を流し、半導体スイッチ素子21がオンのときコンデンサ4から半導体スイッチ素子21の方向すなわちダイオード13のカソード端子からアノード端子向かって電圧が印加される逆バイアス状態となりダイオード13は電流が流れることを阻止するスイッチング用ダイオードとして機能する。また、ダイオード14も同様に、半導体スイッチ素子22がオンオフのとき順バイアス状態、逆バイアス状態と状態を転換し、ダイオード14は電流を流したり、阻止したりするスイッチング用ダイオードとして機能する。   From the above operation, the diodes 11, 12, 41, and 42 function as rectifying diodes that rectify the AC power supply regardless of whether the semiconductor switch element 21 is on or off. On the other hand, when the semiconductor switch element 21 is off, the diode 13 is in a forward bias state in which a voltage is applied from the AC power source to the capacitor 4, that is, from the anode terminal to the cathode terminal of the diode 13. When the element 21 is on, a reverse bias state is applied in which a voltage is applied from the capacitor 4 to the semiconductor switch element 21, that is, from the cathode terminal to the anode terminal of the diode 13, and the diode 13 functions as a switching diode that prevents current from flowing. To do. Similarly, the diode 14 switches between the forward bias state and the reverse bias state when the semiconductor switch element 22 is turned on and off, and the diode 14 functions as a switching diode for passing or blocking current.

また、直流チョッパ型単相コンバータ回路の出力電圧も単相ハーフブリッジ型コンバータ回路同様、半導体スイッチ素子21、22のオンオフ動作の繰り返しによって、交流電圧を整流し平滑したときの電圧より昇圧させる。その昇圧率も、スイッチング周波数とリアクトル容量によって決められ、同じ昇圧率ならばスイッチング周波数を高くするとリアクトル容量は小さくて済むが、ダイオード13、14のバイアス転換も高速化しスイッチング動作における逆流電流も増加することになる。   Further, the output voltage of the DC chopper type single-phase converter circuit is boosted from the voltage obtained when the AC voltage is rectified and smoothed by repeating the ON / OFF operation of the semiconductor switch elements 21 and 22, as in the single-phase half-bridge type converter circuit. The step-up rate is also determined by the switching frequency and the reactor capacity. If the same step-up rate is used, the reactor capacity can be reduced if the switching frequency is increased. However, the bias switching of the diodes 13 and 14 is also speeded up, and the backflow current in the switching operation increases. It will be.

また、交流電源の力率を改善する方法も、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路同様、半導体スイッチ素子21、22のオンオフ動作により、交流電源からの入力電流を増減させ、交流電源の交流電圧と同位相の正弦波に制御することによって交流電源の力率を改善させる。よって、スイッチング周波数を高くすることにより入力電流のリップルを小さくすることができるが、ダイオード13、14のバイアス転換も高速化しスイッチング動作における逆流電流も増加することになる。   Similarly to the half-bridge single-phase converter circuit, the method of improving the power factor of the AC power supply is the same as the AC voltage of the AC power supply by increasing or decreasing the input current from the AC power supply by turning on and off the semiconductor switch elements 21 and 22. The power factor of the AC power supply is improved by controlling the phase to a sine wave. Therefore, although the ripple of the input current can be reduced by increasing the switching frequency, the bias switching of the diodes 13 and 14 is also speeded up and the backflow current in the switching operation is increased.

なお、スイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路では、半導体スイッチ素子21がオンオフする位相と半導体スイッチ素子22がオンオフする位相をずらしたスイッチング制御すなわちインターリーブ制御を行うこともできる。半導体スイッチ素子21がオンしたとき半導体スイッチ素子22がオフし、半導体スイッチ素子21がオフしたとき半導体スイッチ素子22がオンするというタイミング制御を行い、半導体スイッチ素子21、22に交互に電流を流すことによって、回路全体では半導体スイッチ素子1個に対して2倍の電流を流せるようにしている。なお、ここでは半導体スイッチ素子は2個であるので、電流は2倍であるが、3個で構成すると3倍、4個で構成すると4倍の電流を制御できるようになる。   Note that in a DC chopper type single-phase converter circuit provided with switching circuits in parallel, switching control in which the phase at which the semiconductor switch element 21 is turned on and off and the phase at which the semiconductor switch element 22 is turned on / off, that is, interleave control, can also be performed. Timing control is performed such that when the semiconductor switch element 21 is turned on, the semiconductor switch element 22 is turned off, and when the semiconductor switch element 21 is turned off, the semiconductor switch element 22 is turned on, and a current is alternately supplied to the semiconductor switch elements 21 and 22. Thus, the circuit as a whole can pass twice as much current as one semiconductor switch element. Here, since there are two semiconductor switch elements, the current is doubled. However, when the number of semiconductor switch elements is three, the current can be controlled three times and when the number is four, the current can be increased four times.

なお、図3の構成にて、必ずしも、インターリーブ制御を行う必要は無く、半導体スイッチ素子21、22が同時にオンする制御であっても構わない。また、半導体スイッチ素子21をスイッチングさせ、半導体スイッチ素子22を休止させるような制御であっても構わない。また、スイッチングさせる半導体スイッチ素子と休止させる半導体スイッチ素子を逆にしたり、時間や半導体スイッチ素子の温度などにてスイッチングと休止とを入れ替えたりしても構わない。   In the configuration of FIG. 3, it is not always necessary to perform the interleave control, and the semiconductor switch elements 21 and 22 may be simultaneously turned on. Further, the control may be such that the semiconductor switch element 21 is switched and the semiconductor switch element 22 is deactivated. Also, the semiconductor switch element to be switched and the semiconductor switch element to be paused may be reversed, or switching and pause may be switched depending on time, the temperature of the semiconductor switch element, or the like.

また、図2のハーフブリッジ型単相コンバータ回路および図3のスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路では、半導体スイッチ素子21,22のオンオフ制御を一定周波数で行い、半導体スイッチ素子21あるいは22がオフとなりリアクトル3または3a,3bの電流がゼロになる前に半導体スイッチ素子21あるいは22をオンする電流連続モード型のスイッチング制御を行う。電流連続モード型のスイッチング制御を行うとダイオード13、14のバイアス転換のときのバイアス電圧の差も大きくなるので逆流電流も顕著に現れるようになる。これに対して、逆流電流を緩和するためリアクトル3または3a、3bを流れる電流がゼロとなると同時に半導体スイッチ素子21あるいは22をオンする電流臨界モード型のスイッチング制御を行うこともできる。   Further, in the DC chopper type single-phase converter circuit having the half-bridge type single-phase converter circuit of FIG. 2 and the switching circuit of FIG. 3 in parallel, the semiconductor switch elements 21 and 22 are controlled to be turned on and off at a constant frequency. Continuous current mode switching control is performed to turn on the semiconductor switch element 21 or 22 before 21 or 22 is turned off and the current of the reactor 3 or 3a, 3b becomes zero. When the current continuous mode type switching control is performed, the difference in bias voltage at the time of bias switching of the diodes 13 and 14 also increases, so that the backflow current also appears remarkably. On the other hand, current critical mode type switching control for turning on the semiconductor switch element 21 or 22 at the same time that the current flowing through the reactor 3 or 3a or 3b becomes zero in order to reduce the backflow current can be performed.

また、以上のような回路構成と制御により、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路では、交流電源の正の半波と負の半波で2つの半導体スイッチ素子に交互に通電されるため、半導体スイッチ素子1個に損失集中することなく、また、部品点数も少ないため回路構成がシンプルにできるなどの長所がある。よって、大電流・高電圧の入出力となる大電力回路を比較的容易に実現でき、また、他の方式に比べて損失・発熱を分散させるため効率が良い回路となる。しかし、半導体スイッチ素子の性能によってスイッチング周波数の上限が決められるため、高周波化は難しく、リアクタを小型化するなども難しい。よって、同程度の容量の回路方式と比べて大型化するため、小容量の回路では不向きであるという短所がある。
また、スイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路では、インターリーブ制御が行えるため、半導体スイッチ素子1個あたりのスイッチング周波数が低くても交互にスイッチングすることで見かけ上のスイッチング周波数は倍となり、リアクタなどが小さくできる。それに伴って、回路の小型化が容易であるという長所がある。しかし、半導体スイッチ素子2個を交互にスイッチングさせる制御やそれぞれのスイッチング回路に均等な配分の電流を流すバランスが取れた制御を行う必要があるなど、制御自身が複雑であり、部品点数が増えコストアップする。また、高周波化に伴うノイズ発生量を抑えられないのでノイズ耐力の低い機器があるような環境や回路自身を大電流・高電圧の入出力とする大容量化を行っていくには不向きであるという短所がある。
よって、回路はその長所と短所のため統合しにくく、各回路を適材適所にて使用するため、パワーモジュールはその用途に合わせて、何種類も製作していたが、図1のパワーモジュール1aによって、1種類のパワーモジュールにより、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路でも直流チョッパ型単相コンバータ回路でも構成ができるため、小容量から大容量までの用途の回路を構成できる。すなわち、回路設計者が、用途に応じてモジュールを選択していたが、どちらの回路でも自由な回路が設計できる。また、パワーモジュールの製作する側も、1種類のモジュールの製作・生産にて済むため、生産管理が容易である。
Further, with the circuit configuration and control as described above, in the half-bridge single-phase converter circuit, the two semiconductor switch elements are alternately energized by the positive half wave and the negative half wave of the AC power supply. There is an advantage that the circuit configuration can be simplified because the loss is not concentrated on one piece and the number of parts is small. Therefore, a high-power circuit serving as a large current / high voltage input / output can be realized relatively easily, and the loss / heat generation is distributed compared to other systems, resulting in a more efficient circuit. However, since the upper limit of the switching frequency is determined by the performance of the semiconductor switch element, it is difficult to increase the frequency, and it is difficult to downsize the reactor. Therefore, since it is larger than a circuit system having the same capacity, there is a disadvantage that it is not suitable for a circuit with a small capacity.
In addition, a DC chopper type single-phase converter circuit equipped with switching circuits in parallel can perform interleave control, so that even if the switching frequency per semiconductor switch element is low, the apparent switching frequency is doubled by switching alternately. Thus, the reactor can be made smaller. Accordingly, there is an advantage that the circuit can be easily downsized. However, it is necessary to perform control that switches two semiconductor switch elements alternately and control that balances the flow of current evenly to each switching circuit. For example, the control itself is complicated and the number of parts increases. Up. In addition, since the amount of noise generated due to high frequency cannot be suppressed, it is not suitable for increasing the capacity of an environment where there is a device with low noise immunity or the circuit itself as a high current / high voltage input / output. There are disadvantages.
Therefore, the circuit is difficult to integrate due to its strengths and weaknesses, and since each circuit is used in the right place for the right material, many types of power modules have been manufactured to suit the application, but the power module 1a in FIG. Since one type of power module can be configured as a half-bridge type single-phase converter circuit or a direct current chopper type single-phase converter circuit, it is possible to configure a circuit for a small capacity to a large capacity. That is, the circuit designer has selected a module according to the application, but any circuit can be designed freely. Further, since the power module manufacturing side only needs to manufacture and produce one type of module, production management is easy.

以上をまとめると、パワーモジュール1aの第1のダイオード群の回路であるダイオード11および12は、図2のハーフブリッジ型単相コンバータ回路の構成においても、図3のスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の構成においても、交流電源の電圧・電流を整流する単相交流入力整流回路の整流用ダイオードとして機能する。よって、ダイオード11および12は半導体スイッチ素子のスイッチング動作による高速のバイアス転換が生じることはなく、逆回復時間の長いソフトリカバリダイオードであっても逆流電流による損失や振動電流の増大は生じない。   In summary, the diodes 11 and 12, which are the circuits of the first diode group of the power module 1a, are arranged in parallel with the switching circuit of FIG. 3 in the configuration of the half-bridge single-phase converter circuit of FIG. Also in the configuration of the chopper type single-phase converter circuit, it functions as a rectifying diode of a single-phase AC input rectifier circuit that rectifies the voltage and current of the AC power supply. Therefore, the diodes 11 and 12 do not undergo high-speed bias switching due to the switching operation of the semiconductor switch element, and even if the soft recovery diode has a long reverse recovery time, loss due to reverse current and increase in oscillation current do not occur.

一方、パワーモジュール1aの第2のダイオード群の回路であるダイオード13および14は、図2のハーフブリッジ型単相コンバータ回路の構成では単相交流入力整流回路の整流用ダイオードとしての機能のほか半導体スイッチ素子21および22のスイッチング用ダイオードすなわちリカバリダイオードとしても機能し、図3のスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の構成でも同様に半導体スイッチ素子21および22のリカバリダイオードとして機能する。半導体スイッチ素子21および22のターンオンの際には高速のバイアス転換が生じることから、ダイオード13および14の逆流電流によって発生する損失および振動電流の低減のためファストリカバリダイオードを使用するのが適当である。   On the other hand, the diodes 13 and 14 which are the circuits of the second diode group of the power module 1a are semiconductors in addition to the function as a rectifying diode of the single-phase AC input rectifier circuit in the configuration of the half-bridge single-phase converter circuit of FIG. The switching elements 21 and 22 function as switching diodes or recovery diodes, and the DC chopper type single-phase converter circuit having the switching circuit of FIG. 3 in parallel also functions as the recovery diodes of the semiconductor switching elements 21 and 22. To do. When the semiconductor switch elements 21 and 22 are turned on, high-speed bias switching occurs. Therefore, it is appropriate to use a fast recovery diode in order to reduce a loss generated by the backflow current of the diodes 13 and 14 and an oscillation current. .

よって、パワーモジュール1aの第1のダイオード群の回路であるダイオード11および12には部品コストが安いソフトリカバリダイオードを適用することで、パワーモジュール1a全体での製造費用を低減させ、パワーモジュール1aの第2のダイオード群の回路であるダイオード13および14には損失や振動電流を低減するファストリカバリダイオードを適用することで、パワーモジュール1aを適用する電力変換装置延いては電力変換装置を内蔵した電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、電力変換装置の放熱器および保護回路を小型・簡易化して電力変換装置あるいは電気機器の製造費用を低減することができる。   Therefore, by applying a soft recovery diode having a low component cost to the diodes 11 and 12 that are the circuits of the first diode group of the power module 1a, the manufacturing cost of the power module 1a as a whole can be reduced, and the power module 1a By applying a fast recovery diode that reduces the loss and the oscillating current to the diodes 13 and 14 that are the circuits of the second diode group, the power converter to which the power module 1a is applied, that is, the power that incorporates the power converter is built-in. While reducing the energy consumption of an apparatus, the manufacturing cost of an electric power converter or an electric equipment can be reduced by miniaturizing and simplifying the radiator and the protection circuit of the electric power converter.

以上のように、パワーモジュール1aは第1のダイオード群の回路であるダイオード11および12にソフトリカバリダイオードを、第2のダイオード群の回路であるダイオード13および14にファストリカバリダイオードを適用したので、パワーモジュール1aを適用する電力変換装置延いては電力変換装置を内蔵した電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、パワーモジュール1aとこれを適用する電力変換装置あるいは電気機器の放熱器および保護回路を小型化・簡略化して製造費用を抑制することができる。   As described above, the power module 1a applies the soft recovery diode to the diodes 11 and 12 that are the circuits of the first diode group, and the fast recovery diode to the diodes 13 and 14 that are the circuits of the second diode group. The power conversion device to which the power module 1a is applied, and thus the energy consumption of the electric equipment incorporating the power conversion device is reduced, and the power module 1a and the power conversion device to which the power conversion device is applied or the radiator and protection circuit of the electric equipment are provided. Manufacturing costs can be reduced by downsizing and simplification.

また、1種類のパワーモジュールにより、小容量から大容量までの用途の回路を構成でき、回路設計者は、用途に応じてモジュールを選択する必要なく自由な回路が設計できる。また、パワーモジュールの製作する側も、製造時点での異なる回路構成に対応させる製造の段取り替えなどの無駄な作業も減り、製造費用を抑制に貢献できる。また、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路向けに製造したパワーモジュールであっても、直流チョッパ型単相コンバータ回路を製作するために使用でき、また、直流チョッパ型単相コンバータ回路向けに製造したパワーモジュールであっても、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路を製作するために使用でき、製造の無駄を省くとともに、生産の効率を上げ、流通・保管等の無駄も省ける。1種類のモジュールの製作・生産にて済むため、生産管理が容易である。   In addition, a single power module can be used to configure a circuit for a small capacity to a large capacity, and the circuit designer can design a free circuit without having to select a module according to the application. In addition, the manufacturing side of the power module can also contribute to restraining manufacturing costs by reducing unnecessary work such as changeover of manufacturing corresponding to different circuit configurations at the time of manufacturing. Also, even power modules manufactured for half-bridge type single-phase converter circuits can be used to manufacture DC chopper type single-phase converter circuits, and power modules manufactured for DC chopper-type single-phase converter circuits. Even so, it can be used to manufacture a half-bridge type single-phase converter circuit, which eliminates manufacturing waste, increases production efficiency, and eliminates waste such as distribution and storage. Production management is easy because only one type of module needs to be manufactured and produced.

なお、以上の制御を実現できる制御回路は、パワーモジュール1aに内蔵されていても、パワーモジュール1aの外に実装されていても構わない。   The control circuit capable of realizing the above control may be built in the power module 1a or mounted outside the power module 1a.

実施の形態2.
次に、モジュール内に図1とは別の回路構成を持つが、図2、3と同じ力率改善回路を構成できるパワーモジュールの例を説明する。
図4はパワーモジュールの回路構成図、図5は図4のパワーモジュールを用いて構成したハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成図、図6は図4のパワーモジュールを用いて構成したスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成図を、それぞれ示すものである。
Embodiment 2. FIG.
Next, an example of a power module having a circuit configuration different from that in FIG. 1 in the module but capable of configuring the same power factor correction circuit as in FIGS.
4 is a circuit configuration diagram of the power module, FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a half-bridge type single-phase converter circuit configured using the power module of FIG. 4, and FIG. 6 is a switching circuit configured using the power module of FIG. Is a circuit configuration diagram of a direct current chopper type single-phase converter circuit provided in parallel with each other.

図4において、パワーモジュール1bは、整流素子すなわちダイオード11〜14、スイッチング手段である半導体スイッチ素子21,22、電流検出手段である電流検出用シャント抵抗31を内蔵し、それらの素子および抵抗とパワーモジュール1aの内部配線にて接続された外部回路接続用の接続端子101〜106,108および117にて構成されている。なお、接続端子101と103、接続端子102と104はパワーモジュール内部で接続されている。   In FIG. 4, a power module 1b incorporates rectifying elements, that is, diodes 11 to 14, semiconductor switching elements 21 and 22 as switching means, and a current detecting shunt resistor 31 as current detecting means. It is composed of connection terminals 101 to 106, 108 and 117 for connecting an external circuit connected by internal wiring of the module 1a. The connection terminals 101 and 103 and the connection terminals 102 and 104 are connected inside the power module.

接続端子101にはダイオード11のカソード端子とダイオード13のアノード端子とが、接続端子102にはダイオード12のカソード端子とダイオード14のアノード端子とが、接続端子117にはダイオード13および14のカソード端子がそれぞれ接続され、ダイオード11および12のアノード端子には電流検出用シャント抵抗31の一端が接続されている。接続端子105には半導体スイッチ素子21のコレクタ端子が、接続端子106には半導体スイッチ素子22のコレクタ端子がそれぞれ接続され、接続端子108には半導体スイッチ素子21および22のエミッタ端子ならびに電流検出用シャント抵抗31のダイオード11および12と接続していない側の一端が接続されている。これにより、パワーモジュール1bには、ダイオード11〜14にて単相交流入力整流回路が構成されて設けられるとともに、半導体スイッチ素子21、22が単相交流入力整流回路と独立して設けられている。   The connection terminal 101 includes the cathode terminal of the diode 11 and the anode terminal of the diode 13, the connection terminal 102 includes the cathode terminal of the diode 12 and the anode terminal of the diode 14, and the connection terminal 117 includes the cathode terminals of the diodes 13 and 14. Are connected, and one end of a current detecting shunt resistor 31 is connected to the anode terminals of the diodes 11 and 12. The collector terminal of the semiconductor switch element 21 is connected to the connection terminal 105, the collector terminal of the semiconductor switch element 22 is connected to the connection terminal 106, and the emitter terminals of the semiconductor switch elements 21 and 22 and the current detection shunt are connected to the connection terminal 108. One end of the resistor 31 that is not connected to the diodes 11 and 12 is connected. Thus, the power module 1b is provided with a single-phase AC input rectifier circuit configured by the diodes 11 to 14, and the semiconductor switch elements 21 and 22 are provided independently of the single-phase AC input rectifier circuit. .

パワーモジュール1bも、パワーモジュール1a同様、接続端子101〜106、108および117以外の部分を絶縁性の樹脂材料(図示せず)等により封止し、モジュール内部の各半導体チップとモジュール外部との絶縁性を確保して、仮にモジュールの外部に導電材が接触しても内部の各半導体チップが通電・短絡しないようにしている。よって、パワーモジュール1bと外部回路とが接続する場合は接続端子101〜106、108および117を介して行われる。以下の実施の形態においても同様である。   Similarly to the power module 1a, the power module 1b also seals the portions other than the connection terminals 101 to 106, 108, and 117 with an insulating resin material (not shown) or the like so that each semiconductor chip inside the module is connected to the outside of the module. Insulation is ensured so that even if a conductive material comes into contact with the outside of the module, each semiconductor chip inside is not energized or short-circuited. Therefore, the connection between the power module 1b and the external circuit is performed via the connection terminals 101 to 106, 108, and 117. The same applies to the following embodiments.

次に、パワーモジュール1bを使用して構成される電力変換装置すなわち力率改善回路について説明する。
図5は、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成であって、パワーモジュール1bの接続端子103と105、接続端子104と106を接続し、接続端子101にはリアクトル3を介して図示しない商用の交流電源の一端に、その交流電源の他端を接続端子102には接続し構成される。接続端子117と108との間には整流された電圧が出力されることからコンデンサ4などを接続し、その出力を平滑し直流電圧に変換するとともに、その直流電圧を直流負荷または交流負荷を駆動するための電力変換回路を接続し使用する。なお、図2同様、リアクトル3は接続端子101と交流電源との間の代わりに接続端子102と交流電源との間に接続してもよく、2つのリアクトルで構成されるコモンモードリアクトルの場合はコモンモードリアクトルの一方のリアクトルを接続端子101と交流電源の間に、もう一方のリアクトルを接続端子102と交流電源との間に接続して使用する。
Next, a power converter configured using the power module 1b, that is, a power factor correction circuit will be described.
FIG. 5 shows a circuit configuration of a half-bridge type single-phase converter circuit in which the connection terminals 103 and 105 and the connection terminals 104 and 106 of the power module 1b are connected, and a commercial terminal (not shown) is connected to the connection terminal 101 via the reactor 3. And the other end of the AC power supply is connected to the connection terminal 102. Since a rectified voltage is output between the connection terminals 117 and 108, a capacitor 4 or the like is connected, the output is smoothed and converted to a DC voltage, and the DC voltage is driven to a DC load or an AC load. Connect and use a power conversion circuit to do this. As in FIG. 2, the reactor 3 may be connected between the connection terminal 102 and the AC power supply instead of between the connection terminal 101 and the AC power supply. In the case of a common mode reactor constituted by two reactors, One of the common mode reactors is connected between the connection terminal 101 and the AC power supply, and the other reactor is connected between the connection terminal 102 and the AC power supply.

このようにして構成されたハーフブリッジ型単相コンバータ回路は、ダイオード11〜14が単相交流入力整流回路となり、半導体スイッチ素子21および22はそれぞれダイオード11および12に並列かつ逆極性の接続となる。よって、電流検出用シャント抵抗31による電流検出結果をもとにハーフブリッジ型単相コンバータ回路の制御方式に基づいて半導体スイッチ素子21および22が制御され、交流電源の力率改善および整流後の直流電圧等の制御を行う。   In the half-bridge type single-phase converter circuit configured as described above, the diodes 11 to 14 are single-phase AC input rectifier circuits, and the semiconductor switch elements 21 and 22 are connected to the diodes 11 and 12 in parallel and of opposite polarity, respectively. . Therefore, the semiconductor switch elements 21 and 22 are controlled based on the control method of the half-bridge type single-phase converter circuit based on the current detection result by the current detection shunt resistor 31, and the power factor of the AC power source is improved and the rectified DC is supplied. Control voltage etc.

図6は、スイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成であって、パワーモジュール1aの接続端子117とリアクトル3aの一端および3bの一端を同時に接続し、リアクトル3aのもう一方の一端をダイオードモジュール2の接続端子201に、リアクトル3bのもう一方の一端をダイオードモジュール2の接続端子202に、それぞれ接続し構成される。なお、接続端子101、102には図示しない交流電源が接続される。また、ダイオードモジュール2はダイオード41,42を備え、ダイオード41,42のカソード端子が接続端子203に接続され、ダイオード41のアノード端子が接続端子201、ダイオード42のアノード端子が接続端子202に、それぞれ接続されたモジュールである。これにより、接続端子203と108の間には整流された電圧が出力されることからコンデンサ4などを接続し、その出力を平滑し直流電圧に変換するとともに、その直流電圧を直流負荷または交流負荷を駆動するための電力変換回路を接続し使用する。なお、ダイオードモジュール2の代わりに単体のダイオードを2個用いて回路を構成しても構わない。   FIG. 6 shows a circuit configuration of a DC chopper type single-phase converter circuit provided with a switching circuit in parallel. The connection terminal 117 of the power module 1a is connected to one end of the reactor 3a and one end of the reactor 3b at the same time. One end is connected to the connection terminal 201 of the diode module 2, and the other end of the reactor 3 b is connected to the connection terminal 202 of the diode module 2. Note that an AC power supply (not shown) is connected to the connection terminals 101 and 102. The diode module 2 includes diodes 41 and 42. The cathode terminals of the diodes 41 and 42 are connected to the connection terminal 203. The anode terminal of the diode 41 is connected to the connection terminal 201. The anode terminal of the diode 42 is connected to the connection terminal 202. It is a connected module. As a result, a rectified voltage is output between the connection terminals 203 and 108. Therefore, the capacitor 4 or the like is connected, the output is smoothed and converted to a DC voltage, and the DC voltage is converted to a DC load or an AC load. A power conversion circuit for driving the battery is connected and used. Note that the circuit may be configured by using two single diodes instead of the diode module 2.

このようにして構成されたスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路は、ダイオード11〜14が単相交流入力整流回路を構成し、半導体スイッチ素子21および22が交流電源の力率改善および整流後の直流電圧の制御を行うスイッチング回路、ダイオードモジュール2のダイオード41および42が半導体スイッチ素子21および22のスイッチング用ダイオードとなる。よって、電流検出用シャント抵抗31による電流検出結果をもとにインターリーブ制御方式に基づいて半導体スイッチ素子21および22が制御され、交流電源の力率改善および整流後の直流電圧等の制御を行う。   In the DC chopper type single-phase converter circuit including the switching circuit configured in this way in parallel, the diodes 11 to 14 constitute a single-phase AC input rectifier circuit, and the semiconductor switch elements 21 and 22 are the power factor of the AC power supply. The switching circuit for controlling the DC voltage after improvement and rectification, the diodes 41 and 42 of the diode module 2, serve as switching diodes for the semiconductor switch elements 21 and 22. Therefore, the semiconductor switch elements 21 and 22 are controlled based on the current detection result by the current detection shunt resistor 31 based on the interleave control method, and the power factor of the AC power source is improved and the DC voltage after rectification is controlled.

なお、図1〜3同様、図4、図5および図6においても、半導体スイッチ素子21および22は、バイポーラトランジスタであっても、電界効果型トランジスタであっても構わない。電界効果型トランジスタの場合、コレクタ端子はソース端子、エミッタ端子はドレイン端子と読み替える。以下の実施の形態においても同様である。   1 to 3, the semiconductor switch elements 21 and 22 may be bipolar transistors or field effect transistors in FIGS. 4, 5, and 6. In the case of a field effect transistor, the collector terminal is read as the source terminal, and the emitter terminal is read as the drain terminal. The same applies to the following embodiments.

このように、ダイオードモジュール2およびリアクトル3,3a,3bを外部回路として追加することで、パワーモジュール1bはハーフブリッジ型単相コンバータ回路およびスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の両方に適用することができる。   Thus, by adding the diode module 2 and the reactors 3, 3a, 3b as external circuits, the power module 1b is a DC chopper type single phase converter circuit having a half bridge type single phase converter circuit and a switching circuit in parallel. It can be applied to both.

以上のように、パワーモジュール1bはハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成およびスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成のどちらにでも使用することができる。すなわち、異なる回路構成の単相型力率改善回路に同一のパワーモジュールを使用することができ、パワーモジュールを共通化できる。したがって、パワーモジュールの製造工程を変更することなく異なる回路構成の力率改善回路すなわち電力変換装置に使用できるパワーモジュールを製造することができ、パワーモジュールの製造費用を抑制することができる。   As described above, the power module 1b can be used for both the circuit configuration of the half-bridge single-phase converter circuit and the circuit configuration of the DC chopper type single-phase converter circuit provided with the switching circuit in parallel. That is, the same power module can be used for single-phase power factor correction circuits having different circuit configurations, and the power modules can be shared. Therefore, it is possible to manufacture a power module that can be used in a power factor correction circuit having a different circuit configuration, that is, a power conversion device, without changing the manufacturing process of the power module, and the manufacturing cost of the power module can be suppressed.

また、図5、6の回路構成でも、パワーモジュール2aのダイオード11〜14、ダイオードモジュール2はダイオード41、42の動作および必要な特性が異なるため、その特性に対応したダイオードを用いることが望ましい。   5 and 6, the diodes 11 to 14 of the power module 2a and the diode module 2 are different in the operation and necessary characteristics of the diodes 41 and 42, and therefore it is desirable to use diodes corresponding to the characteristics.

図5の単相ハーフブリッジ型コンバータ回路の場合、動作は図2と同じであることから、ダイオード11、12は単相交流入力整流回路の整流用ダイオードとして機能するため、逆回復時間の長いソフトリカバリダイオードであっても構わない。一方、ダイオード13、14は半導体スイッチ素子21および22のスイッチング用ダイオードとして機能するため損失および振動電流の低減のためファストリカバリダイオードを使用するのが適当である。   In the case of the single-phase half-bridge type converter circuit of FIG. 5, since the operation is the same as that of FIG. 2, the diodes 11 and 12 function as rectifying diodes of the single-phase AC input rectifier circuit. A recovery diode may also be used. On the other hand, since the diodes 13 and 14 function as switching diodes for the semiconductor switch elements 21 and 22, it is appropriate to use fast recovery diodes to reduce loss and oscillation current.

図6のスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の場合、動作は図3と同じであることから、ダイオード11〜14は単相交流入力整流回路の整流用ダイオードとして機能するため、逆回復時間の長いソフトリカバリダイオードであっても構わない。一方、ダイオード41、42は半導体スイッチ素子21および22のスイッチング用ダイオードとして機能するため損失および振動電流の低減のためファストリカバリダイオードを使用するのが適当である。   In the case of the DC chopper type single-phase converter circuit provided with the switching circuit of FIG. 6 in parallel, the operation is the same as in FIG. 3, and therefore the diodes 11 to 14 function as rectifying diodes of the single-phase AC input rectifier circuit. A soft recovery diode having a long reverse recovery time may be used. On the other hand, since the diodes 41 and 42 function as switching diodes for the semiconductor switch elements 21 and 22, it is appropriate to use fast recovery diodes to reduce loss and oscillation current.

よって、パワーモジュール1bにソフトリカバリダイオードとファストリカバリダイオードとを適所に配置した場合、共通化はできないが、図5のハーフブリッジ型単相コンバータ回路の場合は、ダイオード13、14と半導体スイッチ素子21、22とをパワーモジュール1b内に内蔵配置することができるため、それぞれの半導体素子を最短で接続し、内部インダクタンス成分およびキャパシタンス成分を極力抑え、振動電流を増大させることを防ぐことができる。すなわち、モジュールから出されるノイズを抑制するとともに進入するノイズに強いパワーモジュールとすることができる。また、図6の直流チョッパ型単相コンバータ回路の場合は、ファストリカバリダイオードとする必要があるダイオード41、42をパワーモジュール1bと独立させることができるため、パワーモジュール1bを半導体スイッチ素子とソフトリカバリダイオードで構成し、生産工程で取り扱う半導体品種を単純化し、生産効率を向上させることができる。すなわち、安価なパワーモジュールが得られる。   Therefore, when the soft recovery diode and the fast recovery diode are arranged in place in the power module 1b, they cannot be shared, but in the case of the half-bridge single-phase converter circuit of FIG. 5, the diodes 13 and 14 and the semiconductor switch element 21 , 22 can be embedded in the power module 1b, so that the respective semiconductor elements can be connected in the shortest time, the internal inductance component and the capacitance component can be suppressed as much as possible, and the oscillation current can be prevented from increasing. That is, a power module that suppresses noise generated from the module and is resistant to incoming noise can be obtained. In the case of the DC chopper type single-phase converter circuit of FIG. 6, the diodes 41 and 42 that need to be fast recovery diodes can be made independent of the power module 1b. It can be composed of diodes, simplifying the types of semiconductors handled in the production process, and improving production efficiency. That is, an inexpensive power module can be obtained.

以上のように、パワーモジュール1bはソフトリカバリダイオードとファストリカバリダイオードとを適所に配置することにより、パワーモジュール1bを適用する電力変換装置延いては電力変換装置を内蔵した電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、パワーモジュール1bとこれを適用する電力変換装置あるいは電気機器のノイズ低減あるいは製造費用を抑制することができる。   As described above, the power module 1b arranges the soft recovery diode and the fast recovery diode in place, thereby reducing the energy consumption of the power conversion device to which the power module 1b is applied, and hence the electric equipment incorporating the power conversion device. In addition to reducing the noise, it is possible to reduce the noise or the manufacturing cost of the power module 1b and the power conversion device or electric device to which the power module 1b is applied.

なお、以上の制御を実現できる制御回路は、パワーモジュール1bに内蔵されていても、パワーモジュール1bの外に実装されていても構わない。   The control circuit that can realize the above control may be built in the power module 1b or mounted outside the power module 1b.

実施の形態3.
次に、図1のパワーモジュールの直流出力に3相出力形の電圧形インバータ回路を構成する半導体素子を備えたパワーモジュールの例を説明する。
図7はパワーモジュールの回路構成図、図8は図7のパワーモジュールを用いて構成したハーフブリッジ型単相コンバータ回路の回路構成図、図9は図7のパワーモジュールを用いて構成したスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の回路構成図、図10は図7とは別の構成のパワーモジュールの回路構成図である。一般的には図8または図9のようにハーフブリッジ型単相コンバータ回路あるいは直流チョッパ型単相コンバータ回路の出力に電圧形インバータ回路を設けた回路では、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路あるいは直流チョッパ型単相コンバータ回路が交流電源を変換して直流としたものを再度電圧形インバータ回路にて交流電源の周波数・電圧とは異なる周波数・電圧の交流に変換して、電圧形インバータ回路の出力に接続された3相交流の誘導負荷すなわちモータを駆動する。
Embodiment 3 FIG.
Next, an example of a power module including a semiconductor element constituting a three-phase output type voltage source inverter circuit in the DC output of the power module of FIG. 1 will be described.
7 is a circuit configuration diagram of the power module, FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a half-bridge type single-phase converter circuit configured using the power module of FIG. 7, and FIG. 9 is a switching circuit configured using the power module of FIG. And FIG. 10 is a circuit configuration diagram of a power module having a configuration different from that of FIG. Generally, in a circuit in which a voltage-type inverter circuit is provided at the output of a half-bridge type single-phase converter circuit or a DC chopper type single-phase converter circuit as shown in FIG. 8 or FIG. 9, the half-bridge type single-phase converter circuit or DC chopper Type single-phase converter circuit converts AC power into DC and converts it to AC with a frequency and voltage different from the frequency and voltage of the AC power source again with the voltage source inverter circuit, and outputs it to the output of the voltage source inverter circuit The connected three-phase AC inductive load, that is, the motor is driven.

図7において、パワーモジュール1cは、ダイオード11〜14および61〜66、半導体スイッチ素子21、22および71〜76、電流検出用シャント抵抗31を内蔵し、それらの素子および抵抗とパワーモジュール1aの内部配線にて接続された外部回路接続用の接続端子101〜111にて構成されている。なお、接続端子101と103、接続端子102と104はパワーモジュール内部で接続されている。   In FIG. 7, a power module 1c incorporates diodes 11-14 and 61-66, semiconductor switch elements 21, 22 and 71-76, and a shunt resistor 31 for current detection. These elements and resistors and the inside of the power module 1a It is comprised by the connection terminals 101-111 for the external circuit connection connected by the wiring. The connection terminals 101 and 103 and the connection terminals 102 and 104 are connected inside the power module.

パワーモジュール1cは、パワーモジュール1aの回路に、一般的な3相出力形の電圧形インバータ回路を追加して備えた回路構成である。すなわち、接続端子101にはダイオード11のカソード端子、接続端子102にはダイオード12のカソード端子がそれぞれ接続され、ダイオード11および12のアノード端子には電流検出用シャント抵抗31の一端が接続されている。接続端子105にはダイオード13のアノード端子および半導体スイッチ素子21のコレクタ端子が、接続端子106にはダイオード14のアノード端子および半導体スイッチ素子22のコレクタ端子が、接続端子107にはダイオード13および14のカソード端子がそれぞれ接続され、接続端子108には半導体スイッチ素子21および22のエミッタ端子ならびに電流検出用シャント抵抗31のダイオード11および12と接続していない側の一端が接続されている。   The power module 1c has a circuit configuration in which a general three-phase output type voltage source inverter circuit is added to the circuit of the power module 1a. That is, the cathode terminal of the diode 11 is connected to the connection terminal 101, the cathode terminal of the diode 12 is connected to the connection terminal 102, and one end of the shunt resistor 31 for current detection is connected to the anode terminals of the diodes 11 and 12. . The connection terminal 105 includes the anode terminal of the diode 13 and the collector terminal of the semiconductor switch element 21, the connection terminal 106 includes the anode terminal of the diode 14 and the collector terminal of the semiconductor switch element 22, and the connection terminal 107 includes the diodes 13 and 14. The cathode terminals are respectively connected, and the connection terminals 108 are connected to the emitter terminals of the semiconductor switch elements 21 and 22 and one end of the current detection shunt resistor 31 on the side not connected to the diodes 11 and 12.

ダイオード61〜66および半導体スイッチ素子71〜76で構成する回路は一般的な3相出力形の電圧形インバータ回路であり、接続端子107にはダイオード61〜63のカソード端子および半導体スイッチ素子71〜73のコレクタ端子が、接続端子108にはダイオード64〜66のアノード端子および半導体スイッチ素子74〜76のエミッタ端子が接続されている。また、接続端子109にはダイオード61のアノード端子、ダイオード64のカソード端子、半導体スイッチ素子71のエミッタ端子、半導体スイッチ素子74のコレクタ端子が、接続端子110にはダイオード62のアノード端子、ダイオード65のカソード端子、半導体スイッチ素子72のエミッタ端子、半導体スイッチ素子75のコレクタ端子が、接続端子111にはダイオード63のアノード端子、ダイオード66のカソード端子、半導体スイッチ素子73のエミッタ端子、半導体スイッチ素子76のコレクタ端子が、それぞれ接続される。   The circuit composed of the diodes 61 to 66 and the semiconductor switch elements 71 to 76 is a general three-phase output voltage source inverter circuit. The connection terminal 107 includes the cathode terminals of the diodes 61 to 63 and the semiconductor switch elements 71 to 73. The collector terminals of the diodes 64 to 66 and the emitter terminals of the semiconductor switch elements 74 to 76 are connected to the connection terminal 108. The connection terminal 109 includes an anode terminal of the diode 61, a cathode terminal of the diode 64, an emitter terminal of the semiconductor switch element 71, and a collector terminal of the semiconductor switch element 74. The connection terminal 110 includes an anode terminal of the diode 62 and a diode 65. The cathode terminal, the emitter terminal of the semiconductor switch element 72, the collector terminal of the semiconductor switch element 75, the anode terminal of the diode 63, the cathode terminal of the diode 66, the emitter terminal of the semiconductor switch element 73, the semiconductor switch element 76 Collector terminals are connected to each other.

図8は、パワーモジュール1cを用いた誘導負荷を駆動する回路例であり、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路の出力に電圧形インバータ回路を設けたものである。パワーモジュール1cの接続端子103と105、接続端子104と106とを接続し、接続端子101にはリアクトル3を介して図示しない交流電源の一端に、その交流電源の他端を接続端子102には接続し、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路の構成とする。これにより、接続端子107と108の間には整流された電圧が出力されることからコンデンサ4などを接続し、その出力を平滑し直流電圧に変換する。なお、リアクトル3は接続端子101と交流電源との間の代わりに接続端子102と交流電源との間に接続してもよく、コモンモードリアクトルの場合はコモンモードリアクトルの一方のリアクトルを接続端子101と交流電源の間に、もう一方のリアクトルを接続端子102と交流電源との間に接続して使用する。   FIG. 8 shows an example of a circuit for driving an inductive load using the power module 1c, in which a voltage source inverter circuit is provided at the output of the half-bridge type single-phase converter circuit. The connection terminals 103 and 105 and the connection terminals 104 and 106 of the power module 1c are connected. The connection terminal 101 is connected to one end of an AC power supply (not shown) via the reactor 3, and the other end of the AC power supply is connected to the connection terminal 102. Connect to form a half-bridge single-phase converter circuit. As a result, a rectified voltage is output between the connection terminals 107 and 108. Therefore, the capacitor 4 or the like is connected, and the output is smoothed and converted to a DC voltage. The reactor 3 may be connected between the connection terminal 102 and the AC power supply instead of between the connection terminal 101 and the AC power supply. In the case of a common mode reactor, one reactor of the common mode reactor is connected to the connection terminal 101. The other reactor is connected between the connection terminal 102 and the AC power supply.

このようにして構成されたハーフブリッジ型単相コンバータ回路は、ダイオード11〜14が単相交流入力整流回路を構成し、半導体スイッチ素子21および22はそれぞれダイオード11および12に並列かつ逆極性の接続となる。なお、ダイオード13、14は整流用ダイオードとしての機能のほか半導体スイッチ素子21および22のスイッチング用ダイオードとしての機能も担っている。よって、電流検出用シャント抵抗31による電流検出結果をもとにハーフブリッジ型単相コンバータ回路の制御方式に基づいて半導体スイッチ素子21および22が制御され、交流電源の力率改善および整流後の直流電圧等の制御を行うとともに、電圧形インバータを構成する半導体スイッチ素子71〜76を適宜制御することにより接続端子109〜111より任意の電圧および周波数の3相交流電圧を出力して3相交流の誘導負荷すなわちモータを駆動する。   In the half-bridge type single-phase converter circuit configured as described above, the diodes 11 to 14 constitute a single-phase AC input rectifier circuit, and the semiconductor switch elements 21 and 22 are connected in parallel and opposite to the diodes 11 and 12, respectively. It becomes. The diodes 13 and 14 have a function as a switching diode of the semiconductor switch elements 21 and 22 in addition to a function as a rectifying diode. Therefore, the semiconductor switch elements 21 and 22 are controlled based on the control method of the half-bridge type single-phase converter circuit based on the current detection result by the current detection shunt resistor 31, and the power factor of the AC power source is improved and the rectified DC is supplied. In addition to controlling the voltage and the like, and appropriately controlling the semiconductor switch elements 71 to 76 constituting the voltage source inverter, a three-phase AC voltage having an arbitrary voltage and frequency is output from the connection terminals 109 to 111 to thereby generate a three-phase AC voltage. Drive the inductive load, ie the motor.

図9は、パワーモジュール1cを用いた誘導負荷を駆動する別の回路例であり、直流チョッパ型単相コンバータ回路の出力に電圧形インバータ回路を設けたものである。ダイオード41、42を備えダイオード41、42のカソード端子が接続端子203に、ダイオード41のアノード端子が接続端子201に、ダイオード42のアノード端子が接続端子202に接続されたダイオードモジュール2を用いて、パワーモジュール1cの接続端子103と接続端子201、パワーモジュール1cの接続端子104と接続端子202を接続し、接続端子203にはリアクトル3aおよび3bのそれぞれの一端を接続するとともに、リアクトル3aのもう一方の一端を接続端子105に、リアクトル3bのもう一方の一端を接続端子106に、それぞれ接続し構成される。なお、接続端子101、102には図示しない交流電源が接続される。これにより、接続端子107と108の間には整流された電圧が出力されることからコンデンサ4などを接続し、その出力を平滑し直流電圧に変換する。なお、ダイオードモジュール2の代わりに単体のダイオードを2個用いて回路を構成しても構わない。   FIG. 9 shows another circuit example for driving an inductive load using the power module 1c, in which a voltage source inverter circuit is provided at the output of the DC chopper type single-phase converter circuit. Using the diode module 2 including the diodes 41 and 42, the cathode terminals of the diodes 41 and 42 are connected to the connection terminal 203, the anode terminal of the diode 41 is connected to the connection terminal 201, and the anode terminal of the diode 42 is connected to the connection terminal 202. The connection terminal 103 and the connection terminal 201 of the power module 1c are connected, the connection terminal 104 and the connection terminal 202 of the power module 1c are connected, and one end of each of the reactors 3a and 3b is connected to the connection terminal 203 and the other end of the reactor 3a. Is connected to the connection terminal 105, and the other end of the reactor 3b is connected to the connection terminal 106. Note that an AC power supply (not shown) is connected to the connection terminals 101 and 102. As a result, a rectified voltage is output between the connection terminals 107 and 108. Therefore, the capacitor 4 or the like is connected, and the output is smoothed and converted to a DC voltage. Note that the circuit may be configured by using two single diodes instead of the diode module 2.

このようにして構成されたスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路は、ダイオード11および12ならびにダイオードモジュール2のダイオード41および42が単相交流入力整流回路を構成し、半導体スイッチ素子21および22が交流電源の力率改善および整流後の直流電圧の制御を行うスイッチング回路、ダイオード13および14が半導体スイッチ素子21および22のスイッチング用ダイオードとなる。よって、電流検出用シャント抵抗31による電流検出結果をもとにスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の制御方式に基づいて半導体スイッチ素子21および22が制御され、交流電源の力率改善および整流後の直流電圧等の制御を行うことができる。そして、電圧形インバータを構成する半導体スイッチ素子71〜76を適宜制御することにより接続端子109〜111より任意の電圧および周波数の3相交流電圧を出力して3相交流の誘導負荷すなわちモータを駆動する。   In the DC chopper type single-phase converter circuit provided with the switching circuit configured in this way in parallel, the diodes 11 and 12 and the diodes 41 and 42 of the diode module 2 constitute a single-phase AC input rectifier circuit, and a semiconductor switching element Reference numerals 21 and 22 denote switching circuits that improve the power factor of the AC power source and control the DC voltage after rectification, and diodes 13 and 14 serve as switching diodes for the semiconductor switch elements 21 and 22. Therefore, the semiconductor switch elements 21 and 22 are controlled based on the control method of the DC chopper type single-phase converter circuit provided with the switching circuit in parallel based on the current detection result by the current detection shunt resistor 31, and the power of the AC power supply is controlled. It is possible to control the DC voltage and the like after rate improvement and rectification. Then, by appropriately controlling the semiconductor switching elements 71 to 76 constituting the voltage source inverter, a three-phase AC voltage having an arbitrary voltage and frequency is output from the connection terminals 109 to 111 to drive a three-phase AC inductive load, that is, a motor. To do.

このように、ダイオードモジュール2およびリアクトル3,3a,3bを外部回路として追加することで、パワーモジュール1cはハーフブリッジ型単相コンバータ回路およびスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路のどちらでも構成することが可能である。加えて、3相交流の誘導負荷を駆動する電力変換回路をコンバータ回路と一体化したことから、パワーモジュールの実装面積を低減でき電気機器の小型化、製造費用の抑制を行うことができる。   Thus, by adding the diode module 2 and the reactors 3, 3a and 3b as external circuits, the power module 1c is a DC chopper type single-phase converter circuit having a half-bridge type single-phase converter circuit and a switching circuit in parallel. Either can be configured. In addition, since the power conversion circuit that drives the three-phase alternating current inductive load is integrated with the converter circuit, the mounting area of the power module can be reduced, and the electrical equipment can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.

図10のパワーモジュール1dは、パワーモジュール1cを別の回路構成としたものであり、パワーモジュール1bの回路に一般的な3相出力形の電圧形インバータ回路を追加して備えた回路構成である。したがって、パワーモジュール1dはパワーモジュール1cと同様に、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路あるいはスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路のどちらでも構成することが可能であり、かつ3相交流の誘導負荷を駆動する電力変換回路をコンバータ回路と一体化したことによる実装面積の低減により、電気機器の小型化、製造費用の抑制を実現できる。   The power module 1d of FIG. 10 has a circuit configuration different from that of the power module 1c, and has a circuit configuration in which a general three-phase output type voltage source inverter circuit is added to the circuit of the power module 1b. . Therefore, similarly to the power module 1c, the power module 1d can be configured as either a half-bridge type single-phase converter circuit or a DC chopper type single-phase converter circuit provided with a switching circuit in parallel, and a three-phase AC By reducing the mounting area by integrating the power conversion circuit that drives the inductive load with the converter circuit, it is possible to reduce the size of the electrical equipment and reduce manufacturing costs.

なお、パワーモジュール1cおよび1dはともに3相交流の誘導負荷を駆動するための電力変換回路を備えているが、直流電圧より任意の出力電圧に変換する電力変換回路であればどのような回路構成であってもよい。   The power modules 1c and 1d both include a power conversion circuit for driving a three-phase AC inductive load. However, any circuit configuration may be used as long as the power conversion circuit converts a DC voltage into an arbitrary output voltage. It may be.

以上のように、パワーモジュール1cおよび1dはハーフブリッジ型もしくは直流チョッパ型単相コンバータ回路と、負荷を駆動する電力変換回路とを一体化したモジュール構成としたので、パワーモジュールの実装面積を低減することができ、電気機器の小型化や製造費用の抑制を実現できる。   As described above, since the power modules 1c and 1d have a module configuration in which the half-bridge type or DC chopper type single-phase converter circuit and the power conversion circuit for driving the load are integrated, the mounting area of the power module is reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the electrical equipment and reduce manufacturing costs.

実施の形態4.
パワーモジュールにソフトリカバリダイオードとファストリカバリダイオードとを適所に配置する構成で説明してきたが、スイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路においては、その制御方法によっては、すべてソフトリカバリダイオードであっても構わない。これについて、図11を用いて説明する。
Embodiment 4 FIG.
The power module has been described with a configuration in which a soft recovery diode and a fast recovery diode are arranged in place. However, in a DC chopper type single-phase converter circuit equipped with a switching circuit in parallel, depending on the control method, all soft recovery diodes It does not matter. This will be described with reference to FIG.

図11は、パワーモジュール1bと、ダイオード41b,42bをソフトリカバリダイオードとしたダイオードモジュール2bと、リアクトル3a,3bの電流を検出する電流検出器51,52とを備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路である。半導体スイッチ素子21,22は電流検出器51,52が検出する電流によって制御器53aが電流臨界モード型のスイッチングを行うように制御する。   FIG. 11 shows a DC chopper type single-phase converter circuit including a power module 1b, a diode module 2b in which the diodes 41b and 42b are soft recovery diodes, and current detectors 51 and 52 for detecting the currents of the reactors 3a and 3b. It is. The semiconductor switch elements 21 and 22 are controlled so that the controller 53a performs the current critical mode type switching by the current detected by the current detectors 51 and 52.

制御器53aは、半導体スイッチ素子21,22を個別に制御して、それぞれリアクトル3a,3bにエネルギーを蓄積するモードと蓄積したエネルギーでコンデンサ4を充電し昇圧させるモードとを制御する。すなわち、半導体スイッチ素子21がオンすることによってリアクトル3aにエネルギーが蓄積され、半導体スイッチ素子21がオフすることによってリアクトル3aに蓄積したエネルギーをコンデンサ4に充電される。同様に、半導体スイッチ素子22がオンすることによってリアクトル3bにエネルギーが蓄積され、半導体スイッチ素子22がオフすることによってリアクトル3bに蓄積したエネルギーがコンデンサ4に充電される。なお、制御器53aは、半導体スイッチ素子21がオンオフする位相と半導体スイッチ素子22がオンオフする位相をずらしたスイッチングを行うインターリーブ制御、例えば、半導体スイッチ素子21がオンしたとき半導体スイッチ素子22がオフし、半導体スイッチ素子21がオフしたとき半導体スイッチ素子22がオンするというタイミング制御を行うとともに、リアクトル3aを流れる電流がゼロであることを検出すると同時に半導体スイッチ素子21をターンオンし、リアクトル3bを流れる電流がゼロであることを検出すると同時に半導体スイッチ素子22をターンオンする電流臨界モード型のスイッチング制御を行っている。すなわち、インターリーブ制御を行うためスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路では、半導体スイッチ素子21,22のターンオン・ターンオフの位相・スイッチングタイミングをずらすとともに、リアクトル3a、3bに流れる電流がゼロとなったときターンオンするスイッチング動作を行う。   The controller 53a controls the semiconductor switch elements 21 and 22 individually to control a mode for storing energy in the reactors 3a and 3b and a mode for charging and boosting the capacitor 4 with the stored energy, respectively. That is, when the semiconductor switch element 21 is turned on, energy is accumulated in the reactor 3a, and when the semiconductor switch element 21 is turned off, energy accumulated in the reactor 3a is charged in the capacitor 4. Similarly, when the semiconductor switch element 22 is turned on, energy is accumulated in the reactor 3b, and when the semiconductor switch element 22 is turned off, energy accumulated in the reactor 3b is charged in the capacitor 4. Note that the controller 53a performs interleave control in which the phase at which the semiconductor switch element 21 is turned on and off is shifted from the phase at which the semiconductor switch element 22 is turned on / off, for example, the semiconductor switch element 22 is turned off when the semiconductor switch element 21 is turned on. The semiconductor switch element 21 is turned on when the semiconductor switch element 21 is turned on. At the same time, it is detected that the current flowing through the reactor 3a is zero. At the same time, the semiconductor switch element 21 is turned on and the current flowing through the reactor 3b is detected. Current critical mode type switching control is performed to turn on the semiconductor switch element 22 at the same time as detecting that is zero. That is, in a DC chopper type single-phase converter circuit provided with a switching circuit in parallel for interleave control, the turn-on / turn-off phase and switching timing of the semiconductor switch elements 21 and 22 are shifted, and the current flowing through the reactors 3a and 3b Performs a switching operation that turns on when zero is reached.

このような直流チョッパ型単相コンバータ回路では、リアクトル3aまたは3bを流れる電流がゼロであるときに半導体スイッチ素子21または22をターンオンとするためいわゆるゼロ電流スイッチング(ZCS)となり、ダイオード41bまたは42bの逆回復時間においても逆流電流が流れたり振動電流が発生したりすることはない。したがって、半導体スイッチ素子やダイオードに過電圧や熱負荷が加わり半導体素子が破壊に至る可能性は小さい。したがって、ダイオード41b,42bを逆回復時間の長いソフトリカバリダイオードとしたダイオードモジュール2bを適用しても電気機器の故障に至る可能性は小さく、この適用によって電気機器の部品コストを低減することができる。   In such a DC chopper type single-phase converter circuit, when the current flowing through the reactor 3a or 3b is zero, the semiconductor switch element 21 or 22 is turned on, so that so-called zero current switching (ZCS) is performed, and the diode 41b or 42b No reverse current flows or no oscillating current occurs during the reverse recovery time. Therefore, there is little possibility that the semiconductor switch element or the diode is damaged due to an overvoltage or a thermal load. Therefore, even if the diode module 2b, in which the diodes 41b and 42b are soft recovery diodes having a long reverse recovery time, is applied, there is little possibility of failure of the electric device, and this application can reduce the component cost of the electric device. .

なお、電流臨界モード型のスイッチング制御を行っていても、ダイオードモジュール2bのダイオード41b,42bはファストリカバリダイオードであっても構わない。   Even if the current critical mode switching control is performed, the diodes 41b and 42b of the diode module 2b may be fast recovery diodes.

以上のように、半導体スイッチ素子21、22を電流臨界モード型のスイッチングを行うことにより、ダイオード41b,42bを部品コストの低いソフトリカバリダイオードを使用することができ、部品コストを低減したダイオードモジュール2bを提供することができる。また、ダイオードモジュール2bを使用することによって、直流チョッパ型単相コンバータ回路を用いた回路構成でも、電気機器の製造費用を抑制することができる。なお、ダイオードモジュール2bの代わりに単体のソフトリカバリダイオードを2個用いて回路を構成しても構わない。   As described above, by performing the current critical mode type switching of the semiconductor switch elements 21 and 22, the diodes 41b and 42b can use soft recovery diodes with low component cost, and the diode module 2b with reduced component cost. Can be provided. In addition, by using the diode module 2b, it is possible to suppress the manufacturing cost of the electric equipment even in the circuit configuration using the DC chopper type single-phase converter circuit. Note that the circuit may be configured by using two single soft recovery diodes instead of the diode module 2b.

なお、直流チョッパ型単相コンバータ回路に電流臨界モード型のスイッチングを使用する例について説明したが、スイッチングによって生じる電流のリップルが大きくなるので一般的ではないがハーフブリッジ型単相コンバータ回路に電流臨界モード型のスイッチングを行っても構わない。その場合は、図1のパワーモジュール1aのダイオード11〜14もしくは図4のパワーモジュール1bのダイオード11〜14はソフトリカバリダイオードにて構成することができる。   Although an example of using current critical mode switching in a DC chopper type single-phase converter circuit has been described, current ripple is increased in a half-bridge type single-phase converter circuit because current ripple caused by switching increases. Mode type switching may be performed. In that case, the diodes 11 to 14 of the power module 1a of FIG. 1 or the diodes 11 to 14 of the power module 1b of FIG. 4 can be configured by soft recovery diodes.

なお、制御器53aは、パワーモジュール1bに内蔵されていても構わない。   The controller 53a may be built in the power module 1b.

実施の形態5.
パワーモジュールにソフトリカバリダイオードとファストリカバリダイオードとを適所に配置する構成で説明してきたが、さらにワイドバンドギャップ型の半導体で構成されたダイオードを配置することによって、回路全体の損失を低減し、回路が発生するノイズを抑制することができる。これについて説明する。
図12のパワーモジュール1eは、パワーモジュール1aのダイオード13,14をワイドバンドギャップ型の半導体にて構成されたダイオード13a,14a、例えばSiCで構成されたショットキーバリアダイオードとし、半導体スイッチング素子のスイッチングによるダイオードの逆流電流を減らし半導体スイッチング素子の損失を低減したものである。
Embodiment 5 FIG.
The power module has been described with a configuration where soft recovery diodes and fast recovery diodes are arranged in place, but by further disposing a diode made of a wide band gap semiconductor, the loss of the entire circuit is reduced, and the circuit It is possible to suppress noise generated. This will be described.
In the power module 1e of FIG. 12, the diodes 13 and 14 of the power module 1a are diodes 13a and 14a made of a wide band gap semiconductor, for example, a Schottky barrier diode made of SiC, and switching of a semiconductor switching element is performed. The reverse current of the diode caused by the above is reduced, and the loss of the semiconductor switching element is reduced.

パワーモジュール1eの半導体スイッチ素子21,22は、ハーフブリッジ型単相コンバータ回路またはスイッチング回路を並列に備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路の制御回路により、一定のスイッチング周波数でターンオン、ターンオフの動作が行われる。半導体スイッチ素子21,22のターンオン動作の際には、半導体スイッチ素子21,22にターンオン損失が、ダイオード13a,14aにはリカバリ損失が発生し、半導体スイッチ素子21,22のターンオフ動作の際には半導体スイッチ素子21,22にターンオフ損失が発生する。   The semiconductor switch elements 21 and 22 of the power module 1e can be turned on and off at a constant switching frequency by a control circuit of a half-bridge type single-phase converter circuit or a DC chopper type single-phase converter circuit provided in parallel. Done. When the semiconductor switch elements 21 and 22 are turned on, turn-on loss occurs in the semiconductor switch elements 21 and 22, and recovery losses occur in the diodes 13a and 14a. When the semiconductor switch elements 21 and 22 are turned off, A turn-off loss occurs in the semiconductor switch elements 21 and 22.

ワイドバンドギャップ型の半導体とは、産業向けおよび家庭電器向けの電気機器の電力変換回路およびコンバータ回路の半導体素子として広く適用されているシリコンの半導体と比較して大きなエネルギーバンド幅を持つ半導体の総称であり、パワー半導体に用いられるものとしては窒化ガリウムや炭化ケイ素がある。ワイドバンドギャップ型の半導体はシリコン半導体と比較して逆回復電荷の蓄積が極めて少ないという特性があるため、ワイドバンドギャップ型のダイオードを用いた場合は半導体スイッチ素子のターンオン動作の際の逆回復時間でも逆流電流や振動電流の発生もわずかであり、これに伴うリカバリ損失もわずかである。   Wide-bandgap semiconductor is a generic term for semiconductors with a large energy bandwidth compared to silicon semiconductors, which are widely used as semiconductor elements in power conversion circuits and converter circuits in electrical equipment for industrial and home appliances. As power semiconductors, there are gallium nitride and silicon carbide. Wide band gap type semiconductors have the characteristic that accumulation of reverse recovery charge is extremely small compared to silicon semiconductors. Therefore, when wide band gap type diodes are used, the reverse recovery time during semiconductor switch element turn-on operation However, the generation of backflow current and oscillating current is small, and the recovery loss accompanying this is also small.

したがって、パワーモジュール1eのダイオード13a,14aに発生するリカバリ損失は、パワーモジュール1aのダイオード13,14に発生するリカバリ損失と比べて極めて小さくなり、パワーモジュール1eで発生する損失が小さくなる。このことから、パワーモジュール1eを適用する電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、電気機器の放熱器および保護回路を小型・簡易化して電気機器の製造費用を低減することができる。   Therefore, the recovery loss generated in the diodes 13a and 14a of the power module 1e is extremely small compared to the recovery loss generated in the diodes 13 and 14 of the power module 1a, and the loss generated in the power module 1e is reduced. From this, while reducing the energy consumption of the electric equipment to which the power module 1e is applied, the manufacturing cost of the electric equipment can be reduced by miniaturizing and simplifying the radiator and the protection circuit of the electric equipment.

また、従来の力率改善回路では、放熱やノイズのため、20kHz程度のスイッチングよりできなかった。しかしながら、ダイオード13a,14aをワイドバンドギャップ型のダイオードとすることにより、パワーモジュール1eの損失が低減されるとともに放熱も改善され、また、パワーモジュール1eも小型化できることから配線のパワーモジュール1e内部の引き回し、パワーモジュール1eの各接続端子を介して接続された回路基板上の配線やリード線の引き回しも短くすることができ放出されるあるいは吸収されるノイズも低減できる。よって、従来どおりスイッチング周波数を20kHz程度で損失改善もできるが、スイッチング周波数を30〜40kHz程度として、従来と同等の損失、発熱となるが、スイッチング周波数を上げることによって、力率改善の能力向上や図2、図3のリアクトル3、3a、3bの小型化に貢献できる。   Further, the conventional power factor correction circuit cannot perform switching at about 20 kHz due to heat dissipation and noise. However, if the diodes 13a and 14a are wide bandgap diodes, the loss of the power module 1e is reduced, the heat dissipation is improved, and the power module 1e can be downsized. The wiring and lead wires on the circuit board connected through the connection terminals of the power module 1e can be shortened, and the emitted or absorbed noise can be reduced. Therefore, the loss can be improved at a switching frequency of about 20 kHz as in the past, but the loss and heat generation are the same as those of the conventional case by setting the switching frequency to about 30 to 40 kHz. However, by increasing the switching frequency, the power factor improvement capability can be improved. This can contribute to the miniaturization of reactors 3, 3a and 3b in FIGS.

なお、パワーモジュール1cのダイオード13,14をワイドバンドギャップ型の半導体によるダイオード13a,14aとした構成のパワーモジュールであっても、またそのパワーモジュールの出力側を直流電圧より任意の出力電圧に変換する電力変換回路とした構成であっても、パワーモジュール1eと同様の効果を得られることは言うまでもない。   In addition, even if the power module 1c has the diodes 13 and 14 having the wide band gap semiconductor diodes 13a and 14a, the output side of the power module is converted from a DC voltage to an arbitrary output voltage. It goes without saying that the same effect as that of the power module 1e can be obtained even with the configuration of the power conversion circuit.

以上のように、この発明の実施の形態5によれば、ダイオード13a,14aをリカバリ損失の小さいワイドバンドギャップ型の半導体によるダイオードとしたパワーモジュール1eを適用したので、パワーモジュール1eを適用する電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、パワーモジュール1eとこれを適用する電気機器との製造費用をともに抑制することができる。   As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, the power module 1e in which the diodes 13a and 14a are diodes made of a wide bandgap semiconductor having a small recovery loss is applied. While reducing the energy consumption of an apparatus, both the manufacturing cost of the power module 1e and the electric apparatus to which this is applied can be suppressed.

なお、パワーモジュール1eはパワーモジュール1cのダイオード13,14をワイドバンドギャップ型の半導体にしたが、パワーモジュール1cのダイオード11、12もワイドバンドギャップ型の半導体としても構わない。ダイオード11、12は、ワイドバンドギャップ型のダイオードがもつリカバリ損失低減効果は小さいが、ワイドバンドギャップ型のダイオードは内部抵抗も小さいので、ダイオード内部を通過する電流の損失も小さく、ダイオード11、12をワイドバンドギャップ型の半導体とすることによって、回路全体の損失も小さくすることができる。   In the power module 1e, the diodes 13 and 14 of the power module 1c are wide bandgap semiconductors. However, the diodes 11 and 12 of the power module 1c may be wide bandgap semiconductors. The diodes 11 and 12 have a small recovery loss reduction effect of the wide bandgap diode, but the wide bandgap diode has a small internal resistance, so that the loss of current passing through the diode is small. By using a wide band gap semiconductor, the loss of the entire circuit can be reduced.

実施の形態6.
また、同様に、パワーモジュール1bを用いた回路においても、別にワイドバンドギャップ型の半導体を用いて、力率改善回路を構成することにより、回路全体の損失を低減し、回路が発生するノイズを抑制することができる。これについて説明する。
図13は、パワーモジュール1bと、ダイオード41c,42cをワイドバンドギャップ型のダイオードとしたダイオードモジュール2cとを備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路である。半導体スイッチ素子21および22は、制御器53bが電流連続モード型のスイッチングを行うように制御する。
Embodiment 6 FIG.
Similarly, in a circuit using the power module 1b, a power factor correction circuit is configured by using a separate wide band gap semiconductor, thereby reducing the loss of the entire circuit and reducing noise generated by the circuit. Can be suppressed. This will be described.
FIG. 13 shows a DC chopper type single-phase converter circuit including a power module 1b and a diode module 2c in which the diodes 41c and 42c are wide bandgap diodes. The semiconductor switch elements 21 and 22 are controlled so that the controller 53b performs current continuous mode switching.

制御器53bは、半導体スイッチ素子21,22を個別に制御して、それぞれリアクトル3a,3bにエネルギーを蓄積するモードと蓄積エネルギーでコンデンサ4を充電し昇圧させるモードとを制御する。すなわち、半導体スイッチ素子21がオンすることによってリアクトル3aにエネルギーが蓄積され、半導体スイッチ素子21がオフすることによってリアクトル3aに蓄積したエネルギーをコンデンサ4に充電される。同様に、半導体スイッチ素子22がオンすることによってリアクトル3bにエネルギーが蓄積され、半導体スイッチ素子22がオフすることによってリアクトル3bに蓄積したエネルギーがコンデンサ4に充電される。なお、制御器53bは、半導体スイッチ素子21がオンオフする位相と半導体スイッチ素子22がオンオフする位相をずらしたスイッチングを行うインターリーブ制御、例えば、半導体スイッチ素子21がオンしたとき半導体スイッチ素子22がオフし、半導体スイッチ素子21がオフしたとき半導体スイッチ素子22がオンするというタイミング制御を行うとともに、半導体スイッチ素子21,22のターンオン、ターンオフを同一の一定周波数で行い、リアクトル3a,3bの電流がゼロになる前に半導体スイッチ素子21あるいは22はターンオンする電流連続モード型のスイッチング制御を行っている。したがって、半導体スイッチ素子21,22のターンオンの際には、半導体スイッチ素子21,22にはターンオン損失が、ダイオード41c,42cにはリカバリ損失が、それぞれ発生する。   The controller 53b controls the semiconductor switch elements 21 and 22 individually to control a mode for storing energy in the reactors 3a and 3b and a mode for charging and boosting the capacitor 4 with the stored energy, respectively. That is, when the semiconductor switch element 21 is turned on, energy is accumulated in the reactor 3a, and when the semiconductor switch element 21 is turned off, energy accumulated in the reactor 3a is charged in the capacitor 4. Similarly, when the semiconductor switch element 22 is turned on, energy is accumulated in the reactor 3b, and when the semiconductor switch element 22 is turned off, energy accumulated in the reactor 3b is charged in the capacitor 4. Note that the controller 53b performs interleave control in which the phase at which the semiconductor switch element 21 is turned on and off is shifted from the phase at which the semiconductor switch element 22 is turned on / off, for example, the semiconductor switch element 22 is turned off when the semiconductor switch element 21 is turned on. The semiconductor switch element 22 is turned on when the semiconductor switch element 21 is turned off, and the semiconductor switch elements 21 and 22 are turned on and off at the same constant frequency, so that the currents of the reactors 3a and 3b are zero. Before this, the semiconductor switch element 21 or 22 performs switching control of a continuous current mode type in which it is turned on. Therefore, when the semiconductor switch elements 21 and 22 are turned on, a turn-on loss occurs in the semiconductor switch elements 21 and 22, and a recovery loss occurs in the diodes 41c and 42c.

しかしながら、ダイオード41c,42cをワイドバンドギャップ型のダイオードとしたダイオードモジュール2cを適用したことから、ダイオード41c,42cで発生するリカバリ損失はダイオードモジュール2のダイオード41,42で発生するリカバリ損失と比較して極めて小さくなる。このことから、パワーモジュール2cを適用する電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、電気機器の放熱器および保護回路を小型・簡易化して電気機器の製造費用を低減することができる。   However, since the diode module 2c in which the diodes 41c and 42c are wide bandgap diodes is applied, the recovery loss generated in the diodes 41c and 42c is compared with the recovery loss generated in the diodes 41 and 42 of the diode module 2. Become extremely small. Thus, the energy consumption of the electric device to which the power module 2c is applied can be reduced, and the manufacturing cost of the electric device can be reduced by reducing the size and simplification of the radiator and the protection circuit of the electric device.

なお、パワーモジュール1dとダイオードモジュール2cとで構成した回路であっても、またパワーモジュール1dの出力側を直流電圧より任意の出力電圧に変換する電力変換回路とした構成であっても、パワーモジュール1bとダイオードモジュール2cとで構成した回路と同様の効果を得られることは言うまでもない。   The power module may be a circuit constituted by the power module 1d and the diode module 2c, or a power conversion circuit that converts the output side of the power module 1d from a DC voltage to an arbitrary output voltage. It goes without saying that the same effect as that of the circuit constituted by 1b and the diode module 2c can be obtained.

また、制御器53bは、パワーモジュール1bに内蔵されていても構わない。   The controller 53b may be built in the power module 1b.

以上のように、この発明の実施の形態7によれば、電流連続モード型の制御方式に基づく制御器を備えた直流チョッパ型単相コンバータ回路により構成される電気機器において、ダイオード41c,42cをリカバリ損失の小さいワイドバンドギャップ型の半導体によるダイオードとしたダイオードモジュール2cを適用したので、パワーモジュール2cを適用する電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、パワーモジュール2cとこれを適用する電気機器との製造費用をともに抑制することができる。   As described above, according to the seventh embodiment of the present invention, in the electric device constituted by the DC chopper type single-phase converter circuit provided with the controller based on the continuous current mode type control method, the diodes 41c and 42c are provided. Since the diode module 2c, which is a diode made of a wide bandgap semiconductor with a small recovery loss, is applied, the energy consumption of the electrical device to which the power module 2c is applied is reduced, and the power module 2c and the electrical device to which the power module 2c is applied Both manufacturing costs can be reduced.

なお、パワーモジュール1b、1dのダイオード11〜14をワイドバンドギャップ型の半導体としても構わない。その場合は、ワイドバンドギャップ型のダイオードがもつリカバリ損失低減効果は小さいが、ワイドバンドギャップ型のダイオードの内部抵抗の減少によって損失も抑制されるので、回路全体の損失も小さくすることができる。   The diodes 11 to 14 of the power modules 1b and 1d may be wide band gap semiconductors. In that case, the recovery loss reduction effect of the wide band gap type diode is small, but the loss is also suppressed by the reduction of the internal resistance of the wide band gap type diode, so that the loss of the entire circuit can also be reduced.

実施の形態7.
図14は、この発明の実施の形態7におけるパワーモジュールの回路構成図であり、パワーモジュール1fはパワーモジュール1eにおいて半導体スイッチ素子21,22をワイドバンドギャップ型の半導体による半導体スイッチ素子21a,22aとしたものである。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 14 is a circuit configuration diagram of a power module according to Embodiment 7 of the present invention. In the power module 1f, the semiconductor switch elements 21 and 22 in the power module 1e are replaced with semiconductor switch elements 21a and 22a made of wide bandgap semiconductors. It is a thing.

ワイドバンドギャップ型の半導体による半導体スイッチ素子においても、ダイオードと同等に電荷の蓄積が極めて少ないことから、ターンオン損失、ターンオフ損失もシリコン半導体による半導体スイッチ素子と比較して極めて小さくなる。したがって、パワーモジュール1fの半導体スイッチ素子21a,22aに発生するターンオン損失およびターンオフ損失は、パワーモジュール1eの半導体スイッチ素子21,22に発生するターンオン損失およびターンオフ損失と比べて極めて小さくなる。このことから、パワーモジュール1fを適用する電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、電気機器の放熱器および保護回路を小型・簡易化して電気機器の製造費用を低減することができる。   Even in a semiconductor switching element made of a wide bandgap semiconductor, since charge accumulation is extremely small as in the case of a diode, turn-on loss and turn-off loss are extremely small compared to a semiconductor switching element made of silicon semiconductor. Therefore, the turn-on loss and turn-off loss generated in the semiconductor switch elements 21a and 22a of the power module 1f are extremely small compared to the turn-on loss and turn-off loss generated in the semiconductor switch elements 21 and 22 of the power module 1e. From this, while reducing the energy consumption of the electric equipment to which the power module 1f is applied, the manufacturing cost of the electric equipment can be reduced by miniaturizing and simplifying the radiator and the protection circuit of the electric equipment.

なお、パワーモジュール1a,1b,1c,1dのいずれかの半導体スイッチ素子21,22をワイドバンドギャップ型の半導体による半導体スイッチ素子21a,22aとした構成のパワーモジュールであっても、パワーモジュール1fと同様の効果を得られることは言うまでもない。   Note that even if the power module 1a, 1b, 1c, or 1d has a configuration in which the semiconductor switch elements 21 and 22 of the power modules 1a, 1b, 1c, and 1d are semiconductor switch elements 21a and 22a made of wide band gap semiconductors, Needless to say, similar effects can be obtained.

また、パワーモジュール1eにあるように、ダイオード13,14あるいはダイオード11〜14すべてをワイドバンドギャップ型の半導体とするとともに、半導体スイッチ素子21,22をワイドバンドギャップ型の半導体の半導体スイッチとしても構わないし、ダイオードモジュール2をワイドバンドギャップ型の半導体としたものと組み合わせても構わない。ダイオードだけをワイドバンドギャップ型の半導体としたものより、半導体スイッチをワイドバンドギャップ型の半導体とした分、回路の損失が減り力率改善回路全体の効率を上げることができる。   Further, as in the power module 1e, the diodes 13 and 14 or all of the diodes 11 to 14 may be wide bandgap semiconductors, and the semiconductor switch elements 21 and 22 may be wide bandgap semiconductor semiconductor switches. Alternatively, the diode module 2 may be combined with a wide band gap semiconductor. Since the semiconductor switch is a wide bandgap semiconductor rather than only the diode having a wide bandgap semiconductor, the circuit loss is reduced and the efficiency of the entire power factor correction circuit can be increased.

また、1c、1dの半導体スイッチ21、22、71〜76をワイドバンドギャップ型の半導体に、ダイオード11〜14、61〜66をワイドバンドギャップ型の半導体としても構わない。これによって、力率改善回路のみならず、モータ駆動部分も含めて効率が改善できる。   The 1c and 1d semiconductor switches 21, 22, 71 to 76 may be wide band gap semiconductors, and the diodes 11 to 14, 61 to 66 may be wide band gap semiconductors. As a result, not only the power factor correction circuit but also the motor driving portion can be improved in efficiency.

なお、損失を減らして効率を上げる説明をしてきたが、損失が従来と同等なところまでスイッチング周波数を上げ、力率改善などの性能を向上させるように使用しても構わない。従来では、半導体スイッチ21、22が20kHz程度のスイッチング周波数であることに対し、スイッチング周波数を30〜40kHz程度に上昇させて、入力電流のリップル分を抑制するとともに、リアクトルを小容量化すなわち小型化するなどとすることも可能である。   Although the description has been given of increasing the efficiency by reducing the loss, the switching frequency may be increased to a level where the loss is equivalent to the conventional one, and it may be used to improve performance such as power factor improvement. Conventionally, the semiconductor switches 21 and 22 have a switching frequency of about 20 kHz, whereas the switching frequency is increased to about 30 to 40 kHz to suppress the ripple of the input current, and the reactor is reduced in capacity, that is, downsized. It is also possible to do so.

また、半導体スイッチ71〜76、ダイオード61〜66をワイドバンドギャップ型の半導体とすることによってモータを駆動するスイッチング周波数も高くできるので、回路全体の効率を改善できるとともに、従来実現できなかったモータ駆動の高周波化によりモータの性能改善とすることも可能である。   In addition, since the switching frequency for driving the motor can be increased by using the semiconductor switches 71 to 76 and the diodes 61 to 66 as wide band gap type semiconductors, the efficiency of the entire circuit can be improved and the motor driving which has not been realized in the past can be improved. It is possible to improve motor performance by increasing the frequency of the motor.

また、ワイドバンドギャップ型の半導体はシリコン半導体と比較して逆回復電荷の蓄積が極めて少ないという特性以外に、ワイドバンドギャップ型の半導体を構成する窒化ガリウムや炭化ケイ素はシリコン半導体を構成するシリコンに比べて約10倍の絶縁破壊電圧強度があり、半導体素子として耐電圧強度が上がる。ゆえに、パワーモジュール1a、1bのダイオード11〜14、半導体スイッチ21、22をワイドバンドギャップ型の半導体とすることにより、高耐圧化も容易となる。例えば、シリコン半導体では600V程度の耐圧しか実現できなかった構造・構成のモジュールでも、ワイドバンドギャップ型の半導体にて構成することにより、1200V程度の耐圧のモジュールも容易に実現可能となる。   In addition to the characteristics that wide bandgap semiconductors have very little reverse recovery charge accumulation compared to silicon semiconductors, gallium nitride and silicon carbide that make up wide bandgap semiconductors are silicon that make up silicon semiconductors. The breakdown voltage strength is about 10 times that of the semiconductor device, and the withstand voltage strength of the semiconductor element is increased. Therefore, by making the diodes 11 to 14 of the power modules 1a and 1b and the semiconductor switches 21 and 22 into wide bandgap semiconductors, it is easy to increase the breakdown voltage. For example, even a module having a structure and configuration that can only achieve a withstand voltage of about 600 V with a silicon semiconductor can be easily realized with a withstand voltage of about 1200 V by configuring with a wide band gap semiconductor.

また、パワーモジュール1c、1dでも同様に、ダイオード11〜14、61〜66、半導体スイッチ21、22、71〜76をワイドバンドギャップ型の半導体とすることによって、高耐圧化は容易であり、力率改善回路側だけではなく、モータ駆動回路側も高耐圧化できるため、モータをより高速回転域まで駆動できる。例えば、シリコン半導体で構成されたモジュールでは、モータに300V程度の交流電圧しか印加できなかったが、ワイドバンドギャップ型の半導体で構成されたモジュールでは、2倍以上の耐圧が実現できることから、モータにも600V程度の交流電圧を印加することができ、印加電圧に比例した回転数域を増加あるいはトルクを増大させることができるモータでは、回転数領域を高速回転域に拡大あるいはトルク出力領域を高出力領域に拡大させることもできる。また、モータが同出力、同出力トルクでよい場合は、印加電圧を高く設定できる分、モータに流れる電流も小さくでき、巻き線や各部品を接続する配線も細くすることもできる。   Similarly, in the power modules 1 c and 1 d, the diodes 11 to 14 and 61 to 66 and the semiconductor switches 21, 22, and 71 to 76 are wide band gap semiconductors, so that a high breakdown voltage can be easily achieved. Since not only the rate improvement circuit side but also the motor drive circuit side can have a high breakdown voltage, the motor can be driven to a higher speed rotation range. For example, in a module made of silicon semiconductor, only an AC voltage of about 300 V could be applied to the motor, but in a module made of wide band gap semiconductor, a withstand voltage more than twice can be realized. For motors that can apply an AC voltage of about 600 V and increase the rotation speed range or increase the torque proportional to the applied voltage, expand the rotation speed range to a high speed rotation range or increase the torque output range. It can also be expanded to an area. Further, when the motor can have the same output and the same output torque, the current flowing through the motor can be reduced as much as the applied voltage can be set, and the windings and the wiring connecting the components can be made thinner.

以上のように、この発明の実施の形態8によれば、半導体スイッチ素子21a,22をターンオン損失およびターンオフ損失の小さいワイドバンドギャップ型の半導体による半導体スイッチ素子としたパワーモジュール1fを適用したので、パワーモジュール1fを適用する電気機器のエネルギー消費量を低減するとともに、パワーモジュール1fとこれを適用する電気機器との製造費用をともに抑制することができる。
また、ワイドバンドギャップ型の半導体とすることによって損失を抑制するのではなく、スイッチング周波数を上げることによる力率改善やリアクトルの小型化などの性能改善とすることもできる。
As described above, according to the eighth embodiment of the present invention, the power module 1f in which the semiconductor switch elements 21a and 22 are semiconductor switch elements made of a wide band gap type semiconductor with small turn-on loss and turn-off loss is applied. While reducing the energy consumption of the electric equipment to which the power module 1f is applied, it is possible to suppress both the manufacturing costs of the power module 1f and the electric equipment to which the power module 1f is applied.
In addition, by using a wide bandgap semiconductor, it is possible to improve performance such as power factor improvement and reactor miniaturization by increasing the switching frequency instead of suppressing loss.

1a,1b,1c,1d,1e,1f パワーモジュール
2,2b,2c ダイオードモジュール
3,3a,3b リアクトル
4 大容量コンデンサ
11〜14,13a,14a,41,42,41c,42c,61〜66 ダイオード
21,22,21a,22a,71〜76 半導体スイッチ素子
31 電流検出用シャント抵抗
51,52 電流検出器
53a,53b 制御器
101〜110,111,117,118,201,202,203 接続端子
1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f Power module 2, 2b, 2c Diode module 3, 3a, 3b Reactor 4 Large capacity capacitor 11-14, 13a, 14a, 41, 42, 41c, 42c, 61-66 Diode 21, 22, 21 a, 22 a, 71-76 Semiconductor switch element 31 Shunt resistor for current detection 51, 52 Current detector 53 a, 53 b Controller 101-110, 111, 117, 118, 201, 202, 203 Connection terminal

Claims (9)

第1の整流素子と第2の整流素子とで構成され前記第1の整流素子の電流出力側に前記第2の整流素子の電流出力側を接続した第1の整流手段と、前記第1の整流素子の電流入力側と接続された第1の接続端子と、前記第2の整流素子の電流入力側と接続された第2の接続端子と、第3の整流素子と第4の整流素子とで構成され前記第3の整流素子の電流入力側前記第4の整流素子の電流入力側接続した第2の整流手段と、前記第3の整流素子の電流出力側と接続された第3の接続端子と、前記第4の整流素子の電流出力側と接続された第4の接続端子と、前記第3の整流素子の電流入力側と前記第4の整流素子の電流入力側とに一端が接続された電流検出手段と、前記第1の整流素子の電流入力側と前記電流検出手段の他端との間に接続された第1のスイッチング手段と、前記第2の整流素子の電流入力側と前記電流検出手段の他端との間に接続された第2のスイッチング手段と、を備え、前記第1の整流手段は前記第2の整流手段より逆回復時間が短い整流素子にて構成し、前記第1の整流素子前記第1のスイッチング手段協調しスイッチングを行い前記第2の整流素子前記第2のスイッチング手段協調しスイッチングを行うとともに、前記第2の整流手段は商用電源を整流する整流回路の負極側回路を構成し前記整流回路に接続された商用電源の整流出力を行うことを特徴とするパワーモジュール。 A first rectifier configured by a first rectifier element and a second rectifier element, wherein a current output side of the second rectifier element is connected to a current output side of the first rectifier element ; A first connection terminal connected to the current input side of the rectifier element, a second connection terminal connected to the current input side of the second rectifier element, a third rectifier element and a fourth rectifier element; And a second rectifying means connected to the current input side of the fourth rectifying element on the current input side of the third rectifying element, and a third rectifier connected to the current output side of the third rectifying element. And a fourth connection terminal connected to a current output side of the fourth rectifying element, a current input side of the third rectifying element, and a current input side of the fourth rectifying element. against the current detecting means but connected, between the other end of said first of said current detecting means and current input side of the rectifying device First switching means, and second switching means connected between the current input side of the second rectifying element and the other end of the current detecting means, and the first rectifying means is constituted by the second reverse recovery time than the rectifying means is shorter rectifying element, said first rectifier element performs switching in cooperation with said first switching means, the second rectifying element is the second Switching in cooperation with the switching means, and the second rectifying means constitutes a negative side circuit of a rectifying circuit for rectifying the commercial power supply and outputs a rectified output of the commercial power supply connected to the rectifying circuit. Power module to do. 前記第1の整流手段がワイドバンドギャップ型半導体で構成された整流素子であることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。 2. The power module according to claim 1, wherein the first rectifier is a rectifier element formed of a wide bandgap semiconductor . 前記第1の整流手段が炭化ケイ素あるいは窒化ガリウムで構成された整流素子であることを特徴とする請求項に記載のパワーモジュール。 The power module according to claim 2 , wherein the first rectifying means is a rectifying element made of silicon carbide or gallium nitride. 前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段とがワイドバンドギャップ型半導体で構成されたスイッチング手段であることを特徴とする請求項2または3に記載のパワーモジュール。4. The power module according to claim 2, wherein the first switching means and the second switching means are switching means made of a wide bandgap semiconductor. 前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段とが炭化ケイ素あるいは窒化ガリウムで構成されたスイッチング手段であることを特徴とする請求項4に記載のパワーモジュール。The power module according to claim 4, wherein the first switching means and the second switching means are switching means made of silicon carbide or gallium nitride. 請求項1乃至5に記載のパワーモジュールの前記第1の接続端子と前記パワーモジュールの前記第2の接続端子との間にリアクトルを介して商用電源を接続するとともに、前記第1の接続端子と前記パワーモジュールの前記第3の接続端子とを接続し前記第2の接続端子と前記パワーモジュールの前記第4の接続端子とを接続し構成されたこと特徴とする電力変換装置。 With connecting commercial power supply through a reactor between the first connection terminal of the power module according to claim 1 to 5 and the second connecting terminal of the power module, and the first connection terminal A power conversion device configured to connect the third connection terminal of the power module and connect the second connection terminal and the fourth connection terminal of the power module. 請求項1乃至5に記載のパワーモジュールと、前記パワーモジュールの前記第3の接続端子と第1の外部整流素子の電流入力側とを接続し前記パワーモジュールの前記第4の接続端子と第2の外部整流素子の電流入力側とを接続するとともに、前記第1の外部整流素子の電流出力側と前記第2の外部整流素子の電流出力側とを接続しブリッジ構成され前記第1の外部整流素子の電流入力側と前記第2の外部整流素子の電流入力側との間に接続された商用電源を整流する整流回路と、前記第1の外部整流素子および前記第2の外部整流素子の電流出力側と前記パワーモジュールの前記第1の接続端子との間に接続された第1のリアクトルと、前記第1の外部整流素子および前記第2の外部整流素子の電流出力側と前記パワーモジュールの前記第2の接続端子との間に接続された第2のリアクトルと、を備えたこと特徴とする電力変換装置。 And the power module according to claim 1 to 5, wherein the power module of the third connection terminal and the fourth of the power module connects the current input side of the first external rectifying device connecting terminal and the second And a current output side of the first external rectifying element and a current output side of the second external rectifying element are connected to each other and connected to the current input side of the external rectifying element. A rectifying circuit for rectifying a commercial power source connected between a current input side of the element and a current input side of the second external rectifying element; and currents of the first external rectifying element and the second external rectifying element A first reactor connected between an output side and the first connection terminal of the power module; a current output side of the first external rectifying element and the second external rectifying element; and Said Power conversion apparatus characterized by comprising connecting a second reactor that is, the between the connection terminals. 前記第1のスイッチング手段および前記第2のスイッチング手段のスイッチングを制御する制御手段を備え、前記第1のスイッチング手段および前記第2のスイッチング手段を交互にスイッチングするインターリーブ制御を行うことを特徴とする請求項に記載の電力変換装置。 Control means for controlling switching of the first switching means and the second switching means, and performing interleave control for alternately switching the first switching means and the second switching means. The power conversion device according to claim 7 . 前記第1のスイッチング手段および前記第2のスイッチング手段のスイッチングを制御する制御手段を備え、前記第1のスイッチング手段および前記第2のスイッチング手段が電流連続モードにてスイッチングを行うことを特徴とする請求項またはに記載の電力変換装置。 Control means for controlling the switching of the first switching means and the second switching means, wherein the first switching means and the second switching means perform switching in a current continuous mode. The power converter according to claim 7 or 8 .
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